WO2001085607A1 - Gasgenerator und verfahren zur erzeugung eines co- und h2-haltigen behandlungsgases für die wärmebehandlung von metallischem gut - Google Patents

Gasgenerator und verfahren zur erzeugung eines co- und h2-haltigen behandlungsgases für die wärmebehandlung von metallischem gut Download PDF

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Thomas Mahlo
Reinhard Strigl
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    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas

Definitions

  • the invention relates to a gas generator, in particular for the generation of CO and H 2 -containing treatment gas for the heat treatment of metallic material at high temperatures, comprising at least one catalyst retort and means for heating at least partial areas of the catalyst retort (s).
  • the invention relates to a heat treatment plant for carrying out heat treatment processes of metallic material at high temperatures, in particular for carrying out carburizing and hardening processes, comprising at least one gas generator
  • the invention relates to a method for producing a CO and H 2 -containing treatment gas for heat treatment, in particular carburizing and hardening, of metallic material at high temperatures, in which, on the basis of the catalytic reaction of a hydrocarbon gas with carbon dioxide, oxygen and / or an oxygen-containing gas mixture, the treatment gas is formed, the catalytic reaction taking place in a catalyst retort
  • oxygen-containing gas mixture should be understood in particular to mean air and air enriched or depleted with oxygen
  • Such carburizing and hardening processes of metallic material usually run at high temperatures - preferably in the range from 800 to 1100 ° C. But other heat treatment processes with temperatures above 500 ° C. are also carried out in atmospheres containing CO and H 2 Basis of the catalytic conversion of a hydrocarbon gas (gem ⁇ sch) it with carbon dioxide formed the required treatment gas
  • This reaction is usually accomplished with a gas generator which is arranged next to the one or more heat treatment furnaces or is mounted directly on the furnace housing and consists of a catalyst in the core.
  • the so-called endogas formed in the gas generator is usually - possibly after one
  • Cooling step - fed to the associated heat treatment system without further treatment It is also known to implement the same starting gas mixture in a catalyst retort which is arranged in a heat treatment system and in this way already set to a higher temperature level; see for example DE-A 23 63 709 and EP-A 0261 462.
  • CO and H 2 -containing treatment or reaction gases from carbon dioxide and again a hydrocarbon gas (mixture), with the formation of inert gas also being supported here as a rule by a catalyst unit.
  • Typical formation reactions for the provision of atmosphere on a CO 2 basis are, for example:
  • the known gas generators for generating reaction or protective gas atmospheres for the heat treatment of metals consist of a highly heat-resistant metallic retort shell into which the catalytically active material is poured in the form of bulk material.
  • the catalyst retort filled in this way is filled from the outside and / or inside by means of appropriate heating devices. or heated and kept at the desired operating temperature with continuous energy supply
  • Such gas generators generate between 8 and 300 Nm 3 / h of reaction gas in industrial heat treatment
  • a disadvantage of the known gas generator designs is that the supply of energy or heat to the catalyst retort is not selective. This leads to certain areas of the catalyst retort being "supplied” with too little energy, while other areas of the catalyst retort may be supplied with too much heat Too little heat, for example, demands the sooting of the catalyst bed - which should be avoided as far as possible - because this at least requires regeneration of the catalyst retort or the entire retort has to be replaced.On the other hand, too much heat increases the wear considerably and reduces the lifespan of the retort and catalytic material
  • the object of the present invention is to provide a gas generator for generating a CO and H 2 -containing gas mixture for heat treatment, which enables faster and easier exchange of catalyst material and thus keeps the repair and maintenance costs as low as possible. It is the object of the present invention further to provide a generic method for producing a CO and H 2 -containing gas for heat treatment, which reduces soot formation
  • the catalyst retort is divided into at least two retort areas and at least one of the retort areas is designed to be removable from the gas generator
  • the heat treatment plant according to the invention for carrying out heat treatment processes for metallic material at high temperatures, in particular for carrying out carburizing and hardening processes, is characterized in that it has at least one gas generator according to the invention
  • the catalyst retort is now divided into at least two separate retort areas.
