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Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoff-Rückstandsölen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung schwerer
Kohlenwasserstofföle bei hohen Temperaturen zur Erzeugung von insbesondere ungesättigten
Kohlenwasserstoffen von niedrigem llolekularge-,vicht und Koks. Ganz besonders aber
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen feinpulverige,
erhitzte, katalytisch verhältnismäßig inerte, feste Teilchen zur Erzielung der gewünschten
Umwandlung verwendet werden.
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Man hat bereits früher eine Reihe von Vorschlägen für die Umwandlung
schwerer Kohlenwasserstofföle in verhältnismäßig wertvolle Olefine und Diolefine
mit 2 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen gemacht. Diese Verfahren sind auch für die Herstellung
von Benzol und homologen aromatischen Kohlenwasserstoffen sowie von paraffinischen
Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff geeignet. In den letzten Jahren hat die Nachfrage
nach solchen Produkten wie Äthylen, Propylen, Butadien, Isopren, Benzol u. dgl.
erheblich zugenommen. Diese Verbindungen sind insbesondere Ausgangsstoffe für die
Herstellung verschiedener chemischer Produkte, einschließlich der Polvrneren. Verschiedene
Kunststoffe, synthetische Fasern usw. sowie einfachere chemische Verbindungen und
Lösungsmittel sind aus diesen Ausgangsstoffen erhältlich. Deshalb können die niedermolekularen
ungesättigten Verbindungen als chemische Grundstoffe für die Herstellung zahlreicher
Industrieprodukte, einschließlich synthetischer Fasern, Kunststoffe und anderer
Pol_vineren usw., betrachtet werden.
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Es ist seit langem bekannt, daß man durch Crackung schwerer Kohlenwasserstofföle,
etwa von Erdöl- oder Steinkohlenteerrückständen u. dgl., verschiedene ungesättigte
Produkte mit guten Ausbeuten erhalten kann. Nach einem Verfahren dieser Art bringt
man vorgewärmte, feste Teilchen mit der öligen Beschickung zusammen, die dadurch
in die gewünschten Produkte thermisch umgewandelt wird. Die Produkte werden dann
von den festen Teilchen getrennt und durch Berührung mit einem flüssigen Kühlmittel
abgekühlt. Die Feststoffe führt man zurück und erhitzt sie, um so den Wärmebedarf
des Systems zu decken.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ähnelt in verschiedener Hinsicht dem
oben beschriebenen Verfahren, weist diesem gegenüber jedoch eine Reihe von Verbesserungen
auf. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, die Wirksamkeit der Umwandlung
zu verbessern und dadurch aus minderwertigen schweren Ölen die günstigsten Ausbeuten
an niedermolekularen Produkten, wie sie hier gewünscht werden, zu erzielen. Dies
wird durch entsprechende Wahl der Betriebsbedingungen sowie durch eine Reihe von
zugehörigen Arbeitsstufen erreicht, die gegenüber dem früheren Verfahren eine Verbesserung
darstellen.
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Die Erfindung umfaßt auch eine wirksamere Vorrichtung zur Durchführung
des oben beschriebenen Verfahrens.
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Die Erfindung weist eine Anzahl wichtiger Merkmale auf. Sie betrifft
die Umwandlung schwerer Öle bei hohen Temperaturen, vorzugsweise von mindestens
650 bis zu 815° C oder mehr, wobei ein Temperaturbereich von 675 bis 760° C bevorzugt
wird. Besonders günstig für die Erzeugung der gewünschten niedermolekularen Produkte
ist eine Betriebstemperatur um etwa 700° C.
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Ein anderes, wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Regelung des
Kohlenwasserstoff-Teildruckes innerhalb des Systems zur Sicherung hoher Ausbeuten
an den am meisten gefragten Produkten. Dies erreicht man vorzugsweise dadurch, daß
man ein verhältnismäßig inertes, von Kohlenwasserstoffen freies Gas in die Reaktionszone
einführt. Vorzugsweise nimmt man als Verdünnungsmittel überhitzten Dampf, obwohl
auch Stickstoff, Rauchgase oder andere inerte Verdünnungsmittel brauchbar sind.
