DE1206403B

DE1206403B - Process for covering the heat to be applied in the thermal cracking of gaseous hydrocarbons to form hydrogen and carbon

Info

Publication number: DE1206403B
Application number: DEE18738A
Authority: DE
Inventors: Peter L Silveston; Charles E Jahnig
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1959-01-12
Filing date: 1960-01-12
Publication date: 1965-12-09

Description

Verfahren zur Deckung der bei der thermischen Spaltung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen zu Wasserstoff und Kohlenstoff aufzubringenden Wärme Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Deckung der bei der thermischen Spaltung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen zu Wasserstoff und Kohlenstoff aufzubringenden Wärme, bei dem der Kohlenstoff der kontinuierlich nacheinander eine Aufheizvorrichtung und einen Spaltreaktor in teilweisem Kreislauf durchlaufenden Partikeln durch in die Heizvorrichtung eingespeiste Luft unter Wander- oder Wirbelschichtbedingungen teilweise verbrannt wird.Process for covering the thermal cracking of gaseous Hydrocarbons to hydrogen and carbon to be applied heat subject the invention is a method for covering the thermal cleavage of gaseous hydrocarbons to hydrogen and carbon heat to be applied, in which the carbon of the continuously one after the other a heating device and a cracking reactor in partially circulating particles through in the heating device fed air under moving or fluidized bed conditions is partially burned.

Für die Umwandlung von Erdöl in Wasserstoff sind zahlreiche Methoden bekannt. Das Kracken von Methan oder der bei einer Raffination entstehenden Abfallgase zu Wasserstoff und Koks wird technisch in großem Maßstabe ausgeführt, doch bringen die für die Erzielung guter Ausbeuten notwendigen hohen Temperaturen verhältnismäßig hohe Kosten an Wärmeenergie mit sich.There are numerous methods for converting petroleum into hydrogen known. The cracking of methane or the waste gases produced during refining to hydrogen and coke is carried out technically on a large scale, but bring the high temperatures necessary to achieve good yields are proportionate high cost of thermal energy with it.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermindert diese Kosten erheblich und verringert das Verbrennen des wertvollen Kokses. Die kontinuierlich eine Aufheizeinrichtung und einen Spaltreaktor durchlaufenden Kokspartikeln dienen dabei in bekannter Weise als Wärmeträger zum Kracken der Kohlenwasserstoff beschikkung und als Oberfläche für den Kohlenstoff, auf die er sich beim Kracken absetzt. Der hierbei abgesetzte Koks wird leicht dadurch gewonnen, daß man die als Wärmeträger dienenden Koksteilchen einfach teilweise entfernt. So gewonnener Koks ist ein wertvolles Produkt und eignet sich besonders in der Elektroden-Industrie. Infolgedessen ist eine Verbesserung des bisherigen Verfahrens zum Kracken von Kohlenwasserstoffen zwecks Gewinnung von Wasserstoff von erheblicher technischer Bedeutung, bei welcher eine Anlage zur Vorerhitzung und Wärmegewinnung benutzt wird, die ein übermäßiges Verbrennen des Kokses vermeidet.The method according to the invention reduces these costs considerably and reduces the burning of valuable coke. The continuous heating device and coke particles passing through a cracking reactor are used in a known manner as a heat carrier for cracking the hydrocarbon feed and as a surface for the carbon it settles on when cracking. The here deposed Coke is easily obtained by removing the coke particles serving as heat transfer media simply partially removed. Coke obtained in this way is a valuable product and suitable especially in the electrode industry. As a result, there is an improvement the previous process for cracking hydrocarbons for the purpose of obtaining Hydrogen of considerable technical importance, in which a plant for preheating and heat recovery is used which avoids excessive coke burning.

Beim vorliegenden Verfahren wird dem als Wärmeträger dienenden Koks die zum Kracken des Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff und Koks erforderliche Wärme in einer Erhitzungsvorrichtung zugeführt. Man hat hierfür schon eine Wärmeübertragung in Wanderschichten, Wirbelschichten oder durch herabrieselnde Feststoffe benutzt. Bei diesen Anlagen wird die Wärme dadurch gedeckt, daß Sauerstoff durch eine Koksschicht oder durch herabfallende Koksteilchen geleitet wird, wobei der Koks teilweise verbrannt wird, Kohlenmonoxyd und -dioxyd entsteht und die Koksteilchen erhitzt werden. Wird die Kohlendioxydmenge gegenüber der Kohlenmonoxydmenge erhöht, so steht bei gleicher Koksverbrennung mehr Wärme zur Verfügung. Bei einer derartigen Regulierung erhöht sich bei gleicher Wärmeausbeute nicht nur die Koksausbeute, sondern es verringert sich auch der Luftverbrauch, was auf eine Senkung der Investierungs- und Betriebskosten hinausläuft.In the present process, coke is used as a heat transfer medium the heat required to crack the hydrocarbon into hydrogen and coke fed in a heating device. You already have a heat transfer for this used in moving beds, fluidized beds or by trickling down solids. In these systems, the heat is covered by the fact that oxygen is passed through a layer of coke or is passed through falling coke particles, the coke being partially burned carbon monoxide and dioxide are formed and the coke particles are heated. Will if the amount of carbon dioxide is increased compared to the amount of carbon monoxide, then it is the same Coke burning provides more heat. Increased with such regulation With the same heat yield, not only does the coke yield decrease, but it also decreases also the air consumption, which leads to a reduction in investment and operating costs runs out.

Bei den üblichen Wanderschichten oder Wirbelschichten sind die Kontaktzeiten jedoch verhältnismäßig lang. Dies bedeutet, daß der Sauerstoff der Luft vollkommen verbraucht und ein Teil des COa durch den Koks in der Schicht zu CO reduziert wird. Das Verhältnis von CO: CO, ist hoch und damit die Brennstoffwirtschaftlichkeit gering. Bei flachen Schichten ergibt sich zwar eine größere Brennstoffwirtschaftlichkeit, doch man kann mit ihnen nicht gut arbeiten. In einer technischen Anlage z. B., die 560 000 m3 Wasserstoff je Durchsatztag liefert, sind für die Erhitzungsvorrichtung 620 m3 Luft pro Minute notwendig, so daß bei Verwendung einer Bewegungs- oder Wirbelschicht diese einen inneren Durchmesser von 4,88 m und eine Höhe von lediglich 15,24 cm aufweisen müßte, um wirtschaftlich zu arbeiten.In the case of the usual moving layers or fluidized beds, however, the contact times are relatively long. This means that the oxygen in the air is completely consumed and some of the COa is reduced to CO by the coke in the bed. The ratio of CO: CO is high and therefore the fuel economy is low. While flat layers provide greater fuel economy, they do not work well. In a technical system z. B., which delivers 560,000 m3 of hydrogen per throughput day, 620 m3 of air per minute are necessary for the heating device, so that when using a moving or fluidized bed this has an inner diameter of 4.88 m and a height of only 15.24 cm should have in order to work economically.

In einer Erhitzungsvorrichtung mit abwärts rieselnden Feststoffen laufen zwei Vorgänge gleichzeitig ab: 1. Der Koks verbrennt mit Luft zu CO und C02.In a heater with solids trickling downwards two processes take place at the same time: 1. The coke burns with air to form CO and C02.

Die Regulierung dieser Stufe erfolgt durch die Verteilung des Sauerstoffs über die Koksoberfläche. 2. Der Koks wird auf die erforderliche Temperatur erhitzt, was durch Übertragung und Strahlung von dem Gas auf die Koksoberfläche und von da durch Leitung in das Innere der Koksteilchen geschieht.This stage is regulated by distributing the oxygen over the coke surface. 2. The coke is made to the required Temperature is heated by transmission and radiation from the gas to the coke surface and from there through conduction into the interior of the coke particles.

Bei einer einfachen Erhitzungsvorrichtung für rieselnde Feststoffe überdecken sich die einzelnen Arbeitsgänge teilweise. Zur Erhitzung ist dabei leider mehr Zeit erforderlich als für jeden einzelnen Teilvorgang. Da Teilchen einer praktischen Größe beim Rieseln durch den größten Teil der Erhitzungsvorrichtung ihre Geschwindigkeit erhöhen, ist ein sehr hoher und unpraktischer Brenner nötig. Bei Teilchen einer Größe von 6,35 mm wäre ein Brenner von 45,72 bis 76,2 m erforderlich. Außerdem ist eine außerordentliche feine Luftverteilung am Boden der Schicht und eine sehr gleichmäßige Koksaufgabe unerläßlich, damit eine Erhitzungsvorrichtung dieser Art überhaupt arbeitet. Dies wird aber bei hoher Temperatur und bei unterschiedlichen Beschickungsmengen zu einem Problem.With a simple heating device for trickling solids the individual work steps partially overlap. Unfortunately, there is a need for heating more time is required than for each individual sub-process. Because particles are a practical Size as it trickles through most of the heater, its speed a very tall and impractical burner is required. For particles one 6.35 mm would require a 45.72 to 76.2 m torch. Also is an extraordinarily fine air distribution at the bottom of the layer and a very even one Coke task essential for a heating device of this type to work at all. However, this is done at high temperature and with different feed quantities to a problem.

Erfindungsgemäß wird die Aufheizeinrichtung, in welcher der Kohlenstoff der umlaufenden Kokspartikeln durch in die Aufheizeinrichtung eingespeiste Luft unter Wander- oder Wirbelschichtbedingungen teilweise verbrannt wird, so betrieben, daß die umlaufenden Koksteilchen die Aufheizeinrichtung von oben nach unten durchlaufen, wobei sie auf eine am Boden der Vorrichtung aufrechterhaltene Koksteilchenwander- oder -wirbelschicht auftreffen und ein Teil der für die Verbrennung des Kohlenstoffs erforderlichen Luftmenge am Boden dieser Schicht, der Rest dagegen oberhalb dieser Schicht in den in die Wander- oder Wirbelschicht fallenden Koksteilchenstrom eingeführt wird.According to the invention, the heating device in which the carbon the circulating coke particles by air fed into the heating device is partially incinerated under moving or fluidized bed conditions, operated as that the circulating coke particles pass through the heating device from top to bottom, while they are on a maintained at the bottom of the device coke particle migrating or fluidized bed impinge and part of the for the combustion of the carbon required amount of air at the bottom of this layer, the rest on the other hand above it Layer introduced into the coke particle stream falling into the moving or fluidized bed will.

Hierbei treten keine Regulierungsfragen auf, es können Gefäße von gewöhnlicher Größe verwendet werden, und es wird ein hohes C02: CO-Verhältnis erreicht, wobei die Kokserhitzung und die Koksverbrennung getrennt durchgeführt werden. In der Wander- oder Wirbelschicht wird nämlich nur die Verbrennung durchgeführt. Hier verbrennt der Koks bei ungenügender Luftzufuhr zu Kohlenmonoxyd, das am oberen Ende dieser Schicht entweicht.There are no regulatory issues here, vessels of normal size can be used, and a high C02: CO ratio is achieved, the coke heating and the coke burning are carried out separately. In In the moving or fluidized bed, only the combustion is carried out. here If the air supply is insufficient, the coke burns to form carbon monoxide, which is at the top this layer escapes.

Die Erhitzung des Kokses ist dabei nur sehr gering. Außerdem wird Luft in ungefähr der gleichen Menge, wie sie durch diese Wander- oder Wirbelschicht geleitet wird, direkt über dieser Schicht in das Gefäß eingeführt. Diese Luft verbrennt das Kohlenmonoxyd in äußerst kurzer Zeit zu Kohlendioxyd. Die heißen Verbrennungsgase steigen nach oben und erhitzen ohne wesentliche CO-Bildung sehr schnell den nach unten rieselnden Koks. Dies ist dadurch zu erklären, daß die Wärmeübertragung von dem Gas auf die Teilchen durch Strahlung bedeutend schneller vor sich geht als die Reduktion des C02 mittels Massenübergang der O-Atome vom C02 auf die Teilchenoberfläche. Da nur der Erhitzungsvorgang Bedeutung hat und dieser die Verweilzeit bestimmt, kann die Höhe der Zone verringert werden. Es ist wichtig, welche Höhe die Zone abwärts rieselnder Feststoffe hat. Eine gewisse Mindesthöhe ist notwendig, damit die Koksteilchen auf die richtige Temperatur gebracht werden. Ist jedoch die Zone zu hoch, so wird durch die Reduktion von C02 übermäßig viel Koks verbraucht. Aus diesem Grunde soll die Maximalhöhe für einen tragbaren Koksverbrauch nicht mehr als 10 bis 25 °/o über der minimalen Höhe liegen, die notwendig ist, um die Koksteilchen auf die richtige Temperatur zu bringen. So muß die Zone eine Höhe zwischen 9,144 und 15,24 m haben, wenn die Teilchengröße-6,35 mm beträgt.The heating of the coke is only very slight. Also will Air in roughly the same amount as it passes through this moving or fluidized bed is introduced into the vessel directly above this layer. This air burns the carbon monoxide to carbon dioxide in an extremely short time. The hot combustion gases rise to the top and heat up very quickly without significant CO formation coke trickling down below. This can be explained by the fact that the heat transfer from the gas on the particles by radiation is much faster than that Reduction of the C02 by means of the mass transfer of the O atoms from the C02 to the particle surface. Since only the heating process is important and this determines the dwell time, the height of the zone can be reduced. It is important what height the zone descends has trickling solids. A certain minimum height is necessary so that the coke particles brought to the right temperature. However, if the zone is too high, then excessive coke consumption due to the reduction of C02. This is why it should the maximum level for sustainable coke consumption not more than 10 to 25 ° / o above the minimum height that is necessary to keep the coke particles at the correct Bring temperature. The zone must have a height between 9.144 and 15.24 m, when the particle size is -6.35 mm.

Aus der USA.-Patentschrift 2 805177 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem die Deckung der zur Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen erforderlichen Wärme ebenfalls durch teilweise Verbrennung umlaufender Koksteilchen erfolgt. Jedoch unterscheidet sich dieses Verfahren in wesentlichen Merkmalen von der Erfindung. Dort werden keine herabrieselnden Koksteilchen in einer Heizvorrichtung verwendet, die an ihrem Boden eine Wanderschicht besitzt. Es wird dort lediglich ein nicht geteilter Luftstrom in die Heizvorrichtung geleitet, durch welche ein Koksstrom fließt. Es wird also keine Luft unter Bildung von im wesentlichen nur CO durch eine Wanderschicht aufwärts geleitet, wie dies erfindungsgemäß geschieht, und es wird kein zweiter Luftstrom oberhalb der Wanderschicht eingeleitet, der das CO zu CO, oxydiert. Auch fließt kein CO-armes C02-Gas derart schnell aufwärts durch die herabrieselnden Kokspartikeln, daß die Reaktion der Kokspartikeln mit dem C02 auf ein Minimum reduziert wird. Das Verfahren, wie es hier beschrieben ist, gibt demgegenüber eine wirksame Wärmeübertragung aus dem aufsteigenden CO, -Gas, wobei die weitgehende Bildung von C02 anstatt CO es erlaubt, mit Geringstmengen an Luft auszukommen, die in zwei getrennten Strömen unterhalb und oberhalb der Schicht am Boden der Erhitzungseinrichtung eingeführt wird.A process has become known from US Pat. No. 2,805,177 in which the heat required for the pyrolysis of hydrocarbons is also covered by partial combustion of circulating coke particles. However, this method differs from the invention in essential features. There no coke particles trickling down are used in a heating device which has a migrating layer at its bottom. There only a non-split air stream is passed into the heating device, through which a stream of coke flows. No air is therefore passed upwards through a moving layer with the formation of essentially only CO, as is done according to the invention, and no second air stream is introduced above the moving layer, which oxidizes the CO to CO . Also, no low-CO CO 2 gas flows upwards through the coke particles trickling down so quickly that the reaction of the coke particles with the CO 2 is reduced to a minimum. The method as described here, in contrast, gives an effective heat transfer from the rising CO, gas, whereby the extensive formation of CO 2 instead of CO makes it possible to manage with minimal amounts of air, which in two separate streams below and above the layer on Bottom of the heating device is introduced.

Die Zeichnung erläutert das Verfahren im einzelnen. Es wird ein Kohlenwasserstoff, z. B. Erdgas, über die Leitung 1 in Behälter 2 eingeleitet und dort auf eine Temperatur von etwa 927°C vorerhitzt. Die hierzu erforderliche Wärme wird durch eine Wanderschicht Koksteilchen zugeführt, welche durch die Leitung 3 in den Behälter 2 gelangen. Eine Koksteilchengröße von 6,35 mm sorgt für eine große Oberfläche zum schnellen Wärmeaustausch und ermöglicht eine Oberflächengeschwindigkeit der Koksteilchen bis zu 1,83 m/sec, während diese durch den Vorerhitzbehälter 2 bewegt werden. Die Erhitzung der Kohlenwasserstoffbeschikkung auf etwa 927°C durch Verwendung von Koksteilchen führt teilweise zu einem Kracken, doch die Koksbildung auf den 6,35 mm großen Koksteilchen wird ausgeglichen durch das Zerbrechen der Teilchenschicht oder durch sonstiges Zerbrechen der Koksteilchen.The drawing explains the process in detail. It becomes a hydrocarbon z. B. natural gas, introduced via line 1 into container 2 and there to a temperature preheated to about 927 ° C. The heat required for this is passed through a moving layer Coke particles supplied, which pass through the line 3 into the container 2. One Coke particle size of 6.35 mm provides a large surface for rapid heat exchange and enables a surface speed of the coke particles of up to 1.83 m / sec, while these are being moved through the preheating container 2. The heating of the hydrocarbon feed to around 927 ° C through the use of coke particles partially leads to cracking, but the coke formation on the 6.35 mm coke particles is balanced out by breaking the particle layer or otherwise breaking the coke particles.

Aus dem Behälter zur Vorerhitzung 2 gelangen die Kohlenwasserstoffe durch die Leitung 4 in den Krackreaktor 5. In dem Reaktor 5 wird die Beschickung durch Berührung mit einer Wanderschicht von 6,35 mm großen Koksteilchen, die durch die Leitung 6 in den Reaktors kommen, im Gegenstrom auf etwa 1315°C erhitzt. Im Reaktor 5 findet Kracken in der Weise statt, daß sich der ganze Koks auf dem wärmetragenden Koksmaterial absetzt und die gasförmigen Produkte, die aus dem Reaktor 5 durch die Leitung 7 entweichen, 97,5 °/o Wasserstoff enthalten. Gegebenenfalls können die Koksteilchen im Reaktor 5 auch eine Wirbelschicht bilden.From the preheating tank 2, the hydrocarbons pass through line 4 into the cracking reactor 5. In reactor 5, the feed is countercurrent by contact with a migrating layer of 6.35 mm coke particles which come into the reactor through line 6 heated to about 1315 ° C. In the reactor 5 cracking takes place in such a way that all of the coke is deposited on the heat-carrying coke material and the gaseous products which escape from the reactor 5 through the line 7 contain 97.5% hydrogen. If appropriate, the coke particles in the reactor 5 can also form a fluidized bed.

Nachdem die bewegte Koksteilchenschicht den Reaktor 5 durchlaufen hat, wird sie über die Leitung 8 abgezogen. Diese über die Leitung 8 abgezogenen Koksteilchen werden gemahlen, damit sie die richtige Teilchengröße behalten. Bei diesem Mahlen anfallendes feines Material bildet einen Teil des als Nebenprodukt gewonnenen Kokses, der über die Leitung 9 aus der Anlage austritt, während der Rest durch die Leitung 10 zum weiteren Umlauf zurückgeführt wird.After the moving layer of coke particles has passed through reactor 5, it is withdrawn via line 8. These coke particles withdrawn via line 8 are ground so that they retain the correct particle size. The fine material obtained during this grinding forms part of the coke obtained as a by-product, which exits the plant via line 9, while the remainder is returned through line 10 for further circulation.

Über die Leitung 10 werden die Kokspartikeln bei einer Temperatur von 1038°C durch die Lufthebeanlage 14 in den Speicherraum 15 gedrückt. Gegebenenfalls können die Teilchen noch weiter gekühlt werden, ehe sie in den Speicherraum 15 befördert werden. In der Lufthebeanlage 14 werden die Kokspartikeln in dichter Phase durch Preßluft oder ein anderes Gas in den Speicherraum 15 gedrückt. Die Luft gelangt über die Leitung 11 in die Anlage und wird durch das Gebläse 12 über die Leitung 13 und in die Lufthebeanlage 14 gedrückt.Via the line 10, the coke particles are pressed into the storage space 15 by the air lifting system 14 at a temperature of 1038 ° C. If necessary, the particles can be cooled further before they are conveyed into the storage space 15. In the air lifting system 14 , the coke particles are pressed into the storage space 15 in a dense phase by compressed air or another gas. The air enters the system via the line 11 and is pressed by the fan 12 via the line 13 and into the air lifting system 14.

In der Lufthebeanlage 14 ist keine dispergierte, sondern eine dichte Phase aufrechtzuerhalten, da eine dichte Phase viel weniger Luft erfordert und folglich weniger Koks verbraucht wird, wodurch wieder mehr Koks als Nebenprodukt anfällt. Der Behälter 15 dient zur Aufrechterhaltung der richtigen Schichtdichte sowie zur Erreichung eines gleichmäßigeren Koksflusses nach dem Brenner 18. Das durch Verbrennung des Kokses entstehende Gas wird durch den Schacht 17 abgezogen.A dense phase, not a dispersed phase, has to be maintained in the airlift system 14 , since a dense phase requires much less air and consequently less coke is consumed, which again results in more coke as a by-product. The container 15 serves to maintain the correct layer density and to achieve a more uniform coke flow after the burner 18. The gas produced by the combustion of the coke is drawn off through the shaft 17.

Die Koksteilchen gelangen von dem Speicherraum 15 in die Leitung 16 und werden in die Heizvorrichtung 18 befördert. Diese dient einem doppelten Zweck: erstens Temperaturerhöhung der Koksteilchen von etwa 1038°C beim Eintritt in die Vorrichtung 18 auf etwa 1316°C und zweitens Deckung der dafür nötigen Wärme, indem ein Teil des Kokses so verbrannt wird, daß sich Verbrennungsprodukte mit einem hohen CO,: CO-Verhältnis bilden. Das erreicht man durch die Schicht 19 unterhalb der Einlaßleitung 24. Die Schicht 19 ist eine Wanderschicht oder eine dichte aufgewirbelte Schicht von Kokspartikeln und hat eine Breite von etwa 0,61 m. Luft wird durch die Leitung 21 eingeführt und durch ein Gebläse 22 in die Leitung 23 gepreßt. Aus der Leitung 23 gelangt die Hälfte der so eingeführten Luft über die Leitung 25 in die Schicht 19, während die andere Hälfte in die Leitung 24 und in die Heizvorrichtung 18 oberhalb der Schicht 19 gelangt.The coke particles pass from the storage space 15 into the line 16 and are conveyed into the heating device 18. This serves a double purpose: firstly, to increase the temperature of the coke particles from about 1038 ° C when entering the device 18 to about 1316 ° C and secondly to cover the heat required for this by burning part of the coke so that combustion products with a high CO : CO ratio form. This is achieved by the layer 19 below the inlet pipe 24. The layer 19 is a moving bed or dense fluidized layer of coke particles and has a width of about 0.61 m. Air is introduced through the line 21 and by a fan 22 in the Line 23 pressed. From the line 23, half of the air introduced in this way reaches the layer 19 via the line 25, while the other half reaches the line 24 and the heating device 18 above the layer 19.

Die Verbrennung geht in der Schicht 19 vonstatten. Wird die Temperatur auf 1316°C gehalten und beträgt die Teilchengröße des Kokses 6,35 mm, so genügt eine Schichtbreite von mindestens 0,30 m zur Umwandlung der Luft in Kohlenmonoxyd, falls die Luftgeschwindigkeit unter der zur Aufwirbelung der Schicht 19 nötigen Bevorzugt I Grenzen Erhitzungseinrichtung 18 Größe der Koksteilchen, mm . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 6,35 1,59 bis 25,40 Schichttiefe, m . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 0,305 bis 0,609 0,152 bis 1,829 Oberflächen-Gasgeschwindigkeit durch die Schicht, m/sec . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,524 bis 1,829 0,305 bis 3,656 Fließgeschwindigkeit der Masse, kg/m2/Std......... 1464 244 bis 3660 Druck in der Erhitzungseinrichtung, atü . . . . . . . . . . . 0,21 Luftdruck bis 17,5 Temperatur der Koksteilchen beim Verlassen der Erhitzungseinrichtung, ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1316 1093 bis 1649 Höhe der Zone abwärts rieselnder Feststoffe, m ..... 9 bis 15 3 bis 27 Krackreaktor 5 Temperatur der eingeleiteten Beschickung, ° C ...... 871 bis 982 538 bis 1093 Temperatur des austretenden Produkts*), ° C ....... 1093 bis 1204 982 bis 1427 Reaktordruck, atü ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,05 bis 1,75 0,35 bis 14,00 Oberflächen-Gasgeschwindigkeit, m/sec ............ 1,219 bis 1,524 0,305 bis 1,829 *) Hängt von der Ausbeute ab; 1149'C: 95°/jge Ausbeute; 982'C: 92°/oige Ausbeute (Reaktion wird geschwindigkeitsbegrenzt). Geschwindigkeit liegt. Die der Erhitzungseinrichtung 18 oberhalb der Schicht 19 durch die Leitung 24 zugeführte Luft oxydiert das aus der Schicht aufsteigende Kohlenmonoxyd fast augenblicklich zu Kohlendioxyd. Der Luftstrom durch die Leitungen 24 und 25 kann verändert werden, bildet also ein einfaches und wirksames Mittel zur Regulierung von Temperaturen und Koksverbrauch.The combustion takes place in layer 19. If the temperature is kept at 1316 ° C. and the particle size of the coke is 6.35 mm, a layer width of at least 0.30 m is sufficient to convert the air into carbon monoxide if the air speed is below that required to whirl up layer 19 I preferred limits Heating device 18 Size of the coke particles, mm. . . . . ... . . . . . . . . . . . . 6.35 1.59 to 25.40 Layer depth, m. . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . 0.305 to 0.609 0.152 to 1.829 Surface gas velocity through the layer, m / sec. . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.524 to 1.829 from 0.305 to 3.656 Flow rate of the mass, kg / m2 / hour ......... 1464 244 to 3660 Pressure in the heating device, atü. . . . . . . . . . . 0.21 atmospheric pressure to 17.5 Temperature of the coke particles when leaving the Heating device, ° C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1316 1093 to 1649 Height of the zone of downward trickling solids, m ..... 9 to 15 3 to 27 Cracking reactor 5 Temperature of the feed introduced, ° C ...... 871 to 982 538 to 1093 Temperature of the discharged product *), ° C ....... 1093 to 1204 982 to 1427 Reactor pressure, atü ...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.05 to 1.75 0.35 to 14.00 Surface gas velocity, m / sec ............ 1.219 to 1.524 0.305 to 1.829 *) Depends on the yield; 1149'C: 95 ° / ye yield; 982'C: 92% yield (reaction is rate limited). Speed lies. The air supplied to the heating device 18 above the layer 19 through the line 24 oxidizes the carbon monoxide rising from the layer almost instantaneously to carbon dioxide. The air flow through lines 24 and 25 can be varied, thus providing a simple and effective means of regulating temperatures and coke consumption.

Die Zone 20 in der Erhitzungseinrichtung 18 oberhalb der Schicht 19 ist eine Zone abwärts rieselnder Kokspartikeln, in welcher der rieselnde Koks durch Wärmeleitung und Strahlung auf die erforderliche Temperatur gebracht wird. Während das Kohlendioxyd durch die Zone 20 strömt, tritt nur in begrenztem Umfang eine Reduktion des Kohlendioxyds durch den Koks auf. Nach dem Durchgang durch die Zone 20 fallen die Koksteilchen in die Schicht 19, in welcher keine Kühlung stattfindet, und gelangen dann von 18 über die Leitung 6 in den Reaktor 5, wo das Kracken stattfindet. Die Abgase verlassen 18 über die Leitung 26. Der Abhitzekessel 27 ist oberhalb 18 angebracht, um den heißen, die Erhitzungseinrichtung 18 mit einer Temperatur von 1316°C verlassenden Abgasen Wärme zu entziehen.The zone 20 in the heating device 18 above the layer 19 is a zone of downwardly trickling coke particles, in which the falling coke is brought to the required temperature by conduction and radiation. As the carbon dioxide flows through zone 20 , there is only a limited reduction in carbon dioxide from the coke. After passing through zone 20, the coke particles fall into layer 19, in which no cooling takes place, and then pass from 18 via line 6 into reactor 5, where the cracking takes place. The exhaust gases leave 18 via the line 26. The waste heat boiler 27 is mounted above 18 in order to extract heat from the hot exhaust gases leaving the heating device 18 at a temperature of 1316 ° C.

Die erzeugten Gase mit einem Wasserstoffgehalt von etwa 97,5 °/o verlassen den Reaktor 5 über die Leitung 7 und erhitzen den Wärmeaustauscher 28, wo sie mit einer bewegten Schicht Koksteilchen in Berührung kommen. Diese Koksteilchen werden von dem Vorerhitzbehälter 2 über die Leitung 29, den Eimerlift 30, die Leitung 31, den Speicherraum 32 und die Leitung33 in den Wärmeaustauscher 28 geführt. Der Speicherraum 32 dient zur Erreichung eines ausgeglichenen Flusses der Koksteilchen in den Behälter 28.The gases produced with a hydrogen content of about 97.5% leave the reactor 5 via the line 7 and heat the heat exchanger 28, where they come into contact with a moving layer of coke particles. These coke particles are fed from the preheating container 2 via the line 29, the bucket elevator 30, the line 31, the storage space 32 and the line 33 into the heat exchanger 28 . The storage space 32 serves to achieve a balanced flow of the coke particles into the container 28.

Das Gas gelangt mit einer Temperatur von etwa 1149°C in den Behälter 28. Es strömt durch die bewegte Schicht von Koksteilchen im Behälter 28, und seine Temperatur wird dadurch bis auf etwa 55'C verringert, während die Koksteilchen in der Wanderschicht auf etwa 927°C erhitzt werden. Von dem Behälter 28 wird das erzeugte Gas über die Leitung 34 in einen Wäscher und Kompressor geleitet (nicht gezeigt), während die Koksteilchen durch die Leitung 3 in den Vorerhitzbehälter 2 fließen.The gas enters the container 28 at a temperature of about 1149 ° C. It flows through the moving layer of coke particles in the container 28, and its temperature is thereby reduced to about 55 ° C., while the coke particles in the moving layer to about 927 ° C. ° C. From the container 28 the generated gas is passed via the line 34 into a scrubber and compressor (not shown), while the coke particles flow through the line 3 into the preheating container 2.

Verhältnisse und Bedingungen der Erhitzungseinrichtung 18, Reaktor 5, Vorerhitzbehälter 2 und Wärmeaustauscher 28 sind im folgenden in Tabellenform aufgezeichnet: Bevorzugt I Grenzen Vorerhitzbehälter 2 Temperatur der eingeleiteten Beschickung, ° C ...... 21 bis 38 21 bis 538 Temperatur der austretenden Beschickung, ° C .... . . 871 bis 982 538 bis 1093 Oberflächengeschwindigkeit, m/sec . . . .. . ..: . . . ... . 1,219 bis 1,542 0,305 bis 1,829 Behälterdruck, atü ... . . . . .. .... . . ..... .... . . .. . . 0,70 bis 1,40 Luftdruck bis 17,50 Wärmeaustauscher 28 Temperatur des eingeleiteten Produkts, ° C . . . . . . . . . 1093 bis 1204 982 bis 1427 Temperatur des austretenden Produkts, ° C . . . . . . . . 38 bis 93 38 bis 538 Behälterdruck, atü .. . . . .. . . .. . . .. . . . .. . . .. . . . . . . 1,40 bis 2,10 Luftdruck bis 14,00 Oberflächen-Gasgeschwindigkeit, m/sec . . ... . . . . .. . 1,829 bis 2,438 0,305 bis 3,658 Die Beschickung für die Anlage kann entweder Erdgas (Methan) oder Raffinerieabgas sein, das zur Entfernung von Schwefelwasserstoff, Sauerstoff, Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd vorbehandelt worden ist. Wenn diese Gase nicht entfernt werden, verunreinigen sie den Wasserstoff. Dampf leichter Kohlenwasserstoffe, wie von Erdöl, kann ebenfalls verwendet werden.The proportions and conditions of the heating device 18, reactor 5, preheating vessel 2 and heat exchanger 28 are shown in the following in tabular form: I preferred limits Pre-heating tank 2 Temperature of the feed introduced, ° C ...... 21 to 38 21 to 538 Temperature of the exiting charge, ° C ..... . 871 to 982 538 to 1093 Surface speed, m / sec. . . ... ..:. . . ... 1.219 to 1.542 0.305 to 1.829 Tank pressure, atü .... . . . .. ..... . ..... ..... . ... . 0.70 to 1.40 air pressure to 17.50 Heat exchanger 28 Product introduced temperature, ° C. . . . . . . . . 1093 to 1204 982 to 1427 Exiting product temperature, ° C. . . . . . . . 38 to 93 38 to 538 Tank pressure, atü ... . . ... . ... . ... . . ... . ... . . . . . 1.40 to 2.10 air pressure to 14.00 Surface gas velocity, m / sec. . ... . . . ... 1.829 to 2.438 0.305 to 3.658 The feed to the plant can be either natural gas (methane) or refinery off-gas that has been pretreated to remove hydrogen sulfide, oxygen, carbon dioxide and carbon monoxide. If these gases are not removed, they will contaminate the hydrogen. Light hydrocarbon vapor, such as from petroleum, can also be used.

An der beschriebenen Anlage kann eine Vielzahl von Änderungen vorgenommen werden. Die Vorerhitz-und Wärmeaustauschanlage (Vorerhitzungsbehälter, Wärmeaustauscher und Eimerlift) kann weggelassen und statt dessen ein weniger kostspieliger Sprühturm dem Gerät hinzugefügt werden, der dann vor dem Waschen und Komprimieren zur Kühlung der gasförmigen Produkte dient. Diese Änderung würde indessen nur eine geringfügige Senkung der Investitionskosten -bedeuten, da der Krackreaktor höher, das Gebläse und die Hebevorrichtung größer und die Erhitzungseinrichtung im Durchmesser breiter sein müßte und der Brennstoffverbrauch steigen würde.A large number of changes can be made to the system described will. The preheating and heat exchange system (preheating tank, heat exchanger and bucket lift) can be omitted and a less expensive spray tower instead added to the device, which is then used for cooling before washing and compressing the gaseous products is used. This change would, however, only be a minor one Lower investment costs mean, since the cracking reactor is higher, the fan and the elevator larger and the heater wider in diameter would have to be and the fuel consumption would increase.

Auch könnte die Vorerhitz- und Wärmegewinnungsanlage weggelassen und durch einen üblichen zylinderförmigen Gaserhitzer ersetzt werden, bei welchem gekracktes heißes Gas zur Vorerhitzung der Beschickung auf etwa 538'C verwendet wird. 538'C ist die maximale Temperaturhöhe, da dies die höchstmögliche Temperatur ist. bei der sich kein Koks absetzt. Diese Änderung würde ebenfalls die Investierungskosten nur unwesentlich senken, da die Vorrichtung größer sein müßte und zusätzlicher Brennstoffverbrauch notwendig wäre.The preheating and heat recovery system could also be omitted and be replaced by a conventional cylinder-shaped gas heater in which cracked hot gas is used to preheat the feed to approximately 538'C. 538'C is the maximum temperature level as this is the highest possible temperature. at which does not settle coke. This change would also reduce the investment cost reduce only insignificantly, since the device would have to be larger and additional fuel consumption would be necessary.

Zur Vorerhitzung und Wärmegewinnung unter Nutzung der Wärme des Brennerabgases kann eine zweite Anlage eingebaut werden, um die in der Erhitzungseinrichtung verwendete Luft zu erhitzen. Dies würde den Anfall von Koks als Nebenprodukt erhöhen und einen geringeren Luftverbrauch mit sich bringen, doch bedeutend höhere Investierungskosten erfordern.For preheating and heat recovery using the heat from the burner exhaust gas a second system can be added to the one used in the heating system To heat air. This would increase the production of coke as a by-product and one result in lower air consumption, but significantly higher investment costs require.

Claims

Claims: 1. Method for covering the thermal Splitting of gaseous hydrocarbons into hydrogen and carbon to be applied Heat in which the carbon is continuously successively heating up and a cracking reactor in partially circulating particles through in the heating device fed air under moving or fluidized bed conditions is partially burned, d u r c h marked that the circulating coke particles Go through the heater from top to bottom, placing it on the one at the bottom The device maintained coke particle moving or fluidized bed impinge and part of the amount of air required to burn the carbon in this layer, the rest on the other hand above this layer in those falling into the layer Coke particle stream is introduced.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the emerging from the cleavage reactor hydrogen with the release of heat a likewise circulating coke particle stream in direct heat exchange and the Particle flow then with the hydrocarbons to be fed to the cracking reactor direct heat exchange is also brought about. Documents considered U.S. Patent No. 2,805,177.