DE967747C

DE967747C - Device for splitting hydrocarbons

Info

Publication number: DE967747C
Application number: DEM28563A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Hiller; Dr Otto Hubmann; Dipl-Ing Ernst Kapp
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1955-10-23
Filing date: 1955-10-23
Publication date: 1957-12-12

Description

Vorrichtung zum Spalten von Kohlenwasserstoffen Bisher hat man Apparaturen zur katalytischen Spaltung von methanha,ltigen Gasen mit Luft, sauerstoffangereicherter Luft oder Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd so ausgebildet, daß der mit Katalysator gefüllte Reaktionsraum mit einer hochfeuerfesten Innenisolierung ausgekleidet wurde, während die aus Eisen bestehende Außenwand mit der freien Luft in Berührung stand. Die gleiche Vorrichtung ist auch für die katalytische Spaltung von Kohlen wasserstoffen, die höher als Methan sieden., oder Gemischen von Kohlenwasserstoffen mit anderen Gasen, wie sie z. B. im Erdgas, Krackgas, Raffineriegas, Syntheseendgas bzw. -kreislaufgas oder Kokereigas vorliegen, benutzt worden, sowohl wenn die Spaltung bis zu Wasserstoff und Kohlenoxyd oder bis zu diesen Endprodukten und Kohlenwasserstoffen, die einen niedrigeren Siedepunkt als die Ausgangskohlenwasserstoffe hatten, als auch nur teilweise durchgeführt wurde, wobei man z. B. Synthesegas oder ein anderes Gas mit einem bestimmten Heizwert und/oder einer bestimmten Zusammensetzung oder Kohlenwasserstoffe mit eiher gewünschten Kohlenstoffatomzahl oder einem gewünschten Bereich der Kohlenstoffatomzahl 'bzw. gleichzeitig mehrere dieser Stoffe herstellte. Bei Durchführung der gleichen Reaktionen unter Druck ergab sich die Schwierigkeit, daß Reaktionsgase bei geringsten Rissen oder sonstigen Fehlern in der Isolierung in die Innenisolierung und an die Außenwand gelangten. Dadurch entstanden Strömungswege, die am Katalysator vorbeiführten, wodurch Umsatz und Ausbeute verschlechtert wurden. Ferner wurde das Mauerwerk der Isolierung sehr ungleichmäßig erhitzt, so. daß Undichtigkeiten und andere Schädigungen seiner Festigkeit auftraten.Apparatus for splitting hydrocarbons Up to now, apparatus has been used for the catalytic splitting of methane-containing gases with air, enriched with oxygen Air or oxygen and possibly water vapor and / or carbon dioxide formed in such a way that the reaction chamber filled with catalyst has a highly refractory inner insulation was lined, while the iron outer wall with the open air was in contact. The same device is also used for catalytic cleavage of hydrocarbons that boil higher than methane, or mixtures of hydrocarbons with other gases such as B. in natural gas, cracked gas, refinery gas, synthetic end gas Recycle gas or coke oven gas have been used both when the cracking up to hydrogen and carbon oxide or up to these end products and hydrocarbons, which had a lower boiling point than the starting hydrocarbons than was also only partially carried out, z. B. synthesis gas or another Gas with a certain calorific value and / or a certain composition or hydrocarbons having a desired number of carbon atoms or a desired one Range of the number of carbon atoms or produced several of these substances at the same time. When carrying out the same reactions under pressure, the difficulty arose that reaction gases with the slightest cracks or other defects in the insulation got into the inner insulation and the outer wall. This created flow paths, which bypassed the catalyst, as a result of which conversion and yield were worsened. Furthermore, the masonry of the insulation was heated very unevenly, so. that leaks and other damage to its strength occurred.

Durch die Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden., daß der drucktragende Mantel des Behälters, in dem die Spaltung oder teilweise Spaltung der Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls in ihren Gemischen mit anderen Gasen, erfolgt, mit einem Wassermantel versehene ist.The invention avoids this disadvantage. That the pressure-bearing jacket of the container in which the split or partial split the hydrocarbons, possibly in their mixtures with other gases, takes place, is provided with a water jacket.

Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß die Wasserkühlung des hochfeuerfesten Mauerwerkes des Spaltreaktors eine Rußabschei-Jung aus den Reaktionsgasen. bewirkt, die durch Risse und Spalten im Mauerwerk strömen, wodurch unerwünschte Gaswege in der Isolierung gewissermaßen automatisch geschlossen werden.It has been shown, surprisingly, that the water cooling of the highly refractory masonry of the fission reactor a soot separator from the reaction gases. causes that flow through cracks and crevices in the masonry, creating undesirable Gas paths in the insulation are closed automatically, so to speak.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu erblicken, daß eine wesentliche Vereinfachung der Apparatur möglich wird. Der Wassermantel des hochfeuerfesten Mauerwerkes erlaubt es nämlich, einen Wärmeaustauscher, in dem Wärme von den aus dem Reaktor abströmemden Gasen an die dem Reaktor zuzuführenden Gase übertragen wird, unmittelbar an. den Reaktor anzuschließen, wozu der Flansch oder die sonstige Verbindung zwischen Reaktor und Wärmeaustauscher in, den Wassermantel gelegt und Reaktor und Wärmeaustauscher vorteilhaft koaxial angeordnet sein können.. Durch die unmittelbare Verbindung werden die bisher notwendigen Rohrleitungen und sonstigen zusätzlichen Kanäle für heiße Gase überflüssig.Another advantage of the invention can be seen in the fact that a substantial simplification of the apparatus becomes possible. The water jacket of the highly refractory Masonry allows a heat exchanger in which heat from the transferred from the reactor effluent gases to the gases to be supplied to the reactor will immediately. to connect the reactor, including the flange or the other Connection between reactor and heat exchanger in, the water jacket placed and Reactor and heat exchanger can advantageously be arranged coaxially the direct connection will be the previously necessary pipelines and others additional ducts for hot gases are unnecessary.

Der Wärmeaustauscher wird zweckmäßig als Gegenströmen ausgebildet und kann unterhalb oder oberhalb des Reaktionsbehälters angeordnet werden. Vorteilhaft wird der Wärmeaustauscher erfindungsgemäß so ausgeführt, daß die heißen: gespalteten Gase ein Bündel von senkrechten Rohren durchströmen. Diese sind in einem zylindrischen Behälter angeordnet, dessen Wand den Druck von z. B. io bis ioo atü aufnimmt, unter dem die Gase aus dem Reaktor abströmen. Dadurch @da:ß hierbei die aufzuheizenden Gase an der drucktragenden Wand des Wärmeaustauschers unmittelbar entlang geführt werden, wird die Sicherung dieser Wand gegen Überhitzungen noch wesentlich erhöht.The heat exchanger is expediently designed as a counterflow and can be arranged below or above the reaction vessel. Advantageous the heat exchanger is designed according to the invention so that the hot: split Gases flow through a bundle of vertical pipes. These are in a cylindrical shape Arranged container, the wall of which the pressure of z. B. io to ioo atü takes under from which the gases flow out of the reactor. As a result @da: ß here the to be heated Gases passed directly along the pressure-bearing wall of the heat exchanger the protection of this wall against overheating is increased significantly.

Der Wassermantel des Spaltbehälters kann. entweder mit geringerem oder auch mit höherem Druck als der Spaltbehälter selbst betrieben werden, wobei im letzteren. Falle der entstehende Dampf unmittelbar dem zu spaltenden Gas beigemischt werden kann; während bei niedrigerem Druck im Wassermantel in' an sich bekannter Weise das zu spaltende Gas zwecks Absättigung mit Wasserdampf mit aus dem Wassermantel abfließendem heißen Wasser berieselt wird.The water jacket of the split container can. either with lesser or can also be operated at a higher pressure than the gap container itself, whereby in the latter. In the case of the resulting steam mixed directly with the gas to be split can be; while at lower pressure in the water jacket in 'better known Remove the gas to be split from the water jacket to saturate it with water vapor running hot water is sprinkled.

