DE2423012A1 - Reaktor zum thermischen kracken - Google Patents
Reaktor zum thermischen krackenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft thermisches Kracken von Kohlenwasserstoffen
mit heißen Gasen, insbesondere einen Reaktor zum thermischen Kracken.
Das thermische Kracken von Ausgangsstoffen - bzw. materialien aus Kohlenwasserstoff ist seit vielen Jahre ein wesentlicher
Zufuhrbereich für den Bedarf der chemischen Industrie an den
am meisten verwendeten chemischen Grundstoffen, z.B. Äthylen und Propylen, wobei Äthylen hauptsächlich iür die Herstellung
von Polyäthylen niedriger und hoher Dichte» Äthylenoxid und
Vinylchlorid verwendet werden, und Propylen für die Herstellung von Isopropylalkohol, Acrylonitril, Polypropylen und Propylenoxid.
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Naturgas bzw. dessen verschiedenen Komponenten und Naphtha sind derzeit die wesentlichen Ausgangsmaterialien, aus denen
Äthylen, Propylen und Acetylen durch thermisches Kracken gewonnen werden; Knappheiten in diesen Ausgangsmaterialien
zu wirtschaftlichen Preisen machen es jedoch erforderlich, daß die Industrie nach und nach auf Rohöl oder schwerere Materialien
an Stelle der genannten Materialien übergeht.
Bei .einem Verfahren zum thermischen Kracken wird flüssiges
Ausgangsmaterial in atomisierter Form in einen Reaktor geleitet, und zwar gemeinsam mit überhitztem Dampf und/oder
einem anderen heißen Gas, das die für die endothermische
Krackreaktion notwendige Wärme bereitstellt. Das Einlassen des Ausgangsmaterial und des heißen Gases wird so durchgeführt,
daß die Komponenten vollständig vermischt werden und die Temperatur gleichmäßig und rasch in dem gesamten
einlaufenden Ausgangsmaterial hergestellt wird.
Die wesentlichen Nachteile der bekannten Verfahren zum thermischen
Kracken liegen in den verfügbaren Reaktoren, da diese nicht vielseitig genug sind, d.h., diese Reaktoren sind nicht
imstande, verschiedene flüssige Ausgangsmaterialien, beispielsweise Naphtha, Gasöle, Naturbenzin, Raffinate und deren
Kohlenwasserstoff-Teile aufzunehmen, die gegenwärtig als Ausgangsmaterialien Verwendung finden, und die noch über
viele Jahre hierzu verwendet werden, zusammen mit Rohöl und möglicherweise schwereren Materialien, die künftig mehr und
mehr verwendet werden. Weiterhin besitzen die derzeitig vor-
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handenen Reaktoren nicht genügend Kapazitäten, um höhere
Erträge von Äthylen, Propylen und Acetylen zu gewährleisten, und zwar unabhängig von dem ausgewählten Ausgangsmaterial.
Dies bedeutet, daß infolge des gegenwärtig bestehenden Übergangscharakters
der die Ausgangsmaterialien beeinflussenden wirtschaftlichen Bedingungen die Erstellung von hochspezialisierten
Reaktoren, die nur begrenzte Typen von Ausgangsmaterialien aufnehmen können, im Hinblick auf Investitionen
zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht attraktiv sind. Im Hinblick auf kommerzielle Vorteile muß ein Reaktor ausreichend
flexibel sein, um das Ausgangsmaterial aufzunehmen, das zum
als das
entsprechenden Zeitpunkt/wirtschaftlichste angesehen wird, sei es
/z.B. Naphtha oder Rohöl, und der gute Erträge von jedem dieser
/z.B. Naphtha oder Rohöl, und der gute Erträge von jedem dieser
genannten Materialien gewährleistet.
Bis jetzt hat es sich als schwierig herausgestellt, hochkapazitive
Reaktoren zum thermischen Kracken einer Vielzahl von flüssigen Ausgangsmaterialien, die alle jeweils hohe Erträge
bringen, herzustellen, besonders wenn sowohl Naphtha als auch Rohöl aus Ausgangsmaterial vorgesehen sind.
Zur Beseitigung dieser Nachteile schlägt die Erfindung einen Reaktor vor, der unter Anwendung bekannter Verfahren in der
Lage ist, verschiedene Ausgangsmaterialien aus Kohlenwasserstoff, insbesondere Naphtha, Gasöl und Rohöl zu Äthylen,
Propylen und Acetylen mit hohen Erträgen zu Knacken.
