DEP0012989DA - Stetige Destillation von Steinkohlenteer - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Teer durch stetige fraktionierte Destillation bei atmosphärischem Druck in mehrere Fraktionen zu zerlegen, wobei der Teer zunächst in einem Durchlauferhitzer (Röhrenofen) erhitzt, danach bis auf das Pech verdampft und schließlich das entstandene Dämpfegemisch fraktioniert wird. Der Teer muß dabei auf eine Temperatur von etwa 375-380°, je nach seiner Beschaffenheit erhitzt werden. Dies ist nachteilig, weil sich bei dieser Temperatur gewisse Bestandteile des Teeres im Durchlauferhitzer umwandeln bzw. zersetzen.

Es wurde daher der Vorschlag gemacht, die Verdampfung des Teeres in einem Vakuum von unterhalb 100 mm Hg vorzunehmen und das entstehende Dämpfegemisch im Vakuum zu fraktionieren. Bei diesem Verfahren kann man die Temperatur in den Erhitzerrohren auf etwa 340° senken und die Erhitzung des Teeres mit einem Überdruck von etwa 1,5 Atü vornehmen, wodurch die Verdampfung im Durchlauferhitzer auf etwa 15-18% zurückgeht. Einer Verschlechterung der Qualität der erzeugten Produkte und Betriebsstörungen durch Zersetzung des Teeres im Durchlauferhitzer wird auf diese Weise vorgebeugt.

Diesen Vorzügen stehen aber als wesentlichen Nachteile die bedeutend höheren Baukosten für die Destillationsanlage und die erschwerte Fraktionierung des Dämpfegemisches gegenüber. Es ist nämlich nicht nur notwendig, die Apparate bei einer

Destillation unter hohem Vakuum in beträchtlicher Höhe oberhalb des Flures anzuordnen, wodurch die Gebäudekosten steigen, sondern die einzelnen Apparate müssen auch ein dem hohen Vakuum entsprechendes größeres Volumen erhalten. Sie werden dadurch schwer und teuer und es ist praktisch nicht mehr möglich, die Fraktionierung in einer einheitlichen Kolonne durchzuführen. Man muß vielmehr mehrere Kolonnen nebeneinander aufstellen, und dies nötigt dazu, zwischen den einzelnen Fraktionierstufen besondere Kondensatoren zur Bildung des Rücklaufs vorzusehen, deren Regelung zudem den Betrieb der Anlage erschwert. Es ist ferner praktisch nicht möglich, die mit hohem Vakuum arbeitenden Destillationsanlagen mit Glockenbodenkolonnen auszustatten, sondern man ist gezwungen, Füllkörperkolonnen anzuwenden, wodurch die Fraktionierung erschwert wird.

Die Erfindung verfolgt nun das Ziel, die kontinuierliche Destillation von Steinkohlenteer so zu gestalten, daß sowohl die Vorteile des Arbeitens bei hohem Vakuum in der Pechkolonne, nämlich die Vermeidung von Zersetzungsreaktionen im Teer innerhalb des Durchlauferhitzers (Röhrenofen), als auch die besonderen Vorteile der Destillation unter atmosphärischem Druck, nämlich die geringeren Baukosten für die Apparatur und die einfachere Fraktionierung des Dämpfegemisches erreicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß der auf Temperaturen unterhalb derjenigen, die bei der stetigen Destillation unter atmosphärischem Druck erreicht werden müssen, erhitzte Teer in einer Stufe in einem unter mäßig vermindertem Druck stehenden Raum in Gegenwart von Wasserdampf, mit dem vorher der Rückstand (Pechfraktion) behandelt wurde, bis auf die Pechfraktion verdampft wird, und daß das so erzeugte Dämpfegemisch in einer mit dem Verdampfungsraum verbundenen Glockenbodenkolonne, welcher gegebenenfalls in üblicher Weise Seitenkolonnen entsprechend der Zahl der gewünschten Fraktionen zugeordnet sind, unter entsprechender Abstimmung von Wasserdampfmenge und Vakuum fraktioniert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man mit einem wesentlich niedrigeren Vakuum arbeiten als bei dem bekannten stetigen Vakuum-Destillationsverfahren. Für eine bestimmte Teersorte genügt in dem neuen Verfahren beispielsweise ein Vakuum von 300-400 mm Hg in der Verdampfungskammer, während die unter diesen Bedingungen zur Verdampfung des Teeres erforderliche Temperatur etwa 335-340° beträgt, sofern man eine Verdampfung von etwa 40% im Durchlauferhitzer zuläßt, wobei durch Vergrößerung des Durchflußquerschnittes einer ungünstigen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, die durch die Verdampfung an sich steigt, entgegenzuwirken ist.

