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Verfahren zur Druckwärmespaltung von schweren Kohlenwasserstoffölen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckwärmespaltung von schweren Kohlenwasserstoffölen,
bei welchem die zu spaltenden Öle unter Druck in einer Heizzone auf Spalttemperatur
erhitzt und dann in einer unter Druck stehenden Spalt- oder Verdampfungszone, in
die gleichzeitig nicht kondensierbare Gase eingeleitet werden, in Dämpfe und Rückstand
getrennt werden.
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Nach einem früheren Vorschlage werden die aus dem Verfahren stammenden
kalten, nicht kondensierbaren Gase unmittelbar aus dem Sammelbehälter zusammen mit
dem aus der Heizzone in die Spalt- oder Verdampfungszone überströmenden Spaltgut
vermischt, ohne jedoch durch-die in dieser Zone enthaltene Flüssigkeit geleitet
zu werden. Dabei entziehen die kalten Gase dem heißen Spaltgut vor dessen Eintritt
in die Verdampfungszone einen beträchtlichen Anteil seines Wärmegehaltes und beeinträchtigen
dadurch den Verlauf der Verdampfung der leichteren Anteile der Spaltprodukte.
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Nach einem anderen Vorschlage werden Kohlenwasserstoffe in einer Rohrschlange
unter Druck auf eine oberhalb ihrer Verdampfungstemperatur liegenden Temperatur
erhitzt und dann in eine von außenhoch erhitzte Zersetzungskammer zum Zwecke ihrer
völligen Verdampfung entspannt. Gleichzeitig werden mit den Dämpfen hinter der Entspannungsdüse
vor ihrem Eintritt in die Zersetzungskammer überhitzte Gase vermischt, um bei der
Entspannung die Kondensation von Ölanteilen zu verhindern.
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Auch wurde schon vorgeschlagen, erhitztes Gas in Vermischung mit den
aus einer Kohlenstoffabscheidekammer ausströmenden Spaltprodukten in einen Verdampfer
einzuführen, wobei die Gase jedoch nicht durch die in der Verdampfungskammer enthaltene
Flüssigkeit hindurchtreten, oder aber die erhitzten Gase zusammen mit den aus der
Kohlenstoffabscheidekammer ausströmenden - Spaltprodukten ohne Druckverminderung
in das in einem Vorratsbehälter enthaltene Öl einzuleiten. Im letzten Fall wird
jedoch das in dem Behälter befindliche Öl durch Zuströmen von kälterem Öl wesentlich
gekühlt, so daß darin keine Spaltung oder Verdampfung mehr stattfindet.
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Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich von den älteren Vorschlägen
durch die Einleitung von nicht kondensierbaren Gasen in wahlweise veränderlicher
Menge in vorerhitztem Zustande in den unteren Teil der Flüssigkeit, die sich in
der unter Spaltdruck stehenden Verdampfungszone befindet. Dadurch wird einerseits
eine beträchtliche Wärmeentziehung aus dem aus der Heizzone ausströmenden Spaltgute
verhindert, anderseits wird die Umwandlung und Verdampfung des Spaltgutes innerhalb
der Verdampfungszone in gewünschtem Maße gefördert, ohne daß dabei das gesamte Spaltgut
verdampft wird, so daß also eine erhebliche Menge an Rückstand verbleibt. Dieser
Rückstand
enthält Koks und Pech und wird durch die Zugabe der nicht
kondensierbaren vorerhitzten Gase in Bewegung erhalten.
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In der ganzen Anlage wird ein Druck aufrechterhalten, der höher ist
als atmosphärischer Druck. Dabei kann der Druck in den Heizrohren bedeutend höher
sein als in der Spaltkammer und der Druck in der Spaltkammer wieder höher als im
Dephlegmator. Der Druck im Dephlegmator ist wieder höher als der Druck im Kondensator.
Durch Verstellung von Ventilen kann zwischen diesen Teilen eine beliebige Druckdifferenz
aufrechterhalten werden. Doch kann auch in dem ganzen System der gleiche Druck aufrechterhalten
werden.
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Eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens ist in der Zeichnung, teilweise
im Aufriß, teilweise im Schnitt, dargestellt.
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Der Ofen x enthält einen Satz Brenner 2 in der Kammer 3, von welcher
die Verbrennungsgase durch die Züge 4 über die in der Kammer 5 liegenden Heizrohre
6 abwärts und über die Gasheizschlange 134 hinwegstreichen und dann in den Schornstein
,7 eintreten. Die Heizschlange 6 ist durch ein Rohr 8, an dem ein Wärmemesser, ein
Druckmesser und die zur Regelung der Zufuhr des heißen Öles vorgesehenen Ventile
ii und 12 angebracht sind, mit der Spalt- oder Verdampfungskammer io verbunden.
