DE2943538A1 - Verfahren und einrichtung zum hochdruck-abdichten des antriebsseitigen teils einer aufbereitungs- bzw. hydrierkammer fuer die hydrierung vonkohle mit wasserstoff zu kohlenwasserstoffen - Google Patents
Verfahren und einrichtung zum hochdruck-abdichten des antriebsseitigen teils einer aufbereitungs- bzw. hydrierkammer fuer die hydrierung vonkohle mit wasserstoff zu kohlenwasserstoffenInfo
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Description
Verfahren und Einrichtung zum Hochdruck-Abdichten des antriebsseitigen Teils einer Aufbereitung-
bzw. Hydrierkammer für die Hydrierung von
Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung;
zum IIochdruck-Abdichten des antriebsscitigen Teils einer
Aufbereitung- bzw. Hydrierkammer für die Hydrierung von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen, wobei als Kammer ein
Höh]zylinder mit darin angeordneten, sich drehenden, gegebenenfalls
axial beweglichen Elementen vorgesehen wird.
Dae erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung zum Hochdruck-Abdichten
findet Verwendung für die Umsetzung von Kohlenstoff material, z.B. polymerisierter Kohle mit Wasserstoff unter
Bildung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenwasserstoffflüssigkeiten,
Vielehe in Treibstoffe oder Brennstoffe umgewandelt werden
können oder als chemische Rohstoffe dienen.
Wenn bei der Hydrierung von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen
davon ausgegangen wird, daß trockene Kohleteilchen Verwendung finden, die entweder mittels des Wasserstoffes
in einem Fließbett erhitzt werden oder die separat in einer
Vorheizeinrichtung auf die Hydriertemperatur gebracht werden, ist in jedem Fall ein hoher Druck in den Hydrierkammern für die
Umsetzung erforderlich. In der US-PS 5,030,29? wird ein Druck
von bis zu 4-00 bar erwähnt. Um in den Hydrierkammern einen derartig
hohen Druck aufbauen zu können, sind umfangreiche Maßnahmen erforderlich. So ist es unerläßlich, das antriebsseitige
.Ende eines Friktionselementes für pulverförmige oder mit einem
Änpastöl angeteigter Kohle gegen Überdrücke bis zu 500 bar anzudichten.
Kr. lsi; die Aufgabe der vorliegenden Erfan-dwm?;, iiin Verfahren
nowie eine Einrichtung zum Hochdrnek-Abdichten des antriebs-
seitigen Teils einer Aufbereitungskammer für die Hydrierung
von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff vorzusehen, die keinerlei Verschleißerscheinungen zeigt und ohne Wartung betrieben
werden kann.
Es ist weiterhin die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Dichtungssystem vorzusehen, welches auch bei Temperaturen bis
500° C funktionstüchtig bleibt und das sehr einfach hergestellt;
werden kann sowie eine hohe Betriebssicherheit gegen austretende, unter sehr hohem Druck stehende Hydrierprodukte garantiert.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Hochdruck-Abdicht
en durch die in den Ansprüchen 1 bis 5 niedergelegten Verfahrensschritte gelöst.
Ein derartig arbeitendes Abdichtungsverfahren hat den Vorteil, daß die Abdichtfunktion auch bei hohen Temperaturen uneingeschränkt
erhalten bleibt. Durch die stetige Zuspeisung des Dichtungsmediums in Form von Einsatzkohle bzw. ähnliche Eigenschaften
aufzeigende Materialien wird eine sich ständig erneuernde Dichtung erhalten, ohne bisher bekannte und unumgängliche
Verschleißerscheinungen und die damit verbundenen Ein- und Ausbauausfallzeiten für neue Dichtungen in Kauf nehmen zu
müssen.
Vorteilhaft ist, wenn der Druck im Abdichtungsbereich gemessen und durch Regelung konstant höher eingestellt wird als in
der Aufbereitungs- bzw. Hydrierkammer.
Es ist ebenfalls möglich, der Einsatzkohle im Speicher ein
die Abdichtfunktion erhöhendes Zusatzmittel beizumischen, welches sich ohne Beeinträchtigung des Hydrierprozesses mithydrieren
läßt. An Stelle der Einsatzkohle können auch Kohlenwasserstoffe in pastöser oder plastischer Form, wie z.B.
Chloropren, Polyäthylen oder ähnliche Kohlenwasserstoffe bzw. auch Gemische dieser Stoffe, mit Einsatzkohle Verwendung finden.
