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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Behandlung von einer kohlenstoffhaltigen Aufschlämmung im Allgemeinen, insbesondere einer solchen, die durch einen vorgeschalteten Aluminiumherstellungsprozess produziert wurde, welche(s) die folgenden Schritte umfasst: Einspeisung eines sauerstoffenthaltenden Gases in der Aufschlämmung bei Temperaturen von 150 bis 350 °C und Drücken über den zugehörigen Siedepunkten, woraus eine Dampf-/Gas-Mischung resultiert, welche hauptsächlich Wasser, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff umfasst, Bestimmung der Volumenfraktion des Wasserdampfes in besagter Dampf-/Gas-Mischung und Stoppen der Einbringung des sauerstoffenthaltenen Gases, bevorzugt Sauerstoff angereichertem Gas oder reinem Sauerstoff in dem Fall, in dem die Volumenfraktion des Wasserdampfes unter 0,84 in besagter Dampf-/Gas-Mischung ist.
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In einem Prozess zur Behandlung von einer kohlenstoffhaltigen Aufschlämmung werden kohlenstoffhaltige Moleküle ohne Flamme verbrannt (z. B. oxidiert) bei angehobenen Temperaturen und Drücken durch ein Oxidationsmittel, z. B. Sauerstoff, wie er in Luft enthalten ist oder als purer Sauerstoff, ohne Flamme verbrannt (z. B. oxidiert), wobei dieser Prozess üblicherweise als nasse Oxidation bezeichnet und in der
US 2,665,249 beschrieben ist. Es wird davon ausgegangen, dass der Sauerstoff nicht länger in der Gasphase ist, wenn er als Oxidationsmittel agiert. Er wird zuerst in der Flüssigkeit gelöst und oxidiert dort. Typischerweise wird der Sauerstoff unterstöchiometrisch und unter der Löslichkeitsgrenze zugegeben. Das Ziel ist es, einen Überschuss an O
2 in dem Abgas zu vermeiden, welcher sonst nachoxidiert werden müsste. Verglichen zu anderen Prozessen für die Limitierung des Gehalts an kohlenstoffhaltigen Materialien ist nasse Oxidation ein verhältnismäßiger energie- und kosteneffizienter Prozess zur Produktion einer grundsätzlich reinen flüssigen Phase. Das moderne Verständnis von der nassen Oxidationsprozesschemie ist, dass radikaler Sauerstoff eine radikalische Reaktion durch Reaktion mit Wasser und/oder kohlenstoffhaltigen Molekülen startet.
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Ein übliches Problem von nasser Oxidation ist die zunehmende Generierung von Wasserstoff als ein Nebenprodukt über die Rekombination eines Wasserstoffatoms und Wassermolekülen, wodurch elementarer Wasserstoff und OH-Radikale geformt werden. Auch in den produzierten geringen Mengen an Wasserstoff kann dadurch eine explosive Mischung mit dem Sauerstoff, der in der Gasphase eventuell noch vorhanden ist, geformt werden, wobei die Mischung bei den erhöhten Temperaturen und Drücken, welche für den nassen Oxidationsprozess benötigt werden, leicht gezündet werden kann. Um dieses Problem zu lösen hat Arnswald („Removal of organic carbon from Bayer liquor by wet oxidation in tube digesters", Light Metals 1991, Seiten 23 bis 27) vorgeschlagen, den Sauerstoffgehalt der in der Gasphase im nassen Oxidationsprozess produziert wird, zu messen. Da eine Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff bei den typischen Prozesstemperaturen oberhalb von 300 °C explosiv ist, wenn der Oxidationsgehalt zwischen 3 und 97 Vol.-% liegt, hat Arnswald vorgeschlagen, den nassen Oxidationsprozess für Fälle herunterzufahren, bei denen der Oxidationsgehalt 3 Vol.-% überschreitet.
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Auf der anderen Seite ist eine Gasmischung, welche die Spezies Wasserdampf, Wasserstoff und Sauerstoff erkennt, nicht explosiv, solange der Wasserdampfgehalt in einer Mischung von Wasserdampf, Wasserstoff und Sauerstoff eine Volumenfraktion von 0,84 überschreitet. Der Wassergehalt in einem Gasstrom ist bei hohen Temperaturen und Drücken, wie sie im nassen Oxidationsprozess vorliegen, schwierig zu bestimmen, weshalb bei Arnswald der Sauerstoffgehalt als Referenz verwendet wird.