Das Öl kann aus dem Rohr 8 entweder von oben oder gleichzeitig von oben und unten
in die Spalt-oder Verdampfungskammer io eintreten.
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Eine Umkleidung 13 um die Kammer io hernm kommt dann zur Anwendung,
wenn ohne äußere Erwärmung der Reaktionskammer gearbeitet werden soll. Unter dem
Boden der Kammer io ist ein Brenner i4 vorgesehen, so daß also die Reaktionskammer
io beheizt werden kann. Die Mannlöcher 15 und 16 erleichtern die Reinigung dieser
Kammer. An der Seite und am Boden der Reaktionskammer sind die Ab-Iaßrohre 17 mit
den Ventilen 18 angeordnet. Das. aus der Reaktionskammer durch diese Rohre fließende
Öl strömt durch Leitung i9 nach einer nicht dargestellten Kühlschlange.
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Vom oberen Ende der Reaktionskammer io geht ein mit dem Ventil 22,
einem Druckmesser und einem Wärmemesser ausgerüstetes Rohr 2o zu dem Dephlegmator
24. Das Rohr 2o läuft in mehrere mit Ventilen versehene Abzweigrohre zur Einleitung
der aus der Reaktionskammer strömenden Dämpfe in verschiedenen Höhenlägen in den
Dephlegmator 24 aus: Es setzt sich in dem mit dem Ventil 25 versehenen Rohr 26 fort.
Dieses Rohr 26 ermöglicht durch die Anordnung von mehreren mit Ventilen versehenen
Abzweigrohren die Einleitung von Dämpfen in verschiedener Höhe in einen zweiten
Dephlegmator 44.
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Die den oberen Teil des Dephlegmators 24 verlassenden Dämpfe strömen
durch das mit den Ventilen 30, 32 und 33 versehene Rohr 29 zur Kühlschlange 35,
und das Kondensat fließt aus der Kühlschlange 35 in den' Behälter 37. An diesem
Behälter sitzt ein Sicherheitsventil 38 und ein Druckmesser 34. Zur Entfernung von
im Behälter 37 sich ansammelnden Gasen sind das Rohr 39 und Ventil 40 vorgesehen,
während das Kondensat (Spaltbenzin) durch das am Behälter 37 angebrachte und mit
dem Flüssigkeitsmesser 42 und dem Ventil 43 ausgerüstete Rohr 41 abgezapft wird.
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Der Dephlegmator 44 steht mit dem Dephlegmator 24 durch das von der
Ableitung 29 abzweigende Rohr 45, an welchem das Ventil 46 angeordnet ist, in Verbindung.
Die den oberen Teil des Dephlegmators 44 verlassendenDämpfe strömen durch das mit
dem Ventil 59 ausgerüstete Rohr 58 bei 6o in die Ableitung 29. Durch Einstellen
der Ventile 25, 30, 32 und 46 können die Dephlegmatoren 24,44 nebeneinander- oder
hintereinandergeschaltet werden; auch können die Dephlegmatoren einzeln benutzt
werden. Beide Dephlegmatoren sind von einer Umkleidung aus Isolationsmaterial umschlossen
und mit Druckmesser und Wärmemesser ausgerüstet und ruhen auf einem hochgestellten
Gerüst 54, 55.
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Die Rückführung des Rücklaufs aus den Dephlegmatoren 24,
44 zu den Heizschlangen 6 erfolgt durch die mit den Ventilen 62, 81 versehenen
Rohre 61, 77 und durch die mit Ventilen ausgerüsteten Abzweigleitungen 68, 82 unter
dem durch die Hochstellung der Dephlegmatoren wirkenden Eigendruck oder durch die
Rohre 73 und 87' unter dem mit Hilfe der Pumpen 71 und 86 erzeugten Druck. Das an
das Rücklaufrohr 61 angeschlossene und mit einem Ventil versehene Abzweigrohr 64
steht mit einer nicht dargestellten Kühlschlange in Verbindung. Das von dem Rücklaufrohr
77 ausgehende Abzweigrohr 78 führt zu einem nicht dargestellten Vorratsbehälter.
Die Rohre 68, 73 und 82 laufen in dem T-Stück 76 zusammen, und das von diesem T-Stück
ausgehende Rohr 88 ist mit dem Rohr 87' durch das T-Stück 87 verbunden.
