DD256656A1

DD256656A1 - DEVICE FOR PRESSURE ENERGY RECYCLING OF LIQUIDS WHICH MAY BE GAS AND SOLIDS-FILLED

Info

Publication number: DD256656A1
Application number: DD28478485A
Authority: DD
Inventors: Bruno Knebel; Klaus Friedel; Helmut Bleckmann; Helmut Franik; Matthias Koch
Original assignee: Leipzig Chemieanlagen
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1988-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Druckenergieverwertung von Fluessigkeiten, die gas- und feststoffbeladen sein koennen, in Druckanlagen der chemischen Industrie. Ziel der Erfindung ist es, bei Entspannungssystemen mit Energierueckgewinnung das Leistungs-/Masseverhaeltnis zu erhoehen, auftretende Dichtungs- und Erosionsprobleme zu minimieren sowie Schaedigungen von gefaehrdeten Konstruktionselementen bei der Entspannung evtl. heisser Fluessigkeiten mit erosiven Feststoffanteilen zu vermeiden. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe mit einer Einrichtung dadurch geloest, dass zwei Arbeitszylinder mit Kolben zur Anwendung kommen, deren Kolbenstangen als Zugstangen ausgebildet gekoppelt sind und die kolbenstangenseitig Vordruckleitungen zur Beschickung aufweisen sowie ueber eine Kurzschlussleitung schliessbar sind. Weiterhin koennen die Arbeitszylinder mit speziellen Pendelstrecken betrieben werden. Damit wird erreicht, dass die Einrichtung drucktransmittierend sowie weitgehend prozessabhaengig selbstregelnd arbeitet, was hoehere Frequenzen ermoeglicht, und dass bei der Entspannung evtl. heisser Fluessigkeiten mit erosiven Inhaltsstoffen diese zu gefaehrdeten Konstruktionselemente auf Distanz gehalten werden.The invention relates to a device for pressure energy utilization of liquids, which may be laden with gas and solids, in pressure equipment of the chemical industry. The aim of the invention is to increase the Leistungsungs- / Masseverhaeltnis in relaxation systems with energy recovery, occurring to minimize sealing and erosion problems and avoid damage to endangered construction elements in the relaxation of possibly hot liquids with erosive solids. According to the invention, this object is achieved by means of a device in that two working cylinders with pistons are used, whose piston rods are designed as tie rods and which have piston rod side inlet pressure lines for charging and can be closed via a short circuit line. Furthermore, the working cylinder can be operated with special pendulum routes. This ensures that the device operates pressure-transmitting and largely process-dependent self-regulating, which allows higher frequencies, and that when relaxing possibly hot liquids with erosive ingredients these are held at dangerous construction elements at a distance.

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Druckenergieverwertung flüssiger Reaktionsprodukte, die gas- und feststoffbeladen sein können. Sie ist vorwiegend zur Entspannung von unter hohem Druck in Reaktionssystemen behandelten oder erzeugten Flüssigprodukten oder Suspensionen geeignet.The invention relates to a device for pressure energy utilization of liquid reaction products, which may be laden with gas and solids. It is primarily for the relaxation of high pressure in reaction systems treated or produced liquid products or suspensions suitable.

Characteristic of the known technical solutions

In vielen Anlagen der chemischen Industrie werden Verarbeitungsprozesse unter hohem Druck durchgeführt. Zu diesem Zweck müssen die flüssigen oder aus einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch bestehenden Einsatzstoffe durch geeignete Pumpen dem unter Druck stehenden Reaktionssystem zugeführt werden. Nach Ablauf der vorgesehenen Reaktionen muß das behandelte bzw. erzeugte Produkt wieder aus dem Reaktionssystem ausgebracht und auf Umgebungsdruck entspannt werden. Dies geschieht im allgemeinen über spezielle Entspannungsarmaturen evtl. in mehreren Stufen.In many plants of the chemical industry, processing is carried out under high pressure. For this purpose, the liquid or consisting of a solid-liquid mixture feeds must be supplied by suitable pumps the pressurized reaction system. After expiration of the intended reactions, the treated or produced product must be discharged from the reaction system again and relaxed to ambient pressure. This is usually done via special relaxation fittings possibly in several stages.

Stets, jedoch insbesondere dann, wenn die Reaktionsprodukte noch feste Teilchen enthalten, wie es z. B. beim Ausbringen und Entspannen von in einem Kohleverflüssigungs- bzw. Hydrierungsprozeß reagiertem Medium der Fall ist, treten an den Entspannungsarmaturen erhebliche Erosionserscheinungen auf, die die Standzeiten dieser Armaturen sehr verkürzen. Beim Entspannen auf Umgebungsdruck wird in jedem Falle die dem zu entspannenden Medium innewohnende Energie an die Umgebung ohne deren Nutzung abgegeben.Always, but especially if the reaction products still contain solid particles, as z. B. when applying and relaxing reacted in a coal liquefaction or hydrogenation medium is the case, occur at the relaxation fittings significant erosion phenomena that greatly shorten the life of these valves. When relaxing at ambient pressure, the energy inherent in the medium to be relaxed is in each case released to the environment without its use.

Zur Nutzung und Verwertung der Entspannungsenergiemengen sind für bestimmte Anwendungsfälle bereits Entspannungssysteme entwickelt und betrieben worden.For the utilization and utilization of the amounts of relaxation energy relaxation systems have already been developed and operated for certain applications.

