202573. lajstromszámú szabadalom • Berendezés szénhidrogén olajok hőbontására
1 HU 202 573 B 2 A találmány tárgya berendezés szénhidrogénolajok hőbontására, amely betápláló csőből, ahhoz csatlakozó melegítő kemencéből, reaktorhoz csatlakozó összekötő vezetékből, reaktorból és elvezető csőből áll. Szénhidrogén olajok hőbontásakor a nehéz olajfrakciókat könnyebb frakciókká bontják, így növelik a könnyebb frakciók mennyiségét. A hőbontás során 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 szénhidrogéneket 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 reakciózónával nem közölnek hőt. 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 vezeti el a további tisztító lépésekhez, például desztillációhoz. A reakciózónában az áramlás iránya vagy felülről lefelé vagy lentről fölfelé irányul. Szénhidrogénolajok hőbontásakor lényegében kétféle reakció megy végbe. Az egyik a helyes hőbontó reakció, amikor a hosszúszénláncú molekulák kisebb molekulákra 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 hőmérsékéleteken jelentősebb mértékű, próbálkozások történtek alacsonyabb reakcióhőmérsékletek 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 késleltetési idő túl hosszú, a hőbontás termékei reagálni kezdenek és nem kívánatos 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, az 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 zónában 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 megoldások javítása. Közelebbről a találmány feladata olyan berendezés kidolgozása, amelyben állandó tartózkodási idő érhető el a tisztítást akadályozó közbenső fenéklapok alkalmazása nélkül. Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy érjük el, hogy a reakciózónaként szolgáló, nyomásálló edényt a folyadék/gáz elegye! tangenciális körmozgásba hozó eszközökkel látjuk el. A találmány értelmében a reakciózónában tangenciálisan körben forgó, azonban vertikálisan egyenletesen fölfelé haladó folyadék/gáz áramlást alakítunk ki, ahol nincs visszafolyás, amely nem állandó tartózkodási időt okozna. A folyadék/gáz elegy tangenciálisan körben forgó áramlását számos módon elérhetjük. A találmány szerinti, szénhidrogénolajok hőbontására szolgáló berendezés betápláló csőből, ahhoz csatlakozó melegítő kemencéből, reaktorhoz csatlakozó összekötő vezetékből, reaktorból, és elvezető csőből áll, oly módon, hogy a) a reaktor belsejében részben vagy egészben csigaszerűen kiképzett egy vagy több lemez van; vagy b) a reaktor aljához fenékrészként kúpos kialakítású fenéklemez kapcsolódik, és a kúpos kialakítású fenéklemezhez csatlakozik egy vagy több, a reaktor belsejébe tangenciálisan nyúló fúvóka és az összekötő vezeték a kúpos kiképzésű fenéklemez aljához és/vagy a fúvókához csatlakozik; vagy c) a reaktor aljához kapcsolódó összekötő vezeték kiöblösített bevezető csonkon keresztül kapcsolódik, mely bevezető csonkhoz a reaktoron belül kifelé irányuló, legalább két tangenciális fúvóka kapcsolódik. Azt tapasztaltuk, hogy a hőbontási reakció szempontjából az az előnyös, ha a hőmérséklet 410 és 470 ‘C közötti és a nyomás (2-20) • 105 Pa. A reakciózóna átlagos átmérőjének és hosszúságának az aránya előnyösen 1: 1 és 1: 20 közötti. A találmányt a csatolt ábrákon szereplő néhány előnyös kiviteli alakkal szemléltetjük közelebből, anélkül azonban, hogy a talámányt azokra korlátoznánk. Az 1. ábra a találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakját ábrázolja vázlatos folyamatábra alakjában. A 2. ábra a találmány szerinti reaktor egy elnyös kiviteli alakját mutatja oldalnézetben. A 3. A ábra a találmány szerinti reaktor egy másik előnyös kiviteli alakját ábrázolja felülnézetben. 5 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
