Verfahren zur Umwandlung von schweren gohlenwasserstoffen. Das thermische Spaltungsverfahren für Kohlenwasserstoffe nach der vorliegenden Erfindung gehört zu jenen Verfahren, in welchen das zu behandelnde Öl erst durch eine Heizschlange, dann in eine Verdamp- fungskammer geschickt wird, um schliesslich mindestens in einem Dephlegmator konden siert zu werden.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Dephlegmator Frischöl zugeführt wird, welches die Kon densation der noch nicht genügend gespal tenen Dämpfe im Dephlegmator begünstigt.
Eine Anlage zur Ausführung des Ver fahrens ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch, teilweise Auf riss und teilweise Schnitt durch eine solche Anlage; Fig. 2 zeigt im Schnitt einen -Dephleg- mator.
Die Ausführung des Verfahrens geschieht beispielsweise wie folgt: Der Ofen 1 enthält Brenner 2 in einer Kammer 3, von welcher die Verbrennungs gase durch die Züge 4 in die Spaltungskam mer 5 streichen, um über die Heizschlangen 6 und 134 hinweg zu streichen und in den Zug 7 einzutreten. Mit der obersten Heiz schlange 6 steht eine Leitung 8 in Verbin dung, die einen Druckmesser 8' und einen Pyrometer 8a aufweist. Die Leitung 8 setzt sich durch das Knie 9 in die Verdampfungs- kammer 10 fort.
Ventile 11 und 12 sind in die Leitung 8 eingesetzt, um die Strömung des heissen Öls regeln zu können. Das Öl kann entweder von oben in die Kammer 10 eintreten, oder es kann gleichzeitig auch von unten eingelassen werden. Durch die Ven tile 11 und 12 kann ein Druckunterschied zwischen dem Druck in der Heizschlange und demjenigen in der Kammer 10 her gestellt und aufrechterhalten werden.
Die Kammer hat eine äussere isolierende Verschalung 13. Unter dem Boden der Kam mer 10 ist ein Brenner 14 angeordnet, um das Öl in der Kammer 10 noch einmal erhit zen zu können. Mannlöcher 15 und 16 er leichtern die Reinigung der Kammer 10. An der Seite und am Boden der Kammer 10 sind Ablassröhren 17 angeordnet, in denen Ventile 18 eingebaut sind. Das aus der Kam mer 10 durch die Röhren 17 fliessende Öl strömt durch eine Leitung 19 nach einer nicht. dargestellten Kühlschlange.
Vom obern Ende der Kammer 10 geht eine isolierte Leitung 20 zu einem Dephleg- mator 24; auch diese Leitung enthält einen Druckmesser 23 und einen Wärmemesser 23a. Der Eintritt der Dämpfe in den Dephleg- mator 24 findet statt, wenn ein Ventil 25, das in einer Verlängerung 26' der Leitung 20 eingebaut ist, abgeschlossen wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, können die Dämpfe in ver schiedenen Höhenlagen in den Dephlegama.tor 24 durch Zweigröhren mit Ventilen 26, 27 und 28 eintreten.
Die Dämpfe, die den obern Teil des De phlegmators 24 verlassen, strömen durch eine Leitung 29, in der Ventile 30, 32 und 33 an geordnet sind, zur Kondensatorröhre 35 in einem Behälter 36, und das Kondensat strömt in den Sammelbehälter 37. An diesem Sam- melbehälter sitzt ein Sicherheitsventil 38 und ein Druckmesser 34. Vom Behälter 37 gehen durch eine Leitung 39 mit eingebau tem Ventil 40 die im Sammelbehälter 37 ge bildeten Gase weg. Ausser dieser Gasablei tung ist im Behälter 37 eine Abzapfleitung 41 für die Flüssigkeit angeordnet und in dieser Leitung befindet sich ein Flüssigkeits messer 42 und ein Ventil 43.
Ein zweiter Dephlegmator 44 steht mit dem Dephlegmator 24 durch eine Röhre 45 in Verbindung, die von der Ableitung 29 des ersten Dephlegmators 24 abzweigt und die ein Ventil 46 enthält. Es können die beiden Dephlegmatoren 24 und 44 hintereinander oder nebeneinander geschaltet oder einzeln benützt werden. Der Dephlegmator 44 schliesst sich an die Verlängerung 26' der Dampfleitung 20 an und hat Zweigleitungen 48 mit eingebauten Ventilen 49, 50 und 51. Beide Dephlegmatoren haben Druckmesser 52 und Wärmemesser 53; sie ruhen auf einem Gerüst 54, 55.
Vom Kopfende des Dephlegmators 44 geht eine Leitung 58 mit eingebautem Ventil 59 nach der Ableitung 29 und mündet bei 60 in diese ein. Von dem Dephlegmator 24 führt eine Rückstrom leitung 61 nach unten; in diese ist ein Ven- til 62 und ein Wärmemesser 62a eingeballt. Von der Ableitung 61 geht eine Zweigleitung 63 aus, die ein Ventil 64 enthält. Diese Zweigleitung ist an eine nicht dargestellte Kühlschlange angeschlossen, so da-ss das in die Rückstromleitung 61 eintretende Kon densat gekühlt werden kann.
An das Ventil 6? ist ein Abzweigstück 66 angeschlossen, von dem eine ein Ventil 70 aufweisende Leitung 72 nach einer Pumpe 71 führt. Eine an die Pumpe 71 angeschlos sene Leitung 73 enthält ein Ventil 74 und ein Röhrenkreuz 76.
Von dem Boden des Dephlegmators 4.1 führt eine Leitung 77 zu einer Pumpe 86; von der Leitung 7 7 zweigt eine andere Lei tung 78 unter Einschaltung eines Ventils 79 ab. Die Leitung 77 enthält einen Druck messer 77a und ein Regelventil 81. Die Zweigleitung 78 führt zu einem nicht dar gestellten Kondensator. Das Rückstromkon- densat, das durch die Leitung 77 geht, kann durch eine Zweigleitung 82 mit Ventil 84 von dem Kreuz 83 ausgehend, in das Rohr kreuz 76 geschickt werden.
Durch Anord nung des Kreuzes 76 in der Leitung 82 und durch die Verbindung dieses Kreuzes mit der Leitung 88 kann dieses Rückstromkonden- sat, wie auch das Rückstromkondensat des Dephlegmators 24 zur Heizschlange 6 zu rückgeführt werden.
Eine derartige Rück führung geht auch durch die Pumpe 86 vor sich, da an diese Pumpe die Leitung 87' an gesetzt ist, in welcher das Ventil 88' liegt. Die Leitung 87', sowie die Leitung 73 der Pumpe 71. vereinigen sieh in dem Rohrstück 87, so dass die Rückführung des Rückstrom- kondensates entweder von beiden Pumpen oder von nur einer der Pumpen, oder ohne Durchströmung der Pumpen zur Beschickung der Heizschlange 6, verwendet werden kann.
Wenn die Pumpen 71. und 86 nicht benützt werden, so genügt eventuell der auf (las Rückstromkondensat, infolge der Hochstel lung der Dephlebznatoren 24, 4.1 wirkende Druck, um die Rückführung des Rückstrom- kondensates in die Röhre 6 möglich zu ma chen. Das aus den Dephlegmatoren strömende Öl kann für sich, oder mit Frischöl gemischt, entweder unter seinem eigenen Gewicht, oder durch die Pumpen in die Zweigleitung 90 eintreten, die durch das Ventil 91 beherrscht wird, und die an die oberste Röhrenschlange der Heizschlange 6a mündet.
Dabei kann dieses Rückstromkondensat dann in der Heiz schlange in der gleichen Richtung fliessen wie die Verbrennungsgase, die die Röhre um spielen, das heisst von oben nach unten. Nach Durchwanderung dieser Röhre tritt das Öl in die Leitung 92 ein, die ein Ventil 93 enthält und die mit den untersten Röhren der Heizschlange 6 verbunden ist. Von hier fliesst dann das Öl nach oben durch die Röhre 95 mit dem Ventil 96 und geht in die Reak tionskammer 11 ein. Das Ventil 98 ist also dann geschlossen.
Die Mischung von dem Rückstromkonden- sat aus den Dephlegmatoren mit dem von einer Pumpe 102 zugeschickten Frischöl kann auch in die Heizschlange 6 eintreten, wenn die Ventile 91, 93 und 98 geschlossen sind. Das Öl fliesst dann von ganz unten nach oben unter einem zur Spaltung vorteil haften Druck.
Die Saugleitung 103 der Pumpe 102 ist an einem nicht dargestellten Vorratsbehälter für Frischöl angeschlossen. In die Druck leitung 104 der Pumpe 102 ist ein Flüssig keitsmesser 105 eingesetzt. Eine Zweig leitung macht es möglich, einen Teil des Frischöls durch ein Ventil 106 und eine Lei tung 107 zu den Heizschlangen 6 zu fördern, wobei auch Frischöl durch die Röhre 109, die das Ventil 108 enthält, in die beiden De- phIegmatoren 24, 44 oder nur in einen der selben geschickt wird, und zwar durch Zweigröhren 110, 111 mit den Ventilen 112, 113.
Die Leitung 109 setzt sich nach oben fort, und in ähnlicher Anordnung sind die Zweigleitungen 114, 115 mit den Ventilen 116 und 117, die Frischöl in die I?ephleg- matoren ganz oben einführen; natürlich kön nen auch die Zweigleitungen 110, 111 und 114, 115 gleichzeitig benützt werden, oder nur der eine der Dephlegmatoren kann mit dem Frischöl gespeist werden. Um die Beschaffenheit der Dämpfe, die oben aus den Dephlegmatoren 24 und 44 aus treten, ändern zu können, kann ein Teil des Destillates oben in jeden Dephlegmator ge pumpt werden.
Es ist zu diesem Zweck eine Pumpe 118 an eine Leitung 119 angeschlos sen, die unter Einschaltung eines Ventils 120 von dem Behälter 37 ausgeht. Die Ableitung 12-4 der Pumpe 118 enthält einen Flüssig keitsmesser 122, ein Ventil 123 und setzt sich bis zum Kopf der Dephlegmatoren hin fort, wo Zweigleitungen 125, 126 unter Ein schaltung von Ventilen 127, 128 in die De phlegmatoren hineingehen.
Die nicht kondensierbaren Gase können auch von dem Behälter 37 durch eine Pumpe 130 und eine Leitung 129 befördert werden. Die Leitung 129 enthält ein Ventil 132 und eine Zweigleitung, die von ihr ausgeht, ent hält ein Ventil 131. Durch diese Zweig leitung wird das Gas hindurchtreten, wenn das Ventil 132 geschlossen ist. Wenn das Ventil 136 auch geschlossen ist, wird das Gas durch den durchlochten Kranz 133 in das Öl der Verdampfungskammer 10 einge schickt.
Soll dieses Gas vor seiner Ein- schickung etwas erwärmt werden, so schliesst man das Ventil 131 und lässt das Ventil 132 offen, worauf das nicht kondensierbare Gas durch die Leitung 133' in die Schlange 134 strömt und von hier aus durch Leitung 135 und Ventil 136 in den Kranz eintritt, wobei der Teil 134 im Weg der Verbrennungsgase liegt.
Um in verschiedenen Teilen derVorrichtung mit verschiedenem Druck arbeiten zu können, wird beispielsweise in der Heizschlange 6 ein höherer Druck als in der Kammer 10 durch passende Einstellung der Ventile 11, 12 und 22 erreicht. Der Druck lässt sich durch den Messer .23 ablesen. Ebenso kann ein Druckunterschied zwischen Kammer 10 und Dephlegmator durch Verstellung der Ventile 22, 30, 32, 33, 46, 51' und 59 herbei geführt werden. Auch hier lässt sich der Druckunterschied durch die Messer 52 bezw. 33' feststellen.
Schliesslich kann durch Ver stellung der Ventile 32, 59, 33 und 40 auch ein Druckunterschied zwischen Dephlegmator und Kondensator 35 herbeigeführt und durch den Druckmesser 33' gemessen werden.
Nach Fig. 2 besitzt der Dephlegmator die Schikanen 137 und ist von einem Gehäuse 138 aus Isolationsmaterial umschlossen. Eine Brause 139 dient dazu, das Destillat einzu führen.
Bei der Durchführung des Verfahren wird beispielsweise das Frischöl aus einem Behälter entnommen und durch die Saug leitung 103, Pumpe 102 und Flüssigkeits messer 105, Hauptventil 106, Röhren 107 und 99 (bei Schluss des Ventils 100) in die Heizschlange 6 geschickt. Bei Schluss der Ventile 91, 93 und 96 und Öffnung der Ven tile 11, 89, 98 und 101 strömt dieses Öl nach oben durch die Heizschlange. Anderes Be- scliickungsöl, in Mischung mit dem Rück stromkondensat, wird von einer oder von bei den Pumpen 71, 86, oder ohne diese Pumpen infolge der Hochstellung der DephIeg- matoren, ebenfalls in die Heizschlange 6 ge schickt und fliesst. in Gegenstrom zu den Ver brennungsgasen nach oben.
Das erhitzte<B>01</B> strömt oben in die Kam mer 10 ein, oder, falls das Ventil 11 geschlos sen sein sollte, so tritt das Öl durch das Ven til 12 in den Flüssigkeitsraum der Kam mer 10.
Die Dämpfe aus der Kammer 10 gehen durch die Röhren 20 und 26', je nach Wunsch, in beide oder den einen Deplileg- niator 24 und 44, vorausgesetzt, dass die Ven tile 26, 27, 28 und 49, 50, 51 geöffnet sind. Soll der Eintritt der Dämpfe nur unten er folgen, so werden die Ventile 27, 28 und 50, 51 abgesperrt. Die Auswahl des Ausström- ortes kann je nach Öffnung oder Schliessung dieser eben erwähnten Ventile stattfinden.
Auch kann man die beiden DephIeg- inatoren hintereinander schalten, wobei das Ventil 25 geschlossen wird; die Dämpfe strö men dann aus dem Dephlegmator 24, bei Schluss des Ventils 30, durch die Zweig leitung 45 und Ventil 46 in den andern De phIegmator 44 unten, ein. Sie gehen von dem zweiten Dephleginator durch das Ventil 59 und Röhre 58 zum Kondensator.
Die Dephlegmatoren können also einzeln oder nebeneinander oder hintereinander be nützt werden. Das in die Dephlegmatoren einzulassende Frischöl kann beispielsweise von der Pumpe 102 in den Dephlegmator 24 durch die Röhre 109 in die beschriebenen Zweigleitungen 111 und 115 gelangen, oder es kann durch die Leitung 110 und 114 zum andern Dephlegmator 44, oder gleichzeitig zu beiden gelangen. Auch hier ist infolge der Anordnung der Zweigleitungen der Ein tritt in verschiedene Höhenlagen ermöglicht.
Auch kann entweder das ganze Frischöl in die Dephlegma.toren eingeschickt werden, oder infolge der Abzweigung 107 der Leitung 109 ein Teil desselben zur Leitung 99 geführt werden; während der Strömung des FrLch- öls in den Dephlegmatoren von oben nach unten wird es durch die dampfförmigen Spaltungsprodukte erhitzt, -,wobei die schwer flüchtigen Teile der Spaltungsprodukte kon densiert und von neuem in die Heizschlange 6 eingeschickt werden, und zwar in Mi schung mit dem Frischöl, wobei entweder die Pumpen 71 und 86 oder aber die Hochstel lung der Dephlegmatoren zur Beförderung dienen.
Auch kann ein Teil des Öls in Mi schung mit dem R.ückstromkondensat aus diesen Dephle@natoren durch die Pumpe, ein anderer Teil jedoch unter seinem Gewicht zuströmen.
Bei gewissen Ölen ist; es wünschenswert, das Kondensat der Dephlegmatoren aus dem ganzen System zu entfernen, und dies ge schieht durch die Röhre 63 und Ventil 64, oder durch die Röhre 7 8 und Ventil 79. Dann werden natürlich die Ventile 62 bezw. 81 geschlossen.
Bei der Herstellung von Kohlenwasser- Stoffen muss die Temperatur genau über wacht werden. Die Regelung der Tempera tur in den Dephlegmatoren findet mit Hilfe des Destillates statt, das durch den Flüssig keitsmesser l22 hindurch und unter Vermitt lung der Pumpe 118 und Leitung 124, die Ventile 127, 128 durchströmt. Je nach der Menge dieses Destillates wird letzteres mehr oder weniger wieder verdampft und wieder destilliert, namentlich wird die leichtere Fraktion des Destillates rasch verdampft.
Will man mit sehr hoher Temperatur im Ofen arbeiten, so empfiehlt es sich, die Mi schung aus Rückstromkondensat und Frischöl aus den Dephlegmatoren erst durch den in der heisseren Zone liegenden Röhrensatz 6 und erst nachher in die Röhrenschlange 134 eintreten zu lassen. Der schwerere und un- verdampfte Rückstand in der Kammer 10, der mit koksähnlichem Material gemischt ist, kann beständig durch die Röhren 17 in den verschiedenen Höhen vom Boden, nach Öff nung der Ventile 18 entnommen werden.
Die Abnahme erfolgt unter dem Durck in dieser Kammer; das Rückstandsöl enthält Fes-Heil- chen in Suspension. Je nach der Ansamm lung von grossen Massen von Festteilchen über dem Boden, erfolgt die Abnahme stu fenweise von einer höheren Röhre 17 aus.
Die nicht kondensierbaren Gase können durch die Pumpe 130 entweder beständig in die Kammer 10 nahe dem Boden eingeleitet werden, oder sie können abgeleitet werden. Auch können die Gase nach Erhitzung in diese Rückstandsmasse bei 133 eintreten. Dadurch wird die Suspendierung der, Fest teilchen begünstigt und die Verdampfung der leichteren Fraktionen in der Rückstands masse wird immer noch herbeigeführt wer den.
Auch kann man in dem ganzen System gleichförmigen Druck, und zwar höher als atmosphärischen Druck, aufrechterhalten, doch wird das Verfahren mit verschiedenen Drücken in verschiedenen Teilen vorgezogen. Beispielsweise herrscht in der Röhre 6 ein Druck von ungefähr 40 kgiem' je nach der Einstellung der Ventile 11 und 12. Wäh rend in der Kammer 10, je nach Einstellung des Ventils 22, ein Druck von 25; kg per cm' herrscht. Die Dephlegmatoren können unter einem Druck von ungefähr 17 kg/cm\ stehen, und das Kondensat in dem Behälter 37 bezw. dem Kondensator, kann einen Druck von ungefähr 8 kg/cm' haben.
Beispielsweise sei angeführt, dass bei einem gleichförmigen Druck von 17 kgjem2 und beständiger Entnahme des Rückstandes in flüssiger Form aus der Kammer 10, fol gende Ergebnisse erhalten wurden: Das behandelte Frischöl war "Mid Con- tinent Gasöl": Schwere 0,868, die Betriebs dauer war 85 Stunden, das Ergebnis war 2900 Fässer von je ungefähr 180 Liter. Es ergibt dies für einen Arbeitstag eine Lei stung von 820 Fässern.
Das Spaltungsprodukt hatte im Durch schnitt eine Schwere von 0,765, sein Betrag war 2210 Fässer, oder 72,2 % der ganzen Menge. Das entzogene Rückstandsöl hatte im Durchschnitt eine Schwere von 0,954, das Motorbenzin, das aus diesem Spaltungspro dukt erzeugt wurde, war 56,7 % der ganzen 2900 Fässer die behandelt worden waren. Für jeden Liter dieses Benzins wurde wäh rend des Spaltungsverfahrens 320 dm' be ständigen Gases erzeugt.
Die Durchschnittstemperatur im Ofen un mittelbar über dem Röhrensatz war<B>871'</B> C, unter dem Röhrensatz war die Temperatur im Durchschnitt 533 C. Der Dampf hatte beim Verlassen der Kammer 10 eine Tem peratur von 439 C und die Dämpfe, welche die Dephlegmatoren verlassen hatten, eine Temperatur. von 281 Bei einem andern Betrieb wurde beispiels weise ein Öl (Feuerungsöl) von 0,907 bei einem Druck von ungefähr 12 kg per cm' drei Tage lang behandelt;
3050 Fässer von je ungefähr 190 Liter Feuerungsöl wurden umgewandelt auf 41,24 % Benzin, dessen Anfangs- und Endsiedepunkt den Anforde rungen der amerikanischen Flottenbehörden entsprach. Das Spaltungsprodukt in dem Be hälter 37 aus diesen 3050 Fässern Feue- rungsöl war 2118 Fässer mit einer Schwere von 0,745; währenddes dreitägigen Betriebes wurden aus der Kammer 10841 Fässer Rück- standsöl von einer Schwere von 0,980 mit kohlenstoffhaltigen, schwebenden Teilchen entnommen.