DE1042528B - Process for the production of heat carriers from coke - Google Patents

Process for the production of heat carriers from coke

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DE1042528B
DE1042528B DEL12455A DEL0012455A DE1042528B DE 1042528 B DE1042528 B DE 1042528B DE L12455 A DEL12455 A DE L12455A DE L0012455 A DEL0012455 A DE L0012455A DE 1042528 B DE1042528 B DE 1042528B
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DEL12455A
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German (de)
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August Henry Schutte
Vernon O Bowles
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CB&I Technology Inc
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Lummus Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B55/00Coking mineral oils, bitumen, tar, and the like or mixtures thereof with solid carbonaceous material
    • C10B55/02Coking mineral oils, bitumen, tar, and the like or mixtures thereof with solid carbonaceous material with solid materials
    • C10B55/04Coking mineral oils, bitumen, tar, and the like or mixtures thereof with solid carbonaceous material with solid materials with moving solid materials
    • C10B55/06Coking mineral oils, bitumen, tar, and the like or mixtures thereof with solid carbonaceous material with solid materials with moving solid materials according to the "moving bed" type

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Description

Verfahren zur Herstellung von Wärmeträgern aus Koks Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung vGn harten, dichten Wärmeträgern aus Koks von vorbestimmter Korngröße, insbescndere Petrolkoks.Process for the production of heat carriers from coke The invention relates to a process for the production of hard, dense heat carriers from coke of predetermined grain size, especially petroleum coke.

Die erfindungsgemäß hergestellten Wärmeträger eignen sich besonders zur Durchführung chemischer lieaktionen bei hohen Temperaturen.The heat transfer media produced according to the invention are particularly suitable for performing chemical reactions at high temperatures.

In den letzten Jahren sind mehrere Verfahren entwickelt wordlen, bei denen indifferente oder reaktionsfähige Dämpfe auf hohe Temperaturen erhitzt werden, indem sie mit heißen, festen Teilchen in Berührung kommen, die in einem Kreislauf immer wieder erhitzt werden. Diese Teilchen bestanden bis-her aus keramischem oder einem anderen feuerfesten Material, wie z. B. Karborund, Tonerde, Magnesia oder Kieselerde. In der Wiedererhitzungszone werden diese als Wärmeträger dienenden Teilchen durch Strahlung oder Konvektion schnell auf eine hohe Temperatur gebracht. Durch die hierbei auftretende hohe Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und dem Inneren der Wärrneträ.-er kommt es leicht zum Schmelzen der Oberfläche oder zum Zerplatzen der Teilchen, wenn die Bedingungen bei der Wiedererhitzung nicht sehr sorgfältig überwacht werden oder die Teilchen nicht aus einem sehr kostspieligen hochfeuerfesten Material bestehen.In the last few years several methods have been developed at where inert or reactive vapors are heated to high temperatures, by coming into contact with hot, solid particles that circulate in a circuit be heated over and over again. Up to now, these particles consisted of ceramic or another refractory material, such as. B. carborundum, clay, magnesia or Silica. In the reheating zone, these particles are used as heat transfer media quickly brought to a high temperature by radiation or convection. By the resulting high temperature difference between the surface and the Inside the heat transfer medium, the surface or surface melts easily Particle bursting if reheating conditions are not very good carefully monitored or the particles not made a very costly one consist of highly refractory material.

An sich ist es bekannt, bei der Verkokung schwerer Kohlenwasserstofföle zur Erzeugung von Gas einen Wärmeträger poröser Natur, wie Koks, zu verwenden. Auf der Oberfläche des Kokses lagern sich im Reaktionsbehälter die nicht flüchtigen Bestandteile des Öles ab, wobei der Koks bis zur völligen Gasaustreibung dem Krackprozeß unterworfen bleibt, so daß sich auf den als Wärmeträger dienenden Koksteilchen eine trockene Koksschicht ablagert. Wegen seiner Weichheit und krümeligen bzw. bröckeligen Struktur sowie des niedrigen scheinbaren spezifischen Gewichts (Korndichte) eignet sich gewöhnlicher Petrolkok:s als Wärmeträger nicht, sondern zerfällt schnell zu Grus. Bei dem Verfahren zur Herstellung des als Wärmeträger dienenden Kokses, insbesondere Petrolkoks, wird dieser Nachteil nach der Erfindung dadurch vermieden, daß Koksteilchen mit niedrigem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen im oberen Teil eines Reaktionsgefäßes bei einer Temperatur von etwa 450 bis 600' C mit heißen, flüssigen Kohlenwasserstoffen in Berührung gebracht werden und in einem kontinuierlichen Strom sich derart nach unten in dem Reaktionsgefäß fortbewegen, bis die Kohlenwasserstoffe sich in trockene, nicht zusammenbackende, auf den Koksteilchen anhaftende Koksschichten umgewandelt haben, worauf die so behandelten Wärmeträger aus dem Reaktionsgefäß abgezogen, in einem Erhitzer aufgeheizt und im Kreislauf in das Reaktionsgefäß zur Bildung weiterer Koksschichten aufgegeben werden. Erfindungsgemäß kann zur Erzeugung der Koksschichten Petroleum oder dessen Abkömmlinge benutzt werden. Dabei beträgt der Aschegehalt des Wärmeträgers weniger als 0,115 Ilo, der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen 0,5 bis 304. It is known per se to use a heat carrier of a porous nature, such as coke, in the coking of heavy hydrocarbon oils to generate gas. The non-volatile constituents of the oil are deposited on the surface of the coke in the reaction vessel, the coke remaining subject to the cracking process until the gas is completely expelled, so that a dry coke layer is deposited on the coke particles used as heat transfer media. Because of its softness and crumbly or crumbly structure as well as the low apparent specific weight (grain density), ordinary petroleum coke is not suitable as a heat carrier, but rather quickly disintegrates into grus. In the process for producing the coke serving as a heat carrier, in particular petroleum coke, this disadvantage is avoided according to the invention in that coke particles with a low content of volatile constituents are in the upper part of a reaction vessel at a temperature of about 450 to 600 ° C with hot, liquid Hydrocarbons are brought into contact and move in a continuous stream downward in the reaction vessel until the hydrocarbons have converted into dry, non-caking coke layers adhering to the coke particles, whereupon the thus treated heat carriers are withdrawn from the reaction vessel in a heater heated up and fed into the reaction vessel to form further layers of coke in a circuit. According to the invention, petroleum or its derivatives can be used to produce the coke layers. The ash content of the heat transfer medium is less than 0.115 Ilo, the content of volatile components from 0.5 to 304.

Der den Gegenstand der Erfindung bildende besonders hergestellte Wärmeträger aus Koks eignet sich auch für chemische Reaktionen, in denen ein nicht katalytisches Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hohem Schmelzpunkt als Wärmeträger erforderlich ist, wie z. B. bei der Erzeugung von Äthylen durch Krackung von Kohlenwasserstoffen.The specially manufactured heat transfer medium forming the subject of the invention Made from coke is also suitable for chemical reactions in which a non-catalytic Material with high thermal conductivity and high melting point required as heat transfer medium is, such as B. in the production of ethylene by cracking hydrocarbons.

Der erfindungsgemäße Wärmeträger aus Koks ist hauptsächlich durch seine dichte, nicht poröse Struktur und seine Härte gekennzeichnet. Er hat bei der Herstellung nach vorliegendem Verfahren eine durchaus regelmäßige, abgerundete, kieselsteinartige Form, sieht ziemlich glatt aus und ist gewöhnlich höchstens 4 cm groß. Dabei handelt es sich um einen billigen, festen Koks, der auch bei hoher Temperatur genügende Festigkeit besitzt, einen äußerst geringen Ausdehnungskoeffizienten hat und dadurch gegenüber plötzlichen Temperaturänderungen nahezu unempfindlich ist. Seine Wärmeleitfähigkeit ist höher als die feuerfester Stoffe, wodurch Temperaturunterschiede innerhalb der einzelnen Koksteilchen und durch diese hervorgerufene innere Spannungen äußerst gering sind. Die spezifische Wärme des erfindungsgemäßen Wärmeträgers aus Koks ist größer als die feuerfester Materialien bei hoher Temperatur, und das scheinbare spezifische Gewicht (Korndichte) ist ebenso hoch wie das der meisten anderen zum gleichen Zweck verwendbaren Stoffe. Da es sich um eine Art von Petrolkoks handelt, enthält er keinen Anteil an niedrigschmelzender Asche, welche Schwierigkeiten durch Verschlackung bereiten könnte, wie dies bei Kohlekoks der Fall wäre. Man könnte den erfindungsgemäßen Koks wegen seines niedrigen Gehaltes an flüchtigen Bestandteilen und seiner chemischen Indifferenz als »ausgeglichenen Koks(z bezeichnen. Weiterhin ist für den erfindungsgemäßen Petrolkoks seine fast graphitartige Beschaffenheit kennzeichnend wie auch die Eigenschaft seiner harten abgerundeten Teilchen, aus welchen er besteht, bei Bildung eines Bettes frei zu fließen. Eine weitere Anwendung des erfindungser -ses "emäßen Kol, besteht darin, dem gesinterten Gefüge großer metallurgischer Elektroden eine größere Festigkeit zu verleihen.The coke heat carrier according to the invention is mainly through characterized by its dense, non-porous structure and its hardness. He has at the Production according to the present process is a thoroughly regular, rounded, Pebble-like shape, looks fairly smooth and is usually 4 or less cm tall. This is a cheap, solid coke that is also high Has sufficient strength at temperature, an extremely low coefficient of expansion and therefore almost insensitive to sudden changes in temperature is. Its thermal conductivity is higher than that of refractory materials, creating temperature differences within the individual coke particles and internal stresses caused by them are extremely low. The specific heat of the heat carrier according to the invention Coke is larger than the refractories at high temperature, and that apparent specific weight (grain density) is just as high like most of them other substances that can be used for the same purpose. Because it is a type of petroleum coke acts, it does not contain any amount of low-melting ash, which difficulties by slagging, as would be the case with coal coke. One could the coke of the invention because of its low volatile content and its chemical indifference as "balanced coke (z. Furthermore for the petroleum coke according to the invention is its almost graphite-like nature characteristic as well as the property of its hard rounded particles which it insists to flow freely when a bed is formed. Another application of the inventor-ses "em according to col" consists in the sintered structure being larger to give metallurgical electrodes greater strength.

In der Zeichnung wird schematisch ein Kreisprozeß dargestellt, in welchem der erfindungsgemäße Wärmeträger aus Koks hergestellt wird.In the drawing, a cycle process is shown schematically in which the heat transfer medium according to the invention is made from coke.

Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeträgers aus Koks wird in zur Krackung von Erdöldestillationsrückständen schon bekannter Weise ein vorerhitzter schwerer Kohlenwasserstoff oder Erdöldestillationsrückstand flüssig, in genau gesteuerter Weise durch die Leitung 3 auf eine sich im Reaktor 2 laufend fortbewegende Säule von durch das Eigengewicht zusammengepreßten, vorerhitzten Teilchen eines Petrolkokses mit niedrigem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen derart aufgebracht, daß beim Durchgang durch den Reaktor sich eine trockene, nicht zusammenhallende Kokslage auf den Teilchen bildet. Die dabei entstehenden Kohlenwasserstoffdämpfe werden durch die Leitung 9 abgeführt, während die trockenen frei fließenden Koksteilchen durch die Leitung 5 in den Wiedererhitzer 4 gelangen, in welchem sie mittels durch die Leitung 7 zugeführtem Gas wiedererhitzt werden. Die dabei entstehenden Abgase werden über die Leitung 6 zum Kamin abgeleitet. Die wieder erhitzten Teilchen verlassen durch die Leitung 8 den Erhitzer und gelangen über die Hubleitung 8' wieder in den Kreislauf. Dabei kann durch die Abzweigung 10 ein Teil der erzeugten Wärmeträger aus Koks abgelassen werden. Auf diese Weise können mehrfach hintereinander Kokslagen auf die Petrolkoksteilchen aufgebracht werden, und zwar entweder indem man sie in mehreren Einsatzzonen, die in der Bewegungsrichtung des Bettes aus Koksteilchen in Abständen hintereinander angeordnet sind, nacheinander mit mehreren Überzügen versieht oder indem die Koksteilchen in einem Kreislauf mehrmals durch einen Reaktor und einen Wiedererhitzer geführt werden. Die Wiedererhitzung erfolgt dabei nicht dadurch, daß die Koksteilchen teilweise verbrannt werden, sondern mittels Wärmeaustauscher in an sich bekannter Weise.According to the method for producing the heat transfer medium according to the invention from coke, a preheated heavy hydrocarbon or petroleum distillation residue is liquid in a manner already known for cracking petroleum distillation residues, in a precisely controlled manner through the line 3 to a column that is continuously moving in the reactor 2 and is compressed by its own weight. Preheated particles of a petroleum coke with a low volatile content are applied in such a way that a dry, non-cohesive layer of coke forms on the particles as they pass through the reactor. The resulting hydrocarbon vapors are discharged through line 9 , while the dry, free-flowing coke particles pass through line 5 into reheater 4, in which they are reheated by means of gas fed in through line 7. The resulting exhaust gases are discharged via line 6 to the chimney. The re-heated particles leave the heater through the line 8 and return to the circuit through the lifting line 8 '. In this case, some of the heat carriers produced can be drained from coke through the branch 10. In this way, layers of coke can be applied to the petroleum coke particles several times one after the other, either by providing them with several coatings one after the other in several application zones, which are arranged at intervals in the direction of movement of the bed of coke particles, or by providing the coke particles several times in a cycle be passed through a reactor and a reheater. The reheating does not take place in that the coke particles are partially burned, but by means of a heat exchanger in a manner known per se.

