DE2824839A1

DE2824839A1 - Verfahren zum thermischen kracken von kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2824839A1
Application number: DE19782824839
Authority: DE
Inventors: Herbert Irving Britt; Gerard Roland Kamm; James David Kearns; Cyrus Ruston Khavarian; Kavid Milks
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1978-06-06
Publication date: 1978-12-14
Also published as: FR2393844B1; FR2393844A1; NL7806159A; SE427672B; IT7824279A0; US4136015A; IT1096619B; SE7806635L; BE867861A; GB2000180A; CA1116114A; JPS543102A; DE2824839C2; GB2000180B; JPS5856557B2

Description

Verfahren zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffen zur Herstellung der gewünschten Olefine.

Im "Advanced Cracking Reaction" (ACR) Verfahren wird ein Strom heißer gasförmiger Verbrennungsprodukte in der Verbrennungszone einer ersten Stufe gebildet. Die heißen gasförmigen Verbrennungsprodukte können durch Verbrennen vieler verschiedener fließbarer (z.B. gasförmiger, flüssiger oder verwirbelter, fester) Brennstoffe in einem Oxidationsmittel und in Anwesenheit von überhitztem Wasserdampf entwickelt werden. Dann wird die zu krackende Kohlenwasserstoffbeschickung in einer zweiten Stufe in den heißen, gasförmigen Strom der Verbrennungsprodukte eingeführt und zwecks Krackung gemischt. Nach Abschrecken in einer dritten Stufe werden die Verbrennungs- und Reaktionsprodukte dann vom Strom abgetrennt.

809850/1022

"H

In der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Symbole, Abkürzungen und Suffixe verwendet:

typische Einheiten o_p o_r

lbf/in² kg/cm² lbm/ft³ kg/cm³

2 2

in cm

keine Einheiten

T	Temperatur
P	Druck
f	Dichte
A	Fläche

K spezif. Wärmeverhältnis; spez. Wärme bei konstantem Druck, dividiert durch spez,Wärme bei konstantem Volumen

M mach Zahl

Gasgeschwindigkeit, dividiert durch die Schallgeschwindigk.

w,w Massenflußgeschwindigkeit

R Gaskonstante (für jedes Gas

spezifisch); universelle Gaskonstante, dividiert durch das Molekulargewicht des Gases

D Durchmesser

S/F Verhältnis von Wasserdampffluß zu Ölfluß - Öl wird Beschickung .genannt (Verhältnis von Wasserdampf zu Beschickung)

V Gasgeschwindigkeit psig lb/in

keine Einheiten

lbm/sec

kg/sec

in

cm

ft/sec

cm/sec

Rückdruck am Ausgang des Diffusers

809850/10 2

Suffixe ^>

° Stagnationszustand

* Zustand, bei dem die mach Zahl =1,0

max Maximalbedingung

b . Rückdruck

χ Überschallseite des Schocks

G HpO Gaszustand

Y Unterschallseite des Schocks

steam Wasserdampf; H„0 com Brennerabschnitt des ACR oil Öl

inj Ort des Injektorkreislauf des ACR (Ort, wo das Öl eingeführt wird)

throat Halsabschnitt des ACR pilot Pilotkracker

diffuser Ende des Diffuserabschnitts

Der Reaktor für das ACR Verfahren ist in angemessener Form einer konvergierenden-divergierenden Düse konstruiert. Die relativ hohe Gasgeschwindigkeit aus den ACR Standardarbeitsbedingungen macht es notwendig, daß die Wirkung eines komprimierbaren Gasflusses in der theoretischen Analyse des ACR Reaktors berücksichtigt wird. Die einfachste theoretische Annäherung des Reaktors ist diejenige an den bekannten Fall eines isentropen komprimierbaren Gasflusses in einer konvergierenden-divergierenden Düse. Diese besondere Modell ist im Detail, durch Standardbezugsversuche untersucht worden.

