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Verfahren zum Umwandeln hochsiedender Kohlenwasserstofföle in solche
von niedrigerem Siedepunkt Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umwandeln hochsiedender
Kohlenwasserstofföle in solche von niedrigerem Siedepunkt durch Erhitzen unter Druck
in flüssigem Zustand und darauffolgende Expansion und fraktionierte Kondensation.
Solche Verfahren, die sich grundsätzlich von der bekannten Spaltung von Kohlenwasserstoffen
in dampfförmigem Zustand unterscheiden, sind an sich ebenfalls bekannt und haben
sich durch gute Wärmewirtschaftlichkeit und Oualität der erhaltenen niedrigsiedenden
Kohlenwasserstofföle bewährt.
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Es blieben jedoch die Übelstände zu überwinden, daß die Apparatur
- namentlich bei Verarbeitung sehr schwerer Rohöle oder Rohölrückstände - durch
Ablagerung festen Kohlenstoffs bald verstopft wurde und zwecks Reinigung stillgesetzt
werden mußte, und daß die anfallenden flüssigen Rückstände infolge hohen Gehaltes
an freiem suspendierten Kohlenstoff nicht einmal als Heizöl verkäuflich waren.
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Diese Übelstände sind durch das neue Verfahren beseitigt, welches
es ermöglicht, auch die schwersten Rohöle oder Rohölrückstände mit so geringen Ablagerungen
festen Kohlenstoffs zu verarbeiten, daß dauernd Betriebsperioden bis zu einem vollen
Monat ohne Unterbrechung erzielt werden können, wobei auch die flüssigen Rückstände
den an Lokomotivheizöl gestellten strengen Anforderungen hinsichtlich Freiseins
von suspendiertem Kohlenstoff entsprechen und somit nahezu denselben Verkaufswert
besitzen wie das Ausgangsmaterial.
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Dieser Fortschritt wird erzielt, indem erfindungsgemäß die hochsiedenden
Kohlenwasserstofföle nicht unmittelbar in leichte, benzinartige Fraktionen aufgespalten
werden, sondern sofort nach ihrer unter Druck beim Durchfließen eines Heizofens
erfolgten Erhitzung bei Druckverminderung mit den expandierenden Spaltprodukten
eines nach seiner Erhitzung längere Zeit unter Spaltbedingungen gehaltenen Kohlenwasserstofföles
gemischt und von diesem in einen Verdampfer und anschließenden Dephlegmator übergetrieben
werden.
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Hierdurch werden die hochsiedenden Kohlenwasserstofföle, noch bevor
sie einerseits in leichte, anderseits in Fraktionen mit hohem Kohlenstoffgehalt
gespalten werden können, aus der Zone hoher Temperatur in einen Bereich gebracht,
wo durch Entzug von Verdampfungswärme die Temperatur so weit herabgesetzt ist, daß
die Spaltreaktion zum Stillstand kommt. Ohne die Beimischung der expandierenden
Spaltprodukte des anderen Ölstroms wäre es nicht möglich, die schweren Kohlenwasserstofföle
so rasch überzutreiben, vielmehr wäre zu ihrer Verdampfung eine
länger
dauernde Erhitzung notwendig, die eine weitgehende Aufspaltung und damit eine Kohlenstoffabscheidung
unvermeidlich zur Folge hätte. Durch den expandierenden Strahl der beigemischten
Spaltprodukte wird aber das Schweröl sofort nach seiner Erhitzung mechanisch mitgerissen
und in feine Tröpfchen zerstäubt, wodurch wegen der mehrfach vergrößerten Oberfläche
die Verdampfung befördert wird. Außer den Dämpfen werden auch die nicht verdampften
Bestandteile in -Nebelform mitgeführt. Überdies wird der Siedepunkt des Schweröls
durch die tensionsherabsetzende Wirkung der beigemischten leichten Fraktionen der
Spaltprodukte herabgesetzt und so die Verdampfung des Schweröls weiter gefördert.
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Die Ausbeute an Leichtölen aus den schweren Kohlenwasserstoffölen
bei dieser ersten Erhitzung ist allerdings gering, da der durch die Druckwärmebehandlung
eingeleitete Umwandlungsprozeß in der Hauptsache nur bis zu der Bildung von mittelschweren
Fraktionen geht. Diese werden dann zusammen mit den entsprechenden Fraktionen der
beigemischten Spaltprodukte als Dephlegmatorrückläufe gewonnen und können gegebenenfalls
als Fertigprodukte verwendet «=erden.
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Die leichten, benzinartigen Fraktionen, die nahezu vollständig aus
den Spaltprodukten des zweiten Ölstroms herrühren und- den Dephlegmator in Dampfform
verlassen, werden in der üblichen Weise kondensiert und als Endprodukte aus dem
Prozeß gezogen. Die Spaltgase können zur Beheizung der Apparatur verwendet werden.
