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Verfahren und Vorrichtung zur fraktionierten Destillation von Kohlenwasserstoffölen.
Die Erfindung betrifft die fraktionierte Destillation von Kohlenwasserstoffölen in einer Fraktionierkolonne oder mehreren Fraktionierkolonnen.
In jenen Fällen, in welchen ein erhitztes, ganz oder teilweise verdampftes Kohlenwasserstofföl in eine oder mehrere Fraktionierkolonnen eingebracht wird, besteht die übliche Arbeitsweise darin, eine oder mehrere Fraktionen nicht nur am Boden oder am Kopf der Kolonne, sendein auch an dazwischenliegenden Stellen abzuziehen. Der Grad der Schärfe der Fraktionierung in diesen Kolonnen ist durch verschiedene Faktoren bestimmt, z. B. durch die Menge des Rückflusses oder die Länge der
Kolonne ; er kann nicht nach Belieben geregelt werden. Im allgemeinen kann gessgt werden, dass die Fraktionen, die abgezogen werden, den Anforderungen hinsichtlich ihrer Endsiedepunkte entsprechen, indem ein genügender Rückfluss imstande ist, die schwersten Komponenten zur Gänze auszuwaschen.
Die Anfangssiedepunkte der erhaltenen Fraktionen stehen mit den Anforderungen nicht im Einklang, die im allgemeinen an die Fraktionen gestellt werden, insbesondere, wenn verlangt wird, dass die Siedegebiete einer oder mehrerer Fraktionen. bestimmt nach der A. S. T. M.-Methode, sich auf keinen Fall überschneiden sollen.
Es sind bereits Versuche gemacht worden, den Anfangssiedepunkt dadurch zu verbessern, dass man die seitlich abgezogenen flüssigen Fraktionen von den leicht siedenden Bestandteilen befreit.
Das wird bewirkt, indem man die Fraktion am Kopfe einer sogenannten Strippingkolonne einführt. Die Flüssigkeit fliesst über perforierte Platten nach abwärts und wird hiebei mit Dampf in Berührung gebracht, der am Boden der Strippingkolonne eingeführt wird. Der Dampf, welcher als Ersatz für Vakuum dient, befördert die Verdampfung der leichten Bestandteile, welche in die Hauptkolonne zurückgeführt werden. Es wurde nun gefunden, dass es auf diesem Wege nicht möglich ist, eine genügende Wärmemenge vorzusehen. In einem bestimmten Augenblick wird es unmöglich, die Destillation fortzusetzen, weil trotz der Anwendung grosser Dampfmenge, welche unnötigerweise die Hauptkolonne überbelasten, der gewünschte Prozentsatz von leichten Bestandteilen nicht weiter entfernt werden kann.
Auf alle Fälle ist die Destillation in der Strippingkolonne unzureichend, wenn gewünscht wird, einander nicht überschneidende Fraktionen zu gewinnen.
Daher zeigt sich bei genauer Bestimmung der Siedegrenzen betriebsmässig hergestellter Fraktionen, u. zw. auch solcher, die beispielsweise durch eine Badgerdestillation (vgl. Journal of Industrial and Engineering Chemistry 1926, S. 70), nachträglich behandelt wurden, dass in einer grossen Anzahl von Fällen die Fraktionierung sehr unscharf gewesen ist. Die wirklichen Siedegebiete überschneiden sich noch in einem unerwünschten Ausmass. Dieses Überschneiden, das tatsächlich sehr erheblich ist, ist bisher nicht erkannt worden. Das ist in hohem Umfange der Ungenauigkeit der A. S. T. M.Methode zuzuschreiben, welche kein wahres Bild der wirklichen Siedegebiete gibt. Anderseits muss man bedenken, dass, da viele Produkte nach dem A. S. T.
M.-Siedegebiet verkauft werden, keine Anregung vorhanden war, die wirklichen Siedegebiete der hergestellten Fraktionen festzustellen.
Was oben im Hinblick auf das Überschneiden von genau bestimmten Siedegebieten festgestellt wurde, gilt häufig auch, in einem geringeren Grade, in bezug auf jene Siedegebiete, welche nach der A. S. T. M.-Methode der Destillation festgestellt worden sind. Auch diese können sich häufig noch überschneiden.
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Die vorliegende Erfindung gibt die Lösung des Problems, wie innerhalb der gewünschten Grenzen die Siedegebiete der seitwärts abgezogenen Fraktionen korrigiert werden können. Dies wird erzielt durch kontinuierliches Redestillieren der Fraktionen, u. zw. nicht mit Hilfe des Wärmeinhaltes dieser Destillate, sondern durch Zufuhr einer genügenden Menge von äusserer Wärme, so dass die sekundäre Destillation nicht zu einem unerwünschten Zeitpunkt unterbrochen werden muss.
Demgemäss besteht das Verfahren gemäss der Erfindung im Wesen darin, dass eine oder mehrere Fraktionen in flüssiger Phase aus der Kolonne in verschiedenen Höhen zwischen Kopf und Boden abgezogen und hernach von den niedrigst siedenden Bestandteilen durch sekundäre Destillation unter indirekter Wärmezufuhr befreit werden, welche letzteren Bestandteile in die Fraktionierungskolonne, vorzugsweise an dem gleichen oder praktisch dem gleichen Ort wieder zurückgeführt werden. Die sekundäre Destillation kann in einer sehr einfachen Weise verwirklicht werden. Es ist nicht notwendig, aber sehr zweckmässig, die während des Erhitzens gebildeten Dämpfe zu fraktionieren oder zu rektifizieren, wodurch die Hauptkolonne entlastet wird.
Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung kann das Öl in die Hauptkolonne als Flüssigkeit oder teilweise als Flüssigkeit und teilweise als Dampf oder ausschliesslich in Dampfform eingeführt werden, wobei die Einführung des zu verarbeitenden Materials chargenweise oder ununterbrochen-mit allfälliger Ausnahme von Arbeitspausen-erfolgen kann.
In Anbetracht des Umstandes, dass die niedrigst siedenden Bestandteile in die Hauptkolonne oder Hauptkolonnen zurückgeführt werden, wird die primäre und die sekundäre Destillation vorteilhafterweise unter dem gleichen absoluten Druck durchgeführt, da diese Vorgangsweise die geringsten
Schwierigkeiten in bezug auf die Rückführung dieser Bestandteile bietet.
Die für die sekundäre Destillation erforderliche Wärme wird auf den bei dieser Destillation gebildeten Rückstand übertragen. Eine solche Übertragung kann entweder innerhalb oder ausserhalb des Apparates für die sekundäre Destillation erfolgen.
Im Falle, dass die Wärme dem Apparat für die sekundäre Fraktionierung übertragen wird, ohne dass der Rückstand abgezogen wird (Fig. 1), kann eine Heizschlange im Boden des Apparates, z. B. am Baden der Kolonne 2, wo sich die erwähnte Fraktion sammelt, montiert sein ; mit andern Worten : es kann ein Wärmeaustauscher vorgesehen sein und ein Heizmedium, wie Dampf oder Quecksilber oder vorzugsweise heisses Öl, z. B. kann ein heisses Destillat oder ein Rückstand, der durch den primären
Destillationsprozess erhalten worden ist, durch diesen Wärmeaustauscher mit Hilfe der Pumpe 5 geführt werden. Es ist auch möglich, eine elektrische Heizung anzuwenden oder eine Aussenheizung mit Hilfe von Abgasen. Der Rückstand, welcher bei der sekundären Destillation gebildet wird, fliesst durch die Leitung 8 ab.
Die niedrig siedenden Bestandteile verlassen die Kolonne 2 durch die Leitung 4, nachdem sie mit der zu destillierenden Flüssigkeit in Berührung gebracht worden sind, welche in der
Kolonne entlang des vorhandenen Füllmaterials, z. B. Raschigringen, nach abwärts fliesst.
Wenn gewünscht wird, den Rückstand ausserhalb des Apparates für die sekundäre Fraktionierung zu erhitzen, so kann dies in mannigfaltiger Weise durchgeführt werden. Der Rückstand, der sich in dem sekundären Apparat sammelt, kann aus demselben durch Schwerkraft oder mit Hilfe einer Pumpe entfernt werden ; er kann erhitzt werden, beispielsweise in einem Wärmeaustauscher oder einem Röhren- ofen, und in den Apparat für die sekundäre Fraktionierung oberhalb des Niveaus des Rückstandes wieder zurückgeführt werden.
Zufolge des Umstandes jedoch, dass während der beschriebenen Zirku- lation, auch ein Teil des Rückstandes kontinuierlich als Endprodukt abgezogen wird, ist es von grosser
Wichtigkeit, soweit als möglich sicherzustellen, dass das Endprodukt, welches durch die sekundäre
Fraktionierung erzeugt wird, tatsächlich die Heizanlage ausserhalb des Apparates passiert hat und so die noch darin vorhandenen leichten Bestandteile auch tatsächlich abgegeben hat.
Dass der erhaltene Rückstand den an ihn gestellten Anforderungen genügt, wird durch Erhitzen in den folgend angegebenen Arten sichergestellt. Die sekundäre Destillation (Fig. 2) findet in einer
Kolonne 2 statt-ein Apparat, welcher wirksam bei allen Ausführungsformen des vorliegenden Ver- fahrens Anwendung finden kann-und der Raum, in welchem sich der Rückstand sammelt, ist durch eine vertikale Scheidewand 9, welche über den Flüssigkeitsstand hinausragt, in zwei Teile geteilt.
In der Scheidewand befindet sich nahe dem Boden der Kolonne eine Öffnung 10, so dass Flüssigkeit von einem Teil in den andern fliessen kann. Es ist dafür Vorsorge getroffen, dass die Flüssigkeit welche durch die Leitung 11 in der Kolonne herabfliesst, nur in dem einen dieser beiden Teile gesammelt wird.
Von diesem Teil der Kolonne wird sie mit Hilfe der Pumpe 5 abgezogen, die imstande ist, einen grösseren
Anteil von Flüssigkeit abzuziehen, als den, welcher in der Kolonne herabfliesst. Hernach wird die
Flüssigkeit erhitzt und auf der andern Seite der Scheidewand über dem Flüssigkeitsspiegel des Rück- standes, der sich am Boden der Kolonne sammelt, in die Kolonne wieder eingeführt. Auf dieser andern
Seite der Scheidewand wird das schliesslich erhaltene Produkt aus der Kolonne durch die Leitung 8 abgezogen.
Wenn man annimmt, dass die von der Kolonne herabfliessende Rückflussmenge beispielsweise 2000 kg pro Stunde beträgt und die Pumpe annähernd 5000 kg pro Stunde in Zirkulation bringt, so wird am Boden der Kolonne immer eine Zirkulation der Flüssigkeit durch die Öffnung in der Scheide- wand zur Saugseite der Pumpe stattfinden. Demzufolge wird nur solche Flüssigkeit, die bereits einmal ausserhalb der Kolonne erhitzt wurde, von der Kolonne als Endprodukt abgezogen werden.
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Es ist klar, dass das angestrebte Ziel, bis zu einem gewissen Grad, auch durch eine intensivere Zirkulation der Flüssigkeit, ohne dass von einer vertikalen Scheidewand Gebrauch gemacht wird, erreicht werden kann.
Dieses Ziel kann auch in einer andern Art erreicht werden (Fig. 3). Zu diesem Zwecke sammelt man die in der Kolonne herabfliessende Flüssigkeit auf einer oder mehreren der niedrigsten horizontalen Platten 12, führt sie aus der Kolonne durch die Leitung 6, erhitzt sie und führt sie in die Kolonne oberhalb des Spiegels des Rückstandes, der sich am Boden der Kolonne ansammelt, wieder ein. Die Dämpfe, die durch das Erhitzen gebildet werden, steigen in der Kolonne durch die oben erwähnten horizontalen, perforierten Platten auf. Selbstverständlich kann die sekundäre Destillation auch durch direkten Dampf unterstützt werden (13). Sie kann auch im Vakuum ausgeführt werden. Das wird vorzugsweise dann der Fall sein, wenn auch die primäre Destillation im Vakuum durchgeführt wird.
Die Wirkung des Dampfes entspricht im Rahmen dieses Verfahrens der des Vakuums.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird zweckmässig in einer Kolonne durchgeführt, die mit perforierten Platten ausgestattet ist. Die Perforierungen können mit Kappen überdeckt sein, deren Bodenkante in die auf der Platte befindliche Flüssigkeit eintaucht.
Die Flüssigkeit, welche von den leichten Bestandteilen befreit werden soll, kann am Kopf der Kolonne eingeführt werden und fliesst dann durch die Platten nach abwärts. Während des Abwärtsfliessens wird die Temperatur erhöht. Dieser Temperaturverlauf ist gerade der umgekehrte des normalen Temperaturverlaufes in sogenannten Dampfstrippern. In dem letzteren Fall dienen die Platten lediglich dem Zweck, die Oberfläche der Flüssigkeit zu vergrössern, um sicherzustellen, dass soviel als möglich durch die der Flüssigkeit inhärente Wärme verdampft. Wenn ein Stripper verwendet wird. so fällt die Temperatur der Flüssigkeit während des Abwärtsfliessens.
Wenn es gewünscht wird, den Anfangssiedepunkt der seitlich abgezogenen Fraktionen der primären Fraktionierkolonne zu korrigieren, genügt es, das Verfahren gemäss der Erfindung in einer Kolonne durchzuführen, der soviel Wärme am Boden zugeführt wird, dass der Rückstand, der durch fraktionierte Destillation in der sekundären Kolonne gebildet wird, frei von unerwünschten, niedrigst siedenden Bestandteilen ist. Die leichten Bestandteile gehen am Kopf der Kolonne weg und werden praktisch am gleichen Ort in die primäre Kolonne wieder eingeführt.
