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Verfahren und Vorrichtung zur Druckwärmespaltung von schweren Kohlenwasserstoffölen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Spaltung
von schweren Kohlenwasserstoffölen, beispielsweise Erdölen, wobei die öle zwischen
einem Heizröhrensystem und einem darüberliegenden urbeheizten Oberkessel durch eine
eingebaute Fördervorrichtung im Kreislauf .erhalten werden und die entstehenden
Dämpfe in einen Dephlegmator gelangen, von dem das Kondensat gegebenenfalls zusammen
mit zugegebenen Adsorptionsmitteln, z. B. Kalk und frischem Kohlenwasserstofföl,
im Gegenstrom in den Kessel zurückfließt.
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Bei den bekannten Verfahren bestand vielfach der Mißstand, daß sich
die Mündungsstelle der Ablaufleitung für die Entnahme des Rückstandsöles aus dem
Kreislauf mit festen Stoffen, z. B. abgeschiedenen Kohlenstoffteilchen, verstopfte,
wodurch sich Stauungen im Ablauf der schweren Rückstandsfraktionen ergaben. Dies
führte zu unliebsamen Änderungen in -der Verteilung der im Kreisstrom gelösten Stoffe
und zu einer schädlichen Beeinflussung der gewonnenen leichten Fraktionen; andererseits,
waren zur Reinigung der genannten Stellen von den Niederschlägen verhältnismäßig
häufige Betriebsunterbrechungen erforderlich.
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Es wurde nun vorgeschlagen, in Öl.destillationskesseln die Verstopfung
des Abzugsrohres für den Rückstand durch Ausspülen dieses Rohres mittels Einspritzung
von Frischöl in die Abzugsleitung in Richtung des Rückstandsabflusses zu beseitigen.
Hierbei ging jedoch das eingespritzte Frischöl verloren.
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Die angegebenen Mißstän;de werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt,
daß die kontinuierliche Entnahme des Rückstandsöles aus dem Kreislauf fallweise
unterbrochen und an der Ablaufstelle ein 01 zusätzlich in den Kreislauf eingeführt
wird, das vermöge seiner Zusammensetzung eine reinigende Wirkung an dieser Stelle
ausübt. Für dieses Zusatzöl wird zweckmäßig Frischöl verwendet; es kann aber auch
ein Öl verwendet werden, das eine ähnliche Zusammensetzung wie das Kreislauföl aufweist.
In diesem Fall wird das Zusatzöl vorteilhaft dem Kreislauf selbst an einer anderen
Stelle entnommen, an der keine Neigung zum Absetzen fester Bestandteile besteht.
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Durch das neue Verfahren wird ein ununterbrochener 'Ablauf des Rückstandsöles
ermöglicht.
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Wenn- während des Betriebes die Menge des aus dem Kreislauf abgelassenen
Rückstandsöles merklich abnimmt, wird der Ablauf abgesperrt und Zusatzöl an dieser
Stelle eingepumpt, wodurch einerseits die Ansammlungen schwererer Stoffe rings um
die Ablaufleitung mechanisch abgeführt, andererseits die die Ablagerungen bindenden
Bitumina gelöst werden. Wird nun die Einführung des Zusatzöles unterbrochen und
die Entnahme des Rückstandsöles fortgesetzt, so kann dieses durch die freigelegte
Ablaufleitung in voller Menge abströmen.
Da der Kreisprozeß im allgemeinen
von 8 bis 12 Stunden aufwärts dauert und nur eine Unterbrechung des Ablaufes von
einigen Minuten in Betracht kommt, ergibt sich tatsächlich ein nahezu ununterbrochener
Ablauf des Rückstandsöles. Um die Zeitdauer der Unterbrechungen noch herabzusetzen,
können erfindungsgemäß zwei Ablaufleitungen verwendet werden, .die wechselweise
zur gleichzeitigen Entnahme von Rückstandsöl und Einführung von Zusatzöl dienen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Fig. i ist eine Ansicht der gesamten
Vorrichtung, teilweise im Schnitt. Fig. 2 ist eine Vorderansicht der Ablaufeinrichtung.