  • at least one of these retort areas is designed to be removable from the gas generator. This already enables sooty catalyst material to be replaced more quickly, since now the entire catalyst material does not first have to be removed from the gas generator before new catalyst material can be filled in, but only individual retort areas can or must be replaced
  • At least the first retort area in the flow direction is preferably designed to be removable from the gas generator
  • the catalyst retort or the gas generator can be particularly with strongly endothermic reaction processes with hydrocarbon gases, for. B in the reaction of carbon dioxide and methane to predominantly carbon monoxide and hydrogen, to a faster sooting, so that it is often advantageous if only this area of the catalyst retort is replaced (more frequently)
  • An advantageous embodiment of the gas generator according to the invention is characterized in that at least the first retort area in the flow direction is at least partially filled with a catalytic neutral and / or an at least catalytically reduced effective material
  • Oxide ceramics e.g. aluminum oxide and zirconium oxide
  • the rest of the retort area which is at least partially filled with a catalytically neutral and / or an at least catalytically reduced effective material, and / or the further retort area (s) consist of a catalytically active material
  • the inventive method for generating a CO and H 2 -containing treatment gas for the heat treatment is characterized in that the catalytic conversion takes place in a catalyst retort divided into at least two retort areas.
  • At least the first retort region of the catalyst retort in the flow direction is at least partially filled with a catalytically neutral and / or an at least catalytically reduced effective material.
  • the heat is supplied selectively over the length of the catalyst retort and adapted to the needs of the local reaction sequences.
  • the energy or heat supply can thus be adapted to the energy requirements within the catalyst retort - which are based on the composition of the gases to be converted.
  • the means for heating are therefore designed to be variable with regard to the heating power.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through this embodiment of the gas generator according to the invention.
  • the gas generator according to the invention consists of a housing 3, which is preferably cylinder-symmetrical, which is divided into four areas 1, 2a, 2b and 2c, as well as a heating device 7, which is not shown in detail in the figure for the sake of clarity.
  • the necessary heat can be supplied to the reaction space, for example, by a heating device surrounding the reaction space, by one or more heating devices enclosed by catalytically active material, or by a combination of the various heating devices.
  • the four regions 1, 2a, 2b and 2c of the catalyst retort are arranged one above the other, the retort region 1 being the first region lying in the flow direction, the retort region 2a the second lying in the flow direction Area, the retort area 2b is the third area in the flow direction and the retort area 2c is the last area in the flow direction
  • the heating device 3 is delimited from the upper and lower housing edges of the gas generator by insulation 10a and 10b. Furthermore, spacers 5a and 5b between individual retort areas - in the case of the embodiment shown in the figure, these are areas 2b and 2c - and the heating device 7 are to be provided
  • the input gas mixture - for example a hydrocarbon gas mixture and carbon dioxide - is fed to the gas generator via a feed line 9.
  • the CO and H 2 -containing gas mixture produced in the catalyst retort is withdrawn from the gas generator via the line or line space 11.
  • This gas mixture can, if there is a major temperature loss can be avoided, be fed directly to a heat treatment room. Alternatively, this gas mixture can be quickly cooled to temperatures below about 200 ° C., ie quenched, without the composition of the gas mixture changing significantly
  • the first retort area 1 in the flow direction is arranged in a container 6 which can be removed entirely from the gas generator.
  • This container 6 has a gas-permeable bottom 4a.
  • the retort areas 2a, 2b and 2c following in the flow direction also each have a gas-permeable bottom 4b, 4c or 4d on This gas-permeable bottom 4a to 4d, which ensure free gas passage, can be designed, for example, in the form of a perforated plate
  • a catalytically neutral and / or an at least catalytically reduced effective material 1 is arranged in the removable container 6
  • the gas generator according to the invention is closed at the top by means of a, preferably water-cooled, cover system 8.
