-
Verfahren zur Destillation von hochsiedenden Kohlenwasserstoffölen,
insbesondere von Schmierölen Bei der Destillation von schweren Kohlenwasserstoffen,
besonders ihrer schwer siedenden Anteile, wie z. B. von Schmierölen, sind wegen
der auch bei geringen Drücken erforderlichen hohen Temperaturen direkte Feuerungen
für das Erhitzen des Rohmaterials notwendig, und infolgedessen sind 75ersetzungen
desselben praktisch unvermeidlich, selbst wenn die Destillation unter noch so günstigen
Bedingungen durchgeführt wird. Die hierbei entstehenden Zersetzungsprodukte gelangen
nach den bisherigen Verfahren mit den Destillaten gemeinsam aus einem Destillationsraume
zu den DephIegmat.ionseinrichtungen, in welchen sie durch fraktionierte Kühlung
voneinander getrennt werden.
-
Diese Art der Zerlegung des Gemisches aus verschiedenen Dämpfen und
Gasen ist wegen der unvermeidlichen Mängel der Apparatur unvollkommen und hat große
Nachteile zur Folge. Schon verhältnismäßig geringe Mengen von zersetzten Kohlenwägserstoffen
in den Destillaten, insbesondere in den Schmierölen, bewirken, daß dieselben rasch
nachdunkeln und einen schlechten Geruch besitzen. Es ist deshalb eine komplizierte
und teure chemische Behandlung erforderlich, wodurch große Verluste entstehen. Außerdem
werden die bei der Zersetzung gebildeten permanenten Gase durch das kondensierte
Destillat wieder absorbiert, da dieselben zu lange Zeit mit dem letzteren in Kontakt
bleiben, wodurch der Flammpunkt erniedrigt wird, was Redestillationen not= wendig
macht.
-
Ein weiterer Nachteil entsteht dadurch, däß verhältnismäßig geringe
Mengen von den leichtesten Bestandteilen, von welchen ein Teil erst bei einer ihren
Siedepunkt übersteigenden Temperatur abdestilliert, in den Dephlegmationsvorrichtungen
zusammen mit den sch-,veren Bestandteilen mitkondensieren, wodurch der Flammpunkt
ebenfalls herabgesetzt wird, was ebenfalls zu Rededestillationen Veranlassung gibt.
-
Diese Art der Zerlegung erfordert ferner eine sehr aufmerksame Beobachtung
des ganzen Destillationsprozesses, was eine Herabsetzung der Leistung des Destillätionsapparates
zur Folge hat.
-
Gegenstand der Erfindung ist 'ein Verfahren, welches -alle diese Übelstände
beseitigt, indem die Verdampfung in zwei voneinander getrennten Phasen durchgeführt
wird: Es werden vorerst im wesentlichen die bei der Erhitzung des Rohmaterials unvermeidlich
auftretenden Zersetzungsprodukte, die gasförmigen und am niedrigsten siedenden Bestandteile
in einem besonderen Verdampferabgetrennt, worauf die Verdampfung von
höher
siedenden Anteilen in einem zweiten Verdampfer bzw. mehreren folgenden Verdampfern
entweder durch Verringerung des Druckes, zweckmäßig bis auf Hochvakuum, oder durch
Zufuhr von Wasserdampf oder durch beide Maßnahmen erfolgt, wobei die Verdampfer
entweder nicht oder nur so beheizt werden, daß ein Wärmeverlust durch Ausstrahlung
vermieden wird.
