DE1209237B - Process for the continuous generation of standard-compliant town or long-distance gas - Google Patents
Process for the continuous generation of standard-compliant town or long-distance gasInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AÜSLEGESCHRIFTLEGAL LETTERING
Deutsche Kl.: 26 a-12German class: 26 a-12
Nummer: 1209 237Number: 1209 237
Aktenzeichen: M 54737IV d/26 a File number: M 54737IV d / 26 a
Anmeldetag: 7. November 1962Filing date: November 7, 1962
Auslegetag: 20. Januar 1966Opened on: January 20, 1966
Es ist bekannt, Kohlenwasserstoffe unter Zusatz von Wasserdampf in einem Reaktor mit außenbeheizten Röhren aufzuspalten und die Spaltgase für die Herstellung von Ferngas oder Stadtgas zu verwenden. Die aus dem Röhrenofen austretenden Gase haben jedoch noch nicht den Stadt- oder Ferngasheizwert von 4200 bis 4700 kcal/Nm3 (bezogen auf das trockene Gas), sondern ihr Heizwert liegt je nach dem angewendeten Verarbeitungsdruck und den übrigen Bedingungen der Spaltung, nämlich Reaktionstemperatur und Wasserclampfzusatz, bei 1500 bis 3300 kcal/Nm3. Bei den neueren Stadt- oder Ferngasanlagen wird außer den schon seit langer Zeit von den Gasgesellschaften geforderten Eigenschaften bezüglich der Dichte, des maximalen Gehaltes an nichtbrennbaren Gasen, d. h. an sogenannten »Inerten«, und des Trocknungsgrades heute auch gefordert, daß der Gehalt an Kohlenoxyd 5 bzw. 7 Volumprozent nicht übersteigt.It is known to split hydrocarbons with the addition of steam in a reactor with externally heated tubes and to use the fission gases for the production of long-distance gas or town gas. The gases emerging from the tube furnace do not yet have the city or district gas calorific value of 4200 to 4700 kcal / Nm 3 (based on the dry gas), but their calorific value depends on the processing pressure used and the other conditions of the fission, namely reaction temperature and Addition of water clusters, at 1500 to 3300 kcal / Nm 3 . In the newer town or long-distance gas systems, apart from the properties required for a long time by the gas companies with regard to density, the maximum content of non-flammable gases, i.e. the so-called "inert", and the degree of dryness, it is now also required that the content of carbon monoxide 5 or does not exceed 7 percent by volume.
Diese Forderung wird von den Gesellschaften mit Rücksicht auf die Giftigkeit des Kohlenoxyds gestellt.This requirement is made by the societies with regard to the toxicity of carbon monoxide.
Diese Forderung und die Notwendigkeit, eine bestimmte Dichte im Stadt- und Ferngas einzuhalten, bedingen eine mehrstufige Weiterverarbeitung des im Röhrenspaltofen hergestellten Gases.This requirement and the need to maintain a certain density in town and long-distance gas, require a multi-stage further processing of the gas produced in the tube gap furnace.