Beispielsweise sind Entspannungssysteme bekannt, die im Verfahrensprozeß einer sog. Kupferlaugewäsche zur CO-Entfernung aus Gasen eingesetzt werden. Hierbei erfolgt die Ausschleusung der beladenen Kupferlauge mit Hilfe eines sich im Zylinder bewegenden Kolbens, dereine Kolbenstange aufweist, welche über eine Stopfbuchse aus dem Zylinder ins Freie geführt wird. Diese Kolbenstange hat nur die Funktion, die Querschnittsfläche auf der Kolbenstangenseite des Arbeitszylinders zu verringern und wird nicht zur Erbringung einer Arbeitsleistung genutzt. Der Querschnitt der Kolbenstange wird so gewählt, daß in einer ersten Arbeitsphase bei niederem Druck in den Zylinder auf der Kolbenstangenseite eingebrachte frische Einsatzlauge in einer zweiten Arbeitsphase durch bei hohem Druck auf der gegenüberliegenden Kolbenseite zufließende beladene Kupferlauge auf einen Druck gebracht wird, derfürdie Rückführung in den Waschturm ausreichend ist. Damit kann ein großer Teil der Einsatzlauge in den Waschturm zurückgeführt werden. Der Fehlbetrag wird mit einer gesonderten Hochdruckpumpe gefördert. Die Entspannungssysteme bestehen aus zwei separaten Arbeitszylindern, wobei die zwei Arbeitsphasen im Wechsel phasenverschoben in diesem Zylinder ablaufen. Die hierzu erforderlichen Rohrleitungsumschaltungen erfolgen automatisch über ein spezielles Umsteuerungssystem. Bekannt ist ebenfalls eine im Prinzip gleiche Anordnung, die zur Energierückgewinnung bei der Entspannung einer definierten Waschölfraktion aus einem Hochdruckwascher für Kreislaufgas, wie sie z. B. in der Kohlehydrierung eingesetzt ist, angewandt wird. Hierbei handelt es sich um eine kalte zu entspannende und zu fördernde Flüssigkeit ohne Feststoffanteil.For example, expansion systems are known which are used in the process of a so-called. Copper leach wash for CO removal from gases. In this case, the discharging of the loaded copper liquor takes place with the aid of an in-cylinder moving piston, which has a piston rod, which is guided via a stuffing box from the cylinder to the outside. This piston rod has only the function of reducing the cross-sectional area on the piston rod side of the working cylinder and is not used to provide a work performance. The cross-section of the piston rod is chosen so that in a first working phase at low pressure in the cylinder on the piston rod side introduced fresh feed liquor is brought in a second working phase by at high pressure on the opposite side of the piston laden copper liquor to a pressure for the return to the Washing tower is sufficient. Thus, a large part of the feed liquor can be returned to the wash tower. The shortfall is funded with a separate high-pressure pump. The expansion systems consist of two separate working cylinders with the two working phases alternatingly out of phase in this cylinder. The necessary piping switches are made automatically via a special reversing system. Also known is a similar arrangement in principle, the energy recovery in the relaxation of a defined scrubbing oil fraction from a high-pressure washer for recycle gas, as described for. B. is used in the coal hydrogenation, is applied. This is a cold to relaxing and to be pumped liquid without solids.

Das ökonomische Einsatzgebiet derartiger Entspannungssysteme, wie sie für die Kupferlauge- bzw. Wäschölentspannung eingesetzt wurden, wird wesentlich dadurch eingeschränkt, daß diesen eine Betriebstechnologie mit zugehöriger hydraulischer bzw. mechanischer Umsteuerungsautomatik zugrundeliegt, welche nur eine geringe Frequenz zuläßt und zu großen erforderlichen Hubräumen und damit großen Baugrößen führt. Insbesondere hinderlich für eine Erhöhung der Frequenz ist der Umstand, daß beide Arbeitsphasen in den zwei Zylindern steuerungsmäßig unabhängig voneinander ablaufen, wobei derThe economic application of such relaxation systems, as they were used for the Kupferlauge- or Wäschölentspannung, is significantly limited by the fact that this is based on an operating technology with associated hydraulic or mechanical automatic reversing, which allows only a low frequency and large required displacements and thus large Sizes leads. In particular, an obstacle to an increase in the frequency is the fact that both working phases in the two cylinders are controlled independently of each other, the

Umsteuerungsvorgang automatisch nach Abschluß des Füllvorganges bei niederem Druck im jeweiligen Zylinder eingeleitet wird. Damit müssen Füll- und Fördervorgang abhängig von den Fahrparametern per Hand zürn Erreichen einer optimalen und betriebssicheren Fahrweise eingestellt und evtl. während des Betriebes korrigiert werden.Reversal process is automatically initiated after completion of the filling process at low pressure in each cylinder. Thus, depending on the driving parameters, the filling and conveying process must be set by hand to achieve an optimum and reliable driving style and possibly corrected during operation.

Eine Kopplung der Kolbenstangen zur Synchronisation des Füll- und Fördervorganges derart, daß die Kolben der beiden Arbeitszylinder über eine gemeinsame Kolbenstange starr verbunden werden, wie das z. B. gemäß DE-OS 2539892 für eine verbesserte Niederdruckflüssigkeitskolbenpumpe vorgeschlagen wird, ist zur Nutzung von Hochdruckflüssigkeiten, insbesondere wenn diese noch gashaltig sind, nicht ökonomisch anwendbar. Da in diesem Fall auch mit hohem Automatisierungsaufwand nicht ausgeschlossen werden kann, daß beide Kolben, z. B. während der Umschaltphasen bzw. bei Störungen, mit hohem Druck beaufschlagt werden, müßten die Kolbenstangen aus Sicherheitsgründen für diese im Extremfall möglichen Druckbelastungen dimensioniert werden. Der daraus resultierende überhöhte Druckgewinn über die Kolben müßte laufend über Drosselarmaturen wieder abgebaut werden, wodurch der energetische Wirkungsgrad und die spezifische Förderleistung entscheidend sinkt. Eine Nutzung des Zulaufdruckes im Förderprodukt ist damit ebenfalls nicht möglich. Der Einsatz derartiger Flüssigkeitspumpen in Druckanlagen ist daher nicht bekannt geworden.A coupling of the piston rods for the synchronization of the filling and conveying process such that the pistons of the two working cylinders are rigidly connected via a common piston rod, such as the z. B. is proposed according to DE-OS 2539892 for an improved low-pressure liquid piston pump, is not economically feasible for the use of high-pressure liquids, especially if they are still gaseous. As can not be excluded in this case, even with high automation effort that both pistons, z. B. during the switching phases or in case of disturbances, are subjected to high pressure, the piston rods would have to be dimensioned for safety reasons for this possible in extreme cases pressure loads. The resulting excessive pressure gain on the piston would have to be continuously reduced again via throttle valves, whereby the energy efficiency and the specific capacity decreases significantly. A use of the inlet pressure in the product is thus also not possible. The use of such liquid pumps in printing systems has therefore not become known.

