-
Verfahren zum Destillieren von Teer mit Hilfe von überhitztem Dampf
Um Teer unter Gewinnung von ölen zu Pech a#bzudestillieren, hat man schon vorgeschlagen,
den auf 300° vorgewärmten Teer im Vakuum einem überhitzten Dampfstrom von gleicher
Temperatur entgegenzuschicken. Die starke Herabsetzung des Partialdruckes der Öldämpfe,
.die teils auf das Vakuum und teils auf die Verdünnung mit dem Wasserdampf zurückzuführen
ist, verursacht ein ausreichendes Abdestillieren der flüchtigen Teerbestandteile.
Der Kühlmittelbedarf bei diesem Verfahren ist wegen der großen zu kondensierenden
Wasserdampfmengen ziemlich groß, auch ist die Regelung der Strömungs- und Druckverhältnisse
schwierig und die erforderliche Einrichtung recht kostspielig.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Destillation von Teer
und zur Gewinnung von Pech, das ebenfalls mit überhitztem Dampf arbeitet, die genannten
Nachteile aber dadurch vermeidet, daß man den Dampf bis zu einer Temperatur überhitzt,
bei der der Teer oder das Pech gewöhnlich schon verkokt, und diesen Dampf mit einem
Sprühregen von Teer oder Pech von solcher Intensität in unmittelbare und innige
Berührung bringt, an besten mit Hilfe einer schnell umlaufenden Sprühwalze, daß
der Dampf fast augenblicklich unter die Temperatur abgekühlt wird, bei der eine
Verkokung des Teers oder Pechs eintritt, während eine sehr rasche Destillation des
Teers oder Pechs erzielt wird, worauf man die entstehenden Wasser- und Öldämpfe
abzieht und zur Kondensation von Ölen abkühlt.
-
Bei dieser Arbeitsweise dient der Wasserdampf als ausschließliches
oder doch hauptsächliches, direkt wirkendes Heizmittel und braucht trotzdem nur
in verhältnismäßig geringen Mengen angewandt zu werden, was die weitere Behandlung
der abziehenden Dämpfe erheblich erleichtert. Ein Vakuum oder eine sonstige Druckregelung
ist nicht erforderlich, der Betrieb und die dafür erforderliche Anlage sind äußerst
einfach, so daß sehr große Leistungen mit sehr geringen Kosten bewältigt werden
können.
-
Die Verkokung von Pech durch Einsprühen in hoch überhitzten Wasserdampf
ist zwar ebenfalls bekannt, es war aber nicht vorauszusehen, daß man durch bloße
Regelung der Sprühintensität eine weitgehende Umwandlung des Teers in Pech ohne
gleichzeitige Verkokung erzielen könne.
-
Die überhitzungstemperaturen liegen bei dem Verfahren der Erfindung
zwischen etwa 5oo bis rooo°. Bei dieser Temperatur würde Steinkohlenteer rasch verkohlen.
Um dies zu verhindern, wird der hoch überhitzte Dampf
erfindungsgemäß
in eine Kammer eingeführt, in der der zu destillierende Teer oder pechartige Rückstand
des bereits teilweise abdestillierten- Teers in Form eines Flüssigkeitskörpers enthalten
ist und so intensiv in den Dampfstrom verspritzt oder versprüht wird, daß der Dampf
fast augenblicklich bis in die Nähe der Temperatur des dabei gebildeten Pechs abgekühlt
wird. Dabei wird der Teer rasch destilliert und gleichzeitig bis in die Nähe der
Temperatur erhitzt, bis zu der sich der Dampf abkühlt.
-
Das erforderliche intensive Verspritzen oder Versprühen des Teers
kann leicht mit Hilfe einer oder mehrerer schnell umlaufender Walzen erzielt werden.
Diese Walzen tauchen unter den Spiegel der Teerschicht auf dem Boden der Kammer,
haben glatte oder mit peripherischen Nuten oder mit Vorsprüngen versehene Oberflächen
und erzeugen einen intensiven Sprühregen von Teer oder Pech, der alle Teile der
Kammer erfüllt. Der eintretende Dampf wird in Berührung mit diesem Sprühregen sofort
gekühlt und bewirkt ein rasches Erhitzen und Verdampfen der ölartigen Bestandteile
des Teerregens.
-
In eine Destillierkammer mit einer oder mehreren rasch umlaufenden
Sprühwalzen kann man demnach überhitzten Dampf mit einer Temperatur von 6oo bis
iooo° in geregelten Mengen einströmen lassen. Das Pech wird kontinuierlich abgeführt.
Die Zuführungsgeschwindigkeiten des Dampfes und des Teers werden so geregelt, daß
eine rasche kontinuierliche Destillation erzielt und ein Pech von hohem Schmelzpunkt
(204° C und darüber) gewonnen wird. Die Ölausbeute ist ungewöhnlich hoch, sie beträgt
75 °(o des Teers und darüber, hängt aber natürlich von der Beschaffenheit des zu
destillierenden Teers ab. Die Abkühlung des hoch überhitzten Dampfes unter die Temperatur,
bei der das Pech sich zersetzt, geht so rasch vor sich, daß die Zersetzung auf ein
Mindestmaß beschränkt und eine rasche und wirksame Destillation dennoch erzielt
wird. Ist aber eine Zersetzung in gewissem Maße erwünscht, beispielsweise um den
Gehalt .des Pechrückstandes an festem Kohlenstoff zu erhöhen, so kann dies leicht
erreicht werden durch entsprechende Einstellung der Temperatur und der Zuflußgeschwindigkeit
des Dampfes, durch Einstellung der Sprühintensität in der Kammer oder durch Verlängerung
der Berührungszeit zwischen dem Pech und dem heißen Dampf innerhalb der Kammer.
-
Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens ist die Berührung zwischen
dem Dampf und dem Teer im allgemeinen- so innig, daß der Dampf sehr rasch durch
die Kammer geführt werden kann und die Berührungszeit mit dem Teer sehr kurz ist,
z. B. etwa 5 Sekunden beträgt, je nach der Größe der Kammer und den Arbeitsbedingungen.
In ähnlicher Weise kann die Zuführung von Teer oder teilweise destilliertem Teer
in die Kammer und die Entfernung von hoch schmelzbarem Pech aus der Kammer so geregelt
werden, daß die ganze Einwirkungszeit vom Eintritt des Teers bis zum Austritt des
Peches sehr kurz wird, beispielsweise nur i Minute oder noch weniger beträgt, unter
Umständen allerdings 5 bis io Minuten oder noch mehr. Es wird also nur sehr kurze
Zeit benötigt, um unter Versprühen des Teers in den überhitzten Dampf und unter
Regelung der Zufuhr des Dampfes die Destillation des Teers in dem gerade gewünschten
Maße herbeizuführen.
-
Das Verfahren ist für alle Teerarten verwendbar, z. B. für den gewöhnlichen
Steinkohlenteer der Kokereien oder der Leuchtgasfabriken, für Tieftemperaturteer,
Wassergasteer, Generatorteer usw. Auch ist das Verfahren nicht auf die Destillation
von Gesamtteeren beschränkt, es können auch leichtere oder schwerere Fraktionen
als solche destilliert werden, ferner auch der schwerere Teer aus den Sammelvorlagen
oder der leichtere Teer aus den Generatoren von Kokereien mit Nebenproduktgewinnung.
Eine wichtige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, schon teilweise destillierten
und von niedrig siedenden Bestandteilen befreiten Teer in den überhitzten Dampfstrom
zu versprühen, ja selbst pechartige Teerrückstände, Halbpech und niedrig siedendes
Pech lassen sich benutzen, um sie in Pech von höherem Schmelzpunkt umzuwandeln.