Durch die Vorrichtung nach der Erfindung wird die Betriebssicherheit der Spaltung von Kohlenwasserstoffen unter erheblichen Drücken wesentlich erhöht.The device according to the invention increases operational safety the splitting of hydrocarbons under considerable pressures is significantly increased.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung im senkrechten Schnitt schematisch und beispielsweise dargestellt. Der Katalysator ist in dem Reaktor 9 untergebracht, dessen Wandung i aus Stahl od. dgl. mit der feuerfesten Isolierung 2, z. B. Schamotte, Tonerde, Kieselsäure, ausgekleidet ist. Der Reaktor liegt innerhalb des Wasserraumes 3, dessen drucktragende Wand 4 mit dem Zufluß i i und dem Abfluß 12 für das Kühlmittel ausgestattet ist. An die untere Öffnung des Reaktors ist mittels Flansch 13 der Wärmeaustauscher angeschlossen, der aus den Röhren 14 und dem Mantel 5 besteht. Durch die Röhren 14 des Wärmeaustauschers und die Ableitung io strömen die Gase aus dem Reaktionsraum 9 ab.A device according to the invention is in the drawing in the vertical Section shown schematically and for example. The catalyst is in the reactor 9 housed, the wall i of steel or the like. With the refractory insulation 2, e.g. B. chamotte, clay, silica, is lined. The reactor is inside of the water space 3, the pressure-bearing wall 4 of which with the inflow i i and the outflow 12 is equipped for the coolant. At the lower opening of the reactor is means Flange 13 of the heat exchanger connected, which consists of the tubes 14 and the jacket 5 consists. Flow through the tubes 14 of the heat exchanger and the discharge line io the gases from the reaction chamber 9 from.

Die zu spaltenden Kohlenwasserstoffe oder das Gas, das die zu spaltenden Kohleriwasserstoffe enthält, gelangt durch die Leitung 6 in den Wärmeaustauscher, strömt um die Röhren des Wärmeaustauschers und wird erhitzt durch die Leitung 7 aus dem oberen Teil des Wärmeaustauschers dem oberen Teil des Reaktors zugeführt. Unterwegs werden ihm aus der Leitung-8 die für die Spaltung notwendigen Reagenzien, wie Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlendioxyd, beigemischt. Das Gemisch strömt durch den Katalysator abwärts und verläßt nach der Spaltung den Reaktor, aus dem es durch den Wärmeaustauscher abströmt.The hydrocarbons to be cleaved or the gas containing the ones to be cleaved Contains carbonic hydrogen, passes through line 6 into the heat exchanger, flows around the tubes of the heat exchanger and is heated through line 7 fed from the top of the heat exchanger to the top of the reactor. On the way he gets the reagents necessary for the cleavage from the line-8, such as oxygen, water vapor, carbon dioxide, added. The mixture flows through the catalyst descends and, after the cleavage, leaves the reactor from which it passes flows off the heat exchanger.

Der Reaktor arbeitet mit guter. Ausbeute und hoher Leistung, und es hat sich gezeigt, daß seine Isolierung zuverlässig dicht bleibt und vorzeitige Zerstörungen derselben nicht mehr auftreten.The reactor works with good. Yield and high performance, and it it has been shown that its insulation remains reliably tight and prevents premature destruction same no longer occur.

Claims

PATENT APPLICATION; E: i. Device for splitting hydrocarbons, especially lower hydrocarbons, such as methane, ethane or their homologues, which can also be mixed with other gases, or to some extent. Division of such Hydrocarbons with oxygen and water vapor and / or carbon dioxide among, several Atmospheric pressure by means of catalysts in a brick-lined reaction vessel, characterized in that for the deposition of soot in. The pores and gas paths of the Lining shaft the pressure-bearing jacket of the tank with a water jacket is provided.

2. Apparatus according to claim i, characterized in that the Split container in the vertical axis for a heat exchanger Heating up the gases to be cracked are directly connected by the fission gases withdrawn, z. B. is flanged, with the connection flange or the like are arranged within the cooling jacket of the reaction vessel.

3. Apparatus according to claim z or 2, characterized in that the heat exchanger is equipped with vertical tubes through which hot cracked gas flows and a pressure-bearing jacket which flows around the tubes and contains the gas to be heated. Considered publications: German Patent Specifications No. 847 048, 899 542; Industrial and Engineering Chemistry, 1948, p. 568, Fig. G.