DE300530C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

. Die Erfindung hat eine Verbesserung und Ausgestaltung des Verfahrens zum "Ziel, welches u. a. in der amerikanischen Patentschrift 1080938 und in der Zeitschrift »Glückauf« 1913 Nr. 28, Seite 1102 bis 1105 beschrieben ist. Das erwähnte Verfahren zur Gewinnung von Teer und Ammoniak aus Destillationsgasen besteht im wesentlichen darin, daß die Gase mit einer ständig im Betriebe zirkulierenden Wassermenge durch direkte Einwirkung im Gegenstrom abwechselnd erst gekühlt und danach in gleicher Weise wiedererwärmt werden, worauf die Abscheidung des Ammoniaks in bekannter Weise durch Säure in Form festen Salzes erfolgt. Die erwähnte Behandlung der Gase vor der Ammoniaksättigung hat den Zweckj zunächst durch Kühlung den Teer zu entfernen, unmittelbar danach aber das beim Kühlen aus den Rohgasen ausgefallene Kondenswässer den Gasen durch erneute direkte Einwirkung des zum Kühlen gebrauchten und dabei erwärmten Wassers unter Wärmeabgabe des letzteren als Dampf wiedereinzuverleiben, so daß die Gase in diesem wiedererwärmten Zustand nahezu die Gesamtmenge des im Rohgase enthaltenen Wassers wieder als Dampf mit sich führen und nur eine geringe Teilmenge als ammoniakhaltiges Kondensat übrigbleibt. Die praktische Durchführung dieses Verfahrens bietet in mancher Beziehung Schwierigkeiten, die sich bisher nicht erklären ließen. Es gilt dies namentlich für den Betrieb der zweiten und wichtigsten Arbeitsperiode, der Wiedererwärmung der gekühlten Gase mittels direkter Einwirkung des bei der vorangegangenen Gaskühlung erwärmten Wassers. Hier kommt es vor, daß es trotz ausreichender Bemessung der Apparate und richtiger Anpassung der einwirkenden Wassermenge !.an die behandelte Gasmenge nur in unzureichendem Maße gelingt, das Gas genügend hoch wieder zu erwärmen und gleichzeitig das Wasser entsprechend abzukühlen; es verbleibt ein beträchtlicher Teil des ursprünglichen Wärmeinhalts in dem einwirkenden Wasser, statt an das Gas übertragen zu werden, trotzdem noch erhebliche Temperaturunterschiede zwischen beiden Medien zur Herbeiführung des gewünschten Wärmeübergangs vorhanden sind. Es · ist nun eine für die Erfindung grundlegende Erkenntnis gewesen, daß diese Erscheinungen, wie übrigens noch im letzten Teil dieser Beschreibung ausführlicher an Beispielen erläutert werden wird, durch das völlig verschiedene Verhalten begründet sind, das ein Gas und eine Flüssigkeit bei unmittelbarer Einwirkung aufeinander hinsichtlich ihres Wärmezustandes in verschiedenen Temperaturlagen zeigen. Wasser als einfache Flüssigkeit ändert bekanntlich in jeder Temperaturlage seinen Wärmeinhalt genau proportional und in gleichbleibendem Maßstabe mit der Änderung seiner Temperatur; es besitzt, wie man praktisch sagen kann, eine »konstante spezifische Wärme«. Ein Gas dagegen, das einer Wärmeänderung durch unmittelbare Einwirkung von Wasser, z. B. einer Erwärmung unterworfen wird, verändert hierbei zugleich seine stoffliche Zusammensetzung, indem es eine mit seiner Temperatur und seinem Sättigungsvermögen wechselnde Menge von Wasser als Dampf aufnimmt. Die Wärme dieses

IZ. Auflage, ausgegeben am 10. Juli igsoj

aufgenommenen. Dampfes stellt neben der eigentlichen fühlbaren Wärme des Gases einen beträchtlichen, meist sogar überwiegenden Anteilbetrag seines gesamten Wärmeinhalts dar, und so kommt es, daß sich der Wärmeinhalt eines Gases bei der in Frage kommenden Behandlungsweise mit seiner Temperatur nach einem sehr verwickelten Gesetz, jedenfalls aber nicht annähernd proportional der Temperatur

ίο wie bei einfachen Flüssigkeiten ändert. In niedrigen Temperaturlagcn entspricht einer bestimmten Temperaturzunahme des Gases eine geringe Aufnahme an Wasserdampf und infolgedessen eine verhältnismäßig geringe Zunahme seines Wärmeinhalts; in höheren Temperaturlagen dagegen, namentlich in der Nähe des Siedepunktes der Flüssigkeit, ist das Wasseraufnahmevermögen des Gases außerordentlich gesteigert, so daß hier eine bestimmte Temperaturzunahme eine verhältnismäßig sehr große Änderung des Gesamtwärmeinhaltes des Gases bedingt.

Nach der Erfindung wird diesem verschiedenartigen Wärmeverhalten von . wassergesättigten Gasen in verschiedenen Temperaturlagen bei Erwärmung oder Abkühlung durch unmittelbar einwirkendes Wasser in einer Weise Rechnung getragen, daß während der ganzen Behandlung, die eine Temperaturänderung des Gases herbeiführen soll, für einen Temperaturverlauf des einwirkenden Wassers gesorgt wird, der dem gleichzeitigen Temperaturverlauf des behandelten Gases möglichst genau entspricht; d. h. es wird für den ganzen Verlauf der Gaskühlung wie auch der Wiedererwärmung an jeder Stelle eine möglichst enge Annäherung und Anschmiegung der Temperaturen des Gases einerseits und des Wassers . andererseits herbeigeführt. Dies geschieht dadurch, daß die Gase während des ganzen Verlaufes der Kühlung wie auch der Wiedererwärmung mit entgegenströmendem Wasser behandelt .werden, dessen Menge jeweils für die verschiedenen Temperaturlagen der Gase verschieden groß und in mehreren sich folgenden Abschnitten so abgestuft ist, daß jeweils die grpßten Wassermengen in den höchsten, und die kleinsten Wassermengen in den niedrigsten Temperaturlagen der Gase zur Anwendung gelangen.

