DE3603971C1 - Method for operating a hot separator and associated device - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines den Sumpfphasereaktoren der Hochdruckhydrierung von Kohlen, Teeren, Mineralölen, deren Destillations- und Extraktionsprodukten und ähnlichen Stoffen nachgeschalteten Heißabscheiders, für die Auftrennung der Maische aus den Sumpfphasereaktoren in ein Sumpfprodukt, nämlich vorwiegend hoch siedende Öle, Asche, ggf. Katalysator, ungelöste Kohle und in flüchtige Reaktionsprodukte der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Art.The invention relates to a method for operating one of the sump phase reactors of high pressure hydrogenation of coals, tars, mineral oils, their Distillation and extraction products and the like Substances downstream heat separator for which Separation of the mash from the bottom phase reactors into a bottom product, namely predominantly high-boiling Oils, ashes, possibly catalyst, undissolved coal and in volatile reaction products in the preamble of Claim 1 specified Art.
Die Erfindung betrifft ferner einen Heißabscheider, aus einem druckfesten Behälter, welcher einen oberen zylindrischen und einen unteren konischen Wandeinsatz enthält und dessen Inhalt durch ein Kühlsystem mittels eines Kühlgases gekühlt werden kann und der mit Stutzen für Eintritt der reagierten Produkte, Kopfproduktaustritt, Sumpfproduktaustritt, ggf. Hydriergaseintritt am Boden des konischen Einsatzes, Standmessungen und dem Kühlsystem ausgerüstet ist.The invention further relates to a hot separator, from a pressure-resistant container, which is an upper one cylindrical and a lower conical wall insert contains and its content through a cooling system can be cooled by means of a cooling gas and the with nozzle for entry of the reacted products, Top product outlet, bottom product outlet, if necessary Hydrogenation gas inlet at the bottom of the conical insert, Level measurements and the cooling system is equipped.
Es ist bekannt, zur Vermeidung von Absetzungen und Verkokungen in den Heißabscheidern der Hochdruckhydrierung die Innenwände zwecks Abkühlung auf indirektem Weg durch Kreislaufgas mittels Schlangenrohren zu kühlen, um dadurch Kondensationswirkung und Spülung an der Innenwand des Abscheiders zu erreichen (vgl. DE-PS 8 85 398).It is known to avoid settling and Coking in the hot separators of the High pressure hydrogenation of the inner walls for cooling indirectly through recycle gas To cool snake tubes to thereby Condensation and flushing on the inside wall of the To achieve separator (see. DE-PS 8 85 398).
Heißabscheider wie sie beispielsweise bei Anlagen zur verflüssigenden Kohlehydrierung eingesetzt werden, bestehen aus druckfesten Behältern, welche durch Rohrschlangen gekühlte Einsätze enthalten, um die Abscheidung zu erleichtern und zu verhindern, daß an der heißen Abscheiderwand die abgeschiedenen, nicht flüchtigen Stoffe verkoken. Der untere gekühlte Einsatz ist üblicherweise als Trichter ausgebildet, durch den die nicht flüchtigen Anteile abgeführt werden. Im praktischen Betrieb hat sich gezeigt, daß trotz der wirksamen Kühlung des unteren Einsatzes durch Rohrschlangen häufig durch Verkokung Störungen auftreten, die unregelmäßigen Gang des Abscheiders und sogar Betriebsunterbrechungen herbeiführten (vgl. DE-PS 9 71 419).Hot separators such as those used in systems for liquefying coal hydrogenation are used, consist of flameproof containers which Pipe coils contain cooled inserts to the To facilitate deposition and to prevent the hot separator wall, the separated ones, not coke volatile substances. The lower chilled Insert is usually designed as a funnel, through which the non-volatile components are removed will. Practical operation has shown that despite the effective cooling of the lower insert due to pipe coils often caused by coking disorders occur the irregular gait of the separator and even caused business interruptions (cf. DE-PS 9 71 419).
Bei der Hydrierung von Kohlen, Teeren und Schwerölen werden die Reaktionsprodukte aus den Sumpfphasereaktoren in einen Abscheider zwecks Auftrennung in eine aus Feststoff und vorwiegend hoch siedenden Ölen bestehende Feststoff-/Flüssig-Phase und eine die flüchtigen Reaktionsprodukte sowie Hydriergas enthaltende Gase-/Dämpfe-Phase geleitet. Um chemische Nachreaktionen, welche zu Polymerisationen der Produkte und zur Verstopfung des Abscheiders führen können, einzuschränken, müssen hierzu die Reaktionsprodukte etwas abgekühlt werden, beispielsweise um 10-40°C niedriger als die Temperatur in den letzten Sumpfphasereaktoren.When hydrogenating coal, tars and heavy oils the reaction products from the Marsh phase reactors in a separator in order to Separation into a solid and predominantly high boiling oils existing solid / liquid phase and one the volatile reaction products as well Gases / vapors phase containing hydrogenation gas passed. To chemical after reactions, which too Polymerizations of the products and for the constipation of the Separator may have to restrict the reaction products are cooled somewhat for this purpose, for example 10-40 ° C lower than that Temperature in the last sump phase reactors.
Andererseits sollen die Reaktionsprodukte im Abscheider auf möglichst hohem Temperaturniveau gehalten werden, um die thermische Auftrennung der Produkte energiesparend durchzuführen und ggf. um die Abwärme der Reaktionsprodukte zur Aufheizung der Einsatzprodukte der Sumpfphasehydrierung auszunutzen.On the other hand, the reaction products in Separator at the highest possible temperature level be held to the thermal separation of the To carry out products in an energy-saving manner and, if necessary, around Waste heat from the reaction products to heat the To utilize products of the bottom phase hydrogenation.
Bei dem bekannten Verfahren zur Abkühlung der Innenwände auf indirektem Weg durch Kreislaufgas wird die Temperatur der im Abscheider befindlichen Produkte dadurch abgesenkt, daß eine Kühlschlange um den konischen Einsatz des Abscheiders gewickelt ist, wobei zwischen Innen- und Außenfläche der Einbauten Druckausgleich besteht.In the known method for cooling the Inner walls in an indirect way through recycle gas the temperature of those in the separator Products lowered in that a cooling coil around the conical insert of the separator is wound, being between the inner and outer surface of the internals There is pressure equalization.
Diese aufgewickelte Kühlschlange hat verschiedene prozeßtechnische Nachteile: Zwischen Kühlschlange und Außenseite des konischen Einsatzes bilden sich mit der Zeit Feststoffablagerungen, welche den Wärmedurchgangskoeffizienten verändern. Folglich können unerwünschte produktseitige Feststoffablagerungen auf der Innenseite des konischen Einsatzes nicht durch einfache wärmetechnische Messungen des Wärmedurchgangskoeffizienten erkannt werden. Weiterhin ist mittels eines einzigen Kühlkreislaufes keine optimale getrennte Temperatureinstellung des in dem konischen Einsatz befindlichen Sumpfproduktes und der in dem zylindrischen Einsatz befindlichen Gas-/Dämpfephase möglich.This coiled cooling coil has several Process engineering disadvantages: Between cooling coil and Form the outside of the conical insert the time solid deposits, which the Change the heat transfer coefficient. Hence can cause unwanted product Solid deposits on the inside of the conical use not by simple thermal measurements of the Thermal transmittance can be recognized. Furthermore, by means of a single cooling circuit no optimal separate temperature setting of the in the conical use of the bottom product and the one in the cylindrical insert Gas / vapor phase possible.