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Wird der Sauerstoffgehalt als Referenz für eine explosive Mischung verwendet, ist eine Totzeit zwischen der Entnahme des zu analysierenden Gases und der Detektion einer explosiven Wasserstoff-Sauerstoff-Mischung von etwa 90 sek anzunehmen, weil die Wasserdampf-/Gas-Mischung entnommen und aufbereitet werden muss, bevor der Sauerstoffgehalt bei nachgeschalteten Analysemethoden in dem Prozess analysiert wird.
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Verschiedene Anstrengungen wurden unternommen, um die Detektionszeit für die besagte Anordnung, welche den Sauerstoffgehalt als Referenz nutzt, zu reduzieren. Einer der größten Vorteile ist, dass Sauerstoffdetektoren einfach erhältlich sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Totzeit in der Detektion einer explosiven Sauerstoff-/Wasserstoff-Mischung in einem nassen Oxidationsprozess zu reduzieren, sowie die Investitionskosten und das benötigte Instandhaltungsequipment zu reduzieren und die Verlässlichkeit der Prozedur zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
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Insbesondere stellt die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von einer kohlenstoffhaltigen Aufschlämmung, die z. B. durch einen vorgeschalteten Aluminiumproduktionsprozess hergestellt ist, dar. Durch die Einspeisung eines sauerstoffenthaltenden Gases, bevorzugt eines sauerstoffangereicherten Gases mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 20 Vol.-% in besagter Aufschlämmung bei Temperaturen von 150 bis 350 °C, bevorzugt 150 bis 300 °C und einem Druck über den jeweiligen Siedepunkten wird eine Dampf-/Gas-Mischung erhalten, welche wenigstens Wasser und Wasserstoff enthält. Dies kommt aus der Zersetzung der kohlenstoffhaltigen Moleküle, woraus die Bindung von Wasser und Wasserstoff als Nebenreaktion resultiert.
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Sauerstoff ist möglicherweise an allen Stellen des beschriebenen Prozesses vorhanden, da er in signifikanten Mengen eingespeist wird. Während der Stand der Technik Sauerstoffsensoren für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in der Dampf-/Gas-Mischung nutzt, schlägt die vorliegende Erfindung die Bestimmung des Volumengehalts an Wasser in besagter Dampf-/Gas-Mischung vor. In Fällen, in denen die Volumenfraktion von Wasser unterhalb von 0,84, bevorzugt 0,9 liegt, wird die Einbringung von sauerstoffenthaltendem Gas sofort gestoppt, wodurch die weitere Bindung einer explosiven Sauerstoff-/Wasserstoffmischung verhindert wird. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird die molare Fraktion des Wassers in der Dampf-/Gas-Mischung wie folgt bestimmt:
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Der Druck der Mischung aus Wasserdampf und Nicht-Kondensierbaren (NC) wie Wasserstoff und Sauerstoff wird an irgendeinem Punkt in dem Prozess gemessen und repräsentiert den absoluten Druck dieser Mischung, welcher als Summe der Partialdrücke von Wasserdampf und Nicht-Kondensierbaren zu verstehen ist.
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Die Messung des absoluten Druckes und der Temperatur an einem bestimmten Prozesspunkt erlaubt die Bestimmung des folgenden:
- • Mit Temperatur und Druck. die zueinander für reines Wasser und gesättigte Wasserdampfphase miteinander verbundenen (durch die IAPWS Formulierung von Wasser und Dampf), ist diejenige Temperatur, die an dem gegebenen Prozesspunkt gemessen wird, die Temperatur, die dem Partialdruck des gesättigten Dampfes in der Wasserdampf-/ nicht-kondensierbaren Mischung in diesem Prozesspunkt entspricht. Über die IAPWS-Formel kann dadurch der korrelierende Sättigungsdruck Ps berechnet werden.
