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Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung von rohen flüssigen oder verflüssigbaren Kohlen- wasserstoffen oder von Rückständen solcher, wie z. B. Paraffinen, Naphthalinen, Kolophonium, Roh-
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ändern beim Betrieb von Verbrennungsmotoren verwendet werden.
Bei den bekannten Aufspaltverfahren unterwirft man die zu behandelnden Kohlenwasserstoffe einer starken Uberhitzung mit oder ohne Verwendung von Metallspäne und erreicht hiedurch den Zerfall eines grossen Teiles der Kohlenwasserstoffe in Kohlenstoff und Wasserstoff, wobei sich grosse Mengen Koks oder Russ in den Retorten oder Kesseln und Leitungen abscheiden. Sehr häufig wird diese Operation unter mehr oder minder hohen Drucken vorgenommen, was sehr gefährlich ist. weil die Kohlenwasger-
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und explosiv sind.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die Verdampfungsprodnkte einer allmählichen und methodischen fberhitzung unterworfen werden, während welcher sie dem natÜrlichen Auftrieb folgend, in einer Leitung mit Prullflächen aufsteigen, die den Katalysator enthält. Das aus der hiebei sich einstellenden Depolymerisation herrührende Gemisch von Dämpfen und Gasen wird sodann der gleich-
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vorbestimmten Drucken und unter neuerlicher katalytischer Einwirkung von Metallspänen. Die nach dieser Periode des fraktionierten Druckabfalles und der Abkühlung zurückbleibenden Dämpfe werden in einem gewöhnlichen Kondensator mit Luft-oder Wasserkühlung geleitet.
Da die Gase und Dämpfe während der Uberhitzungsperiode infolge des natürlichen Auftriebs aufsteigen, so vermeidet man Explosions-und Feuersgefahr, sowie jede Gefahr des Entweichensvon heisser Flüssigkeit. Ausserdem wird nicht nur das Ausgangsöl in eine Reihe von leichten Kohlenwasser- stoffen zerlegt, sondern auch infolge der verlängerten katalytisehen Einwirkung der Metallspäne unter den oben angegebenen Umständen eine Depolymerisation der leichten Kohlenwasserstoffe in noch leichtere erreicht. Es gibt in der Tat im Gegensatz zur Dissoziation einen Depolymerisationsvorgang, ohne dass beim normalen Verlauf desselben Kohlenstoff abgeschieden würde, wie dies beim Aufspalten eintritt.
Die Verwendung von siedendem Wasser als Kühlmittel. hat eine augenblickliche Wärmeaufnahme zur Folge, die im Verein mit der erneuten katalytischen Einwirkung der Metallspäne nicht eine einfache Kondensation der Dämpfe herbeiführt, wie hei den bekannten Verfahren, sondern mehr oder minder weitgehende molekulare Umlagerung, deren Ergebnis das schliesslich erhaltene neue Gemenge von Kohlenwasserstoffen ist.
Die Erfindung hat ferner eine Anlage zur Durchführung des vorstehend angedeuteten Verfahrens zum Gegenstand, welche im wesentlichen darin besteht, dass in jeder der stehenden Überhitzungsretorten für die Ausgangskohlenwasserstoffe die Leitung mit Prallflächen für den Durchgang von Kohlenwasser-
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Windungen abwechselnd im entgegengesetzten Sinne laufen.
Im folgenden ist eine beispielsweise Ausführungsform des Verfahrens und der Anlage beschrieben ; die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Anlage : Fig. 1 ist eine Ansicht des vollständigen Apparates, Fig. 2 ist eine Seitenansicht und Fig. 3 eine Draufsicht hiezu, Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt durch die Retorte, Fig. 5 ist eine schaubildliche Ansicht eines Teiles dieser Retorte, Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie L--A der Fig. 4.
Die erste Reihe der zur Verwendung gelangenden Apparate und ihrer Zubehörteile ist mit 1-7 bezeichnet. j ! bezeichnet den Behälter für den unter Druck stehenden Brennstoff. Von letzterem geht ein biegsames Rohr 2 zu dem Brenner 3. Mit 4- ist das Heizrohr bezei lmet und mit 5 die Wärmeaustausch- vorrichtungen. 6 bezeichnet eine Turbine zum Absaugen der verbrannten Gase. Das Abführrohr für die verbrannten Gase ist mit 7 bezeichnet. Aus den Figuren erkennt man den Verlauf des Brennstoffes und der Verbrennungsgase, sowie ausserdem, dass die gro sstmogliche undrationelleWärmeausnutxung zunächst in dem Heizrohr und schliesslich in den Wärmeaustauschvorrichtungen erhalten wird.
