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Vorrichtung zur Druckhydrierung von kohlenstoffhaltigen Stoffen Bei
der Herstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie Benzin, Dieselöl, Heizöl
oder Schmieröl, durch Druckhydrierung von kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen, wie
Steinkohle, Braunkohle, Schiefer, Torf, Mineralölen, deren Destillations-, Spalt-
oder Extraktionsprodukten, hat man bisher - ebenso wie bei der Ammoniak- und Methanolsynthese
- im allgemeinen Reaktionsgefäße mit verhältnismäßig großem Durchmesser verwendet.
Bei der Druckhydrierung hat man deshalb derartige Reaktionsgefäße bisher bevorzugt,
weil das Reaktionsgut zur Erzielung eines weitgehenden Abbaus der Ausgangsstoffe,
z. B. der Kohle, und einer ausreichenden Hydrierung längere Zeit auf erhöhter Temperatur
gehalten werden muß und dies am besten in einem geräumigen Gefäß erreicht wird.
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Es hat sich nun gezeigt, daß sich die Druckhydrierung der obengenannten
Ausgangsstoffe beim Arbeiten in flüssiger Phase mit sehr gutem Erfolg durchführen
läßt, wenn man durchweg oder streckenweise gerade Rohre verwendet, bei denen die
Länge des als Reaktionsraum dienenden Teiles mehr als das 5ofache, zweckmäßig mehr
als das gofache, des Durchmessers beträgt und die mindestens zum Teil geneigt aufsteigend
angeordnet sind. Der Neigungswinkel der aufsteigenden Rohre beträgt zweckmäßig etwa
3 bis 600, insbesondere 7 bis 300, zur Waagerechten. Aus Raumgründen können die
Rohre aufsteigend und absteigend angeordnet sein,
wobei die absteigenden
Rohre vorteilhaft senkrecht stehen. Der Inhalt der senkrechten Rohre macht hierbei
nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Inhalts der Rohre aus.
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Zur Regelung des Durchsatzes und Erhöht, hung der Wasserstoffdurchmischung
können -die Rohre mit Einbauten, z. B. schrauben- - -artigen Gebilden, Drosseln,
Raschigringen oder ähnlichen Körpern, versehen sein. Um eine gleichmäßige Zufuhr
und Durchmischung zu bewirken, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Ausgangsstoff
vor dem Eintritt in die geneigt aufsteigenden Rohre ein mit einem oder mehreren
Drosseln versehenes Rohrstück durchläuft.
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Der Wasserstoff wird in der Regel im Gleichstrom mit den Ausgangsstoffen
geführt; man kann jedoch auch bei geeigneten Strömungsgeschwindigkeiten, wobei der
Wasserstoff zusammen mit verdampftem Reaktionsprodukt aufwärts strömt, im Gegenstrom
arbeiten. Der Wasserstoff kann auch in einzelnen Teilen zur Kühlung oder z. B. in
dem Maße, wie er verbraucht wird, zweckmäßig entsprechend vorgeheizt, an verschiedenen
Stellen eingeführt werden.
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Der Durchmesser der Rohre richtet sich nach dem nutzbaren Inhalt,
den die Apparatur haben soll. Für technisches Arbeiten werden Rohre von etwa 70
bis 200 mm 1.W. verwendet; man kann aber auch mit solchen von größerem oder kleinerem
Durchmesser arbeiten. Dabei wird die Länge entsprechend dem Durchsatz so bemessen,
daß eine ausreichende Durchmischung der flüssigen und gasförmigen Reaktionsteilnehmer
erfolgt und ein Absitzen vermieden wird.
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Die Drucke (oberhalb etwa 20 at bis zu 200, 300, 700, I000 at oder
mehr), Temperaturen und sonstigen Bedingungen sind die bei der Druckhydrierung üblichen.
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Die Anwendung der Rohre hat gegenüber dem Arbeiten mit großen Reaktionsgefäßen
den Vorteil, daß die Zu- und Ableitung der Wärme besser geregelt werden kann.
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Die beschriebene Anordnung der Rohre hat gegenüber der an sich bekannten
Anwendung von senkrechten auf- und abwärts gehenden Rohren viele Vorteile. Die Strömungsverhältnisse
sind bei geneigten Rohren wesentlich besser, so daß mit einem höheren Durchsatz
gearbeitet werden kann und ferner ein höherer Abbau der Asphalte erzielt wird. Bei
senkrechten auf- und abwärts gehenden Rohren ist zwar das aufwärts gehende Rohr
mit Flüssigkeit gefüllt, in dem abwärts gehenden Rohr fällt die Flüssigkeit jedoch
nach unten, so daß der Füllungsgrad dieses Rohres und die Verteilung der Reaktionsstoffe
darin außerordentlich schlecht ist. Bei auf- und abwärts gehenden Rohren ist also
praktisch nur die Hälfte des gesamten Inhalts der Rohre mit flüssigen Stoffen gefüllt;
außerdem ist die Durchmischung von Flüssigkeit und Gas in den abwärts gehenden Rohren
so unzulänglich, daß stets Verkokungsgefahr vorhanden ist.
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In geneigt aufsteigend angeordneten Rohren hingegen strömt die Flüssigkeit
gleich förmig, der Füllungsgrad und die Durchmischung von Flüssigkeit und Gas sind
gleich mäßig gut, so daß trotz Anwendung höhere Durchsätze ein höherer Asphaltabbau
erzielt und die Gefahr der Verkokung wesentlich verringert wird.
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Als Material für die Rohre verwendet man Stoffe, die ausreichend
fest sind und, für sich oder mit besnderen Überzügen versehen. dem Wasserstoff-
und Schwefelangriff widerstehen. Gut geeignet sind Chromstähle, z. niedriglegierte
mit 3 bis S °/0 Chrom, ode auch die als V2A-Stahl bekannte Legierung.
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Zur Vermeidung von Schwefel angriff ist ein auf dem Weg der Feuer-
oder Dampfverzin kung hergestellter Zinküberzug zu empfehlen.
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Man kann auch andere Uberzüge, z. B. solche aus Aluminium, Silicium
u. a. oder, insbesondere beim Arbeiten in Gegenwart vo Halogenen, aus Silber u.
dgl. verwenden.
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Gegen Angriff von außen kann man, wenn nötig, die Rohre in üblicher
Weise, z. B. durch Alitieren o. dgl., schützen.
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In der beiliegenden Zeichnung ist eine Ausführungsform des vorliegenden
Verfahren näher beschrieben: Die Rohre a stellen den Vorheizer dar, in den der Ausgangsstoff,
z. B. Steinkohle, bei a' zusammen mit Wasserstoff auf etwa 250° vorgeheizt eintritt.
Der vorgeheizte Ausgangsstoff verläßt den Vorheizer bei a" mit einer Temperatur
von etwa 300 bis 4500 und tritt bei b' in den eigentlichen Reaktionsofen b ein,
der aus zickzackförmig aufsteigender geraden Rohren besteht. Die Reaktionsstoffe
treten nach Verlassen des Reaktionsraumes in den Abscheider c über. Man kann auch
mehrere Reaktionsöfen b gleichzeitig hintereinandei-geschaltet verwenden; dabei
kann man die einzelnen Reaktionsöfen, eng ineinander. geschoben, in eine wärmeisolierte
Kammer einbauen. Diese kann an geeigneten Stellen je nach Bedarf gekühlt oder durch
Verbrennungsgase beheizt werden. Es können auch einzelne oder alle Rohre mit einem
Mantel umgeben sein, in den alsdann Kühl- ode Heizgase eingeführt werden.
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Es ist zwar bekannt, die fraktionierte Destillation von Ölen in zickzackförmigen
Rohren auszuführen. Hierbei sollen an der Rohrenden Destillate abgezogen werden.
Mit der vorliegenden Erfindung hat dies nicht zu tun, da hier die Vorrichtung zu
einen