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Verfahren zur Herstellung von Ruß Diese Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zur Herstellung von Ruß aus flüssigen, gasförmigen oder festen kohlenstoffhaltigen
Substanzen; dieser Ausdruck bedeutet, wie er hier gebraucht wird, Kohlenwasserstoffe,
sauerstoffhaltige Derivate von Kohlenwasserstoffen, stickstoffhaltige Derivate von
Kohlenwasserstoffen, tierische oder pflanzliche Öle, Fette und Wachse und Naturharze.
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Es sind zahlreiche Vorschläge zur Herstellung von Ruß aus kohlenwasserstoffhaltigen
Substanzen gemacht worden. Die bestbekannten dieser Vorschläge, die hochwertige
Ruße liefern, sind r. Channel-Verfahren; a. Ofenrußverfahren, a) die unvollständige
Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigem Material, wie Öl, Teeren, Kohlenwasserstoffgasen
und Pechen umfassend; b) die Verwendung von heißen, bei der Verbrennung von Brennstoffen
erhaltenen Gasen und die Spaltung von kohlenwasserstoffhaltigem Material umfassend;
3. Abwandlungen der Kanalruß- und Ofenrußverfahren.
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Die gegenwärtig gebräuchlichen Verfahren leiden jedoch unter dem Nachteil
geringer thermischer Nutzleistung, wenn ein hochwertiger Ruß verlangt wird; auch
erfordern sie eine hohe Kapitalanlage und bringen große Kosten für Betrieb und Rohmaterial
mit sich.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß der Grund für die geringe Umwandlungsleistung
von kohlenstoffhaltigen Substanzen in Ruß nach obigen Verfahren folgender ist: Die
primäre Reaktion, die bei der Herstellung von Ruß erfolgt, kann wie folgt ausgedrückt
werden CnHx=nC-@-xH-f-Y Kalorien pro Kilogramm Kohlenstoff, worin n und x ganze
Zahlen sind und Y die erforderliche Reaktionswärme darstellt, die je nach dem benutzten
kohlenstoffhaltigen
Material verschieden ist. So ist die Reaktionswärme z. B. für Paraffinkohlenwasserstoffe,
wie Gasöl, negativ und für aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Anthracen,_positiv..-
Zusätzlich wird Wärme zum Erhitzen des kohlenstoffhaltigen Materials auf die Spaltungstemperatur
und zum Ausgleich von Wärmeverlusten benötigt. -Wäre es möglich, das kohlenstoffhaltige
Material nach der primären Reaktion zu spalten, so könnte praktisch vollständige
Umwandlung des in, dem verwendeten Material vorhandenen Kohlenstoffs in Ruß erzielt
und eine beträchtliche Menge Wasserstoff erhalten werden.
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Es wurde jedoch gefunden, daß gemäß dem angewendeten Verfahren auch
eine oder mehrere sekundäre Reaktionen neben der Hauptreaktion (i) ablaufen, und
diese lassen sich folgendermaßen ausdrücken: C + C 02 = 2 CO - 3490 Kalorien pro
Kilogramm Kohlenstoff, (2) C -f- H20 = C O + H2 - 2636 Kalorien pro Kilogramm Kohlenstoff,
(3) C -E- 2 H2 = CH, + r506 Kalorien pro Kilogramm Kohlenstoff, (q.) C -f- 1/2 02
= C 0 + 2440 Kalorien pro Kilogramm Kohlenstoff, (5) C -- 02 = CO, T 8o80 Kalorien
pro Kilogramm Kohlenstoff, (6) H2 -I- 1/2 02 = H20 +,-98570 Kalorien pro Kilogramm
Wasserstoff. (7) Einige dieser Reaktionen sind erforderlich, um die Wärme zu erzeugen,
die für die Erhitzung des kohlenstoffhaltigen Materials auf die Spalttemperatur
benötigt wird, ferner um die gegebenenfalls für die Spaltungsreaktion benötigte
Hitze, die für die anderen sekundären Reaktionen notwendige und schließlich die
für den Ausgleich der Verluste erforderliche Wärme zu liefern.