Im allgemeinen wurde bisher der Kohlenoxydgehalt der Spaltgase, die durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen im Röhrenofen erzeugt worden sind, in einer nacligeschalteten Konvertierungsanlage auf den geforderten maximal zulässigen Wert herabgesetzt. Bei dieser Konvertieriingsreaktion wird ebensoviel Kohlendioxyd erzeugt, wie Kohlenoxyd verbraucht wird. Dadurch erhöht sich die Dichte des Stadt- oder Ferngases beträchtlich. Es ist deshalb erforderlich, in einer nachgeschalteten Kohlendioxydwaschanlage so \icl Kohlendioxyd auszuwaschen, daß die von den Gasgcsellschaften geforderte Dichte des Stadt- oder Ferngases eingehalten wird, im Anschluß an die Kohlendioxydwäsche wird kalt karburiert, um den erforderlichen Stadt- oder Ferngasheizwert zu erhalten. Für diese Kaltkarburierung wird dem Gas Propan oder Butan oder ein Gemisch der beiden oder heizwertreiche Abfallgase aus anderen Industrieanlagen, z. B. Raffinerien, hinzugefügt. Gegebenenfalls kann dem Stadt- oder Ferngas auch noch eine kleine Menge Luft zur Einstellung eines bestimmten Sauerstoffgehaltes beigemischt werden, um bessere Verbrennungseigenschaften des Gases zu erzielen. In general, the carbon oxide content of the fission gases, which have been generated by the conversion of hydrocarbons in the tube furnace, has hitherto been reduced to the required maximum permissible value in a downstream conversion system. In this conversion reaction, as much carbon dioxide is produced as carbon oxide is consumed. This increases the density of the city or long-distance gas considerably. It is therefore necessary to wash out carbon dioxide in a downstream carbon dioxide washing plant so that the density of town or district gas required by the gas companies is maintained; after the carbon dioxide washing, cold carburization is carried out in order to obtain the required town or district gas calorific value. For this cold carburization, propane or butane or a mixture of the two or high calorific waste gases from other industrial plants, e.g. B. Refineries added. If necessary, a small amount of air can also be added to the town or long-distance gas to set a certain oxygen content in order to achieve better combustion properties of the gas.
Es hat sich nun gezeigt, daß bei der Kaltkarburierung, insbesondere dann, wenn schwere gasförmige Kohlenwasserstoffe, wie Butan und Propan benutzt werden, bei Einhaltung aller Anforderungen an das Stadt- oder Ferngas, d. h. Heizwert, Dichte, KohlenoxydgehaltIt has now been shown that in cold carburization, especially when heavy gaseous hydrocarbons, how butane and propane are used, if all city or city requirements are met Remote gas, d. H. Calorific value, density, carbon oxide content
Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung
von normgerechtem Stadt- oder FerngasProcess for continuous production
of standard-compliant town or long-distance gas
Anmelder:Applicant:
Metallgesellschaft Aktiengesellschaft,Metallgesellschaft Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M., Reuterweg 14Frankfurt / M., Reuterweg 14
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dipl.-Ing. Heinz Hiller, Bad Vilbel-Heilsberg;Dipl.-Ing. Heinz Hiller, Bad Vilbel-Heilsberg;
Dr.-Ing. Horst Bechthold,Dr.-Ing. Horst Bechthold,
Frankfurt/M.-Fechenheim;Frankfurt / M.-Fechenheim;
Dr.-Ing. Gerhard Baron, Frankfurt/M.Dr.-Ing. Gerhard Baron, Frankfurt / M.
und maximaler Gehalt an nicht brennbaren Gasen, d. h. an »Inerten«, der Wasserstoffgehalt des fertigen
Stadt- oder Ferngases über 60 % ansteigt und in vielen Fällen sogar 65 bis 68 % erreicht. Der zulässige Wasserstoffgehalt
wird jedoch von den Gasgesellschaften im allgemeinen auf 60% beschränkt, weil bei einem
höheren Wasserstoffgehalt bei der Verbrennung des Gases durch den Verbraucher die Flammen zum
Zurückschlagen in den Brenner neigen. Man hat deshalb versucht, durch verschiedene Maßnahmen den
Wasserstoffgehalt des Stadt- oder Ferngases herabzudrücken, und hat dabei in vielen Fällen auf andere
Einsatzgase mit niedrigem Kohlenwasserstoffgehalt zurückgreifen müssen. Dies zwang naturgemäß zu
einer Umstellung des Verfahrens auf andere Einsatzstoffe.
Eine andere Möglichkeit, den Wasserstoffgehalt niedrig zu halten, besteht darin, daß man zusätzlich
zu dem umzuwandelnden Ausgangsmaterial dem Röhrenofen eine geringe Menge von Luft zuführt.
