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Verfahren zum Spalten schwerer Kohlenwasserstoffe, insbesondere schwerer
Erdöle Es ist bekannt, beim Spalten flüssiger Kohlenwasserstoffe den durch die Spaltrohre
fließenden Ölstrom in starker Wallung zu erhalten, um die Ausscheidung von Kohlenstoff
in den Spaltrohren zu verringern. Bisher geschieht dies entweder dadurch, daß in
den Spaltrohren angeordnete schneckenförmige Schaber gedreht und dabei zwischen
deren Gängen befindliche Kugeln fortbewegt werden, oder es wird durch die in dem
Spaltrohr stattfindende Dampfentwicklung und Druckerhöhung ein Schäumen und damit
ein Aufwallen des Öles veranlaßt. Gemäß der Erfindung dagegen wird dem Ölstrom ohne
Rücksicht auf die Richtung der Durchflußbewegung durch Stöße von wechselnder Richtung,
wie sie z. B. von einer Kolbenpumpe erzeugt werden, eine hin und her gehende Bewegung
erteilt. Hierdurch wird jegliche Ablagerung von Kohlenstoff in den Spaltrohren vermieden.
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Die Erfindung ist besonders bei dem Verfahren anwendbar, bei dem die
Spaltung unter Druck in der Flüssigkeitsphase bei einem einmaligen Durchgang der
Flüssigkeit erfolgt und eine beschränkte Menge leichter Spaltungsprodukte und ein
nicht zäher Rückstand erzeugt wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung wird vorteilhafterweise
in einer Röhre oder einer Reihe von Röhren ausgeführt, ohne daß, wie sonst, ein
Reaktionskessel nötig ist, in den die Flüssigkeit eingeleitet wird, um die Behandlung
zu vervollständigen. Die Behandlung kann in einer Anzahl von Röhren erfolgen, die
waagerecht übereinanderliegen und miteinander zu einer zickzackförmigen Schlange
verbunden sind, in die das Öl am unteren Ende einer Pumpe eingeführt wird und aus
der es am oberen Ende in einen Kühler austritt. Der letztere kann ebenfalls aus
einer Anzahl von miteinander verbundenen Röhren bestehen, die so angeordnet sind,
daß das Öl beim Durchfluß auf die gewünschte Temperatur abgekühlt wird.
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Die Behandlung der Flüssigkeit kann unter hohem Druck ausgeführt werden,
und zur Erzeugung der erwähnten heftigen Wallung kann eine Kohlenpumpe dienen, deren
Zylinderenden mit den Enden der Rohrschlange verbunden sind. Die letztere kann in
einem Ofen angeordnet sein und in irgendeiner geeigneten Weise regelbar erhitzt
werden. Die Erhitzung kann z. B. so erfolgen, daß die Temperatur der Flüssigkeit
am Anfang des Durchflusses durch die Rohrschlange mehr oder weniger rasch auf ungefähr
38o° C, d. i. auf eine sicher unter der Temperatur der wirklichen Zersetzung liegende
Höhe, während des Durchflusses allmählich weiter auf ungefähr q.50° C, d. i. die
Temperatur der wirklichen Zersetzung, steigt. Die Erhitzung kann langsam fortgesetzt
werden, bis allmählich die höchste Öltemperatur erreicht ist, worauf die Temperatur
allmählich z. B. auf 2o° C oder mehr unter dieser Temperatur fällt. In dieser Weise
wird bei der heftigen Wallung der Flüssigkeit die Oberflächentemperatur
durchweg
auf einer Mindesthöhe gehalten und die Öltemperatur bei der wirklichen Zersetzung
und der darauffolgenden Zunahme des Dampfdruckes allmählich verringert, so daß bei
einem gegebenen Arbeitsdruck ohne wesentliche Verdampfung die größte Ausbeute an
leichten Spaltungsprodukten erzielt werden kann. Das behandelte Öl kann somit um
wenigstens 5o° C abgekühlt werden, während es sich noch unter Druck in der Rohrschlange
befindet, worauf es, wie üblich, entweder durch Verringerung des Druckes in einen
Dephlegmator gespritzt oder zur weiteren Behandlung oder zur Destillation weiter
abgekühlt wird. Der Durchfluß des Öles durch den Apparat dauert somit nur einige
Minuten.
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Beim Durchfluß des Öles durch die Rohrschlange wird dasselbe durch
die Pumpe rasch hin und her bewegt und so in heftiger Wallung gehalten, wodurch
seine gleichmäßige Erhitzung so beschleunigt wird, daß die Menge des bei der Behandlung
erzeugten Kohlenstoffes auf ein Mindestmaß beschränkt und ein beträchtlicher Teil
derselben in der Flüssigkeit schwebend abgeführt wird. Überdies wird dabei. die
Erzeugung von Kohlenstoff infolge übermäßiger Erhitzung des Öles oder eines Teiles
desselben, wie sie erfahrungsgemäß bei bekannten Spaltungsanlagen vorkommt, nicht
begünstigt.
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Die Hinundherbewegung kann dem Öl
erforderlichenfalls in mehreren
getrennten Zonen (einschließlich der Kühlzone) gleichzeitig erteilt werden. Die
Rohrschlange kann z. B. aus mehreren Teilen bestehen, in denen die Wallung getrennt
in dem zur Erhitzung und zur möglichsten Beschränkung des N N iederschlages des
Kohlenstoffes erforderlichen Maß aufrechterhalten wird. Hierdurch sind lange Ölwege
ohne Unterbrechungen für die Reinigung ermöglicht, und dank der Gleichmäßigkeit,
mit der das Öl auf seinem ganzen Wege während der Behandlung in Wallung gehalten
wird, ist auch der Kohlenstoffniederschlag gleichmäßig und werden größere Anhäufungen,
z. B. in den Bögen und an anderen Stellen, wie sie erfahrungsgemäß bei Spaltungsanlagen
mit stets gleichgerichtetem Durchfluß vorkommen, vermieden. Dank der vom Durchfluß
unabhängigen Wallung sind auch keine besonders engen Röhren erforderlich, sondern
können weitere Röhren als gewöhnlich benutzt werden, so daß ein. großer Raum für
den Kohlenstoffniederschlag frei bleibt, was besonders wichtig ist bei der Behandlung
von schweren asphaltartigen Rückständen und wenn eine lange Ausdehnung der Spaltung
erforderlich ist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es auch, die Heizfläche
für eine gegegebene Ölmenge auf ein Mindestmaß zu beschränken, indem durch die heftige
Wallung die Wärmeübertragung erheblich beschleunigt wird. Dieser Vorteil ist von
praktischer Bedeutung, weil er eine Verringerung der für eine gegebene Ausbeute
erforderlichen Abmessungen der Spaltungsanlage und der Anlagekosten und eine Erleichterung
der Bedienung zur Folge hat.
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Das Verfahren wurde in einer Versuchsanlage mit einer täglichen Ausbeute
von 28 1 ausgeführt, wie sie auf der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Diese
Anlage besteht aus sieben Röhren a von 2.5 mm Durchmesser und ungefähr r8oo mm Länge,
von denen sechs waagerecht übereinanderliegen und miteinander zu einer zickz.ackförinigen
Schlange verbunden sind, während die siebente von der sechsten senkrecht aufwärts
führt und mit einem Kühler b verbunden ist, der von einem rechtwinklig gebogenen
Rohr 25 von 25 mm Durchmesser und zweimal r8oo mm gebildet wird. Die Verbindung
zwischen je zwei der waagerechten Röhren a ist durch ein kurzes Stück mit zwei rechtwinkligen
Knien hergestellt.
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Das zu behandelnde Öl wurde durch eine Pumpe e mit einer Leistung
von ungefähr r 1 in der Stunde unter Aufrechterhaltung eines Druckes von 7o kg/qcm
in der erhitzten Schlange a durch diese hindurchgedrückt, und das behandelte Öl
wurde dann durch den Kühler b geleitet und dabei ebenfalls in Wallung gehalten.
Nach dem Durchgang durch den Kühler wurde der Druck bis zum atmosphärischen abgelassen
und das Gas abgeschieden.
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Die Ein- und Austrittsenden der Rohrschlange a sind durch Röhren c
mit den Enden des Zvlinders einer doppelt wirkenden ventillosen Kolbenpumpe d mit
z 2o Umdrehungen in der Minute und einem Hub von 61o mm verbunden. Durch diese Pumpe
wurde der Flüssigkeitssäule in der Rohrschlange eine hin und her gehende Bewegung
mit einer Geschwindigkeit von 366o mm/Sek. erteilt, während die Durchflußgeschwindigkeit
nur ro bis 15 mm/Sek. betrug. Die Temperatur des Öles wurde am Ende der vierten
Röhre a von unten auf etwa 38o° C, am Ende der fünften auf etwa q.5o°, am nEde der
sechsten auf etwa qq.o°, am Ende der siebenten auf etwa 4oo° und am Ende der ersten
Kühlerröhre b auf etwa 25o° gehalten.
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In dieser Weise wurde in der Anlage ein persisches Gasöl behandelt
und eine Ausbeute an Motorenbenzin von z3 bis 25 °1Q mit einem Siedepunkt unter
200° C unter Erzeugung von weniger als o,25 °/o Koks erzielt; ferner wurde ein persisches
Rückstandöl von 65 °/o behandelt und eine Ausbeute an Motorenbenzin von 15 °Jo mit
einem Siedepunkt unter
2oo° C unter Erzeugung von weniger als 25
%
Koks erzielt.
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Bei einer Anlage zur praktischen Ausführung des Verfahrens muß natürlich
der Durchmesser der Röhren erheblich größer sein als bei der beschriebenen Versuchsanlage.
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Anstatt einer Kolbenpumpe können auch andere Mittel benutzt werden,
um die Flüssigkeit in heftiger Wallung zu halten. Ferner können geeignete Mittel
vorgesehen werden, um die Heftigkeit der Wallung je nach Bedarf zu verändern, z.
B. durch Veränderung des Kolbenhubes oder der Fördergeschwindigkeit der benutzten
Pumpe. Ferner kann die Wallung an verschiedenen Stellen des Apparates mit verschiedener
Heftigkeit aufrechterhalten oder auf diejenigen Stellen beschränkt werden, an denen
die Spaltung stattfindet oder ein Niederschlag von Kohlenstoff möglich ist. Anstatt
einer einzigen Pumpe können auch zwei oder mehrere Pumpen zur Erzeugung der Wallung
benutzt werden. Ferner kann das Verfahren gemäß der Erfindung auch unter Anwendung
eines Reaktionskessels ausgeführt werden, wenngleich die Ausführung ohne die Anwendung
eines solchen vorzuziehen ist.
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Die Temperatur und der Druck sind je nach den praktischen Erfordernissen
veränderlich; der Druck kann so hoch wie nötig gehalten werden, um das betreffende
Öl während der Behandlung in flüssigem Zustand zu erhalten. Die Behandlungsdauer
ist ebenfalls keine bestimmte, im allgemeinen aber wegen der Geschwindigkeit und
Gleichmäßigkeit, mit der die Wärme auf die Flüssigkeit übergeht, eine kurze.