Fig. 3, 4. und 5 stellen Einzelheiten von abgeänderten Ausführungsformen der letzteren
dar. Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eines der Rohrstücke, die in Fn:g. 7 und 8
dargestellt sind, und Fig.9 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung
mit einer Einrichtung zur Entnahme des Zusatzöles aus dem Kreislauf selbst.
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Das zu behandelnde Öl und gegebenenfalls das diesem beigegebene Adsorptionsmittel
wird dem System ständig durch die Pumpe i zugeführt und fließt durch die Speiseleitung
2, das Regelventil 3 und das Absperrventil 4 in das knieförmige Verteilerstück 5,
das oben im als Dephlegmator wirkenden Prellplattenturm 6 angebracht ist, von wo
es beim Abwärtsströmen auf die aufsteigenden heißen, bereits gespaltenen Leichtöldämpfe
auftrifft, die in .den Turm aus dem Oberkessel 7 der Destilliervorrichtung 8 durch
die Leitung 9 eintreten.
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Die Dämpfe des Spaltbenzins verlassen den Prellplattenturtn durch
die Leitung io -und das daran sitzende Druckreglerventil i i zur weiteren Raffination;
.das aus dem Turm zurückfließende Material mit einem gegebenenfalls zugesetzten
Adsorptionsmittel strömt durch die Leitung 12 in den Oberkessel 7 zurück. Dieser
trägt an der Unterseite je einen vorderen und rückwärtigen Verbindungsstutzen 13,
13', die mit dem vorderen bzw. rückwärtigen Querkessel 14, 1q.' verbunden sind;
die beiden letzteren sind untereinander durch das Heizröhrensystem 15 verbunden.
Das Öl wird in der Apparatur durch die Feuerung 16 erhitzt, wobei jeder übermäßige
Druckanstieg durch das Sicherheitsventil 17 verhindert wird.
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An dem Flüssigkeitsstandsanzeiger 18 kann man den Flüssigkeitsspiegel
im Oberkessel 7 ablesen. Von dem Inhalt der Spaltvorrichtung wird ein beträchtlicher
Teil, und zwar etwa 45 bis 65 °/o, der frischen Beschickung stetig oder nahezu stetig
abgelassen. Dieser Teil wird später teilweise in einer N iederdruckverdampfungseinrichtung
vor dem endgültigen Austritt aus der Apparatur verdampft. Gleichzeitig mit den geschilderten
ununterbrochen sich abspielenden Vorgängen wird der gesamte Inhalt der Spaltvorrichtung
durch einen von Motor 21 angetriebenen Propeller 2o in ununterbrochenem raschem
Umlauf erhalten.
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Der Ablauf des Rückstandsöles aus dem Kreislauf erfolgt durch die
gelochten, am Ende geschlossenen Rohrstücke 22 und 22' (Fig.2), die am Boden des
vorderen Querkessels 14 angeordnet sind, in die Leitung 23, weiter durch -das Absperrventil
24, den Dreiweghahn 25, das Absperrventil 26, Rückschlagventil 27 und die Leitung
28 in den vorerwähnten Niederdruckverdampfer. Dagegen wird während . der Zeit der
Unterbrechung des Ablaufes das Zusatzöl unter .Überdruck durch die Leitung 29, durch
das Rückschlagventil3o, das Absperrventil 31,
weiter durch den Dreiweghahn
25, Absperrventil 24 und die Leitung 23 gepumpt. Von hier aus gelangt das Zusatzöl
durch die durchlochten Rohrstücke 22 und 22' in den Querkessel 14, wobei es die
Rohrstücke und den Raum unmittelbar um sie herum in der vorher geschilderten Weise
freilegt. Nach einigen Minuten wird die Ablaufleitung durch Abschließen des Ventils
31, Öffnen des Ventils 26 und Umschalten des Dreiwegliahnes 25 in die geeignete
Stellung wieder freigegeben.