-
Die in diesen Phasen entstandenen Produkte werden jeweils getrennt
voneinander in entsprechendenKühlapparaten gekühlt und kondensiert. Das Rohmaterial
wird hierbei vorteilhaft nicht in einem einmaligen Durchgange durch den Heizapparat
auf die Endtemperatur erwärmt, sondern wird stufenweise durch jeweils mäßige Zufuhr
von Wärme auf die Endtemperatur gebracht, wobei nach jeder Temperaturstufe die Verdampfung
in -der oben beschriebenen Art in zwei gesonderten Phasen erfolgt. Das Neue und
Vorteilhafte dieses Destill.ationsprozesses zeigt z. B. ein Vergleich mit dem Destillationsprozeß
von Kubierschky (s.Rechenberg »Einfache und fraktionierte Destillation«, 19223,
S.636 bis 638), bei welchem das Rohmaterial nacheinander in zwei gesonderten, direkt
beheizten Rohrschlangen erhitzt wird. In der ersten Rohrschlange wird das Rohmaterial
zunächst nur auf etwa z90° erwärmt, worauf alle dieser Temperatur entsprechenden
Teile abdestilliert und kondensiert werden. Hierauf wird das abdestillierte Rohmaterial
in einer zweiten Rohrschlange weiter auf 30o bis 35o0 erhitzet. Alle Teile, welche
bei dieser Temperatur abdestillieren, werden gemeinsam kondensiert. Beim Durchgang
durch jede Rohrschlange entstehen Zersetzungsprodukte, welche also gemeinsam mit
den erwünschten Produktenköndensiert werden.
-
Nach dem vorliegenden Verfahren werden jedoch die Zersetzungsprodukte,
welche in der bzw. jeder Rohrschlange entstehen, in einem besonderen Verdampfer
abgedampft. Hierauf gelangt das Rohmaterial von diesem Verdampfer in ein unter niedrigerem
Druck stehendes Destillationsgefäß, aus welchem erst die gewünschten Produkte abdestillieren.
Für jede Rohrschlange müssen daher mindestens zwei Verdampfer vorhanden-.sein, von
denen der folgende unter niedrigerem Druck steht als der vorhergehende. Je geringer
die Temperaturstufen sind, welche durch das wiederholte Erwärmen erzielt werden,
um so besser kann die Trennung der unerwünschten Produkte von den schwereren gesättigten
Kohlenwasserstoffei erreicht werden, da der Siedepunkt der schwereren Anteile höher
ist als der Siedepunkt der Zersetzungsprodukte, welche bei der gleichen Destillationstemperatur
entstehen. Der physikalische Vorgang bei diesem Verfahren kann am besten durch folgende
Beispiele erläutert werden: Wird ein bestimmtes Rohmaterial, z. B. ein Rohölrückstand,
auf die Destillationstemperatur erwärmt, so entstehen zusammen mit den Dämpfen gesättigter
Kohlenwasserstoffe infolge der unvermeidlichen Zersetzung inkondensable Gase und
Dämpfe ungesättigter Kohlenwasserstoffe. Die letzteren besitzen eine niedrigere
Siedetemperatur als die gesättigten Verbindungen. Der Druck im Verdampfungsgefäß
kann nun so hoch gehalten werden, daß nur die Produkte mit niedrigerem Siedepunkt
verdampfen, und ist dies erfolgt, so kann hierauf durch Druckverminderung 'bewirkt
werden, daß die höher siedenden gesättigten Produkte verdampfen und kondensiert
werden.
-
Bei gewissen Rohölen steigt der Siedepunkt der zersetzten Kohlenwasserstoffe
mit dem Siedepunkt der gesättigten, so daß mit jeder Ölfraktion zersetzte Kohlenwasserstoffe
mit zugehörigem, jedoch niedrigerem Siedepunkt gebildet werden. Von der Differenz
dieser Siedepunkte wird es demnach abhängen, in welchen Temperaturstufen das Rohmaterial
zu erwärmen sein wird, um die Scheidung der unerwünschten Produkte von dem erwünschten
möglichst vollkommen durchzuführen.
-
Angenommen, z. B. daß ein bestimmtes Öl bei Erwärmung von
350 auf 4500 Zersetzungsprodukte bildet, deren Siedepunkte niedriger sind
als 3500, z. B. 300°, dann ist es möglich, den Druck in einem Kessel so hoch
zu halten, daß nur diese Zersetzungsprodukte abdestillieren und ebenso die leichten
übrigen Produkte, deren Siedepunkt niedriger ist als 350°- Wird das von diesen Produkten
befreite Material in einen Verdampfungsraum gebracht, dessen Druck niedriger ist
als im ersten, so können hierauf die zwischen 350
und 4000 siedenden schwereren
Kohlenwasserstoffe verdampfen und für sich kondensiert werden, ohne daß dieser zweite
Verdampfungsraum geheizt wird, was neuerlich die Bildung von Zersetzungsprodukten
zur Folge hätte.