Die zweite Reihe der Apparate ist mit A, B, 0, D, D'bezeichnet. Diese verschiedenen Hauptorgane dienen zur Erzielung des Arbeitskreislaufes für die Destillation und Spaltung. Hievon dient der Apparat A zur Zuführung des Masuts oder des Rohpetroleums. B ist die primäre Heizschlange für den Masut, C die Retorte, D der erste und D'der zweite Dephlegmator. Die genannten Apparate sind mit Entleerungshähnen d, d' verschen.
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sichert die Erzielung des Arbeitskreislaufes von dem einen bis zum andern Ende, sowie eine schnelle und natürliche Zirkulation der Kohlenwasserstoffe bei einem schwachen Druck, wobei die Kohlenwasserstoffe zunächst flüssig und darauf gasförmig sind.
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Apparate dienen zur Erhitzung des Wassers und zur Zirkulation bis zu den Kühlern.
Mit F ist der Kon- densationsbehälter für die Kohlenwasserstoffe und für die primäre Erwärmung des Wassers bezeichnet.
G bezeichnet die sekundäre Heizschlange für das Wasser, das hier bis auf 1000 erhitzt wird. H und H' sind Zir1nùationspumpen für die Emporhebung des Wassers. I, 1', I" und I''' sind die Leitungen für das Wasser. Der erzeugte Dampf kann durch die Leitungen J, J', J"entweichen. Mit K und X'sind Schmutzventile bezeichnet, während die Wasserstandsrohre an den Dephlegmatoren mit N und JV' bezeichnet sind.
Zur Erleichterung des Verständnisses des thermoehemisehen Arbeitskreislaufes ist es notwendig, einige dieser Apparate näher zu beschreiben. Diese Apparate sind einerseits die Retorte und anderseits die'beiden Dephlegmatoren, die gleichartig ausgebildet sind.
Es ist zunächst zu erkennen, dass das Heizrohr a eine intensive Erhitzung der Retorte an ihrem oberen Ende gewährleistet (die Heizflamme wird von oben nach unten in das mittlere Rohr. 3 und 4 der Fig. l gedrückt). Ausserdem wird eine vollständige Ausnutzung der strahlenden Wärme dadurch gesichert, dass die Flamme von den zu destillierenden oder zu spaltenden Dämpfen nur durch die sehr dünne metallische Wand getrennt ist, welche dieses zentrale Heizrohr bildet. Ausserdem wird die Flamme an mehreren Punkten des Heizrohres mit kalter oder mit angewärmter Luft gespeist, wodurch eine vollständige Verbrennung des zerstäubten Brennstoffes erreicht wird, wobei gleichzeitig die Ablagerung von Kohle an der Wandung vollständig vermieden wird.
Die erwähnte Zuführung der Luft kann auf zweierlei Art erfolgen, je nachdem man kalte oder warme Luft zuführen will. Zur Einführung von kalter Luft ordnet man Hohlzapfen b (Fig. 4 und 6) an, die mit Gegenmuttern versehen sind. Letztere bewirken eine luftdichte Verbindung der Zapfen an der Retorte und lassen lediglich die Luft durch die in der Mitte des Hohlzapfens vorhandene Bohrung eintreten. Zur Einführung von warmer Luft ordnet man Rohre b'längs des Heizrohres derart an, dass die Luft, welche an dem oberen Teil der Retorte eintritt, in die einzelnen ringförmigen Ausnehmungen/,/"
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worden ist.
Das Innere der Retorte wird durch wagrechte Scheiben unterteilt. Letztere verlaufen parallel zueinander (Fig. 4 und 5) und sind an dem Heizrohr a angeschweisst. Die praktische Bedeutung einer derartigen Retorte beruht nicht nur darin, dass ihr Heizrohr eine intensive Erhitzung zulässt, sondern dass auch eine Zirkulation der Kohlenwasserstoffdämpfe in aufsteigender Richtung und in der Umfangsrichtung in einer jeden der übereinanderliegenden Einzelretorten eintritt. Beim Ausführungsbeispiel sind in den Fig. 4, 5 und 6 zwölf derartige Einzelletorten vorhanden.