Durch dieses Mittel wird erreicht, daß in den höheren Temperaturlagen der Gase, wo geringe Temperaturänderungen derselben verhältnismäßig große Wärmeänderungen bedingen, entsprechend größere Wassermengen zur Aufnahme bzw. Abgabe dieser größeren Wärmemengen verfügbar sind, so daß dann die Temperaturänderungen des Wassers während der Wärmeübertragung annähernd mit den gleichzeitigen Temperaturänderungen der Gase Schritt halten können. Durch richtige Anpassung und Abstufung der zur Wärmeübertragung dienenden Wassermengen in den einzelnen sich folgenden Abschnitten "der Kühl- bzw. Erwärmperiode läßt sich dann für deren ganzen Verlauf eine ständige sehr enge Annäherung und Anschmiegung der Temperaturen des Wassers an die der Gase erreichen, was für- eine Vorteilhafte Durchführung des ganzen Verfahrens von größter Bedeutung ist.

Das Verfahren der Erfindung möge an Hand der Zeichnungen erläutert werden, in denen die Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens, und die Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung zur Erklärung der Arbeitsvorgänge wiedergibt.

Die' durch eine Rohrleitung 1 direkt von den öfen kommenden Rohgase treten, von einem innerhalb der Anlage angeordneten Gassauger .10 getrieben, in die Mitte eines stehenden Apparates ein, dessen obere Hälfte 2 als Gegenstromgaswascher und dessen untere Hälfte 3 als Sammel- und Scheidebehälter für die ablaufenden Flüssigkeiten ausgebildet ist. Die Temperatur der von unten her in den Gaswäscher 2 eintretenden Rohgase liegt ober^ halb ihres natürlichen Taupunktes und mag etwa go⁰C betragen. Im Inneren des Gaswaschers 2, der z. B. mit einer Reihe von Rieselböden 4 ausgesetzt ist, werden die heißen Gase durch entgegenfließendes kaltes Wasser, das mittels einer Pumpe 21 durch die Leitung 29 einem Tiefbehälter 20 entnommen und durch eine Rohrleitung 24 mit einer Temperatur von beispielsweise 30⁰C auf die Spitze des Gegenstromwaschers 2 aufgegeben wird, unter direkter Einwirkung bis auf eine Temperatur gekühlt, die wenig oberhalb der des zutretenden Wassers liegt und im vorliegenden Beispiel 35 ° C betragen mag. (In der Zeichnung sind die zugrunde gelegten Temperaturen von Gas und Wasser an den verschiedenen Stellen der Übersichtlichkeit halber mit eingetragen). Das zum direkten Kühlen benutzte Wasser erwärmt sich hierbei bis auf eine Temperatur, die nahe dem Taupunkt der Rohgase liegt und etwa 80⁰C beträgt; es läuft in diesem Zustande durch ein Rohr 5 zusammen mit den vom Rohgase abgeschiedenen Kondensaten, die aus Teer- und Ammoniakwasser bestehen, in den Scheidebehälter 3 ab. Aus nc diesem wird der Teer durch ein Rohr 6, das heiße Wasser durch eine Leitung 7 zu seiner weiteren Verwendung, wie später zu erläutern, abgezogen. Das aus dem direkt wirkenden Gaskühler 2 mit etwa 35⁰C entweichende Gas wird zunächst durch die Rohrleitung 12 einem gewöhnlichen Röhrenkühler (»Zwischenkühler«) 8 zugeleitet, worin es bis ungefähr auf die Temperatur der Außenluft, etwa 20⁰C, fertig gekühlt wird. Die geringen, dabei noch ausfallenden Kondensatmengen werden durch eine Leitung 9 in den Tiefbehälter 20 abgelassen.

Das gekühlte Gas verläßt den Kühler 8 durch die Leitung 13 und wird nun durch den Gassauger 10 mit einer durch die Kompression wenig erhöhten Temperatur, etwa 25° C, durch das Rohr 14 in den Fuß eines zweiten stehenden Apparates 11 befördert, der in völlig gleicher Weise wie der direkt wirkende Kühler 2 als Gegenstromwascher ausgebildet und von oben her durch die Leitung 7 mit dem vom Kühler 2 ablaufenden heißen Wasser beschickt wird. Durch die direkte Einwirkung des entgegenströmenden heißen Wassers wird das Gas erwärmt und nimmt gleichzeitig eine Wassermenge, die seinem Sättigungsvermögen bei der erhöhten Temperatur entspricht, als Dampf in sich auf. Die Endtemperatur des erwärmten Gases, das durch die Rohrleitung 16 abzieht, liegt etwas niedriger als die mit 80⁰C angenommene Eintrittstemperatur des heißen Wassers und mag etwa 70⁰C betragen. Das zur Gaserwärmung benutzte Wasser kühlt sich bei diesem Vorgange bis nahe auf die Eintrittstemperatur des Gases ab und fließt am Boden des Erwärmapparates 11 durch eine Rohrleitung 15 mit einer Temperatur von etwa 30⁰C in den Tiefbehälter 20 ab, von dem aus es sofort durch die Rohrleitung 29 mittels der Pumpe· 21 entnommen und von neuem durch Rohrleitung 24 auf die Spitze des direkten Gaskühlers 2 aufgegeben wird. Das im Betriebe befindliche Wasser vollführt somit einen ununterbrochenen vollständigen Kreislauf im Wechsel durch den Kühler 2 und Erwärmer 11 hindurch. Ein Teil des ständig zirkulierenden Wassers, nämlich so viel, als seiner Vermehrung durch Kondensate der Gase entspricht, wird von Zeit zu Zeit, nachdem es sich an Ammoniakverbindungen angereichert hat, durch eine Rohrleitung 18 abgezogen und einem Destillierapparat 31 zugeführt, worin es in üblicher Weise mittels Dampf und Kalk behandelt wird, um seinen Gehalt an Ammoniak zu gewinnen. Die freigemachten Ammoniakdämpfe werden durch ein Rohr 32 dem Strome der wiedererwärmten, durch Rohrleitung 16 abziehenden Gase beigemischt, worauf diese Gase nunmehr mit ihrem vollen ursprünglichen Gehalt an Ammoniak dem mit Säure beschickten Sättiger 17 zwecks Abscheidung des Ammoniaks in Form festen Salzes zugeleitet werden. Die erwähnte Aufarbeitung des durch Rohrleitung 18 abgezogenen Ammoniakwassers könnte auch in beliebiger anderer Weise als durch Destillation, z. B. durch unmittelbares Einleiten in das Säurebad des Sättigeis 17 erfolgen. Das von Ammoniak befreite Gas verläßt den Sättiger .17 durch das Rohr 33, während das gebildete Ammoniksalz in üblicher Weise durch einen Ejektor 19 herausgehoben wird.

