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Verfahren zur verbesserten Nutzbarmachung der Abwärme bei der Benzolgewinnung
aus Waschöl Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Nutzbarmachung
der Abwärme bei der Benzolgewinnung aus Waschöl, das abwechselnd zum Waschen benzolhaltiger
Destillationsgase benutzt und in einer Abtreil?ekolonne unter Mitwirkung von direktem
Wasserdampf abdestilliert wird. Bei dieser Art der Benzolgewinnung ist mit zwei
wesentlichen Abwärmequellen der Abtreibekolonne zu rechnen, deren möglichst weitgehende
Wiedergewinnung für den Betrieb üblich ist, das sind einerseits die Abwärme des
abgetriebenen Waschöles und anderseits der Wärmeinhalt des die Abtreibekolonne in
Dampfform verlassenden Benzol-Wasserdampf-Gemisches.
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Zur unmittelbaren Aufnahme der rückzugewinnenden Wärme steht nun lediglich
das der Kolonne zum Abtreiben zuzuführende, gesättigte Waschöl zur Verfügung, dessen
Gesamtmasse infolge der sehr geringen Beladung an Benzol (meist nur etwa 2,0/0)
der Masse des von der Abtreibekolonne wegziehenden abgetriebenen Waschöles fast
gleichkommt, so daß auch die Wärmeinhalte dieser beiden Waschölströme bei der Abtreibetemperatur
fast gleich groß sind. Demzufolge wird bei genügend großer Bemessung der Vorrichtungen
für den Wärmeaustausch zwischen abgetriebenem und gesättigtem Waschöl, d. h. bei
einer weitgehenden Vorwärmung des letzteren, dessen Wärmeaufnahmevermögen praktisch
schon durch diese Vorwärmung erschöpft, und es verbleibt keine Möglichkeit, die
daneben bestehende, ebenfalls verhältnismäßig große Abwärme des die Kolonne verlassenden
Benzol-Wasserdampf-Gemisches dem Betrieb wieder nutzbar zu machen.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Unzulänglichkeit in der üblichen
Nutzbarmachung der Abwärme bei der Benzolgewinnung aus Waschöl zu beheben. Sie erreicht
dies dadurch, daß zugleich mit einer weitgehenden Vorwärmung des benzolgesättigten
Waschöls durch das abgetriebene Waschöl die Wärme des die Waschölabtreibekolonne
verlassenden Benzol-Wasserdampf-Gemisches nach dem in der Wärmetechnik unter dem
Namen Wärmepumpe bekannten Verfahren zur Erzeugung von reinem Wasserdampf ausgenutzt
wird. Zu diesem Zwecke wird das Benzol-Wasserdampf-Gemisch als indirekt wirkendes
Heizmittel in einem Verdampfer in der Weise ausgenutzt, daß durch einen an dessen
Brüdenraum angeschlossenen Kompressor oder einen mittels Frischdampfes betriebenen
Dampfstrahlsauger in diesem Brüdenraum ein niedrigerer Druck und hinter dem Kompressor
bzw. Strahlsauger ein Druck von größerer Höhe, als das heizende Benzol-Wasserdampf-Gemisch
besitzt, aufrechterhalten wird.
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Eine abgeänderte Ausführungsform dieses Verfahrens besteht darin,
daß ein Kompressor
oder Dampfstrahlsauger in den Weg des von der
Abtreibekolonne nach dem Verdampfer, ziehenden Benzol-Wasserdampf-Gemisches', eingefügt
und dadurch eine Druck- und teer peratursteigerung des Dampfgemisches von solchem
Ausmaß hervorgerufen wird, daß der im Verdampfer erzeugte Brüdendampf einen höheren
Druck besitzt, als dem Druck des die Abtreibekolonne verlassenden Benzol-Wasserdampf-Gemisches
entspricht. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die vorerwähnte Art der
Abwärmeausnutzung dadurch weiter ausgestaltet und verbessert werden, daß das heiße
Kondenswasser, das sich aus dem im Waschölerhitzer gebrauchten Heizdampf bildet,
dem Verdampfer zur Erzeugung des neuen Wasserdampfes zugeführt wird. -Die hiermit
gegebene Verwertung der Eigenwärme des Kondenswassers bedeutet die zusätzliche Ausnutzung
einer dritten Abwärm,equelle desselben Betriebes.