Mit dieser Methode läßt sich das Kohlendioxyd im Stadt- oder Ferngas durch Stickstoff ersetzen. Infolge
des kleineren Molekulargewichtes des Stickstoffs gegenüber dem des Kohlendioxyds kann dem Gas hierbei
eine größere Menge an »Inerten« zugefügt werden, so daß bei gleicher Dichte und gleichem Heizwert der
Wasserstoffgehalt etwas niedriger wird. Die zugesetzte Luft reagiert jedoch mit einem Teil der eingesetzten
Kohlenwasserstoffe in den Rohren des Röhrenofens exotherm und bewirkt dadurch eine große
Temperatursteigerung und eine weitere zusätzliche Beanspruchung des ohnehin schon hochbeanspruchten
Materials. Um einen zu raschen Verschleiß des Rohrmaterials zu vermeiden, kann deshalb dem Röhrenofen
nur eine begrenzte Luftmenge zugesetzt werden,and maximum content of non-flammable gases, ie of "inerts", the hydrogen content of the finished town or long-distance gas rises above 60% and in many cases even reaches 65 to 68%. However, the permissible hydrogen content is generally limited by the gas companies to 60%, because with a higher hydrogen content when the gas is burned by the consumer, the flames tend to flash back into the burner. Attempts have therefore been made to reduce the hydrogen content of town or long-distance gas by various measures, and in many cases have had to resort to other feed gases with a low hydrocarbon content. Naturally, this made it necessary to switch the process to other starting materials.
Another way of keeping the hydrogen content low is to add a small amount of air to the tube furnace in addition to the starting material to be converted. With this method, the carbon dioxide in town or long-distance gas can be replaced by nitrogen. As a result of the lower molecular weight of nitrogen compared to that of carbon dioxide, a larger amount of "inert" can be added to the gas, so that the hydrogen content is somewhat lower with the same density and the same calorific value. However, the added air reacts exothermically with some of the hydrocarbons used in the tubes of the tubular furnace and thereby causes a large increase in temperature and further additional stress on the material, which is already highly stressed. In order to prevent the pipe material from wearing out too quickly, only a limited amount of air can be added to the tube furnace.
509 779/163509 779/163
3 43 4
die für die gewünschte Senkung des Wasserstoffge- Druck etwa derselbe wie der bsi der Erzeugung desthat for the desired lowering of the hydrogen pressure is about the same as the bsi for generating the
haltes meistens nicht ausreicht. Beim Arbeiten unter Spaltgases aus den Ausgmgssubstanzen angewandte.it is mostly not enough. Applied when working under fission gases from the starting substances.
Druck muß die zugesetzte Luft außerdem auf den Bei dieser Umsetzung kann der Wasserstoffgehalt desPressure must also be the added air to the In this reaction, the hydrogen content of the
Betriebsdruck verdichtet werden, was durch den Gases je nach den gewählten ReaktionsbedingungenOperating pressure can be compressed by the gas depending on the chosen reaction conditions
hierfür notwendigen zusätzlichen Energiebedarf zu 5 in weiten Grenzen, beispielsweise um etwa 15 bisadditional energy required for this to 5 within wide limits, for example by about 15 to
einer Verteuerung des Prozesses führt. 20 Volumprozent, herabgesetzt werden. Hierdurch istleads to an increase in the cost of the process. 20 percent by volume. This is
