DE962922C - Stufenverfahren fuer die Erzeugung eines brennbaren Gases aus fluessigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von brennbaren Gasen aus Kohlenwasserstoffen durch ein Verfahren, bei welchem die Kohlenwasserstoffe in Dampfform in Verbindung mit Wasserdampf bei verhältnismäßig hoher Temperatur durch eine Katalysatorschicht geleitet werden (der Katalysator kann z. B. einer von den in den britischen Patentschriften 648 965 und 666 524 beschriebenen sein), was zur Bildung eines Gases führt, welches zur Verwendung als Leuchtgas entweder allein oder in Mischung mit Kohlengas geeignet ist.

Die Reaktion ist endotherm, und es ist überdies für die wirksame Durchführung des Verfahrens notwendig, daß in der Berührungszone der Kohlenwasserstoffe und des Katalysators die Temperatur verhältnismäßig hoch sein sollte. Zu diesem Zweck wurde vorgeschlagen, die Katalysatorschicht zu erhitzen, wobei das Verfahren im Zyklus oder in Stufen durchgeführt wird. Dabei werden während eines Teils des Zyklus der Wasserdampf und verdampfte Kohlenwasserstoffe durch die Katalysatorschicht geleitet und ziehen Wärme aus ihm heraus, während in dem anderen Teil des Zyklus die Zu-

fuhr von Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen abgestellt und beiße Luft durch die Katalysatorschicht zwecks ihres Wiedererhitzens geblasen wird.

Geeignete Kohlenwasserstoffe für ein solches Verfahren sind Mineralöle, andere Kohlenwasserstoffe, welche flüssig bei gewöhnlichen Temperaturen oder gasförmige Kohlenwasserstoffe sind. Im Falle der Verwendung flüssiger Kohlenwasserstoffe wurde vorgeschlagen, diese durch Versprühen auf die heiße Katalysatorschicht zu verdampfen, so daß sie in Berührung mit dem Katalysator verdampft werden.

Es wurde auch vorgeschlagen, flüssige Kohlen-Wasserstoffe dadurch zu verdampfen, daß sie mit vorerhitztem Wasserdampf in einer erhitzten Zone vermischt werden, so daß die flüssigen Kohlenwasserstoffe vor der Berührung mit dem Katalysator im wesentlichen völlig verdampft und teilweise gespalten werden.

Gemäß einer Ausführung der Erfindung werden in einem Stufenverfahren für die Gewinnung eines brennbaren Gases aus flüssigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf an einem Teil des Zyklus die flüssigen Kohlenwasserstoffe mit Wasserdampf gemischt und teilweise verdampft. Das Gemisch wird dann durch einen siebartigen Verdampfer aus heißem inertem Material geleitet, welcher im wesentlichen die Kohlenwasserstoffverdampfung vollendet, und die Mischung darauf durch eine Katalysatorschicht bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur geschickt, um ein brennbares Gas zu erzeugen, und in einem anderen Teil des Zyklus wird Wärme dem Siebverdampfer zugeführt. Die Anwesenheit des Siebverdampfers stellt sicher, daß praktisch alle flüssigen Kohlenwasserstoffe in geeigneter Weise verdampft werden, bevor die Mischung in das Katalysatorbett eintritt, selbst in den Fällen, wo flüssige Kohlenwasserstoffe unmittelbar in eine an die Katalysatorschicht anstoßende Kammer gesprüht werden.

Ein Vorteil hiervon ist, daß die latente Wärme der Verdampfung der flüssigen Kohlenwasserstoffe nicht von der heißen Katalysatorschicht geliefert zu werden braucht, so daß die in der Katalysatorschicht verfügbare Wärme in ihrer Gesamtheit benutzt werden kann, um die für die Reaktion erforderliche Wärme zu liefern.

Das Material des Siebverdampfers muß inert sein und eine hohe Wärmekapazität und auch eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzen, so daß ein größtmöglicher Anteil des Materials den Temperaturveränderungen während des Zyklus unterworfen ist.

Vorzugsweise wird das Verfahren durchgeführt nach einem Erzeugungs- und Blasprinzip, wonach während der Erzeugungsperiode des Zyklus, während welcher brennbares Gas in der Katalysatorschlicht erzeugt wird, dieses Gas zusammen mit nicht zersetztem Wasserdampf nach dem Verlassen der Katalysatorsdbicht durch einen Regenerator geleitet wird, welcher Wärme aus dem Gas und Wasserdampf entfernt und aufbewahrt. Während der Blasperiode wird Luft erhitzt, indem sie durch den Regenerator geblasen wird, und diese heiße Luft wird durch die Katalysatorschicht und durch den Siebverdampfer geleitet, um dort Wärme zuzuführen.

