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Retorte und Retortenanlage zur Behandlung von festen, flüssigen, gas-oder dampfförmigen Roh- stoffen bei Temperaturen bis zu 1000 C.
Die Erfindung betrifft eine vertikale, zylindrische Retorte bzw. eine Retortenanlage, um Rohstoffe zu reinigen und zu veredeln. Dabei werden die festen, flüssigen, gas-oder dampfförmigen Rohstoffe einzeln, gemeinsam oder in Gruppen, in einer Retorte oder in einem Zyklus aufeinander folgender Operationen in mehreren zu einer Anlage miteinander verbundenen Retorten behandelt. Die Verwendung dieser Anlage gestattet es, in irgendeiner Prozessstufe durch Regelung der Temperaturen, Drücke, Reaktionsgeschwindigkeiten und katalytischen Wirkungen die Veredelung der erwähnten Rohstoffe besonders intensiv zu gestalten.
Gemäss der Erfindung ist eine senkrechte zylindrische Retorte mit einer bestimmten Zahl von Heizrohren versehen, welche das Innere der Retorte der Länge nach durchziehen und leicht herausgezogen oder eingesetzt werden können. Diese Rohre sind abgedichtet, um das Eindringen von Gasen aus dem Innern der Rohre in das Innere der Retorte oder umgekehrt zu verhindern.
Die Retorte bzw. die Anlage eignet sich für die Durchführung der ersten Stufe des Verfahrens
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Erzen und Rückständen der Petroleumdestillation oder Teeren, in grossen Massstab.
Wenn mehrere der erfindungsgemäss ausgebildeten Retorten in vertikale Schächte einer gemauerten Ofenlage eingesetzt und durch besondere Leitungen verbunden werden, ist es möglich, durch
Zuschalten von Retorten mit frischen Rohstoffen Reinigungs-und Veredelungsvorgänge kontinuierlich durchzuführen. Da während der Vorgänge in jede Retorte chemisch wirkende, flüssige, gas-oder dampfförmige Stoffe, wie Wasser oder Kohlenwasserstoffe, eingeführt und die Retorten unabhängig voneinander beheizt werden können, ist es ferner möglich, in jeder Retorte ganz bestimmte Prozesse durchzuführen. So können im Zyklus der aufeinanderfolgenden Vorgänge gewisse katalytische Wirkungen, z. B. Reduktionen, Hydrierungen u. dgl., durch verschiedenartige Beschickung einiger der Retorten hervorgerufen werden.
Die Reaktionen spielen sich dabei mit ausserordentlich hohen Geschwindigkeiten ab.
Die Retorte besteht aus Eisen-oder Stahlblech, obwohl sie dazu bestimmt ist, Temperaturen bis zu 1000 C zu widerstehen. Sie muss sich frei ausdehnen können, um keine Formänderung oder Zerstörung zu erleiden. Sie muss zumindest in ihren wichtigsten Teilen gegen die direkte Einwirkung der Flamme oder der grössten Hitze sowie gegen ätzende Wirkungen saurer Gase geschützt sein.
Schliesslich müssen die Fugen zwischen den verschiedenen Teilen dicht bleiben, um das Austreten von Gasen oder das Eindringen der Luft zu verhindern.
Die Zeichnungen zeigen beispielsweise in Fig. 1 einen axialen Schnitt im Aufriss durch eine Retorte, Fig. 2 einen Querschnitt im Aufriss nach der Linie 2-2 der Fig. 4 durch eine vollständige Anlage, Fig. 3 einen Längsschnitt im Aufriss nach der Linie. 3-3 der Fig. 4 durch eine vollständige Anlage, Fig. 4 einen horizontalen Schnitt durch die vollständige Anlage nach der Linie 4-4 der Fig. 2, Fig. 5 ein Schema der verschiedenen Rohrleitungen der Anlage.
Die Retorte besitzt einen zylindrischen Körper A aus starkem Eisen-oder Stahlblech, von mindestens 10 mm Dicke. Ihr Fassungsraum kann bis zu 100 t Rohstoffe betragen.
