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Verfahren zur Druckwärmespaltung von hochsiedenden Kohlenwasserstoffölen
Bei der Spaltung von hochsiedenden Kohlenwasserstoffölen, z. B. von Gasölen, zur
Gewinnung von niedriger siedenden Ölen, z. B. von Benzin, durch Destillation unter
erhöhtem Druck verfährt man meist so, daß man das hochsiedende Öl in einer Heizzone
auf die Spalttemperatur erwärmt und dann in eine Verdampfzone leitet, aus der die
Spaltdämpfe zusammen mit den Dämpfen niedrigsiedender Bestandteile unter Druck abgeleitet
werden.
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Bei solchen Spaltverfahren bilden sich gewöhnlich neben den niedrigsiedenden
Ölen Pech oder pechähnliche Produkte, die sich bis zu einem gewissen Grad bei der
Spaltung des Öls in ihm auflösen. Treten sie aber in solcher Menge auf, daß das
Öl übersättigt wird, so scheiden sie sich aus dem Öl ab, sammeln sich bei Vorrichtungen
mit Außenheizung auf den Heizflächen an und bewirken durch ihre geringe Wärmeleitfähigkeit
eine Überhitzung und dadurch eine zu weit gehende Spaltung der behandelten Öle und
eine Zersetzung des Pechs o. dgl., wobei sich Koks oder koksähnliche Produkte abscheiden,
die nur mit großen Schwierigkeiten und unter unnötiger Abnutzung der Vorrichtung
entfernt werden können.
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Um die aus der Pechbildung erwachsenden Nachteile soweit wie möglich
zu beheben, hat man bereits vorgeschlagen, das zu spaltende Öl (Frischöl) zusammen
mit dem Dephlegmotorrücklauf durch eine Heizzone hindurch nach einem unbeheizten
Verdampfer zu leiten, in dem sich die Dämpfe des Spaltproduktes und der leichter
siedenden Bestandteile des ungespaltenen Öles von der Hauptmenge der Flüssigkeit
trennen. Die Dämpfe werden einer fraktionierten Kondensation unterworfen, wobei
die höher siedenden Bestandteile mit vorgewärmtem Frischöl vermengt und erneut in
die Heizzone geleitet werden, während der flüssige Inhalt des Verdampfers, der das
Pech gelöst enthält, nach Maßgabe der gewonnenen Leichtölmengen abgezogen wird.
Durch geeignete Bemessung des Mischungsverhältnisses von Rücklauf und Frischöl und
durch Wahl einer passenden Strömungsgeschwindigkeit in der Heizzone usw. ist man
dabei in der Lage, den Pechgehalt des Öles im Verdampfer in der Nähe der Sättigung,
also auf einem sehr günstigen Wert zu halten, der die spätere Scheidung von Öl und
Pech zwecks erneuter Spaltung des Öls sehr erleichtert. Während der Anheizzeit,
vor der Erreichung des für die Spaltreaktion erforderlichen Drucks, führt man bei
diesem Verfahren der Heizzone das im Verdampfer enthaltene Frischöl im Kreislauf
zu, damit man später mit dem Einsetzen der eigentlichen Spaltreaktion und nach Unterbrechung
dieses Kreislaufs nur so viel ungespaltenes und pecharmes Öl aus dem Verdampfer
abzuziehen
braucht, als dem Fassungsvermögen des Verdampfergefäßes
entspricht. Die damit verbundenen Ausbeuteverluste sind nicht unerheblich und um
so größer, je häufiger das Verfahren unterbrochen und die Vorrichtung entleert und
gereinigt werden muß. Bei vielen Ausgangsölen, die zu starker Pechbildung neigen,
undvor allem beider Gewinnung derwertvolleren leichten Spaltöle, die erst bei höhererTemperatur
entstehen, sind aber häufige Betriebsunterbrechungen unvermeidlich, weil sonst die
Spaltvorrichtung übermäßig beansprucht wird und eine Fortsetzung des Verfahrens
gefährlich oder gar unmöglich werden kann.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Spaltverfahren, bei dem diese Nachteile
vermieden sind und auch in ungünstigsten Fällen eine hohe, der Sättigung nahekommende
Pechkonzentration und eine sehr weit gehende Spaltung der Gesamtmenge des Öls erzielt
werden. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß die Zirkulation des Öls zwischen Verdampf-
und Heizzone auch nach dem Einsetzen der Spaltreaktion so lange fortgesetzt, bis
erhebliche Leichtölmengen abdestilliert und das umlaufende Öl mit Pech oder pechartigen
Bestandteilen angereichert oder gesättigt ist. Zur gleichen Zeit kann auch der bei
der fraktionierten Kondensation der Spaltdämpfe gewonnene Rücklauf zwecks erneuter
Spaltung in den Kreislauf zurückgeführt und gegebenenfalls durch weitere, zweckmäßig
vorgewärmte Frischölmengen ergänzt werden. Erst wenn die Pechkonzentration der umlaufenden
Olmengen die gewünschte Höhe erreicht hat, wird der Abfluß des Öles von der Verdampfungszone
nach der Heizzone abgesperrt, worauf in bekannter Weise Rücklauf und Frischöl, das
am besten im Kondensator selbst vorgewärmt wurde, nach der Heizzone geleitet, dort
auf die Spalttemperatur gebracht und im Verdampfer in Dampf und pechhaltiges Restöl
geschieden werden, das zeitweilig oder kontinuierlich abgezogen und weiterverarbeitet
werden kann.