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Dadurch, daß der aus dem antriebsseitigen Ende des Abdichtungsboreichos
austretende Teil der Einsatzkohle in den Speicher zurückhieltet und erneut unter Druck in die erste Ringnut zurückgepumpt
wird, reduziert sich der Verbrauch an Einsatzkohle zu einem gewissen Teil.
Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Einrichtung
zum Hochdruck-Abdichten wird in Weiterbildung der Erfindung durch die in den Ansprüchen 6 bis 12 niedergelegten
Lehre gekennzeichnet.
Um die Abdichtwirkung zu erhöhen, kann es gemäß einer weiteren
Ausbildung der Einrichtung zum Hochdruck-Abdichten vorteilhaft sein, daß sich auf dem antriebsseitigen Ende eines sich drehenden
Elementes, ausgehend vom ersten Ringraum, ein Sperrgewinde,
ein zylinderförmiger,etwa den Durchmesser des Hohlzylinders
aufweisender Staukörper und ein zweiter Kingraum anschließt und ein Abführkanal den zweiten Ringraum mit dem Speicher verbindet.
Durch die Bemessung der Weite des kaaunerseitig sich konisch
verjüngenden Ringspaltes, gebildet durch den konischen Staukörper und den Hohlzylinder, größer als der Ringspalt, gebildet
zwischen dem zylinderförmigen, antriebsseitig angeordneten
Staukörper und dem Hohlzylinder, wird sichergestellt, daß der
durch das Einpressen der Einsatzkohle in den Ringraum erzeugte Druck sich in Richtung der Kammer auswirkt und die Einsatzkohle
in die Aufbereitung^- bzw» Hydrierkasaer fördert.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung können sowohl
der erste als auch der zweite Singraum in den das antriebs—
seitige Ende des Priktionselementes umgebenden Zylinder eingebracht
werden.
Auch kann der konisch sich kammerseitig verjüngende Ringspalt durch eine konische Ausfräsung des Zylinders gebildet v/erden.
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Die Einzelheiten weiterer Merkmale und andere Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer vorteilhafter Ausführungsformen der schematisch dargestellten
Anlage zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Anlage zum Hydrieren von Kohle mit Wasserstoff zu
Kohlenwasserstoffen.
Fig. 2 zeigt ein?■Ausführungsform mit Ringnuten in
einem Friktionselement.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform mit Ringnuten in einem Zylinder.
Zu hydrierende trockene Kohle in Pulver- oder Stückform wird durch eine Einfüllöffnung, die mittels eines Druckventils 2
verschließbar ist, in einen Einfülltrichter 1 eingefüllt. Diο
Kohle gelangt dann durch die Zellradschleuse 3 und die EinfülD-öffnung
18 in die Aufbereitungskammer 4·. In der Auf berei tuner: kammer
4 ist ein mittels des Antriebes und des Getriebes 10 sich drehendes FriktionsäLement 6 angeordnet.
Das Frikt ions element 6 setzt sich in Richtung der Hydrierkainmer
9 als Rotor 8 mit darauf angeordneten Rotorflügeln 11 fort.
Durch den Hydrierkammerzylinder 13 ragen radial und axial in
gleichmäßigen Abständen statische Mischdüsen 12 hindurch in Richtung auf die Achse des Rotors 8. Die statischen Mischdüsen
12 sind mittels nicht gezeigter Rückschlagventile verschließbar ausgebildet. Die statischen Mischdüsen 12 sind außerdem mit
einem WasserstoffZuleitungssystem 15 verbunden, welches mittels
einer Wasserstoffquelle und eines Kompressors 16 mit Wasserstoff beaufschlagbar ist. Die mittels Zellradschleu.se 3 in die
Aufbereitungskammer 4- eingespeiste Kohle wird mittels de.°. l''r:iktionselementes
6 komprimiert und einer starken FriktionowUrme
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erzeugenden Bewegung unterworfen. Die komprimierende und Friktioncwärmo
erzeugende Bewegung plastifiziert die Kohle, so daß diese in ihrer plastischen Phase in die Hydrierkammer 9 eintritt.
Jn der Hydrierkammer 9 wird die plastische Kohle durch de auf
dem Rotor 8 ungeordneten Rotorflügel 11 und die statischen Iiischdünon 12 einer intensiven Vermischung und Verwirbelung unterworfen.
Gleichzeitig wird durch die statischen Mischdüsen
12 Wasserstoff in die Hydrierkammer 9 eingedüst, wodurch die Jlydrierreaktion, die exotherm abläuft, in Gang gesetzt und benchleunigt
wird.
