<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zur Sicherung der wirtschaftlichen Ausnutzung des Katalysators bei der synthetischen
Herstellung von Benzin.
Bei der synthetischen Benzingewinnung nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren, wie es praktisch zur Durchführung gelangt, wird das Benzin dadurch gewonnen, dass zunächst Kohle-oder Koksgase mit Wasserstoff oder Wasserdampf in Gegenwart eines Katalysators in innigen Kontakt gebracht werden. Bei diesem Vorgang entsteht in dem sogenannten Kontaktofen fortgesetzt Wärme, so dass eine Kühleinrichtung vorgesehen werden muss, die imstande ist, die jeweils freiwerdende Wärme laufend abzuführen. Aus diesem Grunde umgibt man den Kontaktofen mit einem Kühler, dem ständig eine Kühlflüssigkeit ausströmt.
Eine einfache Regelung der Wärmeabfuhr und damit der Temperatur lässt sich hiebei dadurch erreichen, dass man den Kühler als Verdampfungskühler wirken lässt und den Druck des entstehenden Sattdampfes überwacht bzw. auf einer der gewünschten Temperatur entsprechenden Höhe hält. Zu diesem Zwecke setzte man bisher in die Dampfableitung des Kühlgefässes oder der Kühlschlange ein Ventil ein und betätigte dieses Ventil direkt durch einen vom Dampfdruck beaufschlagten gewichtsbelasteten Verstellkolben.
Bisher sah man keinen Anlass, von dieser Art der Druckregelung abzugehen. Sie weist jedoch einen versteckten Mangel auf, der sich in seiner letzten Auswirkung in einer wesentlichen Beeinträchtigung der Wirtschaftlichkeit des ganzen Verfahrens zeigt. Von dieser Tatsache, an der man bisher vorbeigegangen ist und auf die deshalb im folgenden noch näher eingegangen werden muss, geht die vorliegende Erfindung aus, gemäss der vorgeschlagen wird, die Druckregelung durch einen indirekt wirkenden Regler vorzunehmen, der unabhängig von der Stellung des geregelten Organes einen gleichbleibenden oder innerhalb gewollter Ansprechgrenze gleichbleibenden Sollwert einhält.
Um diesen Vorschlag würdigen zu können, muss man sich vorerst etwas näher mit dem Betriebsverhalten des Katalysators beschäftigen.
Es liegt in der Eigenart des obengenannten Verfahrens bzw. in der Eigenart des Katalysators, dass sich der chemische Vorgang jeweils nur bei einer ganz bestimmten Kontaktofentemperatur in der gewünschten Weise abspielt. Diese Temperatur muss dem jeweiligen Zustand des Katalysators angepasst werden, der bei einer einmal eingestellten Temperatur im Betrieb nur für eine bestimmte Zeitdauer hinreichend katalytisch wirkt. Nach Ablauf dieser Zeitspanne lässt sich die gewünschte Art der Umsetzung nur dann wieder erreichen, wenn man die Temperatur in dem Kontaktofen um einen gewissen Betrag steigert. Ist man durch eine solche etappenweise durchgeführte Temperatursteigerung schliesslich bis an einen oberen Temperaturgrenzwert gekommen, so muss die Katalysatormasse regeneriert werden, damit sie von neuem brauchbar wird.
Nach dem Regenerieren kann der Betrieb dann wieder in der gleichen Weise durchgeführt werden, d. h., man lässt den Vorgang wieder bei der verhältnismässig tief liegenden Temperatur beginnen und steigert diese dann wieder schrittweise in bestimmten Zeitabständen, wie vorstehend angegeben wurde.
Es wurde nun festgestellt, dass der Katalysator aber zugleich noch eine andere Eigentümlichkeit aufweist, die beachtet werden muss, wenn man sich eine bestmögliche wirtschaftliche Ausnützung der Katalysatormasse sichern will. Es hat sich nämlich gezeigt, dass-nach jeder Temperatursteigerungbei Weiterverwendung derselben Katalysatormasse der chemische Vorgang in dem unterhalb der eingestellten Temperatur liegenden Temperaturgebiet sieh nicht mehr in der gewünschten Weise abspielt, ganz gleich, ob dei Katalysator vorher in diesem Temperaturintervall ausgenutzt worden ist oder nicht.
