DE3390051T1 - Verfahren zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen - Google Patents

Verfahren zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen

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DE3390051T1 DE19833390051 DE3390051T DE3390051T1 DE 3390051 T1 DE3390051 T1 DE 3390051T1 DE 19833390051 DE19833390051 DE 19833390051 DE 3390051 T DE3390051 T DE 3390051T DE 3390051 T1 DE3390051 T1 DE 3390051T1
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    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
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Description

Verfahren zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen, bei dem die Kohlenwasserstoffe auf Reaktionstemperatur erhitzt und in eine Reaktionszone, wo die Strömung von unten nach oben gerichtet ist, eingeleitet werden.
Beim thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen werden Schwerölfraktionen unter Bildung von leichtersiedenden Fraktionen gekrackt, wodurch die Ausbeute der letzteren erhöht wird. Beim Kracken wird das Einsatzöl in den Heizrohren des Krackofens auf Kracktemperatur erhitzt. In der Regel sind zwei alternative Verfahren verfügbar. Bei einem dieser Verfahren findet das Kracken in den Heizrohren des Krackofens und zum Teil in den Rohrleitungen, die zu den auf das Kracken folgenden Verfahrensschritten führen, statt. Bei diesem Krackverfahren sind die Verweilzeiten nicht genau bekannt,
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jedoch relativ kurz; d. h., sie liegen in der Größenordnung von einer Minute. Der Druck verändert sich in hohem Maße und nimmt vom Ofeneinlaß zum Ofenauslaß ab. Bei dem anderen Krackverfahren wird der Kohlenwasserstoffeinsatz zuerst in dem Krackofen auf eine geeignete Reaktionstemperatur erhitzt, und die eigentliche Krackreaktion findet in einer getrennten Reaktionszone statt, wo die Verweilzeit beträchtlich länger ist als bei dem vorher erwähnten Verfahren, d. h., in der Größenordnung von 10 bis 30 min liegt. Der Reaktionszone wird keine Wärme zugeführt.
Bei dem zuletzt erwähnten Verfahren besteht die Reaktionszone normalerweise aus einem stehenden, zylindrisehen Druckbehälter, an dessen einem Ende der in dem Krackofen erhitzte Öleinsatz eingeleitet wird, während an dem anderen Ende eine Mischung von Flüssigkeit und Gas entnommen und weiteren Raffinationsschritten, z. B. einer Destillation, zugeführt wird. Die Strömungsrichtung in der Reaktionszone war entweder von oben nach unten oder von unten nach oben gerichtet.
Beim thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffölen finden im wesentlichen zwei Arten von Reaktionen statt.
Eine dieser Reaktionen ist die eigentliche Krackreaktion, bei der die langkettigen Moleküle in kleinere Moleküle aufgespalten werden, wodurch eine Verminderung der Viskosität verursacht wird. Der andere Reaktionstyp wird als Polykondensation bezeichnet. Bei der Polykondensation vereinigen sich die Moleküle und erzeugen Pech und Koks, während Wasserstoff freigesetzt wird. Die zuletzt erwähnte Reaktion ist eine unerwünschte Reaktion, weil sie zu größeren Mengen von Asphaltenen führt. Da die Kondensationsreaktionen bei höheren Temperaturen derart zunehmen, daß sie ein bedeutendes Ausmaß erreichen, wird die Anwendung von niedrigeren Reaktionstempe-
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raturen und entsprechend längeren Verweilzeiten angestrebt.
Die Verweilzeit ist fur das thermische Kracken sehr wichtig. Das Kracken hat keine Zeit, stattzufinden, wenn die Verweilzeit zu kurz ist. Falls die Verweilzeit zu lang ist, beginnen die Krackprodukte zu reagieren und unerwünschte Reaktionsprodukte zu bilden. Als Ergebnis wird ein unstabiles Produkt gebildet, das bei der weiteren Verwendung des Brennstoffs Schwierigkeiten verursacht. Das Ziel besteht infolgedessen in einem möglichst gleichmäßigen Kracken. Wenn die Strömungen in dem als Reaktionszone dienenden Druckbehälter ungleichmäßig sind, werden als Ergebnis unterschiedliche Verweilzeiten erhalten.
