144625. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és hasítókemence gázhalmazállapotú szénhidrogéneknek endoterm átalakítására szénoxiddá és hidrogénné
2 144.625 riódikusan, a reakciótérben elhelyezett katalizátorban halmozódik fel. Az ilyen hasítókemence használatánál, a találmány szerinti javítás abban áll, hogy a fűtőgázból és primérlevegőből álló keveréknek a reakciótérbe való vezetésére szolgáló égési csövek egyenletesen vannak a reakciótér keresztmetszetén elosztva, emellett pedig nagy mértékben hőálló anyagból készülnek és védőcsövekkel vannak körülvéve. Utóbbiak ugyancsak nagy mértékben tűzálló kerámiai anyagból készülnek. Abból a célból, hogy a fűtőgázok fokozatos elégetésével a katalizátort a reakció zónájában egyenletesen melegíthessük, tehát, hogy a katalizátor vastag rétege egyenletesen melegedjék, a találmány további jellemzője szerint a füstgázokat az égési levegőnek csupán egy részével, az ún. primérlevegővel keverve vezetjük a reakciózónába. Ezen a helyen találkozik a fűtőgáz és primérlevegő keveréke az égésre használt levegő többi részével, amelyet szekundérlevegőnek nevezünk. Az égés tökéletessé tétele végett a finomszemcséjű katalizátorból álló reakciótért vagy zónát több helyen nagyszemcséjű rétegek szakítják meg. Ehhez járul, hogy az eltávozó reakciótermékek melegének átvitele végett, továbbá a kiáramló égési gázokban levő hő kihasználása céljából ezt a meleget a szekundérlevegőre és a feldolgozott anyagokra visszük át, mely célból a reakciózóna két, szemcsés anyagból álló előmelegítő zóna között van. A reakciótér melegítése a jelen célra megfelelően átalakított, lángnélküli égési rendszerrel történik, amelyet katalitikus felületi égés rendszerének is szoktak nevezni. A lángnélküli égetés szokásos alkalmazásánál különböző szemcsenagyságú kövekből álló töltetlen gáz-levegő keveréket vezetnek át, amely az égéshez szükséges teljes levegőmennyiséget tartalmazza. Ennek a fűtőberendezésnek a hőtermelése rendkívül erőteljes és az égési hőfok ennek megfelelően nagyon magas, miáltal az ilyen berendezés a katalizátor-ágy mélyebb rétegeinek egyenletes hevítésére nem alkalmas. A jelen találmány szerinti eljárásnál a fűtőgázmennyiséget az égési levegőnek csupán egy részével, a primérlevegővel keverjük és közvetlenül vezetjük a reakció-zónába. A hozzávezetés több, nagy mértékben hőálló csövön át történik, amelyek a kemence egész keresztmetszetén egyenletes elosztásúak. A primérlevegő mennyisége generátorgáz alkalmazása esetén az elméleti égési levegő mennyiségének 25—40%-a, gázhalmazállapotú szénhidrogéneknél pedig g-atomsúlynyi szénre számítva 0,59—0,74 mól oxigén, ül. 2,8—3,5 mól levegő. A bevezetésre használt csövek forró részei, amelyek 500 C°-nál melegebbek, katalizátorral vannak megtöltve, tehát oly anyaggal, amely a következő egyenlet szerinti reakciónál kerül alkalmazásra: 3. Cn H 2m + 0,5 n0 2 = nCO + mH 2 Ilyenmódon sikerül a szénhidrogének termikus szétbontásánál és ilymódon hidrogén előállításánál a korpmképződést elkerülni. Az égési levegő többi része, tehát a szekunder-levegő a fűtőgázból és primérlevegőből álló keverék bevezető csövei körül áramlik és a csövek torkolatánál kezdődő felfelé haladó tökéletes