Verfahren und Apparatur zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen durch thermische Behandlung. Die Erfindung betrifft. ein Verfahren zur Umwandlung von niehtaromatisehen Kohlen- wasser:
stoffen, entweder für sich oder in Ver mischung mit. andern. Kohlenwasserstoffen, in aromatische Kohlenwasserstoffe und olefinhal.- tige (.rase in zwei aufeinanderfolgenden Reak tionsstufen, wobei die erste Stufe endother- miseh ist und eine grosse Wärmezufuhr benö tigt und die zweite Stufe praktisch thermisch neutral oder nur leicht endothermiseli ist und keine nennenswerte Wärmezufuhr erfordert.
Die als Ausgangsmaterial dienenden Koh- lenwasserstoffe können gänzlich nichtaroma tisch sein, oder sie können aus einer Mischung von nichtaromatischen und aromatischen Koh- lenwasserstoffen bestehen, in welcher die erst genannten Komponenten überwiegen, wie z. B. Peti-oleum-Naphtha oder Leuchtpetro- leum.
Kohlenwasserstoff-Umwandlungen dieser Art sind im britischen Patent. Nr. 575383 be schrieben und bestehen im wesentlichen aus einer Craekreaktion und einer nachfolgenden Aromatisierungsreaktion, die allerdings teil weise ineinander übergreifen können. Das Craeken verlangt eine grosse und rasche Wärmezufuhr, anderseits benötigt die Aroma tisierung keine nennenswerte Wärmezufuhr.
Wie im genannten britischen Patent beschrie ben, können solche Umwandlungen durchge führt werden durch Leiten der Kohlenwasser stoffdämpfe durch eine erste R.eaktionskam- mer mit einem für die endothermische Stufe geeigneten grossen Verhältnis zwischen Ober fläclie und Volumen und sodann durch eine zweite Reaktionskammer für die thermisch neutrale oder nur gering exothermische Stufe mit einem kleinen Verhältnis Oberfläche zu Volumen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist da durch gekennzeichnet, dass die als Ausgangs material verwendeten Kohlenwasserstoffe in Form von Dämpfen durch eine Anzahl von parallelen, geraden rohrförmigen Reaktions gefässen geleitet werden, wovon jedes aus einem Anfangsteil mit einem grossen Verhält nis von Oberfläche zu Volumen für die endo- thermisehe Reaktionsstufe und einem nach folgenden Teil mit einem kleinen Verhältnis an Oberfläche zu Volumen für die thermisch neutrale oder gering endothermisehe Reak tionsstufe besteht, genannte Reaktionsgefässe alle in einem gemeinsamen Ofen angeordnet sind, genannter Ofen am Eingang durch eine Feuerung geheizt wird,
die Heizgase in der selben Richtung durch den Ofen zum Abzugs kanal geleitet werden wie die Kohlenwasser stoffdämpfe durch die Reaktionsgefässe, und ungefähr dort, wo bei den Reaktionsgefässen der Anfangsteil mit dem nachfolgenden Teil verbunden ist, eine Kühlschicht von Gasen dem Ofen zugeführt. wird.
Die Ofenfeuerung wird zweckmässig der art geregelt, dass sie die von der ersten, endo- thermischen Reaktionsstufe benötigte Wärme liefert und dass Menge und Temperatur der Abgase derart sind, dass sie im nachfolgenden Teil des Ofens die von der zweiten Reaktions stufe benötigte niedrigere Arbeitstemperatur aufrechterhalten.
Das verwendete Kühlgas kann einen Teil der Ofenabgase enthalten, welche beispiels weise abgekühlt worden sind durch deren Ver wendung zum Vorwärmen oder Verdampfen der Kohlenwasserstoff-Charge.
Die erfindungsgemässe Apparatur zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzei.eh- net durch einen Ofen, eine Anzahl von gera den rohrförmigen Reaktionsgefässen, welche im genannten Ofen parallel angeordnet sind, wobei jedes Reaktionsgefäss aus einem Ein gangsteil mit einem grossen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und einem naehfol- g;
enden Teil mit einem kleinen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen besteht, gekennzeich net ferner durch eine Feuerung am Eingang des genannten Ofens, welche heisse Gase lie- fert,\die durch den Ofen strömen, einen Aus lass für die heissen Gase am andern Ende des Ofens und ferner durch Mittel zur Einfüh rung einer Gasschieht in den Ofen ungefähr an der Stelle, wo der Eingangsteil mit dem entsprechenden nachfolgenden Teil der Reak tionsgefässe verbunden ist.
