PL17805B1 - Sposób wytwarzania bogatszych w wegiel weglowodorów z metanu do wykonywania tego sposobu. - Google Patents

Description

Otrzymywanie weglowodorów bogat¬ szych w wegiel przez ogrzewanie meta¬ nu jest znane. W tym celu przeprowadzano metan ogrzewanemi z zewnatrz rurami, w razie potrzeby pod zwiekszonem cisnie¬ niem, oraz stosowano katalizatory, a takze zwiekszano szybkosc przeplywu metanu.Jednakze wszystkie dotychczas stosowane metody nie prowadzily do ekonomicznego wytwarzania weglowodorów bogatszych w wegiel, a zwlaszcza weglowodorów pier¬ scieniowych. Stwierdzono równiez wielo¬ krotnie, ze metan w temperaturze powyzej czerwonego zaru rozpadal sie na wegiel i wodór.Obecnie okazalo sie, ze mozna zapobiec rozpadowi metanu na pierwiastki nawet w temperaturach powyzej 1000°C i otrzymy¬ wac przewaznie weglowodory aromatycz¬ ne, jezeli czas ogrzewania metanu znacznie ograniczyc. Nalezy przytem unikac stoso¬ wania katalizatorów, sprzyjajacych wydzie¬ laniu sie wegla, a wiec zelaza, niklu, ko¬ baltu, które moga tworzyc wegliki. Stoso¬ wanie katalizatorów okazalo sie naogól niekonieczne. Istotne znaczenie przy wyko-naniu sposobu wedlug wynalazku ma ogrza¬ nie metanu Lub mieszaniny gazowej, za¬ wierajacej 'meian, *do temperatury, w któ¬ rej czasteczka metanu zaczyna sie rozkla¬ dac, przyczem jednak rozklad ten powi¬ nien trwac mozliwie krótko, zeby atomy wodoru nie zdazyly sie calkowicie odlaczyc od atomu weglowego. Stwierdzono, ze dla otrzymania praktycznie dosc duzej wydaj¬ nosci weglowodorów nienasyconych i aro¬ matycznych ogrzewanie powyzej 1000°C nie powinno trwac dluzej miz sekunde. Im krócej trwa ogrzewanie, tern lepsza otrzy¬ muje sie wydajnosc. Jezeli ogrzewanie trwa krócej niz sekunde, to przy tempera¬ turze 1000°C lub wyzej wolny wegiel pra¬ wie sie nie wydziela. Natomiast w tempe¬ raturach znacznie nizszych od 1000°C wy¬ dajnosci, zwlaszcza weglowodorów aroma¬ tycznych, sa równiez male.W praktyce sposób wedlug wynalazku mozna, naprzyklad wykonac, jak nastepu¬ je- Metan prowadzi sie przez waskie rurki, np. o przekroju 3 — 5 mm, w temperatu¬ rze 1000° — 1100°C z taka szybkoscia, ze¬ by ogrzewanie go do tak wysokiej tempe¬ ratury trwalo tylko 1/5 — Ygo sekundy.Wtedy przy wylotach z rurek zjawiaja sie geste biale lub zóltawo bronzowe mgly, z których z latwoscia mozna wydzielic ben¬ zen i wyzej wrzace weglowodory aroma¬ tyczne. Po jednokrotnem przepuszczeniu gazów przez rurki przetiwarza sie na we¬ glowodory aromatyczne 10 — 20% metanu.Wolny wegiel nie wydziela sie przytem prawie zupelnie; przeprowadzony metan niecalkowicie ulega rozkladowi, natomiast tworzy sie obok niewielkich ilosci nienasy¬ conych gazowych weglowodorów równiez wolny wodór. Otrzymana w ten sposób, ja¬ ko produkt uboczny, mieszanine metanu i wodoru mozna jeszcze kilkakrotnie podda¬ wac temu samemu procesowi przemiany.Przy prowadzeniu procesu na wieksza skale, przepuszczajac metan przez ogrzana do 1100°C rure o srednicy 16 mm i dlugo¬ sci ogrzewanej czesci równej 100 mm, z szybkoscia 60 — 70 1 na godzine, otrzymy¬ wano, obok oleju lekkiego, zawierajacego glównie benzen, mniejsze ilosci /weglowo¬ dorów nienasyconych, jak równiez toluenu, ksylenu i naftalenu, wzglednie rzadka smo¬ le, prawie bez zawartosci wolnego wegla, z której zapomoca destylacji udalo sie wy¬ osobnic naftalen, olej zólto-bronzowy z zie¬ lona fluorescencja oraz stale weglowodory pierscieniowe, zwlaszcza antracen i fenan- tren.W temperaturze znacznie powyzej 1200°C, stosujac czysty metan, przy znacz¬ nej nawet szybkosci jego przeplywu (do 70 1 na godz.) otrzymuje sie duze ilosci we¬ gla. Jezeli jednak rozcienczyc metan gaza¬ mi obojetnemi, wówczas temperature moz¬ na znacznie podniesc.Okolicznosc, iz metan lub mieszanine metanu z gazami nalezy ogrzewac do tem¬ peratur, lezacych powyzej czerwonego za¬ ru, przyczem nigdy nie mozna osiagnac na¬ wet w przyblizeniu przemiany ilosciowej, doprowadzila do koniecznosci ogrzewania metanu w aparacie, umozliwiajacym jak¬ najiwieksze wykorzystanie zastosowanego ciepla. Osiaga sie to, pracujac sposobem odzyskowym.Na zalaczonym rysunku wyobrazono przyklad urzadzenia odzyskowego, nadaja¬ cego sie do wykonania niniejszego sposobu.Fig. 1 wyobraza przekrój podluzny, fig. 2 — przekrój poprzeczny wzdluz linji 1 — 1 fig. 1, zas fig. 3 — jedna z plyt, sto¬ sowanych do wypelniania wiezy.Na rysunkach tych litera a oznaczono piec, wykonany z materjalu ogniotrwalego i uszczelniony plaszczem blaszanym c.Piec ten wylozony jest (obmurowany) ma- terjalem d, ulatwiajacym rozszczepianie metanu, utrudniajacym natomiast wydzie¬ lanie sie wolnego wegla. Dlatego tez nie mozna do budowy pieca stosowac zelaza, niklu ani kobaltu, ani tez materialów, za-wierajacych duze ilosci tych metali, Odpo¬ wiednim materjalem na obmurowanie jest mozliwie ubogi w zelazo kwas krzemowy w postaci cegiel krzemionkowych lub zelu krzemionkowego.W szybie pieca, jako wypeltaienie, u- mieszczone sa jedna nad druga plyty e, za¬ opatrzone w dowolna ilosc otwordw prze¬ lotowych / dla gazów. Plyty te wykonane sa z takiego samego lub tak samo dzialajace¬ go materjalu, jak i obmurowanie d pieca.W górnym koncu pieca znajduje sie boczna rura doprowadzajaca g, zas górny otwór h pieca, z którego moga uchodzic gazy odlotowe, zakrywa sie pokrywa i, za¬ mykana lub otwierana zapomoca dzwigni k lub w inny sposób.W srodku dlugosci pieca pod zweze¬ niem / umieszczone sa stycznie kanaly m, doprowadzajace gaz grzejny. W dolnym koncu pieca znajduje sie kanal n, komuni¬ kujacy sie z jednej stroiny z rura o, dopro¬ wadzajaca powietrze, z drugiej zas — z rura p, odprowadzajaca przerobiona mie¬ szanine reakcyjna.Przy zastosowaniu tego urzadzenia piec ogrzewa sie najpierw przez spalanie gazu albo przez wdmuchiwanie dowolnych ga¬ zów spalinowych. Gaz, przeznaczony do spalania w piecu, np. gaz generatorowy, wdmuchuje sie do srodka pieca przez rury m, przyczem jednoczesnie przez przewód o i kanal n w dolnym koncu doprowadza sie powietrze do spalania. Cieplo gazów, u- chodzacych z otworu h, zatrzymuje sie w zasobniku.Po pewnym czasie przerywa sie prze¬ dmuchiwanie goracych gazów (bieg gora¬ cy pieca) od dolu do góry, natomiast przez kanal g, polozony w górnym koncu pieca, wprowadza sie metan lub gaz, zawierajacy metan, który plynie przez piec zgóry na- dól. Gaz ten ogrzewa sie cieplem, pocho- dzacem od obmurowania d i plyt wypel¬ niajacych e pieca, az wreszcie dochodzi do strefy / o najwyzszej temperaturze, gdzie wystepuje jego rozklad w pozadanym kierunku. Prowadzenie gazów, zawieraja¬ cych metan, trwa dopóty, az piec ostygnie.Cieplo mieszaniny reakcyjnej, uchodzacej w dolnym koncu pieca przez kanal n oraz przewód p i prowadzonej nastepnie przez urzadzenia zbierajace i pochlaniajace, nie- przedstawione na rysunku, magazynuje sie, aby je móc calkowicie wyzyskac.Skoro piec ostygnie, nadaje sie piecowi znowu bieg goracy, t. j. spala sie w nim gaz lub wdmuchuje sie don gorace gazy, jak to opisano na poczatku, przyczem cie¬ plo, nagromadzone w czasie rozkladu, sto¬ suje sie do podgrzania powietrza, wzgled¬ nie gazu, przeiznaczionego do spalenia, albo tez do obu tych celów. W ten sposób pro¬ ces stale sie powtarza.Wazna rzecza jest mozliwie daleko po¬ suniete wyzyskanie ciepla. Prócz tego, ce¬ lem ekonomicznego przeprowadzenia spo¬ sobu wedlug wynalazku, nalezy dbac o to, by metan nie rozpadal sie na wegiel i wo¬ dór, zas rodniki, powstajace przez odszcze- pienie czesci atomów wodorowych, laczyly sie, tworzac weglowodory, bogatsze w we¬ giel. W tym celu nalezy uwazac, zeby ogrzewanie metanu w strefie najgoretszej trwalo niedluzej, niz sekunde, korzystniej jednak ulamek sekundy, przyczem czas ogrzewania metanu w temperaturze ponizej czerwonego zaru jest obojetny. Laczny czas trwania ogrzewania w strefie najgoret¬ szej zmienia sie zaleznie od wlasciwosci katalitycznych materjalu, uzytego na ob¬ murowanie, Wzglednie wypelnienie pieca.Poniewaz nagrzany piec podczas prze¬ plywu metanu lub gazów, zawierajacych metan, stopniowo stygnie, wiec korzystnem jest w miare spadania temperatury pieca stopniowo przedluzac czas ogrzewania, t. j. zmniejszac szybkosc przeplywu gazów.Stosuiiki ilosciowe produktów gazo¬ wych, cieklych i stalych, otrzymywanych w opisany sposób, mozna odpowiednio zmie¬ niac, zmieniajac warunki procesu. W celu — 3 —wydzielenia poszczególnych produktów mozna sie poslugiwac wezelkiemi odpo- wicdniemi metodami.Nieprzetworzona reszte metanu mozna dla dalszego wyzyskania prowadzic je* szcze kilkakrotnie przez aparature albo tez stosowac zamiast gazu swietlnego albo wo¬ doru, poniewaz (pozostalosc ta zawiera wo¬ dór. Mozna ja stosowac równiez do ogrze¬ wania aparatów.Wolny wodór, tworzacy sie jednocze¬ snie z wyzszemi weglowodorami, mozna znowu czesciowo lub calkowicie wiazac z weglem na metan, dodajac do uchodzacego gazu, oddzielonego od utworzonych wyz¬ szych weglowodorów, domieszke tlenku wegla, kwasu weglowego lub gazu wodne¬ go oraz stosujac ten wodór do katalitycz¬ nego uwodorniania tlenków wegla. Otrzy¬ many przytem przy pomocy katalizatora niklowego metan mozna znowu poddawac rozkladowi termicznemu w opisany sposób i t. d. Nastepnie przez stosowanie innych katalizatorów w odpowiednich warunkach mozna poprowadzic katalityczna synteze ropy naftowej, przyczem gaz, powstajacy ku koncowi tej syntezy i bogatszy w metan, bywa znowu poddawany rozkladowi ter¬ micznemu i i d. W ten sposób wykorzystu¬ je sie termiczny rozklad metanu do katali¬ tycznej syntezy ropy.Poniewaz przy opisanym termicznym rozkladzie metanu tworza sie weglowodo¬ ry nienasycone oraz aromatyczne, mozna gaz reakcyjny, zawierajacy wodór, zastoso¬ wac do uwodorniania weglowodorów aro¬ matycznych, przyczem wspomniany gaz re¬ akcyjny rtaje sie ubozszym w wodór, a za¬ tem jest stosunkowo bogatszy w metan, dzieki czemu wiecej sie nadaje do rozkladu termicznego.Jako surowiec do wykonania sposobu wedlug wynalazku