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Verfahren zum Spalten von Kohlenwasserstoffölen in der Dampfphase
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Spalten von Kohlenwasserstoffölen
in der Dampfphase mit Hilfe eines Trägergases. In der amerikanischen Patentschrift
r 8.1z 319 ist ein Spaltverfahren beschrieben, bei dem das zu spaltende Öl zuerst
verdampft und dann der Öldampf auf eine Temperatur innerhalb des Spaltgebietes überhitzt
wird, wobei das Erhitzen aber so rasch erfolgt, daß in der Überhitzungszone keine
wesentliche Spaltung des Öldampfes eintritt, worauf der so erhitzte Üldampf mit
einem so heißen, einen Wärmeträger darstellenden Gas gemischt wird, daß ein Spalten
des Öldampfes bei einer Temperatur, die mindestens so hoch ist wie die Überhitzungstemperatur,
erfolgt.
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Es ist festgestellt worden, daß das Wärmeträgergas zwei wichtige Rollen
spielt; das Gas liefert die zur Spaltung notwendige Wärme und hat außerdem eine
Wirkung, die man als Masse-Temperatur-Effekt beim Spalten bezeichnen könnte. Diese
Wirkung äußert sich darin, daß die durch Zuführung der heißen Gase erhöhte Masse
der Gase und Öldämpfe bei gleichbleibendem Wärmeverbrauch oder -verlust sich langsamer
abkühlt und damit das Aufrechterhalten bestimmter Spalttemperaturen erleichtert.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren, bei dein dieser Masseneffekt
zur Aus-Wirkung kommt, aber die Erhitzung von Gas und Ölen auf neuartige Weise erfolgt.
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Die Erfindung gründet sich auf die Feststellung, daß man den Öldampf
auf eine Temperatur über der gewünschten Spalttemperatur erhitzen kann, wenn die
Zeit, während der die Öldämpfe über die Spalttemperatur erhitzt sind, so kurz bemessen
wird, daß eine wesentliche Spaltung nicht erfolgt. Werden die Öldämpfe z. B. auf
etwa 5ö5° erhitzt und dann z. B. mit der gleichen Gewichtsmenge eines Gases von
5ro°, also eines kälteren Gases, vermischt, so erhält man als gewünschte anfängliche
Spalttemperatur eine Mischtemperatur von 537° und eine mittlere Spalttemperatur
von etwa' 532o.
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Das Wärmeträgergas verringert, obwohl es kälter als die Öldämpfe ist,
den durch Strahlung und durch die Wärme verbrauchende Spaltreaktion verursachten
Temperaturabfall, so daß sich eine höhere mittlere Spaltteinper atur ergibt. Die
Anwesenheit des Gases ist außerdem unabhängig von seiner Temperatur, auch insofern
günstig, als es den Partialdruck der Dämpfe verringert und so die erwünschte Bildung
von dehydrierten Verbindungen begünstigt.
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Ein weiterer und wesentlicher Vorteil des vorliegenden Verfahrens
-ergibt sich aus der Tatsache, daß es in der Praxis günstiger ist,
Wärme,
beispielsweise durch ein Rohr oder eine andere erhitzte Fläche, auf ?51dämpfe zul
übertragen als auf ein Gas, und zwar wegen der höheren spezifischen Wärme der O.l=,
dämpfe. So sind Rohre zum Erhitzen Gas von niedriger Dichte, wie es beim vor, liegenden
Verfahren verwendet wird, unä welches daher je Raumeinheit eine geringe Wärmekapazität
aufweist, mehr der Gefahr des leichten Durchbrennens ausgesetzt als jene Rohre,
die zum Erhitzen von Öldämpfen verwendet werden, die eine verhältnismäßig hohe Dichte
und eine hohe spezifische Wärme je Raumeinheit besitzen (beispielsweise eine zehnmal
höhere als das Gas).
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Es ist daher vorteilhaft, die Temperatur, auf die das Gas erhitzt
wird, niedriger zu halten und dafür mehr Wärme auf die die öldämpfe.enthaltenden
Rohre zu übertragen. Das Problem des Erhitzens großer Gasmengen, wie sie beim Dampfphasenspaltverfahren
erforderlich sind, spielt in der Erdölindustrie eine bedeutende Rolle. Abgesehen
von der möglichen Verwendung heißer Verbrennungsgase als Wärmeträgermittel standen
als Ofen zur Erhitzung der Gase entweder Regenerativöfen oder Röhrenerhitzer zur
Verfügung. Regenerativöfen haben den großen Vorteil, daß sie große Mengen heißen
Gases bei hohen Temperaturen über lange Zeiträume, ohne daß eine Zerstörung der
öfen eine Unterbrechung bedingt, liefern können. Röhrenerhitzer haben andererseits
zwar den Vorteil niedriger Anlagekosten, weisen aber den Nachteil auf, daß die Rohre
zum Durchbrennen neigen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, obwohl sie die Anwendung
jeder Gasquelle in Betracht zieht, auch die Verwendung von Röhrenerhitzern.
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Zur weiteren Erläuterung soll die Erfindung an Hand der Zeichnung,
die schematisch eine zur Durchführung der Verdarnpfungs- und der Spaltungsstufe
geeignete Vorrichtung darstellt, näher beschrieben werden.
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Das zu spaltende Öl, z. B. Gasöl, das vorerhitzt oder anderweitig
behandelt sein kann, wird durch das Rohr io in einen Verdampfer i i eingeführt,
aus dem die erhitzten Öldämpfe durch die Rohre i2 und 13 in einen Abscheider 14
gelangen, in dem die Abscheidung flüssiger Anteile zwecl:niäßig mittels eines durch
das Rohr 13 aus dem Gaserhitzer 15 zugeführten Gasstromes (der dem Gaserhitzer durch
das Rohr 16 zugeführt wird) unterstützt wird. Die Menge des zugeführten Gases ist
jedoch nicht so groß, claß sie eine nennenswerte Wirkung auf den Spaltvorgang haben
könnte. Die Dämpfe, die infolge der Wirkung des bei der Abscheidung verwendeten
Gases praktisch trocken sind, werden dann aus dem Abscheider durch das
| Rohr 18 dem Überhitzer iy zugeführt, in dein |
| ihre Temperatur rasch von der Verdamp- |
| fungstemperatur (beispielsweise 371° oder |
| °@lä-runter) auf eine Temperatur bis zu etwa |
| @'`#`r.°, vorzugsweise zwischen etwa 537' und |
| `'b erhöht wird. |
| r :5 |
Die überhitzten Dämpfe strömen dann mit hoher Geschwindigkeit in einen Mischraum
2o, wo sie mit einem durch das Rohr 2 1 zugeführten erhitzten Gas vermischt werden;
das Rohr 21 steht über den Erhitzer 22 mit dem Gaszuführungsrohr 16 in Verbindung.
Die Temperatur des Gases ist niedriger als die der öldämpfe und kann genau geregelt
werden, indem man je nach Erfordernis kleine Mengen eines kalten Gases aus dem Rohr
16 durch das mit Ventil versehene Rohr 23 in das Rohr
--, i einführt. Aus
dein Mischraum 20 gelangt das Gemisch aus heißen Dämpfen und Gas durch das Rohr
23a in die Spaltkammer 2.4, in der die Spaltung der t51-dämpfe erfolgt.
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Die Dämpfe aus der Spaltkammer werden in geeigneter Weise zwecks Gewinnung
des Benzins aufgearbeitet. Nach Abscheidung des Benzins wird das restliche Gas zweckmäßig
einer besonderen Behandlung unterworfen, um die sehr leicht siedenden Bestandteile
zu gewinnen, die der Abscheidung in den Benzinkühlern entgangen sind. Ein Teil des
so gereinigten Gases wird im Kreislauf zurückgeführt und stellt die Quelle für <las
dem Rohr 16 zugeführte Gas dar. Dieses Gas besteht hauptsächlich aus Wasserstoff
und Methan mit kleineren. Mengen der niedrigen Kohlenwasserstoffe, wie Athan, Äth_vllen,
Propan, Propylen.
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Die« Menge des zugeführten Gases kommt etwa dem Gewicht der Öldämpfe
gleich und wird vor allem bestimmt durch das Temperaturgebiet, in dem man die Spaltung
vor sich gehen lassen «rill; außerdem aber auch durch die Temperatur des Gases.
Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens soll die Temperatur des zugeführten
Gases nicht mehr als etwa 56° unter der Temperatur der Öldämpfe liegen. Die anfängliche
Spalttemperatur, d. h. die im Mischraum 2o erzielte Temperatur, soll, wenn man ein
Benzin mit guten Antiklopfeigenschaften und niedrigem Harzgehalt herstellen will,
bei ungefähr 537° liegen. Falls besondere Umstände dies erfordern, können jedoch
auch Temperaturen bis zu etwa 593° angewendet werden.