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Verfahren zum Behandeln schwerer Kohlenwässerstoffe in flüssiger Form
Die Erfindung betrifft ein ° Verfahren zum Behandeln schwerer Kohlenwasserstoffe
in flüssiger Form.
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Es ist bekannt, schwere Kohlenwasserstofföle zu verkoken und die bei
der Verkokung entstehenden Öldämpfe zu spalten. Bei den bekannten Verfahren werden
jedoch die bei der Verkokung der schweren Kohlenwasserstofft in flüssiger Form entstehenden
Öldämpfe aus der Heizkammer abgezogen und erst .später in einem besonderen Spaltraum
gespalten.
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Demgegenüber wird gemäß der Erfindung eine bedeutende Vereinfachung
des Verfahrens dadurch erzielt, da.ß die bei der Verkokung von schweren Kohlenwasserstoffen
in flüssiger Form auf für metallurgische Zwecke verwendbaren Koks entstehenden Öldämpfe
unmittelbar nach ihrer Freigabe durch die Köhlenwasserstoffe gespalten und erst
dann abgezogen und kondensiert werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich insbesondere für die
Behandlung schwerer Erdölrückstände; es ist jedoch @ebenso auch für die Behandlung
anderer Kohlenwasserstofft in flüssiger Form, beispielsweise von Rohölen u. dgl.,
anwendbar.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen von Vorrichtungen
zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt eine solche Vorrichtung im Längsschnitt, Abb. 2 im Querschnitt,
Abb. 3 im Grundriß. Abb. ¢ und 5 zeigen andere Ausführungsformen einer Vorrichtung
zur Ausführung des neuen Verfahren.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. i bis 3 ist die Verkokungskammer
i i mit einer Heizplatte 12 versehen, die zweckmäßig aus feuerfestem Material besteht
und von unten her dadurch beheizt wird, daß an beiden. Enden der -Kanäle 13 Brenner
14 eingebaut sind, durch. die Gas oder flüssiger Brennstoff verbrannt werden. Mittels
Regulierventils 15 kann der Zufluß geregelt werden.
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Der Einlaß 16 dient zum Zuführen von Luft, welche durch die Heizkanäle
17 und eine Öffnung 18 hindurch zu den Verbrennungskanälen 13 gelangt. In der Mitte
des Ofens sind Öffnungen i g vorgesehen, durch die die Verbrennungsgase in die Kammer
2 i gelangen, aus welcher sie entfernt werden können.
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Wie aus Abb. 3 ersichtlich, können die Verbrennungsgase durch eine
Leitung 22 und einen Wärmeaustauscher 23 abgeführt werden, um das zu verkokende
Öl oder den Rückstand, der durch Rohr 38 eintritt, vorzuwärmen. Die Verbrennungsgase
können dann noch durch einen Wärmeaustauscher 24 hindurchgehen, um die Druckluft
oder den Druckdampf, die durch die Leitung 40 eintreten, vorzuwärmen. Durch eine
Leitung 25 und Esse 26 werden dann die Verbrennungsgase abgeführt.
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Der obere Teil der Verkokungskammer i i ist durch ein Gehäuse 27 verschlossen,
welches mit einem Dom 28 und einem Auslaß 29 versehen
ist, der
dazu dient, die verflüchtigten Bestandteile des zu verkokenden Materials abzuführen.
Der zu verkokende Stoff wird durch die Düsen 30 eingeführt, die mit den Rohren 31,
dem Ventil 32 und der Ölleitung 33 Verbindung stehen. Die Druckluft oder--der Druckdampf
wird in die Düsen 3o durch die Rohre 34 und die Ventile 35 eingeführt.
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Durch die Rohre 4i und Ventile 43 ist der Abzugskanal 22 mit dem Rohrstutzen
42 verbunden, der sich in das Gehäuse der Verkokungskammer i i hinein erstreckt
und die Düsen 3o, welche als Injektoren wirken können, umgibt, um die Verbrennungsgase
aus dem Rohr 4 1 in die Verkokungskammer i i zu ziehen, falls der Druck in den Kanälen
21 nicht ausreicht, den gewünschten Betrag an Abgasen zu liefern, oder falls die
Ansaugeng in der Verkokungskammer i i nicht ausreicht, den gewünschten Betrag von
Abgasen hineinzusaugen.
