DE847945C - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von brennbarem Gas aus Kohlenwasserstoffoel - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 28. AUGUST 1952

aus Kohlenwasserstofföl

Versuche, öl in brennbares (ras umzusetzen, wurden schon mehrfach unternommen, jedoch ohne wirtschaftlichen Erfolg, was einleuchtet, wenn man einige der Forderungen berücksichtigt, die an die Erzeugung von Gas aus öl gestellt werden müssen. Das Gas, möge es zur ausschließlichen Versorgung oder zum Ausgleich von Spitzen in der Versorgung dienen, muß von gleichförmiger Qualität sein und besondere Verbrennungseigenschaften besitzen. Der Prozeß zur Erzeugung von Gas aus öl unterliegt der Forderung nach einer gewissen Elastizität; d. h. die Erzeugung muß rasch und kontinuierlich stattfinden, und es muß umgekehrt auf einfache und schnelle Weise die Stilllegung des Betriebes möglich sein. Die zum Kracken des Öles verwendeten Apparaturen müssen die Verarbeitung von wenig kostspieligen Fraktionen von Petroleumölen ermöglichen wie auch die Verarbeitung von Leichtgasölen oder schweren Rückständen; sie müssen die Änderung der Eigenschaften des Gasproduktes in gewissen Grenzen gestatten, desgleichen eine Änderung der Produktionsmenge, ohne daß eine Störung des Betriebes eintritt. Da der Preis für die Möglichkeit des Absatzes von brennbarem Gas in Konkurrenz mit anderen Brennstoffen ein ausschlaggebender Faktor ist, sind alle Momente, welche die Kosten der Gaserzeugung bestimmen, wie Investie-

rung, Vorratshaltung, Betriebskosten, Unterhalt und Ausbeute, von größter Wichtigkeit. Im Hinblick auf die hohe Verbrauchsmenge an Gas ergeben schon geringfügig erscheinende Preisunterschiede pro Mengeneinheit infolge der aus dem Gesamtverbrauch resultierenden Vervielfachung auf Millionen von Kubikmetern wesentliche Geldbeträge. Eine weitere Forderung, die an eine Einrichtung zum Kracken von öl gestellt werden muß, ist, daß sie nicht nur einfach und ίο von hohem Wirkungsgrad im Betrieb, sondern auch gedrungen in der Anlage sein muß.

Die Qualität des Heizgases wird naturgemäß durch die Forderungen der, Verbraucher bestimmt. Die größere Zahl der Verbraucher brennt das Gas in sog. Luftgasbrennern, die festgelegt sind in dem Sinne, daß sie Öffnungen bestimmter Größe und bis zu einem gewissen Grad geöffnete, nicht regelbare Luftklappen besitzen, woraus sich für die Gaserzeugung die Notwendigkeit der Gewährleistung einer gleichförmigen Gasqualität ergibt. Andere wichtige Gesichtspunkte bei Betrieb von Luftgasbrennern sind die Eigenschaften des Gases, im besonderen dessen Heizwert und Dichte. Anzustreben ist ein Gas mit einem Heizwert von über 7120 kcal/Nm³, im allgemeinen über $455 kcal/Nm³, und einer Dichte zwischen 0,6 und 0,8, vorzugsweise 0,68 (Luft = 1). Die Dichte des Gases hängt in hohem Maße ab von seinem Gehalt an Wasserstoff und Leuchtstoffen, d. h. an Kohlenwasserstoffen von hohem Molekulargewicht. Gase, die eine zu große Menge an Wasserstoff haben, neigen zum Zurückschlagen, und Gase, die einen zu kleinen Prozentsatz an Leuchtstoffen aufweisen, ergeben eine langgezogene Flamme. Bisher war es mit keiner der bekannten Einrichtungen zum Kracken von öl möglich, ein Gas, das diese Bedingungen erfüllt und kommerziell verwertbar ist, zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, Kohlenwasserstofföl in ein Gas von gewünschten Verbrennungseigenschaften und größerer Gleichförmigkeit, als dies bisher möglich war, umzusetzen.

Insbesondere wird mit der Erfindung angestrebt, aus minderwertigen Petroleumölen als Ausgangsrohstoff unter Ausscheidung von kohlenstoffhaltigen Rückständen oder freiem Kohlenstoff Gas von verbesserten Heizeigenschaften zu gewinnen und gleichzeitig das Verfahren und die zu seiner Durchführung notwendige Einrichtung so auszubilden, daß sie wirtschaftlich und elastisch arbeiten.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß Dampf in einer ersten, erhitztes feuerfestes Material enthaltenden Zone oder Kammer vorgewärmt wird und von hier aufwärts in eine leere Reaktionskammer strömt, welche auf einer das Kohlenwasserstofföl verdampfenden und teilweise krackenden Temperatur gehalten wird, und in welche im Gegenstrom zu dem Dampf das Kohlenwasserstofföl nach unten gestäubt oder gesprüht wird; das in dieser zweiten Kammer im wesentlichen völlig verdampfte und teilweise gekrackte öl strömt als gasförmiges Reaktionsgemisch nach unten in eine weitere Reaktionskammer, welche auf einer das Kracken des Gemisches vervollständigenden Temperatur gehalten wird. Aus dieser Kammer gelangt das Gemisch nach unten in eine vierte Kammer, welche feuerfestes, wärmespeicherndes Material von einer das Fixieren des gasförmigen Reaktionsgemisches bewirkenden Temperatur enthält. Zweckmäßig wird in die erste Reaktionskammer Kohlenwasserstoffgas mit eingeführt, und zwar vorzugsweise ein Teil des erzeugten Gases.

Das Aufheizen der Kammern oder Zonen vor der eigentlichen Gaserzeugungsperiode geschieht in der Weise, daß Luft die mindestens teilweise mit erhitztem feuerfestem, gasdurchlässigem Material gefüllte erste Kammer durchströmt, vorgewärmt in die zweite Kammer und dort in direkte Berührung mit einem Brennstoff gelangt, welcher in Gegenwart dieser Luft unter Erhitzung der Wandungen der zweiten Kammer verbrennt, worauf die entstehenden Verbrennungsgase von oben nach unten die dritte Kammer unter Übertragung von Wärme an deren Wandungen und schließ- ! lieh die vierte Kammer unter Wärmeabgabc an deren Füllung aus feuerfestem, gasdurchlässigem Material durchströmen "und aus dieser vierten Kammer entweichen.

Das Gemisch aus Dampf und Kohlenwasserstoffgas wird von unten nach oben durch die zweite Kammer ! mit einer Geschwindigkeit geleitet, die groß genug ist, den Austritt von kohlenstoffhaltigem Material aus dieser Kammer nach unten zu verhindern. Das aus der zweiten Kammer oben abströmende Gas ist frei von festen und flüssigen Kohlenstoffen und durchströmt, wie schon erwähnt, die dritte und vierte Kammer oder Zone. Ein Teil des aus der zweiten Kammer abströmenden Gases wird an den Eingang der zweiten Kammer zur Vermengung mit dem in diese eintretenden Dampf zurückgeleitet. Die Strömungsrichtungen des Luftstromes wie des Stromes aus dem Gemisch von Dampf und Kohlenwasserstoffgas werden von Zeit zu Zeit umgekehrt; zwischen den Arbeitszyklen werden die Kammern durch Beschickung mit Dampf von Verbrennungsgasen und zurückbleibenden Bestandteilen an brennbarem Gas gereinigt. Es ist vorteilhaft, in die zweite Kammer, zusammen mit der vorerhitzten Primärluft Sekundärluft einzulassen, derart, daß mit den Verbrennungsgasen Überschußluft in die dritte Kammer gelangt und kohlenstoffhaltige Ablagerungen in dieser Kammer zur Verbrennung bringt.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß sich jeder Arbeitszyklus aus folgenden, zeitlich ancinanderschließenden Perioden zusammensetzt: a) einer Aufheizperiode, während welcher über ein vorgewärmtes Steigrohr Luft die Kammern durchströmt, in der zweiten Kammer die Verbrennung des zugeführten Brennstoffes stattfindet und die Verbrennungsgase über die dritte Kammer, die vierte Kammer und ein zweites Steigrohr in die Atmosphäre entweichen; b) einer Spülperiode, während welcher durch über das erste Steigrohr eingelassenen und über das zweite Steigrohr in die Atmosphäre entweichenden Dampf die in dem System enthaltenen Verbrennungsgase ausgetrieben werden; c) einer Gaserzeugungsperiode, während welcher über das erste Steigrohr Dampf zugeführt wird, dieser im Gemenge mit Kohlenwasserstoffgas über die erste

Kammer in die /.weite gelangt und dort mit dem im Gegenstrom injizierten Kohlenwasserstofföl zusammentrifft, so daß das hierbei erzeugte Kohlenwasserstoftgas über die dritte und vierte Kammer, nach Fixierung in letzterer, durch das zweite Steigrohr abzieht ; d) einer zweiten Spülperiode, während welcher durch über das erste Steigrohr eingelassenen und über das zweite Steigrohr in die Atmosphäre entweichender: Dampf in dem System enthaltene Gasbestandteile ausgetrieben werden; e) einer Aufheizperiode mit Strömungsrichtung entgegengesetzt jener der Periode a; f) einer Spülperiode mit Strömungsrichtung entgegengesetzt jener der Periode b; g) einer Gaserzeugungsperiode mit Strömuiigsrichtung entgegengesetzt jener der Periode c; h) einer Spülperiode mit Strömungsrichtung entgegengesetzt jener der Periode d.

Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht sinngemäß darin, daß zwei übereinander angeordnete Kammern, von denen die erste mindestens teilweise mit feuerfestem, Gasdurchgangslücken einschließendem Material gefüllt, die zweite feuerfest ausgekleidet ist, durch eine verengte Gasdurchgangsöftnung im Deckel der unteren bzw. Boden der oberen Kammer miteinander in Verbindung stehen und über einen von der Oberseite der oberen, zweiten Kammer abgehenden Querkanal an die obere Kammer eines zweiten Paares in gleicher Weise ausgebildeter und miteinander verbundener Kammern angeschlossen sind; bodenseitig mündet in die erste und in die vierte Kammer je ein Steigrohr, das in der Höhe über das Kammeraggregat hinausragt ; ferner sind Zuleitungen für Primärluft und Kohlenwasserstoffgas zur ersten und vierten Kammer sowie Zuleitungen für Sekundärluft und für Brcnnstoff zur zweiten und dritten Kammer und Düsen zum Einspritzen des Kohlenwasserstofföles in den Deckeln der beiden letzterwähnten Kammern vorgesehen. Die an ihren oberen Enden verschließbaren Steigrohre sind mit Anschlüssen für die Zuleitungen von Dampf und von Primärluft versehen. Die erste und vierte Kammer sind bodenseitig wechselweise durch Leitungen zur Rückführung von Kohlenwasserstoffgas aus der vierten Kammer in die erste und umgekehrt verbunden. Von den oberen Enden der beiden Steigrohre gehen unterhalb ihrer Abschlußorgane Leitungen ab, die an einem Dreiwegventil zur Umkehr der Strömungsrichtung und zürn Abzug des fertigen Kohlenwasserstoff gases zusammenlaufen.

Ohne Festlegung auf eine bestimmte Theorie sei nachstehend eine Erklärung gegeben, an Hand deren das erfindungsgemäße Verfahren und seine vorteilhafte Wirkungsweise gegenüber dem bisherigen Stand der Technik besser verständlich erscheinen.

Die Bildung von Kohlenstoff und kohlenstoffhaltigen Teilen ist eine unvermeidbare Nebenerscheinung, die zurückzuführen ist auf die pyrolytische Umsetzung de^r Kohlenwasserstoffe, im besonderen der Rückstandöle, zu Gas. Diese kohlenstoffhaltigen Ablagerungen sind von schädlicher Auswirkung auf die Verkrackung von Öl zu Gas, und zwar in verschiedener Richtung. Diese Ablagerungen verursachen eine Minderung des Ertrages an brennbarem Gas, ein Verstopfen der Apparatur, eine Minderung des Wirkungsgrades und einen rapiden Verschleiß der Geräte. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Hauptmasse des kohlenstoffhaltigen Materials, das bei der Umsetzung des Öles in Gas entsteht, in einer leeren Kammer festgehalten; es gelangen nur Öldämpfe und Gase, die im wesentlichen frei von kohlenstoffhaltigen Bestandteilen und flüssigem öl sind, in die mit Ziegelwürfeln od. dgl. gefüllte Kammer, um dort dem Fixierungsprozeß unterworfen zu werden. Dieses Absondern der kohlenstoffhaltigen Bestandteile wird dadurch erreicht, daß die erwähnte leere Kammer auf eine Spitzentemperatur für den Krackprozeß vorerhitzt wird und daß hierauf das Kohlenwasserstofföl in diese erhitzte leere Kammer injiziert wird im Gegenstrom zu dem Strom eines Gemisches aus Dampf und Kohlenwasserstoffträgergas, dessen Geschwindigkeit groß genug ist, um das Einströmen von Öl und kohlenstoffhaltigen Teilen in die erste Kammer zu verhindern. Durch das Zusammenwirken des nach aufwärts gerichteten Stromes aus Dampf und Kohlenwasserstoffgas einerseits und der Kracktemperatur in der leeren Kammer andererseits werden die Verdampfung und Krackung des flüssigen Öles bewerkstelligt unter gleichzeitiger Erzeugung von Kohlenstoff und kohlenstoffhaltigem Material, das sich jedoch an den Wandungen der Kammer ablagert, so daß die Dämpfe und das Gas. im wesentlichen frei von festen, kohlenstoff- qo haltigen '!"eilen und flüssigem öl, zur weiteren Umsetzung, d. Ii. Fixierung, in eine getrennte Zone abströmen können. Die Zurückhaltung der überwiegenden Menge von kohlenstoffhaltigem Material an den Wandungen einer leeren Kammer ist insofern be- *95 sonders vorteilhaft, als die Durchströmung der Apparatur nicht wesentlich behindert wird, woraus sich die Möglichkeit der Erhaltung einer hohen Leistung, wie auch eine Verringerung der Stillegungen der Anlage zum Zwecke der Reinigung ergeben. Dadurch, daß Ablagerungen von kohlenstoffhaltigem Material in den mit Ziegel würfeln, Ziegelbruch od. dgl. gefüllten Fixierungskammern nicht mehr stattfinden, wird der bei bisher bekannten Verfahren stets eintretende rapide Verschleiß dieser Füllungen vermieden. Dieser Verschleiß, der ein häufiges Auswechseln der Füllungen notwendig machte, ist vermutlich zurückzuführen auf Wärmestöße, die ausgelöst werden durch direkte Einwirkung von Kohlenstoff auf die Füllung bzw. das Verbrennen des Kohlenstoffes an dem Ziegelwerk, wodurch örtlich starke Überhitzung eintritt.

Die Beigabe von Kohlenwasserstoffträgergas zu dem Dampf während der eigentlichen Gaserzeugungsperiode zeitigt eine Reihe von Vorteilen.

Dieses Gas ergänzt den Dampf als Treibmittel zum Befördern der Öldämpfe durch die Apparatur. Es trägt bei zur Verhinderung des Herabfallens von öl oder kohlenstoffhaltigen Bestandteilen durch den Boden der leeren Kammern. Es erleichtert die Verdampfung des Öles und die bessere Verteilung der der Verkrackung unterzogenen Öldämpfe; es gestattet die Verwendung einer geringeren Menge an Dampf während der Gaserzeugungsperiode; dieses wirkt sich im Sinne einer Erniedrigung der Kosten sowie einer Intensivierung der Krackbedingungen unter gleichzeitiger Erhöhung der Kapazität aus. Der Ersatz eines Teiles

des Dampfes durch Kohlenwasserstoff trägergas während der Gaserzeugungsperiode hat ferner die Wirkung der Erhaltung einer hohen Temperatur in der Krackzone, weil der Wärmebedarf für Dampf, einschließlich der inneren Wärme der Reaktion, unter den beschriebenen Bedingungen wesentlich höher ist als der Wärmebedarf von Kohlenwasserstoffträgergas, aus welchem Grunde der Dampf eine größere Wärmemenge aus der Apparatur abzieht, und somit deren Temperatur in ίο stärkerem Maße absenkt, als eine äquivalente Menge von Kohlenwasserstoffgas. Da das Kracken eine Funktion der Temperatur ist, schreitet die pyrolytischc Umwandlung des Öles in Gas bei Verwendung von Kohlenwasserstoffgas an Stelle von Dampf als treibendes Medium rascher voran. Es ist jedoch empfehlenswert, zum Zweck der Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Ablagerungen in Blauwassergas eine gewisse Menge Dampf zu verwenden. Benutzt man als Kohlenwasserstoffträgergas einen zu diesem Zweck zurückgeleiteten Teil des erzeugten Kohlenwasserstoffgases, so ergibt sich der weitere Vorteil der Verringerung der Kohlenwasserstoffgase höheren Molekulargewichtes sowie der Verringerung des Anteiles an Leuchtstoffen in dem Endgas und des spezifischen Gewichtes. Eine der Schwierigkeiten, denen man bei den bekannten Verfahren begegnete, ist der Temperaturwechsel in der Krackzone, insbesondere in der mit Ziegelwerk gefüllten Kammer; es entsteht ein stärkerer Temperaturanstieg, der zur Bildung von örtliehen Überhitzungen führt. Die Folge davon ist, daß-Teile des Öles überkrackt werden und übermäßig viel Kohlenstoff ablagern, während andere Teile des Öles unterkrackt bleiben, was gleichbedeutend ist mit unvollkommener Ausnutzung des Öles. Es wurde gefunden, daß sich günstigere Temperaturbedingungen in der Krackzone ergeben, wenn die leere Reaktionszone auf eine Spitzentemperatur für die Gaserzeugung , aufgeheizt wird und wenn man anschließend die Verbrennungsgase abwärts durch eine weitere leere Zone j oder Kammer in eine mit feuerfestem, gasdurchlässigem Material gefüllte Kammer strömen läßt. Der Abwärtsstrom der Gase durch die leere Reaktionszone und die mit feuerfestem Stoff ausgefüllte Fixierkammer ergibt einen verhältnismäßig gleichförmigen Verlauf des dem Wege der Verbrennungsgase folgenden Temperaturabfalles und eine gleichmäßigere Verteilung der Temperatur in der mit Ziegelwerk gefüllten Kammer. Die Einführung von Kohlenwasserstoffträgergas während der Gaserzeugungsperiode hat zusätzlich den Vorteil einer besseren Verteilung des Öles, so daß es in geringerem Maße überkrackt oder unterkrackt wird. ! Das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit I der zu seiner Durchführung vorgeschlagenen Einrichtung erzielt eine wirksamere Ausnutzung der Anlage insofern, als deren größerer Teil an dem Krackprozeß bzw. an der Umsetzung von öl in Gas teilnimmt, während der verbleibende Teil der Anlage dazu j dient, durch Vorerhitzung des Dampfes und der in das System eintretenden Luft Wärme zu erhalten. Hervorzuheben ist, daß diese günstigen Krackbedingungen ohne Rücksicht auf die Strömungsrichtung der Medien in dem System gegeben sind.

Die Einführung von Kohlenwasserstoffträgergas während der Gaserzeugungsperiode gibt ein einfaches Mittel an die Hand, den Prozeß elastisch zu gestalten, dadurch, daß die Menge des Kohlenwasserstoffgases variiert wird.

Die Figur erläutert das erfindungsgemäße Verfahren und zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zu seiner Durchführung.

Gemäß der Zeichnung zerfällt die Anlage in zwei Aggregate, die mit Nr. 1 und Nr. 2 bezeichnet sind. Die beiden Aggregate sind oberseitig durch einen Querkanal verbunden sowie durch Leitungen, deren Zweck später erläutert wird. Der Kessel 1 des Aggregates Nr. ι besteht aus einem Metallmantel 2, der mit Ziegeln od. dgl. feuerfestem Werkstoff 3 ausgekleidet ist. Die feuerfeste Auskleidung absorbiert Wärme und schützt den umgebenden Metallmantel 2 vor direkter Berührung mit heißen Gasen. Zusätzlich kann eine Isolation 10 zwischen dem Metallmantel 2 und der feuerfesten Auskleidung 3 vorgesehen sein. Der Kessel 1 schließt eine leere obere Reaktionskammer 4 und eine untere Vorheiz- oder Fixierkammer 5 ein; letztere ist mit feuerfestem Material 6 zur Erhaltung und x\ufspeicherung von Wärme gefüllt. Dieses Material besteht beispielsweise aus Ziegelwürfeln oder Ziegelbrocken mit Zwischenräumen für den Durchgang der Gase. Die Reaktionskammer 4 und die Fixierkammer 5 sind durch eine ringförmig eingeschnürte Öffnung 7 \-erbunden, der die Aufgabe obliegt, die Gase zu mischen und dem in die Kammer 4 eintretenden Gas eine hohe Geschwindigkeit zu verleihen. Ein feuerfest ausgekleideter Kanal S verbindet bodenseitig den Kessel 1 mit dem unteren Ende eines feuerfest ausgekleideten Steigrohres 9, das für den Abzug der Aufheizgase in der Höhe über das Aggregat hinausragt und einen Zug erzeugt, wenn das Aggregat stillgesetzt ist. An seinem oberen Ende trägt das Steigrohr <) eine Verschlußklappe 11; darüber befindet sich ein Abzugschacht 12. Das erzeugte Gas strömt aus dem Steigrohr 9 in eine Leitung 15, die an einem Dreiwegventil 14 mündet. Eine Leitung 15, ii> dient zur Einführung von Primärluft, die beispielsweise durch ein nicht gezeichnetes Gebläse geliefert wird; die Primärluft gelangt über ein Ventil 17 und die Leitung 13 in das Steigrohr q. Man kann die Primärluft auch direkt in das Steigrohr 9 einführen. Eine Zuleitung 18 dient der Einführung von Dampf über ein Ventil iq in das Steigrohr 9. Kohlenwasserstoffgas wird von außen her über eine Leitung 65, ein Ventil 20 und einen Anschlußstutzen 21, zweckmäßig am unteren Ende des Steigrohres 9, diesem zugeführt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform verwendet man als Kohlenwasserstoffträgergas einen Teil des in der Anlage erzeugten Kohlenwasserstoffgases, der bodenseitig in die Kammer 5 zurückgeleitet wird, und zwar über eine Leitung 66, ein Ventil 67 und ein Gebläse über das Ventil 20 in den Stutzen 21. Das in Gas umzusetzende Kohlenwasserstofföl wird durch Leitungen 22, 23 über ein Ventil 24 einer Düse 25 zugeführt, die das öl im Gegenstrom zu dem in der Reaktionskammer 4 nach oben strömenden Gas einsprüht. Leitungen 26, 27 und ein Ventil 28 dienen der Zuleitung von Brennstoff (öl) in die Reaktionskammer 4

über eine Düse 29. Mittels eines Gebläses wird über Leitungen ji, 52 und ein Ventil 33 Sekundärluft in die Reaktionskammer 4 eingeblasen. Die Gase treten am Deckel des Kessels 1 in einen feuerfest ausgekleideten Querkanal 34 bzw. treten aus diesem Kanal in den Kessel.

Die Einführung eines Trägergases ist, wenn auch von besonderem Vorteil im Betrieb, so doch nicht unerläßlich. Vielmehr kann während der Gaserzeugungsperiode Dampf allein als treibendes Medium Verwendung finden; in manchen Fällen kann man die Einführung von Trägergas (Kohlenwasserstoff) während bestimmter Gaserzeugungsperioden oder während eines Teiles der Gaserzeugungsperiode unterlassen. So ist beispielsweise während des ersten Teiles einer Gaserzeugungsperiode die Menge an schon erzeugtem Gas so klein, daß es Schwierigkeiten macht, erzeugtes Gas zur Kammer 5 zurückzuleiten. Man wird in diesem Fall mit der Rückführung von erzeugtem Gas einige Zeit warten, beispielsweise 30 Sekunden. Auch kann es in manchen Fällen wünschenswert sein, die durch die Rückführung normalerweise eintretende Verringerung von erzeugtem Gas zu begrenzen, in welchem Falle entweder kein erzeugtes Gas im Rückstrom zurückgeführt wird, oder die Rückführung nur während eines Teiles der Gaserzeugungsperiode stattfindet.

Das Aggregat Nr. 2 ist in gleicher Weise ausgeführt wie das Aggregat Nr. 1. Es besteht aus dem Kessel 35, dem Metallmantel 36, der feuerfesten Auskleidung 37, der Reaktionskammer 38, der Fixierkammer 39 mit Füllung 41 aus Ziegelwerk od. dgl., der Verbindungsöffnung 42, dem Steigrohr 43, dem Verbindungskanal 44, der Abschlußklappe 45, dem Abzugsschacht 46, dem Dampfeinlaß 47 mit Ventil 48, dem Einlaß 4Q für Kohlenwasserstoffgas nebst Ventil 50 und Anschlußleitung 69 an eine außerhalb liegende Kohlenwasserstoffgasquelle, einer Rückleitung 71 nebst Ventil 72 und Gebläse 73, einer Zuleitung 52 für Primärluft mit Ventil 53, einer Zuleitung 54 für Sekundärluft mit Ventil 55, einer Leitung 56 für die Zuführung des Kohlenwasserstofföles nebst Ventil 57 und Sprühdüse 58 und einer Leitung 59 für die Zuführung von Brennstoff nebst Ventil 61 und Düse 62.

Ein vollständiger Arbeitszyklus im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens teilt sich in vier Hauptperioden, nämlich eine Aufheizperiode, eine Gaserzeugungsperiode, eine zweite Aufheizperiode mit entgegengesetzter Strömungsrichtung und eine zweite Gaserzeugungsperiode, ebenfalls mit entgegengesetzter Strömungsrichtung. Zwischen diesen beiden Hauptperioden liegen Spülperioden.

Zur Vorbereitung der Aufheizperiode wird die Klappe 1 geschlossen, Klappe 45 geöffnet. Das Dreiwegventil 14 wird auf das Aggregat Nr. 1 umgestellt.

Sodann wird Primärluft über die Leitungen 15, 16, Ventil 17 und Leitung 13 in den oberen Teil des Steigrohres 9 eingelassen; die Primärluft strömt nach unten und gelangt über den Kanal 8 unter teilweiser Vorwärmung an der feuerfesten Auskleidung desselben an die Bodenseite der Kammer 5. Die teilweise vorgewärmte Luft strömt durch die Füllung 6 aus Ziegelwürfeln, Ziegelbrocken od. dgl. feuerfestem Material in der Kammer 5 nach oben und wird durch Berührung mit diesem feuerfesten erhitzten Material auf höhere Temperatur gebracht, wobei sie kleine Mengen von abgelagertem Kohlenstoff verbrennt. Die nunmehr hoch vorgehitzte Luft gelangt durch öffnung 7 in die leere Kammer 4, in welche aus den Leitungen 31, 32 und über Ventil ^j, Sekundärluft eintritt. Gleichzeitig wird durch die Leitungen 26, 27 und Ventil 28 über die Düse 29 Heizöl in diese Luftatmosphäre gepumpt, wobei sich das öl entzündet und Hitze erzeugt, die an die Wandungen der Kammer 4 abgegeben wird. Die zugeführte Luftmenge ist zweckmäßig größer als der Luftbedarf für die Verbrennung des Heizöles, so daß ein Luftüberschuß zur Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Teilchen, die sich während einer vorhergehenden Gaserzeugungsperiode an den Wandungen der Kammer 4 abgesetzt hatten, zur Verfügung steht. Die Verbrennungsgase, zusammen mit hoch erhitzter Sekundärluft, gelangen über den Querkanal 34 von oben her in die leere Kammer 38, erhitzen deren Wandungen und verbrennen darin enthaltenen Kohlenstoff. Auf diese Weise werden kohlenstoffhaltige Rückstände, die nicht in Blauwasser umgesetzt sind, während der Gaserzeugungsperiode zur Erhitzung der Reaktionskammern ausgenutzt, was eine Einsparung an Heizöl bedeutet und in manchen Fällen die Verwendung von Heizöl überhaupt überflüssig macht. Die resultierenden Verbrennungsgase gelangen durch die go öffnung 42 nach unten in die Fixierkammer 39, erhitzen die aus Ziegelwerk 41 od. dgl. bestehende Füllung und entweichen über das Steigrohr 43. Ergebnis der Aufheizung ist, daß die feuerfesten Auskleidungen in den Reaktionskammern 4 und 38 und in der Fixierkammer 39 eine für die Gaserzeugung geeignete Temperatur, vorzugsweise zwischen 833 und 1222⁰ C, annehmen mit einem gleichförmigen, dem Strömungsweg der Verbrennungsgase folgenden Temperaturabfall und einer gleichmäßigeren Verteilung über die feuerfeste Füllung 41. Die gleichmäßigeren Temperaturbedingungen sind vermutlich auf den besonderen Aufwärts- und Abwärtsgang der heißen Verbrennungsgase in den Kammern zurückzuführen. Ein anderer wichtiger Faktor bei dem Verfahren der Aufheizung ist die Erhaltung der höchsten Temperaturen in den leeren Kammern zu dem Zweck, ein vollständiges Verdampfen des Öles und ein Ablagern von Kohlenstoff an den Wandungen dieser Kammern herbeizuführen, vor die gasförmigen Bestandteile in die Fixierkammer ge- no langen. Dadurch wird ein Verstopfen der Ziegelwerkod. dgl. Füllung vermieden. Es wurde auch festgestellt, daß bei Aufrechterhaltung der höchsten Temperaturen in den Kammern 4 und 38 und niedrigeren, gleichförmigeren Temperaturen in den Ziegelwerkod. dgl. Füllungen 6 und 41 die Gefahr einer Splitterung dieses Füllmaterials, die sonst durch große Hitze, große Temperaturdifferenzen und durch bei der Verbrennung von Kohlenstoffablagerungen entstehende Flammtemperaturen verursacht wird, eine erhebliche Minderung erfährt.

Um eine Verdünnung oder Vermischung des erzeugten Gases mit in den Hohlräumen des Systems zurückbleibenden Verbrennungsgasen auszuschließen, wird vor dem Beginn der Gaserzeugungsperiode eine Reinigung durchgeführt. Zu diesem Zweck werden die

Verbrennungsgase mit Hilfe von durchgeblasenem Dampf, der am oberen Ende des Steigrohres g über die Zuleitung i8 und das Ventil 19 eintritt und am offenen Ende des Steigrohres 43 austritt, ausgetrieben. Am Ende der Aufheiz- und Spülperioden werden die Ventile 28, 17, 33 und die Klappen 45 geschlossen.

Es ist wichtig, daß bei der auf die Aufheizperiode folgenden Gaserzeugungsperiode die Strömungsrichtung die gleiche ist wie während der Heizperiode. Bei Beginn der Gaserzeugungsperiode in dem Aggregat Nr. ι wird das Dampfventil 19 geöffnet, ebenso das ölzuleitungsventil 24. Das Gebläse 68 wird in Tätigkeit gesetzt zu dem Zweck der Rückleitung eines Teiles des erzeugten Gases in den Einlaßstutzen 21. Der eingelassene Dampf strömt in dem Steigrohr 9 nach unten und tritt zusammen mit dem durch den Stutzen zugesetzten Rücklaufgas in die Kammer 5 ein, um deren Füllung 6 von unten nach oben zu durchströmen. Dabei wird der Dampf hoch überhitzt und expandiert. Das Gemisch aus überhitztem Dampf ■ und Rücklaufgas tritt mit hoher Geschwindigkeit durch die Öffnung 7 und trifft auf einen abwärts gerichteten Hohlkonus aus versprühtem öl, das durch die Düse 25 injiziert wird. Eine Geschwindigkeit des Gemisches aus Dampf und Gas von ungefähr 15 m pro Sekunde wurde für die meisten Betriebsbedingungen als genügend befunden. Die Verdampfung des Öles findet in der Reaktionskammer 4 augenblicklich statt; dabei lagert sich im wesentlichen aller durch die Verdampfung und Krackung des Öles befreite Kohlenstoff an der Innenoberfläche der Kammer 4 ab. Bei Erreichung der Weißglut reagiert dieser Kohlenstoff mit dem Dampf unter Bildung von Blauwassergas. An den Wandungen der Kammer 4 zurückbleibender Kohlenstoff wird während der folgenden Aufheizperiode verbrannt. Das Gemisch der Gase strömt aus dem Kopf der Kammer 4 über den Querkanal 34 in die Kammer 38, die sich ebenfalls infolge der vorangegangenen Aufheizung auf hoher Temperatur befindet. In dieser Kammer nimmt die Umsetzung von öl in Dampf oder Gas unter weiterer Ablagerung von Kohlenstoff an den Wandungen der Kammer 38 (die Ablagerungen sind hier geringer als in der Kammer 4) ihren Fortgang; während der Abwärtsbewegung des Gases und Dampfes in dem Kessel 35 findet weitere Erzeugung von Blauwassergas statt. Die Gase treten durch die öffnung 42; der Krackprozeß, d. h. die Verwandlung von öl in Gas, ist nun weitgehendst abgeschlossen; im allgemeinen sind 90" _(l des gesamten Kohlenstoffes, der bei der Umsetzung von öl in Gas anfällt, an den Wandungen der Kammer 4 und 38, also außerhalb des Durchganges durch die Ziegelwerkod. dgl. Füllung 41, abgelagert. Die Gase werden bei ihrem Abwärtsgang durch die Ziegelwerkfüllung 41 fixiert bei einer Temperatur, die ausreicht, um die Zerlegung der öldämpfe zu beenden und solche öldämpfe in ölgas zu verwandeln.

Die Kreislaufrückführung eines Teiles des erzeugten Gases (zwischen 10 und 35 Volumprozent des letzteren) zu dem Einlaßstutzen 21 kann auch auf andere Art erfolgen, beispielsweise mittels eines Dampfinjektors, der einen Teil des erzeugten Gases bodenseitig aus dem Kessel 35 mitreißt, oder mittels eines Gebläses, das einen Teil des fertigen Gases aus der Hauptmenge desselben abzieht und zusammen mit Dampf am oberen Ende des Steigrohres 9 einführt. In manchen Fällen wurde es als vorteilhaft festgestellt, die Kreislaufrückführung eines Teiles des erzeugten Gases von dem Querkanal 34 zu dem Steigrohr 9 oder zu dem Boden der Fixierkammer 5 vorzunehmen. Es ist nicht erwünscht, das Kohlenwasserstoffträgergas mit dem Dampf vor dem Durchgang durch die feuerfeste Füllung 6 zu mischen; aus diesem Grunde findet dieser Mischvorgang in der Nähe des Eintritts zur Reaktionskammer 4 statt. Statt mit im Kreislauf zurückgeführtem erzeugtem Gas kann man auch mit normalerweise gasförmigem Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise Methan, Äthan, Propan oder Mischungen dieser Gase, arbeiten, die als Trägergas von einer außerhalb liegenden Vorratsquelle eingeführt werden.

Die Verwendung eines Kohlenwasserstoffträgergases in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Aufheizung und Gaserzeugung hat den noch zu erwähnenden Vorteil einer Verringerung der Menge an abgelagertem Kohlenstoff, wodurch das Arbeiten mit kleineren Mengen von Dampf ermöglicht wird. Dies aber wirkt sich wiederum aus in der Erzeugung eines Gases von hohem Heizwert; denn je größer die aufgewendete Dampfmenge ist, um so kleiner ist jener Wert.

Das fertige Gas verläßt den Kessel 35 durch den Kanal 44, steigt in dem Rohr 43 hoch und strömt über die Leitung 51 und das Dreiwegventil 14 zur üblichen Waschanlage und zur Hauptleitung (nicht gezeichnet).

Im Anschluß an die beschriebene Aufheiz- und Gaserzeugungsperiode folgt nun im Arbeitszyklus, jedoch mit entgegengesetzter Strömungsrichtung, die nächste Aufheiz- und Gaserzeugungsperiode.

Der Strömungsweg der Medien vollzieht sich hierbei in dem Steigrohr 43 nach unten, durch den Kessel 35 von unten nach oben, durch den Kessel 1 von oben nach unten und durch das Steigrohr 9 nach oben.

Die Zeitdauer der einzelnen Aufheiz- und Gaserzeugungsperioden richtet sich nach der Natur des verwendeten Chargenöles, nach den Arbeitsbedingungen und der Qualität des gewünschten, zu erzeugenden Gases. Aufheiz- und Gaserzeugungsperioden von 8 bis 10 Minuten Dauer wurden als ausreichend ermittelt. Die Anwendung höherer Über- oder Unterdrücke ist nicht erforderlich; die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im wesentlichen bei atmosphärischem Druck.

Um die Gefahr von Explosionen zu vermeiden, soll das System vor der Einführung von Luft für die folgende Aufheizperiode von Verbrennungsgasen gereinigt werden; die Reinigung wird in der Weise vorgenommen, daß man über die Leitung 47 Dampf einströmen läßt, der dann durch das offene Ende des Steigrohres 9 entweicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Verarbeitung von Kohlenwasserstoffölen in weiten Grenzen, von flüssigem Petroleumgas bis zu schwerflüssigen Kohlenwasserstoffölen. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sie die Umsetzung von minderwertigen Kohlenstoff ölen, also solchen, die eine Conradsonsche Kohlenstoffzahl über 10" „ besitzen, in

Claims (15)

1. hochwertige Gase geringen spezifischen Gewichtes gestattet, ohne daß die Apparatur mit Kohlenstoff verstopft wird und unter vollständiger Vermeidung von kohlenstoffhaltigem Material als Nebenprodukt.

   P AT E X TANS I' R Γ CIlE:

   ι. Verfahren zur Erzeugung von brennbarem Gas aus Kohlenwasserstofföl, dadurch gekennzeichnet, daß Dampf in einer ersten, erhitztes feuerfestes Material enthaltenden Zone oder Kammer vorgewärmt wird und von hier aufwärts in eine leere Reaktionskammer strömt, welche auf einer das Kohlenwasserstofföl verdampfenden und teilweise krackenden Temperatur gehalten wird und in welche im Gegenstrom zu dem Dampf das Kohlenwasserstofföl nach unten gestäubt oder gesprüht wird, daß das in dieser zweiten Kammer im wesentlichen völlig verdampfte und teilweise gekrackte Öl als gasförmiges Reaktionsgemisch in eine weitere Reaktionskammer nach unten strömt, welche auf einer der Kracken des Gemisches vervollständigenden Temperatur gehalten wird, und daß das Gemisch schließlich aus dieser Kammer nach unten in eine vierte Kammer gelangt, welche feuerfestes, wärmespeicherndes Material von einer das Fixieren des gasförmigen Reaktionsgemisches bewirkenden Temperatur enthält.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste Reaktionskammer Kohlenwasserstotfgas eingefühlt wird.
3. J. Verfuhren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste Reaktionskammer ein Teil des erzeugten Gases eingeführt wird.
4. 4. Verfuhren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen der Kammern oder Zonen in der Weise erfolgt, daß Luft die mindestens teilweise mit erhitztem feuerfestem, gasdurchlässigem Material gefüllte erste Kammer durchströmt, vorgewärmt in die zweite Kammer und dort in direkte Berührung mit einem Brennstoff gelangt, welcher in Gegenwart dieser Luft unter Erhitzung der Wandungen der zweiten Kammer verbrennt, daß die entstehenden Verbrennungsgase von oben nach unten die dritte Kammer unter Übertragung von Wärme an deren Wandungen und schließlich die vierte Kammer unter Wärmeabgabe an deren Füllung aus feuerfestem, gasdurchlässigem Material durchströmen und aus dieser vierten Kammer entweichen.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf bzw. das Gemisch aus Dampf und Kohlenwasserstoffgas von unten nach oben durch die zweite Kammer mit einer den Austritt von kohlenstoffhaltigem Material aus dieser Kammer nach unten verhindernden Geschwindigkeit geleitet und ein Teil des aus der zweiten Kammer oben abströmenden, von festem und flüssigem Kohlenstoff im wesentlichen freien Gases an den Eingang der zweiten Kammer zur Vermengung mit dem in diese eintretenden Dampf zurückgeleitet wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtungen des Luftstromes und des Dampf- stromes bzw. des Stromes aus dem Gemisch von Dampf und Kohlenwasserstoffgas von Zeit zu Zeit umgekehrt werden.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern zwisehen den Arbeitszyklen durch Beschickung mit Dampf von Verbrennungsgasen und von zurückbleibenden Bestandteilen an brennbarem Gas gereinigt werden.
8. 8. Verfahren nacheinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die zweite Kammer zusammen mit der vorerhitzten Luft Sekundärluft eingelassen wird, derart, daß mit den Verbrennungsgasen Überschußluft in die dritte Kammer gelangt und kohlenstoffhaltige Ablagerungen in dieser Kammer zur Verbrennung bringt.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstofföl Schwerölrückstand verarbeitet wird.
10. 10. Verfahren nach.einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arbeitszyklus aus folgenden zeitlich aneinanderschließenden Perioden zusammengesetzt ist: a) einer Aufheizperiode, während welcher über ein vorgewärmtes Steigrohr Luft die Kammern durchströmt, in der zweiten Kammer die Verbrennung eines zugeführten Brennstoffes stattfindet und die Verbrennungsgase aus der vierten Kammer über ein zweites Steigrohr in die Atmosphäre entweichen; b) einer Spülperiode, während welcher durch über das erste Steigrohr eingelassenen und über das zweite Steigrohr in die Atmosphäre entweichenden Dampf die in dem System enthaltenen Verbrennungsgase ausgetrieben werden; c) einer Gaserzeugungsperiode, während welcher über das erste Steigrohr Dampf zugeführt wird, dieser, gegebenenfalls im Gemenge mit Kohlenwasserstoffgas, über die erste Kammer in die zweite gelangt und dort mit dem im Gegenstrom injizierten Kohlenwasserstofföl zusammentrifft, so daß das hierbei erzeugte Kohlenwasserstoffgas über die dritte und vierte Kammer, nach Fixierung in letzterer, durch das zweite Steigrohr abzieht; d) einer zweiten Spülperiode, während welcher durch über das erste Steigrohr eingelassenen und über das zweite Steigrohr in die Atmo-Sphäre entweichenden Dampf in dem System enthaltene Gasbestandteile ausgetrieben werden; c) einer Aufheizperiode mit Strömungsrichtung entgegengesetzt jener der Periode a; f) einer Spülperiode mit Strömungsrichtung entgegengesetzt jener der Periode b; g) einer Gaserzeugungsperiode mit Strömungsrichtung entgegengesetzt jener der Periode c und h) einer Spülperiode mit Strömungsrichtung entgegengesetzt jener der Periode d.
11. 11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei übereinander angeordnete Kammern (5, 4), von denen die erste (5) mindestens teilweise mit feuerfestem, Gasdurchgangs-Kicken einschließendem Material gefüllt,die zweite(4)

    feuerfest ausgekleidet ist, durch eine verengte Gasdurchgangsöffnung (7) im Deckel der unteren bzw. Boden der oberen Kammer miteinander in Verbindung stehen und über einen von der Oberseite der oberen, zweiten Kammer (4) abgehenden Querkanal (34) an die obere Kammer (38) eines zweiten Paares in gleicher Weise ausgebildeter und miteinander verbundener Kammern (38, 3c)) angeschlossen sind, daß bodenseitig in die erste (5) und in die vierte Kammer (3g) je ein Steigrohr (9 bzw. 43) mündet, das in der Höhe über das Kammeraggregat hinausragt, und daß Zuleitungen für Primärluft (15) und Kohlenwasserstoffgas (65 bzw. 69) zu diesen beiden Kammern (5, 39) sowie Zuleitungen für Sekundärluft (31) und für Brennstoff (26) zur zweiten und dritten Kammer ! (4 bzw. 38) und Düsen (25, 58) zum Einspritzen des Kohlenwasserstofföles in den Deckeln dieser Kammern (4 bzw. 38) vorgesehen sind.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch zwei senkrecht stehend nebeneinander angeordnete, feuerfest ausgekleidete, ober- ; seitig durch einen Querkanal (34) verbundene Kessel (1 bzw. 35), deren jeder über einer min-17 bzw. 15, 53)

    destens teilweise mit Ziegelwürfeln (6 bzw. 41) gefüllten Kammer (5 bzw. 39) eine leere Verbrennungs- und Gaserzeugungskammer (4 bzw. 38) einschließt.
13. 13. Einrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die an ihren oberen Enden verschließbaren Steigrohre (9 bzw. 43) mit Anschlüssen für die Zuleitung von Dampf (rS bzw. 47) und von Primärluft (15,

    versehen sind.
14. 14. Einrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kessel bodenseitig wechselweise durch Leitungen (66 bzw. 71) zur Rückführung von Kohlenwasserstoffgas aus der vierten (39) Kammer in die erste (5) und umgekehrt verbunden sind.
15. 15. Einrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß von den oberen Enden der beiden Steigrohre (9, 43) unterhalb ihrer Abschlußorgane (11, 45) Leitungen (13, 51) abzweigen, die an einem Dreiwegventil (14) zur Umkehr der Strömungsrichtung und zum Abzug des fertigen Kohlenwasserstoffgases zusammenlaufen.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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