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Der erzeugte Wasserdampf ist rein und kann daher den verschiedensten
Nutzzwecken dienen auch nach anderen Betriebsstellen hingeleitet werden. Eine besonders
vorteilhafte Ausnutzung desselben gemäß der Erfindung besteht darin, daß er unmittelbar
als direkter Brausedampf in der Abtreibekolonne selbst verwendet wird, wofür sein
im Verfahren mäßig erhöhter Druck genügt. Auf diesem Wege wird also dann die aus
den Abdämpfen der Kolonne wiedergewonnene Wärmefür die Kolonne selbst wieder nutzbar
gemacht. Da bei dem üblichen, unter Atmosphärendruck erfolgenden Durchführen der
Waschölabtreibung der Druck der die Kolonne verlassenden Dämpfe praktisch gleich
i at abs. (i at = i kg/qcm gerechnet) und ihre Temperatur sehr nahe = ioo° C ist,
so muß der in die Abtreibekolonne einzuführende direkte Brausedampf, entsprechend
dem Strömungswiderstand in der Kolonne, bei üblicher Bauart derselben erfahrungsgemäß
einen um 0,3 at höheren Druck, also 1,3 at abs., haben.
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Diese notwendige Druckerhöhung und die dementsprechend im Verfahren
aufzuwendende Kompressionsarbeit kann dadurch verringert werden, daß man nach einem
weiteren Merkmal der Erfindung eine Abtreibekolonne verwendet, bei der an Stelle
von Tauchglocken solche Einbauten für die Flüssigkeits- und Dämpfeverteilung vorgesehen
werden, durch die der Strömungswiderstand für die Dämpfe auf das denkbar kleinste
Maß verringert wird; geeignete Einbauten sind Riesel- oder Siebböden mit freier
Verteilung der Flüssigkeit durch die Dämpferäume, Rieselfüllwerk, wie etwa Raschigringe
oder ähnliches.
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Die erläuterte, bei der Erfindung zur Benutzung gelangende Art der
Erzeugung von reinem Wasserdampf aus der Abwärme von Kolonnenabdämpfen ist beider
Destillation von ölen mittels direkt einwirkenden Wasser-'.dampfes bekannt. In diesen
bekannten Fällen @@xidelt es sich jedoch nicht um die Benzolgiwinnung aus Waschöl,
das abwechselnd zum Waschen benzolhaltiger Destillationsgase benutzt und in einer
Abtreibekolonne abdestilliert wird. Die für diesen Fall der Benzolgewinnung auftretende
Aufgabe, gleichzeitig zwei wesentliche Abwärmequellen des Destillationsbetriebes
weitestgehend nutzbar zu machen, ist in den bekannten Anwendungsfällen nicht gegeben,
und infolgedessen besteht bei letzteren auch keine Möglichkeit zur Erreichung des
Vorteils, daß durch die der Erfindung eigentümliche weitestgehende Abw ärmeausnutzung
der Betrieb der Benzolgewinnung in höchstem Maße wirtschaftlich gestaltet wird.
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Das Verfahren der Erfindung wird an Hand der Zeichnung, die eine zu
seiner Durchführung geeignete Einrichtung als Ausführungsbeispiel zeigt, näher erläutert.
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Mit i ist ein Ölerhitzer bezeichnet, der das bei 2 eintretende, durch
Wärmeaustausch in der Vorrichtung 45 mit dem abgetriebenen Waschöl bereits auf etwa
ioo° C vorgewärmte benzolgesättigte Waschöl mittels indirekten Heizdampfes auf ungefähr
14o° C erwärmt. Das erwärmte Waschöl verläßt den Ölerhitzer durch die (nur teilweise
gezeichnete) Rohrleitung 3 und gelangt durch die Zufuhrleitung q. in die Abtreibekolonne
5, worin es unter Zuhilfenahme von direktem Brausedampf, der durch das Ventil 6
und ein anschließendes Brauserohr zugeleitet wird, von seinem Leichtölgehalt befreit
wird. Das abgetriebene Waschöl verläßt die Abtreibekolonne bei i9, um seine Wärme
in der Wärmeaustauschvorrichtung 4.5 an das von den Gaswaschern herkommende gesättigte
Waschöl abzugeben und nach vollständiger Rückkühlung wieder dem Gaswaschbetriebe
zugeführt zu werden. Die Abtreibedämpfe verlassen als ein Gemisch von Wasser- und
Leichtöldämpfen die aufgesetzte Rektifikationskolonne 7 durch den Stutzen 8 und
die Dämpfeleitung 9, um schließlich in bekannter Weise in dem Kühler i i zu' einem
flüssigen, fertig gekühlten Destillat verdichtet und in dem Scheider 12 nach dem
spezifischen Gewicht in Leichtöl und Wasser getrennt zu werden, die durch die Abläufe
44 und 4.3 austreten.