Bei der Krackreaktion werden leichtsiedende Komponenten gebildet, die bei der Temperatur und dem Druck, die in der Reaktionszone herrschen, verdampfen. Die Dichte der Flüssigkeit/Gas-Mischung nimmt infolgedessen ab, während die Mischung in dem Druckbehälter nach oben strömt. Infolge des hydrostatischen Druckgefälles in dem Druckbehälter !nimmt auch die Dichte des gasförmigen Anteils ab, während die Mischung nach oben strömt.
Die in dem Krackreaktionsbehälter gebildeten flüssigen Fraktionen haben eine geringere Dichte als das Einsatzprodukt, wodurch die Dichte der Flüssigkeit /Gas-Mischung ebenfalls vermindert wird. Die Strömungsgeschwindigkeit ist . infolgedessen in dem üblicherweise angewandten zylindrischen Reaktionsbehälter, der eine gleichmäßige Dicke hat, nicht konstant, sondern nimmt zu, während die Mischung nach oben strömt.
Bei dem in der US-C 4247387 offenbarten thermischen Krackverfahren sind in einem zylindrischen, stehenden
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Druckbehälter, der als Reaktionszone dient, mit dem Ziel der Verhinderung von Rückflüssen innerhalb des Reaktionsbehälters gelochte Zwischenboden angeordnet worden, die in dem Reaktionsbehälter eine Vielzahl von Mischstellen bilden. Damit wird die Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Verweilzeit für die in die Zone eingeführte Fraktion bezweckt. Die Verwendung von Zwischenböden hat ihre Nachteile. Ein gestörter Betrieb des Reaktionsbehälters kann dazu führen, daß der gesamte Reaktionsbehälter durch Koksbildung verstopft wird. Die Zwischenböden machen die Koksentfernung und die Reinigung des Reaktionsbehälters schwierig und teuer.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Erzielung einer Verbesserung bei bekannten Verfahren. Im einzelnen ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem eine gleichmäßige Verweilzeit erzielt werden kann, ohne daß das Reinigungsverfahren durch Zwischenboden behindert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, das hauptsächlich dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fluid/Gas-Mischung in dem die Reaktionszone bildenden Druckbehälter in . tangentiale Drehbewegung versetzt wird.
Die übrigen charakteristischen Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
Erfindungsgemäß wird in der Reaktionszone eine tangential rotierende, jedoch in senkrechter Richtung gleichmäßig nach oben fortschreitende Fluid/Gas-Strömung erzeugt, ohne daß Rückflüsse auftreten, die ungleichmäßige Verweilzeiten verursachen.
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Die tangential rotierende Strömung der Fluid/Gas-Mischung kann auf mehrere Weisen erzielt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Drehbewegung durch wendeiförmige Bauteile hervorgerufen, die in dem als Reaktionsbehälter dienenden Druckbehälter einen spiral- bzw. schraubenförmig aufsteigenden Durchgang bilden. In diesem Durchgang ist die Strömung immer nach oben gerichtet, und es treten keine abwärtsgerichteten Ströme auf. Das Wendelsystem kann sich über die gesamte Länge oder nur über einen Teil der Reaktionszone erstrecken. In einigen Fällen kann es ausreichen, das Wendelsystem auf den Eintrittsabschnitt der Reaktionszone einzuschränken.
In dem Reaktionsbehälter können auch zwei oder mehr wendeiförmige Bauteile bereitgestellt werden, die den Drehsinn der Fluid/Gas-Mischung umkehren. Hierdurch werden ein oder mehrere Mischungsstufen für die in der Reaktionszone strömende Fluid/Gas-Mischung gebildet.
