[0001] Bei der Hydrierung von Kohle sowie von Mineralölen, insbesondere Destillationsrückständen
von Mineralölen sowie von Schwer- und Schwerstölen bei Temperaturen von 400° C bis
520° C und Drücken von 100 bar bis 700 bar in der Sumpfphase enthält das Hydrierprodukt
neben den gewünschten, bei der Reaktionstemperatur flüchtigen Bestandteilen nicht
flüchtige Rückstände, wie Asphaltene, Katalysatoren und nicht umgesetzte Kohle bei
der Kohlehydrierung bzw. Kohle oder Koks als Katalysatorträger bei der ölhydrierung.
In einem oder mehreren Heißabscheidern werden die Rückstände von dem gasförmigen Produkt
getrennt und müssen aufgearbeitet werden. Bei dem in Deutschland bis zum Ende des
2. Weltkrieges angewandten Kohlehydrierungsverfahren wurden die Rückstände, ggfs.
nach Erhöhung des Feststoffgehaltes durch Schleudern, in eine Schwelanlage gegeben,
in der die nicht flüchtigen Bestandteile zu Gas, öl und Koks zersetzt wurden.
[0002] Eine gebräuchliche Schwelanlage für die Hydrierrückstände bestand aus einer leicht
geneigt gelagerten, von außen mit Gasbrennern beheizten Drehtrommel, in die der auf
etwa 400° C bis 450° C vorerhitzte pastöse Rückstand eingebracht und bei Temperaturen
von etwa 550° C bis 600° C geschwelt wurde. (vergleiche W. Krönig "Die katalytische
Druckhydrierung von Kohlen, Teeren und Mineralölen", Berling/Göttingeri Heidelberg
1950, insbesondere Seiten 44/45 und 188/189 sowie M. Höring und E. E. Donath in "Ullmanns
Enzyklopädie der technischen Chemie" 3. Auflage, 10. Band, München/ Berlin 1958, insbesondere
Seiten 518/519.) Zur Vermeidung von Koksanbackungen an der Trommel enthielt diese
Stahlkugeln, die bei ihrer Umwälzung die Anbackungen abschlugen. Als Spülgas wurden
in die Trommel ca. 100 kg Wasserdampf pro Tonne Einsatzprodukt geleitet.
[0003] Bei diesem bekannten Verfahren wurde der spezifische Durchsatz der Schweltrommel
wesentlich durch die von außen pro m
2 Trommelfläche in die Trommel einzubringende Wärme bestimmt. Durch eine Vorwärmung
des zu schwelenden Rückstandes möglichst bis an die Cracktemperatur konnte die beheizte
Fläche der Trommel entsprechend verkleinert bzw. der Durchsatz der Trommel erhöht
werden. Da die Vorwärmtemperatur jedoch durch den Beginn von Crackreaktionen während
der Aufheizung begrenzt wurde, waren dieser Art von Durchsatzsteigerung Grenzen gesetzt.
[0004] Wegen der indirekten Beheizung der Schweltrommeln über deren Wandungen war dieses
Verfahren sehr energieaufwendig und wenig wirtschaftlich, die Lärmbelästigung durch
die im Innern der Trommel herabfallenden Stahlkugeln war beträchtlich und die Reinigung
des bei der Kondensation anfallenden aus dem als Spülgas eingebrachten Wasserdampf
entstandenen Schwelwassers war sehr aufwendig. Daher vertrat die Fachwelt die Auffassung,
solche Schwelölfen bzw. Schwelverfahren seien künftig nicht mehr denkbar (vergleiche
Winnacker-Küchler, "Chemische Technologie", München/Wien 1981, Band 5, Seite 457).
[0005] Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Nachteile der Trommelschwelung
von Hydrierrückständen vermieden werden können, wenn die Beheizung des Trommelinhaltes,
des Schwelgutes, direkt mittels eines auf Temperaturen von 600° C bis 950° C erhitzten
Heizgases erfolgt. Als Heizgas dient insbesondere Schwelgas nach Entfernen seiner
kondensierbaren Anteile. Das Heizgas besitzt also eine höhere Temperatur als der früher
verwendete Wasserdampf; es wirkt nicht nur wie jener als Spülgas, sondern auch insbesondere
als Heizmittel für die Schwelung der Hydrierrückstände.
[0006] Das als Wärmeträger dienende Schwelgas wird im Kreislauf zwischen Schweltrommel,
Kondensation und Wiederaufheizung gefahren. Die Kondensation erfolgt in üblicher Weise,
wobei wegen des Fehlens von Wasserdampf gegenüber dem früheren Verfahren einfachere
Verhältnisse vorliegen, die zu geringeren Umweltbelästigungen führen. Auch kann die
Kondensationsstufe kleiner ausgeführt und der Kühlmittelverbrauch verringert werden.
Für das Wiederaufheizen des Kreislaufgases kann insbesondere die bei der Verbrennung
des nicht als Kreislaufgas benötigten Schwelgases entstehende Wärme genutzt werden,
die über einen Wärmeaustauscher indirekt auf das Kreislaufgas übertragen wird.
[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht gegenüber dem bekannten Verfahren mit Schwelgutvorwärmung
eine spezifische Durchsatzsteigerung von 50 % bei gegebener Trommelgröße und einen
geringeren spezifischen Heizgasbedarf. Für einen bestimmten Durchsatz kann bei direkter
Beheizung durch Kreisgas die Trommel verkleinert werden.
[0008] Da die Schwelung nicht, wie bei dem früheren Verfahren, bevorzugt an der Trommelwand,
sondern im Trommelinneren erfolgt, ist die Tendenz zur Bildung von Koksanbackungen
an den Trommelwänden geringer. Den Anbackungen kann dadurch weiter entgegengewirkt
werden, daß das Schwelgut in feiner Verteilung, z. B. zerstäubt, in das Heizgas eingebracht
wird. Daher kann auf die Verwendung von Stahlkugeln in der Trommel verzichtet werden.
Jedoch kann es zweckmäßig sein, zusammen mit dem Schwelgut Feststoffe, z. B. feine
Koksteilchen, die im früheren Verlauf der Schwelung entstanden sind, als Keime für
weitere Koksabscheidungen mit dem Schwelgut einzubringen.
[0009] Wie bereits erwähnt, wird die zur Schwelung der Hydrierrückstände notwendige Wärme
im wesentlichen durch das im Kreislauf geführte Schwelgas in die Schweltrommel eingebracht.
Die Beheizung des Trommelmantels ist daher entbehrlich; es hat sich jedoch als zweckmäßig
erwiesen, diesem die durch Abstrahlung verlorengehende Wärme wieder zuzuführen. Dies
kann durch eine Zusatzbeheizung geschehen, die z. B. mit überschüssigem Rauchgas betrieben
wird.
[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden nach der zugehörigen Zeichnung erläutert.
[0011] Der Hydrierrückstand 6 wird z. B. mit einer Temperatur von 370° C in die Drehtrommel
1 verdüst, wo die Schwelung stattfindet. Die Trommel ist geneigt, auf Rollen gelagert
und wird mit einem Motor angetrieben. Die zur Schwelung erforderliche Wärme wird direkt
durch rückgeführtes Schwelgas 7 mit z. B. einer Temperatur von 600° C - 950° C zugeführt.
Bei der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens werden Schwelgut 6 und Heizgas
7 im Gleichstrom geführt. Ebenso können beide im Gegenstrom geführt werden. Der bei
der Schwelung entstehende Koks 12 wird über eine geeignete Vorrichtung aus der Trommel
geschleust.
[0012] Die Schwelgase 11 werden zur Kondensation 2 geführt, in der das Schwelöl 13 abgetrennt
wird. Die nicht kondensierten Anteile des Schwelgases werden mit dem Gebläse 3 abgezogen,
wobei ein Teilstrom 14 zu einer weiteren Verarbeitung und ein Teilstrom 7 über den
Wärmetauscher 4 zurück zur Drehtrommel 1 gefördert werden. Die in der Brennkammer
5 durch Verfeuerung von Heizgas 10, insbesondere von nicht als Kreislaufgas benötigten
Schwelgasen 14, mit Luft 9 erzeugten Rauchgase 15 werden im Wärmetauscher 4 gegen
das rückgeführte Schwelgas 7 abgekühlt, wobei die zur direkten Beheizung der Trommel
erforderliche Wärme gewonnen wird.
[0013] Die indirekte Beheizung der Trommel mittels der durch Verfeuerung von Heizgas 10,
insbesondere Schwelgas 14, mit Luft 9 in der Brennkammer 5 erzeugten Rauchgase 15,
dient der Kompensation der Verlustwärme sowie zum Anfahren des Prozesses.
[0014] Zur Einbindung von Schadstoffen während der Schwelung sowie zur Begünstigung der
Koksabscheidung können Feststoffe 8, insbesondere Kalk und/oder Koks, in die Drehtrommel
gegeben werden.
1. Verfahren zum Schwelen von bei der Hydrierung von öl, insbesondere Schweröl, oder
von Kohle anfallenden Rückständen in einer beheizten Trommel, insbesondere einer Drehtrommel,
bei Temperaturen von 400° C bis 600° C unter Zuführung eines heißen Gases in die Schweltrommel,
dadurch gekennzeichnet, daß als heißes Gas Schwelgas nach Abscheiden der kondensierbaren
Anteile und Erhitzen auf 600°C bis 950° C verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des als Kreislaufgas
geführtenSchwelgases auf 600° C bis 950° C indirekt mittels bei der Verbrennung von
öl oder Gas, z. B. von überschüssigem Schwelgas entstehenden Rauchgase erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände in
feiner Verteilung in das heiße Gas eingebracht, insbesondere zerstäubt werden.
