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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Destillieren von kohlenstoffhaltigen
Materialien und gleichzeitigen Kracken, Hydrieren oder Dehydrieren der entwickelten
Dämpfe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, wobei
gleichzeitig rin demselben Apparat bei gewöhnlichem Druck die Destillation beliebiger
kohlenstoffhaltiger Materialien (fester, flüssiger, breiförmiger oder gasförmiger),
das Kracken, das Hydrieren und Dehydrieren unter katalytischer Wirkung der Gase
oder Dämpfe vorgenommen wird, die durch die Destillation erzeugt werden, zu dem
Zwecke; leichte Kohlenwasserstoffe sowohl der Fettreihe als auch der aromatischen
Reihe zu erzeugen. Als Ausgangsstoffe kommen beispielsweise 51e, Teer, Naphtha,
Schiefer, gemahlene Kohle und viele andere in Frage.
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Das Verfahren und der Apparat gemäß der Erfindung gestatten, mit sehr
einfachen, gedrängt gebauten und wirtschaftlichen Mitteln die Destillation, die
katalytische Behandlung, das Kracken und das Hydrieren oder Dehydrieren jeder kohlenstoffhaltigen-
mit großer Ausbeute, geringen Kosten und großer Sicherheit durchzuführen.
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Das vorliegende Verfahren beruht im wesentlichen darauf, daß die kohlenstoffhaltigen
Substanzen destilliert und daß zur gleichen Zeit die durch die Destillation, erhaltenen
Dämpfe der gleichzeitigen Einwirkung von Wärme, beispielsweise 4000 C oder darüber,
und katalytischen Einflüssen von solchen Körpern unterworfen werden, welche die
gewünschten Reaktionen der Dämpfe befördern.
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Derartiges wird bereits angestrebt bei einem bekannten Verfahren zum
kontinuierlichen Destillieren von festen, flüssigen oder breiförmigen kohlenstoffhaltigen
Materialien und zum gleichzeitigen Kracken, Hydrieren oder Dehydrieren der aus diesen
Stoffen sich entwickelnden Dämpfe, insbesondere bei oder annähernd bei .gewöhnlichem
Druck unter Anwendung von Rührvorrichtungen.
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Dieses bekannte Verfahren wird in einer stehenden Tellerretorte mit
zonenweiser Abführung der Destillationsgase ausgeführt. Die Tellerböden können dabei
,aus Kontaktmasse bestehen oder solche tragen, sie sind jedoch fest und werden bald
von einer Dauerschicht von Ruß oder Kohlenstoff überzogen sein, welche die Berührung
zwischen den Dämpfen oder Gasen und dem Katalysator verhindert. Gemäß der Erfindung
wird im Gegensatz dazu der Katalysator von den einzelnen Elementen einer beständig
schwingenden
Anordnung getragen, durch welche die Gase und Dämpfe
in feinverteiltem Zustande hindurchströmen. Infolgedessen ist die Berührungsoberfläche
einmal sehr stark vergrößert, und die Berührungsflächen mit den Gasen und Dämpfen
wechseln ständig.
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Das neue Verfahren besteht darin, daß die infolge der Krackeinwirkung
auf die kohlenstoffhaltigen Materialien und auf die Dämpfe und Gase aufsteigenden
Rußteilchen in einer Reaktionskammer mittels einer beständig in Schwingung erhaltenen
und in geeigneter Weise erhitzten Einrichtung zurückgehalten werden, wobei die Dämpfe
und Gase gezwungen werden, .in diese Einrichtung in feinverteiltem Zustande einzutreten
und dort die Rußteilchen abzusetzen. Damit wird die Wirkung bezweckt, daß durch
die Berührung der Dämpfe und Gase mit den Rußteilchen in Verbindung mit der Einwirkung
von Wärme eine katalytische Einwirkung auf die Dämpfe und Gase ausgeübt wird, wodurch
gleichzeitig das Kracken und Hydrieren oder Dehydrieren der Moleküle der Dämpfe
und Gase befördert wird.
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Bei der bekannten Einrichtung werden die durch die Destillation erzeugten
Dämpfe unmittelbar abgezogen und getrennt kondensiert, während bei der vorliegenden
Verfahrensweise die gemischten Dämpfe in dem oberen Teil der Reaktionskammer so
lange zurückgehalten werden, bis sie der katalytischen Einwirkung der Rußteilchen,
die von dem Kracken des Materials selbst herrühren, ausgesetzt sind; andere Katalysatoren
werden nur dann angewendet, wenn weitere Reaktionen oder Zersetzungen gewünscht
werden.
