DE1143295B

DE1143295B - Vorrichtung zum autothermen, katalytischen Spalten von Kohlenwasserstoffen unter Druck

Info

Publication number: DE1143295B
Application number: DEM48975A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Hiller; Dipl-Ing Otto Hubmann; Dipl-Ing Ernst Kapp
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1961-05-06
Filing date: 1961-05-06
Publication date: 1963-02-07
Also published as: GB948421A; US3173764A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 26 a 18/01

INTERNATIONALE KL.

C 10b; COIb

M 48975 IVc/26a

ANMELDETAG: 6. MAI 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

7. FEBRUAR 1963

Die autotherme, katalytische Spaltung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere methanhaltigen Gasen, erfolgt durch Zusatz von Luft, sauerstoffangereioherter Luft oder Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd nach einer gründlichen Mischung in einem mit Katalysator gefüllten Reaktionsraum. Da bei dieser Reaktion beträchtliche Wärmemengen frei werden, wurden diese Reaktionsräume mit einer hochfeuerfesten Innenisolierung ausgekleidet. Das gilt in gleicher Weise für drucklose autotherme Verfahren als auch für die autotherme, katalytisohe Spaltung unter Druck. Es ist weiter eine Vorrichtung zum autothermen, katalytischen Spalten unter mehreren Atmosphären Druck bekannt, bei der der innen ausgemauerte Reaktionsbehälter mit einem Wassermantel versehen ist, um das Mauerwerk der Isolierung zu schonen und durch bessere Wärmeabfuhr die Spaltreaktion sicherer beherrschen zu können. Der Reaktionsbehälter geht nach unten in einen Röhrenwärmeaustauscher über, wobei die Verbindung mit dem Flansch hergestellt ist. Dieser Flansch ist von dem Wassermantel umschlossen, damit er genügend gekühlt wird, was den Nachteil hat, daß er für Reparaturen und Reinigung nur schwer zugänglich ist.

Es ist ferner eine Vorrichtung zur thermischen Spaltung beschrieben, bei der sich an den Reaktionsraum, in dem die Umsetzung ohne Anwendung von Katalysatoren bei wesentlich höheren Temperaturen abläuft, eine sehr große Vorkühlzone anschließt und die Abkühlung in Rohren erfolgt, die in gewundener oder gebogener Form durch den Wassermantel um den Reaktionsraum geführt werden. Eine derartige Vorrichtung läßt sich für einen Betrieb unter Druck nur mit erheblichen Kosten herstellen, und die Kühlrohre bedingen wegen ihrer Form und der notwendigerweise verhältnismäßig geringen Anzahl einen merklichen Druckverlust der hindurchgeführten Spaltgase. Außerdem besteht die Gefahr, daß an den gebogenen Stellen auf der der Strömungsrichtung abgekehrten Seite leicht Ablagerungen auftreten, die dann nur schwer beseitigt werden können.

Es sind ferner Vorrichtungen für katalytische Spaltverfahren bekannt, bei denen die erforderliche Reaktionswärme mit Rauchgasen zugeführt wird. Der bei diesem Verfahren erforderliche wiederholte Wärmeaustausch zeigt sich bei den Vorrichtungen in einer komplizierten Führung der Rauchgase, die Kompensationsmöglichkeiten erfordert, damit die Längendehnungen des Apparates durch die in den verschiedenen Zonen mit unterschiedlicher Temperatur strömenden Rauchgase nicht zu Schaden der Vor-Vorrichtung zum autothermen, katalytischen Spalten von Kohlenwasserstoffen unter Druck

Anmelder:

Metallgesellschaft Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M., Reuterweg 14