Während der Erzeugungsperiode können Kohlenstoff und schwere kohlenstoffhaltige Rückstände auf dem Siebverdampfer und Katalysator abgelagert werden. Während der Blasperiode verbrennen der Kohlenstoff und die kohlenstoffhaltigen Rückstände in der heißen Luft unter Entwicklung von Wärme, welche mindestens teilweise von der Katalysatorschicht und dem Siebverdampfer absorbiert wird. Während der Blasperiode kann zusätzliche Luft zwischen der Katalysatorschicht und dem Siebverdampfer eingeführt werden, um sicherzustellen, daß genügend Sauerstoff zum Verbrennen der Kohle und der kohlenstoffhaltigen, 'auf dem Sieb niedergeschlagenen Rückstände vorhanden ist. Wenn das Erwärmen des Siebverdampfers ungenügend sein sollte, kann ein Brennstoff ebenfalls zwischen der Katalysatorschicht und dem Siebverdampfer zwecks Verbrennung mit der Luft eingeführt werden. Die Restwärme der den Siebverdampfer während der Blasperiode verlassenden heißen Gase kann ausgenutzt werden, indem die heißen Gase durch einen anderen Regenerator geleitet werden, welcher Wärme aus diesen heißen Gasen aufnimmt und aufbewahrt, wobei der Wasserdampf durch diesen Regenerator in entgegengesetzter Richtung während der Erzeugungsperiode geleitet wird, so daß er darin überhitzt wird.

Es ist erwünscht, daß am Ende der Erzeugungsperiode das Strömen von Wasserdampf eine kurze Zeit fortgesetzt werden sollte, entweder mit der gleichen oder einer verschiedenen Geschwindigkeit, nachdem die Zufuhr von flüssigen Kohlenwasserstoffen abgestellt worden ist, um sicherzustellen, daß jegliche flüchtigen Stoffe, welche in unvollständiger Weise aus den abgelagerten Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffrückständen gebildet werden, von dem Siebverdampfer und anderen Teilen der Anlage entfernt und durch die Katalysatorschicht getragen werden.

Die Erfindung umfaßt auch «ine geeignete Anlage zur Ausführung des Verfahrens. Somit besitzt no nach der Erfindung eine Anlage für die Gewinnung eines brennbaren Gases aus flüssigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf eine Vergasungskammer, in welcher die flüchtigen Kohlenwasserstoffe mit Wasserdampf gemischt und teilweise verdampft werden, ©inen Siebverdampfer aus heißem inertem Material, durch welchen die Mischung geleitet und worin die Verdampfung im wesentlichen vollendet wird, und eine heiße Katalysatorschicht, durch welche die Mischung nach dem Durchgang durch den Siebverdampfer hindurchgeJit und worin die Umwandlung der Mischung in ein brennbares Gas vollendet wird.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Siebverdampfer die Form eines Rostes oder Schaohbrettmauerwerks od. dgl. aus inertem hitze-

festem Material und ist von dem Einlaßende der Katalysatorschicht getrennt. Es kann ein verschließbarer Lufteinlaß an dem Raum zwischen dem Siebverdampfer und der Katalysatorschicht vorhanden sein, durch welchen Luft während der Zeit des Erhitzens des Siebs zugelassen werden kann. Es kann auch ein verschließbarer Brennstoffeinlaß zu demselben Raum vorhanden sein, so daß ein Brennstoff zwecks Verbrennung mit der Luft ίο zugelassen werden kann, um zusätzliche Wärme für das Sieb vorzusehen.

Nach einer anderen Form der Erfindung stellt ' der Siebverdampfer eine Schicht aus inertem hitzefestem Material dar, welche oben auf die Katalysatorschicht gelegt ist.

Die Erfindung kann in verschiedener Weise ausgeführt werden und eine besondere Anlage gemäß ihr, eine Abänderung davon und die Art und Weise, in welcher die Anlage betrieben wird, um ein brennbares Gas aus flüssigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf zu erzeugen, soll noch unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden, welche darstellen in

Fig. ι ein Schema einer Anlage, in welcher der Siebverdampfer die Form eines von der Katalysatorschicht getrennten Rostes besitzt,

Fig. 2 eine Abänderung, wobei der Siebverdampfer die Form einer Schicht aus inertem, hitzefestem, oben auf die Katalysatorschicht gelegten Materials besitzt.

