DE2604496A1

DE2604496A1 - Verfahren zur gewinnung von waerme aus gecrackten kohlenwasserstoffgasen hoher temperatur

Info

Publication number: DE2604496A1
Application number: DE19762604496
Authority: DE
Inventors: Akinobu Fukuhara; Takuji Hosoi; Kiyoji Ozaki; Yasuo Sagi
Original assignee: Kureha Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Kureha Corp; Chiyoda Corp
Priority date: 1975-02-07
Filing date: 1976-02-05
Publication date: 1976-08-19
Also published as: FR2300291A1; DE2604496B2; CA1062643A; NL7601211A; FR2300291B1; JPS5190302A; BE838340A; IT1053822B; NL167766B; NL167766C; SU682139A3; US4233137A; GB1503871A; JPS5715634B2

Description

PATK NTANW4 LTH

HENKEL, KERN, FEILER & HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND

TELEX: 05 29 802 HNKL D F DU ARD-SCHMID-STRASSE 2 WECHSELBANK MÜNCHEN Nr.318-8511I

_nom „„„, „„„. ., tUUAKU ^nMlU MftASJE i DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 914

TELEFON: (0 89) 66 3197, 663091 - 92 D-8000 MÜNCHEN 90 POSTSCHECK: MÜNCHEN 162147 - WW

TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN

Chiyoda Chemical Engineering
& Construction Co., Ltd.
Yokohama, Japan, und
Kureha Kagaku Kogyo
Kabushiki Kaisha
_L Tokio, Japan j Q $JEB.

UNSER ZEICHEN: Dr . E'/Πΐί MÜNCHEN, DEN

betrifft: verfahren zur Gewinnung von Wärme aus gecrackten Kohlenwasserstoffgasen hoher Temperatur

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wärme aus gecrackten gasförmigen Kohlenwasserstoffen hoher Temperatur in Form von Hochdruckdampf.

Es ist bereits ein Verfahren zur Gewinnung von Wärme aus thermisch gecrackten gasförmigen Kohlenwasserstoffen hoher Temperatur, die durch thermische Crackung von Naphtha, Kerosin, Leichtöl, Asphalt, Rohöl und/oder Kohle erhalten wurden, bekannt. Bei diesem Verfahren wird das eine Temperatur von etwa 900°C aufweisende gasförmige Hochtemperaturcrackungsprodukt mit einem Öl auf eine Temperatur von höchstens 300⁰C abgeschreckt, dann das Gasprodukt von dem Abschrecköl getrennt und schließlich das abgetrennte Abschrecköl in die Röhren eines Wärmetauschers geleitet, um dort seine Wärme auf das die Röhren umgebende Wasser zu übertragen. Auf diese V/eise wird die "empfindliche" Wärme in Form von Hochdruckdampf gewonnen (die-

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² ' 2604A9Q

ses Verfahren -wird im folgenden als bekanntes Verfahren Nr. 1 bezeichnet. Vgl. CA-PS 949

Bei dem bekannten Verfahren Nr. 1 wird jedoch lediglich das abgetrennte Abschrecköl zur Rückgewinnung seiner Wärme in die Röhren bzw. Rohre eines Wärmetauschers eingeleitet. In der Regel erhöht sich jedoch, wenn ein Abschrecköl über längere Zeit hinweg auf hoher Temperatur gehalten wird, dessen Viskosität infolge Abbau des Öls. Da der Gehalt (des über längere Zeit hinweg bei höherer Temperatur gehaltenen Abschrecköls) an Pech und schweren Bestandteilen zunimmt, bereitet eine wirksame Rückgewinnung der Wärme immer größere Schwierigkeiten. Bedingt durch diese Schwierigkeiten ist es erforderlich, die Temperatur des Abschrecköls auf höchstens 30O⁰C zu erniedrigen, was dazu führt, daß der Druck des gebildeten Dampfes

höchstens 20 kg/cm beträgt.

Als weiteres Wärmerückgewinnungsverfahren ist das sogenannte Schmidt'sehe Wärmerückgewinnungsverfahren bekannt (im folgenden als bekanntes Verfahren Nr. 2 bezeichnet. Vgl. die Zeitschrift "Chemical Engineering Progress" Band 68, Nr. 7, Seiten 53 bis 56). Bei diesem bekannten Verfahren wird ein eine hohe Temperatur, d.h. eine Temperatur von etwa 750° bis 85O⁰C aufweisendes und durch thermische Crackung von Naphtha gebildetes Gas direkt durch die Röhren bzw. Rohre eines Wärmetauschers geleitet und gibt dort seine Wärme an das die Röhren bzw'. Rohre umgebende und unter hohem Druck stehende Wasser ab, wobei ein Hochdruckdampf von 70 bis 120 kg/cm erhalten wird. Bei diesem Verfahren kann es jedoch zu einer Verkokung von

