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Verfahren zur Veredelung von Kohlen, Teeren, Mineralölen u. dgl. durch
Druckhydrierung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Kohlen und
Kohlenwasserstoffen unter hohem Druck und bei hoher Temperatur, insbesondere bei
der Kohleverflüssigung, Teer-oder CSlveredelung, bei Destillationen, Cracken u.
dgl., und besteht darin, daß zur Heizung und Kühlung der Reaktionsteilnehmer (Kohle,
Teer, 01, Wasserstoff, Zusätze u. dgl.) vor, während und nach der Reaktion
Hochdruckdampf als überhitzter Dampf, als Naßdampf oder als Kondensat verwendet
wird. Sein Druck soll dabei meistens gleich dem Druck in den Reaktionsräumen oder
nur wenig davon verschieden gehalten werden, wozu. beispielsweise die Reaktionsgefäße
direkt oder indirekt, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Regelorgans,
mit den Heiz- und Kühlräumen verbunden werden. Der Dampf wird zweckmäßig im Kreislauf
geführt und die Heiz- oder Kühlwirkung dabei in einfacher Weise durch Veränderung
der umlaufenden Menge, ihrer Temperatur o. dgl. geregelt. Der Kreislauf wird am
besten zwangsläufig mittels Pumpe o. dgl. bewirkt. Zum Zwecke des Wärmeausgleichs
in den verschiedenen Heiz- und Kühlkreisläufen kann ein gemeinsamer Wärmespeicher
eingeschaltet werden, dessen Wärmeinhalt verändert wird und in welchen überschüssiger
Heizdampf geleitet wird. Sein Wasserstand muß dann kontrolliert und geregelt werden.
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Wasserdampf bietet als Wärmeträger bei der Druckhydrierung der Kohle
usw. gegenüber den heute für diesen Zweck gebräuchlichen, hauptsächlich gasförmigen
Medien eine Reihe wichtiger, wirtschaftlicher und betriebstechnischer Vorteile.
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Die zur Verwendung gasförmiger Wärmeträger erforderliche Apparatur
- die Anläge zur Erzeugung des betreffenden Gases, der Hochdruckkompressor zur Verdichtung
des Gases auf den Betriebsdruck, die Umlaufpumpe, die das Heizgas durch die Heizvorrichtung
und die Wärmeaustauschvorrichtungen hindurch im Kreislauf führt, und die Heizvorrichtung
für den Wärmeträger - ist verhältnismäßig umfangreich und kompliziert und daher
teuer in der Anschaffung. Die Einhaltung einer bestimmten Temperatur und deren Regelung
innerhalb der erforderlichen geringen Toleranzen ist nur dadurch erreichbar, . daß
der Wärmeträger nicht unmittelbar, sondern unter Einschaltung eines Wärmezwischenträgers,
eines Bleibades o. dgl. in der Heizvorrichtung beheizt wird. Eine direkte- Beheizung
des gasförmigen Wärmeträgers in Rohrschlangen o. dgl. wäre auch wegen der in den
Rohrwandungen auftretenden, infolge der physikalischen Eigenschaften der betreffenden
Gase hohen Wärmestauung gefährlich. Die Einschaltung des Wärmezwischenträgers bringt
aber den Nachteil, daß die Temperaturregelung nur träge vor sich gehen kann.
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Der erfindungsgemäß als Wärmeträger benutzte Wasserdampf wird in einem
Hochdruckdampfkessel erzeugt, der gleichzeitig den Dampf zur Deckung des Kraftbedarfs
der Hydrierungsanlage und der daranhängenden Anlagen liefert und dessen Betrieb
einfach und sicher beherrschbar
ist. Dieser Leistungsbedarf ist
geringer als bei Verwendung gasförmiger Wärmeträger, da die Gaserzeugungsanlage
und der Hochdruckkompressor zur Verdichtung des Gases fortfallen. Die Aufrechterhaltung
einer bestimmten Temperatur mit nur ganz geringfügigen Schwankungen und die Regelung
der-Temperatur bzw. die Änderung des Temperaturniveaus wird infolge der direkten
Beheizung des Dampfes in dem Überhitzer schnell und sicher erreicht. Zudem kann
die. Temperatur des Heizdampfes auch noch durch Zusatz von Sattdampf bequem und
wirksam verändert werden. Die Verwendung von Dampf ergibt ferner vollkommenere Wärmeausnutzung
des Wärmeträgers und der Reaktionsteilnehmer durch den Wärmeaustausch zwischen beiden,
die Vorwärmung des Speisewassers, die Zwischenüberhitzung u. dgl. und ermöglicht
die Erzielung eines guten Wärme- und Temperaturausgleichs in den verschiedenen Heiz-
bzw. Kühlkreisläufen beispielsweise durch Einschaltung eines gemeinsamen Wärmespeichers
und eine Wärmespeicherung an sich.
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Die Gefahr von Korrosionen ist bei Verwendung von Wasserdampf geringer
als bei dem als Wärmeträger zumeist benutzten Wasserstoff. Auch ist das Arbeiten
mit Wasserdampf weit weniger gefährlich als das Arbeiten mit heißem Wasserstoff.
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In der Zeichnung sind als Beispiele Kohle-und Olveredelungsanlagen
in verschiedenen Ausführungsformen dargestellt.
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In Abb. i bedeutet i das Reaktionsgefäß, dem bei a Kohle oder Öl o.
dgl. mit den erforderlichen Zusätzen und bei b Wasserstoff zur Hydrierung zugeführt
wird, während bei c die Kohlenwasserstoffe nach erfolgter Reaktion abgeleitet werden.
Die Reaktion geht vielfach bei hohen Drücken (2o bis ioo at und mehr) und bei hohen
Temperaturen (3oo bis 500' C) vor sich. Das Reaktionsgefäß i sei von einem
Druckgehäuse 2 umschlossen. In den Mantelraum wird bei d zur Heizung bzw. Aufrechterhaltung
der Reaktionstemperatur Hochdruckdampf geleitet, der von einem direkt oder indirekt
beheizten Dampfkessel 3 mit Überhitzer 4 geliefert und bei f mittels entsprechender
Regelorgane in die verschiedenen Leitungen verteilt wird.
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Aus dem Mantelraum tritt der Dampf bei e aus nach einem Wärmeaustauscher
5, in dem der für die Reaktion erforderliche Wasserstoff vorgewärmt wird. Das Kondensat
des Heizdampfes wird dann z. B. mittels einer Pumpe P1 wieder in den Kessel 3 gedrückt.
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Die Vorwärmung der Rohstoffe, Zusätze usw. erfolgt durch Dampf in
einem zweiten Wärmeaustauscher 6. Das darin gebildete Kondensat des Heizdampfes
wird ebenfalls von der Pumpe P, in den Kessel 3 gedrückt. Ferner wird vom Kessel
3 Dampf an eine Dampfmaschine 7 geliefert und dessen Kondensat auch in den Kessel
3 zurückgespeist.
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Das Speisewasser für den Kessel 3, beispielsweise das Kondensat aus
der Maschinenanlage 7, wird durch eine Pumpe P2 in den Wärmeaustauscher 8 gedrückt,
wo es im Gegenstrom die Wärme der Reaktionsgase aufnimmt, und dann weiter in den
Kessel 3 gefördert. Bei g werden aus dem Wärmeaustauscher 6. das veredelte
01 und Rückstände entnommen.
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In Abb. 2 ist eine andere Ausführungsform mit zwangsläufigem Kreislauf
des Dampfes in den einzelnen Heiz- und Kühlsystemen dargestellt, wobei dieselben
Bezeichnungen benutzt sind wie in Abb. i. Der Dampf wird in einem Hochdruckkessel
3 durch überhitzten - Dampf erzeugt, der von f aus eingeführt wird, dem Kessel bei
h entnommen und zwangsläufig mittels einer Pumpe P3 o. dgl. durch den feuerbeheizten
Überhitzer 4 und bei f in die Verbrauchsleitungen gedrückt.
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Ein Teil des Dampfes strömt durch den Mantelraum des Reaktionsgefäßes
i und darauf in den Wärmeaustauscher 5 zur Heizung des Wasserstoffes. Ein zweiter
Teil des Dampfes dient zur Vorwärmung der Rohstoffe, Zusätze usw. im Wärmeaustauscher
6. Das Kondensat des Dampfes aus 5 und 6 wird in die Kesseltrommel 3 zurückgeleitet.
Ein weiterer Teil des Dampfes dient zur Arbeitsleistung in der Maschinenanlage 7-.
Das Speisewasser wird wie nach Abb. i im Wärmeaustauscher 8 durch die Reaktionsgase
vorgewärmt, die bei g unter Zwischenschaltung eines Drosselorgans g aus dem Wärmeaustauscher
8 abgezogen werden.
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Die Heiz- und Kühlwirkung kann durch Veränderung der Leistung der
Pumpe P3 oder durch Veränderung der Dampftemperatur o.dgl. geregelt werden. Die
Dampftemperatur läßt sich durch die Beheizuag des Überhitzers 4 oder dadurch verändern,
daß man dem Heizdampf in -den einzelnen Kreisläufen, beispielsweise von i aus durch
die Leitungen io und ii über die Regelorgane 12 und 13, Sattdampf beimischt.
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In Abb. 3 ist eine Anlage dargestellt, bei der in die verschiedenen
Heiz- und Kühlkreisläufe ein gemeinsamer Wärmespeicher 14 mit Wasser-und Dampfraum
eingeschaltet ist. Die Dampferzeugung und -überhitzung für die einzelnen Kreisläufe
erfolgt hier beispielsweise getrennt in besonderen beheizten Rohrschlangen 15, 16
und 17, in welche mittels Pumpen P4, P5, und P8 Wasser aus dem Wärmespeicher von
k aus gedrückt wird. Überschüssiger Dampf wird durch die Leitungen 18, ig und 2o
in den Wärmespeicher zurückgeführt. Ebenso wird das zur Kühlung der Reaktionsprodukte
dienende Speisewasser und das Kondensat aus dem Kreislauf des Reaktionsgefäßes und
der
Rohstoffvorwärmung bei L in den Wärmespeicher geleitet. Der
Wasserstand des Wärmespeichers wird durch den Wasserstandsanzeiger 21 kontrolliert
und durch Veränderung der Speisung mittels Pumpe P2 oder durch Ableitung von Wasser
bei k unter Vermittlung des Drosselorgans 22 geregelt. Der Drück in den Heiz- und
Kühlsystemen wird vom Druck im Reaktionsraum mittels eines besonderen Regelorgans
23 eingestellt, das durch die Leitungen 2q. und 25 mit dem Reaktionsraum z und dem
Dampfraum des Wärmespeichers 14 verbunden ist.
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Die Wärmeaustauscher 6 und 8 sind hier als Doppelrohrschlangen ausgebildet.
Selbstverständlich -sind zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens auch noch
andere als die dargestellten Ausführungsformen solcher Anlagen möglich.
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Die eingangs dargelegten Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung
werden in gleichem Maße in allen Fällen erreicht, in denen Kohlen oder Kohlenwasserstoffe
unter Arbeitsbedingungen ähnlich denen bei der Hochdruckhydrierung behandelt werden,
wie z. B. bei neuzeitlichen Crackverfahren.