égést vezeti be. A kis mértékben aktív katalizátor zsugorított magnezit szemcsékből áll, amelyek szemcsenagysága 25—70 mm, nikkeltartalmuk pedig 0,5—í,0%. Az égés a tűzálló katalizátort tartalmazó raekciótérben fokozatosan megy végbe, mert a szemcsékből álló töltet a fűtőgáznak és szekundérlevegőnek csak lassú keveredését engedi meg. Ilyenmódon válik lehetővé a katalizátorréteget nagy területen és egyenletesen 700—1000 C°-ra melegíteni. Tökéletes kiégetés elérése végett 100%-ot is elérő levegőfölöslegre van szükség és a finomszemcsékből álló katalizátor-rétegbe, amelynél a szemcseátmérő 8—25 mm, több durva szemcséjű, gyengén aktív katalizátor-réteget iktatunk be, amelynél a szemcsenagyság 25—70 mm és a hikkeltartalom 0,5—'1,0%. Azáltal, hogy az égés magában a katalizátor ágyban történik, a teljesítményt növelni lehet, mert a hőmennyiség gyorsabban megy át a katalizátor szemcsékbe, mint az eddig használatos eljárásoknál, amelyeknél forró égési gázokat alkalmaztak. Ezt a jelenséget azzal lehet magyarázni, hogy a nikkeltartalmú katalizátor az égési gázok elégetésénél a metán-hidrogén hasítás számára mint oxigénátvivő szerepel és ezáltal felülete közvetlenül melegszik. A felületen képződött hő vezetés révén a magneziumoxid-szemcsék belsejébe hatol, viszont a szokásos melegítésnél, amikor forró égési gázokat használnak, le kell győzni a magneziumoxid-szemcsékhez tapadó gázréteg átmeneti ellenállását. Ha a reakciótér 20 mm átmérőjű magnéziumoxid-szemcsékből áll, amelyek közepes hőmérséklete 800 C°, akkor az 1000 C-ú égési gázok átvezetésénél a hőátadás 25 kcal a töltet minden kilogrammjára számítva percenként, viszont a gázoknak a katalizátor-rétegben való közvetlen elégetésénél, ugyanilyen hőmérséklet esetén a hőátadás 100—120 kcal percenként és kilogrammonként. A katalizátor-szemcsék felületének azonnali felmelegítése magasabb hőfokra, pl. 900—-1000 C°ra, a gáz-primérlevegőnek a 3-as reakcióegyenlet szerinti átalakításával indul és ez a folyamat közvetlenül a katalizátor felületén játszódik le. Ha a fűtőgáz áramlási sebessége 0,4—2,0 m/sec 0 C°-ra és 760 higanymm-re vonatkoztatva, úgy amint azt a szekundérlevegő adalék létesíti, akkor a fentemlített 3-as egyenlet szerinti reakció nagyobb katalizátor-rétegre oszlik el. A további égés, amely generátorgáznak fűtőgázként való használatánál azonnal bekövetkezik, a következő egyenletek szerint jön létre: 4. CO+ 0,5 02 = C0 2 5. H2 + 0,5 0 2 = H 2 0 Ez a további égés a nikkeltartalmú magnéziumoxid-kontaktanyag oxigénátvivő hatása folytán a katalizátor felületén keletkezik. A reakció zónáját elhagyó égési gázok melegének kihasználása végett, az égési gázok e zóna után magnéziumoxid-szemcsékből álló rétegen áramlanak át, miáltal a távozó gázoknak a kemence utáni hőmérséklete kb. 100 C°. A magnéziumoxid-szemcsék a kemence kevésbé forró részében, amely 500 C° alatt van, nikkelt nem tartalmaznak, viszont az 500 C° feletti részen a nikkeltartalom kb. 0,5—1,0%, hogy a reakcióban résztvevő anyagoknak koromképződés melletti termikus hasítását elkerülni lehessen. Ezeket az anyagokat ellenáramban vezetjük a kemencéhez, azok tehát az égési gázokkal ellenkező irányban mozognak és kb. 700 C°-ra melegednek az előmele-
