DE2227769C2 - Verfahren zur Herstellung von Olefinen - Google Patents
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- C07C2523/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
- C07C2523/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the iron group metals or copper
- C07C2523/74—Iron group metals
- C07C2523/755—Nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2400/00—Products obtained by processes covered by groups C10G9/00 - C10G69/14
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Olefinen aus gesättigten Kohlenwasserstoffen In
Gegenwart von Wasserdampf in einem Rohrsystem In zwei Spaltstufen bei erhöhter Temperatur.
Äthylen und ^/opylen werden in großem Umfang hergestellt
durch thermisches Cracke" von gasförmigen oder verdampften Kohlenwasserstoffen innerhalb von außenbeheizten
Rohren, wobei die Kohlenwasserstoffe mit Dampf gemischt und die Rohre bei Temperaluren bis zu
etwa 825° C und auch darüber durchströmen. Der Wärmebedarf dieses Verfahrens ist groß, und einen
ausreichenden Wärmeübergang erhält man in den Rohren, wenn das Verhältnis Länge zu Durchmesser
groß Ist. Bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch oft die Verweilzeit der Reaktionsprodukte so groß, daß
ursprünglich gebildete Olefine In unerwünschter We!.«
weller reagieren und sich schließlich koksartige Stoffe
oder Polymerisationsprodukte bilden.
Man hat daher bereits versucht, das thermische Crakken
bei sehr geringen Verweilzelten durchzuführen. Dafür sind In den meisten Fällen höhere Reaktionstemperaturen
und folglich auch höhere Wandtemperaturen der Rohre erforderlich. Bekanntlich Ist jedoch die w
Lebensdauer der Reaktionsrohre bei höheren Temperaturen
sehr viel geringer und es kommt zu einem beträchtlichen Ansteigen der Wartungskosten, die oft nicht
durch vergrößerte Ausbeute infolge der erhöhten Temperatur gerechtfertigt erscheinen. Auch steigt die Bildung
von Koks, Polymeren und ähnlichen unerwünschten Nebenprodukten an.
Es sind auch schon katalyllsche Verfahren zur Herstellung
ungesättigter Kohlenwasserstoffe aus höheren Kohlenwasserstoffen In Gegenwart von Dampf bekannt,
Indem ein vorgewärmtes Gemisch von verdampften
Kohlenwasserstoffen und Dampf durch eine Katalysator-/Oiie
hei t was erhöhtem Druck und hei Temperaturen
zwischen 500 und 825" C geleitet wird. Dies geschieht in
einem Röhrenreaktor oder In einem Wirhelschichtreaktor
Im allgemeinen ergibt die katalytische Umwandlung nicht viel bessere Ausbeuten an den angestrebten
Produkten als das thermische Cracken.
Aus der DE-PS 1047 772 ist die Herstellung von Olefinen
aus gesättigten Kohlenwasserstoffen durch katalytisches Dampf-Cracken In drei Stufen bekannt, wobei die
erste Stufe ein Vorwärmen des Einsatzmaterials auf 250 bis 350° C ist. Diese vorgewärmten Dämpfe bzw. gasförmigen
Kohlenwasserstoffe werden dann In einer ersten KataiyHschen Stufe bis auf eine streng begrenzte Temperatur,
nämlich bis 580° C, durch Strahlungsheizung gebracht, diese bereits teilweise gecrackten Gase mit
einer Temperatur von maximal 580° C gelangen dann in die zweite katalytische Crackstufe, In welcher die eigentliche
optimale Cracktemperatur des jeweiligen Kohlenwasserstoffs zwischen 750 und 850° C eingestellt wird
Das diesem Verfahren zugrundeliegende Problem war die Vermeidung der beträchtlichen Rußabscheldung und
damit Desaktivlerung des Katalysators beim katalytischen
Dampf-Cracken von höher molekularen Ausgangs-Kohlenwasserstoffen. Diese Aufgabe wird nach dem
bekannten Verfahren dadurch gelöst, daß die maximale Spalttemperatur stufenweise durch ein sehr schonendes
Erwärmen erreicht wird.
Aufgabe der Erfindung Ist nun die Herstellung von
Olefinen aus gasförmigen oder verdampften flüssigen gesättigten Kohlenwasserstoffen, ohne daß es zu den
bekannten nachteiligen Rußabscheidungen an Katalysatoren oder Wärmeträgern kommt.
Diese Aufgabe wird durch die im ohlgen Anspruch 1
angegebenen Maßnahmen gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit ein zweistufiges,
wobei die erste Stufe eine katalytische und die zweite Stufe eine reine thermische Spaltung oder Crakkung
der eingesetzten Kohlenwasserstoffe bewirkt. Sowohl das katalytische Cracken als auch das thermische
Cracken sind an sich bekannte Verfahren. Das erfindungsgemäOe
Verfahren stellt nun eine Kombination dieser beiden bekannten Verfahrenswelsen dar, wobei
durch diese Kombination überraschende Vorteile erreicht werden.
