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Verfahren zur Gewinnung von Pech und Teerölfraktionen Gemäß der heute
noch üblichen Nebenproduktgewinnung aus Steinkohlendestillationsgasen werden die
heißen, von den Koksöfen oder Destillationsretorten kommenden Gase so weit gekühlt,
daß sich die Pechbildner und die Hauptmenge der Öle, gegebenenfalls auch der Wasserdampf,
gemeinsam niederschlagen. Der Teer wird durch fraktionierte Destillation in Pech
und Ölfraktionen zerlegt. Aus dem Gaswasser gewinnt man auf indirektem Wege, durch
Destillation mit Kalk, das Ammoniak. Unterbricht man die Teerkondensation bei einer
über dem Taupunkt des Wassers liegenden Temperatur und befreit man die Gase bei
dieser Temperatur von teerigen Anteilen, so kann man ihnen das Ammoniak unmittelbar
.durch Behandlung mit konzentrierter Schwefelsäure entziehen (direkte Ammoniakgewinnung).
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Es sind schon zahlreiche Vorschläge gemacht worden, diese Art der
Nebenproduktgewinnung durch eine solche zu ersetzen, bei der die einzelnen Teerbestandteile
durch fraktionierte Kühlung und Kondensation der heißen Gase gewonnen werden. Hier
bereitet aber die Abscheidung der in den einzelnen Kühlstufen nebelartig sich ausscheidenden
Fraktionen erhebliche Schwierigkeiten, und aus diesem Grunde hat man neben Waschvorrichtungen
(Walter F e 1 d) auch schon die Anwendung elektrostatischer Abscheider nach C o
t t r e 11 in Vorschlag gebracht. Es sollte eine ganze Reihe solcher Abscheider
hintereinander geschaltet werden, so daß die Gase, die in den ersten Abscheider
mit 300° eintreten, bei Temperaturstufen von 5o° der elektrischen Scheidung unterliegen.
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Dieser letztere Vorschlag ist niemals ausgeführt worden und konnte
auch nicht ausgeführt werden, weil ein störungsfreier Betrieb danach aus noch zu
erörternden Gründen nicht möglich ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Pech und Teerölfraktionen
durch fraktionierte Kühlung heißer Kohlendestillations-, insbesondere Koksofengase
ebenfalls unter Benutzung elektrischer Abscheider .gewonnen. Dabei wird aber das
Rohgas zunächst so weit abgekühlt, daß sich in einer anschließenden elektrischen
Abscheidungsstufe ein Pech mit einem Schmelzpunkt von mindestens 8o° abscheidet,
worauf durch anschließende Kühlung eine Teerölfraktion kondensiert wird, deren Menge,
was für die Erfindung wesentlich ist, mindestens 2o °/o, vorzugsweise aber 35 °/o
und darüber des Teergehalts des Rohgases beträgt. Die Abscheidung dieser großen
Teerölfraktion, die als Holzimprägnieröl
meist ohne weiteres marktfähig
ist und meist wenigen- als o,5, häufig weniger als o,i % freien, in Tetrachlorkohlenstoff
unlöslichen Kohlenstoff enthält, kann ebenfalls mit Hilfe eines elektrischen Abscheiders,
aber auch mit Hilfe gewöhnlicher Kondensatoren erfolgen.
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Der Schmelzpunkt wird in der '\@'eise bestimmt, daß man die Temperatur
feststellt, bei der ein i2,7:mm-Würfel des Pechs, der an einem Drahthaken aufgehängt
ist, weich wird und vom Draht herabtropft. Niedrige Pechschmelzpunkte, d. h. solche
von 7ü,7° und weniger, werden am besten in .der Weise ermittelt, daß man den Pechwürfel
in einem mit Wasser gefüllten Becherglas aufhängt, das entsprechend erwärmt wird.
Höhere Schmelzpunkte ermittelt man in ähnlicher Weise, nur wird das Wasserbad durch
ein Luftbad ersetzt. Zur Erzielung größerer. Genauigkeit muß man die Abmessungen
der Apparatur so wählen und ihre Handhabung in einer Weise vornehmen, wie es ausführlich
im »Journal of Industrial and Engineering Chemistry«, Band io (igi8), Seite 82o
bis 822 beschrieben ist.
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Arbeitet man in dieser Weise, so lassen sich Betriebsstörungen mit
Sicherheit vermeiden. Die praktisch vollständige Niederschlagung der Pechbildner
in der elektrischen Scheidestufe läßt sich ohne Verstopfung der Elektrodenröhren
durchführen, weil die Menge des gebildeten Pechs stets groß genug ist, um die Röhrenwände
dauernd zu bespülen, so daß Verkokungen vermieden werden. Wird auch die anschließende
Ölfraktion elektrisch niedergeschlagen, so ist ebenfalls eine für die erforderliche
Spülwirkung völlig ausreichende Flüssigkeitsmenge vorhanden, was nicht der Fall
wäre, wenn man die Scheidung in Temperaturstufen von nur 5o° vornehmen würde. Wird
die genannte Ölfraktion in gewöhnlichen Kondensatoren verdichtet, so erleichtert
ihre Menge und der mit ihrer Kondensation verbundene bedeutende Temperaturabfall
die Arbeit in bedeutendem Maße.
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Die genannte große Teerölfraktion ist, wie bereits erwähnt, blank
oder fast blank und für Imprägnierungszwecke ohne weiteres geeignet. Sie enthält
regelmäßig die Kreosotöle, ist aber an die Siedegrenzen des letzteren nicht gebunden
und kann auch leichtere Öle (Karbolöle) sowie schwere Öle, selbst bei gewöhnlicher
Temperatur salbenartige, gegebenenfalls bis 35o° und darüber siedende Teerbestandteile
enthalten. Scheidet man beispielsweise in der elektrischen Abscheidestufe ein verhältnismäßig
hoch schmelzendes Pech aus und kondensiert anschließend eine Fraktion, deren untere
Siedegrenze bis zu 235° oder gegebenenfalls auch bis 2oo° und darunter reicht, so
erhält man sehr hohe Ausbeuten eines Produkts, das trotz seiner weiten Siedegrenzen
für Imprägnierungszwecke sehr geeignet ist, denn die besonders hoch siedenden Anteile
und die besonders niedrig siedenden Anteile gleichen sich hinsichtlich ihres Einflusses
zum Beispiel auf die Viscosität in weitem Ausmaße aus. Ein derartiges Produkt ist
für manche Zwecke besser geeignet als die übliche, bei der Destillation von Teer
gewonnene Kreosotölfraktion.
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Will man leichtere Öle, insbesondere Karbolöle, gesondert gewinnen,
so kann man die. Kondensation der an die Pechscheidung anschließenden Fraktion bei
einer entsprechend höheren Temperatur abbrechen und eine zweite Fraktion durch Kühlung
etwa bis auf 25 bis 30° C gesondert auffangen, insbesondere durch Einspritzen von
Wasser. Die Ammoniakgewinnung erfolgt dann ebenfalls auf indirektem Wege durch Destillation
des Gaswassers.
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Wegen der weitgehenden Abwesenheit von Pechbildnern in den die Pechscheidestufe
verlassenden Gasen kann man aber die gleichen Produkte auch noch in anderer Weise
gewinnen: Man kondensiert zuerst die kreosotölhaltige Fraktion, absorbiert dann
das Ammoniakgas bei einer über dem Taupunkt des Wassers liegenden Temperatur mit
Hilfe konzentrierter Schwefelsäure und kühlt anschließend zur Gewinnung der leichteren
Öle.
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Bemerkenswert ist, daß die Gesamtausbeute an Ölen sich bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung weit höher stellt als bei der üblichen Art Teergewinnung und
Teerdestillation. So wurden beispielsweise in einem bestimmten. Fall gemäß der Erfindung
ein Pech mit einem Schmelzpunkt von 95° C und anschließend Teeröle gewonnen, deren
Menge etwas mehr als 5511, der gesamten Teerbestandteile betrug. Wurde in
dem gleichen Fall der Gesamtteer niedergeschlagen und in üblicher Weise bis zur
Bildung eines Pechs mit dem gleichen Schmelzpunkt destilliert, so erhielt man nur
38% Öle. Ein anderer Vergleich ergab bei einem Pechschmelzpunkt von i50° C eine
Ölausbeute von 70% und 4.4.0!o. Schließlich konnte -gemäß der Erfindung ein Pech
mit einem Schmelzpunkt von 2o5° C noch gewonnen werden, wobei die Ölausbeute etwa
8o0/0 betrug; durch Destillation ließ sich ein Pech von diesem Schmelzpunkt überhaupt
nicht mehr gewinnen, weil schon vorher Verkokung eintrat.
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Auch auf die Zusammensetzung des Pechs und der Ölprodukte hat die
neue Arbeitsweise günstigen Einfluß, denn die verhältnismäßig kurze Einwirkungsdauer
höherer Temperaturen läßt leicht zersetzliche Verbindungen
bestehen,
die bei der üblichen Teerdestillation nicht oder nur in vermindertem Umfang gewonnen
werden können.
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Einrichtungen zur Ausführung der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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Die Abb. i zeigt einen Grundriß einer Nebenproduktgewinnungsanlage
mit elektrischer Teerscheidung, gesonderter Gewinnung von schwereren und leichteren
Teerölen mit zwischengeschalteter direkter Ammoniakgewinnung und anschließender
Auswaschung der Leichtöle (Benzol).
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Abb. 2 zeigt die Vorlage und den elektrischen Pechschneider gemäß
Abb. i im Aufriß, teilweise im Schnitt.
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Abb. 3 ist ein Aufrißschnitt durch den elektrischen Scheider gemäß
Abb. 2.
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Abb.4 ist ein Aufrißschnitt durch den Kühler 25 der Abb. i.
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Abb. 5 ist eine Draufsicht auf eine Nebenproduktgewinnungsanlage mit
elektrischer Pechscheidung, gemeinsamer Kondensation von Kreosot- und Karbolölen,
Ammoniakgewinnung und Benzolwäsche.
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Abb. 6 ist ein Grundriß, Abb. 7 ein Aufriß einer Nebenproduktanlage
mit elektrischer Pechscheidung, zweistufiger Ölkondensation und anschließender Ammoniakgewinnung
und Benzohväsche.
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Bei der Einrichtung nach den Abb. i bis 4 treten 'die heißen, von
den Koksofenkammern 5 kommenden Kohlendestillationsgase durch die Steigrohre 6 in
die Sammelrohre 7 ein und ziehen durch die Mittelbüchse 8 über die Leitung 9 nach
dem elektrischen Pechscheider io. Sie gelangen dann über die Leitung 24 in .den
indirekt wirkenden Kühler 25, von hier über die Leitung 32 nach dem elektrischen
Kreosotölscheider 33 und werden dann in der direkt wirkenden Sättigereinrichtung
35, 36, 37, 38 von Ammoniak befreit. Über die Leitung 39 gelangen sie nunmehr nach
dem direkt gekühlten Kondensator 4o, wo die kreosotölhaltige Fraktion ausgeschieden
wird, und werden dann von dem Exhaustor 47 nach der Benzolwascheinrichtung 41 getrieben.
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Sowohl die Steigrohre 6 als auch die Sammelrohre 7 sind mit Sprühdüsen
13, 14 versehen, durch die Wasser oder Ammoniakwasser in den geregelten Mengen eingesprüht
wird, die zur Abkühlung der Gase auf etwa Zoo bis 25o° erforderlich sind. Die Sammelrohre
selbst werden über Leitungen 16 und 17 bespült. Der aus den Gasen bis zu einem gewissen
Grade entfernte Schwerteer gelangt zusammen mit dem Teil der dem Sammelrohr zugeführten
Flüssigkeit, der durch die heißen Gase nicht verdampft worden ist, durch die Mittelbüchse
8 und durch das Rohr 18 in ein Klärgefäß i9, das mit Sammelbehältern 2o und :2 1
für Ammoniakwasser und Teer durch Leitungen verbunden ist. Für Spül- und Sprühzwecke
kann Ammoniakwasser aus dem Behälter 2o oder Teer aus dem Behälter 21 verwendet
und mit Hilfe der Pumpe 23 den Leitungen 15, 16 und 17 zugeführt werden.
Über die Leitung 22 kann man auch sonstige Kühlflüssigkeiten zuleiten. Die dabei
ausfallende Teermenge stellt nur einen Bruchteil des Gesamtteers dar, denn der Taupunkt
des Pechs wird nur lokal unterschritten.
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In den elektrischen Pechscheider io (Abb. 2 und 3) treten die Gase
mit einer Temperatur ein, die je nach dem gewünschten Pechschmelzpunkt geregelt
wird. Der Scheider besteht aus einem Mantel io, in dessen unteren Teil der Gaseinführungsstutzen
9 einmündet. Die Gase werden dann von einem Verteiltrichter 53 verteilt und durchströmen
die Elektrodenröhren 49, in deren Achsen die Elektrodenstäbe 55 aufgehängt sind.
Durch die Öffnung 54 strömen die gereinigten vom Pech befreiten Gase in die Leitung
24 ab. Das Pech rieselt an der Innenfläche der Elektrodenröhren 49 nach abwärts,
sammelt sich in der Kammer 52 und kann über die Leitung r i in den Vorratsbehälte-
1:2 abgezogen werden.
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Der Mantel 48 des Scheiders und mit -ihm die Elektrodenröhren 49 sind
geerdet; die Elektrodenstäbe 55 sind an eine Sammelschiene 56 angeschlossen, die
auf Isolatoren 58 in Seitenkammern 57 aufruht und mit dem negativen Pol der Hochspannungsstromquelle
verbunden ist.
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Der Kühler 25 (Abb. 4), in den die vom Pech befreiten Gase nunmehr
gelangen, ist als Wärmeaustauscher ausgebildet. Die Gase durchströmen die Rohre
26, die zwischen Rohrböden 28 und 29 eingesetzt sind, von unten nach oben, werden
dabei von dem Kühlwasser, das bei 30 einströmt und bei 31 abgeleitet wird,
indirekt gekühlt und strömen etwas oberhalb des Wassertaupunktes über den Krümmer
32 ab. Über die Düsen 6o kann in die Gase auch noch Öl eingespritzt werden, das
als zusätzliches direktes Kühlmittel wirkt. Das sich in der Leitung 32 ansammelnde
Kondensat wird .dem Behälter 34 zugeleitet. Dem gleichen Behälter wird die Kondensatmenge
zugeführt, die sich in dem anschließenden elektrischen Scheider 33 aus den Gasen
ausscheidet.
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Zur Entfernung von Ammoniak werden die Gase nunmehr bei einer Temperatur,
die zwischen 8o und ioo° C liegt, durch den Sättiger 35, 36, 37, 38 geleitet, der
in bekannter Weise mit konzentrierter Schwefelsäure beschickt wird. In dem anschließenden
Kondensator 4o werden die durch die Leitung 39 eingeleiteten
Gase
nunmehr mit direkt eingespritztem Wasser gekühlt, so daß sich die leichteren Öle
(Karbolöle) ausscheiden. Sie werden in dem Behälter 43 aufgesammelt. Die Restgase
werden von dem Exhaustor 47 angesaugt und nach erneuter Kühlung in einem Kühler
61 der Benzolwascheinrichtung 41 zugeleitet, wo mit Hilfe von durch die Rohre 44
und q4.' eintretendem Waschöl Benzoldämpfe herausgewaschen werden.
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Die Einrichtung nach Abb. 5 entspricht im wesentlichen der nach Abb.
i, doch werden hier die den Pechscheider io verlassenden heißen gereinigten Gase
in einer einzigen Kühlstufe bis auf 25 bis 30° C abgekühlt. Diese Kühlung und Kondensation
erfolgt in dem mit direkter Wassereinspritzung arbeitenden Kühler 135. Das Kondensat
gelangt in einen Sammelbehälter 126 und kann mit den Kondensatanteilen vereinigt
werden, die sich in den Leitungsteilen vor und hinter dem Kondensator 135 bilden
und in den Behältern 127 und 128 aufgesammelt werden. Die Ammoniakgewinnung
und die Benzolwäsche erfolgen anschließend in bekannter Weise bei niedriger Temperatur.
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Eine ähnlich arbeitende Einrichtung ist in den Abb. 6 und 7 veranschaulicht.
Auch hier erfolgt die Absorption des Ammoniaks bei tiefer Temperatur, die Kühlung
und Kondensation der von dem elektrischen Pechabscheider io abgegebenen Öldämpfe
erfolgt aber in zwei unmittelbar folgenden Stufen, nämlich in dem indirekt, durch
Wärmeaustausch mit Kühlwasser wirkenden Kondensator 2o7, der mit dem Vorratsbehälter
222 verbunden ist, und durch den mit direkter Kühlmitteleinspritzung arbeitenden
Kondensator Zog. Dieser steht über den Scheidebehälter 224 mit dem Vorratsbehälter
225 für Ammoniakwasser und mit dem Vorratsbehälter 226 für Karbolöl in Verbindung.