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Der aus den Dephlegmatoren durch das Rohr 88 abfließende Rücklauf
kann nach seiner Mischung mit dem aus dem Rohr 9g durch den Dreiweghahri ioi' zufließenden
Frischöl, oder ungemischt, in den obersten Röhrenanlagen der Heizschlange 6, im
heißesten Teile der Kammer5, vorerhitzt werden, bevor es in den übrigen Rohren der
Schlange 6 im Gegenstrom zu den Verbrennungsgasen auf Spalttemperatur erhitzt wird.
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Das Gemisch von Rücklauf aus dem Rohr 88 und Frischöl aus dem Rohr
9g kann sich auch bei ioi' vermischen und dann durch die Heizschlange 6 von ganz
unten ganz nach oben fließen, wobei die Ventile gi, 93 und 96 geschlossen
bleiben
und in der Schnittzeichnung nicht angedeutete Verbindungsrohre benutzt werden.
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Ein nicht dargestellter Vorratsbehälter für Frischöl steht mit der
Pumpe zog durch die Saugleitung 103 in Verbindung. Die Auslaßleitung 104, die einen
Flüssigkeitsmesser 105
enthält, verzweigt sich in ein mit einem Ventil versehenes
Rohr 107, das mit dem zur Heizschlange 6 führenden Rohr 9g in Verbindung
steht, und in ein ebenfalls mit einem Ventil versehenes Rohr log, durch das ein
Teil des Frischöls bei ii?, oder 114 in die beiden Dephlegmatoren 24, 44 oder in
einen von ihnen in verschiedenen Höhen verteilt werden kann. Das mit einem Ventil
versehene Rohr iig, das an den Behälter 37 angeschlossen ist, dient zur Einführung
eines Teils des Spaltbenzins in einen oder beide der Dephlegmatoren 24, 4q., um
die Beschaffenheit und die Temperatur der aus diesen Dephlegmatoren austretenden
Benzindämpfe zu überwachen. Diese Einführung erfolgt mit Hilfe der Pumpe 118 durch
die mit dem Flüssigkeitsmesser 122 und dem Ventil 123 ausgerüsteten Rohre 124, 125.
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Nicht kondensierbare Gase werden von dem Behälter 37 durch Pumpe 130
in das Rohr 129 gepumpt. Das Rohr 12g enthält ein Ventil 132; ein Abzweigrohr, das
von ihm ausgeht, enthält ein Ventil 13i. Durch dieses Abzweigrohr tritt das Gas
hindurch, wenn die Ventile 132 und 136 geschlossen sind und das Ventil 131 geöffnet
ist. Das Gas wird dann durch das ringförmige, mit Löchern versehene Rohr 133 in
den Rückstand der Reaktionskammer io eingeleitet. Soll dieses Gas vorher erwärmt
werden, so schließt man das Ventil 131 und läßt das Ventil 132 offen, worauf das
nicht kondensierbare Gas durch das Rohr 133' in die Schlange 134 strömt und von
hier aus durch Rohr 135 und Ventil 136 in das Rohr 133 eintritt, wobei der Teil
134 von den Verbrennungsgasen umspült wird.
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Bei der Durchführung des Verfahrens wird beispielsweise das Frischöl
aus einem Behälter entnommen und durch die Saugleitung 103, Pumpe i02 und Flüssigkeitsmesser
i05 der Anlage zugeführt. Ein Teil des Frischöls wird durch die Rohre i07, 9g unten
in die Heizrohre 6 unter Druck eingeführt, wobei die Ventile ioo und 98 geschlossen
bleiben. Ein anderer Teil des Frischöls wird durch das Rohr log und die Verteilungsrohre
112, 114 hindurch in den Dephlegmatoren 24, 44 den dampfförmigen Spaltprodukten
entgegengeführt. Das Gemisch von Frischöl und den kondensierten Anteilen der Spaltdämpfe
(Rücklauf) fließt aus den Dephlegmatoren durch die Rücklaufrohre 6i, 77 unter dem
Druck seines eigenen Gewichts oder unter dem Druck der Pumpen 71, 86 und durch das
Rohr 88 und Ventil gi in die im heißesten oberen Teil des Ofens i liegenden Rohre
der Heizschlange 6, in denen es vorerhitzt wird. Aus diesen Rohren strömt das Öl
durch die mit dem Ventil 93 versehene Leitung und vermischt sich dann mit
dem unbehandelten Frischöl aus dem Rohr 9g. Das Gemisch von in den Dephlegmatoren
behandeltem Frischöl und Rücklauf einerseits und unbehandeltem Frischöl anderseits
fließt dann durch die Heizrohre 6 aufwärts im Gegenstrom zu den heißen Verbrennungsgaseß
und wird dabei auf Spalttemperatur erhitzt. Das erhitzte 01 strömt bei Spalttemperatur
durch das mit dem Ventil 96 versehene Rohr und Rohr 8 in die Kammer io ein.
