DE1080981B - Process for the catalytic endothermic conversion of mixtures of hydrocarbons and water vapor - Google Patents
Process for the catalytic endothermic conversion of mixtures of hydrocarbons and water vaporInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren für die endotherme katalytische Umsetzung von Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf und in einer besonderen Ausführungsform auf die Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Gemischen.The invention relates to an improved process for the endothermic catalytic conversion of Hydrocarbons and water vapor and, in a special embodiment, the extraction of Hydrogen or mixtures containing hydrogen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß der endotherm reagierende Wasserdampf oder ein endotherm reagierendes Reaktionsmittelgemisch aus Wasserdampf und sauerstoffhaltigen Gasen und bzw. oder Kohlendioxyd zusammen mit dem Kohlenwasserstoff durch eine Reaktionszone geleitet wird, welche ein enger Durchgang für das strömende Gemisch aus Reaktionsmitteln und Kohlenwasserstoff ist, angeordnet zwischen der erhitzten Gefäßwand und einer zum Durchlaß hin für den Gaseintritt offenen Katalysatormasse. Mit anderen Worten: die Katalysatormasse ist im Abstand von der Gefäßwand angeordnet, um den engen Durchgang zu schaffen. In dieser Weise sorgt Wärmestrahlung von der erhitzten Wand zu dem davon in Abstand befindlichen Katalysator dafür, daß der Katalysator im wesentlichen übe" seine ganze Länge auf einer höheren Temperatur gehalten wird als die durch das System geleitete Gasmischung. Dieser Grundgedanke schafft einen gleichförmigeren auf eine höhere Temperatur erhitzten Katalysator, als es bisher möglich war. Daher ist nicht nur eine gleichförmigere Temperaturkontrolle geschaffen, sondern es ergibt sich eine auffallende Vergrößerung der Reaktionsgeschwindigkeit bei Anwendung der Erfindung im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren.The basic idea of the invention is that the endothermic reacting water vapor or a Endothermic reactant mixture of water vapor and oxygen-containing gases and / or or carbon dioxide is passed through a reaction zone together with the hydrocarbon, which a narrow passage for the flowing mixture of reactants and hydrocarbon is arranged between the heated vessel wall and a catalyst mass open to the passage for the gas inlet. In other words: the catalyst mass is arranged at a distance from the vessel wall around the to create a narrow passage. In this way it ensures thermal radiation from the heated wall to the The catalyst located at a distance therefrom ensures that the catalyst essentially exercises its whole Length is kept at a higher temperature than the gas mixture passed through the system. This The basic idea creates a more uniform catalyst heated to a higher temperature than before was possible. Therefore, not only is more uniform temperature control established, but it results in contrast, a striking increase in the rate of reaction when using the invention to the previously known procedures.
Es ist bereits ein Verfahren zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf bekannt, wobei strömender, bereits mit Wasserdampf vermischter Kohlenwasserstoff aus einem Rohr in ein weiteres von Wasserdampf durchströmtes und von außen erhitztes Rohr eintritt, welches zum Teil mit Katalysatormasse über seinen ganzen Querschnitt ausgefüllt ist.A method for treating hydrocarbons with water vapor is already known, wherein flowing hydrocarbon already mixed with water vapor from one pipe into another of Steam flowed through and externally heated pipe enters, which partly with catalyst mass is filled over its entire cross-section.
Nach einem anderen bekannten Verfahren für die katalytische Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs mit Wasserdampf wird das Gemisch der Ausgangsgase zuerst durch eine Katalysatormasse geleitet, welche sich in einem von außen beheizten, an einem Ende geschlossenen Rohr befindet. Die umgesetzten Gase werden durch ein enges Rohr abgezogen, welches sich durch das Katalysatorbett vom geschlossenen Ende des äußeren Rohres her nach außen erstreckt. Hier ist kein Abstand zwischen dem Katalysator und dem von außen erhitzten Rohr vorhanden.According to another known method for the catalytic conversion of a hydrocarbon with Steam, the mixture of starting gases is first passed through a catalyst mass, which is located in an externally heated tube that is closed at one end. The converted gases are withdrawn through a narrow tube that runs through the catalyst bed from the closed end of the outer tube extends outward. There is no distance between the catalytic converter and that of outside heated tube available.
Bei einem anderen bekannten Verfahren, bei dem ein ringförmiges Kontaktgefäß verwendet wird, das von außen mit Feuergasen aus einem ringförmigen Ofen erhitzt wird, wird das Ausgangsgas durch das Katalysatorbett hindurchgeleitet. Hier wiederum ist keine Andeutung von dem Grundgedanken der Erfin-In another known method in which an annular contact vessel is used, the is heated externally with fire gases from a ring-shaped furnace, the starting gas is through the Catalyst bed passed through. Here again there is no suggestion of the basic idea of the invention.
Verfahrenprocedure
zur katalytischen endothermen Umsetzung von Gemischen aus Kohlenwasserstoffenfor the catalytic endothermic conversion of mixtures of hydrocarbons
und Wasserdampfand water vapor
Anmelder:Applicant:
Hercules Powder Company, Wilmington, Del. (V. St. A.)Hercules Powder Company, Wilmington, Del. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. A. van der Werth, Patentanwalt, Hamburg-Harburg 1, Wilstorfer Str. 32Representative: Dr.-Ing. A. van der Werth, patent attorney, Hamburg-Harburg 1, Wilstorfer Str. 32
Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 19. Februar 1954Claimed priority: V. St. v. America 19 February 1954
James Herbert Shapleigh, Wilmington, Del. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt wordenJames Herbert Shapleigh, Wilmington, Del. (V. St. A.), has been named as the inventor
dung mit ihrer besonderen Anordnung von Katalysator und erwärmter Gefäßwand vorhanden. In der Tat ist hier das katalysatorhaltige Gefäß dicht vollgepackt, wenn auch die Katalysatormasse von umzusetzendem Gas durchströmt wird.with its special arrangement of catalyst and heated vessel wall. In the Indeed, the vessel containing the catalyst is tightly packed here, even if the catalyst mass is to be converted Gas is flowing through.
Von diesen bekannten Verfahren ist das erfindungsgemäße grundsätzlich verschieden. Das neue Verfahren ist, wie bereits angegeben, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch durch einen engen Durchlaß, der sich zwischen der beheizten Wand des Reaktionsraumes und der zum Durchlaß hin für den Gaseintritt offenen Katalysatormasse befindet, und gegebenenfalls von dort auch weiter durch den Katalysator selbst, geleitet wird, wobei mindestens der am Durchlaß befindliche Teil des Katalysators auf einer höheren Temperatur gehalten wird als das Reaktionsgemisch. The method according to the invention is fundamentally different from these known methods. The new procedure is, as already stated, characterized in that the reaction mixture through a narrow passage, the one between the heated wall of the reaction space and the one facing the passage for the gas inlet open catalyst mass is located, and optionally from there also further through the catalyst itself, is passed, with at least the part of the catalyst located at the passage on one higher temperature is maintained than the reaction mixture.
