DE703561C - Einrichtung und Verfahren zur Durchfuehrung endoth - Google Patents
Einrichtung und Verfahren zur Durchfuehrung endothInfo
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- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/46—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using discontinuously preheated non-moving solid materials, e.g. blast and run
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Durchführung endothermer Gasreaktionen bei
hohen Temperaturen, beispielsweise auf die Umsetzung von Methan oder methanhaltigen
Gasen mit Wasserdampf in Kohlenoxyd und Wasserstoff oder ähnliche wärmebindende Vorgänge, wobei das Gas oder Gas-Dampf-Gemisch
in regenerativen Gaserhitzern auf die Reaktionstemperatur erhitzt wird und
ίο das Gitterwerk der Gaserhitzer durch
heiße Verbrennungsgase periodisch aufgeheizt wird.
Die Durchführung derartiger endothermer Gasreaktionen bei hohen Temperaturen wird
«5 dadurch erschwert, daß zum Aufheizen der Wärmespeicher, in welchen die zu behandelnden
Gase auf die Reaktionstemperatur erhitzt werden, große Wärmemengen hoher Temperaturlage
erforderlich sind, um den durch die
so endotherme Reaktion bedingten Wärmeverlust in der Hochtemperaturzone des Wärmespeichers
zu decken. Infolgedessen werden die Zonen niedrigerer Temperatur des Wärmespeichers von zu großen Gasmengen
niedriger Temperaturlage durchströmt, deren fühlbare Wärme in dem Gitterwerk nicht
ausgenutzt werden kann, so daß Abgase sehr hoher Temperatur entstehen. Der thermische
Wirkungsgrad einer solchen Anlage ist wegen der hohen Abgastemperatur nur gering.
Um die im vorstehenden erörterten Schwierigkeiten bei der Durchführung endothermer
Gasreaktionen auf hoher Temperaturstufe zu beseitigen, ist vorgeschlagen worden, aus dem
Wärmespeicher, in dem die zu behandelnden Gase auf die Reaktionstemperatur erhitzt
werden, aus einer Zone höherer Temperatur einen Teil der heißen Aufheizgase abzuziehen
und die fühlbare Wärme dieses Teilstromes heißer Aufheizgase in besonderen Einrichtungen,
beispielsweise Dampfkesseln, auszunutzen. Auf diese Weise kann man erreichen, daß die am kalten Ende der Wärmespeicher
abziehenden Abgase eine vorteilhaft niedrige
Temperatur aufweisen. Indessen ist dieser Vorschlag nur anwendbar in solchen Fällen,
in denen eine Verwertung der aus dem Teilstrom heißer Aufheizgase gewinnbaren Wärme
zu anderen Zwecken möglich ist.
Es ist auch schon bekannt, ein System von drei Regeneratoren vorzusehen, wobei der
mittlere Regenerator von den beiden angrenzenden Regeneratoren durch \rerbrennungskammern
getrennt ist, in denen die für die Aufheizung der beiden der Gasumsetzung
dienenden Regeneratoren erforderliche Wärme durch Verbrennen von Gas erzeugt wird.
Diese Einrichtung ist liegend angeordnet, so iS daß die Gase die Einrichtung in waagerechter
Richtung durchströmen. Diese Art der Beaufschlagung der Regeneratoren hat den Nachteil, daß sich beim Aufheizen der Gase
der Auftrieb der immer heißer werdenden Gasmassen derart auswirkt, daß die Gasmassen
in der Hauptsache durch die oberen Lagen des Regeneratorgitterwerks strömen, so daß diesen Gitterwerkslagen mehr Wärme
als den unteren Lagen entzogen wird. 2S Es ist bei dieser Einrichtung also nicht möglich,
alle Teile des Gases mit möglichst konstanter Geschwindigkeit auf die Reaktionstemperatur zu bringen, so daß das Zeitelement
der Umsetzung für alle Gasteilchen 3« gleich ist. Diese Erscheinung wirkt sich
nachteilig auf den Ablauf der durchzuführenden Reaktionen aus, so daß beispielsweise
bei der Umsetzung von Methan sich Kohlenstoff abscheidet, der der Umsetzung mit Wasserdampf
entzogen wird.
Es ist weiterhin bekannt, ein System von zwei Regeneratoren mit dazwischengeschalteter
Reaktionskammer, die mit Koks gefüllt ist, vorzusehen, wobei die Reaktionskammer
von den angrenzenden Regeneratoren durch Verbrennungsräume getrennt ist. Bei dieser Einrichtung sind jedoch stets zwei von
drei Wärmespeichern, wenn man die mit Koks gefüllte Reaktionskammer auch als Wärmespeicher betrachtet, falsch in dem
Sinne beaufschlagt, daß die vorzuwärmenden Medien von oben nach unten und die wärmeabgebenden Medien von unten nach
oben strömen.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, eine Einrichtung für die Durchführung
endothermer Gasreaktionen zu schaffen, bei der einmal die zu behandelnden Gase bzw.
das Gas-Wasserdampf-Gemisch gleichmäßig auf den freien Querschnitt der Wärmespeicher
verteilt werden und bei der außerdem der Grundregel der Beaufschlagung von Regeneratoren
Rechnung getragen wird, wonach wärmeaufnehmende Gase den Regenerator 6(1 von unten nach oben und wärmeabgebende
Gase den Regenerator von oben nach unten durchströmen, so daß die Strömung ausgeglichen
ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus drei miteinander verbundenen Wärmespeichern (Regeneratoren), von
denen jeweils einer zum Vorwärmen der Heizmittel dient, durch deren Verbrennung die beiden anderen Wärmespeicher aufgeheizt
werden, während danach das zu behandelnde Gas in entgegengesetzter Richtung wie das
Heizmittel durch die Wärmespeicher strömt. Zur Lösung vorstehender Aufgabe werden
die gemäß der Erfindung als Verbrennungskammern ausgebildeten Kuppeln zweier turmartiger
Wärmespeicher miteinander durch einen dritten Wärmespeicher verbunden, der aus zwei senkrecht beaufschlagten Kammern
besteht, die unten miteinander und oben mit je einer der beiden Kuppeln in Verbindung
stehen. Die Höhe dieses mittleren, aus zwei Kammern bestehenden Wärmespeichers ist
weiterhin wesentlich geringer als die der beiden angrenzenden Wärmespeicher. Durch
diese Anordnung wird erreicht, daß die Strömungsrichtung stets in dreien der aus vier
Kammern bestehenden Gasspeichergruppe der obengenannten Grundregel entspricht und nur
in einer der kleineren mittleren Kammern entgegengesetzt ist. Nachteile sind jedoch
hiermit nicht verknüpft, da die Höhe der mittleren Kammern vergleichsweise gering
ist, so daß ins Gewicht fallende Druck- bzw. Zugverluste nicht auftreten können. Infolge
dieser Anordnung ist der technische Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Einrichtung
bedeutend höher als der der bekannten älteren Einrichtungen. Weiterhin erstreckt
sich die Erfindung auf ein besonderes Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung. Nach
der Erfindung werden nach dem Aufheizen |o°
der Wärmespeicher durch Verbrennen von Gas die zur Reaktion zu bringenden Gase zunächst im Gegenstrom zu den Aufheizgasen
durch die beiden aufgeheizten Wärmespeicher und zwecks Speicherung der Wärme |O5
der heißen Reaktionsgase durch den dritten Wärmespeicher geleitet, worauf nach einer
gewissen Zeit die Strömungsrichtung der zu behandelnden Gase umgekehrt wird, so daß
die Reaktionsgase die Einrichtung im Gleich- uo strom mit den vor der Reaktion durchgeleiteten
Aufheizgasen durchströmen, während in der darauffolgenden Aufheizperiode die Aufheizgase in der der ersten Aufheizperiode
entgegengesetzten Richtung durch die Ein- i»5 richtung geleitet werden. Durch, geeignete
Bemessung der Zeit, in welcher die zu behandelnden Gase in der einen oder der anderen
Richtung durch die Einrichtung strömen, gelingt es, die gesamte Einrichtung »*·
in ein Wärmegleichgewicht zu bringen, so daß die von den Heizmitteln gelieferte
70S
Wärme mit dem besten erreichbaren Wirkungsgrad für die durchzuführende Reaktion
ausgenutzt wird.
Hierdurch wird erreicht, daß der thermische Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Durchführung endothermer Reaktionen bei hoher Temperatur so verbessert
wird, daß er im wesentlichen dem normaler, lediglich dem Wärmeaustausch dienender
regenerativer Wärmespeicher entspricht, was sich in entsprechend niedrigeren Abgastemperaturen auswirkt.
Auf der Zeichnung ist eine zur Durchführung der Erfindung geeignete Einrichtung
is in einem senkrechten Längsschnitt schematisch wiedergegeben. Die ■= Einrichtung besteht
aus den beiden Wärmespeichern ι und 2, zwischen denen ein erfindungsgemäß in die
Teile 3 und 4 unterteilter dritter Wärmespeicher angeordnet ist. Die Wärmespeicher
können beispielsweise die bei Hochofenwinderhitzern bewährte Bauart haben. Oberhalb
des Gitterwerks in den Wärmespeichern sind Kuppelräume 5, 6, 7, 8 \Orgesehen. Die
Kuppelräume 5 und 6 und die Kuppelräume 7 und 8 stehen miteinander durch je einen horizontalen
Kanal 9, 10 in Verbindung. Die Wärmespeicherhälften 3 und 4 sind miteinander
durch einen Kanal 11 verbunden. Die Kuppelräume 5 und 8 dienen als Verbrennungskammern.
Seitlich in die Räume 5 und 8 mündet eine Reihe von Gasdüsen 12, die von einer Gasleitung 13 aus mit Brenngas,
beispielsweise Koksofengas, versorgt werden. Der Betrieb der Einrichtung gestaltet
sich etwa folgendermaßen:
Es sei angenommen, daß der Wärmespeicher ι zum Aufheizen der Heizmittel
dient und in ihm in einer vorhergehenden Betriebsperiode Wärme aufgespeichert wurde.
Die Ventile 14, 21 in dem Ventilgehäuse 15,
das einerseits durch 16 mit dem Wärmespeicher und anderseits durch die Leitung 17
mit dem Kamin 18 verbunden ist, werden so Ί5 eingestellt, daß die Verbindungsleitung 17
zum Fuchs 18 unterbrochen wird und Luft in das Gehäuse 15 einströmen kann. Die
heiße Luft steigt in dem Wärmespeicher 1 hoch und erhitzt sich dabei auf eine gewünschte
hohe Temperatur, beispielsweise 950 bis 10000. In deni Kuppelraum 5 trifft
die Luft mit Brenngas zusammen, welches durch die Düsen 12 eingeleitet wurde. Gas
und Luft verbrennen und ziehen durch den Kanal 9 in den Kuppelraum 6 des mittleren
Wärmespeichers 3, 4. Die heißen Abgase geben dort einen Teil ihrer Wärme an das Gitterwerk ab und gelangen schließlich aus
dem Kuppelraum 7 der Speicherhälfte 4 durch die Leitung 10 in den Kuppelraum 8 des
Wärmespeichers 2. In dem letzteren strömen die heißen Aufheizgase abwärts, indem sie
den Rest ihrer Wärme an das Gitterwerk im Speicher 2 abgeben. Vom Fuße des Wärmespeichers
2 gelangen die abgekühlten Aufheizgase dann durch das andere Ventilgehäuse 19 in den Kaminkanal 20.
Sobald die Temperatur in dem Wärmespeicher ι so weit gesunken ist, daß die Verbrennungstemperatur
im Kuppelraum 5 unter den gewünschten Wert sinkt, wird der Aufheizvorgang unterbrochen. Es werden darauf
die Ventile 21, 31, welche an den Gehäusen 15 und 19 vorgesehen sind, geschlossen, wodurch
die Verbindung der Regeneratoren 1 und 2 mit dem Kaminkanal und der Außenluft
unterbrochen wird. Darauf wird am Wärmespeicher 2 das Ventil 23 geöffnet, welches die am Fuße des Wärmespeichers 2
einmündende Leitung 24 für das umzuwandelnde Gas bzw. Gas-Diampf-Gemisch beherrscht.
Ferner geht vom Fuße des Wärmespeichers 2 eine Leitung 25 aus, die von einem Ventil 26 beherrscht wird. Die Leitung
25 dient zum Abziehen von umgesetztem Gas.
In entsprechender Weise ist der Wärmespeicher ι mit dem Ventil 27 versehen, welches
die Gaszuleitung 28 beherrscht, und mit dem Ventil 29, welches eine Ableitung 30 für
umgesetztes Gas beherrscht. .:
Sobald das Ventil 23 am Wärmespeicher 2 geöffnet wird, wird auch das Ventil 29 am
Wärmespeicher ι geöffnet. In den Wärmespeicher 2 strömt dann das umzusetzende
Gas oder Gas-Dampf-Gemisch ein. Es steigt im Wärmespeicher 2 aufwärts und erhitzt
sich dabei an dessen Gitterwerk, tritt dann nacheinander in die Wärmespeicher 3 und 4
über, wo das Gas seine höchste Temperatur όο
erreicht. Beispielsweise mag im Falle der Umsetzung von Methan mit Wasserdampf
die Temperatur der aus dem Wärmespeicher 3 abziehenden Gase 13000 betragen. Bei dieser
Temperatur hat sich das Methan praktisch vollständig mit Wasserdampf umgesetzt.
Die heißen Reaktionsgase ziehen dann im Wärmespeicher 1 abwärts und treten durch
das geöffnete Ventil 29 in die Leitung 30 für umgewandeltes Reaktionsgas über. "°
Um das Wärmegleichgewicht in der erfindungsgemäßen Einrichtung herzustellen, wird
nun nach einer bestimmten Betriebsperiode die Gaszufuhr zu dem Wärmespeicher 2 durch Schließen des Ventils 23 unterbrochen. «15
Gleichzeitig wird das Ventil 26 des Wärmespeichers 2 geöffnet und das Ventil 29 im
Wärmespeicher 1 geschlossen. Hierauf wird das Ventil 27 am Wärmespeicher 1 geöffnet,
so daß das umzuwandelnde Gas oder Gas- >ao
Dampf-Gemisch in den Wärmespeicher 1 ein- ■ tritt und von dort die Einrichtung in einer
Richtung durchströmt, die der Richtung des Gases bzw. Gas-Dampf-Gemisches in der vorhergehenden
Betriebsperiode entgegengesetzt ist. Das Gasen durch Einleiten von Gas oder Gas-Dampf-Gemisch in den Wärmespeicher ι
wird so lange fortgesetzt, bis die Temperatur in dem Wärmespeicher 4 unter die zulässige
Reaktionstemperatur gesunken ist. Darauf wird die Zuführung von Gas oder Gas-Dampf-Gemisch
durch Schließen des Ventils 27 unterbrochen. Ferner wird auch das Ventil 26 am Wärmespeicher 2 geschlossen,
nachdem gegebenenfalls vorher das in dem System enthaltene wertvolle Gas durch Wasserdampf
oder in sonst geeigneter Weise verdrängt worden ist. Übrigens kann man in gleicher Weise auch aus dem System die
Rauchgase verdrängen, bevor wertvolles Gas oder Gas-Dampf-Gemisch einströmt.
Nachdem die Ventile 23, 26, 27 und 29 geschlossen sind, kann das Wärmespeiclrersystem
wieder aufgeheizt werden. Nach der Erfindung wird jetzt Heizgas und Luft in dem Verbrennungsraum 8 des rechten Wärmespeichers 2 verbrannt, d. h. die Beheizungsrichtung ist jetzt umgekehrt zu der Behei-
zungsrichtung in der vorhergehenden Aufheizperiode.
Die beschriebene Arbeitsweise läßt sich beispielsweise durch folgende Zahlenangaben
bei der Umsetzung von Koksofengas mit Wasserdampf verdeutlichen:
Es sei angenommen, daß folgende Reaktion in der Einrichtung durchgeführt werden
soll: -
o,5ioNms Koksofengas-|-0,658 Nm3H2 0-Dampf
= ι Nm3 Endgas + 0,475 Nm3H2O-Dampf.
Die in einzelnen Teilen der Wärmespeicheranlage abgegebenen und aufgenommenen
Wärmemengen ergeben sich aus nachfolgender Tabelle, deren Zahlenangaben kcal je Nm*
Endgas bedeuten:
Abhitze | Wärme speicher I |
Gas | Wärme speicher 3,4 |
Gas | Wärme speicher 2 |
Abhitze |
Aufheizen | — 1060 | + 630 | + 542 | + 870 | 278 |
(630 kcal ist die chemisch gebundene Wärme des eingeführten Heizgases,
278 kcal die fühlbare Wärme der austretenden Rauchgase)
Gasen 24
218 185
— 150
(24 kcal ist die fühlbare Wärme des austretenden Reaktionsgasgemisches)
Gasen
— 290 — 357
+ 412
(58 kcal ist die fühlbare Wärme des austretenden Reaktionsgasgemisches)
Gesamtvorgang
+ ο
1132
Aufheizen 278 Gasen |
+ 870 — 150 + 412 |
+ 542 -185 — 357 |
+ 630 | — 1060 + 218 ■—■ 290 |
24 |
Gasen 58 | 4- ι132 | ± 0 | |||
Gesamtvorgang 50 |
|||||
Wärmeverbrauch beim Heizen 1060 + 630 = 1690 = 542 + 870 -J- 278 kcal/Nm3 Endgas
Wärmebilanz 42 + 630 =: 312 + 278 + 24 + 58 = 672 kcal
(42 kcal ist die fühlbare Wärme des eintretenden Gas-Wasserdampf-Gemisches,
312 kcal ist die Reaktionswärme).
Die Strahlungsverluste sind wegen ihrer j Aus der vorstehenden Tabelle und der. iao
60 Geringfügigkeit vorstehend nicht berück- Wärmebilanz ist ersichtlich, daß man durch
sichtigt. geeignete Bemessung der Dauer der beiden
Gasperioden die in das System durch Verbrennen von Heizgas und Luft eingeführte
Wärme weitgehend entsprechend dem Wirkungsgrad als Regenerativprinzip ausnutzen
kann. Namentlich bleiben die Abhitzetemperaturen dauernd unter beispielsweise 300°.
woraus die günstige Arbeitsweise der Anlage ohne weiteres erfolgt.
Im vorstehenden ist die Erfindung in Verbindung mit einer Anlage beschrieben, bei
welcher zur Aufheizung der Wärmespeicher Koksofengas dient. Statt dessen ist es auch
möglich, ein weniger heizkräftiges Gas, beispielsweise Generatorgas, zu verwenden. In
■5 diesem Falle werden besondere Wärmespeicher
für die Vorwärmung des weniger heizkräftigen Brenngases vorgesehen. Man kann auch die
Wärmespeicher 1,2 durch geeignete Zwischenwände in zwei Räume zur getrennten Vorwärmung
von Gas und Luft unterteilen, wobei die Ein- und Ausströmventile an den Wärmespeichern
entsprechend zu ergänzen sind.
Claims (2)
- Patentansprüche:i. Einrichtung zur Durchführung endothermer Gasraaktionen bei hoher Temperatur, bei welcher drei miteinander verbundene Wärmespeicher (Regeneratoren) vorgesehen sind, von denen jeweils der eine zum Vorwärmen der Heizmittel dient, durch deren Verbrennung die beiden anderen Wärmespeicher aufgeheizt werden und bei der das zu behandelnde Gas zunächst in entgegengesetzter Richtung zum Heizmittel durch die Wärmespeicher strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die als Verbrennungskammern ausgebildeten Kuppeln zweier turmartiger Wärmespeicher miteinander durch einen Wärmespeieher verbunden sind, der aus zwei senkrecht beaufschlagten Kammern besteht, die unten miteinander und oben mit je einer der beiden Kuppeln in Verbindung stehen und deren Höhe wesentlich geringer als diejenige der beiden anderen Wärmespeicher ist.
- 2. Verfahren zum Betriebe der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufheizen der Wärmespeicher das zu behandelnde Gas oder Gas-Dampf-Gemisch zunächst im Gegenstrom zu den Aufheizgasen zwecks Reaktion durch die beiden aufgeheizten Wärmespeicher und zwecks Speicherung der Wärme der heißen Reaktionsglase durch den dritten Wärmespeicher und danach in umgekehrter Richtung im Gleichstrom mit den Aufheizgasen durch die Einrichtung geleitet wird, und daß für jede Aufheizperiode die Strömungsrichtung der Aufheizgase gewechselt wird.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1938K0151433 DE703561C (de) | 1938-07-29 | 1938-07-29 | Einrichtung und Verfahren zur Durchfuehrung endoth |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1938K0151433 DE703561C (de) | 1938-07-29 | 1938-07-29 | Einrichtung und Verfahren zur Durchfuehrung endoth |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE703561C true DE703561C (de) | 1941-03-12 |
Family
ID=7252376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1938K0151433 Expired DE703561C (de) | 1938-07-29 | 1938-07-29 | Einrichtung und Verfahren zur Durchfuehrung endoth |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE703561C (de) |
-
1938
- 1938-07-29 DE DE1938K0151433 patent/DE703561C/de not_active Expired
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