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Kontinuierliehes Verfahren zur Destillation und zum Kracken von Kohlenwasserstoffen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Verfahren zur Destillation und zum Kracken von Kohlenwasserstoffen. Der Zweck der Erfindung ist, eine hohe Ausbeute niedrig siedender Kohlenwasserstoffe durch eine Regelung der Wärme und der Spaltung während der Zersetzung zu erhalten.
Gemäss der Erfindung werden die schweren Kohlenwasserstoffe vorerst erhitzt, um einen Teil abzudestillieren und ein Rückstromkondensat zu erhalten. Ein Teil des so erhaltenen Kondensates wird in einer erhitzten Schlange einer Zersetzung unterworfen. Die so erhaltenen Produkte werden aus der Schlange in eine Reaktionskammer geleitet, in welcher die Zersetzung fortgeführt wird.
Ein Teil des Kondensates, welches aus der ersten Erhitzung erhalten worden ist, d. h. ein kälteres Öl, wird in den letzten Windungen der Krackschlange, wo der Krackvorgang sehr schnell vor sich geht, in solchen Mengen und mit solcher Temperatur eingeführt, dass eine zu weitgehende Zersetzung und Abscheidung von Kohlenstoff in den Schlusswindungen und in der Verbindungsleitung zur Reaktionskammer verhütet, aber die Spaltreaktion nicht zum Stillstand gebracht wird und die Kracktemperatur in der Reaktionskammer so geregelt wird, dass die Spaltreaktion darin fortschreitet.
Es wurde schon vorgeschlagen, ein kälteres Öl in die Schlusswindungen der Krackschlange hineinzuführen, in einem Krackverfahren, in welchem, nachdem die Kohlenwasserstoffe die Zersetzungsschlange verlassen haben, keine weitere Zersetzung stattfindet, da bei diesem Verfahren die Kohlenwasserstoffe, die aus der Krackschlange strömen, unter der Kracktemperatur gekühlt werden, um das Fortschreiten der Krackreaktion zu verhüten.
Zweck der vorliegenden Erfindung, im Gegensatz zu obigem Verfahren, ist, die Kohlenwasserstoffe, die die Kraekschlange verlassen, in eine Reaktionskammer zu fuhren, in welcher weiteres wesentliches Spalten stattfinden soll.
Um den gewünschten Grad des Krackens in der Reaktionskammer zu erreichen, muss das Öl in der Krackschlange auf eine Temperatur erhitzt werden, die ein Kracken mit hoher Geschwindigkeit hervorruft, und diese Temperatur ist höher als die optimale Temperatur, die in der Reaktionskammer aufrechtzuerhalten ist.
Daher wird das Öl in der Krackschlange auf eine sehr wirksame Kracktemperatur erhitzt, bei welcher die Geschwindigkeit der Reaktion sehr hoch ist, und dann wird die Geschwindigkeit der Reaktion durch die Einführung von geregelten Mengen relativ kühleren Öles in die Schlusswindungen der Krackschlange reguliert, wobei die erwünschten thermischen Wirkungen in der Reaktionszone gleichzeitig erreicht werden.
Die Temperatur des Kondensates (des kälteren Öles), welches in die Kraeksehlange eingeführt wird, kann sehr verschieden sein und das Kondensat kann auch gekühlt werden, bevor es in die Schlange eingeführt wird und kann durch die Wärme des erhitzten Stromes in der Schlange teilweise oder zur Gänze zersetzt werden. Naturgemäss kann die Abwärme des Zersetzungsofens benutzt werden, um das zu behandelnde Öl auf die gewünschte Destillationstemperatur zu erhitzen. Die zersetzten Produkte werden aus der Reaktionskammer in einen Verdampfer geleitet, in welchem leichte Dämpfe, ein Kondensat und ein Rückstand erhalten werden.
Das Kondensat kann zu der Kraeksehlange zusammen mit dem Kondensat zurückgeführt werden, welches beim vorherigen Destillieren des Ausgangsmaterials erhalten worden ist, und kann auch in die Schlusswindungen der Schlange als kälteres Öl eingeführt werden.
Das Verfahren wird beispielsweise folgendermassen durchgeführt : Das Rohöl wird durch Leitung 1, Ventile durch die Pumpe 3 durch Leitung 4 und Ventil 5 zum Dephlegmator 6 und durch die Leitung 7
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zu den oberen Heizschlangensätzen 8 und 9 in den Ofen 10 und 11 geleitet, wobei ein Teil durch die Umgehungsleitung 12 unmittelbar in diese Heizschlangen eingeführt werden kann. Je nachdem mehr oder weniger Rohöl durch Dephlegmator 6 hindurchzieht, ändert sich auch die Behandlung des Öles und der Dämpfe in dem Turm 13. Gleichzeitig kann durch die Pumpe 3 und durch Leitung 4a Öl zu dem Dephlegmator 14 und von hier aus durch die Leitung 16 zu den oberen Heizschlangen 8, 9 gefördert werden. Die Menge dieses Öles reguliert die Fraktionierung der Dämpfe in dem Turm 15.
Die Temperatur des Öles in diesen Heizschlangen bzw. bei seinem Austritt wird durch den Wärmemesser 17 abgelesen.
Vorzugsweise hat das Öl hier eine Temperatur von über 2600. Die Verbrennungsgase in den Öfen 10, 11 haben gewöhnlich eine Temperatur von mehr als 540 , und wenn diese Gase zur Einwirkung auf die Schlagen 8 und 9 gelangen, sind sie also noch genügend warm, um das Rohöl dort auf die gewünschte Temperatur von 260 zu bringen. Dieses Öl mit seiner Temperatur von 260 geht zum Verdampfer 18, wo der Rückstand sofort durch Leitung 19 und Pumpe 20 abgenommen wird, während die Dämpfe durch die Pralleinrichtungen im Turm 13 nach oben ziehen und durch die Leitung 24 in den Verdichter 25 gelangen. Das Rückstromkondensat sammelt sich in dem Abscheider 21 und läuft durch die Leitung 22 in Kühler 23.
Dieses Rückstromkondensat ist ein Gasöl, das sich besonders gut für die nunmehr einsetzende Spaltung eignet. Die Natur dieses Gasöles hängt von der Behandlung im Verdampfer 18 und Turm 13, d. h. von der Menge des Öles, welches durch Dephlegmator 6 fliesst, ab, und natürlich von der Übergangstemperatur, die bei 17 abgelesen werden kann. Selbstverständlich kann ein Kondensat mit andern Eigenschaften benutzt werden.
Dieses zu spaltende Öl aus dem Kühler 23 wird durch Leitung 26, Ventil 27 und Pumpe 26 in die Leitung 29 gedrückt. Gleichzeitig nimmt jedoch vorzugsweise die Pumpe 28 auch aus dem Kühler 48 durch Leitung 58 und Ventil 59 etwas Öl auf. Die Mischung der Öle wird durch die Pumpe 28 durch Leitung 29, Ventil 30 und Leitung 31 in die Schlange 32 gedrückt, worin das Öl durch die Heizgase des Ofens 11 auf die gewünschte Kracktemperatur erhitzt wird. Diese Temperatur kann am Ausgangsende bei Wärmemesser 33 abgelesen werden. Die Erhitzung wird dann in der Schlange 34 im Ofen 10 weiter fortgesetzt oder es wird wenigstens dafür Sorge getragen, dass keine Abkühlung von der bei 33 ablesbaren Temperatur eintritt. Statt zweier solcher Öfen 10 und 11 kann natürlich auch nur ein einziger Ofen angeordnet werden.
Beim Verlassen der Heizschlange 34 fliesst nun das gespaltene Öl durch die Leitung 35 und Ventil 36 in die Kammer 37, worin die Zersetzung fortgesetzt und vollendet wird. Die zersetzten Produkte strömen aus der Kammer 37 durch die Leitung 38, Ventil 39 und Druckreduzierventil 40 in den Verdampfer 41.
Jedenfalls findet hier eine Druckverminderung statt. Auch hier wird in dem Verdampfer eine dreifache Abscheidung bewirkt, indem die Rückstände unten durch die Leitung 42 und Pumpe 43 abgepumpt werden. Die Dämpfe ziehen durch den Turm 15, wo sie fraktioniert werden. Das Rückstromkondensat sammelt sich in Sammler 44. Schliesslich werden die nicht kondensierten Dämpfe durch die Leitung 45 zum Verdichter 46 gebracht. Das Kondensat, das sich in dem Sammler 44 sammelt, ist wohl durch den Spaltungsofen hindurchgegangen, hat jedoch im wesentlichen die Eigenschaften von ungespaltenem' Öl und wird deshalb zu einer nochmaligen Behandlung durch die Leitung 47 und Kühler 48, Leitung 58, Ventil 59 und Pumpe 28 zu den Schlagen 32, 34 zurückgeführt.
Auch hier kann eine weitgehende Regelung der Behandlung in dem Verdampfer 15 stattfinden, indem man beispielsweise mehr oder weniger Rohöl durch den Analysator 14 hindurchdrückt.
Der Ölstrom, der von der Pumpe 28 durch die Leitung 29 gedrückt wird, kann nur in zwei Zweigströme zerlegt werden. Der eine Strom geht durch die Leitung 31 in das Einlassende der Heizschlange 32, wie oben beschrieben, und der andere Strom geht durch Leitung 49, Ventil 50 und Leitung 51 in die letzten Windungen der Spaltungsschlange 34, um sich dort mit dem Öl zu vermischen.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, kann das Öl in den Schlusswindungen durch Ventil 52, 53 oder 54 eingeführt werden, aber es ist selbstverständlich, dass die Stelle, wo das kältere Öl eingeführt ist, so gewählt wird, dass eine unerwünschte zu weitgehende Zersetzung und Abscheidung von Kohlenstoff in den Schlusswindungen der Schlange und in der Verbindungsleitung zur Reaktionskammer verhütet wird und doch gleichzeitig die Kracktemperatur in der Reaktionskammer geregelt wird. Jedenfalls wird die Zutrittsmenge dieses Öles und die Zutrittsstelle in die Heizschlange 34 so geregelt werden, dass der Wärmemesser bei 55 eine bestimmte gewünschte Temperatur anzeigt.