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Es ist unverkennbar, daß die sekundären Reaktionen je nach dem angewendeten
Verfahren und der verlangten Rußquälität eine große Menge des verfügbaren Kohlenstoffs,
z. B. im Kanalverfahren bis zu 96 bis 97 °/o, verbrauchen und bei manchen Verfahren
eine beträchtliche Wärmemenge beanspruchen.
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Aus obigem kann man sehen, daß sich. eine beträchtlich höhere Umwandlungsleistung
erzielen ließe, wenn es möglich wäre, die sekundären Reaktionen ganz, teilweise
oder in etwas zu unterdrücken oder dem Verfahren durch Abwandlung einigermaßen dienstbar
zu machen.
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Außerdem würde die Rußqualität erheblich verbessert, weil der in den
sekundären Reaktionen verbrauchte Kohlenstoff der aktivste ist.
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Reaktion (2) kann dadurch unterdrückt werden, daß Gase verwendet werden,
die frei von Kohlendioxyd sind oder nur eine kleine Menge davon, berechnet auf das
behandelte kohlenstoffhaltige Material, enthalten. So würde der Anteil des behandelten
kohlenstoffhaltigen Materials, der durch Reaktion mit Kohlendioxyd nach Gleichung
(2) in Kohlenmonoxyd umgewandelt wird, auf einem Minimum, vorzugs@veise nicht mehr
als io Gewichtsprozent, gehalten. Das kann man sicher erreichen, wenn man die Menge
des vorhandenen. Kohlendioxyds und bzw. oder das Verhältnis von Behandlungsgas zu
kohlenstoffhaltigem Material niedrig hält.
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Es wurde gefunden, daß im Vergleich zu den anderen Seitenreaktionen
(2) und (q.) bis (7) die Wassergasreaktion C -j- H20 = CO -E- H2 (3) nicht in wesentlichem
Ausmaß auftritt. Das kann erstens durch die hohe Wasserstoffkonzentration in den
erhaltenen Gasen und zweitens durch die große Geschwindigkeit oder kurze Kontaktdauer,
die für die Erzeugung von hochwertigem Ruß nach dem Verfahren der Erfindung erforderlich
ist, erklärt werden.
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Das Ausmaß, in dem die Reaktion (q) auftritt, hängt von der Temperatur
der Reaktionszone und der Verweilzeit der Reaktionsprodukte oder reagierenden Stoffe
in der Reaktionszone in dem Sinne ab, daß die Menge des sich bildenden Methans um
so geringer ist, j e höher die Temperatur ist; da die Reaktion exotherm ist und
nur eine kleine Menge Kohlenstoff verbraucht wird, ist die Unterdrückung dieser
Reaktion nicht so wichtig, und jedenfalls erhöht sie den Wärmewert des erhaltenen
Gases.
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Weiterhin ist es klar, daß Reaktion (z) bei hohen Temperaturen bevorzugt
gegenüber Reaktionen (3) und (q.) auftritt, da Reaktion (2) mehr Wärme erfordert.
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Reaktionen (5), (6) und (7) können durch Verwendung von Gasen, die
frei von Sauerstoff sind oder nur eine kleine Menge Sauerstoff enthalten, unterdrückt
werden. Wie jedoch unten erklärt wird, ist es manchmal erwünscht, Sauerstoff im
Gas zu haben; aber diese Schwierigkeit läßt sich durch Festlegen der Sauerstoffmenge
in Übereinstimmung mit der Menge entstehenden Wasserstoffs überwinden, so daß Reaktionen
(5) und (6) eliminiert werden und nur Reaktion (7) insofern nachteilig ist, als
sie Dampf erzeugt, der zur Begünstigung der oben erläuterten Reaktion (3) beitragen
kann. Reaktion (3) kann dadurch auf einem Minimum gehalten werden, daß eine kurze
Kontaktzeit zwischen dem Gas und dem kohlenstoffhaltigen Material- angewendet wird.
