DE2007997C3 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Xthylen und Acetylen durch thermische Spaltung eines schweren Kohlenwasserstofföls in Gegenwart eines gasförmigen Wärmeträgers - Google Patents

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 Rcaktionskammer eingeführt wird, worin das gasförmige Gemisch eine/ Krackung unterliegt, tritt das Problem auf. daß das flüssige, durch die thermische Krackung 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 carbonisicrt wird oder verkokt und dort angesammelt wird.

Zur Verhinderung einer Ansammlung von Kohlenstoff auf der Wand der Rcaktionskammer ist in der US-PS 3174 924 ein Verfahren beschrieben, bei welchem eirie Abschrecksprühdüse an der Stelle vorgesehen wird, an welcher eine Kohlenstoffabiagerung zu erwarten ist. und ein Medium aus dieser Düse ausgespritzt wird, um dadurch die Kohlcnsioffabscheidung an diesem Teil der Wand zu verhindern.

Ferner ist 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 ergebende Mischung in die Rcaktionskammer einführt.

Die DT-AS 12 50 424 beschreibt ein Verfahren zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen zu vorwiegend Acetylen und Äihjkn. vvobci eine Ansammlung von Kohlenstoff verhindert werden soll, indem längs der Reaktorwand Wasserdampf in der Weise zugesetzt wird, d.tß die gesamte innere Reaktorwand von einem Dampfst, '!eier bedeckt ist und die Temperatur der Reaktorinncnwivnd mindestens 700°C betragt. Insbesondere wird dabei der Wasserdampl in der gleichen Richtung und mit gleicher oder größerer Geschwindigkeit wie die in den Reaktor eintetenden Spalt- 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 Reaktionskammtr in solcher Menge entlang der Innenwand eingeführt wird, so daß die Innenwand der Rcaktionskammer unter Bildung eines fallenden Flüssigkeitsbildes ausreichend davon benetzt wird, und wenn ein heißes Gas von oberhalb 800°C unmittelbar oberhalb des Einlasses oder

der Einlasse für den fallenden Flüssigkeitsfilm so eingeführt wird, daß das heiße Gas eine dünne gasförmige Schicht auf dem Flüssigkeilsfilm bildet und sich in gleicher Richtung wie der Flüssigkeitsfilm bewegt, eine Karbonisierung oder Verkokung und Ansammlung der thermisch stabilen Flüssigkeil auf der Innenwand der Reaktionskammer praktisch vermieden wird.

Die Vorrichtung gemäß der 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 Flü'-sigkeit 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 abgckühl.en Schweröles in das Spaltgasprodukt über die benetzte Innenwand zur raschen Abkühlung des Gases und /um Abbruch der Spaltreaktion eingeführt, wodurch das an der Innenwand der Reaktionskammer sich abscheidende schwere Gasöl in dem fallenden Film absorbiert wird und rasch aus dem Reaktionssintern ausgetragen wird. Selbsivcrstandlich muß die Menge des im Kreislauf zur Innenwand der Reaktionskammer zurückgeführten schweren Gasö'is ausi eichend sein, damii ein si.ibüer 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 Warme aufgrund der latenten Warme aus dem Gas in der Reaktionskammer und der Verdampfungswärme des leichten Öls von der Oberfläch'.· des Ölfilms zu absorbieren. Falls die Erhitzungsdauer kurz ist. sind die Arten des durch thermische Spaltung gebildeten Öles im allgemeinen ausreichend stabil (bis zu 500 C). Deshalb muß die Flüssigkeitsmenge so gewählt werden, daß die Temperatur nicht höher als 500° C liegt.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird entlang des Grcn/flächenwandteiles /wischen dem Wandteil von hoher Temperatur und dem Einführungsteil für das Bcschickungsöl eine kleine Menge des heißen Gases von oberhalb 800"C in Form eines dünnen gasförmigen Filmes auf den Flüssigkeitsfilm eingeführt, wodurch der Grenzflächenwaiidieil von der bei so niedriger Temperatur befindlichen benetzten Wand abgeschirmt wird. Hicrduich kann vermieden werden, daß eine Ausbildung von Koks im Grenzflächenwandteil stattfindet. Es ist dabei natürlich notwendig, um ein Abstreuen des fallenden Flüssigkeitsfilmes von der Innenwand zu verhindern, das Gas in der gleichen Strömungsrichuing wie die Bewegungsrichtung des fallenden Filmes in Form eines dünnen Schichtfilmes /u führen.

Als Öl zur Bildung des fallenden Filmes zur Benetzung der Wand der Reakiionskammer 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 vorteilhuf 1. das durch das thermische Kracken gebildete flüssige öl, wie vorstehend angegeben, im Kreislauf zu führen oder zurückzuführen.

Bei der erfindungsgemäßen 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 ehr Rcaktionszeitraum geregelt werden, so daß die Ausbildung von Koks selbst wahrend des laufenden Betriebes verhindert wird, ohne daß es notwendig ist. mechanisch bewegliche Teile zu verwenden.

Das nachfolgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung.

Beispiel

Bei der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung wird Wasserdampf, der auf 2000 C in einer Regeneraiionsheizemrichtung erhitzt wurde, in die Reakiionskammer Vi)ITi -,enkrechten Typ durch einen Dampfeinlaß I in einer Menge von Ö00 kg/Std. eingeführt und ein Rohöl mit einem Wert von 37 gemäß der API-SkaUi in ,!en Dampf durch vier Sprühdüsen 2 in einer Menge \on 100 I/Std. eingesprüht. Die Wand der Reakiionskammer am Abschnitt vom Mischabschnitt des Dampfes \on hoher Temperatur und des Beschickungsrohöles bis zu dem Abschnitt (A), den die vermischten Reaktionsteilnehmcr während einer Verweil/eil von 0,002 Sekunden erreichen, besteht aus feuerfestem Alumimumoxulmaterial und die Temperatur der Wand des Abschnittes wird bei einer Temperatur von mehr als 800 C." durch d'e Isolierwirkung des feuerfesten Materials gehalten. Der Reaktionsabschnitt (B) mit bcnclz.ier Wand, der einen FJnIaIJ 4 für flüssiges Öl im oberen Feil des Abschnittes (B) hat, ist an der Stelle der Reaktionskammer angebracht, wo das Reaktionsgemisch eine Verwei'zeit 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 Grcnzfiäehcnabschniues (A) /wischen 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/Sid. durch den Einlaß 3 eingeblasen. Die Temperatur des Gases am Auslaß C(V der Reaktionskammer liegt bei etwa 900"C. die Temperatur des durch das Kühlöl durch den Einlaß 5 abgekühlten Gases beträgt 150' C und das flüssige bei dieser Temperatur kondensierte gebildete Öl befindet sich im Bodenabschnitt. Das im Bodenabsdinitt der Kammer angesammelte flüssige gebildete Ol 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 Fiim der Flüssigkeit hindurch zurückgeführt. In diesem Fall wird, wenn das Hüssige Öl zur Benetzung der Wand der Reaktionskamhier auf 100 -C gekühlt ist und in einer Menge von 300 i/'Std. eingesetzt wird, die Temperatur des fallenden Ölfilms im Abschnitt vor der Abkühlung bei 130C gehalten. Das Öl zur Kühlung wird in einer Menge von 5000 I/Std. im Kreislauf geführt.

Wenn weiterhin ein Teil des gebildeten Öles aus der Leitung 7 in einer Menge von 35 I/Std. abgezogen wird, wird das Gleichgewicht der Ölmengc aufrechterhalten. Das durch die Leitung 7 gewonnene Produktöl stellt ein aromatisches Öl mit einem Anfangssiedepunkt von 200 C und einem Endsiedepunkt von 450 C. berechnet

bei Normaldruck, dar. wobei die Viskosität des aromatischen Öls bei 100"C wahrend des Kreislaufes 20 cps beträgt und der Gehall an ruüartigem Testen Kohlenstoff nur 0.1% ausmacht.

In der Praxis wird bei der Vorrichtung gemäß der l'rfindung keine Ansammlung von RuIi an der aus feuerfestem Aluniiniiimoxydmatcrial gefertigten Reiiktionswand beobachtet und die Viskosität des im Kreislauf stehenden Öles und der Gehalt an festem Kohlenstoff in dem l'rodiiktöl werden im Verlauf tli Umsetzung nicht geändert.

Die unter Anwendung der Vorrichtung gemäß el·

l-jfindung erhaltenen Lrgebnisse beim thermisch«.

Kracken sind folgende:

Vergasungsverhällnisdes Rohöles 70Gew.-"/u Ausbeute an Acetylen und Äthylen 45 Gew.-% Ausbeute an tcerariigen Materialien 30Gew.-"/»

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1 Vorrichtung zur Herstellung von Äthylen und Acetylen durch thermische Spaltung eines schweren Kohlenwasserstofföles in Gegenwart eines gasförmigen Wärmeträgers. gekennzeichnet durch

   a) eine Mischkammer (A) mit wenigstens einem Einlaß an deren oberen Ende für das Einführen eines sich abwärtsbewegenden gasförmigen Siromes aus einer Mischung von einem auf Temperaturen oberhalb 800"C erhitzten gasförmigen Heizmedium U₁Kd einem schweren Kohlenwasserstofföl als Beschickungsmasse.

   b) eine Reaktionskammer (B) mit wenigstens einem Einlaß (4) an deren oberem Ende /um Einführen einer thermisch stabilen Flüssigkeit unter Bildung eines fallenden Filmes auf der Innenwand der Rcaktionskammcr und mit wenigstens einem Einlaß (3) für ein heißes Gas von oberhaSb 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 Flüssigkeilsfilm bewegt,

   c) eine Abschreckkammei (C) mit wenigstens einem Einlaß für das Einsprühen eines flüssigen Kühlmittels zu den Reaktionsgasen.

   d) einen Auslaß (6) /ur Abführung des gasförmigen Spaltprodukt, und

   e) 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 I'nde der Reaktionskammer und zum Rückführen dieser Flüssigkeit im Kreislauf.
2. 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 Rcaktionskammer einführt, ein heißes Gas von oberhalb 800" C unmittelbar oberhalb des Einlasses oder der Einlasse für den fallenden Flüssigkcilsfilm so einführt, daß das heiße Gas eine dünne gasförmige Schicht auf dem Flüssigkeiisfilm bildet und sich in gleicher Richtung wie der Flussigkeitsfüm bewegt, eine Kühlmittelflüssigkeit 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 Kühlmittelflüssigkeil zu bilden.