-
Würde jedoch dieses Material durch einmalige Erwärmung von 35o auf
45o° (also um roo°) zersetzt und uniersetzte Kohlenwasserstoffe vom gleichen Siedepunkt
bilden, so könnte durch Druckveränderung eine Scheidung dieser' Produkte nicht erfolgen,
da die Siedepunkte derselben bei Druckverminderung sich nahezu im gleichen Maße
verringern. Ein solches Material wird demnach in, Temperaturstufen von etwa 50°
erwärmt werden müssen. Es hat sich auch bei den meisten Materialien praktisch am
besten
bewährt, die Erwärmung in Temperaturstufen durchzuführen,
welche 50° nicht übersteigen. Wird jedoch ein Rohmaterial destilliert, welches bei
stärkerer Erwärmung nur solche Zersetzungsprodukte bildet, deren Siedepunkte viel
niedriger sind, z. B. i5o° und mehr, als der Siedepunkt der hierbei gebildeten leichtesten
gewünschten Fraktionen, so kann die Temperaturstufe i5o° und mehr betragen, und
die Scheidung der unerwünschten Bestandteile von den gewünschten Kohlenwasserstoffen
kann durch Druckveränderung dennoch in der vorbeschriebenen Weise erfolgen.
-
Um die Fraktionierung der gewünschten Produkte zu erleichtern, können
statt eines Destillationsraumes für dieselben auch mehrere hintereinander angeordnet
werden. Das Rohmaterial gelangt hierbei nach Entfernung der Zersetzungsprodukte
nacheinander in diese Mehrzahl von Destillationsräumen, wobei der Druck der bldämpfe
b.zw., wenn mit Wasserdampf gearbeitet wird, der Partialdruck dieser Dämpfe im Dampfgemische
in den einzelnen Apparaten allmählich geringer wird.
-
Dieses Verfahren ist deswegen praktisch leicht durchführbar und erfordert
deswegen keine strenge Kontrolle, weil man die eventuell aus dem ersten Verdampfungsraume
zusammen mit den Zersetzungsprodukten entweichenden leichteren gesättigten Fraktionen
durch Redestillationen abtrennen kann, wodurch die Beaufsichtigung des Prozesses
erleichtert wird.
-
In den Abb. i bis 3 der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen
des Verfahrens dargestellt, bei welchen die Destillation mit Überdruck oder Vakuum
erfolgen kann.
-
In Abb. i ist i ein Behälter, 3 ist der eigentliche Destillationsapparat,
welcher von einer entsprechenden wärmeschützenden Ummauerung 4 umgeben ist.
-
Das in den Apparaten i und 3 befindliche flüssige Rohmaterial zirkuliert
mittels einer Pumpe 8 durch Rohrleitung 9 und io und Siphonrohr i i zwischen beiden
Apparaten.
-
Die Erwärmung des Rohmaterials erfolgt in einer Heizschlange 2, welche
in einer Einmauerung 39 untergebracht ist, durch Brenner 6, wobei hinter dieser
Heizschlange vorteilhaft ein Ventil 38 angeordnet ist, um durch Herv orrufung eines
Überdruckes in der Heizschlange eine Verdampfung des Rohmaterials in derselben zu
verhindern, wodurch das Abscheiden von Koks innerhalb der Heizschlange vermieden
werden kann.
-
Das erwärmte flüssige Rohmaterial gelangt aus der Heizschlange in
den Destillationsraum i, welcher, wie gezeichnet, beispielsweise aus einem vertikalen
Gefäße mit eingebauten Zwischenwänden besteht oder mit sonstigen, die Verdampfungsoberfläche
vergrößernden Einrichtungen bekannter Konstruktion versehen ist.
-
Der Druck im Apparat i ist niedriger als in der Schlange 2, jedoch
so hoch, daß nur die niedriger siedenden Zersetzungsprodukte und Gase abdestillieren;
sie gelangen durch Rohrleitung 13 zum Kühler 14, wo sie zum Teil kondensieren und
von welchem die kondensierten Bestandteile durch das mit Siphon versehene Rohr 15
zur Vorlage 16 gelangen, welche mit einem Schauglas 17 versehen ist, während die
permanenten Gase durch Rohrleitung i8 abgeführt werden.
-
Das so von den Zersetzungsprodukten befreite Rohmaterial fließt hierauf
zum Apparat 3, in welchem es weiterdestilliert, und die hier entstehenden Dämpfe
gelangen durch Dom i9 und Rohr 2o zu den Dephlegmationsvorrichtungen-gi und 22,
welche durch Rohrleitung 23 miteinander verbunden sind. Die an den tiefsten Stellen
dieser Dephlegmatoren ablaufenden Kondensate gelangen durch die mit Siphon versehenen
Rohre 24 zu den Empfangsgefäßen 25, während die im Dephlegmator 22 nicht kondensierten
Produkte durch das Rohr 26 zum Kühler 27 und von da zum Empfangsgefäß 28 gelangen.
-
Die in den Empfangsgefäßen evtl. noch vorhandenen Dämpfe werden mittels
Rohr 29 von den mit Absperrvorrichtungen 30 versehenen Empfangsgefäßen abgeführt,
evtl. mittels einer Luftpumpe, wenn die Anlage unter vermindertem Drucke arbeitet.
-
Um zu bewirken, daß aus Apparat i nur die Zersetzungsprodukte und
die leichtesten Fraktionen abdestillieren, dienen folgende Maßnahmen: Mit Hilfe
des in der Rohrleitung 13 vorhandenen Ventils 31 kann der Druck im Apparat i gegenüber
dem Apparat3 höher gehalten werden. Dasselbe kann auch durch Drosselung eines Ventils
32 hinter dem Kühler 14 erreicht werden. Die Destillation der zersetzten Kohlenwasserstoffe
kann ferner auch durch Einblasen von Wasserdampf durch ein Verteilungsrohr 33 unterstützt
werden. Ferner kann der Zufluß des Rohmaterials vom Apparat i zum Apparat 3 durch
Ventile 34 und 35 in der Rohrleitung ii reguliert werden. Es kann dies auch automatisch
durch das siphonartig ausgebildete Rohr i i erfolgen. Im Apparat 3 kann ferner ein
Verteilungsrohr 37 für die Einführung von Wasserdampf angeordnet werden.
-
Die von der Heizschlange 2 abgehenden Rauchgase können zwecks Erhöhung
der Wirtschaftlichkeit bzw. zur Vermeidung von Wärmeausstrahlung auch die "Apparate
i und 3 oder nur einen von beiden passieren.
Die Verwendung einer
Heizschlange bezweckt eine gleichmäßige Erwärmung des Rohmaterials und eine höhere
Brennstoffausnutzung.
-
Die Destillation von Schmierölen kann auch voxteilhaft bei diesem
Verfahren unter vermindertem Drucke *(Vaktium) durchgeführt werden, wobei folgende
Anordnung vorgesehen ist. Durch die Luftpumpe 41, an welche die Entgasungsrohrleitung
29 angeschlossen ist, werden die Verdampfungsräume evakuiert, und durch Rohr 42
werden die abgesaugten Gase und Dämpfe ins Freie befördert oder gegebenenfalls weiterer
Verwertung zugeführt.
-
Das Verfahren ermöglicht ferner die Herstellung eines sehr hohen Vakuums
im Verdampfungsraume 3, aus welchem die höher siedenden Produkte abdestillieren,
wenn zwei Luftpumpen angeordnet werden, von welchem die eine das Vakuum im Verdampfungsraum
i und die andere das höhere Vakuum im Verdampfungsraume 3 erzeugt.
-
In diesem Falle ist das Empfangsgefäß 16 nicht an die gemeinsame,
zur Luftpumpe 41 führende Entgasungsleitung 29 angeschlossen, sondern für sich an
eine zweite Luftpumpe, welche in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die aus dem
VerdampfungsappaTat i abgesaugten Gase und Dämpfe müssen dann nicht auf den niedrigen
Druck des Wrdampfungsapparates 3 expandieren, wodurch die Luftpumpe für die Erzeugung
des höheren Vakuums entsprechend kleiner bemessen werden kann, was von großer Bedeutung
ist, wenn die Destillation der gewünschten schweren Produkte unter besonders niedrigem
absolutem Druck, z. B,. von 5 mm Hg, erfolgen soll.