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Ferner ist es nötig, die Schwierigkeit zu überwinden, daß kohlenstoffhaltige
Substanzen in sehr heiße Gase eingeführt werden; das erreicht man nach vorliegender
Erfindung dadurch, daß man das kohlenstoffhaltige Material bei einer Temperatur,
die für die Spaltung dieses Materials zu Ruß nicht ausreicht, mit einem heißen Gas
mischt, bevor man es mit dem heißen Gas mengt, das die Spaltung bewirkt.
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Die Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung von Ruß, das die
erwähnten Nachteile überwindet und darin besteht, daß ein heißes Gas mit einem kohlenstoffhaltigen
Material bei einer für die Spaltung des kohlenstoffhaltigen Materials zu Ruß unzureichenden
Temperatur gemischt, die so entstehende Mischung in eine Zone geschickt wird, in
der sie durch Mischen mit einem zweiten heißen Gas, so daß die Durchschnittstemperatur
zwischen 80o und 1q.00° liegt, erhitzt wird, und die erwähnte zweite Mischung in
einer Zeit von weniger als 5 Sekunden auf eine Temperatur gekühlt
wird,
bei der keine Reaktion zwischen dem entstandenen Ruß und Kohlendioxyd und Dampf
eintritt.
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Diese Zeit beträgt vorzugsweise weniger als o,5 Sekunden. Die speziell
angewendete, in dem genannten Bereich von 80o bis 1400' liegende Temperatur hängt
von der erwähnten Zeit und der angestrebten Bußqualität ab.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das zweite heiße Gas
durch Verbrennen eines Brennstoffes mit einem sauerstoffhaltigen Gas gewonnen. Vorzugsweise
ist der Brennstoff ein wasserstoffhaltiges Gas und wird ein Teil des bei der Spaltung
anfallenden Gases in den Kreislauf zurückgeschickt und zur Lieferung weiteren heißen
Gases verbrannt. Das Verbrennungsgas soll Sauerstoff enthalten. Dies erreicht man
durch Verwendung eines Überschusses an Sauerstoff oder Luft bei der Verbrennung,
damit, wenn das Verbrennungsgas im richtigen Verhältnis mit dem kohlenstoffhaltigen
Material gemischt wird, der bei der Spaltung entstehende Wasserstoff mehr mit Sauerstoff
als mit dem Kohlenstoff reagiert; hierdurch wird die Ausbeute an Ruß erhöht. Die
Menge Sauerstoff im Verbrennungsgas kann dem Wasserstoffgehalt des verwendeten kohlenstoffhaltigen
Materials angepagt werden.
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Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird das zweite heiße
Gas dadurch erzeugt, daß ein Gas durch einen erhitzten, Backsteine enthaltenden
Behälter, d. h. einen Regenerator, geschickt wird.
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Das heiße, den Behälter verlassende Gas kann mit einem sauerstoffhaltigen
Gas gemischt und die Mischung zur Erhöhung ihrer Temperatur partiell verbrannt werden,
bevor sie mit dem kohlenstoffhaltigen Material vermischt wird. Nach einer Alternative
kann man das aus dem Behälter abziehende heiße Gas mit einem sauerstoffhaltigen
Gas mischen und die Mischung zur Erhöhung ihrer Temperatur vor der Vermengung mit
dem kohlenstoffhaltigen :Material verbrennen; dabei soll eine Menge an sauerstoffhaltigem
Gas vorhanden sein, die ausreicht, um den bei der Spaltung gebildeten Wasserstoff
teilweise zu verbrennen.
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Die nach der Spaltung gewonnene Mischung wird in beliebiger Weise,
z. B. durch Wasser, Dampf oder kalte ('rase, gekühlt. Je kürzer die Zeit ist, während
der die Mischung bei hoher Temperatur bleibt, um so besser ist die Oualität des
erhaltenen Rußes.
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Die Gase mit dem mitgerissenen Ruß werden nach der direkten oder indirekten
Kühlung in eine elektrische Fällvorrichtung oder in Filter gebracht oder mit Wasser
gekühlt (die Kühlung kann in Stufen erfolgen) und der Ruß ausgefällt.