Die Mittel zur Einführung einer Kühl- sehicht von Gasen in den Ofen können aus einem um den Ofen geführten Kanal bestehen, welcher mit Düsen versehen ist, welche in den Ofen hineinragen. Es können auch Mittel vor handen sein, um einen Teil der Ofenabgase dem genannten Kanal zuzuführen. In den meisten Fällen wird es notwendig sein, die Ofenabgase vorher abzukühlen. Dies erfolgt zweckmässig dadurch, dass sie über Vorwär- mer oder Verdampfer für die Charge geleitet werden, welche in einer benachbarten Kammer montiert- sind. Eine weitere Abkühlung kann gegebenenfalls durch Leiten der Abgase über einen Abwärme-Dampfkessel erfolgen.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf die Umwandlung von Petro leumfraktionen in aromatische Kohlenwasser- Stoffe und olefinhaltifoe (rase können die ver wendeten Reaktionsgefässe aus einem Rohr von etwa. 7,6 ein Durchmesser und einem damit verbundenen Rohr von etwa 2.-"5,4 cm Durch inesser bestehen.
Im nachfolgenden eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemässen Appara tur an Hand der Zeiehnun-en näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Darstellung in Perspektive einer erfindungsgemässen Apparatur.
Fig. 2 zeigt den Ofen uni Schnitt.
Der vertikale Ofen 10 von rechteckigem Querschnitt wird finit den Gasbrennern 11 ge heizt. Genannte Brenner sind uni Ofen oben längs der Hauptaehse angeordnet. Die Ver brennungsgase gelangen durch die Schlitze 13 in das Abzugsrohr 12. An beiden Längsseiten des Ofens 7.0 sind eine Anzahl von rohrför- migen Reaktionsgefässen 14 angeordnet, von denen in Fis. 1. nur zwei gezeigt sind. .Jedes Reaktionsgefäss 1.4 besteht. aus einem engen Rohr von etwa 7,6 ein 1.
W. und einem damit verbundenen weiten Rohr von etwa 2ä,4 ein 1.W., wobei der enge Teil 15 des Reaktions gefässes zur Durchführung der endotherini- schen Crackstufe und der weite Teil 16 zur Durchführung der Aroniatisierungsreaktion dient., welche thermiseli neutral oder leicht exothermiseh ist.
Auf der Höhe, in welcher der enge Teil 15 in den weiten Teil 16 des Reaktionsgefässes übergeht, ist uni den Ofen 10 ein Kanal<B>1</B>7 geführt. (genannter Kanal ist mit den Düsen 18 oben und den Düsen 19 unten (Fug. 2) versehen; die beiden Serien von Düsen sind gegeneinander versetzt und ragen in den Ofen hinein. Die Kammer 20 (Fug. 1) ent hält eine Anzahl von Verdampferschlangen, die an einem Ende finit dem Eingang eines Reaktionsgefässes 14 und ain andern Ende mit dein gemeinsamen Flüssigkeitsbehälter verbunden sind.
Den Verdampferschlangen werden die flüssigen Kohlenwasserstoffe durch die Rohrleitung 39 zugeführt, während die Dämpfe den Reaktions-efässen durch die Leitungen 38 zugeführt werden, welche in den Kanälen 40, zu- -geführt auf beiden Seiten der Ofendecke verlegt sind (Fug. 2). Jedes Reaktionsgefäss 14 ist am untern linde mit einem Auslassrohr 42 versehen, welches durch Ventil 43 mit. dem gemein samen Ableitungsrohr 44 verbunden ist.
Eine Vorrichtung 45 dient zum Einsprit zen von Wasser zum Abkühlen der Reaktions produkte am Ausgang der Reaktionsgefässe. Der Abzugskanal 12 unter dem Ofenboden ist mit dem Kanal 22 verbunden, welcher seiner seits in Verbindung steht mit der Kammer 20, wobei die heissen Abgase durch den Kanal 22 und über die Wand 23 in die Kammer 20 strömen. Unter der Kammer 20 befindet sich eine zweite Kammer 24, in welcher ein Nie- clerdruek-Dampfkessel aufgestellt werden kann.
An beiden Seiten der Kammern 20 und 23 ist eine Reihe von Kanälen 26, 27, 28, 29 und 30 angeordnet, von welchen der letzt genannte durch den Kanal 31 mit dem Ven tilator 32 verbunden ist, so dass Gase durch den Kanal 33 in den Kanal 17 gefördert wer den können. Die Schieber 3.1, 35, 36 dienen zum Regeln der aus dem Kanal 12 austre tenden Gasmenge. Dieses System von Kanä len, Schiebern Lind Ventilator ist auf beiden Seiten der Kammern 20 und 24 vorhanden, obwohl auf der Zeichnung nur ein System gezeigt wird.
Sind alle Schieber geschlossen, so fliessen die Gase vom Kanal 7.2 aufwärts durch Kanal 22 und über die Wand 23 und durch die Kammer 20, wobei sie über die Verdampfer schlangen hinweg durch die Kammer 24 über den Dampfkessel 25 zum Kanal 37 und von diesem zum Schornstein strömen.
Durch Einstellen des Schiebers 35 gelangt die gewünschte Menge an abgekühlten Gasen von der Kammer 24 durch die Kanäle 29, 30, 37. zum Ventilator 32, wird in den Kanal 17 gefördert und durch die Düsen 18, 19 an den Ofen verteilt.
Durch Einstellen des Schiebers 36 wird die gewünschte Menge der die Kammer 20 verlassenden Gase unter Umgehung der Kam mer 24 direkt dem Ventilator 32 durch die Kanäle 28, 30, 31 zugeleitet. Durch Einstellen des Schiebers 34 wird die gewünschte Menge Gase vom Auslass 12 an Kammer 20 vorbei und durch die Kanäle 26, 27 zur Kammer 24 geleitet und darauf entsprechend der Lage des Schiebers 35 zum Ventilator 32 oder zum Kanal 37 oder zu beiden geleitet.
Mittels des beschriebenen Systems von Kanälen und Schiebern wird eine genaue Regelung der Menge und Temperatur der in den Ofen durch die Düsen 18, 19 verteilten Kühlgase erreicht. Der Ofen kann anstatt mit Gasbrennern auch mit Ölbrennern geheizt werden.
Die Umwandlung eines nichtaromatischen Naphthas oder Petroleums in der Dampfphase bei 650 bis 750 C in aromatische Kohlenwas- serstoffe und olefinhaltige Gase wird in der beschriebenen Apparatur in folgender Weise durchgeführt.
Die Charge wird von einem Flüssigkeits behälter durch die Zuleitungen 39 den Ver dampfern 21 zugeführt, in welcher sie ver dampft und überhitzt wird, und gelangt in Dampfform durch die Leitungen 38 zu den Reaktionsgefässen 14.
Die Reaktionsgefässe 1.1 können mit den in der britischen Patentschrift Nr. 552216 be schriebenen metallischen Hy drierungs- und Dehydrierungs;-Katalysatoren gefüllt. sein oder mit Körpern aus einem keramischen hitzebeständigen Material wie Hartporzellan, beschrieben im Schweizer Patent Nr. 275431.
Die Charge wird den Reaktionsgefässen unter einem Druck bis 5 Atm. und vorzugs weise zwischen 1 und 3 Atm. Manometerdr-Lick zugeführt bei einer Durchflussgeschwindigkeit zwischen 0,05 und 0,6 und vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,6 Liter (als Flüssigkeit gemessen) der Charge pro Stunde je Liter des Reaktionsgefässvolumens. Die Reaktions produkte werden am Ausgang der Reaktions gefässe abgelöscht, das heisst durch Einsprit zen von Nasser abgekühlt, und gelangen durch die Auslassrohre 42 in die Ableitung 44.
Der Ofen wird durch längs der Decke an geordnete Gasbrenner geheizt, um am obern Ende des Ofens eine Temperatur von etwa 800 bis 900 C zu liefern, welche allmählich auf etwa 750 bis 800 C auf der Höhe des Kanals 17 abfällt. Die obern Teile der Reak tionsgefässe werden hauptsächlich durch die Strahlung von den Gasflammen erhitzt.
Eine Kühlschicht von Gasen mit einer Temperatur von 300 bis 400 C wird vom Kanal 17 durch die Düsen 18, 19 dem Ofen zugeführt. Die dadurch auf etwa 700 C er mässigte Ofentemperatur wird bis zum Boden hinab aufrechterhalten, wobei die Abgase durch die Schlitze 13 in den Kanal 12 strö men und sodann teilweise dem Schornstein und teilweise wieder in den Kanal 17 zurück geleitet werden, nachdem sie die eine oder andere oder beide Kammern 20 und 24 durchströmt haben.