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Eine abgeänderte Vorrichtung mit zwei abwechselnd zum Einleiten des
Zusatzöles benutzten Rohrstücken 32, 33 ist in Fig. 3 ersichtlich. Wenn der Ablauf
zuerst durch das Rohrstück 32 erfolgt, so fließt das Rückstandsöl aus dem Kessel
14 durch ,das Absperrventil 34, den Vierweghahn 35, das Ab-
sperrventil 36
und das Rückschlagventi137, dann durch die Leitung 28 zu dem vorher erwähnten Niederdruckverdampfer,
während in -der Zwischenzeit eine ganz kleine Menge von Zusatzöl, die zur Freilegung
.der Leitung und ihrer unmittelbaren Umgebung genügt, durch die Leitung 29, das
Rückschlagventil 38, Absperrventil 39, den Vierweghahn 35 und durch Leitung 4o und
Absperrventil 34' dem Rohrstück 33 zugepumpt wird, so daß es schließlich in den
Querkessel gelangt; dieser Vorgang läßt sich nach Erfordernis durch einfache Betätigung
des Vierweghahnes 35 umkehren, so daß das Rückstandsöl jetzt durch die Löcher des
Rohrstückes 33 austritt und das Zusatzöl durch das Rohrstück 32- eintritt.
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Fig.4 zeigt eine andere Ausführung der Einrichtung nach Fig. 3, bei
der die durchlochten Rohrstücke 32' und 33' übereinanderliegen. Fig. 5 zeigt gelochte
Rohrstücke 44
42, die mit doppelten Zufuhrleitungen 43 und 44 bzw.
mit doppelten Ablaufleitungen 45 und 46 verbunden sind. Wenn das Rohrstück 41 zuerst
zum Ablauf in Verwendung kommt, fließt das Rückstandsöl zuerst durch das geöffnete
Hauptabsperrventil 47, das offene Absperrventil 53 und das Rückschlaagventil 55
in die Ablaufleitung 45 und von hier in den Verdampfer. Während dieser Zeit kann
Zusatzöl bzw. Frischöl ständig durch die Leitung 44 zufließen; dieses fließt dann
durch das Rückschlagventil55, das offene Absperrventil 52 und das offene Hauptabsperrventil48
in das Rohrstück 42, von wo es sich in genügender Menge in den Kessel 14 ergießt,
um die Freilegung der Leitung und ihrer unmittelbaren Nachbarschaft zu erreichen.
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Wenn der aus dem Rohrstück 41 austretende Ölstrom eine Abnahme erkennen
läßt, wird der Zulaß frischer Beschickung, die durch das Rohr 42 eintritt, ,durch
Schließung des Absperrventils 52 abgestellt, und man läßt nun den Ablauf durch das
Rohr 4 austreten, von wo er weiter durch ein Hauptabsperrventil48 durch Glas offene
Absperrventil 54, das Rückschlagventil 56 und die Rückströmleitung 46 in den Verdampfer
gelangt. Erst nachdem diese Ableitung :durch das Rohrstück 42 eingeleitet ist, wird
der Zufluß des Zusatzöles durch das Rohr 41 vermindert und schließlich durch Abschluß
des Ventils 53 gänzlich abgesperrt. Auf diese Weise wird durch das Übereinandergreifenfassen
der Strömungen ein unterbrochener Ablauf aus dem Kessel erzielt. Wenn der Auslaß
durch das Rohrstück 41 abgesperrt wind, kann das letztere dann durch Zufuhr ,des
Zusatzöles von der Leitung 43 aus gereinigt werden, die durch das Rückschlagventi149,
das offene Absperrventi15 z, das Hauptabsperrventil 47 und das Rohr 41 auf die vorher
beschriebene Weise in den Kessel gelangt.
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Fig. 7 zeigt vergrößert ein gelochtes Rohrstück 57, :das am Ende mit
einer Kappe 58 verschlossen und mitLöchern 59 versehen ist, deren Durchgangsquerschnitte
gegen die ge@ schlossenen Rohrenden hin stetig zunehmen. Da die Durchflußmengen
durch -die Öffnungen 59 proportional den Durchflußquerschnitten und .den Drücken
sind, letztere aber von den Mündungsstellen der Rohre 57 in den Kessel gegen die
geschlossenenRohrenden abnehmen, wind .durch die verschiedenen öffnungsquerschnitte
erzielt, daß an allen Öffnungen gleiche Mengen des Zusatzöles in den Kessel eintreten.
