Grundsätzliches über Tieftemperatur-Hochdruck-Hydrierkontakte und der Einfluß der Verfahrensbedingungen beim TTH-Verfahren Von Verdientem Erfinder Dr. GERHARD GÜNTHER, Hydrierwerk Zeitz 1. Einleitung 1.1 Das TTH-Verfahren Wir wollen im folgenden über einige Untersuchun gen berichten, die im Hydrierwerk Zeitz im Zusam menhang mit dem dort technisch durchgeführten Tief temperaturhydrierverfahren in einer kleintechnischen Apparatur ausgeführt worden sind. Dieses allgemein als TTH-Verfahren bekannte Verfahren ist eine Spe zialform der auf BERGIUS zurückgehenden und von Mathias PIER zur technischen Reife gebrachten de struktiven Hydrierung. Bei diesem Verfahren werden Braunkohlenschwelprodukte, d. h. Teer und Leichtöl, bei Drucken bis zu 300 at und Temperaturen zwischen 300 und 450° C gemeinsam mit viel H 2 enthaltenden Gasen über geeignete stückige Katalysatoren geleitet. Unter diesen Bedingungen geht nur ein Teil des ge samten flüssigen Einsatzproduktes in die Gasphase über. Das TTH-Verfahren unterscheidet sich also da durch von allen anderen Hydrierverfahren nach BER- GIUS-PIER, insbesondere von den reinen Gasphase verfahren, daß bei der Hydrierung an stückigem, fest angeordnetem Katalysator stets flüssige und gasför mige Phase nebeneinander bestehen. Das thermodynamische Gleichgewicht unter den erwähnten Bedingungen liegt nahe bei völligem Um satz zu CH 4 , H 2 O, H 2 S und NH. S . Dieses Gleichge wicht wird jedoch nicht eingestellt. An den gewähl ten Katalysatoren wird vor allem fast aller O, N und S in Form der Wasserstoffverbindungen abgespalten und ein großer Teil der olefinischen und aromatischen Doppelbindungen hydriert. Je nach Wahl der Tempe ratur und der Katalysatorbelastung können auch in mehr oder weniger starkem Ausmaß C-C-Bindungen gespalten werden. Das Resultat ist ein weitgehend heteroatomfreies und gesättigtes Kohlenwasserstoff gemisch, aus dem in der weiteren Aufarbeitung durch Destillations- und Raffinationsprozesse Benzin, Die selöl, Schmieröle und Paraffin erzeugt werden. 2. Theoretische Betrachtungen zum Einfluß der Reaktionsbedingungen beim TTH-Verfahren 2.1 Das Schema Eine ganz kurze schematische Darstellung des Ver fahrens sieht etwa folgendermaßen aus (s. Bild 1): Als Reaktionsraum dienen stehende Rohre von der Länge L. Der Reaktionsraum ist mit Katalysator be fällt. V sei das Volumen des Reaktionsraumes, wobei wir einstweilen offenlassen, ob es das Gesamtvolumen oder das vom Katalysator nicht beanspruchte Volu men ist. Dieser Raum wird bei Temperatur T unter dem Druck P gehalten. Dem Raum werden konti nuierlich die beiden Reaktionspartner zugeführt und ebenso kontinuierlich die Reaktionsprodukte abge führt. Der eine Reaktionspartner ist die Mischung flüssiger Schwelprodukte, bei uns als Einspritzung bezeichnet. Ihre Menge sei E. Der andere Reaktions partner ist das H 2 -haltige Gas. Seine Menge sei G. G E Bild 1. Schema der kontinuierlichen Hydrierung 2.2 Die Reaktionsbedingungen V und L können als Apparaturkonstanten angese hen werden. Als weitere konstante Bedingungen können im groß technischen Prozeß der Katalysator und die chemische Zusammensetzung von Einspritzung und Gas angese hen werden, da sie meist über längere Zeiträume kon stant bleiben. T, E, G und P hingegen sind die unabhängig vari ierbaren Reaktionsbedingungen, mittels derer der tech nische Prozeß im Hinblick auf die gewünschte Produk tion gesteuert werden kann. Großtechnisch wird von der Variation von T, E und G auch weitgehend Ge brauch gemacht, während eine Steuerung des Prozes ses durch Veränderung von P nicht üblich ist. Mit Hilfe der Apparaturkonstanten V und L, der Festlegung der Eigenschaften des Katalysators und der Reaktionspartner und der Wahl bestimmter Werte von P, T, E und G ist das gesamte System physika lisch-chemisch eindeutig beschrieben. Damit muß auch das Ergebnis der Reaktion schon festgelegt sein. 2.3 Abgeleitete reaktionskinetisch wichtige Größen Damit sind auch eine Reihe abhängig variabler Re aktionsbedingungen festgelegt, die im allgemeinen als reaktionskinetisch bedeutsam angesehen werden können. Auf Tabelle 1 geben wir eine Übersicht über die wichtigsten derselben. Alle auf Tabelle 1 angeführten Größen, darunter auch die Partialdrucke und die Verweilzeit, sind Funktionen der zuvor diskutierten konstanten und variablen Re-