Zur Durchführung der Hydrierreaktion ist eine Temperatiir von
bis zu 45Ο0 C sowie ein Druck von bis zu 400 bar in der Hydrierkammer
erforderlich. Der Druck wird durch das sich drehende Friktionselement 6 in Richtung auf die Hydrierkammer 9 zu aufgebaut.
Im Trichter und im Einzugsbereich des Friktionselementen herrscht etwa ein Druck von 350 bar, der in Richtung auf
die Hydrierkammer bis etwa 450 bar ansteigt.
Weiterhin sind umfangreiche Maßnahmen erforderlich, um zu vermeiden,
daß sich der in der Aufbereitungskammer 4 herrschende Druck in Richtung auf das Getriebe und den Antrieb 10 zu fortsetzt
ταηα sich somit abbaut.
Hier setKt die Erfindung ein, die das eingangs erwähnte Verfahren
zum Abdichten sowie die in Weiterbildung der Erfindung für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Einrichtung
beinhaltet. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abdichten kann
beispielsweise d-urch die nachstehend beschriebene Einrichtung durchgeführt werden,, ohne auf diese Einrichtung beschrankt su
sein.
beispielsweise gemahlen und mit öl vermischt ^
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wird kontinuierlich gemäß Fig. 2 aus einem nachfüllbrtren r>pei-·
cher 20 durch einen Einspeisekanal 21 unter Druck, der mittr.lr»
einos an den Speicher angeschlossenen Kompressor 4-2 erzeugt
wird, in eine erste Ringnut 22 eingepreßt. Von hier aus ge.1rmi;L
die eingespeiste Kohle über ein auf dem Friktionselcment G angeordnetes
Fördergewinde 25 in einen aufbereitungskamrnerr.eil Lj;
sich verjüngenden konischen .Ringspalt 24.
Durch die konische bzy. zylindrische Ausbildung des Ringspalten
24 in Richtung auf die Aufbereitungskamnier 4 zu, wird erreicht,
daß sich bis zu dem aufbereitungskammerseitigen Ende det? lllnrspaltes
24 ein entsprechend hoher Druck aufbauen und'hai ton
kann. Weiterhin wird durch eine konische Ausbildung des Rinf·;-spaltes
dafür Sorge getragen, daß der gesamte Ringspalt umrangmäßig gleichmäßig mit Einsatzkohle gefüllt wird.
Da der Druck, ausgehend von dem Kompressor 4-2 durch die Einspeiseleitung
21 höher eingestellt v/ird als der Druck, der in der Aufbereitungskammer 4 herrscht, wird die plastische Kohle
über die konische Ausbildung des Staukörpers 25 hinweggeciriickt
und gelangt in die Aufbereitungskammer 4.
Da weiterhin der Druck im Abdichtungsbereich gegenüber dera
Druck in der Aufbereitungskammer 4 konstant höher gehalten wird, erfolgt eine kontinuierliche Einspeisung von Einsatzkohle
über den konischen Staukörper in die Aufbereitungskammer 4. Somit wird sichergestellt, daß das antriebßseitige Ende des
sich drehenden Friktionselementes 6 gegenüber seinem Getriebe.·
und Geineia Rückdrucklager im Hinblick auf den sehr hohen Druck
in der Aufbereitungskammer absolut sicher abgedichtet wird.
Die Abdichtung kann noch erhöht werden durch die Anordnung einer zweiten Ringnut 26, die ebenfalls mit einer Leitung ?'/
mit dem Speicher 20 verbunden ist. Ausgehend von der ersten Ringnut 22 wird antriebsseitig neben dieser Nut ein, eine I>ür/k~
förderung bewirkendes Sperrgewinde 28 vorgesehen, an welche:;
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fiich ein zylinderförmiges Teil 29 anschließt.
Die pnstöse Einsatzkohle, die mittels des vom Kompressor 42 erzeugten
Druckes über die Einspeiseleitung 21 in die Hingnut gelangt und in das antriebsseitige Ende des Zylinders 5 abfliessen
r.ollte, wird durch das Sperrgewinde 28 in die Ringnut 22
zurückgefordert. Falls keine restlose Rückförderung gelingt,
tritt die unter Druck stehende Einsatzkohle durch den Ringspalt 30 über das zylinderformige Teil 29 in die zweite Ringnut 26.
Von hier aus gelangt die Einsatzkohle über die Leitung 27 zurück
zum Speicher 20, in welchem sie erneut mittels des Kompressors 42 unter Druck gesetzt und durch die Leitung 21 in die
ernte Ringnut 22 zurückgefördert wird.