Beim Einsatz derartiger Entspannungssysteme mit Energierückgewinnung treten unzulässige Erosionserscheinungen an Ein- und Auslaßarmaturen zumindest auf der Förderseite nicht auf, da ein fast kontinuierlicher Förderstrom mit normalen Produktgeschwindigkeiten erreicht werden kann, wobei über diese Armaturen Drücke nicht abgebaut werden müssen. Dies trifft ebenfalls auf die Entspannungsseite zu, wenn weitgehend gasfreie Flüssigkeiten entspannt werden müssen. In der Regel werden aber in Hochdruckprozeßanlagen diese Flüssigprodukte stark gashaltig sein, wobei in vielen Fällen bei der Druckentlastung zusätzlich eine Teilverdampfung von Flüssigprodukt erfolgt. Diese Gase und Dämpfe werden beim Umschalten der bei hohem Druck mit zu entspannendem Produkt gefüllten Arbeitszylinder auf einen niederen Druck mit großer Intensität frei und strömen mit hohen Geschwindigkeiten aus den Arbeitszylindern über die Auslaßarmatur aus. Dabei werden auch beträchtliche Mengen an Flüssigkeit mit ausgetragen. Wenn auch die daraus resultierenden Erosionserscheinungen gegenüber der alternativen Entspannung über Drosselarmaturen geringer sind, treten bei der Entspannung von feststoffhaltigen Flüssigkeiten doch Verschleißerscheinungen an den Auslaßarmaturen und -einrichtungen in einem oft nicht vertretbaren Ausmaß auf. Mit dem Patent 12g/2/02 (Nr.701864) existiert ein Vorschlag für die Verminderung derartiger Schädigungen. Danach wird auf der Eingangsleitung für Förderprodukt mit niederem Druck vor dem Rückschlagventil als Einlaßarmatur auf der Kolbenstangenseite des Arbeitszylinders eine Pufferflasche angeordnet und dieses Rückschlagventil mit einer Umfahrungsleitung, in welche eine steuerbare Armatur eingebaut ist, versehen. Die Einrichtung wird nun so betrieben, daß nach Abschaltung des Zulaufes von zu entspannender Flüssigkeit mit hohem Druck in den Arbeitszylinder die gegenüberliegende Kolbenstangenseite des Arbeitszylinders über die steuerbare Armatur mit der Pufferflasche verbunden wird. Damit verschiebt sich der Kolben weiter, bis bei genügend langem Kolbenhub Druckausgleich zwischen Arbeitszylinder und Pufferflasche erreicht ist. Mit der damit verbundenen Druckentlastung im Arbeitszylinder tritt die Entgasung und evtl. Teilverdampfung der zu entspannenden Flüssigkeit ein, welche anschließend problemlos aus dem Arbeitszylinder bei niederem Druck durch auf der Kolbenstangenseite zulaufende Förderflüssigkeit ausgestoßen werden kann. Diese Verfahrensweise, bei der die bei der Druckentlastung freiwerdende Energie nicht genutzt wird, erfordert, daß jedem Arbeitszylinder eine Pufferflasche zugeordnet wird, wobei für die Realisierung eines kontinuierlichen Produktflusses zwei oder besser mehrere Arbeitszylinderpaare parallel geschaltet werden müssen.When using such relaxation systems with energy recovery occur inadmissible erosion phenomena on inlet and outlet fittings, at least on the delivery side, as an almost continuous flow rate can be achieved with normal product speeds, with these valves pressures must not be reduced. This also applies to the relaxation side, when largely gas-free liquids must be relaxed. As a rule, however, in high-pressure process plants, these liquid products will be highly gaseous, and in many cases additional partial evaporation of liquid product will take place during depressurization. These gases and vapors are released to a low pressure with high intensity when switching the cylinder filled at high pressure with product to be relaxed and flow out of the working cylinders via the outlet fitting at high speeds. It also considerable amounts of liquid are discharged. Although the resulting erosion phenomena compared to the alternative relaxation on throttle valves are lower, occur during the relaxation of solids containing liquids wear on the outlet fittings and devices to an often unacceptable extent. With the patent 12g / 2/02 (no. 701864) exists a proposal for the reduction of such damages. Thereafter, a buffer bottle is arranged on the input line for conveying product at low pressure before the check valve as an inlet fitting on the piston rod side of the working cylinder and this check valve with a bypass line, in which a controllable valve is installed, provided. The device is now operated so that after switching off the supply of fluid to be relaxed at high pressure in the working cylinder, the opposite piston rod side of the working cylinder is connected via the controllable valve with the buffer bottle. Thus, the piston continues to move until pressure equalization between cylinder and buffer bottle is reached with a sufficiently long piston stroke. With the associated pressure relief in the working cylinder enters the degassing and possibly partial evaporation of the liquid to be relaxed, which can then be easily ejected from the cylinder at low pressure by on the piston rod side tapered delivery fluid. This procedure, in which the released in the pressure release energy is not used, requires that each cylinder a buffer bottle is assigned, for the realization of a continuous flow of product two or better several pairs of working cylinders must be connected in parallel.

Dabei müssen je Pufferflasche rhythmisch größere Mengen an Flüssigprodukt gespeichert und wieder abgegeben werden, was zur Vermeidung unzulässiger bzw. unzweckmäßiger Druckschwankungen in der Pufferflasche entsprechend groß gewählte Druckgefäße erfordert. Derartige Entspannungssysteme lassen sich ohne größere Betriebsschwierigkeiten nur bei niederen Betriebstemperaturen betreiben. Eine Realisierung dieses Vorschlages ist nicht erfolgt.In this case, each buffer bottle rhythmically larger amounts of liquid product must be stored and released again, which requires to avoid inadmissible or inappropriate pressure fluctuations in the buffer bottle corresponding to large selected pressure vessels. Such relaxation systems can be operated without major operational difficulties only at low operating temperatures. A realization of this proposal has not occurred.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei Entspannungssystemen mit Energierückgewinnung das Leistungs-/Masseverhältnis und die Betriebssicherheit zu erhöhen sowie auftretende Dichtungs- und Erosionsprobleme zu minimieren, wobei auch die Entspannung von Flüssigkeiten, welche stark erodierend wirkende Bestandteile enthalten und evtl. heiß sind, ermöglicht wird.The aim of the invention is to increase the power / mass ratio and reliability in relaxation systems with energy recovery and to minimize occurring sealing and erosion problems, with the relaxation of liquids, which contain strong eroding ingredients and may be hot, is possible ,

