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Anlage zur Destillation und eventuellen Spaltung von Mineralölen.
Die Erfindung betrifft eine Anlage oder Vorrichtung zur Destillation und Spaltung
von Mineralölen und anderen flüssigen Kohlenwasserstoffen und bezweckt die Erzielung
einer regelmäßig verlaufenden, kräftigen Vergasung in wirtschaftlicher Weise, wobei
nach Bedarf das zu verarbeitende Rohmaterial, wie Masut, Rohnaphtha, Schweröle der
Kohle, des Torfs, Schiefers, Petroleums, Lignits, auch Nebenprodukte der Art aus
verschiedenen Gebieten der Öl- und Teerindustrie usw. entkarburiert und entpolymerisiert
wird.
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Vorrichtungen zum Raffinieren, Destillieren und Spalten von mehr oder
weniger flüssigen Erdölen und ähnlichen Kohlenwasserstoffen sind bereits bekannt,
beispielsweise verdampft man flüssige Kohlenwasserstoffe in von außen durch offene
Feuerungen oder Metallbäder beheizten Rohrschlangen und verwendet die entstehenden
Kohlenwasserstoffdämpfe ohne weiteres oder nach vorheriger Kondensation.
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Insonderheit ist es auch bekannt, die flüssigen Kohlenwasserstoffe
in einem aus Parallelrohren gebildeten Schlangenrohrsystem zu erhitzen, _ das ein
emulsionsartiges Gemisch liefert, welches durch Expansion in einem Separator in
einfachster Weise geschieden wird, der von außen durch die Verbrennungsgase der
das Rohrsystem beheizenden Feuerung beheizt wird oder einen Teil der in ihm frei
gewordenen Kohlenwasserstoffdämpfe verbrennt. Die gewonnenen Dämpfe werden aufgefangen
und bei stufenmäßiger Abkühlung verdichtet, während die in dem Separator verbleibenden
flüssigen Reste abgezogen und anderweit verwendet werden.
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Bei manchen bekannten Verfahrensweisen arbeitet man auch mit Katalysatoren;
aber es sind bisher noch keine Apparate der hier in Betracht kommenden Art bekannt
geworden, in denen derartige Hilfsmittel in gewerblichem Maße Anwendung gefunden
hätten.
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Anstatt, wie bei diesen bekannten Methoden, die Kohlenwasserstoffe
in einfachen, gewähnlichen Rohrschlangen von außen zu beheizen und zu überhitzen,
wird in der neuen Anlage in rationellerer, einen vollkommeneren Erfolg sichernder
Weise derart gearbeitet, daß die Anfangstemperatur der zu spaltenden Öle u. dgl.
in einem aus einer oder mehreren zylindrischen Retorten gebildeten Heizraum mit
einem inneren Heizkanal allmählich gesteigert wird, der von einer Ringkammer mit
mehreren Abteilen für das zu verarbeitende Öl o. dgl. umgeben ist, deren eigenartige
Anordnung die folgenden Vorteile gewährt Man kann nach Belieben für die Besichtigung,
Reinigung und Beschickung der eine Art Rohrschlange bildenden Abteile mit die Verdampfung
und die Depolymerisation der Kohlenwasserstoffe fördernden Stoffen Zugang gewinnen.
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Man kann in dem Ringraum die Drehrichtung des zu beheizenden flüssigen
oder gasförmigen Ölstromes vielfach ändern, ohne dabei seinen Weg im allgemeinen
zu verändern.
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In Verbindung mit der noch zu erläuternden Vorwärmung läßt sich eine
rationelle Wärmeübertragung und Ausnutzung erreichen, da der Heizstrom und der Ölstrom
nach dem Gegenstromprinzip verlaufen.
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Dazu kommen die Vorteile aus den grundsätzlichen Unterschieden, nach
Zweck und Wirkungsweise zwischen dem bekannten Separator mit äußerer Beheizung und
dem mit Expansion arbeitenden Scheide- und Kühlapparat, der in der neuen Anlage
Anwendung findet.
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Dieser neue Scheide- und Kühlapparat ist in der Hauptsache darin eigenartig,
daß er nahe bis zum Siedepunkt gebrachtes Wasser unter einem bestimmten Druck verwendet,
um die in die Vorrichtung eintretenden Gase oder Dämpfe infolge der durch die Verdampfung
des Wassers verursachten weitgehenden Wärmebindung plötzlich abzukühlen.
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Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Anlage beispielsweise
veranschaulicht, und zwar sind: Abb. i eine Gesamtansicht der Anlage, Abb. 2 ein
Längsschnitt durch eine Retorte, Abb. 3 ein Querschnitt nach der Linie d-d' der
Abb. 2, Abb. ¢ ein Querschnitt nach der Linie c-c' der Abb.2. Abb.5 ein Querschnitt
durch einen Verschlußstopfen, Abb.6 und 7 Stirnansichten der Retortenöffnungen,
Abb. 8 ein Längsschnitt durch einen Kühler, Abb. 9 und io Querschnitte nach den
Linien N-N und M-M der Abb. B.
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W#e aus Abb. i ersichtlich ist, besteht die Anlage aus einer Gruppe
von Apparaten A, A', B, C, D, 0 nebst deren Zubehörteilen und
einer
zweiten Gruppe E, F, G, H, I, L, N nebst Zubehörteilen, welche von der ersten
Gruppe aus Sicherheitsgründen durch eine Mauer d', d'
getrennt ist.
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Die erste Gruppe der Apparate besteht aus einer oder mehreren Retorten
B, die die Gestalt eines Prismas oder Zylinders haben und innen zu einer Art Rohrschlange
ausgebildet sind, durch welche man zweckmäßig unter geringem Druck die zu behandelnden
Mineralöle o. dgl. hindurchlaufen läßt, nachdem man sie vorher, soweit angängig,
auf eine Temperatur von annähernd i so" bis i 8o' C gebracht hat.
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Die Retorte B besteht in dem Ausführungsbeispiel aus drei Zylindern
A2, B2, C° (Abb. :z), welche entweder hintereinander oder bei senkrechten und geneigten
Retorten übereinander angeordnet sind. Jeder Teilzylinder weist ein mittleres Heizrohr
auf, und diese Heizrohre erhalten- aufeinanderfoIgend größer werdende Querschnitte.
Zwischen der Innen- und Außenwand eines jeden dieser Zylinder befindet sich ein
ringförmiger Raum, der durch Querwände, die gleichzeitig die beiden Wandungen zusammenhalten,
in fünf ringförmige Kanäle e, e' unterteilt ist, die je durch eine Längswand u geschlossen
sind, aber unter sich durch Öffnungen r in Verbindung stehen, welche abwechselnd
auf der einen oder anderen Seite der Scheidewand u liegen, so daß die Kanäle eine
Art Schlange bilden.
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In der Außenwand eines jeden der drei genannten Zylinder sind drei
rechteckige Öffnungen x, y, z angebracht (Abb. q). Die oberste Öffnung x
läßt in ihrer Mitte die Scheidewand u erkennen. Die Öffnungen ermöglichen den Zugang
zu den inneren Ringkanälen e, e', so daß letztere besichtigt und gereinigt werden
können, und gestatten die Einführung von Eisenschlacken, Aluminiumasche, Drehspänen,
gekörntem Metall usw. zwecks Förderung des Destillationsvorganges.
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Die Öffnungen x, y, z sind gewöhnlich durch entsprechend gestaltete
Verschlußstöpsel (Abb.5) geschlossen, welche mittels Bolzen o. dgl. festgelegt werden,
so daß sie leicht angebracht und wieder entfernt werden können.
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Die Zylinder A2, B2, C2 sind achsial hintereinander aufgestellt.
Je zwei Zylinder werden durch sechs zylindrische Zapfen 2 (Abb. 3 ) verbunden, von
denen einer hohl ist und die Verbindung zwischen den Kanälen e, e' der beiden benachbarten
Teilzylinder herstellt, die im übrigen an ihren Stirnseiten durch einen schmalen
Zwischenraum d, d' getrennt sind (Abb. 2).
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Der Apparat ruht auf Füßen v (Abb. ¢), welche mit der Außenhaut der
Teilzylinder aus einem Stück bestehen.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Retorte ist folgende: Vor dem
Eintrittsende des ersten Teilzylinders ist ein Einspritzapparat A' (Abb.i) angebracht,
der in Richtung der Achse der Retorte (wie durch den punktiert gezeichneten horizontalen
Pfeil angedeutet) einen angezündeten Strahl gasförmigen oder zerstäubten Brennstoffes
abgibt, der bei seiner Vermischung mit der von außen durch die Zwischenräume d,
d' (Abb. 2, gebogene Pfeilstriche) hinzutretenden Außenluft weiterbrennt und dadurch
eine mehr oder weniger große Wärmemenge in der Retorte erzeugt, je nachdem das Einspritzen..dieses
Strahles unter höherem oder niedrigerem Druck, Dichte-oder Mengenverhältnissen erfolgt.
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Das Mineralöl o. dgl., das verdampft, destilliert oder depolymerisiert
werden soll, wird durch die Öffnung f unter Druck in das Schlangenkanalsystem eingeführt.
Es durchströmt dann nacheinander sämtliche Kanäle aller drei Teilzylinder und tritt
am entgegengesetzten Ende f aus, nachdem es in diesen Kanälen eine allmählich gesteigerte
Wärmemenge aufgenommen hat.
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Die Drehspäne in den Kanälen e, e' üben eine vorteilhafte Wirkung
aus, indem sie den Strom des zu destillierenden Mineralöldämpfes o. dgl. wiederholt
teilen und in einzelne sehr feine Strahlen zerlegen, die infolgedessen schnell vergast
werden, wobei die Überhitzung der schon zu Anfang vergasenden Dämpfe bei einer gleichen
Temperatur um so intensiver und außerdem leicht regelbar wird. Drehspäne und Aluminiumhammerschlag
üben eine- wenn auch schwache, Absorptionswirkung auf die Kohlenstoff- und Wasserstoffatome
bei Temperaturen von 65ö° bzw. 450' C aus. Hierauf folgt eine weitere Störung des
chemischen Gleichgewichts und Polymerisation der Kohlenwasserstoffmoleküle, die
nutzbringenderweise sich der anderen zugesellt, die aus der methodischen Überhitzung
stammt, da dieselben Moleküle nacheinander durch die Aluminiumspäne bei q.50° und
danach durch die Drehspäne bei 65o° ziehen.
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Die dargestellte Anlage umfaßt ferner zwei Kühlscheider E und G, welche
eine allmähliche und methodische teilweise Kondensation der Dämpfe oder vergasten
Kohlenwasser- i Stoffe bewirken. Letztere wird hier durch die Einwirkung der äußeren
Wände des Kühlscheiders erreicht und nicht durch einen Luft-oder Wasserstrom, wie
dies bisher der Fall war, wenn Dämpfe und Gase von hoher Temperatur gekühlt werden
sollten.