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Gemäß der Erfindung wird in die Dämpfeleitung 9 durch Schließen des
Ventils io und Öffnen der Ventile 16, 17 in den Abzweigleitungen 13, 1q. ein Röhrenverdampfer
i S eingeschaltet. Die Wasser- und Leichtöldämpfe des Abtreibers 5, 7 streichen
durch die Rohre des Verdampfers 15 und geben ihre Wärme
an das darin
vorhandene Heißwasser unter Dampferzeugung aus demselben ab. Als Speisewasser für
den Verdampfer wird nach einem weiteren Merkinal der Erfindung vorteilhaft das Kondenswasser
des Heizdampfes genommen, der in der Heizschlange 18 des Waschölerhitzers i verwendet
wird. Zu diesem Zweck wird an den Kondenstopf 2o, der den Kondensatablauf aus der
Fleizschlange 18 aufnimmt, eine Leitung 21, 22 angeschlossen, die das heiße Kondensat
dem Verdampfer 15 durch den Bodenstutzen 23 zuführt. Zweckmäßig. wird der Kondenstopf
2o so eingerichtet und betrieben, daß er das -Konden§wasser durch die Leitung 2i
unter annähernd deinj enigen Druck abführt, mit dem es ihm aus der Heizschlange
18 zufließt. Zum Entspannen dieses Überdruckes auf den niedrigeren Druck des Verdampfers
15 dient das Ventil 38. Der nicht zur Verdampfung gelangende Teil des zugeführten
Heißwassers wird aus dem Verdampfer 15 durch einen Ablaufstutzen 24, der dicht unterhalb
der obersten Heizröhrenlage angeordnet ist und der einen ständig gleich hohen Wasserstand
innerhalb des Verdampfers 15 aufrechterhält, in eine senkrecht abfallende Ablaufleitung
25 mit Syphon 26 hinein- und durch einen Ablauftopf 7,7 weggeleitet. Der
Höhenunterschied zwischen 24 und 27. muß die barometrische Fallhöhe, welche dem
stärksten, im Verdampfer 15 auftretenden Unterdruck entspricht, übersteigen.
Zweckmäßig führt man den vom Topf 27 ablaufenden Überschuß von Kondenswasser, ebenso
wie es üblicherweise sonst mit dem Ablaufwasser des Kondenstopfes 2o und anderer
Kondensatabläufe von Dampfheizvorrichtungen geschieht, als Speisewasser in die Dampfkessel
der Anlage zurück.
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Der im Verdampfer 15 aus dem zugeführten Heißwasser erzeugte Wasserdampf
sammelt sich in dem Dampfdom 28 und wird über die anschließende Dampfleitung 29
durch den mit gespanntem Frischdampf betriebenen Dampfstrahlsauger 30 abgesaugt.
Das aus dein Dampfstrahlsauger entweichende Gemisch von restlichem entspanntem Treibdampf
und von neu im Verdampfer.i 5 erzeugtem Dampf wird durch die Rohrleitung
3 1 bei 6 in die Dampfbrause des Waschölabtreibers 5 eingeleitet und hierin
als direkter Brausedampf für den Abtreibeprozeß ausgenutzt. Bei der obenerwähnten
Betriebsweise des Abtreibers 5, 7 unter Atmosphärendruck stellt man beispielsweise
den Dampfstrahlsauger 30 so ein, daß vor ihm, d. h. im Brüdenraum des Verdampfers
15, ein Dämpfdruck von o,7 at abs. und hinter ihm, d. h. in der Dampfleitung 34
ein Druck von 43 at abs. herrscht. Der letztgenannte Druck genügt nach dem oben
Gesagten, uni den direkten Brausedampf in den Abtreiber 5 hinein und hindurch zu
leiten, wenn an der Spitze des Abtreibers, bei 8, .Atmosphärendruck herrscht. Dem
unteratmosphärischen Druck von 0,7 at im Verdampfer 15 entspricht eine Siedetemperatur
des Dampfes von go° C. Diese Betriebstemperatur des Verdampfers 15 kann durch den
heizenden Ström der aus der Dämpfeleitung g und die Abzweigleitung 13 in
die Heizröhren des Verdampfers 15 eingeleiteten Benzol-Wasserdampf-Gemischs, welches
eine Temperatur von annähernd ioo° C hat, aufrechterhalten werden, da sonach eine
den Wärmeübergang sichernde Temperaturdifferenz von io° C verfügbar bleibt. Die
Zutrittstemperatur von annähernd ioo° C des heizenden Dämpfegemischs bleibt dabei
im wesentlichen für seinen gesamten Weg durch die Heizröhren aufrechterhalten, da
die Heizwärme praktisch ausschließlich durch Kondensation des im Dämpfegemisch vorwiegend
vorhandenen Wasserdampfs, zum Teil auch der Dämpfe von Benzolleichtölen, unter Atmosphärendruck
aufrechterhalten wird. Das nach der Heizung übrigbleibende, durch die Abzweigleitung
14 in die Leitung g abfließende Restgemisch von Destillaten des Abtreibers 5, 7,
das -hauptsächlich aus wässerigen und öligen Kondensaten neben einem geringen Teil
restlicher Dämpfe besteht; wird in die Kühlschlange des Leichtölkühlers i i eingeleitet,
hierin verdichtet und bis auf Lufttemperatur abgekühlt.
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Die vorbeschriebene Erzeugung von neuem Brausedampf für den Betrieb.
des Abtreibers 5, 7 aus zugeführtem heißem Kondenswasser der Dampfheizschlange 18
des Ölerhitzers i kann durch die nachstehend beschriebene Vorbehandlung des Heißkondensats
vervollständigt und verbessert werden.
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In einen Nebenzweig der Zufuhrleitungen 2i, 22 für das Heißkondensat,
der durch die Leitungen 33, 34 mit Absperrvorrichtungen 36, 37 geschaffen wird,
ist ein besonderes Verdampfgefäß 32 eingefügt, durch welches die Gesamtmenge oder
ein Teil des Heißkondensats hindurchgeleitet werden kann, bevor es durch 23 den
Verdampfer 15 betritt. In diesem Verdampfgefäß 32 wird das heiße Kondenswasser,
das aus dem Kondenstopf 2o mit höherem Druck, am vorteilhaftesten mit einem Druck
annähernd gleich dem in der Heizschlange 18 herrschenden Druck des Heizdampfes,
zugeleitet wird, durch entsprechende Einstellung des Ventils 36 auf einen Druck
von beispielsweise i,5. at abs. entspannt, wodurch ein Teil des Wassers sich in
Dampf verwandelt, welcher durch die Dampfleitung 40 über das Absperrventil 41 nach
dem Brausedampf zutritt 6 des Abtreibers 5 überführt werden kann, um zufolge seines
genügend
hohen Drucks unmittelbar als Brausedampf mit verwertet
zu werden. Der Ablauf 34 für die im Verdampfgefäß 32 übrigbleibende Kondensatmenge
wird durch das Schwimmerventil 35 so gesteuert, daß im Verdampfgefäß 32 ein ständig
gleich hoher Wasserbestand besteht. Die im Verdampfgefäß 32 erzeugte Wasserdampfmenge
gestattet eine entsprechende Verringerung des im nachfolgenden Verdampfer 15 zu
erzeugenden Wasserdampfes, so daß auch der Bedarf an zuzuführendem Treibdampf des
Dampfstrahlsaugers 3o für die Druckerhöhung und Wegförderung des in 15 neu erzeugten
Wasserdampfes entsprechend gemindert wird. Die Vorteile dieser Arbeitsweise sind
dann beson` ders groß, wenn durch Verwendung eines hochgespannten Heizdampfes in
der Heizschlange 18 der in der Leitung 21 verfügbare Anfangsdruck hoch, z. B. auf
mehr als 8 at, gehalten werden kann.