Wegen der unterschiedlichen Verweilzeit der verschiedenen Produkte in dem Heißabscheider und dem unterschiedlichen Wasserstoffangebot - in dem im konischen Einsatz befindlichen Sumpfprodukt tritt eine zunehmende Wasserstoffverarmung auf - besteht ein Bedürfnis, die Temperaturen des in dem konischen Einsatz befindlichen Sumpfproduktes und der in dem zylindrischen Einsatz befindlichen Gas-/Dämpfephase auf vorbestimmten Werten zu halten, um eine chemische Nachreaktion mit Polymerisation und Feststoffbildung zu verhindern und dennoch ein möglichst hohes Temperaturniveau im Heißabscheider aufrechtzuerhalten.Because of the different dwell times of the various products in the hot separator and different hydrogen supply - in the im conical insert located marsh product occurs there is increasing hydrogen depletion a need the temperatures of the in the conical Use of the bottom product and in the cylindrical gas / vapor phase to keep at predetermined levels to a chemical Post-reaction with polymerization and solid formation to prevent and still the highest possible Maintain temperature level in the hot separator.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Merkmale des Kennzeichens von Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 3 verwirklicht sind.This task is one method and one Device of the type specified above solved that the characteristics of the license plate of Claim 1 and claim 3 realized are.
Durch genaue wärmetechnische Messungen der Heißabscheiderprodukttemperaturen, beispielsweise mittels an den Einsätzen angeschlossener Thermoelemente, kann eine unerwünschte Ausbildung produktseitiger Koks- und sonstiger Feststoffablagerungen an dem zylindrischen und dem konischen Einsatz wirkungsvoll verhindert werden. Through precise thermal measurements of the Hot separator product temperatures, for example by means of attached to the inserts Thermocouples can be an undesirable training product-side coke and other Solid deposits on the cylindrical and the conical use can be effectively prevented.
Durch Fertigung sowohl des konischen Einsatzes 4 als auch des zylindrischen Einsatzes 3 aus einem spiralförmig aufgewickelten Vierkanthohlprofil 12, indem diese Einsätze in umlaufenden Windungen gewickelt sind, wird erreicht, daß die Kühlleistung insgesamt verbessert wird.By manufacturing both the conical insert 4 and the cylindrical insert 3 from a spirally wound square hollow section 12 , by winding these inserts in circumferential turns, the cooling performance is improved overall.
Die Windungen sind auf der Innenseite der so hergestellten Einsätze vorzugsweise durch Schweißnähte miteinander verbunden, die auf der Innenseite geglättet sind. Auf der Außenseite der so hergestellten Behälter sind die Windungen vorzugsweise durch eine unterbrochene äußere tragende Naht miteinander verbunden.The turns are on the inside of the sun inserts produced preferably by Welds joined together on the Are smoothed on the inside. On the outside of that Manufactured containers are the coils preferably by an interrupted outer load-bearing Seam joined together.
Dieser Aufbau führt zu, vorzugsweise getrennten, integrierten Kühlkreisläufen.This structure leads to, preferably separate, integrated cooling circuits.
Alle Windungen der den konischen Einsatz 4 bildenden konischen Schlange aus Vierkantprofil 12 sind auf der Innenseite ohne Unterbrechung miteinander verschweißt, wobei die innere Schweißnaht als Dichtnaht, die äußere Naht als tragende Naht gilt.All turns of the conical insert 4, which is made of square profile 12 and form the conical insert 4, are welded to one another on the inside without interruption, the inner weld being the sealing seam and the outer seam being the supporting seam.
Die Windungen der den zylindrischen Einsatz 3 bildenden zylindrischen Kühlschlange aus Vierkantprofil 12 sind in gleicher Weise wie bei dem konischen Einsatz 4 auf der Innenseite ohne Unterbrechung miteinander verschweißt, wobei die innere Schweißnaht als Dichtnaht und die äußere Naht als tragende Naht gilt. The windings of the cylindrical cooling coil from square profile 12 forming the cylindrical insert 3 are welded to one another on the inside in the same way as with the conical insert 4 without interruption, the inner weld seam being the sealing seam and the outer seam being the supporting seam.
Die obersten Windungen der zylindrischen Kühlschlange aus dem Vierkantprofil 12 sind zweckmäßig in einem Abstand gewickelt und nicht miteinander verschweißt. Sie dienen im Betrieb bei Erwärmung als Dehnungsausgleicher.The uppermost turns of the cylindrical cooling coil from the square profile 12 are expediently wound at a distance and are not welded to one another. They serve as expansion compensators during operation when heated.