Es wurde nun gefunden, daß es unabhängig von den es in jedem Falle möglich, auch das durch eine endozum Einsatz kommenden Ausgangsstoffen möglich ist, therme Spaltreaktion aus beispielsweise Kohlenwasserein Stadt- oder Ferngas zu erzeugen, das auch bezug- stoffen erzeugte Spaltgas in ein Stadt- oder Ferngas lieh des Wasserstoffgehaltes den Forderungen der io umzuwandeln, das den von den Gasgesellschaften Gasgesellschaften entspricht. Die Erfindung betrifft aufgestellten Forderungen auch bezüglich des Wasserein Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von stoffgehaltes entspricht. Weiter wird erfindungsgemäß Stadt- oder Ferngas bei Normaldruck oder unter gleichzeitig mit der Herabsetzung des Wasserstofferhöhtem Druck durch endotherme Spaltung von gehaltes auch der Kohlenoxydgehalt auf den von den flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder 15 Gasgesellschaften vorgeschriebenen Wert, beispiels-Raffinerieabgasen oder Gemischen hiervon in einem weise 5 Volumprozent, herabgesetzt. Dies geschieht außenbeheizten Reaktor unter Zusatz von Wasser- durch die Wahl einer geeigneten Kombination von dampf und gegebenenfalls Luft. Das erfindungsgemäße Temperatur, zugegebener Kohlenwasserstoff- oder Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Spalt- Raffinerieabgasmenge und zugegebener Dampfmenge, gas flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe oder zo Die Temperatur und die Mengen der zugefügten Raffinerieabgase oder Mischungen hiervon und ge- Reaktionspartner werden erfindungsgemäß so aufgebenenfalls Dampf, zugesetzt werden und das Ge- einander abgestimmt, daß bei gleichbleibendem oder misch bei 500 bis 7000C einer katalytischen hydrie- sinkendem Wasserstoffgehalt das Volumverhältnis von renden Spaltung unterzogen wird, worauf dem Wasserstoff zu Kohlenoxyd gleichbleibt oder größer Produktgas Luft und bzw. oder kohlenwasserstoff- 25 wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es haltige Gase zugefügt und bzw. oder Kohlendioxyd möglich, nicht nur die von den Gasgesellschaften durch Auswaschung entzogen werden. aufgestellten Forderungen hinsichtlich des Heiz-It has now been found that it is possible in any case, regardless of the starting materials to be used, to generate thermal cleavage reactions from, for example, hydrocarbons, city or long-distance gas. or long-distance gas to convert the hydrogen content to the demands of the io, which corresponds to the gas companies of the gas companies. The invention relates to established requirements also with regard to water, a method for the continuous production of substance content. Furthermore, according to the invention, town or long-distance gas at normal pressure or at the same time as the lowering of the hydrogen-increased pressure by endothermic cleavage of the content also increases the carbon oxide content to the value prescribed by the liquid or gaseous hydrocarbons or gas companies, for example refinery exhaust gases or mixtures thereof in a manner 5 Volume percentage, reduced. This is done in an externally heated reactor with the addition of water by choosing a suitable combination of steam and optionally air. The temperature, added hydrocarbon or process according to the invention is characterized in that the split refinery waste gas and added steam, gaseous liquid or gaseous hydrocarbons or zo. are added and the mutual agreement that with constant or mixed at 500 to 700 0 C a catalytic hydrating decreasing hydrogen content is subjected to the volume ratio of generating cleavage, whereupon the hydrogen to carbon oxide remains the same or greater product gas air and / or hydrocarbon 25 will. With the method according to the invention it is possible to add containing gases and / or carbon dioxide, not only those which are withdrawn by the gas companies by leaching. made requirements regarding the heating
Das Verfahren kann bei Normaldruck oder bei wertes, sondern auch bezüglich des Wasserstoff- undThe process can be carried out at normal pressure or at value, but also with respect to the hydrogen and
erhöhtem Druck, bis 30 atü, vorzugsweise bei einem Kohlenoxydgehaltes allein durch Wahl der geeignetenelevated pressure, up to 30 atmospheres, preferably with a carbon oxide content solely by choosing the appropriate ones
