DE1017152B - Verfahren und Einrichtung zur katalytischen Druckraffination von Rohbenzol - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur katalytischen Druckraffination von Rohbenzol

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DE1017152B
DE1017152B DEK27541A DEK0027541A DE1017152B DE 1017152 B DE1017152 B DE 1017152B DE K27541 A DEK27541 A DE K27541A DE K0027541 A DEK0027541 A DE K0027541A DE 1017152 B DE1017152 B DE 1017152B
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Germany
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gas
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reactor
hydrogen
water vapor
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DEK27541A
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English (en)
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Emil Sattler
Dr Willi Oettinger
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Heinrich Koppers GmbH
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Heinrich Koppers GmbH
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C7/00Purification; Separation; Use of additives
    • C07C7/148Purification; Separation; Use of additives by treatment giving rise to a chemical modification of at least one compound
    • C07C7/163Purification; Separation; Use of additives by treatment giving rise to a chemical modification of at least one compound by hydrogenation

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Description

  • Verfahren und Einrichtung zur katalytischen Druckraffination von Rohbenzol Es ist bekannt, Rohbenzol auf eine solche Weise zu reinigen, daß man Rohbenzoldämpfe bei erhöhter Temperatur (etwa 320 bis 3500) und erhöhtem Druck (etwa 40 bis 50 at) in Gegenwart von Katalysatoren mit Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Gas in Berührung bringt, wobei eine Hydrierung der ungesättigten Verunreinigungen bzw. eine Reduzierung der Schwefel- und Stickstoffverbindungen unter Bildung von Schwefelwasserstoff und Ammoniak stattfindet.
  • Dieses als Druckraffination bekannte Verfahren kann mit reinem Wasserstoff durchgeführt werden.
  • Es ist aber auch möglich, solche Gase zu verwenden, die neben einem beträchtlichen Anteil Wasserstoff noch andere Gase enthalten, wie beispielsweise Kohlendestillationsgase. etwa Koksofengas oder Stadtgas.
  • Verwendet man als Wasserstoffquelle beispielsweise Stadtgas, d. h. ein Gas, welches neben Wasserstoff noch etwa 14 bis 15 0/o Kohlenoxyd enthält, so führt man zwangläufig dieses Kohlenoxyd ebenfalls mit über den für die Benzolraffination vorgesehenen Katalysator. Unter den für die Benzolraffination vorgesehenen Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck findet dabei auch eine teilweise Konvertierung des Kohlenoxydes durch Umsetzung mit dem im Raffinationsofen gebildeten Wasserdampf statt, wobei Kohlendioxyd und Wasserstoff entstehen. Daneben wird aber auch ein Teil des Kohlenoxydes durch Reaktion mit dem Wasserstoff in Methan umgewandelt.
  • Während die zuerst genannte Reaktion, nämlich Konvertierung des Kohlenoxydes, an sich erwünscht ist, weil sie mit der Bildung von Wasserstoff einhergeht, ist die Methanisierung des Kohlenoxydes im allgemeinen unerwünscht, weil sie mit einem beträchtlichen Verbrauch an Wasserstoff verbunden ist.
  • Man hat deshalb schon vorgeschlagen, das in das Verfahren laufend einzuführende frische Stadtgas oder Koksofengas, welches den durch den Raffinationsprozeß verbrauchten Wasserstoff ersetzen soll, vor der Einführung in das Verfahren einer Konvertierungsreaktion in einer besonderen Einrichtung zu unterwerfen, bei der praktisch der gesamte Kohlenoxydgehalt des Frischgases bis auf einen kleinen Restbetrag umgewandelt wird. Bei einer solchen Arbeitsweise benötigt man neben der eigentlichen Raffinationseinrichtung noch eine besondere Konvertierungseinrichtung, deren Bau- und Betriebskosten jedoch nur bei verhältnismäßig großen Raffinationsanlagen wirtschaftlich vertretbar sind.
  • Nach einem anderen, ebenfalls nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag hat man das frische und mit Wasserdampf aufgesättigte Koksofengas ùnmittelbar in das Katalysatorbett eingeleitet, in welchem die Behandlung der Benzoldämpfe mit dem Wasserstoffgas erfolgt, und zwar an einer Stelle, an der die Reinigung des Benzols schon weit fortgeschritten ist. Dieser zuletzt genannte Vorschlag hat zwar den Vorteil, daß eine besondere Konvertierungseinrichtung entfallen kann. Es zeigte sich jedoch, daß die Konvertierung des Kohlenoxydes nicht in dem gewünschten Ausmaß erfolgte.
  • Die Untersuchungen haben nun ergeben, daß die Gründe für die unbefriedigende Konvertierung des Kohlenoxydanteils im Frischgas darauf zurückzuführen sind, daß in der Konvertierungszone des Raffinationsofens eine starke Herabsetzung des Wasserdampfpartialdruckes dadurch erfolgt, daß sich der mit dem gesättigten Frischgas eingebrachte Wasserdampf auf die etwa lOfach größere Kreislaufgasmenge verteilt.
  • Man könnte nun diesem über stand dadurch ahhelfen, daß man auch das Kreislaufgas vor seiner Einführung in den Raffinationsofen mit Wasserdampf aufsättigt, so daß im späteren Teil des Raffinationsprozesses, nämlich dann, wenn das Frischgas zugesetzt wird, ein für die Konvertierung des Kohlenoxydes ausreichender Wasserdampfpartialdruck vorhanden ist. Die Aufsättigung des Kreislaufgases mit Wasserdampf hat aber den Nachteil, daß die der eigentlichen Raffinationsstufe nachgeschaltete Abkühleinrichtung auch noch die Kühlleistung für die Kondensation der sehr großen -Wasserdampfmengen aufbringen muß, was mit einer Erhöhung der Bau- und Betriebskosten für diese Kühleinrichtung verbunden ist.
  • Diesen Schwierigkeiten hilft nun die vorliegende Erfindung dadurch ab, daß Verfahren und Einrichtung zur Einführung des Frischgases in den Strom des Kreislaufgases in einer solchen Weise ausgebildet werden, daß der mit dem Frischgas eingebrachte Wasserdampf ausreicht, um eine nahezu vollständige Konvertierung des Kohlenoxydes zu erreichen. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß das kohlenoxydhaltige und wasserdampfgesättigte Frischgas im Reaktor zunächst mit einer zur Kreislaufgasströmung gleichsinnigen Strömungsrichtung in eine Zone erhöhter Kohlenoxyd- und Wasserdampfkonzentration eingeführt wird, in der unter Aufheizung des Frischgases durch aus dem Kreislaufgas stammende fiihlbare Wärme das Kohlenoxyd zu Wasserstoff und Kohlendioxyd katalytisch konvertiert wird, ehe sich das Frischgas mit dem Kreislaufgas vereinigt.
  • Dabei hat es als an sich bekannt zu gelten, daß man den Wasserstoffanteil eines Wasserstoff und Kohlenoxyd enthaltenden Gases, welches einer Hydrierung z. B. von festen, kohlenstoffhaltigen Stoffen dienen soll, durch Konvertierung erhöhen kann.
  • Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein, je nachdem, ob man den Frischgasstrom schon zu Beginn der Konvertierung in das der Druckraffination dienende Katalysatorbett einleitet oder erst, nachdem die Konvertierungsreaktion vollständig oder praktisch vollständig beendet ist.
  • In der Abbildung sind zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäß en Einrichtung in schematischer Form dargestellt.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 1 bezeichnet 1 den ,eigentlichen Raffinationsofen, der mit einem Katalysatorbett 2 versehen ist, welches auf einem Rost 3 aufgeschichtet ist. Das wasserstoffhaltige Kreislaufgas, welches in einer hier nicht dargestellten Einrichtung mit Benzoldämpfen beladen worden ist und sich unter einem Druck von etwa 45 at befindet, wird durch die Leitung 4 mit einer Temperatur von etwa 3200 in den Raffinationsofen 1 eingeführt. Das Gas-Dämpfe-Gemisch durchströmt den Raffinationsofen von oben nach unten, wobei durch die exotherm verlaufenden Reaktionen eine Temperatursteigerung bis auf etwa 3600 auftritt. Das Gas-Dämpfe-Gemisch verläßt den Ofen mit dieser Temperatur durch Leitung 5 und wird dann einer hier ebenfalls nicht dargestellten Einrichtung zugeführt, in der durch Abkühlung die kondensierbaren Anteile des Gemisches, insbesondere das Reinbenzol, von den nicht kondensierbaren Anteilen, nämlich dem nicht verbrauchten Wasserstoffgas, getrennt werden. Das Wasserstoffgas wird dann erneut erhitzt und mit weiteren Rohbenzoldämpfen beladen und wieder in den Raffinationsofen 1 zurückgeführt. Bei einem bestimmten Rohbenzol, wie es beispielsweise auf Kokereien gewonnen wird, werden je Tonne Rohbenzol etwa 1600 Nm3 Kreislaufgas benötigt. Der Kohlenoxydgehalt dieses Kreislaufgases beträgt dabei etwa 2°/o.
  • Das Frischgas, welches zum Ersatz des bei der Raffination verbrauchten Wasserstoffes dient, wird in Form von Stadtgas, dessen Kohlenoxydgehalt etwa l40/o betragen soll, durch Leitung 6 über das Ventil 7 in eine Erhitzereinrichtung 8 geführt, in der es auf eine Temperatur von etwa 150 bis 1800 erwärmt und mit Wasserdampf gesättigt wird. Das so erwärmte und aufgesättigte Frischgas gelangt durch Leitung 9 in ein vorzugsweise in der Achse des Raffinationsofens 1 verlaufendes Rohr 10, welches im unteren Teil des Raffinationsofens bzw. der Katalysatorfüllung in Brausen 11 endet, aus denen das Frischgas mit einer großen Geschwindigkeit ausströmt, damit unter gleichzeitiger Verdrängung des in gleicher Richtung strö- menden Kreislaufgases im Frischgas die Konvertierungsreaktion beendet werden kann. Es soll also in der Nähe der Brausen eine gegenüber dem sonstigen Reaktionsraum erhöhte Konzentration an Kohlenoxyd und insbesondere an Wasserdampf herrschen, damit die Konvertierungsreaktion auf verhältnismäßig kleinem Raum bis auf einen gewissen Restgehalt Kohlenoxyd, beispielsweise 20/o, ablaufen kann. Bei der Konvertierung des Kohlenoxydes findet auch gleichzeitig eine Reduzierung der schwefel- und stickstoffhaltigen Sauerstoffverbindungen, insbesondere auch der im Frischgas enthaltenen Stickoxyde statt.
  • Es ist je nach Art des eingesetzten Rohbenzols möglich, daß die Raffinationsreaktionen in einem solchen Ausmaß verlaufen, daß die Temperatursteigerung innerhalb des Raffinationsofens ungünstig hohe Werte erreicht, insbesondere auch die als optimal ermittelte Temperatur von 3600 überschreitet. In einem solchen Fall hat man bisher einen Teilstrom kalten Kreislaufgases durch eine besondere Leitung unmittelbar an einem tieferen Punkt in den Raffinationsofen eingeführt, um eine unerwünschte Temperatursteigerung im unteren Teil des Raffinationsofens zu vermeiden. In vorliegendem Fall ist diese Maßnahme jedoch nicht mehr notwendig, da die Aufwärmung des Frischgases wärmeverbrauchend ist und somit ein vorteilhafter Temperaturausgleich von selbst stattfindet. Die für die Erreichung der Konvertierungstemperatur benötigte Wärme stammt dabei aus dem heißen Kreislaufgas, welches seine Wärme durch äußere Berührung mit den Strahlenkegeln des Frischgases an dieses abgibt.
  • Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Abb. 2 ist innerhalb des Raffinationsofens ein besonderer Kanal 14 vorgesehen, der sich gegebenenfalls nach unten bis in den Bereich des Rostes 3 erstreckt und der ebenfalls mit Katalysatormasse 15 gefüllt ist, Der Katalysator 15 kann der gleiche sein wie der Katalysator 2. Es ist aber auch möglich, innerhalb des Kanals 14 einen anderen Katalysator, der möglicherweise die Konvertierungsreaktion stärker beschleunigt als der Katalysator 2, zu verwenden. Das mit Wasserdampf gesättigte Frischgas tritt durch die Leitung 10 zunächst in einen von Katalysatormasse freien Raum 16 des Kanals 14 ein, der gegebenenfalls noch mit Heizmitteln zur Aufheizung des Frischgases versehen sein kann. Anschließend durchzieht das aufgesättigte Frischgas das Katalysatorbett 15, wobei die Konvertierungsreaktion und sonstige Hydrierungsreaktionen erfolgen. Die für diese Reaktion benötigte Wärme wird aus der fühlbaren Wärme des den Kanal 14 außen umspülenden Kreislaufgases entnommen und indirekt durch die Wand des Kanals 14 auf die Katalysatormasse 15 übertragen. Nach Austritt des Frischgasstromes aus dem Kanal 14 vereinigt sich dieser im unteren Teil des Raffinationsofens mit dem Kreislaufgasstrom. Die beiden Gasströme ziehen dann gemeinsam durch Leitung 5 ab. Auch in diesem Fall gleicht der Wärmeverbrauch der Aufheizung des Frischgases mögliche Temperaturerhöhungen im Raffinationsofen aus.
  • Es ist unter Umständen jedoch auch zweckmäßig, den Kanal 14 eine gewisse Strecke oberhalb des Rostes 3 enden zu lassen. In diesem Fall steht in der letzten Phase der Benzolraffination der aus der Wasserstoffproduktion der Konvertierung und dem ohnehin höheren Wasserstoffgehalt des Frischgases resultierende erhöhte Wasserstoffpartialdruck gerade in dem Augenblick zur Verfügung, in dem die Raffinationsreaktion zu Ende geführt werden soll.

Claims (5)

  1. PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur katalytischen Druckraffination von Rohbenzol bei erhöhter Temperatur in der Dampfphase mittels eines Wasserstoff, Kohlenoxyd und Wasserdampf enthaltenden Gasgemisches, wobei das neu einzubringende Frischgas innerhalb der Vorrichtung zur katalytischen Behandlung (Reaktor) in den Strom der im Kreislauf geführten Gase eingeführt wird und zusätzlich Wasserstoff durch katalytische Konvertierung des Gasgemisches erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenoxydhaltige und wasserdampfgesättigte Frischgas im Reaktor zunächst mit einer zur Kreislaufgasströmung gleichsinnigen Strömungsrichtung in eine Konvertierungszone mit erhöhter Kohlenoxyd- und Wasserdampfkonzentration eingeführt wird, in der unter Aufheizung des Frischgases durch aus dem Kreislaufgas stammende fühlbare Wärme das Kohlenoxyd zu Wasserstoff und Kohlendioxyd katalytisch konvertiert wird, bevor das Frischgas sich mit dem Kreislaufgas vereinigt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Frischgas vor Einführung in den Reaktor auf 150 bis 1800 erwärmt und mit Wasserdampf gesättigt wird.
  3. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Reaktor (1) mit Katalysatorfüllung (2), in dessen unterem Teil Düsen (11) zur Einführung von Frischgas angeordnet sind.
  4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen innerhalb der Achse des als senkrechter Zylinder ausgebildeten Reaktors (1) vorgesehenen Frischgaskanal (i4), der mit einem Konvertierungskatalysator (15) gefüllt ist und in mittelbarem Wärmeaustausch mit der ihn allseitig umgebenden Katalysatorfüllung (2) des Reaktors (1) steht, wobei das untere offene Ende des Frischgaskanals (14) im Bereich des unteren Endes der Katalysatorfüllung (2) des Reaktors (1) liegt.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet durch eine im Strömungsweg des Frischgases angeordnete Erhitzervorrichtung.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 705 011.
DEK27541A 1955-12-07 1955-12-07 Verfahren und Einrichtung zur katalytischen Druckraffination von Rohbenzol Pending DE1017152B (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE705011C (de) * 1935-04-18 1941-04-15 Theodor Wilhelm Pfirrmann Dr Verfahren zur Herstellung von loeslichen und schmelzbaren festen bituminoesen Kohlenwasserstoffen aus festen kohlenstoffhaltigen Stoffen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE705011C (de) * 1935-04-18 1941-04-15 Theodor Wilhelm Pfirrmann Dr Verfahren zur Herstellung von loeslichen und schmelzbaren festen bituminoesen Kohlenwasserstoffen aus festen kohlenstoffhaltigen Stoffen

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