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Verfahren und Vorrichtung zum Spalten von Kohlenwasserstoffölen und
Teeren Bei den bisher bekannten Krackverfahren, bei welchen das Spalten der Öle
in Rohren vor sich geht, wird das zu spaltende Öl mittels einer Druckpumpe durch
ein zusammenhängendes System von Rohren, welche entweder direkt oder indirekt beheizt
werden, gedrückt, auf die Kracktemperatur gebracht und zersetzt. Die Zersetzungsprodukte
werden mit dem gekrackten Öl in eine Expansionskammer zur völligen oder teil-«-eisen
Druckentlastung geleitet und der fraktionierenden Destillation unterworfen. Das
01 läuft in den Heizröhren den Heizgasen im Gegenstrom entgegen, wobei das durch
Vorwärmer bereits erwärmte 01 zuerst mit den kälteren Heizgasen in Berührung
kommt, um in Stufen der eigentlichen Feuerzone zuzuströmen.
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Bekanntlich sind die Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb eines von
einer Flüssig-]zeit durchflossenen Rohres verschieden, d. h. die Geschwindigkeit
ist am größten in der Mitte und nimmt nach der Rohrwandung so weit ab, daß bei größeren
Rohrdurchmessern von einer Stagnation der Flüssigkeit in der Nähe der Wandungen
gesprochen werden kann. Diese Geschwindigkeitsabnahme des Ölflusses an der Rohrwandung
ist bei den Krackprozessen, welche Heizrohre an-,venden, die Hauptursache der Verkokung,
denn der die hocherhitzten Rohrwandungen im Rohrinnern benetzende Ölfilm ist der
Heiztemperatur längere Zeit ausgesetzt als das in der Mitte des Rohres schneller
fließende C>1. Das Rohr wächst schließlich unter der Filterwirkung der zuerst noch
sehr dünnen Koksschicht allmählich zu und stört somit das kontinuierliche Arbeiten.
Je asphaltreicher ein Öl ist, desto schneller tritt diese Erscheinung auf.
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Ran hat bereits versucht, gegen den Koksansatz, der sich bei solchen
Vorgängen bildet, anzukämpfen. Es wurde z. B. vorgeschlagen, mit Hilfe mechanischer
Mittel, Rührer, an denen Ketten befestigt sind, den Boden der Destillationsblasen
vom Koksansatz zu befreien. Derartige Einrichtungen sind im Betrieb kostspielig,
denn sie sollen den bereits ausgeschiedenen oder im Öl suspendierten Koks am Absetzen
an dem beheizten Blasenboden verhindern, und da -im Verlauf des Betriebes das Rückstandsöl,
welches mit den Koksteilchen eine Paste bildet, immer dichter wird, steigt dauernd
der Kraftaufwand, d. h. die Beanspruchung des Rührers wird immer größer. Außerdem
sind solche Einrichtungen nur bei Destillationsblasen anwendbar, die genügend großen
Raum besitzen, um mechanische Einrichtungen solcher Bauart aufnehmen zu können.
Das Spalten in Destillationsblasen gehört aber zu den veralteten Systemen der Aufspaltung
von Ölen; bei den heute in der Großindustrie verwendeten Krackprozessen wird vorgezogen,
möglichst in Röhren zu arbeiten, weil sich daraus viele Vorteile ergeben,
Es
wurde ferner der Vorschlag gemacht, den Koks, der sich beim Spalten von ölen in
Destillationsblasen bildet, auf einem Zwischenboden aufzufangen, der oberhalb des
beheizten Bodens der Blase angeordnet ist. Um den Koksabsatz an der beheizten Stelle
zu verhindern, wird durch Rohre, welche im untersten Teil des Kessels eingebaut
sind, Öl oder Gas eingepreßt, um damit Koksteilchen auf den Zwischenboden zu, spülen.
Bei diesem Verfahren wird demnach eine mechanische Säuberung bezweckt, und die gebildeten
Koksrückstände «-erden an eine Stelle geführt, von der sie von Zeit zu Zeit entfernt
«-erden können.
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Schließlich wurde auch empfohlen, den zu spaltenden Olen vor Eintritt
in die Krachzone Wasserdampf zuzusetzen und sie dann auf diese Weise zu durchwirbeln.
Dabei wird der Wasserdampf gleichzeitig mit dem Öl in die Spaltzone geführt;
er muß also nachträglich wieder abgeschieden werden. Außerdem gewährleistet die
Beimengung von Wasserdampf keineswegs die völlige Verhinderung der Koksbildung,
da die Erscheinung der geringeren Strömungsgeschwindigkeit an den Rohrwandungen
nach wie vor bestehen bleibt.
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Das vorliegende neue Verfahren beseitigt die geschilderten übelstände
dadurch, daß ein zur Koksbildung führendes Stauen des Öls an den Rohrwandungen vermieden
wird, indem der Inhalt des Rohrs unter der Wirkung des einströmenden Ols selbst
durchwirbelt wird, so daß die Bildung einer stehenden Ölschicht an den beheizten
Rohrwandungen unmöglich gemacht ist und die Heranziehung fremder Mittel und Stoffe
unterbleiben kann.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsart des Verfährens wird der ganze
oder ein Teil des Ölstromes in mehreren aufeinanderprallenden Teilströmen in das
Innere des beheizten Rohres geleitet und auf diese Weise die Durchwirbelung des
zu krachenden Rohrinhalts erzeugt. Die zur Wirbelbildung des Rohrinhalts dienenden
Ölströme können dabei aus denselben oder auch aus anderen ölen als der übrige Inhalt
des oder der Rohre des Krachsystems bestehen, so daß z. B. die Durchwirbelungsöle
gleichzeitig auch z. B. zur Verdünnung stark asphaltartiger Öle mit asphaltlösenden
Ölen dienen können, wobei gleichzeitig dabei für eine gute Durchmengung der beiden
Ölsorten gesorgt wäre. Auch dadurch würde bei gewissen Ölsorten die Koksbildung
weiterhin verhindert werden.
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Einige Ausführungsarten von Vorrichtungen zur Ausführung des neuen
Verfahrens sind auf der Zeichnung an Längsschnitten durch Krachrohre schematisch
dargestellt. Unter For tlassung der Beheizungseinrichtung ist dabei jedesmal nur
ein einziges Krachrohr beispielsweise gezeichnet, während in der Praxis zur Erzielung
einer größeren Ausbeutung eine geeignete Mehrzahl von Krachrohren oder Krachrohrsystemen,
die auch einzeln oder in Gruppen abschaltbar sein können, bei gleicher oder auch
bei verschiedener Beheizungstemperatur betrieben werden.
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Bei der in Abb. i gezeigten Ausführungsart ist das vertikal gerichtete
Krachrohr i zwecks indirekter Beheizung mit einem Mantel z umgeben und der so gebildete
Zwischenraum mit einer geeigneten Metallschmelze gefüllt. Der zur Durchwirbelung
der etwa des Innenraums ausmachenden Ölfüllung dienende, den Ölinhalt ständig ergänzende
Ölstrom wird dabei durch die Abschlußflanschen 3 des Krachrohres i hindurch von
oben und von unten mittels zweier besonderer Rohrleitungen 4. zugeführt, deren Öffnungen
in der Ölfüllung einander mit - geringem Abstand gegenüberstehen, so daß durch die
aufeinanderprallenden, unter Wirkung der Druckpumpe austretenden Ölströme eine starke
Durchwirbelung der Ölfüllung des Krachrohrs eintritt. Die Ableitung erfolgt kontinuierlich
durch das Rohr 5 mit Ablaßventil b bzw. zwecks vollständiger Entleerung des Krachrohrs
durch das Rohr 7 mit Absperrorgan B.
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Bei der Ausführungsart der Vorrichtung nach Abb. 2 sind die Zuführungsrohre
d. ini Innern des Krachrohres i nochmals in Teilrohre 4." gegabelt und die einander
gegenüberstehenden Auslaßöffnungen dieser Teilrohre in verschiedenen Höhenlagen
angeordnet, so daß noch eine intensivere und gleichmäßigere Durchwirbelung der Ölfüllung
erreicht wird.
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Abb. 3 veranschaulicht, daß das Krachrohr z.B. spiralförmig bzw. schlangenförmig,
und zwar in beliebigen Abmessungen, gestaltet sein kann.
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Gemäß Abb. q. erfolgt die Zuleitung nur eines Teilstroms durch die
Wirbelstromleitung 4, während ein anderer desselben oder eines anderen Öles z. B.
von unten her durch die Rohrleitung 9 in das Krachrohr i bewirkt wird.
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Der Arbeitsgang ist folgender: Das geeignet beheizte Krachrohr wird
bis etwa =J, seines Inhalts mit 01 gefüllt und sodann die Heizung in Tätigkeit
gesetzt. Bei einer Temperatur von etwa 37o° wird das Ü1 durch eine Druckpumpe in
das Heizrohr gepumpt, und zwar sowohl durch das vorn Deckel bis an den Boden reichende
Einleitungsrohr wie durch das vom Boden her.
Die eintretenden Ölmengen
werden vor dem Eintritt in das Heizrohr entsprechend vorgewärmt. Durch die intensive
Bewegung des Öls, hervorgerufen durch die aufeinanderstoßenden Ölströme, wird die
der Rohrwandung zugeführte Wärmemenge auf das Öl übertragen und dieses allmählich
auf die Zersetzungstemperatur von etwa .45o° gebracht. Die Zersetzungsprodukte sammeln
sich in Form von Gasen und Dämpfen im oberen Teil des Krackrohres an, während ein
Teil im Öl gelöst bleibt. Bei einem Druck von etwa d.o Atini. läßt man das
Gemisch durch das Expansionsrohr, welches mit seinem offenen Ende in den Dampfraum
hineinragt und durch ein Expansionsventil geschlossen ist, nach einer Kolonne zur
weiteren Fraktionierung expandieren. Während der Expansion wird kontinuierlich frisches
Material zugepumpt, so daß der Druck im Rohr gleichbleibt. Um die Möglichkeit zu
haben, das gesamte im Krachrohr unter Druck befindliche Material zu entleeren, kann
auch durch das Expansionsrohr, dessen Ende sich nahe am Boden des Krackr ohres in
Öl befindet, nach der Kolonne expandiert «-erden.