Vorzugsweise wird im Durchlaß eine Turbulenz erregende Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches der Reaktionsteilnehmer aufrechterhalten.A turbulence-inducing flow rate of the mixture is preferably present in the passage the respondent sustained.
Ferner wird vorzugsweise das Gemisch der Reaktionsteilnehmer auf eine Temperatur unterhalb der, bei welcher Kohleabscheidung stattfindet, vorerhitzt. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Katalysator über die ganze Länge der Schicht in engem Abstand von der gasundurchlässigen Wand des Reaktionsraumes hinter einem gasdurchlässigen Schirm angeordnet ist, wobeiFurthermore, the mixture of the reactants is preferably heated to a temperature below the at which coal deposition takes place, preheated. The invention also relates to a device for Implementation of the new process, which is characterized in that the catalyst over the whole Length of the layer at a close distance from the gas-impermeable wall of the reaction space behind a gas-permeable screen is arranged, wherein
009 508/386009 508/386
die Zuleitung für das Reaktionsgemisch in den so geschaffenen engen Durchlaß mündet.the feed line for the reaction mixture opens into the narrow passage created in this way.
Dabei kann ein Dehydrierungskatalysator in einer !Mehrzahl von koaxial innerhalb des rohrförmigen Reaktionsraumes angeordneten Katalysatorbehältern von ringförmigem Querschnitt untergebracht sein, wobei die innere Wand jedes der Behälter gasundurchlässig ist.A dehydrogenation catalyst can be used in a plurality of coaxially within the tubular reaction space arranged catalyst containers of annular cross-section be accommodated, wherein the inner wall of each of the containers is impermeable to gas.
Im Durchlaß können Prallplatten angeordnet sein.Impact plates can be arranged in the passage.
Der Katalysator kann auch in übereinander angeordneten Körben von ringförmigem Querschnitt mit gasdurchlässigen Innen- und Außenwänden untergebracht sein, wobei der enge Durchlaß durch an der Wand des Reaktionsraumes angreifende Prallplatten zwischen den Körben ganz geschlossen ist und die Körbe oben und unten derart mit Abdeckplatten gasdicht verschlossen sind, daß der Gasstrom die Katalysatorringschichten entweder in gleicher oder in entgegengesetzter Richtung durchqueren muß.The catalyst can also be provided in baskets with an annular cross section, which are arranged one above the other gas-permeable inner and outer walls, the narrow passage through to the Wall of the reaction chamber attacking baffle plates between the baskets is completely closed and the Baskets are closed gas-tight with cover plates at the top and bottom in such a way that the gas flow strikes the catalyst ring layers must traverse either in the same or in the opposite direction.
Durch die Erfindung werden viele Nachteile beseitigt und unerwartete Vorteile verwirklicht, wie höhere Reaktionsgeschwindigkeiten, höhere Katalysatortemperaturen und daher auch bessere .Widerstandsfähigkeit gegen Schwefel Vergiftung, umfangreichere Verwendbarkeit von durch Strahlung erhitzten Katalysatoren passender Teilchengröße, höhere Raumgeschwindigkeiten, verringerter Widerstand gegenüber dem Gasdurchgang, weit größere Wärmebelastung und doch längere Lebensdauer der Reaktionsrohre, größere Vielseitigkeit in der Gestalt des Reaktionsgefäßes, vergrößerte Betriebssicherheit bei Metalltemperaturen von 870 bis 1155° C. Als ein Ergebnis der bei dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung herrschenden Bedingungen können die \Yerte für den Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Reaktionsteilnehmer beträchtlich verringert werden infolge der höheren inneren Wärmeübertragungsgeschwindigkeit. The invention eliminates many disadvantages and realizes unexpected advantages, such as higher reaction rates, higher catalyst temperatures and therefore also better resistance against sulfur poisoning, more extensive availability of heated by radiation Suitable particle size catalysts, higher space velocities, reduced drag compared to the gas passage, far greater heat load and yet longer service life of the reaction tubes, greater versatility in the shape of the reaction vessel, increased operational reliability Metal temperatures of 870 to 1155 ° C. As a result of the method and apparatus the conditions prevailing in the invention can be the \ Yerte for the temperature difference between The heat source and reactants are significantly reduced due to the higher internal heat transfer rate.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Gemisch strömenden Kohlenwasser-Stoffs und Wasserdampfs durch den engen Durchlaß geleitet, der von einem geeigneten von außen erhitzten Rohr, vorzugsweise einem Metallrohr und einem im Rohrinneren parallel zur Rohrwand, aber mit Abstand von ihr angeordneten verhältnismäßig dünnen Katalysatorschicht gebildet wird, welche vorzugsweise nicht 25 mm in der Dicke überschreitet. Diese ringförmige Katalysatorschicht wird in geeigneter Weise von einer inneren undurchlässigen und einer äußeren stark ■durchlässigen Wand begrenzt, wie dies unten mit Bezug auf Fig. 1 der Zeichnung noch näher beschrieben wird. Die Katalysatorschicht ist durchdringender Strahlung von einer Wärmequelle unterworfen und kann daher auf eine höhere Temperatur erhitzt werden, als bisher in der Technik bekannt war. Vorzugsweise ist der Durchlaß zwischen der Katalysatormasse und ■der Rohrwand zwischen etwa 6 und 12 mm weit. Die ■durch diesen Durchlaß gehenden Reaktionsteilnehmer werden entlang ihres Reaktionsweges sehr wirksam •durch Konvektion und strahlende Wärme von der Rohrwand und dem Katalysator erhitzt.According to a preferred embodiment of the invention, a mixture of flowing hydrocarbons is used and water vapor passed through the narrow passage, which was externally heated by a suitable one Tube, preferably a metal tube and one inside the tube parallel to the tube wall, but at a distance arranged by her relatively thin catalyst layer is formed, which preferably not Exceeds 25 mm in thickness. This annular catalyst layer is suitably by a inner impermeable and an outer strongly ■ permeable wall, as shown below with With reference to Fig. 1 of the drawing will be described in more detail. The catalyst layer is more penetrating Subjected to radiation from a heat source and therefore can be heated to a higher temperature, than was previously known in the art. Preferably the passage between the catalyst mass and ■ the pipe wall between about 6 and 12 mm wide. The reactants passing through this passage become very effective along their reaction path • by convection and radiant heat from the Heated tube wall and the catalyst.