Dipl.-Ing. Otto Hubmann, Bad Homburg v. d. Höhe, Dipl.-Ing. Heinz Hiller, Bad Vilbel-Heilsberg,

und Dipl.-Ing. Ernst Kapp, Frankfurt/M.,

sind als Erfinder genannt worden

richtung führen können. Außerdem ist es nicht möglich, diese Vorrichtungen unter Druck zu betreiben, da dann für die Wandungen, die auf hohe Temperaturen erhitzt werden müssen, um einen wirtschaftliehen Wärmeübergang von den Rauchgasen auf die reagierenden Gase zu gewährleisten, sehr große Wandstärken erforderlich werden und außerdem nur außen beheizte Rohre bei hohen Wandtemperaturen druckbeständig ausgelegt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bedeutet demgegenüber eine Ausgestaltung der eingangs erwähnten bekannten Vorrichtung. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung schließt sich der Rohrenwärmeaustauscher nicht unmittelbar an den Reaktor an, sondem zwischen Reaktor und Wärmeaustauscher ist ein Rohrbündel angebracht. Dieses Rohrbündel ist mit dem Reaktor fest verbunden, während die Verbindung mit dem Wärmeaustauscher durch einen Flansch hergestellt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber der bekannten den Vorteil, daß die Spaltgase aus dem Reaktor in dem Rohrbündel bereits gekühlt werden, ehe sie in den Wärmeaustauscher eintreten. Dadurch ist auch die Temperatur am Flansch zwischen Rohrbündel und Wärmeaustauscher geringer als am Reaktoraustritt. Infolgedessen genügt für den Flansch eine einseitige Kühlung, und es ist nicht mehr nötig, daß der Wassermantel den Flansch umschließt, sondern es genügt, daß er mit dem oberen Teil des Flansches abschließt. Dadurch ist der Flansch leicht für Reparatur und Reinigung zugänglich und kann auch während des Betriebes nachgestellt werden.

309 508/128

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sei an Hand, der Zeichnung beschrieben:

Der geschlossene zylindrische Mantel 1 umschließt einen zylindrischen Reaktor 2 und ein darunterliegendes, mit diesem Reaktor direkt verbundenes S Rohrbündel 3. Der um die Rohre des Rohrbündel 3 und zwischen den Wandungen der Behälter 1 und 2 verbleibende Raum dient als Wassermantel 12 mit der Zuführung 13 für Wasser. Da beide Behälter 1 und 2 und auch das Rohrbündel 3 drucktragend ausgebildet sind, können in dem Reaktor 2, in dem die Spaltung erfolgt, und in dem Dampfmantel 12 unterschiedliche Drücke herrschen. Der Reaktor 2 kann in an sich bekannter Weise mit einer inneren Ausmauerung aus hochfeuerfestem, keramischem Material versehen sein. Außerdem ist dieser Reaktor ganz oder teilweise mit dem für die Spaltung erforderlichen Kontakt, meist einem auf Träger aufgebrachten Nickelkatalysator, angefüllt. An dem äußeren zylindrischen Behälter 1 unter dem Rohrbündel 3 ist ein Röhrenwärmeaustauscher 4 angeordnet, dessen Rohre 5 in der Verlängerung des Rohrbündels 3 liegen und ein Durchströmen der Reaktionsgase ohne Richtungsänderung durch beide Rohrbündel (3 und S) zulassen. Die mit etwa 700 bis 800° C aus dem Abhitzekessel austretenden Spaltgase gelangen somit unmittelbar in den Röhrenwärmeaustauscher.