Sie ist von einer Reihe aus mehreren zusammengeschraubten Abschnitten bestehender gusseiserner Ringe K umgeben. Diese Ringe bilden einen Mantel, welcher dem zylindrischen Körper eine
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gewisse Ausdehnung gestattet, ihn aber verhindert, zusammenzusinken, und ihn ausserdem vor der direkten Berührung mit etwa um die Retorte zirkulierenden sauren Gasen schützt.
Der Boden D der Retorte ist aus Eisen oder Stahlbleeh von mindestens 20 m ? n Dicke gepresst und mit seiner Wölbung nach innen gerichtet. Um seine Ausdehnung nicht zu behindern, ist er nur an der äussersten Kante V mit dem zylindrischen Körper verschweisst. Der Boden D ist mit einem Versteifungsboden E aus Gusseisen versehen. Dieser ist aus voneinander unabhängigen Sektoren gebildet, um eine Ausdehnung zu gestatten. Sein Profil ist derart, dass er sich sowohl dem eisernen Boden D als auch dem unteren zylindrischen Teil der Retorte anpasst und den untersten Mantelring K ersetzt.
Der Versteifungsboden E wird durch Muffen I, welche weiter unten noch erläutert sind, am eisernen Boden D anliegend festgehalten.
Die Retorte besitzt einen Deekel B aus Eisenblech, welcher einfach darüber gelegt ist. Der zylindrische Rand dieses Deckels taucht in eine ringförmige Rinne L, welche den oberen Teil der Retorte umgibt und mit Sand gefüllt ist.
Die Beheizung der Retorte erfolgt durch eine Anzahl Rohre C, welche leicht herausgezogen oder eingesetzt werden können. Das obere Ende derselben dringt frei durch den Deckel B, währenddem das untere Ende bis nahe an den Boden D der Retorte reicht. Die Rohre sind auf den ganzen Querschnitt der Retorte verteilt. Da sie von den zu behandelnden Rohstoffen umgeben sind, welche von der von Röhren ausstrahlenden Hitze durchdrungen werden sollen, muss bei der Verteilung der Rohre auf den ganzen Querschnitt der Retorte die Entfernung beachtet werden, auf welche Hitze wirken kann. Diese Entfernung beträgt ungefähr 15 cm. Die Rohre müssen daher so verteilt werden, dass zwischen ihnen ein lichter Abstand von ungefähr 30 cm verbleibt.
Da die Heizrohre C mit dem Boden derartig zu verbinden sind, dass sie nach Abnahme des Deckels B leicht nach oben herausgezogen werden können, um die Retorte zu entleeren, ist der Boden der Retorte mit Rohrstutzen H versehen. Es sind dies kurze Rohrstücke, welche durch Schweissung auf beiden Seiten des Bodens D an demselben befestigt sind. Auf dem äusseren Teil dieser Rohrstutzen 11 sind die vorerwähnten Muffen I warm aufgezogen, um den Versteifungsboden E am Boden D der Retorte festzuhalten. Damit jedes Heizrohr C über den entsprechenden Rohrstutzen H geschoben werden kann, ist das untere Ende jedes Heizrohres ab C'etwas erweitert.
Um einerseits die Rohrstutzen H vor der Berührung mit der Flamme im Rohre C zu schützen und anderseits eine dichte Rohrverbindung zu schaffen, wird gemäss der Erfindung in jeden Rohrstutzen H ein Futter-oder Schutzrohr G eingesetzt und eingepasst, welches den ersteren nach beiden Seiten überragt und dazu bestimmt ist, geopfert zu werden, sobald es von der Hitze zerstört ist. Die Abdichtung der Verbindung zwischen den Rohren G und H wird dadurch erzielt, dass deren Enden mit feuerfestem Lehm umgeben werden, bevor das Heizrohr C bzw. dessen erweitertes Ende C'über den Rohrstutzen C geschoben wird.
Zwecks Abdichtung der oberen Enden der Heizrohre C im Deekel B der Retorte ist an diesem Deekel rund um jedes Rohr ein Ring M aufgeschweisst und der Raum zwischen diesem und dem Rohr mit Sand W'gefüllt. Die auf diese Weise herbeigeführte Dichtung verhindert nicht nur das Eindringen der Luft in die Retorte und den Austritt von Gasen aus derselben, sondern sie dient gleichzeitig als Sicherheitsventil, welches keinen eine Explosion ermöglichenden Überdruck in der Retorte zulässt.
Eine Anzahl derartiger Retorten sind in Versenkungen oder Schächten einer gemauerten Ofenanlage eingesetzt. Der Durchmesser eines jeden Schachtes ist grösser als derjenige der darin eingesetzten Retorte samt ihren Mantelringen K, so dass ein ringförmiger Raum J für den Durehzug der aufsteigenden heissen Gase verbleibt. Die Retorte ruht im Schacht auf einem SclutzbodenF, welcher den Versteifungboden E vor den Flammen und der Berührung mit etwaigen sauren Gasen schützt. Dieser Schutzboden F ist ebenfalls aus mehreren Teilen zusammengesetzt, welche dessen Ausdehnung gestatten, und er ruht seinerseits auf einer Säule P, welche seitliche Öffnungen P'be'sitzt für den Durchzug der durch das mittlere Heizrohr kommenden Heizgase.
Vor dem Einsetzen der Retorte in den Schacht wird der Schutzboden mit feuerfestem Lehm W belegt, wobei zur gleichmässigen Verteilung des Lehms zwischen E und F mehrere Ringe F'vorgesehen sind, welche dazu dienen, die Sektoren des Bodens F unter Belassung eines Spielraumes zusammenzuhalten. Die vorerwähnten Sehutzrohre G ragen aus dem Schutzboden F heraus, damit die aus den Heizrohren C kommenden Gase den Boden möglichst wenig berühren und in dem ringförmigen Raum J rund um die Retorte verteilt werden, um dieselbe auch von aussen zu beheizen, wobei diese Beheizung durch eine Zufuhr von Gasen durch die weiter unten zu beschreibende Rohrleitung i verstärkt werden kann.
Aus vorstehenden Darlegungen sind die Vorsichtsmassregeln zu ersehen, um die Retorte und vor allem deren Boden, welcher eine enorme Menge Wärme enthält, wenn sie mit mehreren Tonnen in Koks zu verwandelndem Brennstoff oder zu reinigendem und zu kohlendem Erz beladen ist, zu schützen.
Die Beheizung der Retorten hat ebenfalls besondere Schwierigkeiten geboten, besonders wegen der Ausdehnung und der möglichen Dampf-oder Gasverluste, besonders wenn grosse Massen fester Brennstoffe zusammen mit schweren flüssigen Kohlenwasserstoffen und mit Erzen behandelt werden, um metallurgischen Koks zu erzeugen und gleichzeitig die Erze zu veredeln.
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Die Beheizung der Retorten vermittels der Heizrohre C erfolgt dadurch, dass in letztere ein brennbares Gemisch aus Luft und gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen oder leichten flüssigen
Kohlenwasserstoffen, welche von der Behandlung der schweren Kohlenwasserstoffe in der Retorte selbst herrühren können, eingeblasen und entzündet wird.
Bei Versuchen mit Retorten nach der Erfindung, aus welchen die frei werdenden Dämpfe und
Gase oben von Ventilatoren S durch Rohrleitungen a'abgesaugt werden und in welchen die Heizgase durch die Heizrohre C nach unten geblasen werden, hat sich gezeigt, dass kein Gasverlust am Boden der Retorten eintritt. Die Versuche haben ferner gezeigt, dass durch einen Anstrich mit graphitischem oder vom Kracken stammenden Kohlenstoff, allein oder im Gemisch mit feuerfestem Lehm, ein Angriff der Heizrohre und der Wandungen der Retorte verhindert werden kann. Ein derartiger Schutzanstrich ist leicht zu unterhalten, da die Retorten dank ihrer Arbeitsweise in sehr kurzen Zeiträumen kontrolliert werden können.
Was die Innenseite der Heizrohre C anbetrifft, so kann dieselbe selbst während des Betriebes mit Lehm oder Kalk angestriehen werden. Übrigens stellt die Abnutzung der Heizrohre die einzige Ausgabe zur Instandhaltung der Retorte dar und die Ausbesserung der am meisten durch die Heizung abgenützten Teile erfolgt in einfacher Weise durch Schweissung.
Da die Dämpfe und Gase die Träger der Wärme sind und da dieselben von einer Retorte zur andern und besonders um die Heizrohre herum sowie an den Innenwänden der Retorten entlang streichen, können die behandelten Stoffe nicht haften bleiben, so dass Retorten mit kleinem Rauminhalt, wie die in den Zeichnungen dargestellten, leicht entleert werden können. Zu diesem Zweck werden zunächst die Brennstoffinjektoren Z nebst Druckluftbehälter N und Brennstoffbehälter 0 entfernt und der Deckel B nebst ringförmiger Rinne L abgehoben. Alsdann werden Lasehen Y um die seitlichen Zapfen Z'der Retorte gelegt, um dieselbe durch eine Winde m aus dem Schacht zu heben und um die Zapfen zu kippen.
Wenn die Retorten grösser sind, können in deren Seitenwänden sowie im Mauerwerk des Ofens in der Zeichnung nicht dargestellte Türen vorgesehen sein. Die Kühlung der Retorten kann an Ort und Stelle erfolgen, indem die im Mauerwerk unterhalb der Retorten vorgesehenen Türen B'geöffnet werden, damit die frische Luft durch die Heizrohre C nach oben ziehen kann. Nachdem der Deckel dieser grösseren Retorten mit der Winde abgehoben ist, werden die Heizrohre ebenfalls mit der Winde herausgezogen, was nicht schwer ist, da das abgekühlte und sich zusammenziehende Produkt nicht an den Rohr-und Retortenwandungen haftet. Beim Abheben des Deckels fällt der Sand, welcher die oberen Enden der Heizrohre C abdichtet, durch dieselben hindurch. In der Retorte erzeugter Koks braucht nicht mehr, wie sonst üblich, mit Wasser besprengt zu werden.
Die in einem gemauerten Ofen vereinigten Retorten sind untereinander durch Rohrleitungen (t und b verbunden, in welchen die Gase und flüchtigen Produkte aus irgendeiner Retorte in irgendeine andere geleitet werden können, ein Umstand, welcher es gestattet, deren Inhalt mit leichten Produkten zu bereichen, welche von der Veredelung der in der Anlage selbst behandelten Kohlenwasserstoffe oder schweren Destillationsrückstände stammen.
Die ganze Anlage ist zur Durchführung einer bestimmten Arbeitsmethode geschaffen, welche eine ununterbrochene Raffinierung in aufeinanderfolgenden Vorgängen gestattet und die Möglichkeit bietet, während des Betriebes von aussen sowohl frisches, festes Material als auch chemisch wirkende, flüssige, gas-oder dampfförmige Stoffe, wie Wasser oder Kohlenwasserstoffe, in den Zyklus der Reaktionen einzuführen.
Das Mauerwerk der Anlage besitzt einen mittleren, sich der Länge nach erstreckenden Teil, zu dessen beiden Seiten sich je eine Reihe der erwähnten Schächte für die Retorten befinden. Der freie ringförmige Raum J um jede Retorte ist von je einem kreisbogenförmigen Kanal T für die Aufnahme der Heizgase umgeben. Alle diese Kanäle T stehen mit einem im mittleren Mauerwerk befindlichen Haupt-oder Sammelkanal ! 7 für die Abgase in Verbindung, von welchem diese Kanäle T durch je einen Schieber t abgetrennt werden können, wobei dieser Schieber auch zur Regulierung des Zuges oder der Beheizung verwendet werden kann. Die Abgase werden von Ventilatoren. 11 aus dem Hauptkanal U abgesaugt und ins Freie befördert. Die Heizgase streichen in den Heizrohren C abwärts und sodann durch den ringförmigen Raum J aufwärts in den Kanal T.
Falls nötig, kann unter jede Retorte durch die erwähnte Rohrleitung i frischer Brennstoff unter einen Rost Q geleitet werden. Ein derartiger Rost befindet sich unter jeder Retorte und ist immer mit einer geringen Menge glühender Kohlen od. dgl. beschickt, um diesen zugeführten Brennstoff oder andere eventuell noch nicht verbrannte Gase zu entzünden und um jeder möglichen Explosion vorzubeugen.
Wenn bei einer Retorte aus irgend einem Grunde eine Betriebsstörung eintritt, wird ihr Schieber i sofort geschlossen und die Heizgase ziehen nach der entgegengesetzten Richtung durch die Rohre C, welche normalerweise zum Beheizen dienen, so dass keine frische Luft mehr in diese Rohre eindringen kann und das Feuer erlischt.
Auf dem Mauerwerk der Ofenanlage ist eine Transmissionswelle R montiert, welche die Ventilatoren S antreibt. Diese Ventilatoren fördern die Gase und Dämpfe entweder direkt aus einer Retorte in die nächste, indem sie dieselben durch ein Rohr a'aus dem oberen Teil der einen Retorte absaugen und durch das Rohr b', welches bis zum Boden der nächsten Retorte reicht, in diese befördern oder sie fördern diese Produkte aus irgendeiner Retorte durch Vermittlung der Sammel-oder Verteilungs-
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leitungen a und b in irgendeine andere Retorte oder sie fördern schliesslich diese Produkte bzw. deren Überschuss durch die Leitung & zum Kondensator.
Die Verteilungsleitungen a und b und die Rohre a' und b'sind besonders wichtig, wenn es nötig ist, eine Retorte zu isolieren und gleichzeitig deren Ventilator stillzulegen, um die Retorte durch eine mit frischem Material beschickte zu ersetzen oder um eine
Retorte an Ort und Stelle durch deren seitliche Tür und die entsprechende Tür im Mauerwerk zu entleeren.
Auf dem Mauerwerk der Ofenanlage montiert befinden sich alle andern Rohrleitungen, welche dazu dienen, die Retorten zu speisen. Die Rohrleitung c und deren Abzweigungen c'dienen zum Speisen der Retorten mit auf deren Boden zu leitendem Wasser oder Dampf, die Leitung d und deren Abzweigungen d'zum Einleiten von Gasen an den unteren Teil der Retorten und die Leitung e und deren Abzweigungen e', um schwere Kohlenwasserstoffruckstände auf den Boden der Retorten führen.
Eine
Reihe von im Schema (Fig. 5) sichtbaren Hähnen dienen dazu, um durch das bis auf den Boden der
Retorten reichende Rohr b'alle Produkte aus den Verteilungsleitungen a, b, c, d und e in die Retorten einzuführen, wobei jeder Überschuss aus der Leitung a durch Zweigleitungen 'in die Leitung A zum
Kondensator abgeführt wird.
Die Behälter oder Verteiler 0 und N speisen die Injektoren Z, welche die Rohre C heizen, mit
Gas bzw. mit Luft ; sie spielen die Rolle von besonderen Vergasern, welche das Mischungsverhältnis des einzublasenden Gemisches regeln, welches aus Luft und entweder aus Gasen eines Gaserzeugers oder aus unkondensierbaren, aus den Retorten selbst stammenden Gasen besteht. Diese Verteiler regulieren die Zusammensetzung des zu verbrennenden Gemisches in Abhängigkeit von den in den
Retorten nötigen Temperaturen durch Zusetzen von leichten Kohlenwasserstoffen bzw. durch Ver- änderung des Höhenstandes derselben im Gasverteiler 0.
Die Leitungen f und g speisen durch die Abzweigungen/'und g'die Verteiler 0 und N, welche während der Beschickung oder Entleerung der Retorten durch die Winde vom Deckel der Retorten abgehoben werden, auf welchem sie nur durch ihr Eigengewicht ruhen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vertikale, zylindrische Retorte, die von vertikalen Heizrohren durchsetzt ist, zur Behandlung von festen, flüssigen, gas-oder dampfförmigen Rohstoffen, wie Erze, kohlenstoffhaltige Brennmaterialien
Kohlenwasserstoffe, bei Temperaturen bis zu 10000 C, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der oben und unten offenen Heizrohre aus dem Deckel und dem Boden der aus Eisen-oder Stahlblech hergestellten Retorte herausragt und mit einer eigenen, oben angeordneten Feuerung versehen ist, die das Rohr mit einer nach unten gerichteten Flamme heizt.