DE1001801B

DE1001801B - Method and device for converting liquid hydrocarbons, such as tar oils or petroleum, into gases by thermal means

Info

Publication number: DE1001801B
Application number: DED15246A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Otto Hemmann
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1953-06-12
Filing date: 1953-06-12
Publication date: 1957-01-31

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Umformen flüssiger Kohlenwasserstoffe, wie Teeröle oder Erdöl, auf thermischem Wege in Gase Die Erfindung betrifft die Umformung von flüssigen Kohlenwasserstoff en, einzeln oder in Gemischen, z. B. Teeröle, Erdöl u. dgl., auf thermischem Wege in Gase, die dabei Kohlenwasserstoffe in größerer oder geringerer Menge enthalten können oder frei von Kohlenwasserstoffen sind.Process and device for forming liquid hydrocarbons, such as tar oils or petroleum, thermally in gases The invention relates to Reshaping of liquid hydrocarbons, individually or in mixtures, e.g. B. tar oils, Petroleum and the like, by thermal means in gases, which thereby hydrocarbons in larger or a smaller amount or are free of hydrocarbons.

Es ist bekannt, flüssige Kohlenwasserstoffe in Gase umzuformen, indem man sie in feiner Verteilung in erhitzten Räumen mit erhitztem Wasserdampf zusammenbringt.It is known to convert liquid hydrocarbons into gases by they are brought together in fine distribution in heated rooms with heated steam.

Nach der vorliegenden Erfindung geschieht die Umformung von flüssigen, Kohlenwasserstoffen auf thermischem Wege dadurch, daß man diese in feiner Verteilung in einen heißen Strom der aus den Kohlenwasserstoffen durch die Umformung gebildeten Gase bringt, heißen Wasserdampf zugibt und das Gemisch durch ein hocherhitztes Gitterwerk aus keramischen Baustoffen hindurchführt.According to the present invention, the reshaping of liquid, Hydrocarbons thermally in that they are finely divided into a hot stream of the hydrocarbons formed by the transformation Bringing gases, adding hot steam and the mixture through a highly heated latticework made of ceramic building materials.

Die flüssigen Kohlenwasserstoffe werden mittels Sprühdüsen in den, Gasstrom eingeführt. Dieser ist ein Teilstrom der bei der-Umformung der Kohlenwasserstoffdämpfe im Gitterwerk gebildeten Gase. Er wird mittels Anwendung einer Injektorwirkung des zuzusetzenden Wasserdampfes von dem Hauptstrom der im mit dem Gitterwerk besetzten Reaktionsraum gebildeten Gase abgezweigt, ist also bei der Einführung der flüssigen Kohlenwasserstoffe bereits mit Wasserdampf gemischt. Das etwa 800° heiße Gemisch - gebildete Gase, Wasserdampf und infolge der Erhitzung in Dampfform vorliegende Kohlenwasserstoffe -wird durch ein. hocherhitztes Gitterwerk geleitet, in dem dann bei der vorhandenen, über 1000° hohen Reaktionstemperatur durch Reaktion insbesondere des Wasserstoffes aus dem Dampf mit den. Kohlenwasserstoffen die Umformung letzterer in stabile Gase, C O und H2, erfolgt.The liquid hydrocarbons are injected into the, Gas flow introduced. This is a partial flow of the conversion of the hydrocarbon vapors gases formed in the latticework. It is administered by means of an injector action of the to be added water vapor from the main flow of the occupied with the latticework Gases formed in the reaction space are branched off, so is when the liquid is introduced Hydrocarbons already mixed with water vapor. The approximately 800 ° hot mixture - formed gases, water vapor and present in vapor form as a result of the heating Hydrocarbons - is made by a. highly heated latticework, in which then at the existing, over 1000 ° high reaction temperature by reaction in particular of the hydrogen from the steam with the. Hydrocarbons the transformation of the latter in stable gases, CO and H2.

Die flüssigen Kohlenwasserstoffe werden bei der Einführung in den, heißen Gasstrom verdampft, kommen daher in einer für die Umwandlung günstigen Zustandsform zur Reaktion. Dieser Dampfstrom der Kohlenwasserstoffe ist außerdem infolge der Durchdringung mit den Gasen und dem Wasserdampf aufgelockert, so daß bei der Bildung des Wasserstoffes aus dem Wasserdampf ersterer leichter an die Kohlenwasserstoffteilchen herankommen kann. Die Umwandlung geschieht rascher, und es können größere Mengen Kohlenwasserstoffe umgeformt werden.The liquid hydrocarbons are introduced into the, hot gas stream evaporates, therefore come in a favorable state for the conversion to reaction. This steam flow of hydrocarbons is also due to the Penetration with the gases and the water vapor loosened, so that in the formation of the hydrogen from the water vapor, the former more easily to the hydrocarbon particles can approach. The conversion happens more quickly and larger quantities can be used Hydrocarbons are transformed.

