DE2423012A1

DE2423012A1 - Reaktor zum thermischen kracken

Info

Publication number: DE2423012A1
Application number: DE19742423012
Authority: DE
Inventors: Charles William Albright; George Ernest Keller
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1973-05-14
Filing date: 1974-05-13
Publication date: 1974-11-28
Also published as: BE814936A; FR2229757A1; CA1025891A; IT1021009B; NL7406405A; JPS5411281B2; JPS5030802A

Description

Die Erfindung betrifft thermisches Kracken von Kohlenwasserstoffen mit heißen Gasen, insbesondere einen Reaktor zum thermischen Kracken.

Das thermische Kracken von Ausgangsstoffen - bzw. materialien aus Kohlenwasserstoff ist seit vielen Jahre ein wesentlicher Zufuhrbereich für den Bedarf der chemischen Industrie an den am meisten verwendeten chemischen Grundstoffen, z.B. Äthylen und Propylen, wobei Äthylen hauptsächlich iür die Herstellung von Polyäthylen niedriger und hoher Dichte» Äthylenoxid und Vinylchlorid verwendet werden, und Propylen für die Herstellung von Isopropylalkohol, Acrylonitril, Polypropylen und Propylenoxid.

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Naturgas bzw. dessen verschiedenen Komponenten und Naphtha sind derzeit die wesentlichen Ausgangsmaterialien, aus denen Äthylen, Propylen und Acetylen durch thermisches Kracken gewonnen werden; Knappheiten in diesen Ausgangsmaterialien zu wirtschaftlichen Preisen machen es jedoch erforderlich, daß die Industrie nach und nach auf Rohöl oder schwerere Materialien an Stelle der genannten Materialien übergeht.

Bei .einem Verfahren zum thermischen Kracken wird flüssiges Ausgangsmaterial in atomisierter Form in einen Reaktor geleitet, und zwar gemeinsam mit überhitztem Dampf und/oder einem anderen heißen Gas, das die für die endothermische Krackreaktion notwendige Wärme bereitstellt. Das Einlassen des Ausgangsmaterial und des heißen Gases wird so durchgeführt, daß die Komponenten vollständig vermischt werden und die Temperatur gleichmäßig und rasch in dem gesamten einlaufenden Ausgangsmaterial hergestellt wird.

Die wesentlichen Nachteile der bekannten Verfahren zum thermischen Kracken liegen in den verfügbaren Reaktoren, da diese nicht vielseitig genug sind, d.h., diese Reaktoren sind nicht imstande, verschiedene flüssige Ausgangsmaterialien, beispielsweise Naphtha, Gasöle, Naturbenzin, Raffinate und deren Kohlenwasserstoff-Teile aufzunehmen, die gegenwärtig als Ausgangsmaterialien Verwendung finden, und die noch über viele Jahre hierzu verwendet werden, zusammen mit Rohöl und möglicherweise schwereren Materialien, die künftig mehr und mehr verwendet werden. Weiterhin besitzen die derzeitig vor-

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handenen Reaktoren nicht genügend Kapazitäten, um höhere Erträge von Äthylen, Propylen und Acetylen zu gewährleisten, und zwar unabhängig von dem ausgewählten Ausgangsmaterial. Dies bedeutet, daß infolge des gegenwärtig bestehenden Übergangscharakters der die Ausgangsmaterialien beeinflussenden wirtschaftlichen Bedingungen die Erstellung von hochspezialisierten Reaktoren, die nur begrenzte Typen von Ausgangsmaterialien aufnehmen können, im Hinblick auf Investitionen zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht attraktiv sind. Im Hinblick auf kommerzielle Vorteile muß ein Reaktor ausreichend flexibel sein, um das Ausgangsmaterial aufzunehmen, das zum

als das

entsprechenden Zeitpunkt/wirtschaftlichste angesehen wird, sei es
/z.B. Naphtha oder Rohöl, und der gute Erträge von jedem dieser

genannten Materialien gewährleistet.

Bis jetzt hat es sich als schwierig herausgestellt, hochkapazitive Reaktoren zum thermischen Kracken einer Vielzahl von flüssigen Ausgangsmaterialien, die alle jeweils hohe Erträge bringen, herzustellen, besonders wenn sowohl Naphtha als auch Rohöl aus Ausgangsmaterial vorgesehen sind.

Zur Beseitigung dieser Nachteile schlägt die Erfindung einen Reaktor vor, der unter Anwendung bekannter Verfahren in der Lage ist, verschiedene Ausgangsmaterialien aus Kohlenwasserstoff, insbesondere Naphtha, Gasöl und Rohöl zu Äthylen, Propylen und Acetylen mit hohen Erträgen zu Knacken.