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Die schwersten Fraktionen des übergetriebenen Schweröls, die teils
unverdampft in Tröpfchenform mitgerissen, teils gerade noch verdampft worden waren,
fallen zusammen mit den schwersten Fraktionen der Spaltprodukte im Verdampfer wieder
zurück und bilden dort den Expansionsrückstand oder Bodensatz, der von freiem Kohlenstoff
weitgehend frei ist und daher ohne weiteres als Heizöl verkäuflich ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden aber weder
die schweren Expansionsrückstände noch die mittelschweren Dephlegmationsrückläufe
aus dem Verfahren gezogen, sondern im Kreisprozeß in das Verfahren zurückgeleitet.
Es ist an sich bekannt, Zwischenprodukte eines Spalt- oder Destillationsv erfahrens
in den -Kreislauf zurückzuführen, und die Erfindung besteht in der eigenartigen
Ausführung und hierdurch erzielten fortschrittlichen Wirkung: die im Verdampfer
zurückbleibenden hochsiedenden Bestandteile werden nämlich - meist zusammen mit
dem Frischöl - erneut der vor der Bildung von Leichtölen abgebrochenen Druckwärmebehandlung
zugeführt, während die mittelschweren Dephlegmationskondensate der Druckwärmespaltung
auf Leichtöle unterworfen werden und die Spaltprodukte liefern, deren expandierender
Strahl zum Übertreiben der hochsiedenden Kohlenwasserstoffe verwendet wird.
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Bei dieser Betriebsweise werden also die Schweröle gewissermaßen in
zwei Stufen verarbeitet: zuerst schonend auf Mittelöle und diese Mittelöle,@die
bekanntlich nicht zur Kohlenstoffabscheidung neigen, auf Leichtöle. Der Expansionsrückstand
wird nicht wie bei den bekannten Verfahren in die Spaltzone, sondern nur in die
Zone der schonenden Erwärmung rückgeleitet.
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In der Zeichnung ist eine zur Durchführung der Verfahren gemäß der
Erfindung geeignete Einrichtung beispielsweise dargestellt: Aus der Leitung i wird
das schwere Frischöl durch Ventil 2 und Leitung 5 der Pumpe 6 zugeführt, die dasselbe
durch Leitung 7 den im Heizofen 8 mit Fuchs io gelegenen Heizschlangen 9 zuführt,
aus denen es durch Leitung i i und Ventil 12 in das Mischrohr 13 eintritt.
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Der zweite Ölstrom wird von der Ölpumpe 36 auf einem der unten beschriebenen
Wege zugeführt und von dieser durch die Leitung 37, die Vorwärmschlange 38, Verbindungsleitung
39, die eigentliche Krackschlange 4.o im Spaltungsofen 34. und von dort durch die
Leitung 41 mit Ventil :I2 in die wärmeisolierte Reaktionskammer 43 geleitet, wo
das hocherhitzte 01 unter dem vom Manometer .I4. angezeigten Druck längere
Zeit auf Spalttemperatur gehalten wird, worauf es dann durch Leitung 4.5 und Expansionsventil
,I6 in das Mischrohr 13 gelangt.
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In diesem 'Mischrohr 13 trifft der expandierende Strahl der Spaltprodukte
auf das aus dem Heizofen 9 kommende Schweröl und treibt dieses in Dampf- und Nebelform
in den Verdampfer 14 über, an dessen Boden sich die schwersten Fraktionen des expandierten
Gemisches sammeln und durch das von dein selbsttätigen Spiegelregler 15 gesteuerte
Ventil 16, Leitung 17, Kühlwanne 18, Leitung i9 zum Schwerölbehälter 2o abfließen.
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Die mittleren und leichten Produkte ziehen oben durch das Rohr 2i
aus dem Verdampfer 14. ab und werden im Dephlegmator 22 voneinander geschieden:
die leichten, benzinartigen Fraktionen und Spaltgase ziehen oben durch Leitung 28,
Kühlwanne 18 und Leitung 29 in den Gasabscheider 3o, aus dem die permanenten Gase
durch Ventil 47 und Leitung 33 abgeleitet werden (beispielsweise zur Speisung der
Brenner der Ofen 8, 3.I), während die leichtflüssigen, benzinartigen Fraktionen
durch
Ventil .I8 und Leitung 31 in den Behälter 32 abgeleitet werden.
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Die Mittelfraktionen, die sich am Boden des Dephlegmators 22 - sammeln,
verlassen diesen durch das vom selbsttätigen Spiegelregler -23 gesteuerte Ventil
2.I und können durch Leitung 25 und Kühlwanne 18 dem Behälter 27 zugeführt werden.