In . dem vorstehend angegebenen Umfange deckt sich das Verfahren der Erfindung mit den Beschreibungen der eingangs angeführten Literäturstellen. Der grundlegende Erfindungsgedanke im vorliegenden Falle ist nun der, sowohl den direkten Gaskühler 2 als auch den Erwärnier 11 so zu betreiben, daß nicht wie vorstehend beschrieben, den Gasen ein einheitlicher Wasserstrom von gleichbleibender Menge entgegengeführt wird, sondern daß statt dessen in beiden Apparaten längs des ganzen Weges der Gase mehrere sich folgende Abschnitte oder Zonen geschaffen werden, in denen Wässermengen von verschiedener, passend abgestufter Größe zur Anwendung gelangen. In der Zeichnung sind beispielsweise für jeden der Apparate 2 und 11 drei solcher Abschnitte vorgesehen und durch Klammern mit den Bezeichnungen I, II und III bzw. Γ, H'.und III'. gekennzeichnet worden, und zwar entsprechen sich immer paarweise die Abschnitte Ι-Γ, II-IP und III-III' nach den verschiedenen Temperaturlagen der Gase, von der niedrigsten angefangen. Die Wassermengen, die in den einzelnen Abschnitten mit den entgegenströmen- 85 den Gasen in Berührung gebracht werden, werden so abgestuft, daß jeweils die größten Wassermengen in den höchsten und die kleinsten in den niedrigsten Temperaturlagen der Gase zur Anwendung gelangen. Hierbei werden wiederum die in den entsprechenden Abschnittpaaren Ι-Γ, H-II' und IH-III' umlaufenden Wassermengen gegenseitig immer im Wechsel einmal zum Gaskühlen in dem Kühler 2, dann wieder zum Gaserwärmen im Er- wärmer 11 und umgekehrt verwendet, in gleichartiger Weise, wie es bei dem als bekannt vorausgesetzten Verfahren, d. h. ohne Abstufung der Wasserströme, für den Wechselbetrieb zwischen dem Kühler 2 und dem Erwärmer 11 im ganzen der Fall war. Die gekennzeichnete Arbeitsweise gemäß der Erfindung läßt sich in verschiedener Weise verwirklichen. Beispielsweise könnte man die einzelnen Abschnitte I, II, III und Γ, II', III' als räumlich getrennte Apparate oder Teile von solchen ausbilden, die je vom Strome der Gase hintereinander (HI-II-I und Γ-ΙΓ-ΙΠ') durchzogen, jedoch bezüglich der umlaufenden Wassermengen paarweise getrennt (H', H-II', ΙΙΙ-ΙΙΓ) betrieben würden, d. h. so, daß ein Übertritt von Wasser aus einem Abschnitt in den nächsten, also etwa von I nach II und weiter von II nach III überhaupt nicht stattfände. Einfacher und zweckmäßiger jedoch in der Anlage wie im Betriebe ist eine Einrichtung, wie sie dem Zeichnungsbeispiel zugrunde gelegt worden ist. Hiernach wird auf die Spitze des direkten Kühlers 2, also am Gasaustritt, durch die Leitung 24 eine Wassermenge zugeführt, die der im dortigen Abschnitt I herrschenden tiefsten Temperaturlage der Gase angepaßt ist, und

