DE2536724A1

DE2536724A1 - Verfahren zur herstellung von wasserstoff, kohlenmonoxyd und leichte kohlenwasserstoffe enthaltenden gasen

Info

Publication number: DE2536724A1
Application number: DE19752536724
Authority: DE
Inventors: Jaap Erik Naber; Paul Wessels
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1974-08-19
Filing date: 1975-08-18
Publication date: 1976-03-04
Also published as: GB1518085A; BR7505264A; FR2282465A1; JPS5147004A; CS186225B2; IT1041914B; AU8404175A; SU578851A3; FR2282465B1; BE832379A; PL99672B1; CA1066057A; NL7509793A; DD119813A5; ZA755268B; IN142507B

Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ 3.V. Den Haag, Niederlande

"Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und leichte Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen"

Priorität: 19. August 1974, Großbritannien, Nr. 36367/74

/Wasserstoff,/ Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von/Kohlenmonoxyd und leichte Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen aus einem (einen) Kohlenwasserstoff(e) enthaltenden Brennstoff mittels partieller Oxydation und thermischem Kracken.

In der vorliegenden Beschreibung werden unter (einen) Kohlenwasserstoff (e) enthaltendem Brennstoff unter anderem Mineralöle oder Ölfraktionen, Teersand, Teersandöl oder Schieferöl verstanden. Kohlenstoffhaltige Teilchen, wie Ruß oder Kohle, können in dem Brennstoff vorhanden sein.

Die partielle Oxydation solcher Brennstoffe wird in einem hohlen Reaktor mit Luft, mit Sauerstoff oder mittels mit Sauerstoff an-

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gereicherter Luft durchgeführt. Dabei können innerhalb weiter Grenzen schwankende Drücke angewendet werden. In den meisten Fällen wird Dampf zum Reaktionsgemisch zugesetzt. Als Produkt einer solchen partiellen Oxydation erhält man einen wasserstoff- und kohlenraonoxydreichen Gasstrom , der Temperaturen von mindestens 1200 C aufweist. Das dabei erhaltene Gas kann für verschiedene Zwecke, wie zur Verbrennung, Reduktion, zur Hydrierung und zu Synthesezwecken, verwendet werden. Bekanntlich kann die Zusam-

/durch/

mensetzung des bei der partiellen Verbrennung erhaltenen Gases/ entsprechende Auswahl des Ausgangsraaterials, des Oxydationsmittels und der bei der Verbrennung angewendeten Bedingungen, sowie mittels einer oder mehrerer Nachbehandlungen oder Umwandlungen, an die in Aussicht genommene Verwendung angepaßt werden.

Das thermische Kracken von organischem Material wird im allgemeinen durch Erhitzen des Materials in Abwesenheit eines Katalysators durchgeführt. Die partielle Oxydation '/on Kohlenwasserstoffen stellt eine exotherme Reaktion dar und es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, den Wärraegehalt der Gase für die endotherme thermische Krackreaktion zu verwenden. Durch diese Kombination wird das Kracken wegen des direkten Kontaktes der Kohlenwasserstoffe mit dem freien Wasserstoff enthaltenden Wärmeträger unter Hydrierungsbedingungen durchgeführt. Die Erfindung stellt jetzt ein flexibles"Verfahren zur Verfügung, das eine Reihe von Möglichkeiten zu einer bestmöglichen Durchführung bietet.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff,

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Kohlenmonoxyd und leichte Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen aus einem (einen) Kohlenwasserstoff(e) enthaltenden Brennstoff mittels partieller Oxydation und thermischem Kracken, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es in folgenden Verfahrensstufen durchgeführt wird:

a) 50 bis 100 Prozent des Brennstoffes werden zusammen mit dem in Verfahrensstufe (c) erhaltenen heißen Gas in eine Krackzone eingespeist;

b) der Rückstand aus der Krackzone wird von dem in der Krackzone erhaltenen gasförmigen Produkt abgetrennt;

c) der in Stufe (b) abgetrennte Rückstand und der gegebenenfalls verbliebene Brennstoff werden zusammen mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas in eine Vergasungszone ein-

/wixd/ gespeist und das auf diese Weise erhaltene heiße Gas/zu Stufe

(a) zurückgeführt.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mindestens 50 Prozent des frischen Brennstoffes mit dem heißen Gasstrom vereinigt. Dadurch wird erreicht, daß der größte Teil des Wärmegehaltes des heißen Gasstromes genutzt wird und, sofern 100 Prozent des frischen Brennstoffs in die Krackzone eingespeist werden, wird diese Wärme beim erwünschten Krackgrad mit höchstem Wirkungsgrad genutzt. Außerdem ist die Verweilzeit des Brennstoffs in der Krackzone hinsichtlich des Typs der erhaltenen Produkte von Bedeutung.