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Nicht oxydierende Gase können durch die Rohre 44 und Ventile 45 eingeführt
werden, um die Temperatur der aus den Kanälen 21 zutretenden Abgase auszugleichen,
oder es können die nicht kondensierbaren Gase, die bei dem Verfahren anfallen, durch:
die Rohre 44 unter Druck eingeblasen werden, um die Abgase in die Kammer hineinzusaugen,,falls
dies notwendig sein sollte.
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Die zu verkokenden Ausgangsstoffe werden unter Druck zusammen mit
Luft durch die Düsen 30 eingeführt. Da eine teilweise Verbrennung erforderlich
ist, kann natürlich an Stelle von Luft auch reiner Sauerstoff oder ein anderes sauerstoffhaltiges
Gas verwendet werden.
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Ein zusätzliches Vorwärmen des zu verkokenden Rückstandes oder des
zu verkokenden öles ist nicht erforderlich, wenn sie von den Spalt- oder Destillationsappaxaten
mit einer Temperatur von etwa 37o° C herkommen. Werden die zu verkokenden Stoffe
aber nicht bei verhältnismäßig hohen Temperaturen zugeführt, so ist eine Vorwärmung
erforderlich. Ist der zu verkokende Ausgangsstoff bei normaler Temperatur fest,
so muß er vor dem Durchleiten durch den Wärmeaustauscher 23 aufgeschmolzen sein.
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Das Verfahren kann auch ohne teilweise Verbrennung der zu behandelnden
Kohlenwasserstoffe durchgeführt werden. Bei dieser Durchführungsform. des Verfahrens
kann der zu verkokende Ausgangsstoff allein oder zugleich mit Dampf oder einem nicht
oxydierenden Gas durch die Düsen 3o eingespritzt werden. Durch die Rohre 4 1 und
den Rohrstutzen 42 werden die heißen Verbrennumgsgase zugeführt, die zur Erhitzung
der Verkokungskammer auf Verkokungstemperatur dienen. -Es ist nicht unbedingt erforderlich,
die Heizplatte der Verkokungskaxnmer zu-erhitzen; ,es hat sich jedoch herausgestellt,
sie zu Beginn des Prozesses auf der Verkokungstemperatur zu halten. Das Verfahren
kann sowohl diskontinuierlich derart durchgeführt werden, daß der Koks aus der Verkokungskammer
herausgezogen oder herausgestoßen wird, sobald sich eine dicke Schicht Koks auf
der Heizplatte gebildet bat, als auch kontinuierlich; derart, daß der Koks ständig
mittels einer Kratzvorrichttrag entfernt wird.
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Die flüchtigen Bestandteile des zu verkokenden Materials werden aus
dem oberen Teil* der Kammer durch den Dom 28 und den Kanal 29 abgezogen und
beispielsweise einer Fraktionierkolonne zugeleitet. Die nicht kondensierbaren Gase
besitzen einen sehr hohen Heizwert.
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Statt der Heizplatten können auch an Förderketten laufende Pfannen
mit flachen Böden Verwendung finden, in die -das zu verkokende Material durch besondere
Einspritzvorrichtungen eingeführt wird. Es können auch zylindrische Gefäße, die
horizontal angeordnet .sind, verwendet werden.
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Bei der Ausführungsfarm des Verfahrens nach Abb. 4 wird die Heizplatte
7a auf eine Verk okungs- und Spalttemperatur durch Heizgase in den Kanälen 73 gebracht,
worauf die Verbrennungsgase durch den Kanal 77 zur Esse 78 abgeführt werden. Ist
der Herd ,nnähernd auf Temperatur gebracht, so werden die zu verkokenden Ausgangsstoffe
in flüssiger Form, z. B. Erdölrückstände, durch die Düsen 97 in die Verkokungskammer
7 i auf die Heizplatte 72 gespritzt, wobei die flüchtigen Bestandteile entweichen
und der nichtflüchtige Rückstand verkokt wird. Die Zufuhr und Erhitzung werden zweckmäßig
so aufeinander abgestimmt, da.ß nur eine verhältnismäßig geringe Flüssigkeitsschicht
auf der Heizplatte oder auf der sich allmählich verdickenden Koksschicht 'vorhanden
ist. In Zwischenräumen wird das Verfahren unterbrochen und der Koks von der Heizplatte
entfernt.
