199707. lajstromszámú szabadalom • Berendezés szénhidrogén olajok hőbontására
1 HU 199707 B A találmány tárgya berendezés szénhidrogén olajok hőbontására, amelyben olyan reakciózóna van, ahol a reakció hőmérsékletére melegített szénhidrogének áramlása alulról fölfelé halad. Szénhidrogén olajok hőbontásakor a nehéz olajfrakciókat könnyebb frakciókká bontják, így növelik a könnyebb frakciók menynyiségét. A hőbontás a betáplált olajat a hőbontó kemence melegítő csöveiben a hőbontás hőmérsékletére melegítik. Két eljárás ismeretes. Az egyik eljárásban a hőbontás a hőbontó kemence melegítő csöveiben és részben a hőbontást követő műveleti lépésekhez vezető csővezetékekben megy végbe. Ebben a hőbontó eljárásban nem ismert pontosan a tartózkodási idő, az azonban igen, hogy viszonylag rövid, azaz 1 perc körüli. A nyomás nagy mértékben változik a kemence betápláló és elvezető nyílása között. A másik hőbontó eljárásban a betáplált szénhidrogének először a hőbontó kemencében megfelelő reakcióhőmérsékletre melegítik, és a tényleges hőbontás egy külön reakciózónában megy végbe, ahol a tartózkodási idő lényegesen hosszabb, mint az előző eljárásban, azaz 10—30 perc. A reakciózónában hőközlés nincs. Az utóbbi eljárásban a reakciózóna általában egy függőlegesen álló, hengeres, nyomásálló edény, amelynek az egyik végén vezetik be a hőbontó kemencében felmelegített olajat, másik végén pedig folyadék és gáz elegyét vezetik el a további tisztító lépésekhez, például desztillációhoz. A reakciózónában az áramlás iránya vagy felülről lefelé vagy lentről fölfelé irányul. Szénhidrogén olajok hőbontásakor lényegében kétféle reakció megy végbe. Az egyik a helyes hőbontó reakció, amikor a hosszúszénláncú molekulák kisebb molekulára hasadnak, ennek következtében csökken a viszkozitás. A másik reakciótípust polikondenzációnak nevezik, ennek során a molekulák egyesülnek és minthogy hidrogén szabadul fel, szurok és koksz keletkezik. Ez az utóbbi reakció nem kívánatos, mert így nagyobb mennyiségű aszfalt keletkezik. Minthogy a kondenzációs reakció magasabb hőmérsékleten jelentősebb mértékű, próbálkozások történtek alacsonyabb reakcíóhőmérsékletek és megfelelően hosszabb tartózkodási idők alkalmazására. A tartózkodási idő nagyon fontos a hőbontás szempontjából. Ha a tartózkodási idő túl rövid, nincs idő arra, hogy a hőbontás végbemenjen. Olyan esetben viszont, amikor a tartózkodási idő túl hosszú, a hőbontás termékei reagálni kezdenek és nemkívánatos reakciótermékek keletkeznek. Ennek eredményeként instabil termék képződik, ez nehézségeket okoz a fűtőanyag további felhasználásakor. A cél ezért az, hogy a hőbontás olyan egyenletesen játszódjon le, ahogyan csak lehetséges. Ha a reakciózónaként szolgáló nyomásálló edényben az áramlás nem egyenletes, ez változó tartózkodási időt eredményez. A hőbontás folyamán könnyű komponensek keletkeznek, amelyek a reakciózónában uralkodó hőmérsékleten és nyomáson elpárolognak. Ezért a folyadék/gáz elegy sűrűsége csökken, ahogyan az elegy fölfelé áramlik a nyomásálló edényben. A nyomásálló edényben uralkodó hidrosztatikus nyomáskülönbség következtében a gáz sűrűsége szintén csökken, ahogyan az elegy fölfelé áramlik. A hőbontó reaktorban keletkező folyékony frakciók sűrűsége alacsonyabb, mint a betáplált anyagé, ez szintén csökkenti a folyadék/gáz elegy sűrűségét. Ezért az általánosan alkalmazott, egyforma vastagságú, hengeres reaktorban az áramlási sebesség nem állandó, hanem nő, ahogyan az elegy fölfelé áramlik. A 4 247 387 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban szereplő hőbontó eljárásban reakciózónaként egy olyan hengeres, függőlegesen álló, nyomásálló edényt alkalmaznak, amelyben a reaktoron belüli reflux megelőzésére perforált közbenső fenéklemezeket helyeztek el, ezek a reaktorban többszörös keveredést hoznak létre. Ennek az a célja, hogy a zónába betáplált frakció tartózkodási ideje olyan egyenletes legyen, amilyen csak lehetséges. A közbenső lemezek alkalmazásának azonban hátrányai vannak. A reaktor hibás működése az egész reaktor elkokszosodását, eltömődését okozhatja. A közbenső fenekek a koksz eltávolítását és a reaktor tisztítását kényelmetlenné és költségessé teszik. A találmány feladata az ismert eljárások javítása. Közelebbről a találmány feladata olyan berendezés kidolgozása, amelyben a tartózkodási idő állandó anélkül, hogy perforált közbenső fenéklemezeket vagy ezzel egyenértékű tagokat kellene a reakcióedénybe behelyezni. Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy érjük el, hogy a reakciózónát egy olyan nyomásálló edényként alakítjuk ki, amelynek a keresztmetszet felülete lentről fölfelé növekszik. A találmány szerinti, alulról fölfelé növekedő keresztmetszetű reakciózóna alkalmazásával megelőzzük nagy sebesség gradien sek kialakulását és dugattyúszerü áramlásmód létrejöttét segítjük elő, amely a hőbontás eredménye szempontjából optimális. Bár a reakció folyamán az alulról fölfelé áramló folyadék/gáz elegy sűrűsége csökken, ezt ellensúlyozza a kúpos, fölfelé táguló reakciózóna, amely csökkenti a reakciózónában az áramlást. A reakciózóna falai és a középső tengely által bezárt szöget előnyösen úgy választjuk meg, hogy normális körülmények között a folyadék/gáz elegy sebessége körülbelül állandó legyen. Ezt általában akkor érjük el, ha az említett szög 2° és 15° közötti. Ennél nagyobb szögek esetén káros reflux kelet2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