In bezug auf die Weite des verwendeten Durchlasses wurde gefunden, daß die praktisch untere Begrenzung etwa 3 mm ist. Ein engerer Durchlaß neigt nicht nur zu einer unzulässigen Widerstandsvergrößerung für die Gasströmung, sondern er macht es auch schwierig, den oder die Katalysatorbehälter infolge ■eines gewissen Biegens oder Verwerf ens der Rohre, was bei längeren Betriebszeiten auftreten kann, zu entfernen. Bei Verwendung eines 200 mm weiten Rohrs w.urde gefunden, daß bei einer Durchlaßweite von 12 mm eine Strömung von 56000 1 Naturgas, 1000001 Wasserdampf und 700001 Heizgas pro Stunde einen Druckabfall von nur etwa 0,02 at ergab. Mit einem 6 mm weiten Durchlaß wurde für dieses Gemisch ein Druckabfall von etwa 0,14 at gefunden. Wenn die Strömungen verdoppelt werden, war der Druckabfall wesentlich geringer als der normale Druckabfall durch die normalen Katalysatorschichten der bekannten Technik mit einer 314 cm2 großen Ouerschnittsfläche in einem 200 mm weiten Rohr. Da der höchste Druck am Eintrittspunkt zu dem Katalysator ist und zum Ausgangsende des Katalysators abnimmt, ist es möglich, die Strömung und Raumgeschwindigkeit um mehr als das Doppelte durch Verwendung des 6 mm weiten Durchlasses zu vergrößern und die Raumgeschwindigkeiten noch mehr bei einem weiteren Durchlaß zu erhöhen. Daher wird der Druckabfall bei den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung von dem erwünschten Anteil des seitlichen Eindringens der Reaktionsteilnehmer in die Katalysatormasse und selbstverständlich auch von der Katalysatorgröße abhängen.With respect to the width of the passage used, it has been found that the practical lower limit is about 3 mm. A narrower passage tends not only to an unacceptable increase in the resistance to the gas flow, but it also makes it difficult to remove the catalyst container or containers as a result of a certain bending or warping of the tubes, which can occur with longer operating times. When using a 200 mm wide pipe it was found that with a passage width of 12 mm, a flow of 56,000 liters of natural gas, 100,000 liters of water vapor and 700,001 heating gas per hour resulted in a pressure drop of only about 0.02 at. With a 6 mm wide passage, a pressure drop of about 0.14 atm was found for this mixture. When the flows are doubled, the pressure drop was much less than the normal pressure drop through the normal prior art catalyst beds with a 314 cm 2 cross-sectional area in a 200 mm wide tube. Since the highest pressure is at the entry point to the catalyst and decreases towards the exit end of the catalyst, it is possible to increase the flow and space velocity more than twice using the 6 mm wide passage and to increase the space velocities even more with a wider passage . The pressure drop in the various embodiments of the invention will therefore depend on the desired proportion of lateral penetration of the reactants into the catalyst mass and, of course, also on the catalyst size.
Infolge der höheren Reaktionsteilnehmergeschwindigkeiten und freieren Bewegung der Reaktionsteilnehmer durch und über den Katalysator reinigen die Katatysatorschichten sieh im wesentlichen von selbst. Zerkleinerte Katalysatorteilchen werden sich so viel freier in den Zwischenräumen zwischen den Katalysatorkörnern bewegen und werden gegebenenfalls aus der Schicht ohne Vergrößerung des Druckabfalls herausgetragen. Kohle, welche bei niedrigerer Temperatur innerhalb der Katalysatorschieht gebildet werden kann, vermag daher auch viel leichter in den heißeren Teil der Reaktionszone einzudringen, wo sie unter Bildung von Gasen umgesetzt wird.As a result of the faster reactant speeds and freer movement of the reactants through and over the catalyst, the catalyst layers essentially clean themselves. Crushed catalyst particles become so much freer in the interstices between the catalyst grains move and, if necessary, are carried out of the layer without increasing the pressure drop. Coals, which are formed at a lower temperature inside the catalyst can, therefore, can penetrate much more easily into the hotter part of the reaction zone, where it is below Formation of gases is implemented.
Bei den meisten katalytisehen Umsetzungen wird Wasserdampf dem Kohlenwasserstoff vor der Berührung mit dem Katalysator zugemischt. Wie angegeben, kann er jedoch teilweise durch andere sauerstoffhaltige Gase unter Aufrechterhaltung des endothermen Charakters der Reaktion ersetzt werden, z. B. Luft, Sauerstoff und Kohlendioxyd. Diese anderen Gase werden also in Verbindung mit Wasserdampf angewendet. In most catalytic reactions, water vapor becomes the hydrocarbon before contact mixed with the catalyst. As indicated, however, it can be partially oxygenated by other Gases are replaced while maintaining the endothermic nature of the reaction, e.g. B. air, Oxygen and carbon dioxide. These other gases are used in conjunction with water vapor.
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist es erforderlich, daß mindestens der Teil der Katalysatormasse, welcher der von außen erhitzten Reaktionsgefäßwand gegenüberliegt, durch Strahlung erhitzt wird. Dieser durch Strahlung erhitzte Katalysator wird auf einer höheren Temperatur als die Reaktionszone gehalten, da die Reaktionsteilnehmer während des Durchgangs durch den engen Durchlaß zwischen Katalysator und Gefäßwand erwärmt werden sollen und daher erforderlich ist, daß eine Temperaturdifferenz zwischen Katalysator und Reaktionsteilnehmern aufrechterhalten wird.In all embodiments of the invention, it is necessary that at least the part of the catalyst mass, which is opposite the externally heated reaction vessel wall, heated by radiation will. This radiation-heated catalyst is kept at a higher temperature than the reaction zone because the reactants during the passage through the narrow passage between the catalyst and the vessel wall should be heated and therefore it is necessary that there be a temperature differential between the catalyst and reactants is maintained.
Jeder bei der katalytischen Kohlenwasserstoffbehandlung benutzte Katalysator ist für die Erfindung brauchbar. Solche Katalysatoren können auf Trägern angeordnet sein oder die Form kleiner Teilchen besitzen und können gewünschtenfalls Aktivatoren enthalten. Gegebenenfalls können auch im Reaktionsteilnehmergemisch dispergierte Katalysatorteilchen bei Verwendung dafür geeigneter Vorrichtungen (vgl. Fig. 1, 9 und 10) benutzt werden.Any catalyst used in hydrocarbon catalytic treatment is for the invention useful. Such catalysts can be supported or in the form of small particles and, if desired, can contain activators. If appropriate, can also be used in the reactant mixture dispersed catalyst particles when using suitable devices (cf. Fig. 1, 9 and 10) can be used.
Die üblichen Wasserdampf-Kohlenwasserstoff-Verhältnisse der Technik können bei dem Verfahren der Erfindung angewendet werden. Ein Molarverhältnis von Wasserdampf zu Kohlenwasserstoff im allge-The usual water vapor-hydrocarbon ratios of the art can be used in the method of the invention. A molar ratio from water vapor to hydrocarbons in general
meinen im Bereich von 1,5 :1 bis zu 2 :1 ist bevorzugt. Jedoch ist es möglich, kleinere Verhältnisse bei dem Verfahren der Erfindung anzuwenden und sich dichter der theoretischen unteren, für die Reaktion notwendigen Wasserdampfmenge zu nähern.mean in the range of 1.5: 1 up to 2: 1 is preferred. However, it is possible to use smaller ratios in the method of the invention and yourself closer to the theoretical lower amount of water vapor required for the reaction.