- • Durch die Erkenntnis des absoluten Druckes P der Wasserdampf-/ nicht-kondensierbaren Mischung (NC) und des Partialdrucks Ps der Dampffraktion in dieser Mischung, wird die Berechnung der Molfraktion XNC der Nicht-Kondensierbaren (Volumenteilung) in der Mischung möglich:
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Die Volumenfraktion einer Komponente ist definiert als der Anteil dieser Komponente in einem gegebenen Volumen geteilt durch die totale Menge aller Bestandteile in der jeweiligen Mischung.
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1 zeigt die entsprechende Bestimmung einer explosiven Dampf-/GasMischung durch eine Temperatur-/Druck-Messung.
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Wenn daher der Wassergehalt in der Dampf-/Gas-Mischung ausreichend hoch zur Vermeidung der Bildung einer explosiven Mischung ist, wird der Wassergehalt in den vorgeschalteten Prozessstufen oberhalb der kritischen Grenze von 0,84, bevorzugt 0,9 für die Volumenfraktion des Wassers in der Dampf-/GasMischung sein. In anderen Worten hängt der Wassergehalt in der Dampf-/GasMischung von dem Wassergehalt in den nachfolgenden Prozessschritten ab, in welchen nasse Oxidation auftritt.
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Daher erlaubt die kontinuierliche und direkte Bestimmung der Volumenfraktion von Wasser in der Dampf-/Gas-Mischung eine Reduktion der Totzeit zwischen der Bildung und Detektion von einem explosiven Sauerstoff-/ Wasserstoffgem isch.
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Jedoch wird das Ausleiten des Gases, welches Sauerstoff enthalten kann, immer noch so lange brauchen wie bei einer Sauerstoffdetektion. Zur Vermeidung von Totzeiten ist es daher notwendig, beides zu bestimmen, Sauerstoff und Partialdruck.
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Die Temperatur und der Druck von der Dampf-/Gas-Mischung werden verwendet, um die Volumenfraktion von Wasser an einem bestimmten Punkt der Messung zu bestimmen. Diese Bestimmung basiert auf der Tatsache, dass an jedem Punkt des nassen Oxidationsprozesses eine wassergesättigte Gasphase erhalten wird. In anderen Worten wird ein dynamisches Gleichgewicht zwischen kondensierten (flüssigen) Wasser und Wasserdampf beobachtet. Für eine reine (100 Vol.-%) Wasserphase wird dieses Gleichgewicht durch die Wasserdampfsättigungsdruckkurve beschrieben. Die Wassersättigungsgasphase in einem nassen Oxidationsprozess enthält jedoch auch nicht-kondensierbare Gase, wie Wasserstoff und Sauerstoff. Durch die Gegenwart dieser nicht-kondensierbaren Gase wird das Gleichgewicht zwischen kondensiertem und verdampftem Wasser verschoben, so dass die Temperatur einer gesättigten Wassermischung nicht länger zu dem absoluten Druck korreliert, jedoch zu dem partiellen Druck des Wassers, wodurch dann die Quantifizierung der Volumenfraktion oder molaren Fraktion des Wasser möglich wird. In anderen Worten resultiert die Gegenwart der nicht-kondensierbaren Gase in einer gemessenen Temperatur, welche Vergleich niedriger ist als derjenige Temperatur, die für eine reine Wasserphase erwartet wird.
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Daher werden Temperatur- und Drucksensoren in Übereinstimmung mit der Erfindung genutzt. Da diese Sensoren für die Kontrolle der nassen Oxidationsverfahrensparameter notwendig sind, werden keine weiteren Sensoren benötigt.
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Weiterhin sind die Temperatur- und Drucksensoren sehr robust und brauchen wenig Wartung, wodurch die Gesamtprozesskosten reduziert sind.
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Bevorzugt ist die molare Fraktion von Wasser 0,84 bis 1, besonders bevorzugt 0,9 bis 1, die molare Fraktion von Sauerstoff ist 0 bis 0,16 und die molare Fraktion von Wasserstoff ist 0 bis 0,16 und die Summe der molaren Fraktion über alle Komponenten der Dampf-/Gas-Mischung ist 1.
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Die molare Fraktion von Wasser wird mittels des oben beschriebenen Verfahrens bestimmt.
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2 zeigt die Temperaturunterschiede, welche in einem gegebenen Systemdruck mit einer Wasserdampffraktion von 0,84 in der Wasserdampfmischung gemessen wurden.
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Es ist bevorzugt, dass die Temperatur und der Druck der Dampf-/Gas-Mischung nach der Abtrennung eines Großteils des Wassers, z. B. über Kondensation in einem Kondensator in der Dampf-/Gas-Mischung gemessen werden. Als ein sofortiger Sicherheitsmechanismus kann die Kondensation von Wasser genauso wie die Einbringung von Sauerstoff enthaltendem Gas in Fällen einer zu niedrigen Messung der Wasserdampffraktion sofort gestoppt werden. Der Stopp der Kondensation erhöht den Wassergehalt nach dem Kondensator und verhindert so die weitere Bildung einer explosiven Wasserstoff-/Sauerstoff-Mischung nach dem Kondensator.
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In einer weiteren bevorzugten Ausbildungsform wird ein chemisch inertes Gas, z. B. Stickstoff, zu der Dampf-/Gas-Mischung, welche von wenigstens einem Flash-Tank abgezogen wird, hinzugefügt. Dies kann direkt nach dem Flash-Tank getan werden. Jedoch ist es besonders bevorzugt, einen Einlass unterhalb der Abtrennung von Wasser vorzusehen, da dann eine Bildung eines explosiven Gemisches durch die Separation von Wasser verhindert wird.
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Die Zugabe eines chemisch inerten Gases stellt außerdem einen Prozess bereit, mit welchem sehr schnell, z. B. innerhalb von weniger als 30 sek das Wasserstoff-/Sauerstoffgemisch in unexplosive Bedingungen justiert werden kann. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, dass der Gehalt an inertem Gas wie Stickstoff so justiert wird, dass im Fall einer Dampf-/Gas-Mischung im Fall einer molaren Fraktion von weniger als 0,84 gemessen wird. Dadurch wird zusätzlich die Existenz einer explosiven Wasserstoff-/Sauerstoffmischung verhindert.
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Der Gegenstand der Erfindung wird auch durch eine Anlage zur Behandlung von einer kohlenstoffhaltigen Aufschlämmung mit den Merkmalen des Anlagenanspruchs 7 gelöst.
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Spezifisch umfasst eine solche Anlage, die insbesondere einen Aluminiumprozess nachgeschaltet ist, wenigstens einen Flash-Tank mit wenigstens einem Einlass zur Einbringung von in Bezug auf den Gehalt an kohlenstoffhaltigem Material in einem unbehandeltem und/oder teilweise vorbehandelter Aufschlämmung über eine Zufuhrleitung.
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Weiterhin ist eine Gaszufuhrleitung zur Einbringung von einem Sauerstoff enthaltendem Gas in besagter Aufschlämmung oberhalb des Flash-Tanks vorgesehen, um die benötigte Verweilzeit zur Lösung des Sauerstoffs in besagter Aufschlämmung und seine Reaktion mit dem kohlenstoffhaltigen Material zu ermöglichen. Die Gaszufuhrleitung umfasst ein Ventil zur Regelung des Sauerstoffgehalts, welcher in den Prozess eingebracht wird. Der Flash-Tank hat eine Gas-/Dampf-Auslassleitung zum Abzug der Dampf-/Gas-Mischung von wenigstens einem Flash-Tank. Die Anlage umfasst auch wenigstens einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur von besagtem Dampf-/Gas-Gemisch und einen Drucksensor zur Messung des Drucks von besagter Dampf/Gas-Mischung und eine Kontroll- und Berechnungseinheit zur Bestimmung des Volumenanteils von Wasser. Das Ventil von der Gaszufuhrleitung wird in Fällen, in denen der molare Anteil des Wasserdampfes unter 0,84 in der Dampf-/Gas-Mischung ist, geschlossen, um die Bindung einer explosiven Mischung zu vermeiden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Anlage mindestens einen Kondensator für die Dampf-/Gas-Mischung. Einer oder mehrere Kondensatoren, welche in Serie oder parallel geschaltet sind, können unterhalb des wenigstens einen Flash-Tanks angeordnet sein, um Wasser aus den kombinierten Dampf-/ Gas-Mischungsströmen aus dem Flash-Tank zu entfernen. Ein solches Anlagenlayout reduziert die Gesamtherstellungskosten, weil nur einer oder wenige Kondensatoren benötigt werden. Alternativ muss ein Kondensator für jeden Flash-Tank vorgesehen werden. Dadurch werden die Herstellungskosten für die entsprechende Anlage höher, aber die Bedingungen (wie Temperatur und Druck) für die nassen Oxidationsprozesse in jedem Flash-Tank können unabhängig geregelt werden.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, dass der Temperatursensor und der Drucksensor dem Kondensator nachgeschaltet lokalisiert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung mündet die Gaszufuhrleitung mit der Aufschlämmungzufuhrleitung so, dass das Sauerstoff umfassende Gas oberhalb des Flash-Tanks in die Aufschlämmung gegeben wird. Konsequenterweise ist die Reaktionszeit zwischen Sauerstoff und dem Kohlenstoff sicher ausreichend für eine vollständige Reaktion vor dem Eintritt in die Flash-Tanks, ohne dass die Verweilzeit der Aufschlämmung innerhalb der Flash-Tanks angehoben wird. In anderen Worten wird damit eine Art von Vorbehandlung der Aufschlämmung vor dem Eintritt in den Flash-Tank erreicht.
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In Übereinstimmung mit einer anderen Ausgestaltung führt die Gasauslassleitung, insbesondere direkt, die Dampf-/Gas-Mischung zu einem Kondensator, in welchem Wasser von der Dampf-/Gas-Mischung separiert wird.
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Weitere Aspekte, Merkmale, Vorteile und mögliche Anwendungen der Erfindung können aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen entnommen werden. Alle beschriebenen und/oder grafisch dargestellten Merkmale formen den Gegenstand der Erfindung für sich oder in jedweder Kombination, unabhängig von ihrer Aufnahme in die jeweiligen Ansprüche oder deren Rückbezug.
- 1 zeigt ein Detektionsschema für explosive Dampf-/Gas-Mischungen,
- 2 zeigt ein Verhältnis zwischen Druck und Temperatur in einem System gemäß der Erfindung, und
- 3 zeigt schematisch eine Anlage zur Behandlung von kohlenstoffhaltiger Aufschlämmung gemäß der Erfindung.
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In 3 wird eine kohlenstoffhaltige Aufschlämmung über die Zufuhrleitung 1 und Leitung 2 in einen Flash-Tank 10 eingebracht. In diesem Flash-Tank 10 wird die Aufschlämmung über die Sprayeinheit 11 so verteilt, dass eine Gas-, Flüssigkeit- oder Aufschlämmungabtrennung erreicht wird. Ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder technisch reiner Sauerstoff (> 95 Vol.-%) wird in die Anlage und Flash-Tank 10 über die Gaszufuhrleitung 3 und Leitung 2 eingebracht. Der Anteil an zugegebenem Sauerstoff wird über Regelventil 4 geregelt. Besagtes Ventil wird über Steuerungseinheit 5 gesteuert. In der in 3 gezeigten bevorzugten Ausgestaltung wird der Sauerstoff direkt in die Aufschlämmung und oberhalb des Flash-Tanks 10 eingebracht, wodurch die Reaktionszeit zwischen Sauerstoff und kohlenstoffhaltigen Materialien erhöht wird, ohne dass die Verweilzeit der Aufschlämmung in dem Flash-Tank 10 erhöht wird.
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In Leitung 2 und Flash-Tank 10 tritt eine Zersetzung des kohlenstoffhaltigen Materials durch die Reaktion zwischen Sauerstoff und kohlenstoffhaltigem Material auf. Dadurch wird eine Dampf-/Gas-Mischung, welche Wasser, Sauerstoff und Wasserstoff enthält, generiert. Besagte Dampf-/Gas-Mischung wird über Leitung 20 von dem Flash-Tank 10 abgezogen.
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Die verbleibende Aufschlämmung wird aus dem Flash-Tank 10 über Leitung 21 abgezogen. Wie in 3 gezeigt ist, können verschiedene Flash-Tanks hintereinander dem Flash-Tank 10 mit jeweiligen Leitungen zur Abfuhr des Dampf-/Gas-Gemischs nachgeschaltet werden, welches in besagten nachgeschalteten Flash-Tanks produziert wurde und Leitung zum Abzug der verbleibenden Aufschlämmung angeordnet werden. Jedem der vorgesehenen Flash-Tanks nachgeschaltet wird die erzeugte Dampf-/Gas-Mischung abgezogen und entweder anschließend mit der Dampf-/Gas-Mischung aus dem Flash-Tank 10 und Leitung 20 kombiniert oder es ist eine separate Dampf-/Gas-Mischungsabzugsleitung für jeden Flash-Tank vorgesehen, was die Flexibilität des Prozesses erhöht, weil jeder Flash-Tank vollkommen unabhängig gesteuert werden kann. Abschließend wird die Dampf-/Gas-Mischung von allen Flash-Tanks in wenigstens einen Kondensator 30, bevorzugt jedoch in separate und gezielt eingesetzte Kondensatoren wie in 3 gezeigt, geleitet.
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Vergleichbarer Weise kann der Abzug der verbleibenden Aufschlämmung aus jedem Flash-Tank in einen nachgeschalteten Flash-Tank geleitet werden (wie in 3 gezeigt) oder jeder Abzugsleitung für die verbleibende Aufschlämmung kann in einer Abzugsleitung zum Abzug der verbleibenden Aufschlämmung kombiniert werden.
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In Bezug auf Kondensator 30 ist es bevorzugt, einen Kondensator für jeden Flash-Tank der erfindungsgemäßen Anlage vorzusehen. In besagtem Kondensator 30 (oder in jedem Kondensator, der jedem der vorgesehenen Flash-Tanks zugeordnet ist) wird Wasser von der Dampf-/Gas-Mischung kondensiert und so von den nicht-kondensierbaren Substanzen separiert. Die nicht-kondensierbaren Substanzen sind hauptsächlich Wasserstoff und Sauerstoff, aber sie können auch Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Methan oder andere Nebenprodukte mit einem sehr niedrigen Siedepunkt, z. B. unterhalb von -50 °C, enthalten.
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Von Kondensator 30 wird ein Wasser enthaltendes Kondensat als Hauptbestandteil über Leitung 33 abgezogen. Das abgezogene Wasser von Kondensator 30 der erfindungsgemäßen Anlage ist grundsätzlich frei von jeder Kontamination, insbesondere von kohlenstoffhaltigem Material und kann in einem vorgeschalteten Prozess z. B. als Suspensionsmedium in einem vorgeschalteten Bayer-Prozess zur Produktion von Aluminium, eingesetzt werden. Als Ergebnis kann daher die erfindungsgemäße Anlage in einem kombinierten System involviert werden, da so der Gehalt an benötigtem Frischwasser reduziert wird. Alternativ kann das Wasser als grundsätzlich reines Wasser in die Umwelt abgeleitet werden, insbesondere nach einer weiteren Nachbehandlung, z. B. zum Abzug von anorganischen Substanzen.
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Über Leitung 20 bis 20x wird die verbleibende Dampf-/Gas-Mischung von dem letzten Flash-Tank (oder von allen kombinierten Flash-Tanks) zu den Kondensatoren 30 bis 30x oder zu jedem Kondensator, welcher den jeweiligen Flash-Tanks zugeordnet ist, geführt werden. Insbesondere in dem Fall, dass die verbleibende Aufschlämmung jeden Flash-Tank passiert hat und daher von dem letzten Flash-Tank abgezogen wird, ist die verbleibende Aufschlämmung grundsätzlich frei von kohlenstoffhaltigen Materialien. Im Allgemeinen ist das kohlenstoffhaltige Material typischerweise in Abhängigkeit von der Prozesstemperatur, der Verweilzeit und der Sauerstoffzugabe um 50 bis 90 % reduziert. In jedem Fall wird die behandelte verbleibende Aufschlämmung über Leitung 32 aus dem Prozess abgezogen.
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Über die Ventile 35 bis 35x und die Steuereinheiten 36 bis 36x, die den Ventilen 35 bis 35x zugeordnet sind, wird der Gehalt an abgezogenem Kondensat aus dem Prozess geregelt.
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Die nicht-kondensierbaren Komponenten aus dem Dampf-/Gas-Gemisch werden von den Kondensatoren 30 bis 30x über Leitungen 37 bis 37x abgezogen. In der bevorzugten Ausgestaltung gezeigt in 3 bestimmen die Temperatursensoren 40 bis 40x und Drucksensoren 41 bis 41x die Temperatur und den Druck der nicht-kondensierbaren Komponenten, welche nach dem Abzug des Hauptbestandteils an Wasser in den Kondensatoren 30 bis 30x zurückbleiben. Durch den Abzug von Wasser innerhalb der Kondensatoren 30 bis 30x ist die kritischste (in der Regel wenigster) Volumenfraktion von Wasser zusammen mit Wasserstoff und Sauerstoff in den Leitungen 37 bis 37x zu finden. In dem Fall, dass die Volumenfraktion von Wasser kleiner als 0,84 ist, wird die Sauerstoffzufuhr über Leitungen 3 und 2 durch Schließung des Ventils gestoppt und die Bildung einer explosiven Mischung nach den Kondensatoren ist in erster Linie verhindert. Weiterhin kann die Kondensation von Wasser in den Kondensatoren 30 bis 30x im Falle einer Formung einer explosiven Mischung von Wasserstoff und Sauerstoff unterhalb der Kondensatoren gestoppt werden.
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Der Abzug von nicht-kondensierbaren Komponenten aus der Dampf-/GasMischung über Leitung 37 bis 37x und 38 bis 38x wird über die Ventile 50 bis 50x zusammen mit den zugehörigen Kontrolleinheiten 51 bis 51x gesteuert.
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Die Erfindung und die Reduktion der Totzeit wird weiterhin mittels des folgenden Beispiels illustriert:
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Beispiel 1
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Für vier verschiedene Drücke (
50,
30,
10,
5 bar absolut) gemessen für eine Wasserdampf-/nicht-kondensierbare Mischung werden die zu erwartenden Temperaturen für eine reine Wasserdampfphase und die gemessenen Temperaturen im Falle einer nicht-kondensierbaren Mol-/Volumenfraktion von 0,05, 0,1 und 0,15 gezeigt:
| P [ bar abs] gemessen | T [ °C ] gemessen | T [ °C ] ohne Nicht-KOndensierbare | Ps[ bar abs ] berechnet über IAPWS | XNC [-] berechnet |
| 50 | 260,8 | 263,9 | 47,5 | 0,05 |
| 50 | 257,4 | 263,9 | 45 | 0,10 |
| 50 | 254,0 | 263,9 | 42,5 | 0,15 |
| | | | | |
| 30 | 231,0 | 233,9 | 28,5 | 0,05 |
| 30 | 228,0 | 233,9 | 27 | 0,10 |
| 30 | 225,0 | 233,9 | 25,5 | 0,15 |
| | | | | |
| 10 | 177,7 | 179,9 | 9,5 | 0,05 |
| 10 | 173,3 | 179,9 | 9,0 | 0,10 |
| 10 | 172,9 | 179,9 | 8,5 | 0,15 |
| | | | | |
| 5 | 149,9 | 151,8 | 4,75 | 0,05 |
| 5 | 147,9 | 151,8 | 4,5 | 0,10 |
| 5 | 145,8 | 151,8 | 4,25 | 0,15 |
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zufuhrleitung
- 2
- Leitung
- 3
- Zufuhrleitung
- 4
- Regelventil
- 5
- Kontrolleinheit
- 10
- Flash-Tank
- 11
- Sprayeinheit
- 20 bis 20x
- Leitung
- 21
- Leitung
- 30 bis 30x
- Kondensator
- 32 bis 34
- Leitung
- 35 bis 35x
- Ventil
- 36 bis 36x
- Kontrolleinheit
- 37 bis 37x
- Leitung
- 38 bis 38x
- Leitung
- 40 bis 40x
- Ventil
- 41 bis 41x
- Kontrolleinheit
- 50 bis 50x
- Ventil
- 51 bis 51x
- Kontrolleinheit
- 60x, 61x
- Leitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Removal of organic carbon from Bayer liquor by wet oxidation in tube digesters“, Light Metals 1991, Seiten 23 bis 27 [0003]