Die in den' Zeichnungen wiedergegebene Anlage arbeitet nach dem Erzeugungs- und Blasprinzip. Während der Erzeugungsperiode wird Wasserdampf zu dem Boden eines ersten Gefäßes 10 durch einen Wasserdampfeinlaß 11 zugeleitet. Er geht nach oben durch einen Wärmeregenerator 12 aus Schachbrettmauerwerk, welcher während der vorhergehenden Blasperiode in einer noch zu beschreibenden Weise auf eine ausreichende Temperatur erwärmt wurde, um den Wasserdampf zu überhitzen. Der überhitzte Wasserdampf geht durch eine Drossel 13 in eine Vergasungskammer 14. Flüssige Kohlenwasserstoffe werden in die Vergasungskammer durch eine Zufuhrleitung 15 eingeführt und werden mindestens teilweise darin verdampft. Die für die Verdampfung erforderliche Wärme kommt aus dem Wasserdampf und von den Wänden der Vergasungskammer, welche während der vorhergehenden Blasperiode stark erhitzt wurden. Die Mischung aus Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen geht aus dem ersten Gefäß 10 durch eine Verbindungsleitung 16 heraus und tritt in eine Kammer 17 oben bei einem zweiten Gefäß 18 ein. Mehr flüssige Kohlenwasserstoffe werden in die Kammer 17 durch eine Zufuhrleitung 15' eingeführt. Am Boden der Kammer 17 befindet sich ein Siebverdampfer 19 in der Form eines Rostes oder Schachbrettmauerwerks aus inertem hitzefestem Material von verhältnismäßig hoher Wärmekapazität und thermischer Leitfähigkeit. Der Siebverdampfer ist heiß, nachdem er Wärme während der vorhergehenden Blasperiode aufgenommen und aufbewahrt hat. An dem Siebverdampfer wird die Verdampfung der flüssigen Kohlenwasserstoffe beendet. Beim Auftauchen unterhalb des Sieb-Verdampfers geht die Mischung aus Wasserdampf und' verdampften Kohlenwasserstoffen durch einen flachen Raum 20 und tritt dann in die Katalysatorschicht 21 ein. Die Katalysatorschicht ist während der vorhergehenden Blasperiode stark erhitzt worden. Ihre Temperatur und die der Mischung aus Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen sind ausreichend, um die gewünschte Reaktion zwischen dem Wasserdampf und den Kohlenwasserstoffen unter Erzeugung eines brennbaren Gases zu ver-Ursachen, und der Wärmeinhalt der Katalysatorschidht ist ausreichend, um diese endotherme Reaktion für eine wirtschaftliche Zeit aufrechtzuerhalten. Das die Katalysatorschicht verlassende Gas ist immer noch ganz heiß, und es geht durch einen Regenerator 22 aus Schachbrettmauerwerk, und, nachdem es Wärme an diesen Regenerator 22 abgegeben hat, wird das brennbare Gas durch eine Leitung 23 nach Bedarf entleert.

Während der Erzeugungsperiode können kohlenstoffhaltige Ablagerungen in der Vergasungskammer 14, der Leitung 16, der Kammer 17, dem Siebverdampfer 19, dem Raum 20 und der Katalysatorschicht 21 gebildet und einige flüchtige Stoffe können in unvollständiger Weise aus diesen Ablagerungen insbesondere in dem kühleren Teil der Anlage gebildet werden. Daher ist es am Ende jeder Erzeugungsperiode erwünscht, die Zufuhr an flüssigen Kohlenwasserstoffen abzuschließen, bevor die Wasserdampfzufuhr verschlossen wird-, so daß die Anlage mit Wasserdampf von allen flüchtigen Bestandteilen befreit wird.

Für das Blasen wird die Wasserdampfzufuhr abgestellt, die Gasentleerungsleitung 23 geschlossen und Luft in den Boden des zweiten Gefäßes 18 durch eine Leitung 24 aus einem Gebläse 25 hineingeblasen. Diese Luft geht aufwärts durch den Regenerator 22, wo sie Wärme aufnimmt. Die heiße Luft fließt nach oben durch die Katalysatorschicht 21 und den Siebverdampfer 19 in Kammer 17 und dann weiter durch Leitung 16 und die Vergasungskammer 14, indem sie Wärme in allen diesen Teilen durch das Verbrennen jeglicher kohlenstoffhaltiger, 'während der vorhergehenden Erzeugungsperiode gebildeten Ablagerungen erzeugt. Etwas von der erzeugten Wärme wird in der Katalysatorschicht von dem Siebverdampfer, den Wänden der Kammer 17 und 14 und in der Leitung 16 absorbiert und aufbewahrt. Die heißen Gase strömen dann nach unten durch den Regenerator 12, wo sie mehr ihrer Wärme abgeben, und werden dann durch eine Leitung 26 zu einem Wärmeaustauscher (nicht gezeigt), welcher bei der Dampferzeugung mithilft, und dann an die Aufienluft ab- ;egeben.

