DE1145586B

DE1145586B - Verfahren und Vorrichtung zur zyklischen und katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in wasserstoffhaltige Gase

Info

Publication number: DE1145586B
Application number: DEO4706A
Authority: DE
Inventors: Marcel Patry
Original assignee: Office National Industriel de lAzote
Current assignee: Office National Industriel de lAzote
Priority date: 1955-02-22
Filing date: 1956-02-10
Publication date: 1963-03-21

Description

Verfahren und Vorrichtung zur zyklischen und katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in wasserstoffhaltige Gase Gegenstand des Hauptpatents, ist ein Ofen zur zylindrischen und katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen mittels Wasserdampf in wasserstoffhaltige Gase, der einen gasdurchlässigen, den Katalysator tragenden Boden, je eine Leitung zur Einführung von Heizgasen und zur Abführung der au-, gasfönnigen Kohlenwasserstoffen erzeugten Gase im oberen Ofenteil und eine unterhalb der Katalysatorschicht angeordnete Leitung zur Abführung der Heizgase aufweist und in seinem oberen Teil nach oben verjüngt und mit einer nach Bedarf einschaltbaren Einspritz- und Verteilungsdüse für flüssige, Kohlenstoffe und einer Leitung zur Einführung von Wasserdampf ausgestattet ist, wogegen im unteren Teil Rohre für die Beaufschlagung des Ofens mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen angeordnet sind.
Bei diesem Ofen ist zur Durchführüng der erforderlichen Reaktionen nur ein Katalysatorbett vorgesehen. Gegenstand der Erfindung ist eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung dieser Vorrichtung, durch wekhe die Erzielung eines bestimmten Mischgases mit höchster Ausbeute ermöglicht wird, unabhängig von der Natur und der Zusammensetzung des Ausgangskohlenwasserstoffes.
Erfindungsgemäß erhält der Ofen zu diesem Zweck zwei Katalysatorbetten, deren Temperaturen unabhängig voneinander regelbar sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, ein Gas init sehr geringem Gehalt an Restkohlenwasserstoffen zu erzeugen, wie es z. B. bei der Synthese von Ammoniak und Methanol erwünscht ist, oder aber indem man die Konvertierung des Kohlenoxyds im zweiten Katalysatorbett vornimmt, ein Gas zu gewinnen, das sehr reich an Wasserstoff ist.
Das zweite Katalysatorbett kann innerhalb des gleichen Raumes untergebracht sein wie das erste oder in einem davon getrennten Raum; ferner kann die Speisung des ersten Ofens, den man als »ersten Crack-Ofen« oder »primären Ofen« bezeichnet, im Falle der Konvertierung gasföriniger Kohlenwasser-Stoffe entweder gemäß dein Verfahren des Hauptpatents durch das Katalysatorbett von unten her oder über die obere Schicht des Katalysators durch den oberen, konischen Teil des Ofens erfolgen. In letzterem Fall kann in vorteilhafter Weise die Verwendung zusätzlicher Rohrleitungen, wärmedichtender Ventile oder Abschlußschieber vermieden werden, weil Heizgase und zu konvertierendes Gas nur in einer Richtung von oben nach unten durch das Katalysatorbett ziehen. Schließlich können angeschlossene Apparaturen, wie Kessel, Austauscher und andere Vorrichtungen, zur RÜckgewinnung der fühlbaren Wärme der Heizgase oder der konvertierten Gase, an die, Hauptvorrichtung angeschlossen werden.
Die Fig, 1 bis 5 zeigen beispielsweise in schematischer Darstellung einige Ausführungsformen von Vorrichtungen nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt in einem senkrechten Schnitt einen ersten Crackraum 1 mit einem ersten Katalysatorbett und einen zweiten Crackraum 11, in welchem das Bett des zweiten Katalysators 12 untergebracht ist. Nht 3 sind die Leitungen zur Zuführung von Luft, mit 4 die Leitungen zur Zuführung von Brennstoff zu den Brennern B 1 und B 2 bezeichnet, mit 5 die, Zuleitung für den flüssigen Kohlenwasserstoff und mit 6 jene für den Wasserdampf. 7 sind die Leitungen für den innig mit dem Wasserdampf gemischten gasförmigen Kohlenwasserstoff, 8 ist der Abzug für die Heizgase, 9 der Austritt des Gases, der im allgemeinen über einen Siphonverschluß 15 erfolgt. In jeder der Zuführungsleitungen und ebenso in den Abzugsleitungen für die Verbrennungsgase oder die konvertierten Gase sind Ventile Y angeordnet, die mit dem gleichen ziffernmäßigen Index gekennzeichnet sind wie die entsprechenden Rohrleitungen.
