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Verfahren zur Verkokung von hochmolekularen Kohlenwasser-
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stoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verkokung von hochmolekularen
Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Rückständen aus der Kohle- oder Öl hydrierung.
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Es ist bekannt, hochmolekulare Kohlenwasserstoffe, z.B.
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schwere Öle, nach dem sogenannten verzögerten Verkokungsverfahren
zu verkoken. Aus der DE-OS 27 11 105 ist es auch bekannt, Rückstände aus einer Kohlehydrierung
zu verkoken.
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Dadurch kann die Hydrierung selbst bei niedrigerem Druck und niedrigerer
Temperatur durchgeführt werden, da die Erzeugung von Destillatölen nunmehr auch
bei der Verkokung erfolgt.
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Bei dem verzögerten Verkokungsverfahren werden die zu verkokenden
hochmolekularen Kohlenwasserstoffe, beispielsweise
schweres Öl
oder Hydrierrückstand, außerhalb der Kokskammer auf die Verkokungstemperatur erhitzt
und anschliessend in die Kokskammer gefördert und verkokt.
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Die Verkokungstemperatur liegt, je nach dem zu verkokenden Gut, zwischen
etwa 5000 C und 6000 C. Hohe Temperaturen müssen insbesondere bei der Verkokung
von Hydrierrückstand eingehalten werden, da ja die Hydrierung selbst schon bei einer
Temperatur zwischen 4300 C und 4800 C erfolgt.
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Um bei diesen hohen Temperaturen die Gefahr von Verkokungen bereits
im Vorerhitzer und den zur Kokskammer führenden Leitungen zu verhindern sind hohe
Strömungsgeschwindigkeiten des zu verkokenden Gutes im Vorerhitzer und den anschließenden
Leitungen erforderlich. Dies aber führt zu erhöhtem Verschleiß dieser Teile und
entsprechend hohem Wartungs- und Reparaturaufwand.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verkokung
von hochmolekularen Kohlenwasserstoffen anzugeben, das diese Nachteile vermeidet
und auch bei hohen Temperaturen in einfacher und betriebssicherer Weise die Verkokung
hochmolekularer Kohlenwasserstoffe ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, daß die Erhitzung
auf die jeweilige Verkokungstemperatur durch direkten Wärmetausch mit einem gasförmigen
Wärmeträger
erfolgt. Der Wärmeträger kann den zu verkokenden hochmolekularen
Kohlenwasserstoffen im Eintrittsbereich der Kohlenwasserstoffe in den Verkokungsraum
zugemischt werden. Vorteilhafterweise wird der Wärmeträger jedoch den Kohlenwasserstoffen
kurz vor deren Einleitung in den Verkokungsraum zugegeben und in Mischung mit den
hochmolekularen Kohlenwasserstoffen in den Verkokungsraum eingebracht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt der Einsatz eines störungsanfälligen
Vorerhitzers. Da die Erhitzung auf die Verkokungstemperatur erst unmittelbar vor
der Einleitung der Kohlenwasserstoffe in den Verkokungsraum erfolgt, treten auch
in den Zuführungsleitungen keine Verkokungen auf, die Strömungsgeschwindigkeiten
können verringert und somit der Verschleiß erheblich reduziert werden.
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Durch den direkten Wärmetausch gelingt es in verfahrenstechnisch einfacher
Weise, die Wärme gleichmäßig und ohne örtliche überhitzungen auf die zu verkokenden
Kohlenwasserstoffe zu übertragen. Verluste bei der Wärmeübertragung werden somit
vermieden.
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Als Wärmeträger kann grundsätzlich jedes Gas, das aufgrund seiner
Zusammensetzung keinen nachteiligen Einfluß auf die Verkokung selbst bzw. die erzeugten
Produkte hat, eingesetzt
werden. Zweckmäßigerweise wird jedoch
als Wärmeträger das Reaktionsprodukt aus der partiellen oder vollständigen Oxidation
eines Brennstoffes verwendet, wobei die Oxidation vorzugsweise erst unmittelbar
vor der Zumischung des Reaktionsproduktes zu den zu verkokenden hochmolekularen
Kohlenwasserstoffen erfolgt.
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Vorteilhafterweise wird als Brennstoff Kohlenwasserstoffgas verwendet.
Solche Gase fallen bei der Verkokung selbst an. Sie können unmittelbar in die Oxidationskammer
zurückgeführt werden. Es können iber auch bei der Hydrierung anfallende Produktgase
verwendet werden.
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Insbesondere bei Verkokungen mit dem Ziel eines möglichst hohen Destillatölgewinnes,
z.B. bei der Verkokung von Hydrierrückständen, wird mit großem Vorteil Methan als
Brennstoff eingesetzt. Bei der partiellen Oxidation von Methan mit Sauerstoff als
Oxidationsmittel entsteht als Reaktionsprodukt ein sehr wasserstoffreiches Gas.
Die Gegenwart von Wasserstoff bei der Verkokung führt ihrerseits zu einer wesentlichen
Erhöhung des Destillatölgewinnes. Es kann daher auch vorteilhaft sein, neben dem
Wärmeträger reinen Wasserstoff in den Verkokungsraum einzuleiten bzw. das Wärmeträgergas
mit Wasserstoff anzureichern.
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Da bei der Verkokung unter Atmosphärendruck stark ungesättigte Verbindungen,
die zur Polymerisation neigen, entstehen,
wird die Verkokung zweckmäßigerweise
unter Überdruck bei etwa 5 bis 15 bar durchgeführt. Dies führt insbesondere in Gegenwart
von Wasserstoff zur Gewinnung gesättigter Produkte und hochwertiger Destillatöle
sowie zu einem höheren Destillatölgewinn.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Verkokung
von schweren Ölen und Hydrierrückständen aus der Erdöl- und Kohleverarbeitung. Es
kann jedoch auch zur Verkokung anderer hochmolekularer Kohlenwasserstoffe, beispielsweise
zur Verkokung pulverisierter Kohle, eingesetzt werden.
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In die Mischungszone der zu verkokenden Kohlenwasserstoffe mit dem
gasförmigen Wärmeträger können in einfacher Weise zusätzlich oberflächenaktive Stoffe
zur Erhöhung des Destillatölgewinnes oder auch schwefelbindende Stoffe zur Erzeugung
schwefelarmer Verkokungsprodukte zugegeben werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Lanze,
die in den Endbereich einer die hochmolekularen Kohlenwasserstoffe in den Verkokungsraum
führenden Leitung mündet und der eine Oxidationskammer vorgeschaltet ist.
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Im in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die zu
verkokenden hochmolekularen
Kohlenwasserstoffe durch eine durch den Boden eines Verkokungsraumes 6 führende
Leitung 1 in den Verkokungsraum 6 eingeleitet. In den Endbereich 3 der Leitung 1
mündet eine Lanze 7, durch die ein gasförmiger Wärmeträger den zu verkokenden Kohlenwasserstoffen
zugemischt wird, die dabei auf Verkokungstemperatur erhitzt werden. Der Verkokungsraum
6 wird im gezeigten Beispiel von unten gefüllt, wobei durch die nachströmenden Kohlenwasserstoffe
stets ein Strömungskanal 4 durch den bereits gefüllten Bereich 13, in dem die Verkokung
erfolgt, offengehalten wird. Die aus der Oberfläche 5 des Koksbettes austretenden
Gase und Dämpfe werden am Kopf des Verkokungsraumes 6 abgezogen und in einer separaten
Stufe in üblicher Weise in Destillatöle und gasförmige Produkte getrennt.
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Der durch die Lanze 7 den zu verkokenden Kohlenwasserstoffen zugemischte
gasförmige Wärmeträger wird in einer der Lanze 7 vorgeschalteten Oxidationskammer
8 durch partielle oder vollständige Oxidation eines über Leitung 10 zugeführten
Brennstoffes, vorzugsweise gasförmiger Kohlenwasserstoffe, erzeugt. Das Oxidationsmittel,
beispielsweise Luft oder Sauerstoff, wird der Oxidationskammer 8 über Leitung 11
zugeführt.
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Zur Erhöhung des Destillatölgewinnes, insbesondere bei der Verkokung
von Hydrierrückständen sowie zur Kontrolle
der Verkokungstemperatur,
kann über Leitung 12 zusätzlich Wasserstoff oder wasserstoffreiches Gas zugemischt
werden.
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Im gezeigten Beispiel werden die zu verkokenden Kohlenwasserstoffe
von unten in den Verkokungsraum 6 eingeleitet.
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Sie können jedoch auch von oben in an sich bekannter Weise in den
Verkokungsraum 6 eingesprUht werden.
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Um eine quasi-kontinuierliche Arbeitsweise zu ermöglichen, sind mindestens
zwei Verkokungsräume 6 vorzusehen, die abwechselnd gefüllt bzw. entleert werden.
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