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Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung von Benzin Bei der auf
mannigfachen Wegen möglichen Gewinnung von Kohlenwasserstoffgemischen verhältnismäßig
niedriger Siedebereiche, deren Bestandteile bei gewöhnlicher Temperatur und Atmosphärendruck
teils flüssig, teils gasdampfförmig sind, fallen meistens solche benzinartigen Roherzeugnisse
an, welche einer besonderen sogenannten Stabilisierung, d. h. einer Zerlegung in
die normalerweise flüssigen Bestandteile, eigentliches Benzin, und in die normalerweise
gasdampfförmigen Anteile bedürfen. In der Regel werden dabei der Benzinfraktion
hauptsächlich die C5 und höheren Kohlenwasserstoffe zugeteilt, während fast alle
niedrigeren, insbesondere die C3- und C4 Kohlenwasserstoffe als flüchtiges Destillat,
meist mit dem Sammelnamen Gasol oder Flüssiggas, abgetrennt und gewonnen werden.
Diese Stabilisierung muß in Fraktionierkolonnen unter wesentlich höherem als atmosphärischem
Druck durchgeführt werden, weil das flüchtig übergegangene Destillat, das Gemisch
der normalerweise gasdampfförmigen niedrigstsiedenden Kohlenwasserstoffe nebst Restgasen
unter dem Betriebsdruck der Kolonne in einem nachgeschalteten Verdichtungskühler
bei der darin erzielbaren tiefsten Temperatur unter hoher Ausbeute verflüssigt werden
muß, um ein handhabungsfähiges Erzeugnis und außerdem einen für den Kolonnenbetrieb
notwendigen flüssigen Rücklauf zu
erhalten. Dabei richtet sich die
Höhe des Verdichtungsdrucks im Kühler in erster Linie nach der Stoffart und vor
allem der Anteilmenge des oder der niedrigstsiedenden Nutzbestandteile und Restgasmengen,
weiterhin nach der im Kühler erreichbaren tiefsten Temperatur.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung von Benzin,
bei dem die leichter flüchtigen, gasdampfförmig abzutrennenden Bestandteile außer
C3 und C4 Kohlenwasserstoffen als wesentlich in Betracht kommende niedrigstsiedende
Anteile beachtliche Mengen an C2 Kohlenwasserstoffen, dagegen an dem noch niedriger
siedenden C,-Kohlenwasserstoff Methan und an Restgasen nur unerheblich wenig enthalten;
rektifizierte Kohlenwasserstoffgemische dieser Art in verflüssigter Form werden
z. B. unter dem Handelsnamen Ruhrgasol verstanden. Die erfinderische Erkenntnis
liegt darin, daß die Stabilisierung von Rohbenzinen dieses Charakters mit wesentlichen
Vorteilen zustande gebracht werden kann, wenn man die Verdichtungskühlung des Destillats
unter Zuhilfenahme eines Tiefkühlmittels durchführt, weil dann der notwendige Betriebsdruck
im Kühler und ebenso natürlich auch in der Kolonne auf einem solchen nach oben beschränkten
Maß gehalten werden kann, daß die sich daraus ergebende höchste Temperatur der Kolonne
in ihrem unteren Teil das mittelbare Beheizen durch Heizdampf, also unter Vermeidung
einer Befeuerung etwa bei Anwendung von Röhrenerhitzern möglich macht. Demgemäß
ist das Verfahren der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung des Unterteils
der Stabilisierkolonne mittelbar durch Heizdampf und die Verdichtung und Kühlung
des Destillats unter Zuhilfenahme eines Tiefkühlmittels durchgeführt wird. Nach
einem weiteren Erfindungsmerkmal kann dabei das verflüssigte Destillat mit der ihm
durch die Tiefkühlung erteilten niedrigen Temperatur auf den Kopf der Stabilisierkolonne
als Rücklauf aufgegeben werden.
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Die Vorteile dieses Verfahrens liegen hauptsächlich in der Mäßigung
sowohl des Betriebsdrucks als auch der höchsten vorkommenden Betriebstemperatur
der Kolonne begründet. Da die im Destillatkühler zu verdichtenden Kohlenwasserstoffe
bei atmosphärischem Druck allesamt mehr oder weniger unterhalb der gewöhnlichen,
mit normalem Kühlwasser erreichbaren Temperatur, z. B. schon der wenigst flüchtige
C4 Kohlenwasserstoff Butan in der Nähe von o°, die C3- und erst recht die C2 Kohlenwasserstoffe
noch wesentlich tiefer sieden, so bedeuten in diesem verhältnismäßig tiefliegenden
Temperaturbereich schon wenige Grade Temperaturerhöhung eine erhebliche Erhöhung
des Sättigungsdrucks des Gemisches, der natürlich durch den Kühlerdruck übertroffen
werden muß, oder umgekehrt ausgedrückt: Schon eine mäßige Herabsetzung der Tiefsttemperatur
im Kühler, etwa auf die mäßig tiefe Lage von -I- 5° C, ergibt bereits eine wesentliche
Herabsetzung des notwendigen Verdichtungsdrucks und damit des gleich hohen Betriebsdrucks
in der Kolonne. Dies wirkt sich aber auch in entsprechend günstigem Sinne und Maße
auf die Niedrighaltung der höchsten Betriebstemperatur der Kolonne aus, die durch
ihre Beheizung geschafft werden muß. Infolgedessen ist es durch die Anwendung von
Tiefkühlmitteln bei der Verdichtungskühlung des Destillats zugleich möglich, für
die Beheizung der Kolonne mit den durch gespannten Heizdampf erzielbaren Beheizungstemperaturen
auszukommen. Dies bedeutet aber eine erhebliche Vereinfachung des Betriebs und Verbilligung
der Gesamteinrichtung, weil dadurch einbesonderer, befeuerter Röhrenerhitzer, der
allein höhere Beheizungstemperaturen gewährleistet, erspart wird, dagegen als Heizmittel
normaler gespannter Heizdampf, der am Orte solcher Anlagen meistens ohnehin schon
verfügbar ist, verwendet und demgemäß ein Dampferhitzer benutzt werden kann, der
im Bau und Betrieb viel einfacher und billiger ist.
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Das zu den Erfindungsmerkmalen gehörende Aufgeben des aus dem verflüssigten
Destillat abzunehmenden Rücklaufs auf den Kopf der Stabilisierkolonne mit der ihm
durch die Tiefkühlung erteilten niedrigen Temperatur hält auch die Betriebstemperatur
am Kopf der Kolonne entsprechend niedrig, verbessert durch die hiermit verstärkte
Dephlegmation in den oberen Partien der Kolonne die Zerlegungswirkung, verringert
dadurch die aufzugebende Rücklaufmenge und entsprechend natürlich die etwa gleich
große Dämpfemenge, die im Unterteil der Kolonne unter Wärmeaufwand durch die dortige
Beheizung und Wiederaufkochung immer neu verflüchtigt werden muß. Dadurch wird aber
auch wiederum sowohl der im ganzen notwendige Wärmeaufwand verringert als auch die
sich im unteren Teil der Kolonne einstellende Betriebstemperatur, die durch die
dortige Beheizung aufrechterhalten wird, gemäßigt. Hier zeigt sich weiterhin eine
sehr vorteilhafte Auswirkung der im Verdichtungskühler anzuwendenden Tiefkühlung
auf den Betrieb der Kolonne selbst und ihres Dampferhitzers.
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Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens und der Einrichtung nach der
Erfindung wird durch die Zeichnung in einer schematisch gehaltenen Aufrißansicht
erläutert.
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Es bedeutet i eine Stabilisierkolonne mit einem an ihrem unteren Teil
angeschlossenen Dampferhitzer 2 und mit einem in ihren Ablauf eingeschalteten Rückstandskühler
3, an den sich der Rückstandskühler q. anschließt, ferner 5 und 6 zwei Verdichtungskühler
für die Destillatdämpfe und 7 einen Druckbehälter für das flüssige und gekühlte
Destillat. Die Kolonne i, die zur Erzielung hoher Fraktionierschärfe beispielsweise
als eine Glockenkolonne mit einer großen Anzahl von Böden, nach der Zeichnung deren
vierunddreißig, anzunehmen ist, wird mit dem Ausgangsgut, dem zu stabilisierenden
Rohbenzin mittels der Druck- und Förderpumpe 8, die dieses Gut von der Anfallstelle
entnimmt, über die Druck- und Förderleitung 9, in der sich gegebenenfalls ein Druckminderungsventil
io befindet, etwa in Höhe des unteren Drittels der
Kolonne beschickt.
Dieses Ausgangsgut kann beispielsweise folgende "Zusammensetzung haben:
| C.- und höhere Kohlenwasser- |
| stoffe ................ 6o,3 Molprozent |
| C4 Kohlenwasserstoffe .... 6,4 - |
| C.- Kohlenwasserstoffe .... 2r,6 - |
| C.- Kohlenwasserstoffe .... 11,4 - |
| Cl-Kohlenwasserstoffe und |
| andere Gase ........... 0,3 - |
| ioo,o Molprozent. |
Damit in der Kolonne und in den anschließenden \Torrichtungen ein bestimmter Betriebsdruck
von ständig gleichbleibender, geeignet zu wählender Höhe aufrechterhalten werden
kann, ist der Destillatbehälter 7 an seiner, Kopfteil mit einer Entlüftungsrohrleitung
i i versehen, in die ein selbsttätig nach der Druckhöhe zu regelndes Entlüftungsventil12eingebaut
ist. Das zu destillierende Rohbenzin fließt durch die unterhalb seiner Aufgabestelle
angeordneten Kolonnenböden bis zu dem im Kolonnenfuß sich ansammelnden Flüssigkeitssumpf
1.4, dessenFlüssigkeitsmasse von demDampferhitzer 2 beheizt wird. Diese Vorrichtung
ist nach dem Zeichnungsbeispiel ein stehender .Röhrenerhitzer, der die Sumpfflüssigkeit
durch die Rohrleitung 13 empfängt und durch die Rohrleitung 15 in den Sumpf zurückführt;
der die Rohre umgebende Erhitzungsraum wird erfindungsgemäß mit Heizdampf beheizt,
der bei 17 zutritt und dessen Kondensat bei 16 abgeht. Die bei dieser Erhitzung
bzw. Wiederaufkochung entwickelten Dämpfe werden aus dem Kopfraum des Erhitzers
durch die Dämpfeleitung 18 in den Fußteil der Kolonne i eingeführt. Der Kolonnenrückstand
fließt aus dem Sumpf 14 durch die Abgangsrohrleitung i9 zunächst durch den mit Kühlwasser
beschickten Röhrenkühler 3 und über die anschließende Rohrleitung mit dem druckhaltenden
Regelventil 2o, das von dem an den Kolonnensumpf angeschlossenen Höhenstandsregler
21 gesteuert wird, weiter in den Sammelbehälter ,4 hinein. Da diese Flüssigkeit
ein stabilisiertesBenzin ist, kann sie in diesemBehälter bei gewöhnlicher Temperatur
und Atmosphärendruck gespeichert werden.
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Die in der Kolonne i aus dem aufgegebenen Ausgangsgut durch die Beheizungswirkung
des Erhitzers 2 verflüchtigten Gase und Dämpfe steigen durch die ganze Kolonnenhöhe
bis zu ihrem Kopf hinauf und werden durch den hier über die Rohrleitung 22 aufgegebenen
kalten Rücklauf rektifiziert. Dieser Rücklauf wird aus dem im Druckbehälter 7 aufgesammelten
fertigen Destillaterzeugnis durch die Rohrleitung 23 mit dem Regelventil 24 von
der Förderpumpe 25 entnommen und über deren Druckleitung 22 auf den Kopf der Kolonne
i gefördert. Die rektifizierten Destillatdämpfe, welche im wesentlichen aus C2-,
C3- und C4-Kohlenwasserstoffen mit einer geringfügigen Beimengung von verschiedenerlei
stärker flüchtigen oder permanenten Gasen bestehen, werden durch die Dämpfeabgangsrohrleitung
26 zunächst durch den Röhrenkühler 5, der mit kaltem Kühlwasser beschickt wird,
und dann durch einen zweiten Röhrenkühler 6 geleitet, der mit einem Tiefkühlmittel
von niedriger Temperatur, etwa flüssigem, durch eine Kältemaschine beschafftem Ammoniak,
betrieben wird. Hierdurch wird das Destillat verdichtet, bis auf eine niedrige Endtemperatur,
beispielsweise -f- 5° C, herabgekühlt und in dem Druckbehälter 7 gesammelt, der
zur Vermeidung von unerwünschter Erwärmung gut wärmeisoliert ist. Mit der angegebenen
verhältnismäßig niedrig liegenden Temperatur wird ein regelbarer Teil dieses Destillats
über den geschilderten Weg 23, 25, 22 dem Kopf der Kolonne i zugeführt. Der übrigbleibende
Teil des Destillats wird aus dem Behälter 7 durch die Rohrleitung 26 mit dem druckhaltenden
Absperr-und Regelventil 27, das durch den Höhenstandsregler 28 gesteuert
wird, entfernt und nach einer Stelle abgeführt, wo es unter Druck gespeichert werden
kann. Es stellt ein sogenanntes Ruhrgasol dar, das zur Hauptsache aus C3- und C4
Kohlenwasserstoffen und zu einem beachtlichen Anteil aus C.-Kohlenwasserstoffen
besteht und das diese Stoffe in praktisch demselben Anteilverhältnis, wie sie in
dem Ausgangsgut enthalten waren, aufweist.
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Obgleich also dieses Gasol oder Flüssiggas durch seinen beträchtlichen
Anteil an C2-Kohlenwasserstoffen eine verhältnismäßig stark flüchtige Flüssigkeit
darstellt, genügt doch zur sicheren Verdichtung des Gas-Dampf-Gemisches, aus dem
es als Kondensat isoliert worden ist, wegen der hierbei im Kühler gehaltenen niedrigen
Temperatur ein Druck von etwa 15 atü, der für die in der Kolonne i durchzuführende
Stabilisierung bzw. Rektifikation als mäßig anzusprechen ist. Dieser Druck wird
in dem Behälter 7 durch das von einem Druckregler gesteuerte, in der Entlüftungsleitung
i i angeordnete Absperr- und Regelventil 12 aufrechterhalten. Am Kopf der Kolonne
i, an der Aufgabestelle des durch die Rohrleitung 22 herangeförderten Rücklaufs
herrscht infolge der niedrigen Temperatur desselben eine mäßige Temperatur von etwa
50° C. Am Fuß der Kolonne i beträgt die Temperatur des Flüssigkeitssumpfes 14 unter
den angegebenen Betriebsbedingungen etwa igo° C, ist also ebenfalls nicht übermäßig
hoch. Diese Temperatur kann durch die Anwendung von Heizdampf in dem Erhitzer 2,
wenn er einen Druck von etwa 16 bis 18 atü hat, was in neuzeitlichen Betrieben noch
als üblich anzusehen ist, bequem erzielt werden. Da dieses Heizmittel gesättigter
und kondensierender Wasserdampf und das zu beheizende Gut eine siedende Flüssigkeit
ist, so ist eine hochwirksame Wärmeübertragung bei Anwendung nur beschränkter Wärmeübertragungsflächen
möglich, zumal da durch die Art der Anordnung der wärmeaufnehmenden Flüssigkeitsmasse
14 zu dem Erhitzungsraum der Vorrichtung 2 eine ständige ungehemmte Umlaufströmung
der Flüssigkeit durch den Erhitzer hindurch stattfindet, welche die Wärmeübertragung
wesentlich erleichtert und verbessert.
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Die Benutzung der Erfindung ist in allen den Fällen vorteilhaft und
wertvoll, wo das zu stabilisierende Rohbenzin beachtliche Mengen an
C2
Kohlenwasserstoffen enthält, die in das von-ihm abzutrennende Kohlenwasserstoffgemisch,
das Gasol oder Flüssiggas, neben den C3 und C4 Kohlenwasserstoffen mit aufgenommen
werden sollen, weil dadurch dessen Dampfdruck bei den in Betracht kommenden Kühlungsendtemperaturen
gegenüber dem Fall gänzlichen oder weitgehenden Fehlens dieser flüchtigsten Bestandteile
merkbar stark erhöht wird.