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Verfahren zur Druckwäritiespaltung von schweren Kohlenwasserstofflen
in der Daiupfphase Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Druckwärmespaltung
von schweren Kohlenwasserstoffölen in der Dampfphase, bei welchem das
Öl zunächst verdampft und dann in der von der Verdampfungszone getrennten
Spaltzone gespalten wird, die Spaltprodukte fraktioniert kondensiert und höher siedende
Kondensate in das Ausgangsmaterial zurückgeführt werden.
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Gemäß der Erfindung wird von der als Ausgangsmaterial benutzten Erdölfraktion,
wie Leuchtöl, Gasöl, Heizöl, nur immer ein kleiner, und zwar der leichter siedende
Teil, etwa ein Drittel oder weniger des Ausgangsmaterials, verdampft und gespalten.
Der andere Teil des Ausgangsmaterials sowie der Kondensate aus den Krackprodukten
werden dem Verdampfer als Rückstand zu gesonderter Behandlung entnommen.
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Eine Ausführungsart des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin,
daß das verdampfte zu spaltende Öl mit hoher Geschwindigkeit durch eine lange,
von außen auf in der Strömungsrichtung der Oldämpfe gleichmäßig zunehmende Temperatur
erhitzte Rohrleitung, die an ihrem Ende eine Expansionsdüse aufweist, geleitet wird.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß das Ausgangsmaterial in einem
Röhrenerhitzer nur bis auf die in dem Verdampfer herrschende Temperatur vorerhitzt
und ihm im Verdampfer nur so viel Wärme zugeführt wird, wie der latenten Verdampfungswärme
des zu krackzenden Ölteils entspricht.
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Die Erfindung schafft mithin ein kontinuierliches Verfahren, um aus
einem Ausgangsmaterial, das irgendeine Ölfraktion sein kann, eine Unterfraktion
herauszuverdampfen, die nur einen engen Siedepunktbereich umfaßt, und nur diese
Unterfraktion zur Krackung zu bringen, das ganze übrige Ausgangsmaterial aber aus
dem Betrieb herauszuziehen, um es einer gesonderten Behandlung zu unterziehen. Dadurch
können erheblich verbesserte Erzeugnisse gewonnen werden, Die zu behandelnde Ölfraktion
wird vor ihrer Verdampfung auf eine Temperatur erhitzt, die im wesentlichen derjenigen
entspricht, bei welcher der abzusondernde Bestandteil unter dem im Verdampfer herrschendenden
Druck zu verdampfen beginnt. Diese Erhitzung des Öles wird unter solchem Druck durchgeführt,
daß keine wesentliche Verdampfung eintritt, und bei solcher Temperatur, daß im wesentlichen
kein Kracken des Öles erfolgt. Vorzugsweise wird das Verdampfen des oder der abzuscheidenden
Bestandteile aus dem vorgewärmten Öl bei solcher Temperatur und solchem Druck
ausgeführt, daß keine wesentliche Krackung eintritt, Der hierbei unverdampft bleibende
Teil, der den schwereren Bestandteil oder die schwereren Bestandteile
des
Öles enthält, wird behufs einer nachfolgenden Behandlung abgeführt. Da man den unverdampften
Teil behufs nachfolgender Wiederbehandlung herauszieht und den verdampften T
' eil einer krackenden Behandlung unterwirft, kann die zum Kracken des Dampfes
erforderliche Temperatur auf diejenige beschränkt werden, die für die wirksame Behandlung
der in ihm enthaltenen besonderen Ölbestandteile notwendig ist.
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Die Erfindung ermöglicht es, ein Öl zum Zweck seiner Behandlung
durch Verdampfen bzw. durch Kracken in zwei oder mehr Öle oder Ölbestandteile zu
scheiden, von denen jeder einen anderen engen Bereich von Siedepunkten umfaßt. Nur
ein Öl oder ein Ölbestandteil, der so abgetrennt ist, wird zur Wiederbehandlung
zusammen mit dem Ausgangsöl zurückgeführt, z. B. kontinuierlich, während etwas von
den zurückbleibenden kondensierten Ölen oder Ölbestandteilen zur nachfolgenden Behandlung
gesondert aufgespeichert wird.
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Es ist bekannt, spezifische Ölgruppen, wie diejenigen des Leuchtpetroleums,
Gasöls usw., gesondert unter den für diese einzelnen Fraktionen geeigneten Bedingungen
zu kracken. Alle diese bekannten Verfahren sehen aber nicht vor, aus einer solchen
Sammelfraktion in einheitlichem Verfahrensgang zunächst eine Unterfraktion herauszuverdampfen,
die nur einen engen Siedepunktbereich umfaßt, und nur diese Unterfraktion
-zu kracken, die nicht verdampften Anteile zu entnehmen und gesondert zu
behandeln.
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Bei einem dieser bekannten Verfahren wird z. B. sowohl das ganze als
niedrig siedend bezeichnete Ausgangsmaterial als auch das ganze als hochsiedend
bezeichnete Ausgangsmaterial je für sich flüssig in eine Krackvorrichtung
übergeführt. Das niedriger siedende Ausgangsmaterial wird in einem Röhrenerhitzer
verdampft und verkrackt. Die erhaltenen verkrackten Dämpfe werden sodann durch die
Krackvorrichtung für das höher siedende Ausgangsmaterial hindurchgeführt und dienen
hier als Heizmittel.
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Eine Fraktionierung und Entnahme der dabei erzielten Kondensate zu
gesonderter Behandlung, wie sie die Erfindung nach dem Krakken vorsieht, findet
bei dem bekannten Verfahren nicht statt. Überdies wird bei letzterem Wasserdampf
mit dem Öl gemischt, bei dem Verfahren gemäß der Erfindung jedoch nicht,
um die Güte der Krackprodukte nicht zu beeinträchtigen.
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Auch ist die Kombination mit einer Expansionsdüse gemäß der Erfindung
neu.
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Die Vorrichtungen zum Ausführen des neuen Verfahrens können aus einer
Kombination bestehen, die sich zusammensetzt aus einer Retorte, z. B. einem Rührenerhitzer
zum Erhitzen des Öls, Einrichtungen, um diesem das 01 unter Druck zuzuführen,
einem Verdampfer in Verbindung mit der Retorte und mit Einrichtungen, um unverdampftes
01 aus ihm abzuführen, einer Spaltapparatur in Verbindung mit dem Verdampfer,
einer Expansionskammer in Verbindung mit der Spaltapparatur, einer Fraktioniereinrichtung
in Verbindung mit der Expansionskammer und einem Kondensator in Verbindung mit der
Fraktioniereinrichtung.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach
der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise dargestellt.
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Abb. i ist ein Aufriß der Anlage, ,#,bb. - 7 ein Grundriß und
Abb. 3 eine Endansicht.
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Die Anlage umfaßt einen Speisebehälter -i, der das zu behandelnde
Öl enthält, eine Pumpe 2, um das 01 aus dem Speisebehälter nach einer
Retorte oder einem Röhrenerhitzer 3 zu schaffen, wo es vorerhitzt wird, einen
Verdampfer 4, eine Spaltapparatur oder Zersetzerkammer 5,
eine Expansionskammer
6, Kühler 7 und 8,
einen Dephlegmator 9, eine Fraktionierkammer
99, einen Kondensator io und Vorratsbehälter 11, 12, 13. Die verschiedenen
Einzelteile der Anlage sind durch Rohrleitungen gemäß der Zeichnung und Beschreibung
miteinander verbunden.
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Das zu behandelnde 01 wird unter Druck von dem Speisebehälter
i mittels der Pumpe 2 durch die Retorte 3 gepumpt und von da nach dem oberen
Teil des senkrechten Verdampfers 4. Die Retorte 3 ist mit einem fortlaufenden
Rohr 14 von verhältnismäßig enger Bohrung versehen, durch das das Öl mit
hoher Geschwindigkeit hindurchgeführt wird. Auf diese Weise sucht man zu vermeiden,
daß irgendeine Ablagerung an den Wänden des Rohres zurückbleibt. Die Retorte kann
durch geeignete Mittel erhitzt werden, wie z. B. durch einen Brenner 15, der so
angeordnet ist, daß das in die Retorte eintretende 01 zuerst ihren kühlsten
Teil durchläuft und nach dem Gegenstromprinzip fortschreitend nach den heißesten
Stellen gelangt, so daß keine Teilchen des Öles plötzlich einer hohen Temperatur
ausgesetzt, sondern alle nach und nach erhitzt werden. Der angewandte Druck hängt
von der Natur des zu behandelnden Öls ab und wird so geregelt, daß das
Öl nicht erheblich verdampft, während es auf die höchste Temperatur erhitzt
wird, die für das besondere unter Behandlung befindliche 01 erforderlich
ist. Diese höchste Temperatur ist derart, daß kein erhebliches Kracken eintritt.
Die dem 01 durch das Rohr 14 in der Retorte mitgeteilte Temperatur wird zu
diesem Zweck durch - gegenseitige Abgleichung der Ofentemperatur, des Druckes,
der Olgeschwindigkeit und der Größe der Oberfläche der Röhre in geeigneter Weise
bemessen.
Das Öl gelangt bei hoher Temperatur und bei solchem
Druck, daß praktisch keine Verdampfung stattfindet, von der Retorte durch das Rohr
16 in den Verdampfer 4. Es ist zu beachten, daß bis dahin noch kein merkliches Kracken
eingetreten ist und infolgedessen kein Kohlenstoff sich "yebildet hat. Der Verdampfer
besteht aus einem kleinen senkrechten Zylinder, der mit Schamotte o. dgl. ummantelt
ist, mit einem ringförmigen Raum zwischen dem Zylinder und dem Mauerwerk, den die
Feuergase von unten her durchlaufen und am oberen Ende verlassen. Zu diesem Zweck
sind geeignete Heizeinrichtungen vorgesehen. Wenn das Öl in den oberen Teil
des Verdampfers eintritt, verteilt es sich auf die senkrechten Wände des Zylinders
derart, daß es gleichmäßig über seine erhitzte Oberfläche herunterläuft. Es wird
nur so viel Hitze zu dem im Verdampfer befindlichen 01
zugeführt, als nötig
ist, -um die zum Verdampfen notwendige latente Wärme zu liefern, ohne die Temperatur
höher zu treiben, als zur Verdampfung notwendig ist. Die Temperatur reicht nicht
aus, um ein Kracken des Öles oder die Bildung von Kohlenstoff zu bewirken.
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Die Heizfläche des Verdampfers ist derart bemessen, daß nur ein Teil
des Öles verdampft; der genaue Prozentsatz hängt von dem verwendeten 01 ab.
Der schwerere Teil des Öls, der Störungen veranlassen könnte, wenn ein leichtes
01 gekrackt wird, bleibt daher unverdampft und wird vom Boden des Verdampfers
abgeführt und mittels des Rohres 17 durch den Kühler 8 nach dem Vorratsbehälter
13 weggeführt, wo er zur Behandlung bei einer anderen Gelegenheit, wenn schwereres
01 zu behandeln ist, aufbewahrt wird.
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Wenn ein schweres Rohöl behandelt wird, dient der Verdampfer auch
dazu, den Asphalt und Teer zu entfernen. Diese können in irgend. einer zweckmäßigen
Weise abgelassen werden und entweder in dieser Form als Brennstoff benutzt oder
zu einem Koksofen oder zu einem Destillierapparat geführt werden, in welchem sie
der Destillation unterworfen werden. Die dabei verbleibenden Rückstände werden als
Brennstoff verwendet, der Oldampf wird kondensiert und dient als Vorrat für das
weitere Xracken.
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Da die Heizfläche des Verdampfers senkrecht steht, wirkt sie dahin,
das Absetzen von hitzebeständigen Ablagerungen auf ihr zu verhindern. Diese Heizfläche
bleibt daher rein, Die Temperatur und der Druck des Öldampfes können mit Hilfe geeigneter
Hähne o. dgl. je nach dem jeweilig in Behandlung befindlichen Öl so geregelt
werden, daß keine erhebliche Krackung eintritt.
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Der Oldampf gelangt von dem Kopf des Verdampfers durch das Rohr 18
in die besonders beheizte Spaltapparatur 5. Der in die Spaltapparatur eintretende
Öldampf befindet sich unter demselben Druck, den er im Verdampfer erlangt hat, und
auf der gewöhnlichen Temperatur, die dem angewandten Druck entspricht, und ist nicht
im geringsten überhitzt. Der Öldampf wird in der Spaltapparatur 5 auf die
Kracktemperatur stufenweise fortschreitend überhitzt. Dabei bleibt der Druck konstant,
weil kein flüssiges 01 vorhanden ist. Daher kann die Temperatur in dem Umwandler
nach Belieben geändert werden, während der Druck in ihm praktisch konstant bleibt.
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Der Umwandler kann in irgendeiner geeigneten Weise beheizt werden,
z. B. mittels eines Brenners ig. Seine Heizfläche ist aus einer Anzahl von verhältnismäßig
engen Zickzackrohren 2o gebildet, durch welche man den Öldampf mit hoher Geschwindigkeit
hindurchtreibt, um das Ablagern von Kohlenstoff auf den heißen Flächen zu verhindern.
Diese Rohre können im Innern glatt sein, oder sie können mit Prallplatten o. dgl.
ausgestattet sein, sie können auch teilweise oder ganz mit irgendeinem geeigneten
festen Stoff gefüllt sein, der auch als Katalysator wirken kann.
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Wenn der Öldampf die Spaltapparatur verlassen hat und sich noch unter
Druck und auf der Kracktemperatur befindet,'gelangt er durch das Rohr 21 in die
Expansionskammer 6, Dort expandiert er bis ungefähr auf Atmosphärendruck.
Diese Expansion des Öldampfes veranlaßt infolge des Druckabfalles einen entsprechenden
Temperaturabfall. Dieser wiederum veranlaßt, daß die schwereren Teile des Öldampfes
sich wieder verflüssigen. Der hierdurch verursachte Kondensationsbetrag richtet
sich nach dem Druckabfall und dem daraus sich ergebenden Temperaturabfall. Weitere
Kondensation kann durch den Wärmeverlust infolge von Strahlung von seiten der Flächen
der Expansionskammer eintreten. Sie kann durch weiteres Abkühlen mit Hilfe von wassergekühlten
Oberflächen verstärkt werden, die in einem Teil der Expansionskammer eingerichtet
sein können.
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Derjenige Teil des Dampfes, der auf diese Weise nicht kondensiert
ist, wird durch den Dephlegmator 9 geleitet, um allen freien Kohlenstoff,
der mechanisch mitgerissen ist, und auch teilweise kondensierte Dämpfe, die im Gas
suspendiert sind, zurückzuhalten. Auf diese Weise ist der Öldampf, der schließlich
die Expansionskammer und den Dephlegmator verläßt, frei von Kohlenstoff und besteht
aus Leuchtpetroleum und Benzin in gasförmigem Zustand. Diese gehen durch eine Fraktionierkammer
99,
wo das Petroleum kondensiert oder vom Benzin abgeschieden wird. Das gasfürmige
Benzin gelangt in einen Kondensator io und von da zu einer Vorratskammer ii für
Rohbenzin. Das unkondensierbare Gas kann an dieser Stelle
abgeschieden
und dann als Brennstoff verwertet werden.
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Das kondensierte oder verflüssigte 01, das in der Expansionskammer
zurückbleibt, kann dort so, lange belassen werden, bis der Kohlenstbff sich in Form
eines Schlammes absetzt, der zeitweise abgelassen werden kann, ohne den Betrieb
zu unterbrechen. Das wieder verflüssigte 01 gelangt durch einen Kühler
7 und von da durch ein Rohr 22 zu dem Speisebehälter zurück behufs Wiederbehandlung
zusammen mit dem Ausgangsöl. Da die Expansionskammer nicht über die Oltemperatur
erhitzt wird, so bleibt kein Kohlenstoff an ihren Wänden hängen. Der Kohlenstoffschlamm,
der ans der Anlage abgezogen wird, kann zu einem Koksofen geleitet werden, und der
Kohlenstoff wird in Form von Koks wieder gewonnen. Alles Öl, das sich m Schlamm
der Kondensationskammer vorfindet und das als Träger zum Befördern dieses freien
Kohlenstoffes dient, wird abdestilliert und, nachdem es kondensiert ist, zu weiteren
Krackoperationen verwendet.
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Die Temperaturregelung der Expansionskammer kann leicht bewirkt werden,
indem man den Anfangsdruck des in sie eintretenden Oldampfes verändert. Der Wärmeverlust
durch Expansion erhöht sich proportional mit der Druckabnahme. Diese Regelung ist
möglich auf Grund der Tatsache, daß der Druck des Oldampfes geändert werden kann,
ohne die Temperatur in der Spaltapparatur erheblich zu beeinflussen.
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Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens wird das zu behandelnde
Ausgangsöl in drei oder mehrere Öle mit verschiedenen Bereichen von Siedepunkten
getrennt. Im allgemeinen wird nur eines dieser Öle behufs Wiederbehandlung zusammen
mit dem Ausgangsöl in die Vorrichtung zurückgeführt; der Rest wird zum Gebrauch
bei anderen Gelegenheiten aufgespeichert. Wenn man z. B. mit einem 01 als
Ausgangsvorrat arbeitet, dessen Siedepunkte im Bereich der Bezeichnung »Gasöl« liegen,
so wird der schwere Rückstand oder hochsiedende Bestandteil dieses Öles von dem
Ausgangsöl dadurch getrennt, daß man die leichteren Teile abdampft und dabei den
schweren Rückstand als eine Flüssigkeit zurückläßt, die man aus der Anlage abzieht
und für ferneren Gebrauch aufsammelt. Nachdem die leichteren Teile in der oben beschriebenen
Weise dem Krachen unterworfen worden sind, wird nur eine Teilmenge von den schwereren
Teilen des gekrackten Dampfes kondensiert und zur Wiederbehandlung in die Vorrichtung
zurückgeführt. DieserTeilumfaßtdiejenige Gruppe von Siedepunkten, die dem Gasöleigentümlich
sind. Dieser Siedepunktsbereich ist derselbe wie der des Ausgangsmaterials. Ein
Teil des nicht kondensierten Oldampfes wird dann zu einer Fraktion kondensiert,
die als Leuchtpetroleumfraktion bekannt ist. Diese wird aus der Vorrichtung abgezogen
und für späteren Gebrauch gesammelt. Das Endprodukt, das aus dem zersetzten Oldampf
gewonnen wird, ist Benzin. Dieses wird kondensiert und in üblicher Weise gereinigt.
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Wenn genügend Heizöl und Leuchtpetroleum angesammelt sind, betreibt
man die Anlage mit dem einen oder anderen dieser Öle je für sich als Krackvorrat.
Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß der Siedepunktbereich des ursprünglichen
Krackvorrates nicht vergrößert wird dank dem wiederholten Kreislauf des Öles, der
in allen Fällen eintritt, wo alles gekrackte 01, das picht Benzin ist, als
Vorrat für eine Wiederbeschickung benutzt wird.
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Wenn leichtes Heizöl als Ausgangsvorrat verarbeitet wird, so wird
das gekrackte Öl getrennt in Heizöl, Gasöl, Petroleum und Benzin. Das Heizöl
wird als Vorrat zur Wiederbeschickung verwendet, das Gasöl und Petroleum werden
aufgesammelt. Wenn man andererseits mit Leuchtpetroleum als Ausgangsvorrat arbeitet,
so wird das Öl getrennt in leichtes Heizöl, Gasöl, Petroleum und Benzin.
Das Petroleum wird als Vorrat zur Wiederbeschickung verwendet, das Gasöl und Brennstofföl
werden gesammelt. Wenn schweres Rohöl als Ausgangsvorrat verarbeitet wird, so wird
das Ausgangsöl getrennt in Bitumen, schweres Heizöl, Gasöl, Petroleum und Benzin.
Das schwere Heizöl wird als Vorrat zur Wiederbeschickung verwendet, das Gasöl und
Petroleum werden aufgesammelt.
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Bekanntlich ist es dort, wo ein weiter Bereich von Siedepunkten in
Betracht kommt, unmöglich, eine richtige Temperatur für die hohen Siedepunkte und
zu gleicher Zeit für die niederen Siedepunkte in der Zersetzungskammer aufrechtzuerhalten.
Unter diesen Umständen ist die mittlere Kracktemperatur für einige Anteile zu hoch
und für andere zu niedrig. Infolgedessen ergeben sich hohe Verluste infolge der
Bildung von unkondensierbarem Gas und von Kohlenstoff und eine schlechte Beschaffenheit
des Endproduktes infolge der Bildung von störenden Olefinen und einer übergroßen
Menge von ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Es ist klar, daß die Erfindung diese
Schwierigkeiten überwindet, weil der Bereich der Siedepunkte des behandelten Öles
auf den Bereich des Ausgangsvorrates eingeschränkt ist und daher die Kracktemperatur
auf die wirksame Behandlung dieses besonderen Bereiches eingestellt werden kann.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich zur Behandlung verschiedener
Öle oder Ölbestandteile; das einzige Erfordernis besteht darin, daß die Temperaturen
und Drücke zum Behandeln der verschiedenen Siedepunktsbereiche der jeweiligen Sorte
der zu behandelnden Öle angepaßt werden.