DE887036C - Verfahren und Vorrichtung zur Spaltung kohlenwasserstoffhaltiger Gase unter Druck durch Zufuehrung von Sauerstoff - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Spaltung kohlenwasserstoffhaltiger Gase unter Druck durch Zuführung von Sauerstoff Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spaltung kohlenwasserstoffhaltiger, insbesondere methanhaltiger Gase unter Druck durch Zuführung von Sauerstoff zwecks Gewinnung von Wasserstoff, Kohlenoxyd oder Gemischen solcher Gase.
• Es ist bekannt, zur Herstellung von Wasserstoff aus kohlenwasserstoffhaltigen Gasen, wie Koksofengas, Gasen der Sauerstoffdruckvergasung, Restgas der Benzinsynthese u. a., die Spaltung der Gase unter Druck und bei Temperaturen von 130o° und mehr in Abwesenheit von Katalysatoren unter Erzeugung der Reaktionswärme unter Zusatz von sauerstoffhaltigen Gasen, gegebenenfalls unter Anwendung eines Überschusses von Wasserdampf, durchzuführen. Zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens ist ein Ofen bekannt, bei dem um eine Verbrennungskammer Regeneratoren angeordnet sind, in denen der Wärmeaustausch zwischen umgesetzten und ankommenden Gasen vorgenommen wird. Diesen Ofen hat man dadurch verbessert, daß die senkrecht über und unter der Verbrennungskammer angeordneten Regeneratoren in den Zonen höherer Temperatur aus Steinstapeln mit großen freien Räumen und in der Zone niedrigerer Temperatur aus Lochstapeln mit kleinen freien Räumen bestehen, wobei vorteilhaft die sauerstoffhaltigen Gase in der Mitte des Ofens zugeführt wurden. Die bisher ausgeführten Öfen dieser Art besitzen einen unverhältnismäßig großen Gitterraum, der beispielsweise je. Normalkubikmeter stündlicher Spaltgasmenge in jedem Regenerator bis etwa 15 1 beträgt, also bei zwei zu einer Spalteinheit gehörenden Regeneratoren 25 bis 301 Gitterraum umfaßt.
• Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dä,ß dieser für die Durchführung des bekannten Verfahrens notwendige Gitterraum zur Aufheizung der Rohgase vor ihrer Spaltung durch Zuführung von Sauerstoff wesentlich verkleinert werden kann, beispielsweise bis auf 1,51 und weniger je Normalkubikmeter stündlicher Spaltgasmenge,- wenn die zur Spaltung der Rohgase benötigte Sauerstoffmenge während der Aufheizung des Rohgases in dem wärmeabgebenden Regenerator zeitlich mit steigender Menge zugeführt wird. Es erfolgt also nach der Erfindung nicht mehr wie .bisher eine konstante Zuführung des Sauerstoffes in den Spaltraum, sondern eine zeitlich steigende Zuführung der Sauerstoffmenge, die in der Weise bemessen wird, daß der mit der Zeit immer stärker zunehinende Temperaturabfall des im Regenerator aufgeheizten Rohgases wieder ausgeglichen wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Spalttemperatur im Spaltraum ihrerseits konstant und von niedrigerer Höhe als bisher erforderlich gehalten werden kann.
• An sich liegt kein Anlaß vor, einen derartigen Temperaturausgleich im Abfall der Temperatur der im Regenerator aufgeheizten Rohgase. vorzunehmen, weil durch entsprechend höhere Anordnung der Spalttemperatur auch am Ende jeder Generatorperiode noch genügend Temperaturhöhe zur Durchführung der Spaltung aufrechterhalten werden kann. Aus diesem Grunde wurde bisher auf eine Steuerung der Sauerstoff- und nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gegebenenfalls auch der Dampf- und Kohlensäuremenge verzichtet.