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Vor Beendigung des Verfahrensganges kann der Ölumlauf zwischen Verdampf-
und Heizzonen ein zweites Mal in Anwenduxlg gebracht werden, um die Pechkonzentration
des Verdampferinhalts nochmals zu steigern. Da eine Pechabscheidung an den Rohren
der Heizvorrichtung in dieser Verfahrensstufe, an die sich die Reinigung unmittelbar
anschließt, nicht mehr von Bedeutung ist, so kann man jetzt mit der Konzentrierung
über die Sättigungsgrenze hinausgehen und so die Scheidung des Rückstandes in Pech
und Öl noch weiter erleichtern.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens der Erfindung teilweise in Ansicht, teilweise im Schnitt mit aufgebrochenen
Teilen beispielsweise dargestellt. Die Spaltanlage besteht aus einer Batterie von
Heizröhren 2, die im Heizkanal eines Ofens 3 angeordnet sind, aus einem Verdampfungskessel
q., den Leitungsröhren 5, 6 und 7, einer Pumpe 8 o. dgl. Leitungen und Pumpe sind
so angeordnet, daß das Öl aus dem Verdampfungskessel aufwärts durch die Heizröhren
und zurück in den Verdampfungskessel geleitet werden kann. Ein Ventil 9 sperrt die
Verbindung zwischen dem Verdampfungskessel q. und der Zulaufseite der Pumpe B. Ein
Rückflußkühler =o ist mit Leitungen =i und einer Rückflußleitung i2, die in ein
Rohr 5 mündet, einer Leitung 13 zum Einbringen von Rohöl versehen und an
ihn ein Kondenser =q., ein Aufnahmebehälter 15 und eine Leitung 16 angeschlossen,
aus der das nicht verdampfte Öl vom Verdampfungskessel q. abgeleitet werden kann.
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Das Destillat tritt durch die Leitung 17 aus dem Behälter 15 aus,
während die nicht verdichteten Dämpfe durch das Rohr 18 austreten können. Der in
der Anlage wirkende Druck wird von dem in der Dampfleitung 2o zwischen dem Rückflußkühler
=o und dem Kondenser i¢ angeordneten Ventil z9 oder anderen Ventilen aufrechterhalten
und geregelt. Durch das Rohr 21 wird der Apparat zu Beginn jedes Arbeitsganges gefüllt
und nach vollendeter Destillation entleert. Das Verbindungsrohr 22 dient zur Einführung
von kaltem Öl, z. B. einem Teil des in den Apparat einzuführenden Öls, in und durch
die Lager der Pumpe B. Das Verbindungsrohr 23 samt der hierfür erforderlichen Fördervorrichtung
ist zur Zurückleitung von Heizgasen vorgesehen, die bereits über die Heizröhren
geführt wurden.
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Das Rohr 5, durch das 01 aus dem Kessel q. in die Heizröhren
2 geleitet wird, ragt in den Kessel q. nur so weit hinein, daß der normale Flüssigkeitsspiegel
die Rohröffnung überdeckt. Das Ventil selbst ist am oberen Rohrende angebracht und
vorteilhaft so ausgebildet, daß ein Ventilkegel 9 in einen kreisförmigen Sitz zwischen
dem Kessel q. und dem Leitungsrohr 5 hineinragt. Am Kegel 9 ist eine Spindel 24
o. dgl. befestigt, die durch die Wand des Kessels in eine Stopfbuchse 25 geführt
ist, welche über der normalen Höhe des Flüssigkeitsspiegels angeordnet ist. Es ist
zweckmäßig, die Spindel 24. fest mit dem Kegel 9 zu verbinden, damit alle Ventilteile,
die hohen Temperaturen und heißem Öl ausgesetzt sind, möglichst einfach ausgebildet
sind. Das aus der Stopfbuchse 25 herausragende Ende der Spindel 24 kann sich in
einem Gewindeaufsatz verschrauben, um den Kegel 9 zu betätigen. Hierdurch sind alle
Ventilteile vor hoher Temperatur und heißem Öl geschützt, außer dem Kegel 9, dem
Ventilsitz und dem Innern der Stopfbuchse, das aber nur den im Apparat befindlichen
Dämpfen ausgesetzt ist,
die, verglichen mit dem flüssigen Öl, eine
verhältnismäßig geringe Wärmekapazität besitzen und frei von suspendierten festen
oder halbfesten Bestandteilen sind.
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Die Rückflußleitung 12 mündet zwischen dem Ventil 9 und der Einlaufseite
der Fördervorrichtung 8 in das Leitungsrohr 5. Hierdurch kann man den Umlauf von
gemischtem Dephlegmatorrücklauf und nicht verdampftem Öl aus dem V erdampfungskessel
durch die Heizröhren durch einfaches Schließen des Ventils 9 abstellen, damit der
Dephlegmatorrücklauf ohne Beimischung von nicht verdampftem Öl aus dem Kessel durch
die Heizröhren läuft, bis durch Öffnen des Ventils 9 der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt
wird. In der dargestellten Apparatur fließt das in den Rückflußkühler io durch Rohr
13 eingebrachte Öl durch die Leitung i2 und tritt gemischt mit dem Rücklauf aus
dem Kühler io in das Rohr 5 ein.
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Bei der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung auf die Gewinnung
von Benzin aus Gasöl werden anfangs etwa 27 bis 35 cbm Gasöl eingebracht. Bei geöffnetem
Ventil 9 wird die Pumpe 8 in Gang gesetzt und der Ofen 3 angeheizt. Das Rohöl wird
mittels der Pumpe 8 durch das Einlaufrohr 22 und die Pumpenlager ungefähr in einer
Menge von i,z cbm eingepumpt. Durch die Erwärmung des Apparates werden Wasser und
sehr leichte Kohlenwasserstoffe verdampft und können durch die Dampfleitung 2o austreten.
Nach ungefähr bis 5 Stunden wird das Ventil 9 geschlossen, und im Verlauf weiterer
q. bis 5 Stunden hat der Apparat die nötige Temperatur und den nötigen Druck erreicht.
Ist der Druck in der Anlage auf 9 bis ii kg pro qcm gestiegen, so wird das Ventil
i9 allmählich geöffnet und so eingestellt, daß der erforderliche Druck in der Anlage
aufrechterhalten bleibt. Etwa zur selben Zeit wird Rohöl durch das Einlaufrohr 13
in den Rückflußkühler io in solcher Menge eingelassen, daß die erforderliche Temperatur,
z. B. 29o ° C, im oberen Teil des Rückflußkühlers erhalten bleibt. Die einlaufende
Menge kann etwa 9 cbm oder mehr betragen. Durch das Einflußrohr 22 kann weiteres
Rohöl eingebracht werden, um die ursprüngliche Ölmenge im Verdampfungskessel q.
aufrechtzuerhalten. Dabei kann die Gesamtmenge eingebrachten Öles pro Stunde ii
cbm oder mehr betragen. Die aus dem Rückflußkühler io durch die Leitung 2o unkondensiert
entweichenden Dämpfe des gespaltenen Öls werden in dem Kondensator 14 verflüssigt
und gelangen in den Aufnahmebehälter 15. Während des ersten Verfahrensabschnitts,
in dem Dämpfe abgeleitet werden, läuft die eingebrachte Ölmenge dauernd durch die
Heizröhren 2 von und nach dem Verdampfungskessel q. um. Bevor dieses umlaufende
Öl mit Pech oder pechähnlichen Bestandteilen gesättigt ist, z. B. wenn das abgezogene
Destillat ungefähr 15 Prozent oder etwas mehr der gesamten Rohölmenge einschließlich
der anfangs eingebrachten ausmacht, wird das Ventil 9 allmählich geschlossen. Die
Zeit für diese erste Arbeitsperiode, nachdem der Apparat auf die notwendige Temperatur
und Druck gebracht worden ist, beträgt ungefähr 2 bis 3 Stunden oder mehr. Das Ventil
9 wird langsam geschlossen, damit die Anlage sich allmählich auf die veränderten
Bedingungen einstellen kann, z. B. innerhalb einer Stunde. Erst wenn es vollkommen
geschlossen ist, wird das nicht verdampfte Öl im Verdampfungskessel q. durch die
Leitung 16 so abgeleitet, daß ein gleichbleibender Flüssigkeitsspiegel in dem Kessel
erhalten bleibt. Obwohl man unmittelbar, nachdem das Ventil 9 vollkommen geschlossen
ist, ableiten kann, ist diese Ableitung auch später möglich, z. B. eine Stunde nachher
oder noch später, besonders wenn sich nur eine verhältnismäßig geringe Menge Öl
zur Zeit im Kessel befindet. Während der ersten Periode des Verfahrens, nach Erreichung
der erforderlichen Temperatur und Druck, besteht das durch die Heizröhren 2 zirkulierende
Ölgemisch aus Rücklauf und nicht verdampftem Rohöl aus dem Rückflußkühler io und
aus nicht verdampftem Öl, das vom Verdampfungskessel q. durch die Heizröhren zurückgeleitet
wurde. In der zweiten Periode des Verfahrens, in der das Ventil 9 geschlossen ist,
besteht das durch die Heizröhren 2 zirkulierende Ölgemisch nur aus Rücklauf und
nicht verdampftem Rohöl. Normalerweise übertrifft die Menge des während der. zweiten
Verfahrensperiode durch die Heizröhren laufenden Rücklaufs die des vorhandenen Rohöls
mehrfach. Die Dauer der zweiten Periode beträgt 2o bis Zoo Stunden oder noch mehr
und hängt sowohl von den behandelten Ölen als auch von dem Endprodukt ab. Gegen
Ende des Verfahrens wird die Feuerung abgestellt, dann wird das Ventil 9 allmählich
im Verlaufe einer halben bis ganzen Stunde geöffnet, während durch die Leitung 13
noch immer Rohöl eingebracht wird. Zur selben Zeit wird dieEinlaufgeschwindigkeit
des durch das Rohr 22 eingebrachten Rohöls für den Fall, daß mehr als I,I5 cbm pro
Stunde eintreten, entsprechend herabgesetzt. Wenn der Druck in der Anlage auf 4,2
kg pro qcm gesunken ist oder nach ungefähr zwei Stunden, wird die Einleitung von
Rohöl unterbrochen, die Pumpe 8 abgestellt, das Ventil ig geschlossen und der Apparat
durch das Rohr 2i entleert. Nach der üblichen Durchleitung von Dampf kann der Apparat
gereinigt werden, wobei das Ventil 9 vorteilhaft geschlossen bleibt.
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Die Zahlen für den Druck sind nur beispielsweise angegeben, denn der
Druck richtet sich
ganz nach den zu behandelnden Ölarten und dem
Endprodukt. Gewöhnlich ist jedoch die Anwendung höheren Druckes und daher auch höherer
Temperatur bei schwer spaltbaren Ölen von Vorteil; bei der Behandlung mancher Öle
kann der Druck 21 kg pro qcm oder noch mehr betragen, und dabei ist die Spalttemperatur
immer von dem angewandten Druck abhängig. Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung
und Eignung da, wo hoher Druck und daher auch hohe Temperatur bei der Behandlung
von verhältnismäßig schwer spaltbaren Ölsorten angewandt werden.
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Das einlaufende Rohöl kann z. B. auf eine Temperatur zwischen 82°
und 93° C vorgewärmt werden, doch darf die Temperatur des Rohöls, das bei einem
Rücklaufverfahren direkt mit Dämpfen in Berührung kommt, wie dies in der geschilderten
Vorrichtung bei einer Einführung durch das Rohr 13 der Fall ist, die für den erforderlichen
Druck notwendige Temperatur nicht überschreiten. Das aus der Verdampfungszone kommende,
nicht verdampfte Öl kann zwecks Spaltung einer weiteren Behandlung unterworfen werden,
indem man es entweder in derselben Vorrichtung oder nach einem anderen Verfahren
weiterbehandelt. Man kann z. B. Ölbestandteile des nicht verdampften Öles verdampfen,
indem man den Druck während des Ausströmens vermindert, solange die Temperatur noch
hoch ist, und den nicht verdampften Rückstand dann von den verdampften Ölbestandteilen
trennen.
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Die aus der Verdampfungszone oder bei einem darauffolgenden Rückflußverfahren
abgeschiedenen Dämpfe können zur Gewinnung eines Destillationsproduktes oder einesProduktes
mit der erforderlichen Siedetemperatur, bei der sich weiteres Destillieren erübrigt,
direkt fraktioniert destilliert werden.