DE2542842C3 - Verfahren zur Herstellung von Petrolkoks mit ausgezeichnet1™·"11'11"11 Gefüge und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Petrolkoks mit ausgezeichnet1™·"11'11"11 Gefüge und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines Petrolkokses mit unüblich hochkristallinem Gefüge und hoher Reinheit aus einem Petroleumausgangsmaterial
mit niedrigem Schwefelgehalt in Form von unverändertem Rohöl mit niedrigem Schwefelgehalt,
Destillationsrückstand, Crackrückstand oder deren Äquivalenten durch verzögerte Verkokung sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahrer, verwendeten
Destillationsrückstände können ein Rückstand der ersten Destillation oder ein Vakuumrückstand oder
ein Rückstand aus dem katalytischen oder thermischen Cracken von Petroleum bzw. Erdöl sein.
Es gibt zwei Arten von Verkokungsprozessen, welche allgemein so bezeichnet werden, nämlich das verzögerte
Verkoken und das Fluidverkoken, welche für die Herstellung von Petrolkoks in großem Maßstab
eingesetzt wurden. Beide Verkokungsverfahren wurden zunächst mit der Absicht entwickelt, von Rückständen
der ersten Destillation oder Vakuumrückständen durch Erhitzen leicht als Koks verkokbare Substanzen zu
entfernen, wodurch flüssige Kohlenwasserstoffe erhalten wurden, so daß der Koks ein Nebenprodukt war.
Solcher Petrolkoks kann in den meisten Fällen als Brennstoff in Kraftwerken und in anderen Anlagen
ähnlich wie Kohle verwendet werden. Jedoch können bestimmte Petrolkokse mit hoher Qualität, z. B. die aus
Petroleumrückständen mit niedrigem Schwefelgehall unter bestimmten Bedingungen hergestellten Petrolkokse,
anstelle von Pechkoks, der aus Kohlenpech abstammt, verwendet werden. So ist ein Petrolkoks
hoher Qualität, ein sogenannter »premiumgeade-Koks« ein wichtiger Material zur Herstellung von Graphitelektroden,
die beim Schmelzen von Aluminium und Eisen in Elektroöfen verwendet werden.
Es ist allgemein bekannt, daß ein Koks, welcher als Material für die Herstellung von Graphitelektroden
geeignet ist, die bei der Stahlherstellung in Elektroöfen eingesetzt werden, sich allgemein dadurch auszeichnet,
daß er einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE)und einen niedrigen, spezifischen, elektrischen
Widerstand aufweist, daß er Beugungslinien als Folge des Vorhandenseins von Kristallen bei der Röntgenbeugung
zeigt und daß er ein gut gewachsenes und in einer Richtung orientiertes, kristallines Gefüge, d. h. eine
sogenannte nadeiförmige Struktur, bei der Beobachtung mit dem bloßen Auge oder mit einem Mikroskop besitzt.
Weiterhin ist es bekannt, daß die Auswahl des als Ausgangsmaterial verwendeten schweren Petroleumrückstandes
oder schweren ölrückstandes am wichtigsten ist, um einen Koks mit nadelähnlicher Struktur
herzustellen, d. h. das Ausgangsmaterial sollte ein Material sein, das nur geringe oder gar keine Mengen
von nichtkristallinen Kohlenstoff bildenden Substanzen (welche im folgenden als nichtkristalline Substanzen
bezeichnet werden) aufweist, oder es sollte ein Material sein, aus welchem nichtkriitalline Substanzen im
wesentlichen durch irgendeine geeignete Behandlung entfernt worden sind.
In neuerer Zeit wurde bei der Stahlherstellung im Elektroofen ein Ultrahochleistungsbetrieb (UHP) anstelle
des Hochleistungsbetriebes (HP), wie er bislang verwendet wurde, angewandt, und diese Tendenz ist für
die Stahlherstellung unter Verwendung von Eisenpellets vorteilhafter. Daher sind die Anforderungen an die
Leistungsfähigkeit von Graphitelektroden notwendigerweise strenger geworden. Die Qualität der
Graphitelektroden hängt in erster Linie von der Qualität des Kokses ab, aus welchem die Elektroden
hergestellt werden, und daher ist die Verbesserung der Qualität von sogenannten erstklassigem Koks oder
»premiumgrade-Koks« derzeit äußerst wichtig und auf dem Fachgebiet äußerst erwünscht.
Aus der DT-AS 21 17 691, der DT-OS 23 17 394 und der DT-OS 20 24 804 sind bereits Arbeitsweisen zur
Herstellung von Petrolkoks durch verzögertes Verkoken bekannt, im Gegensatz zu diesem vorbekannten
Arbeitsweisen erfolgt jedoch bei dem erfindungsgemä-Ben Verfahren in einer ersten Stufe die Entfernung von
nichtkristallinen Substanzen aus dem Petroleumausgangsmaterial
und außerdem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Verkoken in den Verkokungstrommeln in besonderer Weise durchgeführt, so daß ein
hochkristallLner Petrolkoks mit besonders vorteilhaften
Eigenschaften erhalten werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung eines
Petrolkokses mit höherer Qualität als derjenigen des sogenannten premiumgrade- Kokses, wobei eine hohe
Reproduzierbarkeit und Stabilität bei der Herstellung in großem Maßstab gegeben sind, und wobei dieser
Petrolkoks als Material zur Herstellung von Graphitelektroden geeignet sein soll, die in Elektroöfen zur
Stahlherstellung unter UHP-Betriebsbedingungen verwendet werden sollen.
Es gibt mehrere Faktoren, die als wesentliche Merkmale angesehen wurden, um die Qualität des
Kokses abzuschätzen, der für die Herstellung von Graphitelektroden geeignet sein soll, die bei der
Stahlherstellung in F! ktroöfen unter LWP-Betricbsbedingungen
angewendet werden. So wird allj: .'mein
anerkannt, daß ein für eine solche Anwendung vorgesehener Koks eine nadelähnliche Struktur, einen
niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTf-Wert), einen niedrigen, spezifischen elektrischen Widerstand
und Beugungslinien von Kristallen bei der Röntgenbeugung besitzen sollte, wobei der CTE-Wert
das wichtigste Maß ist. Bislang gibt es jedoch keine Untersuchungsmethode zur Bestimmung von allen oben
angegebenen Faktoren, die anerkannt oder festgelegt worden wäre, und die Einstufungen oder Interpretationen
der entsprechenden, so bestimmten Werte stimmen nicht notwendigerweise miteinander überein. Daher
kann angenommen werden, daß die Qualifikation des Petrolkokses auf Grundlage der obengenannten Faktoren
nicht notwendigerweise einwandfrei ist.
Da es jedoch wesentlich für ein Maß oder ein Kriterium der Qualität des Kokses ist, gleichzeitig nicht
nur den Wert der Wärmeausdehnung sondern auch die Quetschfestigkeit der Koksteilchen, die Kristallgröße,
den Orientierungsgrad und dergleichen anzuzeigen, wurden Untersuchungen angestellt, ein neues Kriterium
aufzufinden, durch welches die Qualität von für die Herstellung von Elektroden vorgesehenem Koks
einwandfrei abgeschätzt werden kann. Es wurde gefunden, daß ein solches Kriterium der Wert des
»maximalen magnetischen Widerstandes in Querrichtung« am geeignetsten ist, zusätzlich zu oder anstelle
von dem Wert des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE). Je höher der Wert des maximalen magnetischen
Widerstandes in Querrichtung ist, um so besser sind das Kristallwachstum, das Ausmaß der Orientierung und die
Schichtfolge, wobei alle diese Erscheinungen die <,o Qualität des Kokses entscheidend bestimmen.
Der maximale magnetische Widerstand in Querrichtung (Δρ/ρ) Tm3, wird wie folgt definiert:
υ Η
worin ρ0 der spezifische elektrische Widerstand ohne
magnetisches Feld und qH der spezifische elektrische Widerstand unter einem magnetischen Feld sind. Die
Meßbedingungen sind folgende:
magnetisches Feld 10 kGauß
Temperatur (flüssiger Stickstof Q 77° K
Das magnetische Feld wird in senkrechter Richtung zu der Probe angelegt Die Einzelheiten der Messungen
beruhen auf der Methode von Yoshihiro H i s h i y a m a et al. in Japanese Journal of Applied Physics, 10(4),
(1971),S.416-420.
