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Verfahren zur Druckhydrierung von Kohle, Teeren, Mineralölen und ähnlichen
Stoffen Bei der Veredelung von Kohle, Torf, Holz, Schiefer, Teeren und Mineralölen
durch Behandlung mit Wasserstoff unter hohem Druck hat man vorgeschlagen, die für
die Reaktion erforderliche Wärme den Hydriergasen sowie den zu behandelnden Stoffen
getrennt voneinander zuzuführen. Man hat z. B. hierbei zwar -den Wasserstoff über
die für die Reaktion erforderliche Temperatur .erhitzt, die kohlenstoffhaltigen
Ausgangsstoffe aber zur Vermeidung von Schädigungen mit Heizmitteln vorerhitzt,
deren Temperatur nur wenig von der Reaktionstemperatur verschieden war, z. B. um
nicht mehr als etwa 50°. Wird diese umständliche Art der Heizung nicht eingehalten,
so kommen z. B. in den Vorwärmern, insbesondere bei der Behandlung von Stoffen mit
festen Bestandteilen, wie Kohlebrei, bei hochmolekularen Stoffen, wie Mineralölrückständen,
die gegebenenfalls noch - feste Bestandteile enthalten, leicht Verkrustungen und
Verstopfungen durch Abscheidung von koksartigen Stoffen oder anorganischen Substanzen,
wie Kalk, vor, zumal dann, wenn die Temperatur etwas zu hoch steigt.
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Man hat auch schon die Ausgangsstoffe in einem Vorheizer erhitzt,
der gleichzeitig den zur Reaktion benutzten Wasserstoff enthielt, wobei jedoch eine
gründliche Durchmischung von Gasen und Ausgangsstoff unterblieb und auch die Aufenthaltszeit
des Ausgangsstoffs in dem geräumigen Vorheizer unzweckmäßig lange war. Man hat auch
bei Spaltverfahren das zu spaltende Rohgut unmittelbar in die hocherhitzten Spaltrohre
gleichzeitig mit einem nicht kondensierbaren Gas, wie Methan oder Wasserstoff, eingeleitet,
ohne sie vorher besonders vorzuheizen.
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Es wurde nun gefunden, daß man diese schädlichen Erscheinungen, vermeiden
kann und-außerdem noch andere weiter unten genannte wesentliche Vorteile erzielt,
wenn man die zu behandelnden Stoffe und den Wasserstoff zunächst getrennt erhitzt,
aber die Spitzenwärme, d. h. diejenige Wärme, die zur Erhitzung von 3oo° an, spätestens
aber von 350n an, noch zugeführt werden muß, um die Reaktionstemperatur zu erreichen,
dem Wasserstoff und den Ausgangsstoffen gemeinsam in Röhren bzw. Rohrschlangen zuführt.
Im Gemisch mit dem Wasserstoff kann man die Ausgangsstoffe und die Heizmittel auch
auf höhere Temperaturen erhitzen, ohne Verkrustungen und schädliche Ausscheidungen
befürchten zu müssen.
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Weiterhin hat sich gezeigt, daß die Wärmeübergangszahlen für ein Gemisch
von Wasserstoff und öl günstiger liegen als für öl allein. Es genügt somit eine
geringere Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und Reaktionsgut, um dem Reaktionsgut
die notwendige Wärme zuzuführen. Infolgedessen
ist die vorliegende
Arbeitsweise mit einem guten. Wirkungsgrad des Heizsystems und einem geringen Energieverbrauch
verbunden.
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Werden Gas und Öl erst im Reaktionsofen' miteinander in Berührung
gebracht, so tii-tt eine vollständige Durchmischung erst dan'ii@ ein, wenn das Öl
bereits durch einen Teildes Ofens hindurchgegangen ist, wobei es jedoch wegen der
mangelhaften Wasserstoffverteilung praktisch noch nicht hydriert wurde; es wird
also nur ein Teil des Reaktionsraumes zur Hydrierung ausgenutzt. Findet dagegen
die Durchmischung von Gas und Öl bereits vor dem Reaktionsofen bei höherer Temperatur
statt, so befindet sich das Reaktionsgut schon beim Eintritt in den Reaktionsofen
in gleichmäßig guter Mischung mit dem Wasserstoff, wodurch eine viel höhere Leistung
erzielt wird.
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Man führt die gemeinsame Erhitzung des breiigen oder flüssigen Ausgangsstoffs
mit dem unter hohem Druck stehenden Wasserstoff in einem Rohr bzw. einer Rohrschlange
durch. Es ist nicht erforderlich, den gesamten bei der Reaktion angewandten Wasserstoff
durch die Schlange zu führen, da die beschriebene Wirkung auch schon durch Anwesenheit
geringerer Wasserstoffmengen herbeigeführt wird. Von der Schlange aus wird das vorgewärmte
Gemisch von Ausgangsstoff und Wasserstoff dem Reaktionsraum zugeführt und hier,
gegebenenfalls unter Zuleitung weiterer auf Reaktionstemperatur vorerhitzter Wasserstoffmengen,
entweder in flüssiger oder in verdampfter Form mit oder ohne Katalysatoren behandelt.
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Man arbeitet vorteilhaft so, daß man das Hydriergas und die zu veredelnden
kohlenstoffhaltigen Stoffe getrennt in einer Regenerationsanlage, bestehend aus
einem oder mehreren mit einem Röhrenbündel versehenen Gefäßen, durch die abziehenden
heißen Reaktionsteilnehmer im Gleich- oder Gegenstrom oder abwechselnd im Gleich-
und Gegenstrom vorerhitzt und alsdann unter gemeinsamem Durchleiten durch eine Heizschlange
auf die erforderliche Temperatur erhitzt. Es kann hierbei die Geschwindigkeit der
abziehenden Reaktionsprodukte in den einzelnen Regeneratoren durch Querschnittsänderung
der Gefäße oder der darin befindlichen Röhren beliebig verändert werden. Die Wärmeentwicklung
des Druckhydrierungsvorgangs ist in vielen Fällen hinreichend, um das Reaktionsgut
auf die erforderliche Temperatur zu bringen. Es kann also unter Umständen ohne weiteren
Wärmeverbrauch gearbeitet und sogar in gewissen Fällen noch Energie gewonnen werden.
Die gemeinsame Vore-rhitzung und Zufuhr der an der Reaktion teilnehmenden Stoffe
ermöglicht außerdem Vereinfachungen in der Vorrichtung und deren Bedienung.
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Das vorliegende Verfahren hat auch den Besonderen Vorteil, daß die
Vorrichtungweitgehend geschont wird. Es ist daher nicht efpxderlich, alle Teile,
die mit heißen Re-4tionsstoffen in Berührung kommen, aus hoch legierten Stählen
oder aus anderen chemisch widerstandsfähigen Metallen oder Legierungen, wie Aluminium,
herzustellen, sondern es genügt, wenn nur die Teile aus den genannten Werkstoffen
bestehen oder damit überzogen sind, die mit dampf- bzw. gasförmigen Reaktionsstoffen
bei hohen Temperaturen in Berührung kommen. Die übrigen Teile, insbesondere diejenigen,
die mit den flüssigen Reaktionsstoffen in Berührung kommen, können aus gewöhnlichem
oder schwach legiertem Stahl hergestellt sein, wenn nicht ein hoher Schwefelgehalt
der Reaktionsstoffe andere Auskleidungen, z. B. mit Aluminium u. dgl., bedingt.
Bei Verwendung verhältnismäßig niedrig siedender Ausgangsstoffe, z. B. von Mittelölen,
in der Gasphase kann man auch die zur Vorwärmung dienende Vorrichtung, also z. B.
die Heizschlange, aus weniger hochwertigem Material herstellen, wenn die Einrichtung
in den Reaktionsraum hineinverlegt und dadurch ein Druckausgleich herbeigeführt
wird. Dabei können die Schlangen, falls erforderlich, beispielsweise elektrisch
erhitzt werden.
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Beispiel Mitteldeutsche Braunkohle wird mit einem durch .Druckhydrierung
von Kohlen gewonnenen hoch siedenden Öl, das etwa 750,-o bis 350' siedende
Anteile enthält, zu einem Brei verrührt und mittels einer Pumpe bei a in die aus
Siemens-Martin-Stahl besXehende Schlange I eingepreßt. Der Brei verläßt die Schlange
bei b mit einer Temperatur von etwa 3z0°. Ein Teil des Hydriergases (etwa 300/0),
das im Wärmeaustauscher ,R mit dem aus dem Reaktionsofen A abziehenden Produkt vorgewärmt
wird, wird bei k abgezweigt und bei- c dem Kohlebrei zugegeben. Kohlebrei und Gas
strömen von da an gemeinsam bei d in die Schlange II, die aus schwach legiertem
Stahl besteht, und treten bei e mit einer Temperatur von etwa ¢30° in den Reaktionsofen
ein. Der andere Teil des aus dem RegeneratorR kommenden Hydriergases tritt, nachdem
er in dem Wärmeaustauscher V auf etwa 430' ° vorgeheizt ist, bei f durch eine poröse
Platte fein verteilt in den Reaktionsofen ein. Die drucktragende Wand des Reaktionsofens
-besteht aus gewöhnlichem Stahl, der mit einem Futter aus V2A-Stald ausgekleidet
ist. Bei g ziehen die Reaktionsprodukte nach dem Wärmeaustauscher R ab.
Auch
die öle usw. können in Wärmeaustauschern vorgewärmt werden.
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Da der Druckhydrierungsprozeß unter Wärmeentwicklung verläuft, wird
die zur Aufrechterhaltung der Reaktion erforderliche Temperatur von q.3o bis ¢5o°
durch die Reaktion selbst erzeugt. Eine besondere Wärmezufuhr zum Ofen ist daher
nicht erforderlich.