Nachdem die Erfindung im allgemeinen beschrieben wurde, wird eine mehr ins einzelne gehende Erläuterung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben.Having generally described the invention, a more detailed explanation will be given given with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1;Fig. 1 shows in longitudinal section a device according to the invention; Figure 2 is a cross-sectional view taken on line 2-2 of Figure 1;
Fig. 3 zeigt im Längsschnitt eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 4 ist ein Querschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3;Fig. 3 shows in longitudinal section another embodiment of a device according to the invention; Figure 4 is a cross-sectional view taken on line 4-4 of Figure 3;
Fig. 5 zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung; Fig. 6 ist ein Querschnitt nach Linie 6-6 der Fig. 5;Fig. 5 shows in longitudinal section a further embodiment according to the invention; Figure 6 is a cross-sectional view taken on line 6-6 of Figure 5;
Fig. 7 zeigt im Längsschnitt eine abgeänderte Konstruktion der Vorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 8 ist ein Querschnitt nach Linie 8-8 der Fig. 7;Fig. 7 shows in longitudinal section a modified construction of the device according to the invention; Figure 8 is a cross-sectional view taken on line 8-8 of Figure 7;
Fig. 9 und 10 zeigen teils im Schnitt Reaktionsöfen nach der Erfindung.9 and 10 show, partly in section, reaction furnaces according to the invention.
Gemäß Fig. 1 und 2 wird ein dünnwandiges metallisches Reaktionsrohr 11 von außen durch eine hitzefeste Ofenwand erhitzt. Das Reaktionsrohr 11 geht völlig durch den Ofen 10 und ist oberhalb der Ofenwölbung mit Einlassen 12 und 13 für die Reaktionsteilnehmer versehen. Ein Auslaß 14 ist in dem Rohr unterhalb des Ofenherds für die Reaktionsprodukte vorgesehen. Ein Injektor 15 erstreckt sich konzentrisch in den oberen Teil des Reaktionsrohrs 11 und ist an seinem unteren Ende mit einer Düse 16 versehen. Konzentrisch innerhalb des Rohrs unterhalb des Injektors ist ein Katalysatorbehälter 17 in dichtem Abstand von der inneren Wand des Reaktionsrohrs 11 angebracht, um einen engen Durchlaß 18 zwischen Behälter und Wand 11 zu schaffen. Eine dünne Schicht zerkleinerten Katalysators 19 ist zwischen einem äußeren durchlässigen Schirm 20 und einem inneren, für Strömung undurchlässigen Rohrteil 21 angeordnet. Das obere Ende des Behälters 17 ist mit einer konischen Haube 22 versehen, in welcher eine oder mehrere Durchlöcherungen 23 vorgesehen sind. Eine Leitung 24 führt aufwärts durch das Innere des Teils 21 und liefert z. B. Wasserdampf zur Haube 22.According to FIGS. 1 and 2, a thin-walled metallic reaction tube 11 is externally through a heat-resistant Oven wall heated. The reaction tube 11 goes completely through the furnace 10 and is above the furnace arch provided with inlets 12 and 13 for the reactants. An outlet 14 is in the tube provided below the furnace hearth for the reaction products. An injector 15 extends concentrically into the upper part of the reaction tube 11 and is provided with a nozzle 16 at its lower end. Concentrically within the tube below the injector, there is a catalyst container 17 in a sealed manner Spaced from the inner wall of the reaction tube 11, around a narrow passage 18 between containers and wall 11 to create. A thin layer of crushed catalyst 19 is between a outer permeable screen 20 and an inner, flow-impermeable tube part 21 arranged. The upper end of the container 17 is provided with a conical hood 22 in which one or several perforations 23 are provided. A conduit 24 runs up through the interior of the part 21 and delivers z. B. Steam to hood 22.
Bei der Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 1 wird ein normalerweise gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff bei Einlaß 13 durch das Injektionsrohr 15 eingeführt. Der Kohlenwasserstoff wird vorzugsweise mit Wasserdampf vermischt, und wenn flüssiger Kohlenwasserstoff benutzt wird, wird dieser mit dem Wasserdampf vor Eintritt des Gemisches in das Injektionsrohr 15 zerstäubt. Der Kohlenwasserstoff mit oder ohne Wasserdampf wird als der primäre Strom bezeichnet und in das Innere von Rohr 11 oberhalb des Katalysatorbehälters 17 eingeführt. Gleichzeitig wird ein sekundärer Strom von Wasserdampf durch den Einlaß 12 eingeführt und fließt im Gleichstrom, aber außer Berührung mit dem primären Strom nach unten. Der Sekundärdampf wird durch die heiße Rohrwand 11 während der Gleichströmung mit dem primären Strom überhitzt und dient zur plötzlichen Erhitzung des Kohlenwasserstoffs in dem primären Strom auf im wesentlichen Reaktionstemperatur bei dessen Austritt aus der Düse 16. Bevor er plötzlich erhitzt wird, ist es erwünscht, daß die Temperatur des Kohlenwasserstoffs oder KohlenwasserstofF-Wasserdampf-Gemisches unterhalb der Temperatur gehalten wird, bei welcher unter den spezifischen Reaktionsbedingungen Kohlenstoffabscheidung stattfinden könnte. Diese Temperatur wird sich für verschiedene Kohlenwasserstoffe und Reaktionsbedingungen ändern. Gewünschtenfalls wird zusätzlicher Wasserdampf zur konischen Haube 22 des Katalysatorbehälters mittels Leitung 24 geliefert und strömt heftig aus den Durchbohrungen 23 heraus, um weiter das Mischen zu fördern und Kohlenstoffabscheidung auf der Injektionshöhe oder der Haube 22 auf einem Mindestmaß zu halten. Die Kohlenwasserstoff-Wasserdampf-Mischung wird dann in den engen Durchlaß 18 zwischen dem Katalysatorbehälter 17 und der Rohrwand 11 geleitet. Bei erwünschter Geschwindigkeit der Reaktionsteilnehmerströmung wird Turbulenz in dem Durchgang 18 erhalten, was die Reaktionsteilnehmer nicht nur veranlaßt, die Oberfläche des durch Strahlung erhitzten Katalysators 19 durch den durchlässigen Teil 20 zu berühren, sondern auch zu einer vergrößerten Diffusion in die Katalysatorschicht führt. Infolge des Umstandes, daß die verhältnismäßig dünne Schicht des Katalysators durch Strahlung von dem von außen erhitzten Rohr 11 erhitzt wird und die Reaktionsteilnehmer durch Konvektion und in gewissem Ausmaß auch durch Strahlung erhitzt werden, kann der Katalysator leicht auf einer im wesentlichen höheren Temperatur als die der Reaktionsteilnehmer gehalten werden und liefert selbst Wärme für die endotherme