Zum Beispiel, wenn die Temperatur des Ölstromes ungefähr 470 und das Kondensat eine Temperatur von ungefähr 55 hat, wird dann durch Einführung von 18 Teilen des Kondensates zu 100 Teilen des Ölstromes eine Temperatur von ungefähr 4050 four die Mischung erreicht. Naturgemäss können diese Verhältnisse zwischen weiten Grenzen verändert werden und je kälter das Kondensat ist, desto weniger wird davon in die Schlusswindungen eingeführt.
Bei langen Versuchen mit diesem Verfahren erhielt man annähernd 35% gespaltenen Motorbrennstoff, ungefähr 50% eines Rückstromkondensates, das in die Krackschlange zurückgeführt wird, und 10% Rückstände. Der Rest geht in Gasform verloren. Das Rohöl wird durch die oberen Heizschlagen 8, 9 bei einem Druck von ungefähr 3'5 kg pro. Quadratzentimeter gepumpt, d. h. einem mässigen
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erhalten. Die Temperaur der Verbrennungsgase im oberen Teil des Ofens, wo die Schlagen 8 und 9 liegen, ist ungefähr 540 , die Ausgangstemperatur des Öles aus den Heizschlangen 8, 9 ist ungefähr 260 .
Die eigentliche Spaltung des Öles geschieht im vorliegenden Verfahren unter höherem Druck, indem das Kondensat aus dem Kühler 23 und das Kondensat aus dem Kühler 48 unter einem Druck von ungefähr 78 kg durch die Anlage befördert werden. Ein solcher Druck überwindet den Widerstand in den Schlagen 32,34. Dabei muss die Pumpe 28 entsprechend höheren Druck aufbringen, da ja noch andere Widerstände, Reibungswiderstände in den Röhren und Wärmeaustauschern, zu überwinden sind, so dass der Druck von 78 kg um 14-35 kg vielleicht erhöht werden muss.
Das Öl, welches durch die Schlange 32 fliesst, wird auf die gewünschte Kracktemperatur erhitzt, um beste Resultate zu erzielen. Das erhitzte Öl wird durch dielSclange 34 und dann durch die Reaktionskammer 37 geführt, in welcher es bei der Reaktionstemperatur für die gewünschte Zeit erhalten wird, die durch die Geschwindigkeit des Öles und die Länge und Gestalt der Schlange und der Kammer bestimmt ist. Diese Faktoren werden so gewählt, dass eine gewünschte Ausbeute von niedrig siedenden Kohlenwasserstoffen und ein Rückstand mit gewünschten Eigenschaften, d. h. Viskosität und Kohlenstoff, erhalten wird.
Die Temperatur in der Schlange 34 wird ungefähr zwischen 425 und 4800 gehalten und vorzugsweise kann diese Temperatur gleich der oder etwas höher sein als die Temperatur, die bei Wärmemesser 33 am Ende der Schlange 32 herrscht. Es ist wichtig, dass mindestens die endothermische Wärme der Krackreaktion während des Durchfliessens des Öles durch die Schlange 34 und die Kammer 37 zugeführt wird.
Das kältere Öl wird z. B. durch Ventil 52 eingeführt, um die Temperatur bei Wärmemesser 55 auf 425 zu reduzieren, und das Gemisch im weiteren Verlauf der Schlange 34 auf die gewünschte maximale Temperatur erhöht. Diese Einführung des kälteren Öles und die Erwärmung ist so reguliert, dass die gewünschte Kraektemperatur bei dem Wärmemesser 57 erreicht wird. Die Einführung des kälteren Öles durch Ventil 52 verlangsamt die Zersetzungsgeschwindigkeit des Ölstromes und gleichzeitig wird das eingeführte kältere Öl zersetzt und auch die Temperatur in der Krackkammer reguliert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kontinuierliches Verfahren zur Destillation und zum Kracken von Kohlenwasserstoffen, bei welchem die Kohlenwasserstoffe zunächst einer Destillation zwecks Erreichung eines Rückstrom- kondensates unterworfen werden, das durch ein Krackrohr geführt wird und darin auf die Kracktemperatur erhitzt wird, worauf das auf Kraektemperatur befindliche Produkt in eine Reaktionskammer und die Krackprodukte in eine Verdampfungszone geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein wesentlich kühleres Öl in an sich bekannter Weise in die letzten Windungen des Krackrohres, wo der Krackvorgang sehr schnell verläuft, in solchen Mengen eingeführt wird,
dass eine zu weitgehende Zersetzung und Abscheidung von Kohlenstoff in den Schlusswindungen der Kraeksehlange und in der Verbindungsleitung zur Reaktionskammer verhütet und die Kracktemperatur in der Reaktionskammer geregelt wird.