In Fig. 8 ist ein Rohrstück 57 ersichtlich, das statt der Löcher 59 Schlitze 6o
mit ebenfalls gegen das Rohrende hin zunehmenden Querschnitten aufweist. Fig.6 zeigt
einen Querschnitt durch das Rohr 57, bei dem die oberen und unteren Lochkanten abgerundet
sind, um das Ansetzen von Ablagerungen hintanzuhalten.
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Fig. 9 zeigt eine abgeänderte Einrichtung, mittels welcher ein Teil
des erhitzten Inhalts des hinteren Querkessels als Zusatzöl verwendet wird. Dieses
Öl fließt aus dem hinteren Kessel 14' durch die Leitung 62, das Absperrventil
63 in die Leitung 64, .dann durch das Rückschlagventil 72 und den Dreiweghahn 68
in die Leitung 65, dann durch Absperrventil 66 in ,den vorderen Kessel 14, wobei
das Absperrventil 7o geschlossen ist. Eine Pumpe 67 oder eine andere Fördervorrichtung
kann in der Leitung 64 angeordnet sein, wenn man die Umlaufgeschwindigkeit steigern
will. Die Leitung 62 mündet in den hinteren Querkessel 14' vorteilhaft an einer
nahe seinem Boden gelegenen Stelle, da das dort befindliche Öl keine Kohleausscheidungen
enthält. Um das Rückstandsöl aus dem vorderen Querkessel 14 durch die Leitung 65
austreten zu lassen, stellt man den Dreiweghahn 68 entsprechend um, wobei die Absperrventile
66 und 70 offen sein müssen, so daß das Rückstandsöl durch die Leitung 74 ausströmt.
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Bei unvorhergesehenen oder auch normalen Betriebsunterbrechungen wird
das Frischöl (Zusatzöl) durch die gelochten Rohrstücke 22 oder 22', 32 oder 33,
32' oder 33', 41 oder 4.2 je nach den vorhandenen Einrichtungen in den Kreislauf
eingeführt, dessen Inhalt unterdessen durch den Propeller 2o rasch umgetrieben und
gleichzeitig allmählich durch die Ablaufleittung6r (Fig. z) abgelassen wird, bis
der Inhalt der Spaltvorrichtung genügend abgekühlt ist, um vollkommen abgepumpt
werden zu können, ohne daß eine Gefahr für die Vorrichtung durch die strahlende
Wärme der Heizungseinrichtung erwachsen kann.
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Es kann auch durch Einführung einer vorgewärmten Beschickung von frischem
Zusatzöl und Ablassen einer ungefähr gleich großen Menge von Kreislauföl an einer
anderen Stelle der Vorrichtung so ziemlich die ganze ursprünglich vorhandene Ölmenge
abgelassen und durch dieselbe Menge entsprechend vorgewärmter frischer Beschickung
ersetzt werden. Statt der Anwendung besonderer Einrichtungen zur Beschickung und
zum Ablassen von Öl zur raschen Auswechslung des Apparatinhalts ist auch der Weg
gangbar, die vorgewärmte frischeBeschickung rasch durch ,die Speiseleitung 2 und
das vollständig geöffnete Ventil 3 zuzuführen, wobei das schlechte Öl in ungefähr
gleicher Menge durch die Ablaufleitung 23 aus dem vorderen Querkessel abfließen
kann. Durch diese rasche Strömung der vorgewärmten Beschikkung durch die Vorrichtung
werden die schweren Produkte, Kohlenstoff und andere unerwünschte
Bestandteile,
zwangsläufig aus der Apparatur entfernt und die entwerteten Produkte gleichzeitig
durch die entsprechende, auf die Temperatur des bisherigen Apparatinhalts erwärmte
Beschickungsmenge ersetzt, wodurch eine Unterbrechung des Spaltprozesses vermieden
wird.