DE1005679B

DE1005679B - Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Umformung von Kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE1005679B
Application number: DED19070A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Terbeck
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1954-11-09
Filing date: 1954-11-09
Publication date: 1957-04-04

Description

Verfahren und Vorrichtung zur. katälytischen Umformung von Kohlenwasserstoffeh Zur Umformung von gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffeh sind katalytische Verfahren bekannt und z: B. zur Umformung von schweren Kohlenwasserstoffeh, insbesondere Ölen, vorgeschlagen worden; die Kohlenwasserstoffe zunächst in heißem Wasserdampf zu verdampfen, dadurch teilweise zu kracken und das gebildete Wasserdampfgemisch unter Verwendung von erhitzten Katalysatoren umzuformen. Die Regenerierung der Katalysatoren erfolgt zumeist regenerativ. Um die Verdampfung der flüssigen Kohlenwasserstoffe im Dampfstrom durchzuführen, werden die Kohlenwasserstoffe nach dem bekannten Verfahren in feiner Verteilung zerstäubt in den Dampfstrom eingebracht. Trotzdem gelingt die restlose Verdampfung der Kohlenwasserstoffe im Wasserdampf strom nicht immer, wodurch noch kältere Ölbestandteile in fester Tropfenform auf die höher erhitzten Katalysatoren gelangen und letztere hierdurch verschmutzen sowie mechanisch zerstören. Auch ist die Verteilung der Kohlenwasserstoffe im Wasserdampfstrom bei den bekannten Verfahren häufig nicht hinreichend gleichmäßig, wodurch das Katalysato-rbett verschieden stark mit Kohlenwasserstoffeh beaufschlagt wird und unbehandelte Kohlenwasserstoffe im Produktionsgas verbleiben, weil die Katalysatoreri ; nur eine bestimmte Kohlenwasserstoffmenge in der Zeiteinheit umsetzen können.
Die Erfindung vermeidet die beschriebenen Nachteile. Sie betrifft ein Verfahren zur katalytischen Umformung von Kohlenwasserstoffeh, bei dem eine Mischung aus Reaktionsmitteln mit gasförmigen oder verdampften Kohlenwasserstoffeh erhitzten Katalysatoren zugeführt wird und besteht darin, daß in einer den Katalysatoren vorgeschalteten Wirbelkammer unter wirbelnder Mischung der Kohlenwasserstoffe mit:erhitzten Reaktionsmitteln eine Verdampfung und Vorkrackung der Kohlenwasserstoffe durchgeführt und diese Mischung in den Katalysatorraum zur katalytischen Behandlung zugeführt wird. Vorteilhaft werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kohlenwasserstoffe zentral durch eine Düse in eine Wirbelkammer eingebracht, in welche Reaktionsmittel tangential, z. B. durch tangential angebrachte Düsenöffnungen, eingeführt werden.

Durch die Erfindung wird nicht nur eine innige Vermischung der umzuformenden Kohlenwasserstoffe und der Reaktionsmittel erreicht und hierbei der Verdampfungsvorgang günstig beeinflußt; da die Kohlen-Wasserstoffe die Verdampfungswärme aus den Reaktionsmitteln aufnehmen müssen, sondern außerdem eine vorteilhafte Umwandlung, vor allem Krackung, je nach der Zusammensetzung der Reaktionsmittel erzielt. Hierbei ist es, auch möglich, nicht nur erhitzten Dampf; sondern auch andere Reaktionsmittel den

Kohlenwasserstoffeh mit den gewünschten Tempera-

turen zuzusetzen: Bei schwer verdampfenden flüssigen

Kohlenwässerstoffen können diese auch zunächst iü

eine Wirbelkammer mit Reaktionsmitteln, wie Was-

serdampf, eingebracht und in der Wirbelkammer ge-

mischt und danach in einer besonderen Ölver-

dampfungszone verdampft, insbesondere gekrackt

werden. Das so gebildete Kohlenwasserstoffdampf-

und Reaktionsmittelgemisch kann dann den erhitzten,

Katalysatoren in bekannter Weise zugeführt werden:

Man erreicht durch Zwischenschaltung einer beson-

deren Ölverdampfwngszone zwischen der Wirbelkam°-

irrer und dem Katalysatorbett eine bessere Verdanzp=

fang und damit bessere Umwandlung auch schyv er.

verdampfender Kohlenwasserstofe. Tropfenförmige

Bestandteile befinden sich nicht mehr in den umzu-

formenden, mit Reaktionsmittel durchmischten Me-

dien.

