DE1035309B

DE1035309B - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Umformung von Kohlenwasserstoffen zu kohlenwasserstofffreiem oder kohlenwasserstoffarmem Brenngas

Info

Publication number: DE1035309B
Application number: DED26334A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Terbeck
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1957-08-29
Filing date: 1957-08-29
Publication date: 1958-07-31

Description

Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Umformung von Kohlenwasserstoffei zu kohlenwasserstofffreiem oder kohlenwasserstoffarmem Brenngas Zur thermischen Umformung von KohJenwasserstoffen zu Brenngas ist es bekannt, die umzuformenden Kohilenwasserstoffe mit Vergasungsmitteln zu mischen und die Mischung allmählich auf eine Temperatur zu erwärmen, bei. der einerseits eine Spaltung der Kohlenwasserstoffe stattfindet und andererseits, je nach den Vergasungsmitteln, z. B. ein Waseergaspro,-zeß oder ein anderer Vergasungsprozeß aktiv ist. Die rußfreie Umformung von insbesondere höheren Kohtlenwasserstoffen ist so nicht gelungen. Es ist bekannt, die rußfreie thermische Umformung von Kohlenwasserstoffei zu kohlenwasserstofffreiem oder -armem Brenngas durch die Rückführung von Wälzgas neben den Vergasungsmitteln in den Prozeß zu verwirklichen. Bei diesem Verfahren sind jedoch insbesondere bei höheren Kohlenwasserstoffei umvorteilhaft große Wälzmengen erforderlich.
Verzichtet man auf Wälzgas und arbeitet man nach dem eingangs beschriebenen Verfahren, so tritt Rußbildung ein, woran die bekannten Verfahren gescheitert sind.
Für eine andere Aufgabe, nämlich bei der Herstellung von gasförmigen Kohlenwasserstoffeh aus Öl ist es bekannt, die flüssigen Kohlenwasserstoffe bis auf eine Temperatur unterhalb der Zerfallstemperatur vorzuwärmen und danach zur Krackung in ein heißes Gas einzuführen. Die thermische Umformung von Kohlenwasserstoffei zu einem daran armen oder davon freien Brenngas ist durch diese Maßnahmen nicht beeinflußtworden.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei der thermischen Umformung von Kohlenwasserstoffeh zu Brenngas, wie Stadtgas, ,die Rußhildung nicht nur zu vermindern, sondern sie überhaupt zu vermeiden. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß es für alle Kohlenwasserstoffe temperaturbedingte Zerfalimechani.,smen gibt, bei denen in Anwesenheit von Vergasungsmitteln, wie Wasserdampf oder Kohlendioxyd, Rußbildung nicht eintritt. Die Erfindung will diese Mechanismen verfahrensmäßig verwirklichen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischien Umformung von Kohlenwasserstoffei zu kohlenwasserstofff reiem oder kohlenwasserstoffarmem Brenngas mit Hilfe von Vergasungsmitteln, wie Wasserdampf und besteht denn, daß die Vergasungsmittel auf eine so weit oberhalb der Spaltungstemperatur der Kohlenwasserstofffe liegende Temperatur, bei der die Vergasungsreaktion, z. B. Wassergasreaktion, bereits aktiv ist, aufgeheizt werdjen, daß bei der nachfolgenden Mischung der Kohlenwasserstoffe mit den Vergasungsmitteln die Temperatur der Mischung noch wesentlich oberhalb der Zerfallstemperatur der Kohlenwasse.rstoffe liegt, und daß die Mischung in einem durch Wärmespeicher erhitzten Reaktionsraum vorgenommen bzw. eingeführt wird, dessen Temperatur rußende Zerfallsreaktionen der Kohlenwasserstoffe nicht mehr zud:äßt. Im allgemeinen wird man eine Aufheizung der Kohlenwasserstoffe auf Temperaturen von z. B. 1200 bis 140d° C vornehmen, wobei auch die Reaktionsräume, in welche die Mischung eingeführt oder in denen die Mischung durchgeführt wird, eine entsprechende Temperatur besitzen sollen. Die Verhältnisse werden demnach bei der Erfindung so gewählt, daß auch nach der Mischung der Kohlenwasserstoffe mit den Vergasungsmiitteln die Temperatur der Mischung noch wesentlich oberhalb der ZerfaIlsteanperatur und infolge der Einwirkung der hocherhitzten Reaktionsräume unmittelbar in dem Bereich liegt, in dem die Vergasungsreaktionen, wie die Wassergasreaktionen, aktiv sind. Die Erfindung arbeitet demnach bezüglich ,der Behandlung der umzuformenden Kohlenwasserstoffe gleichsam mit einem Temperatursprung, der sich durch die besahriiebenen Maßnahmen verwirklichen läßt.
Es empfiehlt sich, das erfindungsgemäße Verfahren so durchzuführen, daß die Mischung erst am Rande des durch den heißen Reakfiioneraum gegebenen Reaktionsfeldes vorgenommen wird und bereits an diesem Rande eine rußende Reaktion nicht mehr zulassende Temperatur erzeugt wird. Die Vergasungsmittel sohlen dabei zumindest die Temperatur aufweisen, die am Rande des Reaktionsfeldes herrscht. Es kann sich empfehlen, eine weitere Erhöhung der Temperatur der Vergasungsmittel durchzuführen, was durch Verbrennu.ngsreaktioncn von der Mischung mit dem Kohlenwasserstoffen zweckmäßig e#foIigt:-.Die.Kohlenwasserstoffe selbst können vorge@ciit ogei: ä:uch in kaltenn Zustand in der beschriebenen Weise in das Verfahren eingeführt werden. Im allgemeinen wird man die Vere asungsmittel regenerativ e#rhifzen. Aüch kann den ergasungsmitteln Produktionsgas als-Rückgas bei= gegeben werden, welches dann mit den Ve.rgasungstnitteln erhitzt wird: ,.-.-Das gTfindungsgemäße Verfahir_cn läßt sich auch in mehreren Stufen dergestalt durchführen, daß nach erfolgter Umformung eingefü'lirteT -Kohlenwasserstoffe zu einem Brenngas in diesen- beißen. Bren.ngasstrom, gegebenenfalls nach Einhregnen von Luft, erneut Kohlenwasserstoffe zur weiteren Umformung in der beschriebenen Weise eingeführt werden.
Die durch die Erfindung. erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß durch den Temperatursprung, den bezüglich der Behandlung der Kohlenwasserstoffe die Erfindung verwirklicht, die Kohlenwasserstoffe in die Temperaturzonen nicht oder zumindest nur unerheblich kurze Zeit hineinkommen, in denen Rußbildung möglich ist. Die Kohlenwasserstoffe werden vielmehr sprungweise in einen Temperaturbereich eingehoben,-iri 'dem bei Anwesenheit der Vergasungsmittel rußbildende Zerfallsreaktionen nicht mehr möglich sind. Im einzelnen ist dazu folgendes zu bemerken Soll ein Kohlenwasserstoff thermisch und ohne Rußbildung zum Zerfall gebracht werden, so muß er nach erfinderischer Erkenntnis in tatsächlicher Berührung mit ausreichenden Mengen an Vergasungsmitteln, wie Kohlendioxyd, Wasserdampf oder gegebenenfalls auch Sauerstoff, unter schneller Durchfahrung eines kritischen Temperaturbereiches, in dem bevorzugt Rußbildung auftritt, ausreichend hoch erwärmt werden. Bekannte Verfahren zur Vergasung von Kohlenwasserstoffen verstoßen häufig gegen diese Regel, beispielsweise indem Kohlenwasserstoff und die Vergasungsmittel miteinander nicht hinreichend vermischt sind. Das ist, abgesehen von thermisch arbeitenden Apparaturen, . äuch in eurer Diffusionsflamme, z. B. .in einem Gasbrenner, der Fall, der ohne Primärluft betrieben wird, so -daß das Gas mit der Umgebungsluft verbrennt. .Die Wärmequelle ist hier der Flammenmantel. Die Wärme dringt von dort in den Flammenkern und findet hier zwar viel Kohlenwasserstoffe, aber wenig Vergasungsmittel. Ist das Flammenvolumen groß, so rußt die Flamme. In ähnlicher Weise kann bei langsamer Erwärmung Bußbildung auftreten, wenn zwar Kohlenwasserstoffe und Vergasungsmittel in hinreichender Menge und vermischt zur Verfügung stehen. Das ist z. B. in einem Cowper zur thermischen Umformung der Fall, in dem der Besatz zu grobstückig -ist und der daher von dicken Gassträhnen durchströmt wird. Im Sinne eines rußfreien Zerfalls und ruffreier Umsetzung empfiehlt sich daher, a) vollständige vorherige Vermischung, aller als nötig erkannten Reaktionspartner, wie Kohlenwasserstoffe, Luft, Wälzgas, Wasserdampf, sowie b) schnellste Erwärmung ;der. Mischung zur Umsetzung bei hoher Temperatur.
Die Erfindung verwirklicht im Sinne dieser -Erkenntnis eine möglichst schnelle Umsetzung.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Nach der Erfindung ist eine derartige Vorrichtung gekennzeichnet durch einen Reaktor mit einem Aufheizungsregenerator für Vergasungsmittel und gegebenenfalls Wälzgas, eine beim Umforrfiüngsprozeß in Strömungsri-chtue nachgeschaltete Brennkammer zur Erhöhung d-cr- T-emperätür der aus dem Aufheizungsgenerator austretenden Vergasungsmittel, eine Mischvorrichtung für die aufgeheizten Vergasungsmittel mit den Kohlenwasserstoffen sowie unmittelbar daran angeschlossene - Reakfiionswärmespeicher für die Durchführung der Umformungsreaktion sowie einen Abhitzeregenerator. Es empfiehlt sich, daß die Regenerationswärmespeicher geteilt sind, wobei zwischen dem einzelnen Regeneratoren umzuformende Kohlenwasserstoffe erneut in den Strom der erzeugten Gase eingeführt werden können.
Um den Temperatursprung der umzuformenden Kohlenwasserstoffe besonders wirksam zu verwirklichen, empfiehlt die Erfindung eine Ausbildung der Regeneratoren, in denen ein Temperaturgefälle kaum herrscht, so daß ein allmähliches Erwärmen der Kohlenwasserstoffe möglichst unterdrückt ist. Die Erfindung erreicht dieses durch den Vorschlag, daß die Regeneratoren als liegende Regeneratoren ausgebildet und liegend, wenn auch in räumlicher Anordnung übereinander, mehrfach hintereinandergeschaltet sind.
Die liegenden Regeneratoren können dabei rohrförmig ausgebildet sein, wobei es sich empfiehlt, über die Länge dieser liegenden rohrförmigen Regenoratoren von unten in diese über ihre Länge die umzuformenden Kohlenwasserstoffe einzuführen sowie im Kreuzstrom dazu durch die Vergasungsmittel zu führen; die nach Mischung mit den umzuformenden Kohlenwässerstoffen gemeinsam in das nachgeschaltete Reaktionsgitterwerk eintreten.
Die Erfindung wird an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert; es zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung zur- Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der sogenannten Heizperiode, Fig. 2 eine Vorrichtung zur- Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Fig, 1 in der sogenannten Umgasungsperiode und die Fig.3 und 4 Einzelheiten bezüglich der baulichen Ausbildung der Regeneratoren für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung besteht aus ein=em Reaktor 1 mit einem Aufheizun.gsregenerator 1 a für Vergasungsmittel und einer nachgeschalteten Brennkammer 1 h zur Erhöhung der Temperatur der aus dem Aufheizungsregenerator austretenden -\7ergasungsmittel. Eine Mischkammer 1 c ist-nachgeschaltet und -an die Mischkammer- schließen sich Reaktionswärmespeicher 1 d, 1 e mit Zwischenschaltung eines Abstandes 1 f an. Ein Abhitzeregenerator 2 ist nachgeschaltet.
In der sogenannten Heizperiode wird das beim vorangegangenen Umgasen aufgeladene Gitterwerk des Regenerators 2 durch die Leitung 3 mit Luft beschickt. Sie gelangt aufgeheizt in die Brennkammer 2a und verbrennt hier das bei 4 eingefahrene Heizgas. Das heiße Rauchgas tritt durch die Leitung 5 in den Reaktor 1 über und gibt bis zum Austritt seine Wärme an die hintereinandergeschalteten Gitterwerke 1 e, 1 d. 1 a ab.
Nach dem Umschalten auf Umgasen, d. h. auf den eigentlichen Umformungsprozeß, wird das Verfahren, wie die Fig. 2 andeutet, ausgeführt. In den Reaktor 1 werden nacheinander eingefahren, bei 6 Wasserdampf oder Wasserdampf und Rückgas aus der Leitung 7, bei 8 Heizgas und Luft oder Sauerstoff, bei 9 und/oder 10 umzuformende Kohlenwasserstoffe oder umzuformende KohlenwasserstoffeundWasserdampf. Im Gitterwerk 1 a der erwähnten Regeneratoren ,werden die zugeführten 11edien nur vorgeheizt und oberhalb davon in der Brennkammer 1 b durch Einbrennen von Sauerstoff oder auch durch die Flammenreaktion einer bunsenbrennerartigen Einrichtung noch höher aufgeheizt. Bei den dann folgenden Überführungen des Gases aus dem Aufheizungsregenerator in die Reaktionswärmespeicher 1 d und 1 e werden diese Vergasungsmittel oder gegebenenfalls die Mischung aus Vergasungsmitteln und Rückgas mit dem bei 9 und/oder 10 gleichzeitig einzufahrenden Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoff und Dampf in der Mischkammer 10 gemischt. worauf in den Gitterwerken 1 d und/oder 1 e die Umgasungsreaktionen verlaufen. Das erzeugte Spaltgas nimmt seinen weiter-,-n Weg von 1 e über die Leitung 5 und den Abhitzeregenerator 2 nach außen. Die umzuformenden Kohlenwasserstoffe werden zweckmäßig selbst nicht vorgeheizt oder zumindest nur auf sehr niedrigere unterhalb der Zerfallstemperatur liegende Tempeeraturen. Der Temperatursprung wird durch eine Mischung der umzuformenden Kohlenwasserstoffe mit den heißen Vergasungsmitteln verwirklicht.
Die Fig. 3 und' 4 lassen erkennen, wie eine solche Mischung in konstruktiver Verwirklichung zweckmäßig erfolgt. Durch die Rohrleitung 11 und die daran angeschlossenen einzelnen Einführungsstutzen 12 treten die umzuformenden Kohlenwasserstoffe in feinstrahliger Verteilung in einen unteren Sohlkanal-Raumteil 13 eines liegenden Regenerators 14 ein, der beispielsweise den Regenerator 1 d des Schaltschemas der Fig. 1 und 2 entspricht. Schon infolge der Kreuzstromführung zwischen den Vergasungsmitteln, die in Richtung des Pfeiles 15 eintreten und den umzuformenden Kohlenwasserstoffen wird eine innige Durchrnischung erreicht, die noch verbessert wird durch die diisenbode.nartige Ausbildung der Sohle 16 des Gitterwerkes 17. In den düsenartigen Durchtrittsöffnungen 16a der Sohle 16 werden gleichsam turbulente Durchmischungen erzielt. so daß im nachgeschalteten, hocherhitzten Speicherwerk 17 rußfreie Vergasungsreaktionen ablaufen können. Im übrigen lassen die Fig. 3 und 4 erkennen, daß mehrere liegende Regeneratoren rohrförmiger Ausbildung wie die Regeneratoren l d, 1 e hintereinandergeschaltet sind. Diese Anordnung ist getroffen. um im Regenerator selbst einen möglichst geringen Temperaturanstieg bezüglich der Temperaturverteilung verwirklichen zu können, so daß die umzuformenden Medien nicht allmählich, sondern plötzlich und sprunghaft auf die Reaktionstemperatur gebracht werden.

Claims

PATENTANSYRCCHE: 1. Verfahren zur thermischen Umformung von Kohlenwasserstoffen zu kohlenwasserstofffreiem oder kohlenwasserstoffarmem Brenngas mit Hilfe von Vergasungsmitteln. wie Wasserdampf, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungsmittel auf eine so weit oberhalb der Spaltungstemperatur der Kohlenwasserstoffe liegende Temperatur, bei der die Vergasungsreaktion, z. B. Wassergasreaktion, bereits aktiv ist, aufgeheizt werden, daß bei der nachfolgenden Mischung der Kohlen-,vasserstoffe mit den Vergasungsmitteln die Temperatur der Mischung noch wesentlich oberhalb der Zerfallstemperatur der Kohlenwasserstoffe liegt, und daß die Mischung in einem durch Wärmespeicher erhitzten Reaktionsraum vorgenommen bzw. eingeführt wird, dessen Temperatur rußende Zerfallsreaktionen der Kohlenwasserstoffe nicht mehr zuläßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung erst am Rande des durch den Reaktionsraum gegebenen Reaktionsfeldes vorgenommen wird und bereits an diesem Rande eine rußende Reaktionen nicht zulassende Temperatur erzeugt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Vergasungsmitteln zumindest die Temperatur aufgeladen wird, die am Rande des Reaktionsfeldes herrscht.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Temperatur der Vergasungsmittel diese durch Verbrennungsreaktionen vor der Mischung mit den Kohlenwasserstoffen erhitzt werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmittel regenerativ erhitzt werden-
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Vergasungsmitteln Produktionsgas als Rückgas beigegeben und mit den Vergasungsmitteln erhitzt werden.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Reaktor mit einem Aufheizungsregernerator für Vergasungsmittel und gegebenenfalls Wälzgas, eine beim Umformungsprozeß in Strömungsrichtung nachgeschaltete Brennkammer zur Erhöhung der Temperatur der aus dem Aufheizu,ngsregenerator austretenden Vergasungsmittel, eine Mischanordnung für die aufgeheizten Vergasungsmittel mit den Kohlenwasserstoffen sowie unmittelbar daran angeschlossene Reaktiornswärmespeicher und einen Abhitzeregenerator. B.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionswärmespeicher geteilt sind und zwischen den Reaktionswärmespeichern Mittel für die Einführung der Vergasungsmittel in den Reaktionsraum vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneratoren als liegende Regenerato,ren ausgebildet und liegend mehrfach hintereinandergeschaltet sind.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die liegenden Regeneratoren aus rohrförmigen, zylindrischen Aggregaten gebildet sind.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den liegenden Regeneratoren ein Sohlkanal in der Bodenwandung Einführungsöffnungen für die Einführung von umzuformenden Kohlenwasserstoffen in den Sohlkanal vorgesehen sind und Vorrichtungen für die Führung der Vergasungsmittel im Kreuzstrom zu diesem im Sohlkanal vorgesehen sind sowie die Regeneratorsohle mit düsenförmigen Öffnungen versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 067 940.