Durch entsprechende Drosselung bzw. Druckerhöhung im Durchlauferhitzer kann die Verdampfung, falls erforderlich, vermindert werden, beispielsweise auf etwa 20-25%, wobei die Temperatur auf etwa 345-350° erhöht werden müßte. Damit sind für den Durchlauferhitzer diejenigen Bedingungen geschaffen, bei denen eine unerwünschte Zersetzung oder Umwandlung der Teerbestandteile sicher vermieden wird. In jedem Falle ist es möglich, die Fraktionierung des Dämpfegemisches in einer Glockenbodenkolonne vorzunehmen, deren Betrieb einfacher ist als der einer Füllkörperkolonne. Der höhere Druckverlust, den die Glockenbodenkolonne gegenüber der Füllkörperkolonne aufweist, ist hier ohne Belang, weil in der Verdampfungszone des Verfahrens nur ein vergleichsweise geringes Vakuum gefordert wird.

Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Baukosten für die Destillationsapparatur wesentlich niedriger sind als für die Anwendung der bekannten Arbeitsweise mit hohem Vakuum; sie sind praktisch nicht bedeutend höher als für Anlagen, die unter atmosphärischem Druck arbeiten. Dieser Fortschritt wird erreicht, ohne daß eine Verschlechterung in bezug auf die schonende Behandlung der Teerbestandteile eintritt, die für die Arbeitsweise mit hohem Vakuum charakteristisch ist, und andererseits unter Beibehaltung der betrieblich leichteren Fraktionierung, die das bekannte atmosphärische Verfahren auszeichnet. Namentlich die Anthrazenölfraktion hat bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die gleiche günstige Qualität wie bei dem Hochvakuum-Verfahren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geht mit dem Carbolöl auch der in das Verfahren eingeführt Wasserdampf mit über. Um die Entstehung phenolhaltiger Abwässer zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, aus dem wässrigen Kondensat der letzteren Fraktion (Carbolöl und Wasser) das Wasser abzutrennen und in Dampfform in die unter Vakuum stehende Destillationsapparatur an geeigneter Stelle wieder einzuführen. Der phenolhaltige Dampf wird vorzugsweise in die Pechkolonne eingeleitet. Ein Teilstrom des phenolhaltigen Dampfes kann auch in die gegebenenfalls vorgesehene Seitenkolonne für Waschöl zurückgeführt werden.

Die Carbolölfraktion enthält nach dem mechanischen Abtrennen des Wassers noch eine geringe Menge Wasser in Lösung. Dieses wird erfindungsgemäß dadurch entfernt, daß man die Carbolölfraktion in einer kleinen Hilfskolonne erhitzt und die dabei entstehenden Dämpfe (hauptsächlich Wasserdampf) in die unter Vakuum stehende Dämpfeleitung der Carbolölfraktion vor dem

Kondensator oder in die unter Vakuum stehende Apparatur an einer anderen geeigneten Stelle eingeleitet.

Durch diese Maßnahme wird jegliche Bildung von phenolhaltigen Abwässern verhindert, so daß das Verfahren in dieser Hinsicht dem Hochvakuum-Destillationsverfahren völlig gleichwertig ist. Da es sich bei der Verdampfung des phenolhaltigen Wassers nur um die Behandlung relativ geringer Mengen handelt, ist der dadurch entstehende zusätzliche Wärmebedarf für das Gesamtverfahren ohne Belang.

Auf der Zeichnung ist schematisch eine zur Anwendung der Erfindung geeignete Anlage dargestellt.

Der zu destillierende Teer wird bei 1 in die Anlage eingeleitet. Er geht zunächst durch den Wärmeaustauscher 2, in welchem der Rohteer mittels der heißen ablaufenden Pechfraktion vorgewärmt wird und kommt dann in das erste Rohrsystem 3 (Konvektionszone) eines Röhrenofens 4. Dort wird der Teer unter Druck auf eine solche Temperatur vorgewärmt, daß er in dem nachfolgenden Scheidebehälter 5 sich licht von dem in ihm enthaltenen Wasser trennt. Aus dem Behälter 5 kann das abgeschiedene Wasser durch die von einem Druckminderventil beherrschte Leitung 6 abgeleitet werden. Der entwässerte Teer gelangt durch die von einem Druckminderventil 7 beherrschte Rohrleitung 8 in eine Kolonne 9, die im wesentlichen bei normalem Druck betrieben wird. Infolgedessen tritt hier eine Verdampfung der leichten Bestandteile des Teeres ein. Die entstehenden Dämpfe werden als Kopffraktion durch die Dämpfeleitung 10 abgezogen, die zu dem Kondensator 11 führt, von dem durch die Leitung 12 der erforderliche Rücklauf auf die Kolonne 9 zurückgeht. Das Destillat kommt über den Kühler 13 in den Scheidebehälter 14, wo eine Trennung zwischen Leichtöl und Wasser vorgenommen werden kann.

Der entwässerte und von Leichtöl befreite Teer wird dann mittels der Pumpe 15 vom Boden der Kolonne 9 durch die Rohrleitung 16 in das zweite Rohrsystem 17 (Konvektions- und Strahlungszone) des Röhrenofens 4 gedrückt, wo er auf die für spätere Verdampfung erforderliche Temperatur erhitzt wird. Vom Rohrsystem 17 führt eine Rohrleitung 18, in welcher gegebenenfalls ein Druckhalteventil 19 vorgesehen ist, in das Verdampfungsgefäß (Pechkolonne) 20.

In der Pechkolonne 20 wird ein geeignetes Vakuum eingehalten, so daß der vorher gegebenenfalls unter leicht erhöhtem Druck stehende heiße Teer dort vollständig bis auf die Pechfraktion verdampft. Gleichzeitig wird am Boden der Kolonne 20 durch die Leitung 21 Wasserdampf eingeleitet. Der untere Teil der Kolonne 20 arbeitet also wie eine Abtreibekolonne. Das entstehende Gemisch von Teerdämpfen und Wasserdampf zieht am Kopf der Kolonne 20 durch die Rohrleitung 22 ab und kommt in die nachgeschaltete Fraktionierkolonne 23.

Die in der Verdampfungskolonne 20 anfallende Bodenfraktion (Pech) fließt durch die Rohrleitung 24 über den Wärmeaustauscher 2 zur Vorlage 25.

Die Zerlegung des Dämpfegemisches erfolgt lediglich in einer einzigen Fraktionierkolonne, wie bei 23 dargestellt. Vom Boden dieser Kolonne wird durch die Rohrleitung 26 die Anthrazenölfraktion abgezogen, etwas höher durch die Rohrleitung 27 die Waschölfraktion, noch höher durch die Rohrleitung 28 die Naphthalinölfraktion und am Kopf der Kolonne durch die Rohrleitung 29 die Carbolölfraktion.

Für die Behandlung der Naphthalin- und Waschölfraktion sind die Seitenkolonnen 30, 31 vorgesehen. In die Kolonne 30 wird unter durch die Rohrleitung 32 etwas direkter Dampf zum Abtreiben der leichtsiedenden Bestandteile aus der ablaufenden Waschölfraktion eingeleitet. Die Waschölfraktion wird durch die Rohrleitung 33 abgezogen. Der in die Seitenkolonne 30 eingeleitete Wasserdampf geht mit dem aus der Waschölfraktion verdampften Anteil durch die Rohrleitung 34 in die Fraktionierkolonne 23 zurück.

Bei der Behandlung der Naphthalinölfraktion in der Seitenkolonne 31 ist das Einleiten von Dampf in der Regel nicht notwendig. Um das Leichtsiedende aus der Naphthalinölfraktion möglichst zu entfernen, wird hier vorteilhaft ein üblicher Umlauferhitzer 35 vorgesehen. Die Seitenkolonne 31 ist im übrigen ähnlich wie die Kolonne 30 durch eine Dämpferückleitung 36 mit der Fraktionierkolonne 23 verbunden. Die Naphthalinölfraktion wird durch die Rohrleitung 37 abgezogen.

Die Dämpfe, die durch die Rohrleitung 29 am Kopf der Kolonne 23 entweichen, bestehen aus der Carbolölfraktion und Wasserdampf. Das Dämpfegemisch gelangt in einen Kühler 38, von dem das Kondensat in eine Vorlage 39 abfließt, die einerseits durch die Rohrleitung 40 mit einer Vakuumpumpe 41 in Verbindung steht und andererseits durch das Kondensatablaufrohr 42 mit dem Scheidebehälter 43. In diesem wird das Wasser von der Carbolölfraktion mechanische (durch Dekantieren) getrennt. Das entwässerte Carbolöl wird durch die Pumpe 44 und die Rohrleitung 45 teils einer unter Vakuum stehenden Hilfskolonne 46 zugeleitet, welche mit einem Umlauferhitzer 47 ausgestattet ist, teils als Rücklauf bei 55 auf die Kolonne 23 gegeben. In der Hilfskolonne

46 wird das Carbolöl vollständig von Wasser befreit, so daß es wasserfrei durch die Rohrleitung 48 abgezogen werden kann. Der entstehende Wasserdampf geht durch die Rohrleitung 49 in Dämpfeleitung 29 zurück.

Das in dem Scheidebehälter 43 entstehende phenolhaltige Wasser fließt durch die Rohrleitung 50 zu einer Pumpe 51, die das Wasser in einen Verdampfer 52 drückt. Dessen Dampfabzugrohr 54 steht unter Zwischenschaltung der Druckminderventile 53 und die Dampfleitungen 21, 32 mit der Pechkolonne 20 und der Seitenkolonne 30 für die Waschölfraktion in Verbindung, so daß Dampf in regelbarer Menge in das Verdampfungsgefäß (Pechkolonne) 20 eingeleitet werden kann.

Wie in der Zeichnung angedeutet, sind die unter vermindertem Druck stehenden Apparate der Anlage auf einem höheren Niveau angeordnet als die unter normalem Druck betriebenen Apparateteile. Zu den ersteren gehört das Verdampfungsgefäß 20, die Fraktionierkolonne 23 mit den zugehörigen Seitenkolonnen und der Kondensator 38 nebst der Hilfskolonne 46. Der Unterschied in der Höhenlage der Apparateteile hängt davon ab, wie hoch das in jedem der Apparate gehaltene Vakuum ist. Die Ablaufrohre 24, 26, 33, 37, 42 sind in bekannter Weise so ausgeführt, daß die in ihnen entstehende Flüssigkeitssäule dem Vakuum der mit ihnen verbundenen Apparate entspricht.

Claims (3)

1) Verfahren zur kontinuierlichen Destillation von Steinkohlenteer o.dgl. unter Gewinnung von Fraktionen mit engen Siedegrenzen, wobei der in einem Durchlauferhitzer erhitzte Teer bis auf die Pechfraktion verdampft und aus dem Dämpfegemisch durch Fraktionierung die gewünschten Fraktionen gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung des auf Temperaturen unterhalb derjenigen, die bei normalem Druck erforderlich wären, erhitzten Teeres einstufig unter vermindertem Druck und unter Einleiten von Wasserdampf in das Verdampfungsgefäß erfolgt, und die Fraktionierung des Dämpfegemisches unter entsprechender Abstimmung von Wasserdampfmenge und Vakuum in einer nachgeschalteten Glockenbodenkolonne mit Rücklauf aus der Carbolölfraktion vorgenommen wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem wässrigen Kondensat der letzten Fraktion das Wasser abgetrennt und danach in Dampfform dem unter Vakuum stehenden Verdampfungsgefäß zugeführt wird.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Dekantieren von Wasser befreite Fraktion im Vakuum zwecks Verdampfung des Restwassergehaltes erhitzt wird und der entstehende phenolhaltige Wasserdampf mit anderen unter vermindertem Druck stehenden Dämpfen vereinigt wird.