Die flüssigen oder verflüssigbaren Kohlenwasserstoffe, die der Destillation ausgesetzt werden sollen, treten in die untere Teilretorte ein. Der Behälter A (Fig. 1) wird zweckmässig so angeordnet, dass er ein konstantes Niveau aufrecht erhält, welches nicht das Niveau p'übersehreitet, welch letzteres gewissermassen die obere Wand der unteren Teilretorte bildet. Die Temperatur wird so geregelt, dass die Verdampfung an dieser Stelle ausreichend ist. Die Kohlenwasserstoffdämpfe durchströmen die Ab-
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ist teilweise in Fig. o angedeutet. Man erkennt biebei. dass die D1impfr, welche beispielsweise von der Platte pS kommen, auf die Platte p6 auftreffen und durch diese mittels der Bohrung os hindurchgehen.
An dieser Stelle ist eine senkrechte Scheidewand zwischen den aufeinanderfolgenden Platten vorhanden.
Diese Scheidewand zwingt die Dämpfe zur Zirkulation um das Heizrohr und zum Entweichen durch das Loch 07. Hiebei nimmt die Temperatur der Dämpfe ständig zu und erreicht am oberen Ende der Retorte ungefähr 6000 C. Zum Schutz ges : en Wärmeverluste ist die Retorte mit einem Isoliermantel versehen.
Die Kohlenwasserstoffdämpfe werden bei der Erhitzung keinem höheren Druck als 15 oder 20 mm Wassersäule ausgesetzt. Vom unteren Teil der Retorte emporgehend erfahren sie eine fortschreitende
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Die Dephlegmatoren D, D' (Fig. 1, 2 und 3) haben die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes und sind mit einem konzentrisch angeordneten Mantel umgeben. In dem so gebildeten Hohlraum wird zweckmässig Wasser eingeführt, welches vorzugsweise vorher bis zur Siedetemperatur durch die von den Verbrennungsgasen abgegebene Wärme erhitzt wird. Das innere wird so ausgebildet, dass man leicht Platten anbringen kann, auf die als Katalysatoren dienende Metallspäne od. dgl. gelegt werden können, um die bereits in der Retorte begonnene Katalyse zu vervollständigen.
Die Kohlenwasserstoffdämpfe, welche aus der Retorte mit hoher Temperatur austreten, erleiden zunächst in dem ersten Dephlegmator und darauf in dem zweiten Dephlegmator zwei aufeinanderfolgende plötzlich eintretende. aber unvollständige Abkühlungen infolge der schnellen Wärmeabsorption durch das verdampfende Wasser. Das Wasser wird in den Dephlegmator auf einer bestimmten und regelbaren Temperatur mittels der Rohre V und 1" gehalten, welche mit einem Hahn versehen sind. Letzterer wird auf Wunsch geöffnet oder geschlossen, derart, dass man einen Dampfdruck erhält, welcher der gewünschten Temperatur entspricht, die für den ersten Dephlegmator ungefähr 250 -300 C und für den zweiten ungefähr 120 -130 C ist.
Man fiigt dem Speisewasser des ersten Dephlegmators eine mehr oder weniger grosse Menge von Kalziumchlorid oder eines andern Salzes zu, wobei durch die bewirkte Siedepunkterhöhung die Notwendigkeit der Aufrechterhaltung eines hohen Dampfdruckes in dem äusseren Behälter vermieden wird, um die erwähnte Temperatur von 250 -300 C zu erhalten.
Das Speisewasser für die Dephlegmatoren wird vorher in der Heizschlange cl oder einer andern Wärmeaustauschvorrichtung erhitzt, so dass die konstante Speisung der äusseren Behälter mit fast kochendem Wasser gewährleistet ist. Dieses Wasser wird darauf dem zweiten Dephlegmator D'mittels der Pumpe 11 durch die Leitung I, l'gefuhrt und darauf von diesem durch die Pumpe 77'abgesaugt.
Die Arbeitsweise ist folgende : Der Behälter A dient nur dazu, ein konstantes Niveau in der Retorte nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren aufrecht zu erhalten. Die Kohlenwasserstoffe, die aus diesem Behälter austreten, gelangen in die Heizschlange B, woselbst sie eine vorläufige Erwärmung bis zu ungefähr 200 C erleiden. Die erzeugten Dämpfe steigen in den übereinander angeordneten Teilretorte empor, wie dies bereits oben erwähnt wurde und indem sie über die Metallspäne aus Kupfer, Eisen, Aluminium, Nickel od. dgl. streichen, tritt die gewünschte Spaltung ein.
Die Dämpfe treten aus der Retorte mit einer Temperatur zwischen 5500 und 6500 C aus, um in den ersten Dephlegmator f) zu gelangen, welcher auf einer Temperatm von 2500-3000 C gehalten wird.
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scharfe Expansion. Die schwereren Kohlenwasserstoffe kondensieren sich und werden darauf direkt zu dem Behälter A mittels des Rohres T zurückgeführt, um von neuem den Kreislauf auszuführen.
Die Temperatur von 250 -300 C, welche in dem ersten Dephlegmator aufrecht erhalten wird, ermöglicht ferner infolge des Vorhandenseins der Metallspäne die Vollendung der katalytischen Reaktionen, die in der Retorte stattfinden. Diese Reaktionen werden hier durch die Expansion und plötzliche Abkühlung der Kohlenwasserstoffdämpfe eheichtert, wodurch ein neues Zerreissen des chemischen Gleichgewichts eintritt.
Die Kohlenwasserstoffdämpfe, die aus dem ersten Dephlegmator mit einer Temperatur von annähernd 280 C austreten. erleiden eine neue Expansion und eine neue plötzliche Abkühlung in dem zweiten Dephlegmator, in dessen Inneren eine Temperatur von annähernd 80 C herrseht, und woselbst sich dieselben Erscheinungen, jedoch in minderem Masse wiederholen.
Die kondensierbaren Dämpfe, die auf den Boden dieses zweiten Dephlegmators fallen, werden gesammelt, um nach Bedarf ausgenutzt oder rektifiziert zu werden, da sie nur die verhältnismässig leichten Produkte, wie beispielsweise die leichten Öle des Kerosens od. dgl. enthalten. Die noch nicht kondensierten Kohlenwasserstoffdämpfe werden in eine Kühlschlange T ? geführt, wo sie sieh kondensieren und die sehr leichten und flüchtigen Produkte bilden.
Die bei der gewöhnlichen Temperatur unkondensierbaren Gase werden aus dem Kühler E entfernt.
Dieselben enthalten noch sehr flüchtige Kohlenwasserstoffe, die beispielsweise in der Parfümerie oder Pharmazie, sowie zur Fabrikation von Firnis verwendet werden können.
Das Metallgestell, welches die einzelnen Apparate trägt, ermöglicht einen leichten Zutritt zur Retorte und den Dephlegmatoren. Das Gestell weist einen ausschwingbaren Träger X mit einem Roll-
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Statt dass man die Kohlenwasserstoffe im flüssigen Zustand in den unteren Teil der Retorten einführt, kann man sie auch vorher in einem Behälter verdampfen und erst die Dämpfe in die Retorte ein- führen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Umwandlung von schweren Kohlenwasserstoffen in leichte, sehr leicht ent- zündliche, das eine Periode der Verdampfung bei einem dem Atmosphärendruck nahekommenden Druck unter Verwendung der katalytischen Wirkung von Metallspänen und eine Periode der fraktionierten DepHegmation umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Verdampfungsperiode erzeugten Dämpfe
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Dephlegmation durch siedendes Wasser bei verschiedenen, bestimmten Drücken unter neuerlicher katalytiseher Einwirkung von Metallspänen unterzogen werden, und die nach dieser Periode verbleibenden Dämpfe der üblichen Kondensation zugeführt werden.
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stehenden Retorten mit innerem Heizrohr, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg für die aufwärtssteigenden Dämpfe aus einer Anzahl von zur Achse des Heizrohres senkrechten, kreisförmigen Kanälen besteht, die untereinander in Verbindung stehen und Scheidewände besitzen, die Gase und Dämpfe zur Änderung der Bewegungsrichtung zwingen.