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Syntheseofenanlage mit gemeinsamer Synthesegaszufuhr für die katalytische
Hydrierung von Kohlenoxyd Eine großtechnische Anlage für die katalytische Kohlenoxydhydrierung
umfaßt eine große Anzahl von Kontaktöfen. Diesen Ofen wird das frische Synthesegas
durch eine gemeinsame Leitung zugeführt. Das die Ofen verlassende Gas gelangt durch
eine Sammelleitung in die Kondensationsanlage, in der es nacheinander durch Wärmeaustauscher
und Kondensatoren geführt wird. In den Wärmeaustauschern wird das Gas in der Regel
auf etwa 100 bis 1200 gekühlt, um Paraffin, Ol und andere höher siedende Erzeugnisse
auszuscheiden. Darauf erfolgt in den Kondensatoren die Abtrennung weiterer teilmengen
und von Benzin od. dgl. durch Kühlung auf etwa 25 bis 300 Anschließend werden die
im Gas noch verbliebenen Benzine, niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe u. dgl.
insbesondere mittels Adsorbentien, wie Aktivkohle gewonnen. Ein Teil des Gases kann
dann als Kreislaufgas durch eine zweite Sammelleitung wieder auf die einzelnen Ofen
verteilt werden, nachdem es in den Wärmeaustauschern erwärmt worden ist, während
ein anderer Teil des Gases aus der Kondensationsanlage in eine zweite Synthesestufe
geht, die in der gleichen Weise wie die erste eingerichtet sein kann.
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Der zweiten Stufe kann noch eine dritte, analog arbeitende Stufe nachgeschaltet
sein, aus deren Kondensationsanlage das Restgas die Anlage verläßt.
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Wird ohne Kreislaufgas gearbeitet, so gelangt die ganze Gasmenge,
die die Kondensationsanlage einer vorgeschalteten Stufe verläßt, in die nachgeschaltete
Stufe.
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Die Anlagen können in der Weise vereinfacht werden, daß das Frischgas
dem aus der Kondensationsanlage kommenden Gas, insbesondere dem Kreislaufgas der
ersten Stufe beigemischt wird. Es erübrigt sich dann eine besondere Verteilungsleitung,
durch die Frischgas den Ofen zugeführt wird. Diese Schaltung erlaubt es jedoch nicht,
die einzelnen Kontaktöfen mit verschiedenen Synthesegasmengen zu beaufschlagen.
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Die Rohrleitungen, die in der Fischer-Tropsch-Synthese für die großen
Mengen des frisch zugeführten Synthesegases und des Kreislaufgases erforderlich
sind, das meist in der zwei- bis vierfachen Frischgasmenge angewendet wird, haben
bei den bekannten Anlagen große Längen und große Rohrdurchmesser von etwa 600 bis
1000 mm bei Gasdrücken von 20 at und mehr. Besondere Schwierigkeiten verursachen
dabei die Rohrleitungen, welche die aus den Syntheseöfen austretenden Gase und die
im Wärmeaustauscher erwärmten, in die Syntheseöfen zurückkehrenden Gase mit Temperaturen
bis zu 3000 führen. Für diese zwischen den einzelnen Syntheseöfen befindlichen Leitungen
werden zur Aufhebung der Wärmedehnung sehr teure Kompensatoren
elrforderlich, die
zum Schutz gegen Korrosionen meist in säurebeständigem Material auszuführen sind.
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Außerdem sind zahlreiche Armaturen notwendig, um die Verteilung des
Gases auf die einzelnen Ofen zu regeln.
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Der Betrieb der Anlage erfordert eine sorgfältige Überwachung. Schwierig
ist besonders die gleichmäßige Verteilung des Gases auf die einzelnen Ofen.
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Außerdem muß die Verteilung so eingerichtet sein, daß jeder Ofen abwechselnd
in die einzelnen Stufen geschaltet werden kann. Selbst durch Verwendung moderner
Ofen mit großer Leistung werden diese Schwierigkeiten nicht wesentlich vermindert.
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Durch die Erfindung gelingt es, sie in hohem Maße zu überwinden.
Die Erfindung besteht darin, daß bei Anlagen mit mehreren Hochleistungssyntheseöfen
zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen oder sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffderivaten
oder deren Gemischen durch katalytische Kohlenoxydhydrierung jedem einzelnen der
an eine gemeinsame Zufuhr des 5 ynthesegases angeschlossenen Ofen ein Wärmeaustauscher
und ein Gebläse zugeordnet sind, durch welche die aus dem Ofen austretenden Gase
gekühlt und wenigstens zum Teil in denselben Kontaktofen zurückgeleitet werden.