809850/1022

Diese Bezugstests lösen die Energie-, Impuls- und Kontinuitätsbewahrungsgleichungen für den Fall eines idealen Gases, um einfache algebraische Beziehungen und numerische Tabellen in Druck (P)₁ Temperatur (T), Dichte ( J ), Geschwindigkeit (V) und im Düsenquerschnittsgebiet (A) zu entwickeln. Aufgrund algebraischer Berechnungen werden die Gleichungen und Tabellen normalerweise auf der Basis des Parameters Mach-Zahl (M) (definiert als Geschwindigkeit des Gases, dividiert durch die Schallgeschwindigkeit des Gases) und des Parameters des spezifischen V/ärmeverhältnisses (K) dargestellt.

Um die Eignung der Gleichungen und Tabellen außerdem zu erhöhen, werden Druck, Temperatur und Dichte an einem gegebenen Ort oder Querschnittsgebiet ent—dimensionalisiert, indem man sie durch einen Bezugszustand dividiert. Ein oft dargestellter Bezugszustand ist derjenige, bei welchem sich das Gas nicht bewegt; er wird als "Stagnation" bezeichnet und durch den Suffix ο dar~ gestellt. Ein anderer Bezugszustand basiert auf Bedingungen, bei welchen M = 1 ist und wird durch * dargestellt.

Einige der grundsätzlichen algebraischen Beziehungen, die zu numerischen Tabellen entwickelt wurden, sind:

809850/1022

k-n*i&y

(D

(2)

(3)

Κ+1

Die Gleichungen (1), (5) und (4) basieren auf den isentropi schen Beziehungen.

K.

O VQ

K-I

(6)

und das ideale Gasgesetz

(7)

Eine zweckmäßige schematische Darstellung der ACR Geometrie wird in den beiliegenden Zeichnungen gegeben. Venn der fließbare Fluß isentropisch ist, dann ist zu erwarten, daß die verschiedenen P/P Verteilungen und die äquivalenten T/T_Q Verteilungen

809850/1022

für die konvergierende-divergierende Düse in Abhängigkeit von den Ausgangsbedingungen der Düse vorliegen. In allen angegebenen isentropischen Fällen für den konvergierenden Abschnitt nimmt die Gasgeschwindigkeit zu, die Temperatur ab, der Druck nimmt ab, und die Mach-Zahl kann sich auf einen maximalen Wert von 1 erhöhen, wenn die Fläche abnimmt. Den niedrigsten Druck und die niedrigste Temperatur im konvergierenden Abschnitt gibt es bei der Mindestfläche (Halsteil), und die theoretische Analyse sagt vorher, daß es Mindestwerte von ^p/^p _o ¹^ ^T/^T _o gibt, die auftreten, wenn M im Hals = 1 ist. Wird die Gleichung (1) bei M = 1 und einem typischen Wert von K= 1,4 verwendet, dann beträgt der Mindestwert von P/P_Q im Halsteil laut Berechnung etwa 0,528. Die Fließbedingungen, die M = 1 im Halsteil entsprechen, werden als "abgewürgt" ("choked") bezeichnet, da für ein gegebenes Gas und gegebene Sta^nationsbedingungen (P , T), der maximale Massenfluß (W) pro Fläche erhalten wird, wobei:

Tb« 3> ^V τ ⁽Z+T⁾ VP

Tb« VP

Der Fluß im divergierenden Abschnitt (Diffuser) ist etwas komplexer. Wenn der Wert von M im Halsteil unter 1 liegt, dann sagen die isentropischen Gasflußgleichungen voraus, daß sich Druck, P/P_o und Temperatur, T/T_Q im Diffuser erhöhen (erholen), wenn sich die Fläche erhöht. Die Geschwindigkeit nimmt ab und bleibt auf Unterschallwerten, d.h. unter der Schallgeschwindigkeit, M K. 1 · Wenn im Halsteil M = 1 ist, dann gibt es im divergierenden Abschnitt zwei sehr unterschiedliche, mögliche, isentropische P/P_Q Verteilungen. Dieses theoretische Ergebnis

809850/1022

beruht auf der Anwendung der Gleichung (4), d.h. A/A* = Funkton (M), im Diffuserabschnitt. Für einen gegebenen Wert von A/A*, d.h. einen gegebenen Ort im Diffuser, gibt es zwei verschiedene Werte von M, die die Gleichung (4) erfüllen. Ein Wert von M liegt unter 1 (unter Schall), und der andere Wert von M über 1 (über Schall). Diese verschiedenen Werte von M ergeben bei Anwendung auf Gleichung (1) die beiden unterschiedlichen isentropisehen P/P_o Verteilungen im Diffuser, die unter bzw. über Schall liegen.