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Bei dem neuen Verfahren ist ferner, was bei dem bekannten Verfahren
vollständig fehlt, eine Art von Selbstreinigung der Kontaktglieder vorhanden; denn
die beständige Bewegung der Glieder verhindert das Zusetzen durch Bildungen dauerhafter
Niederschläge von Ruß oder Kohlenstoff und schließt ebenso das Zusammenbacken verschiedener
dieser Elemente aus, wodurch eine Störung des Durchtritts der Gase oder Dämpfe hervorgerufen
würde. Die Gase oder Dämpfe haben infolgedessen die größte Aussicht, immer wieder
auf reine Kontaktoberflächen zu treffen, wodurch eine sehr gute Wirkung hervorgerufen
wird. Es handelt sich also nicht allein um einen geeigneten Träger für die Katalysatoren,
sondern um eine erhebliche Verbesserung des Verfahrens für das Zusammenbringen der
Gase mit der katalysierenden Substanz in der Reaktionskammer.
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Die neue Apparatur besteht aus einer feststehenden Retorte, die miteinander
verbundene Kammern besitzt. In jeder dieser Kaminern sind hohle Wellen angeordnet,
die Schaufeln tragen, welche in beständiger Bewegung sind. In einer Kammer ist eine
schwingende Vorrichtung vorgesehen, die aus einer großen Zahl von Ketten oder Lamellenkörpern
besteht, die beim Kracken, Hydrieren und Zersetzen der Dämpfe mitwirken. Der Apparat
ist mit Einrichtungen versehen, welche das kontinuierliche Zuführen der Rohstoffe
und das kontinuierliche Abführen der behandelten Körper gestatten, und außerdem
mit Röhren zum Abziehen der Gase oder Dämpfe, die während der Reaktion gebildet
werden.
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Die Schaufeln, mit denen die umlaufenden Wellen versehen sind, dienen
nicht nur als Rührer, sondern haben auch noch die folgenden weiteren Aufgaben: a)
auf der ,inneren Oberfläche der Retorte sehr kleine Mengen der in Behandlung befindlichen
Substanzen zu verteilen, welche in Bewegung erhalten und kontinuierlich erneuert
werden, b) das Ausgangsmaterial oder seine Rückstände am dauernden Anhaften an der
inneren Oberfläche der Retorte zu verhindern, c) gleichförmig .die Wärme von der
inneren Oberfläche der Retorte auf das in Behandlung befindliche Material zu übertragen,
d) die in Behandlung befindliche Masse zu mischen, durchzurühren, zu zerteilen und
durch die Länge der Retorte hindurchzubefördern und den Rückstand aus der Retorte
zu entfernen, e) eine Menge von Lamellen oder kleinen Metallketten .in Schwingungen
zu versetzen, die mit katalytischen Stoffen überzogen sind, zum Zwecke, die Dämpfe
zurückzuhalten, welche sich während des Destillationsvr-rfahrens bilden, sie zu
katalysieren und von dein Staub zu befreien, den diese Dämpfe in Suspension festhalten.
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Die Gesamtmasse der Ketten bildet eine sehr große Gesarntkontaktoberfläche,
die ständig in Bewegung ist.
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Die aus den in Behandlung befindlichen kohlenstoffhaltigen Materialien
entwickelten Dämpfe werden zuerst durch den sehr feinen Kohlensaub katalysiert,
den die Rührer hochheben und ein beständigem Kontakt mit den Dämpfen und auf derselben
Temperatur wie die Dämpfe erhalten; darauf kommen die Dämpfe in Berührung mit katalysierenden
Stoffen, die auf der Oberfläche der oberen Teile des Apparates oder auf den netzartigen
Schirmen oder Ketten als überzug vorhanden sind; eine weitere wärmeerzeugende Zersetzung
oder eine weitere Umwandlung der Kohlenwasserstoffe wird dadurch erhalten, daß diese
Kohlenwasserstoffe sich in der Vorrichtung in Form von Gas befinden. Einige
der
Tröge oder alle sind mit Abteilungen oder Auslässen versehen, die so eingerichtet
sind, daß die während des Krackens, Katalysierens oder Hydrierens gebildeten Dämpfe
hindurchgehen und sich ausdehnen können. Die Abteilungen oder Durchlässe sind abwechselnd
in ihrem Querschnitt verringert und vergrößert, so daß die Dämpfe aufeinanderfolgenden
Verdichtungen und Ausdehnungen unterworfen werden. Hierdurch werden eine weitere
oder nebenher laufende molekulare Zersetzung und neue Bindungen verursacht oder
günstig beeinflußt.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise und schematisch dargestellt.
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Fig. i zeigt die Vorrichtung in Endansicht. Fig. 2 ist ein senkrechter
Längsschnitt, Fig.3 ein senkrechter Querschnitt durch die Vorrichtung.
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A ist ein großer Trog, in den das zu behandelnde Material aus einem
SchütttrichterB eingelassen wird. Die Zufuhr wird durch ein selbsttätig umlaufendes
Ventil b1 geregelt. Um flüssiges Material einzufüllen, kann ein Heberrohr an Stelle
der genannten Zufuhrvorrichtung verwendet werden. Unterhalb des Trogs A ist ein
kleinerer Trog C vorgesehen, der mit dem Haupttrog A durch eine Öffnung dl in der
Scheidewand D in Verbindung steht, welche die Tröge A und C trennt. Der Trog C ist
mit einem Auslaß E versehen; der ebenfalls von einem umlaufenden Ventil e1 geregelt
wird. Oberhalb des Trogs A ist eine Gaskammer F in freier Verbindung mit dem Inneren
des Trogs A angeordnet, an deren einem Ende ein Ansatz f 1 sitzt, der mit Doppelrohren
G, G1 in Verbindung steht, durch welche die Gase zu längsliegenden Rohren H, Hl
gelangen, die mit Filtern J, Jl (Fig. 3) versehen sind; von hier gehen die Gase
durch Steigrohre K, KI zu dem Hauptgasabzugsrohr M (Fig. i). In dem Trog A liegen
zwei umlaufende Wellen N, NI, auf denen Rührarme P sitzen, deren Schaufeln schräg
in bezug auf die Achsen der Wellen stehen; in dem Trog C ist eine Welle R gelagert,
die mit geringerer Geschwindigkeit umläuft und ähnliche Rührer S trägt. In der Gaskammer
F ist eine große Anzahl von kleinen Metallketten T an einem netzartigen Schirm t1
aufgehängt, der in der Kammer befestigt ist. Diese Ketten nehmen den unteren Teil
der Kammer F ein und sind von einer solchen Länge, daß ihre Enden in .dem Weg der
Rührer P liegen, wodurch die Ketten in beständiger Schwingung erhalten werden. Diese
Ketten sind sehr klein und dicht aneinander aufgehängt, so daß sie in Wirklichkeit
eine dicke netzartige Oberfläche darbieten. Diese Anordnung verhindert also, daß
Staub mit den Dämpfen fortgeht, so daß eine permanente Wolke oder ein Nebel von
sehr feinem Staub in dem Raum unmittelbar oberhalb des Niveaus der Bildung der Dämpfe
entsteht; in dieser Wolke werden die Dämpfe innig gemischt, und die Katalyse beginnt.
Die Dämpfe «-erden dann beim Hindurchgehen durch die Ketten zu sehr kleinen Strömen
verteilt, die sich in Berührung mit den katalysierenden Körpern bewegen, aus denen
der überzug auf den Ketten besteht. Die Vorrichtung ist in einer Feuerbüchse eingebaut,
aus der nur die beiden Enden herausragen. Das bei B zugeführte Material wird von
den Rührern P und S geschüttelt, zerkleinert und zum Auslaß E transportiert. wo
der Rückstand aus der Vorrichtung austritt. Der Rückstand kann aber auch zu einer
anderen Apparatur zum Zwecke der wiederholten Behandlung geführt werden. Die entwickelten
Gase strömen, wie durch die punktierten Pfeile in Fig. 2 angegeben. Die Form der
Tröge in bezug auf die Rührer ist so gewählt, daß ein dünnes Häutchen des Materials
beständig an den inneren Flächen der Tröge erhalten bleibt, und zu diesem Zweck
ist die Scheidewand D, welche das Dach des Trogs C bildet, so ausgestaltet, daß
die gebogenen Flächen der Seiten des Trogs A sich bis zu einer Rippe fortsetzen,
die längs der Mitte der Scheidewand gebildet ist, wie aus Fig.3 zu ersehen. Die
Ketten T können mit irgendwelchen Substanzen überzogen sein, welche das Kracken
der während der Zersetzung des Materials in den heißen Trögen A und C .gebildeten
Dämpfe befördern; die Auswahl dieser Substanz hängt von der Art der behandelten
Materialien und den gewünschten Ergebnissen ab. So können beispielsweise, wenn es
gewünscht wird, den Dampf, der aus der Destillation eines Fettkörpers entsteht,
zu hydrieren, die Ketten mit reduziertem Nickel (nach S a b .a t i e r) überzogen
sein. Andererseits können die Ketten mit einem Metalloxyd, wie Magnesiumoxyd oder
Eisenoxyd, überzogen sein, wenn ein Produkt dehydriert werden soll, das stark hydriert
ist, wie beispielsweise Petroleum, Öle, die aus Petroleum entstehen, oder Gase,
die aus der Destillation derartiger Körper erzeugt werden. Andere Beispiele von
katalysierenden Körpern, die als Überzug auf den Ketten benutzt werden können, sind
Kupferoxyd oder andere geeignete Metalloxyde, die mit einer Silikatgallerte gemischt
sein können; auch Nickeloxyd oder -nitrat oder gepulvertes Glas kann mit einem geeigneten
Firnis oder einer dünnen Gummilösung vermischt und als Aufstrich auf die Ketten
aufgebracht
werden. Die Siebe J, Jx üben gleichfalls eine katalysierende
Einwirkung aus, und beim Hindurchgehen der Dämpfe durch die heißen Rohre H, Hl werden
die Dämpfe einer weiteren Katalyse unterworfen.