DE974350C - Verfahren zur Krackung von OElen, Teeren od. dgl. Kohlenwasserstoffen in der Gasphase - Google Patents

Description

Das Kracken von Ölen, Teeren oder anderen Kohlenwasserstoffen ist schon in der Gasphase ausgeführt worden. Man kann die Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls vorgewärmt, in ein gasförmiges Heizmittel zerstäuben, in dem das eingestäubte Gut verdampft und mit dem seine Dämpfe zur Trennung vom Gas in eine Kondensationsanlage oder dergleichen geführt werden.

Bei diesem Verfahren gelangt man indessen nicht zu so guten Ausbeuten und Erzeugnissen wie beim Kracken in der flüssigen Phase.

Bei dem Kracken von Kohlenwasserstoffen in der gasförmigen oder in der flüssigen Phase sind nach einem anderen bekannten Verfahren Heizgasmengen angewendet worden, die so groß sind, daß die Temperaturen, auf die das Heizgas erhitzt werden muß, die Reaktionstemperaturen nur um eine verhältnismäßig kleine Spanne übersteigen. Die Verwendung derart großer Heizgasmengen führt zu dem Vorteil erhöhter Ausbeuten an wertvollen Krackerzeugnissen.

Nach einem anderen bekannten Verfahren werden Kohle, Kohledestillate, Teere, schwere Mineralöle

009 652/27

od. dgl. mit Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Gasen bei hohem Druck und hoher Temperatur in der Weise hydriert, daß die hierfür erforderliche Wärme in der Hauptsache oder auch ausschließlich mit den Hydriergasen zugeführt wird, daß die Temperatur der für die Umsetzung notwendigen Hydriergase bei etwa iooo° C oder darüber gehalten wird und daß den Hydriergasen bei der Vermischung zur Zerstäubung der zu hydrierenden Stoffe einschließlich etwa notwendiger Zusätze eine oberhalb 50 m pro Sekunde möglichst in der Nähe der Schallgeschwindigkeit liegende Strömungsgeschwindigkeit erteilt wird. Bei diesem Verfahren wurden die zu hydrierenden Stoffe, die selbst nicht oder nur bis unter die Reaktionstemperatur erwärmt waren, von den Hydriergasen durch eine Mischdüse in den Reaktionsraum eingeblasen, die von der die Hydriergase zuführenden Düse umgeben und im Boden des Reaktionsraumes angeordnet ist. Die hohen Geschwindigkeiten lassen es unvermeidlich erscheinen, daß Teile des zu hydrierenden Gutes von den Hydriergasen auf die Innenwände des heißen Reaktionsraumes geschleudert werden, wodurch Koksansätze gebildet und die Ausgangsstoffe unter Abspaltung wesentlicher Wasserstoffund Methanmengen zersetzt werden. Diese Nachteile beeinträchtigten den Erfolg der Hydrierung und standen auch der nicht bekannten Anwendung dieses Verfahrens auf das Kracken von Ölen, Teeren und anderen Kohlenwasserstoffen entgegen. Die Erfindung hat zum Ziel, bei Anwendung hoher Strömungsgeschwindigkeiten während der Reaktion und von Heizmengen, die so groß sind, daß die Temperaturen, auf die das Heizgas erhitzt wird, die Kracktemperatur nur um eine verhältnismäßig kleine Spanne übersteigen, die Ausbeuten wertvoller Krackerzeugnisse zu verbessern und eine leicht regelbare, betriebssichere und besonders einfache Krackapparatur zu schaffen.

Erfindungsgemäß werden diese großen Gasmengen dadurch erreicht, daß ein Teil des verwendeten Heizmittels, wie bei chemischen Prozessen an sich bekannt, im Kreislauf geführt wird. In diesem Kreislauf geht das Heizmittel, das aus dem von der Krackreaktion kommenden Gasdampfgemisch abgetrennt ist, zurück in den Mischraum eines Strahlapparates, in dem es durch Zusatz mit frischem Heizmittel auf die für das Verfahren erforderliche Temperatur gebracht wird. Die Menge des Kreislaufgases beträgt dabei das Drei- bis Zehnfache des frisch in den Mischraum eintretenden Heizmittels. Das Kreislaufgas und das Heizmittel werden dann erfindungsgemäß in dem Strahlapparat auf eine so hohe Geschwindigkeit gebracht, daß nach Einführung des zu krackenden Stoffes an der engsten Stelle des Diffusors nur kurze Krackzeiten von ¹Z₁₀ bis ¹Z₅₀ Sekunde erforderlich sind. Durch die Erfindung werden nicht nur hohe Ausbeuten an zu gewinnenden Kohlenwasserstoffen erzielt, sondern es wird auch die Abspaltung großer Mengen von Wasserstoff, Methan und dergleichen niedrigen Kohlenwasserstoffen aus den zu behandelnden Kohlenwasserstoffen vermieden. Die Anwendung des Strahlapparates für das Kracken von Ölen, Teeren od. dgl. Kohlenwasserstoffen als Reaktionsraum verbürgt dabei eine lineare Strömung und eine momentane homogene Mischung aller Reaktionsteilnehmer, und es gelingt durch das Verfahren gemäß der Erfindung, die thermische Zersetzung genau auf die Bildung der jeweils gewünschten Reaktionsprodukte einzustellen. Andererseits ist das erfindungsgemäße Verfahren in einer einfachen und betriebssicheren Apparatur durchzuführen, die sich insbesondere durch ihren geringen Raumbedarf auszeichnet. Ist beispielsweise für die Erhitzung auf eine Kracktemperatur von 500⁰ C eine Heizgasmenge von rund 2 Nm³ mit einer Temperatur von 1200° C erforderlich, um ι kg des auf etwa 200⁰ C vorgewärmten Öls oder Teeres auf die Reaktionstemperatur zu bringen, so wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Menge des Gemisches aus frischem Heizgas und Kreislaufgas auf etwa 8 oder 10 Nm³ bemessen. Das Gemisch von Kreislaufgas und Heizmittel wird mit entsprechend niedrigerer Temperatur von z. B. 600 bis 900° C angewendet, durch den Strahlapparat hindurchgeführt und dabei auf die gewünschte hohe Geschwindigkeit gebracht. In diesen großen Heizgasmengen und bei der hohen Geschwindigkeit, die der Strahlapparat erzeugt, gehen die Zerstäubung und die Erhitzung des zu krackenden Gutes sehr gleichmäßig vonstatten, und es wird die Wärmeübertragung auf das zerstäubte Gut besonders günstig gestaltet.

Der Strahlapparat kann für Temperaturen bis zu etwa 500 bis 6oo° C aus Gußeisen gefertigt und gegebenenfalls mit Luft- oder Wasserkühlung ausgerüstet sein. Für höhere Temperaturen, z. B. bis 1000° C und darüber, oder falls Korrosionen zu befürchten sind, können hitze- oder korrosionsbeständige Baustoffe für den Strahlapparat und gegebenenfalls die anschließenden Teile der Apparatur verwendet werden, z. B. Bleche aus Silicium-Chrom-Aluminium-Legierungen oder aus Porzellan, oder es können die Strahlapparate eine hitzebeständige bzw. korrosionsfeste Auskleidung, z. B. Ausmauerung aus feuerfesten Steinen, Futter von Dolomitstampfmasse, z. B. nach Art der Nadelböden von Thomaskonvertern, erhalten.

Das Auftreten von Ansätzen, z. B. Koks- oder Kohlenstoffansätzen, im Strahlapparat ist im allgemeinen nicht zu befürchten, da die hohen Strömungsgeschwindigkeiten die Wände des Strahlapparates sauber halten.

Bei der Krackung in der Gasphase ist es üblich, das Heizmittel schwach reduzierend, zumindest neutral anzuwenden, weil selbst bei geringen Sauerstoffgehalten im Heizmittel eine starke Schädigung der Krackerzeugnisse befürchtet wird. Andererseits muß der Verbrennungsvorgang einigermaßen vollständig verlaufen, weil sonst Rußbildungen in der Flamme zu befürchten sind.

~ Die Kreislauf führung des Gases kann z. B. so gestaltet werden, daß eine an der Diffusormündung des Strahlapparates abzweigende Leitung vorgesehen ist, die das Kreislaufgas vor die Ansaugestelle des Strahlapparates führt. Man kann auch das von den kondensierbaren Krackerzeugnissen oder einem Teil derselben befreite Gas dem frischen Heizmittel beimischen oder gleichzeitig mehrere dieser Maßnahmen treffen. Das

frische Heizmittel wird zweckmäßig mit den üblichen Temperaturen von z. B. iooo bis I2oo° C oder mehr angewendet.

An Hand der Zeichnung sei die Erfindung des näheren erläutert:

In den Abb. ι und 2 sind zwei verschiedene Ausführungsformen von für das Verfahren geeigneten Krackapparaturen dargestellt. 1 ist die Brennkammer, der bei 2 das Heizgas zweckmäßig in Form von Generatorgas od. dgl. zugeführt wird. Bei 3 erfolgt die Zugabe der erforderlichen Verbrennungsluft, die entweder kalt zugegeben wird oder überhitzt, vorteilhaft unter Ausnutzung der Abwärme der aus der Krackapparatur abziehenden Gase. Aus der Brennkammer 1 gelangen die Verbrennungsgase in den Mischraum 4. Hierin erfolgt durch Zugabe der dreibis zehnfachen Kreislaufgasmenge die Einstellung des Heizmittels auf das erfindungsgemäß erforderliche Volumen. Zwischen Brennkammer und Mischstelle kann eine Blende 5 vorgesehen sein. 6 ist die Treibmitteldüse des Strahlapparates, der das Treibmittel z. B. in Form von Heißdampf oder Druckgas, z. B. Stadtgas, aus der Ferngasleitung oder in Form von inerten Gasen durch die Leitung 7 zugeführt wird, as 8 ist die Zerstäuberdüse für den Teer od. dgl. Die Zerstäubung erfolgt entweder dadurch, daß der Teer od. dgl. mit dem erforderlichen Druck zugeführt wird, oder es wird ein gas- oder dampfförmiges Zerstäubungsmittel angewendet, zweckmäßig dasselbe, das auch in der Treibmitteldüse 6 benutzt wird. An den Diffusor 9 des Strahlapparates, in dem die kinetische Energie in Druckenergie umgesetzt wird und in dem die Mischung der angewendeten Stoffe zu Ende geführt wird, schließt sich ein Zwischenstück 10 an, aus dem die Kreislaufleitung 11 abzweigt. In der zur Kondensation führenden Leitung 12 ist ein Drosselorgan 13 vorgesehen, das dazu dient, die Kreislaufgasmenge einzustellen. Wird das Drosselorgan stärker geschlossen, so nimmt der Druck in Teil 10 zu, und es findet eine stärkere Rückströmung durch 11 zur Mischkammer 4 statt. Man kann den Kreislauf auch über die Kondensation oder einen Teil derselben führen. Die Erfindung hat ferner den Vorteil, daß die Einstellung der Kracktemperatur auf wenige Grad genau erfolgen kann, unabhängig von der Temperatur der aus der Verbrennungskammer ausströmenden Gase. Auch läßt sich erreichen, daß das zu krackende Gut auf seinem Weg durch die Krackapparatur praktisch ständig die gleiche Temperatur behält. Dies kann für die Gewinnung von Spezialerzeugnissen zweckmäßig sein.

Durch entsprechende Bemessung z. B. der Teile 10,

12 und/oder der Leitung 11, falls diese von heißem Kreislaufgas durchströmt wird, kann man die Krackzeit den jeweiligen Bedürfnissen anpassen. Man arbeitet mit Krackzeiten von ¹J₅₀ bis ¹Z₁₀ Sekunde.

Abb. 2 zeigt schematisch und beispielsweise eine

zweistufige Ausbildung des Verfahrens. An die erste Stufe A, die so ausgeführt werden kann, wie Abb. 1 zeigt, schließt sich die zweite Stufe B an. Diese hat ebenfalls einen Strahlapparat, der aus der Mischkammer 15, dem Diffusor 16 und dem Zwischenstück 17 sowie der Treibmitteldüse 18 und der Zerstäubungsdüse für den Teer 19 od. dgl, besteht. 20 ist die Kreislaufleitung und 21 der Anschluß an die Kondensation.

Diese Einrichtung kann beispielsweise so betrieben werden, daß der frische Teer od. dgl. durch die Leitung 22 in die Anlage B eingeführt wird, die mit niedrigerer Temperatur als die Anlage A arbeitet. Die Anlage A erhält z. B. das in der Kondensation anfallende schwere Öl od. dgl. oder einen anderen Ausgangsteer, der mit höherer Temperatur gekrackt werden soll. 23 ist die Zuführungsleitung für das in der Anlage A zu krackende Gut.

Diese Einrichtung hat den Vorteil einer größeren Wärmewirtschaftlichkeit, weil das Heizmittel in der Anlage A mit höherer Temperatur angewendet werden kann. Es liefert nach Durchgang durch die Anlage A noch die für Anlage B erforderliche Wärme.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zum Kracken von ölen, Teeren od. dgl. Kohlenwasserstoffen in der Gasphase, bei dem das zu krackende flüssige Gut in so großen Mengen eines gas- oder dampfförmigen Heizmittels fein verteilt wird, daß die Temperaturen, auf die das Heizmittel erhitzt wird, nur eine kleine Spanne über den Kracktemperaturen liegen und hohe Strömungsgeschwindigkeiten angewandt go werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Krakkung in einer Strahlapparatur durchgeführt, ein Teil des Heizmittels, wie an sich bekannt, im Kreislauf durch den Reaktionsraum und einen Raum für die Zumischung von frischem Heizmittel geführt wird, dessen Menge das Drei- bis Zehnfache des frisch in den Mischraum eintretenden Heizmittels beträgt, und daß die Förderung des Gemisches aus Kreislaufgas, frischem Heizmittel und dem an der engsten Stelle des Diffusors in den Strahlapparat eingeführten zu krackenden Stoff in dem Strahlapparat mit so hoher Geschwindigkeit erfolgt, daß nur kurze Krackzeiten von ¹Z₁₀ bis ¹Z₅₀ Sekunde erforderlich sind.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krackung zweistufig in zwei hintereinandergeschalteten Strahlapparaten, z. B. in der ersten Stufe mit höherer und in der zweiten mit niedrigerer Temperatur, durchgeführt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 303 901, 313 020, 874, 407 070, 500 935, 559 923, 662 250; britische Patentschrift Nr. 275 248; USA.-Patentschriften Nr. 1 428 311, 1 892 534,

   ι 962 502, 2 113 536, 2 207 552, 2 222 489, 2 253 486,

   2312006, 2323501, 2348699;
   Bosn j ako vie, Technische Thermodynamik, 2.TeiI,

   1937, S. 222, Abb. 218; Plank, Amerikanische Kältetechnik, 2. Bericht,

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   I 009 652/27 11.60