Der Reaktor nach der Erfindung zum thermischen Kracken von
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Ausgangsmateialien aus Kohlenwasserstoffen mit heißem Gas ist gekennzeichnet durch
(A) eine hohle zylindrische Röhre mit (i) einem ersten Endverschluß und einem zweiten Endverschluß, wobei
wenigstens einer dieser Endverschlüsse eine im wesentlichen
mit mittig darin angeordnete Öffnung besitzt, und (ii)/wenigstens einer hohlen Einlaßkammer, die an beiden Enden offen ist,
und die durch die von der Röhre (A) definierte zylindrische Oberfläche verläuft, wobei ein Ende der Kammer im Inneren
etwa
der Röhre/an deren Umfang derart angeordnet ist, daß durch die Kammer strömender Dampf im wesentlichen tangential zur inneren Oberfläche strömt, die durch die zylindrische Röhre (A) definiert ist, vorausgesetzt,daß die Durchflußrate hierzu ausreicht, wobei ein wirbelartiger Strom im Inneren der Röhre (A) erzeugt wird, und durch
der Röhre/an deren Umfang derart angeordnet ist, daß durch die Kammer strömender Dampf im wesentlichen tangential zur inneren Oberfläche strömt, die durch die zylindrische Röhre (A) definiert ist, vorausgesetzt,daß die Durchflußrate hierzu ausreicht, wobei ein wirbelartiger Strom im Inneren der Röhre (A) erzeugt wird, und durch
(B) wenigstens eine an beiden Enden offene hohle Röhre,
wobei (a) ein Ende der Röhre (B) mit der Röhre (A) an deren Öffnung, im wesentlichen konzentrisch mit dieser fluchtend
und in offener Verbindung mit der Röhre (A) verbunden ist, (b) die Röhre (A) ein Verhältnis Länge:Durchmesser von e.twa
0,01:1 bis etwa 1:1 aufweist, (c) das Verhältnis des Äquivalenz-Durchmessers der Öffnung der Röhre (A) zu dem Äquivalenz-Durchmesser
der Röhre (B) etwa 1:1 bis 0,1:1 beträgt, (d) die Röhre (B) ein Verhältnis Länge zu Äquivalenz-Durchmesser von
etwa 5:1 bis etwa 200:1 besitzt und(e) Das Verhältnis des Röhrenvolumens (A) zu dem Röhrenvoluisen (B) etwa 0,01:1 bis
etwa 5:1 beträgt. .
. -40984 8/1036
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtige
Merkmale ergeben. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch einen seitlichen Schnitt durch einen
Fig. 1 schematisch einen seitlichen Schnitt durch einen
Reaktor nach der Erfindung;
Draufsicht Fig. 2 eine schematische. · -' · längs der Linie 2-2 von
Fig. 1;
Schnitt-Fig. 3 eine schematische/Ansicht längs der Linie 3-3 von
Fig. 1; (die relativen Abmessungen der Teile des ·
Reaktors in den Fig. 1-3 entsprechen nicht den
Abmessungsin der Beschreibung aufgeführten/Verhältnissen);
Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens, in dem ein Reaktor nach der Erfindung zur
Anwendung gelangen kann.
Der Reaktor kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei das bevorzugte Material rostfreier Stahl ist,
beispielsweise rostfreier Stahl "AISI-Typ 316". Andere
geeignete Materialien, aus denen der Reaktor hergestellt
werden kann, sind rostfreier Stahl "AISI-Typ 304" und "AISI- Typ 347", eine Legierung aus ca. 76% Nickel, 16% Chrom und
6% Eisen sowie verschiedene Keramiken, die bei· hohen
Temperaturen stabil bleiben.
Die Stärke der Reaktorwände kann in bekannter Weise entschieden werden, und ist für die Erfindung nicht wesentlich.
Bei der Festlegung dieser Stärke sollen Temperaturen, Drücke, Lebensdauer, Wirtschaftlichkeit und die Verfügbarkeit von
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Materialien in Betracht gezogen werden.
Die Figuren zeigen, daß der erfindungsgemäße Reaktor vorzugsweise
als Scheiben- und Röhrenreaktor ausgebildet ist, und es
bzw. Reaktionsbereich kann daher im folgenden auf den Scheibenbereich/oder den
Röhrenbereich des Reaktors Bezug genommen werden.
Atomisiertas flüssiges Ausgangsmaterial, strömt durch eine Leitung
1 und verbindet sich in einer Leitung 2 mit einem heißen Gas, beispielsweise überhitzten Dampf. Die Leitungen 1 und 2 sind
bekannte Teile des gesamten Krack-Systems und keine wesentlichen Teile des Reaktors . Die Mischung
wird in eine Einlaßkammer 3 und anschließend in einen inneren Bereich 9 der Reaktorscheibe geleitet.
Die Einlaßkammer (oder Einlaßröhre) 3 ist im inneren Bereich
9 in der Nähe der inneren Oberfläche einer Wand 8 angeordnet, die eine hohle zylindrische Röhre definiert.
Es können ein oder mehrere Einlasse vorgesehen sein, je nach
der Größe des Reaktors und der gewünschten Zufuhr pro Einheit, die alle in ähnlicher Weise wie die Kammer 3 angeordnet sein
können, und zwar vorzugsweise an Stellen, die unter gleichmäßigem Abstand voneinander an einer beliebigen Seite längs
8 vorgesehen sind. Somit können zwei Einlasse durch
die Wand 8 an Stellen längs deren Umfang verbunden sein, und zwar jeweils in Winkeln von 180 und 360°, drei Einlassen
an Stellen längs der Wand 8, unter Winkeln von 120°, 240° und
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360°, und vier Einlasse längs des Umfangs der Wand unter
Winkeln von 90°, 180°, 270° und 360°.
