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Verfahren zur Druckhydrierung von Kohlen, Teeren, Mineralölen, deren
Destillations-oder Extraktionsprodukten Beider Überführung von Kohlen,Teer en, Mineralölen,
deren Destillations- oder Extraktionsprodukten in wertvolle flüssige Produkte durch
Behandeln mit Wasserstoff oder Wasserstoff abgebenden Gasen bei erhöhter Temperatur
und unter Druck, zweckmäßig in Gegenwart von Katalysatoren, kann die kegelung der
Arbeitstemperatur teils durch unmittelbare Vorerhitzung der in den Reaktionsraum
eintretenden Stoffe, teils mittelbar durch Wärmeregeneration erfolgen.
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Es wurde nun gefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn man
diese Arbeitsweise derart ausführt, daß der größere Teil der Ausgangsstoffe zusammen
mit Wasserstoff durch Wärmeregeneration auf bzw. nahezu auf Reaktionstemperatur
aufgeheizt und der verbleibende kleinere Teil zusammen mit Wasserstoff ohne Aufheizung
oder durch fremde Wärmequellen aufgeheizt dem Reaktionsrauen zugeführt wird.
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Diese Arbeitsweise hat ganz erhebliche Vorteile, wie aus folgenden
Ausführungen ersichtlich ist: Würde man die gesamten aufzuheizenden Reaktionsstoffe
durch die Wärmeaustauscher leiten, so würde die Temperaturdifferenz zwischen dem
aufheizenden und aufzuheizenden Strom sehr groß sein, z. B. über roo° betragen.
Dadurch würden z. B. bei einem Rohrbündelwärmeaustauscher, wie er fast ausschließlich
bei der Hydrierung verwendet wird, starke Spannungen auftreten, die Rohrbrüche verursachen
und so Kurzschluß herbeiführen könnten. Auch bei Rohrschlangenwärmeaustauschern
würden schädliche Spannungen in den Rohren auftreten, die häufige Betriebsstörungen
zur Folge hätten.
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Besonders ungünstig liegt der Fall, wenn auf dein Weg vorn Reaktionsraum
zum Wärmeaustauscher heiße Reaktionsprodukte abgezogen und nicht durch die Wärmeaustauscher
geleitet werden sollen, was beispielsweise bei der Druckhydrierung in flüssiger
Phase häufig der Fall ist, wo man kontinuierlich je nach dem zu behandelnden 01
5 bis t o o/o schweres Öl, das auch fein verteilten Katalysator enthalten kann,
an der genannten Stelle abzieht.
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Noch größer tritt die erwähnte Temperaturdifferenz bei der Druckhydrierung
von mit Öl angepasteter Kohle in Erscheinung. Hierbei wird vielfach in einem Abscheider
zwischen Hochdruckofen und Wärineaustauscher kontinuierlich eine größere Menge eines
Schlammes abgeführt, der die nicht umgewandelte Kohle und die Asche neben einem
Teil des Anpastöles enthält. Hier kann also nur ein Teil der aufzuheizenden Produkte
durch die Wärmeaustauscher gegeben werden.
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. In diesem Fall ist es meist nicht möglich, durch überreichliche
Bemessung der Austauscherflächen
die Temperaturdifferenz auf ein
erträgliches Maß herunterzudrücken. Diese Nachteile werden nun bei Anwendung vorliegender
Arbeitsweise vermieden, weil. hierbei die Temperaturdifferenz zwischen auf' heizendem
und aufzuheizendem Strom be-- . Liebig klein gemacht und diese Differenz ganz' der
Art und Empfindlichkeit des Wärmeaustauschers angepaßt werden kann. Im allgemeinen
wird die Temperaturdifferenz schon wesentlich verringert, wenn man 7o bis 9o 0/0
der aufzuheizenden Produkte durch den Wärmeaustauscher schickt; der restliche Teil,
also io bis 30 0%ö, wird dann außerhalb des Wärmeaustauschers durch fremde Wärmequellen,
z. B. Heizgas, entweder auf Reaktionstemperatur oder eine etwas niedrigere Temperatur
aufgeheizt. Im letzteren Falle kann eine 1-Iischung mit den übrigen 70 bis
9o 0%0, die den Wärrneaustauscher verlassen, vorgenommen werden, worauf dann die
Mischung in einem gemeinsamen Vorheizer auf Reaktionstemperatur gebracht wird.
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Bei besonders stark exothermem Verlauf der Reaktion kann man einen
Teil, zweckmäßig den kleineren, kalt (als Kühlmittel) in den Reaktionsofen eingeben,
so daß für diesen Teil keine äußere Energie aufzuwenden ist. Das kalte Produkt kann
an einer oder mehreren Stellen des Reaktionsraumes zugegeben werden. Hierbei wählt
man zweckmäßig den Teil des zu behandelnden Produktes, der wärmeempfindlicher ist
als der übrige Teil.
