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Verfahren zur Druckwärmespaltung von Kohlenwasserstoffölen Gegenstand
der Erfindung ist die Wärmebehandlung von Kohlenwasserstoffen zu dem Zweck, durch
Wärmespaltung Koh.lenwasserstoffe von niedrigerem Molekulargewicht als dem des Ausgangsstoffes
zu erhalten.
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Bei der Wärmespaltung von öligen oder sonstigen Kohlenwasserstoffen
ist es sehr wesentlich, teilweise Überhitzung zu vermeiden; denn dadurch werden
übermäßige Mengen von Kohlenstoff und Gas gebildet, was nicht nur eine Verschwendung
von Kohlenwasserstoff bedeutet, sondern auch bezüglich der Entfernung des Kohlenstoffs
aus der Anlage eine schwierige Aufgabe stellt. Aus diesen und anderen Gründen ist
bereits vorgeschlagen worden, ölige Kohlenwas.serstoffe in der Weise zu erhitzen,
daß man ihnen ein Heizmittel beimischt, dessen Temperatur genau geregelt werden
kann, während bei Erhitzung in Behältern mit .Feuerung u. dgl. gewöhnlich örtliche
Überhitzung auftritt. Diese Heizmethode hat den weiteren Vorteil, daß das Heizmittel
innig mit dem Öl gemischt werden kann und ihm dadurch eine gleichmäßige Temperatur
mitteilt. Nach langem Studium des Problems-wurde von dem Erfinder Quecksilber oder
eine äquivalente Substanz als höchst geeignetes Mittel zur übertragung der zur Wärmespaltung
nötigen Wärmemenge auf Öle oder sonstige Kohlenwasserstoffe dann gefunden, wenn
die für die Spaltung notwendige Wärmemenge lediglich durch die heißen Quecksilberdämpfe
zugeführt wird. Die Gründe zur Wahl des Quecksilbers für diesen Zweck sind in der
Hauptsache die folgenden r. Seine Verdampfungseigenschaften sind derart, daß die
verhältnismäßig hohe Spaltungstemperatur ohne überhohen Druck erreicht werden kann;
auch kann sein Dampf überhitzt und das Verhältnis zwischen Temperatur und Druck
dadurch frei geregelt werden.
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a. Es läßt sich leicht kondensieren und entlastet dadurch im Gegensatz
beispielsweise zu Wasserdampf erheblich die Kondensatoren.
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3. Es läßt sich leicht von dem Öl trennen und unter dem Einfluß seiner
eigenen Schwere dem Verdampfer wieder zuführen.
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q.. Es löst keine Bestandteile des zu behandelnden Öles auf.
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5. Es hat eine .günstige katalytische Wirkung auf das der Behandlung
unterworfene Öl.
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Wenn man auf diese Weise Quecksilber benutzt, um dem i"51 durch physikalische
Berührung Wärme zuzuführen, ergibt sich ein weiteres Problem aus der Tatsache der
Verschiedenheit der Dampfdruckkonstanten von Quecksilberdampf und Öl. Beispielsweise
ist zur Erzielung einer Quecksilberdampftemperatur von etwa 4.30° im allgemeinen
notwendig, einen Quecksilberdruck von etwa 3,1 lc,g/qcm zu benutzen, da' das Quecksilber
bei der genannten Temperatur unter diesem Druck siedet. Zur Erzielung einer Temperatur
von
485' wäre die Verwernclung gesättigten Queclesilberdaiupks :unter einem Kesseldruch
von 6,33 kg/qcm nötig. Anderseits ist der Dampfdruck von Kohlenwasserstoffölen verhältnismäßig
viel höher als der von Quecksilber; eine Temperatur von beispielsweise 43o° würde
also gesättigten Öldampf von, viel höherem Druck als dem des Quecksilberdampfes
gleicher Temperatur (3,i kg/qcm) erzeugen.
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Da nun in der Regel Kracktemperaturen von 430' und darüber zur Anwendung
kommen, wäre ein erheblicher Druck von Quecksilberdampf und Öldampf vorauszusehen
bei einfachem Mischen des Quecksilberdampfes und des flüssigen Öles. Nun ist aber
von L e s 1 i e und P o t t h o f f (Journ. Am. Chem. Soc., Band 18, Seite
776) gezeigt und durch die eigenen Beobachtungen des Erfinders bestätigt
worden, daß der Druck einen verhältnismäßig geringen Einfluß auf die Wärmespaltung
hat und daher die bisher in der Praxis angewandten hohen Drucke unnötig sind. Demgemäß
wird erfindungsgemäß Quecksilberdampf zur Anwendung gebracht, welcher vor der Berührung
mit dem Öl überhitzt und außerdem unter verhältnismäßig niedrigem Druck gehalten
wird. Dadurch kann die erforderliche Kracktemperatur ohne Anwendung von Drucken
erzielt werden, die sich als unnötig hoch herausgestellt haben. So ist es möglich,
den erhitzten Quecksilberdampf unmittelbar in flüssiges il bzw. feste Kohlenwasserstoffe
einzuführen, indem durch Anwendung von Überhitzung die Temperatur des Quecksilbers
der der gesättigten Kohlenwasserstoffdämpfe angeglichen werden kann. Vorzugsweise
werden die Kohlenwasserstoffe zunächst in einem Verdampfer üblicher Bauart verdampft,
ohne aber dabei eine nennenswerte Spaltung der Dämpfe eintreten zu lassen, und erst
dann mit dem überhitzten Quecksilberdampf in einer geeigneten Reaktionskammer vereinigt,
in der der Krackvorgang stattfindet. Dieses Verfahren erlaubt die Anwendung niedrigen
Drucks und bietet auch den weiteren Vorteil, daß: ein Teil der zur Umwandlung der
Öle nötigen Gesamtwärme durch gewöhnliche Heizvorrichtungen geliefert werden kann,
z. B. durch direkte Feuerung oder Abwärmeheizung. Der Quecksilberdatnpf wird auf
diese Weise für den oberen und erheblich wichtigeren Teil des Wärmekreislaufs aufgespart.
Anderseits ist Vorsorge getroffen, daß die Verdampfung des Öls praktisch ohne lokale
Überhitzung oder Spaltung stattfindet; diese Bedingung kann infolge der verhältnismäßig
niedrigen hier in Betracht kommenden Temperatur leicht eingehalten werden. Durch
die beschriebene Anordnung wird also der Gegensatz der Temperaturen und Dampfdrucke
berücksichtigt und trotzdem die Anwendung niederer Temperaturen ermöglicht.
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Nachdem die dampfförmigen oder festen Kohlenwasserstoffe der Einwirkung
des heißen Quecksilberdampfes unterworfen sind, werden die entstehenden Dämpfe abgeleitet
und kondensiert und das Quecksilber abgeschieden und dem Kessel wieder zugeführt.
Die entstandenen Kohlenwasserstoffe werden hierauf fraktioniert, kondensiert oder
in anderer bekannter Weise zur Gewinnung ihres Gehaltes an Gasolin und sonstigen
gewünschten Erzeugnissen behandelt.
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Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, zur Wärmespaltung von Kohlenwasserstoffölen
Quecksilberdampf zu verwenden, doch wird hier zunächst das Öl in einer besonderen,
mit Feuer geheizten Blase verdampft und erst dann die entwickelten Öldämpfe mit
dem Quecksilberdampf vermischt, der für sich mittels eines elektrischen Heizkörpers
erhitzt wird. Das Gemisch von Öl- und Quecksilberdampf wird dann zum Zweck der überhitzung
mit Wärme von außen behandelt, so daß das Quecksilber lediglich als Katalysator
wirkt.
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Demgegenüber wird gemäß der Erfindung der Quecksilberdalnpf über die
gewünschte Kracktemperatur hinaus erhitzt, bevor er mit den Kohlenwasserstoffdämpfen
gemischt wird, die ihrerseits in der Weise erzeugt werden, daß man die Kohlenwasserstofföle
praktisch ohne Spaltung verdampft, so daß durch die innige Mischung des überhitzten
Quecksilberdampfes mit den Kohlenwasserstoffdämpfen die letzteren auf die gewünschte
Kracktemperatur gebracht werden, ohne daß Wärmezufuhr von außen erforderlich ist.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand der beiliegenden schematischen
Zeichnung im einzelnen beschrieben werden.