Der Reaktor nach der Erfindung zum thermischen Kracken von

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Ausgangsmateialien aus Kohlenwasserstoffen mit heißem Gas ist gekennzeichnet durch

(A) eine hohle zylindrische Röhre mit (i) einem ersten Endverschluß und einem zweiten Endverschluß, wobei wenigstens einer dieser Endverschlüsse eine im wesentlichen

mit mittig darin angeordnete Öffnung besitzt, und (ii)/wenigstens einer hohlen Einlaßkammer, die an beiden Enden offen ist, und die durch die von der Röhre (A) definierte zylindrische Oberfläche verläuft, wobei ein Ende der Kammer im Inneren

etwa
der Röhre/an deren Umfang derart angeordnet ist, daß durch die Kammer strömender Dampf im wesentlichen tangential zur inneren Oberfläche strömt, die durch die zylindrische Röhre (A) definiert ist, vorausgesetzt,daß die Durchflußrate hierzu ausreicht, wobei ein wirbelartiger Strom im Inneren der Röhre (A) erzeugt wird, und durch

(B) wenigstens eine an beiden Enden offene hohle Röhre, wobei (a) ein Ende der Röhre (B) mit der Röhre (A) an deren Öffnung, im wesentlichen konzentrisch mit dieser fluchtend und in offener Verbindung mit der Röhre (A) verbunden ist, (b) die Röhre (A) ein Verhältnis Länge:Durchmesser von e.twa 0,01:1 bis etwa 1:1 aufweist, (c) das Verhältnis des Äquivalenz-Durchmessers der Öffnung der Röhre (A) zu dem Äquivalenz-Durchmesser der Röhre (B) etwa 1:1 bis 0,1:1 beträgt, (d) die Röhre (B) ein Verhältnis Länge zu Äquivalenz-Durchmesser von etwa 5:1 bis etwa 200:1 besitzt und(e) Das Verhältnis des Röhrenvolumens (A) zu dem Röhrenvoluisen (B) etwa 0,01:1 bis etwa 5:1 beträgt. .

. -40984 8/1036

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch einen seitlichen Schnitt durch einen

Reaktor nach der Erfindung;

Draufsicht Fig. 2 eine schematische. · -' · längs der Linie 2-2 von

Fig. 1;

Schnitt-Fig. 3 eine schematische/Ansicht längs der Linie 3-3 von

Fig. 1; (die relativen Abmessungen der Teile des ·

Reaktors in den Fig. 1-3 entsprechen nicht den

Abmessungsin der Beschreibung aufgeführten/Verhältnissen);

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens, in dem ein Reaktor nach der Erfindung zur Anwendung gelangen kann.

Der Reaktor kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei das bevorzugte Material rostfreier Stahl ist, beispielsweise rostfreier Stahl "AISI-Typ 316". Andere geeignete Materialien, aus denen der Reaktor hergestellt werden kann, sind rostfreier Stahl "AISI-Typ 304" und "AISI- Typ 347", eine Legierung aus ca. 76% Nickel, 16% Chrom und 6% Eisen sowie verschiedene Keramiken, die bei· hohen Temperaturen stabil bleiben.

Die Stärke der Reaktorwände kann in bekannter Weise entschieden werden, und ist für die Erfindung nicht wesentlich. Bei der Festlegung dieser Stärke sollen Temperaturen, Drücke, Lebensdauer, Wirtschaftlichkeit und die Verfügbarkeit von

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Materialien in Betracht gezogen werden.

Die Figuren zeigen, daß der erfindungsgemäße Reaktor vorzugsweise als Scheiben- und Röhrenreaktor ausgebildet ist, und es

bzw. Reaktionsbereich kann daher im folgenden auf den Scheibenbereich/oder den

Röhrenbereich des Reaktors Bezug genommen werden.

Atomisiertas flüssiges Ausgangsmaterial, strömt durch eine Leitung 1 und verbindet sich in einer Leitung 2 mit einem heißen Gas, beispielsweise überhitzten Dampf. Die Leitungen 1 und 2 sind bekannte Teile des gesamten Krack-Systems und keine wesentlichen Teile des Reaktors . Die Mischung wird in eine Einlaßkammer 3 und anschließend in einen inneren Bereich 9 der Reaktorscheibe geleitet.

Die Einlaßkammer (oder Einlaßröhre) 3 ist im inneren Bereich 9 in der Nähe der inneren Oberfläche einer Wand 8 angeordnet, die eine hohle zylindrische Röhre definiert.

Es können ein oder mehrere Einlasse vorgesehen sein, je nach der Größe des Reaktors und der gewünschten Zufuhr pro Einheit, die alle in ähnlicher Weise wie die Kammer 3 angeordnet sein können, und zwar vorzugsweise an Stellen, die unter gleichmäßigem Abstand voneinander an einer beliebigen Seite längs 8 vorgesehen sind. Somit können zwei Einlasse durch

die Wand 8 an Stellen längs deren Umfang verbunden sein, und zwar jeweils in Winkeln von 180 und 360°, drei Einlassen an Stellen längs der Wand 8, unter Winkeln von 120°, 240° und

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360°, und vier Einlasse längs des Umfangs der Wand unter Winkeln von 90°, 180°, 270° und 360°.