Bei einer anderen Ausführungsform, die dazu dient, die Fluid/Gas-Mischung in tangentiale Drehbewegung zu versetzen, werden tangential angebrachte Düsen verwendet. Durch die Düsen hindurch kann ein Teil des Einsatz-Produkts oder ein anderes Fluid, ζ. Β. Dampf, eingeleitet werden, um das eigentliche Einsatzprodukt in Drehbewegung zu versetzen. Die Anzahl der Düsen wird entsprechend dem Bedarf gewählt, beispielsweise 2 bis 20 Düsen. Es ist auch möglich, die Zuleitungsrohre für den zu krackenden Kohlenwasserstoff, der in die Reaktionszone eintritt, tangential in dem Eintrittsabschnitt der Zone anzuordnen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat die Reaktionszone über ihre gesamte Länge oder zum Teil, beispielsweise nur an dem Teil des Zuführungs-
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abschnitts, die Gestalt eines nach außen weiter werdenden Konus. Eine solche konische Gestalt hat schon für sich die Wirkung, daß die Verteilung der Verweilzeit
gleichmäßig ist.
5
Es ist festgestellt worden, daß die vom Standpunkt der Krackreaktion aus geeignete Temperatur zwischen 410 und 4700C und der Druck zwischen 2 und 20 bar liegt. Das Verhältnis des mittleren Durchmessers zu der Länge . der Reaktionszone liegt vorteilhafterweise in dem Bereich von 1:1 bis 1:20. .
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die in den Figuren der beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, ausführlich beschrieben, was jedoch nicht bedeutet, daß die Erfindung ausschließlich auf diese Ausführungsformen eingeschränkt ist.
Fig. 1 zeigt in einem schematischen Verfahrensdiagramm eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens.
Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des im Rahmen der Erfindung angewandten Reaktionsbehälters im schematischen Aufriß.
Fig. 3A zeigt eine andere vorteilhafte Ausführungsform des bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewandten Reaktionsbehälters (von oben betrachtet). 30
Fig. 3B zeigt den Reaktionsbehälter von Fig. 3A im Aufriß.
Fig. 4A zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des im Rahmen der Erfindung angewandten Reaktionsbehälters (von oben betrachtet).
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Fig. 4B zeigt den Reaktionsbehälter von Fig. 4A im Aufriß.
In Fig. 1 wird das Einsatzöl durch das Rohr 11 hindurch in den Ofen 12 eingeleitet, wo die Temperatur des Eihsatzöls auf einen Wert zwischen 410 und 4700C erhöht wird. Das Öl wird aus dem Ofen 12 durch das Rohr 13 hindurch in den Reaktionsbehälter 14 eingeleitet, wo es nach oben strömt und am oberen Ende des Reaktionsbehälters durch das Rohr 15 hindurch austritt, und zwar zu einer getrennten Apparateeinheit (nicht abgebildet), in der beispielsweise Gas, Benzin, leichtes und schweres Heizöl voneinander getrennt werden können. Die mittlere Verweilzeit in der Reaktionszone liegt zwischen 5 und 100 min.
Bei der Ausführungsform von Fig. 2 ist innerhalb des Reaktionsbehälters 14 ein wendeiförmiges Bauteil 16 gebildet worden. Die zu krackenden Kohlenwasserstoffe werden von unten nach oben in den Reaktionsbehälter 14 eingeleitet, wodurch sie in einen durch das wendeiförmige Bauteil 16 gebildeten spiralförmigen Durchgang eintreten, wo das eigentliche Kracken stattfindet.
Bei der Ausfiihrungsform von Fig. 2 kann die Reaktionszone 18 in gleicher Weise zwei wendeiförmige Bauteile 16 und 17 mit entgegengesetztem Steigungssinn enthalten. Hierdurch wird die Drehung der in der. Reaktionszone 18 strömenden Fluid/Gas-Mischung umgekehrt.
Die Fig. 3A und 3B zeigen den unteren Teil des als Reaktionszone 18 wirkenden Druckbehälters 14, in den der zu krackende Kohlenwasserstoffstrom von unten nach oben eingeleitet wird. Die Düsen 19, durch die hindurch entweder ein Teil des Einsatzprodukts oder ein anderes Fluid wie z. B. Dampf eingeleitet werden kann, um den
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zu krackenden Kohlenwasserstoffstrom in Drehung zu versetzen, stehen tangential mit dem unteren Teil des Druckbehälters 14 in Verbindung.