-
Die Herstellung verschiedener Dampfdrücke in den Apparaten i und 3
kann durch verschiedene Maßnahmen - erfolgen. Entweder, wie bereits erwähnt, durch
Drosselung der Ventile 34, 31 oder 32 oder dadurch, daß der Apparat i keinen
Dampfzusatz, der Apparat 3 Dampfzusatz erhält oder daß der Dampfzusatz in beiden
Apparaten entsprechend--geregelt wird oder durch Kombination aller dieser Maßnahmen.
Durch Kontrolle der Temperatur mittels an geeigneten Stellen angeordneten Thermometern
kann der Gang der Destillation so geregelt werden, daß der Apparat 3 auch wirklich
nur die gewünschten Kohlenwasserstoffe liefert. - Selbstverständ-. lieh erhalten
alle Apparate und Rohrleitungen die für den Betrieb und die Sicherheit desselben
notwendigen Ventile, welche in den Abbildungen zum Teil ersichtlich sind, zum Teil
als selbstverständlich nicht besonders angedeutet sind. .
-
Die Einrichtung kann auch so getroffensein, daß die Destillation kontinuierlich
erfolgt, in welchem Falle eine beliebige Anzahl der in den Abb. i und 2 dargestellten
Destillationsaggregate, zu einer Batterie vereinigt, verwendet werden.
-
In Abb.2 ist eine beispielsweise Ausführungsform einer kontinuierlich
arbeitenden Destillationsanlage mit .drei Aggregaten gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Abb. i dargestellt, wobei nur die Hauptapparate eingezeichnet und entsprechend
ihrer Verwendung mit gleichen Ziffern bezeichnet sind.
-
Das flüssige Rohmaterial gelangt durch Rohr 43 in die Heizschlange
:2 des ersten Aggregates, nachdem es die Zirkulationspumpe 8 passiert hat. Die Zersetzungsprodukte
werden in der Kammer i entfernt und in der Kühlschlange 14 gekühlt. Das Rohmaterial
gelangt hierauf durch Ventil 34 und Siphonrohr i i zur Destillationskammer 3, aus
welcher unter den vorher beschriebenen Bedingungen nur die schweren Bestandteile
entnommen werden, welche durch den Dom i9 zu den Kondensationsapparaten gelangen.
-
Von der Destillationskammer 3 des ersten Aggregates gelangt das Rohmaterial
durch Rohr 4¢ zur Heizschlange 2 des zweiten Aggregates, in welchem der gleiche
Vorgang erfolgt wie im ersten. Aus der Destillationskammer 3 des zweiten Aggregates
gelangt das Rohmaterial durch Rohr 45 zur Heizschlange des dritten Aggregates, woselbst
es weiter erwärmt wird und der gleichen Bearbeitung unterzogen wird wie in den beiden
'vorhergehenden Aggregaten. Von der Destillationskammer des dritten Aggregates,
also in diesem Falle des letzten der Batterie, gelangt der Rückstand, aus welchem
alle gewünschten Destillate entnommen werden, durch Rohr 46 zum Kessel 47, in welchem
er gesammelt und nach Belieben entleert wird. Erhält eine Batterie eine genügende
Anzahl von Aggregaten, was vom Rohmaterial abhängt, welches verarbeitet wird und
von der Qualität und der -Menge der Destillate, welche gewonnen werden, so kann
die Zirkulationspumpe 8 entfallen, weil die Differenz zwischen den Destillationstemperaturen
zweier benachbarter Aggregate stark reduziert ist. Das Rohmaterial wird dann in
jedem Aggregate nur um wenige Temperaturgrade erwärmt.
-
In diesem Falle kann das Fließen des Rohmaterials von einem zum nächsten
Aggregate durch entsprechendes Gefälle erfolgen, wobei die. einzelnen Aggregate
stufenförmig angeordnet werden können.
-
Das gleiche ist der Fall, wenn die Destillation nur in einem Aggregate
erfolgt, wobei Destillate zwischen engen Temperaturintervallen gewonnen werden sollen.