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Die Dämpfe aus der Reaktions- oder Verdampfungskammer gehen durch
die Rohre 2o und 26 in die beispielsweise nebeneinandergeschalteten Dephlegmatoren
24, 44. Die bei der Dephlegmation nicht verdichteten Dämpfe strömen aus den Dephlegmatoren
durch die Rohre 58 und 29 in die Kühlschlange 35. Das in dieser Kühlschlange verdichtete
Spaltbenzin fließt in den Behälter 37, aus welchem es nach Abtrennung der nicht
kondensierbaren Gase durch Rohr 41, Flüssigkeitsmesser 42 und Ventil 43 hindurch
entnommen werden kann.
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Wahlweise veränderliche Mengen der nicht kondensierbaren Gase werden
durch die Pumpe 13o beständig in die Kammer io eingeleitet. Diese Gase können nach
ihrer Erhitzung in die Rückstandsmasse bei 133 eintreten. Sie helfen dadurch in
der Umwandlung der Kohlenwasserstoffe. Ferner wird die Suspendierung der Kohleteilchen
und die Verdampfung der leichteren Fraktionen aus dem Rückstand unterstützt.
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Der unverdampfte Rückstand in der Kammer io, der suspendierte Koksteilchen
enthält, kann, wenn gewünscht, beständig durch die Rohre 17 vom Boden und aus den
verschiedenen Höhen der Kammer io nach Öffnung der Ventile 18 entnommen werden.
Die Abnahme erfolgt unter dem Druck in dieser Kammer io. Je nach Ansammlung von
großen Massen von Koksteilchen über dem Boden erfolgt die Entnahme stufenweise von
einem höheren Rohr 17 aus.
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Beispielsweise sei angeführt, daß bei einem gleichförmigen Druck von
17 kg pro cm" und beständiger Entnahme des flüssigen Rückstands aus der Kammer io
folgende Ergebnisse erzielt wurden Das behandelte Frischöl war ein Mid Continent-Gasöl
von einem spezifischen Gewicht von o,864. Die Betriebsdauer war 85 Stunden. Verarbeitet
wurden 2 goo Fässer von je ungefähr i80 1. Es ergibt dies für einen Arbeitstag eine
Leistung von 82o Fässern.
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Das Spaltbenzin hatte im Durchschnitt ein spezifisches Gewicht von
0,758; seine Menge betrug 2 2i0 Fässer oder 72,2°/o des angewandten Öles.
Das erhaltene Rückstandsöl hatte im Durchschnitt ein spezifisches Gewicht von 0,g52.
Die
Menge des Motorenbenzins; das aus diesem Spaltbenzin erzeugt wurde, betrug 56,7°/o
des behandelten Öles. Für jeden Liter dieses Benzins wurde während des Spaltverfahrens
320 1 nicht kondensierbaren Gases erzeugt.
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Die Durchschnittstemperatur im Ofen unmittelbar über dem Röhrensatz
war 871°C, unter dem Röhrensatz war die Temperatur im Durchschnitt 533',
in dem Übergangsrohr 8 war sie 46o'. Der Dampf hatte beim Verlassen der Kammer io
eine Temperatur von 439' und die Dämpfe, welche die Dephlegmatoren verlassen hatten,
eine Temperatur von 281'. Die Mischung der schweren Kondensate mit dem Beschickungsöl
hatte eine Durchschnittstemperatur von 409' bei Eintritt in die Heizrohre 6.
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Bei einem anderen Betriebsversuche wurde ein Öl (Heizöl) mit einem
spezifischen Gewicht von 0,904 bei einem Druck von ungefähr 12 kg pro cm= drei Tage
lang behandelt; 3 050 Fässer von je ungefähr igo 1 Heizöl wurden zu 41,24°/o
in ein Benzin umgewandelt, dessen Anfangs- und Endsiedepunkt den Anforderungen der
amerikanischen Flottenbehörden entsprach. Die Menge des Spaltbenzins in dem Behälter
37 aus- diesen 3 05o Fässern.Heizöl betrug 21i8 Fässer mit einem spezifischen Gewicht
von o,779: Während des dreitägigen Betriebes wurden aus der Kammer io 841 Fässer
Rückstandsöl mit einem spezifischen Gewicht von o,986 mit kohlenstoffhaltigen, in
ihm schwebenden Teilchen entnommen.