Das Verbundsystem besteht aus aufgewickelten und verschweißten Vierkant-Profilen 12 mit vorzugsweise zylindrischer Bohrung, welche gleichzeitig die Funktionen der Kühlschlange und der Behälterwand übernehmen.The composite system consists of wound and welded square profiles 12 , preferably with a cylindrical bore, which simultaneously assume the functions of the cooling coil and the container wall.
Veränderungen des Wärmedurchgangskoeffizienten lassen - bei sonst gleichen Prozeßbedingungen - direkt auf produktseitige Feststoffablagerungen im Inneren des Heißabscheiders 1 schließen.Changes in the heat transfer coefficient - if the process conditions are otherwise the same - allow direct conclusions to be drawn about solid deposits on the inside of the heat separator 1 .
Mittels der vorgesehenen getrennten Kühlkreisläufe können die prozeßrelevanten Temperaturen des in dem konischen Einsatz 4 befindlichen Sumpfproduktes und der in dem zylindrischen Einsatz 3 befindlichen Gas-/Dämpfephase unabhängig voneinander auf die erforderlichen Werte eingestellt werden und es braucht Wasserstoffgas bzw. Hydriergas nur in der zur Beeinflussung des Verkokungsgleichgewichtes im Heißabscheider, d. h. Entgegenwirken der in dem Heißabscheider auftretenden Wasserstoffverarmung, erforderlichen Menge, nicht aber zum Zwecke der direkten Kühlung des Heißabscheiderinhaltes, direkt in den Heißabscheider eingeleitet zu werden. By means of the separate cooling circuits provided, the process-relevant temperatures of the bottom product located in the conical insert 4 and the gas / vapor phase located in the cylindrical insert 3 can be set independently of one another to the required values, and only hydrogen gas or hydrogenation gas is required to influence the Coking equilibrium in the hot separator, ie counteracting the hydrogen depletion occurring in the hot separator, the amount required, but not for the purpose of direct cooling of the hot separator contents, to be introduced directly into the hot separator.
In einer anderen Ausführung des vorgeschlagenen Heißabscheiders kann vorgesehen werden, daß die Kühlkreisläufe für den konischen Einsatz 6 und den zylindrischen Einsatz 5 aus auf den Einsätzen befestigten Rohren 13, die an dem jeweiligen Einsatz angeschweißt sind, aufgebaut sind.In another embodiment of the proposed hot separator, it can be provided that the cooling circuits for the conical insert 6 and the cylindrical insert 5 are constructed from tubes 13 fastened to the inserts and welded to the respective insert.
Die Verbindung der Einsätze 3 und 4, bzw. 5 und 6 kann durch einen konischen Schuß 11 z. B. mittels eines Blechelementes hergestellt werden, so daß ein gemeinsames Apparateelement vorliegt.The connection of the inserts 3 and 4 , or 5 and 6 can by a conical shot 11 z. B. be produced by means of a sheet metal element, so that a common apparatus element is present.
Der vorgeschlagene Heißabscheider und insbesondere die vom Kühlmedium durchströmten Einsätze sind geeignet, einer äußeren Druckbelastung von bis zu 700 bar und einer Temperaturbelastung von bis zu 500°C standzuhalten.The proposed hot separator and in particular are the inserts through which the cooling medium flows suitable for an external pressure load of up to 700 bar and a temperature load of up to 500 ° C to withstand.
In Fig. 1 ist der konstruktive Aufbau des vorgeschlagenen neuen Heißabscheiders 1 mit dem druckfesten Behälter 2 und Stutzen 7 für Eintritt der reagierten Maische, Kopfproduktaustritt 8 sowie Sumpfproduktaustritt 9 in einer bevorzugten Ausführung schematisch dargestellt. Der konische Einsatz 4 sowie der zylindrische Einsatz 3 des Innenbehälters bilden jeweils ein integriertes festes Verbundsystem, bestehend aus Kühlkreislauf und Behälterwand. Der konische und der zylindrische Einsatz werden mit zwei separaten Kühlmittelströmen beaufschlagt. In Fig. 1, the construction of the proposed new hot separator 1 with the pressure-resistant container 2 and nozzle 7 for the entry of the reacted mash, top product outlet 8 and bottom product outlet 9 is shown schematically in a preferred embodiment. The conical insert 4 and the cylindrical insert 3 of the inner container each form an integrated, fixed composite system consisting of the cooling circuit and the container wall. Two separate coolant flows are applied to the conical and cylindrical inserts.
