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Verfahren- zur Druckwärmespaltung von Kohlenwasserstoffölen Das Verfahren
der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Erhitzung von Kohlenwasserstoffölen
beim Durchfluß durch eine in einem Ofen gelagerte Heizrohrschlange.
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Erfindungsgemäß wird das Öl zunächst durch einen in der heißesten
Zone des Ofens liegenden Teil der Schlange im Gleichstrom mit heißen Verbrennungsgasen
und dann durch einen in einer kühleren Zone des Ofens gelagerten Teil der Schlange
im Gegenstrom zu den aus der heißen Zone kommenden Verbrennungsgasen geleitet.
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Die Anwendung dieses Verfahrens ist besonders vorteilhaft bei Anwendung
sehr hoher Temperaturen im Ofen. Eine größere Wärmeabsorption kann dann in den Rohrsätzen
in der heißeren Zone stattfinden und eine schonende Beheizung der bereits auf erhöhte
Temperatur gebrachten Öle findet dann in dem in der kühleren Zone des Ofens gelagerten
Teil der Schlange statt.
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Es ist bekannt, Öl in Rohrschlangen lediglich im Gegenstrom zu den
Heizgasen auf Spalttemperatur zu erhitzen; dabei kommen die das heißere Öl führenden
Rohre mit den heißesten Heizgasen in Berührung, so daß sich örtliche Überhitzungen
kaum vermeiden lassen, selbst wenn die Temperaturdifferenz zwischen den Heizgasen
und dem heißen Öl auf ein Mindestmaß beschränkt wird.
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Ferner ist bekannt, Öl in Rohrschlangen durch gleichzeitige Anwendung
von Gleich-und Gegenstrombeheizung mit Heizgasen vorzuwärinen oder auf Spalttemperatur
zu er-Kitzen, wobei aber das (01 während seiner Erhitzung auf - Spalttemperatur
zuerst dem Einfluß eines teilweise gekühlten Heizgases und dann erst des heißeren
Gases ausgesetzt wird. Bei dieser Art der Beheizung kommt eine getrennte Auswirkung
der Vorteile der Gleichstrombeheizung und der Gegenstrombeheizung nicht zustande.
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Auch wurde ein verbessertes Heizverfahren vorgeschlagen, bei welchem
das Öl zuerst im Gegenstrom zu den heißesten Verbrennungsgasen und dann im Gegenstrom
zu den teilweise gekühlten Heizgasen in Rohrschlangen auf Destillationstemperatur
erhitzt wird. Bei der Anwendung dieses -bekannten Prinzips auf die Erhitzung von
Ölen auf Spalttemperatur wird das kältere Öl durch teilweise gekühlte Heizgase erhitzt,
während das Öl mit ansteigender Temperatur dem Einfluß heißerer Heizgase im ersten
Teil der Gegenstrombeheizung ausgesetzt wird. Hohe Temperaturen geben nun leicht
zu Koksbildung im Öl Anlaß, wenn zufällig örtliche Überhitzungen stattfinden; diese
Gefahr ist bei dem bekannten Heizverfahren um so größer, je höher bereits die Temperatur
des Öls oder je höher die Temperatur der Heizgase. Erfindungsgemäß wird diese Gefahr
auf ein Mindestmaß beschränkt oder gänzlich vermieden, dadurch, daß die von den
heißeren Heizgasen umspülten Rohre mit dem kälteren Öl beschickt werden und das
Öl dann im Gleichstrom mit den allmählich abkühlenden Gasen erhitzt wird. Dadurch
erreicht man,
daß das Öl mit ansteigender Temperatur nach einer
kühleren Zone fließt, -wo eine geringere Temperaturdifferenz zwischen dem Öl u cl.;
den Heizgasen- besteht. '' Da es nun bei der Gleichstromheizung rnt möglich ist,
eine Wärmeausnutzung der @ei@ gase in der Weise herbeizuführen, daß die niedrigste
oder Endtemperatur des Heizmediums unter die Temperatur des erhitzten Fluidums heruntergedrückt
wird, wendet man beim Verfahren der Erfindung nach genügender Milderung der Temperatur
der Heizgase eine Gegenstromerhitzung für das teilweise erhitzte Öl durch die teilweise
gekühlten Gase 'an. Während also die anfängliche Gleichstromheizung eine schnelle
Temperaturerhöhung des Öles ohne nenneswerte überhitzungsgefahr und gegebenenfalls
die Anwendung einer höheren Anfangstemperatur des Heizgases erlaubt,. als sie bei
Gegenstromheizung ohne örtliche Überhitzung möglich ist, wird der Wärmeinhalt der
teilweise gekühlten Heizgase durch die Gegenstromheizung in der zweiten Stufe des
Verfahrens weitgehend ausgenutzt. Auch wird infolge der durch die Gleichstromheizung
erzielbaren größeren Wärmeabsorption die Heizgastemperatur in der ersten Heizstufe
stärker gemildert, so daß in der Gegenstromheizung, die erfindungsgemäß der Gleichstromheizung
nachgeschaltet ist, eine besonders schonende Beheizung des bereits auf- erhöhte
Temperatur gebrachten Öls erfolgen kann, wobei in der Gegenstromheizzone ein verhältnismäßig
geringer Temperaturanstieg stattfindet.
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Aus obigem folgt, daß das Verfahren der Erfindung gegenüber den bekannten
Verfahren einschließlich dem obenerwähnten Verfahren der zweistufigen Gegenstromheizung
eine Kapazitätsvergrößerung der Anlage für eine gegebene Heizfläche und Vermehrung
der Spaltung pro Schlangendurchgang ohne Überhitzungsgefahr ermöglicht bzw. bei
Gleichhaltung der Kapazität und der Spaltung pro Schlangendurchgang können niedrigere
Ofentemperaturen angewandt werden, wodurch ebenfalls bedeutende Vorteile infolge
Schonung des Heizofens und der Heizrohre erzielt werden.
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Eine Anlage zur Ausführung des neuen Verfahrens ist in der Zeichnung
in Verbindung mit einem Spaltverfahren dargestellt, bei welchem das Öl in Rohren
auf Spalttemperatur erhitzt, dann in eine Spalt- oder Verdampfungskammer geführt
und dort in Dämpfe und unverdampfte Anteile geschieden wird, die Dämpfe dann dephlegmiert
und kondensiert werden und die unverdampften Produkte aus der Spalt- oder Verdampfungskammer
entfernt werden.
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-In der in der Zeichnung wiedergegebenen Anläge enthält der Ofen i
einen Satz. von Brennern :2 in einer Kammer 3,_ von welcher ,die Verbrennungsgase
durch die Züge 4 über X. in der Kammer 5 liegende Heizschlange 6 1-IthiItwegstreichen
und in den Zug 7 eintreten. Mit der obersten Reihe der Heizrohre 6 steht eine Leitung
8 in Verbindung, die einen Druckmesser und ein Pyrometer aufweist. Diese Übergangs-
oder Verbindungsleitung mündet durch das Knie 9 in die Reaktionskammer io. Die Ventile
ii und 12 sind in die Übergangsleitung eingesetzt, um die Strömung des erhitzten
Öles zu überwachen. Das Öl kann entweder von oben in die Kammer io eintreten, oder
es kann gleichzeitig von oben und unten eingelassen werden. Durch die Ventile ii
und 12 kann auch ein Druckunterschied zwischen dem Druck der Heizschlange und dem
der Spalt- oder Verdampfungskammer io hergestellt und aufrechterhalten werden.
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Die Reaktionskammer hat äußere Verschalungen 13, -die namentlich dann
zur Verwendung kommen, wenn nur in den Heizrohren erhitzt werden soll. Nach der
Zeichnung, ist bei 14, unter dem Boden der Kammer io, ein Brenner angeordnet, so
daß also das Öl in der Kammer io noch einmal erhitzt werden kann. Die Mannlöcher
15 und 16 erleichtern die Reinigung dieser Kammer. An der Seite und am Boden der
Kammer io sind die Ablaßrohre 17 mit den Ventilen 18 angeordnet. Das aus der Reaktionskammer
durch diese Rohre fließende Öl strömt durch Rohr i9 nach einer nicht dargestellten
Kühlschlange. Vom oberen Ende der Spalt- und Verdampfungskammer io geht ein Rohr
2o zu den Dephlegmatoren 24 und 44. Das Rohr 2o enthält Druck und Wärmemesser und
ein Ventil 2.2 und verzweigt sich in mehrere Rohre, die die Zuleitung der Dämpfe
aus der Kammer io in den unteren Teil oder in verschiedenen Höhen in die Dephlegmatoren
ermöglichen. Dann können die Dephlegmatoren 24 und 44 mittels in der Zeichnung därgestellten
Rohrverbindungen und Ventilen hintereinander oder nebeneinander oder einzeln benutzt
werden.
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Die Dephlegmatoren 24, 44 stehen durch die Rohre 29 und 58 mit dem
Kondensator 35 in Verbindung, und an den Rohren 29 bzw. 58 sind die Ventile 30,
32, 33 und 59 angebracht. Zur Hintereinanderschaltung der Dephlegmatoren dient das
Rohr 45 mit dem Ventil 46. Ein Gerüst 54, 55 dient zur Unterstützung, der Dephlegmatoren.
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Von dem ersten Dephlegmator 24 führt eine Rücklaufleitung 61 nach
unten; sie enthält bei 62 ein Ventil und bei 62a einen Wärmemesser. Von dieser Ableitung
61 geht ein Zweigrohr 63 mit Ventil 64 aus. Dieses
Zweigrohr ist
an eine nicht dargestellte Kühlschlange angeschlossen, so daß das in die Rücklaufleitung
61 eintretende Kondensat: (Dephlegmat) gekühlt werden kann. Ein kurzes Rohr und
ein T-Stück 66 stellen die Verbindung zwischen dem Ventil 62 und einer das
Ventil 68 enthaltenden Umgehungsleitung einerseits und der Pumpe 71 mit dem. Sperrventil
7o andererseits her. Vom Boden des zweiten Dephlegmators 44 führt eine Rücklaufleitung
77 zur Pumpe 86. Von der Leitung 77 zweigt ein Rohr 78 mit Ventil 79 ab. Die Leitung
77 enthält einen Druckmesser und ein Regelventil 81. Das Zweigrohr 78 führt zu einem
nicht dargestellten Kondensator. Eine von der Rücklaufleitung 77 ausgehende Umgehungsleitung
82 vereinigt sich mit der hinter dem Ventil 62 abgezweigten Umgehungsleitung
sowie mit dem von der Pumpe 71 ausgehenden Rohr 73 im Kreuzstück 76 und das von
der Pumpe 86 ausgehende Rohr 87' vereinigt sich mit dem von dem Kreuzstück 76 ausgehenden
Rohr in dem T-Stück 87. Alle diese Rohre und die daran gemäß der Zeichnung vorgesehenen
Ventile ermöglichen, das aus den Dephlegmatoren durch die Rücklaufleitung 61 und/oder
77 strömende Öl durch Benutzung der Pumpen 71, 86 und/oder der zugehörigen Umgehungsleitungen,
dem T-Stück 87 zuzuführen und von dort durch das Rohr 88, welches durch das Ventil
89 kontrolliert wird, in die Heizschlange 6 zu leiten. Die genannten Umgehungsleitungen
kommen dabei zur Anwendung, wenn durch die Hochstellung der Dephlegmatoren ein genügender
Druck zur Zurückführung der Öle aus den Dephlegmator en 24 und/oder 4.4. zur H_
eizschlange 6 erzielt wird.
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Das verflüssigte Kondensat und die nicht kondensierbaren Gase strömen
aus dem Kondensator 35 in den Sammelbehälter 37, der ein Sicherheitsventi138 und
einen Druckinesser 34 besitzt. Am oberen Ende des Saminelbehälters ist ein Rohr
39 mit dem Ventil 4o angesetzt, durch welches die im Sammelbehälter abgeschiedenen
Gase entfernt werden. Das im Behälter 37 aufgefangene Kondensat (das ist sogenanntes
Druckdestillat oder rohes Spaltbenzin) wird durch Rohr 41, Flüssigkeitsmesser 42
und Ventil 43 dem Verfahren entnommen. Ein Teil des beim Verfahren gebildeten rohen
Spaltbenzins kann aus dem Sammelbehälter 37 durch Rohr i i9, Pumpe 118, Rohre 1a4
und .1.25 in die Dephlegmatoren 24 und 44 oder in einen von ihnen oberhalb der Frischölzufuhr
eingespritzt werden.
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Eine Saugleitung 103 der Pumpe io2 ist an einen nicht dargestellten
Vorratsbehälter für Frischöl angeschlossen. In die Auslaß-Leitung 104 der Pumpe
rot ist ein Flüssigkeitsmesser 105 eingesetzt, und ein Abzweigrohr macht es möglich,
das ganze Frischöl durch Ventil io6 und Rohr io7 zu den Heizrohren 6 zu befördern
oder aber einen Teil Frischöls durch Rohr iog und Ventil io8 in die beiden Dephlegmatoren
24, 44 oder in einen derselben in gewünschter Höhe einzuschicken. Es kann auch das
ganze Frischöl durch Rohr iog in die Dephlegmatoren eingeschickt werden.
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Bei gewissen Ölen ist es wünschenswert, das Rücklaufkondensat aus
dem ganzen System zu entfernen, und das geschieht durch das Rohr 63 und Ventil 64
oder Rohr 78 und Ventil 79. Dann wird natürlich das Ventil 62 bzw. 81 geschlossen.
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Wenn das aus den Dephlegmatoren strömende Öl durch T-Stück 87 und
Rohr 88 der Heizschlange 6 wieder zugeführt werden soll, wird es nach seiner dMischung
oder ungemischt entweder unter seinem eigenen Gewicht oder durch den Druck der Pumpen
in das Zweigrohr 9o eintreten, .welches durch das Ventil 9i beherrscht wird und
welches in die obersten Rohre der Heizschlange 6 mündet. Dabei fließt dieses Öl
dann in diesen obersten Rohren in der gleichen Richtung wie die Verbrennungsgase,
die die Rohre umspülen, d. h. von oben nach unten. Nach Durchwanderung dieser Heizrohre
tritt das Öl in das Rohr 92 ein, das mit den untersten Heizrohren der Schlange 6
verbunden ist. Von hier fließt dann das Öl durch den Rest der Heizschlange nach
oben und durch das Rohr 95 und Ventil 96 und durch Rohr 8 in die Kammer i o. Das
Ventil 98 ist also dann, geschlossen. Bei der Zuführung von Frischöl durch die Rohre
107 und 99 bleiben natürlich auch die Ventile ioo und ioi geschlossen, so
daß das Öl aus dem Rohr 99 durch das '-Stück 89' und Rohr 9o in die obersten Rohre
der Heizschlange 6 eintritt.
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Bei der Durchführung des neuenVerfahrens wird die Heizschlange 6 unter
Druck gehalten. Dabei kann die gesamte Anlage mittels Ventil 40 in der vom Sammelbehälter
37 ausgehenden Gasleitung 39 unter gleichem Druck gehalten werden, oder es kann
in den verschiedenen Teilen der Anlage vermittels der vorgesehenen Ventile verschiedener
Druck aufrechterhalten werden. Beispielsweise kann in der Heizschlange 6 ein höherer
Druck als in der Reaktions- und Verdampfungskammer io aufrechterhalten werden. Ferner
kann ein Druckunterschied zwischen der Kammer io und dem Dephlegmator 24 und/ oder
Dephlegmator 44 sowie auch zwischen den Dephlegmatoren und dem Kondensator
35 durch Einstellung der vorgesehenen Ventile herbeigeführt und mittels der verschiedenen
Druckmesser
in den Rohren 8, 2o, 29, an den Dephlegmatoren 24, 44 und an dem Sammelbehälter
37 überwacht werden.
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Bei der Durchführung des Verfahrens wird beispielsweise das Frischöl
aus einem nicht dargestellten Behälter mittels der Pumpe rot teilweise direkt durch
Rohre 107, 99 und 9o dem obersten Teil der Heizschlange 6 zugeführt, während ein
anderer Teil des Frischöls durch Rohr zog in die Dephlegmatoren24, 44 geschickt
wird. Das in den Dephlegmatoren aus den Dämpfen niedergeschlagene Dephlegmat mit
dem bei der Dephlegmation unverdampft gebliebenen Frischöl geht durch die Rohre
61 und 77 und die Pumpen 71 und 86, ferner durch die Rohre 73, 87', T-Stück 87 und
Rohr 88 in das Rohr go, in dem das aus dem Dephlegmator strömende Öl sich mit dem
aus Rohr 99 kommenden Frischöl vermischt, um dann ebenfalls in den obersten Teil
der Heizschlange 6 zuströmen. Das Gesamtgemisch des Öls fließt dann durch diese
oberen im heißesten Teil des Ofens gelagerten Rohre abwärts im Gleichstrom mit heißen
Verbrennungsgasen, die aus dem Verbrennungsraum 3 kommen, verläßt dann diese Zone
durch das Rohr 92 und tritt von dort in den untersten in dem kühleren Teil des Ofens
gelagerten Teil der Heizschlange 6 ein, fließt von dort im Gegenstrom zu den aus
der heißen Zone kommenden Verbrennungsgasen aufwärts und tritt durch Rohr 95 aus
der Heizschlange aus und durch Rohr 8 in die Verdampfungskammer zo ein. In der Verdampfungskammer
werden dampfförmige Spaltprodukte von den unverdampft bleibenden Anteilen getrennt.
Die nichtverdampften Anteile werden aus dem Verfahren entfernt, und die Spaltdämpfe
werden durch Rohr 2o, den Dephlegmatoren 24 und 44 zugeführt, um dort dephlegmiert
zu werden. Die bei der Dephlegmation nicht kondensierten Dämpfe strömen durch die
Rohre 29 und 58 in den Kondensator 35, und das Kondensat und die nicht kondensierbaren
Gase fließen aus dem Kondensator in den Sammelbehälter, um dort voneinander getrennt
zu werden. Beispielsweise kann bei dieser Arbeitsweise in der Reaktionskammer ein
Druck von 25 kg/cm= aufrechterhalten werden, und durch Einstellung des Ventils 22
bzw. des Ventils 4o der Rest der Anlage unter einem Druck von ungefähr r7 kg/cm=
stehen.