Die Anordnung der Kammer 3 und ähnlicher Röhren in der Nähe
der inneren Oberfläche der Wand 8 ist vorzugsweise im wesentlichen tangential. Eine derartige Anordnung ist jedoch
am deutlichsten darin definiert, daß die Kammer so angeordnet ist, daß von der Kammer aus strömendes Gas im wesentlichen
tangential zur inneren Oberfläche der Wand 8 strömen kann, so daß ein wirbelartiger Strom im Scheibenbereich des
Reaktors erzeugt wird. Die Größe und Form der Kammer, die Durchflußrate der Mischung aus Ausgangsmaterial und heißem
Gas und die Richtung der Strömung müssen von dem technischen Personal berücksichtigt werden, um den Tangential und
Wirbelstrom in dem Scheibenbereich zu erhalten. In der Praxis ist die Einlaßkammer eine Röhre mit Öffnungen an beiden
Enden, die fest in der Scheibe angeordnet ist, so daß ihre theoretische Achse tangential zur inneren Oberfläche der Wand
verläuft, in diesem Fall der Wand 8, und die Durchflußrate wird kontrolliert, um einen Tangential- und Wirbelstrom
zu erhalten.
Obgleich die Kammer vorzugsweise durch die Kanmer 8 verläuft,
wie in der Figur dargestellt, kann diese durch eine Oberseite 4 oder eine Unterseite 7 angeordnet sein, und dabei
noch einen geringen Tangential - und Wirbelstrom erzeugen. Obgleich eine derartige Anordnung vorgesehen sein kann, ist
diese nicht die bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung,
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und zwar infolge der Unregelmäßigkeiten der Strömling.
Die kreisförmige Wand (oder die hohle zylindrische Röhre)
besitzt an jedem Ende einen Verschluß, welche als Oberseite und Unterseite 7 bezeichnet sind. Die Oberseite 4 ist eine
flache kreisförmige Oberfläche ohne Öffnungen, die an die Wand 8 angefügt und von dieser begrenzt ist.
Die Unterseite 7 ist ebenfalls eine flache kreisförmige Oberfläche, die an die Wand 8 angefügt und von dieser begrenzt
ist, und in der eine im wesentlichen mittig angeordnete Öffnung 6 vorgesehen ist.
Die Mischung, die jetzt teilweise gekracktes Ausgangsmaterial enthält, ihre gekrackten Derivate sowie Dampf und/oder andere
heiße Gase strömen vom Scheihenbereich des Reaktors durch die
Öffnung 6 in ein Inner.es 11 der hohlen Röhre des Reaktors. Eine Wand 5 definiert die hohle Röhre des Röhrenbereichs,
welche Röhre an beiden Enden geöffnet ist. Die Röhre ist mit der Scheibe durch die Öffnung 6 in offener Verbindung.
Die Wand 5 kann an der Unterseite 7 an den Umrandungen der Öffnung .6 verbunden sein oder, falls der Durchmesser der
Röhre größer als die Öffnung ist, kann die Wand 5 an anderen Stellen an der Unterseite 7 verbunden sein. In jedem Fall
fluchtet der Mittelpunkt der Röhre im wesentlichen mit dem Mittelpunkt der Öffnung.
Der Querschnitt der hohlen Röhre kann unterschiedliche
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Formen aufweisen, obgleich ein zylindrischer Querschnitt bevorzugt
wird. Der Querschnitt kann z.B. quadratisch, rechteckig, dreieckig, fünfeckig, sechseckig oder elliptisch ausgebildet
sein, obgleich eine Mischung von Querschnittsformen in derselben Röhre nicht zu empfehlen ist. Die Röhre kann
auch spiralförmig ausgebildet sein, was dann wichtig ist, wenn der verfügbare Raum nicht ausreicht, um eine gerade
ausgebildete Röhre unterzubringen. Das Ende der Röhre, entgegengesetzt von der Verbindungsstelle der Röhre zu der
Scheibe, bei der Öffnung 6, ist ein Auslaß 12, durch den der Reaktor in offener Verbindung mit dem stromab gelegenen
Teil des Systems steht, wobei der Abfluß durch diesen Auslaß erfolgt, wenn das Kracken in der Röhre im wesentlichen
beendet ist.
Bestimmte Abmessungs- und Volumenverhältnisse sind für die Erfindung wichtig. Um diese Verhältnisse zu verdeutlichen,
wird im folgenden die Reaktorscheibe als Röhre (A) und die
Reaktorröhre als Röhre (B) bezeichnet. Die wichtigen Abmessungen sind:
a = Durchmesser der Röhre (A), der Scheibenbereich des Reaktors. Die Abmessung kann auch als Durchmesser
der zylindrischen Röhre begrenzt durch die Wand 8 bezeichnet werden.
b = Länge der Röhre (A). Diese Abmessung kann auch als
b = Länge der Röhre (A). Diese Abmessung kann auch als
Höhe der Wand 8 bez. chnet werden.
c = äquivalenter Durchmesser der Röhre (B), der Röhrenteil des Reaktors. Diese Abmessung kann auch
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als Durchmesser der· zylindrischen Röhre begrenzt
durch die Wand ~3 bezeichnet werden, und zwar im Zusammenhang
mit der Zeichnung.
d s= Länge der Röhre (B). Diese Abmessung kann auch
als Höhe der Wand 5 bezeichnet werden.
Die Abmessung der Öffnung 6 ist in der Zeichnung nicht dargestellt,
da diese mit der Abmessung c übereinstimmt. Diese Abmessung kann jedoch verschieden von der Abmessung c sein
und wird daher im folgenden als äquivalenter Durchmesser der Öffnung der Röhre (A) bezeichnet.
