DE1121766B

DE1121766B - Vorrichtung zur katalytischen Spaltung von gasfoermigen und/oder fluessigen Kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE1121766B
Application number: DEK40644A
Authority: DE
Inventors: Walter Malkomes
Original assignee: Heinrich Koppers GmbH
Current assignee: Heinrich Koppers GmbH
Priority date: 1960-05-07
Filing date: 1960-05-07
Publication date: 1962-01-11

Description

Vorrichtung zur katalytischen Spaltung von gasförmigen und/oder flüssigen Kohlenwasserstoff en Die Spaltung von Kohlenwasserstoffen erfolgt häufig in periodischem Betrieb, wobei in einer Heizphase ein keramischer Wärmespeicher und ein Katalysatorbett durch heiße Verbrennungsgase aufgeheizt und in einer Spaltungsphase ein in dem Wärmespeicher vorerhitztes Trägergas zusammen mit dem zu spaltenden Kohlenwasserstoff durch das Katalysatorbett geleitet werden. Die Umschaltung von der Heizphase auf Spaltungsphase erfolgt in regelmäßigen Zeitabständen. Um ein zeitlich gleichbleibendes Gasangebot zu haben, muß man entweder der Spaltungsvorrichtung einen ausreichend großen Gasspeicher zuordnen oder zwei gleichartige Spalteinrichtungen so betreiben, daß die Heizperiode der einen Vorrichtung mit der Spaltungsperiode der anderen Vorrichtung zusammenfällt, und umgekehrt.
Für die Spaltung von Erdgas ist eine Vorrichtung bekannt, die aus einem senkrechten, mit hitzebeständigem keramischem Material ausgekleideten Schacht besteht, in welchem in einer mit der Gasströmung übereinstimmenden Reihenfolge eine Verbrennungskammer, eine Wärmespeicherkammer und eine mit dem Katalysator gefüllte Spaltkammer angeordnet sind.
Bei dieser Vorrichtung werden in der Spaltphase auch die zu spaltenden Kohlenwasserstoffe durch den Wärmespeicher geführt.
Es hat sich gezeigt, daß diese Arbeitsweise, insbesondere bei der Verwendung von höhermolekularen Kohlenwasserstoffen, zu gewissen apparativen und betrieblichen Schwierigkeiten, insbesondere in dem Wärmespeicher, führt.
Gemäß der Erfindung wird deshalb die Vorrichtung zur Durchführung der Spaltung von Kohlenwasserstoffen in der Weise ausgebildet, daß zwischen Wärmespeicherkammer und Spaltkammer eine Einschnürung des freien Gasweges vorgesehen ist, in deren Bereich Düsen sowohl für die Einführung des zu spaltenden Kohlenwasserstoffs als auch für die Einführung von anderen gasförmigen und/oder flüssigen Medien zwecks Regelung der Temperatur und chemischen Zusammensetzung des der Spaltkammer zuzuführenden Gas-Dämpfe-Gemisches angeordnet sind.
Der zu spaltende Kohlenwasserstoff wird also selbst nicht in der Wärmespeicherkammer vorerhitzt, sondern lediglich die oder ein Teil der anderen an der Spaltung beteiligten Medien. Eine Vorwärmung des zu spaltenden Kohlenwasserstoffs, falls diese notwendig oder zweckmäßig ist, erfolgt außerhalb der eigentlichen Spaltapparatur in einer gesonderten Einrichtung. Eine Einschnürung des freien Gasweges sowie die Einführung der Reaktionsteilnehmer innerhalb dieser Einschnürung ist bereits vorgeschlagen worden, jedoch weisen diese bekannten Einrichtungen einerseits nicht einen mit Katalysator gefüllten Spaltraum, andererseits nicht die Reihenfolge von Verbrennungsraum, Wärmespeicherraum und Spaltraum auf, wie sie typisch für die vorliegende Erfindung ist.
Die Einschnürung des freien Gasweges dient primär der schnellen und gleichmäßigen Vermischung des hochvorerhitzten Trägergases oder Trägerdampfes mit dem zu spaltenden Kohlenwasserstoff. Im allgemeinen dient dabei Wasserdampf als Träger, gegebenenfalls können auch geringe Mengen Luft zugefügt werden.
