DE1266915B - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Brenngases durch Kracken von Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

ClOg

Deutsche Kl.: 26 a -11

Nummer: 1 266 915

Aktenzeichen: S 95908IV d/26 a

Anmeldetag: 11. März 1965

Auslegetag: 25. April 1968

Es ist bekannt, Kohlenwasserstoffe dadurch zu kracken, daß man Kohlenwasserstoffe mit einer erhitzten feuerfesten Oberfläche wie Ziegelmauerwerk oder keramischen Teilchen in Berührung bringt. Derartige Oberflächen werden jedoch durch die endotherme Krackreaktion rasch gekühlt, so daß das Überleiten des Ausgangsmaterials unterbrochen werden muß, während eine Flamme über die Oberfläche streicht, um sie erneut zu erhitzen. Ein solches zyklisches Abwechseln zwischen Erhitzen und Kühlen führt zu einer geringen Wirksamkeit des Verfahrens.

Kontinuierliche Verfahren sind bekannt, bei denen eine Kammer aus feuerfestem Material kontinuierlich von einer äußeren Wärmequelle erhitzt wird, während der Kohlenwasserstoff durch die Kammer geleitet wird. Das feuerfeste Material ist jedoch ein schlechter Wärmeleiter, so daß solche Verfahren ebenfalls nicht besonders wirksam sind und die Vorrichtung kostspielig arbeitet.

Sowohl bei dem zyklischen wie bei dem kontinuierliehen Verfahren erfolgt ferner eine beträchtliche Ablagerung von Kohle an den erhitzten Oberflächen, so daß die Ablagerungen periodisch entfernt werden müssen und die feuerfesten Oberflächen durch die Flamme rasch erodiert werden und daher häufig ersetzt werden müssen. Ferner besitzen die erzeugten Gase wechselnde Qualität und enthalten beträchtliche Mengen an Verunreinigungen, wie Tropföl, Teere und Rauch, die durch eine kostspielige Nachbehandlung entfernt werden müssen.

Die bekannten Verfahren zum Kracken wurden bisher hauptsächlich nur während des Spitzenbedarfs bzw. zur Erzielung von besonders hohen Leistungen z. B. während kurzer Winterperioden durchgeführt. Es ist daher besonders erwünscht, daß die Betriebs- !rosten für solche Verfahren und die dazugehörigen Vorrichtungen so niedrig wie möglich gehalten werden.

Demgegenüber ist das Verfahren zum Herstellen eines Brenngases durch Kracken von Kohlenwasser-Stoffen, indem man die Kohlenwasserstoffe in feinverteilter Form auf die Flamme eines Brenners treffen läßt, die in das eine Ende einer Krackzone brennt, erfindungsgemäß dadurch charakterisiert, daß man aus einer langgestreckten Verbrennungskammer die Flammenspitze in die Krackkammer ausdehnt und die gegebenenfalls durch indirekten Wärmeaustausch verdampften und/oder thermisch partiell gekrackten Kohlenwasserstoffe auf die Flamme, deren Temperatur zwischen 425 und 870° liegt, auftreffen läßt und daß man die Kohlenwasserstoffe in die Krackzone an mehreren Stellen rund um deren Umfang einleitet.

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Brenngases durch Kracken von
Kohlenwasserstoffen

Anmelder:

Sun Oil Company, Philadelphia, Pa.;
Thermal Research & Engineering Corporation,
Ccnshohocken, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. O. Dittmann, Patentanwalt,

8000 München 9, Bereiteranger 15

Als Erfinder benannt:
James William Stoops, Thorabury, Pa.;
Gordon Michael Bitterlich, Wayne, Pa.;
Moses Robert Lipkin, Chatham Village, Pa.;
Alex Leopold Primas, Norristown, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 12. März 1964 (351 412),
vom 21. Januar 1965 (426 785)

Man kann annehmen, daß das eingespritzte Ausgangsmaterial (das sich bei einer Temperatur z. B. von 370° C befinden kann) die Oberfläche der Flammenspitze von etwa 1650 auf 425 bis 870° C abkühlt.

Das Ausgangsmaterial sollte auf die Flamme an einen Punkt treffen, an dem die Verbrennung innerhalb der Flamme im wesentlichen vollständig ist und die Flamme im wesentlichen nur aus den heißen Verbrennungsprodukten besteht. Um dies zu gewährleisten, sollte ein Brenner verwendet werden, der eine gleichmäßig langgezogene Flamme erzeugt, so daß die Lage der Flammenspitze konstant bleibt. Dies wird durch die enge, langgestreckte Verbrennungskammer um die Brennerbasis erreicht, wobei sich die Flammenspitze in die Krackkammer ausdehnt.

Den als Ausgangsmaterial dienenden Kohlenwasserstoff bzw. die Mischung von Kohlenwasserstoffen läßt man in feinverteilter Form auf die Flamme des Brenners treffen.

Das Ausgangsmaterial kann als Dampf, Gas oder atomisierte Flüssigkeit eingespritzt werden. Der Aus-

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druck »in feinverteilter Form« umfaßt alle diese Mög- im Verhältnis zu der Menge des krackenden Kohlen-

lichkeiten. Wasserstoffs zu verringern, so daß es hierdurch mög-

Das Ausgangsmaterial wird von mehreren Stellen lieh ist, einen höheren Wärmewert und ein geringeres eingespritzt, z. B. von drei Düsen rings um den Bren- spezifisches Gewicht bei dem Gas zai erzielen. Bei ner. Es ist vorteilhaft, das Ausgangsmaterial in einen 5 manchen handelsüblichen Anlagen können die letztespitzen Winkel zu der Achse der Flamme und gegen ren Eigenschaften wichtig sein. Das erfindungsgemäß die Flamme zu richten, um die Berührungszeit des hergestellte Gas kann ein spezifisches Gewicht beiKohlenwasserstoffs mit der Flamme zu erhöhen. Die spielsweise zwischen 0,75 und 1,10 besitzen sowie Krackkammer ist vorzugsweise ein Rohr, das vom einen Wärmewert zwischen 88,2 und 252,1 kcal/ Brenner weg einen langgestreckten Strömungsweg für io 28,3 1.

die Verbrennungsprodukte und die gekrackten Gas- Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dreiprodukte ergibt. Die Krackkammer kann ferner einen stufig durchgeführt werden. Hierbei wird das Ausverengten Ausgang besitzen, um das Mischen der gangsmaterial zunächst durch indirekten Wärmeaus-Krackgase zu verbessern. tausch mit als Ausgangsmaterial erhaltenem Gas ver-

Vorteilhaft befindet sich im Weg der heißen Gase 15 dampft, und zwar in der oben beschriebenen Weise,

aus der Krackzone ein Wärmeaustauscher, mit dem worauf man das verdampfte Ausgangsmaterial bei

das Ausgangsmaterial vorgewärmt und gegebenenfalls einer Temperatur beispielsweise von 371° C in einen

verdampft werden kann. gesonderten, befeuerten Erhitzer einleitet, wo es auf

Es ist besonders vorteilhaft, den gleichen Kohlen- die Temperatur einer partiellen, thermischen Krakwasserstoff als Ausgangsmaterial für das Kracken so kung gebracht wird, wie dies oben bei dem zweistufi- und als Brennstoff für den Brenner zu verwenden. gen Verfahren beschrieben ist. Das bei der partiellen Zahlreiche Kohlenwasserstoffe eignen sich als Aus- Krackung erhaltene Gemisch wird dann in die Krakgangsmaterial, insbesondere können Erdölfraktionen kungsstufe eingeleitet, um, wie oben erwähnt, eine gekrackt werden. weitere Krackung durchzumachen. Dieses dreistufige

Die Temperatur in der Auftreffzone sollte Vorzugs- 25 Verfahren unterscheidet sich von dem zweistufigen weise 790° C nicht überschreiten, um die Bildung Verfahren darin, daß die Wärme für die Anfangseines gleichmäßigen Produkts, das verhältnismäßig verdampfung des Ausgangsmaterials durch Wärmefrei von Nebenprodukten ist, zu gewährleisten. Die austausch mit dem als Endprodukt erhaltenen Gases Krackzone muß im wesentlichen frei von Luft und bereitgestellt wird und nicht durch Erwärmen in dem frei von Sauerstoff sein, um die Bildung eines explosi- 30 gesonderten, befeuerten Erhitzer. In beiden Verfahven Gasgemisches zu verhindern. ren wird jedoch die Wärme für die partielle, ther-

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch mische Krackung in dem gesonderten, befeuerten

zweistufig durchführen. In diesem Fall erfolgt das Erhitzer erzeugt.

Kracken als partielles, thermisches Kracken in einem Eine für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Erhitzer, in dem das Ausgangsmaterial durch indirek- 35 Vorrichtung wird durch die Zeichnungen erläutert, ten Wärmeaustausch mit heißen Gasen, wie Verbren- Nach F i g. 1 enthält die Vorrichtung ein längnungsgasen, erhitzt wird. Bei diesem zweistufigen liches Krackrohr. Es besteht aus einer Krack- und Verfahren wird in der ersten Stufe das Ausgangs- Mischkammer 20, in die drei Injektionsleitungen 6 material in einen befeuerten Erhitzer eingeleitet, der münden, einem Zwischenrohrabschnitt 4' (in F i g. 1 gesondert von der Flammkrackungsvorrichtung vor- 40 abgebrochen gezeigt) und einem Wärmeaustauschergesehen sein kann. In diesem Erhitzer wird das Aus- teil 3. An der linken Seite des Rohrs befindet sich gangsmaterial verdampft und thermisch teilweise ge- ein Brenner 5, der mit der Kammer 20 über eine Verkrackt. Die Temperatur dieser Krackung liegt brennungskammer 18 in Verbindung steht, wobei das gewöhnlich zwischen 399 und 677° C, doch können rechte Ende des Rohrs mit dem Boden eines Abin manchen Fällen auch andere Temperaturen ange- 45 streifturms 2 in Verbindung steht, wendet werden. Das Gemisch von gekracktem und Ein Vorratstank 7 dient für die Zufuhr von flüssinicht gekracktem Material wird dann in die zweite gern Kohlenwasserstoff über eine Pumpe 9, einerseits Stufe eingeführt, die in einer Flammkrackung der über ein Ventil 17, eine Leitung 8 und eine Rohrveroben beschriebenen Art besteht. Bei dieser zweiten bindung 14 zu dem Brenner 5 und andererseits über Krackung erfolgt eine weitere thermische Krackung 50 ein Ventil 59 und eine Leitung 60 zu einem Wärmedes Kohlenwasserstoffgemisches, in deren Verlauf . austauscher 57 innerhalb des Rohrs 4' und von hier auch die thermisch beständigeren Komponenten im über ein Rohr 61, eine Sammelleitung 29, Ventile 30 Ausgangsmaterial in Krackprodukte übergeführt wer- und Zufuhrrohre 25 zu den Injektionsleitungen 6. Die den. Die Bedingungen bei der partiellen, thermischen Leitungen 25 sind mit der Sammelleitung 29 durch Krackung sind so, daß eine minimale Kohlenstoff- 55 Flansche verbunden, ablagerung erfolgt. In F i g. 2 ist die Krackkammer im einzelnen dar-

Das zweistufige Verfahren ist manchmal vorteil- gestellt. Der Brenner 5 ist nicht in allen Einzelheiten haft, weil sich so ein Gas mit höherem Wärmewert gezeigt, da er für die Erfindung nicht wesentlich ist. und geringerem spezifischem Gewicht herstellen läßt, Es kann sich z. B. um einen mit hoher Geschwindigals es bei der einfachen Flammkrackung oder bei der 60 keit betriebenen Ölbrenner handeln, in dem das oben beschriebenen Flammkrackung mit vorher- flüssige Brennöl verdampft wird, bevor es verbrennt, gehender Verdampfung unter im wesentlichen nicht wobei die Verdampfungswärme der Verbrennungskrackenden Bedingungen erhalten wird. Die Eigen- kammer des Brenners entnommen wird. Das Verschaften des Gases können durch Ändern des Krack- brennen des Dampfes ist im Vergleich zum Verbrenumfangs in der ersten Stufe abgewandelt werden. Ein 65 nen einer Flüssigkeit ein viel Wärme in Freiheit verhältnismäßig hoher Krackungsgrad in der ersten setzender Vorgang, der vorzugsweise wenigstens Stufe läßt es zu, die Menge an sauerstoffhaltigem 252 100 bis 2 521 000 kcal pro Stunde pro 28,3 1 Gas, die bei der Flammkrackung angewendet wird, Verbrennungsraum ergeben sollte. Der Brenner hat

eine Zufuhrleitung 15 für Druckluft (von einem nicht gezeigten Gebläse) und ist mit einem Einlaß 16 sowie mit einem Einlaß 14 für Brennstoff verbunden.

Ein Metallrohr 11 (F i g. 2 und 3) dient als Träger für das Brennerende des Krackrohrs und trägt eine kreisförmige Abschlußplatte 10, an der eine Montageplatte 12 des Brenners 5 mit Bolzen 13 befestigt ist.

Eine aus feuerfestem Material bestehende Verbrennungskammer 18 (F i g. 2) erstreckt sich von der Abschlußplatte 12 nach außen; sie enthält einen weiteren Abschnitt 31 neben dem Brenner 33; die beiden Abschnitte sind durch einen Absatz miteinander verbunden.

Die Krackkammer enthält eine feuerfeste Auskleidung 20 und ein kragenförmiges Teil 21, welches eine Verengung an dem Ausströmende bildet. Drei öffnungen 24 erstrecken sich radial durch die Wand des Krackrohrs, um die Leitungen 6 aufzunehmen. Diese öffnungen befinden sich in gleichem Abstand voneinander rund um den Rohrdurchmesser (vgl. F i g. 3) und münden an einem Punkt nahe der Spitze der Flamme 19 des Brenners (vgl. F i g. 2). Durch jede Leitung 6 führt ein koaxiales Injektionsrohr 25, das an seinem Ende in einem Winkel von 45° so abgeschnitten ist, daß die schrägen Endflächen zum Brenner weisen. An jeder schrägen Endfläche ist eine Platte 26 mit einer kleinen, durch die Platte reichenden öffnung 27 befestigt (am besten in F i g. 3 zu erkennen).

Ein Rohrzwischenstück 3' (F i g. 2) ist an dem Rohr 11 mit Hilfe von Bolzen 37 befestigt, die durch die Flansche 35, 36 reichen. Der Abschnitt 3' ist andererseits über die Flansche 54, 55 (F i g. 1) mit dem Wärmeaustauscherabschnitt 3 verbunden. Die Rohre 11, 3' und 3 stehen zueinander in einer Linie und ergeben einen geraden Gasströmungsweg. Die Rohre sind zwar mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt, doch können auch andere Querschnitte verwendet werden.

Ein wärmeisolierendes Material umgibt den Strömungsweg, nämlich ein Körper aus feuerfestem Material 22 innerhalb des Rohrs 11, umgebend die Kammern 18 und 20, ferner ein Doppelmantel 23 aus isolierendem Material rund um das Rohr 11, ein Mantel 4' um das Rohr 3' und ein Mantel 4 um das Rohr 3.

Ein rohrförmiger Wärmeaustauscher 57 (Fig. 1) befindet sich im Rohr 3. Eine längliche, hohle Leitfläche 58, deren nach oben gerichtetes Ende geschlossen ist, ist innerhalb der Spirale angeordnet. Zwei oder mehrere Austauscherspiralen können abwechselnd verwendet werden, wenn sie in Reihe miteinander verbunden sind. Der Austauscher 57 ist mit dem Injektionsrohrstutzen 39 verbunden, wie dies bereits beschrieben ist.

Die folgenden Angaben stellen Beispiele für die Abmessungen (in Zentimeter) einer besonders zweckmäßigen Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren dar:

60 Rohr 11

Außendurchmesser 61

Verbrennungskammer 18

Gesamtlänge 28

Großer Abschnitt

Innendurchmesser 13,4

Kleiner Abschnitt

Innendurchmesser

Krackkammer 20

Innendurchmesser

Außendurchmesser ,

Innendurchmesser am Absatz 21
Gesamtlänge

Mündung 27

Durchmesser

Entfernung vom Brennerende der Kammer 20

Rohr 3'

Durchmesser

Länge ., etwa

Rohr 3

Länge etwa

Leitfläche

Durchmesser

* Diese Länge kann erheblich kürzer sein.

35,5 255*

150
19,8

Eine solche Vorrichtung hat eine Kapazität von 8400 bis 28 000 m³ gekracktes Produkt pro Tag.

Der Abstreifturm 40 ist für die Erfindung nicht wesentlich; seine Konstruktion und Betriebsweise werden später beschrieben. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschieht jedoch wie folgt.

Der zu krackende Kohlenwasserstoff wird im Tank 7 gelagert und von hier dem Brenner 5 zugeführt, dem ebenfalls über die Leitung 15 ein sauerstoffhaltiges Gas unter Druck zugeleitet wird. Im allgemeinen wird Luft hierfür verwendet, doch können auch Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet werden; man erhält dann einen höheren Wärmewert bei dem Endprodukt, das wenig oder keinen Stickstoff enthält. Das Luft-Kohlenwasserstoff-Verhältnis ist 60 bis 100% des stöchiometrischen Werts. Die Flamme füllt die Verbrennungskammer 18 und reicht noch ein kurzes Stück (gewöhnlich weniger als 10 cm) axial in die Krackkammer 20. Die Flamme hat vorzugsweise eine konische Form, wie dies bei 19 in den F i g. 2 und 4 angedeutet ist. Der enge Abschnitt 33 der Kammer 18 wirkt als Mündung für die Flamme und verhindert, daß das zugeführte Material in die Flamme zurückgezogen wird. Die Kammer 18 stabilisiert die Flamme so, daß die Verbrennung innerhalb des Brenners im wesentlichen vollständig ist und keine Kohlenstoffablagerung an den Wänden der Verbrennungskammer oder des Krackrohrs gebildet wird.

Nach dieser Durchführungsform werden etwa 3 bis 15^e/o des Kohlenwasserstoffs als Brennöl und der Rest als Ausgangsmaterial verwendet, das von dem Tank 7 durch die Wärmeaustauscherspirale 57 gepumpt und dort durch die heißen Gase erhitzt wird, die nach unten durch das Rohr 1 streichen. Diese Gase werden durch die Fläche 58 aufgeteilt. Wenn der Wärmeaustauscher nicht vorhanden ist oder im Nebenstrom geschaltet ist, kann das zugeführte Material direkt ohne Vorwärmen verwendet werden, doch muß dann mehr Brennmaterial verwendet werden, um die gewünschten Kracktemperaturen zu erzielen. Auch ist ein größerer Anteil an Brennerverbrennungsgasen in den gemischten gasförmigen Reaktionsprodukten enthalten, die das Krackrohr verlassen, und

infolgedessen wird der Wärmewert des erzeugten zur Entfernung des Sprühmediums und des Konden-Gases niedriger sein. Bei einem typischen Beispiel ist sats vorgesehen, das sich bei 46 am Boden des der Wärmewert des erhaltenen Gases 151,3 kcal beim Gehäuses sammelt. Diese Flüssigkeit bildet eineDich-Vorwärmen des Ausgangsmaterials auf 370° C, je- tung, die das Entweichen von Gasen durch die Abdoch nur 118 kcal ohne Vorwärmung. Wenn das 5 zugsleitung 47 verhindert. Um in dieser Dichtung Ausgangsmaterial normalerweise flüssig ist, wird es einen genügend hohen Flüssigkeitsspiegel aufrechtbeim Durchgang durch den Wärmeaustauscher ver- zuerhalten, der sich zwar oberhalb der Abzugsleitung dampft werden. 47, aber unterhalb des Eingangs 39 des Krackrohrs 1

Das Ausgangsmaterial wird als Flüssigkeit, Dampf in dem Gehäuse 38 befindet, ist eine Flüssigkeitsspieoder Gas von den Mündungen 27 in die Krackkam- io gel-Steuerungsvorrichtung 49 vorgesehen. Sie steht mer 20 in Form von Strömen eingespritzt bzw. einge- bei 50 mit einem Ventil 48 in Verbindung und betäführt, die vorzugsweise in einen spitzen Winkel (etwa tigt dieses Ventil in an sich bekannter Weise und 45°) gegen die Flamme 19 gerichtet sind und auf die steuert den Flüssigkeitsstrom aus dem Gehäuse 38. Flamme auftreffen. Jeder Strom wird dann in seiner Ein Abzugrohr 51 ist oberhalb der Sprühköpfe 40

Richtung umgekehrt und aus dem Krackrohr durch 15 befestigt und enthält eine Entnebelungsvorrichtung die Verbrennungsgase aus der Flamme herausgespült. 52 im Rohr 51, um aus den Gasen jegliche Spuren an Der Strömungsweg des Ausgangsmaterials ist in Flüssigkeit zu entfernen, die in Nebelform zuriick-F i g. 4 mit 53 gezeigt. Diese Richtungsumkehr erhöht geblieben sein könnten.

infolge des Auftreffwinkels die Berührungszeit des Die gasförmigen Produkte gelangen von dem

Ausgangsmaterials mit der Flamme. Die Flammen- 20 Krackrohr 1 in den unteren Teil des Turms 2, worin oberfläche oder Auftreffzone wird dabei von etwa das Kühlwasser oder -öl, das aus den perforierten 1650° C auf etwa 425 bis 870°.C und vorzugsweise Böden 45 im Gegenstrom zum Gasstrom sprüht, die auf unterhalb von 790° C gekühlt. Die Flamme kann Gase kühlt und eine Kondensation der zu kondensiehierdurch ihre Leuchtkraft verlieren und ein graues renden Bestandteile auf den Kühloberflächen der Gas werden. 25 Böden 45 verursacht. Die gasförmigen Produkte ge-

Das Ausgangsmaterial wird in der Kammer 20 langen dann aufwärts durch die Entnebelungsvorrichrasch gekrackt. Man kann annehmen, daß die Krak- tung 52 und das Rohr 51 zu Lagerungs- und Verteikung im wesentlichen an der Grenze der Flamme 19 lungsvorrichtungen. Das Wasser- oder Ölsprüherfolgt, die hier aus den gasförmigen Verbrennungs- medium und das Kondensat sammeln sich am Boden produkten besteht, die sich bei der Verbrennung in 30 des Gehäuses 38, worin die Flüssigkeitsspiegel-Steuerder Kammer 18 gebildet haben. Es ergibt sich eine vorrichtung 49 einen Flüssigkeitsspiegel aufrechtkurze Verweilzeit des Ausgangsmaterials in der erhält, der eine Flüssigkeitsdichtung darstellt und so-Krackzone. mit das Entweichen der gasförmigen Produkte ver-

Die gekrackten Produkte und Verbrennungsgase hindert. Die gesammelte Flüssigkeit wird dann durch streichen von der Flamme nach unten zur Kammer 35 die Abzugsleitung 47 entfernt.

20 und werden durch den kragenförmigen Vorsprung Der einzige erforderliche Aufbereitungsschritt ist

21 eingeengt, wodurch die Gase weiter zusammen die Behandlung der gasförmigen Produkte in einem vermischt werden und die Krackwirksamkeit verbes- -Öl- oder Wasserabstreifturm. Das Gas, aus dem die sert wird. Dieser kragenförmige Vorsprung stellt so- Kondensate entfernt sind, besitzt eine Qualität, die mit eine verengte Mündung aus der Krackkammer 40 sich für die direkte kommerzielle Verwertung eignet, dar. Der Mischungsgrad kann ferner durch Ändern Die Brennqualität des in einem jeweils angewendeten der Anzahl der Injektionsleitungen und deren Entfer- Krackverfahrens erzeugten Gases ist abhängig von nung von der Flamme gesteuert werden. der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials.

Die Gase strömen dann im wesentlichen mit unver- Zahlreiche Betriebsbedingungen können variiert

änderter Zusammensetzung in das Zwischenrohr 3' 45 werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Hierzu ab und haben am nach außen gerichteten Ende dieses gehören der Typ und die Kapazität des Brenners, des Rohrs eine Temperatur von etwa 675° C. Die Gase Brennöls und der Luftzufuhrgeschwindigkeiten, der gelangen in den Wärmeaustauscher 57, wo sie Wärme Geschwindigkeit der Zufuhr des Ausgangsmaterials an das Ausgangsmaterial abgeben. Sie sind auf etwa sowie der Typ und die Kapazität der Einspritzmün-480° C gekühlt, wenn sie den Wärmeaustauscher 50 düngen. Diese Variablen können von einem Fachverlassen und in den Abstreifturm 2 eintreten. mann ohne weiteres ausgewählt werden, um die gün-

In der F i g. 1 ist der Abstreifturm 2 als üblicher stigste Wirksamkeit bei jeder Vorrichtung zu erzielen. Sprühturm gezeigt. Er ist ein senkrechtes zylindri- Die Anzahl der Mündungen hängt von der Größe sches Gehäuse 38 mit einem Kopfteil, in dem sich und dem Durchsatz der Vorrichtung ab, jedoch hat Sprühdosen 40 befinden, die über Leitungen 41 mit 55 sich gezeigt, daß drei Mündungen beste Ergebnisse einer Sammelleitung 42 in Verbindung stehen, die mit sich bringen.

ihrerseits über ein Steuerventil 44 und einer Leitung Die Vorrichtung kann für den Betrieb unter Druck

mit einem Vorrat für Kühlöl oder -wasser verbun- mit Hilfe bekannter Maßnahmen wie Rückstauvorden ist. Mehrere senkrecht übereinander angeord- richtung modifiziert werden. In der Krackzone kann nete, perforierte Einsätze bzw. Kolonnenboden 45, 60 ein Überdruck vorzugsweise im Bereich von etwa die horizontal quer zum Gehäuse 38 befestigt sind, 0,0035 bis 7,03 kg/cm² angewendet werden, ergeben einen labyrinthartigen Durchgang für den Falls erwünscht, kann jede Anzahl von Krackein-

Gasstrom vom Krackrohr 1 im Gegenstrom zum heiten von einer einzigen Quelle für das Ausgangskondensierenden Öl oder Wasser aus den Sprüh- material durch Zweigleitungen beschickt werden. Die köpfen 40. 65 Einheiten können parallel betrieben werden.

Das Sprühmedium und das Kondensat sammeln Das Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße

sich am Boden des Gehäuses 38 bei 46. Eine Abzugs- Verfahren ist vorzugsweise eine normalerweise flüsleitung 47, die durch ein Ventil 48 gesteuert wird, ist sige Erdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktion, doch können

auch andere Materialien, wie rohes Erdöl, Erdölgas oder ein reiner Kohlenwasserstoff, wie Hexan, Heptan oder Diisobutylen, verwendet werden. Wenn eine Kohlenwasserstofffraktion verwendet wird, ist es vorzuziehen, eine Fraktion mit einem Endsiedepunkt bis zu etwa 400° C und mit einem 95 %-Siedepunkt von bis zu etwa 370° C zu verwenden. Beispiele hierfür sind Kerosen bzw. Leuchtöl, Brennöl Nr. 1, Brennöl Nr. 2, Autobenzin, Schwerbenzin bzw. Ligroin und Mischungen dieser Fraktionen.

Es ist vorzuziehen, daß das Ausgangsmaterial einen größeren Anteil, z. B. 70 bis 100% an gesättigten Kohlenwasserstoffen mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen pro Molekül enthält. Hierunter fallen geradkettige und verzweigte Paraffine sowie alkylsubstitu-

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ierte Naphthene. Es ist erwünscht, Ausgangsmaterial mit einem ziemlich niedrigen Gehalt an Olefinen und Aromaten zu verwenden.

Erdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktionen mit einem Siedebereich zwischen 27 und 400° C und einem Gehalt von 70 bis 100 Volumprozent an gesättigten Kohlenwasserstoffen und weniger als 30%, vorzugsweise weniger als 15% aromatischen Kohlenwasserstoffen und Olefinen werden bevorzugt als Ausgangsmaterial zum Kracken verwendet. Die Fraktion kann kleine Mengen an Schwefelverbindungen und andere Verunreinigungen enthalten, die gewöhnlich in Kohlenwasserstofffraktionen gefunden werden.

Kohlenwasserstoffmischungen der folgenden Zusammensetzungen geben gute Ergebnisse:

Volumprozent

Paraffinische Kohlenwasserstoffe 75 bis 100

Verzweigte paraffinische Kohlenwasserstoffe 25 bis 40

Naphthenkohlenwasserstoffe < 15, vorzugsweise < 12

Aromatische Kohlenwasserstoffe < 15, vorzugsweise < 10

Ungesättigte Kohlenwasserstoffe < 25, vorzugsweise < 10

Olefinische Kohlenwasserstoffe <C 10, vorzugsweise <C 5

Eine bevorzugte paraffinische Leichterdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktion hat die folgenden Eigenschaften:

Spezifisches Gewicht 0,7022

Anfangssiedepunkt, ⁰C 37,8

Endsiedepunkt, ⁰C 149

Gesamte gesättigte Kohlenwasserstoffe,

Volumprozent 91,4

Gesamte aromatische Kohlenwasserstoffe,
Volumprozent 5,6

Olefine, Volumprozent 3,0

40

Ein besonders erwünschtes Krackausgangsmaterial ist Erdölschwerbenzin, d. h. raffinierte, teilweise raffinierte oder unraffinierte Erdölprodukte und Gasflüssigkeiten, von denen nicht weniger als 95% unterhalb von 240° C destillieren. Ein bevorzugtes Material ist dasjenige, welches als »Bajo Grande Ligroin« bekannt ist und ein unbearbeitetes, einmal destilliertes Benzin mit einem spezifischen Gewicht von 0,6988, einem Reid-Dampfdruck von 5,44 kg und einem Endsiedepunkt von 149° C ist.

Der Gehalt an Naphthenen im Ausgangsmaterial kann sogar von etwa 10 bis 40 Volumprozent betragen.

Das folgende Beispiel erläutert das erfindungsgemäße Verfahren.

Beispiel

Eine Vorrichtung ähnlich derjenigen, die in den Zeichnungen dargestellt ist, wurde zum Flammkrakken der bevorzugten paraffinischen Leichterdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktionen mit den oben angegebenen Eigenschaften verwendet. Das Brennstoff-Luft-Verhältnis, das im Brenner eingehalten worden ist, betrug 93% des stöchiometrischen Werts. Die Temperatur bei einem Punkt ungefähr 2,44 m unterhalb der Dampfeinlässe für die dampfförmigen Materialien war gleichmäßig etwa 704° C. Dem Brenner wurden 42,31 Heizöl pro Stunde zugeführt, während die Menge des zu krackenden Ausgangsmaterials 4121 pro Stunde betrug. Die Temperatur des verdampften, zu krackenden Ausgangsmaterials war beim Einleiten in das Krackrohr 369° C.

Eine Durchschnittsprobe des erzeugten Brenngases hatte ein spezifisches Gewicht von 0,97, und sein Bruttoheizwert, gemessen in einem Kalorimeter, betrug ungefähr 151,3 kcal pro 28,3 1. Die kcal-Umwandlungswirksamkeit, berechnet auf das zu krakkende Ausgangsmaterial, war 89,9%. Berechnet auf das gesamte Ausgangsmaterial (einschließlich des als Brennmaterial verwendeten Teils) war sie 81,9%. Die Gaszusammensetzung war folgende:

Es war kennzeichnend, daß die gesamte Menge an Tropföl, Teer und Kohlenablagerung, die in der Vorrichtung zurückblieben, trotz der Betriebsdauer sehr klein war. Es war ebenfalls bemerkenswert, daß der Wasserstoffgehalt des entstandenen Gases verhältnismäßig niedrig war. Ein niedriger Wasserstoffgehalt, ζ. B. weniger als 30%, ist nämlich notwendig, damit die Kohlenstoffablagerungen minimal gehalten werden konnten. Es war fernerhin bemerkenswert, daß im wesentlichen alle (^-Kohlenwasserstoffe im erzeugten Gas Äthylen war; es wurde keine nennenswerte Menge an unerwünschtem Acetylen während der Krackreaktion gebildet im Gegensatz zu bekannten Krackverfahren.

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Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einem Brenngas mit einem Heizwert von 50,4 -bis 201,7 kcal pro 28,31. Viele industrielle Verbraucher verbrennen Brenngase mit einem Wärmewert von 75,6 bis 176,5 kcal. Diese Verbraucher können das erfindungsgemäß hergestellte Gas direkt verbrennen. Andererseits kann das Gas auch als Hilfsgas mit Propan, Erdgas oder einem anderen Gas mit höherem Heizwert vermischt werden. Die Kapazität einer Propan-Luft-Anlage kann somit bei niedrigen Kosten stark erhöht werden, wenn man die oben beschriebene Vorrichtung installiert, wobei das gemischte Gasgemisch höheren Heizwert, nämlich über 252,1 kcal pro 28,3 1 besitzt

Das erfindungsgemäß hergestellte Gas ist auch eine ausgezeichnete Quelle für Äthylen, das in hoher Konzentration anwesend ist und nahezu kein beigemischtes Acetylen enthält.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Brenngases durch Kracken von Kohlenwasserstoffen, indem man die Kohlenwasserstoffe in feinverteilter Form auf die Flamme eines Brenners treffen läßt, die in das eine Ende einer-Krackzone brennt, dadurch gekennzeichnet, daß man aus einer langgestreckten Verbrennungskammer die Flammenspitze in die. Krackkammer ausdehnt und die gegebenenfalls durch indirekten Wärmeaustausch verdampften und/oder thermisch partiell gekrackten Kohlenwasserstoffe auf die Flamme, deren Temperatur zwischen 425 und 870° C liegt, auftreffen läßt, und daß man die Kohlenwasserstoffe in die Krackzone an mehreren Stellen rund um deren Umfang einleitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohlenwasserstoffe in einem spitzen Winkel zur Flammachse auf die Flamme auftreffen läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial eine verdampfte Leichterdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktion oder eine Erdölfraktion verwendet, von der 95% unterhalb von 371° C sieden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, enthaltend eine Krackkammer und eine Brennkammer mit einem Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß Düsen (24, 26) zum Einführen der Kohlenwasserstoffe rtind um die Krackkammer (20) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der langgestreckten Krackkammer (20) eine Einengung (21) vorgesehen ist, die in eine rohrförmige Kammer (3, 3') mündet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (3, 3') ein Wärmeaustauscher (57) zum -Vorwärmen- des Ausgangsmaterials vor dem Eintritt in die Krackkammer (20) vorgesehen ist.

Hierzu !Blatt Zeichnungen

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