stosuje sie czysty metan albo tez metan rozcienczony innemi gazami albo parami, np. gaz z koksowni, najodpo¬ wiedniejszy jednak jest metan czysty. Nie- szkodliwemi domieszkami sa wodór, azot, tlenek wegla; natomiast para wodna, kwas weglowy i kwas siarkowy obnizaja stopien mozliwosci wyzyskania metanu, poniewaz w wyzszych temperaturach reaguja z metanem w niepozadany sposób. Obecnosc weglowo¬ dorów, rózniacych sie od metanu, nie szko¬ dzi oczywiscie, poniewaz, jak wiadomo, we¬ glowodory te w wysokiej temperaturze roz¬ kladaja sie jeszcze latwiej niz metan na podobne skladniki.Sposób wedlug wynalazku mozna wyko¬ nywac pod zwyklem albo zmniejszonem ci¬ snieniem.Opisany materjal, wypelniajacy szyb pieca, moze byc równiez inaczej uksztalto¬ wany. Przedziurawione plyty moga lezec w piecu jedna na drugiej bez odstepów.Mozna jednoczesnie stosowac dwa lub wie¬ cej takich pieców, z których czesc rozgrze¬ wa sie, podczas gdy w drugiej czesci od¬ bywa sie rozklad metanu, i odwrotnie, dzidki czemu rozklad metanu Mb gazu, za* wierajacego met|an, mozna prowadzic w sposób ciagly. PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Sposób wytwarzania weglowodorów bogatszych w wegiel przez termiczny roz¬ klad metanu, znamienny tern, ze metan, wzglednie gaz, zawierajacy metan, ogrze¬ wa sie do temperatury 1000°C i wyzszej i utrzymuje w tej temperaturze najwyzej 1 sekunde.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tern, ze rozkladowi poddane zostaja ga¬ zy pochodzace z termicznego rozkladu, e- wentualnie po zwiekszeniu w nich zawarto¬ sci metanu, przyczem powiekszenie zawar¬ tosci metanu moze byc osiagniete albo przez dodatek nowych ilosci metanu, albo przez zamiane zawartego w gazach rozkladowych wodoru na metan (np. w znany sposób przez domieszke tlenków wegla albe zawie¬ rajacych je gazów, ewentualnie, przy pro- — 4 —wadzeniu znanej syntezy katalitycznej ole¬ ju skalnego), albo przez oddzielenie za¬ wartego wodoru srodkami fizycznemi albo chemicznemi (np. przez uzycie wodoru do uwodornienia w znany sposób powstalych przy pracy nienasyconych albo aromatycz¬ nych weglowodorów.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tern, ze ogrzewanie metanu, wzglednie gazów zawierajacych metan, odbywa sie okresowo na zmiane z rozgrzewaniem pie¬ ca zapomoca spalin lub gazowego paliwa.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 i 3, zna¬ mienny tern, ze szybkosc przeplywu meta¬ nu, wzglednie gazów zawierajacych metan, przez piec, ogrzany do temperatur wyz¬ szych od 1000°C, zmniejsza sie w miare ostygania pieca do temperatury 1000°C.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 1 — 3, zna¬ mienny tern, ze cieplo, pozostale w wycho¬ dzacym z pieca gazie reakcyjnym, zostaje w znany sposób wykorzystane do podgrza¬ nia gazu palnego, uzywanego do ogrzewa¬ nia pieca.
6. 6. Urzadzenie do wykonania sposobu wedlug zastrz, 1, znamienne tern, ze do wymurowania pieca, wzglednie jako cialo wypelniajace, stosowane sa takie substan¬ cje, które jaik kwas krzemowy, wzglednie kwarc, pomyslnie wplywaja na rozszcze¬ pienie metanu bez oddzielania wegla i sa wolne od zelaza, niklu i kobaltu. Franz Fischer. Helmut Pichler. Zastepca: Inz. M. Brokman, rzecznik patentowy.Do opisu patentowego Nr 17805. Druk L. Boguslawskiego i Ski, Warszawa. PL