Die Abmessungen a,b,c sind Außen abmessungen, die die Wandstärke
des Reaktors einschließen. Diese Wahl ist aber rein zufällig, d.h. es hätten genau so gut Innenabmessungen
verwendet werden können.
Ein
' äquivalenter Durchmesser wird dazu verwendet, die Abmessung
' äquivalenter Durchmesser wird dazu verwendet, die Abmessung
c und die Abmessung der Öffnung 6 zu beschreiben,
, weil die Röhre und die Öffnung nicht notwendig zylindrische
Querschnitte aufweisen, sondern eine vielfach ausgebildete Form besitzen können. Im vorauf gehenden sind bereits
unterschiedliche Ausbilduhgsmöglichkeiten beschrieben worden, und zwar für die Röhre; entsprechendes gilt für die
Öffnung. Äquivalenter Durchmesser ist eine einfache Möglichkeit, sowohl nicht zylindrische als auch zylindrische
Querschnitte mit einem Ausdruck zu bezeichnen. Die mathematische Abürzung für äquivalenten Durchmesser ist D.. ,und die
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Gleichung, die diesen Ausdruck "beschreibt lautet:
D =
4 X Querschnittsfläche
äq Umfang des Querschnittsfläche
Wenn die Querschnittsfläche der Röhre längs deren Länge
durchsdmittlicher
variiert, so kann ein/äquivalenter Durchmesser verwendet werden, jedoch sind Röhren mit variierenden Querschnitten
unpraktisch und daher nicht empfehlenswert. Die Ausbildung
der Öffnung kann sich von der der Röhre unterscheiden, ohne daß dieses sich als unpraktisch erweist.
Für die Erfindung sind folgende Verhältnisse wichtig:
1. Die Röhre (A) kann ein Verhältnis Länge (b):Durchmesser
(a)ini Bereich von etwa 0,01:1 bis etwa 1:1 besitzen,-das
etwa vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 0,03:1 bis/1:1%i liegt.
2. Das Verhältnis von äquivalentem Durchmesser der Öffnung der Röhre (A) zu äquivalentem Durchmesser (c) der
Röhre (B) kann im Bereich zwischen etwa 1:1 bis etwa 0,1:1 liegen, " - vorzugsweise im Bereich zwischen etwa
1 : 1 und etwa 0,25:1.
3. Die Röhre (B) kann ein Verhältnis Länge (d):äquivalentem
Durchmesser (c) im Bereich zwischen etwa 5:1 bis etwa 200:1 besitzen, das vorzugsweise im Bereich von etwa
10:1 bis etwa 100:1 liegt.
4. Das Verhältnis ■ Volumen der Röhre (A) zu
Volumen der Röhre (B'") kann im Bereich zwischen etwa 0,01 :1
bis 5:1 liegen, vorzugsweise zwischen etwa 0,01:1 bis etwa 2,5:1.,
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Das Volumen der Röhre (A) oder der Röhre (B) wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:
Volumen = (// ) (Durchmesser oder äquivalenter Durchmesser)
x (Länge).
Die tatsächlichen Abmessungen des Reaktors variieren je nach der Verwendung, für die der Reaktor vorgesehen ist, z.B.
Verwendung im Laboratorium, in einer Pilot-Anlage oder zur kommerziellen Verwendung, sowie in noch größerem Maß je
nach der Menge der erwünschten Durchgabe. Die Anzahl der Einlaßkammern und die Anzahl der Röhrenteile, d.h. ein
oder zwei Röhren, sowie die Anzahl der Reaktoren zusammen mit vielen Hintergrundfaktoren, beispielsweise die besondere
wirtschaftliche Situation, müssen alle in Betracht gezogen werden. Eine Darstellung der Breite der Abmessungen, die
für eine Durchgabe von 50 bis 100 pounds pro Stunde (= 22,68
Ausgangsmaterial bis 45,359 Kg /h)/unter Verwendung von einer Einlaßkammer
und einer Röhre wünschenswert ist, ist wie folgt:
a 12-16 ( = 30,48 - 40,64)
b 0,4-1 ( = '0,10 - 2,540)
c 1 - 2 ( = 2,54 - 5,08 )
d 30-70 ( = 76,20 - 177,80)
der Öffnung 0,5-2 ( *= 1,27 - 5,08).
Wie bereits erwähnt zeigt Fig. 4 ein Flußdiagramm, das ein herkömmliches System veranschaulicht, in dem ein Reaktor nach
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-13-der Erfindung Verwendung finden kann.
In Fig. 4 repräsentiert eine Zone 21 die Zufuhrquelle für das Ausgangsmaterial und besitzt einen Vorwärmbereich,, in dem
das Material auf eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 100 lind etwa 700° C, vorzugsweise zwischen etwa 200 und etwa
60O0C vorerwärmt wird.
Das in dem zuvor beschriebenen Reaktor und System vorgesehene Ausgangsmaterial kann flüssig sein, vorausgesetzt,
das Material wird vor seinem Einlaß in den Reaktor atomisiert. Das Ausgangsmaterial kann auch gasförmig sein. Beispiele
eines flüssigen Ausgangsmaterials enthalten Naphtha, Rohöl, Gasöl, Naturbenzin, verschiedene Raffinate und- die verschiedenen
flüssigen Kohlenstoffkomponenten verschiedener .Ausgangsmaterialien,
beispielsweise Pentane oder Hexane.