Es ist bekannt, daß der Wert des maximalen magnetischen Widerstandes am höchsten im Fall eines
einzelnen Graphitkristalles ohne Fehler bei einem konstanten magnetischen Feld ist, und daß er beträchtlich
mit der Zunahme an Fehlern abnimmt und daß der Wert unabhängig von der Gestalt der Probe ist.
Es wurden im einzelnen die Beziehungen des maximalen magnetischen Widerstandes in Querrichtung
zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE), dem Koeffizienten der kubischen Ausdehnung (CCE) und
dem spezifischen elektrischen Widerstand untersucht, wobei alle Größen an Proben in Form von Kunstgraphitgegenständen
gemessen wurden, und es wurde gefunden, daß der Wert des maximalen magnetischen Widerstandes in Querrichtung um so höher ist, je
niedriger die Werte für CTf, CCE und spezifischem elektrischem Widerstand sind. Weiterhin zeigten
Betrachtungen der Mikrofotografien im Abtastelektronenmikroskop und im Polarisationsmikroskop, daß das
kristalline Gefüge des Kokses ein höheres Wachstum, eine bessere Orientierung und eine höhere Schichtstapelung
zeigt, wenn der Wert des maximalen magnetischen Widerstandes in Querrichtung zunimmt. Da der
Wert des maximalen magnetischen Widerstandes in Querrichtung eine gute Übereinstimmung und Korrelation
mit den Werten von CTE, CCE und spezifischem elektrischen Widerstand und ebenfalls mit dem Kristallgefüge
zeigt, wird dieser Wert als vernünftiges Kriterium angewandt, um die Einstufung des zur
Herstellung von Grarhitelektroden zu verwendenden Kokses durchzuführen.
Die Messung des maximalen magnetischen Widerstandes in Querrichtung des Kokses wurde an einer
Probe durchgeführt, die durch Calcinieren eines Grünkokses bei 14000C für drei Stunden, Pulverisieren
des calcinierten Kokses zu Teilchen mit Teilchenfraktionen von 0,42 bis 0,21 mm und von 0,15 mm und kleiner,
Vermischen von 40 Teilen der Fraktion 0,42 bis 0,21 mm,
60 Teilen der Fraktion 0,15 mm+ und 30 Teilen Kohleteerpech, Kneten des Gemisches bei 170°C,
Extrudieren der gekneteten Masse zu einem Stab von 20 mm Durchmesser und 200 mm Länge, Brennen des
Stabes bei 1000°C für drei Stunden und dann bei 2700°C
für eine Stunde zum Graphitieren, sowie Herausschnei den von Proben von bestimmter spezifischer Größe und
Gestalt hergestellt wurden.
Es wurde gefunden, daß der gemäß der Erfindung — wie im folgenden noch beschrieben — hergestellte
Petrolkoks einen Wert des maximalen magnetischen Widerstandes in Querrichtung von höher als 16,0%
besitzt, gemessen unter den oben angegebenen Bedingungen, und ein Wert von höher als 50%,
gemessen in Form eines graphitierten Kokses, hergestellt durch Graphitieren des calcinierten Kokses bei
27OO°C tür eine Stunde, und daß dieser Petrolkoks eine
ungewöhnlich hochkristalline Textur und einen silberar-
tigen, weißen, metallischen Glanz hinsichtlich seines Aussehens besitzt, und daß ein solcher Koks sehr
geeignet als Material für die Herstellung von Graphitelektroden ist, welche bei der Stahlherstellung in
Elektroofen unter Ultrahochleistungsbedingungen verwendet werden sollen. Soweit bislang bekannt, ist ein
solcher hochkristalliner Petrolkoks, wie er erfindungsgemäß hergestellt wird, bislang nicht im Handel
erhältlich. Die besten Sorten von im Handel erhältlichen Petrolkoks, wobei es sich hier um sogenannten
premiumgrade-Koks handelt, ergaben nach den oben angegebenen Meßmethoden einen Wert des maximalen
magnetischen Widerstandes in Querrichtung von etwa 6 bis 10%, während der sogenannte Petrolkoks üblicher
Qualität (regulargerade-Petrolkoks) einen Wert von etwa 3 bis 6% besitzt. In der folgenden Zusammenstellung
ist die Beziehung zwischen dem maximalen magnetischen Widerstand in Querrichtung und dem
Wärmeausdehnungskoeffizienten in Richtung parallel zur Extrusion von diesen Arten von Petrolkoks,
gemessen in Form von Kunstgraphitgegenständen, angegeben:
Maximaler | Wärmeaus |
magnetischer | dehnungs- |
Widerstand | koeffizient |
in Quer | (bei 100 bis |
richtung | 4000C) |
(IO kGauss, | |
77° K) | |
(0/0) | (· 10-VC) |
Hochkristalliner Koks >16
Premiumgrade-Koks 6—10
Regulargrade-Koks 3—6
Premiumgrade-Koks 6—10
Regulargrade-Koks 3—6
1,0-1,2
Es ist bereits bekannt, daß folgende Maßnahmen im wesentlichen erforderlich sind, um einen Petrolkoks mit
hoher Qualität, d. h. dem sogenannten premiumgrade-Koks, herzustellen, der als Material für die Herstellung
von Graphitelektroden hoher Qualität geeignet ist:
(1) Das Ausgangsmaterial muß einen niedrigen Schwefelgehalt besitzen;
(2) Der Gehalt an Leichtölfraktionen und die Menge an Dampf oder Inertgasen, welche in die Verkokungstrommel
zur Verdünnung des Materials eingeblasen werden, sollte so gering wie möglich
sein, so daß ein übermäßiges Inbewegunghalten oder Rühren der Reaktionsmasse während der
Reaktion des verzögerten Verkokens vermieden wird;
(3) Das Ausgangsmaterial sollte ein Material sein, das nur wenig oder geringe Mengen an nichtkristallinen
Substanzen enthält oder ein Material, aus welchem nichtkristalline Substanzen durch irgendeine
geeignete Behandlung praktisch entfernt worden sind.
60
Als Ergebnis zahlreicher Untersuchungen an den wesentlichen Faktoren von Petrolkoks, der als Material
zur Herstellung von Graphitelektroden hoher Qualität geeignet ist, wurde gefunden, daß das wesentlichste,
fundamentale Erfordernis für einen Petrolkoks darin liegt, daß er eine stark gewachsene und orientierte
kristalline Textur in einer Richtung mit minimalem Gehalt an nichtkristallinen Substanzen und Fremdbestandteilen
aufweist, weiterhin daß es zur Herstellung eines solchen hochkristallinen Kokses am wesentlichsten
ist, die die koksbildende Reaktion unter solchen Bedingungen auszuführen, daß die Ausbildung und das
Wachstum von Kokskristallen bei einem minimalen Inbewegunghalten bzw. Rühren oder Stören des
Reaktionssystems durchgeführt wird, wodurch das Wachstum und die Orientierung der gebildeten
Kokskristalle gefördert werden.
Es sind bereits verschiedene Arbeitsweisen zur Entfernung von nichtkristallinen Substanzen aus Petroleummaterialien
mit der Absicht zur Herstellung eines erstklassigen Petrolkokses oder eines Petrolkokses
höherer Qualität vorgeschlagen worden, z. B. eine Arbeitsweise, bei welcher das Petroleummaterial bzw.
ölmaterial durch eine Vorerhitzung in Anwesenheit oder Abwesenheit eines Katalysators behandelt wird,
woran sich die Entfernung eines Teiles des Materials vor dem Verkoken anschloß, und eine Arbeitsweise, bei
welcher das Petroleummaterial einem verzögerten Verkoken in zwei Stufen unterzogen wird. Soweit
jedoch bekannt, wurde ein Koks mit hoher Qualität, wie er gemäß der Erfindung erhalten werden kann, und der
als hochkristalliner Koks bezeichnet wird, bislang niemals erhalten, möglicherweise als Folge der Schwierigkeit
zur Erzielung einer vollständigen und wirksamen Entfernung von nichtkristallinen Substanzen vor dem
Verkoken.
Weiterhin wurden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Nachteile der Methode der verzögerten
Verkokung selbst beachtet, um einen hochkristallinen Koks herstellen zu können. Wie an sich bekannt, wird
bei der Methode der verzögerten Verkokung ein Petroleum-Einsatzmaterial, das auf eine für die Verkokung
erforderliche Temperatur erhitzt wurde, in den Boden einer wärmeisolierten Verkokungstrommel eingeführt
und hierin gehalten, um die Koksbildung durchzuführen. Bei dieser Methode wird die Verkokungsreaktion
einschließlich des Crackens, der Polymerisation und der Kondensation, unter solchen Bedingungen
durchgeführt, daß das pechähnliche Schweröl, welches hierbei gebildet wird, durch frisch eingefülltes
Material und durch Leichtöl, das bei dem Crackvorgang des Schweröles während dem Verkoken gebildet wird,
gerührt, verdünnt und verunreinigt wird, und zwar unter Bedingungen eines merklichen Inbewegunghaltens bzw.
Rührens oder Störens, die in der Trommel auftreten, so daß hinsichtlich der Erzielung des Wachstums und der
Orientierung der gebildeten Kokskristalle Schwierigkeiten auftreten. Weiterhin verändert sich die Qualität
des Kokses mit seiner Lage in der Verkokungstrommel, da das frisch eingefüllte Material nach oben durch den
bereits gebildeten Koks in der Verkokungstrommel durchgeführt wird, wobei während dieser Durchführung
das frisch eingefüllte Material zu einem gewissen Ausmaß verkokt wird und auf diese Weise die
Konzentration des Kokses im unteren Teil der Trommel höher und im oberen Teil der Trommel niedriger ist Als
Regel gilt, daß der im unteren Teil der Trommel erhaltene Koks bessere mechanische Festigkeit jedoch
schlechtere CTE-Werte besitzt als der Koks, der in dem höheren Teil der Trommel erhalten wurde. Hieraus
wurde geschlossen, daß das System der verzögerten Verkokung nicht geeignet ist, um einen hochkristallinen
Petrolkoks herzustellen, selbst wenn ein gut geeignetes Ausgangsmaterial verwendet wird, und zwar wegen der
Schwierigkeiten bei der Durchführung der Verkokungsreaktion unter idealen Bedingungen.
Unter diesen Umständen wurde versucht, ein neues Verfahren zur Entfernung von nichtkristallinen Substanzen
aus Ausgangsmaterialien und eine neue Art von Verkokungstrommel zu finden, das/die die Durchführung
der Verkokungsreaktion einschließlich der BiI-dung, des Wachstums und der Orientierung der
Kokskristalle unter Bedingungen einer hohen Konzentration von koksbildenden Substanzen und einem
minimalen Inbewegunghalten bzw. Rühren des Reaktionssystems möglich macht. Zur Entfernung von
nichtkristallinen Substanzen wurden die Einzelheiten der Einflüsse der Art der Ausgangsmaterialien und der
Bedingungen der Verkokungsreaktion einschließlich der Temperatur, des Druckes und der Zeit auf die
Ausbeute und die Eigenschaften des erhaltenen Kokses untersucht, und hinsichtlich der Verkokungstrommel auf
die Ausschaltung des Inbewegunghaltens bzw. Rührens oder des Störens des Reaktionssystems als Folge der
Einführung von frischem Einsatzmaterial und der Konvektionsströmung, welche eine Verhinderung des
Wachstums und der Orientierung der Verkokungskristalle ergeben könnten. Die Erfindung ist daher eine
Kombination der Ergebnisse dieser Untersuchungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Petrolkokses zeichnet sich dadurch aus, daß
25
a) das Ausgangsmaterial einer ersten Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 430 bis 5200C unter
einem Druck von 4 bis 20 Atü für 30 bis 500 Sekunden unterzogen wird, und danach die
nichtkristallinen Substanzen entfernt werden, und
b) die Verkokung der vorerhitzten Schwerölfraktion des Ausgangsmaterials mit abwärts gerichteter
Injektion unter Injizieren eines erhitzten Spülgases in Form von Dampf, gasförmigen Kohlenwasserstoffen
oder Inertgas mit geringer Geschwindigkeit von unten nach oben durchgeführt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Hitzebehandlung des Ausgangsmaterials in Anwesenheit
einer kleinen Menge einer basischen Verbindung in Form von Hydroxiden oder Carbonaten von Alkalioder
Erdalkalimetallen, insbesondere von Natriumhydroxid oder Natriumcarbonat, durchgeführt. Vorteilhafterweise
wird die basische Verbindung in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-°/o, bezogen auf das Ausgangsmaterial
verwendet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird im Anschluß an die erste Hitzebehandlung eine Kurzwegdestillation
durchgeführt, und es werden die nichtkristallinen Substanzen als Pech entfernt. Bei einer weiteren
vorteilhaften Ausführungsform wird im Anschluß an die erste Hitzebehandlung eine verzögerte Verkokung an
dem Material durchgeführt, und es werden die nichtkristallinen Substanzen als Koks entfernt
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Verkokungskristallisator zur Durchführung dieses Verfahrens,
bestehend aus einer senkrechten Trommel mit einem äußeren Heizmantel, einem Auslaß zur Abgabe von
gebildeten, gasförmigen Kohlenwasserstoffen im oberen Teil der Trommel, sowie Auslassen zur Entleerung
von gebildetem Koks im oberen und unteren Teil der Trommel, der gekennzeichnet ist durch ein in die
Trommel im oberen Teil eingeführtes Injektionsdüsenrohr zur abwärts gerichteten Injektion der zu
verkokenden Schwerölfraktion und eine im unteren Teil der Trommel angeordnete, mit einer Leitung und einem
Ventil versehene Injektionsdüse für das nach oben gerichtete Injizieren eines Spülgases.
Aus dem nach dem Abtrennen der nichtkristallinen Substanzen als Pech oder Koks erhaltenen Material
kann gegebenenfalls eine leichtere Fraktion oder können leichtere Fraktionen zur Gewinnung einer
Schwerölfraktion entfernt werden.
Unter dem in der Beschreibung mit Bezug auf den erfindungsgemäß erhaltenen Petrolkoks verwendeten
Ausdruck »ungewöhnlich hochkristallines Gefüge (Textur)« ist es zu verstehen, daß der Koks ein
höherkristallines Gefüge (Textur) besitzt als der sogenannte erstklassige (premiumgrade) oder nadelähnliche
Koks, und zwar sowohl hinsichtlich des Wachstums als auch der Orientierung der Kokskristalle,
und unter dem Ausdruck »hohe Reinheit« ist z>· verstehen, daß die Gehalte an Fremdmaterialien und an
nichtkristallinen Substanzen auf einem Minimum liegen.
Das Petroleumausgangsmaterial sollte ein Material mit niedrigem Schwefelgehalt sein. Für ein unverändertes
Rohöl sollte der Schwefelgehalt üblicherweise 0,4 Gew.-% oder weniger und vorzugsweise 0,25 Gew.-%
oder weniger betragen. Der Destillationsrückstand sollte aus einem unveränderten Rohöl, wie es zuvor
beschrieben wurde, mit niedrigem Schwefelgehalt stammen. Für einen Crackrückstand sollte der Schwefelgehalt
vorzugsweise 0,8% oder weniger betragen. Destillationsrückstände und Crackrückstände, welche
einen höheren Schwefelgehalt aufweisen, können gegebenenfalls verwendet werden, nachdem sie einer
Hydroentschwefelung zur Erniedrigung des Schwefelgehaltes auf dem gewünschten Wert unterworfen
worden sind. Beliebige andere Raffinerierückstände, die den oben beschriebenen Materialien äquivalent sind,
können gegebenenfalls eingesetzt werden.
Die Hitzebehandlung, welche die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, kann nach
jeder beliebigen Methode durchgeführt werden, welche zur Abtrennung und Entfernung von nichtkristallinen, in
dem Ausgangsmaterial enthaltenen Substanzen als Pech oder Koks geeignet ist. Eine besonders wirksame
Methode zu diesem Zweck besteht darin, das Ausgangsmaterial in einem Röhrenerhitzer unter bestimmten
kontrollierten Bedingungen für eine angemessene Zeit zu erhitzen und zu halten, wodurch ein Cracken und
Durcherhitzen des Materials bewirkt wird, und dann das Material einer Kurzwegdestillation oder Verkokung zur
selektiven Entfernung der nichtkristallinen Substanzen hieraus als Pech oder Koks zu unterziehen. Die
Bedingungen einer solchen Hitzebehandlung hängen hauptsächlich von der Art des Ausgangsmaterials ab.
Versuche haben gezeigt, daß die gewünschten Ergebnisse erreicht werden können, indem das Ausgangsmaterial
in einem Röhrenerhitzer auf eine Temperatur von 430 bis 520°C unter einem Druck von 4 bis 20 atü erhitzt
wird und anschließend das Material hierin auf dieser Temperatur für 30 bis 500 Sekunden gehalten wird.
Weiterhin wurde gefunden, daß die Anwesenheit einer kleinen Menge, vorzugsweise 0,5 bis 10 Gew.-°/o, eines
Hydroxids und/oder eines Carbonates eines Alkali- oder Erdalkalimetalls in dem Ausgangsmaterial die Wirksamkeit
der Abtrennung der nichtkristallinen Substanzen aus dem Material in der Hitzebehandlungsstufe
gemäß der Erfindung wesentlich verbessert, insbesondere wenn das Ausgangsmaterial ein Schweröl oder ein
Rückstand ist, und daß als Ergebnis hiervon der erhaltene Koks einen Wert des maximalen, magnetischen
Widerstandes in Querrichtung von mehr als 21% in Form eines Graphitgegenstandes und einen Wert
höher als 60% in Form von graphitiertem Koks aufwies.
Die Verkokungstrommel gemäß der Erfindung wurde als »Verkokungskristallisator« bezeichnet, da sie es
ermöglicht, ein ungewöhnlich hohes Wachstum und eine ungewöhnlich hohe Orientierung der Kokskristalle zu *>
erzielen.
Beim Betrieb können gasförmige Kohlenwasserstoffe aus der in den Verkokungskristallisator eingeführten
Schwerölfraktion im oberen Teil durch einen Auslaß hierfür unter minimalem Inbewegunghalten oder
Rühren innerhalb des Körpers, nämlich der Verkokungszone, abgegeben werden, und die zurückbleibenden
schweren Kohlenwasserstoffe können in der Verkokungszone nach unten strömen und werden hierin
fortschreitend in hoher Konzentration angesammelt is
und verkokt. Auf diese Weise kann ein !nbewegunghalten bzw. Rühren und eine Störung, die als Folge der
Freisetzung von gecrackten, leichten Kohlenwasserstoffen während der Koksbildungsreaktion und wegen der
Einführung des Materials auftreten könnten, auf ein ^o
Minimum herabgesetzt werden, und die Verkokungsreaktionen werden unter gut gesteuerten, optimalen
Bedingungen durchgeführt, so daß die Bildung und das Wachstum der Kokskristalle regelmäßig und fortschreitend
in Aufwärtsrichtung längs der senkrechten Achse des Kristallisators voranschreitet. Das Ergebnis ist, daß
eine Veränderung der Qualität des Kokses im Hinblick puf eine Änderung der Lage hiervon in dem
Kristallisator auf ein Minimum herabgesetzt werden kann. ^o
Die Innentemperatur des Verkokungskristallisators kann gut auf einem gewünschten Wert eingeregelt
werden, indem ein Heizmedium durch den Heizmantel des Kristallisators je nach den Erfordernissen zirkuliert
wird. Eine Spülgasinjektionsdüse ist im unteren Teil des Kristallisators, wie zuvor beschrieben, eingesetzt, um
nichtverkoktes öl und gecrackte Leichtölfraktionen auszutreiben. Um zu verhindern, daß diese Injektionsdüse
während der Verkokungsreaktionen verstopft wird, ist es erforderlich, kontinuierlich hierdurch eine kleine
Menge eines erhitzten Gases wie Dampf, gasförmigen Kohlenwasserstoffen und/oder Inertgas in einer solchen
geringen Geschwindigkeit hindurchzuleiten, daß das Inbewegunghalten bzw. Umrühren der Verkokungszone
auf ein Minimum herabgesetzt wird, jedoch ein Verstopfen dieser Düse vermieden wird.
Der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Koks ist von auffallend besserer Qualität als
irgendein beliebiger der bislang beschriebenen, zuvor erwähnten Petroleumkokse, und er zeichnet sich
insbesondere durch seine Werte des maximalen, magnetischen Widerstandes in Querrichtung von höher
als 16,0% gemessen bei 10 kGauß und 77° K in Form von Graphitgegenständen und von höher als 50%,
gemessen unter denselben Bedingungen in Form von graphitiertem Koks, aus.
Die Beobachtung der kristallinen Textur bzw. des kristallinen Gefüges des erfindungsgemäß erhaltenen
Kokses in Form eines graphitierten Kokses unter einem Abtastelektronenmikroskops und in einem Polarisationsmikroskop
bestätigte die bessere Qualität des Kokses.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert,- in der Zeichnung sind
Fig. la eine Reproduktion einer Mikrofotografie im
Polarisationsmikroskop bei 250facher Vergrößerung, aufgenommen an einem erfindungsgemäß hergestellten,
graphitierten Koks:
Fig. Ib eine Reproduktion einer Mikrofotografie, aufgenommen in einem Abtastelektronenmikroskop bei
lOOOfacher Vergrößerung an dem gleichen Koks wie in Fig. la;
F i g. 2a eine Reproduktion einer Mikrofotografie im Polarisationsmikroskop bei 250facher Vergrößerung,
aufgenommen an einem graphitierien Koks aus einem typischen premiumgrade-Petrolkoks, wie er im Handel
erhältlich ist;
F i g. 2b eine Reproduktion einer Mikrofotografie, aufgenommen in einem Abtastelektronenmikroskop bei
lOOOfacher Vergrößerung an dem gleichen Koks wie in Fig. 2a;
Fig. 3 ein Längsaufriß einer typischen Ausführungsform für den Verkokungskristallisator gemäß der
Erfindung; und
Fig.4 ein typisches Fließschema einer spezifischen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Typische Eigenschaften des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Kokses sind in der Tabelle
I zusammengestellt, und zum Vergleich hierzu sind die Eigenschaften eines typischen, im Handel erhältlichen
premiumgrade-Kokses in der Tabelle 11 angegeben.
Eigenschaften des nach dem erfindungsgemäßen Verfahrer,
erhaltenen Kokses
Graphitgegenstand
Graphitierungsbedingungen 27000C χ 1 h
Wärmeausdehnungskoeffizient in
Richtung parallel zur Extrusion (CTE) 25-1250C 0,25 χ 1OVC
100-4000C 0,83 χ 10V0C
Koeffizient der kubischen Ausdehnung (CCE)
130-300°C 6,63 χ 10-V0C
Maximaler magnetischer Widerstand
in Querrichtung 18,0%
Calcinierter Koks
Calcinierungsbedingungen 14000C χ 3 h
wirkliche Dichte 2,170 g/ccm
Zerdrückfestigkeit 61,8%
Wassergehalt 0,05 Gew.-%
Aschegehalt 0,05 Gew.-% Gehalt an flüchtigen Bestandteilen 0,43 Gew.-%
Gehalt an fixiertem Kohlenstoff 99,47 Gew.-%
Schwefelgehalt 0,45 Gew.-% Metallgehalt
Fe 6 Gew.-ppm
Ni 3 Gew.-ppm
V 4 Gew.-ppm
Cu 6 Gew.-ppm
Eigenschaften eines handelsüblichen premiumgrade-Kokses
Graphitgegenstand
Graphitierungsbedingungen 27000C χ 1 h
Wärmeausdehnungskoeffizient in
Richtung parallel zur Extrusion (CTE) 25—125°C 0,65 χ 10-6/°C
100-4000C 1.20 χ 10-VC
Koeffizient der kubischen Ausdehnung
(CCE)
(CCE)
130-3000C 10,7 χ 10""/0C
Maximaler magnetischer Widerstand
Maximaler magnetischer Widerstand
in Querrichtung 6,4%
CalcinierterKoks
Calcinierungsbedingungen 14000C χ 3h
wirkliche Dichte 2,124 g/ccm
Zerdrückfestigkeit 58,2%
Wassergehalt 0,07Gew. %
Aschegehalt 0,07 Gew.-%
Gehalt an flüchtigen Bestandteilen 0,44 Gew.-%
Gehalt an fixiertem Kohlenstoff 99,42 Gew.-%
Schwefelgehalt 0,23Gew.-%
Metallgehalt
Metallgehalt
Fe 15Gew.-ppm
Ni 11 Gew.-ppm
V 4 Gew.-ppm
Cu 10 Gew.-ppm
Die Zerdrückfestigkeit wurde nach folgender Arbeitsweise bestimmt: Etwa 30 g Grus aus calciniertem
Koks mit einer Größe von 4,00 bis 1,41 mm wurden in eine zylindrische Form aus rostfreiem Stahl mit einem
Innendurchmesser von 30 mm und einer Länge von 100 mm eingesetzt. Nach Einsetzen eines zylindrischen
Kolbenkopfes in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Koksgruses wurde eine Belastung bis zu einem \o
Druck von 100 atü hierauf für 30 Sekunden angelegt und die Belastung wurde weitere 30 Sekunden aufrechterhalten.
Der Koksgrus wurde dann aus der Form entnommen und auf Bestandteile mit einer Größe von
größer als 1,41 mm gesiebt. Der zurückbleibende Koksruß wurde ausgewogen. Das Verhältnis des
zurückbleibenden Koksrußes zu der Menge an ursprünglichem Ruß wird als Zerdrückfestigkeit in
Gew.-% angegeben.
Aufbau und Betriebsweise einer typischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verkokungskristallisators
werden im folgenden mit Bezug auf die F i g. 3 näher erläutert. Ein Schweröl für das Verkoken, das auf
450 bis 5500C erhitzt worden war, wurde kontinuierlich über die Leitung 9 und das Ventil 10 in den oberen Teil
eines Verkokungskristallisators 1, der mit einem Heizmantel 4 versehen war, mittels eines Injektionsdüsenrohres
11 eingeführt, wobei der Verkokungskristallisator
auf 410 bis 500° C und 4 bis 24 atü gehalten wurde. In dem Verkokungskristallisator wurde eine Fraktion
aus gasförmigem, leichtem Kohlenwasserstoff über die Leitung 14 und das Ventil 15 abgegeben, und
pechähnliche Schwerölfraktion strömte nach unten und sammelte sich fortschreitend hierin mit dem Voranschreiten
der Verkokungsreaktion an. Der untere Teil des Kristallisators war mit einer Spüldampfieitung 12
mit Ventil 13 versehen, durch weiche eine kleine Menge Dampf, gasförmigem Kohlenwasserstoff oder einem
Inertgas wie Stickstoff, erhitzt auf 400 bis 5000C, in den
Kristallisator eingeführt wurden, um ein Verstopfen der Leitung 12 zu vermeiden. Nachdem die Höhe des
angesammelten Kokses bis nahe an die Düse 11 reichte,
wurde die Einführung des Schweröles durch die Leitung 9 unterbrochen und die Menge des Hochtemperaturdampfes
durch die Leitung 12 erhöht um die restlichen, ölartigen Kohlenwasserstoffe aus den Kristallisator
auszutreiben. Nach dem Abschluß dieses Austreibens wurden die Flansche 2 und 3 geöffnet, durch welche der
gebildete Koks abgelassen wurde. Ein beliebiges Heizmedium kann verwendet werden, vorausgesetzt,
daß es die Temperatur im Innern des Kristallisators auf 410 bis 5000C zu halten vermag, z.B. geschmolzenes
Salz, Dampf und Kohlenwasserstoffe, wie aus dem Kristallisator abgegebene, gasförmige Kohlenwasserstoffe,
wobei diese über die Leitung 5 und das Ventil 6 in den Heizmantel 4 eingeführt werden. Selbstverständlich
ist der Heizmantel 4 mit einem hitzeisolierenden Material bedeckt, um die Abstrahlung von Wärme auf
ein Minimum herabzusetzen.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit Bezug auf die Fig.4 im folgenden
näher erläutert. Das Ausgangspetroleummaterial wird mittels einer Pumpe 17 gepumpt und durch die Leitung
iö in den Erhitzer 18 zum Vorerhitzen hiervon eingeführt, wobei es auf 430 bis 520° C unter 4 bis 20 atü
erhitzt wird und dann hierein auf dieser Temperatur für 30 bis 500 Sekunden gehalten wird, um ein Cracken und
ein Durcherhitzen herbeizuführen. Das auf diese Weise hitzebehandelte Material wird durch die Überführungsleitung 19 in die Hochtemperatur-Kurzwegdestillationskolonne
20 eingeführt, deren obere Tröge mit Maschendrahtrohlingen und dergleichen gepackt sind,
um zu vermeiden, daß Pech mit dem Destillat während der Kurzwegdestillation mitgerissen wird. Das Pech mit
einem Erweichungspunkt von 100 bis 240° C wird von dem Boden der Kolonne über die Leitung 21 mittels
einer Pumpe in geschmolzenem Zustand abgegeben, während die Bodentemperatur auf 380 bis 480°C unter
einem Druck von 2—10 atü gehalten wird. Gleichzeitig wird das Kurzwegdestillat am Kopf der Kolonne über
die Leitung 22 abgegeben und durch den Kühler 23 in die Trommel 24 überführt, in welcher kondensiertes Öl
gehalten wird, während die nichtkondensierte Fraktion aus gasförmigem Kohlenwasserstoff über die Leitung 25
in die Hauptfraktionierkolonne 31 im mittleren Teil hiervon eingeleitet wird. Alternativ kann das gesamte
Kurwegdestillat direkt über die Leitungen 50 und 25 in die Hauptkolonne 31 eingeführt werden. Das kondensierte
OI wird dann über die Leitung 26 in den Verkokungsvorerhitzer 27 geführt, worin es auf 450 bis
5500C erhitzt wird, und es wird über die Leitung 28 in
den Verkokungskristallisator 29a beim Kopf hiervon injiziert. In dem Verkokungskristallisator werden
entweder durch Verdampfen oder durch Cracken und Polykondensieren von pechähnlichem Schweröl gebildete,
gasförmige, leichte Kohlenwasse-stoffe wie auch eine kleine Menge von Dampf (oder gasförmigen
Kohlenwasserstoffen oder Inertgas) am Kopf des Kristallisators über die Leitung 30 abgegeben und in die
Hauptfraktioniersäule 31 an einem tieferen Punkt als demjenigen der Leitung 25 eingeführt Heizmedium
wird kontinuierlich durch den äußeren Mantel der Kristallisatoren 29a und 296 zirkuliert um die
Innentemperatur der Kristallisatoren auf 410 bis 500°C zu halten, wozu Heizmedium aus der Leitung 37 durch
die Trommel 32, die Leitung 33, den Erhitzer 34, die Leitung 35 und die Leitung 36 zurück zur Trommel 32
geführt wird. Diese Zirkulation gilt für geschmolzenes Salz als Keizmedium. Falls überhitzter Dampf als
Heizmedium verwendet wird, kann ein einfacheres System verwendet werden.
Alternativ können gasförmige, leichte Kohlenwasserstoffe, die aus der Leitung 22 (450 bis 550° C) oder aus
der Leitung 30 (430 bis 520° C) stammen, als Heizmedium für den Verkokungskristallisator verwendet
werden. Wenn der Verkolnmpskristallisator 29a mit
gebildetem Koks gefüllt ist, wird die Einführung von
Schwerölcharge zu dem Kristallisator 296 umgeschaltet, und der in dem Kristailisator 29a angesammelte
Grünkoks wird entleert. Ein Destillat mit einem Siedepunkt oberhalb vrn 2000C, das aus dem mittleren
Teil der Hauptkolonne 31 als Nebenschnitt entnommen wird, wird über die Leitung 38 in den Erhitzer 39 geführt,
wo eine Hitzebehandlung bei 500 bis 5500C unter Druck zui Bildung von Teer durchgeführt wird, und es wird
dann über die Leitung 40 zu der Hauptkolonne bei ι ο einem tieferen Punkt als demjenigen der Leitung 38
rückgeführt. Im Boden der Hauptkolonne 31 wird der teerreiche Bodenrückstand über die Pumpe 49 entleert
und über die Leitung 48 in den Verkokungsvorerhitzer 27 zusammen mit dem Kondensat des Kurzwegdestilla- is
tes, das aus der Leitung 26 kommt, eingeführt. Gas- und Gasolinfraktion, die am Kopf der Hauptkolonne
abgegeben werden, werden über die Leitung 41 und den Kühler 42 in das Aufnahmegefäß 43 geführt, wo die
Auftrennung von Gas und Flüssigkeit durchgeführt ^o wird, wobei das Gas über die Leitung 45 und die
Flüssigkeit über die Leitungen 44 und 46 als Rückfluß für die Hauptkolonne bzw. als Produkt entnommen werden.
In einigen Fällen kann ein Teil des Nebenschnittes 38 aus der Hauptkolonne über die Leitung 51 mit der
Saugseite der Pumpe 17 zur Verdünnung des Ausgangsmaterials vereinigt werden.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, wobei alle Angaben in Prozentsätzen
sich auf Gewicht beziehen, falls nicht anders angegeben ist.
Ein Crackrückstand, der 0,76% Schwefel enthielt und als Teerbodenprodukt bezeichnet wurde, erhalten als
Nebenprodukt beim konventioneilen, thermischen Crack von Gasöl zur Herstellung von Äthylen, mit den
in der Tabelle III angegebenen Eigenschaften wurde als Einsatzmaterial bzw. Ausgangsmaterial in diesem
Beispiel verwendet.