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Als Wärmeaustauscher sowohl für flüssige Produkte als auch für Kohlebrei
oder Katalysator enthaltende Öle verwendet man vorteilhaft solche Vorrichtungen,
die mit Rohrbündeln versehen sind. Durch den Innenraum dieser Rohre werden zweckmäßig
die Reaktionsprodukte geleitet, während um die Rohre herum, vorteilhaft in einem
Schrauben- oder Serpentingang, die an der Reaktion teilnehinenden Stoffe geführt
werden. Um die Reaktionsprodukte über alle Rohre gleichmäßig zu verteilen, werden
an beiden Enden des Rohrbündels vorteilhaft trichterartige Einbauten angebracht.
Überdies kann man einen Teil der Rohre, vorzugsweise die in der Mitte des Bündels
liegenden, zweckmäßig an ihren Enden, mit z. B. düsenartigen Verengungen versehen,
um eine gleichmäßige Belastung der gesamten Rohre des Bündels zu gewährleisten.
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Beispiel i (hierzu Abb. i) 5ooo 1 einer über 325° siedenden Fraktion
aus deutschem Erdöl werden unter Verwendung von 5ooo rn3 Wasserstoff der Druckhydrierung
unterworfen, um Mittelöl zu gewinnen. Zu diesem Zwecke werden 8o 0/0 des Gemisches
von Ausgangsstoff und Wasserstoff im Wärmeaustauscher A auf 200° und im Wärmeaustauscher
B auf .Ioo° geheizt, dann im Vorheizer C auf die Reaktionsteinperatur von .I6o°
gebracht. Die restlichen 26.010 des 01-Gas-Gemisches werden in einem kleinen, von
den Abgasen des Vorheizers C kommenden Heizgasen erhitzten Vorheizer G auf eine
Temperatur gebracht, die in der Nähe von q.lo° liegt, und treffen bei F mit dem
Hauptstrom zusammen. Das gesamte Öl-Gas-Gemisch geht sodann durch den Reaktionsraum
D. Aus dem Abscheider E werden kontinuierlich 5 % flüssige Produkte abgezogen, während
die gas- und dampfförmigen Produkte in den Wärmeaustauschern den größten Teil ihrer
Wärme an das aufzuheizende Ausgangsgemisch abgeben.
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Beispiel 2 (hierzu Abb. 2) Mittelöl, von Zoo bis 32j° siedend, wird
in einem mit einem Molybdänzinkkatalysator in fester Anordnung gefüllten Reaktionsgefäß
der Druckhydrierung unterworfen. io ooo 1 Ausgangsstoff werden zusammen mit 7ooo
m' Wasserstoff auf Zoo at gebracht. 85 % des Öl-Wasserstoff-Gemisches werden im
Wärmeaustauscher A zunächst auf 2oo" und im Wärmeaustauscher B auf q.5o° aufgeheizt.
In einem mit Heizgas beheizten Vorheizer C wird das Gemisch auf die Reaktionstemperatur
von 48o° gebracht. Die restlichen, nicht durch die Wärmeaustauscher gehenden 15
0/0 des Gas-Öl-Gemisches werden in einem kleinen '\'orheizer G durch die Abgase
des V orheizers C auf eine Temperatur aufgeheizt, die in der Nähe der Temperatur
liegt, auf die das Gas-öl-Gemisch in den Wärmeaustausehern aufgeheizt wurde. Bei
F vereinigen sich die zwei Anteile der v urerhitzten Produkte, und das Ganze gelangt
in den Ofen D, verläßt diesen mit q.9o° und gibt in den Wärmeaustaaschern A und
B den größten Teil der ihm innewohnenden '\!Värme an das ankommende Gas-01-Gemisch
ab. Durch Anordnung eines kleinen Zusatzhilfsbrenners 11 kann die Temperatur unabhängig
von -dem Hauptvorheizer C geregelt werden.
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Beispiel 3 (hierzu Abb. 3) io ooo 1 einer von Zoo bis 25o° siedenden
Schwerbenzinfraktion werden unter Verwendung von 7000 m3 Wasserstoff der
Druckhydrierung unterworfen, um ein klopffestes Benzin zu erhalten. 85 % des Schwerbenzin-Wasserstoff-Gemisches
gehen zunächst durch den Wärmeaustauscher A und werden hierbei auf 25o° aufgeheizt,
dann durch den Wärmeaustauscher B, wo sie auf die Reaktionstempe-
Tatur
von 500° gebracht werden; das Gemisch zieht dann weiter in einen mit einem festen
Molybdänzinkkatalysator gefüllten Hochdruckofen C, in dem zufolge des exothermen
Verlaufs der Reaktion eine Temperatursteigerung um 30° eintritt. Die Reaktionsprodukte
ziehen durch die Wärmeaustauscher ab und geben den größten Teil ihrer Wärme an das
aufzuheizende SCh-%i'erberizin-WaSSerStoff-Gemisch ab. Die restlichen 15°/o werden
in einem kleinen Vorheizer D ebenfalls auf Reaktionstemperatur gebracht und gesondert
in den Reaktionsraum eingeführt. Es ist aber auch möglich, den kleineren Teil ganz
oder teilweise kalt in den Reaktionsraum zu geben (Ventil E).