• Sofern Wasserdampf in an sich bekannter Weise gegebenenfalls dem Regenerator mit den aufzuheizenden Rohgasen zugesetzt wird, erfolgt dieser Zusatz vorteilhaft ebenfalls in steigender Menge wie bei dem Sauerstoffzusatz, wodurch eine größere Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung der Spaltgase erzielt wird. Umgekehrt wird ein Kohlensäurezusatz zeitlich über die Dauer der Rufheizung der Rohgase im Regenerator vermindert, was ebenfalls zur gleichmäßigeren Zusammensetzung des Spaltgases beiträgt.
• Der zur Durchführung der Verfahren nach der Erfindung geeignete Regenerator wird also mit einem Gitterraum ausgestattet, der beispielsweise nicht mehr als 2,5 1, vorteilhaft nicht mehr als i,51 je Normalkubikmeter stündlicher Spaltgasmenge beträgt. Entsprechend diesem geringen Gitterraum steigt die Leistung des Regenerators naturgemäß um ein Vielfaches gegenüber derjenigen nach der bisher ausgeführten Bauweise.
• An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung weiter erläutert.
• Abb. i zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Spaltung kohlenwasserstoffhaltiger Gase unter Zuführung von Sauerstoff. Daneben sind in einem Diagramm die Temperaturveränderungen dargestellt, die das Gasgemisch auf dem Wege durch die Vorrichtung erfährt; Abb.2 zeigt .den zeitlichen Temperaturverlauf an einzelnen Stellen des Gasweges durch die Anlage nach der bisherigen Arbeitsweise; Abb.3 zeigt den zeitlichen Temperaturverlauf an denselben Stellen des Gasweges durch die Anlage nach der erfindungsgemäßen Arbeitsweise.
• Die Abb. i bis 3 stellen alle die Temperaturänderungen in einem Spaltgenerator während des Betriebes mit Hilfe dreier Variablen, der Temperatur, der- Zeit und der Weglänge, dar.
• In Abb. i wird das System zu einem bestimmten Zeitpunkt betrachtet, in Abb. 2 und 3 bei verschiedenen Zeiten, aber an einzelnen, bestimmten Punktenauf dem Wege des Gases durch die Anlage.
• Die in Abb. i schematisch und beispielsweise dargestellte Spaltanlage besteht aus dem Spaltraum i, der über Durchlässe mit den Regeneratoren 2 und 3 in Verbindung steht. Die Regeneratoren sind bei q. und 5 mit Leitungen versehen, die abwechselnd der Zuleitung des Rohgasgemisches oder der Abführung des thermisch umgesetzten Gases dienen. Dem Spaltraum i wird durch die Leitung 6 Sauerstoff zugeführt. In dieser Leitung ist gemäß der Erfindung ein Steuerorgan 7 eingebaut, das den Sauerstoffzusatz in bestimmter Abhängigkeit von der Zeit .ändert.
• Neben diesem schematischen Längsschnitt durch die Spaltanlage zeigt ein Diagramm den Verlauf der Gastemperatur auf dem Wege des Gases vom Eintritt q. zum Austritt 5. Der mit a .bezeichnete Linienzug zeigt den Temperaturverlauf bei Beginn einer Arbeitsperiode des Regenerators 2, die für Regenerator 3 Aufheizperiode ist. Der Linienzug e gibt den Temperaturverlauf am Ende dieser Periode. Die Punkte A und E bezeichnen die Temperaturen, mit denen das Rohgas am Anfang bzw. am Ende der Arbeitsperiode in den Spaltraum eintritt, der Punkt C die Spalttemperatur.
• ' Aus dem Diagramm ist zu ersehen, daß am Ende der Arbeitsperiode eine größere Sauerstoffzufuhr erforderlich ist, um vom Temperaturniveau E auf das Temperaturniveau C zu gelangen, als für den entsprechenden Schritt von A nach C am Anfang der Arbeitsperiode. Das bedeutet umgekehrt, daß die Sauerstoffzufuhr zeitlich veränderlich sein muß, wenn die Reaktionstemperatur im Spaltraum konstant bleiben soll.