Bei höheren Kohlenwasserstoffeh kann man zusätz-

lich zur Verminderung des:' Rußniederschlages auf den

Katalysatoren die Kohlenwasserstoffe in einer Wirbel-

kammer in einer Mischring aus einem Teil des Pro-

duktionsgases (Wälzgas) mit Wasserdampf, Kohlen-

dioxyd od. dgl. vermischen, die Kohlenwasserstoffe in

einem solchen Gemisch vörkracken und anschließend

die Mischung in der beschriebenen Weise im Kata-

lysatorbett umformen. Man hat aber bisher eine Vor-

krackung der Kohlenwasserstoffe in erhitztem Wälz-'

gas nicht durchgeführt: Das Wälzgas dient dabei ins-

besondere auch als Wärizeträger. Die Verwendung

von Wälzgas bei der katalytischen Umformung von

Kohlenwasserstoffeil. ist an sich' bekannt: Durch den

Erfindungsvorschlag, als Reaktionsmittel neben Was-

serdampf, Kohlendioxyd öd. dgl. auch Produktionsgas

zur Vorkrackung zu verwenden und in der Wirbel-

kammer innig mit den umzuformenden Stoffein zu

mischen; wird-eine 'durch die Menge des Produktions-

gäs±usätzes einstellbare Verminderung' der Kohlen-

stoffkonzentration im -umzuformenden Medium erreicht und durch den Ablauf von Verzehrreaktionen des Kohlenstoffes die Wahrscheinlichkeit der Bußbildung verringert. An Stelle von Produktionsgas kann auch ein kohlenwasserstofffreies oder -armes Gas verwandt werden. Es empfiehlt .sich, bei Verwendung von Wälzgas aus dem Produktionsgas letzteres- hinter dem Katalysatorbett heiß abzuziehen, mit Wasserdampf zu- - vermischen und in die Wirbelkammer einzuführen. Das Wälzgas kann dabei aus dem Produktionsgas durch eine Wasserdampfstrahlpumpe hinter dem Katalysatorbett heiß abgezogen, der Wasserdampf--durch das Wälzgas aufgeheizt und gegebenenfalls unter Hnzumischung von für den Ablauf der Reaktiön notwendigem weiterem Wasserdampf die Mischung in die Wirbelkammer eingeführt werden. - Die Dampfmenge bestimmt sich nach dem Kohlenstoffgehalt, der im Sinne des Wassergasprozesses durch die Wasserdampfmenge aufgezehrt werden muß. Es empfiehlt- sich; zur Vermeidung von Bußbildung mit einer höheren Dampfmenge als stöchiometrisch zu arbeiten.