<Desc/Clms Page number 2>
Wird also beim Arbeiten mit einer frisch regenerierten Masse ihre Temperatur beispielsweise durch eine Unachtsamkeit des Bedienungspersonals sofort bis auf die Grenztemperatur gesteigert, bei welcher das Verfahren infolge der Notwendigkeit einer neuen Regenerierung der Masse abgebrochen werden muss, so ist dadurch zugleich diese ganze Temperaturspanne verloren gegangen. Aber nicht allein das, der Ofen muss für die Zeit, die erforderlich ist, um die zunächst unbrauchbar gewordene Kontaktmasse herauszunehmen und durch eine neue oder frisch regenierte Masse zu ersetzen, unbenutzt stehen.
Es tritt also ein Arbeitszeitverlust ein. Weiterhin läuft es dem Bestreben einer pfleglichen Behandlung der Katalysatormasse, die wertmässig einen bedeutenden Anteil der Anlage ausmacht, zuwider, wenn sie, ohne vorher richtig ausgenutzt zu sein, einer Regenerierung unterworfen werden muss.
Hält man sich diese Eigenschaft der Katalysatormasse, nämlich dass sie auch dann gewissermassen taub wird, wenn ihre Temperatur im Betriebe erhöht wird, ohne dass ihre katalytische Eigenschaft vorher ausgenutzt oder hinreichend ausgenutzt worden ist, gegenwärtig, und untersucht man jetzt das Betriebsverhalten einer Anlage mit einem durch einen gewichtsbelasteten Verstellkolben direkt geregelten Ventil einerseits, und einer Anlage, bei welcher die Druckregelung durch einen indirekt wirkenden Regler der bezeichneten Art erfolgt anderseits, so lässt sich zeigen, dass bei Anwendung der zuerst genannten Regelvorrichtung eine wirtschaftliche Ausnutzung der Katalysatormasse tatsächlich unmöglich ist und nur durch Verwendung der an zweiter Stelle genannten Regelvorrichtung erreicht werden kann.
Tritt bei Verwendung eines durch einen gewichtsbelasteten Verstellkolben direkt geregelten Ventiles eine Erhöhung der dem Kontaktofen zugeführten Gasmengen ein, so vergrössert sich hiemit auch die im Kontaktofen freiwerdende Wärmemenge. Die Folge ist, dass der Verdampfungskühler in verstärktem Masse Dampf erzeugt ; der Dampf sich staut, und der Dampfdruck und damit die Kühlflüssigkeitstemperatur anwachsen. Der Verstellkolben wird daraufhin, der Druckvergrösserung entsprechend, das in der Dampfableitung des Kühlers liegende Ventil weiter öffnen, um die erhöhte Dampfmenge abfliessen zu lassen und den Druck damit wieder zu senken.
Das Entscheidende hiebei ist, dass es mit dieser Regeleinrichtung für das Ventil nun aber nicht möglich ist, den vorher herrschenden Druck wieder genau herzustellen, denn, in dem Augenblick, wo auf den Verstellkolben wieder der ursprüngliche Druck einwirken würde, würde nicht nur der Verstellkolben, sondern auch der Ventilkegel oder Ventilteller wegen der starren Verkupplung dieser Teile miteinander wieder in die Ursprungsstellung gelangen. Man ersieht hieraus, dass Ventilöffnungsquerschnitt und Druck stets zwei zwangsläufig korrespondierende Werte sind, so dass der Druck bei dem vergrösserten Ventilöffnungsquerschnitt, der notwendig ist, um die vergrösserte Dampfmenge abfliessen zu lassen notwendigerweise grösser sein muss, als der Druck, den der Regler vordem einhielt.
Das bedeutet, dass der beschriebene bekannte Regler, ohne dass das Erlahmen der Kontaktmasse dazu den Anlass gibt, bei einer Belastungssteigerung der Anlage den Druck und entsprechend die Temperatur der Kontaktmasse heraufsetzt und damit ein Temperaturarbeitsbereich der Kontaktmasse ungenutzt preisgegeben wird.