Während der Heizphase dient die Einschnürung dazu, eine Abkühlung des aus der Wärmespeicherkammer austretenden heißen Rauchgases auf eine für das Katalysatorbett erträgliche Temperatur zu erreichen. Die Abkühlung erfolgt durch Einführen von warmem oder kaltem Rauchgas oder Wasserdampf, gegebenenfalls auch durch Einspritzen von Wasser in flüssiger Form. Außerdem wird im Bereich der Einschnürung während der Heizphase etwas Nutzgas eingeführt, um den bei der Verbrennung des Heizmittels nicht verbrauchten Sauerstoff aufzuzehren.
Dieses ist immer dann notwendig, wenn ein Katalysator verwendet wird, der auf der Wirkung von Metallen beruht, beispielsweise Katalysatoren mit den Metallen der Eisengruppe, vorzugsweise Nickel, Kobalt, gegebenenfalls auch Chrom, Vanadium und Platin. Derartige Katalysatoren sind nur wirksam, wenn das Metall in reduziertem Zustand vorliegt. Aus diesem Grund muß man dafür sorgen, daß die Rauchgase während der Heizperiode nicht das Katalysatormetall oxydieren.
In der Abbildung ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Form dargestellt. Die Spaltvorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einem senkrechten Schacht 1, der oben von einer Kuppel t abgeschlossen wird. Schacht und Kuppel sind mit feuerfestem Material ausgekleidet. Ein äußerer Blechmantel, der in der Zeichnung nicht besonders dargestellt ist, sorgt für die notwendige Gasdichtigkeit.
In der Kuppel befindet sich der Verbrennungsraum 3. Daran schließt sich der Wärmespeicherraum 4 an. Im unteren Teil des Schachtes 1 befindet sich der Katalysatorraum 5.
Der Wärmespeicher besteht aus einer geordneten oder ungeordneten Anhäufung von keramischem Material und ist auf einer Brücke 6 gelagert. Der Katalysator besteht im allgemeinen aus geformten Körpern, die das aktive Metall enthalten. Wenn man Katalysatoren verwendet, die auf der Wirkung von hochhitzebeständigen Oxyden, b,-ispielsweise Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd oder Chromoxyd, beruhen, befindet sich der Katalysator oft auch in dem Zustand grober unregelmäßiger Brocken. Das Katalysatorbett wird von der Brücke 7 getragen.
Zwischen dem Wärmespeicherraum 4 und dem Katalysatorraum 5 ist das Mauerwerk des Schachtes nach innen eingezogen, so daß eine Einschnürung 8 gebildet wird, deren freier Querschnitt wesentlich kleiner ist als der dem Gas zur Verfügung stehende Querschnitt oberhalb und unterhalb der Einschnürung. Im Bereich der Einschnürung bildet sich deshalb eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit aus, so daß in diesem Bereich bessere Voraussetzungen für eine gute Vermischung von Gasen und Dämpfen gegeben sind.
In den Einschnürungsbereich münden Düsen 9 und 10 ein, die an entsprechende Ringleitungen 11 und 12 angeschlossen sind. Durch diese Düsen werden die verschiedensten Medien in die Spaltanlage eingeführt, wie im folgenden noch näher erläutert wird.
In der Heizperiode wird durch die Leitungen 13 bzw. 14 ein Brennstoff bzw. Luft in den Verbrennungsraum 3 eingeführt. Zur Steuerung der Temperatur wendet man einen Luftüberschuß an, der bis zu 35 % und mehr betragen kann. Dabei stellt sich der freie Sauerstoff im Rauchgas auf etwa 6 % und mehr ein. Die heißen Rauchgase ziehen nach unten durch den Wärmespeicherraum 4 und heizen die dort gestapelten Speichermassen auf die vorgesehene Temperatur auf. Die Rauchgase gelangen dann weiter durch die Einschnürung 8 in den Spaltraum 5 und wärmen die dort vorhandene Katalysatoranhäufung ebenfalls auf eine vorgesehene Temperatur auf. Schließlich verlassen die Rauchgase den Katalysatorraum durch die Abzugsöffnung 15. Die weitere Ausnutzung der in den Rauchgasen noch enthaltenen Wärme erfolgt in einem hier nicht dargestellten Abhitzekessel.