dieses Wasser fließt durch den ganzen Kühler hindurch bis zum Ablauf am Gaseintritt. Am Ende des Abschnittes I wird dann durch die Leitung 25 eine zusätzliche Wassermenge von solchem Betrage zugeführt, daß sie zusammen mit der bereits ankommenden Wassermenge aus Abschnitt. I für den nächstfolgenden Abschnitt II genügt, und in gleichartiger Weise wird am Ende von Abschnitt II durch Rohrleitung 26 eine für den folgenden letzten Abschnitt III berechnete Zusatzwassennenge zugeleitet. Alle diese Teil wassermengen fließen in dem Sammelbehälter 3 zusammen, und ihre Gesamtmenge wird in heißem Zustande durch Rohrleitung 7 auf die Spitze des Erwärmers 11 aufgegeben, worin dieses Wasser also zunächst für den Abschnitt ΙΙΓ, also die dortige höchste Temperaturlage der Gase, zu deren Behandlung verwendet wird. Am Ende des Ab-Schnitts III' wird von dem Gesamtwasserstrom eine Teilmenge durch die Rohrleitung 28 entzogen und der Pumpe 23 zugeführt, die dieses Wasser durch die Rohrleitung 26 in den Kühlern als Zusatzwassemienge für den entsprechenden Abschnitt III einführt. Tn gleichartiger Weise wird aus dem Apparat 11 am Ende des Abschnitts II durch die Leitung 27 eine weitere Teilwassermenge entzogen, der Pumpe 22 zugeführt und mittels dieser durch die Leitung 25 in den Kühler 2 als Zusatzwassermenge für den entsprechenden Abschnitt II eingeleitet. Die in dem Erwärmer 11 schließlich durch den letzten Abschnitt I' strömende Restwassermenge fließt durch Rohr 15 in den Tiefbehälter 20 ab und wird von hier aus durch Leitung 29, Pumpe 21 und Leitung 24 auf die Spitze des direkten Kühlers 2 befördert, um hierin für den Abschnitt I als kleinste Anfangswässermenge zu wirken. Auf die vorstehend beschriebene Weise werden also die Gase unter Benutzung je eines einheitlichen Gegenstromgaswaschers für Gaskühlung und Wiedererwärmung mit stufenweise veränderten Wassermengen behandelt, ohne daß für jeden der einzelnen Abstufungsabschnitte ein besonderer Apparat mit eigenem Wassersammelbehälter erforderlich wäre. Um Sicherheit zu schaffen, daß. die in den einzelnen Abschnitten zirkulierenden verschieden großen Wassermengen dauernd bestimmte Größenbeträge einhalten, empfiehlt es sich, für die Pumpen 21, 22 und 23 solche mit feststehender Volumenförderung, als z. B. Kolben- oder Kapselpumpen, zu wählen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist, übereinstimmend mit dem eingangs als bekannt vorausgesetzten Verfahren, zwischen den beiden Behandlungen der Gase in dem Kühler 2 und dem Erwärmer 11 eine besondere »Zwischenkühlung« der Gase in dem Röhrenkühler 8 vorgesehen worden. Diese Zwischenkühlung bezweckt einerseits die völlige Herabkühlung der Rohgase bis auf die Außentemperatur zur Ermöglichung einer vollkommenen Teerscheidung, andererseits die Herbei- G5 führung eines Temperaturabfalls der Gase zwischen der erstmaligen direkten Kühlung und der späteren direkten Wiedererwärmung, damit in diesen beiden Arbeitsstüfen im Wechsel unmittelbar hintereinander immer ein und dieselbe Wassermenge zirkulieren kann. Man kann nun die Zwischenkühlung der Gase in dem Kühler 8 teilweise oder sogar ganz ersetzen durch eine Zwischenkühlung des Wassers auf seinem Weg von der Ablaufstelle des Erwärmers 11 bis zum Wiedereintritt in den Kühler 2. Am einfachsten geschieht dies, indem der Tiefbehälter 20 selbst als Kühler ausgebildet wird, z. B. dadurch, daß eine von Kühlwasser durchströmte Rohrschlange 30 in den Wasserraum des Behälters eingebaut wird. Die Wirkung einer solchen Zwischenkühlung des Wassers ist leicht einzusehen: Wenn z. B. das vom Erwärmer 11 durch Leitung 15 mit 30⁰C ablaufende Wasser in dem Tief behälter 20 durch frisches Kühlwasser bis vielleicht 16⁰C rückgekühlt wird, so muß es möglich sein, mittels dieses tiefgekühlten Wassers beim Aufgeben auf die Spitze des Kühlers 2 das hier abziehende Rohgas bis auf eine wenig höhere Temperatur als das Wasser besitzt, also anstatt bis 35⁰C wie im obigen Beispiel, sofort bis auf vielleicht 20° C, d. h. bis auf die sonst vom Zwischenkühler 8 geschaffte Endtemperatur herabzukühlen, womit also der Gaskühler 8 entbehrlich werden würde. Eine derartige Zwischenkühlung des Wassers ist nun allerdings bei dem eingangs als bekannt vorausgesetzten Verfahren an sich ebenfalls bekannt. In der Anwendung auf das Verfahren der Erfindung bietet aber die Zwischenkühlung des Wassers besonders neue Vorteile. Die Rückkühlung des zirkulierenden Wassers als Mittel zur völligen Herabkühlung der Rohgase Tiat nur dann technischen Wert, wenn das ganze Verfahren es überhaupt möglich macht, die Endtemperatur der her abzukühlenden Gase bis nahe an die des zutretenden rückgekühlten Wassers heranzubringen, denn ohne diesen Erfolg würde doch noch eine zusätzliche erhebliche Temperaturerniedrigung der Gase in einem anschließenden unabhängig wirkenden Gaskühler (»Zwischenkühler«) erforforderlich sein. Nun liegt aber, wie schon erwähnt, und wie noch besonders bewiesen werden wird, der wichtigste und kennzeich nende Erfolg des Verfahrens der Erfindung gerade darin, daß erst mit seiner Hilfe an jeder Stelle des Gasweges, insbesondere auch am Übertritt von der erstmaligen direkten Kühlung zur nachfolgenden Wiedererwärmung eine sehr enge, fast beliebig weitgehende

Annäherung der Temperaturen der Gase an die des einwirkenden Wassers erzielt wird, wie es bei dem bekannten, ohne die Merkmale der Erfindung durchgeführten Verfahren infolge bestimmter physikalischer Gesetze in einem nicht entfernt ähnlichen Grade der Fall sein kann. Es wird also erst mit Hilfe der dem neuen Verfahren eigentümlichen Wirkungen ein Mittel geschaffen, um mit der beschriebeneri Zwischenkühlung des zirkulierenden Wassers einen solchen Erfolg bezüglich der angestrebten Gaskühlung zu erzielen, daß tatsächlich die sonst erforderliche Zwischenkühlung der Gase mit praktisch gleichwertiger Wirkung völlig ersetzt werden kann. Im übrigen besteht im vorliegenden Falle noch der Vorteil, daß die Zwischenkühlung des Wassers auf die ihrer Größe nach kleinste Wassermenge, die in den niedrigsten Temperaturlagen der Gase zirkuliert, beschränkt werden kann, während die in den höheren Temperaturabschnitten benutzten, bedeutend größeren Wassermengen ohne weitere Sonderbehandlung in dauerndem Umlaufe bleiben. Diese Arbeitsweise ist nur dadurch möglich, daß eben gemäß der Erfindung die in Frage kommende kleinste Wassermenge, die rückzukühlen ist, ihrer Größe nach der Temperaturlage der Gase, in der sie arbeitet, gerade so angepaßt ist, daß ihre Temperaturänd^rung bei einem Wärmeübergang mit der gleichzeitigen Temperaturänderung der Gase Schritt hält. Bei dem bekannten Verfahren, das mit einem einheitlichen Wasserstrom in der Kühl- und Erwärmperiode der Gase arbeitet, muß bei der Zwischenkühlung des Wassers der ganze, selbstverständlich viel größere Wasserstrom das erforderlich werdende, nach obigem an sich schon bedeutend größere Temperaturgefälle erfahren, d. h. es muß diesem Wasserstrom bei der Zwischenkühlung viel mehr Wärme entzogen werden, als für eine entsprechende Tieferkühlung der Gase am Ende ihrer Kühlperiode erforderlich ist; dies bedeutet nicht nur eine unnütz erhöhte Kühlleistung, sondern überdies einen zwecklosen Wärmeverlust für das ganze Verfahren überhaupt.

Die vorteilhaften Wirkungen des neuen Verfahrens lassen sich am besten an Hand eines Schaubildes klar machen, wie es Fig. 2 wiedergibt. Im mittleren Teil des Schaubildes befindet sich schematisch dargestellt derzumdirekten Wiedererwärmen der gekühlten Rohgase dienende Apparat 11 aus Fig. 1 der Zeichnungen mit seinen verschiedenen Zubehörteilen, für welche auch hier wiederum die gleichen Bezeichnungsziffern verwendet worden sind. Zur linken und rechten Seite des Apparates 11 befinden sich graphische, für die nachfolgenden Erläuterungen dienende Darstellungen. Zu deren Auftragung sind einige Zahlenangaben für die Beziehungen zwischen Temperaturen und Wärmeinhalten von wasserdampf gesättigten Gasen erforderlich, die in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt sind.

I	2	-3	4	5	6	7	8	O	IO
Tem- pera- 40 tur	Teildruck des ge sättigten Dampfes P (mm Hg)	Teildruck des reinen Gases /'„. -760 ρ (mm Hg).	Volumen von ι cbm reinem Gas , nach Sättigung mit Dampf J r__ 76O (273 + /I	Raum- ge wicht von ge sättigtem Dampf y (lig/cbin)	Gewicht des von 1000 cbm reinem Gas auf genom menen Dampfes G = iocoV'·^ (kg)	Wärme inhalt von ι kg Dampf λ (CaI.)	Wärmein- haltdesvon 1000 cbm Gas aufgenom menen Dampfes Wd = G.\ (CaI.)	Wärme inhalt von 1000 cbm reinem Gas "'Ό — 1000 Cpt = 1000 · 0,3 t (CaI.)	Gesamt- . wärme von 1000 cbm Gas nebst aufgenom menem Dampf
iGrade 45 <;)	4,6	755,4	P1, ■ *Th (cbm)	0,0049	4,9	594,7	2900	O	. (CaI.)
0	2 3,6	736,4	1 1,006	O,O22<)	25,8	6o6,5	16200	7500	2900
■ 25	7',4	688,6	','27	0,0652	83,8	615,8	51600	13500	23700
50 45	.48,8	611,2	.,2S5	O,! 3OO	'97,o	622,6	122600	18 000	65 100
60	233,'	526,9	',517	O,H)8o	361,0	627,0	226200	21 000	140600
55 7o	',813	247 200

Die Tabelle gibt für eine zugrunde gelegte

Einheitsmenge von 1000 cbm wasserfreiem Gas, dessen stoffliche Natur zunächst gleichgültig ist, die bei verschiedenen Temperaturen t (Kolonne 1) sich einstellenden Sättigungsmengen an Wasserdampf (Kolonne 6) und die daraus zu berechnenden Gesamtwärmeinhalte (Kolonne 10) an, welch letztere sich zusammen-

setzen aus der Dampf wärme und der Gaswärme, beide auf t = o° als Anfangszustand bezogen. Für die Gaswärme (Kolonne 9) ist dabei die spezifische Wärme von 1 cbm zu 0^ = 0,3 angenommen worden, wie dies. für Kokerei- und Leuchtgas praktisch zutrifft. Im übrigen ergibt sich der Aufbau und die Rechnungsweise dieser Tabelle, bei der die Konstanten für Wasserdampf den Angaben des Taschenbuches »Hütte«, 21. Auflage, Bd. I, S. 436 entnommen sind, ohne weiteres aus den Überschriften der Kolonnenköpfe.

Die graphische Darstellung in der rechten Hälfte von Fig. 2 ist nun wie folgt zu verstehen. Die als Abszissenachse senkrecht aufgetragene Strecke M-N bedeutet die Gesamtzunahme des Wärmeinhaltes des Gases vom Eintritt 14 bis' zum Austritt 16 des Apparates ii, unter Zugrundelegung einer Einheitsgasmenge von 1000 cbm. Das Gas soll hierbei, genau entsprechend den Zahlen beispielen der vorangegangenen Beschreibungen, durch Rohr 14 mit 25⁰C eintreten und durch Rohr 16 mit 70° C austreten. Die gesamte Zunahme des Wärmeinhaltes des Gases ist dann aus den Zahlen von Kolonne 10 der Tabelle für 70° und 25° C durch Subtraktion auszurechnen; sie beträgt hiernach

W = 247200 — 23700 = 223500 CaL,

und dies wäre also in dem Abszissenmaßstab der Zahlenwert der Strecke M-N. Über dieser Strecke M-N als Abszisse werden nun, von M angefangen, für jeden Teilbetrag der Wärmeänderung des Gases seine zugehörigen Temperaturen t als Ordinaten aufgetragen. Für den Anfangspunkt M ist hiernach die Ordinate M, A im Streckenwert t = 25 ° C, für den Endpunkt N die Ordinate N₁B im Streckenwert t = 70° C aufzutragen. Für zwischenliegende Ordinaten, z. B. P₁E für £=45° und R, F für t = ()0° Q₁ wie in der Tabelle enthalten, bekommt man dann die Abszissenpunkte P und R durch Ausrechnung der Teilwärmeinhalte W/, Wu, Wm aus der Tabelle und ihre Auftragung als Abszissenstrecken in genau gleicher Weise wie oben für die Gesamtwärme W durchgeführt. Die Verbindungslinie der Ordinatenendpunkte A, E₁F₁B ergibt eine Kurve, die den Verlauf der Temperatur i des Gases beim direkten Wiedererwärmen als Funktion der gleichzeitigen Änderung seines Wärmeinhaltes darstellt.

Da die Änderung des Wärmeinhaltes des Gases durch unmittelbare Übertragung seiner Wärme an einen entgegenfließenden Wasserstrom erfolgt, so ist, von den zu vernachlässigenden Wärmeverlusten abgesehen, die Wärmeänderung des Gases sowohl im ganzen — für die Strecke M-N — wie auch für jedes beliebige Teilstück seines Weges genau übereinstimmend mit der im gleichen Raum stattfindenden Wärmeänderung des Wassers. Beispielsweise wird also der in dem letzten Abschnitt R, N erfolgenden Wärmezunahme des Gases von Wm = 106600 CaI. eine genau gleich große Wärmeabnahme des. entgegenfließenden Wassers entsprechen, die längs desselben Raumabschnitts stattfindet. Bei dieser Sachlage wird man also, genau¹-wie für das Gas eine Kurve A, E, F, B, so auch für das Wasser über der Strecke N-M als Abszisse einen Linienzug konstruieren können, der vollkommen analog die veränderliche Temperatur des Wassers als Funktion der Wärmeänderung des Gases bzw. der gleichzeitigen und übereinstimmenden Wärmeänderung des Wassers selbst darstellt. Über die Lage dieses Linienzuges als Temperaturfunktion für das Wasser innerhalb des gewählten Koordinatensystems wird man jedenfalls aus physikalischen Gründen von vornherein aussagen können, daß für jeden beliebigen Abszissenpunkt die Ordinate der Temperaturfunktion des Wassers unter allen Umständen größer sein muß als die entsprechende Ordinate für das Gas, weil die vorausgesetzte Art des Wärmeübergangs vom Wasser ans Gas an jeder Stelle - längs des Weges M- N selbstverständlich einen höheren Temperaturgrad des Wassers als des Gases bedingt. Geometrisch betrachtet heißt dies einfach, daß der die Temperaturfunktion des Wassers darstellende Linienzug in dem Koordinatensystem vollständig außerhalb der Kurve A, E, F₁ B für das Gas liegen muß.

Die gesuchte Temperaturf unkt ion für das Wasser bzw. der entsprechende Linienzug läßt sich für ein bestimmtes Beispiel sofort angeben. Es sei etwa angenommen, daß zur Erwärmung von 1000 cbm Gas von 25⁰C eine Wassermenge von 80^p C Anfangstemperatur zur Verfügung stehe, die so groß bemessen sei, daß sie bei Abgabe der gesamten erforderlichen Wärme an das Gas sich von 80⁰C bis auf 30° C abkühlen müßte. Bei den gewählten Anfangs- und Endtemperaturen der beiden Medien erscheint ein Wärmeübergang wie vorausgesetzt theoretisch wenigstens durchaus möglich. Die erforderliche Wassermenge würde sich in diesem Falle aus der Wärmezunahme W des Gases berechnen zu

QlIl —

223500

_/o —r- =—-■ = 4,47 cbm. 1000(80 — 30) 1000.50

Die Form des die Temperatürfunktion darstellenden Linienzugs für das Wasser ergibt sich ohne weiteres aus der Überlegung, daß bei einer einfachen Flüssigkeit die Temperaturänderung genau proportional der Wärmeänderung ist, also eine sogenannte lineare Funktion vorliegt: Der fragliche Linienzug ist

einfach eine Gerade, die die beiden festgelegten, den Anfangs- Und Endzustand kennzeichnenden Punkte verbindet. In dem Koordinatensystem der Fig. 2 entspricht die am Wassereintritt aufgetragene Ordinate N, C der angenommenen Anfangstemperatur des Wassers von 80° C, die am Wasseraustritt aufgetragene Ordinate M₁D der angenommenen Endtemperatur von 30⁰C. Für die Punkte zwischen C '.

jto und D müßte nach den vorstehenden Darlegungen der Temperaturverlauf des Wassers durch die gerade, in der Zeichnung strichpunktierte Linie C-D dargestellt werden.
Das Ergebnis der graphischen Darstellung für vorstehendes Beispiel ist äußerst bemer^ kenswert. Es zeigt sich, daß die Gerade C-D und die Kurve.A, E, F, B einander überschneiden, daß also das mittlere Stück X, Y der Geraden C-D innerhalb der Kurve A, E,F,B verläuft. Dies besagt, daß der vorausgesetzte Wärmeübergang vom Wasser an das Gas bei den gewählten Anfangs- und Endtemperaturen, trotzdem diese an sich geeignet sein müßten, physikalisch einfach unmöglich ist, und zwar

25· deshalb, weil während des Verlaufs zwischen den Anfangs- und Endzuständen die Temperaturänderung des einwirkenden Wassers bei weitem nicht Schritt hält mit der gleichzeitigen Temperaturänderung des behandelten Gases. Man müßte im vorliegenden Falle, um mit einem einheitlichen Wasserstrom arbeiten zu können, die Gerade C-D über die Kurve A, E, F₁B hinausrücken, d. h. die sämtlichen Wässertemperaturen im ganzen Verlaufe weit höher annehmen; damit würde man aber zugleich die Temperaturdifferenzen B, C und A, D soweit vergrößern, daß das ganze in Rede stehende Verfahren mit praktischem Erfolg nicht mehr durchführbar wäre.