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Eine Abänderung des vorstehend beschriebenen Betriebsverfahrens für
den Verdampfer 15 besteht darin, daß der Dampfstrahlsauger 30 weggelassen
bzw. außer Betrieb gesetzt wird, so, daß also eine unmittelbare Verbindung der Dämpfeleitungen
29 und 31 besteht, und daß statt dessen ein Kompressor 42 oder ebenfalls
ein mit Frischdampf betriebener Dampfstrahls.auger in die Dämpfeleitung 9 zwischen
den Dämpfeaustritt 8 des Abtreibers 5, 7 und die Eintrittsleitung 13 des Verdampfers
15 eingefügt wird. Man betreibt dann den Verdampfer 15 bei einer Temperatur
und einem Dampfdruck von solcher Höhe, daß die erzeugten Wasserdämpfe unmittelbar
bei 6 als Brausedampf -in den Abtreiber 5 eintreten können, d. h. also, entsprechend
dem oben erläuterten Beispiel, bei einem Dampfdruck von 1,3 at abs., dem eine Siedetemperatur
des Wassers von io6° C entspricht. Man stellt nun für diesen Fall die Leistung des
Kompressors 42 so ein, daß er den vorher i,o at abs. betragenden Druck des Benzol-Wasser.dampf-Gemischs
auf i,5 at abs. steigert. Dieser letztere Druck entspricht einer Sättigungstemperatur
des Wasserdampfs von i i i ° C; dies würde bei Anwendung eines Dampfstrahlsaugers
zur Verdichtung die tatsächliche Temperatur des Mischdampfs hinter demselben sein.
Bei Anwendung eines mechanischen, ohne direkten Dampf oder Heißwasserzusatz arbeitenden
Kompressors würde hinter demselben sogar eine Überhitzungstemperatur von etwa i35°
C auftreten, also das für den Verdampfer verfügbare Temperaturgefälle sogar noch
gesteigert werden. In jedem Falle genügt die vorgerechnete, durch die Kompression
bewirkte Temperatursteigerung des heizenden Benzol-Wasserdampf-Gemisches zur Aufrechterhaltung
der im Brüdenraum des Verdampfers 15 herrschenden S iedetemperatur des Wassers und
damit zur Erzeugung von Dampf in ihm, der unmittelbar als Brausedampf im Abtreiber
5 verwendet werden kann. Die hiermit beschriebene Verfahrensabänderung kann als
eine besondere Ausführungsforen dcs unter dem Namen Wärmepumpe bekannten Dampfheizverfahrens
betrachtet werden.
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Anstatt den neu erzeugten Wasserdampf als Brausedampf in dem Abtreiber
5 zu verwenden, kann derselbe vorteilhaft auch anderen Destilliervorrichtungen im
Betriebe der Benzolfabrik als Brausedampf zugeführt werden, beispielsweise den Rektifikations--apparaten,
die zur weiteren Aufarbeitung des im Leichtölkühler ii anfallenden rohen Benzolleichtöls
dienen.
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Das beschriebene Verfahren kann mit Vorteilen auch dann Anwendung
finden, wenn der Waschölabtreibeapparat 5 bei anderem als atmosphärischem Druck,
sei es bei höherem oder niedrigerem Druck, betrieben werden soll. Man würde dann
nur das Druckniveau des Verdampfers 15 in entsprechender Anpassung einzustellen
haben. Wenn man z. B. den Waschölabtreiber 5 unter Beibehaltung der direkten Brausedampfeinleitung
in bekannter Weise bei einem mäßigen Unterdruck betreibt, so ergeben sich allein
daraus gewisse Vorteile für die dem Verfahren charakteristische Erzeugung von neuem
Dampf aus der Wärme der Abtreibedämpfe, insbesondere hinsichtlich der Erzielung
günstiger Temperaturgefälle bei geringstem Aufwand an Kompressionsarbeit.
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Durch das Verfahren der Erfindung wird nach den obigen Beispielen
und Zahlenangaben bei Verwendung des neu erzeugten Dampfes als Brausedampf im Waschölabtreiber
eine Ersparnis an sonst dafür notwendigem Frischdampf von wenigstens 30'1, erzielt.
Bei Verwendung der erwähnten Waschölabtreibekolonnen mit Einbauten von geringem
Dainpfströmungswiderstand kann wegen der Verringerung der notwendigen Kompressionsarbeit
die Ersparnis noch bedeutend höher getrieben werden.