DE2948550A1 - Verfahren und einrichtung zum ueberwachen des hydrierdruckes beim hydrieren von kohle mit wasserstoff zu kohlenwasserstoffe - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum ueberwachen des hydrierdruckes beim hydrieren von kohle mit wasserstoff zu kohlenwasserstoffe

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DE2948550A1 DE19792948550 DE2948550A DE2948550A1 DE 2948550 A1 DE2948550 A1 DE 2948550A1 DE 19792948550 DE19792948550 DE 19792948550 DE 2948550 A DE2948550 A DE 2948550A DE 2948550 A1 DE2948550 A1 DE 2948550A1
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Dipl.-Phys. Klaus 3014 Laatzen Koch
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Description

Verfahren und Einrichtung zum Überwachen des Hydrierdruckes "beim Hydrieren von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Überwachen des Druckes beim Hydrieren von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe, bei dem die Kohle in Pulver- oder Stückform in eine Aufbereitungskammer eingespeist, komprimiert und mittels Friktionserhitzung plastifiziert wird, und wobei die plastifizierte Kohle in eine Hydrierkammer eingespeist, mit Wasserstoff beaufschlagt und unter einem Druck von bis zu ca. 500 bar und einer Temperatur von bis zu ca. 500° C hydriert und anschließend einem Heißabscheider zugeführt wird.
Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Überwachen des Hydrierdruckes an einer Anlage zur Hydrierung von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe setzt sich zusammen aus in einem Gehäuse angeordneter, zylinderföriniger Aufbereitungskammer und einem sich drehenden Priktionselement und ebenfalls in dem Gehäuse angeordneter, zylinderförmiger, sich daran anschließender Hydrierkammer mit darin angeordnetem, mit Mischflügeln ausgerüstetem Rotor und durch die Wandung der Hydrierkammer hindurchragende statische Mischdüsen für die Ausdüsung des Wasserstoffes.
Es ist kein Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Überwachen des Druckes bei einer Anlage bekannt, die sich aus in einem Gehäuse angeordneter Aufbereitungs- und Hydrierkammer zusammensetzt.
Da der Hydrierprozeß unter einem Gasdruck bis zu ca. 500 bar und einer Temperatur bis zu ca. 500° C durchgeführt wird, muß dafür Sorge getragen werden, daß der Gasdruck in der Hydrierkammer sich nicht in die davor gelagerte Aufbereitungskammer und von hier aus in den Einspeisetrichter usw. fortsetzen kann.
130023/0466
Eine derartige Verpflanzung des Druckes würde zu erheblichen Risiken für die vorgeschalteten Maschineneinheiten selbst und für das Bedienungspersonal führen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Einrichtung zum Überwachen des Druckes beim Hydrieren von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe zu schaffen, wodurch sichergestellt wird, daß eine in einem Gehäuse angeordnete, sich aus einer Aufbereitungs- und Hydrierkammer zusammensetzende Einrichtung trotz der für den Hydrierprozeß erforderlichen sehr hohen Drücke und Temperaturen in jeder Hinsicht zuverlässig und sicher arbeitet. Dabei ist es insbesondere von großer Bedeutung, daß der für den Hydriervo'rgang in der Hydrierkammer erforderliche sehr hohe Druck sich nicht in daran angeschlossene Maschineneinheiten aufbauen bzw. fortsetzen kann.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Überwachen des Hydrierdruckes beim Hydrieren von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe durch die im kennzeichnenden Teil
J Jk.
des ersten Anspruchs niedergelegte Lehre gelöst.
Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Einrichtung zum überwachen des Hydrierdruckes wird in Weiterbildung der Erfindung durch die in Anspruch 2 niedergelegte Lehre gekennzeichnet.
Durch die permanente Messung der Drücke in der Hydrierkammer und im hydrierkammerseitigen Ende der Aufbereitungskammer wird mittels des mit den Druckmeßeinrichtungen in Verbindung stehenden Steuergerätes sichergestellt, daß beim Absinken des Druckes im hydrierkammerseitigen Ende der Aufbereitungskammer unterhalb des Druckes in der Hydrierkammer sofort die Zufuhroffnung für die Hydrierkammer verschlossen wird. Gleichzeitig wird jegliche Förderbewegung in der Aufbereitungskammer eingestellt, um einen unzulässigen Aufbau des Förderdruckes im hydrierkammerseitigen Ende der Aufbereitungskammer zu vermeiden
13ϋ~θ!3~/(
Wenn beispielsweise die Druckmeßeinrichtung in der Hydrierkammer einen Druck von 4ΌΟ bar anzeigt und der Druck im hydrierkammerseitigen Ende der Aufbereitungskammer nur 390 bar beträgt, schließt das Steuergerät sofort die Zufuhröffnung zur Hydrierkammer. Dadurch wird vermieden, daß sich der Druck der Hydrierkammer in die Aufbereitungskammer fortsetzen kann und nachteilige Polgen bei der Zuspeisung von Kohle zur Aufbereitungskammer hervorruft bzw. aus nicht derartig hoch abgedichteten Stellen der Aufbereitungskammer und des Einfülltrichters austritt.
Der Druck in der Hydrierkammer ist überwiegend ein Gasdruck, hervorgerufen durch den Hydrierprozeß und durch die Einspeisung des Wasserstoffes in der Hydrierkammer.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, auf veLches die Erfindung nicht beschränkt ist, wird durch eine konusartige Ausbildung des eingangsseitigen Teils des Zylinders der Hydrierkammer mit daran angeordnetem Rotor, der an dieser Stelle ebenfalls mit einem in gleicher Richtung konisch sich erweiternden Teil geringeren Durchmessers ausgerüstet ist und durch eine axiale Verschiebung des Rotors, in Richtung auf die Aufbereitungskammer zu, die Hydrierkammer verschlossen.
Die beiden konisch gestalteten Flächen des Hydrierkammerzylinders und des Rotors werden durch eine axiale Verschiebung des Rotors gegeneinander gepreßt, wodurch eine absolute Abdichtung der Hydrierkammer zur Aufbereitungskammer geschaffen wird.
Da das in der Aufbereitungskammer angeordnete, sich drehende Friktionselement die plastifizierte Kohle in die Hydrierkammer hineindrückt, lastet auf dem Friktionselement und somit auf dem damit verbundenen Rotor ein erheblicher axialer Rückdruck, der durch ein entsprechend gestaltetes Rückdrucklager aufgefangen wird.
Der Rückdruck wird in erster Linie durch den Gegendruck aus
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der Hydrierkammer sowie durch die Förderwirkung des Friktionselementes in Richtung auf die Hydrierkammer zu erzeugt.
Die Einzelheiten weiterer Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer vorteilhaften Ausführungsform der schematisch dargestellten Einrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Anlage zum Hydrieren von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe.
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des konisch ausgebildeten Teils des Rotors und der angrenzenden Zylinderflächen.
Fig. 3 eine Ausführungsform des Hydraulikzylinders für die axiale Verschiebung des Rotors bzw. des Friktionselementes.·
Zu hydrierende, trockene Kohle in Pulver- oder Stückform wird durch eine Einfüllöffnung, die mittels eines Druckventils 2 verschließbar ist, in einen Einfülltrichter 1 eingefüllt. Die Kohle gelangt durch die Zellradschleuse 3 und die Einfüllöffnung in die Aufbereitungskammer 4. In der Aufbereitungskammer 4- ist ein mittels des Antriebes 10 sich drehendes Friktionselement 6 angeordnet, auf dem eine Kompression und Friktionswärme erzeugende Friktionsstege 7 angebracht sind. Das Friktionselement 6 setzt sich in Richtung der Hydrierkammer 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. In die statischen Mischdüsen 12 für die Eindüsung des Wasserstoffes sind Kanäle einge-
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bracht, die mittels nicht gezeigter Rückschlagventile verschließabr ausgebildet sind. 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 Zellradschleuse 3 in die Aufbereitungskammer 4 eingespeiste Kohle wird mittels der auf dem Priktionselement 6 angeordneten Friktionsstege 7 komprimiert und einer starken, Friktionswärme erzeugenden Bewegung, die zur Plastifizierung der Kohle führt, unterworfen. Die plastifiziert Kohle wird in die Hydrierkammer 9 eingespeist.
In der Hydrierkammer 9 wird die plastische Kohle durch die auf dem Rotor 8 angeordneten Mischflügel 11 und die statischen Mischdüsen 12 einer intensiven Vermischung und Verwirbelung unterworfen. Gleichzeitig wird durch die statischen Mischdüsen 12 Wasserstoff in die Hydrierkammer eingedüst, wodurch die Hydrierreaktion, die exotherm abläuft, in Gang gesetzt und beschleunigt wird. Zur Durchführung der Hydrierreaktion ist eine Temperatur von bis zu ca. 500° C sowie ein Druck von bis zu ca. 500 bar in der Hydrierkammer 9 erforderlich. Der Druck wird durch das sich drehende Friktionselement 6 im zunehmenden Maß in Richtung auf die Hydrierkammer 9 zu aufgebaut. In der Aufbereitungskammer 4 kann bereits ein Druck von bis zu 500 bar vorhanden sein. Eine weitere Druckerhöhung erfolgt durch die Eindüsung des Wasserstoffs in die Hydrierkammer 9· Die Wasserstoffeindüsung wird bei Erreichen eines vorgewählten Druckes automatisch gestoppt.
Es sind Maßnahmen erforderlich, um zu vermeiden, daß sich der in der Aufbereitungskammer 4 herrschende Druck in Richtung auf den Antrieb 10 zu fortsetzt.
Um in dieser Hinsicht eine sichere Abdichtung zu erreichen, wird in eine erste Ringnut 22, die mittels einer Leitung 21 mit
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einem Speicher 20 verbunden ist, gemahlene und mit öl vermischte Einsatzkohle unter einem höheren Druck eingepreßt als in der Aufbereitungskammer 4 herrscht. Durch den Kompressor 24 wird der Speicher 20 unter Druck gesetzt und somit gelangt die Einsatzkohle über die Leitung 21 in die erste Ringnut 22 und von hier aus durch einen sehr engen Spalt zwischen dem antriebsseitigen Ende des Friktionselementes 6 und dem diesen umgebenden Zylinder in die Aufbereitungskammer 4-, Die in die erste Ringnut 22 eingepreßte Einsatzkohle steht unter einem höheren Druck als der Druck, der in der Aufbereitungskammer 4- herrscht. Somit wird ein perfektes Abdichtungssystem geschaffen.
Die Einsatzkohle, die nicht in Richtung der Aufbereitungskammer 4-, sondern zur Antriebsseite hin gedruckt wird, gelangt in eine zweite Ringnut 23 und wird von hier aus in den Speicher 20 zurückgeführt.
Der hydrierkammerseitige Teil 25 der Aufbereitungskammer 4- ist mit einem Druckmeßgerät 27 ausgerüstet, welches mit einem Steuergerät 28 in Verbindung steht. Die Hydrierkammer 9 ist ebenfalls mit einem Druckmeßgerät 27a ausgerüstet, welches auch mit dem Steuergerät 28 in Verbindung steht.
Steuergerät 28 wirkt auf ein Magnetventil 29 ein, welches wiederum mit einer hydraulischen Druckquelle 30 in Verbindung steht. Die hydraulische Druckquelle 30 ist über eine Leitung 31 mit einem Hydraulikzylinder 32 verbunden.
In Fig. 2 wird das auf dem Rotor 8 angeordnete konische Teil 39 gezeigt, welches mit dem konisch sich erweiternden Zylinderteil 38 des Zylinders 12 zusammenwirkt. Wenn beispielsweise der Ro-
λα.
tor 8 mit dem konusartig sich erweiternden Teil 39 in Richtung auf den Zylinder 13 bzw. auf die konische Fläche 38 zu bewegt wird, wird die Hydrierkammer 9 gegenüber der Aufbereitungskam Λ fest verschlossen.
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In Pig. 3 wird das an trieb s sei ti ge Ende des Friktionselementes 6 gezeigt. Das Friktionselement 6 stützt sich axial auf ein mitdrehendes Druckstück 34- ab, welches drehfest mit dem Laufring eines als Kegelrollenlager 35 ausgebildeten Rückdrucklagers verbunden ist. Laufring 37 ist drehfest mit dem Ringkolben 33 des Zylinders 32 verbunden. Dichtungen sorgen für eine gute Abdichtung des Zylinders 32.
Die flüssigen, festen und gasförmigen Hydrierprodukte werden aus der Hydrierkammer 9 in einen Heißabscheider, der mittels Rückschlagventilen verschlossen ist, gefördert.
Das die Hydrierkammer 9 gegenüber dem Heißabscheider verschliessende Rückschlagventil wird so eingestellt, daß es sich bei Überschreiten eines vorgewählten Druckes in der Hydrierkammer 9 öffnet, damit die Hydrierprodukte zwecks weiterer Behandlung in den Heißabscheider abgeführt werden können.
Nachfolgend wird die Funktionsweise einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Überwachung des Hydrierdruckes beschrieben.
Durch Druckmeßgerät 27 der Aufbereitungskammer 4 und 27a der Hydrierkammer 9 wird permanent der Druck gemessen und mittels Steuergerät 28 miteinander verglichen. Sinkt der Druck in der Aufbereitungskammer 4- unter den Druck in der Hydrierkammer 9, betätigt das Steuergerät 28 ein Magnetventil 29» welches sich öffnet. Die im Zylinder 32 unter hohem Druck stehende Hydrierflüssigkeit wird somit über Leitungen 31 und 4-0 in die Druckquelle 30 gepreßt.
Durch diese Maßnahme wird der Rotor 8, der drehfest mit dem Friktionselement 6 verbunden ist, unverzüglich in axialer Richtung auf den Antrieb 10 zu bewegt und die konischen Flächen 38 und 39 werden gegeneinander gepreßt. Gleichzeitig wird durch das Steuergerät 23 auf den Antrieb 10 abschaltend eingewirkt,
- 10 15
wodurch eine weitere Förderung von Einsatzkohle in die Hydrierkammer 9 unterbrochen wird.
Die axiale Bewegung des Rotors 8 bzw. des damit verbundenen Friktionselementes 6 erfolgt bei einer Entleerung, d.h. einer Druckentlastung des Zylinders 32 automatisch, weil durch das sich drehende Friktionselement 6 eine axiale Förderwirkung und somit ein erheblicher axialer Rückdruck erzeugt wird. Friktionselement 6 und Rotor 8 stehen daher ständig unter einem sehr hohen Rückdruck, der durch den Druck im Zylinder 32 überwunden werden muß. Bei einer Druckentlastung durch die Umschaltung des Magnetventils 29 schiebt sich der Rotor 8 und das Friktionselement 6 unmittelbar in die antriebsseitige Stellung und verschleißt somit die ringförmige Einspeiseöffnung zur Hydrierkanuner 9» wodurch sichergestellt wird, daß sich der sehr hohe Gasdruck der Hydrierkammer nicht in die Aufbereitungskammer A- bzw. den Einfülltrichter 1 fortsetzen kann und dort erhebliche Betriebsstörungen hervorruft.

Claims (2)

  1. 2943550
    Unser Zeichen: 79/18 Hannover, den 3. Dez. 1979
    by/zu 338
    HEBMANN BERSTOEPF Maschinenbau GmbH An der Breiten Wiese 3/5
    D-3OOO Hannover 61
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zum Überwachen des Hydrierdruckes beim Hydrieren von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe, bei dem die Kohle in Pulver- oder Stückform in eine Aufbereitungskammer eingespeist, komprimiert und mittels Priktionserhitzung plastifiziert wird und wobei die plastifizierte Kohle in eine Hydrierkammer gespeist, mit Wasserstoff beaufschlagt und unter einem Druck von bis zu ca. 500 bar und einer Temperatur von bis zu 500 C hydriert und anschließend einem Heißabscheider zugeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Druck in der Hydrierkammer und im hydrierkammerseitigen Ende der Aufbereitungskammer gemessen und mittels eines Steuergerätes miteinander verglichen wird,
    daß bei Absinken des Druckes im hydrierkammerseitigen Ende der Aufbereitungskammer unter dem Druck in der Hydrierkammer durch das Steuergerät die Zufuhröffnung für die plastifizierte Kohle zur Hydrierkammer verschlossen und die Förderbewegung in der
    Aufbereitungskammer eingestellt wird.
  2. 2. Einrichtung zum Überwachen des Hydrierdruckes an einer Anlage zur Hydrierung von Kohle mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffe, wobei die Anlage sich zusammensetzt aus einer zylinderförmigen Aufbereitungskammer mit darin sich drehendem Friktionselement und einer zylinderförmigen, sich daran anschließenden Eydrierkammer mit darin angeordnetem mit Mischflügein ausgerüstetem Rotor und durch die Wandung der Hydrierkammer hindurchragende, statische Mischdüsen für die Ausdüsung von Wasserstoff,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der eingangsseitige Teil (38) des Zylinders (13) der Hydrierkammer (9) konusartig sich erweiternd ausgebildet ist,
    daß auf einem Rotor (8) an der Stelle des konisch sich erweiternden Zylinderteils (38) ein in gleicher Weise konisch sich erweiterndes Teil (39) geringeren Durchmessers angeordnet ist,
    daß der Rotor (8) mittels eines mit einem Steuergerät (28) in Verbindung stehenden ^draulikzylinders (32) axial verschiebbar ausgebildet ist und daß in der Hydrierkammer (9) und im hydrierkammerseitigen Ende (25) der Aufbereitungskammer (4) mit einem Steuergerät (28) in Verbindung stehende Druckmeßeinrichtungen (27, 27a) angeordnet sind und daß das Steuergerät (28) mit dem Antrieb (10) verbunden ist.
    - 3 -130023/0
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