Der Wärmeaustauscher wird gegebenenfalLs mit einem Kondensator verbunden, wenn aus
den durch den Kontaktofen kreisenden Gasen die kondensierbaren Stoffe oder ein Teil
derselben ausgeschieden werden sollen. Beispielsweise wird das Frischgas auf die
verschiedenen Syntheseöfen in den erforderlichen Mengen verteilt und dem Kreislaufsystem
jeder Syntheseofengruppe zugeführt.
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Aus jedem Syntheseofen geht das Gas durch einen Wärmeaustauscher in
eine Kondensationsanlage, in
welcher die Reaktionsprodukte aus dem
Gas abgeschieden werden. Von der Kondensationsanlage wird ein Teil des Gases durch
ein Gebläse über den Wärmeaustauscher als Kreislaufgas in den Kontaktofen zurückgegeben.
Der andere Teil des aus der Kondensationsanlage kommenden Gases wird als Restgas
aus dem Kreislaufsystem jedes Ofens in eine Sammelleitung geleitet und über diese
abgeführt. Im Falle, daß die Synthese zweite oder mehrstufig ausgebildet ist, wird
das Gas aus dieser Sammelleitung als Synthesegas auf die Syntheseöfen der nachgeschalteten
(z. B. zweiten oder dritten) Synthesestufe verteilt.
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Außer der besseren Anpassung der Anlage an wechselnde Betrielbsbedingungen,
die durch die Erfindung erreicht wird und die die Synthese wesentlich wirtschaftlicher
gestaltet, wird durch die Erfindung eine längere Lebensdauer der Katalysatoren und
der Ofen erreicht.
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Das Synthesegas wird den einzelnen Ofen zweckmäßig auf der Saugseite
des Kreislaufgebläses nach der Ableitung des Restgases zugeführt. Durch diese Maßnahme
erzielt man eine Erhöhung des Synthesedruckes in der Anlage, die durch das Kreilslaufgebläse
bewirkt wird. Das hat den besonderen Vorteil, daß mit Erhöhung des Synthesedruckes
der Umsatz und die Ausbeute an höheren Kohlenwasserstoffen gesteigert werden.
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In der Fischer-Tropsch-Synthese empfiehlt es sich bekanntlich, die
Zusammensetzung des in die Syntheseöfen eintretenden Gases, insbesondere seine Konzentrationen
an Kohlenoxyd und Wasserstoff, der Art und dem Alter des Katalysators anzupassen.
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Die Erfindung wird dieser Forderung in weitestem Maße gerecht, und
erfüllt sie für jeden einzelnen Ofen, ohne daß umfangreiche Anlagen dafür benötigt
werden.
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Es genügen nämlich jetzt schon Leitungen, die was sers toffhaltiges
Konvertgas oder kohlenoxydreiches Gas zuführen, um jeden Kontaktofen durch Zumischung
von H,- oder CO-reichem Gas mit der gewünschten Gaszusammensetzung zu versorgen.
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Es ist auch mit einfachen Mitteln möglich, Restgas einer folgenden
Synthesestufe in einen oder mehrere Kontaktöfen einer vorhergehenden Stufe zurückzugeben,
z. B. von der zweiten in die erste oder einen Teil des die Syntheseanlage verlassenden
Endgases in eine der letzten Stufe vorgeschaltete Stufe. Erfindungsgemäß werden
dafür Anschlüsse vor dem Kreislaufgebläse der betreffenden Kontaktöfen vorgesehen.
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Bei der Fischer-Tropsch-Synthese werden die Katalysatoren vor dem
Ausfüllen aus den Kontaktöfen durch Extraktion mit einer Dieselöl und Benzinfraktion
von Paraffin befreit. Die Katalysatoren halten dabei Benzin zurück, das vor dem
Entleeren ausgetrieben wird. Dies kann erfindungsgemäß mit Hilfe der Kreislaufeinrichtungen
erfolgen, die an den Kontaktöfen gemäß dier Erfindung vorgesehen sind, etwa in der
Weise, daß Syntheserestgas oder Stickstoff mit dem Kreislaufgebläse durch den Syntheseofen
gefördert wird, wobei ein großer Teil des Benzins in der Kondensationseinrichtung
gewonnen wird.
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Die Reduktion des Katalysators kann außerhalb des Syntheseofens oder
in diesem durchgeführt werden. Die Reduktion im Kontaktofen kann nach der Erfindung
ohne zusätzliche Einrichtung erfolgen, wobei das Reduktionsgas mit dem Kreislaufgebläse
durch den Kontaktofen geführt wird. Als Reduktionsgas kann das Synthesegas Verwendung
finden, oder es wird ein kohlenoxydreiches Gas oder reiner Wasserstoff in einer
zusätzlichen Verteilleitung den einzelnen Ofensystemen zugeführt.
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Durch die Erfindung werden lange Sammelleitungen für heißes Gas überflüssig.