Die bevorzugten Ausgangsmaterialien in diesem System sind Naphtha, Gasöl oder Rohöl, wobei ein effizientes Kracken dieser
Materialien ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist. Beispiele gasförmiger Ausgangsmaterialien sind Naturgas, synthetisches
Naturgas und verschiedene gasförmige Komponenten des Kohlenstoffs , z.B. Ethan, Propan und Butan.
Die bemerkenswerteste Eigenschaft des vorljqgenden Reaktors
ist, daß mit ihm die Möglichkeit gegeben ist, hochsiedende Fraktionen aufzunehmen und zu verarbeiten, die bei 500°C unter
normalen Drücken nicht verdampfbar sind. Diese Fraktionen
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-14-sind wesentliche Konstituenten von Rohöl.
Der Zustrom strömt längs einer Leitung 22, die der Leitung 1 in Fig. 1 entspricht, und die mit einer Leitung 23 in Verbindung
tritt, die teilweise der Leitung 2 in Fig. 1 entspricht. Durch die Leitung 23 verläuft der Strom heißen Gases von
einer Zufuhrquelle 24 für heißes Gas. Die Temperatur des heißen Gases liegt im Bereich zwischen etwa 1000.und 30000C,
CO. ♦ C3.» *
vorzugsweise zwischen/1200 bis/2500 C. Zu den heißen Gasen die dazu verwendet werden können, das Ausgangsmaterial zu
cracken, gehört vorzugsweise übererhitzter Dampf oder brennbare Produkte verschiedener Treibstoffe.
Das Verhältnis von heißein Gas:Ausgangsmaterial liegt
im Bereich zwischen etwa O5,5 Gewicht steile. . heißes Gas
pro Gewichtsteil Ausgangsmaterial bis etwa 5 Gewichtsteile
heißes Gas pro Gewichtsteil Ausgangsmaterial, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,7 Gewichtsteile . heißes Gas pro
Gewichtsteil Ausgangsmaterial bis etwa 2,5 Gewichtsteile . heißes Gas pro Gewichtsteil Ausgangsmaterial.
Die Mischung aus vorerwärtem Grundmaterial und heißem Gas
wird durch eine Leitung 25, die der verreibenden Länge der Leitung 2 in Fig. 1 entspricht, in den Reaktor
26 geführt, der zuvor bereits beschrieben wurde.
Das Kracken erfolgt in diesem Reaktor unter folgenden Bedingungen:
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Die Temperaturen in tdem Scheibenbereich des Reaktors liegen
im Bereich zwischen etwa 500 und 12000C, vorzugsweise zwischen etwa 600 bis 11000C. Die Temperaturen am Auslaß
des Röhrenbereichs des Reaktors liegen im Bereich zwischen etwa 450 bis 11500C", vorzugsweise zwischen etwa 550 und
10500C.
Die Drücke liegen im Bereich zwischen etwa 1 Atm. bis etwa
10 Atm (= 1,028 - 10,28 Kp/cm ), vorzugsweise im Bereich zwischen 1 Atm und 5 Atm (= 1,028 bis 5,140 Kp/cm2).
Die Verweilzeit liegt im Bereich zwischen etwa 0,005 bis etwa 0,5 Sek., vorzugsweise zwischen etwa 0,01 bis 0,2 Sek.
Der Abfluß aus dem Reaktor wird vom Reaktor 26 durch eine
■Abschreckzone
Leitung 27 in eine 28 geführt. Ein Wasser- bzw. Kohlenstoffstrom wird zum Abschrecken des Abflusses verwendet. Eine Trennung des Abflusses findet in dieser Zone statt, wobei das Gasprodukt durch eine Leitung 29 austritt, und das Wasser und das flüssige Produkt als Untersetzer durch eine Leitung 30 abgezogen werden. Wiederum werden bekannte "Trennungs-, Wiedergewinnungs- und Analyseverfahren verwendet.
Leitung 27 in eine 28 geführt. Ein Wasser- bzw. Kohlenstoffstrom wird zum Abschrecken des Abflusses verwendet. Eine Trennung des Abflusses findet in dieser Zone statt, wobei das Gasprodukt durch eine Leitung 29 austritt, und das Wasser und das flüssige Produkt als Untersetzer durch eine Leitung 30 abgezogen werden. Wiederum werden bekannte "Trennungs-, Wiedergewinnungs- und Analyseverfahren verwendet.
Im voraufgehenden wurde die Anwendung sowohl von flüssigen als auch von gasförmigen Ausgangsmaterialien in dem Reaktor
nach der Erfindung beschrieben. Die vielseitige Anwendungsmöglichkeit dieses Reaktors geht jedoch über diese genannten
Ausgangsmaterialien: . hinaus, beispielsweise können mit Sauer-
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stoff angereicherte Materialien, z.B. Alkohole und Säuren, verschiedene Polymerisate sowie Diels-Alder-Produkte in wirsamer
Weise thermisch gekrackt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Reaktors nach der Erfindung
sind zwei Röhrenbereiche mit dem Scheibenbereich an Stelle des einen Röhrenbereichs verbunden. Der zweite
Röhrenbereich ist auf die gleiche Weise mit dem Scheibenbereich verbunden, wie der zuvor beschriebene Röhrenteil,
außer daß die Verbindung der Oberseite 4 mit einer Öffnung ähnlich der Öffnung 6 besteht, die auf dieser Seite vorgesehen
ist (vgl. Fig. 1). Alle Verhältnisse für diese Röhrenbereiche.entsprechen den zuvor beschriebenen.
Die einzige Abänderung . besteht in einer Beschleunigung der Durchflußrate von Ausgangsmaterial und . heißem Gas
und d.Ce vorzugsweise Verwendung einer Vielfach-Einlaßkammer.
Die Auslässe der beiden Röhrenteile können an ein stromab gerichtetes System oder zwei derartige Systeme angeschlossen
sein.
Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele noch näher erläutert. Wenn nicht anders bezeichnet, sind Teile und
Prozente jeweils auf das Gewicht bezogen.
In dem Beispiel werden das zuvor beschriebene System und der Reaktor nach der Erfindung verwendet. Das folgende Verfahren
und die folgenden Bedingungen lagen dabei zugrunde:
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Zunächst wird ein Dampferzeugungs-System in Gang gesetzt,
indem der Naturgasstrom zu einem Ofen erhöht und eine Wasserpumpe eingeschaltet wird. Eine hohe Dampferzeugungsrate
wird angesetzt, um die Rohrverbindungen rasch zu erwärmen. Die Wasserzufuhr wird anschließend so eingestellt, daß
diese den erforderlichen Testbedingungen entspricht. Zur Stabilisierung der Dampferzeugung ist etwa eine Stunde Zeit
erforderlich, und zwar infolge des großen Volumens der dampferzeugenden Spiralen. Wenn das Dampferzeugungs-Systein die
gewünschten Bedingungen erreicht hat, wird der Dampf in den Mischbereich eingelassen, um das Reaktionssystem vorzuerwärmen.
Wenn Brenner und Reaktor die erforderliche Dampftemperatur erreicht haben bzw. diese überschritten haben, kann
der Brenner gezündet werden. Als Treibstoff für den Brenner dient Wasserstoff. Brenner und Reaktor werden zunächst mit
Stickstoff gereinigt, um zu gewährleisten, daß keine Brennstoffe vorhanden sind. Der Brenner wird anschließend gezündet.
Wasserstoff und Sauerstoff strömen in den Brenner, und werden hinsichtlich ihrer Verteilung für ein genaues Verbrennen
kontrolliert, wobei beide Ströme gleichzeitig erhöht werden, um die Temperatur des Reaktors zu erhöhen. Der
Brenner dient als Wärmequelle, um die erforderliche reaktionsfähige Wärme und die Wärme für den Reaktor zur Verfügung zu
stellen.
Wenn der Reaktor die Betriebstemperatur nahezu erreicht hat,
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wird die Förderpumpe eingeschaltet. Kohlenwasserstoff
wird in der Nähe des Auslasses der Mischzone eingelassen und mit Dampf vermischt, und die Mischung wird sodann in die
Einlaßkammer 3 (Fig. 1 und 2) eingelassen. Die Einlaßkammer 3 ist derart angeordnet, daß ihre theoretische Achse
tangential zur inneren Oberfläche der Reaktorwand 8 verläuft. Die Temperatur des Reaktors, die Förderrate, die
Rate des Wassers und die Verbrennungsrate sind so geregelt, daß ein tangentialer Strom der Mischung aus Ausgangsmaterial
und Dampf einströmt, um die erwünschte Verweilzeit zu. gewährleisten.
Der Ausfluß des Reaktors wird mit Wasser abgeschreckt, um Ölrückstände und einen Hauptanteil des Dampfes (etwa 80 Gew.#>)
zu kondensieren. Die Wasserrate wird so geregelt, daß die Temperatur des Stromes beim Verlassen der Abschreckzone
700C beträgt.
Abschreckzone
Das aus der bzw. der Trenneinrichtung austretende gasförmige Produkt wird in einer Kondensiereinrichtung auf Außentemperatur heruntergekühlt. Die kondensierten Kohlenwasserstoffe und Wasser werden gesammelt und das gewonnene Gas aufgefangen.
Das aus der bzw. der Trenneinrichtung austretende gasförmige Produkt wird in einer Kondensiereinrichtung auf Außentemperatur heruntergekühlt. Die kondensierten Kohlenwasserstoffe und Wasser werden gesammelt und das gewonnene Gas aufgefangen.
Eine Analyse der Produkte wird mit Hilfe der Gaschromatografie und einem Massenspektrometer durchgeführt.
Die äußeren Abmessungen&es im Beispiel verwendeten Reaktors
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sind wie folgt:
Der Scheibenbereich, d.h. die Röhre (A) besitzt eine Länge
von 0,5 inch (= 12,70 mm) und einen Durchmesser von 14 inch (= 355,60 mm) bei einem Verhältnis Länge zu Durchmesser
von 0,5:14 oder 0,036:1.
Der Röhrenbereich, d.h. die Röhre (B) ist eine spiralförmige Spirale mit zylindrischem Querschnitt, die eine Länge von
54 inch (= 137,16 cm) und einen Durchmesser von 1,5 inch (= 38,10 mm) sowie ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser
von 54:1,5 oder 36:1 aufweist.
Das Volumen der Röhre (A) ist iff) (7)2 (54) oder 77 cu.inch
(= 1262 ... cm3);
Das Volumen der Röhre (B) ist { Tf ) (0,75)2 (54) oder 95 cu.
inch (= 155 7. cm5);
Das Verhältnis des Volumens der Röhre (A) zu dem Volumen der Röhre (B) ist daher 77:95 oder 0,81:1;
Das Gesamtvol-umen der Röhren (A) und (B) beträgt 172 cu.inch
(= 2819. cm3);
Das Verhältnis von Durchmesser der Öffnung der Röhre (A) zu Durchmesser der Röhre (B), die beide einei kreisförmigen Querschnitt
aufweisen, ist 1:1.
Das Ausgangsmaterial ist Naphtha der Firma Texaco, das folgende Analyse besitzt:
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Massenspektrometer-Analyse i
Normale Paraffine Iso Paraffine Olefine Naphthene Aromate
39,49% 38,61%
13,39% 7,16%
ASTM-Destillation (ASTM No. D-86): Über kopf destillat (in %)
- Anfangssiedepunkt 10
20
30
40
50
90
Endpunkt Wiedergewinnung: Rückstände
API-Gewicht:
Spez. Gewicht: Brechungsindex: ppm Schwefel:
Bromzahl:
API-Gewicht:
Spez. Gewicht: Brechungsindex: ppm Schwefel:
Bromzahl:
Verhältnis Wasserstoff:Kohlenstoff*)
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104 (= 40,0)
146 (= 63,33)
167 (= 75,0)
188 (= 86,67)
206 (= 96,67)
226 (= 107,78) 248 (= 120,00) 256 (= 124,44)
287 (= 141,67) 312 (= 155,56) 370 (= 187,78) 98,5%
0,5 Milliliter 65,9 bei 600F (=15,560C)
0,717 bei 60°F(=15,56°C)
1,3984 bei 25°C. 30
1,02
2,160
*) berechnet als Mol-Verhältnis Wasserstoff: Kohlenstoff
für die physikalischen Eigenschaften Molekulargewicht durch ASTM Destillation und API Gewicht: 99
API = American Petroleum Institute ppm = parts per million
Betriebsbedingungen: Reaktor Temperatur:
und
Dampfverdünnungstferhältnis (in Gew)
Verweil zeit (in Sek): Kohlenwasserstoffzufuhr-Rate:
Dampfzufuhrrate:
Reaktordruck:
Reaktordruck:
840°C im Scheibenbereich 8350C am Auslaß des Röhrenbereiches
1,9 Teile Dampf pro
1,9 Teile Dampf pro
Teil Ausgangsmaterial 0,056
75 lbs/h (= 34,019 Kg/h) lbs/h (= 63,503 Kg/h)
10 lbs/sq.inch gauge
Ertrag in Gew. % | (= 0,70atü) | |
Ergebnisse: | Äthylen | |
Propylen | ||
Acetylen | 35,4 | |
Methan | 14,1 | |
Gesamtes Gasprodukt | 1,5 | |
Öl und Koks | 11,6 | |
77,9 | ||
22,1 |
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-22-Beispiel 2
Beispiel 1 würde wiederholt, und zwar in den folgenden vier
Durchgängen, außer den angegebenen Änderungen:
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Durchgang
Ausgangsmaterial
Temperatur im Reaktor
CVI I
a b
Lagomedio-Rohöl Pennsylvania-Rohöl Minas Rohöl
Lybisches Rohöl
Scheibe
(Ia0C)
Röhrenauslaß
875 875 875 875
860 845 850 855
Dampi'ver- | Verweilzeit |
dünnungs- verhältnis |
(in Sek) |
(in Gew) | |
«Teile Dampf | |
pro Teile | |
Ausgangs- | |
TtiST.fiT*"! flT | |
2,2:1 | 0,050 |
3,0:1 | 0,050 |
2,0:1 | • 0,050 |
2,0:1 | 0,050 |
-24-Die Ergebnisse entsprechen denen des Beispiels 1.
Der Reaktor nach der Erfindung ist insbesondere zur Kontrolle von Verunreinigungen nützlich,insbesondere bei der Verarbeitung
von Kunststoffabfallen, die entweder in fluider oder
fluidisierter Form vorliegen, oder die verflüssigt oder fluidisiert werden sollen. Polyvinyl chlor id-r, Polystyrol-und
Polyäthylenabfälle sind Beispiele derartiger Kunststoffabfalle,
wie
die,/z.B. Polyäthylenabfall, zu einem flüssigen Produkt mit
oder zu einer Schwerölzusammensetzung niedrigem Molekulargewicht/abgebaut werden können, die
in dem erfindungsgemäßen Reaktor gekrackt werden können, so daß ein Äthylenertrag von nahezu 60^ oder mehr erhalten
wird.