Um den Betrieb einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Anlage wärmewirtschaftlich günstig zu gestalten, kann das Produktionsgas seine Wärme in einem erhitzten Wärmespeicher abgeben und in der Periode des regenerativ erhitzten Katalysators aus dem genannten regenerativen Wärmespeicher die Verbrennungsluft für die Verbrennung des zur Aufhitzung des Katalysators verbrannten Gases oder Kohlenwasserstoffes vorgewärmt werden. In der Beheizungsperiode kann man die bei der Rufheizung des Katalysatorbettes entstehenden Gase in Strömungsrichtung der Rauchgase vor der Wirbelkammer oder nach der Wirbelkammer abziehen. Die zur Verwendung kommende Wälzgasmenge ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren um so größer, je höher die umzuformenden Kohlenwasserstoffe sind. Je nach Einstellung der Reaktionstemperatur und je nach Wahl des Katalysators - wird das Produktionsgas in seiner Zusammensetzung einstellbar. Beispielsweise kann man heizwertstarke Gase mit entsprechendem Gehalt an Kohlenwasserstoffen oder auch ein praktisch kohlenwasserstofffreies Gas vom Typ eines Wassergases erzeugen. Der zur Verwendung gelangende Katalysator ist an sich beliebig. Im allgemeinen wird man eine Kombination auf Nickelbasis hergestellter Katalysatoren bevorzugen und ihn in bekannter Weise bettartig aufschütten. Auf diese Weise entsteht für die Umformungsreaktion gleichsam ein regenerativ beheizter Reaktionsraum mit Gittern bzw. Schüttungen, die Katalysatorwirkungen auf den Ablauf der Reaktion ausüben.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung, die in bekannter Weise ein Katalysatorbett als Reaktionsraum enthält, ist erfindungsgemäß durch die Anordnung einer Wirbelkammer vor dem Reaktionsraum mit Primär- und Sekundärzuführung, z. B. Tangentialzuführung, gekennzeichnet. Je nach den Umständen empfiehlt sich die Anordnung einer Wirbelkammer mit trichterförmig erweiterter Verdampfungskammer und daran anschließendem Zylinder aus einem Katalysatorbett gebildeten regenerativ beheizten Reaktionsraum. Außerdem kann ein Ölbrenner zur Beheizung des Katalysatorbettes zwischen Reaktionsraum und nachgeschaltetem, für die Aufnahme der Abhitze des Produktionsgases bestimmten Regenerator eingeschaltetwerden. Zweckmäßig ist ebenfalls eine zwischen Katalysatorbett und nachgeschaltetern Regenexator zur Wirbelbrennkammer geführte Wälzgasurnlaufleitung mit Dampfstrahlpumpe abgezweigt. Die Wirbelbrennkammer selbst wird man im allgemeinen zylindrisch ausbilden und mit mehreren um den Zylinderumfang umlaufenden Reaktionsmittelleitungskänälen versehen, die Temperaturaustrittsöffnungen in den Wirbelkammerraum beheizen, in den zentral in feiner Verteilung die flüssigen Kohlenwasserstoffe oder auch gasförmige Kohlenwasserstoff e eingeführt werden können.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich schematisch ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert.
Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtete Vorrichtung.
Die Vorrichtung besteht aus einer Wirbelkammer t mit anschließender trichterförmig erweiterter Ölverdampfungszone und daran anschließendem Katalysatorbett 3. Das Katalysatorbett 3 ist auf einen Siebboden 4 aufgeschüttet, unter dem sich ein Regenerator 5 befindet, der seinerseits auf dem Siebboden 6 ruht. Die Leitung 7 dient zur Leitung von in der' Vorrichtung hergestelltem Produktionsgas oder zur' Leitung von Verbrennungsluft während einer weiter` unten erläuterten Beheizungsperiode. Zwischen Katalysatorbett 3 und Regenerator 5 ist eine Leitung 8 gelegt, durch die in dem Ölbrenner 9 erzeugte heiße-Verbrennungsluft in das Katalysatorbett in der Be-. heizungsperode geführt werden kann. Auch dieser Vorgang ist weiter unten ausführlicher erläutert: Außerdem zweigt zwischen Katalysatorbett 3 und Regenerator 5 die Wälzgasleitung 10 ab, in die eine Dampfstrahlpumpe 11 eingebaut ist, die aus der Düsenöffnung 11, dem eingezogenen Rohrstück 12 der Umlaufleitung des Wälzgases und der Dampf einführungsdüse 13 besteht. Die Wälzgasumlaufleitung 10 führt gegebenenfalls auch noch durch den Dampfeinführungsstutzen 14 Wasserdampf und Produktionsgas über die tangentialen Düsen 15 sekundär in die Wirbelkammer 1 ein, in die in dem dargestellten Beispiel die umzuformenden flüssigen Kohlenwasserstöffe durch die Zerstäuberdüse 16 primär eingeblasen werden. Eine ähnliche Zerstäubungsdüse 17 besitzt der Brenner 9. Beide Düsen sind mit Regel- bzw. Einstellvorrichtungen 18 bzw. 19 versehen. Die Wirkungsweise der in der Figur dargestellten Vorrichtung ist die folgende: Bei erhitztem Katalysatorbett 3 wird das in der Wirbelkammer 1 mit Produktionsgas und Wasserdampf durchmischte umzuformende Medium in der Verdampfungszone 2 restlos verdampft und danach in dem Katalysatorbett 3 umgeformt. Aus dem Katalysatorbett 3 gelangen die erzeugten Produktionsgase zum Teil in die Wälzgasleitung 10, in der Hauptsache in den Regenerator 1, in dem sie ihre fühlbare Wärme abgeben. Das Produktionsgas wird durch die Leitung 7 dem Verbraucher zugeführt. Das Wälzgas der Leitung 10 heizt den für die Dampfstrahlpumpe verwandten Wasserdampf auf und ":gelangt in die Wirbelkammer zurück. Die Temperatur des Produktionsgases bei Austritt aus dem Katalysatorbett beträgt beispielsweise 900°. Die Eintrittstemperatur der Produktionsgaswasserdampfmischung bei Eintritt in die Wirbelkammer beträgt etwa 600 bis 700°. Wenn die Temperatur des Katalysatorbettes durch den wärmeverzehrenden Umformungsprozeß abgefallen ist, erfolgt die Beheizung des Bettes. Hierzu wird Verbrennungsluft dem Regenerator 5 zugeführt und durch die Leitung 8 aus dem Ölbrenner 9 eingeführte Gase zusammen mit der erhitzten Verbrennungsluft in das Katalysatorbett eingebrannt. Die Rauchgase werden durch die Leitung 20 abgeführt, die einen Schieber 21 beim Umformungsprozeß geschlossen aufweist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur katalytischen Umformung von Kohlenwasserstoffen, bei dem eine Mischung aus Reaktionsmitteln mit gasförmigen oder verdampften Kohlenwasserstoffen erhitzten Katalysatoren zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer den Katalysatoren vorgeschalteten Wirbelkammer unter wirbelnder Mischung der Kohlenwasserstoffe mit erhitzten Reaktionsmittel eine Verdampfung und Vorkrackung der Kohlenwasserstoffe durchgeführt und diese Mischung in den Katalysatorraum zur katalytischen Behandlung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Kohlenwasserstoffe durch eine Zerstäubungsdüse zentral und die Reaktionsmittel durch tangentiale Düsenöffnungen in eine Wirbelkammer eingeführt und in dieser vermischt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Kohlenwasserstoffe in der Wirbelkammer mit Reaktionsmitteln gemischt, in einer anschließenden, möglichst stark erhitzten Ölverdampfungszone verdampft und das Vergasungsmittel - Kohlenwasserstoffdampf-Gemisch den erhitzten Katalysatoren zugeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe in der Wirbelkammer mit einer Mischung aus einem Teil des Produktionsgases als Wälzgas oder einem anderen kohlenwasserstofffreien oder -armen Gas und Wasserdampf oder gegebenenfalls Kohlendioxyd gemischt, die Kohlenwasserstoffe im Gemisch verdampft sowie vorgekrackt werden sowie anschließend die Mischung in das heiße Katalysatorbett eingeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzgas aus dem Produktionsgas hinter dem Katalysatorbett oder Katalysatorraum heiß abgezogen und mit Wasserdampf oder Kohlendioxyd gemischt in die Wirbelkammer eingeführt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzgas aus dem Produktionsgas durch eine Wasserdampfstrahlpumpe hinter dem Katalysator heilt abgezogen, der Wasserdampf dadurch aufgeheizt und gegebenenfalls unter Hinzumengung von weiterem Wasserdampf die Mischung in die Wirbelkammer eingeführt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß, gegebenenfalls nach Abziehen des Wälzgases, das Produktionsgas seine Wärme an einen regenerativen Wärmespeicher abgibt und in der Periode des Aufheizens des regenerativ beheizten Katalysators aus dem regenerativen Wärmespeicher die Verbrennungsluft für die Verbrennung der zur Aufhetzung des Katalysators benötigten Kohlenwasserstoffe oder Gase vorgewärmt wird. B.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Wirbelkammer vor einem Katalysator enthaltenden, regenerativ beheizten Reaktionsraum.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Wirbelkammer ein trichterförmig erweiterter Verdampfungsraum und an diesen ein zylinderförmiger, mit Katalysator ausgelegter Reaktionsraum mit nachgeschaltetem Regenerator zur Aufnahme der Abhitze des Produktionsgases angeschlossen sind.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennstoffeinführung, z. B. ein ölbrenner, zwischen Reaktionsraum und Abhitzeregenerator vorgesehen und zwischen Reaktionsraum und Abhitzeregenerator außerdem eine zur Wirbelbrennkammer geführte Wälzgasumlaufleitung mit Dampfstrahlpumpe abgezweigt ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer tangentiale Einführungsöffnungen für das Reaktionsmittel in den zylindrischen Wirbelkammerraum sowie eine zentrale Zerstäubungsdüse zum Eindüsen von Kohlenwasserstoffen aufweist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 859 444, 879 091; USA.-Patentschriften Nr. 1428 311, 1892 534, 2 176 453; britische Patentschrift Nr. 242 741.