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In der Zeichnung ist io ein Quecksilberkessel bekannter Bauart mit
einer Ouecksilberdampfableitung i i, die mit der Heizschnecke oder einem sonstigen
Oberflächenheizer des Überhitzers 12 in Verbindung steht; die Temperatur des Lberhitzers
kann entsprechend eingestellt werden. Hier wird den Quecksilberdämpfen die gewünschte
Überhitzung erteilt. Aus dem überhitzer 12 wird der Quecksilberdampf durch die Rohrleitung
13 in die eigentliche Reaktionskammer 14 geleitet. Mit dieser Reaktionskammer steht
außerdem der Verdampfer 17 in Verbindung, welchem das der Behandlung zu unterwerfende
Öl durch die Rohrleitung i8 zugeführt wird. Eine Rohrleitung i9 für Dampf oder ein
indifferentes Gas zur Unterstützung der Verdampfung steht ebenfalls in Verbindung
mit dem Verdampfungsraum des
Verdampfers oder Kessels
17. Eine Rohrleitung 20 mit Ventil 32 dient zur Einführung des Dampfes aus
dem Verdampfer 17 in die Reaktionskammer 1d.. Für den. Rückstand aus dem
Verdampfer 17 ist ein Rückstandbehälter 22 vorgesehen. In den Rohrleitungen
13 und 2o sind Rückschlagventile 13a bzw. 2oa angebracht.
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Die Reaktionsprodukte werden aus der Kammer 14 durch die Rohrleitung
24 in den Kühler 25 und von da in den Scheider 26 geführt, in welchem die Scheidung
des flüssigen Quecksilbers von den verflüssigten Kohlenwasserstoffen stattfindet.
Die erzeugten flüssigen Kohlenwasserstoffe werden aus dem Scheider 26 durch die
mit dem Behälter 29 verbundene Rohrleitung 28 abgeleitet. Die nicht kondensierten
Dämpfe und Gase werden durch die Rohrleitung 3o aus dem Scheider 26 abgeleitet.
Das Enderzeugnis wird durch die Rohrleitung 31 abgezogen. Das Quecksilber gelangt
aus dem Scheider 26 durch die mit einer geeigneten eingebauten Pumpe 3d.' versehene
Rohrleitung 33' nötigenfalls in den Kessel zurück. Das Quecksilber kann der Anlage
durch eine beliebige Vorrichtung zugeführt werden, z. B. durch eine Verlängerung
3,3a der Rohrleitung 33' über den Scheider 26 hinaus.
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Die Erfindung sieht nicht nur das Kracken flüssiger Kohlenwasserstoffe
einschließlich Kohlenteer oder Destillate der Kokerei vor, sondern auch das Kracken
von Kohlenwasserstoffe liefernden festen Stoffen, beispielsweise von Brandschiefer,
ölführenden Sanden und Stoffen bituminösen Charakters, wie z. B. weicher Kohle,
Braunkohle u. dgl. Beim Arbeiten mit solchen festen Stoffen wird die Verbindung
des Verdampfers 17 mit der Reaktionskammer 14 durch entsprechende Vorrichtungen,
z. B. das Ventil 32, unterbrochen. Die Reaktionskammer kann durch Einbau geeigneter
Vorrichtungen zur Behandlung fester fein verteilter Stoffe ergänzt werden; diese
Vorrichtungen werden durch verschließbare, bei 33 und 34 angedeutete Öffnungen eingesetzt
und herausgenommen.
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Durch die verbesserte Anlage zur Behandlung von Koblenwasserstoffen
nach vorliegender Erfindung kann die Temperatur auf jedem entsprechend der Art des
zu behandelnden Gutes gewünschten Grad gehalten werden. Im allgemeinen beträgt die
Temperatur für das Quecksilber mehr als 37o° und weniger als 6oo°. Wie schon erwähnt,
ist die Anlage besonders für die Anwendung verhältnismäßig niedriger Drucke, z.
B. 3,5 k"-/qcm über Atmosphärendruck und darunter, geeignet; eine Beschränkung auf
einen begrenzten Druckbereich soll jedoch nicht stattfinden. Weiter wird die zur
Hervorbringung des Krackens nötige Wärme in. der Hauptsache durch den Quecksilberdampf
geliefert; dadurch. wird der Vorteil erreicht, jede Gefahr lokaler Überhitzung und@
die damit verbundene Erzeugung von fester Kohle und Gas auszuschalten.
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Die Erfindung ist selbstverständlich mannigfacher Abänderungen fähig,
ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird; insbesondere können zur fraktionierten
Kondensation. der Reaktionsprodukte und Erhitzung des in die Reaktionskammer eintretenden
Öles beliebige Vorrichtungen an sich bekannter Art zur Verwendung kommen.