Nach dem Verfahren der Erfindung wurde z. B. Erdöl in ein Gas folgender Zusammensetzung umgewandelt: 59,5'% H2, 34% CO, 3% N2, 1,51/o CO2, 1,3 % H2 S, 0,7°/o C H4. Der Anteil an festem Kohlenstoff betrug 2 g/ms.According to the method of the invention, e.g. B. Petroleum into a gas following Composition converted: 59.5% H2, 34% CO, 3% N2, 1.51 / o CO2, 1.3% H2 S, 0.7% C H4. The solid carbon content was 2 g / ms.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird noch ein. zweiter Teilstrom der im Reaktionsraum gebildeten Gase wieder in den Reaktionsraum zurückgeführt. Nach dem Abziehen. des für die Zuführung der flüssigem Kohlenwasserstoffe bestimmten Teilstromes wird der übrigbleibende Hauptstrom der im Reaktionsraum gebildeten Gase durch einen Wärmeaustauscher, zweckmäßig ein Gitterwerk, geleitet. Die abgegebene Wärme dient zur Erhitzung der Luft für die Aufheizung des Gitterwerkes im Reaktionsraum. Dem abgekühlten Hauptgasstrom kann dann noch weiter, z. B. in Rekuperatoren bzw. Abhitzekessel, Wärme entzogen werden, die auf dem Wege des Wärmeaustausches mit Stoffen, die zur Reaktionsdurchführung dienen, dem Gesamtumformungsvorgang nutzen. Von diesem Hauptstrom wird nun ein Teilstrom abgezweigt, der nach Durchlauf eines Erhitzers mit dem in den Reaktionsraum ziehenden, die Kohlenwasserstoffe tragenden Gas-Dampf-Gemisch vermengt wird. Dieser Gasstrom läßt eine etwa weitere erforderliche Auflockerung des Kohlenwasserstoffdampfstromes erreichen und eine Abstimmung der Temperatur des in den heißen Reaktionsraum eintretenden, Gas-Dampf-Gernisches herbeiführen.In a further embodiment of the invention, a. second partial flow the gases formed in the reaction space are returned to the reaction space. After peeling. the one intended for the supply of the liquid hydrocarbons Partial flow is the remaining main flow of the gases formed in the reaction space passed through a heat exchanger, expediently a latticework. The submitted Heat is used to heat the air for heating the latticework in the reaction space. The cooled main gas stream can then continue, z. B. in recuperators or Waste heat boiler, heat can be extracted by way of heat exchange with Substances that are used to carry out the reaction use the overall forming process. From this main stream, a partial stream is now branched off, which after passing through a The heater with the one that pulls into the reaction chamber and carries the hydrocarbons Gas-steam mixture is mixed. This gas flow leaves something else required Achieve loosening of the hydrocarbon vapor stream and a vote of the Bring the temperature of the gas-steam mixture entering the hot reaction chamber.

Die Rückführung der zwei Teilströme des im Reaktionsraum gebildeten Gases hat außer der Schaffung günstiger thermischer Voraussetzungen für den Vorgang der Umformung noch den Vorteil, daß der Koblenwasserstoffpartialdruck während der Gasbildung herabgesetzt, der Wasserstoffpartialdruck dagegen erhöht wird, wodurch eine starke Aktivierung des Umformungsvorganges eintritt.The recirculation of the two substreams formed in the reaction space In addition to creating favorable thermal conditions for the process, gas has the forming still has the advantage that the Koblenwasserstoffpartialdruck during the Reduced gas formation, but the hydrogen partial pressure is increased, whereby a strong activation of the forming process occurs.