- Es ist klar, dass diese leichten Bestandteile auch einen Anteil schwerer Komponenten enthalten, die nicht kondensiert oder ausgewaschen worden sind, wenn die Dampffraktion die zweite Kolonne verlässt. Tatsächlich enthält die Dampffraktion, auch wenn sie im Gleichgewicht mit der am Kopfe eingeführten Flüssigkeit ist, leichte und schwere Komponenten, da die Flüssigkeit gleichfalls diese Komponenten enthält.
Wenn gewünscht wird, die Dampffraktion vollkommen von den schweren Komponenten zu befreien, muss sie einer weiteren Rektifikation unterworfen werden, bevor sie in die erste Kolonne wieder eingeführt wird. Diese Rektifikation wird vorzugsweise dadurch bewirkt, dass eine längere sekundäre Kolonne als die. welche oben beschrieben ist, verwendet und in diese Kolonne, die aus der primären Kolonne seitlich abgezogene Flüssigkeit annähernd auf halbem Wege zwischen Kopf und Boden eingeführt wird. Da vom Kopf der Kolonne ausschliesslich leichte Bestandteile nur dann abziehen werden, wenn die flüssige Phase, die am Kopfe vorhanden ist, gleichfalls allein aus diesen Bestandteilen besteht, ist es wesentlich, für einen Rückfluss der gleichen oder annähernd der gleichen Zusammensetzung zu sorgen.
Die Bildung eines derartigen Rückflusses kann am Kopfe, entweder innerhalb oder ausserhalb der Kolonne, erfolgen. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise von einem Teil der kondensierten dampfförmigen Produkte, die erhalten wurden. Gebrauch gemacht.
Eine Ausführungsform dieses Verfahrens ist in Fig. 4 veranschaulicht. Im Kondenser 14 findet die Bildung des Rückflusses statt. Der Rückfluss wird durch die Leitung 15 in die Kolonne zurückgeführt. Je nach der Natur der Dämpfe, die am Kopf der Kolonne entweichen, können diese, wenn es gewünscht wird, zur Gänze oder zum Teil zurückgeführt werden, entweder bevor oder nachdem die teilweise Kondensation in dem Apparat 14 bewirkt worden ist.
In Fig. 5 ist eine andere Verwirklichungsform dargestellt. Das Abziehen von der sekundären Kolonne 2 findet durch Schwerkraft von der linken Seite des Bodenreservoirs statt, welches durch eine nicht perforierte, vertikale Wand 16 in zwei ungleiche Teile unterteilt ist. Das erhitzte Flüssigkeitgemisch wird auf der andern Seite der Zwischenwand wieder zurückgeführt.
Die Ausführungsformen des Verfahrens gemäss der Erfindung, die oben beschrieben worden sind, sind ausserordentlich geeignet für die Herstellung von Fraktionen, deren Siedegebiete, bestimmt nach der A. S. T. M.-Methode, sich keinesfalls überschneiden. Es ist auch möglich, nach diesen Arbeitsweisen Produkte zu erhalten, deren Siedegebiete, bestimmt nach der Badger-Destillationsmethode, sich nicht oder praktisch nicht überschneiden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist besonders für die Herstellung von Fraktionen mit verhältnismässig engen Siedegebieten geeignet. Durch Mischen aufeinanderfolgender Fraktionen, vorteilhafterweise solcher, deren Siedegebiete sich nicht überschneiden, können aus einer beschränkten Anzahl von Fraktionen die verschiedenartigsten kommerziellen Produkte hergestellt werden, u. zw.
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in der kürzest möglichen Zeit, ohne dass beispielsweise die Redestillation von Fraktionen mit einem langen Siedegebiet erforderlich wäre.
Als Beispiele von Fraktionen mit einem verhältnismässig engen Siedegebiet mögen solche mit den folgenden Siedegebieten genannt werden : 40-100 C ; 110-1350 C ; 140-1650 C ; 168-190 C ;
EMI4.1
Es ist nicht notwendig, die Kolonnen für die sekundäre Destillation ausserhalb der primären Kolonne vorzusehen, sie können auch innerhalb der primären Kolonne angeordnet sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur fraktionierten Destillation von Kohlenwassentoffölen in einer oder mehreren primären Fraktionierkolonnen, wobei man aus der Kolonne in verschiedenen Niveauhöhe zwischen dem oberen und dem unteren Ende eine oder mehrere Fraktionen (in flüssiger Phase) abzieht und sie in eine sekundäre DestiRationsvorrichtung einführt, dadurch gekennzeichnet, dass man diese Fraktionen von den niedrigst siedenden Bestandteilen unter indirektem Erhitzen befreit und diese Bestandteile vorzugsweise an der gleichen oder praktisch der gleichen Stelle in die Fraktionierkolonne bzw. -kolonnen zurückleitet.