-
Die Destillation kann so betrieben werden, daß ein Pech von höherem
oder niedrigerem Schmelzpunkt und eine größere oder geringere Menge von
öl gewonnen wird, doch ist es ein Vorzug des neuen Verfahrens, daß man mit
seiner Hilfe ungewöhnlich hohe Ausbeuten an Ö1:destillaten und ungewöhnlich hoch
schmelzendes Pech rasch, kontinuierlich und mit verhältnismäßig geringer Zersetzung
des erzeugten Peches erhalten kann. In manchen Fällen wird Pech von mittlerem Schmelzpunkt
gewünscht, z. B. mit Schmelzpunkten von 65, 93, iio° o. dgl., in anderen Fällen
wieder Pechsorten mit einem Schmelzpunkt bis zu i57°, ja bis zu 2o4° und darüber.
Alle diese Pechsorten können mit Hilfe des neuen Verfahrens leicht erzeugt werden,
wobei es als besonderer Vorzug zu betrachten ist, daß auch die höher schmelzenden
Pechsorten mit einem Schmelzpunkt von etwa izo° an bis hinauf zu 2o4° leicht und
unter genauer Regelung des zu erzielenden Schmelzpunktes gewonnen werden können.
Die
angegebenen Schmelzpunkte sind nach der von W e i s s im Journal of Industrial and
Engineering Chemistry, io (igi8), S. 82o bis 822 beschriebenen Methode bestimmt.
-
Der erfindungsgemäß zu verwendende überhitzte Dampf braucht nicht
unter Druck zu stehen, es kann aber auch Hochdruckdampf, wenn er zur Verfügung steht,
verwandt werden. Niedrig gespannter Abdampf steht in vielen Anlagen ohnedies zur
Verfügung, er kann ohne weiteres auf hoheTemperatur überhitzt und so nutzbar gemacht
werden. Die Überhitze, können beliebige Bauart aufweisen, sofern sie nur die Überhitzung
des Dampfes bis zu der gewünschten hohen Temperatur gestatten. Es kann auch eine
Überhitzerschlange unmittelbar neben der Destillationskammer angeordnet werden,
so daß der überhitzte Dampf unmittelbar und kontinuierlich der Kammer zuströmt.
Die Destillationskammer oder -blase kann verschiedene Bauart aufweisen, doch sind
Vorkehrungen zur Erzeugung eines intensiven Sprühregens aus dem zu destillierenden
Teer oder Pech zu treffen, so daß der hoch überhitzte Dampf fast augenblicklich
unter die Temperatur abgekühlt wird, bei der eine Verkohlung oder Verkokung stattfindet.
Die Bildung eines solchen intensiven Sprühregens, der beispielsweise durch schnell
umlaufende Walzen erzeugt werden kann, führt nicht nur zu einem raschen Abkühlen
des Dampfes und zu einer Nutzbarmachung seines Wärmeinhalts für die Destillation,
sondern auch zu einer ständigen Überspülung der Innenwände der. Kammer mit Pech,
wodurch die Entstehung einer Koksschicht darauf verhindert wird. Vorteilhaft ist
es, den Teer kontinuierlich in die Kammer zu führen und das erzeugte Pech ebenfalls
kontinuierlich abzuleiten.
-
Bei der Destillation von Teer und der Erzeugung von Pech mit einem
hohen Schmelzpunkt, z. B. von 2o4° oder darüber, verläßt der Dampf, der Öldampf
beigemischt enthält, die Blase bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur, z. B.
bei 3oo° und darüber, doch wechselt diese Dampftemperatur ein wenig je nach der
Arbeitsweise, der Art und .dem Schmelzpunkt des zu erzeugenden Peches u. dgl. Der
Dampf und die Öldämpfe enthalten bei dieser hohen Temperatur eine noch sehr erhebliche
Wärmemenge, die mit Vorteil nutzbar gemacht werden kann, um Teer vorzuwärmen und
zu destillieren. Diese Vorwärmung und Destillation kann mit der eigentlichen Destillation
in der Weise kombiniert werden, daß man den teilweise destillierten Teer zur weiteren
Destillation in die eigentliche Destillationskammer einführt. Durch die Vorwärmung
des Teers werden die Dämpfe gekühlt, wobei ein höher siedender Teil der Öle kondensiert.
Man kann also einen großen Teil des Wärmeinhalts der Dämpfe zur Vorwärmung und Destillation
von Teer nutzbar machen und gleichzeitig Öldämpfe kondensieren.
-
Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß von dem hoch
überhitzten Dampf viel kleinere Mengen zur Destillation einer gegebenen Teermenge
benötigt werden. Demgemäß sind die erzeugten Öldämpfe mit einer viel kleineren Dampfmenge
verdünnt als bei den bekannten Verfahren. Die Öldämpfe können deshalb viel leichter
zur Kondensation gebracht werden, auch ist, wenn der Dampf selbst kondensiert werden
soll, eine viel kleinere Kühlmittelmenge erforderlich. Verwendet man beispielsweise
überhitzten Dampf mit einer Temperatur von 6oo° und führt in die Destillationskammer
entwässerten Teer ein, der zuvor auf i 5o' v orgezvärmt wurde, so kann man mit 453,6
kg überhitztem Dampf, der die Kammer mit 285° verläßt, etwa 522 1 Teer bis zu einem
Pech von etwa 2o4° Schmelzpunkt abdestillieren.
-
Verwendet man die abziehenden heißen Dämpfe zur Vorwärmung und teilweisen
Destillation von Teer, so kann man mit der gleichen Dampfmenge eine noch erheblich
größere Teermenge aufarbeiten. .
-
Statt den Dampf zu kondensieren, kann er auch von den beigemischten
Öldämpfen soweit wie möglich befreit und dann zurückgeführt, wieder überhitzt und
von neuem verwendet werden. Wurde der Teer vorgewärmt und teilweise destilliert,
so daß die niedriger siedenden Bestandteile schon entfernt sind, bevor der verbleibende
Rückstand in der Destillationskammer mit dem hoch überhitzten Dampf in unmittelbare
Berührung gebracht wird, so hat das bei der Dampfdestillation übergehende Öl verhältnismäßig
hohe Siedepunkte und kann demnach durch Kondensation bei einer Temperatur entfernt
werden, bei der der Wasserdampf selbst noch nicht kondensiert. Verfährt man in dieser
Weise, so bleiben in dem Wasserdampf bei einer Temperatur in der Nähe seines Kondensationspunktes
nur wenig oder gar keine Öldämpfe mehr zurück. Der auf diese Weise von Öldämpfen
soweit wie möglich befreite Dampf kann dann ohne weiteres in den Überhitze, geleitet
und von neuem verwendet werden. Steht aber Abdampf zur Verfügung oder spielen die
Kosten des Dampfes aus anderen Gründen keine Rolle; so wird man von der Rezirkulation
-absehen und frischen Dampf verwenden, der dann zur Gewinnung des letzten Ölanteils
kondensiert wird.
-
In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur
Ausführung
des Verfahrens schematisch dargestellt. Sie besteht aus einer zur Überhitzung des
Wasserdampfes bestimmten Überhitzerschlange i, die in einem Ofen 2 angeordnet ist
und durch eine Leitung 3 mit der Destillationskammer 4 in. Verbindung steht. Am
Boden dieser Kammer ist eine Walze 5 angeordnet, die von einem direkt gekuppelten
Elektromotor 6 in sehr rasche Umdrehungen, etwa goo bis i ioo Touren in der Minute,
versetzt wird. Über dem anderen Ende der Destillationskammer ist eine Scheidevorrichtung
7 aufgebaut, durch die der Wasserdampf und die Öldämpfe entweichen können, während
mitgerissene Teer- oder Pechtröpfchen zurückgehalten werden. Die Wasser- und Öldämpfe
gelangen über die Leitung 8 zu dein ersten Apparat einer Reihe von Kondensatoren
für fraktionierte Kondensation und von indirekt wirkenden Wärmeaustauschern und
Vorwärmern g, i i und 13.
Von dem ersten Kondensator oder Wärmeaustauscher
gelangt dei- Wasserdampf mit unkondensierten Öldämpfen durch die Leitung io in den
zweiten Wärmeaustauscher ii und von da durch die Leitung i2 nach dem dritten Wärmeaustauscher
13, von wo die noch unkondensierten Wasser- und Öldämpfe durch die Leitung 1q. zu
einem Exhaustor strömen, mit dessen Hilfe die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes
durch das ganze System geregelt werden kann.
-
Der Teer wird durch die Leitung 16 in den Zwischenraum zwischen den
Rohren des Wärmeaustauschers 13 geleitet und dort vorgewärmt. Entstehende Dämpfe
gelangen über die Leitung 17 nach dem Kondensator 18, wo sie kondensieren.
Der vorgewärmte Teer fließt über die Leitung ig in den Zwischenraum 2o zwischen
den Rohren des zweiten Wärmeaustauschers i i und wird hier weiter vorgewärmt, wobei
die entstehenden Dämpfe über die Leitung 2i in den Kondensator 22 gelangen und dort
kondensiert werden. Der nicht destillierte Teerrückstand gelangt über die Leitung
23 in den Zwischenraum 24 zwischen den Rohren des Wärmeaustauschers g und wird dort
weiter erhitzt und destilliert. Die Dämpfe gelangen über die Leitung 25 in den Kondensator
26; der pechartige Rückstand fließt über die Leitung 27 der Verteilvorrichtung 28
zu, die in dem Scheidebehälter 7 untergebracht ist. Von hier fließt der pechartige
Rückstand über die Verteilfüllung 29 und gelangt dann über die Leitung 3o an jene
Stelle der Destillationskammer, an der der überhitzte Dampf eintritt. Das Pech wird
aus der Kammer über die Leitung 3i abgezogen. Das in den mittelbar wirkenden Kondensatoren
g, 1i und 13 gebildete Kondensat wird durch die Leitungen 32, 33 und 34 in
Form von Fraktionen mit stufenweise sinkendem Siedebereich abgezogen.
-
Mit Hilfe der dargestellten Vorrichtung werden verschiedene Ölfraktionen
gewonnen, die in an sich bekannter Weise zu einem Teil durch die Vorwärmung und
teilweise Destillation des Teers entstehen und zum anderen Teil durch die nachfolgende
Fertigdestillation in der eigentlichen Destillationskammer. Die niedriger siedenden
Öle werden somit aus dem Teer gewonnen, ohne daß dieser mit dem überhitzten Dampf
in Berührung tritt. Nur der schon teilweise abdestillierte Teer, der oben als pechartiger
Rückstand bezeichnet ist, wird der weiteren Destillation durch die direkte Berührung
mit dem hoch überhitzten Dampf unterzogen. Die durch -den Wasserdampf abgetriebenen
Öldämpfe entsprechen deshalb hauptsächlich den hoch siedenden Ölen und können zum
größten Teil oder sogar vollständig kondensiert werden, ohne den Wasserdampf bis
zu seiner Kondensationstemperatur abzukühlen. Trotzdem kann natürlich der Dampf,
wenn er nicht wieder verwendet werden soll, im letzten Kondensator ebenfalls kondensiert
werden, wobei sein latenter Wärmeinhalt zur Vorwärmung des kalten Teers nutzbar
gemacht wird.
-
Bei der dargestellten Vorrichtung wird im Inneren der Destillationskammer
der teilweise abdestillierte Teer öder pechartige Rückstand einerseits und der Dampf
andererseits so geführt, daß der hoch überhitzte Dampf mit den an Ölen reichstenTeerbestandteilen
in Berührung tritt. Das rasche Abdestillieren dieser Öle bewirkt ein ebenso rasches
Abkühlen des Dampfes unter die Temperatur, bei der eine Zersetzung des Pechs in
erheblichem Umfange stattfindet. Demgemäß kann der Wasserdampf bis zu einer Temperatur
überhitzt sein, die höher ist als die Temperatur, bei der sonst der Teer oder das
Pech verkokt, sofern die Intensität des Sprühregens von Teer oder pechartigem Rückstand
genügend groß ist, um den Dampf fast augenblicklich genügend stark herunterzukühlen.