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Die Reaktionsdauer, das ist die Zeit, während deren das Öl mit den
wärmetragenden Teilchen in Berührung ist, ist sehr kurz und beträgt gewöhnlich weniger
als 2 Sekunden. Bei 700° C beträgt die bevorzugte Verweilzeit allgemein etwa 0,5
Sekunden. Bei etwa niedrigerer Temperatur ist sie ein wenig länger und beträgt z.
B. bei 690° C etwa 1 Sekunde. Bei höheren Temperaturen sollte die Verweilzeit gewöhnlich
kürzer sein.
Die Erfindung umfaßt außerdem die Verwendung iner hochwirksamen
Trennvorrichtung für Dampf-, eststoff-Gemische, um eine Trennung innerhalb
einer estimmten Mindestzeit zu ermöglichen. Diese Ab--ennzeit sollte nicht mehr
als 1 Sekunde, vorzugs-,eise jedoch weniger betragen. In der Regel sollte sie ürzer
als die Reaktionszeit sein und bei einem beorzugten Temperaturbereich von 690 bis
730° C fveckmäßigerweise nicht länger als etwa 0,1 bis ,25 Sekunden sein. Bei höheren
Temperaturen sollte ie Abtrennzeit sogar noch kürzer sein.
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Ein weiterer Faktor ist die schnelle und wirksame .bschreckung der
Dampfprodukte nach der Abtrenung. Die Abschreckung sollte sehr schnell vonstatten
ehen, d. h. innerhalb 1 Sekunde oder weniger, uniittelbar nachdem die Dämpfe von
den wärmetragenen Feststoffen abgetrennt sind. Man schreckt die )ampfprodukte am
zweckmäßigsten ab, indem man ie innerhalb 1 Sekunde oder weniger nach der Abrennung
um mindestens 140° C abkühlt. Es ist voruziehen, die Produkte noch stärker, d. h.
um einige 00' C, z. B. bis auf 315 bis 370° C, abzukühlen, um ine thermische Zersetzung
zu verhindern.
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Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht in [er Aufheizung der
die `'Wärme für die Umwandlung iefernden Feststoffe durch Verbrennung von brenn-@aren
Stoffen innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes n Gegenwart dieser Feststoffteilchen.
Es wurde geunden, daß bei Verlängerung der Verbrennungszeit lie auf den Feststoffteilchen
abgeschiedenen oder diese 'eilchen bildenden kohlenstoffhaltigen Rückstände ich
mit dem bei der Verbrennung entstehenden Lohlendioxyd unter beträchtlichem Verlust
an fühl-)arer Wärme zu Kohlenmonoxyd umsetzen. Es ist (eshalb wichtig, daß die festen
Stoffe innerhalb von veniger als 3 Sekunden, vorzugsweise in weniger als ,5 Sekunden,
durch den Verbrennungsvorgang aufgeieiztwerden.
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Auf diese Weise wird die Umsetzung bis zum Lohlendioxyd aufs höchste
gesteigert und eine gute Wärmeausnutzung erreicht. Am besten ist es, die Ver-)rennungszeit
unter 1 Sekunde zu halten.
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Die Erfindung ist weiterhin gekennzeichnet durch 7erbesserte Gewinnungs-
und Fraktionieranlagen sowie durch Regelungssysteme, durch die man die Billung von
sogenannten »trockenen« Gasen, d. h. von 2iohlenwasserstoffen mit 3 Kohlenstoffatomen
und weniger, zwischen etwa 25 und 40 Gewichtsprozent er Ölbeschickung halten kann.
Meist beträgt der Anteil an trockenem Gas bei der Umwandlung °twa 30°/o.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 dieser Zeichnung ist ein Aufriß (in dem bestimmte Teile weggelassen
sind) einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Verkokungsanlage;
Fig.2 ist eine vergrößerte Ansicht der Reaktionskammer, des Abscheiders und der
Abschreckvorrichtung sowie ihrer Teile, wie im mittleren Teil von Fig.l gezeigt,
wobei bestimmte Teile weggelassen und andere im Schnitt gezeigt sind; Fig.3 ist
ein Diagramm und zeigt den Einfluß des Kohlenwasserstoff-Teildruckes auf die Bildung
verschiedener Produkte bei der Hochtemperaturcrackung.