Zusätzliche Luft- kann durch eine Leitung 27 in den Raum 20 zwischen den Siebverdampfer und die Katalysatorschicht eingeführt werden, um zusätzichen Sauerstoff vorzusehen, welcher, für das Verbrennen der kohlenstoffhaltigen Ablagerungen auf dem Siebverdampfer notwendig sein kann. Zusatz-

liehe Luft kann auch an anderen Stellen der Anlage, gewünschtenfalls beispielsweise dlurchLeitung 28 und 29 eingeführt werden. Eine beliebige oder alle dieser zusätzlichen Luftleitungen können mit Brennern 30, 30' oder 30" ausgestattet sein, in welche ein Brennstoff eingeführt werden kann, um zusätzliche Wärme während der Blasperiode zu liefern. Der verwendete Brennstoff ist zweckmäßigerweise, aber nicht notwendigerweise der gleiche flüssige Kohlenwasserstoff, welcher für die Gewinnung des brennbaren Gases benutzt wird. In diesem Fall könnte der Brennstoff durch Leitungen 31 zugeführt werden, welche von der Hauptkohlenwasserstoffzufuhrleitung abzweigen.

Die Zulassungsgeschwindigkeiten von Wasserstoff und flüssigen Kohlenwasserstoffen während der Erzeugungsperiode und von Luft, zusätzlicher Luft und Brennstoff während der Blasperiode können verändert werden, um die Temperaturen auf verschiedene Teile der Anlage einzustellen bzw. verschiedenen Arbeitsbedingungen der Anlage anzupassen.

Bei einer in Fig. 2 gezeigten Abänderung ist der Siebverdampfer von dem in Fig. 1 gezeigten ver-

s5 schieden. In diesem Fall besteht der Siebverdampfer 32 aus einer Schicht von inertem, hitzefestem, oben auf die Katalysator schicht 21 gelegtem Material. Der Raum 20 von Fig. 1 und der Brenner 30, welcher dazu führt, sind bei dieser Abänderung entbehrlich.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Stufenverfahren für die Erzeugung eines brennbaren Gases aus flüssigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf, worin für einen Teil des Zyklus der flüssige Kohlenwasserstoff mit Wasserdampf gemischt und teilweise verdampft und dann durch eine Katalysatorschicht bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur zur Erzeugung eines brennbaren Gases geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Teil des Zyklus (Erzeugungsperiode) die Mischung aus Wasserdampf und teilweise ver dampften Kohlenwasserstoffen durch einen Siebverdampfer aus heißem inertem Material geleitet wird, welcher im wesentlichen die Kohlenwasserstoffverdampfung vollendet, bevor die Mischung durch die Kätalysatorsch-icht geleitet wird, und daß in einem anderen Teil des Zyklus (Heiz- oder Blasperiode) Wärme dein Siebverdampfer zugeführt wird. ·

2. Stufenverfahren nach Anspruch 1, wobei nach einer Erzeugungs- und Heizperiode gearbeitet und während der Erzeugungsperiode des Zyklus, in welcher brennbares Gas in der Katalysatorschicht erzeugt wird, dieses Gas nach dem Verlassen der Katalysatorschicht durch einen Regenerator geleitet wird, welcher Wärme aus dem Gas entfernt und aufbewahrt, dadurch gekennzeichnet, daß während der Heizperiode die Luft durch Hindurchblasen durch den Regenerator erhitzt und diese heiße Luft durch die Katalysatorschicht und durch den Siebverdampfer geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Heizperiode zu- ' sätzliche Luft zwischen die Katalysatorschicht und den Siebverdampfer eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Heizperiode ein Brennstoff ebenfalls zwischen der Katalysatorschicht und dem Siebverdampfer zwecks Verbrennung mit der zusätzlichen Luft eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Erzeugungsperiode das Strömen von Wasserdampf eine Zeitlang fortgesetzt wird, nachdem die Zuführung von flüssigen Kohlenwasserstoffen abgestellt wurde.

6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vergasungskammer, gekennzeichnet durch einen Siebverdampfer aus heißem inertem Material zwischen der Vergasungskammer und der Katalysatorschicht.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebverdampfer die Form eines Rostes oder Schachbrettmauerwerks od. dgl. aus inertem hitzefestem Material hat und von dem Einlaßende der Katalysatorschicht entfernt ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein verschließbarer Lufteinlaß zu dem Raum zwischen dem Siebverdampfer und der Katalysatorschicht vorhanden ist.

Q. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein verschließbarer Brennstoffeinlaß zu dem Raum zwischen dem Siebverdampfer und der Katalysatorschicht vorhanden ist.

10. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebverdampfer aus einer Schicht eines inerten, hitzefesten, oben auf die Katalysatorschicnt gelegten Materials besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 117 859.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 706/197 10.56 (609 873 4. 57)