Druck von 10 bis 25 atü, durchgeführt werden. Als 30 Reaktionsbedingungen zu erfüllen. Eine zusätzlichePressure of 10 to 25 atmospheres. Than 30 reaction conditions must be met. An additional
Katalysator für die hydrierende Spaltung kann ein Konvertierung ist daher nicht mehr nötig. Es kannA catalyst for the hydrogenative cleavage can therefore no longer be converted. It can
nickelhaltiger Katalysator oder ein Kobalt-Molybdän- sich als zweckmäßig erweisen, die beim Einfahren dernickel-containing catalyst or a cobalt-molybdenum prove to be useful when the
Katalysator verwendet werden. Anlage oder die eventuell durch BedienungsfehlerCatalyst can be used. System or possibly caused by operating errors
Die zur Erzeugung eines Spaltgases geeigneten Aus- hervorgerufenen geringen Schwankungen im Heizwert gangssubstanzen, beispielsweise gasförmige oder fms- 35 des abgegebenen Gases durch Zugabe kleiner dosierter sige Kohlenwasserstoffe, wie Propan, Butan, Leicht- Mengen von Kohlenwasserstoffen oder Raffinerieoder Schwerbenzin, Raffinerieabgase oder Mischungen abgasen od. ä. auszugleichen.The minor fluctuations in the calorific value that are suitable for generating a cracked gas common substances, for example gaseous or fms-35 of the released gas by adding smaller doses sige hydrocarbons, such as propane, butane, light quantities of hydrocarbons or refinery or Heavy gasoline, refinery fumes or mixtures fumes or similar.
hiervon, werden in einem indirekt beheizten Reaktor, Die Zeichnung zeigt das Fließschema einer Anlage,of this, are in an indirectly heated reactor, the drawing shows the flow diagram of a plant,
beispielsweise in einem von außen beheizten Röhren- die zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung bei-for example in an externally heated tube which helps to carry out the method of the invention
ofen, bei Normaldruck oder unter erhöhtem Druck 40 spielsweise geeignet ist.oven, at normal pressure or under increased pressure 40, for example, is suitable.
von 0 bis 30 atü, vorzugsweise bei einem Druck von Die Anlage besteht aus dem Röhrenofen 1, dem 10 bis 25 atü, über einem Katalysator gespalten. Für Reaktor 2, den Wärmeaustauschern 3 und 4 und der diese endotherme Spaltung eignet sich beispielsweise Kohlendioxydwaschanlage 5. Die zu verarbeitenden ein nickelhaltiger Trägerkatalysator. In manchen Ausgangsmaterialien, gasförmige oder flüssige Kohlen-Fällen kann ein geringer Luftzusatz zu den Ausgangs- 45 Wasserstoffe, Raffinerieabgase, Gemische hiervon od. ä. substanzen vorteilhaft sein. Das Spaltgas enthält außer werden durch die Leitung 6 unter dem zur Anwendung Wasserstoff, Kohlenoxyd und Methan noch Kohlen- kommenden Druck dem Röhrenofen 1 zugeführt, dioxyd und große Mengen an Wasserdampf. Seine Durch die Leitung 7 wird Dampf, durch die Leitung 8 mengenmäßige Zusammensetzung ist hauptsächlich gegebenenfalls Luft zugemischt. Über einem Katalyvon den angewandten Reaktionsbedingungen, vor 50 sator, beispielsweise einem Nickelkatalysator, wird allem von Druck und Temperatur abhängig. Das das Gemisch bei vorzugsweise 10 bis 25 atü gespalten. Spaltgas wird, nachdem es einen Teil seiner fühlbaren Das erzeugte Spaltgas gibt einen Teil seiner fühlbaren Wärme zweckmäßigerweise in einem Wärmeaus- Wärme in dem Wärmeaustauscher 3 ab, beispielsweise tauscher, beispielsweise zur Erzeugung von Dampf oder zur Erzeugung von Dampf oder zur Vorheizung von zur Vorheizung von Einsatzstoffen od. ä., abgegeben 55 Einsatzstoffen od. ä., und gelangt danach in den hat, in einen Reaktor geleitet und in Gegenwart eines Reaktor 2, der mit einem Katalysator, beispielsweise Katalysators, beispielsweise eines nickelhaltigen Kata- einem nickelhaltigen Katalysator oder mit einem