DE2163988A1

DE2163988A1 - Verfahren zum Cracken von Kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2163988A1
Application number: DE19712163988
Authority: DE
Inventors: Takehiko; Onishi Yuji; Yokkaichi; Mie; Omori Toshiji; Abe Yoshihito; Suehiro Kazuyasu; Kobe Hyogo Sato (Japan). P
Original assignee: Mitsubishi Jukogyo K.K.; Mitsubishi Petrochemical Co. Ltd.; Tokio
Priority date: 1970-12-29
Filing date: 1971-12-22
Publication date: 1972-07-20
Also published as: IT945836B; DE2163988B2; NL170431C; PL90338B1; NL7118072A; US3763262A; FR2120113A1; HU165830B; SU670232A3; JPS4811682B1; NL170431B; GB1332426A; RO69722A; DE2163988C3; FR2120113B1

Description

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MITSUBISHI JQKOGIO KaBUSHIKI KAISHA, Tokyo/Japan MITSUBISHI PETROCHEMICAL COuPMY LIMITED, Tokyo/Japan

Verfahren zum Cracken von Kohlenwasserstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Cracken von Kohlenwasserstoffen und eine Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens.

Bei der Herstellung von Äthylen, Propylen und anderen brauchbaren Olefinen durch thermisches Cracken von Kohlenwasserstoffen an einem aussenseitig erhitzten röhrenförmigen Crackofen und einem aus mehreren Röhren bestehenden indirekten Gaskühler verwendet man gewöhnlich eine Kombination von zwei bis sechs Kohlenwasserstofferhitzungsronren (auch als thermische Keaktionsröhren bekannt) in einer fiöhre mit einem grösseren Durchmesser und verbindet letztere mit der einzigen Einlassdüse des Kühlers und leitet das gecrackte Gas auf diese Weise in den Kühler. Diese Anordnung ist notwendig, weil die Erhitzungsröhren jeweils eine begrenzte Materialdurchsatzkapazität aufweisen, während ein einzelner Kühler ohne weiteres das von mehreren Erhitzungsröhren gleichzeitig eingeführte Material verarbeiten kann.

Eine Ausführungsform einer bekannten Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Bei dieser Vorrichtung werden die eingeführten Gase thermisch in zwei Erhitzungsröhren B^, Bp zersetzt, welche in einem Schnellerhitzer (Crackofen) A

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angeordnet sind. Die Strome der gecrackten Gase werden _φ durch ein, die Form eines umgekehrten Ϊ aufweisendes Verbindungsstück C zu einem einzigen Strom vereint und der vereinte Strom wird dann durch ein gerades Einlassrohr D in eine G-aseinlasskammer F eines Kühlers E geleitet. Von der Einlasskammer F verzweigt sich der Strom der gecracKten Gase in mehrere Kühlrohre G, in welchen die Gase rasch mit einem Kühlmittel, z.B. Wasser, abgekühlt werden.

Das Einlassrohr und die Einlassgaskammer des bei deu bekannten Verfahren verwendeten Kühlers waren so ausgebildet, wie in Fig. 1 dargestellt, wobei das Einlassrohr L aus einem geraden Rohr mit einem kreisförmigen Querschnitt bestand, während die Einlassgaskammer F axialsymmetrisch in Form eines Rotationsellipsoids oder eines Konus ausgebildet war. Eine Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsiorm besteht aus einer vertikal angeordneten Vorrichtung, wie sie in Fig. (I) dargestellt ist, bei welcher die Röhren IL, EL jeweils allgemein megafonförmig angeordnet sind, wobei sich der Rohrdurchmesser gegen das Vorderende langsam erweitert; die Röhren H₁, Hp sind mit den Hinterenden der Erhitzungsröhren B₁, Bp verbunden, welche wiederum in eine zweikanalige Einlassöffnung des Verbindungsstücks C münden, welches die Form eines umgekehrten Y aufweist. Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 2 (II) dargestellt, bei welcher die Vorrichtung vertikal angeordnet ist und ein dreikanaliges Einlassverbindungsstück C mit einer horizontal angeordneten Heizvorrichtung A vorgesehen ist.