Der bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeträgers aus Koks benötigte Ausgangskern b&-steht vorzugsweise aus Petrolkoks mit niedrigem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, dessen Durchschnittsgröße zwischen 0,15 und 2,5 cm schwankt. Die scheinbare Dichte des erfindungsgemäßen Wärmeträgers aus Koks beträgt beispielsweise 1,39 g/ccm el und die wahre Dichte etwa 1,9 g/ccm. Durch den bei jedem Durchgang der Koksteilchen durch den Reaktor aufgebrachten Überzug werden sie um etwa 0,0025 cm vergrößert. Der erfindungsgemäße Wärmeträger aus Koks entsteht also gewöhnlich nach mindeste ' ns 65-bis 100maligem Anbringen eines Überzuges in der beschriebenen Weise. Die Überzüge sind zu einer dichten hornogenen Struktur miteinander verbunden, und die äußere Oberfläche ist nicht porös. Die so erhaltenen Wärmeträger aus Koks schmelzen bei Verwendung für die angeführten Zwecke nicht, erweisen sich als abriebfest und machen auch kein Stadium der Anschwellung durch.The starting core b & - required in the production of the heat transfer medium according to the invention from coke preferably consists of petroleum coke with a low content of volatile constituents, the average size of which varies between 0.15 and 2.5 cm. The apparent density of the coke heat carrier according to the invention is, for example, 1.39 g / ccm el and the true density is about 1.9 g / ccm. By edem at j passage of coke particles through the reactor they are applied coating increases by about 0.0025 cm. Thus, the heat carrier of the invention is produced from coke to commonly least 'ns 65-bis 100maligem applying a coating in the manner described. The coatings are bonded together to form a dense hornogenic structure and the outer surface is non-porous. The coke heat transfer media obtained in this way do not melt when used for the purposes mentioned, prove to be abrasion-resistant and do not go through a stage of swelling.