Um die Temperatur der heißen Rauchgase, ehe sie in den KaWysatorraiun 5 eintreten, einzustellen, wird durch die Düsen 9 warmes oder kaltes Rauchgas, Wasserdampf, gegebenenfalls ein Gemisch von Wasserdampf und feinzerstäubtem Wasser, eingeblasen. Diese Medien werden der Ringleitung 11 durch die Leitung 16 zugeführt. Ihre Menge kann durch das Ventil 17 gesteuert werden. Gleichzeitig wird durch die Düsen 10 eine verhältnismäßig kleine Menge des erzeugten Nutzgases in den Einschnürungsraum eingebracht, durch welche der noch im Rauchgas vorhandene freie Sauerstoff aufgezehrt wird, so daß das Rauchgas keine oxydierende Wirkung mehr ausüben kann. Das Gas wird der Ringleitung 12 durch die Leitung 18, in der sich das Regel- und Absperrventil 19 befindet, zugeführt.
In der Spaltperiode wird durch eine der beiden Leitungen 13 oder 14, unter Absperrung der jeweils anderen, Wasserdampf in die Apparatur eingebracht, welcher im Wärmespeicherraum 4 hocherhitzt wird und dann durch die Einschnürung 8 in den Spaltraum 5 eintritt. Beim Durchgang durch die Einschnürung 8 wird durch die Düsen 10 der zu spaltende Kohlenwasserstoff eingebracht. Dieser kann entweder in Gas- oder Dampfform vorliegen, kann aber auch in feinverdüster flüssiger Form vorhanden sein. Der zu spaltende Kohlenwasserstoff wird durch Leitung 20 nach vorheriger Absperrung der Leitung 18 zugeführt. Durch eine Leitung 21 kann nach Absperrung der Leitung 16 gegebenenfalls etwas Luft mit oder ohne Wasserdampf eingeführt werden. Die Stoffe vermischen sich im Bereich der Einschnürung wegen der dort herrschenden höheren Geschwindigkeit sehr intensiv miteinander und gelangen dann in das Katalysatorbett 5 gebildeten Kohlenstoffablagarungen zu ent-Das Reaktionsgemisch verläßt die Spaltapparatur durch die Abzugsöffnung 15.
Sollte es notwendig sein, gegebenenfalls im Katalysatorbett 5 gebildete Kohlenstoffablagerungen zu entfernen, so kann dies dadurch geschehen, daß in einer Stillstandspause der Spaltvorrichtung Luft im Gemisch mit etwas Wasserdampf entweder durch eine der beiden Leitungen 13 bzw. 14 oder durch Düsen 9 bzw. 10 in die Spaltvorrichtung eingeführt wird, welche mit dem Kohlenstoff im Katalysatorbett 5 reagiert und dieses wieder in den alten Zustand versetzt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Spalten von gasförmigen und/oder flüssigen Kohlenwasserstoffen im periodischen Betrieb, bei dem in der Heizphase sowohl ein keramischer Wärmespeicher als auch ein Katalysatorbett durch heiße Verbrennungsgase aufgeheizt und in der Spaltungsphase ein im Wärmespeicher vorerhitztes Trägergas zusammen mit dem zu spaltenden Kohlenwasserstoff durch das Katalysatorbett geleitet werden, wobei in einem senkrechten, mit hitzebeständigem keramischem Material ausgekleideten Schacht in einer mit der Gasströmung übereinstimmenden Reihenfolge eine Verbrennungskammer, eine Wärmespeicherkammer und eine mit dem Katalysator gefüllte Spaltkammer angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wärmespeicherkammer (4) und Spaltkammer (5) eine Einschnürung (8) des freien Gasweges vorgesehen ist, in deren Bereich Düsen (9, 10) sowohl für die Einführung des zu spaltenden Kohlenwasserstoffes als auch für die Einführung von anderen gasförmigen und/oder flüssigen Medien angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Belgische Patentschrift Nr. 547 439; französische Patentschriften Nr. 1121150, 1151561; britische Patentschrift Nr. 781370.