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Die flüchtigen Produkte werden durch die Leitung 81 abgeführt und
verlassen die Verkokungskammier normalerweise mit einer Temperatur von etwa 37o
bis 425° C.
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Die durch den Kanal 77 strömenden Abgase haben normalerweise
-eine Temperatur von etwa 650 bis 82o° C. Durch geeignete Einstellung der
Klappen 79, 85 kann die Menge der Abgase, die sich mit den öldämpfen vermischen
sollen, sehr genau geregelt werden.
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Geschwindigkeit und Menge dieser Gase können ferner durch eine Dampf-
oder Gasspritzdüse 86 kontrolliert werden. Befindet sich in den Abgasen noch unverbranntex
Brennstoff, so kann Luft durch die Düse 89
und das Rohr 9o eingeführt
werden, um die Verbrennung zu vervollständigen. Diese Sekundärverbrennung kann ferner
dazu dienen, die Temperatur der Abgase zu kontrollieren.
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Zur Erhöhung der Temperatur kann durch das mit dem Ventil 93 versehene
Rohr 9a der Düse 89 gasförmiger oder flüssiger Brennstoff zugeführt und zusätzlich
verbrannt werden. Der Brennstoff kann allein eingeführt werden, wenn sich freier
Sauerstoff in den Abgasen befindet, oder es kann Luft mit dem Brennstoff durch die
Düse 89 eingeführt werden, wobei die Luft durch das mit Ventil 9r versehene Rohr
9o zugeführt wird. Hierdurch kann die Temperatur der Abgase kontrolliert werden,
und die Abgase können auch zu nicht oxydierenden Gasen umgewandelt werden.
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Durch die Vermischung mit den Abgasen werden die Öldämpfe auf eine
Spalttemperatur von etwa 535 bis 65o° C gebracht. Die Abgase und Spaltprodukte werden
dann durch den Ölstrahl aus der Düse tos abgeschreckt, wobei dieser Ölstrahl durch
die Spritzwirkung des umlaufenden Körpers ioi und der Rohre io4. noch weiter mit
den Abgasen und Spaltprodukten vermischt werden. Das Abschrecköl sammelt sich in
dem Behälter io8, zusammen mit den Teilen der Spaltprodukte, die durch die Einwirkung
des Abschrecköls kondensiert worden sind.
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Die unkondensierten Dämpfe werden durch das Rohr i i i abgeführt und
können von dort zu einem Kondensator, Fraktionierkolonne oder Wäscher geleitet werden.
Die Durchflußgeschwindigkeit der Gase durch den Kanal 8 i kann durch die Druck-
und Saugwirkung in der Apparatur kontrolliert werden, wobei der umlaufende Körper
ioi zum Saugen benutzt werden kann.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Abb. 5 ist ähnlich der nach
Abb. ¢. Ein Unterschied besteht nur darin, daß die Verbrennungsgase nicht mit den
Öldämpfen vermischt werden, sondern dazu dienen, diese Dämpfe durch indirekten Wärmeaustausch
durch die Rohre i 17 zu erhitzen. Die Temperatur der Verbrennungsgase kann
durch eine zusätzliche Verbrennung der durch die Düse 89 zugeführten Brennstoffe
kontrolliert werden, doch ist hierbei die Frage, ob die Gase oxydierend oder sauerstofffrei
sind, ohne Bedeutung, weil sie nicht mit den Öldämpfen in direkte Berührung kommen.
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Die Länge und Weite der Rohre 117 und die Geschwindigkeit,
mit welcher die Dämpfe durch diese Rohre hindurchgehen, können so reguliert werden,
daß die Dämpfe während der gewünschten Zeitperiode 'auf der gegewünschten Spalttemperatur
gehalten werden. Diese Zeitspanne kann bei der Ausführung des Verfahrens mittels
beider Ausführungsformen sich auf Bruchteile einer Sekunde belaufen.
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Auf jeden Fall ist zu bemerken, daß die weitere Erhitzung der flüchtigen
Bestandteile nicht nur dazu dient, das Spalten dieser flüchtigen Bestandteile zu
veranlassen, sondern auch zur Aufrechterhaltung der Temperatur in der Heizkammer
für den Verkokungsprozeß dienlich ist.