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Druckenergieverwertung gegebenenfalls gas- und feststoff beladen er, evtl. heißer Flüssigkeiten zu schaffen, die prozeßabhängig selbstregelnd und drucktransmittierend arbeitet, mögliche Stoßbelastungen kompensiert, schädigende Bestandteile und Temperaturen der zu entspannenden Flüssigkeit zu gefährdeten Konstruktionselementen auf Distanz hält und Ausströmgeschwindigkeiten verringert.The object of the invention is a device for pressure energy recovery optionally gas and solid he loaded, possibly hotter liquids to create, the process-dependent self-regulating and pressure-transmitting works, compensates for possible shock loads, harmful components and temperatures of relaxing liquid to endangered construction elements keeps at a distance and Ausströmgeschwindigkeiten reduced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Einrichtung zum Aus- und Eintrag von Flüssigkeiten in Druckanlagen dadurch gelöst, daß die Kolben zweier Arbeitszylinder über an sich bekannte Kolbenstangen, die aber als Zugstangen ausgebildet sind, außerhalb dieser Arbeitszylinder mittels einer bei auftretenden Druckbeanspruchungen sich lösenden Kupplung verbunden sind, daß diese Arbeitszylinder auf der Kolbenstangenseite am Zylinderboden oder in dessen Nähe jeweils eine Vordruckleitung und eine Druckleitung für frisches Einsatzprodukt mit selbsttätigen Ein- und Auslaßarmaturen sowie evtl. eine Kurzschlußleitung mit steuerbarer Kurzschlußarmatur und an den gegenüberliegenden Zylinderböden oder in deren Nähe jeweils eine Hochdruck- und eine Niederdruckleitung mit steuerbaren Ein- und Auslaßarmaturen zur Hoch- und Niederdruckseite für zu entspannendes Produkt aufweisen.According to the invention this object is achieved with a device for removal and entry of liquids in printing plants in that the pistons of two cylinders are connected via known piston rods, but which are designed as tie rods, outside of these working cylinders by means of a compressive stress occurring in releasing coupling are connected in that these working cylinders on the piston rod side on the cylinder bottom or in its vicinity in each case a pressure line and a pressure line for fresh feed with automatic inlet and outlet fittings and possibly a short circuit line with controllable short-circuit valve and at the opposite cylinder bottoms or in each case near a high-pressure and a low pressure line with controllable inlet and outlet fittings to high and low pressure side for relaxing product have.

Die Wirkungsweise der Einrichtung besteht darin, daß durch zweckmäßige Steuerung der steuerbaren Ein- und Auslaßarmaturen bei Erreichen der gemeinsamen Totpunkte der Kolben im Wechsel immer ein Arbeitszylinder zur Niederdruckseite, der jeweils andere zur Hochdruckseite für Entspannungsprodukt umgeschaltet, d.h. dahin geöffnet wird. Dabei wird dem zur Niederdruckseite geöffneten Arbeitszylinder frisches Einsatzprodukt mit einem Vordruck auf der Kolbenstangenseite zugeleitet, der ausreichend ist, auf der anderen Seite des Kolbens anstehendes bereits druckentlastetesThe operation of the device is that by appropriate control of the controllable inlet and outlet valves on reaching the common dead centers of the pistons in alternation always a working cylinder to the low pressure side, the other switched to the high pressure side for flash product, i. opened there. Here, the open to the low pressure side working cylinder fresh feed product is fed with a form on the piston rod side, which is sufficient, on the other side of the piston pending already druckentlastetes

Entspannungsprodukt auf die Niederdruckseite auszustoßen sowie über die gekuppelten Kolbenstangen eine Zugkraft auf den Kolben im jeweils anderen Arbeitszylinder auszuüben, um hierauf der Kolbenstangenseite anstehendes frisches Einsatzprodukt zur Druckanlage zu fördern, wenn gleichzeitig auf der anderen Seite des Kolbens über die steuerbare Einlaßarmatur Entspannungsprodukt von der Druckseite zufließt.Expel discharge product on the low pressure side and exert a tensile force on the piston in each other cylinder via the coupled piston rods to promote the piston rod side pending fresh feedstock to the pressure plant, when at the same time on the other side of the piston via the controllable inlet fitting expansion product flows from the pressure side ,

Ist die Einrichtung erfindungsgemäß mit einer Kurzschlußeinrichtung auf der Kolbenstangenseite der Arbeitszylinder ausgerüstet, kann vor Erreichen der Totpunkte der Kolben bereits die steuerbare Armatur in der Eingangsleitung für Entspannungsprodukt geschlossen und die steuerbare Armatur in der Kurzschlußleitung geöffnet werden. Damit kann Einsatzprodukt aus dem noch unter Druck befindlichen Arbeitszylinder über die Kurzschlußeinrichtungen auf die Einsatzprodukt-,d.h. Kolbenstangenseite des zu diesem Zeitpunkt noch unter niederem Druck stehenden anderen Arbeitszylinder überströmen. Dies ermöglicht die Entspannung mit Volumenausdehnung des im Arbeitszylinder befindlichen Entspannungsproduktes, wobei sich der Kolben bis zum Totpunkt weiter verschiebt. Dabei werden Gase und Dämpfe frei. Haben die Kolben ihren Totpunkt erreicht, wird die Kurzschlußarmatur wieder geschlossen, so daß nach Umschaltung dieses Arbeitszylinders auf die Niederdruckseite das Entspannungsprodukt problemlos über die Auslaßarmatur zur Niederdruckseite ausgelassen werden kann. Unzulässige Erosionen treten damit auch bei feststoffbeladenem Produkt nicht mehr auf, da dieses bei Niederdruck mit normalen Ausströmgeschwindigkeiten ausgetragen wird, wobei in der ersten evtl. noch kritischen Phase vorteilhafterweise zugrst Gase aus dem Arbeitszylinder über die Auslaßarmatur austritt.If the device according to the invention is equipped with a short-circuit device on the piston rod side of the working cylinder, the controllable valve in the input line for expansion product can be closed before reaching the dead center of the piston and the controllable valve can be opened in the short-circuit line. This can use product from the working cylinder still under pressure on the short-circuiting devices on the Einsatzprodukt-, d.h. Flow over piston rod side of the other working cylinder still under low pressure at this time. This allows relaxation with volume expansion of the relaxation product in the working cylinder, wherein the piston shifts further to the dead center. This releases gases and vapors. Have the piston reached its dead center, the short-circuit valve is closed again, so that after switching this cylinder to the low pressure side, the expansion product can be easily discharged via the outlet fitting to the low pressure side. Impermissible erosion thus no longer occurs even with solids laden product, since this is discharged at low pressure with normal outflow velocities, wherein in the first possibly still critical phase advantageously outgass gases from the cylinder exits through the outlet fitting.