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Ein jeder Kühlscheider (Abb.8 bis io) besteht aus einem äußeren Behälter
A3 aus Stahlblech und einem zweiten in der Mitte dieses Behälters angebrachten und
zweckmäßig auswechselbaren Innenbehälter, der aus drei übereinanderliegenden, zylindrischen
oder kegelförmigen
Teilen besteht. Dieser Innenbehäl@ ter kann
durch Guß hergestellt, aber auch-aus Eisen- oder Kupferblech einheitlich gebildet
sein, um als Ganzes einen guten .Wärmeleiter darzustellen. Die drei übexeinanderliegenden
Etagen oder Teile umfassen den Zylinder B4, der auf dem Böden des äußeren Behälters
oder der Autoklave A3 durch Bolzen befestigt ist' das konische Stück B5, welches
den unteren Zylinder B4 mit dem oberen, einen durchbrochenen Boden (Abb.9) besitzenden
Konus C4 verbindet, und den Zylinder A4, der mit der Autoklave A3 durch zwei wagerechte
Rohre y2, z2 in Verbindung steht und an seinem oberen Ende durch einen metallenen
Dekkel s geschlossen ist, Vier Schrauben in den Nasen s' halten ihn an seinem Platz.
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Am Boden des äußeren Behälters A3 ist der Zylinder B4 durch Bolzen
befestigt. Eine Eisen- oder Kupferplatte schließt ihn ab und ist mit einem zentralen
Rohr E2 und mit zwei Hähnen F2, F3 versehen, von denen der eine, F2, im Innern eine
Rohrverlängerung F4 besitzt.
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In dem zwischen dem Behälter C4 und dem Zylinder A4 vorhandenen Ringraum
sind drei Platten x2 angeordnet, die auf Leisten x3 der Innenwand ruhen und mit
zueinander versetzten Lochkränzen versehen sind, so daß die Gase in Richtung der
Pfeile (Abb. 8) durchströmen können.
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Die Räume oberhalb der Platten werden mit Drehspänen, gekörntem Metall
oder einem anderen geeigneten Material gefüllt. Alsdann schließt man den Deckel
D2 des Konus C4.
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Die Wirkungsweise dieses Kühlscheiders ist folgende: Sind der BehälterA3,
die beiden Rohre y2 und z2 sowie der mittlere ZylinderA4 fast ganz mit Wasser von
ioo° gefüllt, was durch das Manometer 12 festgestellt werden kann, so öffnet man
den nicht dargestellten Verbindungshahn zwischen der Rohrleitung E2 und der beschriebenen
Retorte.
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Die Öldämpfe, die in die Rohrleitung E2 eintreten, treten unter Entspannung
in die Abteile B4 und B5 ein und werden durch die Drehspäne usw. auf den einzelnen
Querwänden x2 hindurchfiltriert, so daß sie schließlich aus dem Konus C4 durch die
Öffnung D3 austreten.
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Die Außenflächen der Teile B4, B5 und C4 sowie die Innenfläche des
Zylinders A4 stehen direkt in Berührung mit Wasser vom Siedepunkt. Wie bekannt,
absorbiert nun siedendes Wasser bei seiner Verdampfung wenigstens zehnmal mehr Kalorien
als Wasser, welches noch nicht den Siedepunkt erreicht hat und beispielsweise nur
io bis 60°C warm ist. Daher kühlen die mehr oder weniger vergasten Dämpfe sich beim
Durchströmen der Kühlvorrichtung nur ganz unvollkommen ab; aber sehr schnell entspannen,
zersetzen und depolymerisieren sie sich.
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.Die beschriebene Anlage wird noch durch folgende Nebenapparate vervollständigt:
Der flüssige Brennstöff, der zur Beheizung verwendet wird, wird unter Druck durch
die Leitung a in einen Zylinder A geführt und geht durch die Leitung
a' zu einem Vergaser A' (Abb. z) beliebiger Bauart, um dann in. der Retorte B zu
verbrennen.
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Die aus der Retorte austretenden Abgase durchströmen in einem Zickzackwege
die doppelte Kammer eines Wärmespeichers, wo sie zur Beheizung einerseits, in C,
des zu verarbeitenden Mineralöls o. dgl. und anderseits, in D, des in den Kühlscheider
zu schickenden Wassers dienen, wonach sie durch den Abzug P in die Außenluft gelangen.
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Das zu verarbeitende kalte Öl o. dgl. wird ständig unter einem gelinden
Druck von etwa i kg pro cm2 im Behälter D gehalten; von wo es in den Wärmespeicher
C und dann weiter zur Retorte B geht.
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Die Öldämpfe, die mehr oder weniger überhitzt und vergast aus der
Retorte B (Abb. i ) austreten, werden durch die Rohrleitung e dem Rohr E2 des ersten
Kühlscheiders E zugeführt.
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Ein Teil der Gase zieht durch die Öffnung D3 des Kühlscheiders ab
und wird von der Pumpe F durch das Rohr/ in den zweiten Kühlscheider G geleitet,
und die aus diesem austretenden Dämpfe werden durch die Leitung g unmittelbar in
den mit Kaltwasser arbeitenden Kühler oder Kondensator H, I, I'
(Abb. i) übergeführt,
während die nicht kondensierbaren Gase durch die Rohrleitung l den Waschapparaten
und Reinigern L, L' zugeführt und schließlich in einem Gasometer aufgespeichert
werden.
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Die in den Apparaten E und G verdichteten Schweröle werden durch die
Hähne F3 abgezogen.
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Beispielsweise angenommen, der Druck des Wasserdampfes und daher auch
der des zu verdampfenden Speisewassers beträgt 5 kg auf den Quadratzentimeter sowohl
in dem einen wie in dem anderen äußeren Behälter der Kühler; es besteht aber ein
Temperaturunterschied von 8o° zwischen ihren Innentemperaturen infolge der zu Anfang
stattfindenden Beschickung des äußeren Behälters des Apparates E mit einer gesättigten
Chlorcalciumlösung bis zum Normalniveau.
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Unter solchen Bedingungen werden die mehr oder weniger vergasten und
entkohlten Dämpfe aus der Retorte B mit beispielsweise einer Temperatur von 65o°
und einem Druck von i,z kg heraustreten und sehr schnell auf eine theoretische Temperatur
von z35° bzw. wirkliche Temperatur von etwa 26o' bei einem Druck von 400
9 zurückgeführt weiden, indem
sie durch den ersten Kühlscheider
E strömen, von wo sie durch die Motorpumpe F abgesaugt werden. Durch letztere werden
die Dämpfe komprimiert und wieder ein wenig erhitzt, so daß sie einen weiteren,
noch ziemlich starken Temperatur- und Druckabfall in dem zweiten Kühlscheider G
erfahren, in-den sie unter einem Druck von goo g bei einer Temperatur von 3oo° eintreten
und aus dem sie bei einem Druck von zoo bis 3oo g und einer Temperatur von 16o'
austreten. Die Drehspäne unterstützen hierbei die Zerstörung des chemischen Gleichgewichts
der Gasmoleküle bei Temperaturen zwischen ¢50° und 65o°, während eine Füllung mit
Kupferspänen eine ziemlich wirksame Affinität für Wasserstoff bei 3oo° bis 5oo°
Wärme und eine Füllung mit Nickeleisen eine doppelte Affinität für Kohlenstoff und
Wasserstoff zwischen 20o° und 35o° zeigt.
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In manchen Fällen, beispielsweise wenn man mehr flüssige, leicht entzündliche
Kohlenwasserstoffe und weniger gasförmige gewinnen will, kann man auch eine gleichzeitige
Ansaugung vornehmen und dabei ein sehr inniges Gemisch von aus dem Apparat E (Abb.
i) austretenden Wasserdämpfen und einem Teil des in dem Gasometer aufgespeicherten
und erforderlichenfalls mit Wasserstoff und Steinkohlengas angereicherten Gases
gewinnen, um dann das so erhaltene vollkommene Gemisch in den inneren Behälter des
zweiten Kühlscheiders strömen zu lassen, der mit Katalysatoren ausgerüstet wird.