Die Anordnung der Kammer 3 und ähnlicher Röhren in der Nähe der inneren Oberfläche der Wand 8 ist vorzugsweise im wesentlichen tangential. Eine derartige Anordnung ist jedoch am deutlichsten darin definiert, daß die Kammer so angeordnet ist, daß von der Kammer aus strömendes Gas im wesentlichen tangential zur inneren Oberfläche der Wand 8 strömen kann, so daß ein wirbelartiger Strom im Scheibenbereich des Reaktors erzeugt wird. Die Größe und Form der Kammer, die Durchflußrate der Mischung aus Ausgangsmaterial und heißem Gas und die Richtung der Strömung müssen von dem technischen Personal berücksichtigt werden, um den Tangential und Wirbelstrom in dem Scheibenbereich zu erhalten. In der Praxis ist die Einlaßkammer eine Röhre mit Öffnungen an beiden Enden, die fest in der Scheibe angeordnet ist, so daß ihre theoretische Achse tangential zur inneren Oberfläche der Wand verläuft, in diesem Fall der Wand 8, und die Durchflußrate wird kontrolliert, um einen Tangential- und Wirbelstrom zu erhalten.

Obgleich die Kammer vorzugsweise durch die Kanmer 8 verläuft, wie in der Figur dargestellt, kann diese durch eine Oberseite 4 oder eine Unterseite 7 angeordnet sein, und dabei noch einen geringen Tangential - und Wirbelstrom erzeugen. Obgleich eine derartige Anordnung vorgesehen sein kann, ist diese nicht die bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung,

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und zwar infolge der Unregelmäßigkeiten der Strömling.

Die kreisförmige Wand (oder die hohle zylindrische Röhre) besitzt an jedem Ende einen Verschluß, welche als Oberseite und Unterseite 7 bezeichnet sind. Die Oberseite 4 ist eine flache kreisförmige Oberfläche ohne Öffnungen, die an die Wand 8 angefügt und von dieser begrenzt ist.

Die Unterseite 7 ist ebenfalls eine flache kreisförmige Oberfläche, die an die Wand 8 angefügt und von dieser begrenzt ist, und in der eine im wesentlichen mittig angeordnete Öffnung 6 vorgesehen ist.

Die Mischung, die jetzt teilweise gekracktes Ausgangsmaterial enthält, ihre gekrackten Derivate sowie Dampf und/oder andere heiße Gase strömen vom Scheihenbereich des Reaktors durch die Öffnung 6 in ein Inner.es 11 der hohlen Röhre des Reaktors. Eine Wand 5 definiert die hohle Röhre des Röhrenbereichs, welche Röhre an beiden Enden geöffnet ist. Die Röhre ist mit der Scheibe durch die Öffnung 6 in offener Verbindung. Die Wand 5 kann an der Unterseite 7 an den Umrandungen der Öffnung .6 verbunden sein oder, falls der Durchmesser der Röhre größer als die Öffnung ist, kann die Wand 5 an anderen Stellen an der Unterseite 7 verbunden sein. In jedem Fall fluchtet der Mittelpunkt der Röhre im wesentlichen mit dem Mittelpunkt der Öffnung.

Der Querschnitt der hohlen Röhre kann unterschiedliche

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Formen aufweisen, obgleich ein zylindrischer Querschnitt bevorzugt wird. Der Querschnitt kann z.B. quadratisch, rechteckig, dreieckig, fünfeckig, sechseckig oder elliptisch ausgebildet sein, obgleich eine Mischung von Querschnittsformen in derselben Röhre nicht zu empfehlen ist. Die Röhre kann auch spiralförmig ausgebildet sein, was dann wichtig ist, wenn der verfügbare Raum nicht ausreicht, um eine gerade ausgebildete Röhre unterzubringen. Das Ende der Röhre, entgegengesetzt von der Verbindungsstelle der Röhre zu der Scheibe, bei der Öffnung 6, ist ein Auslaß 12, durch den der Reaktor in offener Verbindung mit dem stromab gelegenen Teil des Systems steht, wobei der Abfluß durch diesen Auslaß erfolgt, wenn das Kracken in der Röhre im wesentlichen beendet ist.

Bestimmte Abmessungs- und Volumenverhältnisse sind für die Erfindung wichtig. Um diese Verhältnisse zu verdeutlichen, wird im folgenden die Reaktorscheibe als Röhre (A) und die Reaktorröhre als Röhre (B) bezeichnet. Die wichtigen Abmessungen sind:

a = Durchmesser der Röhre (A), der Scheibenbereich des Reaktors. Die Abmessung kann auch als Durchmesser der zylindrischen Röhre begrenzt durch die Wand 8 bezeichnet werden.
b = Länge der Röhre (A). Diese Abmessung kann auch als

Höhe der Wand 8 bez. chnet werden.

c = äquivalenter Durchmesser der Röhre (B), der Röhrenteil des Reaktors. Diese Abmessung kann auch 409848/1036

als Durchmesser der· zylindrischen Röhre begrenzt durch die Wand ~3 bezeichnet werden, und zwar im Zusammenhang mit der Zeichnung.

d s= Länge der Röhre (B). Diese Abmessung kann auch als Höhe der Wand 5 bezeichnet werden.

