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Verfahren zur Durchführung der Benzinsynthese.
Es ist bekannt, dass die Synthese von Kohlenwasserstoffen durch Reduktion von Oxyden des
Kohlenstoffs mit Wasserstoff eine äusserst wärmeempfindliche Reaktion darstellt, so dass man zur Durchführung dieser Synthese besondere Wänneaustauschvorrichtungen benötigt vergleiche Brennstoffchemie, 11, 68 (1930)]. So werden z. B. [siehe Brennstoffchemie, Band 13,466, insbesondere
Fig. 8 (1930) ] Kontaktöfen benutzt, die aus einem System von parallelen, in engen Abständen ange- ordneten Blechtafeln bestehen, durch die in senkrechter Richtung zu den Blechtafeln parallel verlaufende neben-und untereinander angeordnete Rohre hindurchgezogen werden.
Um die bei der Umsetzung des Kohlenoxyd-Wasserstoff-Gemisches auftretende Reaktionswärme abzuführen, wird durch die Rohre ein Kühlmittel, z. B. unter Druck stehendes Wasser oder Öl, geleitet vergleiche Brennstoffchemie, 11, 69 (1930)]. Auf diese Weise wird an sich eine gute Kühlwirkung erzielt, jedoch lassen sich kleine Temperaturschwankungen innerhalb des Ofens nicht ganz ausschliessen, da durch die umgepumpte Kühlflüssigkeit nicht nur an den heisseren, sondern auch an den kühleren Stellen des Kontaktofens Wärme abgeführt wird, an denen z. B. infolge der geringeren Wirksamkeit des Katalysators geringere Wärmemengen frei werden.
Den gleichen Nachteil weist die in der französischen Patentschrift Nr. 784885 beschriebene Vorrichtung auf, da man infolge der abzuführenden grossen Wärmemengen das Kühlmittel mittels Pumpen durch die Kühlrohre zirkulieren liess. Nach Fig. 8 besteht diese Vorrichtung aus einem System von profilierten Kühlrohren, deren kreisrunde Rohrenden beiderseits in eine Endplatte eingelassen sind, an die sich Behälter für die Aufnahme des Kühlmittels schliessen, u. zw. enden, wie die Fig. 7 erkennen lässt, jeweils die in derselben vertikalen Reihe liegenden Rohre beiderseits in je einen gemeinsamen Sammelraum für das zu-bzw. abzuführende Kühlmittel.
Es wurde nun erkannt, dass es trotz der abzuführenden grossen Wärmemengen möglich ist, das Kühlwasser ohne mechanische Pumparbeit lediglich infolge der eintretenden Temperaturerhöhung des Kühlwassers nach dem sogenannten Thermosyphonprinzip durch die Kühlrohre strömen zu lassen.
Nach dem Verfahren der Erfindung münden die Enden der Kühlrohre jeweils in einen für alle Rohre gemeinsamen Wasserkasten, der mit einem Dampfkessel in Verbindung steht. Das vom Dampfkessel kommende Kühlwasser tritt in den einen Wasserkessel ein und fliesst nach dem Durchgang durch die Kühlrohre aus dem am andern Ende der Kühlrohre angeordneten Wasserkasten wieder zu dem höher liegenden Dampfkessel ab.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Kühlwasser nur in dem Masse in die einzelnen Kühlrohre eintritt, wie das in den Rohren durch Aufnahme der Reaktionswärme erwärmte Wasser zum Dampfkessel hochsteigen kann. Zum Dampfkessel kann es aber nur zurückgelangen, wenn es eine Temperatur angenommen hat, die über der im Dampfkessel herrschenden Temperatur liegt. Dieser Vorteil wirkt sich ganz besonders beim Anfahren der Apparatur aus.
Da die Kontaktmasse möglicherweise nicht gleichmässig bei allen Temperaturen anspricht, würde bei fortlaufendem Wärmeentzug mittelst einer umgepumpten Kühlflüssigkeit die Kontaktmasse an Stellen mit geringerer Wärmeentwicklung gar nicht auf die eiforderliche Reaktionstemperatur erhitzt werden, so dass auch nicht im erforderlichen Ausmasse eine katalytische Wirksamkeit ausgelöst wird. Dadurch, dass gemäss der vorliegenden Erfindung der Kühlwasserdurchfluss durch ein jedes Rohr automatisch durch die Menge der örtlich auftretenden Reaktionswärme geregelt wird, wird die entstehende Wärme an den kälteren Stellen aufgespeichert, bis auch diese die Reaktionstemperatur angenommen haben.