  • a, preferably water-cooled, cover system 8 After removing this cover system 8, the container 6 can be removed from the gas generator and the catalyst material 1 then arranged can be replaced
  • the container 6 which can be removed from the gas generator can consist of a temperature-resistant, purely metallic, ceramic-coated metallic or a purely ceramic material. Both the choice of material for the container 6 and the material 1 arranged in it takes into account a high temperature resistance, a high thermal conductivity and a low one catalytic effect at low temperatures, so that soot formation is inhibited as far as possible
  • the input gas mixture should be supplied via line 9 by suitable insulation in the water-cooled deck ice system 8 such that the cold gas mixture supplied - in which no soot formation occurs - enters a comparatively hot retort area with temperatures above 800 ° C., so that the gas mixture is subjected to heating as quickly as possible area 2a can in turn be built up from a stratification which prevents the formation of very high temperatures above 1100 ° C.
  • Such high temperatures occur in particular in the production of endogas from air and methane (natural gas) in a ratio of about 2.5 to 3.0 by an exothermic partial reaction taking place when the heated starting gas mixture comes into contact with the catalytically active composition. It is therefore advantageous to use a material similar to that in the first retort area 1 directly behind the first catalytically active layer used, built, k build up an inactive or less effective layer with high temperature resistance
  • the composition of the equilibrium of the protective gas which is dependent on the temperature and the mixing ratios of the starting components, is mainly due to the reaction
  • the carbon dioxide content which is important for carbon-active heat treatment atmospheres, it can therefore be advantageous to set the temperature in this last area independently of the previous areas It is therefore expedient to selectively supply the heat over the length of the catalyst retort and in a manner adapted to the needs of the local reaction processes.
  • the retort areas 2a, 2b and 2c can of course also be designed to be removable from the gas generator.
  • soot is significantly reduced due to the provision of catalytically neutral and / or an at least catalytically reduced effective material in the first retort area in the direction of flow.

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Abstract

Gasgenerator, insbesondere für die Erzeugung von CO- und H2-haltigem Behandlungsgas für die Wärmebehandlung von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, aufweisend wenigstens eine Katalysatorretorte sowie Mittel zum Beheizen zumindest von Teilbereichen der Katalysatorretorte(n). Erfindungsgemäß ist die Katalysatorretorte in wenigstens zwei Retortenbereiche (1, 2a, 2b, 2c) aufgeteilt und wenigstens einer der Retortenbereiche (1), vorzugsweise der in der Durchströmrichtung erste Retortenbereich (1), ist aus dem Gasgenerator entnehmbar ausgebildet. Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung, insbesondere Aufkohlung und Härtung, von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, bei dem auf der Grundlage der katalytischen Umsetzung eines Kohlenwasserstoffgases mit Kohlendioxid, Sauerstoff und/oder einem Sauerstoffenthaltenden Gasgemisch das Behandlungsgas gebildet wird, wobei die katalytische Umsetzung in einer Katalysatorretorte erfolgt. Erfindungsgemäß erfolgt die katalytische Umsetzung in einer in wenigstens zwei Retortenbereiche (1, 2a, 2b, 2c) aufgeteilten katalysatorretorte.

Description

Beschreibung
GASGENERATOR UND VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG EINES CO- UND H2-HALTIGEN BEHANDLUNGS¬ GASES FÜR DIE WÄRMEBEHANDLUNG VON METALLISCHEN GUT