Das Aufheizen. des Gitterwerkes im Reaktionsraum geschieht abwechselnd mit der Gasbildung in aufeinanderfolgenden Zeitspannen. Hierzu dienen zweckmäßig Öl- oder Gasbrenner, die mit durch die Abwärme der gebildeten Gase vorgewärmter Luft einen heißen Gasstrom erzeugen, der das aufzuheizende Gitterwerk im Reaktionsraum durchströmt. Hierbei wird ein Luftüberschuß gegeben, so daß der noch in den heißen Heizgasen. enthaltene Sauerstoff mit dem etwa im Gitterwerk während der Gasbildungszeit in Form von Ruß angefallenen und die Gitterwerkssteine bedeckenden Kohlenstoff verbrennen kann. Die dadurch gewonnene Wärme nimmt das Gitterwerk im Reaktionsraum bzw. das nachgeschaltete Gitterwerk für die Erhitzung des zweiten Teilstromes der rückgeführten Gase auf. So tritt kein Verlust durch im Reaktionsraum ausgeschiedenen Kohlenstoff ein. Von wesentlicher Bedeutung ist, daß die Durchleitung des Gas-Kohlenwasserstoffdämpfe-Wasserdampf-Gemisches durch das Gitterwerk im Gegenstrom zu der Richtung der das Gitterwerk durchziehenden Heizgase erfolgt. Alle an der Reaktion beteiligten Stoffe können sich beim Durchgang von der Einführungstemperatur von 800 bis 900° bis auf eine Endtemperatur von etwa bis 1400° erhitzten, wodurch die erforderlicheReaktionstemperatur nicht nur immervorhanden bleibt, sondern der Temperaturanstieg eine volle Umformung der Kohlenwasserstoffe gewährleistet. Andererseits verhindert die Beimischung der Kahlen, wasserstoffe zu dem mäßig hocherhitzten Gas ein Kracken der Kohlenwasserstoffe an den Einführungsstellen, wodurch eine Betriebssicherheit des Vorganges gegeben ist.The heating up. of the latticework in the reaction space happens alternately with gas formation in successive Time spans. For this are useful oil or gas burners, which are formed with by the waste heat Gases of preheated air generate a hot gas flow that triggers the latticework to be heated flows through in the reaction chamber. Here, an excess of air is given so that the still in the hot heating gases. contained oxygen with the approximately in the latticework during the gas formation time in the form of soot and covering the latticework stones Can burn carbon. The heat gained in this way is absorbed by the latticework in the Reaction space or the downstream latticework for heating the second Partial flow of the recycled gases. So there is no loss in the reaction space precipitated carbon. It is essential that the pass-through of the gas-hydrocarbon vapor-water vapor mixture through the latticework in countercurrent to the direction of the heating gases passing through the latticework. All at the Substances involved in the reaction can differ in the passage of the introduction temperature heated from 800 to 900 ° to a final temperature of approximately to 1400 °, whereby the required reaction temperature not only always remains present, but the Temperature rise ensures full conversion of the hydrocarbons. on the other hand prevents the admixture of the bald, hydrogen to the moderately heated gas a cracking of the hydrocarbons at the introduction points, whereby an operational safety of the process is given.

In je feinerer Verteilung die flüssigen Kohlen, wasserstoffe, d. h. das 01, den Gasen zugemischt wird, desto besser ist die Auflockerung des Dämpfestromes der Kohlenwasserstoffe und seine Verteilung im Gasstrom. Vorteilhaft erweisen sich eine große Anzahl Düsen mit feinen Öffnungen, wenn auch dabei ein hoher Druck von mehreren atü angewendet werden muß.The finer distribution the liquid coals, hydrocarbons, d. H. the 01 that is added to the gases, the better the loosening of the vapor flow of hydrocarbons and their distribution in the gas stream. Prove beneficial a large number of nozzles with fine orifices, albeit at a high pressure of several atü must be applied.

Außer Wasserdampf oder neben Wasserdampf können auch andere Reaktionsstoffe, z. B. Kohlensäure, Sauerstoff, benutzt werden.In addition to water vapor or in addition to water vapor, other reaction substances, z. B. carbonic acid, oxygen, can be used.

In der Zeichnung sind das Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 die Aufheizperiode eines Reaktionsraumes, Fig. 2 die Gasbildungsperiode.In the drawing are the method and a device for implementation the same shown schematically. It shows Fig. 1 the heating period of a reaction space, Fig. 2 shows the gas formation period.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen. aus zwei miteinander durch einen Kanal 1 verbundene, mit Gitterwerken 2 und 3 ausgestattete Apparate 4 und 5, von denen 4 zur Durchführung der Reaktionen und 5 zur Erhitzung der Verbrennungsstoffe für die Heizgase dient, die das Gitterwerk 2 auf die erforderliche Reaktionstemperatur aufheizen.The device consists essentially. out of two through each other a channel 1 connected, with latticework 2 and 3 equipped apparatus 4 and 5, of which 4 are used to carry out the reactions and 5 to heat the combustion materials serves for the heating gases, which the latticework 2 to the required reaction temperature Warm up.

