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Verfahren und Einrichtung zur Reinigung von Rohbenzol durch katalytische
Druckraffination in der Dampfphase Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Einrichtung zur Reinigung von Rohbenzol durch Behandlung des Ausgangsgutes in der
Dampfphase unter erhöhtem Druck und bei erhöhter Temperatur mit einem wasserstoffhaltigen
Gas in Gegenwart von Katalysatoren.
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Bei der Druckraffination von Rohbenzol sind, wenn das Frischgas,
welches zum Ersatz des während der Raffination verbrauchten Wasserstoffes laufend
zugefügt werden muß, aus Koksofen- oder Stadtgas besteht, besondere Maßnahmen erforderlich,
um zu verhindern, daß durch eine teilweise Umwandlung des im Frischgas enthaltenen
Kohlenoxydes zu Methan ein unerwünschter Verbrauch an Wasserstoff eintritt.
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Deshalb wurde schon vorgeschlagen, das als Ersatz für verbrauchten
Wasserstoff in das Verfahren neu einzubringende Frischgas derartig in die katalytische
Behandlungsstufe (Reaktor) einzuführen, daß in dem Reaktor zunächst eine Zone erhöhter
Kohlenoxyd- und Wasserdampfkonzentration vorhanden ist, in welcher das kohlenoxydhaltige
und wasserdampfgesättigte Frischgas durch Wärmeaufnahme aus dem Kreislaufgas aufgeheizt
und dabei eine bevorzugte Konvertierung des Kohlenoxydes zu Wasserstoff und Kohlendioxyd
erzielt wird. Erst danach wird das auf die Weise behandelte Frischgas mit dem übrigen
Kreislaufgas vereinigt. Bei der Konvertierung des Kohlenoxydgehaltes des Frischgases
innerhalb der besonderen Zone des Reaktors findet gleichzeitig auch eine Reduzierung
der schwefel- und stickstoffhaltigen Verbindungen des Frischgases statt. Insbesondere
wird auch das im Frischgas enthaltene Stickoxyd zu Stickstoff bzw. Ammoniak reduziert.
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Die Einrichtung zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise
ist so ausgebildet, daß die Zone erhöhter Konzentration an Kohlenoxyd und Wasserdampf
aus einem innerhalb der Achse des stehenden Reaktors angeordneten kanalartigen Raum
besteht, welcher außen von dem Katalysator des Reaktors umgeben ist und in den das
Frischgas eingeleitet wird, welches demzufolge in indirektem Wärmeaustausch mit
dem heißen Kreislaufgas steht.
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Die Vereinigung von Frischgas und Kreislaufgas erfolgt dabei erst,
nachdem das Frischgas den kanalartigen Raum verlassen hat.
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Diese Ausbildung der Einrichtung setzt voraus, daß das Frischgas,
wenn es in den kanalartigen Raum innerhalb des Reaktors eingeführt wird, vorher
auf den gleichen Druck gebracht worden ist, der in den übrigen Teilen des Reaktors
herrscht, nämlich auf den Betriebsdruck des Raffinationsprozesses. Benutzt man als
Frischgas Koksofengas, so ergibt sich nach den Erfahrungen des Erfinders jedoch
die Schwierigkeit, daß sich Koksofengas, welches neben Schwefelwasser-
stoff auch
Stickoxyd enthält, nicht ohne weiteres auf einen Betriebsdruck von etwa 40 bis 50
at bringen läßt. Überschreitet nämlich der Druck eines schwefelwasserstoff- und
stickoxydhaltigen Gases den Wert von etwa höchstens 15 at, so tritt durch eine Reaktion
zwischen dem Schwefelwasserstoff und den Stickoxyden die Bildung von harzartigen
Körpern ein, die den Kompressor und die angeschlossenen Druckleitungen und Apparate
verstopfen. Nach einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag des Erfinders kann man
diese Schwierigkeit umgehen, wenn man das Koksofengas in einen mehrstufigen Kompressor
zunächst nur bis zu einem Druck von maximal 15 at verdichtet, dann eine weitgehende
Entschwefelung des Gases unter diesem Druck vornimmt und anschließend das entschwefelte
Gas in den nachfolgenden Stufen des Kompressors auf den erforderlichen Betriebsdruck
der Raffination bringt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß, falls man Schwefelwasserstoff
ausreichend entfernt, die restlichen Stickoxyde auch bei stark gesteigertem Druck
keine Neigung zur Bildung von harzartigen Körpern zeigen. Dieser nicht vorveröffentlichte
Vorschlag macht jedoch eine gesonderte Einrichtung zur Entschwefelung des auf einen
bestimmten Teildrucll;.gebrachten Gases notwendig.
