DE2007997B2 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung von aethylen und acetylen durch thermische spaltung eines schweren kohlenwasserstoffoels in gegenwart eines gasfoermigen waermetraegers - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur herstellung von aethylen und acetylen durch thermische spaltung eines schweren kohlenwasserstoffoels in gegenwart eines gasfoermigen waermetraegersInfo
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Description
Wenn ein schweres Kohlenwasserstofföl mit einem gasförmigen Wärmeträger mit einer Temperatur von
mehr als 800" C unter direktem Einblasen des Kohlenwasserstofföls in dem Wärmeträger vermischt wird und
dann das gasförmige Gemisch in die Reaktionskammer eingeführt wird, worin das gasförmige Gemisch einer
Krackung unterliegt tritt das Problem auf, daß das flüssige, durch die thermische Krpckung gebildete
schwere öl auf der Innenwand der Reaktionskammer abgeschieden wird oder daran anhaftet und daß dieses
flüssige schwere öl allmählich bei der hohen Temperatur in der Reaktionskammer carbonisiert wird oder
verkokt und dort angesammelt wird.
Zur Verhinderung einer Ansammlung von Kohlenstoff auf der Wand der Reaktionskammer ist in der
US-PS 31 74 924 ein Verfahren beschrieben, bei welchem eine Abschrecksprühdüse an der Stelle
vorgesehen wird, an welcher eine Kohlenstoffablagerung zu erwarten ist und ein Medium aus dieser Düse
ausgespritzt wird, um dadurch die Kohlenstoffabscheidung an diesem Teil der Wand zu verhindern.
Ferner isi in der DT-AS 12 38 005 ein Verfahren zur
Erzeugung von niedermolekularen, insbesondere äthylenreichen Kohlenwasserstoffen durch thermisches
Kracken von Kohlenwasserstoffen beschrieben. Die Arbeitsweise des Mischens von Kohlenwasserstoffen
und Wasserdampf von hoher Temperatur besteht darin, daß man Kohlenwasserstoffe in den Dampf, der eine
Geschwindigkeit von mehr als lOOm/sec aufweist, einspritzt und dann die sich ergebend? Mischung in die
Reaktionskammer einführt.
Die DT-AS 12 50 424 beschreibt ein Verfahren zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen zu
vorwiegend Acetylen und Äthylen, wobei eine Ansammlung von Kohlenstoff verhindert werden soli, indem
längs der Reaktorwand Wasserdampf in der Weise zugesetzt wird, daß die gesamte innere Reaktorwand
von einem Dampfschleier bedeckt ist und die Temperatur der Reaktorinnenwand mindestens 700°C beträgt.
Insbesondere wird dabei der Wasserdampf in der gleichen Richtung und mit gleicher oder größerer
Geschwindigkeit wie cie in den Reaktor eintetenden Spal!- und Trägergase, zugeführt.
Die DT-AS 10 91 100 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von ungesättigten
Kohlenwasserstoffen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen durch thermische .Spaltung in heißen Gasen, wobei
die Kohlenwasserstoffe tangential in eine zylindrische Reaktionskammer zusammen mit Wasserdampf eingeleitet
werden, ein Heizgas in axialer Richtung eingeführt wird und beide in der Reaktionskammer miteinander
vermischt werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung und eines verbesserten
Verfahrens zur Herstellung von Äthylen und Acetylen durch thermische Spaltung eines schweren Kohlenwasserstofföls,
wobei die Bildung - von Koks auf der Innenwand einer Reaktionskammer beim thermischen
Kracken zuverlässig verhindert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die Schaffung einer Vorrichtung und
eines Verfahrens, wie diese in den vorstehenden Patentansprüchen gekennzeichnet sind.
Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß wenn eine thermisch stabile Flüssigkeit in die Reaktionskammer
in solcher Menge entlang der Innenwand eingeführt wird, so daß die Innenwand der Reaktionskammer unter
Bildung eines fallenden Flüssigkeitsbildes ausreichend davon benetzt wird, und wenn ein heißes Gas von
oberhalb 8000C unmittelbar oberhalb des Einlasses oder
, 20
der Einlasse für den fallenden FIüs«gkei!sfi!ni so
eingeführt wird, daß das heiße Gas eine "dünne
gasförmige Schicht auf dem Flüssigkeitsfilm bildet und sich »n gleicher Richtung wie der Flüssigkeitsfilm
bewegt, eine Karbonisierung oder Verkokung und Ansammlung der thermisch stabilen Flüssigkeit auf der
Innenwand der Reaktionskammer praktisch vermieden wird
Die Vorrichtung gemäß de«· Erfindung ist so ausgebildet, daß das durch thermische Spaltung eines
schweren Kohlenwasserstofföles gebildete flüssige öl durch Kondensation aus dem durch die Spaltung
gebildeten Gas gesammelt wird, ein Teil des auf diese
Weise gesammelten flüssigen Öles als thermisch stabile Flüssigkeit unter Bildung des fallenden Filmes entlang
der Innenwand der senkrecht angebrachten Reaktionskammer zurückgeführt wird Der fallende Film bewegt
sich in gleicher Richtung wie der Gasstrom. Hierbei wird ein großer Anteil des abgekühlten Schweröles in
das Spaltgasprodukt über die benetzte Innenwand zur raschen Abkühlung des Gases und zum Abbruch der
Spaitreaktion eingeführt, wodurch c"as an der Innenwand
der Reaktionskammer sich abscheidende schwere Gasöl in dem fallenden Film absorbiert wird und rasch
aus dem Reaktionssystem ausgetragen wird. Selbstverständlich muß die Menge des im Kreislauf zur
Innenwand der Reaktionskammer zurückgeführten schweren Gasöls ausreichend sein, damit ein stabiler
fallender Film entlang der Innenwand der Reaktionskammer erhalten wird.
Zur Verhinderung eines Temperaturanstieges in solchem Ausmaß, daß eine Polymerisation des gebildeten
Schweröls verursacht wird, ist es dabei notwendig,
daß die Menge des entlang der Innenwand fallenden schweren Gasöls ausreichend ist. um die Wärme
aufgrund der latenten Wärme aus dem Gas in der Reaktionskammer und der Verdampfungswärme des
leichten Öls von der Oberfläche des Ölfilms zu absorbieren. Falls die Erhitzungsdauer kurz ist, sind die
Arten des durch thermische Spaltung gebildeten Öles im allgemeiner, ausreichend stabil (bis zu 5000C). Deshalb
muß die Flüssigkeitsmenge so gewählt werden, daß die Temperatur nicht höher als 5000C liegt.
Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird entlang des Grenzflächenwandteiles zwischen dem
Wandteil von hoher Temperatur und dem Einführungsteil für das Beschickungsöl eine kleine Menge des
heißen Gases von oberhalb 8000C in Form eines dünnen
gasförmigen Filmes auf den Flüssigkeitsfilm eingeführt, wodurch der Grenzflächenwandteil von der bei
niedriger Temperatur befindlichen benetzten Wand abgeschirmt wird. Hierdurch kann vermieden werden,
daß eine Ausbildung von Koks im Grenzflächenwandteil stattfindet. Es ist dabei natürlich notwendig, um ein
Abstreuen des fallenden Flüssigkeitsfilmes von der lnn«*"wand zu verhindern, das Gas in der gleichen
Strömungsrichtung wie die Bewegungsrichtung des fallenden Filmes in Form eines dünnen Schichtfilmes zu
führen.
Als öl zur Bildung des fallenden Filmes zur Benetzung der Wand der Reaktionskammer können
sämtliche öle, die mit dem durch thermische Krackung von schweren Kohlenwasserstoffölen gebildeten flüssigen
ölen verträglich sind und die thermisch stabil sind, verwendet werden, jedoch ist es wirtschaftlich vorteilhaft,
das durch das thermische Kracken gebildete flüssige öl, wie vorstehend angegeben, im Kreislauf zu
führen oder zurückzuführen.
93'
Sei der eriindungsgemaüen Vorrichtung kann das zur
raschen Abkühlung des Reaktionsgases verwendete öl in die Reaktionskammer an den gewünschten Stellungen
der Wand zur Benetzung der Wand eingeführt werden und dadurch kann z.B. durch Änderung der
Stellungen zur Einführung des Öles der Reaktionszeitraum geregelt werden, so daß die Ausbildung von Koks
selbst während des laufenden Betriebes verhindert wird, ohne daß es notwendig ist, mechanisch bewegliche Teile
zu verwenden.
Das nachfolgende Beispie! dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung in Verbindung mit der
Zeichnung.
Bei der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung wird Wasserdampf, der auf 20000C in einer Regenerationsheizeinrichtung
erhitzt wurde, in die Reaktionskammer vom senkrechten Typ durch einen Dampfeinlaß I in
einer Menge von 500 kg/Std. eingeführt und ein Rohöl mit einem Wert von 37 gemäß der API-Skala in den
Dampf durch vier Sprühdüsen 2 in einer Menge von 100 I/Std. eingesprüht. Die Wand der Reaktionskammer
am Abschnitt vom Mischabschnitt des Dampfes von hoher Temperatur und des Beschickungsrohöles bis zu
dem Abschnitt (A) den die vermischten Reaktionsteilnehmer
während einer Verweilzeit von 0,002 Sekunden erreichen, besteht aus feuerfestem Aluminiumoxydmateria!
und die Temperatur der Wand des Abschnittes wird bei einer Temperatur von mehr als 8000C durch die
Isolierwirkung des feuerfesten Materials gehalten. Der Reaktionsabschnitt (B) mit benetzter Wand, der einen
Einlaß 4 für flüssiges Öl im oberen Teil des Abschnittes (B) hat. ist an der Stelle der Reaktionskammer
angebracht, wo das Reaktionsgemisch eine Verweilzeit von 0,005 Sekunden erreicht hat. Ein Einlaß 5 zum
Einsprühen eines Kühlöles in die Reaktionskammer durch den fallenden Ölfilm ist am Auslaßteil (C) der
Reaktionskammer angebracht. Weiterhin ist ein Einlaß 3 an der Wand des Grenzflächenabschnittes (A)
zwischen der aus dem feuerfesten Aluminiumoxydmaterial gefertigten Wand und der benetzten Wand
vorhanden und ein auf die hohe Temperatur von 800°C erhitzter Dampf wird in die Kammer in einer Menge
von 20 kg/Std. durch den Einlaß 3 eingeblasen. Die Temperatur des Gases am Auslaß (C) der Reaktionskammer liegt bei etwa 9000C, die Temperatur des durch
das Kühlöl durch den Einlaß 5 abgekühlten Gases beträgt 1500C und das flüssige bei dieser Temperatur
kondensierte gebildete öl befindet sich im Bodenabschnitt. Das im Bodenabschnitt der Kammer angesammelte
flüssige gebildete öl wird durch eine Pumpe 8 und eine Kühleinrichtung 9 zum Einlaß 4 als Flüssigkeit zur
Benetzung der Wand und zum Einlaß 5 als Kühlöl in die Kammer durch den benetzenden Film der Flüssigkeit
hindurch zurückgeführt. In diesem Fall wird, wenn das flüssige öl zur Benetzung der Wand der Reaktionskammer
auf 1000C gekühlt ist und in einer Menge von 300 I/Std. eingesetzt wird, die Temperatur des fallenden
Ölfilms im Abschnitt vor der Abkühlung bei 1300C gehalten. Das öl zur Kühlung wird in einer Menge von
5000 I/Std. im Kreislauf geführt.
Wenn weiterhin ein Teil des gebildeton Öles aus der Leitung 7 in einer Menge von 35 I/Std. abgezogen wird,
wird das Gleichgewicht der Ölmenge aufrechterhalten. Das durch die Leitung 7 gewonnene Produktöl stellt ein
aromatisches öl mit einem Anfangssiedepunkt von 2000C und einem Endsiedermnkt von 450° C. berechnet
bei Normaldruck, dar, wobei die Viskosität des aromatischen Öls bei 1000C während des Kreislaufes
20cps beträgt und der Gehalt an rußartigem festen Kohlenstoff nur 0,1 % ausmacht.
In der Praxis wird bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung keine Ansammlung von Ruß an der aus
feuerfestem Aluminiumoxydmaterial gefertigten Reaktionswand beobachtet und die Viskosität des im
Kreislauf stehenden Öles und der Gehalt an festem Kohlenstoff in dem Produktöl werden im Verlauf der
Umsetzung nicht geändert.
Die unter Anwendung der Vorrichtung gemäß der
Die unter Anwendung der Vorrichtung gemäß der
Erfindung erhaltenen Ergebnisse beim thermischen
Kracken sind folgende:
Vergasungsverhältnis des Rohöles 70 Gew.-% Ausbeute an Acetylen und Äthylen 45 Gew.-% Ausbeute an teerartigen Materialien 30Gew.-%
Vergasungsverhältnis des Rohöles 70 Gew.-% Ausbeute an Acetylen und Äthylen 45 Gew.-% Ausbeute an teerartigen Materialien 30Gew.-%
Claims (2)
- 20 07 S9Patentansprüche:I Vorrichtung zur Herstellung von Äthylen und Acetylen durch thermische Spaltung eines schweren S Kohlenwasserstofföles in Gegenwart eines gasförmigen Wärmeträgers, gekennzeichnet durcha) eine Mischkammer (A) mit wenigstens einem Einlaß an deren oberen Ende für das Einführen eines sich abwärtsbewegenden gasförmigen Stromes aus einer Mischung von einem auf Temperaturen oberhalb 8000C erhitzten gasförmigen Heizmedium und einem schweren Kohlenwasserstofföl als Beschickungsmasse.b) eine Reaktionskammer (B) mit wenigstens einem Einlaß (4) an deren oberem Ende zum Einführen einer thermisch stabilen Flüssigkeit unter Bildung eines fallenden Filmes auf der Innenwand der Reaklionskammer und mit wenigstens einem Einlaß (3) für ein heißes Gas von oberhalb 800° C. wobei der Einlaß für das heiße Gas so ausgebildet ist. daß das eintretende Gas eine dünne gasförmige Schicht auf dem Flüssigkeitsfilm bildet und sich in gleicher Richtung wie der Flüssigkeitsfilm bewegt,c) eine Abschreckkammer (C) mit wenigstens einem Einlaß für das Einsprühen eines flüssigen Kühlmittels zu den Reaktionsgasen.d) einen Auslaß (6) zur Abführung des gasförmigen Spaltproduktes, unde) eine Einrichtung zum Sammeln der thermisch stabilen Flüssigkeit aus dem fallenden Film zusammen mit der thermisch stabilen Flüssigkeit, die als Nebenprodukt in der Krackzone gebildet wurde, am unteren Ende der Reaktionskammer und zum Rückführen dieser Flüssigkeit im Kreislauf.
- 2. Verfahren zur Herstellung von Acetylen und Äthylen durch thermische Spaltung von schweren Kohlenwasserstoffölen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein schweres Kohlenwasserstofföl als Beschickungsmasse in einen abwärts strömenden Strom eines gasförmigen Heizmediums mit einer Temperatur von oberhalb 8000C einspritzt, eine thermisch stabile Flüssigkeit in die Reaktionskammer unter Bildung eines fallenden Flüssigkeitsfilmes auf der Innenwand der Reaktionskammer einführt, ein heißes Gas von oberhalb 8000C unmittelbar oberhalb des Einlasses oder der Einlasse für den fallenden Flüssigkeitsfilm so einführt, daß das heiße Gas eine dünne gasförmige Schicht auf dem Flüssigkeitsfilm bildet und sich in gleicher Richtung wie der Flüssigkeitsfilm bewegt, eine Kühlmittdflüssigkeit zu den Reaktionsgasen zur Beendigung der thermischen Spaltung einsprüht, die thermisch stabile Flüssigkeit von dem fallenden Film zusammen mit der thermisch stabilen Flüssigkeit, die als Nebenprodukt in der Spaltreaktion gebildet wurde, sammelt und diese Flüssigkeit im Kreislauf zurückführt, um den fallenden Film und die Kühlmittelflüssigkeit zu bilden.
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