In nachfolgendem Beispiel werden die Betriebsbedingungen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmeträger aus Koks angeführt. Beispiel Als Ausgangsmaterial für den erfindungsgemäßen Koks wurden einerseits Petrolkoksteilchen der oben angeführten Art verwendet und andererseits ein Rohöldestillationsrückstand, und zwar: 18' A. F. I. Illinois reduced crude mit einem Kohlerück- stand nach Ramsbottom von ....................... 8,6 Gewichtsprozent 20 0/& Übergang bei Destillation bei ....................... 4101 C*) 500/a Übergang bei Destillation bei ....................... 5300 C-4) Einführungstemperatur des Roh61rückstandes ...... .... 370 bis 4800 C Zuftthrverhältnis Öl zu feste Stoffe ....................... 9 bis 15: 1 Temperatur des Kokse.s, mit dem der Reaktor beschickt wurde .................... 450 bis 600' C Durchschnittliche Zeit des Ver- bleibs des Kokses bis zur vollständigen Umwandlung 5 bis 30 Minuten '») Vakuumdestillation auf Luftdruck umgerechnet. Der erzeugte Wärmeträger aus Koks war wie folgt gekennzeichnet: Flüchtige Bestandteile ....... 0,5 bis 3,0 Gewichts- prozent Durchschnittliche Dichte (für Teilchen von 1,25 bis 2,00 cm Größe) ................. 0,8 g/cem Druckfestigkeit der Teilchen - von 1,25 cm Größe ........ 135 kg Druckfestigkeit der Teilchen von 2,00 cm Größe ........ 180 bis 225 kg Aussehen: Etwas ungleichmäßig rundliche Teilchen von dichter homogener Struktur; Porengröße an Bruchflächen bedeutend kleiner als von Koksofenkohs oder gewöhnlichem Petrolkoks.The following example shows the operating conditions for producing the heat transfer media according to the invention from coke. Example The starting material used for the coke according to the invention was, on the one hand, petroleum coke particles of the type listed above and, on the other hand, a crude oil distillation residue, namely: 18 'A. FI Illinois reduced crude with a charcoal back stood after Ramsbottom of ....................... 8.6 percent by weight 20 0 / & transition during distillation at ....................... 4101 C *) 500 / a transition with distillation at ....................... 5300 C-4) Introduction temperature of the Raw residue ...... .... 370 to 4800 C Oil to solid supply ratio Substances ....................... 9 to 15: 1 Temperature of the coke, with which the reactor is charged became .................... 450 to 600 'C Average time of stay of the coke until the complete conversion 5 to 30 minutes '») Vacuum distillation converted to atmospheric pressure. The heat transfer medium produced from coke was identified as follows: Volatile components ....... 0.5 to 3.0 weight percent Average density (for Particles from 1.25 to 2.00 cm Size) ................. 0.8 g / cem Compressive strength of the particles - 1.25 cm height ........ 135 kg Compressive strength of the particles from 2.00 cm height ........ 180 to 225 kg Appearance: Somewhat unevenly round particles with a dense, homogeneous structure; The pore size at the fracture surface is significantly smaller than that of coke oven coal or ordinary petroleum coke.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung voll harten, dichten, zur Durchführung chemischer, hohe Temperaturen erfordernder Reaktionen dienenden Wärmeträgern aus Koks von vorbestimmter Korngröße, insbesondere Petrolkoks, dadurch gekennzeichnet, daß Koksteilchen mit niedrigem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen im oberen Teil eines Reaktionsgefäßes bei einer Temperatur von etwa 450 bis 600' C mit heißen, flüssigen Kohlenwasserstoffen in Berührung gebracht werden und in einem kontinuierlichen Strom sich derart nach unten in dem Reaktionsgefäß fortbewegen, bis die Kohlenwasserstoffe sich in trockene, nicht zusammenbackende, auf den Koksteilchen anhaftende Koksschichten umgewandelt haben, worauf die so behandelten Wärmeträger aus dem Reaktionsgef äß abgezogen, in einem Erhitzer aufgeheizt und im Kreislauf in das Reaktionsgefäß zur Bildung weiterer Koksschichten aufgegeben werden. PATENT CLAIMS: 1. A process for the production of fully hard, dense heat transfer media from coke of a predetermined grain size, in particular petroleum coke, which are used to carry out chemical reactions that require high temperatures, characterized in that coke particles with a low content of volatile constituents are in the upper part of a reaction vessel at one temperature from about 450 to 600 ° C are brought into contact with hot, liquid hydrocarbons and move in a continuous stream downward in the reaction vessel until the hydrocarbons have converted into dry, non-caking layers of coke adhering to the coke particles, whereupon the The heat transfer medium treated in this way is withdrawn from the reaction vessel, heated in a heater and circulated into the reaction vessel to form further layers of coke. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Koksschichten Petroleum oder dessen Abkömmlinge verwendet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Belgische Patentschrift Nr. 502 804; britische Patentschrift Nr. 631355; LTSA.-Patentschriften Nr. 2 318 131, 2 366 055, 2561419.2. The method according to claim 1, characterized in that petroleum or its derivatives are used to produce the coke layers. Documents considered: Belgian Patent No. 502 804; British Patent No. 631355; LTSA. Patent Nos. 2,318,131, 2,366,055, the 2,561,419th
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