DE2009085A1 - Steel for organic reactors - Google Patents

Description

• " Verfahren zur thermischen Zersetzung organischer Verbindungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Zersetzung organischer Verbindungen, insbesondere Kohlenwasserstoffe, in Reakti onsvorrich tungen mit Teilen aus legiertem Stahl, die während der Umsetzung mit dem Reaktionsgemisch in Berühreng stehen.
• Einer der grösseren Unkostenposten bei Betrieb eines Ofens zur thermischen Zersetzug, d.h. Spaltung oder Disproportionierung, organischer Verbindungen ist die häufig erforderliche Reinigung und der Austach von Reaktionsrohren aus legierten Stahl, die durch die darin stattfindende Kokebildung erforderlich ist. Die Koksablagerungen verringern nicht nur die Durchsatzkapazität einer solchen Reaktionsofenröhre beträchtlich, sonderen können, wenn sie hart sind, auf Grund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Koks und legiertem Stahl sogar zu einer Zerstörung der Röhren während des Haerunterfahrens des Ofens führen.
• Weiterhin fällt natürlich die gesamte Produktionskapazität des Ofens während während der Reinigung einer oder mehrerer Röhren vollständig aus und auch die Arbeitsunkosten för eine solche Reinigung sind nicht gerade unbedeutend.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Geschwindigkeit der Koksablagerung auf denjenigen flächen von aus legierten Stahl bestehenden Reaktionsvorrichtungsteilen, wie Reaktionsofenrohren, die während der thermischen Zersetzung mit dee Reaktionsgemisch in Berührung stehen, zu verringern, und die Häufigkeit der erforderlichen Reinigung herabzusetzen.
• Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und den Inspruchen.
• Es wurde gefunden, dass sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch eine billige Vorbehandlung der betreffenden Flächen von Vorrichtungsteilen aus legiertem Stahl lösen lässt, wobei sie Unter Verringerung ihrer katalytischen Aktivität passiviert werdßn, indem man sie bei erhöhter Temperatur Mit einer oxydierenden Atmosphäre in Berührung bringt, d.h., dass die Koksablagerungsgeschwindigkeit auf so vorbehandelten Stahlflächen, wenn man die Anlage im Anschlus an die Vorbehandlung zur Durchführung thermischer Zersetzungsreaktionen, z.B. zum thermischen Spalten, verwendet, geringer ist, als obne Vorbehandlung. Gegenstand der Brfindung ist somit ein Verfahren zur thermischen Zersetzung organischer Verbindungen in Reaktionsvorrichtungen mit Teilen aus legiertem Stahl, die während der Umsetzung mit dem Reaktionsgemisch in Berührung stehen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die der thermischen Zersetzung mit dem Reaktionsgemisch in Behürung kommenden Stahlflächen vorbehandelt, indes man eine.
• oxydierende Atmosphäre solange und bei so hoher Temperatur auf sie einwirken lässt, dass die Geschwindigkeit der Koksablagerung an diesen Stahlflächen während der anschliessenden thermischen Zersetzung wirksam verringert wird.
• Die das Verfahren der Erfindung kennzeichnende Vorbehandlung kann auf neue Stahlrohre, vor der ersten Inbetriebnahme des Reaktionsofens, Jedoch auch auf bereits in Betrieb befindliche Reaktionsöffen angewandt werden, wobei deren Reaktionsrohre allerdings unmittelbar vor der erfindungsgemässen Vorbehandlung bis auf das blanke Metall gereinigt werden müssen.
• Nach einer unverbindlichen Theorie kann man sich den erfindungsgemäss erzielten Erfolg wie folgt erklären: Die in den Reaktionsröhren moderner Reaktionsüfen vorherrschenden verschiedenen legierten Stähle weisen auf Grund ihres Gehalts an edlen und anderen katalytisch wirksamen Metallen katalytisch aktive Zentren auf, die, wenn sie nicht desaktiviert werden, unerwünschte Nebenreaktionen katalysieren und aui andere Weise zur Ablagerung von Kohlenstoff in Form von Koks führen.
• Diese katalytisch aktiven Zentren werden nun durch die erfindungsgemäss angewandte Vorbehandlung der neuen oder gereinigten Netallfläohen in einer oxydierenden Atmosphäre desaktiviert und unschädlich gemacht.
• Unter oxydierender ltlosphäre ist im Sinne der Erfindung ein Gas zu verstehen, du entweder molekularen Sauerstoff oder eine andere Verbindung enthält, die bei der angewandten Vorbehandlungstemoeratur oxydierend wirkt. Beispiele solcher Gase sind Luft, Sauerstoff, Wasserdampf und mit Sauerstoff angereicherte Luft. Die Temperatur, bei der die erfindungsgemäss angewandte Vorbhandlung durchgeführt wird, kann innerhalb weiter Gransen schwanken, liegt jedoch vorzugsweise mindestens so hoch, wie diejenige Temperatur, der der betreffende Vorrichtungsteil bei der anschliessenden thermischen Zersetzung ausgesetzt ist. Eine Vorbehandlung bei 650 °C oder häherer Temperatur führt im allgemeinen zu befriedigenen Ergebnissen, jedoch können natürlich auch Temperaturen, bis zu einer Höhe angewandt werden, denen das betreffende Rohr gerade noch ohne Risiko ausgesetzt werden kann. Die Behandlungsdauer kann variiert werden, Jedoch eind allzulange Behandlungszeiten nicht von Vorteil. Beispielsweise erzielt man befriedigende Ergebnisse, wenn man die vorzubehandelnden Stahlflächen bei der Jeweiligen Behandlungstemperatur eine Stunde oder länger der oxydierenden Atmosphäre aussetzt. Dem Druck, bei dem die Vorbehandlung durchgeführt wird, kommt nur geringe Bedeutung zu, so dass man zweckmässig einen im Hinblick auf die Zufuhr des oxydierenden gases geeigneten Druck wählt.
• Die die Erfindung kennzeichnende Behandlung der mit dem Reaktionsgemisch in Berürhung kommenden Stahlflächen von Anlageteilen aus legiertem Stahl wird als Vorbehandlung bezeichnet, da man die besten Ergebnisse erhält, wenn man die betreffenden Stahlflächen, z.B. Reaktionsrohre, mit der oxydierenden Atmosphäre unmittelbar vor der Inbetriebnahme des Reaktors für das eigentliche Verfahren behandelt d.h., dass die erfindungsgemäss erzielten Vorteile dadurch verringert werden, dass man die Reaktionsrohre nach der Behandlung mit einer oxydierenden Atmosphäre noch eine gewisse Zeit der Umgebungsatmosphäre aussetzt, bevor man sie in Betrieb nimmt Wie bereits vorstehend erwähnt, kann man das Verfahren der Erfindung bzw. die erfindungsgemäss angewandte Vorbehandlung auch bei Reaktionerohren, die bereits benutzt wurden, anwenden, wenn man diese vorehr in der üblichen Weise, z.B. durch Aufreiben oder Polieren reinigt, woiudie Anlage natürlich heruntergefahren, und abgestellt sein ausü.
• Das Verfahren der mit Vorteil bei Stahlrohren aus legierten Stählen angewendet werden, die für thermische (im Gegensatz zu katalystischen) Verfahren verwendet werden sollen. Beispiele solcher Verfahren sind thermische Zersetzungen und Spaltverfahren, z.B. die thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen, wie Äthan, Propan, Ölen usw., zu Olefinen oder Acetylenen.
• Unter "legiertem Stahl" sind solche Stähle zu verstehen, wie sie infolge der gestiegenen Anfoderungen an die Temperatur- und Druckfestigkeit der Metalle für Reaktionsöfen in letzter Zeit vorwiegend gebräuchlich wurden. Diese Legierungen enthalten in der Regel, jedoch nicht notwendigerweise, als grössten Bestandeil Eisen und können Legierungszuschläge oder -elemente, wie Chrom, Nickel, Aluminium, Silicium, Mangan, Phosphor, Schwefel, Miob, Tantal, Titan, Zirkon und Molybdän enthalten.
• Das nachstehende Ausf+hrungsbeispiel soll die Erfindung erläutern, jedoch nicht beschränken.
• Es wurden 5 identische neue Krachöfen mit Reaktionsrohren aus HK-40-Legierung aufgestellt. Die Rohre eines dieser Reaktionsöfen wurden bei etwa 954 °C mit Wasserdampf etwa 15 Stunden vorbehandelt, während die anderen Reaktionsöfen keiner Vorbehandlung unterworfen wurden Alle fünf Öfen wurden dann zur Spaltung von Äthan zur Herstellung von Äthylen in Betrieb genommen. Während der ungefähr 5 ersten Monate der Benutzung dieser Reaktionsöfen betrug die tatsächliche Betriebsdauer des vorbehandelten Reakticnsofensetwa 82,3 % der Gesamtzeit, während die anderen vier im Durchschnitt nur etwa 74,7 % der Gesamtzeit tatsächlich in Betrieb waren,

Claims (6)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1.
2. Verfahren zun thermischen Zersetzung organischer Verbindungen in Reaktionsvorrichtungen mit Teilen aus legiertem Stahl, die während der Umsetzung mit dem TReaktionsgemisch in Be stehen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass man die bei der thermischen Zersetzung mit dem Reaktionsproduktgemisch in Berührung kommemden Stahlflächen vorbehandelt, inden man eine oxydierende Atmosphäre solange und bei so hoher Temperatur auf sie einwirken lässt, dass die Geschwindigkeit der Koksablagerung an diesen Stahlflächen während der anschliessenden thermischen Zersetzung wirksam verringert wirdO 2.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d ur e h g e k e n n -z e i c h n e t, dass ein kohlenwasserstoff thermisch gespalten wirdO 3. verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, das ein Parrffin mit niederem Molekulargewicht als Ausgangsmaterial verwendet wird.
4. 40 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r e h g e k e n n z e i c h n e t, das. die termische Zersetzung in einer Reaktionsvorrichtung durchgeführt wird, bei der die mit dem Reaktionsgemisch in Berührung stehrnden Stahlteile aus legierten Stählen bestehen, die Chrom, Nickel, Molybdän, Titan, Mangan, Niob und/oder Tantal enthalten.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansorüche 1 bis 4, d a d u r 6 h g e k e n n s e i c h n e t, da die oxydierende Atmosphäre Wasserdampf oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas enthält, bzw.

   daraus besteht.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a b u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Vorbehandlungszeit von mindestens etwa einer Minute und eine Vorbehandlungstemperatur von mindestens etwa 482 °C angewandt wird.