- Ansprüche
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Claims (7)
1. .Reaktor zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit heißejn
Gas, gekennzeichnet durch:
eine hohle zylindrische.Röhre (A) mit (i) einem
ersten Endverschluß/und einem zweiten Endverschluß/, wobei
(7) wenigstens einer dieser Endverschlüsse/eine im wesentlichen
(6) mit
mittig darin angeordnete Öffnung/besitzt, und (ii)/wenigstens
(3)
einer hohlen Einlaßkamme]/, die an beiden Enden offen ist,
und die durch die von der Röhre (A) definierte zylindrische
(8)
Oberfläche/verläuft, wobei ein Ende der Kammer im Inneren
Oberfläche/verläuft, wobei ein Ende der Kammer im Inneren
etwa
der Röhre/an deren Umfang derart angeordnet ist, daß durch
der Röhre/an deren Umfang derart angeordnet ist, daß durch
die Kammer strömender Dampf im wesentlichen tangential
(11)
zur inneren Oberfläche/strömt, die durch die zylindrische Röhre (A) definiert ist, vorausgesetzt,daß die Durchflußrate hierzu ausreicht, wobei ein wirbelartiger Strom im Inneren der Rölire (A) erzeugt wirdf und durch
zur inneren Oberfläche/strömt, die durch die zylindrische Röhre (A) definiert ist, vorausgesetzt,daß die Durchflußrate hierzu ausreicht, wobei ein wirbelartiger Strom im Inneren der Rölire (A) erzeugt wirdf und durch
wenigstens eine an beiden Enden offene hohle Röhre (B)
wobei (a) ein Ende der Röhre (B) mit der Röhre (A) an deren Öffnung/ im wesentlichen konzentrisch mit dieser fluchtend
und in offener Verbindung mit der Röhre (A) verbunden ist, (b) die Röhre (A) ein Verhältnis Länge durchmesser von etwa
0,01:1 bis etwa 1:1 aufweist, (c) das Verhältnis des Äquivalenz-Durchmessers der Öffnung der Röhre (A) zu dem Äquivalenz-Durchmesser
der Röhre (B) etwa 1:1 bis 0,1:1 beträgt, (d) die Röhre (B) ein Verhältnis Länge zu Äquivalenz-Durchmesser von
etwa 5:1 bis etwa 200:1 besitzt und(e) Das Verhältnis des Röhrenvolumens (A) zu dem Röhrenvolumen (B) etwa 0,01:1 bis
etwa 5:1 beträgt.
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2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Endverschluß (7) die Öffnung (6) aufweist, und
daß die eine Röhre (B) etwa an der Öffnung (6) mit der anderen Röhre (A) verbunden ist.
3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Endverschlüsse (7,4) eine Öffnung (6) besitzen,und daß
"zwei Röhren (B,B) mit der Röhre "(A) verbunden sind, und
zwar jede der Röhren (B) etwa an jeder der Öffnungen (6).
4. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß
(b) die Röhre (A) ein Verhältnis Länge : Durchmesser von etwa 0,03:1 bis etwa 1:1 aufweist, ferner, daß
(c) das Verhältnis äquivalenter Durchmesser der Öffnung der Röhre (A) zu äquivalenter Durchmesser der Röhre (B)
etwa 1:1 bis etwa 0,25:1 beträgt, daß
(d) die Röhre (B) ein Verhältnis Länge: äquivalentem Durchmesser von etwa 10:1 bis etwa 100:1 besitzt, und daß
(e) das Verhältnis Volumen der Röhre (A): Volumen der Röhre Röhre (B) etwa 0,01:1 bis etwa 2,5:1 beträgt.
5. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
(b) das Verhältnis Länge : Durchmesser der Röhre (A) etwa 0,03:1 bis etwa 1:1 beträgt, daß
(c) das Verhältnis äquivalenter Durchmesser der Öffnung (6) der Röhre (A) : äquivalenter Durchmesser der Röhre (b)
etwa 1:1 bis etwa 0,25:1 beträgt, daß
(d) das Verhältnis Länge: äquivalentem Durchmesser der Röhre (B) etwa 10:1 bis etwa 100:1 beträgt, und daß
(e) das Verhältnis des Volumens der Röhre (A) : Volumen der Röhre (B) etwa 0,01:1 bis etwa 2,5: 1 beträgt.
6. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkammer (3) eine zylindrische Röhre ist, deren
theoretische Achse im wesentlichen tangential mit der inneren Oberfläche (11) der Röhre (A) fluchtet.
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7. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einlaßkammer (3) eine zylindrische Röhre ist, deren theoretische Achse im wesentlichen tangential mit der
inneren Oberfläche (11) der Röhre (A) fluchtet.
Der Patentanwalt:
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IT (1) | IT1021009B (de) |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3390051T1 (de) * | 1982-06-14 | 1984-06-14 | Neste Oy, Espoo | Verfahren zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen |
-
1974
- 1974-05-06 FR FR7415639A patent/FR2229757A1/fr not_active Withdrawn
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- 1974-05-13 BE BE144242A patent/BE814936A/xx unknown
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- 1974-05-13 NL NL7406405A patent/NL7406405A/xx not_active Application Discontinuation
- 1974-05-13 JP JP5234274A patent/JPS5411281B2/ja not_active Expired
- 1974-05-13 CA CA199,928A patent/CA1025891A/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3390051T1 (de) * | 1982-06-14 | 1984-06-14 | Neste Oy, Espoo | Verfahren zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen |
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IT1021009B (it) | 1978-01-30 |
CA1025891A (en) | 1978-02-07 |
JPS5411281B2 (de) | 1979-05-14 |
NL7406405A (de) | 1974-11-18 |
FR2229757A1 (en) | 1974-12-13 |
BE814936A (fr) | 1974-11-13 |
JPS5030802A (de) | 1975-03-27 |
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