Die Erfindung beseitigt die dargelegten Schwierigkeiten dadurch, daß der Verlauf des Wärmeübergangs längs des Bereichs der ganzen Strecke M- N in mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte I', II',' III' unterteilt und in jedem dieser Abschnitte eine bestimmte, besonders abgestufte Wassermenge von solcher Größe benutzt wird, daß im ganzen ein Temperaturverlauf für das einwirkende Wasser geschaffen wird, der nunmehr mit den gleichzeitigen Temperaturänderungen des Gases im wesentlichen Schritt hält. In der Darstellung der Fig. 2 umfaßt ζ. Β der Abschnitt F das Stück A, E der Gastemperaturkurve von 25 bis 45° C, der Abschnitt IF das Stück E, F von 45 bis 60⁰C und der Abschnitt III' das Stück F, B von 60 bis 70 ° C. Für den vom Wasser zuerst durchströmten Abschnitt III', in welchem einer großen Wärmezunahme Wm des Gases eine geringe Temperaturzunahme (von 60 ° auf 70 ° C) entspricht, wird eine entsprechend große Wassermenge Qm benutzt, die sich von der ,Anfangstemperatur 80 ° C — Punkt C — beispielsweise auf 68° C — Punkt H — abkühlt. Für den weiteren Verlauf im anschließenden Abschnitt IF, der einen Temperaturbereich des Gases von 45° bis 60⁰C umfaßt, wird eine niedriger gestufte Wassermenge Qn verwendet, die sich von 68° C-- Punkt H —_: beispielsweise auf 52° C —^: Punkt G — abkühlt, und für den Rest der Behandlung im Abschnitt F dient eine noch weiter verringerte Wassermenge Qi, die eine Abkühlung von 52 ° C — Punkt G — auf die vorausgesetzte Endtemperatur von 30° C, entsprechend dem Endpunkt D bedingt. Wie man sieht, ergibt sich nunmehr für den Temperaturverlauf des Wassers zwischen Anfangspunkt C und Endpunkt D eine Funktion, die durch den gebrochenen Linienzug C-H-G-D dargestellt wird. Die in den einzelnen Abschnitten F, IF, IIF gemäß vorstehendem Beispiel erforderlichen Wassermengen berechnen sich wie folgt:

Qi--Qir-

- ^Wl ■■= ^4I4OO ₌i,88cbm 1000 · (52-30) 1000 · 22

W₁,

__' 75500

1000 · (68-52) 1000 · 16

— 4,72 cbm

.. ' Wm 106600 „ _o ,

Qm = == " ~ ⁸-⁸9 ^cbm·

1000.(80-68) 1000 · 12

Man vergleiche mit diesen Zahlen die weiter oben berechnete Größe von Q_m = 4,47 cbm für eine zwischen den Punkten C und D anzuwendende einheitliche, gewissermaßen »mittlere« Wassermenge, die sich allerdings für die dortigen Annahmen nur als hypothetisch herausgestellt hat.

In der linken Hälfte der Fig. 2 sind die vorberechneten Werte der Wassermengen Qi, Qn, Qm schaubildlich in einem bestimmten Ordinatemaßstabe über den Abschnitten I', IF, IIF als Abszissengrundlinien aufgetragen worden, um ihre stufenförmige Veränderlichkeit längs des ganzen Weges durch den Apparat 11 deutlicher zu kennzeichnen. Durch dieses Schaubild wird nun die Arbeitsweise für das neue Verfahren vollkommen klar. Auf die Spitze des Erwärmers 11 wird durch Rohr 7 die Gesamt wassermenge Q m beispielsweise mit 80⁰C aufgegeben. Am Ende des obersten Abschnittes III', wo das Wasser beispielsweise 68° C warm ist, wird durch Rohr 28 eine Teilwassermenge Q m - Q jj abgezogen, die dann als Zusatzwassermenge für den entsprechenden Abschnitt III des direkten Gaskühlers 2 (Fig. 1) Verwendung findet. In gleichartiger Weise werden dann weiterhin die Teilwassermengen Qu- Qi mit 52° C durch Rohr 27 und schließlich Qi mit 30° C durch Rohr 15 abgezogen und wie früher beschrieben zum Gaskühlen verwendet. Bei diesem Schaubild

Claims (4)