Bei der Verarbeitung gasförrniger Kohlenwasserstoffe ist während der Konvertierungsphase das Ventil T/13 offen, und die, Ventile V3, V4, V5, V6, V14 und V8 sind geschlossen. Der Kohlenwasserstoff und der Dampf, die in inniger Mischung durch die untere Schicht ins -Innere des Xatalysatorbette# 2 des ersten Ofens mittels der Leitungen 7 eingeführtwerden, strömen von unten nach oben durch das Bett 2, treten durch die Rohrleitung 13 in den zweiten Ofen 11, strömen- von- oben nach untendurch das Katalysatorbett 12 und werden durch die Leitung 9 abgezogen. Während der Heizungsphase sind die Ventile V3 und V 4 der beiden Brenner B 1 und B 2 geöffnet, ebenso die Ventile V14 undv 8.,Die Speisung der Leitungen 7 ist unterbrochen, und -die Ventile V5, V6 und V13 sind geschlossen. Die 4ai:ch.den Brenner B 1 erzeugten Rauchgase ziehen von oben nach unten durch das Bett des ersten Katalysators 2, strömen in den zweiten Ofen 11 durch- die,-, Leitung 14 über, treten zu den durch den Brenner B2 erzeugteii Verbrennungsgaseen hinzu und durchströmen das Bett des zweiten Katalysators 12, ehz sie durch die Leitung 8 in die Atmosphäre abgezogen werden.
Bei Verarbeitung von flüssigen Kohlenwasserstoffen durchströmen die Regkgbnsmittel und die Verbrennungsgase das Bett 2 im gleichen Sinne von oben nach unten. Das VentüVl3 verbleibt in geschlossener Stellung, und das Ventil 14 ist dauernd geöffnet. Die Speisung der Rohre'! - ist unterbrochen, der flüssige Kohlenwasserstoff und der Dampf strömen während der Konvertierungsphaso-,durch die geöffneten Ventile V5 und T/6 ein., -.z Eine andere Ausführungsforra der Erfindung ist in Fig. 2 in einem senkrechten Schnitt gezeigt. An Stelle der Einführung des üiLnigen, aus gasfömägen Kohlenwasserstoffen und Dampf bestehenden Gemischs durch Rohrleitungen 7 tritt hier deren Einfüh, rung in den ersten Ofen 1 durch dessen konischen oberen Teil- über die Leitung 10 und das Ventil VIO. Diese Ausführungsform erlaubt die Ausschaltung der Leitung13 und ebenso,#der VentileV13 und V14 der vorher besprochenen Anordnung. Während der Konvertierungsphase ist das Ventil V10 geöffnet, während die Ventile V3, V4, V6 sowie V8 und die, BrennerB.1 und B2 geschlossen sind. Während der Heizungsphase sind die Ventile Y 5, V 6 und VIO geschlossen und die Ventile V3, V4 und V8 sowie die BrennerB1 und B2 geöffnet.
In Fig.#3 ist ein Augführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die beiden Katalysatorbetten2 und 12 sich im gleichen Raum befinden, der in gleicher Weise ausgestattet ist wie jener des Ofensl nach Fig. 2. Damit im zweiten Katalysatorbett 12 eine andere Temperatur erreicht werden kann als im Bett 2, kann durch eine mit einem Ventil V16 versehene Rohrleitung 16 zwischen die beiden Katalysatorbetten Luft oder ein anderes oxydierendes Gas eingeführt werden, das- die Verbrennung eines Teiles des aus dem Bett 2 austretenden konvertierten Gases ermöglicht, wodurch die Temperatur des Bettes 12 erhöht wird. Durch Leitung 16 kann aber Wasserdampf oder ein kaltes Gas, beispielsweise ein Teil des erzeugten Gases, emgelspeist werden, wodurch die Temperatur des Bettz&12 dann niedriger sein wird als jene des Bettes 2, Die Regelung der Temperatur der beiden Katalysatorbetten 2 und 12 kann auch in der in Fig. 4 gezeigten Art erfolgen. Die beiden Betten sind in zwei Öfen angeordnet, die nacheinander von dem Gas durchströmt werden. Die gewünschte Temperatur im zweiten Bett wird durch Zufuhr des oder mehrerer geeigneter Strömungsmittel durch die Leitung 16 erreicht, die mit einem Ventil V16 zwischen den beiden Öfen versehen ist.
Da sich die Heizungsphase im allgemeinen mit Nde von oxydierenden Heizungsgasen abspielt, erfahren die Katalysatoren der Betten eine therm-isch vorteilhafte Oxydation, was allerdings während der Konvertierungsphase zum Verbrauch ein-es Teiles des erzeugten Gases führt, um die so gebildeten Oxyde in den metallischen Zustand zurückzuführen. Da der Vorgang zyklisch verläuft, sind dim aufeinanderf61gände Oxydation und Reduktion des Katalysators des ersten Bettes unvermeidlich.
Im zweiten Ofen kann man den Oxydations- bzw. Reduktionsvorgang dadurch umgehen, daß man den zweiten Ofen fortlaufend arbeiten läßt. Die ummterbrochene Speisung kann gemäß der Erfindung-,ditch zwei oder mehrere primäre Öfen verwirklicht wemden; die Zahl dieser mit dem sekundären Ofen gekuppelten Öfen hängt ab von der jeweiligen Dauer, - der Heizungs- und der Konvertierungsphase. Wenn',di# Perioden beispielsweise gleich lang sind, so genugen zwei primäre Öfen.
Fig. 5 zeigt in senkrechtem Schnitt eine, Ablage dieser -Art mit zwei prinfären Öfen F 1 und F 2, welche abwechselnd einen sekundären' Ofen F g'speisen. Zu diesem Zwecke sind die, entsprechenden Phasen der ölen F 1 und F 2 gegeneinander versetzt; der OfenF1 befindet sich in der Konve#de#unpphääe, während der Ofen F 2 sich in der Heizungspha#e b6-findet, und umgekehrt. Die von der Konvertierung kommenden Gase werden in den Ofen F 3 durch die Leitung 17 eingeführt. Die zur Regelung der T--niperatur des sekundaren Ofens dienenden Strbraungsettel werden durch die mit einem Ventil ausge tete, Leitung 16 zugeführt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur zyklischen, und katalytiech:,en Umwandlung von Kohlenwasserstoffen mittels Wasserdampf in wasserstoffhaltige Gase: - nach Patent 1085 859, dadurch gekennzeichnet, däß sie zwei Katalysatorbetten (2, 12) mit unabhängig voneinander regelbarer Temperatur enthält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Katalysatorbetten enthaltenen Katalysatoren gleich oder verschieden sind. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kattalysatorbetten (2, 12) in die gleiche Vorrichtung (1) oder in verschiedene Vorrichtungen (1, 11) --ingebaut sind. 4. Verfahren zur zyklischen und katalytischeft Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in wasserstoffhaltige Gase mit der Vorrichtung nach'den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Katalysatorbett auf einer h8h#re#ä Temperatur als das prünäre, Katalysaterbett gehalten wird, wobei die höhere Temperatur entweder durch partielle Verbrennung des vom primären Katalysatorbett kommenden Gases'-oder aber durch zusätzliche Verbrennungsgase erzeugt wird. 5. Verfahren zur zyklischen und katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in was#serstoffhaltige Gase mit der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Katalysatorbett durch eine in ihm ablaufende endcytherine Reaktion auf einer niedrigeren Temperatur als das primäre gehalten *wird. 6. Verfahren nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem vom ersten Katalysatorbett kommenden Gas ein kaltes Strörnungsmittel zugesetzt wird. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem sekundären Bett, dem mehrere primäre Betten vorgeschaltet sind, derart durchgeführt wird, daß die primären und sekundären Betten derart phasenversetzt zueinander arbeiten, daß das, sekundäre Bett ununterbrochen arbeitet. In Betracht gezogene Druckschriften. Deutsche Patentschriften Nr. 435 588, 546 205, 570 026, 594 395, 830 637; britische Patentschrift Nr. 364 419.