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Verfahren zur Umwandlung von Kohlen, Teeren, Mineralölen u. dgl. Bei
der Behandlung von Kohlearten, Teeren, Mineralölen und .deren Destillations- oder
Umwandlungsprodukten mit Wasserstoff bei erhöhter Temperatur und unter Druck zwecks
Gewinnung wertvoller flüssiger Produkte ist bereits an anderer Stelle erwähnt, die
Ausgangsstoffe, nämlich den Wasserstoff sowie die zu behandelnden Stoffe, bevor
sie in das Reaktionsgefäß gelangen, getrennt einer Vorerhitzung zu unterwerfen;
jedoch können hierbei, besonders bei kohleartigen Produkten, oerschiedentliche Nachteile
auftreten, die z. B. durch lokale Überhitzung und dadurch bedingte kohlehaltige
Ablagerungen verursacht «erden, wodurch die Wärmeübertragung der Metallwand auf
das Reaktionsgut verhindert iv i rd.
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Man kann Kohlen, gegebenenfalls mit Öl angeschlämmt, Teere, Mineralöle
u. dgl., gegebenenfalls zusammen mit Wasserstoff unter Druck, ohne die erwähnten
Nachteile einer Umwandlung in der Hitze unterwerfen, wenn man die Energiezufuhr
und die Wärmeaufnahme der Ausgangsstoffe bis zum Erreichen der Reaktionstemperatur
durch besondere Maßnahmen allmählich vermindert, so daß bei Annäherung .der Temperatur
des Reaktionsgutes an die Reaktionstemperatur, z. B. 4.5o bis Soo° C, unterhalb
derselben eine größere Temperaturdifferenz als :2o' C zwischen Gefäßwandung und
Reaktionsgut vermieden wird. Man kann die Temperatur des Heizmediums (z. B. der
Flammengase hierbei wesentlich höher wählen, als der Reaktionstemperatur entspricht,
wenn man z. B. durch die Strömungsgeschwindigkeit der Reaktionsstoffe dafür sorgt,
daß die erwähnte Temperaturdifferenz nicht überschritten wird. Als besondere Maßnahmen
zu der oben gekennzeichneten Regelung der Energiezufuhr und der Wärmeaufnahme kommen
beispielsweise folgende in Betracht: Bei der Benutzung von Heizgasen unter gewöhnlichem
Druck und Vorerhitzung der zu behandelnden Stoffe in mit dem Reaktionsgefäß, in
dem eine Druckhydrierung oder ein Kracken stattfindet, direkt verbundenen Rohren
werden die Heizgase z. B. derart geführt, :daß die aufzuheizenden Stoffe zunächst
der Einwirkung der heißesten zu Gebote stehenden Heizgase ausgesetzt werden. Auch
kann man durch geeignete Regelung der Strömungsgeschwindigkeit der Heizgase bewirken,
daß der Wärmeübergang kurz nach dem Eintritt der aufzuheizenden Stoffe in den Vorheizapparat
größer ist als später, wenn bereits stark vorerwärmte Stoffe vorliegen. Dies läßt
sich beispielsweise durch bestimmte Anordnung der
Vorheizrohre und
durch geeignete Führung der Heizgase,, die ganz oder teilweise im Gleichstrom erfolgen
kann, erzielen, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Heizgas der gewünschten abnehmenden
Intensität-Wärmeaufnahme des Produktes proportig ist.
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Es wurde nun festgestellt, daß es hierbei erforderlich ist, die Vorheizrohre
mit Vorrichtungen zu versehen, die den Wärmeübergang zwischen Heizgas und Wandung
in der gewünschten Weise regeln. . Dies wird dadurch erreicht, daß man die Rohre
mit Rippen umkleidet, deren wirksame Fläche allmählich .bis zu dem Rohrteil abnimmt,
-an dem die Wärmeaufnahme nur noch sehr gering sein soll.
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Zur Ausführung der Vorheizung kohlenstoffhaltiger Stoffe unter Druck,
z. B. bei anschließender Druckhydrierung, wobei der Wasserstoff schon zusammen mit
den zu behandelnden Stoffen in die Vorheizvorrichtung eingeführt wird, ist dafür
Sorge zu tragen, daß das Material der Apparateteile, in denen die Reaktionsstoffe
der Wärmebehandlung ausgesetzt werden, widerstandsfähig gegen erhöhten Druck und
Angriffe .der wasserstoffhaltigen Gase und Schwefelverbindungen ist. Um diesen Ansprüchen
zu genügen, ist es besonders vorteilhaft, die den hohen Temperaturen ausgesetzten
Teile der Apparatur aus einen Spezialstahl mit etwa 5 °/o Chrom oder mehr herzustellen
bzw. damit zu überziehen. Dieses Material ist außerdem gegenüber etwa auftretenden
Temperaturschwankungen verhältnismäßig unempfindlich.
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Das vorliegende Verfahren sei durch die beiliegenden Abbildungen noch
näher erläutert. In Fig. z bedeutet a das Mauerwerk eines Heizraumes, der durch
eine aus feuerfestem Material bestehende Platte c in zwei Teile geteilt ist. In
dem oberen Teil b, der als Feuerraum dient, ist die Heizgas- und Luftzuführung angeordnet,
während der untere Teil d die Vorheizschlange enthält (vgl. auch den durch Fig.
Z dargestellten Querschnitt). Die der Reaktion zu unterwerfenden Stoffe, z. B. ein
Gemisch aus Braunkohlenschwelteer und Wasserstoff, werden bei 1z unter Zoo at Druck
in .die Vorheizschlange eingeführt. In dieser strömen sie in der gleichen Richtung
wie das Heizgas, nämlich von oben nach unten, durch den Heizraum. Die etwa 65o°
C heißen Heizgase bestreichen also zuerst den Teil der Schlange, der von den kalten
Stoffen durchflossen wird. Diese Rohrschlange ist mit Rippen versehen, deren Zahl
pro Längeneinheit sich erfindungsgemäß nach unten ständig vermindert. Die Heizgase
werden bei e von einem Ventilator angesaugt und dem Feuerraum bei g wieder zugeführt;
der Überschuß ;^'lesGases kann bei f abgelassen werden. Bei °dieser Anordnung nimmt
die am oberen Ende ;er Rohrschlange erhebliche Differenz zwi= ' sehen der Temperatur
der Wandung der Rohrschlange und der Temperatur der in der Schlange herabfließenden
Stoffe im Sinne der Strömungsrichtung ab, bis sie weniger als 2o° C beträgt. Am
unteren Ende der Schlange weisen die der Reaktion zu unterwerfenden Stoffe eine
Temperatur von ungefähr 5oo° C auf. Die Stoffe verlassen die Vorbeizschlange bei
i und werden einem daran angeschlossenen Reaktionsofen zugeführt. Der Wärmeübergang
läßt.sich ferner durch Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit der Heizgase regulieren.
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In welcher Weise die Temperatur der Wandung gemessen wird, ist aus
den Fig. g und q. ersichtlich. Gemäß der erstgenannten Figur ist ein Thermoelement
A mittels einer Schelle B auf die zu messende Rohrwandung aufgepreßt. Das Thermoelement
besteht aus einem Eisen-, C, und einem Konstantandraht D. Jeder Draht befindet sich
in einem Porzellanrohr. E, das mit einem Asbestschlauch F umgeben ist.
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Eine andere Ausführungsform zeigt die Fi.g. q., bei der die Enden
beider Drähte C und D in die Rohrwandung eingelassen und verlötet sind. Zur Isolation
der Drähte bis zu dem Porzellanrohr E sind diese mit Porzellanperlen G versehen.