Das herkömmliche Verfahren zum Herstellen von brauchbaren Olefinen mit Hilfe der obenbeschriebenen Vorrichtungen weist jedoch die folgenden Nachteile auf:

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Der in dem Verbindungsstück C auftretende Druckverlust in dem Gasstrom und der Innendruck in der Vorrichtung sind so gross, dass die Ausbeute an brauchbaren Olefinen gering ist. Lange Verweilzeiten des Gases in dem Höhren-Verbindungsstück C, der Einlasskammer F etc., führen zu einer übermässigen Crackung und damit zu verminderten Ausbeuten an gewünschten Olefinen. Ferner tritt eine Verkokung aufgrund der Fliessbedingungen oder thermischen Bedingungen in dem röhrenförmigen Verbindungsstück C auf und behindert unter Umständen die reibungslose Durchführung des Verfahrens. Da das röhrenförmige Verbindungsstück C umständlich zu konstruieren ist und grosse Abmessungen aufweist, stellt es immer einen Bestandteil der Vorrichtung mit mangelnder thermischer und mechanischer Festigkeit dar. Die festen Carbide (Koks), welche in die Einlassgaskammer F fliessen, sammeln sich nicht am Boden dieser Kammer an, sondern lagern sich an den Innenwänden des Einlasses der Kühlröhren G ab und verstopfen so die Röhren.

Aufgabe der Erfindung ist dauer die Schaffung eines Verfahrens, bei welchem die oben geschilderten Schwierigkeiten nicht auftreten.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden die obengenannten Schwierigkeiten vermieden, indem das röhrenförmige Verbindungsstück C weggelassen wird, die Gase von den Erhitzungsröhren B₁, Bp getrennt in die Einlassgaskammer geleitet werden, die nach oben sich erweiternden Röhren mit der Einlassgaskammer verbunden sind, ein toter Raum innerhalb der Gaskammer vorgesehen ist, um nachteilige Wirbelströme zu vermeiden, eine einheitliche Verteilung ,der Strömungsmengen der Gase zwischen den einzelnen Kühlröhren

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erfolgt und die Verweilzeit der Gase in der Gaskammer verkürzt wird, ein mit horizontalen Stufen versehener uoden in der Gaskammer angeordnet ist, wobei dieser stufenförmige Teil wenigstens 10^, vorzugsweise 30-b0> der Querschnittsfläche der Kammer, gemessen im rechten Vdnkel zur Fliessrichtung der Gase einnimmt, so dass sich die von den Heizröhren weggetragenen Koksteilcnen hier ansammeln und jede Verkokung der Einlassöffnungen der Kühlrohre mit Koks oder irgendwelchen Rückfluss von Koks in die Heizrohren vermieden wird. Aufgrund dieser Merlanale ist es mit der erfindungsgemässen Vorrichtung möglich, brauchbare Olefine in grosser .ausbeute herzustellen.

Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden nun anhand der folgenden xiescLreibung und der Zeichnungen weiter erläutert, welche eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen.

In den Zeichnungen bedeuten

Fig. 1 und 2 (1), (11) schem&tische Darstellungen eines Kühlers und Verbindungen zwischen αem Kühler und den Heizrönren bei einen herkömmlichen Verfahren zum Craciten von Kohlenwasserstoffen;

Fig. 3 einen Längsschnitt von Verbindungen zwischen einem Kühler und Crackröhren bei einer Ausführungsiorm der Erfindung
und

Fig. 4(1), (II) Längsschnitte, teilweise geschnitten,von verschiedenen stufenförmigen boden eines erfindungsgemässen Kühlers.

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In Fig. 3 ist eine Anordnung dargestellt, in welcher gecrackte Gase 2 in einem Crackofen 1 erhitzt werden und von diesem durch Heizrohren 3 (welche auch als CracKröhren bezeicnnet v/erden können) in einen Kühler 4 fliessen.

Der Kühler 4-weist im unteren Teil eine Gaseinlasskamnier 6 auf, welche durch die Gehäuse 5, 6, die Wärmeisolierung ?' etc. gebildet wird. In diese Kammer 8 münden Röhren 10, deren Querschnitt sich gegen die Auslassöffnung hin va·- grössert und die jeweils durch eine Muffe 9 gehalten werden. Diese Röhren 10 weisen am Hinterende· Flansche 11 zur Verbindung mit den Flanschen 12 der Heizrohren 3 auf. Diese stellen bei der dargestellten Ausführungsform zwei Strömungsdurchlässe dar. Ein Raum 13 zwischen den Gehäusen 5, 6 ist ringförmig in Form eines konzentrischen Kreises oder einer konzentrischen Ellipse in Bezug auf die zentrale Achse des Kühlers ausgebildet.

Als Teil des Gehäuses 5, welcher die Einlassgaskammer 8 bildet, dient ein mit horizontalen Stufen versehener Boden 14. Ferner ist ein toter Kaum 15 im Zentrum der Einlassgaskammer 8 angeordnet, Wie bereits erwähnt, nimmt die Oberfläche deo stufenförmigen Bodens 14 wenigstens 10^ der Querschnittsfläche der Kammer 8 ein, gemessen im rechten Winkel zur Fliessrichtung der Gase.

In der oben beschriebenen Vorrichtung fliessen die Crackgase 2 durch die nach oben sich erweiternden Rohre 10, den Raum 13 und die Einlassgaskammer 8 in die Kühlröhren 16. Die Gase werden dann mittels eines Wärmeaustauschers, dessen Mantel 17 im Inneren mit flüssigem Kühlmittel beschickt ist,

abgekühlt.

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Während der stufenförmige Boden 14 in der Darstellung gemäss Fig. 3 horizontal angeordnet ist, ist es auch möglich, eine Stufe entweder im Winkel 0 zur Horizontale oder nach aussen geneigt oder auf beide Arten anzuordnen, vorausgesetzt, dass die Oberfläche der Stufe eine stabile Ablagerung von festem Koks ermöglicht.

Aufgrund der oben beschriebenen Konstruktionsmerkmale weist die Erfindung die folgenden Vorteile bei der Herstellung von brauchbaren Olefinen auf:

Erstens wira durch die Weglassung des bisher verwendeten Verbindungsstücks jeder Gasdruckverlust aufgrund des Zusammenlei tens der Gasströme vermieden, der Druckverlust zwischen den Auslassenden der Heizröhren 3 und dem Kühler 4 wird vermindert und ferner wird der Abstand zwischen den Röhren verringert und damit die Verweilzeit zwischen den beiden Röhren, wodurch jede unerwünschte Sekundärreaktion vermieden werden kann.

Zweitens wird der Druckyerlust der Gase vor dem Eintritt in die Gaseinlasskammer 8 beträchtlich verringert, da sich die Fliessgeschwindigkeit der Gase erstmalig in den sich nach oben erweiternden Röhren 10, welche in Verbindung mit der Einlassgaskammer stehen, verringert. Obwohl ähnliche Röhren wie die Röhren 10 der Heizvorrichtung A gemäss der bekannten Vorrichtung gem. Fig. 2(1) verwendet werden, weist diese Anordnung den Nachteil auf, dass die Gase eine grosse Verweilzeit nach dem Durchleiten durch die magafonartigen Röhren aufweisen und nicht rasch gekühlt werden können.

Drittens ist die erfindungsgemässe Gaseinlasskaminer so konstruiert, dass die Geschwindigkeit der Crackgase in dem Kammerraum auf ein brauchbares Mass verringert werden kann.

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Darüberhinaus kann das Distanzstück 15 jede gewünschte Form auiweis», durcii welche eine einheitliche Verteilung der GasfliessgescHwindigkeit in die einzelnen Kühlröhren 16 gewährleistet ist.

Viertens wird durch den mit horizontalen Stufen versehenen Boden 14, welcüer wenigstens 10$, und vorzugsweise 30-60^ der Querschnittsiläche der Gaseinlasskammer 8, gemessen im recnten Winkel zur Fliessrichtung der Gase ausmacht, erreicht, dass die Koksteilchen, welche von den Erhitzurigsröhren wegfliegen, aus dem Gasstrom ausfallen und sich an dem stufenförmigen Teil ablagern und dort gesammelt v/erden können, anstelle erneut in den Gasstrom eingemischt zu werden. Hierdurch werden die üblichen Ursachen der Verstopfung der Einlassenden der vielen Kühlröhren 16 durch Loks und damit eine Verstopfung des Gasdurchflusses sowie ein Zurückfliessen des ausgefallenen Koks in die Heizrohren 3 verhindert. Dieser Koks wird dann bei der regelmässigen Wartung der Anlage entfernt.

Soch ein weiterer, mit der Fortlassung eines kohrverüindun^sstücks verbundener Vorteil beruht auf der erzielten großen nechanj sehen Festigkeit. Beispielsweise brechen hohrverbindungsstücke aus 1-ietallguß leicht durch thermische Beanspruchung, ijei der Erfindung tritt kein derartiges Problem auf und die Herstellungskosten der Vorrichtung sind aufgrund der Weglassung eines derartigen Gußstücks verringert.

Im folgenden wird nun das erfindungsgemäße Verfahren zum liersteilen von brauchbaren Olefinen im Vergleich zu einem Beispiel des herkömmlichen Verfahrens beschrieben, wobei die erhaltenen Ergebnisse in der füllenden Tabelle 1 aufgeführt sind. - 8 -

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Gemäß dem bekannten Verfahren, wie es in Spalte A in der Tabelle wiedergegeben ist, werden die Ausbeuten an gecrackten Gasen durch die Drucksteigerung in den Heizrohren in Verbindung mit einer entsprechend starken Drucksteigerung am Auslaß des Crackofens, bzw. einer Drucksteigerung in den Einlaßöffnungen der Kühlröhren aufgrund der Zersetzung von Koks an den Röhren nachteilig beeinflußt. Ferner sind die erforderlichen Entkokungsintervalle aufgrund der Zunahme der Verkokungsgeschwindigkeit an den Wärmeübertragungsröhren und der dadurch bedingten Zunahme der Geschwindigkeit, mit welcher die Oberflächentemperatur der Reaktionsröhren steigt, verkürzt. Andererseits ist aus Spalte B der Tabelle ersichtlich, daü bei dem erfindungsgemässen Verfahiai sowohl die mengenmäßige Druckzunahme am Auslaß des Crackofens und die Zunahme der Oberflächentemperatur der Heizrohren verringert ist und die Entkokungsintervalle mehr als doppelt so lang wie bei dem bekannten Verfahren steigen. Was die Ausbeute an brauchlaren Olefinen betrifft, so ist es bei dem erfindungsgemässen Verfahren möglich, die Ausbeute an OpiL um etwa 15$, die Ausbeute an C^H- um etwa 8^c/o und die Ausbeute an 1,3-Butadien um etwa 16?« zu steigern. Das erfindungsgemäße Verfahren v/eist also einen großen technischen Fortschritt gegenüber dem bekannten Verfahren auf.

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- 9 Tabelle 1

	Einheiten	η	Beispiel A herkömmliches Verfahren	Beispiel B erfindungs- geniäßes Ver fahren
Verfahrensbedin gungen
Druckzunahme am Auslaß des Crack- ofens	ο kg/cm . Tag	0.008	0.002
Temperaturzunahm« an der Oberflächt der Crackröhren	°C/Tag	1.5	0.8
Entkokungs int er vall	Tage	40	90
Ausbeuten an Ole finen:	Gew. fo
(1) CH₄		17.0	15.0
(2) C₂H₄		24.0	27.6
(3) C₃H₆		14.3	15.5
(4) 1 - 3 Butadi*	3.0	3.5
(5) BTX	14.0	14.0

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Herstellen von brauchbaren Olefinen durch thermisches Cracken von Kohlenwasserstoffen durch mehrere Crackröhren und Abkühlen der gecrackten G-ase durcn einen einzigen, aus mehreren Röhren bestehenden indirekten Vertikalkühler, dadurch gekennzeichnet, daß man die gecrackten Gase durch einen Kühler (4) leitet, welcher in seinem unteren Teil mehrere Röhren (1Ö) aufweist, deren Durchmesser sich nach oben allmählich vergrößert, und die mit den Cracicröhren (3) verbunden sind, und eine Gaseinlasskammer (8) mit den oberen Enden dieser nach oben sich erweiternden Rohre (10) verbunden ist, welche einen stufenförmigen Boden (14) aufweist, und die Ströme der gecrackten Gase/inter Vermeidung einer Zusammenführung durch ein Rohrverbindungsstück in Form eines umgekehrten Γ oder dergleichen vor dem Eintritt in den Kühler verarbeitet werden.

2. Vorrichtung zum Herstellen von brauchbaren Olefinen, bestehend aus mehreren thermischen Crackröhren und einem einzigen, aus mehreren Röhiei bestehenden indirekten Vertikalkühler, der mit diesen Rohren zum Kühlen der gecrackten Gase verbunden ist, gekennzeichnet durch mehrere Röhren (10) mit nach oben sich erweiternden Durchmesser, die mit einer Gaseinlasskammer (8) verbunden sind, welche im unteren Teil des Kühlers (4) angebracht ist, und die unteren Enden der nach oben sich erweiternden Röhren (10) mit den oberen Enden einer entsprechenden Anzahl Crackrohre (3) verbunden ist und die Gaseinlaßkammer (8) einen stufenförmigen Boden aufweist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlasskammer (8) im Zentrum einen toten Kaum (15) aufweist und die nach oben sich erweiternden Röhren (10) in die Kammer (8) münden und den toten Kaum (15) umgeben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der stufenförmige Boden (14) der Gaseinlasskammer (8) wenigstens ΊΟγό der Querschnittsflache der Kammer, gemessen im rechten Winkel zur Fließrichtung der gecrackten Gase, ausmacht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der stufenförmige Boden (14) der Gaseinlasskammer (8) wenigstens teilweise nach außen geneigt ist.

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