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Verfahren zur stetigen Trennung von Teeren Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zur stetigen Trennung von Teeren, insbesondere Steinkohlen-Hochtemperaturteeren
oder auch Steinkohlenschwelteeren, durch fraktionierende Destillation, wobei die
Trennung einerseits zu Pech, andererseits zu den flüchtigen Teerprodukten einschließlich
des Anthracenöls beim Steinkohlen-Hochtemperaturteer oder entsprechender Öle bei
anderen Teeren vorgenommen wird.
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Es ist bekannt, daß praktisch die Aufarbeitung von Teeren, insbesondere
Steinkohlenteer, durch diskontinuierliche (absatzweise) Destillation aus Retorten
mit oder ohne Anwendung von Kolonnen, vorzugsweise unter Anwendung von Vakuum durchgeführt
wird, wohingegen eine Reihe von Vorschlägen bekannt ist, ein kontinuierliches (stetiges)
Verfahren durchzuführen, z. B. (wie aus der Zeitschrift »Glückauf« 1936,
S. 184 bis 188 zu ersehen ist) unter Benutzung von eingeblasenem Wasserdampf
oder unter Verwendung von mit Wasserdampf betriebenen Abstreifern (stripper) zwecks
schärferer Trennung der Fraktion. Das Arbeiten mit Wasserdampf hat zunächst den
Nachteil, daß ein zusätzlicher Wärmeaufwand für die Verdampfung des Wassers notwendig
ist und daß dieser Dampf nach der Destillation wieder abgeschieden werden muß. Das
ist in vielen Fällen nicht ohne weiteres möglich und gelingt z. B. bei Teerölen
nicht ohne Emulsionsbildung. Das
Arbeiten mit Wasser führt auch
noch andere Cbelstände herbei. nämlich die Lösung an sich wertvoller wasserlöslicher
Bestandteile des Teeres, wie z. B. Phenol, die dann aus dem wäßrigen Destillat durch
eine zusätzliche Aufarbeitung wiedergewonnen werden müssen.
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Es sind auch mit und ohne Wasserdampf und sonstige Hilfsmittel arbeitende
kontinuierliche Vakuumverfahren vorgeschlagen worden, die iedoch den -Nachteil der
stufenweisen oder mehrmaligen Erhitzung aufweisen, so daß ein erhöhter Wärmeverbrauch
sich als Nachteil ergibt, abgesehen von der Umständlichkeit dieser stufenweisen
oder mehrmaligen Erhitzung. Erwähnt sei beispielsweise die USA.-Patentschrift N
r. 2 107 156. nach der allerdings nicht Teere, sondern gefoppte Rohöle aufgearbeitet
werden sollen.
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Infolge der den bekannten stetigen Verfahren anhaftenden Nachteile
sind, wie eingangs erwähnt, praktisch die diskontinuierlichen Verfahren nach wie
vor in Gebrauch; die jedoch, trotz ihrer Vorteile, nicht unerhebliche liängel aufweisen,
wie jedem Fachmann bekannt ist, weshalb ja die Bemühungen bestanden. brauchbare
kontinuierliche Verfahren zu entwickeln.
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Die Erfindung weist nun einen Weg. die den bisherigen Vorschlägen
für stetiges Arbeiten anhaftenden Übelstände zu vermeiden. -Nach der Erfindung wird
vorgeschlagen, zur Trennung von Teeren in Pech einerseits und in Fraktionen getrennte
Destillate andererseits den Teer zunächst in einem Durchlauferhitzer unter einem
die Verdampfung ausschließenden Überdruck aufzuheizen und ihn dann auf einen unter
ioo mm Hg abs. liegenden Druck unter Spontanverdampfung zu entspannen, wobei alle
v erdampfbaren Bestandteile einschließlich Anthracenöl bzw. diesem äquivalente Öle
bis auf das Pech von diesem getrennt und aus dem Öldampfgemisch rektifiziert werden
können, wenn dafür gesorgt wird, daß die Spanne zwischen dem Überdruck, der eine
Verdampfung praktisch ausschließt, und dem Entspannungdruck, der weniger als ioo
min H- abs. betragen soll, verhältnismäßig groß ist.
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Bei einem solchen Vorgehen können Teere auf einfache Weise ohne umständliche
und Kosten verursachende stufenweise oder mehrmalige Erhitzung und ohne erhöhten
Wärmeaufwand für Wasserdampf oder Abstreifer und ohne Zutagetreten anderer Nachteile
in ausgezeichneter Weise fraktioniert werden, wobei eine scharfe Trennung von dem
Rückstand, z. B. Weichpech, Normalpech oder Hartpech, sichergestellt ist. Aber auch
eine scharfe Rektifizierung des verdampften Anteils in nachgeschalteten Kolonnen
ist möglich, wenn nach dem Verfahren der Erfindung die im Durchlauferhitzer zugeführte
Wärmeinenge ausreichend gewählt wird. Aus dein logarithmischen Verlauf der Dampidrucktemperaturkurven
der Kohlen-,vasserstotte ist zu entnehmen. daß eine Drucksenkung im Gebiet des Atmosphärendruckes
nur eine geringe Verminderung der Siedetemperatur zur Folge hat, während im Gebiet
geringen absoluten Druckes (unter ioo mm H- abs.) bei gleicher Drucksenkung vielfach
größere Temperatursenkungen auftreten. Es ergibt sich aus dieser Tatsache, daß es
wesentlich ist, nicht nur am Kopf einer Rektifizierkolonne ein hohes Vakuum herrschen
zu lassen, d: h. am Ende des von den Dämpfen in der Destillationsapparatur zurückzulegenden
Weges, sondern das gesamte Druckgefälle in der Destillierapparatur in den Bereich
geringerer Drucke zu legen, z. B. zwischen ioo und 5o mm H- abs. oder zwischen ,^>
und 35 mm H- abs. .
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Wird jedoch dafür gesorgt. daß das gesamte Druckgefälle in der Destillierapparatur
in den Bereich niedrigen abs. Druckes verlegt wird, so ist auch bei absolut geringem.
relativ zum Gesamtdruck aber großem Druckgefälle das Temperaturgefälle in der oder
den Kolonnen beträchtlich und größer als es dem zwischen Fuß und Kopf der Kolonne
verschiedenen Stoffgemisch entspricht.
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Dieses beträchtliche Temperaturgefälle verbessert den Wärme- und Stoffaustausch
in der Kolonne, so daß mit sehr geringen Rücklaufverhältnissen auszukommen ist.
Auch die praktisch unvermeidlichen Wärmeverluste längs der Kolonne, die sonst bei
geringen Rücklaufverhältnissen sehr störend sind, fallen bei dem niedrigen Druckbereich
und der erniedrigten Temperatur nicht mehr ins Gewicht. Das große Temperaturgefälle
längs der Rektifizierkolonne bietet genügend Spielraum zti regelndem Eingreifen.
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Es werden also auf diese Weise die bisherigen Übelstände aus der Welt
geschafft und Vorteile erzielt, insbesondere dann, wenn mit verhältnismäßig niedrigen
Rücklaufverhältnissen gearbeitet wird.
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Es wurde nämlich durch Versuche festgestellt, daß bei Verlegung des
gesamten Druckgefälles in den Bereich unter ioo mm Hg abs. und entsprechenden Temperaturgefällen
mit sehr niedrigen RückIatifverliältnissen. und zwar vorzugsweise unter i : i. gearbeitet
werden kann, wobei der dem mengenmäßigen Anteil einer Fraktion entsprechende Rückfluß
schon ausreicht. um in der Fraktion einen oder mehrere oder entsprechende Stoffe
praktisch quantitativ anzureichern.
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-Nach der Erfindung wird also einem Teer unter Druck eine Wärmemenge
einverleibt. die bei einem Entspannen auf einen unter
roo mm Hg
abs. liegenden Druck hinreicht, um den zu verdampfenden Anteil in Dampfform zu bringen
und eine scharfe Trennung zwischen diesem Anteil und dem Rückstand herbeizuführen,
ohne daß dieser Rückstand durch die von ihm aufgenommene und wieder abgegebene Wärmemenge
ungünstig verändert wird, wobei zweckmäßig in einer oder mehreren hintereinandergeschalteten
Kolonnen die Rektifizierung des verdampften Anteils mit einem geringen Kolonnenrücklauf
vorgenommen wird.
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Man kann z. B. direkt aus einem Steinkohlenteer eine Karbolölfraktion
gewinnen, in der das im Teer enthaltene Phenol praktisch vollständig enthalten ist,
eine Naphthalinölfraktion, die fast nur aus Naphthalin besteht und innerhalb i5°
siedet, eine Waschölfraktion, die ausscheidungsfrei ist usw. Der Wärmeaufwand ist
außerordentlich niedrig, da nur eine einmalige Verdampfung sämtlicher im Teer vorhandenen
abzutrennenden Öle stattfindet und der Rückfluß durch einmalige Kondensation dieser
Öldämpfe erzeugt wird.
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Die einmalige Erhitzung des Teeres wird in einem Durchlauferhitzer,
z. B. in einem an sich bekannten Röhrenerhitzer vorgenommen, und zwar bei so geringen
Temperaturen, wie sie bei keinem anderen Verfahren zur vollständigen Destillation
des Teeres genügen.
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Die Erhitzung ist von kürzester Dauer. Das Verfahren hat also eine
bisher noch nicht erreichte Schonung des Teeres hinsichtlich seiner Temperaturbeanspruchung
zur Folge.
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Das Verfahren ermöglicht auch zur Entfernung von Spuren an Stoffen,
die in den einzelnen Fraktionen nicht erwünscht sind, eine zusätzliche Erhitzung
am Fuße der einzelnen Kolonnen, z. B. durch Umlauferhitzer, vorzunehmen. Diese Umlauferhitzer
können in besonders einfacher Weise mit verhältnismäßig niedrig gespanntem Wasserdampf
(unter 12- atü) indirekt beheizt werden, da infolge des hohen Vakuums genügend Temperaturgefälle
zur Verfügung steht.
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In der Zeichnung ist eine Anlage und das Arbeiten mit dieser Anlage
schematisch dargestellt.
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A ist ein Röhrenofen bekannter Bauart, B eine Trennsäule, während
C,-C, Füllkörpersäulen mit den Dephlegmatoren DI- D3, den Kühlern E-E3, den Ablaufgefäßen
F-F4 und den Auffangkesseln G-G4 darstellen.
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Das zu destillierende Gut wird aus dem Vorratsbehälter H mit
Hilfe der Pumpe I
durch den Röhrenofen A über ein Ventil
K in die Trennkolonne B gepumpt. Mit Hilfe des Ventils K wird im Röhrenofen
A ein überdruck von mehreren Atmosphären gehalten, um eine Trennung des Ausgangsmaterials
in Dämpfe und Flüssigkeiten während des Erhitzens soweit wie möglich zu unterbinden.
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Das aufgeheizte Material tritt unterhalb der Mitte in die Trennsäule
B, in der überlaufböden, Siebböden, Prallbleche o. dgl. angeordnet sind, ein. Die
Trennsäule B sowie die nachgeschalteten Kolonnen C,-c3 werden unter Unterdruck gehalten;
die Vakuumleitung ist an dem Luttertopf L hinter dem Kühler E3 angeschlossen.
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In der Trennkolonne muß erfindungsgemäß ein Druck von höchstens roo
mm Hg abs. herrschen. Bei diesem Druck wird das über das Ventil K eingeführte, auf
die Trenntemperatur aufgeheizteGemisch entspannt und bis auf den gewünschten Rückstand,
z. B. Pech, verdampft. Der Rückstand fließt durch die Leitung .!/I in die
Vorlage F. Die Vorlage ist dabei um die barometrische Höhe unterhalb des Fußes der
Trennsäule B angeordnet, so daß die Abflußleitung M während des Betriebes mit Rückstand
gefüllt bleibt. Aus dem Behälter G wird der Rückstand in bekannter Weise mit Hilfe
der Pumpe N, gegebenenfalls über Wärmeaustauscher O, die zur Vorwärmung des Ausgangsmaterials
dienen können, zur Verwendungsstelle befördert.
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Die Dämpfe treten aus 'der Trennsäule B über die Leitung P1 in die
mit Füllkörpern gefüllte Fraktionierkolonne Cl an deren Fuß ein. Der Dephlegmator
Dl erzeugt in der Kolonne einen Rücklauf, so daß die schwersiedenden Teile, z. B.
das Anthracenöl, aus der Kolonne über den Nachkühler E in die Vorlage F1 fließen.
Die Vorlage F1 steht wieder um die barometrische Höhe unterhalb des Fußes der Kolonne
Cl, so daß die Fraktion aus F1 über den Durchflußmesser-Q, frei in den Lagerbehälter
G1 ausfließen kann.
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Die restlichen Dämpfe treten aus der Kolonne Cl über den Dephlegmator
D1 und die Rohrleitung P2 am Fuß der Kolonne C2 in diese ein und werden hier in
gleicher Weise wie,in.der Kolonne C1 mit Hilfe des Dephlegmators D2 in einen schwersiedenden
Anteil und Restdämpfe zerlegt. Der Rücklauf wird so eingestellt, daß die am Fuß
der Kolonne über den Kühler Ei und das Fallgefäß F2 mit dem Durchflußmesser Q2 in
den Behälter G2 abfließende Flüssigkeit eine bestimmte Zusammensetzung hat, z. B.
Solvayöl darstellt. Gegebenenfalls kann ein Teil des Rücklaufs mittels eines Umlauferhitzers
nachverdampft werden. Die restlichen Dämpfe aus der Kolonne C2 werden über den Dephlegmator
D2 und die Leitung P3 in die Kolonne C3 eingeführt. Der schwersiedende Teil, z.
B. Naphthalinöl, wird wieder am Fuße der Kolonne über das Fallgefäß F3 und den Durchflußmesser
Q3 in den Behälter G3 abgeführt, während man durch einen Umlauferhitzer
gegebenenfalls
Wärmeverluste ausgleicht. Die über den Dephlegmator D, abziehenden Dämpfe werden
gegebenenfalls einer folgenden Kolonne zur weiteren Trennung zugeführt oder über
einen Schlußkühler L." das Fallgefäß F4 und den Durchflußmesser O4 als Endfraktion.
z. B. Carbolöl. dem Behälter G4 zugeleitet.
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In der Leitung zwischen Schlußkühler und Fallgefäß wird ein Luttertopf
L angeordnet. von dem die Vakuumleitung über einen oder mehrere Vakuumwäscher S
mit den Ablaufbehältern T für die Waschflüssigkeit sowie über die Vakuumvorlagen
L' zu den Vakuumpumpen b" führt.
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Die in den Auffangbehältern Gi-G4 ge@ainmelten Fraktionen werden mit
Hilfe der Pumpen b@'1-II'4 zur Verwendungsstelle geschafft, während eine oder mehrere
Pumpen die Waschflüssigkeit der Vakuumwäscher in Umlauf halten.
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Durch die Vakuumwäsche wird sichergestellt, daß die Vakuumleitung
von unerwünschten Stoffen freigehalten wird. Es werden dadurch die im Schlußkühler
nicht kondensierten Anteile der leichtest siedenden Fraktionen aufgefangen.
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Bei der Destillation von Teeren z. B. wird durch eine Vakuumwäsche
unter Benutzung eines bestimmten Teeröles ein beträchtlicher Teil der Phenole zurückgehalten.
und auch leicht sublimierendes Naphthalin, das die stetige Destillation unter Vakuum
infolge Ansetzung in den Vakuumleitungen außerordentlich erschwerte und sogar unmöglich
machte. wird durch eine geeignete Teerölwäsche unschädlich gemacht.
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Als Vorteil bei dem Vorgehen nach der Erfindung ist weiter zu erwähnen,
daß die Störungen der Destillation durch Schäumen, die bestimmte Fraktionierverfahren
unmöglich machen. nach der Erfindung nicht vorhanden sind, da in einer Trennkolonne
das gesamte Ausgangsgemisch einerseits in einen flüssigen Rückstand und andererseits
in die zu rektifizierenden Dämpfe zerlegt wird. wobei durch entsprechende Bemessung
der Trennkolonne ohne weitere: dafür gesort werden kann, daß die Schaumbildung nicht
zu Störungen Anlaß gibt.