Bei der Ausführungsform der Fig. 4A und 4B sind am Ende des Zuleitungsrohrs 20 für die zu krackenden Kohlenwasserstoffe Düsen 21 gebildet worden, die eine Drehbewegung des Einsatzprodukts erzwingen.
Beispiel I;
Ein thermisches Kracken von Rohöl wurde unter Anwendung eines Reaktionsbehälters wie in Fig. 1 und eines ähnlichen Reaktionsbehälters ohne .Wendelsystem in halbtechnischem Maßstab durchgeführt. Die Bedingungen waren in anderer Hinsicht die gleichen. Das Einsatzöl war der Vakuumdestillationsrückstand von sowjetischem Rohöl. Die Ergebnisse sind in der beigefügten Tabelle
gezeigt: Einsatz
produkt		 Eigenschaften
Produkts		 des Boden- mit
Wendelsystem
Eigenschaft (Destillationsfraktion 1800C+) 1,002
ohne
Wendelsystem		 11,10
1,0011 1,001 3,54
Dichte (g/cm3; 20°C) 6,28 10,70 3300
Asphaltengehalt
(Gew.-%)		 3,65 3,38 2,1
Schwefelgehalt
(Gew.-%)		 43000 420002^
Viscosität; cSt (500C) — 2,0
Stabilität }
1) Der Begriff "Stabilität" wird in: van Kerkvoort, W.J., Nieuwstad, A.J.J. IV: E Congress Intern. du
. - DE 3632
1 Chauffage Industriel, Abhandlung Nr. 220, Paris, 1952, naher erläutert.
2) Anmerkung des Übersetzers: In der finnischsprachigen 5 Beschreibung lautet der Zahlenwert "4200".

Claims (11)

  1. Patentansprüche !
    (l A Verfahren zum thermischen Kracken von■: Kohlen-Wasserstoffen, bei dem die Kohlenwasserstoffe auf Reaktionstemperatur erhitzt und in eine Reaktionszone, . wo die Strömung von unten nach oben gerichtet ist,
    eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die f
    Fluid/Gas-Mischung in dem Druckbehälter (14), der die ■
    Reaktionszone (18) bildet, in tangentiale Drehung versetzt wird. ί
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- : net, daß die Fluid/Gas-Mischung mit Hilfe mindestens
    eines wendeiförmigen Bauteils (16, 17) in Drehung ver- ;
    setzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- . j net, daß das Wendelsystem (16, 17) der Reaktionszone !
    (18) an der gesamten Länge des Druckbehälters (14) angeordnet ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wendelsystem (16, 17) der Reaktionszone
    (18) an einem Teil der Länge des Druckbehälters (14) oder nur in dem Eintrittsabschnitt und/oder dem Austrittsabschnitt angeordnet ist.
    B/13
    ·* Jf- Al- DE 3632
    ■ ■
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wendelsystem (16, 17) aus zwei oder mehr Wendelsystemen besteht, die die Drehung der Fluid/Gas-Mischung umkehren können.
    ' δ '·'■■'■ , ' . ■ ' ■ ■ / '
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluid/Gas-Mischung mit Hilfe von Düsen (19, 21) in Drehung versetzt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (19) tangential mit dem Eintrittsabschnitt der Reaktionszone (18) in Verbindung stehen.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Düsen (21) in der Reaktionszone
    (18) an der Verlängerung des Zuleitungsrohrs (20) für die Kohlenwasserstoffe befinden.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluid/Gas-Mischung
    mit Hilfe eines DUsensystems (19), durch das., hindurch ein Teil des Einsatzprodukts oder Dampf oder ein anderes Fluid in den Druckbehälter (14) eingeleitet wird, in Drehung versetzt wird.
    25
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Kracken 1·η der Reaktionszone (18) bei einer Temperatur von 410 bis 470°C unter einem Druck von 2 bis 20 bar und mit einer mittleren Verweilzeit zwischen 5 und
    100 min durchgeführt wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Reaktionszone (18) ein nach oben weiter werdender konischer Druckbehälter (14) verwendet wird.
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