5 Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für die Erzeugung von CO- und H2-haltιgem Behandlungsgas für die Wärmebehandlung von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, aufweisend wenigstens eine Katalysatorretorte sowie Mittel zum Beheizen zumindest von Teilbereichen der Katalysatorretorte(n)
0 Ferner betrifft die Erfindung eine Warmebehandlungsanlage zur Durchfuhrung von Warmebehandlungsverfahren von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, insbesondere zur Durchfuhrung von Aufkohlungs- und Hartungsverfahren, aufweisend wenigstens einen Gasgenerator
5 Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2- haltigen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung, insbesondere Aufkohlung und Härtung, von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, bei dem auf der Grundlage der katalytischen Umsetzung eines Kohlenwasserstoffgases mit Kohlendioxid, Sauerstoff und/oder einem Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisch das Behandlungsgas gebildet wird, wobei die katalytische Umsetzung in einer Katalysatorretorte erfolgt
Unter dem Begriff "Sauerstoff-enthaltendes Gasgemisch" sei insbesondere Luft sowie Luft, an- oder abgereichert mit Sauerstoff zu verstehen
Derartige Aufkohl- und Hartungsprozeße von metallischem Gut laufen im Regelfall unter hohen Temperaturen - vorzugsweise im Bereich von 800 bis 1100°C ab Aber auch andere Warmebehandlungsprozesse mit Temperaturen über 500°C werden in CO- und H2-beιnhaltenden Atmosphären durchgeführt Dabei wird auf der Grundlage der katalytischen Umsetzung eines Kohlenwasserstoffgas(gemιsch)es mit Kohlendioxid das erforderliche Behandlungsgas gebildet
Es ist bekannt, CO- und H2-haltιge Schutz- oder Reaktionsgase aus Luft und einem Kohlenwasserstoffgas(gemιsch) - beispielsweise Erdgas oder Propan - mittels katalytischer Umsetzung der reaktiven Bestandteile - also Sauerstoff und beispielsweise Methan - zu bilden. Die typische Bildungsreaktion, die eine unvollständige Verbrennung des Kohlenwasserstoffgas(gemisch)es darstellt, lautet hierbei wie folgt:
(02 + 4 N2 ) oder (Luft) + 2 CH4 → 2 CO + 4 H2 + 4 N2
Diese Reaktion wird üblicherweise mit einem neben dem oder den Wärmebehandlungsöfen angeordneten oder direkt an das Ofengehäuse montierten, im Kernstück aus einem Katalysator bestehenden Gasgenerator bewerkstelligt. Das im Gasgenerator gebildete sog. Endogas wird im Regelfall - ggf. noch nach einem
Abkühlschritt - ohne weitere Behandlung der zugehörigen Wärmebehandlungsanlage zugeführt. Ebenso ist es bekannt, das gleiche Ausgaπgsgasgemisch in einer, in einer Wärmebehandlungsanlage angeordneten und auf diese Weise bereits auf ein höheres Temperaturniveau versetzten, Katalysatorretorte umzusetzen; siehe beispielsweise die DE-A 23 63 709 und EP-A 0261 462.
Ferner ist es bekannt, CO- und H2-haltige Behandluπgs- oder Reaktionsgase aus Kohlendioxid und wiederum einem Kohlenwasserstoffgas(gemisch) zu bilden, wobei auch hier im Regelfall die Schutzgasbildung durch eine Katalysatoreinheit unterstützt wird. Typische Bildungsreaktionen für die Atmosphärenbereitstellung auf C02-Basis lauten beispielsweise:
2 C02 + 2 CH4 → 4 CO + 4 H2
3 CO2 + C3H8 - 6 CO + 4 H2
Diese Reaktionen ergeben Atmosphären, die verglichen mit dem vorgenannten Endogas deutlich erhöhte Anteile an Kohlenmonoxid und zudem keinen Stickstoffgehait aufweisen. Insbesondere für Aufkohlungsprozeße bietet dies Vorteile, nämlich eine hohe Kohlenstoffübergangszahl.
Aus der DE-A 199 51 519 (am Anmeldetag noch nicht veröffentlicht) ist ein Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Reaktions- bzw. Behandlungsgases bekannt, bei dem anstelle des Kohlendioxids oder zusätzlich zu dem Kohlendioxid Sauerstoff zugemischt wird. Bereits durch eine relativ geringfügige und wohldosierte Zugabe von Sauerstoff kann der Energiebedarf bei der Behandiungsgaserzeugung deutlich reduziert und zudem die Qualität der entstehenden Atmosphäre, insbesondere im Hinblick auf deren Aufkohlungswirkung, beibehalten werden
