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Verfahren zur Verkokung schwerer Kohlenwasserstofföle Die Erfindung
bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Verkokung schwerer Kohlenwasserstofföle,
wobei man eine Verkokungsbeschickung mit Koksteilchen, die eine dichte Wirbelschicht
bilden, bei Verkokungstemperaturen zusammenbringt. Insbesondere bezieht sie sich
auf ein geschlossenes Verfahren dieser Art, bei dem man keine großen Koksklumpen
aus der Wirbelschicht-Verkokungskammer mehr zu entfernen braucht.
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Neuerdings wurde ein verbessertes Verfahren entwickelt, das als Wirbelschicht-Verkokungsverfahren
bekannt ist, nach dem man aus schwereren Kohlenwasserstoffölen niedrigersiedende
Fraktionen herstellen kann. Die Wirbelschicht-Verkokungsanlage besteht dabei hauptsächlich
aus einem Reaktionsbehälter oder einer Verkokungskammer, die eine engbegrenzte Abstreifzone
enthält, die in einem umgekehrt konischen Teil endet, sowie aus einer Heizkammer
oder einem Brenner. Bei diesem Verfahren wird das zu behandelnde schwere Öl in die
Reaktionskammer eingespritzt, in der sich eine dichte Wirbelschicht aus heißen inerten
festen Teilchen, vorzugsweise Koksteilchen, befindet. In der Verkokungszone herrscht
eine gleichmäßige Temperatur. Gleichmäßiges Durchmischen in der Schicht führt zu
praktisch überall gleichen Temperaturbedingungen und zu einer sofortigen Verteilung
des Beschickungsgutes. In der Reaktionszone wird die Beschickung teils verdampft
und teils gecrackt.
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Die Produktdämpfe ziehen aus der Verkokungskammer ab und gelangen
zur Gewinnung von Gas und leichten Destillaten in eine Fraktioniersäule. Etwa noch
vorhandene schwere Ölrückstände werden gewöhnlich in die Verkokungskammer zurückgeführt.
Der während des Verfahrens entstehende Koks scheidet sich auf den festen Teilchen
in der Schicht ab. In die Abstreifzone wird der Dampf eingeblasen, der dazu dient,
das Öl von den Koksteilchen abzustreifen, bevor diese in die Heizkammer gelangen,
und außerdem die Aufwirbelung der Teilchen zu unterstützen.
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Die zur Durchführung der endothermen Verkokungsreaktion benötigte
Wärme wird in der Heizkammer erzeugt. Man zieht durch Stand- und Steigrohre einen
Koksstrom aus der Verkokungskammer ab und überführt ihn in die Heizkammer. Dort
werden die festen Teilchen durch Verbrennung ausreichender Mengen Koks oder kohlenstoffhaltiger
Stoffe genügend hoch erwärmt, um den Wärmebedarf des Systems zu decken. Die festen
Stoffe in der Heizkammer werden auf einer höheren Temperatur gehalten als diejenigen
in der Reaktionskammer. Zu diesem Zweck verbrennt man von der Pechbeschickung etwa
5 °/o; das entspricht etwa 15 bis 30 % des bei dem Verfahren erzeugten Kokses. Die
Menge an uriverbranntem Koks stellt die nach dem Verfahren erhaltene Netto-Koksausbeute
dar. Zu den schweren Kohlenwasserstoffölen, die sich am besten als Beschickung für
solche Verkokungsverfahren eignen, gehören schwere oder reduzierte Rohöle, Rückstände
von der Vakuum-Öldestillation, Pech, Asphalt, andere schwere Kohlenwasserstoff-Rückstände
oder Gemische davon. Derartige Beschickungen können beispielsweise einen Siedebeginn
von etwa 370°, eine Dichte von etwa 0,934 bis 1,076, z. B. 1,061, und einen Gehalt
an Kohlerückständen nach Conradson von etwa 5 bis 40 Gewichtsprozent haben. (Über
die Bestimmung der Kohlerückstände nach C o n r a d s o n vgl. die ASTM-Prüfung
D-180-52): Vorzugsweise arbeitet man mit festen Stoffen einer mittleren Teilchengröße
von 50 bis 1000&., vorzugsweise 100 bis 400.. Zweckmäßig besitzen nicht mehr
als 511/, dieser Teilchen einen Durchmesser von unter etwa 75#t, da die kleinen
Teilchen leicht zusammenbacken oder mit den entweichenden Gasen fortgerissen werden.
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Zu den Schwierigkeiten, denen man bei Wirbelschicht-Verkokungsverfahren
begegnet, gehört unter anderem die Bildung großer Koksstücke oder -klumpen. Da diese
normalerweise zu groß sind, um auf die übliche Weise ausgetragen zu werden, sammeln
sie sich am Boden des konischen Teiles unterhalb des Abstreifers an. Diese Klumpen
oder großen Stücke sind viel größer als die obenerwähnten Wirbelschicht-Koksteilchen
oder diejenigen Koksteilchen, die während des Verfahrens infolge unvollkommener
Verbrennung des Kokses an Größe zugenommen haben. Diese letztgenannten, durch normale
Koksabscheidungen entstandenen Teilchen zieht man auf dem gewöhnlichen Wege ab,
bevor sie zu groß werden.
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Die sich in dem konischen Teil ansammelnden großen Klumpen besitzen
einen Durchmesser von mindestens 9 bis zu 125 mm. Die Bildung solcher Klumpen ist
offenbar auf falsches Arbeiten der Einspritzdüsen oder auf
andere
bisher noch nicht geklärte Vorgänge zurückzuführen. Hierdurch wird es- erforderlich,
die großen Koksklumpen mehrmals am Tage zu entfernen, was bei einer großtechnischen
Anlage, in der sich oft an einem einzigen Tage Koksklumpen bilden; deren Menge nach
Topnen zählt, eine ebenso gefährliche wie schwierige Arbeit darstellt.. Die Klumpen
müssen dann noch von einer Reaktionstemperatur von etwa 510° ab gelöscht werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren, bei
dem diese Schwierigkeiten behoben werden und es nicht mehr- erforderlich ist, die
großen Klumpen durch einen Austragstrichter oder andere Mittel aus der Verkokungskammer
auszutragen. Nach diesem Verfahren wird ein Teil des Abstreifgases mit hoher Geschwindigkeit,
d. h. von 150 bis 915 m/Sek. von unten in den konischen Teil eingeblasen, um die
großen Klumpen zu zerkleinern und gesichtet fortzutragen. Bei dieser Arbeitsweise
ist eine Entnahme aus der Verkokungskammer nicht mehr erforderlich.
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Zu den Abstreifgasen, die für den normalen Abstreifvorgang sowie zum
Zerkleinern der Klumpen durch Ein-'blasen von unten in den konischen Teil dienen
können, gehören gegenüber -der vorliegenden Reaktion inerte Gase wie Erdgas, Abgase,
Umlaufgase und Dampf, von denen der letztere bevorzugt wii d.
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Die Menge des von unten in den konischen Teil einzublasenden Abstreifdampfes
kann je nach dem Umfang der Klumpenbildung verschieden sein. Zwar kann man bis zu
100°/o des Dampfes an dieser Stelle einblasen; dies würde jedoch zu einer unvollkommenen
Verteilung des aufwirbelnden Gases führen. Im allgemeinen nimmt man darum nur 25
bis 400/, des gesamten Abstreifgases zum Zerkleinern der Klumpen. Die Gesamtmenge
des zum Austreiben des Öls sowie zum Aufwirbeln der Teilchen eingeblasenen Abstreifgases
bewegt sich normalerweise innerhalb des Bereiches von 5 bis 15 Gewichtsprozent der
Kohlenwasserstoffbeschickung.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispieles in Verbindung
mit dem in der Zeichnung gezeigten Strömungsschema näher erläutert.
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Die in der Zeichnung dargestellte Verkokungskammer 1 ist für das Arbeiten
bei 510° geeignet und aus entsprechenden Baustoffen errichtet. Sie enthält einen
engbegrenzten Abstreifertei121, d. h. einen solchen von beschränktem Durchmesser,
der in einem umgekehrtkonischen Teil 22 endet. Die Verkokungskammer enthält eine
aus Koksteilchen mit einem Durchmesser von 150 bis 400a gebildete Schicht, wobei
diese Teilchen genügend hoch, z. B. auf 660°, vorgewärmt werden, damit die Schicht
die Temperatur von 510° annimmt. Die von den festen Teilchen gebildete Schicht reicht
bis an eine obere Grenzfläche 5. Die Schicht wird durch ein Gas aufgewirbelt, z.
B. 205° warmen Dampf, der am Abstreiferabschnitt durch das Rohr 3 in die Kammer
einströmt. Das Aufwirbehmgsgas strömt mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von
0,45 m/Sek. durch die Kammer nach oben, wenn es das in der Schicht erzeugte Gas
enthält, und fördert die festen Teilchen bis zu der angegebenen Grenzfläche. Das
Aufwirbelungsgas dient außerdem dazu; die Dämpfe und Gase aus dem durch die Leitung
9 zufließenden Koks (wie weiter unten noch näher beschrieben wird) auszutreiben.
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Ein umzuwandelndes, reduziertes Rohöl, z. B. ein Hawkins-Pech, wird
vorzugsweise auf eine Temperatur, die nicht höher als die Cracktemperatur ist, z.
B. auf 370°, vorgewärmt und durch die Leitung 2, vorzugsweise an mehreren Stellen,
in die aus heißen Koksteilchen bestehende- Wirbelschicht eingeführt. Das Öl wird
beim Auftreffen auf die heißen Teilchen zersetzt, und die entstehenden Dämpfe unterstützen
die Aufwirbelung der festen Stoffe in der Schicht und fördern ihre allg3#.n@ine
Bewe;lichkeit sowie den Wirbelzustand. Die Produktdämpfe strömen dann durch die
Schicht nach oben, gelangen in den Zyklon 6, aus dein die festen Teilchen durch
ein Tauchrohr 7 in die Schicht zurückfließen, und entweichen anschließend durch
die Leitun-r 4 aus der Verkokungskammer.
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Sobald sich große Klumpen bilden, sinken diese in den konischen Teil
22 herunter. Durch die Leitung 20 wird Dampf, z. B. etwa 300/, des gesamten
Abstreifdampfes, etwa 204° warm, mit einer Geschwindigkeit von 460 m/Sek. von unten
in den konischen Abschnitt eingeblasen. Dieser mit hoher Geschwindigkeit einströmende
Dampf reißt die großen Klumpen während ihrer Bildung auseinander und führt die Koksteilchen
von normaler Größe sowie die zerkleinerten Teile der Klumpen mit sich fort, so daß
weitere Klumpen nachsinken und dabei ebenfalls zerrissen werden können.
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Ein Strom fester Teilchen wird durch die Leitung 8 aus der Verkokungskammer
abgezogen und von dem eingeleiteten Dampf durch die Leitung 19 in eine gesonderte
Aufheizkammer 10 befördert. Zur Beheizung kann auch ein Durchflußrohr dienen. Der
Heizkammer 10 wird durch die Leitung 11 Luft zugeführt. In dieser Kammer wird ein
Teil der kohlenstoffhaltigen Feststoffe, z. B. Koks oder die auf diesem abgeschiedenen
Stoffe, verbrannt, wobei die Temperatur genügend ansteigt, um für die in dem Verkokungskessel
1 vor sich gehende endotherme Reaktion die erforderliche Wärme zuzuführen. Die Temperatur
der in der Heizkammer befindlichen festen Stoffe ist gewöhnlich um 55 bis 170° höher
als die der festen Stoffe in der Verkokungskammer, im vorliegenden Falle z. B. um
100° höher. Die Koksschicht in der Heizkammer 10 wird ähnlich aufgewirbelt wie die
Schicht in der Verkokungskammer 1. Die festen Stoffe werden durch die eintretende
Luft und die entstehenden Verbrennungsgase in der Schwebe bis zu der durch die Linie
13 angedeuteten Höhe gehalten. Die heißen Abgase ziehen durch den Zyklon 14 und
die Leitung 16 ab. Etwa mitgerissene feste Teilchen werden durch das Tauchrohr 15
in die Schicht zurückgeführt. Ein Teil der heißen, festen Stoffe wird kontinuierlich
aus dem Heizkessel 10 durch die Leitung 9 abgezogen und an einer oder mehreren Stellen
in die Kammer 1 eingeführt, um den Wärmeausgleich in dem System aufrechtzuerhalten.
Ein Aufwirbelungsgas, z. B. Dampf, fließt durch die Leitung 18 zu. Der Produktkoks
wird durch die Leitung 17 aus der Kammer 10 abgezogen.
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Zum besseren Verständnis der vorstehenden Beschreibung folgt eine
Zusammenstellung der Betriebsbedingungen der verschiedenen Bestandteile.
| Betriebsbedingungen in der |
| Wirbelschicht-Verkokungskammer 1 |
| Möglicher Bevorzugter |
| Bereich Bereich |
| Temperatur, ° C ...... 450 bis 650 480 bis 540 |
| Druck, Atm.......... 1 " 10 1,5 " 2 |
| Oberflächengeschwin- |
| digkeit des Wirbel- |
| gases, m/Sek...:.... 0,06 " 0,6 0,15 " 0,30 |
| Oberflächengeschwin- |
| digkeit des Gases zum |
| Boden des konischen |
| Teiles, m/Sek. ..... 150 " 915 300 " 610 |
| Mittlere Größe der |
| Koksteilchen in #t 50 " 1000 100 " 400 |
| Betriebsbedingungen in der Heizkammer 10 |
| Möglicher |
| Bevorzugter |
| Bereich Bereich |
| Temperatur, ° C ...... 565 bis 870 592 bis 648 |
| Oberflächengeschwin- |
| digkeit des Aufwirbe- |
| lungsgases, m/Sek. .. 0,3 " 1,5 0,6 " 1,2 |
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann einleuchtend. Sie
ermöglicht die Entnahme des Produktkokses aus der Heizkammer und macht die früher
erforderliche Maßnahme der Austragung großer Klumpen aus der Reaktionskammer selbst
überflüssig. Die Nachteile dieser früheren Arbeitsweise sind vorstehend aufgezeigt
worden.