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Verfahren zur Entfernung und Gewinnung von Teer, Ammoniak und Ammoniakwasser
aus Gasen der trockenen Destillation Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung
und Gewinnung von Teer, Ammoniak und Ammoniakwasser aus Gasen der trockenen Destillation,
vornehmlich Kohlendestillationsgasen, wobei die Gase nacheinander eine unmittelbar
berieselte Vorlage und einen mittelbar gekühlten Gaskühler, der unter Herabkühlung
des Gases bis auf gewöhnliche Temperatur das für die Vorlagenberieselung dienende
wäßrige Ammoniakkondensat liefert, und einen ebenfalls unmittelbar berieselten Wiedererwärmer
(Verdunster) durchziehen. Dabei tritt teils in der Vorlage durch die unmittelbare
Berieselung, teils im mittelbaren Gaskühler durch Kondensation fast das ganze, aus
der Kohle durch das heiße Rohgas als Dampf herangetragene Wasser der Kohle - Feuchtigkeits-
und Zersetzungswasser - als ein flüssiger Überschuß auf, zu dessen Beseitigung verschiedenerlei
Verarbeitungsmaßnahmen in Betracht kommen können.
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Es ist vorgeschlagen worden, dieses Überschußwasser in dem von der
Vorlage herkommenden heißen Zustand in dem Verdunster derart mit dem entgegenströmenden
gekühlten Gas zur Einwirkung und zum Austausch zu bringen, daß dem Gas bis zu seinem
Austritt praktisch die gesamte überschußwassermenge als Dampf aufgeladen wird, so
daß also praktisch kein Wasser als Überschuß flüssig aus dem System herausgeht.
Hierbei wird jedoch das durch die sämtlichen vom Gas durchzogenen Vorrichtungen
kreisende Betriebswasser mit den im Rohgas enthaltenen fixen Ammoniaksalzen, welche
nicht allein durch Wärmeeinwirkungen
gespalten werden können, zur
Hauptsache Chlorammonium; mehr und mehr angereichert, so daß es unumgänglich notwendig
ist, mindestens in Zeitabständen einen Teil dieses. Behandlungswassers aus dem Betrieb
zu nehmen und durch Frischwasser zu ersetzen. Diese Anwesenheit von fixen Ammoniaksalzen
erschwert erheblich die Abtrennung des Teeres und verschlechtert seine Güte. Außerdem
enthält das kreisende Wasser und damit auch die abgezogene Teilmenge außer gelösten
Ammoniaksalzen noch Phenole, Pyridine, Cyan und andere flüchtige Verunreinigungen,
weswegen diese aus dem Betrieb zu nehmende Wassermenge nicht.ohne weiteres ins Abwasser
gegeben werden kann.
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Nach der Erfindung wird zur Berieselung des Verdunsters allein das
in der Vorlage und im Gaskühler auftretende, aus der Kohle durch das heiße Rohgas
herangetragene Überschußwasser (»Kohlev#asser«) verwendet, und zwar mit dem wesentlichen
Merkmal, daß es nach seinem Abzug aus dem Vorlagenkreislauf für sich getrennt gehalten
wird, d. h. nicht wieder in dieses Vorlagenwasser hineingelangt; außerdem wird nach
seinem Durchgang durch den Verdunster ein Teil von ihm im Kreislauf in einem mittelbaren
Gegenstromwärmeäustauscher mit heißer Vorlagenflüssigkeit wieder aufgeheizt und
erneut auf den Kopf des Verdunsters aufgegeben. Dabei wird aber die im Kreislauf
durch den Verdunster geschickte Berieselungswassermenge so weit beschränkt, daß
die am Gasaustritt auftretende zusätzliche Beladung des Gases mit Wasserdampf an
Menge erheblich unter der Menge des in diesen Verdun'sterkreislauf herübergenommenen
Köhlewassers bleibt, nämlich höchstens etwa 1/4 bis 1/s dieser Kohlewassermenge
beträgt. Es findet also nicht eine praktisch vollständige Wegschaffung des besagten
Überschußwassers als Dampf in das abgehende Gas hinein statt. Vielmehr wird der
bei weitem größere Teil dieser Wassermenge aus diesem Kreislauf flüssig nach außen
abgezogen und ins Abwasser weggegeben. Dadurch, daß das für den Verdunster zu verwendende
Kohlewasser aus dem Vorlagenkreislauf abgezogen und von ihm völlig getrennt gehalten
wird, wird eine fortschreitende Anreicherung von fixen Ammoniaksalzen in diesem
Kreislaufwasser der Vorlage absolut vermieden; die sich einstellende Konzentration
an solchen Salzen in dem Vorlagenwasser ist ganz geringfügig, und dadurch ist eine
gute Teerscheidung gesichert. Es. ist daher auch kein Frischwasser als Zusatz und
Ersatz für das zur Vermeidung ungebührlicher Salzanreicherung notwendige Wegnehmen
von Vorlagen- bzw. Betriebswasser notwendig. Da die durch den Verdunster kreisende
Berieselungswassermenge ein Aufladen von Wasserdampf in das den Verdunster durchziehende
Gas nur in einem weit unter der Menge des Kohlewassers bleibenden Ausmaß im Gefolge
haben soll, ist diese Berieselungswassermenge verhältnismäßig klein, dagegen die
mit ihr in Berührung und Austausch gelangende Gasmenge verhältnismäßig groß. Dadurch
erreicht man, daß die flüchtigen Verunreinigungen des Berieselungswassers von dem
Gasstrom durch Verdunstung in das Gas hinein entfernt werden, so daß ein an Phenolen,
Pyridinen, Ammoniak usw. armes überschußwasser aus dem Betrieb als flüssiger Überschuß
abgeht. Dieser an Menge beschränkte Überschuß kann- wegen seiner Beschaffenheit
unbedenklich ins Abwasser abgelassen werden.
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Ferner wird auch, -Teil durch den mittelbaren Wärmeaustausch Wärme
aus der Vorlage abge-. zogen und- mit dem aufgeheizten Wasser in den Verdunster
herübergetragen wird, die in den mittelbaren Gaskühler herübergehende Gaswärmemenge,
die in der Hauptsache die Form von Wasserdampfsättigungsbeladung des Gases besitzt,
verringert und dadurch die Wärmeaustauschbelastung des Gaskühlers entsprechend verkleinert,
d. h., dieser mittelbare Gaskühler braucht nur entsprechend weniger an Wärmeübergang
zu schaffen und kann sowohl in der Größe als .auch in den Betriebskosten entsprechend
kleiner gehalten werden. Schließlich ist noch zu beachten, daß die Vermeidung des
Einbringens von Frischwasser bzw. eines anderen, immer kalten Wassers in das System
einen wärmetechnischen Vorteil ergibt, da die entsprechend zu entfernende. Wassermenge
normalerweise immer eine höhere Temperatur hat.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Gesamteinrichtung ist
in der Zeichnung durch eine schematisch gehaltene Aufrißdarstellung, teilweise im
senkrechten Schnitt, wiedergegeben. Das Verfahren der Erfindung wird an Hand dieser
Zeichnung als ein Ausführungsbeispiel nachstehend näher beschrieben.
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Das zu behandelnde, von den Trockendestillationsöfen, z. B. Koksöfen,
herkommende Rohgas tritt hocherhitzt, etwa mit 700° C durch das- Steigrohrknie i
in die Vorlage 2 und geht dann durch die anschließende Rohrleitung 3 und Fortsetzungsrohrleitung
4 in den oberen Teil des mittelbar wirkenden Gaskühlers 5 hinein. Dieser Gaskühler
ist im Zeichnungsbeispiel als ein stehender Rohrkühler mit senkrechten Rohrbündeln
ausgebildet, welche durch das unten bei 6 eintretende und oben bei 7 austretende
Kühlwasser durchzogen werden. Statt mit senkrechten Röhren könnte dieser Kühler
auch ebensogut mit etwa waagerechten Querrohren ausgestattet sein.
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Das Gas wird nach Durchgang durch den Gaskahler 5 am unteren Ende
bis auf gewöhnliche Temperatur, etwa 25° C, herabgekühlt, durch die Saugrohrleitung
8 des -Gassaugers g abgezogen und durch die Druckleitung io in die stehende Berieselungsvorrichtung
i i von unten nach oben gefördert, aus der es am oberen Ende durch die Rohrleitung
12 austritt, um im Weitergang über den Gasüberhitzer 13 in den mit Schwefelsäure
beschickten Sättiger 14 einzutreten, den es durch die Rohrleitung 15 verläßt. Die
Berieselungsvorrichtung i i ist ein unmittelbar wirkender Gegenstromwärmeaustauscher,
der in der erfindungsgemäßen Weise mit einer am Kopfende durch die Brause 16 aufgegebenen
Berieselungsflüssigkeit im Gegenstrom
betrieben wird. Die im Gasraum
des mittelbaren Gaskühlers 5 gebildeten Kondensate, Teer und ammoniakhaltiges Wasser,
werden durch die Saugrohrleitung 17 der Förderpumpe 18 abgenommen und im ganzen
durch deren Druckleitung ig, 2o in die Ofenvorlage :2 eingeführt, und zwar an demjenigen
Ende derselben, welches dem Abgang der Gasrohrleitung 3 entgegengesetzt liegt.
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Diese Kondensate und weitere, gemäß den nachstehenden Angaben eingeführte
wäßrige Flüssigkeiten durchziehen die Ofenvorlage der Länge nach und gelangen durch
die geneigt angeordnete Gasrohrleitung 3 zusammen mit einigen rückfließenden Kondensaten
aus der ebenfalls geneigt liegenden Gasrohrleitung 4 durch die Falleitung 21 in
die Teerscheidevorrichtung 22 hinein. In dem Scheideraum dieser Vorrichtung setzen
sich eine obere Schicht von wäßrigen Ammoniakkondensaten 23 und eine untere Schicht
von Teer 24 ab. Der Teerraum 24 hat gemäß der Zeichnung eine trichterförmige Bodenbegrenzung,
so daß ein ihn umgebender Mantelraum 25 gebildet wird. Das wäßrige Ammoniakkondensat
23 wird durch das Überlaufrohr 26 in diesen Mantelraum 25 eingeleitet, wirkt darin
beheizend bzw. warmhaltend auf die Teermasse 24 und wird aus 25 durch das Überfallrohr
27 in die Abgangsleitung 28 abgeführt, während der abgeschiedene Teer durch das
Bodenrohr 4o nach außen abgeht. Der weitere Weg des übergelaufenen Ammoniakkondensates
geht von der Rohrleitung 28 in den Rohraußenraum eines mittelbar wirkenden Wärmeaustauschers
29 hinein und verläßt denselben durch die Rohrleitung 30. Von dieser Abgangsrohrleitung
30 wird das Ammoniakkondensat durch die Förderpumpe 31 aufgenommen und über
deren Druckleitung 32 der im Steigrohrknie i angeordneten Einspritzvorrichtung 33
zugeführt. Das in dem Sprühkegel 34 durch die Vorlage 2 verteilte Ammoniakwasser
wirkt stark kühlend auf das durchgeleitete heiße Rohgas, so daß sich sowohl für
das Gas als auch für die abgehenden Kondensate eine Temperatur einstellt, die etwa
bei 82° C liegt. Mit dieser Temperatur gehen also sämtliche Kondensate in die Scheidevorrichtung
22 hinein.
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Aus der Zeichnung und aus der vorstehenden Schilderung ersieht man,
daß durch die Vorlage 2 und die Scheidevorrichtung 22 ein Kreislauf von teerfreiem
Ammoniakkondensatwasser geht, welches aus dem im Gaskühler 5 ausgefallenen wäßrigen
Kondensat herrührt und über den Weg 17, 18, ig,-2o ständig dem Kreislauf wieder
zugeführt wird. Die Menge dieses durch die Einspritzvorrichtung 33 gehenden Kreislaufwassers
beträgt unter mittleren Verhältnissen etwa g bis 12 kg je Nm3 des zutretenden Rohgases.
Dieses wäßrige Kondensat enthält das vom Rohgas aus der Kohle bzw. den Öfen herangetragene
sogenannte Kohlewasser - teils Feuchtigkeits-, teils Zersetzungswasser -, welches
ständig in den Kreislauf als Überschuß hineingeht.
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Nach der Erfindung wird nun dieses Überschußwasser aus dem Scheider
22 durch den Überlauf 35 nach der Saugleitung 36 der Förderpumpe 37 abgezogen und
über die Druckleitung 38 und Anschlußrohrleitung 39 zur Berieselungsbrause
16 der Vorrichtung i i hingeführt. Dieses abgezogene Überschußwasser wird, wie ebenfalls
die Zeichnung ergibt, erfindungsgemäß auf seinem weiteren Wege über die Berieselungsvorrichtung
i i von dem durch die Vorlage gehenden Wasserkreislauf vollständig getrennt gehalten
und geht, wie sich-auch aus dem folgenden ergibt, nicht wieder in denselben hinein.
Es wird nun nach der Erfindung am Fuß der Berieselungsvorrichtung i i durch die
Rohrleitung 41 heraus und teilweise mittels der Abzugsleitung 42 nach außen weggeführt,
teilweise durch die anschließende Rohrleitung 43 in die Rohre des mittelbaren Wärmeaustauschers
29 von unten her eingeleitet und an dessen oberem Ende durch die Rohrleitung
44 bei 45 in die Saugleitung 36 der Förderpumpe 37 eingeführt. Durch diese
Anordnung wird ein Teil der durch die Berieselungsvorrichtung i i gehenden Flüssigkeit
im Kreislauf durch den Wärmeaustauscher 29 in die Berieselungsbrause 16 am Kopf
der Vorrichtung i i zurückgeführt.
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Da nach dem Obengesagten die Temperatur der von der Vorlage 2 abgehenden
Kondensate und damit auch der im Scheider 22 angesammelten Ammoniakkondensatflüssigkeit
23 etwa 82° C beträgt und da der Überschuß dieses Wassers die gleiche Temperatur
sowohl bei 35 als auch bei dem Scheiderablauf 27 und in der Eingangsleitung 28 des
mittelbaren Gegenstromwärmeaustauschers 29 besitzt, so ist es mit Hilfe dieser Vorrichtung
möglich, der von ihr aufgeheizten, durch 44 abgehenden Kondensatflüssigkeit eine
sehr nahekommende Temperatur von 7g° C zu erteilen, so daß nach deren Vermischung
bei 45 mit der etwas heißeren, durch die Pumpe 37 aus 35, 36 abgesaugten überschußwassermenge
von etwa 82° C eine Mischtemperatur von etwa 8o° C entstehen kann, mit welcher das
Gemisch dann der Brause 16 am Kopf der Vorrichtung i i zugeht. Durch die Einwirkung
der durch die Vorrichtung i i gehenden Berieselungswassermenge auf das entgegenströmende
Gas wird ein kleiner Teil der Berieselungswassermenge in das bei 12 abgehende Gas
hinein verdampft und geht mit dem Gasstrom bei 12 aus der Vorrichtung T i dampfförmig
weg. Die Vorrichtung i i kann daher als ein Verdunster bezeichnet werden. Erfindungsgemäß
wird nun aber die durch den Verdunster geführte Berieselungswassermenge so weit
beschränkt, daß die am Gasaustritt des Verdunsters auftretende zusätzliche Beladung
des Gases mit Wasserdampf an Menge erheblich unter der Menge der vom Rohgas aus
den Destillationsöfen herangetragenen Überschußwassermenge bleibt. Man übersieht
jetzt aus der Zeichnung unmittelbar, daß die-Summe aus der besagten, mit dem Gas
bei 12 weggetragenen Dampfmenge und der bei 42 abgezogenen Wassermenge genau gleich.
der bei 35 abgezogenen Überschußwassermenge des Rohgases ist. Man sorgt beispielsweise
durch Bemessung der durch 43 weitergehenden Kreislauf
wassermenge
dafür, daß die dampfförmig bei 12 abgehende Teilmenge des Rohgaswassers höchstens
etwa 1/4 bis 1/s des Kohlewassers ist. Dazu würde die zusätzliche Kreislaufwassermenge
etwa das Zwei- bis Dreifache der Überschußwassermenge betragen- müssen. Bei den
hiermit zugrunde gelegten Betriebsbedingungen würde das in der Brause 16, wie oben
gesagt, mit etwa 8o° C zutretende Berieselungswasser sich bis zum untenliegenden
Abgang 41 auf etwa 40° C abkühlen,- während das am Ausgang 8 des Gaskühlers 5 etwa
259 C, beim Eingang io in den Verdunster i i etwa 35 ° C haltende Gas bis
zum Ausgang 12 sich auf etwa 48° C erwärmen würde.
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Die nach den vorstehenden Angaben sich ergebende, durch die,. Vorrichtung
i i gehende Berieselungswassermenge ist -zufolge der Vorschriften der Erfindung
klein im Verhältnis zu der durch sie ziehenden Gasmenge. Es ist z. B. bei den für
Kokereigase üblichen Bedingungen hinsichtlich Gasmenge und Kohlewassermenge die
in -einem Normalkubikmeter Kokereigas getragene Kohlewassermenge etwa gleich o,44
kg. Die Zufügung einer dreifachen Kreislaufwassermenge würde also eine Berieselungswassermenge
innerhalb der Vorrichtung i i von (3 + i) X 0,44 = 476 kgJNrn3 .Gas ergeben, wobei
außerdem zu beachten ist, daß wegen der erhöhten Temperaturlage in i i sich aus
i Nm3 ein effektives Gasvolumen bis zum Gasaustritt von etwa 1,32 m3 ergeben würde..
Dieses Verhältnis von Flüssigkeit zu Gas = ist offensichtlich sehr klein. Die Einwirkung,zwischen
einer sehr kleinen Flüssigkeitsmenge und einer großen Gasmenge hat zur Wirkung,
daß die flüchtigen Anteile der Flüssigkeit, das sind hauptsächlich die verunreinigenden
Stoffe Phenole, Pyridine, Cyan, auch Schwefelwasserstoff zu -einem erheblichen Teil
aus der Flüssigkeit in das Gas hinein verdunstet werden. Das aus der Vorrichtung
i i bei 41 und 42 abgehende Berieselungswasser ist daher arm an den genannten Verunreinigungsstoffen.
Außerdem enthält sowohl dieses Abgangswasser bzw. das bei 35 aus der Vorlage im
Kreislauf abgezogene Wasser und, was dasselbe ist, das damit stofflich übereinstimmende
Vorlagenwasser, wie ,die nachstehende Einzelberechnung zeigt, nur eine sehr geringe
Konzentration an. flüchtigem und fixem Ammoniak. Zufolge dieser Beschaffenheit kann
das bei 42 abgezogene Wasser unbedenklich ins Abwasser weggeführt werden. Man spart
daher eine besondere Aufarbeitung desselben. und die dafür aufzuwendende Wärme.
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Ein wichtiger Vorteil ist die schon erwähnte, sich durch das Verfahren
einstellende sehr niedrige Konzentration des Kreislaufvorlagenwassers an fixen Ammoniakverbindungen.
Offenbar stellt sich im Dauerbetrieb diese Konzentration als das Verhältnis des
vom Rohgas in die Vorlage 2 und in den Gaskühler 5 hineingetragenen fixen Ammoniaks
zu der bei 35 abgezogenen Überschußwassermenge ein. Alls ein Zahlenbeispiel mittlerer
Art kann man rechnen, daß ein Normalkubikmeter Gas i g fixes Ammoniak trägt. Wenn
aus derselben. Gasmenge von i Nms o,44 kg = 44o g Kohlewasser ausfallen, so ist
die sich im Vorlagenkreislauf einstellende Konzentration an fixen Salzen i :44o.
Das ist so wenig, daß eine sehr gute und anstandslose Scheidung des Teeres in der
Vorrichtung 22 von der begleitenden Wassermenge gesichert ist. Das ist aber ein
sehr großer Vorteil, weil hierdurch keine beachtlichen Mengen von Ammoniaksalzen
in den-Teer hineingelangen können, so daß nicht nur die Scheidung des Teeres, sondern
auch dessen Qualität hervorragend ist.
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Das Verfahren hat auch eine gute Wärmewirtschaftlichkeit. Diese ist
schon dadurch bedingt, . daß kein besonderer Wärmeaufwand für die Aufarbeitung des
bei 42 unmittelbar ins Abwasser gehenden Überschußwassers des ganzen Systems notwendig
ist. Außerdem wird die Einführung von Frischwasser, das ebenfalls wärmeentziehend
wirken würde, erspart. Dazu kommt, daß auch die Aufwendungen für eine Entphenolung
des Ammoniakwassers erspart werden. . Der Betrieb des Verdunsters i i wird, weil
nicht eine Aufladung des ganzen Überschußwassers als Dampf in das Gas, sondern nur
eine kleine Teilmenge desselben in Betracht kommt, sehr erleichtert und begünstigt,
so däß auch der Anlagenaufwand für den Verdunster wesentlich verkleinert wird.