In diesem Falle kann die Fraktionierung der gewünschten Produkte, wie bereits erwähnt,
durch Anordnung
einer größeren Anzahl von Verdampfungsräumen erleichtert
werden.
-
Eine Anordnung dieser Art für kontinuierlichen Betrieb mit mehr als
zwei Verdampfungsräumen ist in Abb. 3 dargestellt.
-
Das im Vorratsreservoir 48 vorhandene Rohmaterial wird mittels Speisepumpe
8a durch die direkt beheizte Rohrschlange 2 hindurchgedrückt und gelangt nacheinander
in die Destillationsräume i, 3a und 3b vermittels der Siphonrohre i ia und i ib.
Vom letzten Destillationsraume 3b fließt das flüssige Rohmaterial, aus welchem alle
gewünschten Produkte abdestilhert wurden, mittels Siphonrohr iic zu den beiden Behältern
47a und 4711, welche abwechselnd gefüllt und entleert werden, um den kontinuierlichen
Betrieb zu ermöglichen. Die Destillationsräume i, 3a und 3b, welche unter allmählich
abnehmenden Drücken stehen, liefern die Destillate durch die bezüglichen Rohrleitungen
13, 20a und tob zu den zugehörigen Kühlern 14, 56 und 6o und den zugehörigen Sammelgefäßen
16, 25 und 25a. Die Destillation .erfolgt am vorteilhaftesten so, daß aus dem Verdampfungsraume
i nur die Zersetzungsprodukte entnommen -werden, aus den übrigen Verdampfungsräumen
die gewünschten Produkte, -was durch entsprechend verschiedene Drücke in den D.estillationsräumen
erreicht -werden kann.
-
Die V erdampfungsräume sind in diesem Fall als vertikale Gefäße-dargestellt,
die mit horizontalen Zwischenwänden versehen sind.
-
Diese Anlage kann, wie dargestellt ist, unter Vakuum destillieren,
und zur Erreichung eines möglichst niedrigen absoluten Druckes in den Verdampfungsräumen
3a und 3b können vorteilhaft zwei Luftpumpen verwendet -werden. Die eine derselben,
41a, evakuiert durch Rohrleitung 65 den ersten Verdampfungsrauin i, die zweite Luftpumpe
41b vermittels Rohre 67 und 68 die Empfangsgefäße 25 und 25a und hierdurch die zugehörigen
Verdampfungsräume.3a und 3b. An dieselbe Luftpumpe können auch vermittels Rohrleitung
69 die Rückstandssammler 47a und 47b abwechselnd angeschlossen werden. Die Gase
aus der Luftpumpe 4ib werden mittels Rohr 7o ebenfalls durch die Luftpumpe 41a abgesaugt
und mittels Rohr 71 weggedrückt. Durch die Verbindung der beiden Luftpumpen wird
derVorteil erreicht, daß die Luftpumpe 41b als zweistufige Luftpumpe arbeitet. In
jedem Falle, auch -wenn -.eine Verbindung der beiden Luftpumpen vorgesehen ist,
kann die Luftpumpe 41b für das höhere Vakuum kleiner bemessen -werden, weil die
nicht kondensierbaren Gase, welche ein sehr großes Volumen einnehmen, vorher bei
höherem absolutem Druck entfernt wurden. Die absoluten Drücke in den Räumen 3a,
3b und 47a bzw. 47b können durch Drosselung von entsprechend angeordneten Ventilen
oder auf irgendeine andere bekannte Art reguliert -werden.
-
Die Geschwindigkeit, mit welcher das Rohmaterial durch die Heizschlange
2 hindurchgeht, kann durch die in der Abb. i dar-. gestellte Einrichtung reguliert
werden.
-
Von der Rohrleitung io zweigt die Rohrleitung 43 ab und geht zur Saugleitung
9 der Zirkulationspumpe B. Durch das Ventil 44 kann ein beliebiger Teil des Rohmaterials,
welches die Heizschlange bereits passiert hat, in die Saugleitung zurückgeleitet
und neuerdings durch die Heizschlange hindurchgeleitet werden. Hierdurch wird eine
bessere Erwärmung des Rohmaterials erzielt, -weil .die Geschwindigkeit in der Heizschlänge
erhöht wird, wodurch Verkokungen leichter vermieden werden können.