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Verfahren und Vorrichtung zur Raffination flüssiger Kohlenwasserstoffe
Gegenstand der nachstehend beschriebenen Erfindung ist die Anbringung einer Kombination
von automatisch wirkenden Apparaten in Edeleanu-Anlagen zur Raffination flüssiger
Kohlenwasserstoffe mittels flüssigen Schwefeldioxyds mit dem Ziel, den Arbeitsprozeß
wesentlich einfacher zu gestalten und die Anschaffungskosten für eine solche Anlage
zu vermindern. Eine Edeleanu-Anlage besteht bekanntlich im wesentlichen aus der
Kühl- und Extraktionsapparatur, der Verdampfungsapparatur für die Austreibung des
Schwefeldioxyds aus der beim Extraktionsprozeß anfallenden Raffinat- bzw. Extraktlösung
und aus der Apparatur zur Wiederverflüssigung des aus der Verdampfungs-und Kühlapparatur
kommenden gasförmigen Schwefeldioxyds. Die Erfindung bezieht sich auf die Extraktions-
und VerdampfLingsapparaturen, deren bisheriger Aufbau im folgenden näher dargelegt
wird.
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Die Extraktionsapparatur bestand aus dem kontinuierlich arbeitenden
Mischer - in einzelnen Fällen auch aus einem System hintereinandergeschalteter Absetzbehälter,
kombiniert mit Misch- und Umwälzvorrichtungen - und aus je einem Sammeltank für
die vom Mischer ablaufende Raffinat- und Extraktlösung mit je einer Pumpe, die die
Lösung aus dem betreffenden Tank absaugte und in die entsprechende Verdampfergruppe
drückte: Die Verdampfungseinrichtung setzte sich aus je einer Gruppe hintereinandergeschalteter
Verdampfer für die Extrakt- bzw. Raffinatlösung zusammen, Die Lösung trat unter
einem Druck, der noch über dem des wassergekühlten Kondensators lag, in den ersten
Verdampfer ein und durchlief die nachgeschalteten Verdampfer, deren jeder unter
einem niedrigeren Druck als der nächste vorgeschaltete Verdampfer stand, bis sie
schließlich, vom Schwefeldioxyd bis auf geringe Spuren befreit, aus dem letzten
Verdampfer, in dem ein weitgehendes Vakuum herrscht, durch eine Pumpe abgesaugt
wurde.
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Die beiden Sammeltanks, die die vom Mischer kommende Raffinat- bzw.
Extraktlösung aufnahmen, hatten die Aufgabe als Puffer zu wirken, falls der Mischprozeß
vorübergehend gestört würde, was beispielsweise bei einer Schwankung in der Destillat-
oder Schwefeldioxydzufuhr zum Mischer eintreten konnte. Eine ähnliche Pufferwirkung
übten auch die Verdampfer selbst aus, die in der bisherigen Ausführung einen sehr
großen Flüssigkeitsinhalt hatten, so daß die unvermeidbaren Schwankungen in der
Flüssigkeitszufuhr ausgeglichen werden konnten, bevor sie sich in die empfindlichen
Vakuumverdampfer übertrugen und dort eine unangenehme Erhöhung des Restgehaltes
an Schwefeldioxyd im Raffinationsprodukt (Raffinat bzw. Extrakt) sowie auch Schaumbildung
verursachen konnten. Zur Ausgleichung solcher Schwankungen mußten die unter höheren
Drucken stehenden Verdampfer mit Hilfe der in ihnen angebrachten Sichtgläser
beobachtet
werden, urn rechtzeitige Nachregulierung zu ermöglichen.
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*Bei der großen Anzahl von Verdampfern, die in einer Edeleanu -Anlage
in Betrieb stehen, übte überdies die Größe der Verdampferkessel auf die Gesamtkosten
und den Gesamtplatzbedarf einen wesentlichen Einfluß aus. Weiter beeinflußten die
beiden großräumigen Sammeltanks am Mischer den Preis der Anlage nicht unerheblich.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun die Verringerung dieser Kostenanteile,
die Erzielung gleichmäßigen, ruhigen Betriebes und die Herabsetzung der Betriebskosten
der Anlage durch weitgehende Vereinfachung der Bedienung der Apparate. Dies wird
durch die Automatisierung des an sich unverändert bleibenden Extraktions- und Verdampfungsprozesses
mit Hilfe von Niveaureglern geeigneter Konstruktion in Kombination reit Druck- und
Temperaturregeleinrichtungen erreicht.
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Die Automatisierung des Extraktionsprozesses durch geeignete Ni@-eaur"#gler
gestattet., die Sammeltanks wegfallen zu lassen, während die Automatisierung der
Verdampfung durch Niveau- und Druck- bzw. Temperaturregler erlaubt, den Flüssigkeitsraum
der einzelnen Verdampfer auf ein Minimum zu beschränken. Die ganze Apparatur wird
dadurch viel kompendiöser und damit billiger, wobei als weiterer wirtschaftlicher
Vorteil eine erhebliche Ersparnis an Fundament- und Gebäudekosten hinzukommt. Fernerhin
wird die Menge des umlaufenden Lösungsmittels und des in der Anlage befindlichen
Öls wesentlich vermindert. Das Wegfallen der Handregulierung der Apparate ermöglicht
außerdem, mit weniger Bedienungspersonal auszukommen.
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Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung skizziert und
dann an Hand der beiliegenden Abbildungen erläutert.
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Beim Extraktionsbehälter (Mischer) muß rnan, wenn man die Sammeltanks
weglassen will, verhindern, daß das ltiv eau der Raffinatlösung. unterhalb des Ablaufes
am oberen Mischerende sinkt, weil sonst die direkt angeschlossene Raffinatpumpe
abreißt. Weiter ist es vorteilhaft, dafür zu sorgen, daß die Trennschicht zwischen
der schwereren Extraktlösung und der leichteren Raffinatlösung auf einer bestimmten
Höhe bleibt, um zu verhindern, daß die Pumpe für die Förderung der Extraktlösung
Raffinat mit ansaugt und umgekehrt die Pumpe für die Förderung der Raffinatlösung
Extrakt. Beide Aufgaben lassen sich unter Verwendung von Reglern lösen, die am oberen
Mischerende bzw. in der Höhe der Trennschicht durch dort angebrachte Sch«#immer
gesteuert werden. Hierbei werden die Regler zweckmäßigerweise so angeordnet, daß
sie einen entsprechenden, hinter der Lösungspumpe abgezweigten Flüssigkeitsstrorn
beeinflussen, der nach Verlassen des Reglers wieder in den Mischer eintritt. Die
Pumpen müssen dabei eine gewisse Mehrleistung hergeben, die je nach dem Stand des
zu regelnden Niveaus im Mischer entweder durch Umlauf vernichtet wird oder sich
zu der Förderleistung der Pumpe addiert. In geeigneten Fällen ist es möglich, die
Mischerregelung auch nur mit dem oberen Regler allein durchzuführen.
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In gewissen Fällen besteht die Extraktionsapparatur statt aus dem
vorstehend beschriebenen, senkrecht stehenden Gegenstrommischer aus mehreren liegenden
Behältern mit zugeordneten Mischvorrichtungen, die so hintereinandergeschaltet sind,
daß das zu extrahierende t`51 in den ersten Behälter eintritt und das Räffinat den
letzten Behälter verläßt, während umgekehrt das flüssige Schwefeldioxyd in den letzten
Behälter eintritt und die Extraktlösung aus dem ersten Behälter abgezogen wird.
Der Vorgang in einer solchen Apparatur wird so geregelt, daß jeder Behälter mit
einem Trennschichtregler ausgerüstet wird, der einen hinter der Extrakt-bzw. Raffinatpumpe
abgezweigten Flüssigkeitsteilstrom beeinflußt, welcher dem betreffenden Behälter
wieder zugeführt wird. Diese Schaltung entspricht völlig der des Trennschichtreglers
am Gegenstromturmrnischer. Gegebenenfalls ist es auch möglich, sich mit der automatischen
Regelung nur des ersten und letzten Behälters zu begnügen.
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Bei der Verdampfungsapparatur sind die Niveauregler so angeordnet,
daß sie den Flüssigkeitsablauf von jeder Druckstufe in die nächstniedere in Abhängigkeit
vom Flüssigkeitsniveau im Verdampfer der höheren Druckstufe automatisch steuern
und gleichzeitig die überströmende Flüssigkeit auf den darauffolgenden niedrigeren
Druck drosseln. In manchen Fällen hat es sich auch als zweckmäßig erwiesen, nur
den ersten und letzten Verdampfer einer jeden Verdampfergruppe mit NTiveaureglern
auszurüsten. Die Funktion der Niveauregler an den Verdampfern wird zweckmäßigerweise
durch Druck- bzw. Temparaturregeleinrichtungen unterstützt, die die Dampfmenge beeinflussen,
welche den Heizkörpern der Verdampfer zuströmt. Hierbei werden die höchste Druckstufe
der Mehrkörperverdampfung auf konstanten Druck und die auf die Mehrkörperverdampfung
folgenden Verdampferstufen auf'konstante Temperatur geregelt. In der höchsten Druckstufe
bewirken nämlich schon geringe Temperaturschwankungen stärkere Druckänderungen,
so daß die auch hier letzten Endes erwünschte Temperaturregelung zweckmäßig durch
Regelung auf konstanten Druck erfolgt. In den
niedrigeren Drackstufen
dagegen ist die direkte Regelring auf konstante Temperatur der Lösungen erforderlich,
weil hier die Schwefeldioxydkonzentrationen schon viel geringer sind.
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Die beiden beiliegenden Abbildungen dienen zur weiteren Erläuterung
des vorstehend Gesagten.
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Abb.I zeigt einen normalen Schwimmerniveauregler bekannter Konstruktion
als Beispiel für eine Reglerbäuart, wie sie für den vorliegenden Zweck in Anwendung
kommen kann. Die Abbildung veranschaulicht die Regulierung des Niveaus in einem
Verdampfer.
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Abb. II zeigt in einer schematisch dargestellten Edeleanu-Anlage die
Anbringung der Niveauregler an der Misch- und Verdampfungsappar atur.
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In Abb. I ist i ein Verdampfer der Edeleanu-Anlage, der durch Rohrleitung
2 mit der Ventilkammer 3 des Niveaureglers verbunden ist, während die Rohrstutzen
q. und die Verbindung des Verdampfers finit der Schwimmerkaminer 6 des Reglers herstellen.
In der Kammer 6 bewegt sich ein Schwimmer 7, der auf der Schwimmerstange 8 befestigt
-ist. Diese Stange, die am oberen und unteren Ende durch je eine Führung zentriert
wird, trägt die Steuerkegel 9 und io, die fest mit ihr verbunden sind und sich in
den. konisch geformten Ventilkörpern ii und 12 der Ventilkammer 3 bewegen. Diese
Ventilkörper sind so in die Kammer 3 eingebaut, daß die durch Rohrleitung 2 in die
Ventilkammer eintretende Flüssigkeit sich in der Richtung der eingezeichneten Pfeile
bewegen muß, um zum Austrittsstutzen 15 zu gelangen. An Austrittsstutzen 13 schließt
sich die Rohrleitung 14. an, die in den nächsten Verdampfer führt.
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Die Wirkungsweise des Reglers ist die folgende: Die aus dem Verdampfer
i durch Rohrleitung 2 kontinuierlich abfließende Schwefeldioxydlösung wird in den
Ventilkörpern io und ii auf den Druck des nächsten Verdampfers abgedrosselt, dem
sie durch Rohrleitung 14 zufließt. Die Größe des Drosselwiderstandes und damit die
Menge der durchgehenden Flüssigkeit ist durch die Stellung der Ventilkegel 9 und
io in den Ventilkörpern i i und. ia bedingt. Zeigt das Flüssigkeitsniveau im Verdampfer
i die Neigung abzusinken, dann sinkt der Schwimmer mit, und die Ventilkegel 9 und
io verengen die Durchgangsquerschnitte in der Ventilkammer. Dadurch wird die durchtretende
Lösungsmenge verringert, und das Niveau in i hebt sich wieder. Sinngemäß erfolgt
die Niveauregelung bei Anstieg des Niveaus im Verdampfer i.
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- In der Abb. II ist i der kontinuierlich betriebene Mischer, in den
das Destillat, durch Rohrleitung a von Pumpe 3 befördert, seitlich unten eintritt.
q. ist:ein Kühltank, in dein das flüssige Schwefeldioxyd auf die für den Mischprozeß
notwendige Temperatur abgekühlt wird. Leitung 5 führt vom Kühltank 4 zu einer Pumpe
6, die das flüssige Schwefeldioxyd durch Rohrleitung 7 in den Mischer i befördert,
in den es oben seitlich eintritt. Bei der gegenläufigen Bewegung des schwereren,
nach unten strömenden Schwefeldioxyds zum leichteren, aufwärts fließenden Destillat
entstehen bekanntlich die beiden Raffinationsprodukte Raffinatlösung und E xtraktlösung.
Die spezifisch leichtere Raffinatlösung wird durch die Überlaufrohrleitung 8 abgezogen
und der Pumpe 9 zugeführt. Das Sinken des Niveaus der Raffinatlösung unterhalb des
Auslaufes wird durch Regler i i verhütet, in dessen Ventilkammer ein durch Rohrleitung
io hinter der Pumpe 9 abgezweigter Teilstrom der Lösung eintritt, um dann durch
den kurzen Rohrstrang 12 wieder in den Mischer eingeführt zu werden. Der Regler,
beispielsweise ein Schwimmerregler, ist durch zwei Stutzen am Mischer angeschlossen.
Seine Wirkungsweise ist folgende: Sinkt das Niveau der Raffinatlösung im Mischer
ab, dann wird durch die Abwärtsbewegung des Schwimmers der Durchgangsquerschnitt
für den durch Leitung io fließenden Umlaufteilstrom weiter geöffnet, durch Leitung
io und 12 tritt mehr Raffinatlösung in den Mischer zurück, und der Spiegel im Mischer
hebt sich wieder. Bei starkem Ansteigen des Niveaus wird umgekehrt der Lösungsumlauf
in der Ventilkammer des Reglers stärker gedrosselt, so daß die durch Pumpe 9 effektiv
geförderte Lösungsmenge ansteigt, woraus sich ein Absinken des Raffinatniveaus ergibt.
In sinngemäß gleicher Weise reguliert der. Regler 13 die durch Leitung 14 vom Mischer
abgezogene und der Pumpe 15 zugeführte Menge von Extraktlösung und damit das Extraktniv
eau im Mischer, den sogenannten Trennstrich. 16 ist die hinter der Pumpe abzweigende
Leitung zum Regler ünd 17 die Verbindung der Reg] erventilkammer mit dem Mischer.
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Im folgenden werde nun die Regelung der Verdampfungsapparatur beschrieben.
Die Rohrleitungen 18 bzw. i9 führen die von der Pumpe 9 bzw. 15 auf genügend hohen
Druck gebrachte Extrakt- bzw. Raffinatlösung der entsprechenden Verdampfergruppe
zu. Vor Eintritt in die Verdampfungsapparatur werden die Lösungen noch in den Wärmeaustauschern
2o bzw. 21 durch das von der Verdampfung kommende Fertigprodukt aufgeheizt. Die
Extraktlösung tritt dann in den Heizkörper -? des sogenannten Hochdruckverdampfers
23
ein. Dieser Hochdruckverdampfer ist nur in der Extraktverdampfungsanlage vorgesehen.
Die im Verdampfer 23 ausgetriebenen Brüder werden durch Rohrleitung 24 dem Heizkörper
28 des nächsten Verdampfers 3o zugeführt, während die bis zu einem gewissen Grade
eingedampfte Extraktlösung den Verdampfer 23 kontinuierlich durch Rohrstrang 2 5
v erläßt und in die Ventilkammer des Niveaureglers 26 eintritt. Die Arbeitsweise
dieses Reglers ist bereits an Hand der Abb. I beschrieben worden. Die Regler der
übrigen Verdampfer mit Ausnahme der Vakuumverdampfer arbeiten nach demselben Prinzip.
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Vom Regler 26 fließt die Extraktlösung durch Leitung 27 dein brüderbeheizten
Heizkörper 28 des Kondensatordruckverdampfers 30 zu. Dem Heizkörper 28 entspricht
auf der Raffinatseite der Verdampfung der Heizkörper 29, in den die Raffinatlösungsleitung
18 führt, dem Extraktverdampfer 3o der Raffinatverdampfer 3i. Die Niveauregler 32
bzw. 33 regulieren den Flüssigkeitsstand in den Verdampfern 3o bzw. 31. Die in den
Reglern 32 bzw. 33 auf den Druck der nachgeschalteten sogenannten Niederdruckverdampfungsstufe
gedrosselte Extrakt- bzw. Raffinatlösung fließt durch Leitung 34 bzw. 35 den Heizkörpern
36 bzw. 37 der N iederdruckverdampfer 38 bzw. 39 zu, in welchen das Flüssigkeitsniveau
durch die Regler 4o bzw. 41 konstant gehalten wird. Die Rohrleitungen 42 bzw. 43
bringen die Extrakt-bzw. Raffinatlösung in die unter Vakuum stehenden Verdampfer
44 bzw. 45, die durch Regler 46 bzw. 47 geregelt werden. Diese beiden Regler arbeiten
nun wieder nach dem bei der Mischerregulierung angewandten Prinzip. Der völlig von
S02 befreite Extrakt bzw. das fertige Raffinat wird von Pumpe 5o bzw.
5 1 durch Rohrleitung 48 bzw. 49 aus den Verdampfern 44 bzw. 45 abgesaugt.
Hinter den Pumpen zweigen die Rohrleitungen 52 bzw. 53 ab, die einen Teil des Fertigextraktes
bzw. Fertigraffinates in den Regler zurückführen. Rohrstrang 54 bzw. 55 stellt die
Verbindung zwischen. der Ventilkammer des Reglers und der Saugleitung 48 bzw. 49
her. Die Rohrleitungen 56 bzw. 57 führen die beiden Fertigprodukte Extrakt und Raffinat
durch die Vor wärmer 21 bzw. 2o in hier nicht eingezeichnete Lagertanks.
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Die Wiederverflüssigung des in den Verdampfern gasförmig ausgetriebenen
Schwefeldioxyds erfolgt in nachstehend beschriebener Weise.
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Von den Vakuumverdampfern 44 bzw. 45 führen die Gasleitungen 58 bzw.
59 in die Rohrleitung 6o, die die vereinigten Brüder. der Vakuumpumpe 61 zuführt.
In ähnlicher Weise werden die Niederdruckbrüden aus den Verdampfern 38 bzw. 39 durch
die Rohrleitungen 62 und 63 der Rohrleitung 64 zugeführt, die in die Druckleitung
65 der Vakuuinpuinpe einmündet. Diese Druckleitung ist zugleich Saugleitung des
Kompressors 66, der die vereinigten Brüder aus den Vakuum-und Niederdruckverdampfern
auf Kondensatordruck v ordichtet und durch Rohrleitung 67 dein Kondensator 68 zuführt.
In die Rohrleitung 67 mündet auch die Leitung 71 ein, die eine Vereinigung der Rohrleitungen
69 und 70 darstellt und die aus den Kondensatordruckverdainpfern
30 und 31 ausgetriebenen Schwefeldioxydbrüden aufnimmt. Aus Kondensator 68
fließt das Schwefeldioxydkondensat in den Sammler 72, von diesem durch Rohrleitung
7 3 in den Schwefeldioxydkühler 4. Die Leitung 7 3 nimmt auch das aus Heizkörper
28 in Rohrleitung 74 abfließende Hochdruckkondensat auf, nachdem es ein Drosselventil
75 passiert hat, in welchem es auf Kondensatordruck entspannt wird. Ein weiteres
Drosselventil 76 setzt den Druck des gesamten Kondensates auf den im Kühler q. herrschenden
Druck herab. Fühler a, kann finit der Saugseite des Kompressors 66 verbunden sein.
In diesem Falle würde die Kühlung des flüssigen Schwefeldioxyds durch direkte Ausdampfung
eines Teiles des Schwefeldioxyds erzielt werden. Aus Kühler 4 saugt die Pumpe 6
durch Rohrleitung 5 das Schwefeldioxyd wieder an, um es durch Rohrstrang 7 in den
Mischer z zu drücken. So schließt sich der Kreislauf der Edeleanu-Anlage.
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Es war keineswegs vorauszusehen, daß die gesamte Maschinerie einer
Edeleanu-Anlage bei Anwendung einer so weitgehenden Niv eauregulierung, zu der dann
noch die oben beschriebene Druck- bzw. Temperaturregulierung der Verdampfer tritt,
zu anstandslosem Arbeiten zu bringen sein würde. Es bestand nämlich sehr wohl die
Gefahr, daß durch Überregelung Stauungen im Durchfluß der verschiedenen Flüssigkeits-
bzw. Dampfströme eintreten oder daß der unzweckmäßige Einbau an Regeleinrichtungen
zu höchst unerwünschten Nebenerscheinungen an ganz anderen Stellen der Gesamtapparatur
führen würde. Tatsächlich muß j a doch in dem geschlossenen System einer Edeleanu-Anlage
die Arbeit jedes einzelnen Apparates uhrwerksartig in die Arbeit aller anderen Teile
eingreifen. So ist es auch erst nach langen Erfahrungen und mit kleinen Schritten
gelungen, die oben geschilderte Automatisierung zur Durchführung zu bringen.
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Unsere Erfindung erstreckt sich natürlich nicht nur auf Anlagen, in
denen reines Schwefeldioxyd zur Extraktion der flüssigen
Kohlenwasserstoffe
verwendet wird, sondern gilt in gleicher Weise für die Verwendung von Extraktionsmittelgemischen,
die vorwiegend aus Schwefeldioxyd bestehen, wie z. B: Gemischen von Benzol und Schwefeldioxyd.