Der Raum 6 um die Rohre 5 des Röhrenwärmeaustauschers 4 dient zur Erhitzung der Einsatzgase, und zwar zur Aufheizung des in dem Wassermantel 12 erzeugten Dampfes, der dem Wärmeaustauscher 4 über die Leitung 8 zugeführt wird, sowie zur Vorheizung der zu spaltenden kohlenwasserstoffhaltigen Gase, die dem Wärmeaustauscher 4 beispielsweise durch die Leitung 10 zugeführt werden können. Es ist aber auch möglich, den Dampf über die Gasleitung 10 in den Wärmeaustauscher 4 eintreten zu lassen. Beim Durchströmen des Wärmeaustauschers 4 werden die Einsatzgase vorerhitzt und strömen aus dem oberen Teil des Raumes 6 um die Rohre S über eine Leitung 7 in den Mischer am Kopf des zylindrischen Reaktors 2. Gleichzeitig werden dem Mischer durch eine Leitung 9 der für die autotherme Spaltung erforderliche Sauerstoff oder die sauerstoffhaltigen Gase zugeführt, die gleichfalls vorerhitzt sein können. Die in dem Wärmeaustauscher auf etwa 300 bis 400° C heruntergekühlten Spaltgase werden über die Leitung 11 der weiteren Verarbeitung zugeführt. Damit wird eine Temperatur erreicht, die für eine nachfolgende Konvertierung des CO am besten geeignet ist.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, den Spaltreaktor 2 mit einem unmittelbar anschließenden Rohrbündel 3 eines Abhitzekessels zu einer baulichen Einheit zusammenzufassen, so daß zugleich der Wassermantel des Reaktors und der Abhitzekessel selbst nur noch aus einem Raum bestehen, hat folgende weitere Vorteile:

Überhitzungen der Wandungen des Reaktors 2 sind sicher ausgeschlossen. Die heißen Spaltgase, die mit einer Temperatur von 800 bis 1000° C am Ausgang des Kontaktes vorliegen, können betriebssicher und ohne Wärmeverluste in das Rohrbündel 3 des Abhitzekessels geführt werden, was zugleich eine bessere Ausnutzung des Wärmeinhalts dieser Spaltgase bedeutet. Ausgemauerte Leitungen, hochtemperaturfeste Flansche und Kompensationsstücke, die eine erhöhte Wartung benötigen, fallen fort. Außerdem wird eine Rußbildung, die bei der Abkühlung von heißen Spaltgasen im Wärmeaustauscher vorkommen kann, bei der erfindungsgemäßen Zwischenschaltung eines Rohrbündels zwischen Reaktor und Wärmeaustauscher vermieden, auch wenn mit geringem Dampfzusatz gespalten wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Überhitzungstemperatur geringer ist als bei der bekannten Vorrichtung, so daß die Umgehungsleitung 7 für diese heißen Gase einfacher ausgeführt werden kann. Durch die Vorkühlung der heißen Spaltgase wird zusätzlich Dampf erzeugt, wodurch nur eine geringe Menge Fremddampf erforderlich ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird zweckmäßig als Ganzes von einer Isolierung umschlossen. Sie eignet sich hervorragend für die autotherme Spaltung von Kohlenwasserstoffen bei Drücken von 3 bis 30 at oder mehr und kann ebenso wie für die Spaltung von Methan auch zur Spaltung von methanhaltigen Gasen oder den höheren Homologen bis etwa fünf C-Atomen dienen, wie sie in der Technik im Erdgas, Krackgas, Raffineriegas, Syntheserestgas oder Kokereigas vorliegen, deren Spaltung zu Kohlenoxyd und wasserstoffhaltigen Gasen an sich bekannt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum autothermen, katalytischen Spalten von Kohlenwasserstoffen unter Druck, bestehend aus einem geschlossenen zylindrischen Mantel, der einen zylindrischen Reaktor umschließt, und einem Röhrenwärmeaustauscher in Verlängerung des Reaktorausgangs, dadurch ge kennzeichnet, daß am Reaktor (2) ein Rohrbündel (3) direkt angebracht ist, das den Reaktor mit dem Wärmeaustauscher (4) mittels Flansch verbindet, und daß der Mantel (1) den Reaktor (2) und das Rohrbündel (3) umschließt und mit beiden fest verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (2) eine Ausmauerung mit feuerfestem, keramischem Material besitzt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Raumes (6) um die Rohre (S) des Röhrenwärmeaustauschers (4) über eine Leitung (7) mit dem Kopf des zylindrischen Reaktors (2) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des Raumes (6) um die Rohre (5) des Röhrenwärmeaustauschers (4) über eine Leitung (8) mit dem oberen Teil des äußeren zylindrischen Mantels (1) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1074554, 1093 948, 100861;
deutsche Patentschrift Nr. 967 747.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen