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Verfahren zum Aufspalten oder aber Hydrieren von Kohle und Kohlenwasserstoffen
durch Erhitzen unter hohem Wasserstoffdruck Das Aufspalten oder aber Hydrieren von
Kohle und Kohlenwasserstoffen durch Erhitzen unter hohem Wasserstoffdruck hat man
bisher im großen in derselben Weise ausgeführt wie das Spalten von 0I u. dgl. durch
bloßes Erhitzen, das sogenannte Kracken, indem man die entstehenden gasförmigen
Produkte an der höchsten Stelle des erhitzten Reaktionsbehälters abziehen ließ,
während die Rückstände an seiner tiefsten Stelle herausgelassen wurden. Die Trennung
der gasförmigen Produkte von den=flüssigen und festen Rückständen findet somit noch
innerhalb des Reaktionsgefäßes, und zwar unter dem hohen Betriebsdruck statt. Damit
sind gewisse Nachteile und Schwierigkeiten verknüpft.
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Ein solcher Nachteil ist z. B. der Umstand. daß der unter Druck eingedickte
Rückstand noch beträchtliche Mengen wertvollsten Benzins enthält. Eine besondere
Schwierigkeit der bisherigen Arbeitsweise besteht in der CTnsicherheit. einen bestimmten
Flüssigkeitstand in dem geschlossenen und der Beobachtung seines Innern unzugänglichen
Hochdruckbehälter: aufrechtzuerhalten. Wird die Füllung zu groß, so ist die Einwirkung
des Wasserstoffs unvollständig; sinkt der Flüssigkeitsstand zu sehr, so kann leicht
ein Festbre-?zien der Masse eintreten. Nach der Erfindung arbeitet man in der Weise,
daß im Reaktionsbehälter selbst kein Trennen der gasförmigen, flüssigen und festen
Reaktionsprodukte stattfindet. Da ganze Gemisch wird gemeinsam aus dem Behälter
abgeleitet, und zwar an einer zwischen dem höchsten und tiefsten Punkt gelegenen
Stelle, z. B. durch ein Rohr, das bis zum normalen Flüssigkeitsstand eintaucht.
Um die Bestandteile aller drei Aggregatzustände an einer solchen Stelle gemeinsam
abführen zu können, ist allerdings eine kräftige Durchmischung des Behälterinhaltes
notwendig. Gerührt muß aber auf jeden Fall werden, um <las Absitzen zu verhindern
und der gründlichen Mischung wegen. Bei der Eigenart der Hydrierung muß dem Wasserstoff
eine große Berührungsfläche und eine beträchtliche Einwirkungszeit geboten werden.
Das ist auch der Grund, warum die Abführung aller Bestandteile, einschließlich des
überschüssigen Wasserstoffs, nicht am höchsten Punkt des Behälters stattfinden darf.
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Von den Vorteilen des neuen Verfahren seien nur einzelne herausgegriffen.
Vor allem fallen alle bisherigen Schwierigkeiten, den gewünschten Flüssigkeitsstand
im Reaktionsbehälter einzuhalten, fort. Das geschieht jetzt selbsttätig in Höhe
der gemeinsamen Abführungsöffnung. Da ferner die
Trennung der einzelnen
Reaktionsprodukte nach außerhalb des Hochdruckbehälters verlegt wird, wo sie nach
der Entspannung unter Atmosphärendruck möglich ist, ist die Trennung einfacher,
leichter und weitergehend.
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In der schematischen Zeichnung ist der Längsschnitt einer Einrichtung
dargestellt, die zur Durchführung des Verfahrens im ununterbrochenen Betrieb dienen
kann. Die unter hohem Wasserstoffdruck aufzuspaltenden Rohstoffe werden mittels
der Pumpe"i in das Reaktionsgefäß 2 gepreßt. Feste Rohstoffe werden zu diesem Zweck
vorher durch Vermischen mit Öl in die Form einer Aufschwemmung oder Paste übergeführt.
-Der notwendige Wasserstoff wird fortlaufend durch die Pumpe 3 eingepumpt. Das ReaktiönAgefäjgz
ist mit einem Rührwerk mit Antrieb q. versehen, das die Aufgabe hat, feste Stoffe
am Absetzen zu verhindern und die gasförmigen, flüssigen und festen Reaktionsteilnehmer
gut zu durchmischen.
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Gleichzeitig kann das Rührwerk durch geeignete Mittel auch dazu dienen,
um eine Durchmischung in der Längsrichtung des Reaktionsgefäßes zu vermeiden und
dadurch die genügend lange Einwirkungsdauer zu sichern. Solche Mittel sind z. B.
auf dem Rührer angebrachte Scheiben r2, die den Querschnitt des Gefäßes bis auf
eine schmäle Spalte am Umfang ausfüllen. Eine andere Maßnahme zu demselben Zweck
wäre die Unterteilung des Reaktionsgefäßes in mehrere kleinere Abteilungen durch
Querwände, die auch nur einen schmalen Durchgang frei lassen. Durch derartige Mittel
ist es möglich, das Hydrierungsgas bis zu etwa 8o Prozent auszunutzen.
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Die Reaktionsteilnehmer und die aus ihnen entstandenen Produkte durchströmen
den Reaktionsraum allmählich auch in seiner Längsrichtung und gelangen auf diese
Weise zu der als Tauchrohr 5 ausgebildeten Austrittsöffnung und durch die anschließende
Leitung 6 und das Drosselventil 7 hindurch in das Sammelgefäß 8, in welchem die
Trennung der flüssigen und festen Produkte von den gasförmigen unter Atmosphärendruck
stattfindet. Während die Gase durch Rohr io zu einem Gasometer strömen, werden die
flüssigen und festen Anteile von Zeit zu Zeit durch Ventil g abgelassen. Das Drosselventil
e wird so eingestellt, daß der an dem Manometer i i angezeigte Druck im Reaktionsraum
während der ganzen Betriebsdauer konstant bleibt.
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Bei dem beschriebenen Verfahren bleibt der Flüssigkeitsstand im Reaktionsgefäß
dauernd auf die Höhe der Austrittsöffnung eingestellt. Wenn er aus irgendeinem Grund,
etwa durch vorübergehende Störung der Pumpe i, etwas tiefer sinkt, kann doch kein
Leerlaufen und Festbrennen stattfinden, weil dann nur noch Gas aus dem Rohr 5 abgeführt
wird, bis wieder der Flüssigkeitsstand steigt. Wenn das Tauchrohr 5 in die Flüssigkeit
einzutauchen beginnt, so findet durch die entstandenen neuen Produkte ein Ansteigen
des Druckes in- der Vorrichtung statt, der von dem Manometer i i angezeigt wird.
Dieser Druck wird dann durch Regulierung des Drosselventils 7 wieder herabgesetzt,
und der Flüssigkeitsspiegel sinkt bis eben zur Mündung des Tauchrohrs.
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Vergleicht man damit die bisherige Arbeitsweise und Vorrichtung, wie
sie z. B. aus der französischen Patentschrift 533 o36 zu ersehen sind, so ergibt
sich, daß die ständige Überwachung des Ablaufventils dort nicht die Möglichkeit
bot, den Flüssigkeitsstand im Reaktionsgefäß unverändert zu halten. Die gesamte
Menge der gas- und dampfförmigen Reaktionsprodukte, die bei der hohen Temperatur
entstehen, zogen mit dem überschüssigen Wasserstoff und seinen gasförmigen Beimengungen
am höchsten Punkt des Reaktionsbehälters ab, während durch das Ablaufventil nur
die geringen Mengen an festen und flüssigen Rückständen, die nicht aufgespalten
und verflüchtigt wurden, abgelassen wurden. Ein Anbrennen der Reaktionsmasse fand
immer dann statt, wenn eine zu weitgehende Absenkung des Flüssigkeitsstandes.erfolgte,
wofür die Überwachung des Ablaßventils keinerlei Fingerzeige gab.
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Die Vorteile bei der Weiterverarbeitung der gemeinsam abgeführten
Reaktionsprodukte sind darauf zurückzuführen, daß deren Trennung nun unter Atmosphärendruck
und nicht mehr innerhalb des Reaktionsgefäßes, also unter einem Druck von vielleicht
ioo bis Zoo Atm., stattfindet. Bei gewöhnlichem Druck lösen sich die gasförmigen
und auch die leicht siedenden Reaktionsprodukte (Benzin) in weit geringerem Maße
in den flüssigen Anteilen als bei hohem Druck. Die Trennung geht also weiter und
erfolgt in. einem Arbeitsgang in derselben Vorrichtung. Früher mußte der Rückstand
durch Kühlung zähflüssig gemacht werden, um ins Freie treten zu können, worauf er
in einer gesonderten Destillationsvorrichtung von neuem erhitzt werden mußte.
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Jetzt erreicht man insbesondere dann, wenn man dieReaktionsprodukte
in demRohr 6 sich nicht vollständig abkühlen läßt, daß die Flüssigkeit in Gefäß
8 praktisch wasserfrei wird, indem das bei der Reaktion entstandene Wasser nach
der Entspannung hinter dem Ventil 7 vollständig verdampft. Dieser Umstand ist besonders
wichtig, da: die weitere Verarbeitung stark wasserhaltiger Öle auf
dem
Wege der Destillation bekanntlich bcträchtliche Schwierigkeiten verursacht.
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DieAnordnung eines nach oben abgehenden Tauchrohres bietet gegenüber
einem wagerecht angeordneten Ableitungsrohr den Vorteil, daß das betreffende Rohrstück
bei Unterbrechung des regelmäßigen Ganges leerläuft, während bei «-tigerechter Anordnung
leicht Ölreste und insbesondere feste Bestandteile (unlöslicheorganischeKohlensubstanz
und Asche) in dem Rohrstück verkoken und zu Verstopfungen Anlaß geben können. Das
in der schematischen Zeichnung horizontal gezeichnete Rohrstück zwischen 5 und 6
liegt außerhalb der hohen Erhitzungszone, so daß dort keine Verkokung und dadurch
bedingte Verstopfungen mehr eintreten können.