-
Die Erfindung betrifft eine Kolonne zum Stoff- und/oder Energieaustausch zwischen zumindest einer gasförmigen und einer flüssigen Phase.
-
Solche Kolonnen sind aus einer Vielzahl an verfahrenstechnischen Anwendungen bekannt und weisen einen entlang einer vertikal angeordneten Längsachse erstreckten meist zylinderförmigen Behälter mit einem Mantel und stirnseitig den Mantel abschließenden Böden auf, wobei der Mantel einen Mantelraum zur Aufnahme der gasförmigen und der flüssigen Phase oder eines Gas-Flüssigkeitsgemisches umgibt.
-
Bei vielen Anwendungen strömt die gasförmige Phase im Mantelraum entlang der Längsachse vom Sumpf in den Kopf der Kolonne und die flüssige Phase regnet in dem Mantelraum im Gegenstrom zur gasförmigen Phase vom Kopf zum Sumpf des Behälters ab, wo die flüssige Phase sich sammeln kann. Dabei kann in einem sogenannten aktiven Abschnitt der Kolonne ein Stoff- und/oder Wärmeaustausch zwischen der gasförmigen und der flüssigen Phase stattfinden. Teilweise ist dieser Stoff- und/oder Energieaustausch durch im aktiven Abschnitt angeordnete Stoffaustauschelemente, wie z.B. Kolonnenböden, Packungen oder Schüttungen begünstigt.
-
Viele Kolonnen weisen weiterhin im Sumpfbereich einen sogenannten Reboiler (auch als Aufkocher bezeichnet), z.B. einen Wärmeübertrager, auf, der die flüssige Phase aus dem Sumpf der Kolonne erhitzt und zumindest teilweise verdampft, so dass das resultierende Gas-Flüssigkeitsgemisch unterhalb des aktiven Kolonnenabschnitts wieder in den Mantelraum eingeleitet werden kann. Von dort aus steigt die gasförmige Phase in den aktiven Abschnitt auf. Zusätzlich weisen Kolonnen oft in ihrem Kopfbereich einen Kondensator auf, der dazu ausgebildet ist, die gasförmige Phase zu kondensieren und in flüssiger Form wieder in den Mantelraum einzuspeisen. Der Reboiler kann dabei aufgrund des Thermosiphon-Effekts durch das aufsteigende heiße Gas-Flüssigkeitsgemisch als Pumpe wirken, welche die flüssige Phase innerhalb des Sumpfes der Kolonne umwälzt. Durch die Wirkung des Reboilers und gegebenenfalls des Kondensators entsteht so ein kontinuierlicher Strom der flüssigen und gasförmigen Phase durch die Kolonne, wobei ein Stofftransport unter Direktkontakt zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase erfolgt, und es kann sich ein Temperaturgradient in dem Mantelraum ausbilden. Dies wird z.B. bei Rektifikationsverfahren genutzt, um auf verschiedenen Ebenen der Kolonne Fraktionen eines bestimmten Siedepunkts abzuziehen.
-
Beim Betrieb von Kolonnen mit Reboilern nach dem Stand der Technik ergibt sich das Problem, dass sich der Kolonnensumpf während des Anfahrens der Kolonne (in einer sogenannten Anlaufphase), also zu Beginn des Stoff- und/oder Wärmeaustauschprozesses, nur langsam mit der flüssigen Phase füllt, so dass der Reboiler zunächst nur mit geringen Mengen der flüssigen Phase gespeist wird (geringe statische Höhe als „Vordruck“) wodurch die Flussrate der flüssigen Phase in den Reboiler gering ist. Dies führt dazu, dass der Reboiler in der Anfangsphase nur mit geringer Effektivität arbeitet und nur eine geringe Pumpwirkung auf die flüssige Phase ausübt. Die hieraus resultierende Verlängerung der Anlaufphase verursacht hohe Kosten der mit den Kolonnen durchgeführten verfahrenstechnischen Anwendungen.
-
Infolgedessen ergibt sich die Aufgabe, eine Kolonne und ein entsprechendes Verfahren zum Stoff- und/oder Energieaustausch zur Verfügung zu stellen, die bzw. das im Hinblick auf die genannten Nachteile des Standes der Technik verbessert ist.
-
Diese Aufgabe wird durch die Kolonne gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 1 und das Verfahren gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben. Die Unteransprüche 6 bis 7 beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Kolonne zum Stoff- und/oder Energieaustausch zwischen einer gasförmigen Phase und einer flüssigen Phase mit einem entlang einer Längsachse erstreckten Behälter, der dazu ausgebildet ist, eine gasförmige Phase und eine flüssige Phase aufzunehmen, wobei der Behälter einen Mantel aufweist, der einen Mantelraum umgibt, wobei der untere Abschnitt des Mantelraums einen Sumpf zur Aufnahme der flüssigen Phase bildet, und wobei der Sumpf einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum aufweist, und wobei die Kolonne einen mittels einer Zuleitung mit dem zweiten Teilraum verbundenen Reboiler (auch als Aufkocher bezeichnet) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine aus dem Sumpf der Kolonne abgezogene flüssige Phase zu erhitzen bzw. zumindest teilweise zu verdampfen und in Form eines Flüssigkeits-Gas-Gemisches über einen Einlass der Kolonne in den Sumpf zurückzuführen. Dabei ist beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Kolonne die Längsachse vertikal angeordnet. Der Reboiler kann nach dem Thermosiphon-Prinzip funktionieren oder eine zusätzliche Pumpe zum Transportieren der flüssigen Phase aufweisen.
-
Gemäß einer ersten Alternative der erfindungsgemäßen Kolonne ist der zweite Teilraum in Bezug auf den ersten Teilraum so angeordnet, dass sich die in dem Mantelraum bereitgestellte flüssige Phase beim Anfahren der Kolonne zunächst nur in dem zweiten, kleineren Teilraum sammeln und somit schneller ansteigen und über die Zuleitung in den Reboiler strömen kann, und die flüssige Phase sich nach dem Anfahren der Kolonne auch in dem ersten Teilraum sammeln und von dem ersten Teilraum über den zweiten Teilraum und die Zuleitung in den Reboiler strömen kann.
-
Gemäß einer zweiten Alternative der erfindungsgemäßen Kolonne ist der erste Teilraum durch eine entlang der Längsachse erstreckte Trennwand von dem zweiten Teilraum getrennt, wobei der erste Teilraum über eine mittels eines Ventils verschließbare Ausgleichsleitung mit dem zweiten Teilraum strömungstechnisch verbunden ist, so dass die flüssige Phase beim Anfahren der Kolonne bei geschlossenem Ventil lediglich über den zweiten Teilraum und die Zuleitung in den Reboiler strömen kann, und die flüssige Phase nach dem Anfahren der Kolonne bei geöffnetem Ventil auch aus dem ersten Teilraum über die Zuleitung in den Reboiler strömen kann und sich der Flüssigkeitspegel zwischen dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum ausgleichen kann.
-
Mit dem Anfahren der Kolonne ist dabei diejenige Phase eines mittels der Kolonne durchgeführten Stoff- und/oder Energieaustauschprozesses, bei dem der Reboiler auf Grund eines noch niedrigen Standes im Sumpf noch nicht seine volle Leistung erreicht hat. Diese Phase wird in der vorliegenden Beschreibung auch als Anlaufphase bezeichnet. Nach dem Anfahren der Kolonne, also sobald der Reboiler seine volle Leistung erreicht hat, schließt sich eine sogenannte Normalbetriebsphase an die Anlaufphase an, in der welcher der Stoff- und/oder Energieaustausch hauptsächlich stattfindet.
-
Durch die unterschiedlichen Querschnittsflächen des ersten und zweiten Teilraums ergibt sich der Vorteil, dass die Flüssigkeitssäule der flüssigen Phase im zweiten Teilraum beim Anfahren der Kolonne wesentlich schneller ansteigt als in dem ersten Teilraum bzw. in dem gesamten Mantelraum. Da der zweite Teilraum über die Zuleitung mit dem Reboiler verbunden ist, kann der Reboiler wesentlich schneller anlaufen als bei Kolonnen nach dem Stand der Technik, bei der sich die flüssige Phase im gesamten Sumpf sammelt, und die Anlaufphase verkürzt sich unter Einsparung von Kosten.
-
Nach dem Anfahren der Kolonne, das heißt sobald der Reboiler seine volle Leistung erreicht hat, ist es dagegen vorteilhaft, wenn der Mantelraum, in dem die flüssige Phase steht, einen relativ großen Querschnitt aufweist, da auf diese Weise größere Flüssigkeitsmengen der flüssigen Phase (z.B. Produkte des Stoff- und/oder Energieaustauschprozesses wie Rektifikationsfraktionen) abgezogen werden können bzw. gespeichert werden können (meistens wird im Sumpf eine gewisse Verweilzeit gefordert), ohne dass sich der Flüssigkeitsstand wesentlich verändert. Außerdem muss der Sumpf auch im Falle eines Kolonnenshutdowns (also einer Abschaltung des Betriebs der Kolonne) die in den Kolonnenböden vorhandene dann herunterlaufende Flüssigkeit komplett aufnehmen können. Hierbei ist ein großer Durchmesser vorteilhaft, da dann nur eine geringe Höhe nötig ist. Dies lässt sich vorteilhafterweise mit der vorliegenden Erfindung ermöglichen, indem nach dem Anfahren der Kolonne der erste Teilraum mit dem zweiten Teilraum verbunden wird, so dass nach dem Anfahren der Kolonne der gesamte Mantelraum mit relativ großer Querschnittsfläche zum Aufnehmen der flüssigen Phase genutzt werden kann.
-
Die erste Alternative der Erfindung hat den zusätzlichen Vorteil, dass sich die flüssige Phase zunächst beim Anfahren der Kolonne in dem zweiten Teilraum sammeln kann und anschließend automatisch, ohne zusätzliche Ausgleichsleitungen oder Ventile, in den ersten Teilraum überläuft, wenn der zweite Teilraum mit der flüssigen Phase gefüllt ist. Bei einer entsprechenden Auslegung des Volumens des zweiten Teilraums unter Berücksichtigung der Pumpleistung des Reboilers, kann ein solches Überlaufen zu einem Zeitpunkt des Prozesses erfolgen, bei dem der Reboiler seine volle Pumpleistung entwickelt hat, so dass die Anlaufphase abgeschlossen ist und die Normalbetriebsphase der Kolonne beginnt.
-
Die zweite Alternative hat den zusätzlichen Vorteil, dass der erste Teilraum kontrolliert mit dem zweiten Teilraum verbunden werden kann, sobald der Reboiler eine ausreichende Leistung aufweist, also nach dem Anfahren der Kolonne.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Teilraum entlang der Längsachse unter dem ersten Teilraum angeordnet, so dass sich die in dem Mantelraum bereitgestellte flüssige Phase beim Anfahren der Kolonne zunächst nur in dem zweiten, insbesondere kleineren, Teilraum sammeln und somit schneller ansteigen und über die Zuleitung in den Reboiler strömen kann, und die flüssige Phase sich nach dem Anfahren der Kolonne auch in dem ersten Teilraum sammeln und von dem ersten Teilraum über den zweiten Teilraum und die Zuleitung in den Reboiler strömen kann. Hierbei ist also der zweite Teilraum nach oben hin offen zu dem ersten Teilraum. Das Flüssigkeitslevel befindet sich dabei nach dem Anfahren der Kolonne insbesondere in dem Bereich, wo die beiden Räume nicht mehr getrennt sind.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der erste Teilraum quer zu der Längsachse eine größere Querschnittsfläche auf als der zweite Teilraum, so dass ein in dem zweiten Teilraum befindliches Flüssigkeitsvolumen eine höhere Flüssigkeitssäule bildet als dasselbe Flüssigkeitsvolumen in dem ersten Teilraum.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Kolonne einen Boden auf, der sich nach unten hin an den Mantel anschließt, wobei der Boden eine Mulde ausbildet, die den zweiten Teilraum bildet, so dass der zweite Teilraum unterhalb des ersten Teilraums angeordnet ist. Hierbei ist mit dem Begriff ,Mulde' nicht die üblicherweise konkav geformte Innenfläche des Kolonnenbodens gemeint, sondern eine zusätzliche Vertiefung des Kolonnenbodens, die z.B. durch eine Stufe von dem übrigen Kolonnenboden abgesetzt sein kann.
-
Diese Ausführungsform ist besonders einfach und kostengünstig realisierbar, da keine weiteren Komponenten wie z.B. Ausgleichsleitungen und Ventile benötigt werden, wenn der ohnehin vorhandene Kolonnenboden zum Ausbilden des zweiten Teilraums verwendet wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verläuft die Trennwand ringförmig, so dass der zweite Teilraum rohrförmig innerhalb des ersten Teilraumes angeordnet ist. Das heißt, die Trennwand verläuft in Umfangsrichtung des Mantels, und ist insbesondere konzentrisch in Bezug auf den Mantel angeordnet.
-
Mit einer solchen rohrförmigen Anordnung lässt sich auf konstruktiv relativ einfache Weise eine geringe Querschnittsfläche des zweiten Teilraums ermöglichen. Zudem kann das entsprechende Rohr, das den zweiten Teilraum bildet, innerhalb des Mantelraumes zentral angeordnet werden, was insbesondere vorteilhaft bezüglich des Sammelns der flüssigen Phase aus dem über dem Rohr liegenden aktiven Abschnitt der Kolonne und/oderbezüglich einer zentralen Anordnung der Zuleitung zum Reboiler sein kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in dem Mantelraum ein quer zu der Längsachse, insbesondere umlaufend, zwischen dem Mantel und der Trennwand erstrecktes Trennblech angeordnet, das den Mantelraum in einen oberen Bereich und einen von dem oberen Bereich strömungstechnisch getrennten unteren Bereich aufteilt, wobei der untere Bereich über mindestens eine Öffnung (z.B. auch als ,drain notch' bezeichnet) mit dem zweiten Teilraum strömungstechnisch verbunden ist. Das heißt, der Raum, der durch den zweiten Teilraum und den mit dem zweiten Teilraum verbundenen unteren Bereich gebildet wird, erweitert sich im unteren Bereich auf den Querschnitt des gesamten Mantelraumes.
-
Dies hat den Vorteil, dass zum einen die Leitung mit dem Ventil am Tiefpunkt des ersten Teilraums angeordnet werden kann und zum anderen, dass auf Grund der Verbindung des kleinen Bereiches unterhalb des Trennbleches mit dem zweiten Teilbereich durch die Öffnung dieser Bereich nicht drucktragend ausgelegt werden muss.
-
Der obere Bereich ist beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Kolonne entlang der Längsachse über dem unteren Bereich angeordnet.
-
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stoff- und/oder Energieaustausch zwischen einer gasförmigen Phase und einer flüssigen Phase mittels einer Kolonne nach dem ersten Aspekt, wobei die flüssige Phase während einer Anlaufphase beim Anfahren der Kolonne aus dem zweiten Teilraum über die Zuleitung abgezogen wird und in den Reboiler geleitet wird, wobei die flüssige Phase in dem Reboiler erhitzt wird und als Flüssigkeits-Gas-Gemisch über den Einlass in den Sumpf zurückgeführt wird, und wobei die flüssige Phase in einer sich an die Anlaufphase anschließenden Normalbetriebsphase des Verfahrens, also nach dem Anfahren der Kolonne, aus dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum über die Zuleitung abgezogen wird und in den Reboiler geleitet wird, wobei die flüssige Phase in dem Reboiler erhitzt bzw. zumindest teilweise verdampft wird und als Flüssigkeits-Gas-Gemisch über den Einlass in den Sumpf zurückgeführt wird.
-
Insbesondere steigt bei dem Verfahren weiterhin zumindest nach dem Anfahren der Kolonne die gasförmige Phase in dem aktiven Abschnitt des Mantelraumes auf, wobei die flüssige Phase in dem aktiven Abschnitt des Mantelraums abregnet und zwischen der flüssigen Phase und der gasförmigen Phase Stoffe und/oder Energie, insbesondere Wärme, ausgetauscht wird bzw. werden.
-
Insbesondere wird zusätzlich flüssige Phase aus einem Kondensator in den Kopf der Kolonne eingeleitet, wobei die flüssige Phase in dem Mantelraum abregnet und mit der gasförmigen Phase Stoffe und/oder Energie, insbesondere Wärme austauscht.
-
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die flüssige Phase beim Anfahren der Kolonne nur in dem zweiten Teilraum gesammelt, wobei die flüssige Phase nach dem Anfahren der Kolonne zumindest in dem ersten Teilraum, insbesondere in dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum, gesammelt wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der erste Teilraum beim Anfahren der Kolonne strömungstechnisch von dem zweiten Teilraum getrennt, so dass in dem zweiten Teilraum ein höherer Flüssigkeitspegel steht als in dem ersten Teilraum, wobei der erste Teilraum nach dem Anfahren der Kolonne strömungstechnisch mit dem zweiten Teilraum verbunden wird, so dass sich der Flüssigkeitspegel zwischen dem ersten Teilraum und dem zweiten Teilraum nach dem Anfahren der Kolonne ausgleicht.
-
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Kolonne mit rohrförmig in dem ersten Teilraum angeordneten zweiten Teilraum;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Kolonne mit einer Trennwand, welche den ersten Teilraum von dem zweiten Teilraum trennt;
- 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Kolonne mit einer Mulde im Kolonnenboden, welche den zweiten Teilraum ausbildet.
-
Die 1 zeigt den Sumpfbereich einer erfindungsgemäßen Kolonne mit einem insbesondere zylindrischen Behälter 10, der entlang einer Längsachse L angeordnet ist, die beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Kolonne vertikal ausgerichtet ist. Der Behälter 10 weist einen Mantel 12 auf, der einen Mantelraum 13 umgibt. An einem Sumpf 11, das heißt einem unteren Bereich der Kolonne, schließt sich an den Mantel 12 ein Boden 27 an, welcher den Mantelraum 13 stirnseitig begrenzt.
-
Weiterhin ist in der 1 eine rohrförmige Trennwand 20 abgebildet, die den Mantelraum 13 im Bereich des Sumpfes 11 in einen außerhalb der Trennwand 20 liegenden ersten Teilraum 14 und einen innerhalb der Trennwand 20 liegenden zweiten Teilraum 15 aufteilt. Die Querschnittsfläche des zweiten Teilraumes 15 ist dabei kleiner als die Querschnittsfläche des ersten Teilraumes 14, so dass sich bei gleichem Flüssigkeitsvolumen in dem zweiten Teilraum 15 eine höhere Flüssigkeitssäule ausbildet als in dem ersten Teilraum 14. Der zweite Teilraum 15 weist in der gezeigten Ausführungsform insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei die rohrförmige Trennwand 20 insbesondere konzentrisch in Bezug zum Mantel 12 angeordnet ist.
-
Außerdem ist ein in dem Mantelraum 13 umlaufendes Trennblech 21 abgebildet, das bezüglich der Längsachse L in radialer Richtung zwischen der Trennwand 20 und dem Mantel 12 verläuft. Das Trennblech 21 teilt den ersten Teilraum 14 in einen oberen Bereich 22 und einen unteren Bereich 23 auf, wobei der obere Bereich 22 entlang der Längsachse L über dem unteren Bereich 23 angeordnet ist.
-
Der untere Bereich 23 ist über mindestens eine Öffnung 24 in der Trennwand 20 mit dem zweiten Teilraum 15 verbunden, so dass Flüssigkeit von dem zweiten Teilraum 15 in den unteren Bereich 23 fließen kann.
-
Der zweite Teilraum 15 innerhalb der Trennwand 20 ist über eine Zuleitung 26 mit einem Reboiler 18 zum Erhitzen einer flüssigen Phase F strömungstechnisch verbunden. Der Reboiler 18 ist außerdem über eine weitere Leitung mit einem mit dem Mantelraum 13 verbundenen Einlass 19 strömungstechnisch verbunden, so dass ein in dem Reboiler 18 durch Erhitzen der flüssigen Phase F gebildetes Gas-Flüssigkeitsgemisch über den Einlass 19 in den Mantelraum 13 eingespeist werden kann.
-
Der erste Teilraum 14 ist weiterhin über eine Ausgleichsleitung 16 mit dem zweiten Teilraum 15 verbunden, wobei die Ausgleichsleitung 16 mittels eines Ventils 17, z.B. eines Absperrventils, verschließbar ist, so dass sich der Flüssigkeitsstand der flüssigen Phase F in dem geöffneten Zustand des Ventils 17 zwischen dem ersten Teilraum 14 und dem zweiten Teilraum 15 ausgleichen kann.
-
Die Kolonne weist ferner einen in 1 nicht dargestellten aktiven Abschnitt zum Stoff- und oder Energieaustausch zwischen der im Mantelraum 13 aufsteigenden gasförmigen Phase G und der im Mantelraum abregnenden flüssigen Phase F auf, der sich entlang der Längsachse L nach oben hin an den dargestellten Sumpfabschnitt anschließt. An den aktiven Abschnitt schließt sich weiterhin nach oben hin ein Kopfabschnitt der Kolonne an, der insbesondere einen Kondensator zum Kühlen und zumindest teilweisen Kondensieren der gasförmigen Phase G aufweist, wobei der Kondensator mit einem weiteren Einlass zum Einspeisen der durch die Kondensation erzeugten flüssigen Phase F im Kopfbereich verbunden ist.
-
In der 2 ist ein Sumpfbereich einer weiteren Ausführungsform der Kolonne gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Behälter 10 der in 2 gezeigten Kolonne ist analog zu dem in 1 dargestellten Behälter 10 ausgestaltet, weist aber in seinem Mantelinnenraum 13 eine Trennwand 20 auf, die nicht ringförmig verläuft, sondern den Mantelinnenraum 13 in radialer Richtung in einen ersten Teilraum 14 und einen zweiten Teilraum 15 aufteilt. Bei der Trennwand 20 kann es sich z.B. um ein Blech handeln, das in radialer Richtung gerade verläuft, wobei die in radialer Richtung gegenüberliegenden Enden des Bleches an der Innenfläche des Mantels 12 anliegen. Dadurch dass die Trennwand nicht die Mittelachse des Behälters 10 schneidet, sondern seitlich von der Mittelachse angeordnet ist, resultiert eine kleinere Querschnittsfläche des zweiten Teilraumes 15 verglichen mit der Querschnittsfläche des ersten Teilraumes 14.
-
Analog zu der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, weist die Kolonne eine Ausgleichsleitung 16 auf, die den ersten Teilraum 14 mit dem zweiten Teilraum 15 verbindet. Die Verbindung der Ausgleichsleitung 16 mit dem ersten Teilraum ist mittels eines Ventils 17 verschließbar und die Ausgleichsleitung 16 mündet in eine Zuleitung 26, die mit dem Reboiler 18 verbunden ist, so dass die flüssige Phase F bei geschlossenem Ventil 17 aus dem zweiten Teilraum 15 in den Reboiler 18 strömen kann und bei offenem Ventil 17 aus dem ersten Teilraum 14 und dem zweiten Teilraum 15 in den Reboiler 18 strömen kann.
-
In einer Anlaufphase des Stoff- und/oder Energieaustauschverfahrens beim Anfahren der Kolonne wird in den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen das Ventil 17 geschlossen, so dass keine flüssige Phase F über die Ausgleichsleitung 16 zwischen dem ersten Teilraum 14 und dem zweiten Teilraum 15 ausgetauscht werden kann. In dem Mantelraum 13 wird zu Beginn des Verfahrens flüssige Phase F zur Verfügung gestellt, entweder durch direktes Einspeisen der flüssigen Phase F in den Mantelraum 13 oder durch Einspeisen einer gasförmigen Phase G oder eines Gas-Flüssigkeits-Gemisches, wobei die gasförmige Phase G oder der gasförmige Anteil des Gemisches unter Bildung der flüssigen Phase F kondensiert.
-
Die bereitgestellte flüssige Phase F sammelt sich im Sumpf 11 des Mantelraumes 13, nämlich je nach Ort der Einspeisung und Ausführung des aktiven Abschnitts in dem zweiten Teilraum 15 (und gegebenenfalls in dem verbundenen unteren Bereich 23) und/oder in dem ersten Teilraum 14. In dem zweiten Teilraum 15 bildet sich somit eine Flüssigkeitssäule der flüssigen Phase F aus, die aufgrund der kleineren Querschnittsfläche des zweiten Teilraumes 15 verglichen mit der Querschnittsfläche des ersten Teilraumes 14 relativ schnell ansteigt. Die flüssige Phase F fließt über die Zuleitung 26 (in der in 2 dargestellten Ausführungsform über die Ausgleichsleitung 16 und die Zuleitung 26) in den Reboiler 18 und wird dort erhitzt, so dass die flüssige Phase F zumindest teilweise verdampft.
-
Insbesondere durch die Thermosiphonfunktion des Reboilers 18 entsteht ein Stoffstrom der flüssigen Phase F innerhalb des Mantelraums 13. Durch die hohe Flüssigkeitssäule in dem zweiten Teilraum 15 erreicht dabei der Reboiler 18 wesentlich schneller seine Pumpleistung als bei vergleichbaren Kolonnen des Standes der Technik. Wie in den 1 und 2 gezeigt, liegt dabei der Flüssigkeitsstand A beim Anfahren der Kolonne insbesondere unter dem oberen Ende der rohrförmigen Trennwand 20, so dass die flüssige Phase F nicht über das besagte obere Ende hinweg in den ersten Teilraum 14 fließen kann.
-
Wenn der Reboiler 18 angelaufen ist, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Ventil 17 geöffnet, so dass sich der Flüssigkeitsstand zwischen dem ersten Teilraum 14 und dem zweiten Teilraum 15 ausgleichen kann und die flüssige Phase F während der folgenden Normalbetriebsphase, also nach dem Anfahren der Kolonne, in dem gesamten Mantelraum 13 des Sumpfes 11, z.B. bei einem Flüssigkeitsstand N, steht. Dies ist vorteilhaft, da sich somit der gesamte Flüssigkeitsstand nur geringfügig ändert, wenn ein Teil der flüssigen Phase F aus dem Mantelraum 13 abgezogen wird.
-
Die 3 zeigt den Sumpfbereich einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne, bei der der Boden 27 der Kolonne eine Mulde 25 mit einer geringeren Querschnittsfläche als der restliche Mantelraum 13 aufweist. Die Mulde 25 bildet hierbei den zweiten Teilraum 15, während der darüber liegende Abschnitt des Mantelraums 13 den ersten Teilraum 14 bildet. Der Anschluss der Zuleitung 26 zum Reboiler 18 ist an dem Bereich des Bodens 27 angeordnet, der die Mulde 25 bildet, wodurch der zweite Teilraum 15 mit dem Reboiler 18 verbunden ist.
-
Beim Anfahren der Kolonne sammelt sich die flüssige Phase F bei der in 3 gezeigten Ausführungsform nur in dem zweiten Teilraum 15, da dieser bezüglich der Längsachse L unter dem ersten Teilraum 14 angeordnet ist. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass das gesamte Volumen der flüssigen Phase F beim Anfahren der Kolonne zur Speisung des Reboilers 18 genutzt werden kann. Das Volumen des zweiten Teilraumes 25 ist in dieser Ausführungsform so bemessen, dass nach einem Anlaufen des Reboilers 18, sobald ein höherer Flüssigkeitsdurchsatz erreicht ist, der zweite Teilraum 15 in den ersten Teilraum 14 überläuft und sich somit die Flüssigkeitssäule der flüssigen Phase F auch im ersten Teilraum 14 ausbildet. Dies ist vorteilhaft, da der Flüssigkeitsstand dann bei einem Abziehen eines Teils der flüssigen Phase F nach dem Anfahren der Kolonne nur eine geringe Änderung erfährt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Behälter
- 11
- Sumpf
- 12
- Mantel
- 13
- Mantelraum
- 14
- Erster Teilraum
- 15
- Zweiter Teilraum
- 16
- Ausgleichsleitung
- 17
- Ventil
- 18
- Reboiler
- 19
- Einlass
- 20
- Trennwand
- 21
- Trennblech
- 22
- Oberer Abschnitt
- 23
- Unterer Abschnitt
- 24
- Öffnung
- 25
- Mulde
- 26
- Zuleitung
- 27
- Boden
- F
- Flüssige Phase
- G
- Gasförmige Phase
- L
- Längsachse
- A
- Flüssigkeitsstand beim Anfahren der Kolonne
- N
- Flüssigkeitsstand nach dem Anfahren der Kolonne
