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Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von wasserfreiem Teer aus Teerwasser- emulsionen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von wasserfreiem Teer aus insbesondere von Generator- gasanlagen stammenden Teerwasseremulsionen.
Die bekannten Verfahren zur Gewinnung von wasserfreiem Teer aus Teerwasseremulsionen erstreben die Abscheidung des Teers auf mannigfache Art, beispielsweise durch lange Lagerung in Gruben und Ableitung des ausgeschiedenen Wassers, ferner durch Erhitzung des Gemisches in der Grube oder in besonderen Vorrichtungen zwecks Verdampfung des Wassers oder aber durch Zerstäuben, Zentrifugieren usw. Um den erheblichen Wärmeaufwand beim Verdampfen und Zerstäuben zu vermeiden, ist auch schon vorgeschlagen worden, den zwar über den Siedepunkt des Wassers jedoch nur auf etwa 110 C erhitzten Teer unter Druck gegen ein in einem Rohr befindliches Turbinenrad zu spritzen und die an der Rohrwand herabfliessende Masse durch von der Turbine angetriebene Rührer mechanisch durchzuarbeiten.
Es ist auch bekannt, das Wasser aus dem Teerwassergemisch durch Oberflächenverdunstung in Berührung mit bewegter Luft auszuscheiden, indem das Gemisch Rückkühlanlagen in Gestalt von Gradierwerken oder Kaminkühlern zugeführt wird, in welchen die Trocknung bzw. Entziehung des Wassers durch Verdunstung und Abkühlung der Mischung erfolgt. Ein anderer Vorschlag geht dahin, die Abtrennung des Wassers durch Vereinigung bestimmter mechanischer Mittel zu erreichen, indem der Rohteer filtriert und das Filtrat mit brechenden, knetenden, schneidenden oder schlagenden Mitteln z. B. in der Weise behandelt wird, dass Siebe oder Gitter durch den erstarrten Teer gedrückt werden, worauf er im flüssigen Zustand über Ebenen, vorzugsweise auf bewegten oder rotierenden Flächen geleitet und dadurch das Wasser entfernt wird.
Bekannt ist ferner, durch das Teerwassergemisch einen heissen Gasstrom hindurchzudrücken oder zu saugen, wobei die Verdampfungswärme entweder unmittelbar durch den heissen Gasstrom geliefert oder durch Aussenbeheizung des Verdampfer-bzw. Destillationsgefässes zugeführt wird. Da sich aber dabei die Gasbläschen, bevor sie die Oberfläche des
Bades erreichen, wieder zu grossen Blasen zu- sammenschliessen und dadurch auf jeden Kubikmeter Heizgas nur eine verhältnismässig geringe Menge von Verdampfungsprodukten entfällt, ist zur Vermeidung dieses Mangels auch schon vorgeschlagen worden, den zu entwässernden Teer unmittelbar mit einem Gasstrom zu beheizen, ihn während der Beheizung durch Schlagwirkung zu zerstäuben und zusammen mit dem Gas in wirbelnde Bewegung zu versetzen.
Es ist aber auch nicht mehr neu, die Trennung von wässerigen Emulsionen unter Anwendung von Kälte durchzuführen, beispielsweise indem man das im Teer enthaltene Wasser gefrieren lässt und dann wieder auftaut. Auch ist es bekannt, die Trennung von wässerigen Emulsionen oder Suspensionen, die Öl-oder Wassergas-Teere enthalten, durch einen festen Kohlenwasserstoff, z. B. Naphthalin, zu bewirken, der in der leicht angesäuerten Emulsion oder Suspension durch Erhitzen aufgelöst und hierauf die Mischung unter ständigem Umrühren schnell gekühlt wird. Unter den Einrichtungen zum Kühlen und Scheiden von zwei Flüssigkeiten von verschiedenen spezifischen Gewichten, z.
B. für die durch direkte Kühlung erhaltenen Teerdestillate, ist auch ein Scheider bekannt, der mit Kühlelementen ausgestattet ist und als Gegenstromkühler ausgebildet, sowie von einem zweiten Scheider mantelförmig umgeben sein kann. Alle diese Verfahren sind jedoch mehr oder weniger unwirtschaftlich, da es nach denselben entweder nicht möglich ist, grössere Teermengen in kurzer Zeit abzuscheiden oder weil sie einen grossen Kraftaufwand und umfangreiche bzw. leicht zu Betriebsstörungen neigende Vorrichtungen erfordern. Auch werden bei den meisten dieser Verfahren die wertvollen niedrig siedenden Bestandteile des Teers, z. B.
Teeröl, verflüchtigt und ein für die Weiterverarbeitung dementsprechend minderwertiger Teer gewonnen.
Beim gegenständlichen Verfahren werden diese Nachteile unter Anwendung von Kälte dadurch weitestgehend vermieden, dass die warme Teerwasseremulsion durch Berührung mit einer von ihrer Rückseite her, vorzugsweise durch ein
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strömendes Kühlmittel, z. B. Wasser oder Press- luft, gekühlten Fläche, vorteilhaft auf eine zwischen etwa 25 bis 5 C liegende Temperatur, abgekühlt wird.
Es wurde nämlich gefunden, dass die Ab- scheidung des Teers aus Teerwassergemischen, insbesondere aus den von Generatorgasanlagen stammenden Teerwasseremulsionen, auf eine für die stetige Gewinnung von wasserfreiem Teer sehr wirtschaftliche Art, auch ohne der mit hohem
Kraftaufwand verbundenen besonderen Erhitzung,
Zerstäubung oder Zentrifugierung des Gemisches und ohne Verdampfung, Verdunstung, Gefrieren und Auftauen des Wassers, aber auch ohne Zusatz eines festen Kohlenwasserstoffes gelingt, wenn die warme Teerwasseremulsion an einer von ihrer
Rückseite her gekühlten Fläche abgekühlt wird.
Nach dem neuen Verfahren wird somit die Abscheidung des Teers, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei welchen sie durch Verdampfung, Verdunstung oder Gefrieren und Auftauen des Wassers erfolgt, auf dem neuen Weg der Abkühlung des Gemisches durch Berührung desselben mit einer von ihrer Rückseite her künstlich gekühlten Fläche erreicht. Es genügt dabei grundsätzlich, das warme Gemisch mit der gekühlten Fläche so lange in Berührung zu bringen, bis der Teer abgeschieden ist. Man kann daher den Teer aus Teerwasseremulsionen auch in Behältern grossen Rauminhaltes abscheiden, indem beispielsweise die in einem von aussen gekühlten Behälter befindliche Emulsion auf etwa 25 bis 50 C abgekühlt wird.
Eine wesentliche Beschleunigung dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass die warme Teerwasseremulsion, vorzugsweise in einer Schichtdicke von 5 bis 10 mm, an einer von ihrer Rückseite her gekühlten senkrechten oder schiefen Fläche abfliessen gelassen wird. Dadurch wird vor allem erreicht, dass die ganze der Teergewinnung
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gekühlten Fläche geregelt werden kann. Eine ver- lässliche Richtlinie, nach welcher die erforderliche
Zähflüssigkeit des Teers bei sehr wirtschaftlicher
Teerabscheidung erreicht wird, besteht darin, dass Braunkohlenteer enthaltende Teerwasser- emulsionen mit einer Temperatur von etwa
40 bis 60 C, hingegen Steinkohlenteer enthaltende
Teerwasseremulsionen mit einer Temperatur von etwa 60 bis 80 C, an einer auf etwa 25 bis 5 C gekühlten Fläche abgekühlt werden.
Man hat es somit vollkommen in der Hand, die Abkühlung der Emulsion so einzustellen, dass die erforderliche
Zähflüssigkeit des abgeschiedenen Teers ver- lässlich erreicht wird.
Das Aufbringen der Emulsion auf die Kühl- fläche erfolgt vorteilhaft dadurch, dass die warme
Teerwasseremulsion, beispielsweise durch Düsen, auf die gekühlte Fläche aufgesprüht wird. Damit wird ausser der gleichmässigen Verteilung der Emulsion an der Kühlfläche erreicht, dass praktisch die gesamte der Teerabscheidung zugeführte Emulsion unter Druck in unmittelbare Berührung mit der Kühlfläche gelangt und schon bei dieser Abkühlung bedeutende Teermengen abgeschieden werden, während sich die Abscheidung des restlichen in der Emulsion noch enthaltenen Teers während des Abflusses der Emulsion entlang der Kühlfläche vollzieht.
Auch bleibt dadurch an der Stelle, an der die Emulsionsstrahlen auf die Kühlfläche auftreffen, keine Teerschicht haften und die Kühlwirkung unvermindert erhalten. Überdies wird besonders durch zur Kühlfläche schrägabwärts gerichtete Emulsionsstrahlen der Abfluss des an der Kühlfläche haftenden Teers beschleunigt.
Die Länge der senkrechten oder schiefen Kühl- fläche ist zwar theoretisch einerseits von der Schichtdicke, der Temperatur und der Abflussgeschwindigkeit der Emulsion, anderseits von der Temperatur der Kühlfläche abhängig, da eine dickere und wärmere Emulsionsschicht bei einer bestimmten Temperatur der Kühlfläche natur- gemäss eine längere Abkühlungsdauer, daher auch einen langsameren Abfluss oder eine längere Kühlfläche als eine dünnere und kühlere Emulsions- schicht erfordert. Doch ist der Unterschied in der erforderlichen Länge der Kühlfläche praktisch nicht bedeutend. Es reicht vielmehr im all- gemeinen eine Länge der Kühlfläche von etwa 0-3-l M für eine wirtschaftliche Teerabscheidung aus.
Falls die von der Generatoranlage mit einer Temperatur von 50 bis 100 C abfliessende Emulsion nicht schon auf ihrem Weg bis zum Teerabscheider auf die Temperatur abkühlt, mit der sie auf die Kühlfläche gelangen soll, dann kann sie z. B. in einer Grube gesammelt und nach entsprechender Abkühlung zwecks Teerabscheidung abgepumpt werden. Bei zu weitgehender Abkühlung kann ihre Wiedererwärmung ohneweiters durch die neu hinzufliessende heisse Emulsion oder durch Einleitung von Dampf od. dgl. erfolgen.
Ein bedeutender Vorteil dieses Verfahrens liegt auch darin, dass es eine sehr raumersparende
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Bauart der bezüglichen Vorrichtung ermöglicht, die überdies einer dauernden Wartung oder einer kurzzeitig wiederkehrenden, mit Betriebsunter- brechungen verbundenen Reinigung und Instand- setzung nicht bedarf.
Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens besteht vor allem aus einer oder mehreren, vor- zugsweise von den Umfangsflächen eines oder mehrerer zylindrischer Hohlkörper gebildeten
Kühlflächen für die darauf abfliessende Teer- wasseremulsion und einer das Kühlmittel, z. B.
Wasser oder Pressluft, an die Rückseite der Kühl- fläche heranführenden Zuleitung. Die ganze Vor- richtung ist am besten in einem Behälter unter- gebracht, der unten einen Ablauf für den abge- schiedenen Teer und oben ein Abflussrohr für das anfallende Schwelwasser aufweist. Der Hohl- körper kann der Form eines zylindrischen Gefässes entsprechen, dessen Hohlraum als Kühlkammer zur Aufnahme des Kühlmittels dient und dessen äussere Umfangsfläche als Kühlfläche wirkt.
Vorteilhaft besteht jedoch der Hohlkörper aus einem zylindrischen, eine Kühlkammer zur Auf- nahme des Kühlmittels aufweisenden Doppel- mantelgefäss, von dessen äusserer und innerer
Umfangsfläche eine oder beide als Kühlfläche wirken. Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass in dem vom Doppelmantelgefäss gebildeten mittleren Hohlraum ein zweites, ebenfalls eine
Kühlkammer zur Aufnahme des Kühlmittels aufweisendes inneres Doppelmantelgefäss an- geordnet ist, das vorzugsweise mit dem äusseren Doppelmantelgefäss, z. B. durch
Rohre, kommunizierend verbunden ist und dessen Umfangsflächen als zusätzliche Kühl- flächen wirken.
Um die äussere oder auch inner- halb der inneren kreisförmigen Kühlflächen befindet sich ein oder eine Mehrzahl von mit
Bohrungen oder Düsen versehenen, die Teer- wasseremulsion auf die Kühlflächen aufsprühenden
Verteilern. Ferner kann in den von den Doppel- mantelgefässen gebildeten mittleren Hohlräumen ein mit Öffnungen versehenes unten geschlossenes
Abflussrohr hineinragen, durch welches das anfallende Schwelwasser kommunizierend oder infolge des im Behälter herrschenden Druckes nach oben abfliesst. Die Mündung des Teerablaufes weist die Form eines langen schmalen Schlitzes auf, aus dem der Teer in dünner Schicht ausfliesst.
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung im senkrechten Schnitt dargestellt, u. zw. in Fig. 1 mit einem die Form eines zylindrischen Gefässes aufweisenden Hohlkörper, in Fig. 2 mit einem als Doppelmantelgefäss ausgebildeten Hohlkörper und in Fig. 3 mit zwei konzentrisch angeordneten Doppelmantelgefässen.
Nach Fig. 1 gelangt die durch die Leitung 1 eingepumpte Teerwasseremulsion zunächst in einen kreisringförmigen Verteiler 2, welcher vorteilhaft mit abwärts gerichteten Bohrungen oder Düsen 3 beliebigen Querschnitts versehen ist, aus welchen die Emulsion in der Richtung der Pfeile in gleichmässiger Verteilung auf die als Kühlfläche wirkende äussere Umfangsfläche 4 des zylindrischen Hohlkörpers 5 aufgesprüht und dort soweit abgekühlt wird, dass sich der Teer abscheidet. Der Hohlkörper 5 hat laut Fig. l die Form eines zylindrischen Gefässes, dessen Hohlraum 6 als Kühlkammer zur Aufnahme des von der Zuleitung 7 an die Rückseite der Kühlfläche 4 herangeführten Kühlmittels dient. Wird als Kühlmittel Wasser verwendet, dann erfolgt die Ableitung desselben durch ein bis zum Boden des Hohlkörpers 5 ragendes Rohr 8.
Bei Verwendung von Pressluft als Kühlmittel braucht das Rohr 8 natürlich nicht in den Hohlkörper hineinragen. Die Vorrichtung ist in einem geschlossenen Behälter 9 untergebracht, an deren Boden sich der von der Kühlfläche abfliessende Teer und das Schwelwasser ansammeln. Doch kann der Verteiler aus räumlichen Gründen auch ausserhalb des Behälters 9 angebracht werden. In der Nähe des Behälterbodens befindet sich ein Ablauf 10 für den Teer und knapp unterhalb des Verteilers 3 ein Abflussrohr 11 für das über dem Teer aufsteigende Schwelwasser.
Nach Fig. 2 besteht der Hohlkörper aus einem zylindrischen Doppelmantelgefäss 12 mit einer Kühlkammer 13 zur Aufnahme des Kühlmittels, wodurch sowohl seine äussere Umfangsfläche 4
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wirken. Diese Ausgestaltung des Hohlkörpers bietet den Vorteil, dass aus dem entlang der Kühlfläche 14 bis zur Höhe des Abflussrohres 11 aufsteigenden Schwelwasser noch etwaige Reste von Teer abgeschieden werden können.
Dieser Vorteil wird noch dadurch erhöht, dass parallel zum mittleren Hohlraum 15 des Doppelmantel- gefässes 12 ein unten geschlossenes Abflussrohr 16 angeordnet ist, welches das gesamte Schwelwasser zwingt, entlang des Hohlraumes 15 aufzusteigen und dadurch mit der inneren Kühlfläche 14 in dünner Schicht in Berührung zu kommen, bis es durch die am oberen Ende des Abflussrohres 16 vorgesehenen Öffnungen 17 kommunizierend oder durch den im Behälter herrschenden Druck nach oben abfliesst. Die Ableitung des Kühlmittels aus der Kühlkammer 13 erfolgt durch das Rohr 18. Bei Anordnung des Abflussrohres 16 kann jedoch das Abflussrohr 11 entfallen.
Unter- bleibt hingegen die Anordnung des Abflussrohres 16, dann kann an dessen Stelle ein zylindrischer Verteiler 2" (Fig. 3) vorgesehen sein, der die innere Kühlfläche 14 mit der Teerwasseremulsion besprüht und dadurch eine doppelte Leistung der Vorrichtung bewirkt.
Eine noch höhere Leistung wird jedoch mit der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung erzielt, bei der in den Hohlraum 15 des Doppelmantelgefässes 12 ein zweites Doppelmantelgefäss 12'eingebaut ist, dessen Umfangsflächen 4', 14'als zusätzliche Kühlflächen wirken. Dieses innere Doppelmantelgefäss 12', das ebenfalls eine Kühlkammer 13' aufweist, ist zur Vermeidung mehrerer Zu-und Ableitungen 7, 18 für das Kühlmittel, mit dem
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äusseren Doppelmantelgefäss 12, beispielsweise durch Rohre 22, kommunizierend verbunden.
Auch ist das innere Doppelmantelgefäss 12', ähnlich dem äusseren, von einem kreisringförmigen Verteiler 2'für die Emulsion umgeben.
Anstatt des im Hohlraum 15'des inneren Doppelmantelgefässes vorgesehenen zylindrischen Verteilers 2"für die Emulsion kann aber auch ein kreisringförmiger Verteiler oder ein Ablaufrohr 16 (Fig. 2) eingebaut sein. Eine weitere Leistungssteigerung kann ohneweiters durch Vermehrung der Kühlflächen und durch Vergrösserung ihres Flächenausmasses unter Beibehaltung ihrer für die Teerabscheidung gegebenen Länge erreicht werden.
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des Behälters 9 abhebbar angeordnet. Das Abflussrohr 16 ist auch ohne Entfernung des Deckels ausziehbar.
Der Ablauf 10 für den Teer hat an der Mündung 19 die Form eines langen schmalen Schlitzes, der den Vorteil bietet, dass der Teer in dünner
Schicht abfliesst, aus der auf seine Beschaffenheit hinsichtlich Zähflüssigkeit, Wassergehalt usw. geschlossen und die Vorrichtung danach jederzeit reguliert werden kann.
In den Ablauf 10 für den Teer kann der Geber eines, in der Zeichnung nicht dargestellten, die elektrische Leitfähigkeit anzeigenden Messgerätes eingebaut sein, das bei Beendigung des Teerablaufes ein Laut-oder Lichtsignal einschaltet.
Weiters kann an dem für das Schwelwasser bestimmten Abflussrohr 11 oder 16 eine in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte, kreisläufige Umführung des anfallenden Schwelwassers zur Kühlung des Generatorgases angeschlossen sein und dadurch das sonst nur als schädliches Abwasser in Betracht kommende SchwelwasserohneBenutzungbesondererPumpenanlagen wirtschaftlich verwertet werden.
Die Vorrichtung kann natürlich mannigfache Abänderungen erfahren, ohne dass man sich dabei
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Hohlkörper gebildet noch kreisförmig zu sein. Es genügt vielmehr als Kühlfläche, je nach der von der Vorrichtung geforderten Leistung, beispielsweise die Vorderseite einer rückseitig gekühlten Platte oder mehrere solcher Kühlflächen, die hintereinander oder konzentrisch angebracht sein können. An die Stelle des gefässförmigen Hohlkörpers 5 kann eine an ihrem unteren Ende offene Röhre treten, so dass das Kühlwasser nach unten ausfliesst und sich mit dem Schwelwasser vermengt.
In diesem Fall kann auch, im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, die Anordnung des Verteilers 2 und der Zuleitung 7 so getroffen sein, dass die innere Umfangsfläche 21 des Hohlkörpers 5 als Kühlfläche wirkt und das Kühlwasser an der äusseren Umfangsfläche 4 abfliesst. Die Verteiler 2, 2'brauchen nicht kreisförmig zu sein und können beispielsweise dann entfallen, wenn die Kühlflächen nicht kreisförmig angeordnet sind und die Teerwasseremulsion unmittelbar aus der Leitung 1 oder aus mehreren solchen Leitungen auf die Kühlflächen in genügend gleichmässiger Verteilung ausströmt.
Schliesslich kann auch der Behälter 9 durch irgend ein Gerüst od. dgl. ersetzt werden, das die übrigen Vorrichtungsteile trägt und diesfalls der Teer samt dem Schwelwasser in einem darunter befindlichen Gefäss gesammelt und von dort getrennt entleert werden. Natürlich müssen bei derartigen Abänderungen auch die damit verbundenen Nachteile in Kauf genommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Gewinnung von wasserfreiem Teer aus insbesondere von Generatorgasanlagen stammenden Teerwasseremulsionen unter Anwendung von Kälte, dadurch gekennzeichnet, dass die warme Teerwasseremulsion durch Berührung mit einer von ihrer Rückseite her, vorzugsweise durch ein strömendes Kühlmittel, z. B. Wasser oder Pressluft, gekühlten Fläche, vorteilhaft auf eine zwischen etwa 25 bis 5 C liegende Temperatur, abgekühlt wird.