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Kohlenwasserstoffen an der Innenwandfläche der Wärmetauscherröhren oder -rohre kommen, so daß es infolge schrittweisen Zusetzens der Röhren oder Rohre mit dem darin gebildeten Koks unmöglich wird, das bekannte Verfahren Nr. 2 über längere Zeit hinweg kontinuierlich durchzuführen.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, die Wärme von eine hohe Temperatur aufweisenden und durch thermische Crackung gebildeten gasförmigen Kohlenwasserstoffen in Form eines Hochdruckdampfes eines Drucks von etwa 40 bis 65 kg/cm rückzugewinnen, wobei die Drucke des gewonnenen Hochdruckdampfs größer sind und besser ausgenutzt werden können als die Drucke des bei dem bekannten Verfahren Kr. 1 und wobei der gewonnene Hochdruckdampf einen niedrigeren Druck aufweist als der bei dem bekannten Verfahren Nr. 2 gebildete Hochdruckdampf und die Gefahr einer Koksbildung geringer ist als bei letzterem Verfahren.

Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß dadurch lösen, daß man ein durch thermische Crackung von Kohlenwasserstoffen erhaltenes und eine hohe Temperatur aufweisendes gasförmiges'Produkt durch Vermischen desselben mit einem versprühten und eine niedrige Temperatur aufweisenden Kohlenwasserstofföl auf eine Temperatur von etwa 300° bis 400°C kühlt, das erhaltene Gemisch durch die Röhren oder Rohre eines Mantel- und Rohrwärmetauschers leitet, um die Wärme des Gemische auf unter hohem Druck stehendes Wasser, das durch den Mantelraum strömt, unter Gewinnung von Hochdruckdampf zu übertragen und daß man das kondensierte Kohlenwasserstofföl zur Wiederverwendung desselben durch Zirkulieren von dem Crackgas abtrennt.

+) gewonnenen Hochdruckdampfs λ

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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Fließbild des bekannten Verfahrens Nr. 1;

Fig. 2 ein Fließbild des Verfahrens gemäß der Erfindung und

Fig. 3 ein Fließbild des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens gemäß der Erfindung.

Zunächst wird als Vergleichsversuch eine Ausführungsform des bekannten Verfahrens Nr. 1 im Zusammenhang mit Figur 1 näher erläutert. Gemäß dem Fließbild von Figur 1 wurde ein Destillat eines arabischen Leichtrohöls durch ein Einlaßrohr 2 in eine Hochtemperaturreaktionskammer 1 eingeleitet und mit Hilfe eines durch ein Einlaßrohr 3 in die Hochtemperaturreaktionskammer 1 eingeleiteten Gases hoher Temperatur thermisch gecrackt. Es wurde nahezu unter den im Beispiel 1 geschilderten Bedingungen gearbeitet. Die thermische Crackungstemperatur betrug 905°C. Das bei der thermischen Crackung angefallene Produkt wurde mit Hilfe eines durch einen Einlaß 4 eingesprühten Abschrecköls einer Temperatur von 19O⁰C rasch auf eine Temperatur von etwa 250⁰C abgekühlt. Eine kleine Menge desselben Abschrecköls wurde in die Hochtemperaturreaktionskammer 1 durch einen Einlaß 5 eingeführt, um einen Fallfilm zur Verhinderung einer Verkokung an der Innenwandseite der Hochtemperaturreaktionskammer 1 zu bilden.

Das Flüssigkeits/Gas-Gemisch mit dem thermisch gecrackten gasförmigen Produkt durfte sich in einem unteren Teil 6

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der Hoclitemperaturreaktionskammer 1 auf natürliche Weise in eine gasförmige Substanz und eine ölige Substanz trennen. Die gasförmige Substanz wurde über einen Auslaß 7 abgezogen. Die Ölige Substanz, d.h. das Abschrecköl, das sich im unteren Teil der Hochtemperaturreaktionskammer angesammelt hat, wurde über einen Auslaß 8 abgezogen und im Kreislauf über eine Umwälzpumpe 9, einen Mantel- und Rohrwärmetauscher 10 und zwei rohrförmige Einlasse 4 zum Einsprühen und 5 zur Bildung des Fallfikns in die Hochtemperaturreaktionskammer 1 rückgeführt. Das umgewälzte Abschrecköl enthielt etwa 27 Gew.-?c! Pech.

Die Temperatur des Einlaßwassers des Wärmetauschers betrug 20⁰C, die Temperatur und der Druck des erhaltenen Dampfes betrugen 165⁰C bzw. 7 kg/cm . Der Wärmerückgewinnungsgrad betrug etwa 75%.

Im folgenden wird das Verfahren gemäß der Erfindung im Zusammenhangmit Figur 2 im einzelnen erläutert.

Die erfindungsgemäß verwendete Wärmerückgewinnungsvorrichtung enthält grundsätzlich eine Vorkühlzone 11, eine Wärmerückgewinnungszone 12 und eine Trennzone 13. Ein durch thermische Crackung oder Vergasen von Kohlenwasserstoff erhaltenes Hochtemperaturgas einer Temperatur von 450 bis 14OO°C wird über eine Rohrleitung 14 in die Vorkühlzone 11 eingeführt. In dieser Zone wird das Gasprodukt mit Hilfe eines durch Düsen 15 eingesprühten Abschrecköls einer Temperatur von 250° bis 35O°C auf eine Temperatur von etwa 300° bis 400⁰C abgekühlt. Die Düsen 15 sind rings um die Vorkühlzone 11 vorgesehen, damit das Abschrecköl

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gleichmäßig in der Vorkühlzone 11 versprüht bzw. dispergiert wird. Ferner wird eine kleine Menge des Abschrecköls der Vorkühlzone 11 über an ihrem oberen Umfang vorgesehene Schlitze 16 zugeführt. Dieser Teil des Abschrecköls fällt an der Innenwand der Vorkühlzone 11 nach unten und verhindert auf diese Weise die Ablagerung von Koks auf dem oberen Wandteil der Vorkühlzone 11. Wie aus Figur 2 hervorgeht, bildet diese geringe Menge Abschrecköl einen Teil des vom unteren Teil der Trennzone 13 zugeführten Kreislauföls. Es kann jedoch auch von außen her zu dem gleichen Zweck frisches Öl zugeführt werden.

Das in die Vorkühlzone 11 eingeführte Hochtemperaturgas wird mit dem eingesprühten Abschrecköl gemischt und auf eine Temperatur von etwa 300° bis 400⁰C abgekühlt. Dann gelangt das Gemisch in die Röhren oder Rohre eines in der Wärmerückgewinnungszone 12 vorgesehenen Mantel- und Röhrenwärmetauschers. Dies geschieht über eine oberhalb des Wärmetauschers montierte perforierte Fluidumverteilplatte 17. Hierbei fällt ein Teil der flüssigen Komponente des in die Röhren bzw. Rohre eingeführten Gemischs längs der Rohrinnenwand nach unten und bildet auf diese Weise auf der Innenwand jeder Röhre bzw. jeden Rohres eine dünne flüssige Filmschicht. Das Gasprodukt mit dem restlichen Teil der flüssigen Komponente durchströmt die Röhren oder Rohre mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 100, vorzugsweise 20 bis 50 m/sec. Die durch die Röhren oder Rohre des Wärmetauschers strömenden Gas- und Flüssigkeitsströme werden auf eine Temperatur von etwa 250° bis 35O⁰C abgekühlt und geben ihre Wärme an das durch einen rohrförmigen Ein-

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laß 18 in den Mantelraum eingeführte Wasser ab. Hierbei entsteht Hochdruckdampf von 40 bis 100 kg/cm , der durch einen röhrenförmigen Dampfauslaß 19 ausströmt.

In der Trennzone 13 des Wärmerückgewinnungssystems darf sich die gasförmige Komponente des Gemischs auf natürliche Weise von der flüssigen Komponente trennen. Die gasförmige Komponente wird dann aus dem System durch einen röhrenförmigen Auslaß 20 als das gewünschte thermisch gecrackte Gas zur Weiterbehandlung abgezogen. Die flüssige Komponente wird, gegebenenfalls nach Entfernung einer darin enthaltenen Pechkomponente, über eine Umwälzpumpe 21 durch Rohrleitungen 22 und 23 zur Wiederverwendung als Abschrecköl zum oberen Teil des Systems rückgeführt.

Als Hochtemperaturcrackgas, mit dem das Wärmerückgewinnungsverfahren gemäß der Erfindung durchgeführt werden kann, eignen sich die Crackgase aus bestimmten Erdölkohlenwasserstoffen, z.B. die Crackgase aus Naphtha, aus Gasölen, aus Rohölen und aus Erdölrückständen, sowie gasförmige Produkte aus Kohlekohlenwasserstoffen, z.B. die beim Carbonisieren, Hydrocarbonisieren, Vergasen oder Hydrovergasen von Kohle erhaltenen Gase.

Wie bereits erwähnt, wird erfindungsgemäß die Bildung von Koks auf der Innenwand der Vorkühlzone über dem Einlaß für das Abschrecköl dadurch verhindert, daß man einen Teil des Abschrecköls an der Innenwand nach unten fließen läßt. Noch besser läßt sich das Eintreten einer Verkokung dadurch verhindern, daß man zusammen mit dem Abschrecköl an der Wand einen Dampfstrom einer Temperatur von oberhalb 150⁰C nach unten strömen läßt.

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Wenn das Gemisch aus eingesprühtem Abschrecköl und Hochtemperaturgasprodukt in die Röhren oder Rohre des Wärmetauschers eintritt, bildet ein Teil der flüssigen Komponente des Gemischs längs der Innenwand jeder Röhre bzw. jeden Rohres eine dünne Fallfilmschicht. Die hauptsächlich gasförmige restliche Komponente des Gemischs durchströmt die Röhren oder Rohre an der Innenfläche mit hoher Geschwindigkeit, was dazu führt, daß die Stärke der flüssigen Fallfilmschicht merklich verringert wird. Hierdurch wird die thermische Leitfähigkeit durch die Filmschicht verbessert, so daß der Wirkungsgrad des Wärmetauschers mehrfach höher wird als bei dem bekannten Verfahren Nr. 1.

