DE102007015619A1 - Verfahren zum gleitenden Temperieren chemischer Substanzen mit definierten Ein- und Ausgangstemperaturen in einem Erhitzer und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleitenden Temperieren chemischer Substanzen mit definierten Ein- und Austrittstemperaturen in einem Erhitzer, die in einem bestimmten definierten Temperaturbereich, gehalten durch den Erhitzer, geführt werden, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung zu schaffen, mit der es gestattet ist, einen wirtschaftlich vorteilhaften, sicheren und umweltschonenden Betrieb insbesondere beim Anfahrprozess der Einrichtung zu erhalten. Die Erfindung löst die Aufgabe durch die erfindungsgemäßen Merkmale der Ansprüche 1 sowie 17.

Description

• Verfahren zum gleitenden Temperieren chemischer Substanzen mit definierten Ein- und Ausgangstemperaturen in einem Erhitzer und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleitenden Temperieren chemischer Substanzen mit definierten Ein- und Ausgangstemperaturen in einem Erhitzer, die in einem bestimmten definierten Druckbereich gehalten durch den Erhitzer geführt werden sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Es ist bekannt, chemische Substanzen unterschiedlicher Zusammensetzung in industriellen Prozessen auf der Basis elektrisch betriebener Erhitzer zu erwärmen. Diese Art der Temperierung chemischer Substanzen, die in diesem Fall auch Wasser sein können, ist nur dann durchführbar, wenn die Menge der chemischen Substanz nicht groß dimensioniert ist. Eine Erwärmung mit solcher Methode ist sehr kostenintensiv und aus wirtschaftlicher Sicht völlig ungeeignet. Bei größer dimensionierten Mengen der Substanzen ist es erforderlich diese in einem befeuerten Erhitzer vorzunehmen, wie dieses bei der Verdampfung, Überhitzung von Wasser allgemein üblich ist. Bei den letzteren Verfahren ist es nachteilig, dass der Anfahrprozess über längere Zeiträume mit hohem energetischen Aufwand vorgenommen werden muss. Beim Anfahrprozess werden zur Erreichung der Endstufe erhebliche Mengen Energie ohne wirtschaftlichen Effekt dem Erhitzer bzw. der Gesamtanlage zugeführt und ungenutzt in die Umgebung abgeführt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum gleitenden Temperieren chemischer Substanzen, die durch einen Erhitzer auf bestimmte Ein- und Austrittstemperaturniveaus und einem bestimmten Druck gehalten werden, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit der es gestattet ist, einen wirtschaftlich vorteilhaften, sicheren und umweltschonenden Betrieb, insbesondere beim Anfahrprozess der Einrichtung, zu erhalten.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels eines Verfahrens zum gleitenden Temperieren chemischer Substanzen bei definierten Ein- und Austragstemperaturen in einem Erhitzer, die in einem bestimmten definierten Druckbereich gehalten, durch den Erhitzer geführt werden und die gleitende Temperierung in einem Anfahrprozess in einer, zwischen der Zu- und Ableitung des Erhitzers zugeschalteten Anfahranordnung eingeleitet wird gelöst, in der durch mehrmaliges Durchströmen des Erhitzers sowie der Anordnung die gleitende Temperierung der chemischen Substanzen bei gesperrter Zu- und Ableitung vorgenommen wird, bis die definierte Temperatur und der vorbestimmte Druck erreicht sind und bei Einstellung der definierten Druck- und Temperaturverhältnisse der Anfahrprozess eingestellt und durch Sperrung der Anfahranordnung ein direkter Durchlauf durch den Erhitzer von der Zuleitung bis zur Ableitung vorgenommen wird. Es ist eine Ausführungsart der Erfindung, dass die Anfahranordnung als Überbrückung zwischen einer Zuleitung vor dem Erhitzer sowie der Ableitung hinter dem Erhitzer in die Einrichtung eingeordnet mit Funktionsaggregaten wie einem Ausgleichsbehälter, einem Luftkühler und einer Umwälzpumpe ausgerüstet wird. Die erfindungsgemäße Lösung ist vorteilhaft dargestellt, wenn die Einrichtung zum gleitenden Temperieren chemischer Substanzen bei definierten Ein- und Ausgangstemperaturen einen Erhitzer aufweist, in dem das Medium in der Einrichtung in einen überkritischen Temperaturbereich gebracht bis zum Austritt aus dem Erhitzer in eine definierte Temperaturstufe für die nachfolgenden Arbeitsschritte versetzt wird und das Medium über den Erhitzer mittels der Anfahranordnung in einen kreisenden, geschlossenen Anfahrprozess bei steigender Temperatur und Füllmenge versetzt wird, die bei Einhaltung eines vorbestimmten Druckes bis zum Verlassen des Erhitzers eingestellt und erhalten wird. Eine vorteilhafte Übersicht über die Ausgestaltung der Erfindung gewähren die Merkmale über das gleitende Temperieren, welches mit folgenden Verfahrensschritten durchgeführt wird:
• – Füllen des Erhitzers
• – Herstellen eines Gaspolsters in einem Ausgleichsbehälter der Anfahranordnung zur Erzielung des benötigten Prozessdruckes
• – Schließen der Ventile in der Zu- und Ableitung der Einrichtung
• – Umwälzen zum Behandeln der chemischen Substanzen unter Zuschaltung der Anfahranordnung der Einrichtung in einem stetigen Kreislaufprozess, starten des Wärmeeintrages durch den Erhitzer
• – Einspeisen der chemischen Substanzen in die nachfolgenden Bearbeitungsbereiche unter Ausschaltung des Anfahrprozesses und der dazu gehörigen erfindungsgemäßen Anfahranordnung
• – Einhalten eines kontinuierlichen Betriebes der Einrichtung mittels einer Zuführung der chemischen Substanzen aus dem Chemikalientank der Einrichtung über den Erhitzer in den nachfolgenden Arbeitsbereich.
• Die Erfindung ist vorteilhaft ausgestaltet und weitergeführt, wenn der Erhitzer sowie die Anfahranordnung mit Gas befüllt wird, welches durch die eingefüllten chemischen Substanzen in ein Ausdehnungsgefäß der Anfahranordnung gelangt und diese unter Druck setzt bis der Erhitzer und die Einrichtung vollständig befüllt sind. Eine weitere Ausführungsform ist darin zu sehen, dass mit mehrfachem Umwälzen der chemischen Substanzen in der Einrichtung mit dem Erhitzer unter Beibehaltung eines erforderlichen Füllstandes für die Einrichtung, die Betriebsbereitschaft hergestellt und die nach dem Chemikalientank angeordnete Speisepumpe der Einrichtung abgestellt wird, wobei in vorteilhafter Werterführung der Erfindung über das Erzeugen eines Druckpolsters mit einem inerten Gas die chemisch Substanz in der Einrichtung in den Bereich eines kritischen Druckes geführt, eingestellt und erhalten wird. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sich weiterhin vorteilhaft dar, wenn bei Aufrechterhaltung der umlaufenden Strömung der chemischen Substanz über die der Einrichtung beigegebene und zugeschaltete Anfahranordnung der Brenner des Erhitzers gestartet, die chemische Substanz temperiert und mittels eines stetigen Wärmeaustausches zwischen einem Kühler und der chemischen Substanz bis zum Erzielen eines Temperaturgleichgewichts des Kühlers und der Gesamterhitzerleistung eingestellt sowie über den Ausgleichsbehälter das vergrößerte Volumen der chemischen Substanz aufgefangen, der zu definierende Druck durch Einstellen des Gasposters ausgeglichen und der Betriebszustand der Einrichtung eingehalten wird. Eine weitere vorteilhafte Ausformung der erfindungsgemäßen Lösung wird darin gesehen, dass bei Erreichen der erforderlichen Temperatur und des Druckes im Erhitzer die erhitzte chemische Substanz durch gezieltes Zufällen von geringer temperierter chemischer Substanz verdrängt und dem Übergang aus dem Erhitzer zugeführt wird, wobei die Austrittstemperatur mittels einer Einspritzkühlung in die chemische Substanz einer Feinregulierung unterzogen sowie deren Temperaturüberstand in das normale Regime zurückgeführt und der kontinuierliche Förderstrom der chemischen Substanz für einen gleichförmigen Durchlauf mit Ausschaltung der Anfahranordnung eingestellt wird. Ausgebildet ist die Erfindung weiterhin, wenn im Volllastbetrieb die Austrittsmenge der chemischen Substanz in ein definiertes Verhältnis zum erforderlichen Betriebsdruck versetzt ist sowie durch Regelung des Wärmeeintrages die Temperatur und der Druck der Einrichtung konstant gehalten und bis zu Volllast geführt wird, wobei Temperaturabweichungen durch Zuführung niedrig temperierter chemischer Substanzen ausgeglichen werden. Die Erfindung erhält dadurch eine Ausgestaltung, dass als Eintrittstemperatur der chemischen Substanz in die Gesamteinrichtung 20°C vorgesehen werden und in Weiterführung der Erfindung die Austrittstemperatur einer chemischen Substanz bei 600°C vorgesehen ist. In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung gilt der Druck der Einrichtung auch mit überkritischen Parameter als eingestellt. Die Erfindung stellt sich vorteilhaft weiter dar, wenn der Betriebsdruck der Einrichtung auf 40 bar eingestellt ist. Die Erfindung stellt sich vorteilhaft dar, wenn zum Einstellen des definierten Druckes in der Anfahranordnung der Einrichtung ein Gaspolster im Ausdehnungsgefäß der Anfahranordnung über ein Einspeisen von inertem Gas erreicht wird. Die erfindungsgemäße Lösung ist damit vorteilhaft erfüllt, das der Anfahrprozess der Gesamteinrichtung über eine Überbrückungsleitung, als Anfahranordnung ausgeführt, zwischen den Zuführungs- und Abführungsleitungen der angeordneten Anfahranordnung in einem zyklisch wiederholten Kreislauf durch den Erhitzer erfolgt, welcher beendet wird, wenn die definierte Temperatur sowie der Betriebsdruck der Einrichtung erreicht worden sind. Die erfindungsgemäße Lösung erfüllt sich weiter in einer Einrichtung zum Temperieren einer chemischen Substanz mit definierten Ein- und Austrittstemperaturen mittels eines Erhitzers, der mit einem Chemikalientank über eine erste Leitung zum Zuführen und über eine zweite Hauptleitung zum Abführen der Substanz in einen Nachfolgevorgang verbunden ist und von der zweiten Leitung zur ersten Hauptleitung eine Anfahranordnung zum Anfahren der Einrichtung vorgesehen ist, welche ein gleitendes Temperieren über eine umlaufende chemische Substanz durch den Erhitzer bei geschlossener Armatur der zweiten Hauptleitung und Einströmen einer chemischen Substanz über die geöffnete Armatur der Anfahrordnung erfolgt, der ein Kühler nachgeordnet ist, dem ein Absperrventil folgt, das die chemische Substanz einer Pumpe zuleitet, welche diese einer Armatur zuführt, über die bei einer geöffneten Stellung die chemische Substanz in den Teil der ersten Leitung gelangt, wieder dem Erhitzer zufließt in dem sie einer sich steigernden Temperatur ausgesetzt, der Hauptleitung wiederholt umlaufend zuströmt und bei Einstellen der definierten Austrittstemperatur sowie dem eingestellten definierten Druck bei geöffneten Armaturen der Leitungen des Hauptvorganges und geschlossenen Armaturen der Anfahranordnung unter Ausschaltung der Anfahranordnung über die zweite Hauptleitung einem Übergang zuströmt.
• Weitergeführt wird die Erfindung dadurch dass, die Anfahranordnung zum gleitenden Temperieren im Anfahrprozess zugeschaltet ist und über eine Eingangsarmatur im Bereich der zweiten Hauptleitung verfügt, die mit einem Ausdehnungsgefäß verbunden ist, das mit einem Kühler in eine Wirkverbindung gebracht die chemische Substanz zu einer Umwälzpumpe leitet, welche diese über eine Armatur in den mit dem Erhitzer verbundenen Teil der Rohrlei tung der ersten Hauptleitung führt und der Kreislauf in der Anordnung bis zum Erreichen der definierten Betriebsparameter der Einrichtung weitergeführt ist.
• Eine besondere Ausgestaltung erhält die Erfindung damit, dass die chemische Substanz in die Anfahranordnung durch die geöffnete Armatur in das mit Inertgas gefüllte Ausdehnungsgefäß strömt, in dem über ein Gaspolster der definierte Druck der chemischen Substanz kontinuierlich und stufenweise eingestellt ist und danach zu dem Luftkühler gelangt, der so lange in Tätigkeit gehalten ist, bis bei einem stufenweise geringen Wärmeeintrag in der Einrichtung ein Beharrungs- und Gleichgewichtszustand eingetreten ist, wobei die Umwälzpumpe die chemische Substanz über die geöffnete Armatur in die zum Erhitzer führende Zuleitung einspeist. Eine weitere Ausführungsform erhält die Erfindung damit, dass der Erhitzer aus einem hermetisch geschlossenen, druckfesten Körper gebildet ist, in dessen Feuerraum die Flamme eines Brenners ragt, wobei die Wände des Feuerraums mit axial und radial gerichteten, vielstufig angeordneten Erhitzerrohren ausgefüllt ist, die miteinander verbunden von der chemischen Substanz durchflossen und mit einem mehrfach seine Richtung wechselnden Rauch gasstrom erhitzt werden, wobei in den radial außen gelegenen Erhitzerrohren die jeweils höchste Temperaturstufe erreicht ist.
• Die Erfindung ist vorteilhaft weitergeführt, wenn eine definierte Temperatur im Erhitzer durch das Beheizen mittels Abhitze aus einem vorgeschalteten Prozess_eingestellt ist. Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet bei Einrichtungen zum Temperieren chemischer Substanzen unterschiedlicher Baugrößen ein äußerst wirtschaftliches Anfahren der Einrichtung durch die Einordnung der Anfahranordnung in die Gesamteinrichtung. Die Anfahranordnung gewährleistet, dass der Anfahrprozess zum Temperieren der Einrichtung nach Befüllen sämtlicher Aggregate der Einrichtung einschließlich der Anfahranordnung durch ein kreisförmiges Umlaufen der chemischen Substanz über die Anfahranordnung und den Erhitzer gleitend bis zum Erreichen der für das Regime definierten Temperatur erfolgt. Das kreisförmige Umlaufen der chemischen Substanz wird dann durchgeführt, wenn die Zuführungs- und Abführungsleitungen der Hauptleitungen gesperrt sind. Das bisher notwendige, nachteilige stufenförmige Erhöhen der Temperatur in Einrichtungen dieser Art bis zum Erreichen der für den Prozess notwendigen Temperatur entfällt. Durch das Kreisen der chemischen Substanz durch den Erhitzer und die Anfahranordnung kann nicht nur eine gleitende Temperierung durchgeführt werden, sondern gleichzeitig jede gewünschte Druckstufe bis zum Erreichen eines überkritischen Druckes im Anfahrprozess eingestellt werden.
• Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
• In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
• 1: Die Einrichtung in einer schematischen Darstellung mit eingeschlossener Anfahranordnung
• 2: Die Anordnung aus 1 in einer vereinzelten Darstellung
• 3: Den Erhitzer aus 1 in einer schematischen Darstellung vergrößert in einer Seitenansicht im Schnitt
• Unter Beachtung der 1, 2 und 3 soll das Verfahren in seinen Schritten ausführungsgemäß erläutert werden.
• Schritt 1: Füllen des Erhitzers 4; zunächst wird der gesamte Erhitzer einschließlich der gesamten Zu- und Abführungsleitungen, eingeschlossen der Anfahranordnung, mit einem inerten Gas gefüllt und intensiv gespült. Die Entlüftungsventile zum Ausgleichsbehälter 8 werden dosiert geöffnet und das Entnahmeventil 6 bleibt hierzu geschlossen. Danach wird die chemische Substanz in den Erhitzer 4 sowie in den Kühler 9 gepumpt, wobei das inerte Gas in den Ausgleichsbehälter 8 verdrängt wird. Der Erhitzer 4 und der Kühler 9 werden bis zu einem erforderlichen Füllstand im Ausgleichsbehälter 8 gefüllt und die Förderpumpe 2 abgeschaltet.
• Schritt 2: Umwälzen der chemischen Substanz; um sicher zu stellen, dass das inerte Gas aus allen Rohrleitungen und Teilaggregaten einschließlich des Erhitzers 4 der Einrichtung 0 und dem Kühler 9 in den Ausgleichsbehälter 8 verdrängt ist, wird die Umwälzpumpe 10 eingeschaltet und die chemische Substanz im Kreis gepumpt. Danach werden die Entlüftungsventile der Ausgleichsbehälter 8 geschlossen und der Spülvorgang mit geschlossenen Ventilen weitergeführt. Wenn der Füllstand im Verfahrensverlauf im Ausgleichsbehälter signifikant gesunken ist, muss mittels der Förderpumpe 2 die fehlende Menge bis zum erforderlichen Füllstand nachgespeist werden.
• Schritt 3: Aufbringen eines inerten Gaspolsters in den Ausgleichsbehälter; ist die chemische Substanz in die Einrichtung 0 vollständig eingerollt, so erhöht sich automatisch der Druck in der Einrichtung. Der damit erreichte Druck liegt aber noch weit unterhalb eines in der Verfahrensführung erforderlich werdenden kritischen Druckes. Durch Aufbau eines Druckpolsters über die Zugabe von unter Druck stehendem inertem Gas in das Ausdehnungsgefäß wird der Druck bis zum erforderlichen Stand oberhalb des kritischen Druckes der chemischen Substanz in der Erhitzeranlage eingestellt.
• Schritt 4: Starten des Wärmeeintrages; die Umwälzpumpe 10 bleibt während des Startvorganges in Betrieb. Nach einer Spülung des Feuerraumes 19 des Erhitzers 4 wird der Brenner 5 gestartet bzw. bei der Benutzung von Abwärme, die Abwärmequelle zugeschaltet. Begonnen wird dieser Vorgang bei minimaler Wärmeleistung des Erhitzers 4. Die niedrigtemperierte Substanz wird im Erhitzer 4 kontinuierlich und stetig aufgewärmt, wobei auch das Material der gesamten Zu- und Ableitungen einschließlich der Armaturen und Kühler 12 kontinuierlich aufgewärmt werden. Die Temperatur der chemischen Substanz wird durch ein Kühlmedium nicht auf die Eintrittstemperatur der chemischen Substanz zurück gekühlt, wobei deren Temperatur am Eintritt des Erhitzers 4 ansteigt. Dieser Vorgang wird bei gering gehaltenem Wärmeeintrag so lange fortgesetzt, bis