Eine
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schädliche Unterkühlung, wie sie beim Durchfluss einer bestimmten konstanten Wassermenge dureh ein jedes Rohr unter Umständen bisher auftreten konnte, ist somit völlig ausgeschlossen. Die durch die automatische Regelung der durchfliessenden Wassennenge erzielte bessere Temperaturkonstanz
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so dass eine nicht unerhebliche Leistungssteigerung der Kontaktöfen erzielt wird. Als weiterer Vorteil sind auch wesentliche apparative Vereinfachungen der zur Durchführung dieses Verfahrens benutzten Wärmeaustuschvorrichtung anzusehen, insofern als eine besondere mechanische Vorrichtung zum Durchpumpen des Kühlmediums völlig entbehrlich ist.
Die Erfindung sei an Hand der beigegebenen Zeichnungen beispielswei-e erläutert :
In der Fig. 1 stellt A einen Rpaktionsofen dar, der von einer grossen Anzahl Rohre B, von denen der Einfachheit halber in dpr Abbildung nur einige gezeichnet sind, durchgezogen i t. Dip Rohle B sind an den Enden in gemeinsame Endplatten C1 und C2 eingewalzt. An den Endplatten C, und C2 ist je ein Sammelraum Di und D2 für das ein- und austretende Kühlmittel angeschlossen, welches vom Dampfkessel. E aus durch die Leitung F zum S'lmmeIraum Dl für das Kühlmittel abfliesst und aus dem Sammelraum D2 über-die Leitung G zum Dampfkessel E zurückgelangt.
An Stelle eines einzigen S : tmmelraumes für das Kühlmittel, in den die gesamten Rohre B einmünden, kann auch, wie die Fig. 2 im Grundriss zeigt, ein beispielsweise aus Vierkantrohren gebildetes
System von Kühlmittelsammelkästen H angewendet werden, in dessen einzelne Sammelkästen H jeweils nur ein Teil der Rohre B einmünden und die durch kurze Verteilerleitungen J mit den Sammel- rohren Xi und X ; ! verbunden sind, die ihrerseits an die zu dem Dampfkessel E führenden Leitungen F und G angeschlossen sind.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Wärmeaustausch Vorrichtung ist folgende : Das beispielsweise angewendete Kühlwasser tritt in die Wasserkammer D1 von unten her ein, strömt durch die Kühlwasserrohre B und gelangt in die an den Rohrenden angeordnete zweite gemeinsame Wasserkammer D : ;, verlässt diese am oberen Ende und tritt in eine zu einem Dampfkessel B führende Rohrleitung G ein. Die Kontaktmasse ist zwischen den Rohren B angeordnet.
Das unter Druck stehende Wasser erwärmt sich in den Rohren B entsprechend der in der Kontaktmasse örtlich auftretenden Wärmemenge, steigt in den Wasserkasten D2 und in der zum Dampfkessel E führenden Leitung'S infolge des geringeren spezifischen Gewichtes des heisseren Wassers hoch und verdampft in dem Dampfkessel E im Ausmasse der aufgenommenen Wärmemenge und des eingestellten Dampfdruckes. Entsprechend der durch Dampfbildung verbrauchten Wassermenge wird in den Dampfkessel E eine entsprechende Menge Frischwaser bei L eingespritzt. Durch automatische Druckeinstellung im Dampfkessel E wird das nicht zur Verdampfung kommende Wasser stets auf einer konstanten Temperatur gehalten, die der benötigten Umsetzungstemperatur im Kontaktapparat entspricht.
Dieses, gegenüber dem zum Dampfkessel hochsteigenden Wasser, kühlere Wasser des Dampfkessels fliesst durch eine zweite Leitung F zu dem Kontaktofen A zurück und tritt wieder von unten her in den ersten Wasser-
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automatisch bewirkt.
Es ist überraschend, dass es trotz des geringen Temperaturunterschiedes, der zwischen dem Wasser im Dampfkessel und dem Kühlwasser in den Rohren im Hinblick auf eine gleichmässige Einregulierung der Temperatur im Reaktionsraum bestehen muss, möglich ist, den Wasserumlauf ohne Anwendung von Pumpen zu bewerkstelligen. Die schon einleitend angegebene apparative Vereinfachung besteht vor allem darin, dass die Rohre unmittelbar in die Wasserkästen münden und nicht ausserhalb des Ofens durch einzelne Rohrkrümmer zu einem System von Rohrschlangen verbunden werden müssen, um das Wasser in den in einer gleichen Höhenlage liegenden Rohren durch den Kontaktapparat hin und her zu führen.
Das anmeldungsgemässe Verfahren hat den weiteren Vorteil, dass für jeden Kontaktofen nur je eine Zu-und Ableitung für das Kühlwasser erforderlich ist, während bei der bisherigen Konstruktion Verteilerleitungen zu den einzelnen Rohrschlangen erforderlich waren.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung ist es ferner möglich, beim Undichtwerden von Rohren durch Öffnen der Wasserkammern an jedes einzelne Rohr zu gelangen und dies durch Einziehen eines Futterrohres wieder abzudichten, während bei der bisher verwendeten Konstruktion jeweils die gesamten zu einer Rohrschlange gehörenden Rohrkrümmer abgeschnitten werden mussten, um die einzelnen Rohre auf Undichtheit prüfen zu können. Durch diese apparative Vereinfachung wird zugleich ein einfacherer und sicherer Betrieb erzielt.
Es hat sich als besonders zweckmässig erwiesen, die Kontaktöfen in schräger Lage anzuordnen, so dass das in den Rohren sich erwärmende Kühlmittel zu dem an der Austrittsseite der Rohre liegenden Sammelkasten hochsteigen kann. Hiedurch wird die Thermosyphonwirkung begünstigt und zugleich in den Rohren die Ausbildung von Dampfpolstern, die eine verminderte Abgabe der Reaktionswärme an das Kühlmedium hervorrufen würde, vermieden, da die entstehenden Dampfblasen durch die schräge Lage der Rohre unmittelbar zu dem an der Austrittsseite der Rohre gelegenen Sammelkasten hochsteigen.
Ferner ist es von Vorteil, mehrere Kontaktöfen an einen gemeinsamen Dampfkessel anzuschliessen, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Ausserdem werden die Dampfkessel unter sich zum Zwecke des Druck-
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ausgleichs. miteinander verbunden. Diese Kühlweise hat gegenüber der bisherigen Arbeibwcie den grossen Vorteil, dass unabhängig von der in dem einzelnen Ofen entwickelten Wärme alle Kontakt- öfen auf gleiche Reaktionstemperatur gehalten werden. Die dadurch erzielte grössere Gleichförmigkeit der Reaktionstemperatur wirkt sich besonders vorteilhaft auf die erzielbare Ausbeute an flüssigen Kohlenwasserstoffen aus, die bei der bekanntlich ausserordentlich temperaturempfindlichen Reaktion schon durch kleine Temperaturschwankungen ungünstig beeinflusst wird.
Die verfahrensgemässe Schaltung der Kontaktöfen hat den weiteren Vorteil, dass gleichzeitig während der Synthese ein Kontaktofen, dessen Katalysator in seiner Wirksamkeit nachgelassen hat oder schon regeneriert werden soll, bevor eine solche schädliche Ausbeuteverringerung eingetreten ist, bei der Synthesetemperatur regeneriert werden kann, ohne dass eine besondere Wärmezufuhr notwendig ist, da die in den andern Syntheseöfen erzeugte Reaktionswärme völlig ausreichend ist, um den Ofen, dessen Katalysator regeneriert werden soll, auf Synthesetemperatur zu erhalten.
Da die Kontaktöfen an ein und demselben Dampfkessel angeschlossen bzw. die zu je einer Kontaktofenbatterie gehörenden Dampfkessel miteinander verbunden sind und der Dampfdruck an einer einzigen zentralen Stelle einreguliert wird, ist eine besondere Einregulierung der Druckwasserführung bei dem zu regenerierenden Ofen nicht erforderlich. Dies hat den grossen Vorteil, dass die Betriebsführung und Überwachung ausserordentlich vereinfacht ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Durchführung der Benzinsynthese aus Kohlenoxyd und Wasserstoff unter Verwendung eines festen Katalysators und einer geeigneten Wärmeaustauschvorrichtung, die aus einem von einem Kühlmittel durchflossenen und in einem gasdichten Gehäuse untergebrachten Rohrsystem besteht, dessen Rohrenden beiderseits je in einen für alle Rohre gemeinsamen Sammelbehälter für das zu-und abzuführende Küklmittel münden, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserumlauf lediglich durch die Erwärmung des Kühlwassers in den Kühlrohren bewirkt wird, indem die als Sammelbehälter für das Kühlmittel dienenden Wasserkästen bzw. Wasserkastensysteme mit einem Dampfkessel in Verbindung stehen, aus dem das Kühlwasser dem einen Wasserkasten bzw.
Wasserkastensystem zugeführt wird, worauf das Kühlmittel im Ausmasse seiner Selb3terwärmung durch Aufnahme der Reaktionswärme und der damit verbundenen Änderung des spezifischen Gewichtes zu dem auf der Endseite der Kühlrohre gelegenen Wasserkasten bzw. Wasserkastensystem hinfliesst, aus dem es dann in den Dampfkessel zurückgeleitet wird.