Da das Cracken eine endotherme Reaktion ist. Ist die
Einbringung der für diese RsaktiOi, benötigten Wärmeenergie
in den Gasstrom für die Wirksamkeit des Verfahrens von besonderem Interesse. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren läuft der Hauptteil der endothermen Reaktionen Innerhalb der kafalytischen Stufe ab, und In
dieser Ist der größte Teil der Wärmeenergie bereitzustellen.
In der thermischen Stufe wird nur noch wenig Wärmeenergie benötigt, so daß sich In der thermischen
Stufe oder - mit anderen Worten - In der Zone höchster
Temperatur sehr viel geringere Verweilzelten der Produkte einstellen lassen, als dies bei üblichen Crackprozessen,
und zwar auch bei üblichen ausschließlich thermischen Crackprozessen, möglich Ist. Durch die Unteri3ilung
der endothermen Spaltreaktionen nach der Erfindung In eine katalytische und eine thermische Stufe Ist
nicht nur die Wärmewirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens außerordentlich günstig, sondern man erhält Insbesondere
durch die kurze Verweilzelt In der thermischen Stufe bei maximalen Temperaturen ein Produkt,
welches bemerkenswert geringe Anteile an unerwünschten Nebenprodukten enthält. Bei der thermischen Crakkung
Ist der Wärmeübergang von der Heizfläche auf den Ciasstrom das Hauptproblem. Da bei dem erflndungsgemäßen
Verfahren innerhalb der thermischen Stufe nur noch ein verhältnismäßig geringer Anteil der insgesamt
für das Verfahren benötigten Wärmeenergie dem Gasstrom zugeführt werden muß, läßt sich Innerhalb der
thermischen Stufe auch die Durchsatzgeschwindigkeit sehr wesentlich erhöhen, so daß man bei gleicher Anlage
höhere Leistungen erhalt oder bei vorgegebener Leistung
kleinere Anisgen benötigt.
Vergleicht man das aus der OE-PS IO 47 772 bekannte Verfahren mit dem erfindungsgem&ßen Verfahren, so
könnte man die dritte Temperaturzone nach dem Stand der Technik als »leeres Rohr« bezeichnen. Ein solches
Verfahren ware aber außerordentlich unwirtschaftlich und durch cUe relativ langen Verweilzeiten der Gase
innerhalb dieses leeren Rohres die Ausbeute an Olefinen gering, jedoch die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten
sehr groß.
Durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit durch die zweite thermische Stufe bei dem erfindungsgemaßen
Verfahren erreicht man zwei besondere Vorteile, nämlich hohe Leistung und hohe Olefinausbeute infolge geringer
Bildung von Nebenprodukten.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet säch besonders
zur Herstellung von Äthylen and Propylen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein vorgewärmtes
Gemisch von gasförmigen und/oder verdampften Kohlenwasserstoffen, Dampf und gegebenenfalls
weiterer Gase in die katalytische Stufe eingeführt. Der bevorzugte Druck In dem ganzen Verfahren liegt
zwischen 0,981 und 14,7 bar.
Die Verweilzeit des Gasstroms in der thermischen Stufe Ist weltgehend eine Frage des Wärmeübergangs.
Die Wärmeübertragung ist in vielen Fällen ein begrenzender Faktor, der die Verwellzeit und folglich auch die
Umsetzung bestimmt. Jede Maßnahme, die zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs je Reaktorvolumenelnhelt
führt, führt ihrerseits zur Herabsetzung der benötigten Verweilzeit und einer Verbesserung der Ausbeute an
den angestrebten Produkten.
Der Wärmeübergang wird bekanntlich verbessert, indem zur Verringerung des Strömungsquerschnitts in
das oder die Rohr(e) beim thermischen Cracken ein Innenrohr eingeführt wird, das eine zusätzliche Heizfläche
darstellt. Gleichzeitig führt das Innenrohr zu einer gewissen Turbulenz der Gasströmung, die den Wärmeübergang
welter verbessert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also ein Innenrohr In der thermischen Stufe
bevorzugt. Eins weitere Möglichkeit zur Verringerung der Verweilzelt der Gasströmung in der thermischen
Stufe besteht darin, dafür engere Rohre als in der katalytlschen Stufe vorzusehen. Dadurch wird auch die Gasgeschwindigkeit
erhöht und folglich der Wärmeübergang verbessert. Die engeren Rohre In der thermischen Stufe
können bei cxlaler Ausrichtung direkt in die weiteren
Rohre der katalytlschen Stufe Obergehen oder es Ist zwischen den Rohren unterschiedlicher Weite ein Krümmer
oder U-Rohr vorgesehen. Auch können mehrere Rohre zu einem RohrbOndel zusammengeschlossen sein und
die Rohrbündel der katalytlschen Stufe sind mit den Rohrbündeln der thermischen Stufe Ober Fittings oder
Zwischenstücke verbunden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man In der katalytlschen Stufe jeden beliebigen bekannten
Katalysator für katalytisches Cracken anwenden; es sind dafür eine ganze Anzahl von oxidischen Katalysatoren
bekannt, so die Oxide von Zirkonium, Hafnium, Aluminium, Thor, Erdalkallmetallen, Alkallmetallen,
Silicium, Titan, Kupfer, Nickel, Elsen, Kobalt, Antimon, seltene Erdmetalle, Chrom und Silber. Diese Oxide sind
bekanntlich geeignet, allein oder Im Gemisch mit anderen
Substanzen zu Katalysatoren verarbeitet zu werden.
Ein besonders geeigneter Katalysator Ist z. B. ein ZIrkonlumoxld-Katalysator,
hergestellt aus einem Rohmaterial, von dem zumindest ein Teil amornhes Zirkoniumoxid
enthalt und zwar zusammen mit 0,1 bis 10 Gew.-*>
einer Alkallverblndung - berechnet auf Oxid. Ein weiterer
sehr brauchbarer Katalysator besteht z, B, In seiner
Hauptmenge aus zumindest einem der Oxide Zirkonium und/oder Hafnium zusammen mit zumindest 5 Gew.-fe
aktiver Tonerde und zumindest 5 Gew.-% von zumindest einem Oxid von Chrom, Mangan und/oder Elsen sowie
geringen Mengen bis maximal 10 Gew.-* einer Alkali- und/oder Erdalkallverbindung.
ίο Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit jedem
brauchbaren Crackkatalysator, wie er üblicherweise beim katalytischen Cracken von gesättigten zu ungesättigten
Kohlenwasserstoffen angewandt wird, durchführen.
Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren kann man einen einzigen gesättigten Kohlenwasserstoff
einsetzen oder Gemische, die im wesentlichen gesättigte Kohlenwasserstoffe enthalten. Die Anwesenheit
eines bestimmten Anteils an ungesättigten Kohlenwasserstoffen ist zulässig; es kann sich sogar günstig auswirken,
wenn Olefine enthalten sind, weil dadurch die Ausbeute an den gewünschten Produkten oft vorteilhaft
beeinflußt wird. Geeignete Kohlenwasserstoffe als solche
oder in den Gemischen sind Äthan, riopan oder Butan,
aber auch flüssige Kohlenwasserstoffe wit verschiedene Fraktionen nieder und hoch siedender Erdölprodukte
und Gasöle. Die Anwesenheit von Schwefelverbindungen ist zulässig und kann manchmal auch wünschenswert
sehi, da der Schwefel die freie Metallfläche des Reaktors zu passivieren vermag und damit die Wahrscheinlichkeit
einer übermäßigen Reaktion mit dem Dampf und Kohlenwasserstoff unter Bildung von Wasserstoff
und unerwünschten Kohlenoxiden herabgesetzt wird. Der Schwefel kann ursprünglich in dem Ausgangsmateriai
enthalten sein oder man kann ihn auch als flüsslge
oder gasförmige Schwefelverbindung einbringen. Andere Gase können ebenfalls Im Ausgangsmaterial
anwesend sein, und zwar entweder vollständig inaktive Gase, die nur zur Verdünnung der Reaktionspartner und
Reaktionsprodukte dienen, oder Gase, die in gewissem Ausmaß die angestrebten Reaktionen zu beeinflussen
vermögen. Beispiele dafür sind Methan, Kohlendioxid, Sauerstoff, gegebenenfalls mit Sauerstoff angereicherte
Luft, Wasserstoff oder Stickstoff. Der Anteil an diesen
Gasen hängt weltgehend von den Verfahrensbedlngungen, u. a. von dem angewandten Katalysator, ab.
Die benötigte Wärmeenergie für die endothermen Reaktionen in der katalytlschen Stufe und der thermischen
Stufe wird im allgemeinen über die Rohrwandungen aufgebracht. Beide Zonen für diese Verfahrensstufen
so können z. B. In einem Strahlungsofen angeordnet sein.
So Ist ein Muffelofen besonders geeignet oder auch Kammeröfen,
da darin das Wärmeangebot an die Zonen unabhängig voneinander durch entsprechende Anordnung
und Regelung der die Wandbereiche aufheizende:; Brenner einstellbar ist. Eine solche Konstruktion gestattet
aucn eine Flexibilität In der Anlage, weil man damit
auch Teilbereiche der Zonen die momentan benöt/gte Wärmeenergie zuführen kann. Während In manchen
Fällen die beiden Zonen Insgesamt etwa gleiche Wärmenergle benötigen, so kann In extremen Fällen doch die
benötigte Wärmeenergie zu 10» auf die eine Zone und
zu 90% auf die andere Zone entfallen. Demzufolge wird
auch Größe und Volumen der beiden Zonen von Fall zu
Fall wesentlich variieren.
Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht Im allgemeinen aus einer Vielzahl
von parallelen R ihren, die sich vertikal In einem
Ofen erstrecken. Die Anzahl der Rohre In der therml-
sehen Zone ist vorzugsweise gleich oder geringer als die
H «hr/ahl in tier katalytischen /one. Die Zuführung des
Gases zur k.itaK tischen Zone er'ilgt entweder durch eine
.Speiseleitung, ti ic alle Rohre bedient, oder über mehrere
Zweigleitungen Tür jedes Rohrbündel. Die Gase strömen dann aus der. Rohren der katalytischen Zone in die
der thermischen Zone Hei einer Ausiührungslorm der Vorrichtung /ur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verlahrens ist jeweils ein Rohr der Katalysator/one mit einem Rohr eier thermischen Zone verbunden, und folglich
ist die Λη/ahl der Rohre in beiden Zonen gleich. Die Verbindung selbst kann gerade erfolgen, so daß die
beiden Rohre a\ial zueinander ausgerichtet sind, oder
über Krümmer
Bei einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung /ur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist die Katalysator/one Rohrbündel auf. die mit Rohrbündeln
der thermischen Zone über eine Verbindungsleitung verbunden sind In diesem Fall ist die Anzahl der
oder geringer als die Jer katalytischen Zone. So können ζ R. 5 Kaialysatormhre mit 5 oder 3 thermischen Spallri'iren
verbunden sein, aber auch IO Katalysatorrohre können zu einer thermischen Zone zusammengefaßt
werden. -ί
HeI beulen Varianten zur Durchführung des erfln-Jur.gsgcmäßen
Verfahrens kann die Strömungsrichtung der Gase emweder gleich oder unterschiedlich in den beiden
Zonen sein Bevorzugt ist die Slrömungsrichtung in der Katalysator/.or.e abwärts und in der thermischen
Zone abwärts ode, aufwärts. In der Katalysator/one hat
der Röhrenreaktor ein Verhältnis Länge zu Durchmesser /wischen 100 und 1. vorzugsweise /wischen 50 und 10.
Der lichte Durchmesser liegt zwischen 10 und 500 mm. vorzugsweise 50 bis 250 mm. In der thermischen Zone !5
n.it der Röhrenreaktor ein Verhältnis Länge zu Durchmesser zwischen 500 und 20 bei einer lichten Weite von
10 hjs 500 mm. vorzugsweise 20 bis 250 mm. Der Durchmesser
eines eventuell in der thermischen Zone vorgesehenen Innenrohrs sieht in Beziehung zu der lichten w
Weite dessen oder deren Rohre's). so daß ein Ringraum
mil einer Breite von i his 50 mm vorliegt. Die optimalen
Dimensionen variieren jedoch von Fall zu Fall, da sie von verschiedenen Faktoren abhängen, u.a. der Lineargeschwindigkeit
und der Temperatur der Gase innerhalb ■*>
des Ringr.iums.
Die Frf'-dung wird an den Figuren weiter erläutert.
Die Fig. 1 bis 4 /eigen Längsschnitte durch vier verschiedene
Rohr-Anordnungen für die katalytische Stufe zu denen für di-j thermische Stufe. Fs wird darauf hingewiesen,
daß für beide Stufen in großtechnischen Anlagen normalerweise ein" Vielzahl von solchen Rohren vorgesehen
sind. Nur der Lbersichtlichkeit halber wird hier jeweils ein repräsentatives Rohr in den Fig. 1 bis 3 und
eine geringe Rohranzahl in Fig. 4 gezeigt. Bei Produktionsanlagen sind die Rohre für die thermische Stufe normalerweise
parallel verbunden entsprechend denen für die katalytische Stufe. Der Werkstoff für die Rohre kann
jeder üblicherweise für diese Zwecke angewandte sein, z. B. Stahl. "
Das Ein- und Ausströmen ist in allen Figuren durch Pfeile angedeutet. Die Wandstärken sind nicht maßstabgerecht.
Nach Fig. 1 enthält das Rohr 11 einen Katalysator 12,
der sich in Form eines fest angeordneten Betts auf einem Gitter 13 befindet. Das Rohr Il geht in ein engeres Rohr
14 für die thermische Stufe über. Ist die lichte Weite von Rohr 14 ausreichend gering, so benötigt man kein Gitter
13. da das Katalysatorbett dann auf der RohrFinschnurung
autliegt. Fine Vielzahl von Robren II. 14 sind in einem (nicht gezeigten) Ofen angeordnet Die Strömungsrlchlung
der Gase geht abwärts. i:hliche Zu- und Ableitungen sind nicht gezeigt.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Anordnung aus Fig. I. und zwar in Form eines Rohrs 16 mit Katalysator
17 auf dem Cutter 18. während für die thermische Stufe
ein Rohr 19 mit weitgehend dem gleichen Durchmesser wie Rohr 16, welches jedoch ein Innenrohr 21) aulweist,
zur Verfügung steht: die thermische Zone wird durch den engen Ringraum 21 gebildet.
Die Ausführuni'sform nach Flg. .1 zeigt eine katalytische
Zone ähnlich Jer gemäß Fig. I und 2; das Rohr 25
enthält den Katalysator 26 auf dem Cutter 27. die Gasströmung
geht abwärts. In diesem 1 .ill wird jedoch die
Gasströmung für die thermische Stufe In Form eines engen Rohrs ähnlich 14 In Fig 1 durch einen Krümmer
29 umgelenkt. Das Rohr 28 tür die thermische Stufe οΛίηίΐΝ ΙΊο 1 kiinn durch ein weites Rohr mit Innenrohr
im Sinne der Fig. 2 ersetzt sein
Hei der In Fig 4 gezeigten Ausführungsform ist für
die katalytische Stufe (Flg. 4a) ein Rohrbündel aus sechs
Rohren 35 vorgesehen, wobei die Zu- und Ableitung der Gase über Sammelleitungen 36 bzw 37 erfolgt. Innerhalb
der Rohre 35 befindet sich der Katalysator 38 auf den Gittern 39. Das die Katalysatorrohre 35 verlassende Gas
gelang; über die Sammelleitung 37 und eine (nicht gezeigte' Verblndungsleitung In die in Fig.-Ib gezeigte
thermische Stufe. Für diese dienen 4 Rohre 40 als Rohrbündel mit gemeinsamer Zuleitung 41. In der katalytisehen
Stufe Ist die Slrömungsrichtung der Gase abwärts : und in der thermischen Stufe aufwärts oder abwärts. Im
letzteren Fall befindet sich die Zuleitung 41 oben.
Die einzelnen Rohre tier beiden Zonen können auf verschiedene
Weise angeordnet sein. z. B. derart, daß die Rohre der beiden Zonen in zwei parallelen Reihen In
einem Ofen oder in zwei Ofenkammern vorgesehen sind. In letzteren sind zwei unmittelbar aneinander auf
gleichem Niveau vorzuschene bzw. auf zwei Niveaus unmittelbar übereinander und etwas seitlich versetzte
Ofenkammern nötig.
Wie bereits bei Fig. 1 angedeutet, können die Gitter
18. 27. 39 entfallen, wenn der Rohrdurchmesser in der
thermischen Zone wesentlich geringer ist als in der katalytischen.
Die Rohre für die thermische Stufe müssen nicht absolut gerade sein: es können eine oder mehrere Krümmungen
zu Schlangen oder Wicklungen vorliegen: auf diese Weise wird eine größere Rohrlänge in dem gleichen
Ofenraum untergebracht.
Es ist in beiden Stufen möglich, die Bedir :ungen
hinsichtlich der Verweilzeit und der Temperatur zu optimieren und damit eine sehr wünschenswerte hohe
Gesamtausbeute der angestrebten Substanzen zu erhalten. Auch Ist der geringere Bedarf an Druckenergie je
Volumeneinheit Äthylen bei der Aufarbeitung der Reaktionsprodukte durch deren höhere Äthylen-Konzentration günstig. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet
sich durch die hohe Ausbeute an Äthylen und Propylen - bezogen auf Reaktorvolumen - aus. Die Produktion
einer bestimmten Menge dieser Produkte erfordert eine bestimmte Wärmemenge. Die mittlere Wärmestromdichte in W/m2 stellt ein Maß für die Kosten bei Crackverfahren dar und läßt sich aus den Speisegeschwfndigkeiten und den Austrittsgeschwindigkeiten des Reaktionsgases abschätzen. Es wurde festgestellt, daß die
mittlere Wärmestromdichte beim erfindungsgemäßen
S erfahren wesentlich hoher ist als heim thermit ".·!ι
( racken: mit anderen Worten M die Produktion ι.· I Iacheneinheit
Reaktionsrohr höher als bisher üblich
Im allgemeinen kann man im Rahmen eines Verlahrens /ur llerste'lung von Olelinen eine \'ielz.ihl von ί
Primiirprodukten erhalten, Einige vnii ihnen sind keine
sog. Indprodukt-Oleline. jedoch können sie durch weitere Verarbeitung in wertvollere Olefine üherliihrt
werde1', \than und gegebenenfalls vorhandenes Propan
werden ..us den Reaktionsprodukten abgeschieden und to
eventuell einer weiteren l'mselzung zu Olefinen unterworfen Acetylene wie .-ueulen ('.Ή; und Melh>l.icet\len
CiII4 aber auch niedere Diene wie Propandien
werden zu den entsprechenden Olelinen selektiv Indrierl. Dadurch verbessert man die Ausbeute an t. Olelinen. so dall sich die Gesanu.iusheute. bezogen aiii K)O (iew.-Teile eingesetzter Kohlenwasserstolle. aus folgenden Gleichungen ergibt:
werden zu den entsprechenden Olelinen selektiv Indrierl. Dadurch verbessert man die Ausbeute an t. Olelinen. so dall sich die Gesanu.iusheute. bezogen aiii K)O (iew.-Teile eingesetzter Kohlenwasserstolle. aus folgenden Gleichungen ergibt:
(iesaii!1 lusbeiite für Äthylen: )(
Gew.-', C,H; ► 0.X2. Gew.- CiL ·. 1.07.
(iew,-λ ClI, -0.43. (iew.- CH,
(iew,-λ ClI, -0.43. (iew.- CH,
(iesamtausheute für Propylen:
(iew.-λ, CIL - 1.05 (iew.-·., CII4 -0.17.
(iew.-» CII. 2l
Äthylen ist bei den meisten Verfahren zur Herstellung
von Olefinen das am meisten interessierende Produkt. Propylen ist als Nebenprodukt wertvoll. Das Verhältnis
Propylen zu Äthylen bezeichnet man als Crackindex. der )n
wie folgt definiert werden kann:
,. , , Gesamtausheule Propylen in Gew.-v
Crackindex = — „ Li
(iesamtausheute Athyien in Gew.-t,
Buten und Butadien sind in manchen Fällen wün- r>
sehenswerte Nenenprodukte. wenn Nachfrage dafür herrscht. Im allgemeinen ist es aber wesentlich, die Ausbeute
an Äthylen zu optimieren, da für dieses die größte Nachfrage besteht. Bei Vergleich von Ausbeuten zweier
unterschiedlicher Verfahren zur Herstellung von Äthylen und Propylen ist es wesentlich, daß diese Ausbeuten
unter im wesentlichen dem gleichen Crackindex erreicht werden. Es »vurde festgestellt, daß für einen gegebenen
Crackindex die Gesamtausbeute an Athyien beim erfindungsgemäßen
Verfahren höher ist als bei anderen kata- A=, Ivtischen oder thermischen Crackverfahren.
Ein weiterer wesentlicher Faktor des erfindungsgemäßen
Verfahrens liegt darin, daß der Crackindex je nach Bedarf an Propylen verändert werden kann. Die Propylenausbeute
kann man z. B. regeln durch entsprechende Wahl des Katalysators oder der als Ausgangsprodukt
einzusetzenden Kohlenwasserstoffe und schließlich der Verfahrensbedingungen. Ein wesentlicher Gesichtspunkt
des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt wohl auch darin, daß sich die Verfahrensbedingungen in der
katalytischen und der thermischen Stufe unabhängig voneinander regeln lassen, so daß man größte Flexibilität
des gesamten Prozesses erreicht, wie dies mit einem nur katalytischen oder nur thermischen Verfahren nicht
möglich ist.
Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert.
135 kg/h Naphtha - Dichte 0,7 g/cm\ 200 ppm
Schwefel, Siedeende 1700C- wurden zwar bei 3000C
verdampft und mit gleichem Gewicht Wasserdampf gemischt, weiter auf 450° C erwärmt und dann in eine
halhiechnlsche Anlage aus einem Rohr entsprechend Γ U: 2 '.-ingefuhrl. Die l.iinge der katalytischer! und der
thermischen /one betrug jeweils 3 ni und die lichte Weite der Rohre 1X) mm und der Aul.teiulurchiiiesser des
Innenrohrs der thermischen /one 60 mm.
Der Katalysator lag In Form von Rohstücken ■· Innendurchmesser
6 mm. Aul.iendurchmesser 1.1 mm. Höhe 13 mm vor. I1) I Katalysator wurden in der Katalysatorstufe
angewandt, der Druck am Katalysator-Fintrltt betrug 4.8 bar Die lemperalur des üav:s stieg im Katalysatorbett
von 450' C auf 775 C und in der thermischen Stufe weiter auf 850 C. In Tabelle I ist die Zusammenset/ung
des Rcaktlonsyases (trocken) angegeben Diese
Zusammensetzung stellt maximale Ausbeute während eines 25stündlgen Versuchs dar Der Argongehalt
stammt aus dem Ausgangsgasniaierial und diente zur Erleichterung der Gasanalvsen. Hs ist ohne Bedeutung
und hat keinen Einfluß auf die Reaktionen.
Der Katalysator wurde hergestellt, indem 100 kg einer
wüßrlecn /irkonylcarbonatnasle 16 h bei 120 C getrocknet,
das erhaltene Pulver trocken mit 6 Gew.-'t, Kallumstearat
gemisch:, das ganze tablettiert und 2 h bei 850" C gebrannt wurde. Der Katalysator enthielt I (iew.-1.. K>0.
Die Gesamtausbeuten (Gew.-^) sowie der Crackindex
sind in Tabelle II zusammengefaßt, und zwar für das erfindungsgemäße Verfahren, das bekannte katalytische
und thermische Cracken jeweils mit gleichem Crackindex.
erf. gem.
katalytisches
Verfahren
Verfahren
thermisches
Verfahren
Verfahren
Äthylen | 37,20 | 34,8 | 32,4 |
Propylen | 18,94 | 16,5 | 16,5 |
Butadien | 4,81 | 3,9 | 4,8 |
Buten | 3,20 | 4,0 | 3,6 |
Olefine | 64, !5 | 59,2 | 57,3 |
Crackindex | 0,51 | 0.48 | 0.51 |
Vol.-\ Cias | (iew.-1·. hcz. auf Umsatz | y: | |
II, | 15.00 | 1.15 | '·-.'■ |
CO | 0 | 0 | V |
CO, | 0.33 | 0.55 | :i . |
cn; | 23.13 | 14.12 | |
t\H, | 1.1 | 1.09 | ; |
31.i: | 33.21 | ||
2.81 | 3,21 | 'i | |
0,55 | 0.84 | !'. | |
CV'„ | 11.24 | I 7.99 | |
C\H, | 0.27 | 0,45 | t*' |
CA | 2,34 | 4.81 | |
C7·, C5H.: |
1.50 1,61 |
3.20 4.42 |
vi it κ |
Ar | 5.04 | - |
S-
I |
Rest | 3.96 | 1.02 | S |
fl. Produkt | 13.94 |
ίο
Aus der Tabelle Il gehl die verbesserte Ausbeute des
erfindungsgemäßen Verfahrens an Äthylen und Propylen gegenüber den bekannten Verfahren hervor.
Das Beispiel I wurde wiederholt, jedoch mil folgenden
Rohrsvstemen:
Katalytlsche Zone: | 3 | m |
Länge | 75 | mm |
Rohr-Weite | ||
Thermische Zone: | 3 | m |
Länge | 75 | mm |
Außenrohr-Weite | 60 | mm |
Innenrohr-Welle | ||
In diesem Fall betrug das Katalysatorvolumcn 13 I, die
P.lnspelsungsmenge an Naphtha 45,5 kg/h; die Temperatur
stieg In der katalytlschen Stufe von 490" C auf 810' C
und In der thermischen Stufe bis auf 826" C.
Die Tabelle III gibt die Zusammensetzung des Reak-Die
Tabelle IV zeigt deutlich die verbesserten Ausbeulen des erfindungsgemäßen Verfahrens für Äthylen
und Propylen geaenüber dem bekannten thermischen C rucken
liier wurde eine halbtechnische Anlage im Sinne der
F'lg. I angewandt; die Katalysatorzone war 4 m lang, der
Rohrdurchmesser 75 mm, die thermische Zone 5 m lang bei einem Rohrdurchmesser von 25 mm.
Die katalytlsche Stufe enthielt 17 I Katalysator nach Beispiel 1. Als Ausgangsmaterial dienten 215 kg/h Naphtha
aus Beispiel 1 zusammen mit 127 kg/h Dampf.
Die Temperatur des Gasstroms stieg in der katalytischer)
Stufe von 470 auf 780" C und In der thermischen Stufe bis auf 860' C. Bei Eintritt In die Katalysatorzone
betrug der Gasdruck 9,9 bar.
In der Tabelle V Ist das Reaktionsgas In seiner Zusammensetzung
nach 135 h zusammengefaßt. Die Tabelle V! bringt die Mittelwerte für Gesamtausbeulen (Gew-%)
ausbeuten (Gew.-1V) und Cracklndex beim erflndungsgemäßen
Verfahren sowie für das bekannte nur thermische Verfahren bei gleichem Cracklndex sind In Tabelle IV
zusammengefaßt.
iindices dieses Versuchs 11P/' 7.11Hi Vprojpirh Hin
Werte beim thermischen Cracken.
Die in der Tabelle Vl angegebene mittlere Wärmcstromdichte von 96 kW/m2 als typischer Maximalwert
für thermische Crackprozessc herkömmlicher Art Ist und steht aus den F.inspeisemengcn und den Gaszusammen-
Tabelle III | Vol.-"« | Gas | Gew.-". bez. auf Einsatz | 1(1 | Setzungen roh geschätzt gegenüber 168 kW/m' beim | VoL-% | Gas Gew.-% bez. auf Einsatz |
15.43 | 1,23 | erfindungsgemäßen Verfahren, also um 75% höher, wobei gleichzeitig auch die Ausbeule an brauchbaren Projekten (Gesamtolcfinen) höher liegt. |
13,13 | 0,89 | |||
0.12 | 0,13 | Tabelle V | 0 | 0 | |||
CO | 0.49 | 0,85 | ii | 0.66 | 0.97 | ||
CO2 | 25.26 | 16,04 | H2 | 24.20 | 13.01 | ||
CII4 | 0,13 | 0,13 | CO | 0.55 | 0,48 | ||
C2H2 | 31.74 | 35,23 | 40 | CO2 | 29.68 | 27.91 | |
c 2h4 | 2,46 | 2,93 | CH4 | 5,31 | 5.35 | ||
C2H6 | 0,08 | 0,13 | C2H2 | 0,04 | 0.05 | ||
C3H4 | 8,85 | 14,74 | 45 | C2H4 | 12,93 | 18,24 | |
C3H6 | 0.19 | 0,33 | C2H6 | 0,46 | 0,68 | ||
C3H8 | 2,23 | 4,77 | C3H4 | 2,69 | 4,88 | ||
CA | 1,37 | 3,05 | 50 | C3H6 | 2,92 | 5,49 | |
C4H8 | 0,62 | 1,77 | C3H8 | 1,03 | 2,49 | ||
C 5 H,2 | 6,77 | - | C4H6 | 0,98 | 2,57 | ||
Ar | 4,26 | 4,10 | 55 | C4H8 | 3,07 | - | |
Rest | - | 14,57 | C5H12 | 2,35 | 0,02 17,77 |
||
fl. Produkt | C6H6 | ||||||
Tabelle IV | erf. gem. | Thermisches Verfahren | 60 | Ar | erf. gem. Thermisches Verfahren | ||
38,32 14,43 |
34,7 13,1 |
Rest fl. Produkt |
33,24 29,5 | ||||
Äthylen Propylen |
4,64 | 4,5 | 65 | Tabelle VI | 18,83 16,5 | ||
Butadien | 2,69 | 2,6 | |||||
Buten | 60,08 | 54,9 | Äthylen | ||||
Olefine | 0,377 | 0,377 | Propylen | ||||
Crackindex | |||||||
Il
nuch (Libelle VI
crl. iieni. Thermisches Verführen
IkiUiclien -l.% 5.0
linien .\C7 X1(I
Olefine d2.7() 5').0
Cr;ickinile\ O..57 0.56
mittl.
Würniestroiiulkhle
kW/m-' UiS W)
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
- Patentansprüche:1, Verfahren zur Herstellung von Olefinen aus gasförmigen oder verdampften flüssigen gesättigten Kohlenwasserstoffen In Gegenwart von Wasserdampf unter einem Druck von 0,0981 bis 49,05 bar bei erhöhter Temperatur In einem Rohrsystem In zwei Spaltstufen, von denen eine eine katalytische Stufe ist, dadurch gekennzeichnet, daß man In der ersten katalytlschen Stufe, In der die Temperatur auf 200 bis 850° C gehalten wird, einen wesentlichen Teil der endothermen Reaktion ausführt und daß man den erhaltenen Gasstrom anschließend mit höherer Strömungsgeschwindigkeit durch die zweite thermische ι* Stufe führt, in der die Temperatur bei 700 bis 950° C gehalten wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Strömungsgeschwindigkeit in der thermischen Stufe dadurch erhöht, daß in der thermischen Stufe der Rohrquerschnitt geringer als in der katalytlschen Stufe ist oder daß durch Einführung eines Innenrohres in das oder die Rohrfe) der katalytischen Stufe der Strömungsquerschnitt vermindert ist.25
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