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Die bei dem Verfahren erhaltenen Gase werden zum Teil für die Heizung
der Regeneratoren verwendet und zum Teil durch die Regeneratoren in den Kreislauf
zurückgeleitet.
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Bei Anwendung der zweiten Ausführungsform sind vorzugsweise zwei Regeneratoren
vorgesehen, von ,denen der eine aufgeheizt wird, während der andere für die Erhitzung
der Gase dient.
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Das Mischen des zweiten heißen Gases und des kohlenstoffhaltigen Materials
kann in einem beliebigen Behälter ausgeführt werden, der z. B. ein Rohr oder eine
Kammer sein kann. Im praktischen Betrieb kann zum Anlaufen der Anlage Wasserstoff
oder Dampf als zweites heißes Gas für die ersten Durchgänge verwendet werden, und
dann wird ein Teil des bei der Reaktion erhaltenen und großenteils aus Stickstoff
und Wasserstoff bestehenden Gases in den Kreislauf zurückgeführt, nachdem die Zusammensetzung
des Gases konstant geworden oder ein Gleichgewicht erreicht worden ist.
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Die Luft oder ein Teil der Luft, die bei der Erhitzung des Regenerators
erforderlich ist, wird vorteilhaft durch die als Reaktionszone dienende Röhre oder
Kammer geführt und dient zum Abbrennen des sich gegebenenfalls in dem Rohr oder
der Kammer abscheidenden Kohlenstoffs.
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Die bei dem Verfahren erhältlichen Gase sind geeignet zur Erhitzung
und zur Rückführung in den Kreislauf; je nach den verwendeten kohlenstoffhaltigen
Substanzen wird ein wechselnder Überschuß gewonnen, der für andere Zwecke, z. B.
für Krafterzeugung unter Verwendung von Gasturbinen oder in Boilern zur Dampferzeugung,
benutzt werden kann.
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Die bei dem Verfahren angewendeten Materialien und Gase können, wenn
erforderlich oder erwünscht, vorgeheizt werden und auf diese Weise dazu beitragen,
daß die für die Reaktion und für die Erhitzung des kohlenstoffhaltigen Materials
verfügbare Wärme vermehrt wird. Der Vorheizungsgrad läßt sich so regulieren, daß
er die Zusammensetzung des die Reaktionszone verlassenden Gases günstig beeinflußt,
indem er zur Unterdrückung der Reaktionen (2) bis beiträgt.
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Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezug auf die Zeichnungen
weiter beschrieben, im denen Fig. i schematisch eine Vorrichtung zur Ausführung
des erfindungsmäßigen Verfahrens unter Benutzung zweier Regeneratoren, Fig. 2 schematisch
eine andere Vorrichtung ohne Verwendung eines Regenerators und Fig. 3 in vergrößertem
Maßstab einen Teil der Vorrichtung von Fig. i und 2 zeigt.
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Nach Fig. i umfaßt die Vorrichtung zwei Regeneratoren i und 2. Der
Regenerator i enthält Backsteine 3, und an der Spitze ist eine Reaktionskammer 4
angeordnet. Der Regenerator i ist mit Leitungen 5 und 6 versehen und die Reaktionskammer
4 mit Leitungen 7, 8, 9, io, ii und 12. Der Regenerator 2, der dem Regenerator i
ähnlich ist, enthält Backsteine 13, und an seiner Spitze ist eine Reaktionskammer
14 angeordnet. Der Regenerator 2 ist mit Leitungen 15 und 16 und die Reaktionskammer
14 mit Leitungen 17, 1S, 19, 20, 21 und 22 ausgerüstet. Die Vorrichtung schließt
auch eine Rußfällungsanordnung 23 ein, die durch eine Leitung 24 mit den Leitungen
9 und i9 und durch eine Leitung 25 mit einem Gasbehälter 26, der eine Ableitung
27 hat, verbunden ist. Die Leitung 27 steht mit der Leitung 12 durch eine Leitung
28 und mit der Leitung 22 durch eine Leitung 29 in Verbindung und ist auch mit der
Leitung 6 durch eine Leitung 30 und, mit der Leitung 16 durch eine Leitung
31 verbunden. Selbstverständlich sind all diese Leitungen mit (nicht eingezeichneten)
Steuerventilen versehen.
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Die Regeneratoren i und 2 werden abwechselnd aufgeheizt und zum Erhitzen
von Gasen verwendet, der
Gebrauch der Vorrichtung nach Fig. i wird
für den Fall beschrieben, daß Regenerator i zum Erhitzen von Gasen benutzt und Regenerator
2 aufgeheizt wird. Aus dem Kreislauf stammendes, hauptsächlich aus Wasserstoff und
Stickstoff bestehendes Gas wird aus der Leitung 3o durch die Leitung 6 in den aufgeheizten
Regenerator i geschickt, und das erhitzte Gas gelangt in die Reaktionskammer 4,
wo es mittels durch Leitung ii zugeführter Luft partiell verbrannt wird, so daß
seine Temperatur ansteigt; hierauf trifft es mit einem durch Leitung 7 eingeführten
kohlenwasserstoffhaltigen Material, besonders einem Kohlenwasserstofföl oder -gas
(gemischt mit einem heißen Gas, wie unten mit Hinweis auf Fig. 3 der Zeichnungen
beschrieben), zusammen. Das kohlenwasserstoffhaltige Material wird gespalten, und
die erhaltenen Produkte werden durch Gas, das aus Leitung io zugeführt wird, gekühlt;
die Produkte verlassen dann die Reaktionskammer durch Leitung 9 und gelangen durch
Leitung 24 zu der Rußfällungsvorrichtung 23, wo Ruß abgeschieden wird. Die gasförmigen,
hauptsächlich aus Wasserstoff und Stickstoff bestehenden Produkte strömen in die
Leitung 27; hier wird ein Teil über Leitung io abgezweigt, um als Kühlgas für die
Reaktionskammer 4 zu dienen. Ein anderer Teil wird über Leitung 30 zurückgeführt,
und ein dritter Teil gelangt durch Leitung 29 zu Leitung 22, um als Heizgas zum
Aufheizen des Regenerators 2 benutzt zu werden. Gleichzeitig mit der Erzeugung von
Ruß in Reaktionskammer 4, wie oben beschrieben, wird Regenerator 2 folgendermaßen
aufgeheizt: Luft wird durch Leitung 18 und Gas oder Öl zum Heizen als Brennstoff
durch Leitung 22 unter Ergänzung durch zurückgeleitetes, aus Leitung 29 eingeführtes
Gas zugelassen. Das entstehende heiße Gas erhitzt die Backsteine 13, und die Abgase
ziehen durch Leitung 15 ab. Die Luft brennt allen aus einem früheren Arbeitsgang
in der Reaktionskammer 14 abgeschiedenen Kohlenstoff ab. Beim Anlaufender Vorrichtung
kann Gas, das erhitzt werden soll, von außerhalb des Systems durch Leitung 5 eingelassen
werden. Selbstverständlich werden nach dem oben beschriebenen Zyklus die Rollen,
die die Regeneratoren spielen, umgekehrt, und im nächsten Zyklus wird Regenerator
i aufgeheizt und Regenerator 2 zur Erhitzung der Gase verwendet.
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Nach Fig. 2 umfaßt die Vorrichtung eine Reaktionskammer 32, die durch
eine Leitung 33 mit einer Rußfällüngseinrichtung 34 verbunden ist; diese steht ihrerseits
durch eine Leitung 35 mit einem Gasbehälter 36 in Verbindung, der eine Ableitung
37 -hat. Die Leitung 37 hat Abzweigungen 38, 39, 40 und 41; von diesen weisen die
drei letzten Luftzuführungen 42, 43 und 44 auf, die mit ihnen so verbunden sind,
daß Gasbrenner gebildet werden. Die Leitungen 45 und 46 sind zur Einführung eines
Gemisches von heißem Gas und kohlenwasserstoffhaltigem Material, das gespalten werden
soll, vorgesehen. Außerdem ist eine Leitung 47 # für den Einlaß von Wasser oder
Dampf zur Kühlung bestimmt. Selbstverständlich sind alle Leitungen mit (nicht eingezeichneten)
Regulierventilen ausgestattet.
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Im Betrieb wird heißes Gas durch Verbrennung von zurückgeleitetem,
hauptsächlich aus Wasserstoff $nd Stickstoff bestehenden und durch Leitungen 39=
40 und 41 zugeführtem Gas mittels Luft, die durch Leitungen 42, 43 und 44 eingelassen
wird, erzeugt. Das so hergestellte heiße Gas gelangt in die Reaktionskammer 32 und
trifft auf eine Mischung von heißem Gas und kohlenwasserstoffhaltigem Material,
vorzugsweise einem Kohlenwasserstofföl oder -gas, die, wie unten unter Bezug auf
Fig. 3 der Zeichnungen beschrieben, hergestellt und durch die Leitungen 45 und 46
eingelassen wird. Das kohlenwasserstoffhaltige Material wird gespalten, und die
Produkte ziehen durch Leitung 33 ab. Sie werden zuerst durch Gas, aus Leitung 38,
und dann durch Wasser oder Dampf, aus Leitung 47, gekühlt und der Ruß in dem Rußseparator
34 abgetrennt. Die hauptsächlich aus Wasserstoff und Stickstoff bestehenden Gase
gelangen in den Gasbehälter 36 und verlassen ihn durch Leitung 37; von hier wird
ein Teil durch die Leitungen 39, 40 und 41 zurückgeschickt und ein Teil zur Kühlung
der Reaktionsprodukte durch Einleiten in die Reaktionskammer 32 über Leitung 38
verwendet.
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Um die Schwierigkeit der Eintragung kohlenwasserstoffhaltigen Materials
in sehr heiße Gase zu überwinden, kann man der Vorrichtung, in der diese Mischung
erfolgt, die in Fig. 3 der Zeichnungen dargestellte Form geben. In Fig. 3 der Zeichnungen
umfaßt der Mischapparat einen Brenner 48, der eine Gasleitung 49 und eine Luftleitung
5o hat. Dieser Brenner mündet in ein Rohr 51, das mit einer feuerfesten keramischen
Masse oder einer feuerfesten monolithischen Masse 52 ausgekleidet ist. Das Rohr
51 ist mit einem Seitenrohr 53 versehen, das in ähnlicher Weise mit einer feuerfesten
Masse 54 ausgekleidet ist und eine Öldüse 55 enthält; das Rohr 51 mündet in eine
Reaktionskammer 56, die auch eine ähnliche feuerfeste Auskleidung 57 hat. Im Betrieb
werden Gas und Luft, die durch Leitungen 49 bzw. 50 zugeführt werden, im
Brenner 48 verbrannt, die Verbrennungsgase im Rohr 51 mit durch die Düse 55 eingebrachtem
Kohlenwasserstofföl oder -gas gemischt und das Gemisch rasch in die Reaktionskammer
56 gebracht, die den Reaktionskammern 4 und 14 von Fig. i und der Reaktionskammer
32 von Fig. 2 entspricht.
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Die folgenden Beispiele erläutern, wie das Verfahren der Erfindung
ausgeführt werden kann i. Teeröl, das 92 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 6 Gewichtsprozent
Wasserstoff enthielt, wurde in dem in Fig. i dargestellten Apparat gespalten. Diese
Zusammensetzung entspricht o,92 kg Kohlenstoff und o,o6 kg oder o,67 cbm Wasserstoff
pro Kilogramm des verwendeten Materials. Die zur Spaltung des Materials in Kohlenstoff
und Wasserstoff erforderliche Reaktionswärme beträgt ioo kcal pro Kilogramm Öl.
Die spezifische Wärme des Teeröls war
0,55 kcal pro Grad Celsius bei iooo°,
und die Durchschnittstemperatur der Spaltungsreaktion war iooo°. Die die Reaktionszone
verlassenden Produkte wurden in 4 Sekunden unter die Temperatur abgekühlt, bei der
noch Umsetzung zwischen dem erzeugten Ruß und Kohlendioxyd und Dampf erfolgt. Die
für die Spaltung verwendeten Gase wurden im Regenerator i auf eine Temperatur von
1700° erhitzt. Die erhitzten Gase enthielten 40 VolUmprozent Wasserstoff und 6o
Volumprozent Stickstoff und wurden durch Leitung
30 geliefert.
Im
folgenden wird die zur Spaltung pro Kilogramm des Teeröls erforderliche Wärme dargestellt
| Reaktionswärme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
+ ioo kcal |
| Zum Aufheizen des Teeröls auf iooo' er- |
| forderliche Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . .-550
- |
| Verluste in der Anlage . . . . . . . . . . . . . . .
.- ioo - |
| 55o kcal |
In den den Regenerator verlassenden heißen Gasen bei i7oo' verfügbare Wärme:
| H2 0,40 x 1700 X 0,330 = 2241;ca1 |
| N 2 o,6 o x 1700 x 0,351 = 358 - |
| 582 kcal/cbm |
Wärme in den den Reaktionsraum verlassenden Gasen bei iooo'
| H2 0,40 X 1000 X 0,317 = 1271,:ca1 |
| N2 0,6o x 1000 X 0,334 = 200 - |
| 327 kcal/cbm |
Demnach beträgt die für die Spaltung und Erhitzung des Teeröls pro Kubikmeter Gas
verfügbare Wärme 582 - 327 = 255 kcal/cbm. Also ist die zum Spalten. von i kg Teeröl
nötige 1lenge Gas
cbm oder annähernd 2,2 cbm.
| Die Zusammensetzung der die Reaktionszone ver- |
| lassenden Gase ist folgende: |
| H2 in den in die Reaktionszone |
| eintretendenGasenproKilo- |
| gramm Teeröl ist ....... 2,2 X 0,40 = o,88 cbm |
| H2 pro Kilogramm Teeröl ge- |
| bildet .................. = o,67 - |
| Gesamt-H2 pro Kilogamm = 1,55 cbm |
| N. in den in die Reaktionszone |
| V eintretenden und diese Zone |
| verlassenden Gasen ist . . . 2,2 ;; o,6 = 1,32 cbm |
Demnach ist die Gesamtmenge der die Reaktionszone verlassenden Gase pro Kilogramm
gespaltenem Teeröl 2,87 cbm, die 54 Volumprozent Wasserstoff und 46 Volumprozent
Stickstoff enthalten, wobei der Stickstoff im Teeröl und andere Verunreinigungen,
wie Schwefel, und die Bildung von Methan vernachlässigt werden.
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Ein Teil des erhaltenen Gases wird durch die Leitungen io und 28 zurückgeführt,
und der Rest wird zum Aufheizen des Regenerators für den nächsten Zyklus benutzt.
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2. Das Verfahren nach Beispiel i wurde durch Erhitzen der Gase im
Regenerator auf eine Temperatur von i2oo' und weiteres Erhitzen auf 1700' unter
Zufuhr von Luft durch Leitung ii derart modifiziert, daß io Volumprozent des Gases
verbrannten, das 54 VolumprozentWasserstoff und 46 Volumprozent Stickstoff enthielt.
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Demnach wurden auf jeden Kubikmeter Gas o,i cbm Wasserstoff mit annähernd
0,27 cbm Luft verbrannt. Die Zusammensetzung des Gases nach der Verbrennung
war o,i cbm Dampf, o,65 cbm Stickstoff und 0,44 cbm Wasserstoff; oder es wurden
i,ig cbm pro i cbm Gas erhalten.
| Die fühlbare Wärme des Gases für den Regenerator |
| war bei i2oo' pro Kubikmeter: |
| H2 0,4 X 1200 X 0,321 = 154 kcal |
| N2 o,6 X 1200 X 0,340 = 245 - |
| 399 kcal |
| Die fühlbare Wärme in i,ig cbm Verbrennungsgas |
| bei iooo' (Reaktionstemperatur) betrug: |
| H20 o,i X 1000 X 0,410 = 41 kcal |
| N., o,65 X 1000 X 0,334 = 217 - |
| H2 0,44 X 1000 X 0,317 =-I39 - |
| 397 kcal |
Die für die Reaktion verbrauchte Gesamtwärme in den Gasen ist pro Kubikmeter Ausgangsgas
399 -t- (0,1 X 2570) = 399 + 257 = 656 kcal. Die für die Spaltung pro Kubikmeter
Gas verfügbare Wärme ist 656 -3g7 =
259 kcal, d. h. praktisch die gleiche
Menge wie in Beispiel i.
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Die Zusammensetzung des nach der Verbrennung in die Reaktionszone
eintretenden Gases ist, unter Vernachlässigung des gebildeten Dampfes, folgende
o,65 cbm N2 -E- 0,44 cbm H2 oder annähernd 40 Volumprozent H:; und 6o Volumprozent
N2.
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Die die Reaktionszone verlassenden Produkte wurden in 0,4 Sekunden
unter die Temperatur, bei der noch Umsetzung zwischen dem erzeugten Ruß und Kohlendioxyd
und Dampf auftritt, abgekühlt.
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3. Es wurden die gleichen Materialien wie in Beispiel i und 2 mit
den untenerwähnten Unterschieden verwendet; das Verfahren wurde aber in der in Fig.
2 gezeigten Vorrichtung ausgeführt.
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Die Zusammensetzung des Rückleitungsgases war 45 Volumprozent H2 und
55 Volumprozent N- Luft und Gas wurden auf 35o' erhitzt. Das Teeröl wurde vorerhitzt,
so daß anstatt 550 kcal nur 42o kcal pro Kilogramm benötigt wurden.
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Das Gas wurde vollständig verbrannt und die entstehende fühlbare Wärme
zur Spaltung des Teeröls, jedoch bei Unterdrückung der oben angegebenen Reaktionen
(2) bis (-), verwendet.
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Die Wärme in den in die Reaktionszone eintretenden Gasen war folgende:
| Potentielle Wärme (45'/" H2) pro |
| Kubikmeter . . . . . . . . . . . . . . . . . = 1155 kcal |
| Fühlbare Wärme der Luft |
| 1,8 X 350 X 0,315 . . . . . . . . . . . . . - 119 - |
| FühlbareWärme des Gases |
| i x 350 X 0,313 . . . . . . . . . . . . . = icg - |
| 1383 kcal/ cbm |
| Wärme in den die Reaktionszone verlassenden |
| Gasen |
| H20 0,45 x 1000 X 0,410 = 184 kcal |
| N2 1,40 X 1000 X 0,334 = 466 - |
| 65o kcal, cbm |
Demnach war die für die Spaltung verfügbare Wärme 1383 - 65o = 733 kcal. Somit kann
i Kubikmeter Rückleitungsgas verwendet werden, um 733 _ 1,74 Teeröl zu spalten.
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42o
Die Zusammensetzung des die Reaktionszone verlassenden
Gases ist (bei Vernachlässigung des Dampfes) 1,4 cbm N2, + (1,7q. x o,67) cbm H2.
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= 1,4 cbm N2 + 1,17 cbm Hz = 2,62 cbm, die annähernd' 45,3 Volumprozent
H, und 54,7 Volumprozent N2 enthalten, oder praktisch die gleiche Zusammensetzung
wie die des Ausgangsgases. Die die Reaktionszone verlassenden Produkte wurden in
0,3 Sekunden unter die Temperatur, bei der noch eine Reaktion zwischen dem
Ruß, Dampf und Kohlendioxyd auftreten kann, abgekühlt.