DE1072587B

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Publication number: DE1072587B
Application number: DENDAT1072587D
Authority: DE
Publication date: 1960-01-07

Description

DEUTSCHES

kl. 10a 22/05

INTERHAT. KL. ClOb

PATENTAMT

St4913 VI/10a

ANMELDETAG: 5. JUNI 19 5 2

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGE S CHRIFT:

7. JANUAR 1960

Die Erdölrückstände, welche gemäß der Erfindung verkokt werden sollen, sind hochsiedende Kohlenwasserstofföle, welche bei gewöhnlichen Drucken nicht verdampft werden können, ohne daß eine Spaltung der hochsiedenden Bestandteile eintritt. Das Rückstandsöl kann durch Destillation unter Atmospären- oder Unterdruck hergestellt worden sein.

Verfahren zur Verkokung von Erdölrückständen in einer Wirbelschicht feinverteilter mehr oder weniger inerter heißer Stoffe sind an sich bekannt.

Gemäß der Erfindung werden feinzerkleinerte Feststoffe unmittelbar mit heißen Verbrennungsgasen in einer Wärmeübertragungsleitung aufgeheizt, in welcher die Gasgeschwindigkeit hoch ist, so daß die Wärmeübertragung außerordentlich schnell vor sich geht, da die Dichte der Feststoffsuspension gering ist.

Die Verkokung der Erdölrückstände erfolgt in einer Wirbelschicht feinzerteilter Feststoffe, in welche das vorerhitzte Gut verdüst oder anderweitig eingeführt wird. Die Gase und Dämpfe werden im oberen Teil der Verkokungskammer abgezogen, um niedriger siedende Kohlenwasserstofffraktionen zu gewinnen. Der Koks wird in eine Nachentgasungszone übergeführt, aus der ein Teil des nachentgasten Kokses als Fertigprodukt abgezogen, ein anderer Teil im Kreislauf unmittelbar mit heißen Verbrennungsgasen aufgeheizt und in die Verkokungs- und/oder die Nachentgasungszone zurückgeführt wird.

Die Temperatur des Kreislaufkokses wird hierbei um etwa 83 bis 167° C über die Temperatur der Verkokungszone erhöht.

Die Verwendung einer Wärmeübertragungsleitung, in welcher die Gasgeschwindigkeit sehr hoch und die Feststoffverweilzeit sehr kurz ist, hat gegenüber dem mit zwei Reaktionskammern arbeitenden System, bei dem die zur Aufheizung der Feststoffe dienende Verbrennung in einer dichten Wirbelschicht der Feststoffe stattfindet, große Vorzüge. Einmal ist die Feststoffverweilzeit in einer dichten Wirbelschicht um ein Vielfaches größer als in einer Wärmeübertragungsleitung, in welcher die Verweilzeit nur 1 bis 2 Sekunden zu betragen braucht. Ferner ist der Druckabfall in der Wärmeübertragungsleitung geringer, weil diese kein Verteilersieb und keine Wirbelschicht von großer Tiefe enthält.

Wenn man die Wärme durch Verbrennung von Heizgas an Stelle von Koks erzeugt, kann man die Verbrennung bis zu CO₂ und Wasser durchführen. Dadurch wird mehr Wärme gewonnen, und außerdem ist die für eine gegebene Wärmeerzeugung erforderliche Luftmenge geringer, als wenn man Kohlenstoff nur zu CO verbrennt.

In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des Verfahren zum Verkoken
von Erdölrückständen
in einer Wirbelschicht

Anmelder:

Esso Research and Engineering Company, Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: E. Maemecke, Berlin-Lichterfelde West,

und Dr. W. Kühl, Hamburg 36, Esplanade 36 a,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. Juni 1951

Verfahrens gemäß der Erfindung geeignete Vorrichtung dargestellt.

Eine Rohrleitung 10 dient zur Zuführung der Erdölrückstände, die ein spezifisches Gewicht zwischen etwa 1,165 und 0,934, einen Conradson-Wert zwischen etwa 5 und 50 Gewichtsprozent und einen Siedebeginn zwischen etwa 454 und 593° C haben. Das Gut wird durch Rohrschlange 12 oder eine andere, im Ofen 14 angeordnete Heizvorrichtung geleitet. Dabei wird es auf etwa 371 bis 454° C aufgeheizt. Es wird dann durch Rohrleitung 16 in die Verkokungskammer 18 gefördert, welche eine Feststoffwirbelschicht 22 enthält, deren Höhe mit 24 bezeichnet ist.

Vorzugsweise überhitzter Dampf wird durch Rohrleitung 28 dem in Rohrleitung 16 einströmenden aufgeheizten Behandlungsgut zugeführt. Das entstandene Gemisch wird der Wirbelschicht 22 unterhalb oder oberhalb der Grenzfläche 24 zugeführt oder in diese verdüst. Die Wirbelschicht 22 wird auf einer Temperatur zwischen etwa 427 und 649° C, vorzugsweise etwa 454 und 566° C, gehalten. Die Wirbelschichtteilchen haben eine Größe von etwa 20 bis 500, vorzugsweise etwa 20 bis 200 Mikron. Sie können außer aus dem erzeugten Erdölkoks auch aus Sand, Bimsstein, Kieselgur, Karborundum oder anderen feuerfesten Stoffen bestehen.

903 708Ί09

Die Gase und Dämpfe strömen aus der Wirbelschicht nach oben und enthalten feinste Feststoffe, welche die Flugstaubsuspension 26 bilden. Sie strömen dann durch den Abscheider 32, z. B. einen oder mehrere Zyklonabscheider, in dem der mitgerissene Flugstaub sich abscheidet, der mittels Tauchrohr 34 in die Wirbelschicht 22 zurückgeführt wird, während die Gase und Dämpfe durch Rohrleitung 36 abströmen.

Die Feststoffe der Verkokungszone werden durch die aufwärts strömenden Kohlenwasserstoffgase und durch den in Rohrleitung 38 unterhalb des Verteilersiebes 42 zugeführten überhitzten Dampf im Zustand einer Wirbelschicht gehalten. Die Geschwindigkeit der die Wirbelschicht 22 aufwärts durchströmenden Gase und Dämpfe liegt zwischen etwa 0,3 und l,2m/sec. Wenn man Koks von einer Teilchengröße von etwa 0,074 bis 0,147 mm verwendet und die Geschwindigkeit des Gases etwa 0,9 m/sec ist, beträgt die Dichte der Wirbelschicht etwa 0,480 kg/1 = t/m³, kann aber je nach Gasgeschwindigkeit zwischen etwa 0,160 und 0,961 t/m³ liegen.

Durch die Scheidewand 46 in der Verkokungskammer 13 wird die Nachentgasungszone 44 gebildet. Die erzeugten Koksteilchen sammeln sich in dieser Zone und werden durch überhitzten Dampf, welcher unterhalb des Verteilersiebes 48 durch Rohrleitung 52 eingeführt wird, von den restlichen flüchtigen Kohlenwasserstoffen befreit. Ein Teil der auf diese Weise entgasten Koksteilchen wird aus dem unteren Teil der Nachentgasungszone in Rohrleitung 54 abgezogen.

Heizgas wird dem Brenner 58 in Rohrleitung 62 und Luft in Rohrleitung64 zugeführt. Das heiße Verbrennungsgas strömt durch Rohrleitung 66 mit einer Temperatur von etwa 705 und 1927° C in die senkrecht angeordnete Wärmeübertragungsleitung 68.

Der aufzuheizende Kreislaufkoks wird aus der Nachentgasungszone 44 in Rohrleitung 72 stetig abgezogen, in der ein Regelventil 74 vorgesehen ist. Die abgezogenen Koksteilchen strömen in den unteren Teil der Wärmeübcrtragungsleitung 68. Die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung auf die Feststoffteilchen ist so groß, daß die Wärme schon bei einer Feststoffverweilzeit unter 1 Sekunde praktisch vollständig übertragen wird. Der Koks wird auf etwa 454 bis etwa 593° C oder höher aufgeheizt. Die Geschwindigkeit des durch die Wärmeübertragungsleitung 68 aufwärts strömenden Gases liegt zwischen etwa 9 und 18 m/sec, so daß die Dichte der Feststoffsuspension etwa 0,160 · 10~³ bis 0,160 · 10^¹ t/m³ beträgt.

Der aufgeheizte Kreislaufkoks wird über einen Abscheider 78 von den Verbrennungsgasen, die durch Rohrleitung 84 abströmen, getrennt und durch Rohrleitung 82 abgezogen. Der Wärmeinhalt der Verbrennungsgase kann durch Abhitzekessel oder ähnliche Einrichtungen wiedergewonnen werden. Die Rohrleitung 82 ist mit einem Schieber 86 versehen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kreislaufkokses in Rohrleitung 88 zu steuern, die in die Wirbelschicht 22 der Verkokungskammer 18 mündet. Eine weitere von der Rohrleitung 82 abzweigende Rohrleitung 92, die mit dem Schieber 94 ausgerüstet ist, führt in den oberen Teil der Nachentgasungszone 44, um dort die Temperatur zu erhöhen und das Abtreiben der flüchtigen Kohlenwasserstoffe zu erleichtern.

Bei der bei einer Temperatur von etwa 454° C durchgeführten Verkokung ist eine sehr lange Feststoffverweilzeit in der Wirbelschicht 22 erforderlich, damit die Verkokung des schweren, flüssigen Ausgangsgutes vollständig erfolgt. Wenn die Verkokungsreaktion unvollständig verläuft, führt der Teilstrom des Kreislaufkokses, der durch Rohrleitung 72 in die Wärmeübertragungsleitung 68 einströmt, zu einem Verlust an Kohlenwasserstoffen. Durch Einführung des stark aufgeheizten Kreislaufkokses in die Nachentgasungszone 44 wird diese auf einer höheren Temperatur als derjenigen der A^erkokungszone gehalten, so daß die Verkokungsreaktion beschleunigt und vervollständigt wird, bevor der Koks aus dem unteren

ίο Teil der Nachentgasungszone 44 abgezogen wird. Wenn die Verkokungszone z. B. eine Temperatur von etwa 454° C hat, wird die Nachentgasungszone auf etwa 482 bis 538° C, vorzugsweise etwa 524° C, gehalten, indem durch Rohrleitung 92 aufgeheizter Kreislaufkoks zugeführt wird. Bei einer höheren Verkokungstemperatur von beispielsweise etwa 510° C wird die Temperatur der Nachentgasungszone auf etwa 552° C gehalten.

Anstatt Heizgas zu verbrennen, kann im Brenner 58 auch Koks verbrannt werden. In diesem Falle empfiehlt es sich, die Luft dem Brenner teils durch Rohrleitung 64 und teils dem oberen Teil der Wärmeübertragungsleitung durch Rohrleitung 96 zuzuführen.

Mit der Maßnahme der Aufheizung des Kreislaufkokses ist ein weiterer Vorteil verbunden. Durch die Anlagerung von frisch auf dem Koks abgeschiedenem Kohlenstoff und die Aufheizung der Koksteilchen auf etwa 816° C wird die Oberfläche des Kreislaufkokses erheblich vergrößert. Die für die Wirbelschichtverkokung erforderliche Feststoffverweilzeit kann noch erheblich verringert werden, wenn man einen Koks von einer gewissen Porosität verwendet.

L^Tm die Oberfläche der Koksteilchen noch weiter zu erhöhen, kann man einen geringen Teil des Kreislaufkokses der Wärmeübertragungsleitung unten zuführen, den Restteil dagegen weiter oben. Auf diese Weise wird ein Teil des Gas-Feststoff-Gemisches auf eine Temperatur von etwa 816° C aufgeheizt, die durch Zuführung des Restes der Koksteilchen auf etwa 454 bis etwa 593° C vermindert wird. Beispielsweise kann ein Teil der Koksteilchen durch Rohrleitung 72, der Rest durch die mit dem Schieber 102 gesteuerte Rohrleitung 98 der Wärmeübertragungsleitung zugeführt werden. Dieser Restteil wird mittels durch Rohrleitung 104 einströmender Luft oder Dampf in Rohrleitung 106 der Wärmeübertragungsleitung 68 an einer Stelle 107 zugeführt, die erheblich oberhalb der Stelle liegt, an der Rohrleitung 72 mündet. Auf diese Weise werden etwa 3O°/o des Kreislaufkokses (das ist der durch Rohrleitung 72 zugeführte Teil) auf etwa 816° C aufgeheizt. Der Abstand zwischen Zuführungsstelle 72 und 107 stellt den größeren Teil, etwa drei Viertel der gesamten Länge der Wärmeübertragungsleitung, dar.