Das ist nicht der Fall, wenn man gemäss der Erfindung zur Druckregelung einen indirekt wirkenden
Regler der angegebenen Art benutzt. Da bei diesem Regler keine Stellungsabhängigkeit zwischen dem geregelten und dem regelnden Organ besteht und dieses auf einen gleichbleibenden Sollwert hin- steuert, ist eine bleibende schädlich wirkende Temperaturerhöhung des Kühlmittels bei Belastungsschwankungen der Anlage ausgeschlossen und damit gemäss den dargelegten Zusammenhängen tat- sächlich eine bessere Ausnutzung des Katalysators, d. h. Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Betriebes gewährleistet.
In der Abbildung ist der Aufbau einer mit einem indirekt wirkenden Regler der angegebenen
Art ausgerüsteten Benzingewinnungsanlage in ihren wesentlichen Teilen zusammenhängend dargestellt.
Im linken Teil dieser Abbildung ist der eigentliche Regler zu sehen, während im rechten Teil die zur Durchführung des sogenannten Kontaktverfahrens notwendigen Einrichtungen angedeutet sind. Wie der Regler im einzelnen aufgebaut ist und arbeitet, ist für die Erfindung belanglos, wenn nur ein indirekt wirkender Regler mit den angegebenen Eigenschaften benutzt wird. In der Abbildung ist ein Kontaktzeigerregler bekannter Bauart und Wirkungsweise dargestellt.
Der rechte Teil der Abbildung lässt zunächst als den wichtigsten Teil für die Durchführung des eingangs angegebenen Benzingewinnungsverfahrens einen mit einer Kontaktmasse 1 gefüllten Be- hälter 2 erkennen. Die Kontaktmasse 1 ist in dem Behälter 2 über einem Roste 3 aufgeschüttet. In den Behälter 2 mündet von unten her eine Gasleitung 4 ein, der durch eine Leitung 5, beispielsweise
Koksofengas, durch eine Leitung 6 Dampf zugeführt wird. Oben ist an den Behälter 2 eine Leitung 7 angeschlossen, in die eine Leitung 8 einmündet, durch die Wassergas zugeführt wird. Die Leitung 9 führt weiterhin zu den Apparaten, durch die das gewonnene Produkt in an sich bekannterweise schliess- lich weiterverarbeitet wird.
Der Behälter 2. befindet sich in einem Kühlbehälter-M, dem durch eine Leitung 11 fortlaufend eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, zugeführt wird. Der aus der Kühlflüssigkeit gebildete Dampf wird durch eine Leitung 12 abgeführt, in die ein Regelventil 13 eingesetzt ist. Dieses Ventil kann durch einen Motor 14 verstellt werden, der über Schützen 15 und 16 von einem Regler 17 gesteuert wird. Der impulsgebende Teil dieses Reglers ist der stromführende Kontaktzeiger 18 eines Manometers, das über eine Leitung 19 an die Leitung 12 angeschlossen ist, Dem Zeiger 18 sind
<Desc/Clms Page number 3>
zwei Gegenkontaktzeiger 20 und 21 zugeordnet.
Steigt der Dampfdruck in der Leitung 12, so schlägt der Manometerzeiger 18 im Uhrzeigersinne aus und schliesst damit durch Berühren des Gegenkontaktzeigers 21 einen Stromkreis, demzufolge der Motor 14 über das Schütz 15 so in Umlauf gesetzt wird, dass das Ventil 13 weiter geöffnet wird. Sinkt der Druck in der Leitung 12 dagegen, so schlägt der Manometerzeiger 18 nach der anderen Richtung aus und schliesst durch Berühren des Gegenkontaktzeigers 20 über das Schütz 16 einen Stromkreis, durch den der Motor 14 so in Umlauf gesetzt wird, dass sich das Ventil 13 weiter schliesst. Wie aus dem Schaltschema hervorgeht, wird jeweils zugleich mit dem Motor 14 ein Motor 22 ein- und ausgeschaltet. Hiebei ist die Schaltung so gewählt, dass dieser Motor jeweils zugleich mit einem Drehrichtungswechsel des Motors 14 seine Drehrichtung umkehrt.