Reaktion. Somit werden die Reaktionsteilnehmer, welche nach unten durch den engen Durchlaß 18 hindurchgehen und sich durch den Katalysator 19 ausbreiten, sowohl durch den durch Strahlung erhitzten Katalysator und auch die von außen durch Strahlung erhitzte Rohrwand erhitzt. Infolge des Vorhandenseins des engen Durchlasses 18 können, wie zuvor erörtert, stark vergrößerte Raumgeschwindigkeiten angewendet werden. Wegen der wirksameren, weil heißeren Katalysatormasse können diese hohen Geschwindigkeiten benutzt und doch der erwünschte hohe Umsetzungsgrad erhalten werden. Ferner sind infolge des vergrößerten Durchsatzes und der Raumgeschwindigkeit Bedingungen vorhanden, welche bei der hohen Temperatur besonders ungünstig für die Bildung von Kohle sind.When using the device of FIG. 1, a normally gaseous or liquid one is used Hydrocarbon introduced at inlet 13 through injection tube 15. The hydrocarbon is preferred mixed with water vapor, and if liquid hydrocarbon is used, it becomes atomized with the steam before the mixture enters the injection tube 15. The hydrocarbon with or without water vapor is referred to as the primary flow and into the interior of the pipe 11 introduced above the catalyst container 17. At the same time there is a secondary stream of water vapor is introduced through inlet 12 and flows in co-current but out of contact with the primary Current down. The secondary steam is flowing through the hot pipe wall 11 during the cocurrent is superheated with the primary stream and is used to suddenly heat the hydrocarbon in the primary stream to essentially reaction temperature when it emerges from the nozzle 16. Before it is suddenly heated, it is desirable that the temperature of the hydrocarbon or hydrocarbon-water vapor mixture is kept below the temperature at which below the specific Reaction conditions carbon deposition could take place. This temperature will differ for different Change hydrocarbons and reaction conditions. If desired, additional Water vapor is supplied to the conical hood 22 of the catalyst canister via line 24 and flows violently out of the through holes 23 to further promote mixing and carbon deposition at the injection level or the hood 22 to a minimum. The mixture of hydrocarbons and water vapor is then passed into the narrow passage 18 between the catalyst container 17 and the pipe wall 11. At the desired speed of the reactant flow, turbulence is obtained in the passage 18 which not only causes the reactants to hit the surface of the to touch the catalyst 19 heated by radiation through the permeable part 20, but also to leads to increased diffusion into the catalyst layer. As a result of the fact that the proportionate thin layer of the catalyst is heated by radiation from the externally heated tube 11 and the reactants are heated by convection and, to some extent, by radiation the catalyst can readily be at a temperature substantially higher than that of the reactants and provides heat for the endothermic reaction itself. Thus become the reactants going down through the narrow passage 18 and passing through the Spread catalyst 19, both through the radiation heated catalyst and that of outside of the pipe wall heated by radiation. Due to the presence of the narrow passage 18 can, as previously discussed, greatly increased space velocities be applied. Because of the more effective, because hotter, catalyst mass, these high speeds can be used and yet the desired high degree of conversion can be obtained. Furthermore, due to the increased throughput and The space velocity conditions exist which are particularly unfavorable at the high temperature are for the formation of coal.
In den Fig. 3 und 4 wird eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei Katalysatorkörbe 30 konzentrisch in einem Reaktionsrohr 31 so angeordnet sind, daß sie einen engen Durchlaß 32 zwischen den Korben und dem Rohr übriglassen. Die Katalysatorkörbe 30 haben durchlässige Wände 33 und für Strömung undurchlässige Deckel und Böden 34 und 35. Die Körbe 30 sind völlig mit zerkleinertem Katalysator 36 gefüllt. Eine waagerechte Prallplatte 37 schließt die Hälfte des engen Durchlasses 32 an dem Deckel des oberen Katalysatorkorbes ab, während eine waagerechte Prallplatte 38 die gegenüberliegende Hälfte des Durchlasses 32 am Boden des oberen Katalysatorkorbes 30 abschließt. Eine waagerechte Prallplatte 39 ist neben der Prallplatte 38 angeordnet, um den gleichen Teil des Durchlasses 32 an dem Deckel des unteren Korbes 30 abzuschließen. Eine waagerechte Prallplatte 40 schließt die gegenüberliegende Hälfte des Durchlasses 32 an dem Boden des unteren Katalysatorkorbes 30 und ist unterhalb der Prallplatte 37 angeordnet. Senkrechte Metallplatten 41 erstrecken sich über die ganze Länge jedes Katalysatorkorbes und greifen diametral um einen merklichen Betrag in den Katalysator ein, um eine unerwünschte Verkürzung des Strömungsweges der Reaktionsteilnehmer zu verhindern. Wie in Fig. 1 und 2 sind Rohr und Katalysatoraufbau innerhalb eines geeigneten, nicht gezeigten Ofens angeordnet.An embodiment of the invention is shown in FIGS. 3 and 4, wherein catalyst baskets 30 are concentric are arranged in a reaction tube 31 so that they have a narrow passage 32 between the baskets and leave the pipe. The catalyst baskets 30 have permeable walls 33 and impermeable to flow Lids and bottoms 34 and 35. The baskets 30 are completely filled with comminuted catalyst 36. A horizontal baffle plate 37 closes half of the narrow passage 32 on the lid of the upper catalyst basket, while a horizontal baffle plate 38 is the opposite half of the Passage 32 closes off at the bottom of the upper catalyst basket 30. A horizontal baffle 39 is arranged next to the baffle plate 38 to the same part of the passage 32 on the lid of the lower basket 30 complete. A horizontal baffle plate 40 closes the opposite half of the passage 32 at the bottom of the lower catalyst basket 30 and is arranged below the baffle plate 37. Vertical metal plates 41 extend the full length of each catalyst basket and engage diametrically by a noticeable amount in the catalytic converter to reduce undesired shortening to prevent the flow path of the reactants. As in Figures 1 and 2, the tube and catalyst assembly are within a suitable one, not shown Arranged in the oven.
Zum Betrieb wird die Ofenheizung angestellt, und die Reaktionsteilnehmer werden in das Gefäß 31 eingeführt. Die äußeren Teile des in den Körben 30 angeordneten Katalysators werden durch Strahlung von den von außen erhitzten Rohrwänden 31 erhitzt. Das Kohlenwasserstoff-Wasserdampf-Gemisch wird durch die offene Hälfte des Durchlasses 32 geleitet und fließt infolge der Anwesenheit der Prallplatte 38 von dem Durchlaß 32 durch den Katalysator 36 in den oberen Korb 30 und in den Durchlaß 32 an der gegenüber-Hegenden Seite des Korbes 30 hinein. Die senkrechten Platten 41 stellen einen wesentlichen Weg durch den Katalysator 36 sicher, selbst wo Diffusion und Strömung durch den kürzestmöglichen Abstand um die Platten 41 stattfindet. Der teilweise umgesetzte Kohlenwasserstoff strömt dann nach unten durch Durchlaß 32 in die Fläche des unteren Korbes 30 und fließt infolge der Prallplatte 40 durch den Katalysator 36 in dem unteren Korb zur gegenüberliegenden Seite des Durchlasses 32, wie oben beschrieben. Der Abfluß wird dann aus dem unteren Ende des Rohrs 31 abgezogen. Gewünschtenfalls kann ein einzelner Katalysatorkorb der notwendigen Länge benutzt werden, oder jede gewünschte Anzahl solcher Körbe kann benutzt werden, um eine Katalysatorschicht der erforderlichen Länge zur Erzielung des gewünschten Umsetzungsgrades aufzubauen.In order to operate, the furnace heater is turned on and the reactants are introduced into the vessel 31. The outer parts of the catalyst arranged in the baskets 30 are radiated from the externally heated tube walls 31 are heated. The hydrocarbon-water vapor mixture is through the open half of the passage 32 and flows due to the presence of the baffle 38 from the Passage 32 through the catalyst 36 into the upper basket 30 and into the passage 32 at the opposite end Side of the basket 30. The vertical plates 41 provide a substantial path through the Catalyst 36 safe, even where diffusion and flow through the shortest possible distance around the Plates 41 takes place. The partially reacted hydrocarbon then flows down through the passage 32 into the surface of the lower basket 30 and flows through the catalytic converter 36 as a result of the baffle plate 40 in the lower basket to the opposite side of the passage 32 as described above. The drain is then withdrawn from the lower end of the tube 31. If desired, a single catalyst basket can be used of the necessary length or any desired number of such baskets can be used to create a catalyst layer of the length required to achieve the desired degree of conversion build up.
Wiederum wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 kommen die strömenden Reaktionsteilnehmer in anfängliche Berührung mit dem durch Strahlung erhitzten Katalysator, welcher auf einer höheren Temperatur als die der Reaktionsteilnehmer ist. Da nur der äußere Teil des Katalysators 36 durch Strahlung erhitzt wird, wird ein abnehmendes Temperaturgefälle über dem Durchmesser des Korbes erhalten, bis die Mitte der Schicht erreicht ist, nach welchem Punkt das Temperaturgefälle zu steigen beginnt, bis das Gas wieder durch Strahlung erhitzten Katalysator berührt, wenn es in den engen Durchlaß hineingelangt. An diesem Punkt werden die strömenden Reaktionsteilnehmer wiederum durch den durch Strahlung erhitzten Katalysator und die heiße Rohrwand erhitzt. Dieses Verfahren wird für jeden Katalysatorkorb wiederholt, bis der gewünschte Umsetzungsgrad erhalten ist. Die in Fig. 3 und 4 gezeigte Konstruktion erlaubt die Verwendung einer größeren Menge an Katalysator, wo vergrößerte Berührung erwünscht oder notwendig ist, und verschafft doch die Vorteile des Strömens durch den engen Durchlaß. Während der Durchsatz bei der Konstruktion der Fig. 3 und 4 offensichtlich nicht so groß ist wie der bei der Konstruktion mit Diffusion, jedoch ohne wesentliche seitliche Bewegung (wie in Fig. 1 und 2) mögliche, ist der mit dem festen Katalysatorkern und umgebendem engem Durchlaß erzielte Durchsatz immer noch viel größer als bei der bisherigen Bauart, wobei das Rohr über seinen ganzen Durchmesser mit Katalysator gefüllt ist.Again, as in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the flowing reactants come in initial contact with the radiation heated catalyst, which is on a higher temperature than that of the reactants. Since only the outer part of the catalyst 36 through Radiation is heated, a decreasing temperature gradient is obtained across the diameter of the basket, until the middle of the layer is reached, after which point the temperature gradient begins to rise, until the gas again touches the catalyst heated by radiation when it is in the tight Passage got in. At this point the flowing reactants will again be through the radiation heated catalyst and heated pipe wall. This procedure is for everyone Catalyst basket repeated until the desired degree of conversion is obtained. The one shown in Figs Construction allows a greater amount of catalyst to be used where increased contact is desired or necessary, and yet provides the benefits of flowing through the narrow passage. While the throughput in the construction of Figures 3 and 4 is obviously not as great as that in the construction with diffusion, but without significant lateral movement (as in Fig. 1 and 2) possible is the throughput achieved with the solid catalyst core and the surrounding narrow passage still much larger than with the previous design, with the tube over its entire diameter Catalyst is filled.
In den Fig. 5 und 6 ist eine Konstruktion gezeigt, welche ein Mittelding zwischen der Vorrichtung der Fig. 1 und der Fig. 3 darstellt. Katalysatorkörbe 50 sind konzentrisch innerhalb eines von außen erhitzten metallischen Reaktionsrohrs 51 angeordnet. Die Katalysatorkörbe besitzen innere durchlässige Wände 52 und äußere durchlässige Wände 53. Zerkleinerter Katalysator 54 ist in dem durch die innere und äußere durchlässige Wand 52 und 53 begrenzten Ring angeordnet. Die Wand 52 bildet einen hohlen länglichen Kern 55 in jedem Korb. Die Körbe 50 sind in räumlichem Abstand zum Rohr 51 angeordnet, um einen engen Durchlaß 56 dazwischen zu schaffen. Eine waagerechte Prallplatte 57 schließt den ganzen Durchlaß 26 am Grunde des oberen Korbes 50, während eine ähnliche Prallplatte 58 den Durchlaß an dem Grunde des unteren Korbes 50 verschließt. Oben sind die Körbe 50 mit gasundurchlässigen Deckeln 59 verschlossen. In Figs. 5 and 6 a construction is shown which is a middle thing between the device of Fig. 1 and Fig. 3 represents. Catalyst baskets 50 are concentrically inside an externally heated one metallic reaction tube 51 arranged. The catalyst baskets have inner permeable walls 52 and outer permeable walls 53. Comminuted catalyst 54 is in the through the inner and outer permeable wall 52 and 53 delimited ring arranged. The wall 52 forms a hollow elongated one Core 55 in each basket. The baskets 50 are arranged at a spatial distance from the tube 51 to a to create narrow passage 56 between them. A horizontal baffle plate 57 closes the entire passage 26 at the bottom of the upper basket 50, while a similar baffle 58 opens the passage at the bottom of the lower basket 50 closes. At the top, the baskets 50 are closed with gas-impermeable lids 59.
Bei der Benutzung der Vorrichtung der Fig. 5 und 6 wird das Reaktionsrohr 51 von außen erhitzt, und der äußere Teil des Katalysators 54 wird durch Strahlung von der Reaktionsrohrwand erhitzt. Die verhältnismäßig kühlen strömenden Reaktionsteilnehmer werden in die Spitze des Rohrs 51 eingeführt und fließen in den Durchlaß 56. Wegen der Prallplatte 57, welche den Durchlaß am Grunde des oberen Korbes 50 verschließt, strömen die Reaktionsteilnehmer, nachdem sie durch Berührung mit dem durch Strahlung erhitzten Katalysator und mit der Rohrwand erhitzt wurden, seitlich durch den Katalysatorring 54 in den Kern 55. Die Reaktionsteilnehmer berühren einen Katalysator, welcher ein abnehmendes Temperaturgefälle besitzt, und nehmen Wärme auf ihrem seitlichen Weg zum Kern55 auf. Die teilweise gespaltenen Reaktionsteilnehmer strömen dann aus dem Kern 55 des oberen Korbes 50 und seitlich zwischen den in Abstand befindlichen Körben zu dem Durchlaß 56, wo wiederum Wärme von dem heißen durch Strahlung erhitzten Katalysator und der Rohrwand aufgenommen wird. Wegen der Prallplatte 58 am Grunde des unteren Korbes dringen die Reaktionsteilnehmer seitlich durch den ringförmigen Katalysatorkörper, wie oben beschrieben. Eine geeignete Anzahl solcher Körbe kann benutzt werden, um den gewünschten Umsetzungsgrad zu erzielen. Diese Ausführungsform der Erfindung erlaubt eine bessere Katalysatorberührung und größere Durchsätze, als es mit der Ausführungsform nach Fig. 3 möglich ist.When using the device of FIGS. 5 and 6, the reaction tube 51 is heated from the outside, and the outer portion of the catalyst 54 is heated by radiation from the reaction tube wall. the relatively cool flowing reactants are introduced into the tip of tube 51 and flow into the passage 56. Because of the baffle plate 57, which the passage at the bottom of the upper basket 50 occluded, the reactants pour after being in contact with the by radiation heated catalyst and heated with the pipe wall, laterally through the catalyst ring 54 into the Core 55. The reactants touch a catalyst, which has a decreasing temperature gradient and absorb heat on their lateral path to the core55. The partially split Reactants then flow out of the core 55 of the upper basket 50 and laterally between the in Spaced baskets to the passage 56, where in turn heat from the hot by radiation heated catalyst and the pipe wall is added. Because of the baffle plate 58 at the bottom of the lower basket penetrate the reactants laterally through the annular catalyst body, such as described above. A suitable number of such baskets can be used to accommodate the desired To achieve the degree of implementation. This embodiment of the invention allows better catalyst contact and greater throughputs than is possible with the embodiment of FIG.
Die in den Fig. 7 und S gezeigte Abänderung ist ähnlich der Vorrichtung der Fig. 5 und 6. Katalysatorkörbe 70 sind konzentrisch innerhalb eines von außen erhitzten Rohrs 71 angeordnet. Die Körbe besitzen konzentrisch angeordnete äußere durchlässige Wände 72 und innere durchlässige Wände 73, wobei die inneren Wände einen hohlen' zylindrischen KernThe modification shown in Figures 7 and 5 is similar to the apparatus of Figures 5 and 6. Catalyst baskets 70 are arranged concentrically within a tube 71 heated from the outside. Own the baskets concentrically arranged outer permeable walls 72 and inner permeable walls 73, wherein the inner walls have a hollow 'cylindrical core
74 darstellen. Die Körbe 70 sind an einem Ende durch einen für die Strömung undurchlässigen Deckel74 represent. The baskets 70 are covered at one end by a lid that is impermeable to the flow
75 geschlossen, während die anderen Enden durch ringförmige nebeneinander angeordnete Platten 76 geschlossen sind; diese bringen die Kerne 74 des oberen und unteren Korbs in koaxiale Verbindung. Die äußeren durchlässigen Wände 72 der Körbe 70 sind in dichtem Abstand zu der inneren Wand des von außen erhitzten Reaktionsrohrs 71 angeordnet, um einen engen Durchlaß 77 dazwischen zu schaffen. Eine waagerechte Prallplatte 78 schließt den ganzen Durchlaß 77 am Boden des oberen Katalysatorkorbs. Zerkleinerter Katalysator 79 ist in dem Ringraum zwischen den-durchlässigen Wänden 72 und 73 angeordnet. 75 closed, while the other ends are closed by annular plates 76 arranged next to one another are; these bring the cores 74 of the upper and lower cages into coaxial connection. the outer permeable walls 72 of baskets 70 are closely spaced from the inner wall of the externally heated reaction tube 71 arranged to create a narrow passage 77 therebetween. One horizontal baffle plate 78 closes the entire passage 77 at the bottom of the upper catalyst basket. Shredded Catalyst 79 is located in the annulus between the permeable walls 72 and 73.
Bei dieser Ausführungsform strömen die Reaktionsteilnehmer anfänglich in" den "engen Durchlaß 77 zwischen dem oberen Korb 70 und der Rohrwand 71 hinein "und berühren dabei den durch Strahlung erhitzten Katalysator" an dem Umfangsteil der ringförmigen Katalysatorschicht und die heiße Rohrwand. Die Prallplatte 78 erzwingt eine seitliche Strömung von dem Durchlaß 72 durch den Katalysator 79 und in den hohlen Kern 74 des oberen Korbes hinein. Die Strömung geht dann in den hohlen inneren Kern 74 des unteren Korbes und wird wegen des strömungs-In this embodiment, the reactants initially flow into "the" narrow passage 77 between the upper basket 70 and the tube wall 71 ″, touching the one heated by radiation Catalyst "on the peripheral part of the annular catalyst layer and the hot pipe wall. The baffle 78 forces a lateral flow from the passage 72 through the catalytic converter 79 and into the hollow core 74 of the upper basket. The flow then goes into the hollow inner core 74 of the lower basket and is due to the flow
undurchlässigen Deckels 75 am Boden des unteren Korbes durch die ringförmige Katalysatorschicht 79 in den unteren Körb 70 und in den unteren Durchlaß 77 hineingeleitet. Diese Konstruktion ermöglicht wieder vergrößerten Durchsatz infolge der verbesserten Wirksamkeit des durch Strahlung erhitzten Katalysators bei intensiver Katalysatorberührung.impermeable lid 75 at the bottom of the lower basket through the annular catalyst layer 79 guided into the lower basket 70 and into the lower passage 77. This construction enables again increased throughput due to the improved effectiveness of the radiation heated catalyst with intensive contact with the catalyst.
