DD149375A1 - Verfahren zur vorreinigung von koksofenrohgasen - Google Patents

Abstract

Daie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Voreinigung des Koksofenrohgases aus der Steinkohlenhochtemperaturverkokung. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, das Koksofenrohgas soweit vorzureinigen und geeignete Masznahmen waehrend der Rohgasverdichtung zu treffen, um es ohne Komplikationen in die Hochdruckanlagen zu foerdern, damit es komplex und effektiver unter Reduzierung des Investitions-, Energie-, Betriebsmittel- und Arbeitsaufwandes sowie zur Verbesserung der Betriebssicherheit und der Arbeits- und Umweltbedingungen aufbereitet werden kann. Das Wesen der Erfindung ist die schlagartige Kuehlungdes heiszen, unter Normaldruck anstehenden Kokofenrohgases in Querrohrkuelern von etwa 100...90 Grad C bis auf mindestens 15 Grad C mit anschlieszender Entnebelung des Rohgases in Elektrofiltern, um in den Niederdruck- und Verdichteranlagen Naphtalinsublimationen zu vermeiden und die Bildung von Harz- und Polymerprodukten zu vermindern. Vor dem Schluszkuehler der letzten Verdichterstufe ist dem heiszen Rohgasstrom Leichtoel als Loesungsmittel dosiert zuzugeben, um waehrend der Schluszkuehlung ausfallendes Naphthalin in Loesung zu halten. Das Verfahren ist fuer die Aufbereitung des Koksofenrohgases der Steinkohlenhochtemperaturverkokung anwendbar.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur Vorreinigung von Koksofenrohgaaen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorreinigung des unter Normaldruck anstehenden Kok3ofenrohgases der Steinkohlenhochtemperaturverkokung und Durchführung geeigneter Maßnahmen während seiner Verdichtung, um es ohne Komplikationen komplex und effektiver auf der Hochdruckseite aufbereiten zu können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die aus den Ofenvorlagen der Steinkohlenhochtemperaturvcrkokung abziehenden heißen, dampfhaltigen Koksofenrohgase werden in Querrohrkühlern auf 25...30 ⁰C gekühlt und in Elektrofiltern entnebelt. Das Koksofenrohgas wird dann durch Gebläse aus den Elektrofiltern abgezogen und über Nachkühler, Rhodan-, Schwefelwasserstoff-, Ammoniak- und Naphthalinabsorber in die Verdichteranlage gedrückt.

In den Nachkühlern wird die vom Gasstrom aus dem Gebläse aufgenommene Kompression3wärme abgeführt. Der Cyanwasserstoff wird in den Absorbern der Rhodanwäsche bis auf etwa 90 % chemosorptiv durch eine v/äßrige Ammonpolysulfidlösung aus dem Koksofenrohgas entfernt. Die beladene Lösung wird in einem Rührwerksbehälter durch Zugabe einer Schwefelsuspension regeneriert.

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In den Schwefelwasserstoffabsorbern - z.B„ SuIfammonwäsche als bevorzugt angewandtes Verfahren - wird der Schwefelwasserstoff bis auf etwa 75 % durch eine wäßrige ammoniakalische Lösung aus dem Koksofenrohgas chemosorptiv aufgenommen. Die Regeneration der mit Schwefelwasserstoff beladenen Lösung erfolgt thermisch in einer Entsäuerungskolonne· In der sich anschließenden Ammoniakwäsche wird in Absorbern das Ammoniak des Koksofenrohgase3 durch aufbereitetes V/asser ausgewaschen. Die beladene, phenolhaltige Waschflüssigkeit wird der Ammoniakabtreiberanlage zugeführt. Schließlich wird in den Absorbern der Naphthalinwäsche das Naphthalin aus dem Koksofenrohgas durch AnthracenÖl absorptiv aufgenommen. Da3 naphthalinhaltige Anthracenöl wird thermisch in einer Rektifikationskolonne regeneriert.

Nach diesen Aufbereitungsstufen auf der Niederdruckseite wird das Koksofengas in einer mehrstufigen Verdichteranlage auf den gewünschten Ferngasdruck komprimiert.

Nach seiner Verdichtung und Kühlung auf etwa 25 ⁰C strömt das Koksofengas durch die Aufbereitungsstufen der Hochdruckseite, und zwar in die Leichtölwäsche, die Trockenentschwefelungs-, Aktivkohle- und Gastrocknungsanlage.

In den Absorb'ern der Leichtölwäsche werden die dampfförmigen Kohlenwasserstoffνerbindungen (Leichtöl) durch Wa3chöl - eine Fraktion aU3 dem Mittelöl - ab3orptiv aus dem Koksofengas gewonnen. Die Regeneration des beladenen Waschöles erfolgt thermisch in einer Rektifikationskolonne.

Die Reinigerma3se in den Adsorptionstürmen der Trockenentschwef elung3anlage nimmt die noch im Gasstrom verbliebene Schwefelwasserstoffmenge chemosorptiv unter Bildung von elementarem Schwefel auf. Adsorption des Schwefelwasserstoffs durch die feuchte, alkalisch reagierende Reinigermasse und ihre Regeneration erfolgen simultan. Die Reinigermasse verliert während des Betriebes v/irksame Oberflächen entsprechend ihrer Schwefelaufnähme. Infolgedessen muß die Gasentschwefelung auf ein Minimum abklingen und die Masseanreicherung einem Maximum zustreben. Die gleichseitige Erfüllung beider entgegengesetzt ·

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gerichteter Postulate, nämlich einer minimalen Masseanreicherung zwecks ausreichender Gasentschwefelung einerseits, einer maximalen Masseanreicherung aus wirtschaftlichen Gründen andererseits, setzt eine räumliche und zeitliche Aufteilung der GasentSchwefelung sowie ein ausreichendes Schwefelkonzentrationsgefälle in der gesamten Reinigermasse vom Eintritt des Gase3 bis zu seinem Austritt voraus. Derartige Anlagen'müssen daher zum störungsfreien Arbeiten mehrstufig gebaut sein. Grundsätzlich sind für einen Aufbereitungsstrang 4 Reinigertürme und 1 Abstellturm für Frischmasse erforderlich. Ist der erste Reinigerturm eines Stranges beladen, so muß der gesamte Strang abgeschaltet, entspannt, mit Stickstoff als Inertgas gespült, geöffnet und die Einoatzkörbe mit der Reinigermasse ausgetragen,- entleert und in das Lager für beladene Masse gefördert werden, IJach Entleerung des ersten Reinigerturmes wird die Reinigermasse aus dem zweiten in den ersten, die aus dem dritten in den zweiten usw. und schließlich die Frischmasse aus dem Abstellturm in den vierten Reinigerturm transportiert. Nach dem umpacken der Körbe mit der Reinigerma3se v/erden die Reinigertürme wieder verschlossen, mit Gas bespannt und dann v/ird dieser Strang wieder in Betrieb genommen. Diese Prozedur verläuft erfahrungsgemäß - soweit keine Komplikationen auftreten, wie Verhärtung der beladenen Reinigermasse - über 24 Stunden. Während dieser Zeitdauer muß die Koksofengasmenge dieses AufbereitungS3trange3 auf die übrigen Stränge aufgeteilt v/erden.

In den Adsorbern der zyklisch arbeitenden Aktivkohleanlage wird der organisch gebundene Schwefel entsprechend seiner Zusammensetzung zwischen 60...80 ua-% adsorptiv durch Aktivkohle aus dem Koksofengas entfernt. Der beladene Adsorber v/ird aus dem Gasstrom abgeschaltet, entspannt, erwärmt und mittels direkten Wasserdampfes die Aktivkohle regeneriert. Nach der Regeneration wird der Adsorber gekühlt und dann wieder dem Gasstrom zugeschaltet.

Schließlich wird das Koksofengas durch Kühlung bis auf -5 ⁰C partiell getrocknet. Kälteträger sind kaltes Koksofengas und siedendes Ammoniak aus einer Kälteanlage.

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Die technischen· und ökonomischen Mangel bei der Aufbereitung des Koksofenrohgases nach den bekannten Verfahrenskombinationen sind gekennzeichnet durch

- sehr hohen Investitions-, Energie-, Betriebsmittel-, Reparatur- und Wartungsaufwand;

- einen extrem hohen Arbeitskräfteeinsatz, insbesondere für die Trockenentschwefelungs- und Aktivkohleanlage;

- häufige Störanfälligkeit infolge der vielen Verfahrens3tufen mit ihrem umfangreichen Materialaufwand;

- verschlechterte Arbeits- und Umweltbedingungen.

Literaturhinweise über die Aufbereitung von Koksofenrohga3en der Steinkohlenhochtemperaturverkokung:

Ullrich "Koksofengasaufbereitung - liaphthalinabtrennung", Erdöl und Kohle, Bd. 30, Heft 6, Juni 1977, S. 263 - 67; Choulat "Betrachtungen zum Neubau einer Kokerei nach dem heu- tigen Stand der Technik unter Berücksichtigung dor zurzeit gegebenen wirtschaftlichen Verhältnisse", Ga3-Wärme-International, April 1964, S. 141 - 143;

Gollmer, Großkinoky "Die Behandlung des Kokereigases unter Ferngasdruck im Ruhrgebiet", 5. Weltkraftkonferenz, V/i en 1956, Vol. 7/8, S, 1815 - 34;

Haber "Rohbenzolgewinnung in der Ferngasdruckatufe der Kokerei", Brennstoff-Chemie, Dezember 1957, S. 366 -71; Kuckuck "Feinreinigung von Ferngas", Technische ISl11eilungen, Heft 5, 1955, S. 249 - 55;

Peter "Behandlung des Kokereigases unter Ferngasdruck¹¹, Glückauf, 1962, S. 1551 - 59;

Priestley "An outline of Gas Purification" Gas Times, 1954, S. 21 - 23, 165 - 172, 233 - 241 und 309 - 312; Raschig "Verfahrenstechnische Probleme und Lösungen in Gaswerken", Gas- u. Wasserfach, 1961, S. 526 - 31; Seebaum "Über das Auftreten von teerasphalt- und harzartigen Abscheidungen aus Koksofengas", Gesammelte Berichte au3 Betrieb und Forschung der Ruhrgas AG, Berichtsheft 5, 1955, S. 13 - 17;

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Klein "Gumvorming en - verwydering" (Niederlande) Het Gas, Juni 1959, S. 133 - 38

Ziel der Erfindung

1 ' ¹

Ziel der Erfindung ist es, das unter Normaldruck anstehende Koksofenrohgas mit minimalem Material- und Kostenaufwand soweit vorzureinigen und geeignete Maßnahmen während seiner Verdichtung vorzusehen, um es ohne Komplikationen durch die Niederdruck- und die Verdichteranlagen zu fördern, so daß das Koksofenrohgas auf der Hochdruckseite unter gleichseitiger Reduzierung des Inve3titions-, Energie-, Betriebsmittel- und Arbeitsaufwandes und Erhöhung der Betriebssicherheit sov/ie zur Verbesserung der Arbeita- und Umweltbedingungen komplex und effektiver aufbereitet werden kann.

Darlegung de3 Wesens der Erfindung

- Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird

Die technische Aufgabe ist es, die Llingel der Koksofenrohgas-Aufbereitung nach den bekannten Verfahrenskombinationen mit ihrem hohen Investitions-, Energie-, Betriebsmittel- und Arbeitsaufwand sowie der häufigen Störanfälligkeit mit ihren schlechteren Arbeits- und Umweltbedingungen zu beseitigen. Die3 kann erfolgen, wenn das unter Normaldruck anstehende Koksofenrohgas mit minimalem Hlaterial- und Kostenaufwand nur soweit vorgereinigt und geeignete LIaßnahmen während seiner Verdichtung vorgesehen v/erden, um e3 ohne Komplikationen durch die Niederdruck- und Verdichteranlagen zu fördern, so daß das Koksofenrohgas auf der Hochdruckseite komplex und effektiver aufbereitet werden kann,

- Merkmale der Erfindung

Überraschend wurde gefunden, daß bei der Kühlung des Koksofenrohgases in Querrohrkühlern unter bestimmten Bedingungen

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ein Absorptionseffekt durch die simultan aus dem Rohgas kondensierenden Teeröle auftritt.

Die Merkmale der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß das aus den Ofenvorlagen unter Normaldruck anstehende, heiße, dampfhaltige Koksofenrohgas zur Vermeidung der Naphthalinsublimation und zur Verminderung der Bildung von Harz- und Polymerprodukten sowohl auf der Niederdruckseite der Gasaufbereitung als auch bei der Rohgasverdichtung in Querrohrkühlern schlagartig von etwa 100...90 ⁰C bis auf mindestens 15 ⁰C gekühlt und in nachgeschalteten Elektrofiltern der vom Gasstrom mitgeführte Nebel elektrostatisch abgeschieden wird. Durch die Sturzkühlung des Koksofenrohgases in Querrohrkühlern steht auf Grund der Kühlerkonstruktion eine ausreichend kondensierte LÜttelöImenge in Form von Nebeln als ideales Absorptionsmedium zur Verfügung. Dieses nebeiförmige, über den gesamten Kühlerquerschnitt fein verteilte Absorptionsmedium wäscht während der Gaskühlung u.a. gleichzeitig partiell Naphthalin und ungesättigte Kohlenwasserstoffkomponenten aus dem Rohgas aus. Dieses Absorptionsphänomen ist um so effektiver, je intensiver die Kühlung des Koksofenrohgases in den Querrohrkühlern erfolgt. Durch diesen Absorptionseffekt der im Gasstrom vorhandenen Ölnebel v/erden die Taupunkte des Koksofenrohgases für Naphthalin und ungesättigte Kohlenwasserstoffverbindungen noch unter die jeweilige Gasaustrittstemperatur herabgesetzt»

Durch die sich anschließende elektrostatische Aushaltung der vom Gasstrom aus den Querrohrkühlern mitgeführten Nebel v/ird in dem nachgeschalteten Fördergebläse infolge Temperaturerhöhung des Koksofenrohgases durch die Gebläsepressung eine Nachverdampfung des im Öltröpfchen gelösten Naphthalins und der ungesättigten Kohlenwasserstoffverbindungen unterbunden, d.h. eine AufSättigung des Koksofenrohgases mit bereits kondensierten Gaskomponenten kann nicht mehr erfolgen. Durch die Installation der Elektrofilter zwischen den Querrohrkühlern und dem Fördergebläse wird gewährleistet, daß der sich in den Quer-.rohrkühlern nach der Sturzkühlung im Koksofenrohgas einmal

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eingestellte absolute Gehalt an dampfförmigem Naphthalin und dampfförmigen ungesättigten Kohlenwasserstoffverbindungen auch durch Gaserwärmung sowohl in dem Fördergebläse als auch in den nachgeschalteten Niederdruck-Aufbereitungs- und Verdichteranlagen niemals mehr erhöhen kann.

Die Querrohrkühler zusammen mit den Elektrofiltern bilden für die erfindungsgemäße Vorreinigung des Koksofenrohgases eine Einheit, die noch durch die Kompressionswärme während der Gebläseförderung ergänzt wird.

Nach der Kühlung und Entnebelung wird das Koksofenrohgas durch .Fördergebläse aus den Elektrofiltern abgesaugt und über Rhodanwa3cher in die Verdichteranlage gedrückt. In dem Rhodanwascher wird durch eine wäßrige Ammonpolysulfidlösung der Cyanwasserstoff aus dem Koksofenrohgas chemosorptiv unter Bildung von Ammonrhodanid entfernt, um insbesondere die Verdichteranlage vor gravierenden Korrosionserscheinungen, die durch den Cyanwasserstoff hervorgerufen v/erden könnten, zu schützen. Die Waschflüssigkeit wird durch Zumischen von suspendiertem Schwefel regeneriert.

In der Verdichteranlage wird da3 Koksofenrohgas mehrstufig auf den gewünschten Ferngasdruck komprimiert. Nach der letzten Verdichterstufe wird dem heißen Rohgasstrom vor dem Verdichterschlußkühler Leichtöl dosiert zugegeben, um bei der Schlußkühlung bis auf etwa 25 ⁰C ausfallendes Naphthalin in Lösung zu halten und Verstopfungen der Apparate, Rohrleitungen und Armaturen durch Naphthalinsublimation vorzubeugen. Nur durch die Vorreinigung des unter Normaldruck anstehenden Koksofenrollgases und die bei der Rollgasverdichtung zu treffenden Maßnahmen mit minimalem Material- und Kostenaufwand zur Verhütung der Naphthalinsublimation und Verminderung der Harz- und Polymerbildung ist es erst möglich, die Gasaufbereitung auf der Hochdruckseite unter Reduzierung des Investitions-, Energie-, Betriebsmittel- und Arbeitsaufwandes sowie zur Verbesserung der Betriebssicherheit und der Arbeits- und Umweltbedingungen gegenüber den bekannten Verfahrenskombinationen komplex und effektiver durchzuführen.

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Das auf mindestens 1,2 MPa komprimierte und auf ca. 25 ⁰C gekühlte Koksofenrohgas strömt zwecks komplexer Aufbereitung über die Ammoniak-, Kohlenwasserstoffkalt- und Schwefelkaltwäsche zur Perngasübergabestation.

In dem Absorber der Ammoniakwäsche wird das Ammoniak au3 dem Koksofenrohgas durch Weichwasser ausgewaschen. Das beladene Weichwasser strömt aus dem Absorber in den Ammoniakabtreiber der biologischen Wasserreinigungsanlage.

In der sich anschließenden Kohlenwasserstoffkaitwäsche .wird da3 Koksofenrohgas indirekt in Wärmeübertragern durch kaltes Reingas und siedendes Ammoniak bis auf ca. -20 ⁰C gekühlt und dann in einem Absorber durch eine kleine, kalte LIethanoimenge gewaschen. Das beladene Waschmedium wird zusammen mit den bei der Gastiefkühlung anfallenden waschmittelhaltigen Kondensaten dreistufig durch Entspannung, Extraktion mittels Wassers und thermische Trennung der wäßrigen Llethanollöaung regeneriert. In dieser Verfahrensstufe werden das Leichtöl, das Naphthalin, das V/asser, der restliche Ammoniak- und Cyanwasserstoffgehalt sowie die höhersiedenden organischen Schwefelverbindungen konden3ativ und/oder absorptiv aus dem Kok3ofenrohgas entfernt.

Schließlich 3trömt das Koksofenga3 in den Absorber der Schwefelkaltwäsche, in dem aus ihm sowohl der Schwefelwasserstoff als auch die organisch gebundenen Schwefelverbindungen durch kaltes !.!ethanol ausgewaschen v/erden« Die beladene Waschflüssigkeit wird zweistufig durch partielle Entspannung und thermisch regeneriert. Das bei der thermischen Regeneration anfallende Schwefelwasserstoffhaltige Austreiberga3 v/ird entweder der Schwefel- bzw. der Schwefelsäuregewinnungsanlage zugeführt. Das kalte Reingas au3 der Schwefelkaltwäsche v/ird wieder indirekt in Wärmeübertragern durch warmes Rohgas auf Umgebungstemperatur erwärmt und dann in die Perngasübergabestation geleitet.

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Ausführungsbeispiel - . .

Um das Koksofenrohgas auf der Hochdruckseite komplex und effektiver unter gleichzeitiger Reduzierung des Investitions-, Energie-, Betriebsmittel- und Arbeitsaufwandes sowie zur Verbesserung der Betriebssicherheit und der Arbeits- und Umweltbedingungen aufbereiten zu können, wird erfindungsgemäß das unter Normaldruck anstehende Kok3ofenrohgas mit minimalem Material- und Kostenaufwand soweit vorgereinigt und geeignete Maßnahmen während seiner Verdichtung vorgesehen, um es ohne Komplikationen durch die Niederdruck- und Verdichteranlagen zu fördern·

Die Vorreinigung des unter Normaldruck anstehenden Koksofenrohgases umfaßt seine schlagartige Kühlung in Querrohrkühlern bis auf eine Gaaaustritt3temperatur von mindestens 15 °Cmit der sich in Elektrofiltern 'anschließenden Gasentnebelung« Das Koksofenrohgas enthält u„a.

Naphthalin 7 g/m i.N. Rohgas und Leichtöl 30 g/ " " "

Die Taupunkte im heißen Koksofenrohgas vor seiner Kühlung betragen für Naphthalin 50 ⁰C bzw. Leichtöl -15 ⁰C Durch die Sturzkühlung des Koksofenrohgases in den Querrohrkühlern bis auf 15 ⁰C wird beispielsweise der Naphthalintaupunkt bis auf mindestens 10 ⁰C herabgesetzt. Der Naphthalingehalt nach der Gaskühlung beträgt dann nur noch 185 mg/nr i.N. Rohgas.

Das Koksofenrohgas wird durch Fördergebläse aus den Querrohrkühlern und Elektrofiltern abgesaugt und über die Rhodanwäscher in die Verdichteranlage gedrückt.

Durch die Kompressionswärme bei der Gebläseförderung wird das Koksofenrohgas um etv/a 10 ⁰C auf 25 ⁰C erwärmt, wobei sein Naphthalintaupunkt unverändert sich auf 10 ⁰C beläuft, d.h. Naphthalin kann auf der Niederdruckseite bis zur Verdichteranlage nicht sublimieren und somit Anlagen, Rohrleitungen und Armaturen verstopfen, solaiige die Gastemperatur 10 ⁰C nicht unterschreitet

Das Koksofenrohgas wird in der Verdichteranlage mehrstufig bis

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auf 2,8 IvIPa komprimiert·

Die Taupunkte im heißen, komprimierten Rohgas betragen vor dem Schlußkühler der letzten Verdichterstufe für Naphthalin 47 ⁰C bzw. Leichtöl 45 ⁰C bei einem Gehalt an Naphthalin bzw. Leichtöl vor der Verdichteranlage von 0,185 mg/nr i.N. Rohgas bzw. 30 g/m i.N, Rohgas. Vor der Kühlung des heißen Koksofenrohgases auf 25 C sind dem Gasstrom somit 8 g Leichtöl/m"^ i.N. Rohgas dosiert als Lösungsmittel für Naphthalin zuzugeben. Der Taupunkt für Leichtöl erhöht 3ich im Koksofenrohgas nach der Injektion auf ca, 50 ⁰C, so daß das während der Gaskühlung ausfallende Naphthalin durch das simultan kondensierende Leichtöl in Lösung gehalten wird.

Claims (1)

1. .1

   Erfindungsanaprüche

   Pkte 1. Verfahren zur Vorreinigung· von Koksofenrohgasen, um aie komplex und effektiver auf der Hochdruckseite aufbereiten zu können, gekennzeichnet dadurch, daß das aus den Ofenvorlagen unter Normaldruck anstehende, heiße, dampf haltige Koksofen.ro hgas zur Vermeidung der Naphthalinsublimation und zur Verminderung der Bildung von Harz- und Polymerprodukten in den Hied erdruck- und Verdichteranlagen in Querrohrkühlern schlagartig von etwa 100.β.90 ⁰C bis auf mindestens 15 °C gekühlt und in nachgeachalteten Elektrofilter!! der vom Gasstrom mitgeführte Nebel elektrostatisch abgeschieden und dann auf Ferngasdruck verdichtet wird·.

   Pkt. 2o Verfahren zur Vorreinigung von Koksofenrohgasen nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß in den komprimierten, heißen Rohga3strom vor dem Schlußkühler der letzten Verdichterstufe Leichtöl als Lösungsmittel dosiert injiziert wird, um bei der Schlußkühlung des Koksofenrohga.ses bis auf etwa 25 ⁰C ausfallendes Naphthalin in Lösung zu halten und Verstopfungen durch Naphthalin-. Sublimationen in den Anlagen, Rohrleitungen und Armaturen zu vermeiden.