Die Kühlmittelströme werden für den konischen Einsatz 4 über Stutzen für Kühlgas-Eintritt (10/1) und Kühlgas-Austritt (10/2), für den zylindrischen Einsatz 3 über Stutzen für Kühlgas-Eintritt (10/3) und Kühlgas-Austritt (10/4) geführt.The coolant flows are for the conical insert 4 via sockets for cooling gas inlet ( 10/1 ) and cooling gas outlet ( 10/2 ), for the cylindrical insert 3 via sockets for cooling gas inlet ( 10/3 ) and cooling gas outlet ( 10/4 ).
Der konische Einsatz 4 weist beispielsweise 10 Grad Schräge auf und ist aus einem Vierkantprofil 12 mit einer zylindrischen Bohrung gewickelt. Der zylindrische Einsatz 3 ist ebenfalls aus dem Vierkantprofil 12 mit einer zylindrischen Bohrung gewickelt, wobei die Verbindung der beiden Einsätze durch den konischen Schuß 11 hergestellt ist, welcher ggf. durch Rippen verstärkt werden kann. Der konische Einsatz 4 wird auf der Innenseite mit beispielsweise vier Thermoelementen 15.1, 15.2, . . ., 15.N und der zylindrische Einsatz 3 auf der Innenseite mit beispielsweise zwei Thermoelementen 14.1, . . ., 14.N bestückt. Die Thermoelementanschlüsse können beispielsweise über Stopfbuchsdichtungen aus dem Heißabscheider 1 herausgeführt werden.The conical insert 4 has, for example, 10 degrees bevel and is wound from a square profile 12 with a cylindrical bore. The cylindrical insert 3 is also wound from the square profile 12 with a cylindrical bore, the connection of the two inserts being produced by the conical weft 11 , which can optionally be reinforced by ribs. The conical insert 4 is on the inside with, for example, four thermocouples 15.1, 15.2,. . ., 15 . N and the cylindrical insert 3 on the inside with, for example, two thermocouples 14.1,. . ., 14 . N equipped. The thermocouple connections can be led out of the hot separator 1 , for example, via gland seals.
Der Heißabscheider 1 ist beispielsweise auf eine zulässige Betriebstemperatur von 500°C und einen zulässigen Betriebsüberdruck von bis zu 700 bar ausgelegt, wobei zwischen Innen- und Außenfläche der Einbauten Druckausgleich besteht.The hot separator 1 is designed, for example, for a permissible operating temperature of 500 ° C. and a permissible operating pressure of up to 700 bar, with pressure equalization between the inside and outside surface of the internals.
Gemäß einem weiteren, in Fig. 2 dargestellten, Konstruktionsbeispiel sind Kühlschlangen bestehend aus Rohren 13 um eine dünne Konuswand 6 bzw. Zylinderwand 5 gewickelt und aufgeschweißt. According to another construction example shown in FIG. 2, cooling coils consisting of tubes 13 are wound around a thin cone wall 6 or cylinder wall 5 and welded on.
Die Bezugszeichen 1 und 2 bezeichnen wieder den Heißabscheider und den druckfesten Behälter. Die Bezugszeichen für die Stutzen 7, 8, 9, 10/1, 10/2, 10/3 und 10/4 sowie für das Element 11 haben die bei der Erläuterung von Fig. 1 angegebenen Bedeutungen.The reference numerals 1 and 2 again designate the hot separator and the pressure-resistant container. The reference numerals for the sockets 7, 8, 9, 10/1, 10/2, 10/3 and 10/4 and for the element 11 have the meanings given in the explanation of FIG. 1.
Auch hier besteht Druckausgleich zwischen Innen- und Außenfläche von Konus- bzw. Zylinderwand.Here too there is pressure equalization between the inside and Outside surface of the cone or cylinder wall.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: VEBA OEL TECHNOLOGIE UND AUTOMATISIERUNG GMBH, 458 |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |