DE4235214A1

DE4235214A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Kohlenwasserstoffverbindungen mit Hilfe eines Plasmareaktors

Info

Publication number: DE4235214A1
Application number: DE19924235214
Authority: DE
Inventors: Cornelia Immer
Original assignee: Kba Immer & Co KG GmbH
Current assignee: Kba Immer & Co KG GmbH
Priority date: 1992-10-20
Filing date: 1992-10-20
Publication date: 1994-04-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von gebrauchtem oder nicht gebrauchtem Paraffinöl, Schweröl oder ähnlichen schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen.

Ein ähnliches Verfahren, das zum Cracken von Erdöl-Schwerölen genutzt wird, ist aus der DE-PS 26 19 022 C3 bekannt. Hierbei wird das schwere Öl einer thermischen Crackbehandlung in einem Röhrenerhitzer unterworfen, wobei dieses Schweröl vor dem thermischen Cracken einem, zur Fließrichtung des Schweröls senkrecht stehenden, Magnetfeld einer Flußdichte von 1000 bis 5000 Gauß ausgesetzt wird. Entsprechend den Unteransprüchen dieser Patentschrift werden vor der Magnetfeldbehandlung 0,5 bis 5 Gew.-% einer anorganischen Substanz mit einer Oberfläche von nicht weniger als 30 m²/g und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 30 µm zugesetzt, bevor das Schweröl dem Magnetfeld ausgesetzt und in den Röhrenerhitzer geleitet wird.

Nachteil dieses Verfahrens, das sich die Reduktion der Koksablagerung zum Ziel gesetzt hat, ist jedoch, daß immer noch Koksablagerungen in erheblichem Maße anfallen. Dies führt zu erheblichen Kosten, bedingt durch Reinigung und mechanische Abnutzung der Anlage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde diese bisherigen Nachteile zu verringern und ein Verfahren zur Aufbereitung von schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen vorzuschlagen bei der die Entstehung von Koks weitestgehend vermieden und gleichzeitig die Qualität der erzeugten Produkte erheblich gesteigert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensmerkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfinder haben erkannt, daß die normalerweise entstehende Koksstruktur im thermischen Crack-Verfahren vermieden werden kann, wenn das Cracken mit Hilfe eines Lichtbogens vorgenommen wird, so daß diese Koksstruktur aufgebrochen, in CO und CO₂ reduziert und verarbeitet wird. Unterstützt wird dieses Verfahren ggf. dadurch, daß das verarbeitete Öl zunächst einem Reinigungsprozeß mittels Filtersystem unterworfen wird bei dem Partikel bis zu einer Größe von 5 Mikrometer abgeschieden werden. Dieses vorgereinigte Öl wird dann mit einem Katalysator gemischt, um dann in einer Extraktionskolonne aus Dekantern die feste Phase (bestehend aus elementaren, verklumpten Teilchen) auszuführen.

Das vorgereinigte Öl gelangt nach der Reinigung in eine zweite Kammer, wo unter einer Plasmaverdichtung das Reaktionsgas mit dem Ölnebel unter hohem Druck verdichtet wird. In dieser Kammer wird der Ölnebel dem hochenergetischen Lichtbogen ausgesetzt und es kommt zur Aufspaltung der langen Kohlenwasserstoffketten.

Als Reaktionsgas kann in Abhängigkeit von der gewünschten Zusammensetzung der Fertigprodukte in bevorzugter Weise reiner Wasserstoff oder gesättigte oder auch nicht gesättigte flüchtige Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden. Wird z. B. reiner Wasserstoff als Reaktionsgas eingesetzt, so entstehen im wesentlichen niedrigere siedende Anteile und Gase.

Nach dem Abkühlen der Ölnebel wird das Katalysatorgemisch wiedergewonnen und in den Prozeß zurückgeführt.

Ausgangsstoffe, die sich zu für diese Art der Aufbereitung eignen sind z. B. Altöle, Schweröle, oder auch Überreste aus Verunreinigungen, die durch z. B. Tankenunfälle entstanden sind, bzw. auch Extrakte aus Ölschiefer u. a..

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand der Figuren beschrieben. Die Figuren stellen im einzelnen folgendes dar:

Fig. 1: zeigt einen Querschnitt des Plasmareaktor.

Fig. 2: zeigt eine Schemazeichnung einer bevorzugten Ausführung einer Crackanlage.

Fig. 3: zeigt eine Crackanlage in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführung einer Vorreinigungsstufe.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Plasmareaktor. Der Plasmareaktor besteht in diesem Beispiel im wesentlichen aus mehreren ineinander geschachtelten Zylindern, die eine Zusammenführung des Reaktionsgases mit dem zu verarbeitenden Paraffinöl in geeigneter Weise ermöglichen und dieses entstandene Gemisch an einem, zwischen zwei Elektroden 1 und 2 erzeugten, Lichtbogen vorbeiführen, an dem der eigentliche Crackvorgang stattfindet. Genauer gesagt ist hier ein erster Zylinder 20 und ein zweiter konzentrisch darauf gesetzter Zylinder 10 dargestellt, in dem sich zentral angeordnet zwei Elektroden 1 und 2 befinden, die ihren Lichtbogen im unteren Drittel des Zylinders 20 zwischen den Elektrodenspitzen 1.1 und 2.1 erzeugen. Die beiden Elektroden sind an den jeweiligen Kopfenden des ersten Zylinders 20 und des zweiten Zylinders 10 isoliert angebracht und zentral durch die Deckel 11 und 21 geführt. Von der unteren Seite her wird über ein entsprechendes Labyrinth 22 im unteren Deckel 21 des Zylinders 20 das Reaktionsgas direkt an die Elektrode 2 herangeführt und steigt die Elektrode umspülend in einem engen zylinderförmigen Kanal 23, der durch die Elektrode 2 und das umgebende Isolationsmittel 24 gebildet ist, nach oben zu dem unmittelbar vor dem Lichtbogen liegenden Mischbereich 25. Das zu crackende Öl wird am oberen Ende des ersten Zylinders 20 durch einen Zuführflansch 26 seitlich eingeführt und über entsprechend ausgebildete Kanäle durch einen als Zuführung ausgebildeten Deckel 27 in einen Hohlraum 29 geleitet, der aus einem äußeren doppelwandigen Zylinder 20 mit zwischen den Doppelwandungen 20.1 und 20.2 liegenden Heizschlangen 28 gebildet wird. Das Öl gelangt dann durch diesen Hohlraum nach unten und tritt im unteren Drittel des Zylinders 20 wiederum in einen ringförmigen Kanal 30 ein, der aus dem Isolationsmittel 24 der ersten Elektrode 2 und einem bis zur Höhe der Elektrode 2 aufsteigenden Isolationseinsatz 32, der an dem innenliegenden Zylinder 31 anliegt, gebildet wird. In diesem Kanal steigt das Öl auf und wird zum Mischbereich 25 mit dem Reaktionsgas geführt. Direkt vor dem Mischbereich 25 ist eine Verengung 32.1 des Isolationseinsatzes 32 vorgesehen, so daß eine gute Vermischung zwischen Reaktionsgas und Öl gewährleistet ist. Gleichzeitig wird die Strömungsrichtung auf den kurz über diesem Mischpunkt gelegenen Lichtbogen gerichtet. Oberhalb des Lichtbogens befindet sich die zweite Elektrode 1, die von dem am Lichtbogen entstandenen Flüssigkeits/Gas-Gemisch umspült wird und die sich auf der Mittellinie des inneren Zylinders befindet. Das Gemisch wird durch den zylinderförmigen Hohlraum 34 zwischen Elektrode und innerem Zylinder 31 nach oben geführt und erreicht über einen entsprechenden Durchgang 35 den zweiten Zylinder 10 in dem das eventuell entstandene Koks abgeschieden und über eine Leitung die in den unteren Flansch 36 führt ausgesondert wird. Der Zylinder 10 besteht aus einem hohlförmigen Zylindermittelteil 10.1, einem oberen und einem unteren Flansch 37 und 36 und einem oberen Deckel 11, durch die die zweite Elektrode 1 in den Innenraum 38 des Zylinders 10 eingeführt ist. Es besteht zwischen dem oberen und unteren Flansch auf einer Seite ein rohrförmiger Bypaß mit Schauglas 39 durch das der Flüssigkeitsstand im Zylinder 10 eingesehen werden kann. An jedem dieser Flansche 37 und 38 ist jeweils eine Abführung 35 und 40 vorgesehen. Die untere Abführung 35 am Flansch 36 dient dazu, das entstandene flüssige Produkt mit Koksanteilen abzuführen, während die obere Abführung 40 am Flansch 37 dazu dient, das gasförmige Produkt abzuleiten.

Fig. 2 zeigt ein Verfahrensschema des erfindungsgemäßen Crackverfahrens mit Hilfe eines Plasmareaktors. Im wesentlichen ist in Fig. 2 die Behandlung des aufzubereitenden Öles durch ein Magnetfeld mit anschließendem Cracken des Öls unter Zuführung eines Reaktionsgases und der danach folgenden Kondensationsstufe für die Endprodukte gezeigt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Öl von einem Behälter 1, gesteuert durch ein Ventil V1, über eine Leitung L1 in eine an sich bekannte Magnetisierungsvorrichtung 2 geleitet. Von dieser Magnetisierungsvorrichtung 2 wird das vormagnetisierte Öl zum Plasmareaktor 3 über die Leitung L2 weitergeführt in dem der eigentliche Crackvorgang unter Zugabe des Reaktionsgases aus dem Behälter 4 über die Leitung L3 stattfindet. Der im Plasmareaktor notwendige Lichtbogen wird über zwei Elektroden, die im Inneren des Plasmareaktors liegen erzeugt, die über die Strom/Spannungsversorgung 5 mit Energie versorgt werden. Die beim Cracken entstandenen kurzkettigen Kohlenwasserstoffen werden über eine Ableitung L4 zu Wärmetauschern 6 bzw. zum Kondensator 7 weitergeleitet in denen das Endprodukt abkondensiert wird. Weiterhin ist eine Ableitung L5 aus dem Plasmareaktor vorgesehen aus dem das überschüssige Koks bzw. die nach dem Crack-Vorgang nichtsiedenden Anteile in einen Vorratsbehälter 8 abgeführt werden. Das Reaktionsgas, das im Kondensator 7 wieder abgeschieden wird, wird über eine rückführende Leitung L6, die über ein Mischventil V2 in die Leitung L3 übergeht, dem Plasmareaktor wieder zugeführt. Selbstverständlich sind in der erfindungsgemäßen Vorrichtung notwendige dem Stande der Technik entsprechende Regelventile mit entsprechenden Regelmechanismen eingebaut inklusive der notwendigen Pumpen und Ventilatoren.

Fig. 3 zeigt das unter Fig. 2 beschriebene Verfahren des Plasmacrackens inklusive einer Reinigungsstufe, die notwendig sein kann, wenn z. B. Altöl oder mit Wasser verschmutztes Öl der Plasmacrackung zugeführt werden soll. Fig. 3 zeigt zunächst einen Rührkesselreaktor R1, in den das zu reinigende Öl zusammen mit dem Extraktionsmittel eingeleitet und vermischt wird. Die Verweildauer des Öles in diesem Rührkessel ist abhängig vom Verschmutzungsgrad. Auf der Unterseite des Rührkessels R1 werden die harzigen Bestandteile abgezogen, während die leichtere Phase in eine Zentrifuge R2 eingeleitet wird. In der Zentrifuge wird die schwere von der leichten Phase getrennt, wobei die schwere Phase die Abfallprodukte beinhaltet, und die leichte Phase in einen weiteren Behälter R3 ggf. mit einer weiteren Zufuhr von Extraktionsmittel eingeleitet wird. Nach dem Behälter R3 wird das Gemisch über Röhrenerhitzer R4 geleitet, so daß ein Großteil des Destillates abdestilliert wird und in den Kreislauf zurückgeführt wird, während die flüssige Phase in einen weiteren Behälter R5 eingeleitet wird und ggf. mit weiterem Extraktionsmittel vermischt wird und von dort über einen hier beispielhaft angegebenen Dünnschichtverdampfer R6 endgültig vom Extraktionsmittel befreit wird, wobei die flüssige Phase das gereinigte Öl enthält und die gasförmige Phase das Extraktionsmittel enthält, das über einen zwischengeschalteten Kondensator abgekühlt und in den Produktionskreislauf zurückgeführt wird. Die flüssige Phase entspricht dem vorgereinigten Öl und wird über eine Leitung dem Crackprozeß zugeführt. Der weitere Fortgang des Prozesses ist in der Beschreibung von Fig. 2 zu binden. Die Bezugsmerkmale gelten entsprechend.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung von Altöl, Schweröl oder ähnlichen Kohlenwasserstoffverbindungen, im folgenden Öl genannt, mit folgenden Merkmalen:

1.1 das Öl wird, falls verunreinigt, mit bekannten Verfahren vorgereinigt;
1.2 das vorgereinigte Öl wird mindestens einem Magnetfeld hoher Magnetflußdichte ausgesetzt;
1.3 das Öl wird nach der Magnetfeldbehandlung in einem Plasmareaktor unter Beifügung eines Reaktionsgases der unmittelbaren Wirkung eines Lichtbogens ausgesetzt und damit in seiner molekularen Struktur aufgespalten;
1.4 das entstandene neue Produkt wird im Anschluß an den Plasmareaktor in bekannten Verfahren rekondensiert.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für freie Bindungsstellen der gespaltenen Kohlenwasserstoffe im Crackprozeß freien Wasserstoff zur Verfügung stellt (z. B. H₂-Gas).

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für freie Bindungsstellen der gespaltenen Kohlenwasserstoffe im Crackprozeß gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe zur Verfügung gestellt sind (z. B. Methan oder Äthylen).

4. Verfahren entsprechend Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspaltung im Plasmareaktor unter Anwesenheit von Wasserstoff durchgeführt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspaltung im Plasmareaktor unter Ausschluß von Wasserstoff stattfindet.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verbleibende Restkoks über eine separate Leitung aus dem Plasmareaktor abgeschieden wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas aus einem Gemisch von mindestens zwei unterschiedlichen Reaktionsgasen besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas aus den Kondensatoren wiedergewonnen wird und dem Prozeß zurückgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verarbeitenden Öle PCB-haltige Trafoöle sind und im Plasmareaktor aufgrund der extrem hohen Temperaturen ein Endprodukt frei von Dioxin entsteht.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zu crackende Öl zuvor mit folgenden Verfahrensschritten vorgereinigt wird:

10.1 das Öl wird mit einem Extraktionsmittel mit folgenden Eigenschaften gemischt:
- 10.1.1 das Extraktionsmittel besteht im wesentlichen aus zwei Substanzen;
- 10.1.2 die erste Substanz ist ein polares Lösungsmittel;
- 10.1.3 die zweite Substanz ist ein unpolares Lösungsmittel;
10.2 die im ersten Schritt entstandenen Harze werden durch geeignete Mittel (z. B. einen Dekanter) abgesetzt;
10.3 aus dem verbleibenden Extrakt wird durch geeignete Mittel (z. B. eine Zentrifuge) die schwere Phase abgetrennt;
10.4 der verbleibende Extrakt wird durch geeignete Mittel (z. B. einen Umlaufverdampfer) erhitzt, wobei das flüssige Destillat (das Extraktionsmittel) in den Kreislauf wieder zurückgeführt wird;
10.5 der verbleibende Extrakt wird ggf. nochmals mit Extraktionsmittel gemischt und ein weiteres Mal durch geeignete Mittel erhitzt (z. B. über einen Dünnschichtverdampfer geleitet), wobei das Destillat (das Extraktionsmittel) in den Kreislauf zurückgeführt wird und das in flüssiger Phase verbleibende Öl in raffiniertem Zustand aufgefangen wird und dem Crackprozeß zugeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsmittel ein Gemisch aus Isopropanol und Aceton vorgesehen ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Extraktionsmittel aus 50% Isopropanol und 50% Aceton besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß

13.1 der Verfahrensschritt 10.1 bei einer Temperatur von 40°C stattfindet;
13.2 die Verfahrensschritte 10.4 und 10.5 bei einer Temperatur von 85-95°C und einem Druck von ca. 500 mbar stattfinden.

14. Verfahren nach Anspruch 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß eine aufzubereitende Menge Öl von 120 kg ca. 600 Liter Extraktionsmittel zugegeben werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das zu crackende Öl vor dem Crack-Vorgang durch den Einsatz eines Extraktionsmittels mit einer polaren und einer unpolaren Lösungskomponente vorgereinigt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsmittel eine Mischung aus Isopropanol und Aceton Anwendung findet.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Extraktionsmittel Isopropanol und Aceton im Verhältnis 1 : 1 enthält.

18. Verfahren nach Anspruch 15-17, dadurch gekennzeichnet, daß das Extraktionsmittel im Anschluß an den Reinigungsvorgang zu nahezu 100% herausdestilliert wird und dem Reinigungsprozeß im Kreislauf wieder zugeführt wird.