Neben der zweiten Ringnut ist antriebsseitig zusätzlich noch ein weiteres, eine Rückförderung bewirkendes Sperrgewinde 51
vorgesehen, um absolut sicherzustellen, daß keine Einsatzkohle in das antriebsseitige ^ückdrucklager des Friktionselementes
eintritt bzw. daß der für die Hydrierung erforderliche Druck in den Kammern 4 und 9 aufgebaut werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wie in Pig. 3 gezeigt,
unterscheidet sich zur in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform im wesentlichen dadurch, daß die Ringnuten nicht in das
getriebeseitige Ende des Friktionselementes 6 eingebracht worden
sind, sondern in das getriebeseitige Ende des Zylinders 5·
Die in dieser Ausführungsform mittels einer Komprimierungsschnocke
34· unter Druck gesetzte Einsatzkohle gelangt in die
erste in den Zylinder 5 eingebrachte Ringnut 32. Von hier aus
wird die Einsatzkohle durch einen konischen an die Ringnut 32
Hufboreitujigr.kammerseitig sich anschließenden Jüngspalt 35 gepreßt
und gelangt danach durch den Ringspalt 36 in die Aufbereitungskammer 4.
In den Zylinder 5 kann antriebsseitig darüber hinaus noch eine
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weitere zweite Ringnut 33 eingebracht werden, die evtl. durch
den Ringspalt 37 hindurchtretende pastöse Kohle auffängt. Die
in dem Ringspalt 33 aufgegangene KoIiIe gelangt Über Leitung 27
zurück zum Speicher 20 und wird von hier aus ernetit mittels der Komprimierungsschnecke 34· durch die Leitung 21 zajpück in die
erste Ringnut 32 gefördert.
Auch gemäß dieser Abdichteinrichtung wird der Druck in der
ersten Ringnut 32 höher eingestellt als der Druck in der Aufbereitungskammer.
Eine derartige Drucksteuerung wird verwirklicht: durch eine Druckmeßeinrichtung 38, die den Druck in der Ringnut 32 abtastet
und durch eine Druckmeßeinrichtung 39» die den Druck in der Aufbereitungskammer 4- abtastet. Beide Drücke werden mittels
eines Steuergerätes 4-0 miteinander verglichen und entsprechend dieser Werte wird der durch den Kompressor 4-2 erzeugte Druck
derart gesteuert, daß der Druck in den jeweiligen-ersten Ringnuten
22 bzw. 32 höher ist als in der Aufbereitungskammer 4·.
Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß zum;einen der
Druck in der Aufbereitungskammer 4· ständig aufrechterhalten wird und daß zum anderen keine Einsatzkohle in daa getriebeseitige
Ende des Friktionselementes und des dort vorgesehenen Rückdrucklagers
und des Antriebes eindringen kann.
Um zu vermeiden, daß sich beispielsweise die Temperatur des Zylinders
5 auf den Antrieb überträgt, werden wendeiförmige Temperierkanäle 4-1 vorgesehen, die mit einem nicht gezeigten Teraperiersystem
umwälzend beaufschlagt werden und als Aufheizmöclichkeit in der Anfahrphase bzw. als Kühlmöglichkeit beim späteren
Betrieb dienen.
Wenn für den Aufbau des Itt-uckes in den jeweiligen ersten Ringnuten
22 bzw. 32 eine Ktitoprimierungsschnecke 34- eingesetzt wird,
regelt das Steuergerät 4Ό die Drehzahl der Kompriwierungsschnecke
34· und somit den Druck in den Jeweiligen Ringnuten 22 und 32 in
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dor Weise, daß du konstant höherer Druck gegenüber dem Druck in
der Aufbereitungskammer 4 herrscht.
Die Leitungen 2"1 und 27 sowie der Speicher 20 und der Kompressor
42 bzw. die Komprimierungsschnecke 34 können alternativ auch oberhalt des antriebsseitigen Abdichtungsbereichs des Elementes
6 angeordnet sein. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß insbesondere der Einspeisevorgang der Einsatzkohle in die
Ringnuten 22 und 32 erleichtert wird.