Aus diesem können sie durch Leitung 35 der Pumpe 36 (zur Speisung der Spaltschlangen
38, 4o) zugeführt werden. Die Mittelfraktionen können aber auch unter Umgehung der
Kühlwanne 18 und des Behälters 27 unmittelbar durch Ventil 52, Sammelgefäß 5o, Pumpe
51 und Ventil 53 in noch heißem Zustand der Pumpe 36 und damit den Spaltschlangen
38 und .Io zugeleitet werden.
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Die schweren Fraktionen können aus Behälter -2o durch Leitung 3 und
Ventil 4. der Pumpe 6 zwecks neuerlicher Speisung der Schlange 9 zugeleitet werden.
Durch Einstellen der Ventile .2 und 4. kann der Anteil des Frischöls und der Rückstandsöle
an der Beschickung der Schlange 9 geregelt werden.
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Die angewendeten Drücke und Temperaturen richten sich jenach denverarbeitetenMaterialien:
der Druck in Schlange 9 soll im allgemeinen ; Attn. nicht übersteigen. Wenn Rohöl,
das noch natürliches Benzin enthält, als Rohmaterial verwendet wird, soll die Temperatur
in Schlange 9 etwa 21o° bis 315° C betragen. Soll jedoch Heizöl oder eine schwere
Rohölfraktion verarbeitet «-erden, so kann die Temperatur in Schlange 9 auf .I30'
bis .I55° C und darüber gesteigert werden. Auf den Spaltvorgang im anderen Ölstrom
haben diese Temperaturen keinen Einfluß.
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Im Spaltofen 34 wird dieser andere Ülstrom auf Spalttemperaturen von
etwa .I25° bis 485° C und darüber erhitzt und in der gut isolierten Reaktionskammer
,I3 unter einem Druck von etwa .Io Attn. längere Zeit erhalten, damit die beim schnellen
Durchströmen der Rohre 38 und .Io begonnene Spaltung in leichte, benzinartige Fraktionen
sich vollenden kann. Die Spaltprodukte verlassen die Reaktionskammer noch mit Temperaturen
von etwa 37o° bis 42o° C.
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An der Mischstelle im Rohre 13 können also die beiden Ölströme verschiedene
Temperaturen haben, je nach dem in Schlange 9 vorerhitzten Rohmaterial. In beiden
Fällen wird der für das neue Verfahren wesentliche Effekt erzielt.
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Der Druck im Verdampfer 14 liegt nahe am Atmosphärendruck und übersteigt
diesen im allgemeinen nur insoweit, als notwendig, um die Gase und Dämpfe durch
die anschließende Apparatur zu treiben, wozu o,5 bis 1 Atm. Überdruck meist genügen.
Die Temperaturen im Verdampfer liegen etwa zwischen 340" und 32o° C und im Dephlegmator
zwischen 32o° und 1700 C. Bei direkter Rückleitung der Dephlegmatorrückläufe durch
Leitung .I9 können diese in die Vorwärmschlange 38 des Spaltofens 34 noch mit etwa
16o0 C eintreten und in dieser auf 28o0 C erhitzt werden, während die Erhitzung
in Schlange .Io nötigenfalls auf über 5oo° C getrieben werden kann. Die Eintrittstemperatur
der Beschickung von Schlange 9 hängt von der Temperatur der Außenluft ab und wird
im Durchschnitt 270 C betragen.
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Die Verluste in Form von festem Kohlenstoff sind überhaupt zu vernachlässigen,
da die Reaktionskammer .I3 nur jeden Monat einmal ausgeräumt werden muß. Der Anteil
der permanenten Gase an den Endprodukten kann bis zu io % betragen. Da diese Gase
aber zur Beheizung der Öfen 8 und 34 im allgemeinen ausreichen, sind sie im Gesamtergebnis
nicht als Verlust zu betrachten. Die Expansionsrückstände am Boden des Verdampfers
14 werden etwa 30 °/o ausmachen. Es ist daher bei vollständiger Rückleitung derselben
noch etwa doppelt soviel Frischöl durch Leitung i zuzuführen, als aus .Leitung 3
in den Kreislauf der Schlange 9 zurückgeleitet wird. Die Ausbeute an leichten, benzinartigen
Fraktionen hängt natürlich von dem verarbeiteten Rohmaterial ab und kann im Durchschnitt
mit 6o0,1, angenommen werden; jedenfalls übersteigt sie die aus dem gleichen Rohmaterial
bisher erzielte Ausbeute. Diese Daten ändern sich natürlich, wenn Expansionsrückstände
(zwecks Verkaufs als Heizöl) oder Dephlegmationsrückläufe (zwecks Verkaufs als Gasöl)
den Tanks 2o bzw. 27 entnommen werden.