• Die Abb. 2 und 3 stellen den Temperaturverlauf an verschiedenen Punkten der Anlage in der Abhängigkeit von der Zeit über den ganzen, aus Arbeits- und Aufheizperiode bestehenden Arbeitszyklus dar. Abb.2 gilt für eine Arbeitsweise mit zeitlich konstantem Sauerstoffstrom, Abb.3 für eine solche mit erfindungsgemäß zeitlich veränderter Sauerstoffzufuhr. Die Kurve 1q. (Abb.2) stellt die Gastemperatur am Austritt aus dem wärme.-abgebenden Generator während der Arbeitsperiode dar. Die Meßstelle befindet sich in Höhe der Geraden durch A und E in Abb. i. An dieser Stelle herrscht während der Aufheizperiode dieselbe Temperatur wie in der Reaktionskammer (Kurve 12 in Abb.2). Mit den durch Kurve 14 beschriebenen Verhältnissen sind die Vorgänge am gleichen Punkt während der Aufheizperiode nicht vergleichbar, weshalb eine an sich mögliche Darstellung des Temperaturverlaufs in dem der Kurve 1q. benachbarten Feld nicht aufgenommen ist.
• Kurve 13 (Abb. 2) gibt den Temperaturverlauf im Material der Steinfüllung eines Regenerators während der Arbeitsperiode und der Aufheizperiade, also über den ganzen Arbeitszyklus wieder. Die Meßstelle liegt wieder in Höhe der Geraden E, A in Abb. i.
• Kurven i i und 12 (Abb. 2) stellen den Temperaturverlauf in :der Reaktionskammer während des ganten Arbeitszyklus dar. Beide Kurven müssen den gleichen Verlauf haben. Zu beachten ist nur, daß die Richtungen des Gasstromes für i i und 12 entgegengesetzt sind. Beide Kurven bringen zum Ausdruck, daß bei konstanter Sauerstoffzufuhr .die Temperatur in der Reaktionskammer, in der es nur Arbeitsperioden gibt, im Rhythmus der Änderung der Gasströmungsrichtung schwanken muß.
• ach .der erfindungsgemäßen Arbeitsweise, die durch die Kurven der Abb.3 beschrieben ist, wird die Reaktionstemperatur im Spaltraum konstant gehalten, etwa bei 130o°, wie die beiden waagerechten Strecken 15 und 16 zum Ausdruck bringen.
• Die Kurven 1 7 und 18 der Abb. 3, .die den Kurven i3 und 1..1. der Abb.2 entsprechen, lassen erkennen, daß bei einer durch zeitlich veränderte Sauerstoffzufuhr konstant gehaltenen Reaktionstemperatur im Spaltraum viel größere Schwanhungen in der Gastemperatur beim Eintritt des Rohgases in den Spaltraum zulässig sind als bei zeitlich konstanter Sauerstoffzufuhr. Das bedeutet aber, daß die Regeneratoren wesentlich verkleinert oder aber bei unveränderter Größe viel höher belastet werden können.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Spaltung kohlenwasserstoffhaltiger, insbesondere methanhaltiger Gase unter Druck durch Zuführung von Sauerstoff und unter Vorwärmung des zu spaltenden Gases in zwei oder mehreren wechselweise betriebenen Regeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Spaltung benötigte Sauerstoffmenge während der Aufheizung der Gase in einem Regenerator zeitlich . in solchen steigenden Mengen zugeführt wird, daß dadurch der Temperaturabfall ,des regenerativ aufgeheizten Rohgases aufgehoben wird und mit konstanter Spalttemperatur gearbeitet werden kann.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein für die Spaltung verwendeter Dampfzusatz während der Rufheizung des Gases in einem Regenerator erhöht wird, wogegen ein Kohlensäurezusatz mit der Zeit vermindert wird.
3. 3. Regenerator zur Durchführung der Verfahren nach Ansprüchen i und 2, gekennzeichnet durch einen Gitterraum je Regenerator von nicht mehr als 2,5 1, vorzugsweise nicht mehr als 1,5 1 je Normalkubikmeter stündlicher Spaltgasmenge.