Das Einsatzmaterial wurde in einen Röhrenerhitzer mit 4mm Innendurchmesser und 6 mm Außendurchmesser
und 20 m Länge eingeführt, unter einem Druck von 4 atü auf 4900C erhitzt und hierin auf dieser Temperatur
für etwa 260 Sekunden gehalten. Das Einsatzmaieria! 4s
wurde dann in eine Hochtemperatur-Kurzwegdestillationskolonne eingeführt, die auf 4900C gehalten wurde,
und in der die Kurzwegdestillation des Einsatzmaterials durchgeführt wurde, um Destillat am Kopf der Kolonne
zu gewinnen und Pech am Boden der Kolonne in einer .so Menge von 20%, bezogen auf das Ausgangsmaterial, bei
einer Aufenthaltszeit von etwa 10 Minuten im Boden der Kolonne zusammen mit in einer Menge von 5,0%,
bezogen auf gleiche Grundlage, erzeugtem Gas abzuziehen. Das Destillat wurde dann durch einen
Röhrenerhitzer mit 4 mm Innendurchmesser, 6 mm AuBendurchmesser und 4 m Länge durchgeführt, um es
aus 450°C vorzuerhitzen, und es wurde dann unter einem Druck von 9,0 atü in einen mit Mantel versehenen
Verkokungskristallisator, wie er in der Fig.3 gezeigt fto
ist, im Oberteil hiervon injiziert, in welchem das pechähnliche Schweröl fortschreitend angesammelt und
verkokt wurde, während leichte, nicht verkokte Kohlenwasserstoffe am Kopf des Kristallisators abgegeben
wurden. <>s
Die Koksansbeute betrug 46,2%, bc/.ogen auf die
Füllung des Kristallisators (34,9%, bezogen auf Ausgangsmaterial).
Nebenprodukte der Verkokungsstufe waren 18,1% (13,6%) Crackgas, 1,1% (0,8%) Gaso;;i
(Benzin) mit einem Siedepunkt bis zu 2000C, 28,9°/ (21,6%) an Gasöl mit einem Siedepunktsbereich voi
200—3000C und 5,7% (4,3%) an Schweröl mit einen
Siedepunkt oberhalb von 3000C.
Die Eigenschaften des erhaltenen Kokses sind in de: Tabelle IV zusammengestellt. Insbesondere bemerkens
wert waren die Werte für CTE von 0,83 χ 10-'/0C be
100 bis 4000C, von CCE mit 6,63 χ 10"V0C bei 130 bii
3000C und des maximalen, magnetischen Widerstände;
in Querrichtung von 18,0%, gemessen immer in Forrr eines Graphitgegenstandes. Der Koks besaß eint
ungewöhnlich hochkristalline Textur und war üblichen premiumgrade-Koks offensichtlich überlegen.
Ein hydroentschwefeites Produkt mit 03% Schwefe (bezeichnet als entschwefeltes Teer) aus einem Crack
rückstand mit 1,05% Schwefel, der als Nebenproduk beim konventionellen thermischen Cracken von Gasö
zur Herstellung von Äthylen erhalten worden war wurde als Einsatzmaterial in diesem Beispiel eingesetzt
Die Eigenschaften des entschwefelten Teers sind in dei Tabelle III gezeigt.
Das Einsatzmaterial wurde in der gleichen Vorrich tung in gleicher Weise und unter den gleicher
Bedingungen wi. in Beispiel 1 behandelt. Bei dei
Kurzwegdestillationsstufe wurde Pech in einer Meng« von 7,8%, bezogen auf das Einsatzmaterial, zusammer
mit in einer Menge von 0,8%, bezogen auf gleiche Basis erzeugtem Gas entfernt. Die Koksausbeute betrug
22,8%, bezogen auf die Beladung des Kristailisator· (20,9%, bezogen auf Einsatzmaterial). Nebenprodukte
der Verkokungsstufe waren 13,1% (12,0%) Crackgas 1,9% (l,7%)Gasolin mit einem Siedepunkt bis zu 2000C
53,2% (48,6%) Gasöl mit einem Siedebereich von 20( bis 300°C und 9,0% (8,2%) Schweröl mit einerr
Siedepunkt oberhalb von 300° C.
Die Eigenschaften des erhaltenen Kokses sind in dei Tabelle IV zusammengestellt. Der Koks besaß eir
ungewöhnlich hochkristallines Gefüge und war äugen scheinlich einem premiumgrade-Koks überlegen.
Das Gasöl (200 bis 300°C-Fraktion), bezeichnet al:
Verkokungsgasöl, das als Nebenprodukt in der Verko kungsstufe von Beispiel 2 erhalten worden war und die
in der Tabelle III gezeigten Eigenschaften besaß, wurde in einer Menge von 1 kg/h in einen Röhrenerhitzer mil
einem Innendurchmesser von 4 mm, einem Außen durchmesser von 6 mm und einer Länge von 40 rr
eingeführt und hierin thermisch unter Bedingungen vor 5300C und 65 atü gecrackt, wobei die schwerer
Rückstände mit einem Siedepunkt oberhalb von 3000C als thermischer Teer entnommen und nicht umgesetzte«
öl in die thermische Crackung rückgeführt wurden. Aul diese Weise wurden 33,5% an Crackgas, 29,9% ar
Gasolin mit einem Siedepunkt bis 2000C und 36,6% ar thermischem Teer mit einem Siedepunkt oberhalb vor
3000C, bezogen auf Ausgangsöl, erhalten.
Der auf diese Weise erhaltene, thermische Teci wurde in den gemäß Beispiel 1 verwendeten Verkokungskristallisator
eingeführt und unter den gleicher Bedingungen wie in Beispiel 1 verkokt, wobei 47,3Ή
Koks und als Nebenprodukte 23,1% an Crackgas unc 29,6% an gecracktem öl, bezogen auf den thermischer
Teer, erhalten wurden. Die Eigenschaften des erhaltenen Kokses sind in der Tabelle IV gezeigt. Der Kok1
besaß eine ungewöhnlich hochkristalline Textur und war einem premiumgrade-Koks überlegen.
Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß 0,5%, bezogen auf das
Einsatzmaterial, an Natriumhydroxid mit dem Einsatzmaterial vor der Behandlung in Form einer wäßrigen
Lösung vermischt wurden. Bei der Kurzwegdestillationsstufe
wurde Pech in einer Menge von 29,9% zusammen mit 1,1% Gas entfernt Die Verkokungsstufe
ergab einen Koks in einer Ausbeute von 34,5%, bezogen auf eingefüllte Menge im Kristallisator (24,2%, bezogen
auf verwendetes Einsatzmaterial), sowie als Nebenprodukte 15,2% (10,6%) an Crackgas und 50,3% (35,1%) an
gecracktem öl.
Die Eigenschaften des erhaltenen Kokses sind in der Tabelle IV gezeigt. Der Koks besaß eine ungewöhnlich
hochkristalline Textur und war premiumgrade-Koks überlegen.
Ein Rückstand der ersten Destillation von Minas-Rohöl,
der die in der Tabelle ill gezeigten Eigenschaften besaß, wurde bei diesem Beispiel als Einsatzmaterial
verwendet.
Das Einsatzmaterial wurde in einen Röhrenerhitzer mit 4 mm Innendurchmesser, 6 mm Außendurchmesser
und 40 m Länge eingeführt und unter 20 atü auf 48O°C
erhitzt und hierin auf dieser Temperatur für etwa 190 Sekunden gehalten. Das auf diese Weise hitzebehandelte
Einsatzmaterial wurde in eine Hochtemperatur-Kurzwegdestillationskolonne
eingeführt und einer Kurzwegdestillation unter Bedingungen von 4000C und
0 atü unterworfen, um ein Destillat am Kopf der Kolonne zu gewinnen und Pech am Boden der Kolonne
in einer Menge von 10,7%, bezogen auf Einsatzmaterial,
bei einer Aufenthaltszeit von etwa 15 Minuten in dem Boden zusammen mit in einer Menge von 21,0%,
bezogen auf gleiche Basis, erzeugtem Gas abzuziehen. Das Destillat (68,3%, bezogen auf Einsatzrnalerial)
wurde durch den gleichen Röhrenerhitzer, wie er in Beispiel 1 verwendet wurde, durchgeleitet, um es auf
4500C vorzuerhitzen, und es wurde dann unter einem Druck von 9 atü in einen mit Mantel versehenen
Verkokungskristallisator, wie er in Beispiel 1 verwendet wurde, an dessen Oberteil injiziert, so daß ein
pechähnliches Schweröl sich allmählich und zunehmend ansammelte und verkokte, während leichte, nicht
verkokte Kohlenwasserstoffe am Kopf des Kristallisators abgegeben wurden.
Die Ausbeute des Kokses betrug 5,9%, bezogen auf eingefüllte Menge im Kristallisator (4,1%, bezogen auf
verwendetes Einsatzmaterial). Nebenprodukte der Verkokungvstufe waren 18,2% (12,4%) an Crackgas,
20,0% (13,6%) an Gasolin mit einem Siedepunkt bis zu 20O0C, 34,5% (23,6%) an Gasöl mit einem Siedebereich
von 200 bis 300°C und 21,4% (14,6%) an Schweröl mit einem Siedepunkt oberhalb von 3000C.
Die Eigenschaften des erhaltenen Kokses sind in der Tabelle IV gezeigt Der Koks besaß eine ungewöhnlich
hochkristalline Textur und war premiumgrade-Koks ίο überlegen.
Unverändertes Rohöl (Djatibarang virgin crude oil) mit den in der Tabelle III gezeigten Eigenschaften
wurde als Einsatzmaterial bei diesem Beispiel verwendet.
Das Einsatzmaterial wurde in einen Röhrenerhitzer mit einem Innendurchmesser von 4 mm, einem
Außendurchmesser von 6 mm und einer Länge von 40 m
zo eingeführt und unter 18 atü auf 4800C erhitzt und auf
dieser Temperatur für etwa 300 Sekunden gehalten. Das auf diese Weise hitzebehandelte Einsatzmaterial wurde
in eine Verkokungstrommel mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 1000 mm eingefüllt,
2s welche von außen durch einen elektrischen Widerstandsheizer
erhitzt wurde, und es wurde hierin bei 415°C unter 3 atü verkokt, um nichtkristalline, in dem
Einsatzmaterial als Koks enthaltene Substanzen zu entfernen. Die Menge des in dieser Stufe gebildeten
Kokses betrug 11,0 Gew.-%, bezogen auf Einsatzmaterial,
und es wurden gleichzeitig Crackgase in einer Menge von 10,8%, bezogen auf die gleiche Basis,
erzeugt.
Das Destillat aus dieser Verkokungsstufe (78,2%,
Das Destillat aus dieser Verkokungsstufe (78,2%,
is bezogen auf Einsatzmaterial) wurde in einen Röhrenerhitzer
mit 4 mm Innendurchmesser, 6 mm Außendurchmesser und 4 m Länge eingeführt, um es auf 4400C beim
Austritt hieraus *u erhitzen, und es wurde dann unter
einem Druck von 10 atü in einen mit Mantel versehenen Verkokungskristallisator, wie er in Beispiel 1 verwendet
wurde, beim Kopf hiervon eingeführt. Hierin sammelten
sich allmählich und zunehmend pechähnliches Schweröl an und wurden verkokt, während leichte, nicht-verkokte
Kohlenwasserstoffe beim Kopf des Kristallisators abgegeben wurden.
Die Ausbeute des in dem Kristallisator gebildeten Kokses betrug 11,2%, bezogen auf die Füllung des
Kristallisators (8,8%, bezogen auf Einsatzmateria!). Die Eigenschaften des so erhaltenen Kokses sind in der
Tabelle IV gezeigt. Der Koks besaß eine ungewöhnlich hochkristalline Textur und war premiumgrade-Koks
überlegen.
Teerbodenprodukt
Spezifisches Gewicht (15°/4°C) 1,0825
Kohlenstoffrückstand (Gew.-%) 17,7
Schwefelgehalt (Gew.-%) 0,76
Wachsgehalt (Gew-%) -
Stockpunkt (0C) +20
Entschwefelter Teer
< -30
Verkokungsgasöl
(Beispiel I) (Beispiel 2) (Beispiel 3)
Rückstand d.
ersten Destillation, Minas
(Beispiel 5)
ersten Destillation, Minas
(Beispiel 5)
0,9723
0,18
< -30
0,883
4,5
0,22
36,8
4,5
0,22
36,8
+ 47.5
Unverändertes Rohöl
(Djatibarang)
(Djatibarang)
(Beispiel 6)
0,885
8,9
0,17
33,6
8,9
0,17
33,6
+ 45
ψ | 25 42 842 | ; f.B.P. = Siedepunkt zu Beginn | Beispiel 7 | Beispiel | für die | Knlschwe- | 18 | eisten Desiil les Rohöl | 64,1 62,0 | in Beispiel | 1 verwendeten, mit einem Mantel | hierin pechähnliches Schweröl sich | während leichte, nichtverkokte Kohlenwasser- ,: | <ristallisators abgeben wurden. |
i 17 | \ Ε.Ρ. = Endsiedepunkt | 1 | l'eller Teer | Linon Min.is (Duiiilxnünjj) | 31,0 24,6 | versehenen Verkokungskristallisator im Oberteil hier- [ | allmählich und zunehmend ansammelte und verkokt | stoffe am Kopf des | ||||||
ι Fortsetzung | i Tabelle IV | d. h. das | Veikiikungs- Rückstand el. Unveiiinclei | (Beispiel J) (Beispiel >) (Beispiel b) | 0,5 0,5 | (λ von injiziert, wöbe | wurde, | |||||||
I Teerboden· | Beispiel | (Beispiel 2) | yitsol | 4,4 12,9 | ||||||||||
\ produkt | ||||||||||||||
Graphitgegenstand: | 16,5 | 95 | ||||||||||||
Graphitierungsbedingungen (27000C χ 1 h) | 0,25 | 81,3 | 180 | |||||||||||
I (Beispiel I) | Wärmeausdehnungskoeffizient in Richtung | 0,83 | 0,6 | - | 240 | |||||||||
I Zusammensetzung: | parallel zu der Extrusion (CTE); (χ 10-V0C) | 1,6 | 369 | |||||||||||
I Paraffingehalt (Vol.-%) 5,6 | 25-125°C | 223 | ||||||||||||
: Gehalt an Aromaten (VoL-%) 88,7 | 100-400°C | 6,63 | 195 | 235 | 378 | |||||||||
Harzgehalt (VoI.-%) 1,5 | Koeffizient der kubischen Ausdehnung | 18,0 | 237 | 239 | (65%) | |||||||||
j Rückstand (Vol.-%) 4,2 | (CCE); (χ 10V0C) | 250 | 260 | |||||||||||
: Destillation: | 130-300°C | 324 | 295 | |||||||||||
I.B.P. (0C) 220 | Maximaler, magnetischer Widerstand in | 317 | ||||||||||||
5% 245 | Querrichtung (%) | 2,170 | 513 | (98%) | ||||||||||
j 10% 260 | Calcinierter Koks: | 61,8 | (85%) | 4 5 6 | ||||||||||
I 50% 345 | Calcinierungsbedingungen (14000C χ 3 h) | 0.05 | ||||||||||||
\ 90% - | Wirkliche Dichte (g/ccm) | 0,05 | ||||||||||||
E.P. 465 | Zerdrückfestigkeit (%) | 0,43 | ||||||||||||
Wassergehalt (Gew.-%) | 99,47 | 3 | ||||||||||||
Aschegehalt (Gew.-%) | 0,45 | 2 | 0,01 0,25 0,18 | |||||||||||
Gehalt an flüchtigen Bestandteilen (Gew.-%) | 0,67 0,80 0,79 | |||||||||||||
Gehalt an fixiertem Kohlenstoff (Gew.-%) | 6 | |||||||||||||
Schwefelgehalt (Gew.-%) | 3 | |||||||||||||
Metallgehalt (Gew.-ppm) | 4 | 0,18 | 6,44 7,05 7,01 | |||||||||||
Fe | 6 | 0,19 | 0,78 | 21,4 17,5 19,5 | ||||||||||
Ni | 0,76 | |||||||||||||
V | Dieses Beispiel zeigt die Überlegenheit des erfin | |||||||||||||
Cu | dungsgemäßen Verkokungs-Kristallisatorsystems zu | 6,84 | ||||||||||||
dem System der verzögerten Verkokung. | 6,60 | 18,5 | 2,166 - - | |||||||||||
19,9 | 60,5 64,7 57,3 | |||||||||||||
(88%) | Die gleiche Füllung, wie sie in den Verkokungskristal- | 0,10 0,07 | ||||||||||||
lisator in Beispiel 2 eingeführt wurde, wurde | 0,05 0,05 - | |||||||||||||
Vergleichsversuche dieses Beispiels verwendet. | 2,152 | 0,32 0,30 - | ||||||||||||
Bei dem ersten Versuch wurde die Füllung, | — | 59,0 | 99,52 99,58 - | |||||||||||
Destillat, aus der Kurzwegdestillationsstufe von | 57,3 | 0,06 | 0,45 0,25 - | |||||||||||
0,04 | 0,05 | |||||||||||||
0,05 | 0,16 | 20 25 - | ||||||||||||
0,25 | 99,73 | 1 1 - | ||||||||||||
99,66 | 0,66 | 2 3- | ||||||||||||
0,30 | 5 5- | |||||||||||||
35 | einem Röhrenerhitzer mit 4 mm | |||||||||||||
6 | 2 | 6 mm Außendurchmesser und 4 m | ||||||||||||
3 | 3 | Länge vorerhitzt und dann unter einem Druck von 9 atü | ||||||||||||
4 | 3 | in den | ||||||||||||
6 | 450° C in | |||||||||||||
(io 2, auf | Innendurchmesser, | |||||||||||||
Bei dem zweiten Versuch wurde die Füllung in gleicher Weise wie beim ersten Versuch vorerhitzt und
wurde dann in eine konventionelle Trommel für eine verzögerte Verkokung eingeführt und hierin verkokt.
Die Ergebnisse dieser beiden Versuche sind in der Tabelle V gezeigt.
Der Vergleich der Ergebnisse zei^t deutlich eine
beträchtliche Verbesserung der Eigenschaften des Kokses beim ersten Versuch (gemäß der Erfindung)
gegenüber demjenigen des zweiten Versuches (gemäß dem Verfahren der verzögerten Verkokung), insbesondere
hinsichtlich der Werte von CTE, CCE und des maximalen, magnetischen Widerstandes in Querrichtung.
Erfindungs- | System der | |
geinäßes | verzö | |
Verko- | gerten | |
kungs- | Verkokung | |
kristallisa- | ||
tortystem | ||
(Versuch I) | (Versuch 2) | |
Koksausbeute (Gew.-%) | 20,9 | 18,9 |
Ausbeute an gecracktem | 58,5 | 70,7 |
öl (Gew.-o/o) | ||
Eigenschaften des Kokses: | ||
Graphitgegenstand | ||
CTE(x 10-V0C) 25-1250C | 0,19 | 0,34 |
CTE(x 10-V0C) 100-4000C | 0,76 | 1,06 |
CCE(x 10b/°C) I3O-3OO°C | 6,55 | 7,66 |
Maximaler magnt. tischer Wi | 19,9 | 12,1 |
derstand in Querrichtung (%) |
Calcinierter Koks:
Zerdrückfestigkeit (%)
Zerdrückfestigkeit (%)
63,8
56,3
Dieses Beispiel ist ein weiterer Vergleich zwischen dem erfindungsgemäßen Verkokungskristallisatorsystem
und dem System der verzögerten Verkokung, um insbesondere die Veränderung der Koksqualität hinsichtlich
seiner Lage längs der Höhe der Verkokungstrommel zu zeigen.
Die Arbeitsweise des ersten und des zweiten Versuches von Beispiel 7 wurden unter Verwendung der
gleichen Füllung wiederholt.
Die Eigenschaften des in beiden Versuchen erhaltenen Kokses wurden an jeweiligen Testproben von
Koksproben bestimmt, welche aus den oberen, mittleren und unteren Teilen der Verkokungstrommelii entnomii
men wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle Vl zusammengestellt.
Diese Ergebnisse zeigen deutlich, daß die Veränderung der Qualität des Kokses mit der Veränderung der
Lage hiervon in der Verkokungstrommel bei dem erfindungsgemäßen Verkokungskristallisatorsystem
viel geringer ist als bei dem System der verzögerten Verkokung. So zeiger die CT£-Werte bei 100-4000C
im ersten Fall nur ein Auseinanderklaffen von 0,05 bis 0,6 χ 10-b/°C, während beim zweiten Versuch Werte
4S von 0,11 bis 0,i7 χ 10"V0C erhalten wurden. Hinsichtlich
des maximalen, magnetischen Widerstandes in Querrichtung wurde im ersten Fall eine Abweichung
von nur 0,1 —0,4% gefunden, während im zweiten Fall diese Abweichung 1,3 — 2,2% betrug.
Erfindungsgemäßes Verkokungs-
kristallisatorsystem
(Verbuch 1) Lage der entnommenen Probe
oben Mitte unten
oben Mitte unten
System mit verzögerer
Verkokung
(Versuch 2)
Verkokung
(Versuch 2)
oben
Mitte
Graphitgegenstand:
CTE(x 10-b/°C)25-125°C
CTE(X 10-V0C) 100-4000C
CCE(x 10-V0C) 130-3000C
Maximaler magnetischer Widerstand
in Querrichtung (%)
CTE(x 10-b/°C)25-125°C
CTE(X 10-V0C) 100-4000C
CCE(x 10-V0C) 130-3000C
Maximaler magnetischer Widerstand
in Querrichtung (%)
Calcinierter Koks:
Zerdrückfestigkeit (%)
Zerdrückfestigkeit (%)
0,19 | 0,19 | 0,19 | 0,50 | 0,34 | 0,33 |
0,76 | 0,71 | 0,71 | 1,17 | 1,06 | 1,00 |
6,85 | 6,66 | 6,52 | 8,32 | 8,00 | 7,75 |
19,9 | 19,8 | 19,9 | 11,2 | 12,1 | 13,4 |
62,7
63,8
63,2
40,3
56,3
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines Petrolkokses mit unüblich hochkristallinem Gefüge und hoher S
Reinheit aus einem Petroleumausgangsmaterial mit niedrigem Schwefelgehalt in Form von unverändertem
Rohöl mit niedrigem Schwefelgehalt, Destillationsrückstand,
Crackrückstand oder deren Äquivalenten durch verzögerte Verkokung, dadurch gekennzeichnet, daß
a) das Ausgangsmaterial einer ersten Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 430 bis
5200C unter einem Druck von 4 bis 20 atü für 30
bis 500 Sekunden unterzogen wird, und danach ι s die nichtkristallinen Substanzen entfernt werden,
und
b) die Verkokung der vorerhitzten Schweröifraktion
des Ausgangsmaterials mit abwärts gerichteter Injektion unter Injizieren eines erhitzten
Spülgases in Form von Dampf, gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder Inertgas mit geringer
Geschwindigkeit von unten nach oben durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hitzebehandlung des Ausgangsmaterials
in Anwesenheit einer kleinen Menge einer basischen Verbindung in Form von Hydroxiden oder
Carbonaten von Alkali- oder Erdalkalimetallen, insbesondere von Natriumhydroxid oder Natriumcarbonat,
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die basische Verbindung in einer
Menge von 0,5 bis 10 Gew.-n/o, bezogen auf das Ausgangsmaterial, verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die erste Hitzebehandlung
eine Kurzwegdestillation durchgeführt und die nichtkristallinen Substanzen r.ls Pech entfernt
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die erste Hitzebehandlung
eine verzögerte Verkokung an dem Maierial durchgeführt wird, und die nichtkristallinen Substanzen
als Koks entfernt werden.
6. Verkokungskristallisator zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bestehend aus einer senkrechten Trommel mit einem äußeren Heizmantel, einem Auslaß zur
Abgabe von gebildeten, gasförmigen Kohlenwasser- so stoffen im oberen Teil der Trommel, sowie
Auslassen zur Entleerung von gebildetem Koks im oberen und unteren Teil der Trommel, gekennzeichnet
durch ein in die Trommel (1) im oberen Teil eingeführtes Injektionsdüsenrohr (11) zur abwärts
gerichteten Injektion der zu verkokenden Schwerölfraktion und eine im unteren Teil der Trommel
angeordnete, mit einer Leitung (12) und einem Ventil (13) versehene Injektionsdüse für das nach oben
gerichtete Injizieren eines Spülgases.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10996674 | 1974-09-26 | ||
JP49109966A JPS5144101A (en) | 1974-09-26 | 1974-09-26 | Sekyukookusu no seizohoho |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2542842A1 DE2542842A1 (de) | 1976-04-15 |
DE2542842B2 DE2542842B2 (de) | 1977-06-23 |
DE2542842C3 true DE2542842C3 (de) | 1978-02-02 |
Family
ID=
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