Die Abmessung der Öffnung 6 ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da diese mit der Abmessung c übereinstimmt. Diese Abmessung kann jedoch verschieden von der Abmessung c sein und wird daher im folgenden als äquivalenter Durchmesser der Öffnung der Röhre (A) bezeichnet.

Die Abmessungen a,b,c sind Außen abmessungen, die die Wandstärke des Reaktors einschließen. Diese Wahl ist aber rein zufällig, d.h. es hätten genau so gut Innenabmessungen verwendet werden können.

Ein
' äquivalenter Durchmesser wird dazu verwendet, die Abmessung

c und die Abmessung der Öffnung 6 zu beschreiben,

, weil die Röhre und die Öffnung nicht notwendig zylindrische Querschnitte aufweisen, sondern eine vielfach ausgebildete Form besitzen können. Im vorauf gehenden sind bereits unterschiedliche Ausbilduhgsmöglichkeiten beschrieben worden, und zwar für die Röhre; entsprechendes gilt für die Öffnung. Äquivalenter Durchmesser ist eine einfache Möglichkeit, sowohl nicht zylindrische als auch zylindrische Querschnitte mit einem Ausdruck zu bezeichnen. Die mathematische Abürzung für äquivalenten Durchmesser ist D.. ,und die

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Gleichung, die diesen Ausdruck "beschreibt lautet:

_{D =} 4 X Querschnittsfläche

äq Umfang des Querschnittsfläche

Wenn die Querschnittsfläche der Röhre längs deren Länge

durchsdmittlicher variiert, so kann ein/äquivalenter Durchmesser verwendet werden, jedoch sind Röhren mit variierenden Querschnitten unpraktisch und daher nicht empfehlenswert. Die Ausbildung der Öffnung kann sich von der der Röhre unterscheiden, ohne daß dieses sich als unpraktisch erweist.

Für die Erfindung sind folgende Verhältnisse wichtig:

1. Die Röhre (A) kann ein Verhältnis Länge (b):Durchmesser

(a)ini Bereich von etwa 0,01:1 bis etwa 1:1 besitzen,-das

etwa vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 0,03:1 bis/1:1^%i liegt.

2. Das Verhältnis von äquivalentem Durchmesser der Öffnung der Röhre (A) zu äquivalentem Durchmesser (c) der Röhre (B) kann im Bereich zwischen etwa 1:1 bis etwa 0,1:1 liegen, " - vorzugsweise im Bereich zwischen etwa

1 : 1 und etwa 0,25:1.

3. Die Röhre (B) kann ein Verhältnis Länge (d):äquivalentem Durchmesser (c) im Bereich zwischen etwa 5:1 bis etwa 200:1 besitzen, das vorzugsweise im Bereich von etwa 10:1 bis etwa 100:1 liegt.

4. Das Verhältnis ■ Volumen der Röhre (A) zu Volumen der Röhre (B'") kann im Bereich zwischen etwa 0,01 :1 bis 5:1 liegen, vorzugsweise zwischen etwa 0,01:1 bis etwa 2,5:1.,

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Das Volumen der Röhre (A) oder der Röhre (B) wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Volumen = (// ) (Durchmesser oder äquivalenter Durchmesser)

x (Länge).

Die tatsächlichen Abmessungen des Reaktors variieren je nach der Verwendung, für die der Reaktor vorgesehen ist, z.B. Verwendung im Laboratorium, in einer Pilot-Anlage oder zur kommerziellen Verwendung, sowie in noch größerem Maß je nach der Menge der erwünschten Durchgabe. Die Anzahl der Einlaßkammern und die Anzahl der Röhrenteile, d.h. ein oder zwei Röhren, sowie die Anzahl der Reaktoren zusammen mit vielen Hintergrundfaktoren, beispielsweise die besondere wirtschaftliche Situation, müssen alle in Betracht gezogen werden. Eine Darstellung der Breite der Abmessungen, die für eine Durchgabe von 50 bis 100 pounds pro Stunde (= 22,68

Ausgangsmaterial bis 45,359 Kg /h)/unter Verwendung von einer Einlaßkammer

und einer Röhre wünschenswert ist, ist wie folgt:

Abmessung Wert in Inch (= cm)

a 12-16 ( = 30,48 - 40,64)

b 0,4-1 ( = '0,10 - 2,540)

c 1 - 2 ( = 2,54 - 5,08 )

d 30-70 ( = 76,20 - 177,80)

der Öffnung 0,5-2 ( *= 1,27 - 5,08).

