144625. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és hasítókemence gázhalmazállapotú szénhidrogéneknek endoterm átalakítására szénoxiddá és hidrogénné
144.625 3 gítő zónában, majd pedig a reakció zónában 700— 1000 C°-nál szénoxiddá és hidrogénné alakulnak. Ezután a bennük lévő hőmennyiséget szemcsékből álló magnéziumoxid-rétegnek adják át. Ez a réteg a gáz-primérlevegő hozzávezető csövei között helyezkedik el és magasságát úgy kell megválasztani, hogy a reakciótermékek kilépő hőmérséklete kb. 100—150 C° legyen. A felhalmozott meleg a szekundérlevegő előmelegítésére használódik fel. A katalizátor-ágy 800—850 C° hőmérsékleteinél megindul az a folyamat, amelynél a katalizátor nikkeltartalma, ill. nikkeloxid tartalma részt vesz a fűtő és átalakító műveletben. A távozó (hulladék) hő jó kihasználása folytán, a fűtési periódusban számottevő hőveszteség nélkül lehet nagyobb légfölösleget alkalmazni, miáltal a fűtési művelet végén, a reakció-zónában a nikkel nikkeloxid alakjában van jelen. A hasítás művelete folyamán gázhalmazállapotú szénhidrogéneket pl. metánt ily módon nikkeloxiddal lehet átalakítani a következő egyenlet szerint: 6. NiO + CH4 = Ni + CO + 2H2 — 49,4 kcal/mol. Ily módon lehet a felhasznált vízgőz vagy széndioxid adalékot mennyiségileg csökkenteni. A fűtési periódus folyamán a szekundérlevegő a nikkelt megint nikkeloxiddá oxidálja: 7. Ni+ 0,5 02 = NiO + 57,9 kcal/mól. Az eközben keletkező hőmennyiség a katalizátor rétegben, ill. az ehhez csatlakozó regenerátor-réteg ben halmozódik fel és lehetővé teszi a fűtőgáz mennyiségének csökkentését. Ha elegendő nikkelmennyiség van jelen, azt is megtehetjük, hogy a folyamatot fűtőgáz nélkül, tehát csak levegővel létesítjük. A hasítási periódus alatt a metán egy része elég, vagy a hasítandó gázok egy része ég el a ni'kkeloxidon és ily módon széndioxidot, valamint vízgőzt létesít. A reakció lefolyásának lényege a következő: feltételezzük, hogy a hasítandó metán minden köbméterére az eltávozó gázokból sugárzásra és hőtartalomra 250 kcal jut. 8. 1 mól: CH4 + PI 2 0 = CO + 3H2 — 49,2 kcal (entalpia) — 5,6 kcal (hőveszteségek) 9. 0,228 mól: NiO + CO = Ni + C02 + 9,71 kcal 10. 0,682 mól: NiO + H2 = Ni + H 2 0 — 0,06 kcal 11. 0,910 mól: Ni + 0,5 02 = NiO + 57,9 kcal 12. 8—11 egyenletek összege: CH4 +H 2 O+0,455 0 2 = 0,228 C02 +0,682 H 2 0+ 0,772 CO + 2,318 H2 Annak feltételezésével, hogy a katalizátor nikkel tartalmának csak 25%-a vesz részt a 9—11 egyenletekben, ill. e reakciókban, a művelet létrehozásához vagy fenntartásához 9,5 kg. nikkel szükséges az átalakítandó metán minden köbméterére számítva. Hogy a 7 egyenlet szerinti túlmelegedéseket elkerülhessük, célszerű a szekundérlevegő előmelegítő zónáját nikkelmentesen készíteni, a gáz-primérlevegő torkolatának környezetében pedig nikkelszegény (0,5—1,0%) katalizátort 0,3—0,6 m vastagságban alkalmazni. A fentiekben leírt eljárás arra is alkalmas, hogy vele szénhidrogéneket alakítsunk át hidrogén, szénhidrogén és levegő segítségével, az 1—3 egyenletek szerinti reakciók révén. Levegő hozzáadása révén elérjük azt, hogy kevesebb fűtőgázra van szükség, az átalakított szénhidrogének mennyisége pedig növekszik. A szénhidrogének átalakítását oly módon is megvalósíthatjuk, hogy a fűtőgázok és a reakcióban részvevő anyagok azonos irányban áramlanak át a hasítókemencén, de az áramlási irányt minden egyes periódus után, tehát minden hevítő és hasító műveletből álló eljárás után megfordítjuk. Ily módon sikerül a reakció zónáját nagyon egyen-r letesen melegíteni és az átfolyási teljesítmény is növelhető. A csatolt rajzok a találmány szerinti eljárás megvalósítására való berendezést, illetve készülékeket példaképpen és vázlatosan ábrázolnak. Az 1. ábra a hasítókemence metszete, a 2. ábra a katalizátor-ágy megváltoztatott kivitelét szemlélteti és a 3. ábra a kemence megváltoztatott kiviteli alakjának metszete. Ez utóbbi kemence részleteit a 4. és 5. ábra szemlélteti. Az 1. ábra szerinti 1 hasítókemence a 2 samottéglákkal és a 3 szigetelőtéglákkal van kifalazva. Ebbe a kemencébe a gáz-primérlevegő keveréket a 4 elosztócsövön át alulról vezetjük be, éspedig előmelegítés nélkül, e keverék hőmérséklete tehát —10 és +50 C° között van. Ez a gázkeverék az 5 égetőcsöveken át jut a 7 égetőzónába. Az 5 csövek nagymértékben hőálló acélból készülnek és á 6 védőcsövekkel vannak körülvéve, amelyeket szilícium-karbidból készítünk. A 7 zóna rétegvastagsága 0,3—0,6 m és ez a zóna 20—40 mm átmérőjű magnéziumoxid-szemcsékből áll, amelyek 0,5—1,0% nikkelt tartalmaznak. Az 5 csövek az előmelegítő zónának attól a részétől kezdve, amelyik eléri az 500 C° hőmérsékletet, a 7 réteg anyagával vannak megtöltve, hogy ily módon a fűtőgázök termikus hasítását elkerülhessük. A hideg szekundérlevegő, melynek hőmérséklete ugyancsak —10 és +50 C° között van, 8-nál lép be a hasítókemencébe és a •9, 10 előmelegítő zónában kb. 700 C°-ra hevül. A 9 réteg magassága 100—200 mm és ez a réteg 20—40 mm átmérőjű magnéziumoxid-szemcsékből áll; feladata ennek a rétegnek, hogy meggátolja azoknak a 15—25 mm átmérőjű MgO-szemcséknek átesését, amelyek az 12Ó0—1500 mm magas 10 rétegben vannak és a 24 rostélyon eshetnének keresztül. A 9 és 10 rétegekben levő magnéziumoxidszemcsék nem tartalmaznak nikkelt. A 7 égetőtérben először a fenti 3-as egyenlet szerinti átalakítás indul meg oly mértékben, ahogyan a fűtőgázok szénhidrogéneket tartalmaznak, fellép továbbá a 4 és 5 egyenlet szerinti égés. Ugyanitt a szénhidrogének részben azonnal el is égnek. A 7 égetőtérben levő hőmérséklet 1000 és 1300 C° között van. Csatlakozik e térhez az 50 mm magas 11 réteg, amely 15—25 mm átmérőjű magnéziumoxid-szemcsékből áll, amelyek nikkeltartalma 0,5—1,0%. Ennek a rétegnek célja, hogy a 12 ré- , tegben levő és 8—12 mm átmérőjű 350—500 mm magasan elhelyezett, 5—9% nikkelt tartalmazó szemcsék a 7 rétegbe ne jussanak be. A fűtőgázok elégése a 7, 11 és 12 rétegekben tökéletlenül megy végbe, miáltal a katalizátortöltést két 100—300 mm magas 13 és 17 réteg szakítja meg, melyek magnéziumoxid-szemcséi 20—70 mm átmérőjűek és nikkel tartalmuk szintén 0,5—1,0%. Ezek a rétegek nagyobb üres tereket tartalmaznak, miáltal az