Die bekannten Gasgeneratoren zur Erzeugung von Reaktions- oder Schutzgasatmospharen für die Wärmebehandlung von Metallen bestehen aus einer hochwarmfesten metallischen Retortenhulle, in die das katalytisch wirkende Material in Form von Schuttgut eingefüllt ist Die so befullte Katalysatorretorte wird mittels entsprechender Heizvorrichtungen von außen und/oder innen aufge- bzw beheizt und bei kontinuierlicher Energiezufuhr auf der gewünschten Betriebstemperatur gehalten
Derartige Gasgeneratoren erzeugen in der industriellen Wärmebehandlung zwischen ca 8 und 300 Nm3/h Reaktionsgas
Nachteilig bei den bekannten Gasgeneratorkonstruktionen ist jedoch, dass die Energie- bzw Wärmezufuhr in die Katalysatorretorte nicht selektiv erfolgt Dies fuhrt dazu, dass bestimmte Bereiche der Katalysatorretorte mit zu wenig Energie "versorgt" werden, wahrend anderen Bereichen der Katalysatorretorte unter Umstanden zuviel Warme zugeführt wird Ein Zuwenig an Warme fordert beispielsweise die Verrußung des Katalysatorbettes - was tunlichst vermieden werden sollte -, da dadurch zumindest ein Regenerieren der Katalysatorretorte erforderlich wird oder die gesamte Retorte ausgetauscht werden muss Ein Zuviel an Warme erhöht dagegen den Verschleiss erheblich und vermindert die Lebensdauer von Retorte und katalytischem Material
Aufgrund der Erhitzung der Kohlenwasserstoffkomponenten in dem der Katalysatorretorte zugefuhrten Ausgangsgasgemisch kommt es zu einer allmählichen Verrußung des Katalysatorbettes Um diesen Prozess zu vermeiden bzw zu verlangsamen ist ein regelmäßiges Regenerieren des Katalysatorbettes - beispielsweise durch Spulen des Katalysatorbettes mit Luft, Sauerstoff, CO2 oder anderen Sauerstofftragem - erforderlich
Insbesondere bei neueren Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltιgen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung von metallischem Gut - bei denen auch Kohlendioxid und/oder Sauerstoff dem Katalysator zugeführt wird - kommt es aufgrund einer veränderten Reaktionskinetik und eines deutlich höheren Energiebedarfs zu einem schnelleren Verrußen des Katalysatorbettes Dies hat zur Folge, dass das verwendete Katalysatormateπal in kürzeren Zeitabstanden ausgetauscht werden muß
Die Prozedur des Austauschens von Katalysatormateπal ist jedoch vergleichsweise aufwendig, da dazu im Regelfall die Anlage abgefahren und der Katalysator ausgebaut werden muss, bevor ein Austausch des Katalysatormateπales möglich ist
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gasgenerator zur Erzeugung eines CO- und H2-haltιgen Gasgemisches für die Wärmebehandlung anzugeben, der einen schnelleren und einfacheren Austausch von Katalysatormateπal ermöglicht und damit den Reparatur- und Wartungsaufwand möglichst gering halt Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein gattungsgemaßes Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltιgen Behaπdlungsgases für die Wärmebehandlung anzugeben, das die Rußbildung verringert
Diese Aufgaben wird bei dem erfindungsgemaßen Gasgenerator dadurch gelost, dass die Katalysatorretorte in wenigstens zwei Retortenbereiche aufgeteilt ist und wenigstens einer der Retortenbereiche aus dem Gasgenerator entnehmbar ausgebildet ist
Die erfindungsgemaße Warmebehandlungsanlage zur Durchfuhrung von Warmebehandlungsverfahren von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, insbesondere zur Durchfuhrung von Aufkohlungs- und Hartungsverfahren, zeichnet sich dadurch aus, daß sie wenigstens einen erfindungsgemaßen Gasgenerator aufweist
Erfindungsgemaß ist die Katalysatorretorte nunmehr in wenigstens zwei getrennte Retortenbereiche aufgeteilt Zudem ist wenigstens einer dieser Retortenbereiche aus dem Gasgenerator entnehmbar ausgebildet Bereits dadurch wirα ein schnelleres Auswechseln von verrußtem Katalysatormateπal ermöglicht, da nunmehr nicht das gesamte Katalysatormateπal zunächst aus dem Gasgenerator entfernt werden muß, bevor neues Katalysatormateπal eingefüllt werden kann, sondern lediglich einzelne Retortenbereiche ausgewechselt werden können bzw müssen Vorzugsweise ist wenigstens der in der Durchstromπchtung erste Retortenbereich aus dem Gasgenerator eπtnehmbar ausgebildet
Insbesondere in diesem Bereich der Katalysatorretorte bzw des Gasgenerators kann es insbesondere bei stark endothermen Umsetzungsvorgangen mit Kohlenwasserstoffgasen, z. B bei der Reaktion von Kohlendioxid und Methan zu überwiegend Kohlenmonoxid und Wasserstoff, zu einem schnelleren Verrußen kommen, so dass es oftmals vorteilhaft ist, wenn ausschließlich dieser Bereich der Katalysatorretorte (häufiger) ausgewechselt wird
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Gasgenerators ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der in der Durchstromπchtung erste Retortenbereich zumindest teilweise mit einem katalytischen neutralen und/oder einem zumindest katalytisch vermindert wirksamen Material befullt ist
Als katalytisch neutrales Material können typischerweise Oxidkeramiken (z. B Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid) verwendet werden
Das Vorsehen derartiger Materialien hat zur Folge, dass die Rußbildung in diesem Retortenbereich gehemmt wird, somit ist die Herausnahme des entsprechenden Retortenbereiches aus dem Gasgenerator weniger häufig erforderlich
Den erfindungsgemaßen Gasgenerator weiterbildend wird vorgeschlagen, dass die Restbefuliung des Retortenbereiches, der zumindest teilweise mit einem katalytisch neutralen und/oder einem zumindest katalytisch vermindert wirksamen Material befüllt ist, und/oder des oder der weiteren Retortenbereiche aus einem katalytisch wirksamen Material besteht
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gasgenerators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Beheizen zumindest von Teilbereichen der Katalysatorretorte als Heizspulen ausgebildet sind
Das erfindungsgemaße Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltιgen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung ist dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Umsetzung in einer in wenigstens in zwei Retortenbereiche aufgeteilten Katalysatorretorte erfolgt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist wenigstens der in der Durchstromrichtung erste Retortenbereich der Katalysatorretorte zumindest teilweise mit einem katalytisch neutralen und/oder einem zumindest katalytisch vermindert wirksamen Material befüllt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn - entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens - über die Länge der Katalysatorretorte die Wärme selektiv und den Bedürfnissen der lokalen Reaktionsabläufe angepasst zugeführt wird. Die Energie- bzw. Wärmezufuhr kann so an die energetischen Erfordernisse innerhalb der Katalysatorretorte - die sich an der Zusammensetzung der umzusetzenden Gase orientieren - angepasst werden. Den erfindungsgemäßen Gasgenerator weiterbildend sind daher die Mittel zum Beheizen als hinsichtlich der Heizleistung variierbar ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Gasgenerator, das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien anhand des in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators.
Der erfindungsgemäße Gasgenerator besteht aus einem vorzugsweise zyiindersymmetrisch aufgebautem Gehäuse 3, der in vier Bereiche 1, 2a, 2b und 2c aufgeteilten Katalysatorretorte sowie einer Heizvorrichtung 7, die der Übersichtlichkeit halber in der Figur jedoch nicht im Detail dargestellt ist. Die notwendige Wärme kann dem Reaktionsraum beispielsweise durch eine den Reaktionsraum umschließende Heizvorrichtung, durch eine oder mehrere von katalytisch wirksamen Material umschlossenen Heizvorrichtungen oder durch eine Kombination der verschiedenen Heizvorrichtungen zugeführt werden.
Die vier Bereiche 1 , 2a, 2b und 2c der Katalysatorretorte sind übereinander angeordnet, wobei der Retortenbereich 1 der erste in der Durchströmrichtung liegende Bereich, der Retortenbereich 2a der zweite in der Durchströmrichtung liegende Bereich, der Retortenbereich 2b der dritte in der Durchstromrichtung liegende Bereich und der Retortenbereich 2c der letzte in der Durchstromrichtung hegende Bereich ist
Die Heizvorrichtung 3 ist zu dem oberen sowie unteren Gehauserand des Gasgenerators durch Isolierungen 10a und 10b abgegrenzt Ferner sind gegebenenfalls Abstaπdshalter 5a und 5b zwischen einzelnen Retortenbereichen - im Falle der in der Figur dargestellten Ausfuhrungsform sind dies die Bereiche 2b und 2c - sowie der Heizvornchtuπg 7 vorzusehen
Über eine Zufuhrleitung 9 wird dem Gasgenerator das Eingangsgasgemisch - beispielsweise ein Kohlenwasserstoffgasgemisch sowie Kohlendioxid - zugeführt Das in der Katalysatorretorte produzierte CO- und H2-haltιge Gasgemisch wird über die Leitung bzw den Leitungsraum 11 aus dem Gasgenerator abgezogen Dieses Gasgemisch kann, wenn ein größerer Temperaturverlust vermieden werden kann, direkt einem Warmebehandlungsraum zugeführt werden Alternativ dazu kann dieses Gasgemisch schnell auf Temperaturen unterhalb etwa 200 °C abgekühlt also gequencht werden, ohne dass sich die Zusammensetzung des Gasgemisches wesentlich ändert
Der in der Durchstromrichtung erste Retortenbereich 1 ist im vorliegenden Falle in einem zur Ganze aus dem Gasgenerator herausnehmbaren Behältnis 6 angeordnet Diese Behältnis 6 weist einen gasdurchlässigen Boden 4a auf Auch die in Durchstromrichtung nachfolgenden Retortenbereiche 2a, 2b und 2c weisen jeweils einen gasdurchlässigen Boden 4b, 4c bzw 4d auf Diese gasdurchlässigen Boden 4a bis 4d, die einen freien Gasdurchtritt gewährleisten, können z B in Form eines Lochbleches ausgebildet sein
In dem herausnehmbaren Behältnis 6 ist ein katalytisch neutrales und/oder ein zumindest katalytisch vermindert wirksames Material 1 angeordnet
Der erfmdungsgemaße Gasgenerator wird nach oben mittels eines, vorzugsweise wassergekühlten, Deckelsystems 8 abgeschlossen Nach Entfernen dieses Deckelsystems 8 kann das Behältnis 6 aus dem Gasgenerator entnommen und das dann angeordnete Katalysatormateπal 1 ausgewechselt werden Das aus dem Gasgenerator entnehmbare Behältnis 6 kann aus einem temperaturbeständigen rein metallischen, keramisch beschichteten metallischen oder einem rein keramischen Material bestehen Sowohl die Materialwahl des Behältnisses 6 als auch des in ihm angeordneten Materials 1 erfolgt unter Berücksichtigung einer hohen Temperaturfestigkeit, einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einer geringen katalytischen Wirkung bei niedrigen Temperaturen, so dass die Rußbildung soweit als möglich gehemmt wird
Die Zufuhrung des Eingangsgasgemisches über die Leitung 9 sollte durch eine geeignete Isolierung in dem wassergekühlten Deckeisystem 8 derart erfolgen, dass das zugefuhrte kalte Gasgemisch - bei dem keine Rußbildung auftritt - in einen vergleichsweise heißen Retortenbereich mit Temperaturen über 800 °C eintritt, so dass das Gasgemisch einer möglichst schnellen Aufheizung unterworfen wird Der Bereich 2a kann wiederum aus einer Schichtung aufgebaut sein, die die Entstehung von sehr hohen Temperaturen über 1100°C verhindert Derartig hohe Temperaturen treten insbesondere bei der Erzeugung von Endogas aus Luft und Methan (Erdgas) in einem Verhältnis von etwa 2,5 bis 3,0 auf, indem bei Kontakt des aufgeheizten Ausgangsgasgemisches mit der katalytisch wirksamen Masse eine exotherme Teilreaktion erfolgt Es ist daher vorteilhaft, direkt hinter die erste katalytisch wirksame Schicht eine aus einem ähnlichen Material, wie es in dem ersten Retortenbereich 1 verwendet wird, aufgebaute, katalytisch unwirksame bzw vermindert wirksame Schicht mit hoher Temperaturbeständigkeit aufzubauen
In dem bezüglich der Durchstromungsπchtung hinteren Bereich der Retorte wird die von der Temperatur und den Mischungsverhaltnissen der Ausgangskomponenten abhangige Gleichgewichtszusammensetzung des Schutzgases vor allem durch die Reaktion
C02 + H2 o H2O + CO (Wassergasreaktion)
eingestellt Um die für kohiungsaktive Warmebehandlungsatmospharen wichtige Prozessgroße, den Kohlendioxid-Gehalt, einstellen zu können, kann es daher vorteilhaft sein, die Temperatur in diesem letzten Bereich unabhängig von den vorhergehenden Bereichen gezielt einzustellen Es ist daher zweckmäßig, über die Länge der Katalysatorretorte die Wärme selektiv und den Bedürfnissen der lokalen Reaktionsabläufe angepasst zuzuführen.
Neben der in der Figur dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators können selbstverständlich auch die Retortenbereiche 2a, 2b und 2c aus dem Gasgenerator entnehmbar ausgebildet sein.
Zweckmäßig ist darüber hinaus eine wie in der Figur dargestellte senkrechte Anordnung des erfindungsgemäßen Gasgenerators und damit der Katalysatorretorte, da so eine optimale und dichte Schüttung der Retortenfüllung(en) gewährleistet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aufgrund des Vorsehens von katalytisch neutralen und/oder einem zumindest katalytisch vermindert wirksamen Material in den in Strömungsrichtung ersten Retortenbereich die Rußbildung deutlich verringert. Durch die schnellere
Austauschbarkeit dieses Materials bzw. des Behältnisses, in dem dieses Material angeordnet ist, wird die Beseitigung von verrußtem Material erleichtert und beschleunigt. Die erforderlichen Stillstandszeiten des Gasgenerator werden daher verringert.

Claims

Patentansprüche
1. Gasgenerator, insbesondere für die Erzeugung von CO- und H2-haltigem
Behandlungsgas für die Wärmebehandlung von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, aufweisend wenigstens eine Katalysatorretorte sowie Mittel zum Beheizen zumindest von Teilbereichen der Katalysatorretorte(n), dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorretorte in wenigstens zwei Retortenbereiche (1, 2a, 2b, 2c) aufgeteilt ist und wenigstens einer der Retortenbereiche (1) aus dem Gasgenerator entnehmbar ausgebildet ist.
2. Gasgenerator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der in der Durchstromrichtung erste Retortenbereich (1) aus dem Gasgenerator entnehmbar ausgebildet ist.
3. Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der in der Durchströmrichtung erste Retortenbereich (1) zumindest teilweise mit einem katalytisch neutralen und/oder einem zumindest katalytisch vermindert wirksamen Material befüllt ist.
5. Gasgenerator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Restbefüllung des Retortenbereiches (1), der zumindest teilweise mit einem katalytisch neutralen und/oder einem zumindest katalytisch vermindert wirksamen Material befüllt ist, und/oder des oder der weiteren Retortenbereiche (2a, 2b, 2c) aus einem katalytisch wirksamen Material besteht.
6. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Beheizen zumindest von Teilbereichen der Katalysatorretorte als Heizspulen ausgebildet sind.
7. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Beheizen als hinsichtlich der Heizleistung variierbar ausgebildet sind. Wärmebehandlungsanlage zur Durchführung von Wärmebehandlungsverfahren von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, insbesondere zur Durchführung von Aufkohlungs- und Härtungsverfahren, aufweisend wenigstens einen Gasgenerator, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlungsanlage wenigstens einen Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
9. Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung, insbesondere Aufkohlung und Härtung, von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, bei dem auf der Grundlage der katalytischen Umsetzung eines Kohlenwasserstoffgases mit Kohlendioxid, Sauerstoff und/oder einem Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisch das Behandlungsgas gebildet wird, wobei die katalytische Umsetzung in einer Katalysatorretorte erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Umsetzung in einer in wenigstens in zwei
Retortenbereiche (1 , 2a, 2b, 2c) aufgeteilten Katalysatorretorte erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der katalytischen Umsetzung wenigstens der in der Durchströmrichtung erste Retortenbereich (1) der Katalysatorretorte zumindest teilweise mit einem katalytisch neutralen und/oder einem zumindest katalytisch vermindert wirksamen Material befüllt ist.
1 . Gasgenerator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge der Katalysatorretorte Wärme selektiv und den Bedürfnissen der lokalen
Reaktionsabläufe angepasst zugeführt wird.
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