ist die, übrigens nicht erhebliche, Verringerung der Wassermengen Qi, Qu, Qm innerhalb der Abschnitte Γ, ΙΓ, IH'' durch Wasseraufnahme des Gases unberücksichtigt gelassen worden. In dem direkten Gaskühler 2 muß sich, da hier Gas und Wasser in wesentlich gleichen Temperaturbereichen wie im Erwärmer ii aufeinander einwirken, ebenfalls ein Temperaturverlauf des Gases und des Wassers von völlig gleicher Art einstellen, wie er gemäß dem vorstehenden in dem Schaubild der Fig. 2 niedergelegt worden ist. Es ist dabei als abweichend nur zu beachten, daß bei der Gaskühlung der gebrochene Linienzug für die Temperaturfunktion des Wassers innerhalb der Kurve für die Temperaturfunktion des Gases liegen muß, da ja in diesem Falle der Wärmeübergang in umgekehrtem Sinne, nämlich vom Gase an das Wasser erfolgt und sonach an jeder Steile die Ordinaten der Wassertemperatur kleiner als die zugehörigen Ordinaten der Gastemperatur sein müssen. Die Eigenart und die Vorteile des Verfahrens der Erfindung sind nun nach den vorangegangenen Darlegungen klar zu erkennen. Durch die Unterteilung der Gegenstromgaskühlung wie auch der gleichartigen Wiedererwärmung in mehrere Abschnitte mit jeweils besonders angepaßten Wassermengen zur Behandlung der Gase läßt sich für den ganzen Verlauf sowohl der Kühl- wie auch der Erwärmperiode eine fast beliebig weitgehende Annäherung und Anschmiegung der Temperatüren des einwirkenden Wassers an die der behandelten Gase erreichen. Erst durch dieses Mittel lassen sich für das Verfahren in vollem Maße die Vorteile ausnutzen, die bekanntermaßen die direkte Einwirkung zwischen Gasen und Flüssigkeiten für einen Wärmeübergang zwischen beiden im Gefolge hat und die in einem außerordentlich intensiven Wärmeaustausch schon bei ganz geringen Temperaturunterschieden der beiden Medien in Erscheinung treten. Die Möglichkeit solcher äußerst geringer Temperaturunterschiede zwischen Gasen und Wasser erniedrigt nicht nur wesentlich den Betrag der Gaszwischenkühlung in dem Gaskühler δ, bzw. der entsprechenden Wasserzwischenkühlung, sondern sichert vor allem auch eine hochgradige Wiedererwärmung der zunächst gekühlten Rohgase in dem Erwärmer ι r; denn einerseits wird infolge Verringerung der erforderlichen Temperaturgefälle das Kühlwasser in dem Gaskühler 2 stärker erwärmt, andererseits vermag dieses crwilrmte Wasser infolge seiner höheren Temperatur und vor allem wegen der erläuterten Eigentümlichkeiten des Verfahrens das Gas in dem Erwärmer 11 auf eine höhere Endtemperatur zu bringen. In dieser Beziehung spielt nun aber eine jede, selbst eine geringe Temperatursteigerung des Gases gerade an dieser Stelle, wo es zur Ammoniaksättigung fertig vorbehandelt austritt, eine höchst wichtige. Rolle, weil in diesen Temperaturlagen schon wenige Grade Temperaturerhöhung eine namhafte Vermehrung des vom Gase zur Sättigung aufgenommenen und fortgetragenen Wasserdampfes bewirken. Die Bedeutung dieses Erfolges für das ganze Verfahren wird klar, wenn man berücksichtigt, daß gerade die möglichst vollständige Wiederaufnahme des beim Gaskühlen kondensierten Wasserdampfes das Hauptziel des Verfahrens ist. Je vollständiger diese Wiederaufnahme des Rohgaswassers gelingt, um so geringer werden die Mengen ammoniakhaltigen Kondenswassers, die übrig bleiben und in irgend einer Form aufgearbeitet werden müssen, gewöhnlich mit Hinterlassimg entsprechender Abwassermengen. Durch die mit der Erfindung geschaffenen Mittel lassen sich diese eine Sonderbehandlung erfordernden Ammoniak wassermengen auf ein ganz geringes Maß herabmindern, und erst hiermit wird eine praktisch befriedigende Lösung der Aufgabe, die dem eingangs angezogenen Verfahren zugrunde liegt, nämlich Teer und Ammoniak aus Destillationsgasen unmittelbar auf einfachstem Wege zu gewinnen, in vollkommenem Maße geschaffen. ■■'.;..■- Paten τ-Ansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Teer und Ammoniak aus Gasen der trocknen Destillation, wobei die Gase vor der Ammoniaksättigung mittels einer ständig im Betriebe zirkulierenden Wassermenge durch direkte Einwirkung im Gegenstrom abwechselnd erst gekühlt und danach in gleicher Weise wiedererwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase während des ganzen Verlaufes der Kühlung wie auch der Wiedererwärmung mit Wassermengen von stufenweise veränderter Größe behandelt werden, derart, daß jeweils die größten Wassermengen in den höchsten, und die kleinsten Wassermengen in den niedrigsten Temperaturlagen der Gase zur Anwendung gelangen.

2. Ausführungsweise des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Verlauf der Kühlung und der Wiedcrerwännung der Gase je gleichviele aufeinanderfolgende Abschnitte mit stufenweise veränderten Wassermengen vorgesehen und die einzelnen nach der Tempcraturlage sich paarweise entsprechenden Abschnitte der Kühl- und Erwärmperiode in solcher Weise untereinander in Wechselbetrieb gehalten werden, daß jeweils eine

bestimmte Wassermenge für ein solches Paar von Abschnitten abwechselnd und in ständigem Umlauf benutzt wird..

3. Ausführungsweise des Verfahrens'gemäß Anspruch 1 und 2 mit Benutzung einheitlicher Gegenstromgaswascher für die Kühlung und Wiedererwärmung der Gase, gekennzeichnet durch ein mehrfaches Abstufen der Wassermengen in jedem der beiden Wascher in solcher Weise, daß dem ersten Wascher für Gaskühlung am Gasaustritt die kleinste in Betracht korn inende Wassermenge und außerdem an mehreren davon entfernteren Punkten zusätzliche Wassermengen nacheinander zugeführt werden, dem zweiten Wascher für Gaserwärmung dagegen am Gasaustritt die gesamte vom ersten Wascher abgelaufene Wassermenge zugeführt und an mehreren davon entfernteren Punkten Teilwassermengen nacheinander entzogen werden, die dann in dem ersten Wascher für die entsprechenden Temperaturabschnitte als zusätzliche Wassermengen Verwendung finden.

4. Ausführungsweise des Verfahrens nach Ansprüchen 1/ 2 und 3 mit Vornahme einer Rückkühlung des zum Wiedererwärmen der Gase benutzten Wassers vor seiner Wiederverwendung im Kreislauf zum Kühlen der Gase, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die in dem niedrigsten Temperaturabschnitt der Gaskühl- und Erwärmperiode zirkulierende, ihrer Größe nach kleinste Wassermenge der Rückkühlung unterworfen wird, dagegen die in den höheren Temperaturabschnitten benutzten größeren Wassermengen ohne Zwischenkühlung abwechselnd in der Gäskühl- und Erwärmperiode zirkulieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.