Eine weitergehende Ausführung der Erfindung besteht darin, daß in der Rohrleitung zwischen den gesteuerten Ein- und Auslaßarmaturen und den Arbeitszylindern eine Pendelstrecke angeordnet wird, wobei die Rohrleitungen zwischen den Pendelstrecken und den Arbeitszylindern zusätzlich mit je einer Zuführungsleitung mit zwischenliegender Rückschlagarmatur ausgerüstet werden.A further embodiment of the invention is that in the pipeline between the controlled inlet and outlet valves and the working cylinders a pendulum track is arranged, the pipes between the pendulum tracks and the working cylinders are additionally equipped with a supply line with intermediate non-return valve.

Die Wirkungsweise der Erfindung wird damit dahingehend verändert, daß zwischen die zu entspannende Flüssigkeit, welche z. B. heiß, gas- und feststoffhfltig ist, und die Arbeitszylinder eine kalte, gas- und feststofffreie Pufferflüssigkeit gelegt wird. Diese kann zweckrrjäßigerweise ein aus dem Prozeß stammendes und damit diesen nicht beeinträchtigendes Reaktionsprodukt sein, z.B. ein Teil der in der Einrichtung entspannten Flüssigkeit aus dem Niederdruckteil, nachdem sie entgast und von Feststoff befreit ist. Die Menge an Pufferflüssigkeit, d.h. die Größe der Pendelstrecke einschließlich der Verbindungsrohrleitung zum Arbeitszylinder wird so gewählt und zweckmäßig konstruktiv gestaltet, daß ein Durchschlagen von zu entspannendem Produkt sowie von freiwerdenden Gasen und Dämpfen während der Hochdruck- bzw. Druckentlastungsarbeitsphase in die Arbeitszylinder nicht erfolgt.The operation of the invention is thus changed so that between the liquid to be relaxed, which z. B. hot, gas and feststoffhfltig is, and the working cylinder a cold, gas and solids-free buffer liquid is placed. This may suitably be a process-derived and thus non-interfering reaction product, e.g. a portion of the fluid in the device expanded from the low-pressure part after it has been degassed and freed of solid. The amount of buffer liquid, i. the size of the pendulum track including the connecting pipe to the working cylinder is chosen and expedient constructive designed that a penetration of relaxing product and released gases and vapors during the high-pressure or pressure relief work phase does not occur in the working cylinder.

In der Niederdruckarbeitsphase wird die während der Hochdruckarbeitsphase in die Pendelstrecke eingebrachte Flüssigkeit einschließlich der während der Druckentlastungsarbeitsphase entstandenen Gase und Dämpfe durch aus dem Arbeitszylinder rückströmende Pufferflüssigkeit auf die Niederdruckseite für Entspannungsproduktverdrängt. Damit liegt nach Abschluß dieser Niederdruckarbeitsphase bis zu den steuerbaren Ein- und Auslaßarmaturen wieder eine gasfreie Flüssigkeit vor, was eine gefahrlose Umschaltung auf hohen Druck fürdie Ableistung der nunmehrfolgenden Hochdruckarbeitsphase gestattet. Qualität, Temperatur und Menge an zwischengelagerter Pufferflüssigkeit wird auf gleichem Stand gehalten, indem über die Zuführungsleitung mit Rückschlagarmatur während der Niederdruckarbeitsphase laufend ein bestimmter im Verhältnis zur Gesamtmenge an zu entspannender Flüssigkeit geringer Beitrag frischer Pufferflüssigkeit zugeführt wird. Durch die erfindungsgemäß zugbelastete Kopplung der Kolbenstangen und der wechselseitig vordruckbelasteten Kolben sowie der Anwendung einer schnell wirkenden kolbenwegabhängigen Steuerung für die Steuerung der Armaturen wird erreicht, daß das Entspannungssystem mit Energierückgewinnung sich selbsttätig regelt und eine betriebssichere Fahrweise unabhängig von Änderungen der äußeren Betriebsbedingungen (z. B. Durchsatz, Druckverhältnisse) in einem größeren Bereich gewährleistet ist. Insbesondere wird damit die Erhöhung der Frequenz des Entspannungssystems ermöglicht, was bei gleichem Mengendurchsatz zu kleineren erforderlichen Hubräumen der Arbeitszylinder und damit zur Erhöhung des Leistungs-/Masseverhältnis, d. h. zu kleineren Baugrößen führt.In the low-pressure working phase, the liquid introduced into the pendulum section during the high-pressure working phase, including the gases and vapors produced during the pressure-relieving working phase, is displaced by the buffer liquid flowing back from the working cylinder to the low-pressure side for expansion product. This is after completion of this low-pressure working phase to the controllable inlet and outlet valves again before a gas-free liquid, which allows a safe switchover to high pressure for the performance of the now following high-pressure working phase. Quality, temperature and amount of intermediate buffer liquid is maintained at the same level by continuously supplying a small amount of fresh buffer liquid in proportion to the total amount of liquid to be relaxed via the supply line with non-return valve during the low-pressure working phase. By inventively zugbelastete coupling of the piston rods and the mutually precompressed piston and the application of a fast-acting Kolbenwegabhängigen control for the control of the valves ensures that the relaxation system with energy recovery controls itself and a reliable driving regardless of changes in external operating conditions (eg Throughput, pressure conditions) is ensured in a larger area. In particular, thus increasing the frequency of the expansion system is possible, resulting in the same quantity throughput to smaller required displacements of the working cylinder and thus to increase the power / mass ratio, d. H. leads to smaller sizes.

Da die Kolbenstangen und deren Kupplung nur für die Aufnahme von Zugkräften ausgelegt werden müssen, ergeben sich kleine erforderliche kolbenstangendurchmesser. Deren Anteil am Druckgewinn über die Kolben bei der Hochdruckarbeitsphase reicht nicht mehr aus, um den Fördervorgang zu betreiben. Der hierfür erforderliche entscheidende Druckgewinn über die Kolben wird durch den Vordruck des Einsatzproduktes erbracht. Damit kann das System durch Regelung der Einsatzproduktmenge, angepaßt an die Prozeßbedingungen, gesteuert werden. Erforderliche Reserven für ein stabiles Betreiben des Systems unter Berücksichtigung aller möglichen Betriebsbedingungen können durch entsprechende Dimensionierung der bei niederem Druck betriebenen Speiseeinrichtung für Einsatzprodukt, z. B. derZubringerpumpe fürfrisches Einsatzprodukt, berücksichtigt werden. Dies ermöglicht energetisch günstige Lösungen und erübrigt diesbezügliche kostspielige Aufwendungen im Hochdruckteil der Anlage. Die Betriebssicherheit wird erhöht, da über die Kupplung der Kolbenstangen Druckbeanspruchungen nicht übertragbar sind und ein Betrieb des Systems nur erfolgen kann, wenn über die Niederdruckseite des Einsatzproduktes eine Zugkraft auf die Kolben ausgeübt wird, wobei ansonsten das System in einem gefahrlosen Zustand verharrt. Die Abdichtprobleme werden dadurch vermindert, daß über die Kolben nur noch Druckdifferenzen auftreten, die zur Überwindung der hydraulischen Druckverluste in der Druckanlage erforderlich sind und vor allem dadurch, daß sich bedingt durch die kleineren Baugrößen kleinere Kolbendurchmesser sowie erfindungsgemäß kleine Kolbenstangendurchmesser ergeben. Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen zum Kolbenstangenseitigen Kurzschluß der Arbeitszylinder, evtl. in Verbindung mit der weitergehenden Ausstattung der Erfindung, d. h. der Anordnung von Pendelstrecken auf der Entspannungsproduktseite vor den Arbeitszylindern, lassen sich auch Flüssigkeiten, welche z. B. stark erodierend wirkende Feststoffanteile enthalten oder evtl. heiß sind, ohne unzulässige Erosionserscheinungen insbesondere an Auslaßarmaturen sowie Schädigungen an ansonsten gefährdeten Konstruktionselementen des Entspannungssystems, aus dem Prozeß ausschleusen. Die Erfindung soll nachfolgend an zwei Beispielen erläutert werden:Since the piston rods and their coupling must be designed only for the absorption of tensile forces, resulting in small piston rod diameter required. Their share of the pressure gain on the pistons in the high-pressure working phase is no longer sufficient to operate the delivery process. The decisive pressure gain over the pistons required for this purpose is provided by the admission pressure of the feedstock. Thus, the system can be controlled by controlling the amount of feedstock adapted to the process conditions. Required reserves for stable operation of the system, taking into account all possible operating conditions, can be obtained by appropriate dimensioning of the low pressure feed device for feedstock, e.g. For example, the feed pump for fresh feedstock. This allows energetically favorable solutions and eliminates related costly expenses in the high pressure part of the plant. The reliability is increased because the coupling of the piston rods compressive stresses are not transferable and operation of the system can only be done when a tensile force is exerted on the piston via the low pressure side of the feedstock, otherwise the system remains in a safe condition. The sealing problems are reduced by the fact that only pressure differences occur over the piston, which are required to overcome the hydraulic pressure losses in the printing system and especially the fact that due to the smaller sizes smaller piston diameter and small piston rod according to the invention result. By applying the measures according to the invention to the piston rod side short circuit of the working cylinder, possibly in conjunction with the further equipment of the invention, d. H. the arrangement of pendulum paths on the relaxation product side in front of the working cylinders, can also be liquids which z. B. contain strong eroding solid matter or possibly are hot, without inadmissible erosion phenomena especially on outlet valves and damage to otherwise vulnerable construction elements of the expansion system, eject out of the process. The invention will be explained below with two examples:

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung, bestehend aus zwei liegend angeordneten Arbeitszylindern 1 und 2 mit zugehörigen steuerbaren bzw. selbsttätigen Ein- und Auslaßarmaturen 17 bis 20 bzw.-13 bis 16, deren Kolben 3 und 4 über die Kolbenstangen 5 sowie die druckkraftlösende Kupplung 6 miteinander verbunden sind. Fig.2 zeigt die schematische Darstellung dergleichen Einrichtung wie bei Fig.' 1, jedoch erfindungsgemäß ergänzt um eine Kurzschlußleitung 36 mit Kurzschlußarmatur 33 zwischen den Kolbenstangenseiten der Arbeitszylinder 1 und 2 sowie zwischen den steuerbaren Armaturen 17 und 18 bzw. 19 und 20 und den Arbeitszylindern 1 und 2 angeordnete Pendelstrecken 31 und 32, welche in Richtung der Arbeitszylinder 1 und 2 je eine Zuführungsleitung 37 mit Rückschlagarmatur 38 und 39 aufweisen.Fig. 1 shows the schematic representation of the device according to the invention, consisting of two horizontally arranged working cylinders 1 and 2 with associated controllable or automatic inlet and outlet fittings 17 to 20 or -13 to 16, the piston 3 and 4 via the piston rods 5 and the pressure-force releasing coupling 6 are connected together. 2 shows the schematic representation of the same device as in FIG. 1, but according to the invention supplemented by a short-circuit line 36 with short-circuit fitting 33 between the piston rod sides of the working cylinders 1 and 2 and between the controllable fittings 17 and 18 and 19 and 20 and the working cylinders 1 and 2 arranged pendulum 31 and 32, which in the direction of the working cylinder 1 and 2 each have a supply line 37 with check valve 38 and 39.