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Es folgt nun im einzelnen eine genaue Beschreibung der Vorrichtung
an Hand der Zeichnungen. Ein Strom von festen Teilchen, die zuvor auf vorzugsweise
über 760° C aufgeheizt worden sind, gelangt durch ein Fallrohr 11, ein U-Rohr 13
und ein für die Aufwärtsführung vorgesehenes Rohr oder Steigrohr 15 in eine langgestreckte
Reaktionskammer 17. Die Durchflußgeschwindigkeit durch diese Kammer und deren Größe
sind so bemessen, daß die Teilchen im Durchschnitt die Kammer in nicht mehr als
2 Sekunden vollständig durchlaufen haben. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit derart,
daß die Teilchen im Durchschnitt nur etwa 0,5 Sekunden für den Durchgang brauchen;
doch kann sie bei höheren Temperaturen geringer sein. Bei einer Reaktionstemperatur
von 700° C beträgt die Oberflächengeschwindigkeit des die festen Teilchen enthaltenden
Stromes vorzugsweise 3 bis 15 m/Sek. bei einer Länge der Reaktionskammer von 6 bis
15 m.
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Die oben beschriebenen Steigrohre werden belüftet, um die festen Teilchen
durch Einblasen von Dampf aus einer oder mehreren Gruppen von Düsen 19, 21 und 23
nach oben zu tragen. Durch den Einlaß 25 wird noch ein weiteres Aufwirbelungsgas,
vorzugsweise Dampf, in die Reaktionskammer 17 eingeführt; jedoch sind auch andere
inerte Gase, wie oben erwähnt, geeignet. Durch Regulierung der Dampfströme in den
verschiedenen, erwähnten Leitungen kann man die richtige Geschwindigkeit des Feststoffstromes
sowie den erforderlichen Kohlenwasserstoff-Teildruck in der Reaktionskammer einstellen.
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Das umzuwandelnde Öl wird durch eine Leitung 27 in eine Düse
oder Düsenanordnung 29 eingeführt, die vorzugsweise ringförmig ist, so daß die Ölbeschickung
über den gesamten Ouerschnittsbereich der Reaktionszone hinweg ganz gleichmäßig
verteilt wird. Auf diese Weise wird der die festen Teilchen enthaltende Strom gleichmäßig
mit dem Beschickungsöl zusammengebracht. Die Beschickung, die zuvor erwärmt werden
kann, sich jedoch noch weitgehend oder fast ganz in flüssigem Zustand befindet,
wird mit großer Wucht durch die Düse 29 eingespritzt, so daß sie sich gut verteilt
und dabei in feine Tröpfchen oder Teilchen zerfällt.
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Bei diesem Verfahren kann die Temperatur der aus der Leitung 15 in
die Reaktionskammer einströmenden, festen Teilchen etwa 760° C betragen. Bei der
ersten Berührung mit dem Öl kann die Temperatur in der Kammer etwa 745° C sein,
während sie auf der Austrittsseite der Kammer wesentlich niedriger ist und z. B.
um etwa 700 bis 705° C beträgt.
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Die Reaktionskammer mündet in einen Zyklon von besonderer Bauart,
der in Fig.2 näher gezeigt wird. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, endet die Reaktionszone
in einem spiralförmig nach unten führenden und konischen, äußeren Teil 31, der die
äußere Wand des Zyklons oder Abscheiders bildet. Bei einer Draufsicht auf die in
Fig.2 gezeigte Vorrichtung würde man sehen, wie sich der eintretende, aus festen
Teilchen und Dampf bestehende Strom z. B. im Uhrzeigersinne dreht und bei einer
Abwärtsbewegung nach der Mitte hin zusammenläuft. Innerhalb des Teiles 31 befindet
sich ein den unteren Abschluß der Auslaßleitung 35 bildender Kegelstumpf 33, der
unten eine große Anzahl Löcher hat, die groß genug sind, um ein schnelles Entweichen
der Gase und Dämpfe, wie bei 37 angedeutet, zu ermöglichen.
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Durch die Zentrifugalkraft werden die Feststoffteilchen um die innere
Oberfläche des Kegelstumpfes herum, entlang der Außenwand und dann nach unten geschleudert,
während die Dämpfe mit großer Geschwindigkeit durch die Löcher nach oben strömen
und durch die Leitung 35 in eine noch zu beschreibende Gewinnungsanlage gelangen.
Durch
die Leitung 39 führt man eine Abschreckflüssigkeit in einen vorzugsweise ringförmigen
Verteiler 41 ein, der so eingerichtet ist, daß die Sprühstrahlen der Abschreckflüssigkeit
in die ausströmenden Dämpfe verteilt und mit diesen in innige Berührung gebracht
werden. Vorzugsweise werden die Sprühstrahlen, wie gezeigt, nach oben gerichtet,
man kann sie jedoch auch nach unten lenken. Gegebenenfalls kann auch die Auslaßleitung
nach unten führen. Eine Zweigleitung 43 der Zuleitung für die Abschreckflüssigkeit
führt nach unten, bis an das untere Ende des Kegelstumpfes 33 oder bis dicht daran.
Diese Zweigleitung trägt eine Anzahl nach oben gerichteter Abzweigdfsen 45, so daß
auch Kühlstrahlen in die Dämpfe eingesprüht werden können, sobald diese in die Auslaßleitung
gelangen. Man kann zwar die Anordnung dieser Düsen etwas verändern, in jedem Falle
kommt es aber auf eine schnelle und wirksame Abschreckung an, um eine Zersetzung
der Dampfprodukte zu verhindern.
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Das Abschreckmittel kann eine Kühlflüssigkeit, etwa Wasser oder
01, oder auch eine Suspension gekühlter, fester Teilchen in einer geeigneten
Flüssigkeit sein, wie dies in der Technik allgemein bekannt ist. Vorzugsweise nimmt
man jedoch dafür ein Öl, dessen Siedebereich zwischen demjenigen der niedermolaren
Produkte und dem der Ausgangsbeschickung des Verfahrens liegt. Eine besonders geeignete
Abschreckflüssigkeit stellt z. B. eine Ölfraktion mit einem Siedebereich von über
etwa 200 bis zu 400° C dar. In den meisten Fällen kann man bis zu 480° C siedende
Öle dafür verwenden, meist verwendet man jedoch nicht ganz so schwere Öle. Man leitet
die Flüssigkeiten mit einer solchen Geschwindigkeitein, daß die Temperatur der Produktdämpfe
innerhalb 1 Sekunde um mindestens 1100 C, vorzugsweise um nicht weniger als 140°
C, abnimmt.
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Zweckmäßig geht aber die Abschreckung, wie oben angegeben, viel rascher,
z. B. innerhalb von 0,25 Sekunden oder weniger, vor sich. Es ist aber am besten,
wie oben erwähnt, noch stärker abzuschrecken, indem man die anfängliche Temperatur
von 675° C oder mehr bis auf 430° C oder weniger, vorzugsweise bis auf 370° C verringert.
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Die abgeschreckten Dämpfe gelangen durch die Leitung 51 in die Gewinnungsanlage
53. Diese enthält im Unterteil eine Anzahl von Prallplatten 55 zum Reinigen der
abgeschreckten Dämpfe, während ihres Weges nach oben. Das kondensierte schwere Öl
kann unten durch die Auslaßleitung 57 abgezogen w=erden. Dieses Öl oder ein Teil
davon kann man gegebenenfalls wieder in die Reaktionskammer 17 zurückleiten.
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Die nichtkondensierten Dämpfe strömen durch eine Reihe von Böden 59
zur weiteren Fraktionierung nach oben, wobei sich die kondensierten Flüssigkeiten
auf einem der Böden 61 ansammeln und durch die Leitung 63 abgezogen werden. Diese
Flüssigkeiten kann man mit einer Umlaufpumpe wieder oben durch die Leitung 65 zurückführen.
Sie fließen im Gegenstrom durch die aufsteigenden Dämpfe nach unten, wodurch diese
wirksamer gekühlt und kondensiert werden. Die über die Zuleitung 65 hinaus nach
oben steigenden Dämpfe werden in dem Oberteil 67 des Turmes, der ebenfalls
Fraktionierböden 69 enthält, noch weiter fraktioniert. Man kann auch verschiedene
Seitenströme abziehen. Einer dieser Ströme, vorzugsweise ein solcher mit mittlerem
Siedebereich, kann als Abschreckflüssigkeit durch die Düsen 41, 45 wieder eingespritzt
werden. Die nichtkondensierten restlichen Gase ziehen oben durch die Leitung 71
ab. Während der Umwandlung in der Reaktionskammer setzen sich die hauptsächlich
aus Koks bestehenden, kohlenstoffhaltigen Abscheidungen, die gewöhnlich auch noch
etwa Öl enthalten, das ununterbrochen in Dampfform entweicht, auf den der genannten
Kammer ursprünglich zugeführten Teilchen ab. Sobald diese, die Abscheidungen tragenden
Feststoffteilchen von den Dämpfen getrennt sind, fallen sie nach unten in einen
Sammelraum 81, wo daraus durch ein aus der Leitung 83 eingeblasenes Abstreifgas
weitere Dämpfe abgestreift werden. Letztere können im Gegenstrom durch die nach
unten sinkenden Feststoffe nach oben in die Produktauslaßleitung ziehen oder gegebenenfalls
auch durch eine in der Verengung 85 vorgesehene Abdichtungszone isoliert werden.
Vorzugsweise wird das Abstreifgas mit solcher Geschwindigkeit und in solchen Mengen
durch die Leitung 83 eingeführt, daß in dem Sammelraum 81 eine Wirbelschicht von
Feststoffteilchen aufrechterhalten wird.
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Die abgestreiften Feststoffe fließen aus dem Sammelraum durch die
Leitung 89 nach unten in das U-Rohr 91 und von da in die Steigleitung 93. An den
Stellen 95, 97 und 99 sind in Abständen hintereinander Belüftungs- und Treibdüsen,
vorzugsweise für Dampf, angeordnet. Wenn man die festen Teilchen etwas zerkleinern
will, kann man hier auch Hochleistungsdüsen vorsehen, die Gasstrahlen mit sehr hohen
Geschwindigkeiten abgeben. Bei Verwendung derartiger Strahldüsen, aus denen Gasstrahlen
mit hoher Geschwindigkeit in der Sekunde austreten, erreicht man eine äußerst wirksame
Zerkleinerung der festen Teilchen, besonders wenn diese aus Produktkoks bestehen;
was meist der Fall ist. Die Geschwindigkeit der durch die Leitung 93 aufsteigenden
festen Teilchen wird dadurch geregelt, daß man die Menge der durch die Strahldüsen
95, 97 und 99 eingeblasenen Gase entsprechend einstellt.
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Am oberen Ende der Leitung 93 (Fig. 1) ist ein Drosselventil 101 vorgesehen,
das aber auch am unteren Ende dieser Leitung oder im unteren Teil des Standrohres
89 angeordnet sein kann.
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Die nach oben mitgeführten Feststoffe, aus denen die anhaftenden Kohlenwasserstoffe
abgestreift sind und deren Gehalt an flüchtigen Bestandteilen deshalb nur gering
ist, werden in eine große langgestreckte Verbrennungskammer 105 geleitet. Ein Strom
von die Verbrennung unterhaltendem Gas, z. B. aus Luft oder Sauerstoff, tritt durch
die Leitung 107 in die Kammer 105 ein. Wenn die Festteilchen nicht selbst brennbar
sind und/oder nicht genügend Kohlenstoff für die Erzeugung der erforderlichen Wärme
enthalten, so kann man noch fremde Brennstoffe zusammen mit der Luft zuführen. Selbst
wenn aber die Teilchen aus Koks bestehen, wie es meist der Fall ist, brauchen sie,
wenn es auf die Gewinnung von Produktkoks ankommt, nicht verbrannt zu werden. In
diesem Falle wird die Gesamtmenge des erforderlichen Brennstoffes, z. B. in Form
von Öl oder Gas, zusammen mit der Luft durch die Leitung 107 zugeführt, oder man
bläst Teilmengen davon an verschiedenen Stellen des Brenners ein. Der fremde Brennstoff
verbrennt leichter, so daß in diesem Falle der Produktkoks weitgehend unverbrannt
bleibt.
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Wie bereits erwähnt, ist es zweckmäßig, die Verbrennung und Wiederaufheizung
der festen Stoffe möglichst zu beschleunigen. Dies ist ein wichtiges Merkmal der
vorliegenden Erfindung. Der Brenner ist darum so bemessen, daß die Festteilchen
durchschnittlich in weniger als etwa 3 Sekunden, vorzugsweise in weniger als 1,5
Sekunden, vollständig
indurchgeflossen sind. Bei einer Verbrennungskamier
von 18 m Länge sollte deshalb die Durchschnittseschwindigkeit mindestens 6 m/Sek.
und vorzugsweise gar etwas mehr betragen. Beim Arbeiten mit solcher reschwindigkeit
ist es zweckmäßig, auch einen wirkamen und mit hoher Durchlaufgeschwindigkeit beriebenen
Zyklon 109 zum Abscheiden der festen ;toffe von den Verbrennungsgasen anzuschließen,
der ,n allgemeinen von derselben Bauart ist wie der oben eschriebene Zyklon 31,
33.
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Die Verbrennungsgase entweichen nach Abscheilung der festen Stoffe
oben durch die Leitung 111. Da @s sich hier um einen mit hoher Geschwindigkeit )etriebenen
Zyklonabscheider handelt, so ist es gevöhnlich zweckmäßig, die Verbrennungsgase
noch furch einen zweiten Zyklon od. dgl. zu leiten, um veitere mitgerissene feine
Teilchen wiederzugewinien und nachteilige atmospärische Verunreinigungen :u verhindern.
Diese zweite, hier nicht gezeigte #,bscheidevorrichtung, kann von einer der üblichen
Nrten sein.
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Die abgetrennten Feststoffe fallen nach unten und ;elangen in den
Abstreif- und Sammelraum 113, der n etwa derselben Weise arbeitet wie der oben be-;chriebene
Sammelraum 81. Durch ein oder mehrere Einlässe 115, 117 kann man ein Abstreifgas
einleiten; Sie aufgeheizten Teilchen fließen nach dem Abstreifen furch das Fallrohr
il nach unten und werden zur Niederverwendung für das Verfahren in die Reaktionskammer
zurückgeführt. Der Produktkoks kann an irgendeiner passenden Stelle der Anlage,
z. B. durch die am unteren Ende des Fallrohres 11 befindliche, mit einem Absperrventil
119 versehene Auslaßleitung 117 abgezogen werden. Unter gewissen Arbeitsbedingungen
wird der entstehende Koks vollständig für das Verfahren verbraucht, so, daß kein
Koks als Nebenprodukt anfällt.
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Aus der Fig. 3 ist zu ersehen, daß die Erzeugung der besonders wertvollen
Dampfprodukte beim Arbeiten mit niedrigen Kohlenwasserstoffteildrücken sehr beträchtlich
zunimmt. Gleichzeitig geht die Bildung von Methan, das nur geringen wirtschaftlichen
Wert besitzt und deshalb als Hauptprodukt unerwünscht ist, bei einem Kohlenwasserstoffteildruck
von unter 0,7 kg/cm' abs. schnell zurück. Es ist nun vom Standpunkt der Ausbeute
aus betrachtet, höchst zweckmäßig. mit einem Kohlenwasserstoff-Teildruck von unter
0,7 kg/cm2 zu arbeiten. Die 'Menge des inerten Verdünnungsmittels hängt natürlich
von dein gewünschten Kohlenwasserstoff-Teildruck ab. Nachstehende Tabelle gibt z.
B. die bei Kohlenwasserstoff-Teildrücken von 0.35, 0,7 und 1,4 kg cm2 erforderlichen
Dampfmengen in Gewichtsprozent an, bezogen auf die Beschickung
| Kohlenwasserstoff-Teildruck |
| kg/cni2 .................. 0_,35 0,7 1,4 |
| Dampf, Gewichtsprozent .... 130 48 6,6 |
Die günstigste Menge des zu verwendenden Dampfes hängt von den Erzeugungskosten
des Dampfes und den Preisen der Kohlenwasserstoffprodukte sowie von den Anlagekosten
an der Arbeitsstelle ab.
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Die in Fig. 3 gezeigten gegenseitigen Beziehungen geben die Gesamtausbeuten
an Cl-, #C2-, C3 und C4 Produkten wieder, die bei Beschickung der Reaktionskammer
mit Gasöl erhalten wurden. Die mit Rückstandsölen als Ausgangsstoff. erhaltenen
Ausbeuten weichen zwar von den in Fig.3 gezeigten etwas ab, doch hat sich bei weiteren
Untersuchungen gezeigt, daß die allgemeine Tendenz bei Änderungen des Kohlenwasserstoff-Teildruckes
etwa die gleiche ist. Die in Fig.3 gezeigten Ausbeuten umfassen sowohl diejenigen
an gesättigten, wie auch an ungesättigten Kohlenwa,sserstoffen. Unter den oben angegebenen,
bevorzugten Betriebsbedingungen, d. h. bei Temperaturen von etwa 700° C und Berührungszeiten
von vorzugsweise etwa 0,5 Sekunden oder weniger, erhält man von den C2-Produkten
Ausbeuten von 6011/o Äthylen oder mehr. Die C3-Produkte bestehen zu über 9011/o
aus Olefinen, während das Butadien, das von den C¢ Produkten das wertvollste ist,
unter diesen bevorzugten Bedingungen zwischen 30 und 4011/o der Gesamtausbeute dieser
C4 Produkte ausmacht.
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Wie bereits erwähnt, wird die Gesamtwirksamkeit des Verfahrens auch
weitgehend durch die Zersetzung in »trockene« Gase (d. h. in Kohlenwasserstoffe
mit 3 und weniger Kohlenstoffatomen) bestimmt. Vorzugsweise wird der Anteil der
trockenen Gase zwischen 25 und 40 Gewichtsprozent, bezogen auf die Beschickung,
gehalten. Eine Bildung von etwa 30% Methan liegt bei den meisten Ausgangsölen nahe
dem Bestwert. Man kann natürlich auch noch andere wertvolle Produkte als die oben
erwähnten unter den gleichen Betriebsbedingungen erhalten, z. B. C.-Diolefine in
ziemlich guten Ausbeuten, ebenso auch etwas Benzol, Toluol und Xylol. Sie alle haben
für die meisten Raffinerien einen größeren Wert als Gasöl oder Benzin.
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Bei einem gut arbeitendem Verfahren nach der Erfindung führt man z.
B. auf 815° C vorgewärmte, feste Teilchen zusammen mit überhitztem Dampf in die
Reaktionszone ein. Die Geschwindigkeit im Steigrohr beträgt vor dem Einblasen des
Dampfes etwa 1 bis 1,5 in /Sek. Durch die Dampfzuführung steigt sie auf 4,5 bis
5,2 m/Sek. Die aus Rückstandsöl bestehende Beschickung, z. B. ein reduziertes Louisiana-Rohöl,
wird durch den Verteilerdüsenring 29 unter die heißen, festen Teilchen gespritzt.
Bei der Verdampfung und Crackung des Öls entsteht so viel Gas, daß die Geschwindigkeit
bis zum Ende der Reaktionszone 19 auf 18 in/Sek. gestiegen ist. Die Verweilzeit
der Gase in dem als Fließleitung ausgebildeten Teil der Reaktionskammer beträgt
etwa 0,25 Sekunden. Im Zyklon bleibt das Gut etwa 0,25 Sekunden. Der Zyklon bildet
im wesentlichen den Endteil der Reaktionszone, und es ist wichtig, daß das Gas,
sobald es von den festen Teilchen abgetrennt ist, so weit wie möglich von den festen
Stoffen ferngehalten wird. Die Produktdämpfe werden an der Austrittsseite des Zyklons
durch Besprühen mit kaltem Öl befeuchtet und auf 280° C abgekühlt, um die flüchtigeren
Dämpfe abzukühlen und eine bei 340° C siedende Fraktion zusammen mit dem Teer als
Kondensat zu gewinnen. Das hierfür verwendete Abschrceköl ist eine zwischen 220
und 350° C siedende, aus der Fraktioniersäule zurückgeführteFraktion. Die von den
gasförmigen Produkten abgetrennten, festen Stoffe werden mit Dampf in einer Abstreifzone
von flüchtigen Bestandteilen befreit. Die Verweilzeit der festen Stoffe in dieser
Zone beträgt etwa 10 Sekunden. Eine Dampfgeschwindigkeit von 2 V/V in der Abstreifzone
genügt zur Verhütung größerer Verluste an Dampfprodukten; andernfalls würden 2 oder
3 % der Produktdämpfe mit in die Heizzone befördert.
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Beim Eintritt in die Heizzone werden die aus der Abstreifzone kommenden
festen Stoffe mit Luft vermischt und verbrannt. Die Festteilchen erreichen innerhalb
von etwa 1,5 bis 2 Sekunden eine Temperatur von 815° C, und der Brenner ist für
eine Austrittsgeschwindigkeit von 18 m/Sek. gebaut. Die aufgeheizten Festteilchen
werden in einem mit hoher Gasgeschwindigkeit
betriebenen Zyklon
109 von den Verbrennungsgasen getrennt. Die Wärme dieser Rauchgase wird in einem
(hier nicht gezeigten) Abhitzekessel verwertet. Aus dem erwähnten Zyklon fallen
die Festteilchen dann in den Abstreifraum 113 herab, in dem die flüchtigen Bestandteile
mit Dampf abgestreift werden, um zu vermeiden, daß Abgase in die Reaktionskammer
gelangen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform strömt ein Teil des durch
die Leitung 83 eingeblasenen Abstreifdampfes nach oben in die Auslaßleitung 33 bis
35. Dieser Dampf macht zusammen mit dem den festen Teilchen bei deren Eintritt in
die Reaktionskammer zugeführten Dampf, insgesamt etwa 5 Gewichtsprozent der Ölbeschickung
aus.
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So werden beispielsweisse bei Verwendung eines 2,4°/aigen South-Louisiana-Rückstandsöles
als Beschickung bei einer Reaktionstemperatur von 700° C sowie bei 30o/oiger Umwandlung
in Kohlenwasserstoff mit 3 Kohlenstoffatomen und weniger und einem Kohlenwasserstoff-Teildruck
von 0,35 kg/cm2 folgende Produkte erhalten:
| Produktausbeuten - Gewichtsprozent |
| Nicht aus Kohlenwasserstoffen bestehende |
| Gase .......................... ... 0,9 |
| HH4................................ 6,3 |
| C2 H4 .. ............................. 10,3 |
| C2 H6 ............................... 2,8 |
| C3 H6 ............................... 8,5 |
| C3 H8 ............................... 0,6 |
| C4 H6 ............................... 2,24 |
| C4 H8 ................ ............... 4,1 |
| C4Hlo .............................. 0,1 |
| Bei 220° C siedende C, Produkte (ohne |
| Benzol) .......................... 17,2 |
| Benzol .............. . . . '''**** ...... 8,83 |
| Von 220 bis 345° C siedende Produkte 7,2 |
| Rückstand, einschließlich Koks ...... 38,4 |
Natürlich stellt das vorstehende Beispiel nur eine der verschiedenen, in Betracht
kommenden Ausführungsformen dar. Das Verfahren ist innerhalb der oben angegebenen
Grenzen durchführbar und höchst wirksam. Bei Einhaltung der hier vorgeschriebenen
Bedingungen lassen sich z. B. minderwertige reduzierte Rohöle mit guter Ausbeute
in hochwertige Produkte umwandeln.