Heissabscheider

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Heißabscheider für die Hochdruckhydrierung von Kohlen, Teeren, Mineralölen, deren Destillations- und Extraktionsprodukten und ähnlichen Stoffen, wobei der Heißabscheider für die Auftrennung der reagierten Produkte aus einem Sympfphasereaktor in ein Sumpfprodukt, nämlich vorwiegend hochsiedende Öle, Asche, ggf. Katalysator, ungelöste Kohle, und in flüchtiger Reaktionsprodukt dient.

[0002] Der Heißabscheider besteht aus einem druckfesten Behälter, welcher einen oben zylindrischen und einen unteren konischen Wandeinsatz enthält und dessen Inhalt durch ein Kühlsystem mittels eines Kühlgases gekühlt wird, insbesondere mit abschnittsweiser Kühlung.

[0003] Es ist bekannt, zur Vermeidung von Absetzungen und Verkokungen in den Heißabscheidern der Hochdruckhydrierung die Innenwände zwecks Abkühlung auf indirektem Weg durch Kreislaufgas mittels Schlangenrohren zu kühlen, um dadurch Kondensationswirkung und Spülung an der Innenwand des Abscheiders zu erreichen (vgl. DE-C-885 398).

[0004] Heißabscheider wie sie beispielsweise bei Anlagen zur verflüssigenden Kohlehydrierung eingesetzt werden, bestehen aus druckfesten Behältern, welche durch Rohrschlangen gekühlte Einsätze enthalten, um die Abscheidung zu erleichtern und zu verhindern, daß an der heißen Abscheiderwand die abgeschiedenen, nicht flüchtigen Stoffe verkoken. Der untere gekühlte Einsatz ist üblicherweise als Trichter ausgebildet, durch den die nicht flüchtigen Anteile abgeführt werden. Im praktischen Betrieb hat sich gezeigt, daß trotz der wirksamen Kühlung des unteren Einsatzes durch Rohrschlangen häufig durch Verkokung Störungen auftreten, die unregelmäßigen Gang des Abscheiders und sogar Betriebsunterbrechungen herbeiführten (vgl. DE-C-971 419).

[0005] Bei der Hydrierung von Kohlen, Teeren und Schwerölen werden die Reaktionsprodukte aus den Sumpfphasereaktoren in einen Abscheider zwecks Auftrennung in eine aus Feststoff und vorwiegend hochsiedenden Ölen bestehende Feststoff-/Flüssig-Phase und eine die flüchtigen Reaktionsprodukte sowie Hydriergas enthaltende Gase-/Dämpfe-Phase geleitet. Um chemische Nachreaktionen, welche zu Polymerisationen der Produkte und zur Verstopfung des Abscheiders führen können, einzuschränken, müssen hierzu die Reaktionsprodukte etwas abgekühlt werden, beispielsweise um 10 - 40 °C niedriger als die Temperatur in dem letzten Sumpfphasereaktoren.

[0006] Andererseits sollen die Reaktionsprodukte im Abscheider auf möglichst hohem Temperaturniveau gehalten werden, um die thermische Auftrennung der Produkte energiesparend durchzuführen und ggf. um die Abwärme der Reaktionsprodukte zur Aufheizung der Einsatzprodukte der Sumpfphasehydrierung auszunutzen.

[0007] Der aus der DE-C-971419 bekannte Heißabscheider besitzt einen Kühlraum in Form eines Mantelraumes. Ein Mantelraum zeigt erhebliche verfahrenstechnische und vorrichtungsmäßige Probleme.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kühlraum von Heißabscheidern zu verbessern. Nach der Erfindung wird das mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen spiralförmig gewickelten Vierkantkühlrohr entsteht ein Rohrmantel, der in ganz erheblichem Umfang zur Druckfestigkeit der Reaktorwandung beiträgt. Dabei unterstützen die Vierkantkühlrohre die Reaktorwandung im Unterschied zu runden Rohren nicht linienförmig, sondern vollflächig. Die vollflächige Unterstützung hat zugleich den Vorteil einer um ein Vielfaches besseren Wärmeübertragung.

[0009] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

[0010] Nach Fig. 1 besitzt ein erfindungsgemäßer Heißabscheider einen konischen Einsatz 4 und einen zylindrischen Einsatz 3. Der konische Einsatz 4 und der zylindrische Einsatz 3 bestehen aus spiralförmig aufgewickelten Vierkanthohlprofilen 12.

[0011] Die Windungen sind auf der Innenseite der so hergestellten Einsätze vorzugsweise durch Schweißnähte miteinander verbunden, die auf der Innenseite geglättet sind. Auf der Außenseite der so hergestellten Behälter sind die Windungen vorzugsweise durch eine unterbrochene äußere tragende Naht miteinander verbunden.

[0012] Dieser Aufbau führt zu, vorzugsweise getrennten, integrierten Kühlkreisläufen.

[0013] Alle Windungen der den konischen Einsatz 4 bildenden konischen Schlange aus Vierkantprofil 12 sind auf der Innenseite ohne Unterbrechung miteinander verschweißt, wobei die innere Schweißnaht als Dichtnaht, die äußere Naht als tragende Naht gilt.

[0014] Die Windungen der den zylindrischen Einsatz 3 bildenden zylindrischen Kühlschlange aus Vierkantprofil 12 sind in gleicher Weise wie bei dem konischen Einsatz 4 auf der Innenseite ohne Unterbrechung miteinander verschweißt, wobei die innere Schweißnaht als Dichtnaht und die äußere Naht als tragende Naht gilt.

[0015] Die obersten Windungen der zylindrischen Kühlschlange aus dem Vierkantprofil 12 sind zweckmäßig in einem Abstand gewickelt und nicht miteinander verschweißt. Sie dienen im Betrieb bei Erwärmung als Dehnungsausgleicher.

[0016] Das Verbundsystem besteht aus aufgewickelten und verschweißten Vierkant-Profilen 12 mit vorzugsweise zylindrischer Bohrung, welche gleichzeitig die Funktionen der Kühlschlange und der Behälterwand übernehmen.

[0017] Veränderungen des Wärmedurchgangskoeffizienten lassen - bei sonst gleichen Prozeßbedingungen - direkt auf produktseitige Feststoffablagerungen im Inneren des Heißabscheiders 1 schließen.

[0018] Mittels der vorgesehenen getrennten Kühlkreisläufe können die prozeßrelevanten Temperaturen des in dem konischen Einsatz 4 befindlichen Sumpfproduktes und der in dem zylindrischen Einsatz 3 befindlichen Gas-/Dämpfephase unabhängig voreinander auf die erforderlichen Werte eingestellt werden und es braucht Wasserstoffgas bzw. Hydriergas nur in der zur Beeinflussung des Verkokungsgleichgewichtes im Heißabscheider, d. h. Entgegenwirken der in dem Heißabscheider auftretenden Wasserstoffverarmung, erforderlichen Menge, nicht aber zum Zwecke der direkten Kühlung des Heißabscheiderinhaltes, direkt in den Heißabscheider eingeleitet zu werden.

[0019] In einer anderen Ausführung des vorgeschlagenen Heißabscheiders kann vorgesehen werden, daß die Kühlkreisläufe für den konischen Einsatz 6 und den zylindrischen Einsatz 5 aus auf den Einsätzen befestigten Rohren 13, die an dem jeweiligen Einsatz angeschweißt sind, aufgebaut sind.

[0020] Die Verbindung der Einsätze 3 und 4 bzw. 5 und 6 kann durch einen konischen Schuß 11 z. B. mittels eines Blechelementes hergestellt werden, so daß ein gemeinsames Apparateelement vorliegt.

[0021] Der vorgeschlagene Heißabscheider und insbesondere die vom Kühlmedium durchströmten Einsätze sind geeignet, einer äußeren Druckbelastung von bis zu 700 bar und einer Temperaturbelastung von bis zu 500 °C standzuhalten.

[0022] In Fig. 1 ist der konstruktive Aufbau des vorgeschlagenen neuen Heißabscheiders 1 mit dem druckfesten Behälter 2 und Stutzen 7 für Eintritt der reagierten Maische, Kopfproduktaustritt 8 sowie Sumpfproduktaustritt 9 in einer bevorzugten Ausführung schematisch dargestellt. Der konische Einsatz 4 sowie der zylindrische Einsatz 3 des Innenbehälters bilden jeweils ein integriertes festes Verbundsystem, bestehend aus Kühlkreislauf und Behälterwand. Der konische und zylindrische Einsatz werden mit zwei separaten Kühlmittelströmen beaufschlagt.

[0023] Die Kühlmittelströme werden für den konischen Einsatz 4 über Stutzen für Kühlgas-Eintritt (10/1) und Kühlgas-Austritt (10/2), für den zylindrischen Einsatz 3 über Stutzen für Kühlgas-Eintritt (10/3) und Kühlgas-Austritt (10/4) geführt.

[0024] Der konische Einsatz 4 weist beispielsweise 10 Grad Schräge auf und ist aus einem Vierkantprofil 12 mit einer zylindrischen Bohrung gewickelt. Der zylindrische Einsatz 3 ist ebenfalls aus dem Vierkantprofil 12 mit einer zylindrischen Bohrung gewickelt, wobei die Verbindung der beiden Einsätze durch den konischen Schuß II hergestellt ist, welcher ggf. durch Rippen verstärkt werden kann. Der konische Einsatz 4 wird auf der Innenseite mit beispielsweise vier Thermoelementen 15.1, 15.2, ..., 15.N und der zylindrische Einsatz 3 auf der Innenseite mit beispielweise zwei Thermoelementen 14.1, ..., 14.N bestückt. Die Thermoelementanschlüsse können beispielweise über Stopfbuchsdichtungen aus dem Heißabscheider 1 herausgeführt werden.

[0025] Der Heißabscheider 1 ist beispielweise auf eine zulässige Betriebstemperatur von 500 °C und einen zulässigen Betriebsüberdruck von bis zu 700 bar ausgelegt, wobei zwischen Innen- und Außenfläche der Einbauten Drucksausgleich besteht.

Ansprüche

1. Heißabscheider für die Hochdruckhydrierung von Kohlen, Teeren, Mineralölen, deren Destillation- und Extraktionsprodukten und ähnlichen Stoffen, wobei der Heißabscheider für die Auftrennung der reagierten Produkte aus einem Sumpfphasereaktor in ein Sumpfprodukt, nämlich vorwiegend hochsiedende Öle, Asche, ggf. Katalysator, ungelöste Kohle und in flüchtiger Reaktionsprodukte dient, wobei der Heißabscheider aus einem druckfesten Behälter besteht, welcher einen oberen zylindrischen und einen unteren konischen Wandeinsatz enthält und dessen Inhalt durch ein Kühlsystem mittels eines Kühlgases gekühlt wird, insbesondere mit abschnittsweiser Kühlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlsysteme aus spiralförmig aneinanderliegend aufgewickelten Vierkanthohlprofilen bestehen.

2. Heißabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vierkanthohlprofile mit einer zylindrischen Bohrung versehen sind.

3. Heißabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen auf der Innenseite durch Schweißnähte miteinander verbunden, diese Schweißnähte auf der Innenseite geglättet, und daß die Windungen auf der Außenseite durch eine unterbrochene äußere tragende Naht miteinander verbunden sind.

Claims

1. Hot separator for the high-pressure hydrogenation of coals, tars, mineral oils, their distillation products and extraction products and similar substances, wherein the hot separator serves for the separation of the reacted products from a semi-solid phase reactor into a bottom product, namely predominantly high-boiling oils, ash, possibly catalyst, undissolved coal and into volatile reaction products, wherein the hot separator consists of a pressure-resistant vessel, which contains an upper cylindrical and a lover conical wall insert and the content of which is cooled by a cooling system by means of a coolant gas, especially with stepped cooling, characterized in that the cooling systems consist of square-section hollow profiles, helically wound, bearing upon one another.

2. Hot separator according to Claim 1, characterized in that the square-section hollow profiles are provided with a cylindrical bore.

3. Hot separator according to Claim 2, characterized in that the pipe turns on the inside are connected together by weld seams, these weld seams are smoothed on the inner face, and that the turns on the outer side are connected together by an intermittent, outer load-bearing seam.

Revendications

1. Séparateur à chaud destiné à l'hydrogénation sous haute pression de charbons, goudrons, huiles minérales, de leurs produits de distillation et d'extraction et de substances analogues, le séparateur à chaud servant à séparer les produits ayant réagi, et provenant d'un réacteur en phase liquide, en un produit de fond, plus précisément constitué d'huiles à point d'ébullition essentiellement élevé, de cendres, éventuellement d'un catalyseur, de charbon non dissout, et en des produits de réaction volatils, le séparateur à chaud étant constitué d'un récipient sous pression contenant un élément de paroi supérieur cylindrique et un élément de paroi inférieur conique, et dont le contenu est refroidi par un système de refroidissement à l'aide d'un gaz de refroidissement, en particulier avec un refroidissement intermittent, caractérisé en ce que les systèmes de refroidissement sont constitués de profilés creux quadrangulaires enroulés en spirale d'une manière jointive.

2. Séparateur à chaud selon la revendication 1, caractérisé en ce que les profilés quadrangulaires creux sont pourvus d'un alésage cylindrique.

3. Séparateur à chaud selon la revendication 2, caractérisé en ce que les spires se trouvant sur le côté intérieur sont assemblées les unes aux autres par des cordons de soudure, ces cordons de soudure étant lissés sur le côté intérieur et que les spires se trouvant sur le côté extérieur sont assemblées les unes aux autres par un cordon porteur extérieur continu.

Zeichnung