Beispiel 1 (gem. Fig. 1):Example 1 (according to Fig. 1):

In einer bei 25MPa betriebenen Kohlehydrieranlage 7 fällt im Druckabscheider 8 gasbeladene, feststofffreie Flüssigkeit mit einem Druck von 23MPa an, welche auf Umgebungsdruck im Entgasungsbehälter 10 entspannt werden soll. Frisches Einsatzprodukt soll dabei aus dem Speisebehälter für Einsatzprodukt 9 in die Kohlehydrieranlage 7 gefördert werden. Zur Absicherung eines jederzeit stabilen Betriebes wird ein maximaler Druckgewinn über die Kolben 3 und 4 von 3,0MPa bei der Einsatzproduktförderung auf Hochdruck gefordert. Dementsprechend wird die Zubringerpumpe 11 für frisches Einsatzprodukt für einen max. Förderdruck von 3,0MPa ausgelegt, d.h. der Druckgewinn durch die Kolbenstange wird vernachlässigt. Die daraus resultierende Zugkraft bildet die Basis für die Dimensionierung der Kolbenstangen 5. Die Kupplung 6 wird so dimensioniert, daß sie diese Zugkraft übertragen kann, für die Aufnahme von Druckbelastungen seitens der Kolbenstangen 5 jedoch ungeeignet ist.In a coal-hydrogenation plant 7 operated at 25 MPa, gas-laden, solids-free liquid at a pressure of 23 MPa precipitates in the pressure separator 8, which is to be expanded to ambient pressure in the degassing vessel 10. Fresh feed product is to be conveyed from the feed tank for feedstock 9 in the coal hydrogenation 7. To ensure that the operation is stable at all times, a maximum pressure gain over the pistons 3 and 4 of 3.0 MPa is required for feedstock production to high pressure. Accordingly, the feeder pump 11 for fresh feed for a max. Delivery pressure of 3.0 MPa designed, i. the pressure gain through the piston rod is neglected. The resulting tensile force forms the basis for the dimensioning of the piston rods 5. The clutch 6 is dimensioned so that it can transmit this tensile force, for the absorption of pressure loads from the piston rods 5, however, is unsuitable.

Der Arbeitszylinder 1 ist momentan über die steuerbare Armatur 17 zum Druckabscheider 8, der Arbeitszylinder 2 über die steuerbare Armatur 19 zum Entgasungsbehälter 10 geöffnet. Mittels der Zubringerpumpe 11 wird Einsatzprodukt aus dem Speisebehälter 9 über Rohrleitung 40 und 23 und die selbsttätige Armatur 16 dem Arbeitszylinder 2 auf der Kolbenstangenseite zugefördert. Die Zubringerpumpe 11 wird bezüglich des Mengendurchsatzes von der Sumpfstandregelung 21 des Druckabscheiders 8 mittels Drosselventil 22 gesteuert. Dabei stellt sich ein Beschickungsdruck auf der Kolbenstangenseite des Arbeitszylinders 2 in einer Höhe ein, der ausreichend"ist, um einerseits die erforderliche Zugkraft über die Kolbenstangen 5 auf den Kolben 3 im Arbeitszylinder 1 auszuüben, welche bei zulaufendem Entspannungsprodukt vom Druckabscheider 8 über die Rohrleitung 27 und die steuerbare Armatur 17 in den Arbeitszylinder 1 erforderlich ist, um auf der Kolbenstangenseite anstehendes Einsatzprodukt über die selbsttätige Armatur 13 und Rohrleitung 24 zur Kohlehydrieranlage 7 zu fördern; andererseits Entspannungsprodukt aus dem Arbeitszylinder 2 über die steuerbare Armatur 19 zum Entgasungsbehälter 10 auszustoßen. Haben die Kolben einen ihrer Totpunkte erreicht, erfolgt durch zweckmäßige Steuerung der Armaturen 17 bis 20 die Umschaltung der Arbeitszylinder von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite und umgekehrt, womit die nächste Arbeitsphase in analoger Weise eingeleitet ist. Mittels Mengenausgleichspumpe 12 kann über Rohrleitung 25 die Einsatzproduktmenge zur"Kohlehydrieranlage im erforderlichen Umfang ergänzt werden.The working cylinder 1 is currently open via the controllable valve 17 to the pressure separator 8, the working cylinder 2 via the controllable valve 19 to the degassing 10. By means of the feeder pump 11 feed product from the feed container 9 via pipe 40 and 23 and the automatic valve 16 the working cylinder 2 is conveyed on the piston rod side. The feed pump 11 is controlled with respect to the mass flow rate of the sump level control 21 of the pressure separator 8 by means of throttle valve 22. In this case, a feed pressure on the piston rod side of the working cylinder 2 at a height which is sufficient "on the one hand to exert the required tensile force on the piston rods 5 on the piston 3 in the working cylinder 1, which at the incoming expansion product from the pressure separator 8 via the pipe 27th and the controllable fitting 17 is required in the working cylinder 1 to promote on the piston rod side pending feedstock via the automatic valve 13 and pipe 24 to the coal hydrogenation plant 7 on the other hand discharge product from the working cylinder 2 via the controllable armature 19 to the degassing 10. Die Did Piston reaches one of their dead points, by appropriate control of the valves 17 to 20, the switching of the working cylinder from the high pressure side to the low pressure side and vice versa, whereby the next phase of work is initiated in an analogous manner 2 can be supplemented via pipe 25, the amount of feedstock to "coal hydrogenation to the extent required.

Beispiel 2 (gem. Fig.2):Example 2 (according to FIG.

Anders als im Beispiel 1 soll das im Druckabscheider 8 anfallende Sumpfprodukt eine gas-und feststoffbeladene Flüssigkeit sein und hohe Temperaturen aufweisen. Mit der erfindungsgemäß ergänzten Einrichtung ergeben sich dabei folgende betriebliche Änderungen:Unlike in Example 1, the bottoms produced in the pressure separator 8 should be a gas- and solids-laden liquid and have high temperatures. With the device according to the invention, the following operational changes result:

Vor Inbetriebnahme wird die Einrichtung auf der Entspannungsproduktseite bis zu den steuerbaren Armaturen 17 bis 20 mit einer kalten, gas- und feststofffreien Pufferflüssigkeit gefüllt. Als Pufferflüssigkeit kommt zweckmäßigerweise in diesem Falle Entspannungsprodukt zum Einsatz, welches entgast und von Feststoff befreit ist. Bei Betrieb der Einrichtung fließt nun heißes, gas- und feststoffbeladenes Entspannungsprodukt der Pendelstrecke 31 bzw. 32 über die steuerbare Armatur 17 bzw. 20 mit . hohem Druck im Wechsel zu und verdrängt Pufferflüssigkeit als hydraulisches Antriebsmedium in die Arbeitszylinder 1 bzw. 2. Anschließend wird jeweils während der Niederdmckarbeitsphasen in den Arbeitszylindem 1 bzw. 2 durch rückströmende Pufferflüssigkeit von den Arbeitszylindem 1 bzw. 2 in die Pendelstrecken 3.1 bzw. 32 das Entspannungsprodukt aus den ' Pendelstrecken 31 bzw. 32 über die steuerbaren Armaturen 18 bzw. 19 zum Entgasungsbehälter 10 verdrängt. Über die Zuführungsleitung 37 sowie die selbsttätigen Rückschlagarmaturen 38 bzw. 39 wird kontinuierlich ein bestimmter Betrag an frischer Pufferflüssigkeit während der Niederdruckarbeitsphase zugegeben, um Menge und Qualität der Pufferflüssigkeit auf gleichem Stand zu halten. Die Pendelstrecken 31 bzw. 32 einschließlich der Verbindungsleitungen 34 bzw. 35 bis zu den Arbeitszylindem 1 und 2 werden so dimensioniert, daß Entspannungsprodukt nicht in den Arbeitszylinder 1 odder 2 durchschlägt bzw. unzulässige Temperaturen der in die Arbeitszylinder 1 und 2 eintretenden Pufferflüssigkeit vermieden werden. Um die steuerbaren Auslaßarmaturen 18 bzw. 19 beim Öffnen bis zu erfolgten Druckentlastung des Entspannungsproduktes vor unzulässigen Erosionen zu schützen, kann die steuerbare Einlaßarmatur 17 bzw. 19 geschlossen werden, bevor die Kolben 3 und 4 ihren Totpunkt erreicht haben, wobei gleichzeitig die steuerbare Kurzschlußarmatur 33 geöffnet wird. Damit erfolgt die Druckentlastung des Entspannungsproduktes in den Pendelstrecken 31 bzw. 32, wobei sich die Kolben 3 und 4 bis zu ihren Totpunkten weiterverschieben. Die Kolbenverschiebung wird dabei ermöglicht, indem über die Kurzschlußleiturig 36 mit Kurzschlußarmatur 33 Rohprodukt überströmen kann. Haben die Kolben 3 und 4 ihre Totpunkte erreicht, erfolgt die übliche Umpolung des Arbeitszylinders 1 bzw. 2 auf die Niederdruckseite, wobei das nunmehr druckentlastet in den Pendelstrecken 31 bzw. 32 anstehende Entspannungsprodukt über die steuerbaren Auslaßarmaturen 18 bzw. 19 mit normalen Ausströmungsgeschwindigkeiten zum Entgasungsbehälter 10 ausgelassen werden kann.Prior to commissioning, the device on the expansion product side to the controllable valves 17 to 20 filled with a cold, gas and solids-free buffer liquid. As a buffer liquid is expediently in this case relaxation product is used, which is degassed and freed of solids. During operation of the device now flows hot, gas and solids laden relaxation product of the pendulum 31 or 32 on the controllable valve 17 and 20 with. Then, in each case during the Niederdmckarbeitsphasen in Arbeitszylindem 1 and 2 by backflowing buffer liquid from the Arbeitszylindem 1 or 2 in the pendulum sections 3.1 and 32, respectively, the displaced buffer fluid as hydraulic drive medium in the working cylinders Relaxation product from the 'pendulum sections 31 and 32 via the controllable fittings 18 and 19 to the degassing container 10 displaced. Through the supply line 37 and the automatic non-return valves 38 and 39, a certain amount of fresh buffer liquid is added continuously during the low-pressure working phase in order to keep the amount and quality of the buffer liquid on the same level. The pendulum paths 31 and 32 including the connecting lines 34 and 35 to the Arbeitszylindem 1 and 2 are dimensioned so that flash product is not in the cylinder 1 or 2 durchschlägt or inadmissible temperatures of the entering into the working cylinder 1 and 2 buffer liquid can be avoided. In order to protect the controllable outlet valves 18 and 19 when opening up to pressure relief of the expansion product from inadmissible erosion, the controllable inlet fitting 17 and 19 can be closed before the pistons 3 and 4 have reached their dead center, at the same time the controllable short-circuit fitting 33rd is opened. Thus, the pressure relief of the expansion product takes place in the pendulum sections 31 and 32, wherein the pistons 3 and 4 continue to move to their dead points. The piston displacement is made possible by over the Kurzschlussleiturig 36 with short-circuit fitting 33 can flow over crude product. Have the pistons 3 and 4 reached their dead points, the usual polarity reversal of the working cylinder 1 and 2 takes place on the low pressure side, wherein the depressurized now in the pendulum sections 31 and 32 pending expansion product on the controllable outlet fittings 18 and 19 with normal outflow to the degassing 10 can be omitted.

Claims

1. means for Druckergieverwertung of liquids that may be laden with gas and solids, using working cylinders with pistons, piston rods, supply and discharge lines and shut-off valves, characterized in that the piston rods (5) designed as tie rods and means of pressure-dissolving coupling (6 are coupled to the feed lines (23) form the upstream pressure lines and the inlet and outlet fittings (13 to 16) on the piston rod side of the working cylinder (1,2) automatic non-return valves and the inlet and outlet fittings (17 to 20) on the other side of Working cylinder (1,2) controllable fittings are.

2. Device according to claim 1, characterized in that the piston rod sides of the working cylinder (1,2) have a short-circuit line (36) with short-circuit fitting (33).

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that in the supply and discharge lines (27,28) on the piston rod side opposite side of the working cylinder (1,2) between the controllable inlet and outlet fittings (17,18 bzw. 19,20) and the working cylinders (1, 2) per one pendulum track (31,32) is interposed and the connecting lines (34,35) between pendulum track (31,32) and working cylinder (1,2) each have a feed line (37) with automatic non-return valves (38,39).