Die Erfindung ist zwar in ihrer Anwendung auf die Wirbelschichtverkokung beschrieben worden, sie läßt sich jedoch auch auf andere Verfahren anwenden, bei welchen Feststoffe von Wirbelschichten durch Verbrennung eines Heizgases in einer Übertragungsleitung aufgeheizt werden müssen.

Ausführungsbeispiel

(technische Anlage)

Apparative Daten

Verkokungskammer (18)

Innendurchmesser 5,0 m

Höhe 26,5 m

Höhe der Wirbelschicht (22) 22 m

Claims

Nachentgasungszone (44) Querschnitt Höhe Wärme-Übertragungsleitung (68) Innendurchmesser Höhe 0,84 m2 18,3 m

1.2 m 12 m Reaktionsprodukt je Tag
Koks (in Leitung 54 abgezogen) 880 t

Dampfförmige Reaktionsprodukte (in Leitung 36 abgezogen)

Verfahrenstechnische Daten

Ausgangsgut (Rückstandsöl)

Dichte₁₅,_e

Kohlenstoff (Conradson)

Siedebeginn
Beschickung
Aufheizung
Dampf (28)

Wirbelschicht (22)

Koksmenge

Teilchengröße des Kokses .

Dichte

Temperatur

Druck

Gasgeschwindigkeit

Zugeführte Dampfmenge (38,52)

Wärmebedarf der Verkokung (22)

Koksumlauf (72)

Wärmequelle (58)

Gebläseluft für Brenner 58 . .

Temperatur des Verbrennungsgases

Temperatur des Kreislaufkokses in Leitung 72

Nach Aufheizung (82)

Gasgeschwindigkeit in Leitung 68

Feststoffverweilzeit in Leitung 68

Druck in Leitung 84

1,036

21 Gewichtsprozent 593° C 3657 nrVTag

454° C 2268 kg/h (8,5 atü)

230 t 0,020 bis 0,200 mm 0,480 t/m³

454° C 0,61 atü 0,9 m/sec

10 297 kg/h (3,4 atü)

10 000 000 kcal/h

3,6 t/min

Heizgas mit etwa 10% Luftüberschuß

292 mtymin (0,1 atü)

1649° C

454° C 593° C

12 m/sec

2 see

etwa Atmosphärendruck

Cj-Gas

^C4^H

C bi

10

410

C₁₅ bis 221° C .
221 bis 343° C
343 bis 510° C
51O⁰C + ....

303 024 ms

36,565 m³

694,742 m³

1 004,754 m³

1 052,448 m³

1 096,962 m³

Pa T H X T Λ Ν SPRÜCHE:

1. Verfahren zum Verkoken von Erdölrückständen in einer Wirbelschicht feinzerteilter Feststoffe bei etwa 427 bis 649° C mittels durch Verbrennungsgase von etwa 705 bis 1927° C aufgeheizten Kreislaufkokses, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Kreislaufkokses in einer Wärmeübertragungsleitung vorgenommen wird, die von den Verbrennungsgasen mit hoher Geschwindigkeit durchströmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit von Kreislaufkoks und Verbrennungsgasen in der Wärmeübertragungsleitung auf weniger als etwa 5, zweckmäßig 2 Sekunden bemessen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeheizte Kreislaufkoks teils in die Verkokungszone und teils in die Nachentgasungszone, in die der gesamte Koks aus der Verkokungszone übergeführt wird, zurückgeführt wird, wobei die Temperatur der Nachentgasungszone um etwa 30 bis HO⁰C über derjenigen der Verkokungszone liegt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des aufzuheizenden Kreislaufkokses am unteren Teil der Wärmeübertragungsleitung und der Restteil oberhalb dieser Stelle zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der am unteren Teil der Wärmeübertragungsleitung eingeführte Kreislaufkoks auf eine Temperatur von etwa 816° C aufgeheizt wird, die durch Zufuhr des Restteiles auf etwa 593° C vermindert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 578 711.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen