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Die
Erfindung betrifft eine Kolonne, aufweisend wenigstens einen Boden,
wobei dieser oder wenigstens einer der Böden wenigstens ein feststehendes
Ventil aufweist.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer
Kolonne in variierenden Lastbereichen.
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Unter
dem Begriff ”Kolonne” seien
alle Kolonnen, insbesondere Trenn-, Stoffaustausch- und Waschkolonnen,
die einen oder mehrere Böden
aufweisen, zu verstehen.
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Trenn-
bzw. Stoffaustauschkolonnen zum Austausch von Stoffen zwischen einer
gasförmigen und
einer flüssigen
Phase sind aus zahlreichen verfahrenstechnischen Anwendungen bekannt.
Lediglich beispielhaft genannt seien die rektifikatorische Zerlegung
von Olefinen in Demethanizern und/oder Deethanizern sowie das Waschen
von Gasen bspw. in Laugewäschen,
u. a.
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Zur
Herstellung des Phasenkontaktes zwischen der gasförmigen und
der flüssigen
Phase werden Böden,
Schüttfüllkörper und/oder
strukturierte Packungen in die Kolonnen eingebaut. Sind innerhalb
einer Kolonne ausschließlich
Böden vorgesehen,
liegt deren Zahl üblicherweise
zwischen 10 und 240 Stück.
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Diese
Böden sind
mit verschiedenen Austauschelementen, wie Löcher, bewegliche Ventile, feststehende
Ventile, Glocken, etc., bestückt.
Bei der Auslegung der Böden
ist die Anzahl der verwendeten Austauschelemente der gewünschten
Last anzupassen. Dies hat jedoch zur Folge, dass der Boden nur innerhalb
eines bestimmten Lastbereiches effizient betrieben werden kann.
Eine Änderung
der Last, hin zu deutlich höheren
oder niedrigeren Kapazitäten, macht
daher neue Böden,
die an die geänderte
Last angepasst sind, erforderlich. Kolonnenböden, die sog. Käfigventile
aufweisen, können
durch Verkeilen einzelner Käfigventile,
die dadurch für
den Stoffaustausch blockiert werden, für eine Unterlast betreibbar gestaltet
werden, bzw. für
eine zukünftige
erhöhte Last
vorbereitet werden.
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Böden mit
feststehenden Ventilen – derartige Ventile
werden auch als ”Fixed
Valves” bezeichnet – ermöglichen
eine vergleichsweise hohe Kapazität, weisen jedoch den Nachteil
auf, dass sie ausschließlich
in einem vergleichsweise kleinen Lastbereich betrieben werden können. Soll
eine Kolonne mit feststehenden Ventilen bei einem verringerten Gas-
und Flüssigkeitsdurchsatz
betrieben werden, müssen
oftmals alle Böden
ausgetauscht werden, da aufgrund des Durchregnens bzw. Trockenlaufens
der Böden der
Stoffaustausch stark und in nicht akzeptabler Weise beeinträchtigt ist.
Der erforderliche Austausch von Böden muss aufgrund der Beschaffungsdauer langfristig
geplant werden und ist mit erheblichen Kosten und längeren Stillstandszeiten
der Trennkolonne und damit des Prozesses, in dem die Kolonne integriert
ist, verbunden.
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Wünschenswert
ist deshalb eine Möglichkeit, die
Anzahl der feststehenden Ventile eines Bodens zu reduzieren, ohne
dabei das Bodenblech austauschen oder modifizieren zu müssen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Kolonne
sowie ein gattungsgemäßes Verfahren
zum Betreiben einer Kolonne anzugeben, die bzw. das die vorbeschriebenen Nachteile
vermeidet und es insbesondere ermöglicht, auf Laständerungen
kurzfristig zu reagieren.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine gattungsgemäße Kolonne, aufweisend wenigstens
einen Boden, wobei dieser oder wenigstens einer der Böden wenigstens
ein feststehendes Ventil aufweist, vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass Mittel zum zumindest teilweise Verschließen des feststehendes
Ventils vorgesehen sind.
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Verfahrensseitig
wird die gestellte Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben
einer Kolonne gelöst,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass im Falle einer Unterlast einzelne
oder alle feststehende Ventile mittels der Mittel zum zumindest
teilweise Verschließen
eines feststehenden Ventils verschlossen werden. Im Falle einer Überlast werden
einzelne feststehende Ventile, die mittels der Mittel zum zumindest
teilweise Verschließen
eines feststehenden Ventils verschlossen sind, durch Entfernen der
Mittel zum zumindest teilweise Verschließen eines feststehenden Ventils
geöffnet.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen,
sind dadurch gekennzeichnet, dass
- – die Mittel
zum zumindest teilweise Verschließen eines feststehenden Ventils
demontierbar, vorzugsweise steckbar und/oder einklemmbar ausgebildet
sind,
- – die
Mittel zum zumindest teilweise Verschließen eines feststehenden Ventils
als ein das feststehende Ventil zumindest teilweise verschließendes Einlegeblech
ausgebildet sind, und
- – die
Mittel zum zumindest teilweise Verschließen eines feststehenden Ventils
als eine das feststehende Ventil zumindest teilweise verschließende Abdeckung
ausgebildet sind,
- – wobei
Einlegebleche und Abdeckungen Öffnungen,
die vorzugsweise variierbar und/oder verschließbar ausgebildet sind, aufweisen
können.
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Erfindungsgemäß können nunmehr
einzelne oder alle feststehenden Ventile, die auf einem Kolonnenboden
vorgesehen sind, teilweise oder vollständig verschlossen werden. Im
Falle eines vollständigen
Verschließens
eines Ventils ist dieses inaktiv. Weist ein Boden beispielsweise
zehn feststehende Ventile auf und werden im Zuge einer Lastanpassung fünf dieser
Ventile vollständig
geschlossen oder werden die zehn Ventile zu 50% geschlossen, so
verhält sich
der Boden identisch zu einem lediglich fünf feststehende Ventile aufweisenden
Boden. Die Mittel zum zumindest teilweise Verschließen eines
feststehenden Ventils sind vorzugsweise steckbar und/oder einklemmbar
ausgebildet. Dadurch wird eine vergleichsweise schnelle Anpassung
an veränderte Lastbedingungen
realisierbar.
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Die
Erfindung kann sowohl bei bereits in Betrieb befindlichen Kolonnen
als auch bei neuen Kolonnen Anwendung finden. So ist es beispielsweise zweckmäßig, wenn
die Böden
neuer Kolonnen eine Ventilzahl aufweisen, die für eine für die Zukunft gedachte maximale
Last ausreichend ist. Bei der Auslieferung bzw. der Inbetriebnahme
einer derartigen Kolonne können
dann gerade so viele Ventile verschlossen werden, wie es für den aktuellen
Normalbetrieb bzw. den gewünschten
Lastbereich erforderlich ist. Kommt es nunmehr nach einer Anlagenrevision
beim Betrieb der erfindungsgemäßen Kolonne aufgrund
einer Anlagenkapazitätserhöhung oder
-reduzierung zu einer Überlast-
oder Unterlastsituation, werden die vorgesehenen Abdeckungen entfernt (Überlastsituation)
bzw. zusätzliche
Ventile mittels erfindungsgemäß vorzusehender
Abdeckelemente verschlossen (Unterlastsituation).
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Sofern
bei einer (neuen) Kolonne alle feststehenden Ventile mittels der
Mittel zum zumindest teilweise Verschließen eines feststehenden Ventils verschlossen
sind, ist es auch denkbar, dass diese Mittel bzw. Abdeckungen Öffnungen
definierter Größe aufweisen.
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Kolonnen,
die variierenden Lastprofilen ausgesetzt sind, können folglich mit einem kostengünstigen
einheitlichen Bodendesign ausgestattet werden. Bei bestimmten Anwendungsfällen wird
es zweckmäßig sein,
die Böden
einer erfindungsgemäßen Kolonne
mit der maximal möglichen
Anzahl von feststehenden Ventilen auszustatten. Mittels der erfindungsgemäß vorzusehenden
Abdeckungen kann sichergestellt werden, dass lediglich die für den gewünschten Lastbereich
erforderlichen Ventile aktiv sind.
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Die
erfindungsgemäße Kolonne
sowie das erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer Kolonne vermeiden den bisher erforderlichen
Austausch von Bodenpanelen im Falle von Laständerungen. Dadurch entfallen
auch die damit verbundenen Kosten für die Beschaffung neuer Bodenpanelen,
der Demontage der alten sowie der Montage der neuen Bodenpaneele.
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Die
erfindungsgemäße Kolonne,
das erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer Kolonne sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der- bzw. desselben, die Gegenstände
der abhängigen Patentansprüche darstellen,
seien im Folgenden anhand der in den 1a bis 4c dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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In
den 1a und 1b sind zwei mögliche,
aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsformen feststehender
Ventile 2 und 2',
die auf einem Kolonnenboden 1 angeordnet sind, dargestellt.
Daneben existiert eine Vielzahl weiterer, dem Fachmann bekannte
Ausführungsformen.
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Die 2a zeigt
eine Ausführungsform
des Mittels zum zumindest teilweise Verschließen des feststehenden Ventils
in Form eines Abdeckelements 3, das, wie in der 2b dargestellt,
bei einem feststehenden Ventil 2 von unten durch die Ventilöffnung des
Bodens 1 geschoben wird und aufgrund des Federclips 3' im eingeschobenen
Zustand im Boden 1 einrastet.
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Die 2c zeigt
eine seitliche, nicht maßstabsgerechte
Schnittdarstellung durch die in der 2b dargestellte
Anordnung, bestehend aus Boden 1, feststehendem Ventil 2 sowie
eingeschobener Abdeckung 3. Die seitliche Wand der Abdeckung 3 kann
mit einer Öffnung 3'', die eine definierte Größe aufweist,
versehen sein. Mittels dieser kann der Grad des Verschließens des
feststehenden Ventils eingestellt werden.
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In
der 3a ist eine weitere Ausführungsform des Mittel zum zumindest
teilweise Verschließen
des feststehendes Ventils in Form eines Einlegebleches 4,
das eine integrierte Feder 4' aufweist,
dargestellt. Dieses Einlegeblech 4 wird, wie in der 3b dargestellt,
seitlich in das feststehende Ventil 2 eingeschoben und
verschließt
dadurch dessen Öffnung.
Mittels der am Ende hochgebogenen Feder 4' wird im eingeschobenen Zustand
eine zuverlässige Fixierung
des Einlegebleches 4 erreicht.
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Die 3c zeigt
eine seitliche, nicht maßstabsgerechte
Schnittdarstellung durch die in der 3b dargestellte
Anordnung, bestehend aus Boden 1, feststehendem Ventil 2 sowie
verklemmtem Einlegeblech 4. Das Einlegeblech 4 kann
mit einer Öffnung 4'', die eine definierte Größe aufweist,
versehen sein, um den Grad des Verschließens des feststehenden Ventils
einzustellen.
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Eine
dritte Ausführungsform
des Mittels zum zumindest teilweisen Verschließen eines feststehenden Ventils
ist in der 4a dargestellt. In diesem Falle
handelt es sich um eine von oben auf ein feststehendes Ventil 2 aufsteckbare
Abdeckung 5. Diese weist ebenfalls vorzugsweise Federclipse 5' auf, die, wie
dies in der 4b gezeigt ist, der zuverlässigen Fixierung
der Abdeckung 5 im aufgesteckten Zustand dienen.
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Die 4c zeigt
eine seitliche, nicht maßstabsgerechte
Schnittdarstellung durch die in der 4b dargestellte
Anordnung, bestehend aus Boden 1, feststehendem Ventil 2 sowie
aufgesteckter Abdeckung 5. Wie auch bei der in den 2a bis 2c dargestellten
Ausführungsform
kann die seitliche Wand der Abdeckung 5 mit einer Öffnung 5'', die eine definierte Größe aufweist,
versehen sein. Mittels dieser kann der Grad des Verschließens des
feststehenden Ventils eingestellt werden.
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Die
vorbeschriebenen Öffnungen 3'', 4'' und 5'' sind in vorteilhafter Weise variierbar
und/oder verschließbar
ausgebildet. Dadurch kann eine exaktere und schnellere Anpassung
an variierende Lastbereiche realisiert werden.
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Die
erfindungsgemäße Kolonne
sowie das erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer Kolonne in variierenden Lastbereichen ermöglichen eine
kurzfristige und kostengünstige
Anpassung erfindungsgemäßer Kolonnen
an variierende Lastbereiche. Die mit den zum Stand der Technik zählenden Kolonnen
und Verfahren verbundenen Nachteile können mit der Erfindung zur
Gänze vermieden
werden.