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Verfahren und Vorrichtung zur Druckwärmespaltung von Kohlenwasserstoffölen
Zur Darstellung von leichteren Kohlenwasserstoffen aus schwereren hat man bereits
vorgeschlagen, die Kohlenwasserstofföle zu spalten und zu diesem Zweck eine Erhitzung
der Kohlenwasserstofföle durch drehbar angeordnete Heizkörper vorzunehmen, während
in dem Behandlungsgefäß ein Katalyt untergebracht ist. Bei solchen Verfahren wurden
die Kohlenwasserstofföle in einer Drehtrommel behandelt, welche auch Heizkörper
enthielt. Bei Benutzung von drehbar angeordneten Heizkörpern, die in (las Öl eintauchten
und dann das Öl wieder verließen, wurde die Trommel selbst gewöhnlich im Ruhezustand
erhalten, und die Heizgase wurden von einer Wandung der Trommel aus eingeleitet.
Zach dem vorliegenden Verfahren kann ein ununterbrochener Betrieb dadurch aufrechterhalten
werden, daß die zur Erhitzung der Retorte dienenden Heizgase durch eine Hohlwelle
geleitet werden, welche axial angeordnet ist. Diese Heizgase treten von dieser Hohlwelle
durch radiale Heizröhren in einen äußeren, die drehbare Retorte umgebenden Heizmantel
ein. Die zu spaltenden üle werden dabei ebenfalls durch die Achse der Trommel zugeführt,
und die gespaltenen Kohlenwasserstoffe strömen aus der Trommel auf der anderen Seite
ebenfalls durch die Achse ab.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt demnach eine
Drehtrommel, die auf einer Hohlwelle sitzt, von einer Anzahl radialer Heizröhren
durchzogen ist und ihrerseits von einem mantelförmigen Heizraum vollständig umgeben
ist. In diesen Mantel treten die Heizgase über, um abzuströmen oder noch einmal
benutzt zu werden.
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Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel dar.
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Abb. i ist ein Aufriß (teilweise im Schnitt) einer Vorrichtung zur
Ausführung des Verfahrens, und Abb. 2 und 3 sind Teilschnitte nach 2-2 und 3-3 der
Abb. i.
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Die als Ganzes bei io angedeutete Anlage umfaßt eine feststehende
Trommel 12, welche von Ständern 14. bekannter Art unterstützt ist. Diese Ständer
haben Lagerflächen 16 zur Unterstützung einer Hohlwelle 18, auf welch letzterer
eine andere Trommel 20 befestigt ist. Die Trommel 2o befindet sich innerhalb der
feststehenden Trommel 12 und wird gänzlich von ihr umschlossen.
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Zwischen der Wand 22 der Trommel 20 und der Hohlwelle 18 sind viele
Rohre 24. verlegt. Sie stehen an ihren inneren Enden in ununterbrochener Verbindung
mit der Hohlwelle 18, und an ihren äußeren Enden münden sie in den Ringraum 27 zwischen
den beiden Trommeln.
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Die bei 28 angedeutete Feuerung schickt die Verbrennungsgase durch
die Leitung 30 in ein feststehendes Gehäuse 32, das durch eine entsprechende
Abdichtung 34. das eine Ende der Hohlwelle 18 unterstützt, um die Drehung dieser
Welle ohne Entweichung von Heizgasen um die Welle herum zuzulassen.
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Von der äußeren feststehenden Trommel 12
aus geht
eine Leitung 36, welche die verbrauchten Gase nach Durchgang durch die Röhren 24
aus der Anlage austreten läßt. Aus wirtschaftlichen Gründen werden diese teilweise
abgekühlten Gase einer Wärmeaustauschvorrichtung 38 zugeschickt, die zum Vorwärmen
der Kohlenwasserstofföle dient. Von diesem Vorwärmer aus strömen die Gase durch
die Leitung 4o durch eine Zweigleitung 42, die mit der Hauptleitung 3o verbunden
ist, so daß diese Gase noch einmal die Hohlwelle 18 durchziehen und zur richtigen
Erwärmung der Röhren 24 beitragen. Durch diese zum Teil abgekühlten Gase kann sogar
die Temperatur der aus der Feuerung 28 kommenden Gase genügend weit herabgesetzt
werden.
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In der Mitte der Hohlwelle 18 ist ein zweites Rohr 44 angeordnet.
Neben dem Eintrittsende der Hohlwelle 18 und innerhalb des Zylinders 2o gehen von
diesem Rohr 4.4 eine Anzahl von radial verlegten Zweigrohren 46 aus. Diese Zweigrohre
durchsetzen die Wand der Hohlwelle 18 und sind natürlich mit dieser Welle fest verbunden.
