-
Verfahren zum Ausscheiden von verdampften Flüssigkeiten aus Gasströmen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Stoffgemischen
unter gleichzeitiger Zerlegung des Gemisches, das hauptsächlich darauf beruht, daß
man dem Stoffgemisch eine gewisse Bewegung in Berührung mit einer Wärmeaustauschfläche
gibt. Gleichzeitig mit dieser fortschreitenden Bewegung, die dem ganzen-Gemisch
verliehen wird, ergibt sich eine zusätzliche Seitenbewegung, die einem bestimmten
Gemischbestandteil eine von dem Rest des Gemisches abweichende Bewegungsrichtung
erteilt. Diese Verfahrensweise beruht auf der sogenannten Grenzschichtströmung,
deren Grundlagen weiter unten erläutert werden sollen.
-
Zweck der geschilderten Behandlung ist einesteils, gewisse Bestandteile
aus dem Gemisch auszusondern und andernteils diesen auszusondernden oder anderen
Bestandteilen des Gemisches eine vorzugsweise thermische Behandlung angedeihen zu
lassen.
-
Das Verfahren läßt sich im weitesten Umfang auf allen möglichen Gebieten
anwenden. Gegenstand der Erfindung ist die Anwendung der oben aufgezeigten Verfahrensgrundsätze
auf das Ausscheiden von verdampften Flüssigkeiten aus erwärmten Gasströmen, besonders
die Ölgewinnung aus Schwelgasen, und-- die neu vorgeschlagenen Maßnahmen sollen
sie diesem Sonderzweck. anpassen. Bekanntlich sind die Bestandteile an C51 bei bestimmten
niederen Temperaturender Schwelgase als Tröpfchen (nebelartig) in den Gasen verteilt.
Um dieses C51 äus den Schwelgasen zu gewinnen, ist es also einmal notwendig, das
Schwelas abzukühlen, um das 01 aus dem gasförmigen Zustande heraus zu kondensieren,
und sodann das in feinen Tröpfchen innerhalb des übrigen Gases verteilte C51 aus
dem Gemisch auszuscheiden.
-
Dies kann in besonders vorteilhafter Weise durch sinngemäße Anwendung
der oben aufgezeigten Verfahrensgrundsätze erfolgen. Hier brauchen nämlich die Ölsorten,
die sich schon bei verhältnismäßig hoher Temperatur kondensieren, nicht mehr weiter
abgekühlt zu werden, während leichter flüchtige Ölsorten, die gleichzeitig abgeschieden
werden sollen, einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt werden müssen. Hier ist es
erwünscht, die zuerst ausgefällten Öle im Laufe der weiteren Behandlung bereits
von der übrigen Masse getrennt zu haben, um einen unnötigen oder unerwünschten Wärmeaustausch
zu vermeiden.
-
Demgemäß besteht der Erfindungsgegenstand in einem Verfahren zum Ausscheiden
von verdampften Flüssigkeiten (z. B. Ölen) aus erwärmten Gasströmen (z. B. Schwelgasen),
das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gesamtstrom des Gemisches durch das Entlangführen
an Wandungen in Grenzschichtströmungen zerlegt wird, durch die eine seitliche,
von
der Kühlfläche fortgerichtete Wanderung der sich bildenden öltröpfchen und eine
zur Kühlfläche hingerichtete Wanderung des noch unzerlegten Gas-Öl-Gemisches hervorgerufen
wird.
-
Einige Ausführungsformen einer Vorrichtung, in der das neue Verfahren
zweckmäßig durchgeführt werden kann, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen
Abb. i bis 3 Schaubilder zur Erläuterung der dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegenden
Theorie, Abb. 4 einen Einzelscheider zur Durchführung des neuen Verfahrens in schematischer
Darstellung. Abb. 5 und 6 einen solchen Scheider für größere Verhältnisse in Kolonnenanordnung,
teilweise geschnitten, von der Seite und von oben.
-
Zunächst soll die Anwendung der sogenannten Grenzschichtwirkung auf
die Durchführung des neuen Verfahrens erläutert werden.
-
Die Wirkungsweise einer Grenzschichtströmung mit darin eingelagerten
gröberen Teilchen ist in der Abb. i gezeigt. In dieser Abbildung sind die Geschwindigkeiten
des strömenden Mittels wie die des eingelagerten Teilchens als Vektoren gezeichnet.
Das Teilchen ist in verzerrter Vergrößerung als Kugel dargestellt, und dessen verhältnismäßig
klein gewählte Geschwindigkeit ist mit dem Vektor v bezeichnet. Die Geschwindigkeitsvektoren
des strömenden Mittels sind mit c benannt. Dieser Wert c ändert sich von einem Kleinstwert
c""i" bis zum Größtwert cmax linear. Diese lineare Änderung der Geschwindigkeitsgröße
ist aber nur beispielsweise gewählt; die Geschwindigkeitsänderung kann auch nach
durchaus anderen Gesetzen verlaufen, etwa in der Art, wie in der Abb. 2 dargestellt,
in welcher die Strömung längs einer gekrümmten Fläche wiedergegeben ist. Das wesentliche
Kennzeichen des hier mit Grenzschichtströmung bezeichneten Vorganges besteht jedenfalls
immer nur in dem Vorhandensein einer Geschwindigkeitsänderung senkrecht zur Allgemeinströmung,
so daß also zwischen benachbarten Stromfäden eine Differenz in der Größe der Geschwindigkeit
vorliegt. Aus den beiden Abbildungen ist ersichtlich, daß die mit der geringeren
Geschwindigkeit v bewegte Kugel Druckkräfte durch den Anprall des strömenden Mittels
erfährt.
-
Die Kraftwirkungen der Grenzschichtströmung sind in der Abb. 3 veranschaulicht,
in der wiederum die in die Strömung eingelagerte Kugel dargestellt ist, -und in
der ferner die auf die rechte bzw. linke Kugelhälfte treffenden Geschwindigkeitsvektoren
w der Relativgeschwindigkeiten angegeben sind. Die Relativgeschwindigkeiten sind
als Differenz zwischen v und c aus der Abb. i entnommen, und die Geschwindigkeit
der gesamten aufprallenden Massen ist für die rechte Seite in dem Geschwindigkeitsvektor
w" für die linke Seite in dem Vektor w, zusammengefaßt. Durch den Aufprall auf die
Kugeloberfläche wird das strömende Mittel rechts bzw. links hin abgelenkt, wie durch'
die Geschwindigkeitsvektoren ebenfalls angedeutet ist. Durch diese Ablenkung der
strömenden Massen werden Druckkräfte proportional zum Quadrat der Geschwindigkeiten
auf die Kugeloberflächen ausgeübt, welche durch die Kraftvektoren P, und P2 für
jede der beiden Kugelhälften gekennzeichnet sind. Das Zusammenwirken dieser beiden
Kräfte P1 und P2 ergibt die resultierende Kraft P. Diese Kraft wirkt in seitlicher.
Richtung, und zwar stets nach der Seite hin, in welcher die kleinsten Relativgeschwindigkeiten
liegen. Da die Darstellung der Abb. 3 mit Beziehung auf die Abb. i gewonnen wurde,
ist zu folgern, daß gröbere Beimengungen in der Grenzschichtströmung nach Abb. i
nach links hin abgedrängt werden.
-
Durch eine derartige Grenzschichtströmung wird demnach eine selbsttätige
Reinigung eines strömenden Mittels bewirkt in der Weise, daß gröbere Beimengungen
aus bestimmten strömenden -Schichten abgedrängt werden. Diese Schichten werden nun
erfindungsgemäß vorwiegend thermisch beeinflußt, um dem strömenden Mittel Wärme
zu entziehen und dadurch eine Kondensation von öltröpfchen -o. dgl. einzuleiten.
Diese Öltröpfchen werden sogleich von der Grenzschichtströmung erfaßt und aus der
Zone vorwiegend thermischer Beeinflussung abgedrängt. Durch die äußerst gleichartige
Wirkung der Strömungskräfte wird somit im Verein mit einer nach bestimmter Richtung
geregelten thermischen Behandlung eine äußerst vollkommene -technische Wirkung erzielt.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. ¢ wird das ölhaltige Schwelgas
durch den Stutzen i zugeführt und von unten in den Spalt 8 zwischen der Platte 2
und der umlaufenden Scheibe q. geleitet. Zur Abkühlung des Schwelgases wird die
hohle Scheibe. mit kaltem Wasser durchspült, welches oben durch die hohle Welle
12 zugeführt und durch Rohre 13 nach dem äußeren Rand der Scheibe gepumpt wird.
Von dort strömt es durch die hohle Scheibe q. nach innen und wird durch die Welle
12 weiter nach unten abgeleitet. Die-Kühlung und Olabscheidung beruht nun einmal
auf der abkühlenden Wirkung der wassergekühlten Scheibe q. und sodann auf dem den
oben entwickelten Regeln entsprechenden Vorgang der mechanischen Aus-
Scheidung
der kondensierten Ölteilchen, durch den diese zur festen Wand :2 hingedrängt werden.
Während nun alle Öltröpfchen sich in der Nähe der Wand 2 sammeln, wird das Gas von
dort fort zur kreisenden Scheibe ¢ hingedrängt und auf diese Weise zwangläufig ein
guter Wärmeaustausch des Gases mit der umlaufenden Scheibe 4. erreicht, während
ein unnötiger Wärmeaustausch mit dem bereits kondensierten Öl unterdrückt wird.
-
Durch die Abb. 5 und 6 wird eine Vorrichtung wiedergegeben, die vor
allem für große Gasmengen geeignet ist, da in ihr eine größere Anzahl Kühlscheiben
und Niederschlagflächen vereinigt ist. Durch ein Zuführungsrohr 3 wird beispielsweise
Schwelgas in Verteilerrohre 2 eingeleitet, welche das Gas durch Kanäle 3 in das
Innere des Gehäusekörpers 4. führen. Der Gasweg ist durch Pfeile angedeutet, und
es ist zu erkennen, daß das Gas die Reinigungsspalte 5 symmetrisch auf den kleinsten
Durchmesser beaufschlagt. Diese Reinigungsspalte werden gebildet von gekühlten umlaufenden
Scheiben 6 und feststehenden Niederschlagflächen 5d unterhalb dieser Kreisscheiben.
Bei der Strömung der Schwelgase durch die Reinigungsspalte 5 wird entsprechend der
Wirkungsweise der durch die Drehung der Scheiben 6 eingeleiteten Grenzschichtströmung
im Zusammenhang mit der Kühlwirkung der umlaufenden Scheiben das in dein Gas enthaltene
Öl auf die Niederschlagflächen 5Q abgedrängt, so daß es auf den größten Durchmessern
der Flächen 5d in die Ölräume 7 abfließt. Durch überleitungsrohre 8 gelangt das
01 in die drei Ölräume, die sich an die unterste Niederschlagfläche anschließen,
von wo aus das Öl durch Sy phonrohre g zur weiteren Verwendung aus der \Torrichtung
abgeleitet wird. Der Abzug der Schwelgase, die nach Durchströmen der Reinigungsspalte
5 von dem Öl befreit sind, vollzieht sich durch Spalte io in Kanäle i i und von
dort in je drei auf den Umfang des Gehäuses symmetrisch verteilte Abzugsrohre 12,
die in der Abb. 5 links zu erkennen sind. Die Abzugsrohre 12 vereinigen sich in
einem Sammelrohr 13, von wo aus die gemeinsame Abführung der gereinigten Schwelgase
erfolgt. Naturgemäß ist es auch möglich, die Zuführung der Schwelgase zu den einzelnen
Reinigungsspalten jeweils gesondert auszuführen, sie beispielsweise bei Beaufschlagung
des Apparates mit Gasen verschiedener Zusammensetzung geeignet zu verteilen oder
auch nur die Abführung der Gase zweckentsprechend zu unterteilen.
-
Die Kühlung der umlaufenden Kreisscheiben wird besorgt durch die Zuführung
von Kühlwasser durch ein Rohr 1q., das, abgedichtet durch eine Stopfbüchse 15, in
die hohle Welle 16 der Vorrichtung mündet. Die obere Kreisscheibe ist in der Abb.
5 im Schnitt gezeichnet. Aus der Zeichnung geht hervor, daß das Wasser durch Öffnungen
aus der hohlen Welle in den Raum 17 der Kreisscheibe hineinströmt bis zum größten
Durchmesser und von dort durch den Raum 18 und entsprechende Öffnungen der Welle
wieder in das Innere der Welle gelangt. Von da strömt das Kühlwasser in gleicher
Weise durch die nächste Scheibe und so fort, bis es an das untere Ende der Welle
16 gelangt. Dort fließt es- in einen offenen Trichter ig aus und wird durch ein
Rohr 2o abgeleitet.
-
Die Vorrichtung ist durch drei Stützen 27 auf Fundamentsäulen abgestützt,
der Antrieb wird durch eine Riemenscheibe 28 bewirkt.
-
In dem Schnitt nach Abb. 6 ist das Zuführungsrohr i mit den drei Verteilerrohren
2 zu erkennen, die durch die Kanäle 3 die Schwelgase in das Innere der Vorrichtung
leiten. Der Schnitt geht in der Abb. 5 durch den oberen Reinigungsspalt 5 und läßt
die Nieder-Schlagfläche des Spaltraumes in Ansicht erkennen. Unter der Niederschlagfläche
ist der Abführungsspalt io der darunterliegenden Reinigergruppe gezeichnet mit den
Ableitungskanälen i i der Schwelgase, welche in die drei Ableitungsrohre 12 münden,
die sich in (lern Sammelrohr 13 vereinigen. Ferner ist der Ölsammelraum 7 dargestellt
mit drei Ölabflußrohren B.
-
Die Gesamtanordnung der Vorrichtung ist nur als Beispiel der Anordnung
einer größeren Scheidergruppe anzusehen. Die Anordnung gestattet im übrigen, die
Zahl der Reinigungsspalte noch wesentlich zu vermehren oder auch eine geringe Zahl
von Einzelgruppen zusammenzubauen, da die Gruppen symmetrisch und gleichartig ausgeführt
durch zylindrische Flanschkörper zu dem Gesamtgehäuse d. vereinigt sind. Es besteht
auch volle Freiheit in der Ausgestaltung der Einzelheiten der dargestellten Anordnung.
Vor allem ist es möglich, eine gesonderte Abführung der in jeder Stufe anfallenden
Ölmengen vorzunehmen, wodurch beispielsweise Öle verschiedener Zusammensetzung dem
Kühlgrade oder anderen Besonderheiten der Betriebsweise entsprechend gewonnen werden
können.
-
Es ist ersichtlich, daß auf Grund des neuen Verfahrens eine erhebliche
Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Verfahrens zu erreichen ist. Außerdem
ergibt sich, daß die Schnelligkeit, mit welcher das Gas durch den Spalt geführt
wird, wegen der günstigen thermischen Verhältnisse in engen Spalten überhaupt und
vor allem wegen der restlosen Ausnutzung des Temperaturgefälles unmittelbar an der
gekühlten Fläche außerordentlich
gesteigert werden kann, so daß
mit kleinen Apparaten sehr große Leistungen zu bewältigen sind.