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Verfahren zur Durchführung der Kohlenwasserstoffsynthese aus Kohlenoxyd
und Wasserstoff Es ist bekannt, daB durch die Durchführung der Synthese von Kohlenwasserstoffen
aus Kohlenoxyd und Wasserstoff in mehreren Stufen, zwischen denen die kondensierbaren
Reaktionsprodukte mehr oder weniger vollständig abgeschieden werden, die Ausbeute
wesentlich gegenüber der einstufigen Arbeitsweise erhöht werden kann. Darüber jedoch,
in welcher Weise die vorhandene Kontaktmenge bz«>. der vorhandene Kontaktraum auf
die einzelnen Stufen verteilt werden muB, um die höchsten Ausbeuten zu erzielen,
liegen bis jetzt keine eindeutigen Erfahrungsregeln vor. Man hat versucht, die gegebene
Kontaktmenge z. B. in drei Teile aufzuteilen und ein Drittel in der ersten Stufe,
den Rest parallel geschaltet in der zweiten Stufe zu verwenden. Auch die umgekehrte
Arbeitsweise ist versucht worden, indem das Frischgas in zwei Strömen aufgeteilt
und über je ein Drittel des Kontakts geleitet wurde, während das restliche Drittel
Kontakt mit den vereinigten Restgasen der ersten Stufe behandelt wurde. Für die
dreistufige Synthese hat man z. B. den Kontakt in sieben Anteile aufgeteilt, vier
Teile davon parallel geschaltet in der ersten Stufe, zwei parallel geschaltet in
der zweiten Stufe und das restliche ein Siebentel als dritte Stufe geschaltet. Man
hat auch versucht, hierbei in den einzelnen Stufen verschiedene Temperaturen anzuwenden,
ohne jedoch herausfinden zu können, unter welchen Bedingungen die maximale Ausbeute
aus einer gegebenen Kontaktmenge und einer gegebenen Gasmenge zu erzielen ist.
Systematische
Untersuchungen haben nun ergeben, daß, da die Aufarbeitung des angebotenen Gases
von den verschiedensten Bedingungen, wie Belastung der Kontaktöfen, Kontaktalter,
Temperaturlage usw., abhängt, das Zahlenverhältnis der in den verschiedenen Stufen
arbeitenden Kontaktöfen nicht ein für allemal festliegt, sondern daß zur Erzielung
der maximalen Ausbeuten die Aufteilung der Kontaktöfen auf die einzelnen Stufen
den jeweiligen Bedingungen angepaßt werden muß. Dabei ist nun gefunden worden, daß
die Höchstausbeuten an flüssigen und festen Kohlenwasserstoffen bei der stufenweisen
Durchführung der Synthese aus Kohlenoxyd und Wasserstoff dann erhalten werden, wenn
für alle Stufen die wirksame Verweilzeit, d. h. das Produkt aus der Konzentration
des in einer Stufe umzusetzenden Gases an Kohlenoxyd und Wasserstoff und der Verweilzeit
des Gases in dieser Stufe, gleichgehalten wird.
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Um diese Forderung zu erfüllen, muß die Anzahl der Kontaktöfen bzw.
die Kontaktmenge in den einzelnen Stufen der Betriebsbedingungen der Öfen in den
Stufen angepaßt werden. Dies erfolgt in erster Linie durch Änderung der Anzahl der
Kontaktöfen in den einzelnen Stufen, wodurch je nach der Anzahl der zur Verfügung
stehenden Kontaktöfen eine mehr oder weniger grobe Annäherung an die optimalen Arbeitsbedingungen
erreicht wird, während durch die Einstellung der Arbeitsbedingungen in den einzelnen
Stufen die Feineinstellung erzielt werden kann.
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Erhöht sich z. B. während des Betriebes die zur Verfügung stehende
Gasmenge, so wird in der ersten Stufe die Strömungsgeschwindigkeit höher, die wirksame
Verweilzeit also kleiner. Da bei der höheren Strömungsgeschwindigkeit der prozentuale
Umsatz in der ersten Stufe etwas zurückgeht, so erhält nunmehr die zweite Stufe
zwar mehr Restgas als bei kleinerer Belastung, so daß dadurch die wirksame Verweilzeit
zurückgeht, gleichzeitig steigt aber die Konzentration des in die zweite Stufe gelangenden
Restgases an CO und H2 infolge des unvollständigen Umsatzes in der ersten Stufe
an, so daß bei steigender Gasbelastung das Produkt aus Verweilzeit und Konzentration
an C O + H2 in der zweiten Stufe weniger stark als in der ersten Stufe absinkt.
Erfindungsgemäß werden nun die Betriebsbedingungen so geändert, daß auch für die
erhöhte Gasbelastung das Produkt aus Verweilzeit und Konzentration an CO+H2 in beiden
Stufen gleich wird. Dazu werden nun z. B. ein oder mehrere Öfen der zweiten Stufe
in die erste verlegt, denn dadurch steigt die Verweilzeit des Gases in der ersten
Stufe an, während sie ' und auch die Konzentration des Gases an CO +H2 in
der zweiten fällt, so daß die durch die Gasmengensteigerung hervorgerufene Ungleichheit
der Produkte aus Verweilzeit und Konzentration an CO+H2 in den Stufen beseitigt
wird. Bei sinkender Gasbelastung ist entsprechend umgekehrt zu verfahren.
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Ist die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Öfen so klein,
daß durch die Herausnahme von Öfen aus der zweiten Stufe und Einfügung in die erste
die erstrebte Gleichheit der wirksamen Verweilzeiten nicht genügend genau erzielt
werden kann, so kann z. B. durch Änderung der Temperatur in der ersten Stufe die
gewünschte Anpassung erreicht werden. Eine Erhöhung der Temperatur in der ersten
Stufe bewirkt, ohne die nutzbare Verweilzeit in dieser Stufe zu ändern, erhöhten
Umsatz, wodurch die Konzentration des' in die zweite Stufe gelangenden Restgases
an CO+H2 in dieser Stufe und damit die wirksame Verweilzeit erniedrigt wird.
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Analog der Gasmengenänderung wirkt sich die Änderung der Kontaktofenzahl,
wie sie im praktischen Betrieb durch die Herausnahme verbrauchter oder Einschaltung
mit frischem Kontakt beschickter Öfen häufig vorkommt, aus; auch in diesen Fällen
muß die Verteilung der Öfen auf die einzelnen Stufen in der erfindungsgemäßen Weise
neu vorgenommen werden.
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Wird in einer oder mehreren Stufen unter Rückführung von Restgas gearbeitet,
so kann auch durch die Menge des zurückgeführten Gases sowohl die Verweilzeit als
auch die Konzentration des Gases an C 0+H2 geändert und somit die erforderliche
Anpassung der wirksamen Verweilzeiten vorgenommen werden.
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Als Konzentration des Gases an CO+H2 wird zweckmäßig die am Stufeneingang
gemessene zugrunde gelegt. An sich könnte man auch die z. B. in der Mitte der Kontaktöfen
vorhandene Konzentration zugrunde legen, sofern nur die Meßstellen für alle Stufen
gleich gewählt sind; doch wird man wegen der bequemen Bestimmungsmöglichkeit meist
die erstgenannte Definition zugrunde legen. Wenn das im Gas vorhandene Verhältnis
von H.: C O stark von dem abweicht, in dem diese Gase vom Kontakt verbraucht werden,
so muß dies berücksichtigt werden, indem der über das Verbrauchsverhältnis hinausgehende
Überschuß an einer Gasart bei der Konzentrationsberechnung unberücksichtigt bleibt.
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Die Verweilzeit ist in üblicher Weise definiert als der Quotient aus
dem Volumen des leeren Kontaktofens und der Gasbeaufschlagung in m3/h.
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Als Beispiel für die Abhängigkeit der Ausbeute von der Verteilung
der Kontaktöfen auf die einzelnen Stufen sei mitgeteilt, daß bei einer zweistufig
drucklos gefahrenen Anlage mit mehreren hundert Kontaktöfen bei einem bestimmten
Betriebszustand das Verhältnis der Gesamtofenzahl zu der Zahl der Öfen der ersten
Stufe, bei dem die wirksame Verweilzeit für beide Stufen gleich war, bei etwa 1,7
lag. Hierbei betrug die Ausbeute an festen und flüssigen Kohlenwasserstoffen einschließlich
C, etwa 140 g/Nm3 CO -{- H2. Als aus betrieblich bedingten Gründen das Verhältnis
von Gesamtöfen zu Öfen erster Stufe auf etwa I,4 erniedrigt werden mußte, ging die
Ausbeute auf unter 135 g/Nm3 CO -f- 2 H2 zurück, um bei Wiederherstellung
des erfindungsgemäßen Verhältnisses wieder anzusteigen.