Während der Aufheizperiode strömt Luft, die durch einen Vorerhitzer 6 laufen kann, durch die Leitung 7 zum Apparat 5. Die Luft tritt durch den Stutzen 8 ein und durchströmt das während der Gasbildungsperiode erhitzte Gitterwerk 3. Die am oberen Ende dieses Gitterwerkes austretende Luft verbrennt das durch den Ölbrenner 10 eingespritzte Öl. Die Verbrennungsgase ziehen durch den Kanal 1, in dem noch Luftzusatz durch die Einlässe 11 und 12 gegeben werden kann. Weiter noch angeordnete Ölbrenner 13, 14 geben mehr und heißere Verbrennungsgase, die zu dem Reaktionsraum 15 strömen, in dem das Gitterwerk 2 aus keramischem Baustoff steht. Dieses wird von den Verbrennungsgasen durchströmt, wodurch das Gitterwerk hocherhitzt, dagegen die Verbrennungsgase abgekühlt werden. Nach dem Austritt aus dem Gitterwerk 2 ziehen die Verbrennungsgase (Heizgase) durch einen Raum 16 in ein nachgeschaltetes Gitterwerk 17, nach dessen Durchlauf sie durch einen Sammelraum 18 und Sammelkanäle 19 ziehen, von wo aus sie durch den Ausgangsstutzen 20, gegebenenfalls noch durch den Luftv orerhitzer 6, hindurch abgeführt werden. Ein Teilstrom der Heizgase wird aus dem Raum 16 über die Kanäle 21 in. den Verbindungskanal 22 zum Apparat 5 gebracht, wo er über dem Gitterwerk 3 in den aus diesem aufsteigenden Luftstrom bei 23 mündet. Das Absaugen des Teilstromes der Heizgase geschieht durch die Treibdüse 24 mittels bei 25 eingeführten Treibdampfes.During the heating-up period, air flows through a preheater 6 can run through the line 7 to the apparatus 5. The air passes through the nozzle 8 and flows through the latticework 3, which is heated during the gas formation period. The air exiting at the top of this latticework burns it through the Oil burner 10 injected oil. The combustion gases pass through channel 1, in to which additional air can be given through the inlets 11 and 12. Further more arranged oil burners 13, 14 give more and hotter combustion gases to the Flow reaction space 15 in which the latticework 2 is made of ceramic building material. The combustion gases flow through this, causing the latticework to heat up, on the other hand, the combustion gases are cooled. After exiting the latticework 2 draw the combustion gases (heating gases) through a room 16 into a downstream one Latticework 17, after which it passes through a collecting space 18 and collecting channels 19 pull, from where they go through the outlet port 20, if necessary still through the air preheater 6, are discharged through it. A partial flow of the heating gases is brought from the room 16 via the channels 21 into the connecting channel 22 to the apparatus 5, where it opens above the latticework 3 in the air stream rising from this at 23. The suction of the partial flow of the heating gases takes place through the propellant nozzle 24 by means of at 25 introduced motive steam.

Nach erfolgter Aufheizung des Gitterwerkes 2 ist dieses reif zur Gaserzeugung. Das Gitterwerk 3 ist abgekühlt. Das Gitterwerk 17 ist heiß.After the latticework 2 has been heated, it is ready for gas generation. The latticework 3 has cooled down. The latticework 17 is hot.