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Claims (1)
- Unser Zeichen: 79/13 Hannover, den 26. Okt. 1979by/zu 330HERMANN BERSTORPP
Maschinenbau GmbH
An der Breiten Wiese 3/5D-3000 Hannover 61PATENTANSPRÜCHEVerfahren zum Hochdruck-Abdichten des antriebsseitigen Teils einer Aufbereitungs- bzw. Hydrierkammor
für die Hydrierung von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen, wobei als Kammer ein Hohlzylinder
mit darin angeordneten, sich drehenden, axial beweg« liehen Elementen vorgesehen wird,dadurch gekennzeichnet,daß für die Hydrierung verwendbare Einsatzkohle oder dergleichen in pastöser Form kontimiierlich aus einem Speicher unter Druck in den antriebsseitigen Abdichtungsbereich einer Aufbereitungs- bzw. Hydrierkammer oder eines Reaktorgefäßes oder dergleichen mit darin angeordneten, sich di&enden und axial beweglichen Elementen eingepreßt wird,daß mittels der eingepreßten Einsatzkohle im Abdichtungsbereich ein höherer Druck aufgebaut wird als in den abzudichtenden Kammern,daß der höhere Druck im Abdichtungsbereich konstant
gehalten wird und ·daß die für die Abdichtfunktion eingesetzte Einsatzkohle kontinuierlich in die xinter niedrigerem Druck ctc-henden Kammern gepreßt wird.2» Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß der Druck im Abdichtungsbereich und in der Aufbereitungs- bzw. Hydrierkammer gemessen und durch Einspeisung von unter Druck stehender, plastifizierter Kohle in den Abdichtungsbereich, in diesem konstant höher eingestellt wird als in der Aufbereitungsbzw. Hydrierkammer.J. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß der Einsatzkohle im Speicher ein die Abdichtfunktion erhöhendes Zusatzmittel zugegeben wird.4. Verfahren nach Anspruch 1, · dadurch gekennzeichnet,daß an Stelle der Einsatzkohle Kohlenwasserstoffe in pastöser Forsts.B. Chloropren, Polyäthylen und ähnliche bzw* Gemische dieser Stoffe, mit Einsatzkohle verwendet werden.5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß der, aus dem antriebeseitigen Ende des Abdichtungsbereichs austretende überschüssige Teil der Einsatzkohle in den Speicher zurückgeleitet wird.6. Einrichtung zum Hoc.hdruck-Abdichten einer durch einen Hohlzylinder gebildeten Aufbereitungs- und Hydrierkammer mit einem darin angeordneten, sich drehenden, axial beweglichen Element iznd mit einem an der Antriebsseite des Elementes angeordneten Abdichtungsbereich,dadurch gekennzeichnet,daß auf dem antriebsseitigen Teil eines Friktionselementes (6) neben der Einfüllöffnung (18) für die Kohle in die Aufbereitungskaminer (4) ein konischer Staukörper (25) unter Bildung eines sich aufbereitungskammerseitig verjüngenden konischen Ringspaltes (24) angeordnet ist,daß sich antriebsseitig dem konischen Staukörper (25) ein erster Ringraum (22), gebildet durch eine halbkreisförmige Nut im Friktionselement (6), anschließt unddaß der erste Ringraum (22) mittels einer Einspeiseleitung (21) mit einem mit einem Speicher (20) in Verbindung stehenden Kompressor (42) oder einer Komprimierungsschnecke (34) verbunden ist.7. Einrichtung zum Hochdruck-Abdichten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß sich auf dem antriebsseitigen Ende eines sich drehenden Elementes, ausgehend vom ersten Hingraum (22), ein Sperrgewinde (28), ein zylinderförmiger,1-3θ(Μ9/0409etwa den Durchmesser des Hohlzylinders aufweisender Staukörper (29) und ein zweiter Ringraum (26) anschließt unddaß ein Abführkanal (2?) den zweiten Ringraum (26) mit dem Speicher (20) verbindet.8. Einrichtung zum Hochdruck-Abdichten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß der aufbereitungskammerseitig sich konisch verjüngende bzw. zylinderförmige Ringspalt (24-, 35) größer bemessen ist als der antriebsseitige Ringspalt (30, 37).9. Einrichtung zum Hochdruck-Abdichten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß im Zylinder im Abdichtungsbereich Temperierkanäle (4-1) angeordnet sind.10. Einrichtung zum Hochdruck-Abdichten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß der erste Ringraum (32) in Form einer halbkreisförmigen TTut in das antrie*bsseitige Ende des Zylinders *»5) eingebracht wird.11. Einrichtung zum Hochdruck- Abdichten naen Ansprucn3"ö5f9/CU09dadurch gekennzeichnet,daß der zweite Ringraum (33) in Form einer halbkreisförmigen Nut in das antriebsseitige Ende dei Zylinders (5) eingebracht wird.12. Einrichtung zum Hochdruck-Abdichten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß der aufbereitungskainmerseitig sich konisch verjüngende Ringspalt (35) durch eine konische Ausfräsung des Zylinders (5) gebildet wird.30^19/0409
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