ein Beharrungszustand in der Einrichtung eingetreten ist, wobei die Kühlleistung des Kühlers 9 der eingestellten Leistung des Erhitzers 4 entspricht. Durch Einstellen der Umlaufmenge kann jetzt die geforderte Temperatur am Austritt des Erhitzers 4 eingestellt werden Während des Verlaufs des Anfahrvorganges dehnt sich die sich erhitzende chemische Substanz aus und der Ausgleichsbehälter 8 nimmt das vergrößerte Volumen auf. Der Druck im Ausgleichsbehälter 8 steigt an und dessen Austrittsventil 15 wird so weit geöffnet, das sich der Druck des inerten Gaspolsters verringert und gleichzeitig der definierte Betriebsdruck aufrecht erhalten wird.
• Schritt 5: Einspeisen der erhitzten chemischen Substanz in den Reaktor; ist die Temperatur sowie der Druck der chemischen Substanz bei minimaler Wärmeeintragung konstant, ist das Verfahren soweit fortgeschritten, dass eine Einspeisung der ausreichend temperierten chemischen Substanz in den nachfolgenden Prozess 14 vorgenommen werden kann. Da die Einrichtung jetzt im Beharrungszustand fährt, kann zu einer beliebig vorgegebenen Zeit, die temperierte chemische Substanz in den nachfolgenden Prozess 14 eingeleitet werden. Um starke Temperaturveränderungen am Eintritt des Erhitzers 4 zu begrenzen, fördert die Förderpumpe 2 noch während des Betriebes der Umwälzpumpe 10 zunächst eine geringe Menge niedrigtemperierter chemischer Substanz nach. Der Druck im Erhitzer 4 steigt damit durch diese Zugabe an und das Austrittsventil 13 öffnet sich automatisch, um den Betriebsdruck zu halten. Ausgleichend wird die Umwälzpumpe 10 zur Regulierung der Austrittstemperatur langsam abgedrosselt und die Speisepumpe 2 fördert kalte chemische Substanz entsprechend des Bedarfes nach, die den Erhitzer 4 mit definierten Austrittstemperaturen verlässt. Die Austrittstemperatur wird bei minimalem Wärmeeintrag durch einen parallel zum Erhitzer 4 installierten Einspritzkühler 12 in kleinen Stufen, anpassend geregelt. Im Verfahrensverlauf wird dabei eine Teilmenge der zu temperierenden chemischen Substanz am Erhitzer 4 abgezweigt und mit geringerer Temperaturlage wieder in die Hauptleitung 17, 17' mit Druck eingeführt. Mit zunehmender Größe des Eintrags aus dem Chemikalientank 1 wird die Umwälzpumpe 10 mehr und mehr gedrosselt und dann abgeschaltet. Jetzt übernimmt die Förderpumpe 2 die komplette Zuführung in den Erhitzer 4, so dass ein kontinuierlicher Stoffstrom bei minimalem thermischen Wärmeeintrag durch den Erhitzer 4 bereitgestellt wird.
• Schritt 6: Führung der Einrichtung in normalem Betrieb; beim Übergang von der minimalen Leistung des Anfahrbetriebes zum Volllastbetrieb ändert sich die Regelung der Einrichtung. Die geforderte Druckstufe am Austritt der Erhitzeranlage 4 wird durch das Öffnen und Schließen des Austrittsventils der Absperraramatur 13 für den Hauptprozess zum nachfolgenden Prozess 14 gehalten. Die Temperatur wird nach Abschalten der Umwälzpumpe 10 durch die Regelung des Wärmeeintrages in einer ersten Stufe bei der geforderten Temperatur gehalten. Mit steigendem Wärmeeintrag und korrespondierender Fördermenge der Förderpumpe 2, steigt die Erhitzerleistung bis zur Volllast an. Bei einem Überschreiten der Temperaturschwankungen mit der Regelung des Wärmeeintrages über ein normales Maß, werden die Temperaturen durch den installierten Einspritzkühler 12, d. h. durch Eindrücken chemischer Substanz mit einer deutlich geringeren Temperatur als die der Austrittstemperatur, fein eingestellt.
• Schritt 7: Herunterfahren des Erhitzers; durch Drosselung der Förderpumpe 2 wird automatisch der thermische Eintrag durch einen Temperaturfühler am Austritt des Erhitzers 4 heruntergeregelt. Beim Erreichen der Minimallast wird die Umwälzpumpe 10 in Betrieb gesetzt und die Temperatur durch Regelung der Umwälzmenge gehalten. Die Förderpumpe 2 wird abgeschaltet und die Absperrarmatur 13 für den Hauptprozess schließt automatisch bei Unterschreiten des definierten Druckes. Bei kurzzeitiger Unterbrechung kann die Temperatur durch die Regelung der Umlaufmenge im Erhitzer 4 bei minimaler Leistung erhalten bleiben. Bei längerer Abschaltung des nachfolgenden Prozesses am Übergang 14, muss der Erhitzer 4 ebenfalls komplett heruntergefahren werden. Damit wird der Wärmeeintrag gestoppt. Die Umwälzpumpe 10 wird so lange weiter betrieben bis der Kühler 9 die chemische Substanz auf die Stillstandstemperatur abgekühlt hat.
