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Verfahren zum Spalten von Kohlenwasserstoffölen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Spalten von Kohlenwasserstoffölen, bei dem die zu spaltenden Öle
mit heißen, unabhängigvom Spaltprozeß erzeugten Verbrennungsgasen in Berührung gebracht
werden,. und besteht darin, daß die Spaltung in mindestens zwei aufeinanderfolgenden
Stufen ausgeführt wird, wobei in jeder Stufe die zu spaltenden Öle in Dampfform
mit heißen Verbrennungsgasen gemischt werden und das entstehende Gemisch = in einen
größeren Reaktionsraum eingeleitet wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung
zur Ausführung des neuen Verfahrens, die durch mindestens zwei hintereinandergeschaltete
Mischkammern gekennzeichnet ist, die einen Verbrennungsraum mit durch ihn hindurchgeführter
Zuführungsleitung für den Dampf - des zu spaltenden Öles enthalten und zwischen
denen größere Reaktionskammern angeordnet sind.
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Zweck der Erfindung ist also die Schaffung eines Krackverfahrens,
bei dem die Kracktemperaturen während -der einzelnen Krackstufen ohne Benutzung
des zu krackenden Öles als Brennstoff aufrechterhalten werden, so daß es nicht erforderlich
ist, dem eigentlichen Krackraum Luft zuzuführen und die sonst zur Erzeugung der
erforderlichen Kracktemperatur notwendige Verbrennung des zu krackenden Öles im
Krackraum selbst zu bewirken. Die Heizgase können vielmehr mit anderen Brennstoffen,
die billiger sind, erzeugt werden. Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines
Krackverfahrens, bei dem die Abscheidung von Kohlenstoff praktisch vollständig vermieden
wird und die einzelnen Krackstufen und Kracktemperaturen leicht regelbar sind.
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Beim Arbeiten gemäß der Erfindung werden die zu spaltenden Kohlenwasserstoffe
als Dampf einem hindernisfreien Rohrsystem zugeführt. Zunächst wird der Öldampf
direkt mit den Verbrennungsgasen eines Brenners in einer Mischkammer vermischt.
Dieses Gemisch läuft dann durch eine verhältnismäßig enge Leitung von entsprechender
Länge hindurch, um eine innige Mischung und einen möglichst vollständigen Wärmeaustausch
zu erzielen. Diese verhältnismäßig enge Leitung mündet in einen wesentlich größeren
Reaktionsraum, in dem die Bewegungsgeschwindigkeit des Dampfgemisches herabgesetzt
wird, um dadurch den durch die Erwärmung in Gang gesetzten Krackvorgang zu Ende
zu führen. Das die Reaktionskammer verlassende Reaktionsgemisch tritt dann in eine
wiederum engere Leitung mit Mischkammer, wo erneut frische Verbrennungsgase zugesetzt
werden. Das dadurch erhaltene heiße Reaktionsgemisch wird dann durch eine verhältnismäßig
enge Leitung einem zweiten Reaktionsraum zugeführt, in dem wiederum Expansion und
damit eine Herabsetzung der Bewegungsgeschwindigkeit stattfindet. In dieser Weise
kann man mehrfach weiterverfahren. Sobald
die gewünschte Krackung
erzielt ist, werden die fertigen Realctiönsgenrische einer Fraktionierkolonne am
Boden zugeführt. In dieser Kolonne wird die Wärme der heißen Reaktionsgemische zur
Destillation von ihnen entgegenströmenden Ölen, zweckmäßig zum Abdestillieren der
leicht siedenden Fraktionen des zu krackenden Rohstoffes, ausgenutzt. Das Gemisch
von Verbrennungsgasen und gekrackten Öldämpfen verläßt dann die Destillierkolonne
in ihrem oberen Teil und wird kondensiert. Die den Kondensator verlassenden Dampfgasgemische
können dann durch Kompression oder Absorption, wie es bei der Behandlung von 'Erdgas
üblich ist, weiter aufgearbeitet werden, um die als Motorenbetriebstoff geeigneten
leichten Fraktionen der Kohlenwasserstoffe zu gewinnen.
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Die zur Erzeugung der Verbrennungsgase dienenden Brenner sind mit
feuerfestem Material ausgekleidet und mit kleinen Stücken des gleichen Materials
angefüllt. Der Brennstoff wird zunächst mit der geeigneten Menge von Luft vermischt,
dann durch die erhitzten kleinen Stücke aus feuerfestem Material hindurchgeleitet,
damit, wenn das Brennstoff-Luft-Verhältnis richtig gewählt ist, die heißen Verbrennungsgase
frei von angebundenem Sauerstoff .sind, der die wertvollen zu krackenden Öle zerstören
könnte. Die Verbrennung des Brennstoffes im Brenner findet außerhalb des Krackraumes
statt. Dabei ist es nicht erforderlich, die oben beschriebenen Brenner zu verwenden,
weil die gleichen Ergebnisse mit in anderer Weise erzeugten Verbrennungsgasen erzielt
werden können.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. i und 2 sind röhrenförmige
Behälter mit entsprechendem Durchmesser, die die Reaktionsräume 3 und q. bilden.
Beide Behälter i und 2 sind oben und unten durch Deckel s und 6 verschlossen. In
der Nähe des Bodens besitzt der Behälter i eine Eintrittsöffnung 8 mit Flansch 7,
während in der Nähe des Deckels auf der entgegengesetzten, Seite des Behälters eine
Austrittsöffnung 9 mit einem schräg nach unten gerichteten Flansch io vorgesehen
ist. Der Behälter 2 besitzt in der Nähe des Bodens eine Eintrittsöffnung i i mit
einem schräg nach oben -gerichteten Flansch 12 und in der Nähe des Deckels auf der
gegenüberliegenden Seite eine Austrittsöffnung 13 mit Flansch 1q.. Mit dem Flansch
7 des Behälters i ist ein Rohrstück 15 mit geringerem Durchmesser als der der Reaktionskammer
3 verbunden, das sich am anderen Ende zu einem Brennerteil 16 mit Mischkammer 17
erweitert. 18 ist die Eintrittsöffnung für Brennstoff und Luft, die aus der mit
Ventil ausgerüsteten Brennstoffzuführungsleitung i9 und der gleichfalls ein Ventil
aufweisenden Luftzuführungsleitung 2o kommen. Mit dem nach unten geneigten Flansch
io des Behälters i ist ein nach unten gerichteter Brenner 21 verbunden, - der mit
einer Mischkammer 22 und mit einer gemeinsamen Brennstoff- und Lufteintrittsöffnung
23 mit Brennstoffzuleitung 24 mit Ventil und Luftzuleitung 25 mit Ventil ausgerüstet
ist. Von der Mischkammer 22 führt ein geneigtes Rohrstück 26 mit geringerem Durchmesser
als der der Reaktionskammer q. zur Öffnung i i mit Flansch 12.
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Neben dem Behälter 2 ist ein weiterer röhrenförmiger Behälter 27 als
Fraktionierkolonne oder Fraktionierkammer 28 vorgesehen, der oben und unten durch
Deckel 29 und 30 verschlossen ist. Mit dem Deckel 29 dieses Behälters 27
ist eine Ölzuführungsleitung 31 verbunden, während der Deckel 30 mit einer Leitung
32 verbunden ist, die die zu krackenden Öldämpfe zum Brenner 16 führt. Mit dem oberen
Teil der Kammer 28 ist eine Rohrleitung 33 verbunden, die zu einem nicht gezeigten
Kondensator führt. Der obere Teil der Kammer q. ist durch eine Rohrleitung 34 mit
der in der Nähe des Bodens befindlichen Eintrittsöffnung 35 der Kammer 28 verbunden.
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Das zu krackende Öl wird der Vorrichtung bei 36 zugeführt, wo die
Verdampfung stattfindet. Luft und Brennstoff werden dem Brenner 16 durch die Öffnung
18 zugeführt und in diesem vollständig verbrannt. Die Verbrennungsprodukte kommen
in der Mischkammer 17 mit den zu krackenden Dämpfen in direkte Berührung, und die
Mischung geht dann durch die Rohrleitung 15 in die Kammer 3. Auf diesem Wege wird
der Öldampf durch direkte Berührung mit den Verbrennungsgasen des Brenners 16 auf
eine Temperatur etwas oberhalb der Kracktemperatur der am leichtesten zu krackenden
Kohlenwasserstoffe erwärmt. In der Kammer 3 wird die Bewegungsgeschwindigkeit des
Reaktionsgemisches erniedrigt, so daß mitgerissene oder suspendierte feste Teilchen
sich absetzen; die Verbrennungsgase sind dann mit dem Öldampf in dieser Kammer so
lange in direkter Berührung, daß die am leichtesten zu krackenden Kohlenwasserstoffe
gekrackt werden. Das Reaktionsgemisch gelangt dann in den Brenner 21, wo es mit
den Verbrennungsprodukten dieses Brenners wieder vermischt wird. Die Temperatur
des Reaktionsgemisches ist dann höher als in der Leitung 15, und info'l'gedessen
ist es möglich, auch die schwerer zersetzbaren Kohlenwasserstoffe zu kracken. Das
Reaktionsgemisch
geht dann durch die Leitung 26 in die Kammer ¢,
die in gleicher Weise arbeitet wie die Kammer 3.
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In das System können in gleicher oder ähnlicher Weise weitere Brenner
eingefügt werden, von denen jeder dazu dient, -die Temperatur des Reaktionsgemisches
weiter zu erhöhen, so daß es gelingt, alle hochsiedenden Kohlenwasserstoffe in niedrigsiedende
Kohlenwasserstoffe umzuwandeln. Wenn die gewünschte Krackung erzielt ist, gelangt
das Reaktionsgemisch durch die Leitung 34. in die Kammer 28 und steigt in dieser
nach oben. Durch die Leitung 31 wird dieser Kammer flüssiges Öl, beispielsweise
Rohöl, das gekrackt werden soll, zugeführt, das im Gegenstrom zum aufsteigenden
Reaktionsgemisch durch die Kammer hindurchgeht. Auf diese Weise wird durch Wärmeaustausch
eine Vorwärmung des zu krackenden Öles und eine Abkühlung des Reaktionsgemisches
erzielt, das dann entweder direkt oder über einen oder mehrere weitere Fraktioniertürme
dem Kondensator zugeführt wird.
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Es ist an sich bekannt, hochsiedende Kohlenwasserstofföle in der Weise
zu krakken, daß man das 01. mit unabhängig vom Krackvorgang erzeugten Heizgasen,
insbesondere heißen Verbrennungsgasen, als Heizmittel vermischt. Von diesem bekannten
Verfahren unterscheidet sich das neue Verfahren dadurch, daß das erhaltene Gemisch
von Heizgasen und Öldämpfen zweckmäßig nach vorheriger Expansion erneut mit frischen,
unabhängig vom Krackvorgang erzeugten Heizgasen vermischt wird, welcher Vorgang
mehrfach wiederholt wird. Man kommt auf diese Weise zu einer stufenweisen Krackung,
bei der die einzelnen Krackstufen in bezug auf Dauer und Temperatur durch Mengen-
und Temperaturbemessung der Heizgase außerordentlich leicht den besonderen Erfordernissen
des zu krackenden Rohstoffes angepaßt werden können, um praktisch eine Koksabscheidung
zu vermeiden. Die stufenweise Krackung von schweren Kohlenwasserstoffen, die im
allgemeinen in der flüssigen Phase unter Druck durchgeführt wird, ist an sich nicht
neu. Mit Heizgasen als Heizmittel hat man aber eine stufenweise Krackung noch nicht
durchgeführt. Man erzielt dabei den Vorteil, daß in der zweiten oder in den weiteren
Stufen durch die Heizgase verdünnte Öldampfgemische der Krackung unterworfen werden,
die infolge der im übrigen leicht regelbaren Verdünnung schneller und leichter gekrackt
werden, wodurch die Gefahr der Koksabscheidung noch weiter herabgesetzt wird. Gegenüber
der sonst bekannten stufenweisen Krackung hat das neue Verfahren auch noch den Vorteil,
daß es mit verhältnismäßig einfachen Apparaturen und ohne Schwierigkeiten kontinuierlich
mit strömenden (J1-dämpfen oder Heizgas-Öldampf-Gemischen durchgeführt werden kann.
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Es ist ferner bekannt, Kohlenwasserstofföle in zwei Stufen zu spalten,
bei denen die flüssigen Kohlenwasserstoffe nur durch Zusatz von überhitztem Wasserdampf
beheizt und das entstehende Gemisch von Wasserdampf, Öldampf und flüssigem (Ölrückstand
in einer weiteren Stufe mit überhitztem Wasserdampf vermischt wird, um es auf eine
höhere Temperatur zu bringen. Hier handelt es sich lediglich darum, durch den stufenweisen
Zusatz von Wasserdampf eine bessere Wärmeausbeute zu erzielen, was nicht Zweck der
vorliegenden Erfindung ist. Beim Kracken von Mineralölen durch Vermischen mit heißen
Verbrennungsgasen als Heizmittel läßt sich an sich die beim Arbeiten mit überhitztem
Wasserdampf nicht auftretende Koksbildung nicht vermeiden, wenn man in der bekannten
Art und Weise arbeitet. Sie wird aber praktisch vollständig vermieden, wenn man
erfindungsgemäß in mehreren Stufen arbeitet, in denen den zu krackenden Öldämpfen
heiße Verbrennungsgase zugesetzt werden, die unabhängig vom Krackprozeß erzeugt
worden sind.