DE1001801B

DE1001801B - Verfahren und Vorrichtung zum Umformen fluessiger Kohlenwasserstoffe, wie Teeroele oder Erdoel, auf thermischem Wege in Gase

Info

Publication number: DE1001801B
Application number: DED15246A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Otto Hemmann
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1953-06-12
Filing date: 1953-06-12
Publication date: 1957-01-31

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Umformen flüssiger Kohlenwasserstoffe, wie Teeröle oder Erdöl, auf thermischem Wege in Gase Die Erfindung betrifft die Umformung von flüssigen Kohlenwasserstoff en, einzeln oder in Gemischen, z. B. Teeröle, Erdöl u. dgl., auf thermischem Wege in Gase, die dabei Kohlenwasserstoffe in größerer oder geringerer Menge enthalten können oder frei von Kohlenwasserstoffen sind.
Es ist bekannt, flüssige Kohlenwasserstoffe in Gase umzuformen, indem man sie in feiner Verteilung in erhitzten Räumen mit erhitztem Wasserdampf zusammenbringt.
Nach der vorliegenden Erfindung geschieht die Umformung von flüssigen, Kohlenwasserstoffen auf thermischem Wege dadurch, daß man diese in feiner Verteilung in einen heißen Strom der aus den Kohlenwasserstoffen durch die Umformung gebildeten Gase bringt, heißen Wasserdampf zugibt und das Gemisch durch ein hocherhitztes Gitterwerk aus keramischen Baustoffen hindurchführt.
Die flüssigen Kohlenwasserstoffe werden mittels Sprühdüsen in den, Gasstrom eingeführt. Dieser ist ein Teilstrom der bei der-Umformung der Kohlenwasserstoffdämpfe im Gitterwerk gebildeten Gase. Er wird mittels Anwendung einer Injektorwirkung des zuzusetzenden Wasserdampfes von dem Hauptstrom der im mit dem Gitterwerk besetzten Reaktionsraum gebildeten Gase abgezweigt, ist also bei der Einführung der flüssigen Kohlenwasserstoffe bereits mit Wasserdampf gemischt. Das etwa 800° heiße Gemisch - gebildete Gase, Wasserdampf und infolge der Erhitzung in Dampfform vorliegende Kohlenwasserstoffe -wird durch ein. hocherhitztes Gitterwerk geleitet, in dem dann bei der vorhandenen, über 1000° hohen Reaktionstemperatur durch Reaktion insbesondere des Wasserstoffes aus dem Dampf mit den. Kohlenwasserstoffen die Umformung letzterer in stabile Gase, C O und H2, erfolgt.
Die flüssigen Kohlenwasserstoffe werden bei der Einführung in den, heißen Gasstrom verdampft, kommen daher in einer für die Umwandlung günstigen Zustandsform zur Reaktion. Dieser Dampfstrom der Kohlenwasserstoffe ist außerdem infolge der Durchdringung mit den Gasen und dem Wasserdampf aufgelockert, so daß bei der Bildung des Wasserstoffes aus dem Wasserdampf ersterer leichter an die Kohlenwasserstoffteilchen herankommen kann. Die Umwandlung geschieht rascher, und es können größere Mengen Kohlenwasserstoffe umgeformt werden.
Nach dem Verfahren der Erfindung wurde z. B. Erdöl in ein Gas folgender Zusammensetzung umgewandelt: 59,5'% H2, 34% CO, 3% N2, 1,51/o CO2, 1,3 % H2 S, 0,7°/o C H4. Der Anteil an festem Kohlenstoff betrug 2 g/ms.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird noch ein. zweiter Teilstrom der im Reaktionsraum gebildeten Gase wieder in den Reaktionsraum zurückgeführt. Nach dem Abziehen. des für die Zuführung der flüssigem Kohlenwasserstoffe bestimmten Teilstromes wird der übrigbleibende Hauptstrom der im Reaktionsraum gebildeten Gase durch einen Wärmeaustauscher, zweckmäßig ein Gitterwerk, geleitet. Die abgegebene Wärme dient zur Erhitzung der Luft für die Aufheizung des Gitterwerkes im Reaktionsraum. Dem abgekühlten Hauptgasstrom kann dann noch weiter, z. B. in Rekuperatoren bzw. Abhitzekessel, Wärme entzogen werden, die auf dem Wege des Wärmeaustausches mit Stoffen, die zur Reaktionsdurchführung dienen, dem Gesamtumformungsvorgang nutzen. Von diesem Hauptstrom wird nun ein Teilstrom abgezweigt, der nach Durchlauf eines Erhitzers mit dem in den Reaktionsraum ziehenden, die Kohlenwasserstoffe tragenden Gas-Dampf-Gemisch vermengt wird. Dieser Gasstrom läßt eine etwa weitere erforderliche Auflockerung des Kohlenwasserstoffdampfstromes erreichen und eine Abstimmung der Temperatur des in den heißen Reaktionsraum eintretenden, Gas-Dampf-Gernisches herbeiführen.
Die Rückführung der zwei Teilströme des im Reaktionsraum gebildeten Gases hat außer der Schaffung günstiger thermischer Voraussetzungen für den Vorgang der Umformung noch den Vorteil, daß der Koblenwasserstoffpartialdruck während der Gasbildung herabgesetzt, der Wasserstoffpartialdruck dagegen erhöht wird, wodurch eine starke Aktivierung des Umformungsvorganges eintritt.
Das Aufheizen. des Gitterwerkes im Reaktionsraum geschieht abwechselnd mit der Gasbildung in aufeinanderfolgenden Zeitspannen. Hierzu dienen zweckmäßig Öl- oder Gasbrenner, die mit durch die Abwärme der gebildeten Gase vorgewärmter Luft einen heißen Gasstrom erzeugen, der das aufzuheizende Gitterwerk im Reaktionsraum durchströmt. Hierbei wird ein Luftüberschuß gegeben, so daß der noch in den heißen Heizgasen. enthaltene Sauerstoff mit dem etwa im Gitterwerk während der Gasbildungszeit in Form von Ruß angefallenen und die Gitterwerkssteine bedeckenden Kohlenstoff verbrennen kann. Die dadurch gewonnene Wärme nimmt das Gitterwerk im Reaktionsraum bzw. das nachgeschaltete Gitterwerk für die Erhitzung des zweiten Teilstromes der rückgeführten Gase auf. So tritt kein Verlust durch im Reaktionsraum ausgeschiedenen Kohlenstoff ein. Von wesentlicher Bedeutung ist, daß die Durchleitung des Gas-Kohlenwasserstoffdämpfe-Wasserdampf-Gemisches durch das Gitterwerk im Gegenstrom zu der Richtung der das Gitterwerk durchziehenden Heizgase erfolgt. Alle an der Reaktion beteiligten Stoffe können sich beim Durchgang von der Einführungstemperatur von 800 bis 900° bis auf eine Endtemperatur von etwa bis 1400° erhitzten, wodurch die erforderlicheReaktionstemperatur nicht nur immervorhanden bleibt, sondern der Temperaturanstieg eine volle Umformung der Kohlenwasserstoffe gewährleistet. Andererseits verhindert die Beimischung der Kahlen, wasserstoffe zu dem mäßig hocherhitzten Gas ein Kracken der Kohlenwasserstoffe an den Einführungsstellen, wodurch eine Betriebssicherheit des Vorganges gegeben ist.
In je feinerer Verteilung die flüssigen Kohlen, wasserstoffe, d. h. das 01, den Gasen zugemischt wird, desto besser ist die Auflockerung des Dämpfestromes der Kohlenwasserstoffe und seine Verteilung im Gasstrom. Vorteilhaft erweisen sich eine große Anzahl Düsen mit feinen Öffnungen, wenn auch dabei ein hoher Druck von mehreren atü angewendet werden muß.
Außer Wasserdampf oder neben Wasserdampf können auch andere Reaktionsstoffe, z. B. Kohlensäure, Sauerstoff, benutzt werden.
In der Zeichnung sind das Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 die Aufheizperiode eines Reaktionsraumes, Fig. 2 die Gasbildungsperiode.
Die Vorrichtung besteht im wesentlichen. aus zwei miteinander durch einen Kanal 1 verbundene, mit Gitterwerken 2 und 3 ausgestattete Apparate 4 und 5, von denen 4 zur Durchführung der Reaktionen und 5 zur Erhitzung der Verbrennungsstoffe für die Heizgase dient, die das Gitterwerk 2 auf die erforderliche Reaktionstemperatur aufheizen.
Während der Aufheizperiode strömt Luft, die durch einen Vorerhitzer 6 laufen kann, durch die Leitung 7 zum Apparat 5. Die Luft tritt durch den Stutzen 8 ein und durchströmt das während der Gasbildungsperiode erhitzte Gitterwerk 3. Die am oberen Ende dieses Gitterwerkes austretende Luft verbrennt das durch den Ölbrenner 10 eingespritzte Öl. Die Verbrennungsgase ziehen durch den Kanal 1, in dem noch Luftzusatz durch die Einlässe 11 und 12 gegeben werden kann. Weiter noch angeordnete Ölbrenner 13, 14 geben mehr und heißere Verbrennungsgase, die zu dem Reaktionsraum 15 strömen, in dem das Gitterwerk 2 aus keramischem Baustoff steht. Dieses wird von den Verbrennungsgasen durchströmt, wodurch das Gitterwerk hocherhitzt, dagegen die Verbrennungsgase abgekühlt werden. Nach dem Austritt aus dem Gitterwerk 2 ziehen die Verbrennungsgase (Heizgase) durch einen Raum 16 in ein nachgeschaltetes Gitterwerk 17, nach dessen Durchlauf sie durch einen Sammelraum 18 und Sammelkanäle 19 ziehen, von wo aus sie durch den Ausgangsstutzen 20, gegebenenfalls noch durch den Luftv orerhitzer 6, hindurch abgeführt werden. Ein Teilstrom der Heizgase wird aus dem Raum 16 über die Kanäle 21 in. den Verbindungskanal 22 zum Apparat 5 gebracht, wo er über dem Gitterwerk 3 in den aus diesem aufsteigenden Luftstrom bei 23 mündet. Das Absaugen des Teilstromes der Heizgase geschieht durch die Treibdüse 24 mittels bei 25 eingeführten Treibdampfes.
Nach erfolgter Aufheizung des Gitterwerkes 2 ist dieses reif zur Gaserzeugung. Das Gitterwerk 3 ist abgekühlt. Das Gitterwerk 17 ist heiß.
Während der nun einsetzenden Gasbildungsperiode wird in den Verbindungskanal 22 durch die Dampfdüse 9 Heißdampf eingeblasen. Gleichzeitig wird durch die Öldüsen 26, 27 der umzuwandelnde flüssige Kohlenwasserstoff (Öl) in feinen, Strahlen in den Dampfstrom eingespritzt. Durch die Treibdüse 24 wird aber mittels des aus 9 zuströmenden Dampfes aus den Kohlenwasserstoffen im Reaktionsgitterwerk gebildetes Gas, das durch den Kanal 1 aus dem Apparat 4 zum Apparat 5 geführt wurde, angesaugt und im Kanal 22 weiter zu den Kanälen 21 befördert. Hier wird durch die Öldüsen 28, 29 weiteres Öl = flüssiger Kohlenwasserstoff eingespritzt. Das nun vorhandene Öldampf - Wasserdampf - Gas - Gemisch strömt aus den Kanälen 21 in den Raum 16 und von da in das Gitterwerk 2, wo die Gasbildung erfolgt. Nach Durchzug durch das Gitterwerk 2 ziehen die nun gebildeten neuen Gase zusammen mit dem bereits zugeführten Gas durch den Kanal 1 in den Apparat 5, wo- sie das Gitterwerk 3 durchströmen, hier Wärme abgebend für die Erhitzung der Verbrennungsstoffe für die Heizgase. Bei 8 ziehen die Gase ab. Ihre Wärme kann gegebenenfalls noch weiter ausgenutzt werden, z. B. in einem Abhitzekessel 30. Die Gase werden durch die Leitung 31 mit Gebläse 32 abgesaugt und ihrem Verwendungszweck durch Leitung 33 zugeführt. Ein Teil davon wird jedoch nochmals abgezweigt und durch Leitung 34 in den Regenerator 17 geführt, nach dessen Durchlauf diese Gasmenge im Raum 16 mit den der Reaktionskammer 2 zufließenden Stoffen vermischt wird und somit durch den Reaktionsraum 2 hindurchströmt.
Ist die Reaktionstemperatur im Gitterwerk 2 so stark gesunken, daß keine volle Reaktion mehr gewährleistet ist, so wird die Gasbildungsperiode beendet, und es beginnt wieder die Aufheizperiode.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Umformen flüssiger Kohlenwasserstoffe, wie Teeröle oder Erdöl, auf thermischem Wege unter Wasserdampfzusatz in Gase, dadurch gekennzeichnet, daß die umzuformenden flüssigen Kohlenwasserstoffe mit heißem, im Reaktionsraum gebildetem und mit Wasserdampf beladenem Gas vermischt werden und das Gemisch durch ein in einem Reaktionsraum stehendes hocherhitztes Gitterwerk geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoff-Gas-Dampf-Gemisch in den kühleren Teil des Gitterwerkes eingeführt wird und es das Gitterwerk zum heißeren Teil hin durchströmt. 3. Verfahren, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Einführung der Kohlenwasserstoffe in das Gitterwerk des Reaktionsraumes dienende, im Reaktionsraum gebildete Gas durch Injektorwirkung gespannten Dampfes nach Verlassen des Reaktionsraumes angesaugt und, zum Reaktionsraum befördert wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom der im Reaktionsraum gebildeten Gase ohne Beimengung anderer Stoffe dem in dem Reaktionsraum einzuführenden, dort in Reaktion tretenden Stoffgemisch, zweckmäßig vor Eintritt desselben in den Reaktionsraum, zugesetzt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Aufheizen des Gitterwerkes des Reaktionsraumes dienenden. Heizgase einen Luft- bzw. Sauerstoffanteil besitzen, der ausreicht, den im Gitterwerk während der Gasbildung ausgefällten Ruß beim Strömen des Heizgases durch das Gitterwerk zu verbrennen. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Heizgases nach Verlassen des Reaktionsraumgitterwerkes dem Strom der Heizstoffe, insbesondere der Luft, zugemischt wird. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des Heizgasteiles durch Injektorwirkung von gespanntem Dampf oder einem anderen, gasförmigen Mittel erfolgt. B. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum (15) mit dem Abführungskanal (1) der im Reaktionsraum gebildeten. Gase durch einen Kanal (22) verbunden ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbindungskanal (22) eine Dampfeinführung (9) und eine Einführung (26, 27) für flüssige Kohlenwasserstoffe angeordnet sind. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungskanal (22) eine Treibdüse (24) angeordnet ist, die zweiseitig mittels Dampfzufuhr betätigt werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 1428 311, 1892 534, 2 176 453; britische Patentschrift Nr. 242 741; U 1 l m a n n , Encyklopädie der technischen Chemie, 1951, Bd. 1, S. 789.