• Zur Durchführung des Verfahrens erhält die Einrichtung 0 folgenden Aufbau. Die Einrichtung 0 verfügt über einen Chemikalientank 1 in dem die chemische Substanz enthalten ist und so ausreichend dimensioniert ist, dass eine sichere Beschickung der gesamten Einrichtung erfolgen kann. Eine mit dem Chemikalientank 1 verbundene Förderpumpe 2 dient der Erhöhung des Druckes auf den Prozessdruck und der Förderung der chemischen Substanz in den Erhitzer 4. Bei diesem Prozess muss die chemische Substanz die Absperrarmatur 3 für den Hauptprozess sowie für den Anfahrkreislauf passieren, welche auch für die komplette Abschaltung der Einrichtung 0 bei Verwendung der Anordnung 18 für den Anfahrprozess verantwortlich ist. Die Konstruktion der Anlage ist hauptsächlich von der Anlagengröße abhängig, wobei Horizontal- und Vertikalkessel mit gewickelten und quer- oder längsgeströmten Heizflächen Anwendung finden können. Die chemische Substanz kann mittels unterschiedlicher Brennersysteme im Brenner 4 erhitzt werden, wobei einer Flammenstrahlung und/oder Konvektion der Rauchgase eine besondere Bedeutung zugemessen wird. Dem Brenner 5 ist im Verfahrensregime ein breiter Regelbereich zuzumessen. Der mitlesende Fachmann erkennt, dass auch alternativ zu der Anordnung des Brenners Wärme über Abhitzeprozesse, d. h auch ein konvektiver Wärmeübergang zugemessen werden kann. Wie 3 zeigt, umströmen die Rauchgase des Brenners die Erhitzerrohre 20, während die chemische Substanz diese durchfließt. Wenn die chemische Substanz temperiert aus dem Erhitzer 4 austritt, wird sie durch eine Absperrarmatur 6 daran gehindert, in den nachfolgenden Prozess 14 zu gelangen. Während des Anfahrprozesses strömt die vorerhitzte Substanz durch die Absperrarmatur 7 der Anfahranordnung 18 zu. Die Armatur 7 ist nur während des Anfahrprozesses geöffnet und während des Normalbetriebes geschlossen. Das Ausdehnungsgefäß 8 dient nur dem Anfahren der Erhitzeranlage und ist zu Beginn des Verfahrens vollständig mit einem inerten Gas gefüllt, das beim Einfüllen der chemischen Substanz in die Einrichtung zusammengedrängt und in seinem Druck erhöht wird. Wie bereits vorher einzeln dargestellt, ist der jetzt vorhandene Druck noch weit unterhalb des notwendigen kritischen Druckes. Durch zusätzliches Zuführen von Gas wird der erforderliche Druck oberhalb eines kritischen Druckes in der Einrichtung eingestellt. Während des Anfahrvorganges dehnt sich die chemische Substanz aus, wobei der Ausgleichsbehälter 8 das vergrößerte Volumen der chemischen Substanz aufnimmt. Der Druck des inerten Gaspolsters steigt in dem Ausdehnungsgefäß 8 und das installierte Austrittsventil 15 wird zu Druckregulierung entsprechend geöffnet. Der nachfolgende Kühler 9 für die chemische Substanz dient der Reduzierung der Temperatur der Substanz, die der Funktion der nachfolgenden Umwälzpumpe 10 angepasst ist. Die Kühlung der chemischen Substanz kann mittels unterschiedlicher Wärmeträger, z. B. Luft oder Wasser erfolgen. Die in der Anordnung für den Anfahrprozess 18 installierte Umwälzpumpe 10 muss absolut tropffrei und hermetisch abgeschlossen arbeiten. Zur Vermeidung von Havarieschäden sind entsprechende Absperrarmaturen 11 vorgesehen. Bei Erreichen der geforderten Temperatur werden die Absperrarmaturen 3, 6 im Hauptkreislauf geschlossen bzw. dosiert geöffnet. Dadurch ist die Anordnung für den Anfahrprozess vom Normalbetrieb abgeschlossen. Auf der Hauptleitung 17, 17' folgt nach der Absperrarmatur 6 ein Einspritzkühler 12, der bei durch Last schwankungen induzierte Temperaturabweichungen im Hauptmassestrom durch Einspritzen gleichartiger chemischer Substanzen für eine Abkühlung der vorhandenen Substanz auf die geforderte Austrittstemperatur Sorge trägt. Die einzuspritzende Substanz wird entsprechend der thermischen Belastbarkeit der Einspritzarmatur gewählt. Hinter dem Einspritzkühler 12 erfolgt die Einordnung von Sicherheitseinrichtungen und Stellarmaturen frei zu wählender Konstruktionsausführungen, um einem Überdruckabfall in der Einrichtung entgegenzuwirken. Die Absperrarmatur 13 in der Hauptleitung 17, 17' dient der sicheren Abtrennung des Erhitzerkreislaufs vom nachfolgenden Prozess am Übergang 14.

0

Einrichtung

1

Chemikalientank

2

Förderpumpe

3; 6; 13

Absperrarmatur für Hauptprozess

4

Erhitzer

5

Brenner

7; 11; 11';

Absperrarmatur für Anfahrkreislauf

8

Ausdehnungsgefäß

9

Luftkühler; f. Chemikalien

10

Umwälzpumpe

12

Einspritzkühler mit Regelarmatur

14

Übergang

15

Austrittsventil für Ausdehnungsgefäß

16; 16

Leitung

17; 17

Hauptleitung

18

Anordnung für Anfahrprozess

19

Feuerraum

20

Erhitzerrohre

21

Rauchgasstrom

Claims (21)

1. Verfahren zum gleitenden Temperieren eines Stoffstromes chemischer Substanzen mit definierten Ein- und Austragstemperaturen in einem Erhitzer, die in einem bestimmten definierten Druckbereich gehalten, durch den Erhitzer geführt werden und die gleitende Temperierung in einem Anfahrprozess in einer, zwischen der Zu- und Ableitung des Erhitzers zugeschalteten Anfahranordnung eingeleitet wird, in der durch mehrmaliges Durchströmen des Erhitzers sowie der Anordnung die gleitende Temperierung der chemischen Substanzen bei gesperrter Zu- und Ableitung vorgenommen wird, bis die definierte Temperatur und der vorbestimmte Druck erreicht sind und bei Einstellung der definierten Druck- und Temperaturverhältnisse der Anfahrprozess eingestellt sowie durch Sperrung der Anfahranordnung ein direkter Durchlauf durch den Erhitzer von der Zuleitung bis zur Ableitung vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass, die Anfahranordnung als Überbrückung zwischen der Zuleitung vor dem Erhitzer sowie der Ableitung hinter dem Erhitzer in die Einrichtung eingeordnet mit Funktionsaggregaten, wie einem Ausgleichsbehälter, einem Luftkühler und einer Umwälzpumpe, ausgerüstet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet dass, zum gleitenden Temperieren eines Stromes chemischer Substanzen mit definierten Ein- und Austragstemperaturen eine Einrichtung vorgesehen wird, die einen Erhitzer aufweist und die chemische Substanz in der Einrichtung in einen überkritischen Druckbereich gebracht, bis zum Austritt aus dem Erhitzer in einen definierten Temperaturbereich für die nachfolgenden Arbeitsschritte versetzt wird und die chemische Substanz über ein Passieren des Erhitzers mittels der Anfahranordnung in einen kreislaufförmigen Anfahrprozess bei steigender Temperatur und Füllmenge versetzt wird, die bei Einhaltung eines konstanten Druckes eingestellt und bis zum Verlassen des Erhitzers erhalten wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet dass, das gleitende Temperieren mit folgenden Verfahrensschritten durchgeführt wird: – Füllen des Erhitzers – Herstellen eines Gaspolsters in einem Ausgleichsbehälter der Anfahranordnung zur Erzielung des nötigen Prozessdruckes – Schließen der Ventile in der Zu- und Ableitung – Umwälzen zum Behandeln der chemischen Substanzen unter Zuschaltung der Anfahranordnung in einem stetigen Prozess und Starten und Weiterführen des Wärmeeintrages – Einspeisung der chemischen Substanz in den nachfolgenden Bearbeitungsbereich mit Ausschaltung des Anfahrprozesses – Einhalten eines kontinuierlichen Betriebes mittels einer Zuführung des Stoffstromes aus dem Chemikalientank über den Erhitzer in den nachfolgenden Arbeitsbereich
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet dass, der Erhitzer sowie die Anfahranordnung mit Gas befüllt wird, welches durch den eingefüllten Substanzstrom in das Ausdehnungsgefäß gelangt und dieses unter Druck setzt bis der Erhitzer und die Einrichtung vollständig befüllt sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet dass, mittels mehrfachem Umwälzen der chemischen Substanz, in der Einrichtung mit dem Erhitzer, unter Beibehaltung eines erforderlichen Füllstandes für die Einrichtung, die Betriebsbereitschaft hergestellt und die nach dem Chemikalientank angeordnete Speisepumpe abgestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet dass, über das Erzeugen eines Druckpolsters mit einem inerten Gas, der Druck der chemischen Substanz in den Bereich eines kritischen Druckes eingestellt und erhalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet dass, bei Aufrechterhaltung des kreisenden Strömen des Mediums über die der Einrichtung beigeordnete Anfahranordnung, der Brenner des Erhitzers gestartet, der Strom der Substanz temperiert und mittels eines stetigen Wäremeaustausches zwischen einem Kühler und der chemischen Substanz bis zum Erzielen eines Temperaturgleichgewichtes des Kühlers und der Erhitzerleistung eingestellt sowie über den Ausgleichsbehälter das vergrößerte Volumen aufgefangen, der zu definierende Druck durch Einstellen des Gaspolsters ausgeglichen und der Betriebszustand der Einrichtung eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet dass, bei Erreichen der erforderlichen Temperatur und des Druckes im Erhitzer die erhitzte chemische Substanz durch gezieltes Zufüllen von geringer temperierter chemischer Substanz verdrängt und dem Übergang aus dem Erhitzer zugeführt wird, wobei deren Austrittstemperatur mittels einer Einspritzkühlung in den Stoffstrom einer Feinregelung unterzogen sowie deren Temperaturüberstand in das normale Regime zurückgeführt und der kontinuierliche Förderstrom der Substanz für einen gleichförmigen Durchlauf mit Ausschaltung der Anfahranordnung eingestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet dass, im Volllastbetrieb die Austrittsmenge der Substanz in ein definiertes Verhältnis zum erforderlichen Betriebsdruck versetzt ist sowie durch Regelung des Wärmeeintrages die Temperatur und der Druck der Einrichtung konstant gehalten und bis zu Volllast geführt wird, wobei Temperaturschwankungen durch Zuführung niedrig temperierter chemischer Substanzen ausgeglichen werden.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet dass, als Eintrittstemperatur der chemischen Substanz in das System der Einrichtung 20°C vorgesehen werden.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet dass, als Austrittstemperatur der chemischen Substanz aus der Einrichtung 600°C vorgesehen werden.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 3, 11 und 12 dadurch gekennzeichnet dass, der Druckbereich in der Einrichtung mit überkritischen Parametern eingestellt ist.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet dass, der Betriebsdruck der Einrichtung einschließlich des Erhitzers auf 40 bar eingestellt wird.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 3 und 7 dadurch gekennzeichnet dass, das Einstellen des definierten Druckes in der Anfahranordnung der Einrichtung über ein Gaspolster im Ausdehnungsgefäß der Anfahranordnung mittels Einspeisung von inertem Gas vorgenommen wird.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet dass, der Anfahrprozess über die in Form einer Überbrückungsleitung zwischen den Zuführungs- und Abführungsleitungen angeordnete Anfahranordnung in einem zyklischen Kreislauf durch den Erhitzer erfolgt, welcher beendet wird, wenn die definierte Temperatur sowie der erforderliche Betriebsdruck der Einrichtung erreicht worden sind.
17. Einrichtung (0) zum gleitenden Temperieren chemischer Substanzen mit definierten Ein- und Austrittstemperaturen mittels eines Erhitzers (4), der mit einem Chemikalientank (1) über eine Leitung (16; 16') zum Zuführen und über eine Hauptleitung (17; 17') zum Abfuhren der Substanz in einen Nachfolgevorgang (14) verbunden ist und zwischen der Leitung (16) sowie der Hauptleitung (17; 17') eine Anfahranordnung (18) zum Anfahren der Einrichtung (0) vorgesehen ist, durch welche ein gleitendes Temperieren über ein kreisendes Umwälzen des Substanzstromes durch den Erhitzer (4) bei geschlossener Armatur (6) und Einströmen der chemischen Substanz über eine geöffnete Armatur (7) erfolgt, der ein Kühler (9) nachgeordnet ist, dem ein Absperrventil (11') folgt, das den fließenden Stoffstrom einer Pumpe (10) zuleitet, welche die chemische Substanz einer Armatur (11) zuführt, über die bei einer geöffneten Stellung der Substanzstrom in den Teil (16') der Leitung (16; 16') gelangt, wieder dem Erhitzer (4) zufließt in dem sie einer sich steigernden Temperatur ausgesetzt, der Hauptleitung (17; 17') wiederholt kreisend zuströmt und bei Einstellen der definierten Austrittstemperatur sowie dem eingestellten definierten Druck bei geöffneten Armaturen (6; 3) und geschlossenen Armaturen (7; 11) unter Ausschaltung der Anfahranordnung (18) über die Hauptleitung (17; 17') einem Übergang (14) zuströmt.
18. Einrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet dass, die Anfahranordnung (18) zum gleitenden Temperieren im Anfahrprozess zugeschaltet ist und über eine Eingangsarmatur (7) im Bereich der Hauptleitung (17) verfügt, die mit einem Ausdehnungsgefäß (8) verbunden ist, das mit einem Kühler (9) in eine Wirkverbindung gebracht die chemische Substanz zu einer Umwälzpumpe (10) leitet, welche den Stoffstrom über eine Armatur (11) in den mit dem Erhitzer (4) verbundenen Teil (16') der Rohrleitung (16; 16') leitet und der Kreislauf in der Anordnung (18) bis zum Erreichen der definierten Betriebsparameter der Einrichtung weitergeführt ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet dass, der Stoffstrom in die Anfahranordnung (18) durch die geöffnete Armatur (7) in das mit Inertgas gefüllte Ausdehnungsgefäß (8) strömt, in dem über ein Gaspolster der definierte Druck der chemischen Substanz kontinuierlich, stufenweise eingestellt ist und danach zu einem Luftkühler (9) gelangt, der in Tätigkeit gehalten ist, bis bei einem gestuft geringen Wärmeeintrag in der Einrichtung ein Beharrungs- und Gleichgewichtszustand eingetreten ist, wobei die Umwälzpumpe (10) die chemische Substanz über die geöffnete Armatur (11) in die Leitung (16') einspeist.
20. Einrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet dass, der Erhitzer (4) aus einem hermetisch geschlossenen, druckfesten Körper gebildet ist, in dessen Feuerraum (19) die Flamme eines Brenners (5) ragt, wobei die Wände des Feuerraums (19) mit axial und radial gerichteten, vielstufig angeordneten Erhitzerrohren (20) ausgefüllt sind, die miteinander verbunden von der chemischen Substanz durchflossen und mit einem mehrfach seine Richtung wechselnden Rauchgasstrom (21) erhitzt werden, wobei in den radial außen gelegenen Erhitzerrohren (20) die jeweils höchste Temperaturstufe erreicht ist.
21. Einrichtung nach den Ansprüchen 17 und 20 dadurch gekennzeichnet dass, eine definierte Temperatur im Erhitzer (4) durch das Eingeben von Abhitze aus einem vorgeschalteten Prozess_eingestellt ist.