In Fig. 9 ist von oben ein Reaktionsofen gemäß einer Abwandlung der Erfindung gezeigt. Ein Ofen mit hitzefesten Wänden wird durch eine Vielzahl von Gasbrennern 91 erhitzt. Zwei austenitische Stahlplatten 92 und 93 sind an den Ofenmantel geschweißt und erstrecken sich senkrecht über die volle Höhe der Heizkammer 94, um eine Reaktionskammer 95 dazwischen zu bilden. Eine schmale Schicht 96 zerkleinerten Katalysators wird zwischen durchlässigen Wänden 97 und 98 begrenzt. Die durchlässigen WändeIn Fig. 9, a reaction furnace according to a modification of the invention is shown from above. An oven with heat-resistant walls is heated by a plurality of gas burners 91. Two austenitic steel plates 92 and 93 are welded to the furnace shell and extend perpendicularly over the full height of the Heating chamber 94 to form a reaction chamber 95 therebetween. A narrow layer 96 crushed Catalyst is bounded between permeable walls 97 and 98. The permeable walls
97 und 98 sind in dichtem Abstand von den Platten97 and 98 are closely spaced from the plates
92 und 93 angeordnet, um enge Wege dazwischen für strömende Reaktionsteilnehmer zu bilden.92 and 93 arranged to provide narrow paths therebetween for flowing reactants.
Zum Betrieb des Ofens der Fig. 9 werden die Platten 92 und 93 durch Brenner 91 erhitzt. Strömender Kohlenwasserstoff und Wasserdampf, geeigneterweise vorerhitzt und vermischt, werden am nicht gezeigten Einlaßende der Kammer 95 eingeführt und durch die Reaktionszone zwischen den Platten 92 undIn order to operate the furnace of FIG. 9, the plates 92 and 93 are heated by burners 91. Flowing Hydrocarbon and water vapor, suitably preheated and mixed, are not shown Inlet end of chamber 95 is inserted and passed through the reaction zone between plates 92 and
93 geleitet. Infolge der durchlässigen Wände 97 und93 headed. As a result of the permeable walls 97 and
98 berühren die Reaktionsteilnehmer den Katalysator 96 und diffundieren durch ihn hindurch. Das Reaktionsprodukt wird am nicht gezeigten Auslaßende der Kammer 95 abgezogen. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird die Katalysatorschicht 96 durch eindringende Strahlung von den von außen erhitzten Platten 92 und 93 erhitzt. Die Reaktionsteilnehmer werden während der ganzen Reaktion erhitzt.98 the reactants touch the catalyst 96 and diffuse through it. The reaction product is withdrawn from the outlet end of the chamber 95, not shown. As with the ones previously described Embodiments, the catalyst layer 96 is activated by penetrating radiation from those of externally heated plates 92 and 93 heated. The respondents will be throughout the Reaction heated.
In Fig. 10 ist von der Seite ein dem der Fig. 9 sehr ähnlicher Ofen gezeigt. Der einzige Unterschied zwischen den Konstruktionen der Fig. 9 und 10 liegt in der Anbringung einer für Strömung undurchlässigen Platte 99, welche die Katalysatorschicht 96 teilt und am Durchdringen der Reaktionsteilnehmer durch die Schicht verhindert.In FIG. 10, a furnace very similar to that of FIG. 9 is shown from the side. The only difference between 9 and 10 is the attachment of a flow-impermeable Plate 99 dividing the catalyst layer 96 and allowing the reactants to penetrate through the Layer prevented.
Die Verwendung einer seitlichen Querströmung in Verbindung mit freier Strömung durch einen Durchlaß zwischen Reaktionsgefäßwand und Katalysator gemäß der Erfindung erlaubt eine bedeutend vergrößerte Anpassungsfähigkeit in Reaktionsbedingungen und Möglichkeiten. Beispielsweise ist in einem völlig mit Katalysator gefüllten 200 mm weiten Rohr die Querschnittsfläche der Schicht auf 314 cm2 beschränkt. Andererseits gibt bei einem von der Rohrwand gemäß der Erfindung mit Abstand angeordneten Korb eine Länge von etwa 90 cm einen mittleren Querschnitt von 1858 cm2. Somit ist ein viel größerer Durchsatz bei dem gleichen Druckabfall möglich.The use of a lateral cross flow in connection with free flow through a passage between the reaction vessel wall and the catalyst according to the invention allows a significantly increased adaptability in reaction conditions and possibilities. For example, in a 200 mm wide tube completely filled with catalyst, the cross-sectional area of the layer is limited to 314 cm 2 . On the other hand, in a basket spaced from the pipe wall according to the invention, a length of about 90 cm gives an average cross-section of 1858 cm 2 . Thus, a much greater throughput is possible for the same pressure drop.
Unter Verwendung einer Vorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Art wird ein Naturgas-Wasserdampf-Gemisch in das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 113 2801 Gas und 204 2401 Wasserdampf pro Stunde geleitet. Die Gas-Wasserdampf-Mischung wird bei einer Temperatur von 540° C in einen etwa 6 mm weiten Durchlaß zwischen Katalysatorkorb und einem austenitischen Stahlrohr (6 mm Wandstärke) geleitet, während die Rohrwand in dieser Zone auf einer Temperatur von 975° C gehalten wird. Die Temperatur der Katalysatoroberfläche in dieser Zone und unter diesen Bedingungen ist etwa 755° C. Hierbei werden Wasserstoff und Kohlenoxyd erhalten.Using a device of the type shown in Fig. 1, a natural gas-water vapor mixture into the tube at a rate of 113 2801 gas and 204 2401 water vapor per hour directed. The gas-water vapor mixture is at a temperature of 540 ° C in a about 6 mm wide passage between the catalyst basket and an austenitic steel tube (6 mm wall thickness), while the pipe wall in this zone is kept at a temperature of 975 ° C. The temperature the catalyst surface in this zone and under these conditions is about 755 ° C Obtain hydrogen and carbon dioxide.
Wird unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel 1 des gleichen Wasserdampf-Gas-Gemisches und des gleichen Durchsatzes die Mischungstemperatur an der Einleitungsstelle auf 515° C und die Rohrwandtemperatur in dieser Zone auf 1040° C gehalten, so stellt sich die Katalysatoroberflächentemperatur in dieser Zone auf etwa 855° C ein.Is made using the same device as in Example 1 of the same steam-gas mixture and the same throughput, the mixture temperature at the inlet point to 515 ° C and If the pipe wall temperature in this zone is kept at 1040 ° C., the catalyst surface temperature is established in this zone to about 855 ° C.
Außer zur Herstellung von Wasserstoff kann das Verfahren gemäß der Erfindung mit besonderem Vorteil auch zur Erzeugung von Olefinen durch katalytisches Kracken gesättigter Kohlenwasserstoffe in Gegenwart von Wasserdampf dienen (vgl. die britische Patentschrift 644 299).In addition to producing hydrogen, the process according to the invention can be used with particular advantage also for the production of olefins by catalytic cracking of saturated hydrocarbons in Serve in the presence of steam (see. British Patent 644 299).
Die Erfindung ermöglicht besonders vorteilhaft die Verarbeitung von rohen und/oder Rückstandsölen und von mit Schwefel verunreinigten Kohlenwasserstoffen.The invention particularly advantageously enables the processing of crude and / or residual oils and of hydrocarbons contaminated with sulfur.
Claims (7)
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Cited By (1)
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