<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Verflüssigung oder Spaltung von Kohle, Kohlenwasserstoffen u. dgl. bei hohem
Druck und erhöhter Temperatur.
Bei der Durchführung der Verfahren zur Verflüssigung oder Spaltung von Steinkohle,
Braunkohle, Torf, Holz und ähnlichen Stoffen, sowie Erdöl, dessen Destillationsprodukten und Residuen, Bitumen und ähnlichen Stoffen ist die Anwendung hoher Drucke und erhöhter Temperaturen erforderlich. Die Eigentümlichkeit der chemischen Vorgänge bedingt eine sorgfältige Regelung der Reaktionstemperaturen, die durch die üblichen direkten Heizungen nur schwer zu erreichen ist. Man ist deshalb auf die Heizung durch einen Wärmeträger angewiesen, wofür vorzugsweise Flüssigkeiten in Betracht kommen, weil sich mit diesen die günstigste und schnellste Wärmeübertragung erzielen lässt.
Unter den üblichen Bedingungen aber gestatten die hierzu benutzbaren Flüssigkeiten nicht, Temperaturgrenzen zu erreichen, die zur Durchführung der erwähnten Vorgänge erforderlich sind, da sie entweder physikalisch oder chemisch sich verändern.
Es wurde nun gefunden, dass man die Wärmeübertragung bei den erforderlichen, erhöhten Temperaturen und den hohen Drucken mit solchen Flüssigkeiten erreichen kann, deren kritische Temperatur über der Arbeitstemperatur liegt und welche ebenfalls unter hohen Druck und erhöhte Temperatur gesetzt werden. Der Einfachheit halber mag dieses die Wärme übertragende Medium"Hochdruckflüssigkeit"genannt werden. Die zur Verflüssigung oder Spaltung von Kohle, Kohlenwasserstoffen usw. notwendige Arbeitstemperatur liegt bei einzelnen dieser Verfahren etwa bei 4000 und der Druck beträgt etwa 100 Atm.
So wäre z. B. das als Wärmeüberträger bekannte Hochdruckwasser für die vorliegenden Arbeiten unzweckmässig, weil es eine Heizung nur höchstens bis zum kritischen Punkt des Wassers (etwa 3600) und bei einem Druck von etwa 200 Atm. zulässt, während z. B. Öle ohne weiteres die obenerwähnte Arbeitstemperatur bei einem Arbeitsdruck von etwa 100 Atm. annehmen, ohne sich wesentlich zu zersetzen.
Die Anwendung eines Hochdruckmediums wie einer Hochdruckflüssigkeit von den erwähnten Eigenschaften als indirekter Wärmeüberträger hat noch den weiteren Vorteil, dass die Wandungen, durch welche die Wärmeübertragung auf die unter hohem Druck stehenden Arbeitsräume erfolgt, entlastet werden.
Wenn man gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung dafür sorgt, dass ein geringer, aber messbarer Druckunterschied zwischen Arbeitsräumen und Hochdruckflüssigkeit herrscht, so gelingt es, eine sichere Kontrolle dafür zu erhalten, ob die Wandungen der Arbeitsräume noch unzerstört sind. Wenn nämlich Risse oder Brüche in den Wandungen entstehen, so findet ein Druckausgleich zwischen Hochdruckflüssigkeit und Arbeitsraum selbsttätig statt, der von aussen sofort bemerkt werden kann. Es ist dann z. B. nötig, dass die doppelwandigen Räume mit besonderen Druckmessvorrichtungen für Hochdruckflüssigkeit und Arbeitsräume versehen werden.
Der Druckunterschied zwischen Hochdruckflüssigkeit und Arbeitsräumen ist am besten so gering zu wählen, dass die Wandungen der Arbeitsräume möglichst entlastet sind und dünn ausgeführt werden können.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Um Schädigungen vorzubeugen, die durch Veränderungen oder Zersetzung der Hochdruckflüssigkeit eintreten könnten, empfiehlt es sich, diese in dauernde Strömung zu verversetzen, um die zersetzten Produkte abzuführen und durch neue Flüssigkeit zu ersetzen.
Die Strömung der Flüssigkeit ist auch deshalb von Vorteil, weil die Regelung der Temperatur im Innern der Arbeitsräume schnell bewirkt werden kann, wenn man je nach den Verhältnissen die Hochdruckflüssigkeit erhitzt oder kühlt. So würde bei einem Abfall der Arbeitstemperatur die Hochdruckflüssigkeit erwärmt, bei einem Anstieg gekühlt werden.
Als Apparatur wählt man doppelwandige Behälter, Rohre u. dgl., deren äussere Wand drucktragend ausgeführt ist, während die innere Wandung dünn bleibt. Der die Hoch- druckflüssigkeit bergende 11antelraum sowohl als auch der Arbeitsraum trägt je einen Druckmesser. Wenn man dafür sorgt, dass bei normalem Betriebe eine bestimmte Druckdifferenz zwischen beiden Messinstrumenten herrscht, so zeigt der Druckausgleich den Bruch oder die Beschädigung der Innenwand infolge mechanischer Verletzung an.
An Stelle von Wärmeträgern, welche unter den für die Durchführung der Reaktion geltenden Bedingungen flüssig sind, kann man auch Gase benutzen, beispielsweise Wasserstoff. Wann diese einem Druck unterworfen werden, welcher dem hohen, im Reaktionsbehälter herschenden Druck nahekommt, dann steigt ihre unter Atmosphärendruck geringe, spezifische Wärme sehr stark an, so dass sie befähigt werden, die Übertragung grösserer' Wärmemengen zu vermitteln, ohne dass es erforderlich ist, mit sehr grossen Mengen zu arbeiten.
Wenn als gasförmiger Wärmeträger ein Gas benutzt wird, welches auch im Reaktionsbehälter zugegen ist, namentlich also Wasserstoff, so lässt sich auch bei dieser Heizungsart jede Gefahr einer Verunreinigung der Arbeitsräume durch das Heizmedium im Falle eintretender Apparatbeschädigungen vermeiden,
Wenn es sich um die Verflüssigung oder Spaltung von Kohle, Ölen usw. durch Hydrogenisierung oder bei gleichzeitiger Hydrogenisierung handelt, dann muss das Hydro-
EMI2.2
wärtig sein. Es lässt sich dann dieses selbst zur Temperaturregelung im Reaktionsbehälter benutzen, indem man es im Kreislauf durch das Druckgefäss hindurchführt und ausserhalb des letzteren aufheizt oder gegebenenfalls auch einer Abkühlung unterwirft.
Die Benutzung des Hydrierungsgases als Wärmeträger kann Hand in Hand gehen
EMI2.3
die Temperaturregelung im Reaktionsbehälter durch die Wandung des letzteren hindurch vermittelst Wärmeaustauscl es bewirken, wie dieses oben angegeben wurde.
Aus dem im Kreislauf durch das Reaktionsgefäss geführten, unter hohem Druck stehenden, warmen Hydrierungsgas können die Hydrierungsprodukte der Kohle, Kohlenwasserstoffe usw. ausserhalb des Reaktionsbehälters durch Kondensation abgeschieden werden.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Verdünnung des Hydrierungsgases durch nicht kondensierbare Reaktionsprodukte so gering ist, dass sie praktisch nicht in Betracht kommt, so dass eine Hydrierung von Kohle, Kohlenwasserstoffen o. dgl. unter Zirkulation des hochkomprimierten Hydrierungsgases zur Temperaturregelung auch für längere Arbeitsperioden durchführbar ist. ohne dass die Hydrierungsreaktion durch allmähliche Verdünnung des Gases durch nicht kondensierbare Reaktionsprodukte schliesslich unmöglich wird.
Eine besondere Schwierigkeit für die Temperaturregelung im Hochdruckreaktions- behälter liegt darin, dass für den Hochdruckbehälter eine erhebliche Gefahr der Explosion besteht. Das hat zur Folge, dass dafür Sorge getragen werden muss, dass der den Hoch- druckbehälter aufnehmende Raum, den man als Gefahrenraum bezeichnen kann, während des Betriebes nicht betreten wird. Das macht die Wärmezufuhr zu dem Hochdruckgef ss besonders schwierig.
Um möglichst weitgehende Betriebssicherheit zu erzielen, ohne dass grössere Wärmeverluste auftreten, wird gemäss einem weiteren Teil der Erfindung so ververfahren, dass die erforderliche Wärme im Gefahrenraum selbst erzeugt wird, indem man in diesem abgeschlossehe Verbrennungskammern anordnet, denen flüssiger oder gasförmiger Brennstoff und die zu dessen Verbrennung erforderliche Luftmenge durch ausserhalb des Gefahrenraumes stehende Pumpen, Ventilatoren o. dgl. zugeführt wird. Die Mischung des Brennstoffs und der Luft sowie die Entzündung und Verbrennung des Gemisches geschehen innerhalb dieser geschlossenen Verbrennungskammern und bringen deshalb keinerlei Gefahr mit sich. Der Gefahrenraum selbst kann, um ihn möglichst klein zu halten, von Panzerwänden umschlossen sein.
Die Regelung der Brennstoff-und Luftmengen, der Temperaturen und Drucke in den Leitungen und in den Verbrennungskammern sowie die Entzündung des Brennstoffluftgemisches im gewollten Augenblick kann von Stellen aus geschehen, die ausserhalb des
<Desc/Clms Page number 3>
Gefahrenraumes liegen. An diesen Stellen sollen sich auch die Ablesevorrichtungen für die
Messinstrumente, Manometer, Thermoelemente, Strommesser usw. befinden, so dass gefahrlose
Führung und Überwachung des Betriebes in dem Gefahrenraum möglich sind, ohne dass dieser während des Betriebes betreten zu werden braucht.
Nur kalte Brennstoffe und die zu ihrer Verbrennung in den geschlossenen Verbrennungs- kammern erforderlichen, kalten Luftmengen sowie unter Umständen die Abgase der Heiz- einrichtungen werden in längeren Leitungen geführt. Heisse Stoffe sind nur auf kurzen
Wegen, und zwar nur innerhalb d. s Gefahrenraumes zu leiten, so dass erhebliche Wärme- verluste vermieden werden. Der Fortfall langer, hocherhitzte Leitungen erleichtert zugleich in erheblichem Umfange die genaue Innehaltung gewünschter Reaktionstemperaturen, welche für die erfolgreiche Durchführung der Reaktion im Hochdruckbehälter von grosser Wichtig- keit ist.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Verfahren zur Verflüssigung oder Spaltung von Kohle, Kohlenwasserstoffen o. dgl. bei hohem Druck und erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der
Arbeitstemperatur und die Entlastung der Arbeitsräume durch eine Flüssigkeit (Hochdruckflüssigkeit), z. B. Öl, herbeigeführt wird, welche, mit ihrer kritischen Temperatur über der Arbeitstemperatur liegend, ebenfalls unter hohem Druck und erhöhter Temperatur steht.