DE2019475B2

DE2019475B2 - Indirekt beheizter vertikalrohrofen zur herstellung von niedermolekularen olefinen durch thermische spaltung staerker gesaettigter kohlenwasserstoffe

Info

Publication number: DE2019475B2
Application number: DE19702019475
Authority: DE
Inventors: Tokuji Sakai; Ueda Mikio Amagasaki; Hashimoto Ryosuke Saitama; Suzuki Shigenori Osaka; Ozawa (Japan)
Original assignee: Mitsui Shipbuilding & Engineering Co, Ltd, Tokio
Priority date: 1969-04-23
Filing date: 1970-04-22
Publication date: 1977-09-22
Also published as: US3764634A; GB1255886A; DE2019475A1; NL157643B; FR2039405B1; DE2019475C3; NL7005897A; FR2039405A1

Description

1. kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen ges schehen und

2. die festen Teilchen müssen (etwa wie Sand) eine Mindestgröße bzw. Mindestmaße und eine scharfkantige Oberfläche (wie Sandkörner) haben.

Heiße Ölkoksteilchen backen sehr zäh aneinander und an Flächen, an denen sie vorbeiströmen, fest, und es wäre wünschenswert, wenn man sie überhaupt nicht sum Anbacken und zur Ablagerung kommen ließe. Zur Vermeidung dieses Anbackens geben die bekannten Ausbildungen für einen Vertikalofen nach der Erfindung keine geeignete Lehre bzw. keine naheliegenden Hinweise.

Bei den für das sogenannte »Sandcrackverfahren« verwendeten Vorrichtungen wird zwar Sand als Wärmeträger benutzt und kann dabei auch nebenher reinigend wirken, aber diese Vorrichtungen sind viel komplizierter und teuerer als der »indirekt beheizte Vertikalrohrofen« nach der Erfindung; darin liegt sein Vorteil.

Daher ist der indirekt beheizte Vertikalrohrofen zur Herstellung von niedermolekularen Olefinen durch thermische Spaltung von stärker gesättigten Kohlenwasserstoffen nach der Erfindung so ausgebildet, daß er mehrere vertikale Rohre, die am oberen Ende durch eine Haube verbunden sind, einen am unteren Ende mindestens eines der Rohre angeordneten Einlaß für die Zufuhr der umzusetzenden Kohlenwasserstoffe und eines Verdünnungsmittels und einen Einlaß für feste Teilchen, wie etwa Sand, und eine sich an das untere Ende mindestens eines anderen Rohres anschließende Abschreck- und Trennvorrichtung besitzt, wobei letztere die Kühlrohre enthält und an ihrem unterem Ende ein Auslaß für die festen Teilchen und die schweren Spaltprodukte mit einem Anschluß an eine Rückführleitung für Öl und die festen Teilchen und zwischen diesem Auslaß und den Kühlrohren ein weiterer Auslaß für die gasförmigen Spaltprodukte vorgesehen ist.

Im folgenden wird eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich- nung, die eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Vertikalrohrofens ist, näher erläutert.

Die Ausgangskohlenwasserstoffe, wie etwa Benzin, Kerosin, Leichtöl, Schweröl oder Erdöl, und ein Lösungsmittel, wie etwa Wasserdampf, werden getrennt oder

do als Mischung im flüssigen oder gasförmigen Zustand in die unteren Enden einer Anzahl von vertikalen Reaktionsrohren 3 eingeleitet, die in einem Vertikalrohrofen 2 angebracht sind, der innen mit geeignet angeordneten Brennern versehen ist. Die Mischung wird dann teilweise durch die äußere Erhitzung der Rohre gecrackt, während sie in den Rohren aufsteigt, und gelangt sodann dispergiert über eine Haube 4 in eine Anzahl von Reaktionsrohren 5. Während die

Mischung in den Rohren 5 absteigt, wird sie weiter durch die äußere Erhitzung der Rohre gecrakt, wobei Olefine, wie Äthylen und Propylen, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol und Naphthalin, und Reaktionsprodukte, wie Methan und Wasserstoff, entstehen. Die volle Länge oder ein Teil der Aufstiegsrohre kann als Voreriiiizer verwendet werden. Die hinzugefügten festen Teilchen, wie etwa Sand, die den Niederschlag und die Bildung einer koksarügen Ablagerung an den Innenwänden der Reaktionsrohre unterbinden, werden kontinuierlich oder intermittierend in das Ei'nspeise-S/stem der flüssigen oder gasförmigen Ausgangsmaterialien oder in einen geeigneten Abschnitt des Einlasses der aufsteigenden Rohre 3 eingebracht und in diesen durch den Strom der Ausgangsmaterialien, der gasförmigen Produkte oder anderer gasförmiger Materialien mitgesogen.

Diese zugesetzten und sich frei in dem dampfförmigen oder gasförmigen Strom bewegenden Teilchen werden in die Haube 4 mitgenommen und entfernen den koksartigen Ansatz durch Auftreffen auf die Haubenwand und gelangen sodann in die absteigenden Rohre 5, wo sie den koksartigen Ansatz auf dieselbe Weise entfernen. Diese festen Teilchen können auch durch die Einlasse 7 und 7' im unteren Bereich der Reaktionsrohre 21 eingebracht werden. In der Haube 4 sind kegelförmige, hitzebeständige Einrichtungen 8 vorgesehen, die dazu dienen, das Liegenbleiben der Teilchen auf den Flächen zwischen den Rohren zu vermeiden. Die Reaktionsrohre haben einen Durchmesser bis etwa 38 cm und bestehen aus hitzebeständigen, abriebfesten Metallen. Die Reaktionstemperatur wird im Bereich von 600 bis 950' C gewählt, wobei sich die gewünschte Behandlungsmenge und Verteilung der Produkte ergeben. Der Strom der Hochtemperatur-Produkte und der festen Teilchen, der auf diese Weise in dem Ofen hii. und herbewegt und umgesetzt worden ist, wird dann in eine Abschreck-Trennvorrichtung 6 zur Trennung der jetzt entstandenen Stoffe eingeleitet.

Die Abschreck-Trennvorrichtung 6 enthält Kühlrohre 9 zur schnellen Kühlung der Crackprodukte und eine Düse 10 zur Einleitung von Öl, Wasser oder Dampf zur Entfernung von Staub und zur Kondensation von Schweröl. Der heiße Strom der Crackprodukte, des Lösungsmittels und dei Teilchen wird bei Berührung mit den Kühlrohren unter Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid in den Rohren schnell gekühlt, und die hohe Temperatur wird von dem Fluid in den Kühlrohren wirksam aufgenommen. Die festen Teilchen entfernen auch den schädlichen Koksansatz, der sich auf den Wänden der Kühlrohre gesammelt hat. Sodann wird der gekühlte Strom der Crackprodukte mit Öl, Wasser, Wasserdampf usw., gewaschen und dadurch von schwerem Öl und den Teilchen getrennt und durch den Auslaß 11 zur nächsten Verfahrensstufe geleitet. Der Strom aus Crackprodukten, der die Kühlrohre der Abschreck-Trennvorrichtung 6 verläßt,- besitzt eine Temperatur von etwa 300⁰C und ist stabil. Schweröl, die zugesetzten Teilchen und das zum Waschen verwendete Öl aus dem Auslaß 12 werden auf bekannte Art getrennt und durch die Leitung 14 weiterer Verwendung zugeführt.

Aufgrund der oben beschriebenen Erfindung wird auf längere Zeit ein kontinuierlicher Betrieb, d. h. einer ohne Unterbrechung, zur zusätzlichen Entfernung des Koksansaizes möglich, da der etwa anfallende Koks, der sich an den Wänden der Reaktionsrohr, der Förderleitungen und der Haube 4 niedergeschlagen hat, kontinuierlich während des Crackverfahrens entferntwird. Es kann auch Schweröl einschließlich Erdöl, das eine große Menge beim Prozeü als Nebenprodukt anfallenden Kokses liefert, verwendet werden. Der s Aufbau des Crackofens als Vertikalrohrofen nach der Erfindung wird zudem vereinfacht, da der Aufbau des Reaktors und des Kühlers sehr wirksam ist.

Ein zahlenmäßig bestimmt gehaltenes Ausrührungsbeispiel, welches die Brauchbarkeit des indirekt beheiziü ten Vertikalrohrofens nach der Erfindung und den mit ihm erzielbaren technischen Fortschritt aufzeigt, wird nachstehend angegeben:

Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Verwendung von Rohöl durchgeführt.

Reaktor:

Reaktionsrohre

Kühler

aufsteigende
Rohre 3

absteigende
Rohre 5

Kühlrohre Kupferrohre

22 cm 0,
400 cm Länge

60 cm 0,
500 cm Länge

4 cm 0

Das Rohöl wird in den unteren Bereich der aufsteigenden Reaktionsrohre 3 mit 47,8 g/h eingeleitet. Der Versuch wird bei einer Reaktionstemperatur von 735"C während eines Zeitraums von 180 Minuten durchgeführt. In diesem Falle wird kein Lösungsdampf eingeleitet, damit die Wirkung der festen Teilchen besser beobachtet werden kann. Das Rohöl wird gemischt mit Sand mit einer mittleren Korngröße von 112 μ im Verhältnis 1 : 1. Das Produkt wird gekühlt, indem überhitzter Dampf von 250"C durch das Kühlrohr geleitet wird, so daß das pyrolytische Produkt auf 400 bis 500⁰C abgekühlt wird, und sodann wird Öl in den unteren Bereich des Kühlers eingeleitet, so daß die Umgebungstemperatur schnell sinkt. Die Ergebnisse zeigen, daß das Verfahren außerordentlich wirksam ist, und insbesondere läßt sich demonstrieren, daß sich keine Koksablagerungen aii der Innenwand der Reaktionsrohre oder auf der Außenwand des Kühlrohres bilden. Wenn kein Sand zu dem Rohöl hinzugemischt wird, bildet sich eine große Menge Koks und Teer nach 65 Minuten auf diesen Wänden.

Tabelle I zeigt die Eigenschaften des verwendeten Rohöls und Tabelle Il enthält die erzielten Ergebnisse.

Tabelle I
Eigenschaften des Rohöls:

Dichte (15,4"C) 0,8240

Schwefelgehalt (Gew-%) 0,06

Rest Kohlegehalt (Gcw.-%) 3,02

Tabelle Il

Ergebnisse:

Menge des erzeugten Gases (Nl/h) . .. 29,4
hs Dichte des erzeugten Gases

(gemessener Wert) 1,132

Berührungszeit (see.) 2,02

L. H. S.V. (V/V h-') 0,95

Zusammensetzung des pyrolysierten Gases, bezogen auf das Rohöi (Gew.-%)

C₂H₄ 22,31

C₃H₆ 11,55

!SO-C₄H₈₁C₄H₈-(I) 1,60

trans-;>-CH₈ 0,34

cis-2-C₄H₈ 0,37

1,3-C₄H₆ 1,99

C₁-C₄ Olefine (gesamt) 38,16

CH₄ 15,24

C₂H₆ 6,26

C₃H₈ 0,63

n-C₄H,o · 0,10

C₁-C₄ Paraffine (gesamt) 22,23

H₂ 0,67

n-C₅H₁₂ -

C₅ andere 0,37

n-C₆H_l4 0,31

C(, andere 1,36

Benzol 3,6

C₅ ⁺ (insgesamt) 5,64

Insgesamt 66,03

Hierzu 1 Blatt 2'eichnungen

Claims

Patentanspruch:

Indirekt beheizter Vertikalrohrofen zur Herstellung von niedermolekularen Olefinen durch thermische Spaltung von stärker gesättigten Kohlenwasserstoffen, gekennzeichnet durch mehrere vertikale Rohre (3, 5), die am oberen Ende durch eine Haube (4) verbunden sind, durch einen am unteren Ende mindestens eines der Rohre (3) angeordneten Einlaß (1) für die Zufuhr der umzusetzenden Kohlenwasserstoffe und eines Verdünnungsmittels und einen Einlaß (7) für feste Teilchen, und durch eine sich an das untere Ende mindestens eines anderen Rohres (5) anschließende Abschreck- und Trennvorrichtung (6), die Kühlrohre (9) enthält und an deren unterem Ende ein Auslaß (12) für die festen Teilchen und die schweren Spaltprodukte mit einem Anschluß an eine Rückfuhrleitung (14) für Öl und Festteilchen und zwischen diesem Auslaß (?2) und den Kühlrohren (9) ein weiterer Auslaß (11) für die gasförmigen Spaltprodukte vorgesehen ist.

Bei den herkömmlichen rohrförmigen Cracköfen mit Feuerung von außen bilden sich nebenbei koksartige Ablagerungen an den Wänden des Reaktionsrohres, der Förderleitung und des Kühlrohres. Dadurch wird das Verfahren erheblich behindert. Es ist daher erforderlich, diese koksartigen Ablagerungen durch ein chemisches Mittel, mit Wasserdampf oder Luft oder mechanisch in einem Zeitabstand von 60 bis 90 Tagen zu entfernen. Eine Verlängerung dieses Zeitabstandes für die Entfernung dieser Ablagerungen, ist wünschenswert. Obwohl Maßnahmen zur Verhinderung dieser Ablagerungen während des laufenden Betriebes in Betracht gezogen worden sind, haben sie keine vollständige Lösung des Problems ergeben. Nur gasförmige Materialien bis zu Leichtöl-Fraktionen als Ausgangsmaterialien gestatten einen ununterbrochenen Betrieb von über 60 bis 90 Tagen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen rohrförmigen Cracköfen mit Feuerung von außen so auszubilden, daß niedermolekulare Olefine, wie Äthylen, aus Rohmaterialien von Benzin bis hin zu Schweröl-Fraktionen einschließlich Erdöl, hergestellt werden können, wobei anfallende koksartige Ablagerungen an den Wänden des rohrförmigen Crackofens während des Betriebes, d. h. des Crackens, entfernt werden, so daß ein langer, ununterbrochener Betrieb, d. h. ohne Reinigungspausen, möglich wird, während zugleich die Wirksamkeit der Reaktion, der Kühlung und der Heizeinrichtung durch die Verbesserung des Wärmeüberganges erhöht wird. Nach der Erfindung wird daher ein neuartiger, indirekt beheizter Vertikalrohrofen vorgeschlagen. Bei diesem erfindungsgemäßen Vertikalrohrofen werden feste Teilchen, wie etwa Sand, in die Rohmaterialien in dem Reaktionsrohr eingemischt und vo diesen mitgenommen, so daß die nebenbei anfallenden koksartigen Ablagerungen, die sich an den Innenwänden der Rohre niedergeschlagen und angesammelt haben, mittels dieser mitgeführten und sich bewegenden Teilchen entfernt werden.

Diese Lehre der Erfindung ist in etwa vergleichbaren bekannten Vorrichtungen nicht enthalten und durch sie auch nicht nahegelegt.

Zwar ist es vielfach bekannt, zur Erreichung anderer Wirkungen gröbere Fesüeilchen durch Wärmeaustauscher, Reaktoren, Crackvorrichtungcn oder dgl. durchzuschleusen.

Aber diese Beimengung an festen Teilchen muß

jedoch bei einem indirekt beheizten Vertikalofen zum

ίο Cracken nach der Erfindung, der im Ofen mit einer Strömungsumkehr von 180° durch eine Umlenkhaube arbeitet,