Während der nun einsetzenden Gasbildungsperiode wird in den Verbindungskanal 22 durch die Dampfdüse 9 Heißdampf eingeblasen. Gleichzeitig wird durch die Öldüsen 26, 27 der umzuwandelnde flüssige Kohlenwasserstoff (Öl) in feinen, Strahlen in den Dampfstrom eingespritzt. Durch die Treibdüse 24 wird aber mittels des aus 9 zuströmenden Dampfes aus den Kohlenwasserstoffen im Reaktionsgitterwerk gebildetes Gas, das durch den Kanal 1 aus dem Apparat 4 zum Apparat 5 geführt wurde, angesaugt und im Kanal 22 weiter zu den Kanälen 21 befördert. Hier wird durch die Öldüsen 28, 29 weiteres Öl = flüssiger Kohlenwasserstoff eingespritzt. Das nun vorhandene Öldampf - Wasserdampf - Gas - Gemisch strömt aus den Kanälen 21 in den Raum 16 und von da in das Gitterwerk 2, wo die Gasbildung erfolgt. Nach Durchzug durch das Gitterwerk 2 ziehen die nun gebildeten neuen Gase zusammen mit dem bereits zugeführten Gas durch den Kanal 1 in den Apparat 5, wo- sie das Gitterwerk 3 durchströmen, hier Wärme abgebend für die Erhitzung der Verbrennungsstoffe für die Heizgase. Bei 8 ziehen die Gase ab. Ihre Wärme kann gegebenenfalls noch weiter ausgenutzt werden, z. B. in einem Abhitzekessel 30. Die Gase werden durch die Leitung 31 mit Gebläse 32 abgesaugt und ihrem Verwendungszweck durch Leitung 33 zugeführt. Ein Teil davon wird jedoch nochmals abgezweigt und durch Leitung 34 in den Regenerator 17 geführt, nach dessen Durchlauf diese Gasmenge im Raum 16 mit den der Reaktionskammer 2 zufließenden Stoffen vermischt wird und somit durch den Reaktionsraum 2 hindurchströmt.During the gas formation period that is now beginning, the connection channel is used 22 blown hot steam through the steam nozzle 9. At the same time is through the oil nozzles 26, 27 the liquid hydrocarbon (oil) to be converted into fine, jets into injected the steam stream. By means of the driving nozzle 24, however, by means of the from 9 Inflowing steam formed from the hydrocarbons in the reaction lattice Gas that was passed through the channel 1 from the apparatus 4 to the apparatus 5, sucked and conveyed further in the channel 22 to the channels 21. Here is through the oil nozzles 28, 29 further oil = liquid hydrocarbon injected. The one now available Oil vapor - water vapor - gas mixture flows out of the channels 21 into the space 16 and from there into the latticework 2, where the gas formation takes place. After pulling through the latticework 2 draw the new gases that are now formed together with the gas that has already been supplied through the channel 1 into the apparatus 5, where they flow through the latticework 3, here Giving off heat for heating the combustion materials for the heating gases. At 8 draw off the gases. Your heat can be used further if necessary, z. B. in a waste heat boiler 30. The gases are through the line 31 with a fan 32 sucked off and supplied to their intended use through line 33. A part of it is, however, branched off again and passed through line 34 into the regenerator 17, after its passage, this amount of gas in space 16 with that of the reaction chamber 2 flowing into it Substances is mixed and thus flows through the reaction chamber 2.

Ist die Reaktionstemperatur im Gitterwerk 2 so stark gesunken, daß keine volle Reaktion mehr gewährleistet ist, so wird die Gasbildungsperiode beendet, und es beginnt wieder die Aufheizperiode.If the reaction temperature in the latticework 2 has dropped so much that a full reaction is no longer guaranteed, the gas formation period is ended, and the heating-up period begins again.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for forming liquid hydrocarbons, like tar oils or crude oil, thermally with the addition of water vapor in gases, thereby characterized in that the liquid hydrocarbons to be transformed with hot, im Reaction space formed and loaded with water vapor are mixed and the mixture through a highly heated latticework in a reaction chamber to be led.

2. The method according to claim 1, characterized in that the hydrocarbon-gas-steam mixture is introduced into the cooler part of the latticework and it flows through the latticework towards the hotter part. 3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the serving for the introduction of the hydrocarbons into the latticework of the reaction chamber, formed in the reaction chamber gas is sucked by injector effect after leaving the reaction chamber and is conveyed to the reaction chamber. 4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that a partial flow of the gases formed in the reaction chamber without admixture of other substances is added to the mixture of substances to be introduced into the reaction chamber and react there, expediently before it enters the reaction chamber. 5. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the serving for heating the latticework of the reaction space. Heating gases have a proportion of air or oxygen that is sufficient to burn the soot precipitated in the latticework during gas formation when the heating gas flows through the latticework. 6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that a part of the heating gas is added to the flow of heating materials, in particular the air, after leaving the reaction chamber grating. 7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the return of the Heizgasteiles takes place by injector effect of pressurized steam or another gaseous agent. B. Device for performing the method according to claim 1 to 7, characterized in that the reaction space (15) with the discharge channel (1) formed in the reaction space. Gases connected by a channel (22). 9. Apparatus according to claim 1 to 8, characterized in that a steam inlet (9) and an inlet (26, 27) for liquid hydrocarbons are arranged in the connecting channel (22). 10. Apparatus according to claim 1 to 9, characterized in that a driving nozzle (24) is arranged in the connecting channel (22), which can be actuated on both sides by means of steam supply. Contemplated publications: USA. Patents No. 1428311, 1892 534, 2176453;. British Patent No. 242,741; U 1 lmann, Encyklopadie der technischen Chemie, 1951, Vol. 1, p. 789.