Die in Wirklichkeit auftretende Verteilung; wird definiert durch den Wert des isentropisch berechneten Düsenaustrittsdruckes, P_e, im Vergleich zum numerischen Wert des Rückdruckes, P^. Für Analysezwecke kann der Rückdruck P. als physikalische Kontrollvariable angesehen werden, d.h. P, kann mit entsprechender Bedienung des Ablaßventils erhöht oder gesenkt werden. Die Senkung des P^ V/ertes ergibt eine "abgewürgte" Unterschallverteilung, während eine v/eitere Verminderung des P, Wertes eine "abgewürgte" Überschallverteilung ergibt.

Es gibt einen Bereich von Rückdrucken, der einen vollständigen Satz von Druckverteilungen P/P_Q liefert, und ähnliche Temperaturverteilungen T/T , die im Diffuser mit einem normalen Schock (Stoß = »shock»)°
/auftreten müssen. Der Ort des Schocks im Diffuser kann durch Variieren des Rückdruckes verlagert werden. Der Schock produziert eine endliche Diskontinuität in den Druck- und Temperaturprofilen im Diffuser. Über den Schock verlangsamt sich der Fluß im Diffuser von einem Überschallfall mit hoher Geschwindigkeit, nie-

809850/1022

driger Temperatur und niedrigem Druck auf einen Unterschallfall mit geringer Geschwindigkeit, hohem Druck und hoher Temperatur. Wenn die Suffixe χ und y als Bedingungen vor und nach dem Schock definiert werden,vjerdai in den Texten oft die folgenden Beziehungen dargestellt:

J 4

P 2 M 2

X X

'y²

I₊KM² .I₊KM²

Es wird darauf hingewiesen, daß· die Bedingungen am Ort χ der Diskontinuität bestimmt werden können, indem man die Gleichungen (1) bis (4) für den isentropischen Überschallfall, d.h. M } 1, löst. Die Bedingungen y können dann durch Verwendung der Gleichungen (9) bis (11) gefunden werden.

Im ACR Verfahren kann der abgewürgte Überschallfall ("choked-supersonic case") als Vorabschreckung der Temperatur angesehen werden, da in diesem Fall die Temperatur im Diffuser aufgrund der ACR Geometrie und des damit verbundenen dynamischen, fließbaren Flusses fortfährt abzunehmen. Weiter sind Temperatur und Druck für den Uberschall-Schockfall ("supersonic-shock case") im Diffuser am Ort y geringer als die äquivalente Temperatur am selben Ort, die durch einen reinen Unterschallfluß gebildet werden. Diese Wirkung ist für die Gaskrackmuser des ACR Ver-

809850/1022

2824339

fahrens günstig. /IA

Der Gasfluß im ACR Verfahren ist wesentlich komplexer als hier

dargestellt. So wird z.B. die Energie des Krackmediums (Wasserzugefügten dampf) zum Verdampfen und Kracken des/Oles verwendet, wodurch sich sowohl die Stagnationstemperatur und der Druck des Gasflusses durch das ACR Verfahren verändern. Weiter wird der fließbare Fluß im ACR Verfahren aus Gas- und Flüssigkeitströpfchen zusammengesetzt, d.h. es handelt sich um einen Zwei-Phasen-Fluß. Dies ergibt Schwierigkeiten bei der analytischen Bestimmung des abgewürgten Zustandes, der für Überschallanalysen und solche des erstickten Flusses notwendig ist.

Die Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens basierte anfänglich auf dem Konzept, daß der Fluß im Reaktor ein Unterschallfluß war. Es wurden Konstrulitionskriterien aufgestellt, um diese Forderung zu erfüllen. Aus den folgenden Gesichtspunkten wurden Uberschallbedingungen als Unerwünscht angesehen: (1)Aufrechterhaltung der mechanischen Integrität der wärmefesten Kerarnikauskleidung im Reaktor; (2) Energieeinsparung; (3) Vermeidung eines Arbeitens im einem sehr komplizierten Fließsystem. Obgleich Veröffentlichungen auf dem Verbrennungsgebiet behaupten, daß eine Druckwelle einen sehr fein atomisierten Brennstoff und ein inniges Mischen von Brennstoff und Luft ergibt, wurde gefunden, daß feine Teilchen (um 20 Micron) und eine fast vollständige Verdampfung im Halsabschnitt des Reaktors .erzielt wurden. Daher wurde anfänglich angenommen, daß die Schaffung eines Überschall-

809850/1022

flusses und einer Druckwelle eine unnötige Komplikation ohne günstige Wirkung auf den Betrieb des Verfahrens darstellen.

Es wurde jedoch inzwischen gefunden, daß (1) die Vermutungen und Konstruktionskriterien inkorrekt waren, und daß (2) der Betrieb im überschalldruckfließmuster einen deutlichen Vorteil bei der Aufstellung eines Produktausbeutemusters hat, das eine hohe Selektivität gegenüber Äthylen mit einem Minimum an Brennstoff nebenprodukten aufweist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf die thermische Krackung von Kohlenwasserstoffen durch Einführung einer flüssigen Erdölbeschickung in atomisierter Form in einen Strom heißer Verbrennungsprodukte, gebildet durch die Verbrennung von Brennstoff und Oxidationsmittel in einer aufeinanderfolgenden Brennerund Mischzone, verengenden Halszone, einer die Geschwindigkeit beschleunigenden Diffuserzone und einer sekundären Krack- und Reaktionszone entlang des Weges des heißen Stromes von Verbrennungsprodukten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das anfängliche Mischen, Verdampfung und Kracken der atomisierten, flüssigen Erdölbeschickung im Strom heißer Verbrennungsprodukte in der auf Unterschallgeschwindigkeitsfluß gehaltenen Brenner- .und Mischsone durchführt; eine praktisch vollständiges Mischen und Verdampfen in der sich verengenden Halszone bewirkt, wobei der Strom am Ausgang bei Schallgeschwindigkeitsfluß gehalten wird; den Strom durch eine die Geschwindigkeit beschleunigenden auf Uberschallgeschwindigkeitsfluß gehaltene Diffuserzone leitet;

809850/1022

den Strom durch eine Druckregion leitet, die durch Querschnittsexpansion einer Diffuserzone gebildet wird; und die endgültige thermische Krackumwandlung im Strom in einer weiteren Krackreaktionszone mit Unterschallgeschwindigkeit vor dem Abschrekken des Stromes durchführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die beiliegenden Zei-Zeichnungen weiter veranschaulicht:

Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch eine Verbrennungsvorrichtung mit Brenner, Reaktor, Abschreckvorrichtung und Wärmeaustauscher zur Durchführung des erfindungsgemäßen thermischen Krackverfahrens von Kohlenwasserstoffen.

Fig. 2a ist eine schematische Ansicht eines Teils der Vorrichtung von Fig. 1, und Fig 2b ist die Kurve des Druckes als Funktion der Reaktorlänge in Bezug zur Länge der Vorrichtung von Fig. 2a;

Fig. j5 ist ein schematischer Schnitt durch eine Vorrichtung ähnlich der von Fig. 1, jedoch mit mehr Einzelheiten der Konstruktionsteile .

Bei Fig. 1, 2a und 2b der Zeichnungen werden Ströme von Brennstoff, Oxidationsmittel und überhitztem Wasserdampf zum Brennerteil der Vorrichtung geführt. Dort wird in einer Brennerkammer (A) die Verbrennung eingeleitet ind in Anwesenheit von überhitztem Wasserdampf bei Temperaturen um 2200⁰C. aufrechterhalten. Kurz vor dem Austritt aus Kammer (A) werden Ströme der zu krak- kenden Kohlenwasserstoff.beSchickung in den heißen Strom gas-

809850/1022

2624839

förmiger Verbrennungsprodukte eingeleitet, und das Mischen mit diesem wird eingeleitet. Dann wird der eingeführte, heiße, gasförmige Verbrennungsproduktstrom in die Mischhalszone (B) geführt, wo ein weiteres Mischen und Verdampfen der eingeführten flüssigen Kohlenwasserstoffbeschickung bewirkt wird.

Es wurde gefunden, daß ein praktisch vollständiges Mischen und Verdampfen bis zu dem Zeitpunkt bewirkt v/erden kann, an dem der heiße, gasförmige Verbrennungsproduktstrom von der verengten Halszone des erfindungsgemäßen ACR Verfahrens weitergeleitet wird.

Bevorzugte Flüssigkeitseinführungsdüsen zum verbesserten Mischen der eingeführten Kohlenwasserstoffströme in den heißen, gasförmigen Verbrennungsproduktstrom v/erden im folgenden mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben; eine detaillierte Erklärung findet sich in der Anmeldung vom gleichen Datum mit der internen Nr. C-11 277-G (US Ser.No. 804^224 vom 7. Juni 1977).

Die eingeführten flüssigen Kohlenwasserstoffströme haben eine Temperatur oberhalb 200⁰C, vorzugsweise um etwa 35O⁰C, die durch Vorerhitzen aufrechterhalten wird.

Die Geschwindigkeit des heißen, gasförmigen Verbrennungsproduktstromes liegt nach Austritt aus Kammer (A) und Durchgang durch die Mischhalszone (B) im Unterschallbereich. Wenn der Strom den Punkt (C) am Ausgang des Mischhalszone (B) passiert, dann ist der größte Teil von Verdampfung und Krackung durchgeführt.

809850/1022

Wenn der heiße gasförmige Verbrennungsproduktstrom durch den sich erweiternden ("flaring") Diffuser/Reaktor-Abschnitt (D) läuft, erhöht sich seine Geschwindigkeit auf Überschallgeschwindigkeit (Mach 1,0-2,0), was einen vorläufigen Abschreckeffekt ergibt und die Temperatur zur Mäßigung der chemischen Reaktion verringert. Wenn der Strom die Region (E) erreicht, erfolgt eine Schock- bzw. Druckdiskontinuität, die von einem physikalischen Scheren und einer diskontinuierlichen Temperaturerhöhung begleitet ist. Vermutlich erhöht sich die Temperatur aufgrund des Durchganges durch die Schockfrontdiskontinuität, was zu einem weiteren chemischen Zusammenbruch der vorliegenden, langkettigen Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe führt.

Wenn der Strom aus dem sich erweiternden Diffuser/Reaktor-Abschnitt austritt, betritt er eine weitere Zone (F) von konstantem Querschnitt und dementsprechend einem UnterSchallgeschwindigkeitsfluß, der die durch den Schock gebildete höhere Temperatur und den Druck unterstützt und der zwecks endgültiger Krackung des Stromes verwendet wird.

Am Austrittsende der Zone (F) wird der Reaktionsproduktstrom abgeschreckt und läuft anschließend durch eine Wärmeaustauschzone, um Energie daraus abzuziehen. Dann wird der abgeschreckte Produktstrom nacheinander zwecks Trennung der verschiedenen, spezifischen Reaktionsprodukte stufenweise behandelt.

Es wurde gefunden, daß der Durchgang des heißen, gaförmigen Verbrennungsproduktstromes vom Austrittspunkt aus Kammer (A) bis zum Abschreckpunkt nicht mehr als etwa 5-50 Millisekunden, vorzugs-

809850/1022

^ 2Ö24839

weise etwa 15 bis 18 Millisekunden, braucht.

Beim oben beschriebenen Durchgang des Stromes durch die aufeinanderfolgenden Zone wurde festgestellt, daß die Region des Unterschallflusses des Diffusers und der sekundären Krackreaktionszonen mindestens 70 % des Volumens dieser kombinierten Zonen ausmacht.

Das Druckprofil entlang der Länge der Zonen von der Verbrennungsund

und Mischzone zur Halsmischzone, zur Diffuserzone/zur endgültigen Reaktorzone (vgl. Fig. 2a der Zeichnungen) wurde (gemäß Fig. 2b der Zeichnungen) durch Anbringung von Druckfallen an Punkten entlang der Reihenlänge dieser Zonen bestätigt.

Die in Fig. 3 der Zeichnungen dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Verbrennungszone 10, die durch eine Halsabschnittzone 12 mit einer sich nach außen erweiternden Reaktionszone 14 in Verbindung steht. Eine Abschreckzone 16 ist am stromabwärts liegenden Ende der Reaktionszone 14 angebracht. Die Reihen von Behandlungszonen sind in der Vorrichtung enthalten, die aus wärmefestem Material 18 konstruiert ist und innere, wärmefeste Auskleidungen 20 aufweist.

Im sich verengenden, unteren Teil der Verbrennungszone 10 gibt es eine Vielzahl von Einführungsdüsen 22 für die flüssige Phase. Die Düsen sind um die Peripherie der Verbrennungszone 10 angebracht, die - ebenso wie die anderen Zonen der Vorrichtung vorzugsweise einen ringförmigen Querschnitt hat.

809850/1022

262A839

Die Einführungsdüse 22 der flüssigen Phase hat einen abgestuften,

("stepped")
/ringförmigen zentralen Durchgang 24 für den Fluß der im ACR Verfahren zu krackenden, flüssigen Kohlenwasserstoffbeschikkung. Ein ringförmiger Durchgang 26 umhüllt den zentralen Durchgang 24 und dient dem Fluß eines ringförmigen Gasmantels aus einem schützenden Gas, wie Wasserdampf, das aus der Düse um den Beschickungsstrom abgegeben wird./ ("shroud stream")

Die Eingangs ströme aus Beschickung und Schutzgas v/erden vor Einführung zu den flüssigen Einführungsdüsen 22 auf die gewünschte Temperatur vorerhitzt (nicht gezeigt).

Nach Ausstoßen der Ströme 30 aus der Düse 22 werden die Gasmäntel der Beschickung in den heißen, gasförmigen Verbrennungsproduktstrom (Brennergas) eingeführt, der von der Verbrennungszone 10 zur Mischhalszone 12 läuft, v/o das anfängliche Mischen erfolgt. Der gemeinsame Strom aus umhüllter, flüssiger Beschickung, der aus Düse 22 ,austritt, folgt einer sich nach außen erweiternden, gekurvten Bahn.

Wie in Fig. 3 dargestellt, wird die Abschreckflüssigkeit durch die Einlaßleitungen 36 durch die Öffiiungen 38 in die Abschreckzone 16 eingeführt.

Beispiele zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Pilotmaßstab sind in den folgenden Tabelle I bis IV dargestellt. Diese Tabellen geben Daten zum Vergleich der erfindungsgemäßen Uberschallarbeitsweise mit einer Unterschallarbeitsweise, wobei für jede Arbeitsweise des Vergleiches dieselbe Vorrichtung verwendet wurde.

809850/1022

Tabelle I

Versuch 1 und 2 (Reaktorgeometrie)

Durchmesser; mm

Verbrennung = D = 16,0 Einführung = D₁ = 12,9

Hals = D_t = 9,9	*	= 4	Einführ-	31	Einführ
Diffuser = D_d = 64,0	Einführunßsbedin.ft,unf^:;en (Düse)	= 0,33 mm	temp.; C.	24	druck; atü
Län/;e; mm	Anzahl der Düsen		28	32	17,5
komb. Hals = L_c = 3,0	Düs endurchme s s e r	Arbeitsbedingungen der Rohmaterialien	29	334	10,5
Einf.-Hals = L₁ = 1,5	Tabelle II	Versuch Nr. 1 - Überschallarbeitsv/eise	184		10,5
Hals = L_t = 8,0	Beschick.	340		84,6
Diffuser = L_d = 337,0	geschwind.	Versuch Nr. 2 - Unterschallarbeitsweise
Reaktor = L_r = 445,0	Wasserstoff 4,540	Wasserstoff 4,454		17,5
	Sauerstoff 30,02	Sauerstoff 30,23		10,5
	Wasserdampf zum Brenner 41,91	Wasserdampf zum Brenner 45,01		10,5
	Rohöldestillat 64,36	Rohöldestillat 67,31		81,6

809850/1022

Tabelle III Arbeitsbedingungen und

Versuch Nr. Beschickung

Arbeitsbedingungen

Reaktordruck, atü Verbrennungsdruck; atü Druckverhältnis; ata:ata Reaktorauslaßtemperatur; _QC. Reaktoreinlaßtemperatur;₀ C. Beschickungstemperatur; C. Verdampf/Beschickungs-Verdünnung; kg/kg überschüssiger Brennstof

Susbeuten

Überschallverf.

Nr. 1

Arab. Leicht-Destillat

³IjZ₀₅

0.62"
820.00
2195.00
340.00
1.19
20.10
13.62
22.13

,„-„— —, (Wasserstoff);

Schärfe (Athylen/Acetylen); kg/kg Verweilzeit; msec

Gasausbeuten; kg/100 kg Beschickung

Wasserstoff 0.44

Methan. . 8.29

Acetylen 1.98

Äthylen- 27.00

^Athan · 2.62

Met-Acetylen + Propadlon 0.78

Propylen 10.65

Propan 0.48

Vlny !-acetylen 0.16

Butadien 4.30

Buten 2.45

verbr.Kohlenstoff* 0.82

Schwefelwasserstoff 0.21

ges.gekrackt.Gas_r ^""C^** BTTTTB"

* s= Kohlenstoff in Kohlenmonoxid und Kohlendioxid

** = einschließlich verbrannter Kohlenstoff und Schwefelwasserstoff

Unterschallverf.

Nr. 2 Mittel-Destillat

35,0

4,725

0.79

755.00

2176.60

334.00

1.19

16.90

13.71

21.71

1.27 7.04 1.83

25.15 2.58 0.67

11.37 0.52 0.16 4.24 4.13 1.56 0.21

60.73

CO OJ CD

Tabelle III Fortsetzung

Versuch · Ho. 1 No. 2

flüssige Ausbeuten; kg/100 kg Beschick

Isopentene ' Pi perylene: Cyclopentadien

_co DenzQJ-

_o Toluol

to Isopentane,

oo Isohexane

cn Hexadiene.

cd Ethylbenzol v.'tx u.uj oj

^ Meta + i-:_ara2icylol 0.67 0.07 <o

-* Orthoxylol

S Styrol

^; Dlcyclopentadien

Isoheptane Heptene

Phenyl-acetylen N-Octan

cyclisches CoH

150-22O⁰C. F?ak?ion

Naphthalin (220-270°C. Fraction)

Uli Hl⁰T⁰- ^Fraktlm)

i HlOT

gesamte Flüssigkeiten

0.14	0.46
0.94	1.22
1.67	1.21
7.16	1.30
3.83	0.46
0.16	0.04
0.89	0.24
0.37	0.10
0.41	0.03
0.67	0.07
0.29	0.03
0.92	0.10
0.14	0.00
0.28	0.09
0.04	0.01
0.18	0.06
0.16	0.05
0.06	0.02
8.98	5.81
1.96	4.04
4^17	9^8
31ΓΎ9"	3Ά" OA

OO CO CD

Tabelle IV Beschickungseigenschaften

Anzahl 4

Art arab. Leicht-Mittel-

Destillat

physikalische Eigenschaften

spez. Gewicht (15,5⁰C./15,5⁰C) 0,8408

Gewicht; ⁰API 36,80

Oberflächenspannung (25⁰C.); Dyn/cm 28,00

Viskosität (25⁰C.) cps. 4,18

BMCI (Aromatizitätsindex) 25,96

Charakterxsierungsfaktor 11,91

Elementaranalyse; Gew.-So

Kohlenstoff 85,79

Wasserstoff 13»33

Schwefel 0,88

H/C Atom-Verhältnis * 1,85

Flüssiflkeitschromatographie; Gew. -%

gesättigte Verbindungen 69,10

Aromaten 28,20

polare Verbindungen 2,70

in Hexan unlösl. Verbindungen " 0,00 Wasserstoff laut nmr; Gew.~%

aliphatisch: Methinyl 0,78

Methylen 7,82

Methyl 4,39

Conradson Kohlenstoff, D 189, Gew.-?a 0,01

ASTM Destillation (Laboratorium)

IBP; ⁰C. 172,50

FBP; ⁰C. 420,00

809850/1022

Aus den obigen Daten können die folgenden Schlüsse gezogen

werden:

Der merklichste Vorteil bei der Überschallarbeitsweise ist die erhebliche Erhöhung der Ausbeute an gewünschten Olefinen (etv/a

7 % Erhöhung der Äthylenausbeute).

Es ergibt sich eine fast 100-$üge Verminderung der Menge an verbranntem Kohlenstoff (Kohlenmonoxid und -dioxid) bei der Überschallarbeitsweise.

Die Überschallarbeitsweise erhöht den Aromatengehalt der flüssigen Produkte, und somit v/erden mehr erwünschte Produkte gebildet. Bei der Überschallarbeitsweise erhält man eine 500-Jjige Erhöhung der Benzol-Toiuol-Produktion.

809850/1022

Claims

Patentansprüche

f\\- Verfahren zur thermischen Krackung von Kohlenwasserstoffen durch Einführung einer flüssigen Erdölbeschickung in atomisierter Form in einen Strom heißer Verbrennungsprodukte, gebildet durch die Verbrennung von Brennstoff und Oxidationsmittel in einer aufeinanderfolgenden Brenner- und Mischzone, sich verengenden Halszone, einer die Geschwindigkeit beschleunigenden Diffuserzone und sekundären Krack- und Reaktionszone entlang des Weges des heißen Verbrennungsprodukt-Strornflusses, dadurch gekennzeichnet, daß man das anfängliche Mischen, Verdampfen und Kracken der atomisierten flüssigen Erdölbeschickung im Strom der heißen Verbrennungsprodukte in der auf Uiiterschaligeschv/indigkeitsfluß gehaltenen Brenner- und Kischzone bewirkt; ein praktisch vollständiges Mischen und Verdampfen in der sich verengenden Halszone bewirkt, in welcher der Strom am Ausgang bei Schallgeschwindigkeitsfluß gehalten wird; den Strom durch eine die Geschwindigkeit beschleunigende Diffuserzone leitet, die auf Überschallgeschwindigkeitsfluß gehalten wird; den Strom durch eine Schockregion leitet, die durch Querschnittsexpansion einer Diffuserzone gebildet wird, und eine endgültige thermische Krackumwandlung im Strom in einer zusätzlichen Krackreaktionszone bei Unterschallgeschwindigkeit vor dem Abschrecken des Stromes bewirkt.

2,- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschallgeschwindigkeit eine Mach Zahl von 1,0 bis 2,0 hat.

809850/1022 ORIGINAL INSPECTED

3.- Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Unterschallflußreagion der kombinierten Diffuser- und sekundären Krackreaktionszonen mindestens 70 % des Volumens der kombinierten Zonen ausmacht.

4,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung von Brennstoff und Oxidationsmittel in Anwesenheit von überhitztem, in die Brennerzone eingeführtem Wasserdampf durchgeführt wird.

5·- Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen von der sich verengenden Halszone bis zum Abschrecken des Stromes in 5 bis 50 Millisekunden durchgeführt werden.

Der Patentanwalt:

80985Ü/ 1022