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Durch die Erfindung wird eine besondere Entschwefelung des wasserstoffhaltigen
Ausgangsgases entbehrlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Druckraffination mittels eines
technischen, wasserstoffhaltigen
Gases besteht darin, daß das Frischgas
zunächst auf einen Druck von höchstens etwa 15 at vorkomprimiert wird, anschließend
durch eine innerhalb des Reaktors für Druckraffination angeordnete, gegen den Reaktor
abgeschlossene, jedoch mit der Reaktorfüllung in indirektem Wärmeanstausch stehende,
kanalartige Vorrichtung geleitet wird, die mit einem für die hydrierung von Stickoxyden
und für die Konvertierung von Kohlenoxyd-Wasserdampf-Gemischen geeigneten Katalysator
gefüllt ist, und daß anschließend das so vorbehandelte Frischgas auf vollen Betriebsdruck
des Reaktors gebracht und mit dem Kreislaufgas vereinigt wird.
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In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Durchfiihrung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in einer schematischen Ausführungsform dargestellt, wobei jedoch nur
der eigentliche Reaktor, d. h. der Raum, in welchem die Umsetzung des Ausgangs-Rohbenzols
mit dem xvasserstoffhaltigen Gas unter Hydrierung der Verunreinigungen erfolgt,
im Schnitt gezeigt wird.
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Der Reaktor 1 ist vorzugsweise in Form eines senkrechten, zylindrischen
Gefäßes ausgebildet, welches mit einer für die Druckraffination von Rohbenzol geeigneten
Katalysatormasse gefüllt ist, die unten auf einem Rost 3 lagert. Das mit Benzoldämpfen
beladene wasserstoffhaltige Gas wird durch Leitung 4 aus einer hier nicht dargestellten
Verdampfungseinrichtung für Rohbenzol sowie einer daran anschließenden Erhitzereinrichtung
herangeführt und durch Leitung 5 in den Reaktor 1 geleitet, den es durch die Ausgangsleitung
6 wieder verläßt. Innerhalb des Reaktors finden dann die gewünschten Hydrierungsreaktionen
statt, wobei sich die anfängliche Temperatur des durch die Leitung 5 eingeführten
Benzoldampf-Wasserstoff-Gemisch von 310 bis 3200 C auf etwa 350 bis 3600 C erhöht.
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Aus dem durch Leitung 6 abgezogenen Dämpfegemisch wird dann durch
Abkühlung eine Kondensation des raffinierten Benzols erreicht, während das nicht
kondensierte Gas wieder, nachdem es mit neuen Benzol dämpfen beladen worden ist,
durch Leitung 4 dem Reaktor zugeführt wird. Innerhalb des Reaktors. und zwar vorzugsweise
in dessen Achse, ist ein kanalartiger Raum 7 vorgesehen, der mit einer für die Hydrierung
von Stickoxyden und für die Konvertieruhig von Kohlenoxyd-Wasserdampf-Gemischen
geeigneten Katalysatormasse gefüllt ist. Dieser kanalartige Raum 7 ist mit einer
Gaszuleitung 9 und einer Ableitung 10 versehen, durch die das Frischgas in den Raum
7 eingeführt bzw. aus diesem Raum abgezogen werden kann. Das Frischgas, z. B. Koksofengas,
welelles neben Wasserstoff noch Kohlenoxyd, Schwefelverbindungen und Stickoxyd enthält,
wird durch Leitung 11 in den mehrstufigen Kompressor 12 geführt. in welchem es auf
den erforderlichen Betriebsdruck gebracht wird. Das Frischgas wird im Anschluß an
die Kompressorstufe, in welcher es einen Druck von 15 at erreicht oder nahezu erreicht,
durch Leitung 13 aus dem Kompressor abgezogen und in eine Einrichtung 14 geleitet,
in welcher das vorkomprimierte Gas erwärmt und mit Wasserdampf beladen wird. Anschließend
gelangt das Gas durch Leitung 9 in den Raum 7. Unter Wärmeaufnahme aus dem Reaktor
1 findet dann in dem Raum 7 unter Vermittlung eines geeignet gewählten Katalysators
neben der Konvertierung des Kohlenoxydes auch eine Reduzierung der Stickoxyde statt,
so daß das Frischgas einen der beiden harzbildenden Bestandteile, nämlich die Stickoxyde,
nicht mehr enthält. Das so behandelte Frischgas verläßt den Raum 7 durch die Leitung
10, gelangt dann durch Leitung 15 gegebenenfalls in einen
Zwischenkühler 16, in welchem
das Gas auf eine für die nachfoJgende Kompressorstufe geeignete Temperatur abgekühlt
wird. Danach gelangt das Gas durch Leitung 17 in die nächstfolgende Kompressorstufe
und wird dann auf den für die eigentliche Druckraffination benötigten Betriebsdruck
(etwa 45 at) gebracht. Eine Gefahr der Harzbildung innerhalb des Kompressors oder
der nachgeschalteten Leitungen besteht nicht mehr, da der noch im Gas vorhandene
Schwefelwasserstoff keine Gelegenheit hat, mit Stickoxyden Harze zu bilden. Das
auf den vollen Betriebsdruck komprimierte Gas gelangt durch Leitung 18 über das
Regelventil 19 und die Leitung 20 in die Leitung 5* wo es mit dem Benzoldampf-Kreislaufgas-Gemisch
vereinigt wird. Gegebenenfalls kann das auf Betriebsdruck befindliche Frischgas
auch vorher noch über einen Wärmeaustauscher oder sonstige Erhitzer gemeinsam oder
getrennt von dem Kreislaufgas geleitet werden, um eine Temperatur zu erhalten, die
gleich oder annähernd gleich der Temperatur des Benzoldampf-Kreislaufgas-Gemisches
ist.
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In der dargestellten Ausführungsform hat das Frischgas innerhalb
des kanalartigen Raumes 7 eine zum Kreislaufgas im Reaktor entgegengesetzte Strömungsrichtung.
Es ist jedoch, falls es aus betrieblichen Gründen zweckmäßig ist, auch möglich,
das Frischgas am Kopf des kanalartigen Raumes 7 und das Kreislaufgas ebenfalls am
Kopf oder auch unten einzuführen, so daß in beiden Räumen, d. h. sowohl im Reaktor
1 als auch im Raum 7, Gegenstrom oder Gleichstrom von Frischgas und Kreislaufgas
herrscht.
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Der kanalartige Raum 7 hat im Rahmen der vorliegenden Erfindung in
erster Linie die Aufgabe, die im Frischgas enthaltenen Stickoxyde abzubauen. Daneben
findet auch eine Konvertierung von Kohlenoxid statt, falls das Frischgas solches
enthält. Findet eine Kohlenoxydkonvertierung nicht statt, sei es, daß das Frischgas
nur wenig davon enthält, sei es, daß eine Konvertierung aus betrieblichen Gründen
nicht oder nicht in starkem Maße erwünscht ist, so braucht das Frischgas nicht durch
die Einrichtung 14 geführt zu werden. In diesem Falle leitet man das Frischgas durch
die Leitung 14a an der Einrichtung 14 vorbei.