Wie bereits erwähnt zeigt Fig. 4 ein Flußdiagramm, das ein herkömmliches System veranschaulicht, in dem ein Reaktor nach

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-13-der Erfindung Verwendung finden kann.

In Fig. 4 repräsentiert eine Zone 21 die Zufuhrquelle für das Ausgangsmaterial und besitzt einen Vorwärmbereich,, in dem das Material auf eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 100 lind etwa 700° C, vorzugsweise zwischen etwa 200 und etwa 60O⁰C vorerwärmt wird.

Das in dem zuvor beschriebenen Reaktor und System vorgesehene Ausgangsmaterial kann flüssig sein, vorausgesetzt, das Material wird vor seinem Einlaß in den Reaktor atomisiert. Das Ausgangsmaterial kann auch gasförmig sein. Beispiele eines flüssigen Ausgangsmaterials enthalten Naphtha, Rohöl, Gasöl, Naturbenzin, verschiedene Raffinate und- die verschiedenen flüssigen Kohlenstoffkomponenten verschiedener .Ausgangsmaterialien, beispielsweise Pentane oder Hexane.

Die bevorzugten Ausgangsmaterialien in diesem System sind Naphtha, Gasöl oder Rohöl, wobei ein effizientes Kracken dieser Materialien ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist. Beispiele gasförmiger Ausgangsmaterialien sind Naturgas, synthetisches Naturgas und verschiedene gasförmige Komponenten des Kohlenstoffs , z.B. Ethan, Propan und Butan.

Die bemerkenswerteste Eigenschaft des vorljqgenden Reaktors ist, daß mit ihm die Möglichkeit gegeben ist, hochsiedende Fraktionen aufzunehmen und zu verarbeiten, die bei 500°C unter normalen Drücken nicht verdampfbar sind. Diese Fraktionen

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-14-sind wesentliche Konstituenten von Rohöl.

Der Zustrom strömt längs einer Leitung 22, die der Leitung 1 in Fig. 1 entspricht, und die mit einer Leitung 23 in Verbindung tritt, die teilweise der Leitung 2 in Fig. 1 entspricht. Durch die Leitung 23 verläuft der Strom heißen Gases von einer Zufuhrquelle 24 für heißes Gas. Die Temperatur des heißen Gases liegt im Bereich zwischen etwa 1000.und 3000⁰C,

CO. ♦ C3.» *

vorzugsweise zwischen/1200 bis/2500 C. Zu den heißen Gasen die dazu verwendet werden können, das Ausgangsmaterial zu cracken, gehört vorzugsweise übererhitzter Dampf oder brennbare Produkte verschiedener Treibstoffe.

Das Verhältnis von heißein Gas:Ausgangsmaterial liegt

im Bereich zwischen etwa O₅,5 Gewicht steile. . heißes Gas pro Gewichtsteil Ausgangsmaterial bis etwa 5 Gewichtsteile

heißes Gas pro Gewichtsteil Ausgangsmaterial, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,7 Gewichtsteile . heißes Gas pro Gewichtsteil Ausgangsmaterial bis etwa 2,5 Gewichtsteile . heißes Gas pro Gewichtsteil Ausgangsmaterial.

Die Mischung aus vorerwärtem Grundmaterial und heißem Gas wird durch eine Leitung 25, die der verreibenden Länge der Leitung 2 in Fig. 1 entspricht, in den Reaktor 26 geführt, der zuvor bereits beschrieben wurde.

Das Kracken erfolgt in diesem Reaktor unter folgenden Bedingungen:

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Die Temperaturen in tdem Scheibenbereich des Reaktors liegen im Bereich zwischen etwa 500 und 1200⁰C, vorzugsweise zwischen etwa 600 bis 1100⁰C. Die Temperaturen am Auslaß des Röhrenbereichs des Reaktors liegen im Bereich zwischen etwa 450 bis 1150⁰C", vorzugsweise zwischen etwa 550 und 1050⁰C.

Die Drücke liegen im Bereich zwischen etwa 1 Atm. bis etwa 10 Atm (= 1,028 - 10,28 Kp/cm ), vorzugsweise im Bereich zwischen 1 Atm und 5 Atm (= 1,028 bis 5,140 Kp/cm²).

Die Verweilzeit liegt im Bereich zwischen etwa 0,005 bis etwa 0,5 Sek., vorzugsweise zwischen etwa 0,01 bis 0,2 Sek.

Der Abfluß aus dem Reaktor wird vom Reaktor 26 durch eine

■Abschreckzone
Leitung 27 in eine 28 geführt. Ein Wasser- bzw. Kohlenstoffstrom wird zum Abschrecken des Abflusses verwendet. Eine Trennung des Abflusses findet in dieser Zone statt, wobei das Gasprodukt durch eine Leitung 29 austritt, und das Wasser und das flüssige Produkt als Untersetzer durch eine Leitung 30 abgezogen werden. Wiederum werden bekannte "Trennungs-, Wiedergewinnungs- und Analyseverfahren verwendet.

Im voraufgehenden wurde die Anwendung sowohl von flüssigen als auch von gasförmigen Ausgangsmaterialien in dem Reaktor nach der Erfindung beschrieben. Die vielseitige Anwendungsmöglichkeit dieses Reaktors geht jedoch über diese genannten Ausgangsmaterialien: . hinaus, beispielsweise können mit Sauer-

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stoff angereicherte Materialien, z.B. Alkohole und Säuren, verschiedene Polymerisate sowie Diels-Alder-Produkte in wirsamer Weise thermisch gekrackt werden.

In einer weiteren Ausführungsform des Reaktors nach der Erfindung sind zwei Röhrenbereiche mit dem Scheibenbereich an Stelle des einen Röhrenbereichs verbunden. Der zweite Röhrenbereich ist auf die gleiche Weise mit dem Scheibenbereich verbunden, wie der zuvor beschriebene Röhrenteil, außer daß die Verbindung der Oberseite 4 mit einer Öffnung ähnlich der Öffnung 6 besteht, die auf dieser Seite vorgesehen ist (vgl. Fig. 1). Alle Verhältnisse für diese Röhrenbereiche.entsprechen den zuvor beschriebenen. Die einzige Abänderung . besteht in einer Beschleunigung der Durchflußrate von Ausgangsmaterial und . heißem Gas und d.Ce vorzugsweise Verwendung einer Vielfach-Einlaßkammer. Die Auslässe der beiden Röhrenteile können an ein stromab gerichtetes System oder zwei derartige Systeme angeschlossen sein.

Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele noch näher erläutert. Wenn nicht anders bezeichnet, sind Teile und Prozente jeweils auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

In dem Beispiel werden das zuvor beschriebene System und der Reaktor nach der Erfindung verwendet. Das folgende Verfahren und die folgenden Bedingungen lagen dabei zugrunde:

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Zunächst wird ein Dampferzeugungs-System in Gang gesetzt, indem der Naturgasstrom zu einem Ofen erhöht und eine Wasserpumpe eingeschaltet wird. Eine hohe Dampferzeugungsrate wird angesetzt, um die Rohrverbindungen rasch zu erwärmen. Die Wasserzufuhr wird anschließend so eingestellt, daß diese den erforderlichen Testbedingungen entspricht. Zur Stabilisierung der Dampferzeugung ist etwa eine Stunde Zeit erforderlich, und zwar infolge des großen Volumens der dampferzeugenden Spiralen. Wenn das Dampferzeugungs-Systein die gewünschten Bedingungen erreicht hat, wird der Dampf in den Mischbereich eingelassen, um das Reaktionssystem vorzuerwärmen.

Wenn Brenner und Reaktor die erforderliche Dampftemperatur erreicht haben bzw. diese überschritten haben, kann der Brenner gezündet werden. Als Treibstoff für den Brenner dient Wasserstoff. Brenner und Reaktor werden zunächst mit Stickstoff gereinigt, um zu gewährleisten, daß keine Brennstoffe vorhanden sind. Der Brenner wird anschließend gezündet. Wasserstoff und Sauerstoff strömen in den Brenner, und werden hinsichtlich ihrer Verteilung für ein genaues Verbrennen kontrolliert, wobei beide Ströme gleichzeitig erhöht werden, um die Temperatur des Reaktors zu erhöhen. Der Brenner dient als Wärmequelle, um die erforderliche reaktionsfähige Wärme und die Wärme für den Reaktor zur Verfügung zu stellen.

Wenn der Reaktor die Betriebstemperatur nahezu erreicht hat,

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wird die Förderpumpe eingeschaltet. Kohlenwasserstoff wird in der Nähe des Auslasses der Mischzone eingelassen und mit Dampf vermischt, und die Mischung wird sodann in die Einlaßkammer 3 (Fig. 1 und 2) eingelassen. Die Einlaßkammer 3 ist derart angeordnet, daß ihre theoretische Achse tangential zur inneren Oberfläche der Reaktorwand 8 verläuft. Die Temperatur des Reaktors, die Förderrate, die Rate des Wassers und die Verbrennungsrate sind so geregelt, daß ein tangentialer Strom der Mischung aus Ausgangsmaterial und Dampf einströmt, um die erwünschte Verweilzeit zu. gewährleisten.

Der Ausfluß des Reaktors wird mit Wasser abgeschreckt, um Ölrückstände und einen Hauptanteil des Dampfes (etwa 80 Gew.#>) zu kondensieren. Die Wasserrate wird so geregelt, daß die Temperatur des Stromes beim Verlassen der Abschreckzone 70⁰C beträgt.

Abschreckzone
Das aus der bzw. der Trenneinrichtung austretende gasförmige Produkt wird in einer Kondensiereinrichtung auf Außentemperatur heruntergekühlt. Die kondensierten Kohlenwasserstoffe und Wasser werden gesammelt und das gewonnene Gas aufgefangen.

Eine Analyse der Produkte wird mit Hilfe der Gaschromatografie und einem Massenspektrometer durchgeführt.

Die äußeren Abmessungen&es im Beispiel verwendeten Reaktors

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sind wie folgt:

Der Scheibenbereich, d.h. die Röhre (A) besitzt eine Länge von 0,5 inch (= 12,70 mm) und einen Durchmesser von 14 inch (= 355,60 mm) bei einem Verhältnis Länge zu Durchmesser von 0,5:14 oder 0,036:1.

Der Röhrenbereich, d.h. die Röhre (B) ist eine spiralförmige Spirale mit zylindrischem Querschnitt, die eine Länge von 54 inch (= 137,16 cm) und einen Durchmesser von 1,5 inch (= 38,10 mm) sowie ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 54:1,5 oder 36:1 aufweist.

Das Volumen der Röhre (A) ist iff) (7)² (54) oder 77 cu.inch (= 1262 ... cm³);

Das Volumen der Röhre (B) ist { Tf ) (0,75)² (54) oder 95 cu. inch (= 155 7. cm⁵);

Das Verhältnis des Volumens der Röhre (A) zu dem Volumen der Röhre (B) ist daher 77:95 oder 0,81:1;

Das Gesamtvol-umen der Röhren (A) und (B) beträgt 172 cu.inch (= 2819. cm³);

Das Verhältnis von Durchmesser der Öffnung der Röhre (A) zu Durchmesser der Röhre (B), die beide einei kreisförmigen Querschnitt aufweisen, ist 1:1.

Das Ausgangsmaterial ist Naphtha der Firma Texaco, das folgende Analyse besitzt:

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Massenspektrometer-Analyse i

Normale Paraffine Iso Paraffine Olefine Naphthene Aromate 39,49% 38,61%

13,39% 7,16%

ASTM-Destillation (ASTM No. D-86): Über kopf destillat (in %)

- Anfangssiedepunkt 10

20

30

40

50

90

Endpunkt Wiedergewinnung: Rückstände
API-Gewicht:
Spez. Gewicht: Brechungsindex: ppm Schwefel:
Bromzahl:

Verhältnis Wasserstoff:Kohlenstoff*)

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Temperatur (⁰F) (=°C)

104 (= 40,0)

146 (= 63,33)

167 (= 75,0)

188 (= 86,67)

206 (= 96,67)

226 (= 107,78) 248 (= 120,00) 256 (= 124,44) 287 (= 141,67) 312 (= 155,56) 370 (= 187,78) 98,5%

0,5 Milliliter 65,9 bei 60⁰F (=15,56⁰C) 0,717 bei 60°F(=15,56°C)

1,3984 bei 25°C. 30

1,02

2,160

*) berechnet als Mol-Verhältnis Wasserstoff: Kohlenstoff

für die physikalischen Eigenschaften Molekulargewicht durch ASTM Destillation und API Gewicht: 99 API = American Petroleum Institute ppm = parts per million

Betriebsbedingungen: Reaktor Temperatur:

und

Dampfverdünnungstferhältnis (in Gew)

Verweil zeit (in Sek): Kohlenwasserstoffzufuhr-Rate: Dampfzufuhrrate:
Reaktordruck:

840°C im Scheibenbereich 835⁰C am Auslaß des Röhrenbereiches
1,9 Teile Dampf pro

Teil Ausgangsmaterial 0,056

75 lbs/h (= 34,019 Kg/h) lbs/h (= 63,503 Kg/h) 10 lbs/sq.inch gauge

	Ertrag in Gew. %	(= 0,70atü)
Ergebnisse:	Äthylen
Propylen
Acetylen	35,4
Methan	14,1
Gesamtes Gasprodukt	1,5
Öl und Koks	11,6
77,9
22,1

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-22-Beispiel 2

Beispiel 1 würde wiederholt, und zwar in den folgenden vier Durchgängen, außer den angegebenen Änderungen:

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Durchgang

Ausgangsmaterial

Temperatur im Reaktor

CVI I

a b

Lagomedio-Rohöl Pennsylvania-Rohöl Minas Rohöl Lybisches Rohöl

Scheibe

(Ia⁰C)

Röhrenauslaß

875 875 875 875

860 845 850 855

Dampi'ver-	Verweilzeit
dünnungs- verhältnis	(in Sek)
(in Gew)
«Teile Dampf
pro Teile
Ausgangs-
TtiST.fiT*"! flT
2,2:1	0,050
3,0:1	0,050
2,0:1	• 0,050
2,0:1	0,050

-24-Die Ergebnisse entsprechen denen des Beispiels 1.

Der Reaktor nach der Erfindung ist insbesondere zur Kontrolle von Verunreinigungen nützlich,insbesondere bei der Verarbeitung von Kunststoffabfallen, die entweder in fluider oder fluidisierter Form vorliegen, oder die verflüssigt oder fluidisiert werden sollen. Polyvinyl chlor id-r, Polystyrol-und

Polyäthylenabfälle sind Beispiele derartiger Kunststoffabfalle, wie

die,/z.B. Polyäthylenabfall, zu einem flüssigen Produkt mit

oder zu einer Schwerölzusammensetzung niedrigem Molekulargewicht/abgebaut werden können, die

in dem erfindungsgemäßen Reaktor gekrackt werden können, so daß ein Äthylenertrag von nahezu 60^ oder mehr erhalten wird.

- Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1. .Reaktor zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit heißejn Gas, gekennzeichnet durch:

eine hohle zylindrische.Röhre (A) mit (i) einem

ersten Endverschluß/und einem zweiten Endverschluß/, wobei

(7) wenigstens einer dieser Endverschlüsse/eine im wesentlichen

(6) mit

mittig darin angeordnete Öffnung/besitzt, und (ii)/wenigstens

(3)

einer hohlen Einlaßkamme]/, die an beiden Enden offen ist, und die durch die von der Röhre (A) definierte zylindrische

(8)
Oberfläche/verläuft, wobei ein Ende der Kammer im Inneren

etwa
der Röhre/an deren Umfang derart angeordnet ist, daß durch

die Kammer strömender Dampf im wesentlichen tangential

(11)
zur inneren Oberfläche/strömt, die durch die zylindrische Röhre (A) definiert ist, vorausgesetzt,daß die Durchflußrate hierzu ausreicht, wobei ein wirbelartiger Strom im Inneren der Rölire (A) erzeugt wird_f und durch

wenigstens eine an beiden Enden offene hohle Röhre (B) wobei (a) ein Ende der Röhre (B) mit der Röhre (A) an deren Öffnung/ im wesentlichen konzentrisch mit dieser fluchtend und in offener Verbindung mit der Röhre (A) verbunden ist, (b) die Röhre (A) ein Verhältnis Länge durchmesser von etwa 0,01:1 bis etwa 1:1 aufweist, (c) das Verhältnis des Äquivalenz-Durchmessers der Öffnung der Röhre (A) zu dem Äquivalenz-Durchmesser der Röhre (B) etwa 1:1 bis 0,1:1 beträgt, (d) die Röhre (B) ein Verhältnis Länge zu Äquivalenz-Durchmesser von etwa 5:1 bis etwa 200:1 besitzt und(e) Das Verhältnis des Röhrenvolumens (A) zu dem Röhrenvolumen (B) etwa 0,01:1 bis etwa 5:1 beträgt.

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2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Endverschluß (7) die Öffnung (6) aufweist, und daß die eine Röhre (B) etwa an der Öffnung (6) mit der anderen Röhre (A) verbunden ist.

3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Endverschlüsse (7,4) eine Öffnung (6) besitzen,und daß "zwei Röhren (B,B) mit der Röhre "(A) verbunden sind, und zwar jede der Röhren (B) etwa an jeder der Öffnungen (6).

4. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß

(b) die Röhre (A) ein Verhältnis Länge : Durchmesser von etwa 0,03:1 bis etwa 1:1 aufweist, ferner, daß

(c) das Verhältnis äquivalenter Durchmesser der Öffnung der Röhre (A) zu äquivalenter Durchmesser der Röhre (B) etwa 1:1 bis etwa 0,25:1 beträgt, daß

(d) die Röhre (B) ein Verhältnis Länge: äquivalentem Durchmesser von etwa 10:1 bis etwa 100:1 besitzt, und daß

(e) das Verhältnis Volumen der Röhre (A): Volumen der Röhre Röhre (B) etwa 0,01:1 bis etwa 2,5:1 beträgt.

5. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

(b) das Verhältnis Länge : Durchmesser der Röhre (A) etwa 0,03:1 bis etwa 1:1 beträgt, daß

(c) das Verhältnis äquivalenter Durchmesser der Öffnung (6) der Röhre (A) : äquivalenter Durchmesser der Röhre (b) etwa 1:1 bis etwa 0,25:1 beträgt, daß

(d) das Verhältnis Länge: äquivalentem Durchmesser der Röhre (B) etwa 10:1 bis etwa 100:1 beträgt, und daß

(e) das Verhältnis des Volumens der Röhre (A) : Volumen der Röhre (B) etwa 0,01:1 bis etwa 2,5: 1 beträgt.

6. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkammer (3) eine zylindrische Röhre ist, deren theoretische Achse im wesentlichen tangential mit der inneren Oberfläche (11) der Röhre (A) fluchtet.

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7. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkammer (3) eine zylindrische Röhre ist, deren theoretische Achse im wesentlichen tangential mit der inneren Oberfläche (11) der Röhre (A) fluchtet.

Der Patentanwalt:

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