Der Motor 22 dient zum Antrieb einer Umwälzpumpe 23, die je nach ihrer Drehrichtung eine Flüssigkeit aus dem Raum unter einem in dem Zylinder 24 beweglich angeordneten Kolben absaugt und in den Raum unter einem in dem Zylinder 25 befindlichen Kolben drückt oder umgekehrt. Die Kolbenstangen, der in den beiden Zylindern 24 und 25 jeweils entgegen einer Federkraft verschiebbar angeordneten Kolben, greifen über entsprechende Gestänge an einem Waagebalken 26 an. Durch die Bewegung dieses Waagebalkens wird vermittels des Gestänges 27, 28 ein Zahnsegment 29 geschwenkt, das in ein Ritzel 30 angreift, an dem die beiden Gegenkontaktzeiger 20, 21 befestigt sind. Die zuletzt genannten Teile bilden zusammen eine nachgiebig wirkende Rückführungseinrichtung des Reglers.
Um den Solldruck, den der Regler einhalten soll, verändern zu können, ist eine Verstellschraube 31 vorgesehen, die an einer drehbar gelagerten Spindel 32 sitzt. Die Spindel 32 trägt eine in der Abbildung nicht sichtbare Spindelmutter, die beim Hin-und Herwandern eine Platte 33 um den Punkt 34 schwenkt.
In dieser Platte ist bei 35 der Zapfen für das Zahnsegment 29 gelagert. Die Ansprechgrenze des Reglers können durch eine Handschraube 36 eingestellt werden, durch die ein Abstandhalter 37 für die beiden Gegenkontaktzeiger 20 und 21 bewegt werden kann. Je näher die Zeiger 20, 21 einander gebracht werden, um so enger liegen die Ansprechgrenze des Reglers und umgekehrt. Der Regler ist mit zwei Skalen 38 und 39 ausgestattet, von denen die eine die in der Leitung 12 herrschenden Drücke, die andere direkt die zugeordneten Sattdampftemperaturen abzulesen gestattet. Zu erwähnen ist schliesslich noch, dass bei der dargestellten Anlage noch die Möglichkeit vorgesehen ist, von Hand aus in die Regelung einzugreifen.
Ein Druckknopfschalter 40 gestattet, den Motor 14 im Sinne einer Öffnung des Ventiles 13 in Betrieb zu setzen, wärend der Druckknopfschalter 41 die Möglichkeit gibt, das Ventil 13 durch den Motor 14 weiter zu schliessen. Um eine selbsttätige Abschaltung des Motors 14 zu erreichen, für den Fall, dass das Ventil 13 in die eine oder andere seiner Grenzstellungen gelangt, sind zwei Anstossgrenzschalter 42 und 43 vorgesehen.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende. Solange die ganze Anlage sich im Betrieb im ungestörten Gleichgewicht befindet, herrscht in der Leitung 12 ein bestimmter gleichbleibender Druck, der durch eine bestimmte Öffnungsstellung des Ventiles 13 gegeben ist. Der Kontaktmanometerzeiger 18, die beiden Gegenkontaktzeiger 20 und 21 und der Waagebalken 26 nehmen die in der Abbildung dargestellte Lage ein und die Motoren 14 und 22 befinden sich in Ruhe. Wird nun die Belastung der Anlage erhöht, also durch die Leitung 4 mehr Gas durch den Behälter 2 hindurchgeschickt, so wird dadurch eine grössere Wärmemenge frei und in dem Behälter 10 mehr Kühlflüssigkeit verdampft.
Der Druck in der Leitung 12 wächst und der Manometerzeiger 18 schlägt im Uhrzeigersinn aus, berührt den Gegenkontaktzeiger 21, der den Stromkreis für das Schütz 15 schliesst und damit den Motor 14 im Sinne einer Öffnung des Ventiles 13 in Umlauf setzt. Gleichzeitig kommt auch der Motor 22 in Betrieb und setzt die Ölumwälzpumpe 23 in Bewegung. Die Pumpe saugt aus dem Zylinder 24 Öl ab und drückt dieses Öl in den Zylinder 25 hinein. Dadurch wandert der in dem Zylinder 24 befindliche Kolben nach unten, während sich der andere nach oben bewegt. Der Waagebalken 26 neigt sich und schwenkt das Zahnsegment 29 entgegen dem Uhrzeigersinn, das Ritzel 30 im Uhrzeigersinn aus.
Im selben Augenblick wird der Stromkreis, der durch die Berührung des Zeigers 18 mit dem Gegenkontaktzeiger 21 geschlossen worden war, wieder geöffnet, so dass die beiden Motoren 14 und 22 zum Stillstand kommen. Von nun an beginnt eine rückläufige Bewegung des Zeigers 21, so dass dieser Zeiger dem Zeiger 18 nachläuft, der dadurch, dass das Ventil 13 weiter geöffnet und der Druck in der Leitung 12 gesenkt worden ist, ebenfalls seiner Ursprungsstellung zustrebt. Das Zurücklaufen des Zeigers 21 kommt dadurch zustande, dass das zuvor hineingepumpte Öl unter dem im Zylinder 25 befindlichen,
EMI3.1
Hebelarm 26 wieder auf die Ausgangslage zu.
Hiedurch wird das Zahnsegment 29 im Uhrzeigersinn, das Ritzel 30 im entgegengesetzten Sinne bewegt, so dass der am Ritzel 30 befestigte Zeiger 21 tat- sächlich die angegebene Rücklaufbewegung ausführt. War der Regelimpuls ausreichend, ist also durch das weitere Öffnen des Ventiles 13 der Druck in der Leitung 12 wieder bis auf den Ursprungswert abgesunken, so erfolgt kein neuer Regeleingriff, da dann der Zeiger 21 den Zeiger 18 nicht wieder erreicht.
Andernfalls kommt zwischen den Zeigern 18 und 21 ein erneuter Stromschluss zustande, demzufolge der Motor 14 das Ventil 13 nochmals einen Schritt weiter öffnet, wird auch damit das Regelgleieh- gewicht noch nicht wieder erreicht, so wiederholt sich das angegebene Spiel nochmals, u. zw. so oft,
<Desc/Clms Page number 4>
bis schliesslich der jedesmal auf die Ausgangsstellung zuwandernde Zeiger 21 nicht mehr auf den Zeiger 18 auftrifft.
Vergleicht man hiebei einmal den Kontaktmanometerzeiger. M als impulsauslösendes Glied mit dem Verstellkolben der eingangs beschriebenen bekannten Regeleinrichtung, so wird damit der wesentliche Unterschied beider Reglungsarten besonders auffallend. Wie vorher gezeigt wurde, ist bei dem bekannten Regler stets zwangsläufig jeder Stellung des geregelten Ventiles eine ganz bestimmte Stellung des Verstellkolbens zugeordnet. In diesem Fall hier besteht eine solche Stellungsabhängigkeit nicht. Der Zeiger 18 kehrt vielmehr mit Ende der Reglung in seine Ausgangsstellung zurück, ganz unabhängig davon, welche Stellung das Ventil j ! 3 schliesslich einnimmt.
Wenn bisher davon gesprochen worden ist, dass die Kühlung des Kontaktofens durch einen Verdampfungskühler und die Überwachung der Kühlung durch einen Druckregler geschehen soll, so ist die Erfindung dennoch keineswegs hierauf beschränkt. Sie ist vielmehr von der Art des Kühlers unabhängig und kann je nach den Umständen auch für eine direkte Temperaturreglung oder auch eine Kühlmittelflüssmengenregelung Anwendung finden. Ferner ist die Erfindung nicht allein auf das zum Ausgangspunkt genommene Benzingewinnungsverfahren beschränkt, sondern auch in allen den Fällen anwendbar, wo ähnliche Betriebsverhältnisse vorliegen.