Das als Abschrecköl verwendete Niedrigtemperaturkohlenwasserstofföl sollte aus einem bei der thermischen Crakkung oder Vergasung der Kohlenwasserstoffe als Nebenprodukt angefallenen Schweröl bestehen. Erforderlichenfalls ist es jedoch auch möglich, als Abschrecköl nicht ein umgewälztes Schweröl, sondern sonstige Kohlenwasserstofföle von außen her zuzuführen.

Das als Abschrecköl verwendete Kohlenwasserstofföl darf bei der Vorkühltemperatur praktisch nicht verdampfen und muß eine hohe thermische Stabilität aufweisen, d.h. mit Aromaten angereichert sein. Das jeweilige Abschrecköl läßt sich in geeigneter Weise aufgrund verschiedener Faktoren, wie Reaktionstemperatur, Vorkühltemperatür, Gewichtsverhältnis von Abschrecköl und Crackgasprodukt, Temperatur des umgewälzten Abschrecköls und der Retentionsdauer beim Abschrecken, bestimmen.

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Das geschilderte Verfahren gemäß der Erfindung bietet gegenüber üblichen Wärmetauschersystemen folgende Vorteile:

1. Da die Retentionsdauer für das Gemisch aus Abschrecköl und Hochtemperaturgasprodukt in der Vorkühlzone sehr kurz ist, wird das Abschrecköl weit weniger abgebaut als bei dem bekannten Verfahren Nr. 1. Somit kann die Temperatur am Einlaß des Wärmetauschers auf etwa 400⁰C erhöht werden, ohne daß das Abschrecköl eine Qualitätseinbuße erleidet. Dies führt dazu, daß im Wärmetauscher ein Hochdruckdampf eines Drucks von 40 bis 100 kg/cm gewonnen werden kann. Erfindungsgemäß wird es also möglich, die in dem Produkt einer thermischen Crackung oder Vergasung von Kohlenwasserstoffen enthaltene Wärmeenergie in ausgesprochen hohem Maße rückzugewinnen.

2. Bei dem bekannten Verfahren Nr. 1 erfordert der zum Umwälzen von Abschrecköl verwendete Wärmetauscher wegen der niedrigen thermischen Leitfähigkeit auf der Ölseite eine extrem große Wärmeaustauschfläche, was das bekannte Verfahren sehr unwirtschaftlich macht. Im Gegensatz dazu ist bei dem erfindungsgemäß verwendeten Wärmetauscher die Dicke der Fallfilmschicht aus der flüssigen Komponente deshalb sehr dünn, weil (gleichzeitig) die Hochtemperaturgaskomponente längs der Innenfläche -der Wärmetauscherröhren oder -rohre strömt. Auf diese Weise arbeitet das erfindungsgemäß verwendete System sehr wirtschaftlich und mit hohem Profit.

3. Bei dem bekannten Verfahren Nr. 2 wird das durch thermische Crackung oder Vergasung erhaltene Hochtempera-

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■ turgasprodukt direkt in einen Wärmetauscher eingeführt. Hierbei kommt es oftmals zu einer Verkokung oder trotz sorgfältigsten Steuerung des Verfahrens zu einer Koksablagerung auf der Wandinnenfläche der Wärmetauscherröhren oder -rohre. Das Ergebnis davon ist ein Verschluß der Strömungslinie. Insbesondere dann, wenn als Ausgangsmaterial für die thermische Crackung ein Schweröl verwendet wird, wird der Betrieb des bekannten Systems in der Praxis unmöglich. Im Gegensatz dazu wird in dem erfindungsgemäß verwendeten System auf der Innenwandseite der Wärmetauscherröhren oder -rohre eine dünne, flüssige Filmschicht gebildet, die eine Verkokung auf der Wandoberfläche verhindert und einen lang andauernden kontinuierlichen Betrieb des Systems ermöglicht.

4. Bei dem bekannten Verfahren Nr. 1 muß die Temperatur des Abschrecköls beim Passieren des Wärmetauschers erniedrigt werden. Polglich muß der Pechgehalt im Abschrecköl zur Vermeidung einer Viskositätserhöhung auf unter 30 Gew.-% gehalten werden. Im Gegensatz dazu kann bei dem erfindungsgemäß verwendeten Systems der Pechgehalt des Abschrecköls auf über 80 Gew.-% ansteigen gelassen werden, so daß sich der Arbeitsbereich brauchbarer Abschrecköle verbreitern läßt.;

5. Bei dem erfindungsgemäß verwendeten System ist die Rückführmenge an Abschrecköl geringer als bei dem bekannten Verfahren Nr. 1_e Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Einlaßtemperatur des Wärmetauschers höher ist als bei dem bekannten Verfahren Nr. 1. Da in dem Rück-

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führsystem gemäß der Erfindung kein Wärmetauscher vorgesehen ist, können der Druckverlust und das Pumpgefälle beim Rückführen des Abschrecköls kleiner gehalten werden als bei dem bekannten Verfahren.Nr. 1.

6. Bei dem bekannten Verfahren Nr. 2 erreicht man eine niedrige Wärmerückgewinnung. Es bereitet ferner Schwierigkeiten, das Gasprodukt unter den Taupunkt des Gases zu kühlen. Das erfindungsgemäß verwendete System ist nicht mit einem derartigen Nachteil behaftet und ermöglicht einen hohen Wärmerückgewinnungsgrad.

7. Bei dem System des bekannten Verfahrens Nr. 2 durchströmt das Hochtemperaturcrackgas die Wärmetauscherröhren oder -rohre direkt, so daß es, sofern das Gasprodukt Schwefelwasserstoff enthält, zu Korrosionsproblemen kommt. Im Gegensatz dazu schützt der bei dem erfindungsgemäß verwendeten System auf der Innenwand der Wärmetauscherröhren oder -rohre befindliche dünne Flüssigkeitsfilm die Wärmetauscherröhren oder -rohre wirksam gegen Korrosion.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren gemäß der Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

Im vorliegenden Falle wurde entsprechend den im Fließbild von Figur 3 dargestellten Stufen ein Schweröl thermisch gecrackt. Die Wärmerückgewinnung aus dem hierbei erhal-

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teilen Hochtemperaturcrackgas wurde gemäß dem Verfahren der Erfindung durchgeführt.

Eine Verbrennungskammer 33 eines Durchmessers von 100 mm und einer Länge von 900 mm, die mit einem feuerfesten Material ausgekleidet war, wurde aus Rohren 34 und 35 stündlich mit 50 II m-' gasförmigen Sauerstoffs und 25 N irr gasförmigen Vfösserstoffs beschickt. Gleichzeitig wurde die Verbrennungskammer 33 über Hilfsleitungen 36 und 37 stündlich mit 25 N m"' gasförmigen Methans (Hilfsbrennstoff) und 120 kg Dampf (Steuerstoff für die Verbrennungstemperatur) beschickt. Durch die genannten Gase und den Dampf wurde in der Verbrennungskammer 33 eine Verbrennungsflamme einer Temperatur von etwa 200O⁰C erzeugt. Nun wurden in die Verbrennungskammer 33 bei einem Manometerdruck von 120 kg/cm durch Sprühdüsen 53 100 kg eines auf eine Temperatiir von 35O⁰C vor erhitzten Destillats aus arabischem Leichtrohöl eines spezifischen Gewichts von 0,824 bei einer Temperatur von 15°C stündlich eingesprüht. Das Gemisch aus Verbrennungsgas und Destillat trat dann in eine am unteren Ende der Verbrennungskammer 33 vorgesehene und mit einem feuerfesten Material ausgekleidete Reaktionskammer 39 eines Durchmessers von 60 mm und einer Länge von 1000 mm ein. In dieser wurde das Destillat in etwa 2/100 see thermisch gecrackt.

Das gebildete Hochtemperaturcrackgas gelangte sofort in eine Vorkühlzone 40, in die stündlich durch Düsen 41 etwa 2500 kg eines Abschrecköls gesprüht wurden. Die Temperaturen des Crackgasprodukts, des in die Vorkühlzone eingeführten Abschrecköls und des vorgekühlten Gemischs

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sind in der folgenden Tabelle I angegeben. Das abgeschreckte Gemisch wurde über eine perforierte Verteilplatte 43 in die 19 Rohre (aus rostfreiem Stahl SUS-410) eines direkt an die Vorkühlzone 40 angeschlossenen Mantel- und Röhrenwärmetauschers 42 eingespeist. In den Mantelraum des Wärmetauschers 42 wurde über einen rohrförmigen Einlaß 44 eine geeignete Menge von unter hohem Druck stehendem Wasser gefüllt. Zwischen dem abgeschreckten Gemisch und dem Wasser fand ein Wärmetausch statt, wobei Hochdruckdampf gebildet wurde. Aus dem Wärmetauscher 42 wurde über einen Auslaß 45 ein. Gemisch aus Hochdruckwasser und -dampf abgezogen und durch natürliche Zirkulation in eine Dampftrommel 46 überführt. Darin trennte sich der Dampf von dem kondensierten Wasser. Der Hochdruckdampf wurde zur beliebigen Weiterverwendung über einen Auslaß hrj aus der Dampftrommel 46 abgezogen. Das restliche Wasser wurde zusammen mit frischem Auffrischwasser 43 zum Einlaß 44 rückgeführt .

Das vom unteren Ende des Wärmetauschers 42 abgezogene Gas/ Flüssigkeits-Gemisch wurde in eine Ausstoßtrommel 49 überführt. Darin trennte sich die schwere Fraktion von den gasförmigen Komponenten. Der größere Teil der schweren flüssigen Fraktion wurde über eine Rohrleitung 50 als Absehrecköl zu den Düsen 41 rückgeführt. Die gasförmige Komponente wurde zusammen mit einer Leichtölfraktion, einer Mittelölfraktion und Wasserdampf in eine gekühlte Trennsäule 51 eines Durchmessers von 1000 mm und einer Höhe von 11000 mm eingeführt. Die Zufuhr zu der Trennsäule 51 erfolgte über eine Rohrleitung 52. Die Trennsäule 51 enthielt 25 Schalen, von denen jede mit Fraktionier-

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bodenglocken ausgestattet war. In der Trennsäule 51 trennten sich sämtliche Bestandteile voneinander. Das Kühlen der Trennsäule 51 erfolgte dadurch, daß man das in einem oberhalb der Trennsäule 51 vorgesehenen Kühler 53 kondensierte, von den gasförmigen Substanzen und kondensiertem Wasser in einen Öl/Wasser-Scheider 54 getrennte und dem oberen Teil der Trennsäule 51 durch eine Rohrleitung 55 zugeführte Leichtöl rückfließen ließ. Die Rückflußgeschwindigkeit des Leichtöls wurde durch Einstellen der Obentemperatur T5 auf 123⁰C gesteuert. Das Crackgas, das kondensierte Wasser, ein Teil des Leicht- und Mittelöls und ein Teil des Schweröls wurden aus Rohrleitungen 56, 57, 58, 59 und 60 entnommen.

Die Steuerung des Pechgehalts in dem Abschrecköl erfolgte durch Variieren der Strömung und Temperatur des Öls, der Betriebsbedingungen des Systems und durch Zusatz einer geringen Menge Schwerölfraktion aus dem unteren Ende der Trennsäule 51. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, strömte eine geringe Menge Abschrecköl längs der Wandoberfläche der Vorkühlzone 40 nach unten, wodurch die gesamte Innenwandfläche in der geschilderten Weise mit einer dünnen Filmschicht aus dem betreffenden Öl bedeckt war. Die Lineargeschwindigkeit des Gasstroms in dem Wärmetauscherrohr 42 betrug etwa 20 m/sec. Der Druckverlust

in dem Wärmetauscherrohr betrug etwa 0,15 kg/cm .

Die Anlage wurde unter praktisch konstanten Crackbedingungen 960 h lang kontinuierlich betrieben. Die Menge an Crackgasprodukt betrug 105 N m^/h, d.h. etwa 70 Gew.-?6 auf der Grundlage der Rohkohlenwasserstoffe.

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Das erhaltene Gasprodukt besaß folgende Zusammensetzung:

Vol.-?ό Vol.-96

co₂	15,48	C₃H₆	5,07
CO	6,50	C₃H₄	0,55
H₂	26,47	** ' ^C4^H10	0,65
CH₄	10,31	^C4^H8	0,99
C₂H₂	1,65	^C4^H6	1,60
^C2^H4	20,59	^C4^H4	0,16
C₂H₆	1,35	H₂S	0,39
^C3^H8	0,28	Rest	7,96

Die Menge an erhaltenem flüssigen Produkt betrug 29,50 Gew.-</o auf der Basis der Rohkohlenwasserstoffe. Das erhaltene flüssige Produkt besaß folgende Zusammensetzung:

Gew.-96

Leichtöl (Siedepunkt bis zu 170°C) 11,02

Mittelöl (Siedepunkt zwischen 170° und 270⁰C) 4,58 Schweröl und Pech (Siedepunkt von über 270⁰C) 13,90

Während des 960-stündigen Betriebs waren einige Abweichungen von den Betriebsbedingungen festzustellen. Diese abweichenden Bedingungen und die dadurch bedingten Erscheinungen sind in Tabelle I zusammengefaßt:

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Tabelle I
Abweichbedingungen und dadurch bedingte Ergebnisse

Abweichung Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr.

Reaktionstemperatur (T,,) ⁰C 905 905 905 905 Vorkühltemperatur (T₂) ⁰C 363 367 378 343 Temperatur (T^,) am Auslaß

des Wärmetauschers, C 310 312 340 288 Pechgehalt in dem Abschreck-

öl in Gew.-# 27 50 77 50

Umwälzgeschwindigkeit des

Abschrecköls in kg/h 2300 2300 3400 2300 Temperatur (T^) des Abschrecköls am Einlaß in ⁰C 310 312 340 288 Druck des gewonnenen Dampfes

in kg/cm² 65 65 65 44

Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung in %* 68,2 69,0 65,3 69,0

* Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung: Der Prozentanteil der als Hochdruckdampf rückgewonnenen Wärmeenergie zur Enthalpie der gesamten Reaktionsprodukte aus der Reaktionskammer bei Temperaturen von 905° bis 128⁰C.

Wie aus Tabelle I hervorgeht, konnte das Abschrecköl 27 bis 77 Gew.-?ό Pech eines Siedepunktes von über 55O⁰C enthalten. Sogar wenn das Abschrecköl mehr als 70 Gew.-^ Pech enthält, beträgt der Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung immer noch mehr als 65%* Darüber hinaus konnte der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient des Wärmetauschers 42 während des gesamten 960-stündigen Betriebs auf 350 bis 400 Kcal/m ·η·°0 gehalten werden. Nach Beendigung

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der thermischen Crackung konnten in keinem Fall eine Koksbildung oder eine Korrosion der Vorrichtung festgestellt werden.

Beispiel 2

Es wurden dieselbe Vorrichtung und dasselbe Wärmerückgewinnung ssystem wie bei Beispiel 1 verwendet. In jedem Falle wurden gute Ergebnisse erhalten, was die Durchführbarkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung unter verschiedenen Bedingungen der Crackung verschiedener Arten von eingespeistem Öl belegt. Die im vorliegenden Falle erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt:

Tabelle II

Versuch-Nr. 2

Rohöl: Art

arabisches arabisches Leicht-Leichtroh- leichtes naphtha öl Destillat

spezifisches Gewicht	API 34,5	0,780 bei 15⁰C	0,664
		1000	bei 15
Reaktionstemperatur (T₁) ⁰C	880		1150
Ausbeute an Produkt:		74,3
Gas (Cp-C₄), Gew.-Ji	63,5.	5,5	92,0
Verhältnis C₂H₄Zc₂H₂	20	25,7	1,2
Flüssigkeit (Gew.-jfcj)	36,5	8,4	8,0
Leichtöl (-170⁰C)	10,8	5,1	4,3
Mittelöl (170 bis 270⁰C)	4,3	12,2	1,4
Schweröl (270°C)	21,4	2,3

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Fortsetzung Tabelle II

360	365	395
310	310	310
50	50	50
2400	3400	5100
310	310	310
0,15	0,2	0,55
65	65	65
68,2	71,5	74,0

Vorkühltemperatur (Tp) in C Temperatur (T,) am Auslaß des ■Wärmetauschers in C

Pechgehalt des Abschrecköls in Gew.-%

Umwälzgeschwindigkeit des Abschrecköls in kg/h Temperatur (Τλ) des Abschrecköls am Einlaß in C

Gasdruekgef alle in den Wärmetauscherröhren oder -rohren in kg/cm

Druck des gewonnenen Dampfes in kg/cm²

Wirkungsgrad der Wärmegewinnung in %

Beispiel 3

Die thermische Crackung von Naphtha und eines Leichtöls wurde unter Verwendung eines röhrenförmigen thermischen Crackofens anstelle des thermischen Crackofens für das Rohöl, das im Beispiel 1 den Gaslieferanten bildete, verwendet. Das erhaltene Crackprodukt wurde in das im Beispiel 1 verwendete Wärmerückgewinnungssystem eingeführt. Hierbei wurde die Durchführbarkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung mit diesen Ausgangsmaterialien belegt. Im vorliegenden Fall betrug die Anzahl der Röhren oder Rohre des Wärmetauschers elf.

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Der im vorliegenden Falle zur thermischen Crackung verwendete Ofen besaß Rohre eines Innendurchmessers von 41,2 mm und einer Gesamtlänge von 35000 mm, die aus rostfreiem Stahl SUS-304 bestanden. Der Ofen enthielt einen Brenner entsprechend dem japanischen Patent 492 879. Als Heizmaterial für den Brenner wurde ein Gemisch aus Methan und Wasserstoff verwendet. Das thermisch gecrackte Naphthagasölprodukt wurde, wie bereits erwähnt, in das Wärmerückgewinnungssystem gemäß Beispiel 1 eingeführt, um es darin abzukühlen und die Wärme als Hochdruckdampf rückzugewinnen.

Wie bei den Beispielen 1 und 2 wurde auch im vorliegenden Falle keine Koksbildung beobachtet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III zusammengestellt:

Tabelle III

Rohöl:
Art
-spezifisches Gewicht

Reaktionstemperatur (⁰C) Ausbeute an Produkt:

Gas (c 2~^c0 ⁱⁿ Verhältnis CgH^gg Flüssigkeit in Ge\r.-% Leichtöl (-170⁰C) . Mittelöl (170 bis 270⁰C) Schweröl (mehr als 270⁰C)

Versuch-Nr. 4 5	Leichtöl
Naphtha	0,830 bei 15 C
0,728 bei 15⁶C	857
810	61,8
63,9	42
99	38,2
36,1	20,5
27,4	6,2
5,5 .	11,5 .
3,2

-20-

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361	363
310	312
50	50
1800	1300
310	312
0,15	0,15
65	65

- 20 -

Fortsetzung Taljelle III

Vorkühltemperatur (T₂) in ⁰C Temperatur (T,) am Auslaß des Wärmetauschers in ⁰C

Pechgehalt des Abschrecköls in Ge\i.-% Umwälzgeschwindigkeit des Abschrecköls in kg/h

Temperatur (T^) des Abschrecköls am Einlaß in ⁰C

Gasdruckgefälle in den Wärmetauscherröhren oder -rohren in kg/cm² Druck des gebildeten Dampfes in kg/cm Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung

in % 62,0 61,4

Beispiel 4

Unter dem Druck eines wasserstoffreichen Gases (d.h. eines hydrocarbonisierten Gases) wurde bei einer Temperatur von 540⁰C und 70 bar Kohle in einem Fließbett pyrolysiert. Das hierbei erhaltene Gas/Dampf-Produkt wurde in das erfindungsgemäß verwendete WärmerUckgewinnungssystem entsprechend Beispiel 1 eingeführt. Hierdurch wurde bestätigt, daß sich das Verfahren gemäß der Erfindung auf dieses und auf andere Verfahren zur Zersetzung oder Umsetzung von Kohle bei erhöhten Temperaturen anwenden läßt. Die Anzahl der Ptöhren oder Rohre in dem Wärmeaustauscher betrug im vorliegenden Falle vierzehn.

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2604498

Der zur Hydrocarbonisierung verwendete Druckreaktor besaß einen Innendurchmesser von 2,0 m und eine Gesamthöhe von 10 m. Es waren 5 m Fließbett und 5 m Freiraum vorgesehen. Das Dampf- und Gasprodukt wurde mittels eines Zyklonsystems zur Entfernung mitgerissener feinteiliger Kohle-,Verkokungs-i und Teerprodukte aus dem Reaktor über Kopf entfernt. Zur Vorkühlung des Dampf/Gas-Produkts wurde ein Umwälzabschrecköl verwendet. Das Abschrecköl und das vorgekühlte Produkt wurden zum Abkühlen unter gleichzeitiger Rückgewinnung von Wärme in Form von Hochdruckdampf in das beschriebene Wärmeruckgewxnnungssystem eingeführt. Wie bei den Beispielen 1 und 2 blieb auch im vorliegenden Falle das Wärmerückgewinnungssystem koksfrei.

Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle IV zusammengestellt:

Tabelle IV Moorkohle C aus Lave de Smet-Wyoming

Analyse in Gew.-?ü C 73,2

(feuchtigkeits- und H 5,5

aschefrei) N 1,3

S 0,8

0 19,2

Asche in Gew.-?6 (Trockengewricht) 13Q00

Kohlezufuhrgeschwindigkeit, Trockengewicht

(kg/h) 15

Reaktortemperatur in ⁰C ' 540

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Fortsetzung Tabelle IV

Ausbeute an Produkt (Gew.-?6 Gas Cr Flüssigkeit feuchtigkeits- und asche- . ■.-,.«-,.,„, freie Kohle) einschließlich Teer

und Pech

Wasser

Verkohlungs-bzw.

Verkokungsprodukt

verbrauchter Wasserstoff, kg/100 kg

MAF-Kohle

19,9

28,0

18,3 35,8

Vorkühltemperatur in C

Auslaßtemperatur des Wärmetauschers in ⁰C

Umvälzgeschwindigkeit des Abschrecköls in kg/h

Einlaßtemperatur des Abschrecköls in C Druckverlust

pro ζ entuale Wärmeruckgewinnung % Pech im Abschrecköl

Druck des gebildeten Dampfes in kg/cm

2,2

365

310

30000

310

vernachlässigbar

52 30

65

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Claims

Patentanspruch e

/ 1.J Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus einem durch thermische Crackung von Kohlenwasserstoffen oder Kohlevergasung erhaltenen Gasprodukt in Form von Hochdruckdampf, bei welchem man das Hochtemperaturgasprodukt durch Vermischen mit einem eingesprühten Niedrigtemperaturkohl enwass er stoff öl als Abschrecköl vorkühlt und das Kohlenwasserstofföl von dem Gemisch zur Wiederverwendung (des abgetrennten Öls) als umgewälztes Abschrecköl abtrennt, dadurch gekennzeichnet, daß man das eine Temperatur von etwa 300° bis 400⁰C aufweisende Gemisch durch die Röhren oder Rohre eines Mantel- und Röhrenwärmetauschers leitet, um die Wärme des Gemischs auf ein durch den Mantelraum des Wärmetauschers strömendes und unter hohem Druck stehendes Wasser zu übertragen und einen Hochdruckdampf eines Drucks von 40 bis 100 kg/cm zu gewinnen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ho.chtemperaturgasprodukt die Crackgase und durch Vergasen gebildeten Gase von Naphtha, Gasölen, Rohölen, und/oder Resten oder Gasen aus der Carbonisierung, Hydrocarbonisierung, Vergasung oder Hydrovergasung von Kohle verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Abschrecköl ein bei der thermischen Crackung von Ölen oder bei der Kohlevergasung als Nebenprodukt angefallenes Produkt mit 30 bis 80 Gew.-% Pech verwendet .

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßtemperatur des Abschrecköls 250° "bis 350⁰C beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßtemperatur des gecrackten Kohlenwasserstoff gasprodukts 450° bis 1400⁰C beträgt.

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•4c·

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