/von/Zzu/ Die Vereinigung des größten Teils und/bis/lOO Prozent des frischen

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Brennstoffs mit dem heißen Gas weist den wichtigen Vorteil auf,

/mit/ daß eine größtmögliche Menge an Kohlenwasserstoffmaterial/ einem hohen Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff dem Kracken unterworfen wird, wodurch man eine höchstmögliche Ausbeute ^an leichten Produktendes erwünschten Typs erhält. Dabei spielt es im Prinzip keine Rolle, welche Menge an Material mit niedrigerem Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff als Rückstand aus der Krackzone erhalten wird. Der Rückstand wird vergast, was auf geeignete Weise mittels eines beliebigen Brennstoffs ohne Rücksicht auf das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff durchgeführt werden kann. Dieses Verfahren ist in vieler Hinsicht, wie hinsichtlich der angewendeten Temperaturen, der Zusammensetzung des Brennstoffs, der Verweilzeit, des Verhältnisses von Brennstoff zu Sauerstoff, sowie des Verhältnisses von Brennstoff zu Dampf, flexibel und demgemäß auch hinsichtlich der Zusammensetzung des herae^ellten Produkts und der Ausbeuten. Die Vereinigung von bis/100 Prozent des frischen Brennstoffs mit dem heißen Gas erhöht diese Flexibilität wegen des im Überschuß vorhandenen Materials mit hohem Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff für das Krackverfahren.

Das Einspeisen des in Stufe a) angefallenen und in Stufe b) abgetrennten Rückstands in die Vergasungszone wird vorzugsweise zusammen mit einem Dampfstrom durchgeführt. Dampf wird häufig zur Umwandlung des Rußes in Kohlenmonoxyd und Wasserstoff zu Vergasungsverfahren, wie sie in der vorliegenden Beschreibung erläutert werden, 'zugesetzt. Es können jedoch auch Inertgase, wie Stickstoff, verwendet werden.

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Die Abtrennung des in der Krackzone erhaltenen Rückstands von dem in dieser Zone erhaltenen gasförmigen Produkt kann mittels eines beliebigen Verfahrens durchgeführt werden.In den meisten Fällen besteht der Rückstand aus nicht klebrigen Teilchen, die auf einfache Weise mittels Zentrifugieren, wie mittels Zyklonen oder Bandabscheidern,abgetrennt werden können.

Eine noch größere Flexibilität hinsichtlich der hergestellten Produkte erzielt man, wenn man einen Teil des in Stufe b) abgetrennten Rückstands rvr Krackzone zurückführt. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Krackens weiter erhöht. Die Temperatur am Auslaß der Krackzone beträgt 500 bis 800 C. Ohne das vorstehend beschriebene Zurückführen beträgt diese Temperatur 800 bis 1100°C. Der Wärmegehalt der heißen Gase wird weiter genutzt. Die Produktzusammensetzung wird auf diese Weise mehr in Richtung von Krackprodukten und in Richtung von weniger Vergasungsprodukten verschoben.

Es können erheblich schwankende Mengen des Rückstandes zur Krackzone zurückgeführt werden. Die zurückgeführten Mengen werden lediglich durch die Wärmeanforderungen in der Krackzone begrenzt, die dazu zwingen, daß eine Mindestmenge an verbrennbarem Material in die Vergasungszone eingespeist wird. Die Wärmeproduktion in der Vergasungszone hängt weiter von der Art des verwendeten Oxydationsmittels ab.

Der Strom an gasförmigen Produkten aus der Krackzone kann in eine Fraktxonierungskolonne eingespeist und dadurch in eine oder meh-

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rere Kohlenwasserstofffraktionen und einen Gasstrom aufgetrennt

/der dabei abgetrennten/ werden. Mindestens ein Teil einer oder eixiiger/Kohfenwasserstof ffraktionfen) kann zur Krackzone zurückgeführt werden. Es kann sich dabei um den schwereren Teil der Produkte aus der Fraktioniersäule, wie den Rückstand, handeln. Man erhält schließlich wasserstoff- und kohlenmonoxydhaltige Gase und leichtere Kohlenwasserstof f fraktionen ,von Methan und anderen leichten Kohlenwasserstoffen bis zu den gasförmigen bis flüssigen Produkten, wie die Top-Fraktionen und Leichtbenzin. Her Brennstoff wird dabei vollständi g umgewande11.

Das Verfahren unterhält sich hinsichtlich seiner Wärmeanforderungen selbst.

Die Erfindung wird jetzt weiter anhand der Figuren- erläutert.

Fig.1 zeigt ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem Rückstand in die Krackzone zurückgeführt wird.

Fig.3 zeigt ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammen mit einer Fraktionierkolonne.

In Fig.l sind die Vergasungszone durch die Bezugszahl 1 und die Krackzone durch die Bezugszahl 2 gekennzeichnet. 50 bis 100 Prozent des frischen Brennstoffs werden durch Leitung 3 in die Krackzone am Punkt 4 eingespeist und der gegebenenfalls verbleibende

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Teil des Brennstoffs wird bei 5 in die Vergasungszone eingeleitet. Die aus der Krackzone 2 abziehenden gasförmigen Produkte

/aus dieser Zone/
und ein RucksEZTha/7/ercien bei 7 in einen Zyklon 6 eingeleitet. Der Rückstand verläßt den Zyklon am Punkt 8 und wird in einer Einrichtung 9 mit einem Dampfstrom 10 vereinigt,und der vereinigte Strom wird bei 11 in die Vergasungszone eingespeist. Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas werden bei 12 in die Vergasungszone eingeleitet. Das heiße Gas aus der Vergasungszone 1 wird am Punkt 13 in die Krackzone 2 eingespeist. Die gasförmigen Produkte verlassen den Lyklon 6 an der Stelle 14.

In den Figuren 2 und 3 sind entsprechende Elemente der Fließdiagramme mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Das Zusetzen von Dampf und das Abtrennen der gasförmigen Produkte und des Rückstands sind in Fig.2 nicht gezeigt. Ein Teil des Rückstands 15 aus der Krackzone 2 wird bei 16 wieder in die Krackzone 2 eingeleitet. Der restliche Teil des Rückstandes wird bei 17 in die Vergasungszone 1 eingespeist.

In Fig.3 sind die Vergasungszone 1 und die Krackzone 2 in einem Behälter 18 vereinigt. Bei diesem Beispiel v/erden 100 Prozent des frischen Brennstoffs 3 bei 20 zusammen mit dem Rückstand 19 aus Säule 21 in die Krackzone 2 eingespeist. Säule 21 stellt eine Fraktioniersäule dar, welche über Leitung 14 mit den gasförmigen Produkten aus dem Zyklon 6 beschickt wird. Je nach den Betriebsbedingungen der Kolonne 21 und der Zusammensetzung der gasförmigen Produkte 14 lassen sich eine Vielzahl von flüssigen Produk-

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ten herstellen. Das die Kolonne 21 verlassende Gas 22 enthält Wasserstoff und Kohlenmonoxyd und gegebenenfalls Stickstoff und außerdem leichte Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Äthan, Propan und Butan. Als flüssige Produkte können Top-Fraktionen 23, Leichtbenzin 24, Schwerbenzin 25 und ein Rückstand 19 erhalten werden. Im vorliegenden Beispiel werden 100 Prozent des Rückstands 19 zur Krackzone 2 zurückgeführt.

Zumindest ein Teil eines oder mehrerer der anderen Fraktionen 25, 24 oder 23 können ebenfalls zur Krackzone zurückgeführt werden.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

/Wasserstoff,/ \4 Verfahren zur Herstellung von/Kohlenmonoxyd und leichte Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen aus einem (einen) Kohlenwasserstoff (e) enthaltenden Brennstoff mittels partieller Oxydation und thermischem Kracken, dadurch gekennzeichnet , daß es in folgenden Verfahrensstufen durchgeführt wird:

(a) 50 bis 100 Prozent des Brennstoffs werden zusammen mit dem in Verfahrensstufe (c) erhaltenen heißen Gas in eine Krackzone eingespeist;

(b) der Rückstand aus der Krackzone wird von dem in der Krackzone erhaltenen gasförmigen Produkt abgetrennt; und

(c) der in Stufe (b) abgetrennte Rückstand und der gegebenenfalls verbliebene Brennstoff v/erden zusammen mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas in eine Vergasungszone eingespeist und das auf diese Weise erhaltene heiße Gas wird zu Stufe (a) zurückgeführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspeisen des Rückstands in Stufe lc) mittels eines Dampfstroms durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des in Verfahrensstufe Ib) erhaltenen Rückstandes zur Krackzone zurückgeführt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Verfahrensstufe Ib) erhaltenen gasförmigen Produkte in einer Fraktionierkolonne in eine oder mehrere Kohlenwasserstofffraktionen und einen Gasstrom aufgetrennt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil einer oder einiger der erhaltenen Kohlenwasserstoff fraktionen zur Krackzone zurückgeführt wird.

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