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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Ölgas Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Herstellen von Ölgas durch Umsetzung des zu spaltenden Öles mit
einem Gemisch aus überhitztem Wasserdampf und heißen Verbrennungsgasen.
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Zum Herstellen von Ölgas sind diskontinuierliche Verfahren bekannt,
nach welchen man in einem Wechselbetrieb der Hitze- bzw. Gaseperiode während der
Hitzeperiode die Schamottefüllung eines Reaktionsgefäßes durch Verbrennungsprodukte
auf eine hohe Temperatur bringt, während der Gaseperiode ein Erdöl in atomisierter
Form in das Reaktionsgefäß spritzt und durch dieses gleichzeitig ein Verdünnungsgas,
vorzugsweise überhitzten Dampf leitet. Die für das Verdampfen des Öles und für die
in der Dampfphase stattfindenden endothermen Reaktionen erforderliche Wärme wird
im wesentlichen durch die in der Schamottefüllung aufgespeicherte Wärme geliefert.
Da es unvermeidlich ist, daß ein Teil des atomisierten Öles und der gebildeten Kohlenwasserstoffe
in unmittelbare Berührung mit der erhitzten Schamottefüllung kommen, tritt leicht
eine zu weit gehende Spaltung des Öles ein, und Kohlenstoff lagert sich ab. Dieser
Kohlenstoff wird zwar während der Hitzeperiode gewöhnlich weitgehend verbrannt;
aber im Laufe der Zeit führt abgelagerter Kohlenstoff doch zu Verstopfungen, so
daß die Anlage zur Reinigung stillgelegt oder die Herstellung von Gas unterbrochen
werden muß, um den Kohlenstoff zu verbrennen.
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:Ulan hat ferner bereits vorgeschlagen, zur Herstellung von Ölgas
Öl mit einer unzureichenden Luftmenge teilweise zu verbrennen. Dieses Verfahren
hat den Nachteil, daß das erzeugte Gas wegen seines verhältnismäßig sehr hohen Gehaltes
an Stickstoff eine hohe Dichte hat und infolgedessen zur Verwendung als Stadtgas
ungeeignet ist.
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Man hat ferner schon vorgeschlagen, ein Kohlenwasserstoff- oder Erdöl
teilweise mit Sauerstoff zu verbrennen. Bei diesem Verfahren fällt ein Gas an, das
nur Spuren von Olefinen und einen geringen Methangehalt aufweist und infolgedessen
einen niedrigen Heizwert hat und nicht als Stadtgas zu verwenden ist.
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Es ist ferner bekannt, ein Gas aus Öl in der Weise zu erzeugen, daß
in einer ersten Verfahrensstufe das Öl in einem Wasserdampfstrom teilweise verbrannt
und anschließend, in einer zweiten Verfahrensstufe, die Produkte der ersten Stufe
weiter zu dem gewünschten Ölgas umgewandelt werden. Kennzeichnend für dieses Verfahren
ist, daß die gesamte Menge des zu spaltenden Öles auch die erste Verfahrensstufe
durchläuft, wobei ein Teil des zu spaltenden Öles selbst teilweise verbrannt wird.
Wenn die gesamte Ölmenge bereits in der ersten Verfahrensstufe zugegen ist, können
bei der Verbrennung keine hohen Temperaturen erzielt werden, die erst eine vollständige
Spaltung des Öles gewährleisten. Gemäß der Erfindung wird deshalb so verfahren,
daß Brennstoff in einem Wasserdampfstrom zur Erzeugung eines Gemisches aus überhitztem
Dampf und Verbrennungsprodukten mit einer Temperatur von mindestens 1200°, vorzugsweise
von über 1350°, verbrannt und mit diesem Gemisch dampfförmiges bzw. atomisiertes
Mineralöl zur Reaktion gebracht wird, wobei der Dampfstrom und die Temperatur des
heißen Gemisches hinsichtlich der Mineralölmenge so eingestellt werden, daß zur
Umwandlung der praktisch gesamten Mineralölmenge in Gas von der gewünschten Zusammensetzung
und dein gewünschten Wärmewert die erforderliche Wärme zur Verfügung steht.
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Die Temperatur, bei welcher die Umsetzung zwischen dem erhitzten Gemisch
aus Dampf, Verbrennungsprodukten und Mineralöl vor sich geht, liegt im allgemeinen
zwischen 600 und 900°. Die zum Verdampfen des Öles, Aufheizen des Öldampfes und
der Spaltungsprodukte auf die Reaktionstemperatur, und die für die Durchführung
der endothermen Reaktionen erforderliche Wärme wird durch die Abkühlung des heißen
Gemisches auf die Reaktionstemperatur gewonnen, welche wiederum auf die gewünschte
Zusammensetzung bzw. den Wärmewert des zu erzeugenden Ölgases eingestellt wird.
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Jeder Brennstoff, wie Brenngase, pulverisierter Brennstoff oder auch
ein Teil des erzeugten Ölgases, das im Kreislauf in das Verfahren zurückgegeben
wird, kann dabei verwendet werden. Vorzugsweise
wird Brennöl, vorteilhafterweise
Erdöl, angewendet und dieses mit Sauerstoff oder mit an Sauerstoff angereicherter
Luft verbrannt; der Sauerstoff wird dem Brennstoff entweder vor der Verbrennung
bereits zugegeben oder aber die Verbrennung in mit Sauerstoff angereicherter Luft
durchgeführt.
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Es können ein, mehrere oder auch alle für die Herstellung von Ölgas
erforderlichen Reaktionsteilnehmer, nämlich Brennstoff, Sauerstoff und Wasserdampf
vorzugsweise im Wärmeaustausch mit dem erzeugten Ölgas vorgewärmt werden.
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Als Mineralöl kommt ein Destillat-, ein Rückstands-oder Rohöl in Frage.
Ein Destillatöl kann verdampft und bis auf die Reaktionstemperatur vorgewärmt werden,
ehe es mit dem aus überhitztem Wasserdampf und Verbrennungsprodukten bestehenden
Gemisch zur Reaktion gebracht wird. Ein Rückstands- oder Rohöl kann in einem gewissen
Grade, jedoch nicht bis auf die Temperatur, bei welcher eine Ablagerung von Kohlenstoff
stattfindet, vorgewärmt werden und dann in atomisierter Form in das heiße Gemisch
eingeführt werden.
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Das erzeugte Ölgas ist mit einer beträchtlichen Menge nicht umgesetzten
Dampfes gemischt. Ein Teil des Gases kann im Kreislauf als Brennstoff wieder in
das Verfahren zurückgeführt werden, und zwar vor oder nach einer Kühlung des Gases,
die man zur Kondensation des Begleitdampfes vornimmt.
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Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung dient ein Gasgenerator,
der erfindungsgemäß im wesentlichen aus einer schachtartigen, mit einem feuerfesten
oder isolierenden Werkstoff ausgekleideten Kammer besteht, die an einem Ende einen
Einlaß für den Dampf, im Inneren nahe beim Dampfeinlaß einen Brenner, und am anderen
Ende einen Einlaß für Mineralöl aufweist, der zwischen dem Brenner und einem Auslaß
für das erzeugte Gas liegt, und die ferner einen Einlaß für ein sauerstoffreiches
Gasgemisch am oder in der Nähe des Brenners hat.
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Der für die Ableitung des erzeugten Gases dienende Auslaß kann an
dem dem Dampf einlaß gegenüberliegenden Ende der Kammer vorgesehen sein ; und der
Einlaß für das Mineralöl besteht aus einer Leitung für dampfförmiges Mineralöl und
einer innerhalb der Kammer liegenden Düse; der Auslaß kann aber auch eine Verbindung
mit einer zweiten Kammer bilden. die vorzugsweise die Form eines mit feuerfester
Auskleidung versehenen Rohres hat, in welchem in der Nähe dieser Verbindung eine
Sprühdüse für den Einlaß von Öldampf vorgesehen ist; der Auslaß für das erzeugte
Gas befindet sich an dem dieser Düse gegenüberliegenden Ende des Rohres.
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Die Kammer ist nach einer Ausführungsform der Erfindung vertikal angeordnet,
und der Dampfeinlaß und der Brenner befinden sich am oder in der Nähe des unteren
Endes der Kammer. Der Brenner kann aber auch durch die Decke der Kammer gehen und
der Dampfeinlaß in der Nähe des oberen Endes und der Einlaß für das dampfförmige
Mineralöl am unteren Ende der Kammer liegen.
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Eine Leitung zum Zuführen von sauerstoffreichem Gas kann so gelegt
sein, daß dieses zum Brennstoff kommt, bevor dieser aus dem Brenner austritt. Es
kann aber auch ein Einlaß für das sauerstoffreiche Gas in der Nähe des Brenners
vorgesehen sein.
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Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignete Generatoren
sind als Beispiel in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen die Fig. 1, 2 und
3 Schnitte von drei erfindungsgemäßen Generatoren - in schematischer Darstellung.
Gemäß Fig. 1 ist eine mit einem feuerfesten und isolierenden Werkstoff ausgekleidete
schachtartige Kammer 1 am Boden mit einem Verbindungsstutzen 2 zum Einlaß von Dampf,
am Kopf mit einem Verbindungsstutzen 3 und etwas oberhalb des Dampfeinlasses 2 mit
einem Brenner 5 versehen; durch die Decke der Kammer geht ferner der Einlaß 4 für
dampfförmiges Mineralöl.
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Brennstoff gelangt durch eine Leitung 6 und sauerstoffreiches
Gas durch eine Leitung 7 zum Brenner 5. Das mit einer Düse versehene Ende der Leitung
7 ragt in das Brennerrohr hinein; Brennstoff und sauerstoffreiches Gas mischen sich
im Brennstoffrohr und verbrennen am Ausgang des Brenners 5 in einem Wasserdampfstrom,
der aus dem Stutzen 2 kommt und in der Kammer 1 nach oben strömt.
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Durch die heißen Verbrennungsgase wird der Dampf auf ungefähr 1200°
überhitzt; das Gemisch aus überhitztem Dampf und Verbrennungsprodukten steigt in
der Kammer nach oben, in der es sich mit dem durch den Einlaß 4 eintretenden, nach
abwärts strömenden dampfförmigen Mineralöl mischt und schnell unter Bildung von
Gasöl reagiert, das die Kammer 1 durch den Verbindungsstutzen 3 verläßt.
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Gemäß Fig. 2 ist das obere Ende der Kammer 1 durch eine Leitung 9
mit einem senkrechten Rohr 10 verbunden, in dessen oberes Ende der für das Mineralöl
vorgesehene, mit einer Atomisierspritzdüse 8 versehene Einlaß 4 hineinragt. Konzentrisch
zum Brennrohr liegt die Leitung 6 für die Brennstoffzufuhr; ein sauerstoffreiches
Gas wird durch die Leitung 7 in den Brenner 5 geführt, in welchem es im Ringraum
zwischen der inneren Leitung 6 und dem Brennrohr strömt und sich am Auslaß, wo die
Verbrennung stattfindet, mit dem Brennstoff mischt.
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Das Gemisch aus überhitztem Dampf und Verbrennungsgasen strömt in
der Kammer 1 nach oben und gelangt durch die Leitung 9 in das Rohr
10, in das oben durch dieLeitung 4 und dieDüse 8 Mineralöl in das heiße Gemisch
aus Dampf und Verbrennungsprodukten nach abwärts gespritzt wird; das erzeugte Olgas
verläßt das Rohr 10 unten durch die Leitung 3.
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Gemäß Fig. 3 ist der Einlaß 2 für den Dampf am oberen Ende der Kammer
1 vorgesehen, und der Brenner 5 geht durch die Decke der Kammer. Der Auslaß 3 für
das erzeugte Gas liegt in der Nähe des Bodens der Kammer; auf der gegenüberliegenden
Seite der Kammer befindet sich der mit einer Atom!-Bierdüse 8 versehene Einlaß 4
für das Mineralöl.
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Das Gemisch aus überhitztem Dampf und Verbrennungsprodukten strömt
durch die Kammer nach unten und begegnet, wenn es sich dem Boden der Kammer nähert,
im Gegenstrom dem verspritzten Öl. Die endothermische Reaktion findet in der Berührungszone
zwischen überhitztem Wasserdampf und atomisiertem 01 statt, und das erzeugte Gas
verläßt die Kammer durch den Auslaß 3.
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Das erzeugte Olgas kann durch einen oder mehrere Abhitzekessel und/oder
durch Wärmeaustauscher geleitet werden, um einen oder alle Reaktionsteilnehmer vorzuwärmen.
Ein Teil oder auch das gesamte Gas kann, nachdem es durch Wärmeaustauscher und gegebenenfalls
auch durch Abhitzekessel gegangen ist, durch einen Wäscher geleitet und dann in
Kondensatoren geführt werden, in denen Dampf und gegebenenfalls auch Teer kondensiert
werden. Kondensierter Teer kann als Brennstoff für das Verfahren der Erfindung Anwendung
finden. Nach dem Verlassen der Kondensatoren kann das Gas gereinigt und unmittelbar
zur Verteilung gelangen; Gasbehälter sind
nicht erforderlich, da
das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird. Das die Kondensatoren verlassende
Gas kann von Teer, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxyd, organischen Schwefelverbindungen
und Naphthalin in bekannter Weise gereinigt werden.
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Wenn man für das Verfahren der Erfindung einen festen Brennstoff in
pulverisierter Form verbrennt, wird das erzeugte Ölgas zweckmäßigerweise zunächst
zur Entfernung von Asche durch einen oder mehrere Zyklone geleitet.
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Das Verfahren der Erfindung hat den Vorteil, daß es nicht nur kontinuierlich,
sondern auch unter hohem Druck von beispielsweise 20 Atmosphären durchgeführt werden
kann, wenn Wasserdampf mit entsprechend hohen Drücken vorliegt. Flüssiger Brennstoff
kann zu dem Brenner gepumpt und unter hohem Druck stehendes Sauerstoffgas läßt sich
vorteilhafterweise dadurch gewinnen, daß man flüssigen Sauerstoff durch einen Erhitzer
verdampft; Mineralöl kann ebenfalls in den Gaserzeuger gepumpt werden. Das anfallende,
unter hohem Druck stehende Ölgas läßt sich über lange Entfernungen verteilen, ohne
daß wie bei bekannten Verfahren erforderliche Kompressoren erforderlich sind, die
einen erheblichen Kraftaufwand bedingen; die diskontinuierlich im Wechsel der Hitze-bzw.
Gaseperiode arbeitenden Verfahren sind für hohe Drücke nicht geeignet.
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Die Umsetzung zwischen dem überhitzten Dampfgemisch und dem Mineralöl
findet sehr schnell statt, und, wie gefunden wurde, wird das Absetzen von Kohlenstoff
praktisch vermieden, da die Umsetzung im wesentlichen nicht in Berührung mit heißen
festen Flächen, sondern außerhalb solcher stattfindet. Hier liegt einer der wesentlichsten
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zur Erzeugung von Ölgas mit einem hohen Wärmewert und einer niedrigen
Dichte muß ein mehr oder weniger reiner handelsüblicher Sauerstoff mit einem Gehalt
von 90% oder mehr zur Verbrennung des Brennstoffes in dem Wasserdampfstrom verwendet
werden, da sonst Stickstoff, der die hauptsächliche Verunreinigung des Sauerstoffes
darstellt, in das Ölgas gelangt und dieses verdünnt, wodurch der Wärmewert erniedrigt
und die Dichte des Gases gesteigert wird.
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Wenn jedoch ein Gas mit niedrigem Heizwert und hoher Dichte erzeugt
werden darf, kann eine Mischung von Luft und Sauerstoff, beispielsweise eine Mischung,
die 50% Sauerstoff enthält, zur Verbrennung des Brennstoffes eingesetzt werden.
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Das nach dem Verfahren der Erfindung erzeugte Ölgas kann einen niedrigen
Wärmewert von ungefähr 4450 kcal/cbm (bei 30" Hg und 15,6° gesättigt) haben und
als Ersatz für ein Kohlendestillationsgas verwendet werden, oder es kann auch einen
hohen Wärmewert von rund 8900 kcal/cbm besitzen und als Ersatz für natürliches oder
ölraffinationsgas benutzt werden.
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Das nach dem Verfahren der Erfindung erzeugte Gas kann ferner einen
hohen Gehalt an Olefinen von 20% und mehr haben, und Olefinen können nach bekannten
Verfahren aus dem Gas abgeschieden und zur Herstellung von Olefinderivaten Verwendung
finden.