Es sind nur noch Sammelleitungen für das kalte Synthesegas und das kalte Erdgas
der einzelnen Stufen erforderlich. Die Kondensations anlagen werden einfacher und
übersichtlicher, auch die Zahl der Gebläse ist nicht wesentlich höher als bei den
bekannten Anlagen, bei denen man für die Gas förderung zu den einzelnen Stufen und
die Reservehaltung eine größere Anzahl von Gebläsen benötigte. Man gelangt durch
die Erfindung zu einer größeren Anzahl von völlig gleichen Kontaktofeneinheiten.
Die Regelung der Ofen wird ungleich einfacher und zuverlässiger, so daß in jedem
Ofen ständig optimale Reaktionsbedingungen eingehalten werden können, was bei. den
bisherigen Anlagen nicht immer möglich war. Insbesondere kann man jetzt das Verhältnis
Kreislaufgas zu Frischgas bei jedem einzelnen Kontaktofen für sich einstellen, ohne
daß besondere Zuleitungen für Frischgas und Restgas der einzelnen Stufen zu den
einzelnen Ofen notwendig sind.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß jeder Ofen für sich mit verminderter
Frischgasmenge oder einem veränderten Verhältnis zwischen Frischgas und Kreislaufgas
beaufschlagt werden kann, so daß das Gas auch bei nachlassendem Kontakt gleichmäßig
und weitgehend aufgearbeitet wird.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung erlaubt es auch, die Kontaktöfen
mit verschiedenen Katalysatoren zu füllen und zu betreiben. Zum Beispiel besteht
die Möglichlseit, einen Teil der Kontaktöfen mit bevorzugt benzinbildenden Katalysatoren
und den anderen Teil mit bevorzugt paraffinbildenden Katalysatoren zu beschicken
und dabei jede Ofengruppe mit einem Gas zu betreiben, das die geeignete Zusammensetzung
hat. Auch kann man eine Kom bination z. B. der Fischer-Tropsch-Synthese und der
Methansynthese durchführen, die beispielsweise zur Erzeugung von methanreichen Restgasen
angewendet werden kann. Dabei wird das zur Verfügung stehende Synthesegas, z. B.
Druckvergasungsgas, zunächst mit kohlenwasserstoffbildenden Katalysatoren weitgehend
aufgearbeitet. Darauf werden die Kohlenoxyd-, Kohlensäure- und Wasserstoffanteile
des hierbei verbleibenden Gases mittels Methanisierungskatalysatoren in Methan umgewandelt.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise
und schematisch dargestellt.
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Es sind der besseren Übersicht wegen nur drei Ofensysteme zeichnerisch
wiedergegeben, von denen jedes aus dem Syntheseofen 1, dem Wärmeaustauscher2, dem
Kondensator 3 und dem Kreislaufgebläse 4 besteht. Tatsächlich ist in Syntheseanlagen
die Zahl der Syntheseöfen gewöhnlich wesentlich größer. Vom Kreisiaufgebläse 4 wird
das Gas durch die Leitung 5, den Wärmeaustauscher2 und die Leitung 6 in den Syntheseofen
1 gefördert und strömt durch die Leitung 7, den Wärmeaustauscher2, die Leitung 8,
den Kondensator 3 und die Leitung 9 wieder dem Kreislaufgebläse 4 zu.
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Das Synthesegas wird aus der Leitung 10 den einzelnen Syntheseöfen
über die Leitung 11 zugeteilt.
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An einer geeigneten Stelle, z. B. vor dem Kreislaufgebläse 4 tritt
es in die Leitung 9 und in das Kreislaufgas ein. Das Restgas wird z. B. durch die
Leitung 12 oder an einer anderen geeigneten Stelle aus dem Gaskreislauf zur Restgasleitung
13 abgezweigt, die, falls die Synthese zwei- oder mehrstufig durchgeführt wird,
für die Verteilung des Synthesegases zu den Syntheseöfen der folgenden Gruppe dient.
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Diese Verteilung erfolgt über die Leitungen 14 auf diejenigen Kontaktöfen,
die jeweils in der zweiten oder folgenden Stufe arbeiten. Aus den in dieser Synthesestufe
arbeitenden Ofeneinheiten geht das Restgas über die Leitungen 12 und 15 in die Restgasleitung
16. Diese Leitung dient im Falle einer dreistufigen Synthese für die Verteilung
des Synthesegases für die dritte Stufe in ähnlicher Weise wie bei der zweistufigen
Arbeitsweise die Leitung 13, oder es wird bei der zweistufigen Synthese das Restgas
durch die Leitung 16 aus der Synthese abgeführt. Für die Reduktion der Katalysatoren,
die Zuführung von Wasserstoff oder kohlenoxydreichen Gasen zu den einzelnen Synthesegruppen
und für die Entfernung des Benzins aus den Katalysatoren nach der Extraktion dient
die Leitung 17, aus der über die Leitungen 18 die gewünschten Gase den Ofeneinheiten
zugeführt werden können.