Dadurch wird bei Drehung der Hohlwelle r 8 und des Zylinders 12 auch das im Innern
der Hohlwelle liegende Rohr 44 mitgenommen.
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Von der Wärmeaustauschvorrichtung 38 geht eine Ölzuleitung 48, die
das Ventil 5o enthält. Es wird dadurch die Beschickung der ganzen Anlage mit Öl
geregelt, da das das Ventil So enthaltende Rohr 48 mit dem Rohr 44 durch eine Drehverbindung
52 verbunden ist. In den Wärmeaustauscher selbst führt die Frischölleitung 54 hinein.
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Die in der Feuerung 28 erzeugten Gase strömen also durch das Rohr
30 zur Kammer 32 und dann in die Hohlwelle 18 und zu den Rohren 24. Die Gase
geben den größeren Teil ihrer Hitze an diese Rohre ab, um in den Ringraum 27 überzutreten
und durch Leitung 36 dem Olvorwärmer 38 zugeführt zu werden. Sie können dann diesen
Weg noch einmal zurücklegen oder können anderswie benutzt werden. Das in den Vorwärmer
38 strömende Öl geht von der Leitung 54 zum Rohr 48 und dann durch Rohr 44 zu den
radial angeordneten Rohren 46 und wird von hier aus in das Innere 56 des Drehzylinders
2o eingeschickt. Ein bei 58 angedeutetes Abschlußstück in dem Rohr 44 sorgt dafür,
daß das ganze zugeführte Öl durch die Zweigrohre 46 austreten muß. Die behandelte
Flüssigkeit wird in Dampfform übergeführt, und dieDämpfe werden aus dem Innern der
Drehtrommel 2o durch Rohre 6o abgeleitet, die ähnlich mit Bezug auf das Rohr 44
verlegt sind wie die Rohre 46. Nur liegen die Rohre 6o am anderen Ende des Zylinders.
Auch hier ist im Innern des Rohres 44 ein Stöpsel 58' angedeutet, um zu verhindern,
daß das behandelte 0I zu weit in die Leitungen 44. hineintritt. Die Dämpfe im Innern
des Drehzylinders 2o strömen also durch die Rohre 6o in Verlängerungen 62 des Rohres
44 und können von hier aus zu irgendeiner Sammelstelle geführt werden. Während
dieser Weiterleitung mögen die verschiedenen Fraktionen aus dengespaltenen Kohlenwasserstoffen
in beliebiger Weise abgeschieden werden.
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Da die zum Teil gekühlten Feuerungsgase nach Durchgang durch den Vorwärmer
nicht alle wieder durch das ganze System getrieben werden können, ist ein Abzweigrohr
64 angeordnet, welches zu einem Kamin führt, so daß beständig ein Teil dieser Gase
aus dem System austritt. Bei 64. und 66 sind Ventile angedeutet, die eine Regelung
des Gases zulassen. Man kann auf diese Weise die Temperatur im Innern der Trommel
12 genau überwachen.
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Bei Benutzung der Anlage wurde gefunden, daß ein Gemisch von Kohlenwasserstoffölen
und Wasser sich zur Spaltung besser eignet als reine Kohlenwasserstoffe, und bei
68 ist deshalb eine Zuleitung angedeutet, die der 01-zufuhr 48 Wasser zugibt. Ein
Ventil ; o regelt die Wassermenge, die eintreten soll.
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Die Entfernung der Rohre 24 zum Zwecke der Reinigung oder der Auswechslung
kann besonders leicht vorgenommen werden, da längs einer Mantellinie der äußeren
feststehenden Trommel und in einem dem Abstand der Rohre 24 entsprechenden Abstand
Schraubstöpsel72 angeordnet sind. Durch die von diesen Stöpseln abschließbaren Löcher
können auch die Rohre 24 einzeln eingeführt oder herausgenommen werden, um auf diese
Weise eine Zerlegung der Hauptteile der ganzen Anlage selbst bei solchen Ersatzarbeiten
entbehrlich zu machen. Man kann zwei solcher Sätze von Rohren in Bereitschaft halten,
um jedesmal bei Verstopfung oder Durchbrennen von Rohren in dem einen Satz gleich
Ersatzrohre in Stellung bringen zu können.
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Die Drehung der Trommel 20 mag auf beliebige Weise besorgt werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel dient dazu ein Schneckenvorgelege 74.
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Die Rohre 24 haben vorzugsweise einen Überzug aus Glas, Porzellan,
Schmelze o. dgl., um wahlweise Benetzung oder Adsorption des Wassers an Stelle des
öles möglich zu machen. Dadurch wird nämlich der 'Niederschlag von Kohlenstoff aus
den Kohlenwasserstoff en auf der Außenseite dieser Rohre möglichst hintangehalten.
Abb. 3 zeigt im Querschnitt eine Röhre mit einem hohlen Mittelkern aus Metall bei
76 und einen äußeren Belag 7 8 aus mineralischen Stoffen, Silikaten, Erdfarben o.
dgl.
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Der Betrieb der Anlage geht wohl ohne weiteres aus der obigen Beschreibung
hervor. Die in der heißen Feuerung erzeugten Gase
werden durch die
Leitung 30 zur Kammer 32 geschickt und strömen dann in die Hohlwelle 18.
Sie strömen von dieser Hohlwelle nach auswärts durch die Rohre 24 und heizen dadurch
die Kammer 56. Um die Übertragung der Hitze auf die Kohlenwasserstofföle so wirksam
wie möglich zu machen, ist eine große Anzahl dieser Rohre 24. gewählt.
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Die Gase treten aus den Rohren 2.a. in den Ringraum 27 ein und strömen
durch die Leitung 36 zum Ölvorwärmer. Sie können entweder von diesem Vorwärmer aus
unmittelbar zu einem Kamin geführt werden, oder sie können zum Teil noch einmal
durch die Anlage geschickt werden, um die Wärme der aus der Feuerung austretenden
Gase durch Mischung mit den schon einmal benutzten Gasen zu regeln.
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Das 01 tritt in den Vorwärmer durch die Leitung 54. ein. Es
geht dann durch Leitung .I8 zum Rohr d..f und strömt durch die Zweigrohre 46 in
die Kammer 56. In dieser Kammer sammelt sich der nicht verflüchtigte Teil des Öles
an der tiefstgelegenen Stelle Ier Kammer, und die Rohre 24. treten der Reihe nach
in dieses Ölbad ein, erwärmen es und nehmen eine dünne Ölschicht aus dem Bad mit
heraus. Auf diese Weise wird eine möglichst große Oberfläche des Öles in innige
Berührung mit der Oberfläche der Heizröhren gebracht, wodurch Verdampfung und Spaltung
bedeutend begünstigt werden. Die Rohre 2.4 wirken jedoch nur auf die Dämpfe in dem
Raum 56 ein, wenn sie durch den oberen Teil dieser Kammer durchtreten.
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Die nach oben gerichteten Zweigrohre 6o nahe dem Austrittsende nehmen
die gespaltenen Dämpfe auf. Diese Dämpfe werden durch die Leitung 62 abgezogen und
dabei teilweise kondensiert. Da die Enden dieser Rohre 6o offen sind, so schöpfen
sie wohl auch etwas Rückstandsöl aus dem Sumpf im Innern der Drehtrommel 2o heraus,
und auch diese kleine Rückstandsmenge wird durch die Leitung 62 fortgeschafft, um
entsprechend behandelt zu werden.
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Die sich drehenden Rohre 24 erhitzen also in einem Teil ihrer Bewegung
eine Ölmasse und bringen sie zur Verdampfung, während sie in einem anderen Teil
ihrer Bewegung durch die Dämpfe ziehen und sie spalten. Das Verfahren ist ein ununterbrochenes
Verfahren; denn man kann das Frischöl an dem einen Ende der Trommel einschicken
und am anderen Ende beständig entnehmen, wobei infolge der erwähnten Ausführungsform
von Wellen und Rohren die Ansetzung von Kohlenstoff an den Wänden möglichst umgangen
wird. Wenn nach längerer Zeit der Kohlenstoffansatz entfernt werden muß, so nimmt
dies nur wenig Zeit in Anspruch, und namentlich ist eine volle Zerlegung der ganzen
Anlage entbehrlich gemacht.
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Wenn in der Beschreibung auf Öl Bezug genommen wird, so ist damit
nicht nur Erdöl zu verstehen, sondern auch Fraktionen, die durch Destillation aus
bituminösen Kohlen, Lignit oder ähnlichen Kohlenstoff enthaltenen Mineralien gewonnen
werden. Auch läßt sich das Verfahren auf Kohlenwasserstofföle anwenden, in welchen
größere oder kleinere Mengen von festem Kohlenstoff in fein verteiltem Zustand vorhanden
sind, in welchen also feine Kohleteilchen schweben. Eine derartige Mischung von
festen Kohleteilchen mit Kohlenwasserstoff hat sich als Brennstoffmischung besonders
gut bewährt.