lysators, eines nickelhaltigen Trägerkatalysators oder Kobalt-Molybdän-Katalysator, der z. B. bei schwefeleines Kobalt-Molybdän-Katalysators unter Zusatz von haltigen Ausgangssubstanzen Vorteile aufweisen kann, Kohlenwasserstoffen und eventuell unter Zusatz von 60 gefüllt ist. Durch die Leitung 9 werden gasförmige weiterem Dampf einer hydrierenden Spaltung unter- oder flüssige Kohlenwasserstoffe, Raffinerieabgase worfen. Geeignete Kohlenwasserstoffe sind beispiels- oder Gemische hiervon und durch die Leitung 10 weise Propan, Butan, Leicht- oder Schwerbenzin. gegebenenfalls weiterer Dampf zugemischt. Die Men-Auch Raffinerieabgase u. ä., sowie Mischungen der gen der durch die Leitungen 9 und 10 zugeführten vorgenannten Substanzen sind geeignet. Die Reaktion 65 Produkte und die Temperatur im Reaktor 2 werden wird bei Temperaturen von 500 bis 700 0C, Vorzugs- so aufeinander abgestimmt, daß ein Stadt- oder weise bei Temperaturen von 550 bis 650: C, durch- Ferngas mit dem gewünschten Heizwert, Wasserstoffgeführt. Zweckmäßig ist der zur Anwendung kommende und Kohlenoxydgehalt entsteht. Die Abwärme desfrom 0 to 30 atmospheres, preferably at a pressure of The system consists of the tube furnace 1, which is 10 to 25 atmospheres, split over a catalyst. For reactor 2, the heat exchangers 3 and 4 and this endothermic cleavage, for example, a carbon dioxide washing system 5 is suitable. The supported catalyst to be processed is a nickel-containing catalyst. In some starting materials, gaseous or liquid coal cases, adding a small amount of air to the starting hydrogens, refinery waste gases, mixtures thereof or similar substances can be advantageous. The cracked gas contains, apart from being supplied to the tube furnace 1 through the line 6 under the pressure of hydrogen, carbon oxide and methane, which is still used, carbon dioxide and large amounts of water vapor. Its through the line 7 is steam, through the line 8 quantitative composition is mainly optionally mixed with air. The reaction conditions used, for example a nickel catalyst, depend mainly on pressure and temperature. That split the mixture at preferably 10 to 25 atmospheres. Fission gas is after it has a part of its sensible The fission gas generated is a part of its sensible heat expediently in a heat exchange heat in the heat exchanger 3, for example exchanger, for example to generate steam or to generate steam or to preheat to preheat Feedstocks or the like, released 55 feedstocks or the like, and then passes into the has, passed into a reactor and in the presence of a reactor 2 which is equipped with a catalyst, for example a catalyst, for example a nickel-containing catalyst, or with a nickel-containing catalyst a lysators, a nickel-containing supported catalyst or cobalt-molybdenum catalyst, the z. B. with sulfur-free cobalt-molybdenum catalyst with the addition of containing starting substances can have advantages, hydrocarbons and possibly with the addition of 60 is filled. Through the line 9 gaseous further steam of a hydrogenating cleavage or liquid hydrocarbons, refinery exhaust gases are thrown. Suitable hydrocarbons are, for example, or mixtures thereof and, through line 10, propane, butane, light or heavy gasoline. if necessary, further steam is added. The men-also refinery waste gases and the like, as well as mixtures of the above substances supplied through the lines 9 and 10 are suitable. The reaction 65 products and the temperature in reactor 2 are coordinated at temperatures of 500 to 700 0 C, preferably so that a city or wise at temperatures of 550 to 650 : C, by remote gas with the desired calorific value, Hydrogen-led. The carbon oxide content that is used and the resulting carbon dioxide content is appropriate. The waste heat of the
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