DD201690A5 - Vorrichtung und verfahren zum pumpen einer heissen, erosion bewirkenden aufschlaemmung von kohleteilchen in einer aus kohleteilchen in einer aus kohle hergestellten, mit wasser nicht mischbaren fluessigkeit - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zum pumpen einer heissen, erosion bewirkenden aufschlaemmung von kohleteilchen in einer aus kohleteilchen in einer aus kohle hergestellten, mit wasser nicht mischbaren fluessigkeit Download PDFInfo
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Abstract
Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, durch Erreichen einer stabilen Stroemung der zu pumpenden Materialien heisse, Erosion bewirkende Aufschlaemmungen von Kohleteilchen in einer aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Fluessigkeit effektiv und kostensparend pumpen zu koennen. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Pumpen heisser, Erosion bewirkender Aufschlaemmungen von Kohleteilchen in aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Fluessigkeiten auf einen hoeheren Druck besteht in der Verwendung einer Treibfluessigkeit, die mit der Fluessigkeit der Aufschlaemmung mischbar ist. Die Anlage besteht aus einer Pumpe, einem gesteuerten Rueckschlagventil und einer Kammer zwischen und im Fluessigkeitsstrom mit der Pumpe und dem Rueckschlagventil durch eine erste und eine zweite Leitung. Die Pumpe uebt auf die Treibfluessigkeit Druck aus und damit auf die Aufschlaemmung durch einen Konzentrationsgradienten an Kohleteilchen innerhalb der Kammer, damit alternierend Aufschlaemmung unter Druck durch den Auslassstutzen des Rueckschlagventils abgegeben und Aufschlaemmung durch den Einlassstutzen des Rueckschlagventils angesaugt wird.
Description
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Vorrichtung und Verfahren zum Pumpen einer heißen,· Erosion bewirkenden Aufschlämmung τοπ Kohls tailciian in einer aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit
Diese Erfindung bezieht, sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Pumpen einer heißen, Erosion bewirkenden Aufschlämmung von Kohleteilchen in einer aus Kohle hergestellten,, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit.
Bei Kohleverflüssigungsprozessen müssen heiße, Erosion bewirkende Aufschläinmungen von Kohleteilchen in aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeiten gepumpt werden. Die Temperatur und die Erosionswirkung der Aufschlämmung ist für das Pumpensystem von Ha'chteil,. da die Pumpenmechanik dadurch schnell verschleißt oder zerstört wird. Schneller Verschleiß oder Beschädigung der Pumpe machen Unterbrechungen des - Prozesses notwendig und führen zu hohen Unterhaltungskosten«. Herkömmliche Vorrichtungen und Verfahren zum Pumpen von Erosion bewirkenden Aufschlämmungen, z.B. Erzaufschlämmungen oder Schmutzwasser,- arbeiten mit einem flüssigen Medium, das mit der Aufschlämmungsflüssigkeit nicht mischbar ist und durch den hin- und. hergehenden. Kolben einer Pumpe auf die Aufschlämmung wirkt. Z.B. wird in der US-PS 3 241 496 von Imani et al. ein System zum-Pumpen von Erosion bewirkenden Aufschlämmungen beschrieben, das aus einer Pumpvorrichtung mit gesteuertem Rückschlagventil und einer Ausdehnungskammer zwischen der Pumpe und dem Rückschlagventil, um die schleifenden Teilchen in der Aufschlämmung am Eintritt in die Pumpmechanik zu hindern, besteht. Die Vorrichtung von Imani et al. wird mit einem flüssigen Medium betrieben, dessen spezifisches Gewicht niedriger als
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das der Aufschlämmung- ist und.das sich. mit. der zu pumpenden Aufschlämmung weder.mischt noch sich in ihr auflöst oder mit ihr reagiert» Zwischen der Aufschlämmung und dem nicht mischbaren Medium wird- eine Grenzschicht gebildet,. Zusammen mit der Bildung der Grenzschicht in der Kammer wird eine Stabilisierungsvorrichtung verwendet.,, um eine horizontale Bewegung· der Schicht zu verhindern und damit eine Vermischung der Aufschlämmung mit dem flüssigen Medium auszuschließen· . .
Das. System von Imani. et al«, kann nicht zum. Pumpen von heißen, Erosion bewirkenden Aufschlämmungen von Kohleteliehen . in aas Kohle hergestellter, mit Wasser nicht mischbarer flüssigkeit zur Verwendung in Kohleverflüssigungsprozessen verwendet werden, da eine flüssigkeit, die. mit- der öligen-Aufschlämmung nicht mischbar, ist,, wie ein wäßriges Medium, ·ζ·Β· Wasser,- auf das System nachteilig wirken kann. Es ist z.B, nicht möglich, die Vermischung, von: Wasser und Kohleauf- . schlämmung zu verhindern, so daß Wasser in der Aufschlämmungsf lüssigkeit.. emulgiert wird«, Das Emulgieren von Wasser und Aufschlämmungsflüssigkeit würde einen unregelmäßigen lauf der Pumpe und sehr hohen Verschleiß und Beschädigungen der Pumpenmechanik wegen.der korrosiven und nichtschmierenden Eigenschaften der wäßrigen Flüssigkeit bewirken» Außerdem sieden-Plüssigkelten wie Wasser bei Kontakt mit der heißen Aufschlämmung,, die normalerweise bei einer Temperatur im Bereich von 250 bis 700 0F (121 bis 371 0C) verarbeitet wird, und führen dadurch zu Hohlräumen in der Pumpe und zum Schäumen»
Das Ziel der Erfindung besteht darin,, heiße, Erosion bewirkende Aufschlämmungen von Kohleteilchen in einer aus Kohle
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hergestellten,: mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit effektiv und kostensparend pumpen zu können.
Darlegung des Wesens der Erfindung -
Der Erfindung liegt.die Aufgabe zugrunde, eine stabile Strömung der zu pumpenden Materialien zn erreichen.
Es wurde nun gefunden,- daß die mit der Verwendung herkömmlicher Pumpensysteme für Aufschlämmungen von Kohleteilchen in aus Kohle hergestellten,, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeiten verbundenen Nachteile durch die "Verwendung einer Treibflüssigkeit, die mit der Flüssigkeit der Aufschlämmung mischbar ist, vermieden werden können» Die mischbare Treibflüssigkeit wirkt auf die Aufschlämmung durch einen Konzentrationsgradienten der Kohleteilchen und verhindert dadurch weitestgehend die Wanderung der Kohleteilchen zu der Pumpe hin, so daß die. Pumpe im wesentlichen von den schleifenden Kohleteilchen isoliert ist, ohne daß eine Treibflüssigkeit verwendet wird,- die den Kohleverflüssigungsprozeß und die Pumpmechanik nachteilig beeinflußt« Der Ausdruck "Kohleteilchen11, wie er hier verwendet wird, schließt die festen Stoffe ein, die üblicherweise in einer Aufschlämmung für einen Kohleverflüssigungsprozeß suspendiert sind, nämlich Einsatzkohle, nicht umgesetzte Kohle, Kohlemineralien (Asche) ebenso wie feste Katalysatorteilchen, die bei Kohleverflüssigungen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum. Pumpen heißer, Erosion bewirkender Aufschlämmungen von Kohleteilchen in aus Kohle hergestellter, mit Wasser nicht mischbarer Flüssigkeit auf höheren Druck zur Verfügung und wei-
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terhin-ein Pumpensystem und. ein gesteuertes Rückschlagventil mit Ein- und Auslaß-Stutzen'zur Steuerung des Ansaugens und des Ausstoßens der Aufschlämmung.- Weiterhin wird eine Verbind ungsk amme r in der Leitung für die Flüssigkeit zum Pumpsystem über eine erste Rohrleitung und über.eine zweite Rohrleitung zum Rückschlagventil vorgesehen... Die zweite. Rohrleitung und das. Rückschlagventil enthalten heiße,. Erosion bewirkende Aufschlämmung von Kohleteilchen in einer aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht, mischbaren Flüssigkeit, die gepumpt werden soll· Das Pumpsystem und die erste Rohrleitung enthalten eine Treibflüssigkeit.,, die eine aus Kohle hergestellte Flüssigkeit- darstellt, die mit der Flüssigkeit, der Aufschlämmung mischbar ist· In der Kammer wird ein Konzentrationsgradient der Kohleteilchen erzeugt, wobei dieser in Ausflußrichtung hinsichtlich. Dichte der Kohieteilchen, ansteigt, deho vom Pumpsystem weg und zum Rückschlagventil hin«
Die Treibflüssigkeit kann ihren Siedepunkt im Bereich von 175 0G bis.455 0C haben, vorzugsweise im Bereich, von 250 0C bis 455 0G. Bei der Vermischung mit der Aufschlämmung verdampft die Treibflüssigkeit nicht wesentlich·
Vorteilhaft weist die Kammer eine größere Querschnittsfläche auf als der erste Ieitungsabschnitt* Die Kammer enthält Strömungsstabilisierende Mittel, um eine Bewegung des Konzentrationsgradienten senkrecht zu der Strömung in der Kammer im wesentlichen zu verhindern«
Die Pumpe besteht aus Kolben und Zylinder, Sie ist mit einer Eingabeöffnung für die Treibflüssigkeit ausgestattet»
Der erste Leitungsabschnitt zwischen der Kammer und der Pumpe weist Vorrichtungen zur Kühlung auf» Die Vorrichtungen
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zur Kühlung sind indirekte Wärmeaustauscher.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Verfügung, durch das eine heiße,. Erosion bewirkende Aufschlämmting aus Kohleteilchen in einer aus Kohle hergestellten, mit. Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit von einem ersten, niedrigeren.auf einen zweiten, höheren Druck gepumpt wird. Die heiße, Erosion bewirkende Aufschlämmung wird durch einen Einlaß in der Zone des Rückschlagventils, bei einem ersten Druck und in ein Ende der Kaiinnerzone eingespeist» Eine Treibflüssigkeit übt auf die Aufschlämmung durch einen.Konsentrationsgradienten von Kohleteilchen einen Druck aus, so daß durch diesen Druck in der Kammerzone der.Einfluß in die Zone-des Rückschlagventils geschlossen wird, ein Auslaß aus der Zone des Bückschlagventils geöffnet wird und die Aufschlämmung unter höherem Druck aus dem Auslaß abgegeben wird. Der Konzentrationsgradient der Kohleteilchen weist in Sichtung auf den Auslaß eine allmählich ansteigende Dichte von Kohleteilchen auf, deh* von der Treibflüssigkeit weg und zur Zone des Rückschlagventils hin·. Die Treibflüssigkeit ist mit der aus Kohle hergestellten, mit 'Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit mischbar« Der Druck, der durch die Treibflüssigkeit auf die Aufschlämmung ausgeübt wird, wird unter den ersten Druck reduziert und dadurch der Auslaß der Zone des Rückschlagventils geschlossen, dafür der Einlaß der Zone des Rückschlagventils geöffnet und so durch den Einlaß weitere Aufschlämmung in die Zone des Rückschlagventils angesaugt.
Durch die Ausführung der Vorrichtung und die Durchführung des Verfahrens der Erfindung in dieser Art und Weise wirkt die Treibflüssigkeit über einen Konzentrationsgradienten und nicht über eine Grenzschicht· Da die Treibflüssigkeit in der Flüssigkeit der Aufschlämmung mischbar ist, wird eine
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etwa mit- der -Aufschlämmung vermischte Treibflüssigkeitanienge weder den Kohleverflüssigungsprozeß noch die Pumpmechanik nachteilig beeinflussen» Eine derartige Treibflüssigkeit wird weiterhin keinen unregelmäßigen Lauf der Pumpe bewirken, außerdem weder.Abnutzung noch Beschädigungen über das übliche Maß hinaus, da die mischbare Flüssigkeit nicht korrodierend aber dafür schmierend wirkt» Weiterhin wird eine solche mischbare.Treibflüssigkeit bevorzugt, die überwiegend- aromatisch ist, da sie den Betrieb weiter verbessert, indem sie haftende Ablagerungen in den Rohrleitungen verhindert oder diese auflöste Die zum Pumpen der Aufschlämmungen bevorzugtenTemperaturen bei'Kohleverflüssigungen,.z.B. 250 0P bis 700 0F (121 bis 371 0C), führen nicht dazu, daß die mischbaren Flüssigkeiten sieden und dadurch wird verhindert, daß sich in den Pumpen Hohlräume bilden oder die Aufschlämmung schäumt.. . .
Andere Vorteile und günstige Eigenschaften der Erfindung werden durch.die folgende detaillierte Beschreibung deutlich gemacht, die in.Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellte
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden« Die zugehörige Zeichnung ist eine schematische Darstellung eines Apparates zum Pumpen heißer, Erosion bewirkender Aufschlämmungen von Kohleteilchen in einer aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
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unter Bezugnahme auf-die Zeichnung_besteht die Torrichtung zum Pumpen einer heißen,. Erosion bewirkenden Aufschlämmung von Kohleteilchen in einer aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit von einem niedrigeren zn einem höheren Druck aus einer Pumpe 12, einem gesteuerten Rückschlagventil 14- und zwischen ihnen aus eljier-Ausdehnungskammer 16. Die Kammer. · 16 ist über eine erste Leitung 18 mit der Pumpe. 12 verbunden·»- Die Kammer 16 ist über die zweite Leitung 20 mit dem Rückschlagventil 14 verbunden·
Die Pumpe 12 stellt eine Kolbenpumpe mit hin- und hergehendem Kolben dar» Der Kolben 22 wird durch einen, geeigneten und herkömmlichen Antrieb. 26 in dem Zylinder 24 hin- und . herbewegte Der Zylinder 24 hat eine geeignete Dichtung 28, um eine, ausreichende Dichtung zwischen. Kolben 22 und Zylinder 24 .„herzustellen«. In den Zylinder 24 ist bei der Dichtung 28 eine Einlaßöffnung 30 vorgesehen, um wenn notwendig, saubere Treibflüssigkeit in den Apparat einzuspritzen.
Die erste Leitung 18 kann aus einer im wesentlichen horizontalen Sektion 32-und einer im wesentlichen vertikalen Sektion 34 bestehen. Die horizontale Sektion 32 kann·in Richtung_von der Pumpe 12 weg mit einem Anstieg von 2,54 cm pro 34,48 cm (1/2 Zoll ge foot) ansteigen, um den Anfahrprozeß zu erleichtern» indem Gas und die flüssige Füllung entlüftet werden· Diese Leitungen sind von nicht spezifizierter Länge, da diese von den Notwendigkeiten der Installation abhängig ist.
In der Nähe des Zusammenstoßes der Sektionen 32 und 34 der ersten Leitung ist ein Entlüftungs- und/oder probennahmeventil 36 vorgesehen»-Dieses Ventil kann dazu.benutzt werden, um aus der Flüssigkeit in der ersten Leitung 18 Proben zu
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entnehmen und- diese auf Verunreinigungen hin zu untersuchen, : und kann außerdem zur Druckentlastung im ersten Leitungsabschnitt 18 verY/endet werden«.
Weiterhin kann das. Ventil 36 zur Entlüftung während der Anfahrphase verwendet werden«. Wenn, die Menge an Kohleteilchen in dein ersten Leitungsabschnitt 18 zu groß wird,, kann durch die EingabeÖffnung 30 ein großer Überschuß an Treibflüssigkeit gegeben werden,, um die.Kohleteilchen aus dem Leitungsabschnitt 32 herauszuspülen, damit die Kohleteilchen nicht die Pumpmechanik 12 beschädigen· Durch das Ventil 36 wird überschüssige Treibflüssigkeit abgezogen und danach durch einen Separator gegeben, um Kohleteilchen von der Treibflüssigkeit zu trennen. Die gereinigte. Treibflüssigkeit kann durch die Eingabeöffnung 30 zur Wiederverwendung" zurückgeführt werden« .
Die Kammer 1-6 hat im allgemeinen Zylinderform und eine größere Querschnittsfläche als der erste Le it-ungs abschnitt 18, Die größere.Querschnittsfläche der Kammer To führt zu einer Verminderung vertikaler. Bewegung, die in solch einer Kammer notwendig ist» .Vorzugsweise ist die Kammer 16 in Bezug auf den-ersten Leitungsabschnitt 18 vertikal und axial ausgerichtet. In der Kammer 16 ist eine Strömungsstabilisierende An ordnung 38 eingebaut,, die aus einer Vielzahl von Eohren, Platten, Kippen, Prallblechen oder anderen geeigneten Mitteln besteht, um die Reynolds'sehe Zahl der Strömung in der Kammer 16 unter 2000 zu reduzieren und-sie auf einen Wert einzustellen,, der unter der Reynolds'sehen Zahl der Flüssigkeit, die durch die Leitungsabschnitte 18 und 20 fließt, liegt. Das führt zu einer glatten Oberfläche der Strömung und reduziert die Vermischung der flüssigkeiten im ersten Leitungsabschnitt 18 und im zweiten Leitungsabschnitt 20 auf ein Minimum· Da
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durch die Strömungsstabilisierenden Anordnungen 38 die Turbulenz der Strömung sehr klein gehalten wird,- wird die Wanderung Ton Kohleteilchen: in der Aufschlämmung in die saubere Flüssigkeit in der ersten Leitung 18'auf ein Minimum beschränkt· Der VoI mneninhalt der Zone mit den ströinungsstabilisierenden Anordnungen 38 ist wenigstens so groß wie die maximale Verdrängung der Pumpe 12 und ist vorzugsweise 2 biszehn mal so groß wie diese Verdrängung,,
Der zweite. Leitungsabschnitt 20 öffnet an einem Ende in den unteren Teil:, der Kammer i6und ist wesentlich kurzer als der erste Leitungsabschnitt 18» Das entgegengesetzte Ende des zweiten Leitungsabschnittes -20 öffnet sich in die Mitte des Rückschlagventils 14. üblicherweise hat die Leitung 20 einen größeren Querschnitt als die Leitung 18 aber einen kleineren Querschnitt als die Kammer 16„
Das Rückschlagventil 14 besteht aus einem Hohlkörper 40 mit einem Eingabestutzen 42 für Aufschlämmung mit relativ niedrigem Druck am unteren Ende und einem Auslaßstutzen 44 für Aufschlämmung mit relativ hohem Druck an seinem oberen Ende» Ein unteres Trennblech 46 ist.in der Fähe, aber oberhalb des Eingabestutζens 42 vorgesehen, das in der Mitte eine Öffnung 48 aufweist* In dem Hohlkörper 40 bewegt sich eine. Kugel 50 über der unteren Trennwand 46. Ihre Form ist dergestalt, daß sie beim. Auftreffen auf die Trennwand 46 die Öffnung 48 verschließt.. .In Analogie dazu ist in der Sähe von und unterhalb des Auslaßstutzens 44 ein oberes Trennblech 52 mit einer mittigen Öffnung 54 angebracht· Innerhalb des Körpers 40 oberhalb des oberen Trennbleches 52 befindet sich eine bewegliche Kugel 56 der Porm, daß sie der Öffnung 54 entspricht und in einer Stellung verschließt. Die Kugel 50 wird am
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Schließen der Öffnung 54 durch eine Platte oder ein Prallblech 51 zwischen den Trennblechen 4δ und 52 -gehindert.- Eine Platte oder ein Prallblech 57 zwischen dem Trennblech 52 und der Öffnung.44 hindert die Kugel 56 daran, die Öffnung 44 zu verschließen. Die Platten-51 und 57 behindern die Bewegungen der Kugeln 50 und 56, ohne jedoch den Fluß der Aufschlämmung· durch das Rückschlagventil 14 wesentlich zu. verschlechtern· Das Rückschlagventil 14 und der zweite Leitungsabschnitt 20 sind mit heißer*.Erosion bewirkender Aufschlämmung von Kohleteilchen in eimer aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit gefüllt, die in einen Kohleverflüssigungsprozeß gepumpt wird. Die Pumpe 12 und der erste Leitungsabschnitt 18 sind mit einer aus.Kon-, lenwasserstoffen bestehenden Treibflüssigkeit gefüllt, z„B. mit einer aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit, die mit der Flüssigkeit der Aufschlämmung mischbar ist. Die Treibflüssigkeit stellt vorzugsweise ein . Lösungsmittel mit einem Siedebereich dar, z.. B.. ein. solches, das im Bereich zwischen etwa 175 °C und etwa 455 0G siedet und bevorzugt solche mit einem Siedebereich zwischen etwa 25O0G und etwa. 455 0C. Eine Flüssigkeit mit einem so.lchen Siedebereich wird bei der Vermischung mit der heißen Aufschlämmung während des Pumpvorganges nicht wesentlich verdampfen« Das ist. ein wesentlicher Vorteil,, da ein Verdampfen der Treibflüssigkeit zu einem unregelmäßigen Lauf der Pumpe und einem Verlust an Pumpenleistung wegen notwendig werdender Verdichtung von Gasen bei jedem Umlauf führen würde. Folglich kann jede Treibflüssigkeit in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet-werden, die beim Vermischen mit der.heißen,-zu pumpenden Aufschlämmung nicht wesentlich verdampft. Weiterhin ist die Treibflüssigkeit vorzugsweise ein Kohlenwasserstoff, der überwiegend aromatisch ist» Durch die Verwendung von Aromaten als Treibflüssigkeit wird der Betrieb ·
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des Systems durch Auflösung oder Verhindern von haftenden Ablagerungen im System weiter verbessert..
In der „.Kammer 16 wird an der Strömungsstabilisierenden Anordnung 38 ein Konzentrationsgradient oder eine Diffusionszone 62 von Kohle teilchen gebildet* Der Konzentrationsgradient nimmt hinsichtlich der Konzentration, an Kohleteilchen von der Pumpe aus in Strömungsrichtung langsam ab (d.iu. in Richtung weg von der Pumpe 12 und zum Rückschlagventil 14 hin).
Der erste Leitungsabschnitt 18 kann zur. Verhinderung von Wärmeverlusten isoliert werden* Der horizontale Abschnitt 32 der leitung 18-kann gekühlt werden (zo B. durch einen.indirekten Wärmeaustauscher oder einen anderen Kühler 66)., um in der Pumpe 12 höhere Temperaturen zu vermeiden.. Die Kammer.16, der zweite Leitungsabschnitt 20 und das Rückschlagventil 14 . können auf geeignete. Weise .isoliert und erwärmt werden, z«. B* durch eine Leitung hochgespannten Dampfes, um die Aufschlämmung bei einer geeigneten. Temperatur und Viskosität zu halten» Geeignete.Temperaturanzeigegeräte können ebenfalls vorgesehen werden·
einen Kohleverflüssigungsprozeß werden pulverisierte Kohle und eine aus Kohle hergestellte,, mit Wasser nicht mischbare, durch Destillation zurückgeführte Flüssigkeit in einem Mischbehälter zu zurückgeführter Aufschlämmung.zugegeben und mit ihr-vermischt und ergeben dabei eine heiße, Erosion bewirkende Aufschlämmung der Kohleteilchen in der flüssigkeit. Diese Aufschlämmung wird mit einem ersten Druck durch die Leitung 64 zum Einlaßstutzen 42 des Rückschlagventils 14 transportiert.
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Während des Betriebes wird misciibare Treibflüssigkeit durch den Einlaß 30 am Kolbenende der Pumpe 12 in relativ kleinen ' Mengen eindosiert,, z· B* 1 - 10 Prozent des Aufschlämmungsflusses. Periodisch kann Treibflüssigkeit in größeren Mengen zugegeben werden, wenn es notwendig ist, die Anlage zu spülen« Heiße, Erosion bewirkende Aufschlämmung, die gepumpt werden soll, wird durch den Eingabestutzen 42 in das Bückschlagventil 14 eingespeist und ein Teil tritt in den zwei-, ten Leitungsabschnitt 20 ein»
Die Aufschlämmung wird durch den Ablaßstutzen 44 unter Druck mit Hilfe des hin- und hergehenden Kolbens 22 im Zylinder 24 ausgetragen* Wenn der Kolben 22 durch die Antriebsmechanik 26 nach rechts getrieben wird, wird ein positiver Druck, der größer als der Eingangsdruck der Aufschlämmung ist, auf die Treibflüssigkeit ausgeübt, die auf die Aufschlämmung durch den Konzentrationsgradienten 62 wirkt, der zwischen der Aufschlämmung und der Treibflüssigkeit-gebildet wird. Dieser Druck auf die.Aufschlämmung treibt, die Kugel 50 gegen die untere Trennwand 46 und schließt dadurch die Öffnung 43, so daß ein lachfließen durch den Einlaßstutzen 42 verhindert wird* Wenn ein derartiger Druck auf die Aufschlämmung ausgeübt wird, wird die obere Kugel 56 von der oberen Trennwand weg bewegt,· so daß durch die Öffnung 54 und den Auslaßstutzen 44 die Aufschlämmung- unter einem höheren Druck fließen kann» .
Beim Rückhub wird der Kolben 22 nach links bewegt, wie auf der Zeichnung dargestellt ist, durch die Wirkung des Antriebs 26 und erzeugt dabei in der Treibflüssigkeit einen verminderten oder Ansaugdruck» Dieser reduzierte oder Ansaugdruck wirkt über den Konzentrationsgradienten 62 und erzeugt dadurch in der Aufschlämmung einen-verminderten oder Ansaugdruck·
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Dieser reduzierte oder Ansaugdruck in der Aufschlämmung bewirkt, daß die obere Kugel 56 in das Trennblech 52 eingepaßt wird und die Öffnung 54 verschließt, daß durch den Ausgangsstutzen 44 keine Flüssigkeit nachfließen kann* Dieser reduzierte oder Ansaugdruck auf die Aufschlämmung führt weiterhin dazu, daß die untere Kugel. 50 von der unteren Trennwand 46 fortbewegt wird und auf diese Weise eine weitere Menge an Auf schläinmung durch den Eingabe stutz en 42 und die Öffnung 48 in das !Rückschlagventil 14 und den zweiten Leitungsabschnitt 20 fließen kann«, Sobald der Rückhub vollständig durchgeführt worden ist, wird der Arbeits- oder Druckhub wie oben dargestellt wiederholt«
Durch Verwendung einer Treibflüssigkeit, die mit der Flüssigkeit der Aufschlämmung mischbar ist, kann eine Aufschlämmung von Kohletelichen und einer aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit auf einen höheren Druck für ein Kohleverflüssigungsverfahren gepumpt werden, da die mischbare Treibflüssigkeit durch den Aufschlämmungsstrom mitgerissen werden kann, ohne den nachfolgenden Kohleverflüssigungsprozeß nachteilig zu beeinflussen« Wenn z,B·· eine nicht mischbare Treibflüssigkeit verwendet würde, d.h.· eine wäßrige Treibflüssigkeit, würde diese in der fließenden Aufschlämmung enmlgiert werden und außerdem unter den Bedingungen des Verfahrens verdampft werden und dabei Wasserdampf bilden» Dieser Wasserdampft würde den Wasserstoffρartialdruck des Systems reduzieren und erhöhte Kosten zur stärkeren Kompression des Wasserstoffs notwendig machen, um den Verlust an Wasserstoffpartialdruck im System zu kompensieren* Durch die Isolation der heißen, Erosion bewirkenden Aufschlämmung von der Pumpenmechanik 12 mit Hilfe der Treibflüssigkeit werden Temperatur und Erosionswirkung der Aufschlämmung die bewegten Teile der Pumpenmechanik 12 nicht beschädigen·
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Durch die Anordnung der Eingabeöffnung 30 für die Treibflüssigkeit in der Dichtung 28 der Pumpe 12 wird eine Strömung der Treibflüssigkeit in der Anlage erzeugt, die τοη der Pumpe weg gerichtet ist und außerdem Verluste an Treibflüssigkeit durch übergang in die Aufschlämmung ersetzt,. Eine weitere Eingabeöffnung- für Treibflüssigkeit kann-vorgesehen werden, wenn durch die Dichtung 28 nicht ausreichend Treiber., flüssigkeit einfließt. Dieser Zufluß bewirkt weiterhin, daß die heiße, Erosion bewirkende Aufschlämmung nicht in die Pumpe 12 eintreten oder sie beschädigen kann·. Die Treibflüssigkeit kann auch in die Sektionen 32 und 34 der leitung 18 eingespeist werden, sofern sie oberhalb des Konzentrationsgradienten 62 eingegeben wird (d.h.. in den Teil mit der reinen Treibflüssigkeit), wobei die Sektion 34 weniger bevorzugt ist. Die Zugabe der Treibflüssigkeit ist vorzugsweise ein begrenzter Strom bei vorgegebenem Druck, obwohl die Zu- gäbe auch aus einem Vorratsgefäß mit konstantem Druck oder ein vorgegebener Strom bei variablem Druck sein kann» Der bevorzugte,, vorgegebene Druck ist kleiner als der zweite oder Ausgangsdruck aber größer als der-erste oder Eingangs-(: .; druck der Aufschlämmting·.
Das Gesamtvolumen an Flüssigkeit, in den Leitungen 18 und 20 und in der Kammer 16 sollte wesentlich größer als die Verdrängung der Pumpe 12 sein, z,B. 1 bis 10 mal größer. Dieses Volumen sollte wegen etwaigen Verlustes in der Pumpenleistung begrenzt.sein, da diese proportional dem Produkt aus Gesamtvolumen und der Kompressibilität der Flüssigkeiten ist.
Obwohl, die Erfindung detailliert, und unter besonderer Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, können Veränderungen und Modifizierungen innerhalb des Geistes und des Umfanges der Erfindung, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, ausgeführt werden»
Claims (18)
- α 1 2 _15_59 218 1οBrfindungsanspruch1« Vorrichtung zum Pumpen einer heißen, Erosion bewirkenden Aufschlämmung von Kohle teilchen in einer aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit auf einen höheren Druck, gekennzeichnet dadurch, dai3 eine Pumpe ein Rückschlagventil, das von der Pumpe getrennt ist und Ein- und Auslaßstutzen aiii we ist, um das Ansangen und Ausstoßen der Aufschlämmung zu steuern, und eine Kammer in Durchfluß-Verbindung mit der Pumpe durch einen ersten Leitungsabschnitt und mit dem Rückschlagventil durch einen zweiten Leitungsabschnitt, wobei dieser zweite Leitungsabschnitt und das Rückschlagventil heiße, Erosion bewirkende Aufschlämmung enthalten, die aus Kohleteilchen in einer aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit besteht, vorgesehen sind, und die Pumpe und der erste Leitungsabschnitt eine Treibflüssigkeit enthalten, die mit der Flüssigkeit der Aufschlämmung mischbar ist, wobei ein Konzentrationsgradient von Kohleteilchen in der Kammer gebildet wird, der in der Strömung von der Pumpe weg eine ansteigende Konzentration von Kohleteilchen aufweist«
- 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit ein kohlenstoffhaltiges Material darstell
- 3. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit ein aus Kohle hergestelltes Material ist.4« Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit ein flüssiger Kohlenwasserstoff ist.
- 5. Vorrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit überwiegend aromatischer Natur ist.231441 2 -16- 27.1.8259 218 166, Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit im Bereich von 175 bis 455 0C siedet.
- 7. Vorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daßdie Sreibflüssigkeit im Bereich von 250 bis 455 0C siedet,8· Vorricht-ong nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit bei der Vermischung mit der Aufschlämmung nicht signifikant verdampft.
- 9. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kammer eine größere Querschnittsfläcne als der erste Lei.tungsabschnitt aufweist·
- 10. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kammer Strömungsstabilisierende Mittel enthält, um. eine Bewegung., des Konzentrationsgradienten senkrecht zu der Strömung in der Kammer im wesentlichen zu verhindern,11«. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Pumpe aus einem Kolben und einem Zylinder besteht.
- 12.Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Pumpe mit einer Eingabeöffnung für die Treibflüssigkeit ausgestattet ist*13· Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der erste leitungsabschnitt zwischen der Kammer und der Pumpe Vorrichtungen zur Kühlung aufweist»14« Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlvorrichtungen indirekte Wärmeaustauscher sind.A4 1 2L. *J l ** -* * -17 - 27-1.8259 218 16
- 15. Verfahren zum Pumpen einer heißen, Erosion bewirkenden Aufschlämmung aus Kohle teilchen in einer aus Kohle hergestellten,mit Wasser nicht mischbaren flüssigkeit von einem Ausgangsdruck auf einen zweiten, höheren Druck, gekennzeichnet dadurch, daß- die Aufschlämmung bei einem ersten Druck durch einen Eingabestutzen einer Zone des Rückschlagventils in ein Ende einer Kammerzone gegeben wird,- auf die Aufschlämmung mit Hilfe einer Treibflüssigkeit durch einen Konzentrationsgradienten von Kohle teilchen in der Kammerzone ein Druck ausgeübt wird, um die Einlaßöffnung rn der Zone des Rückschlagventils zu schließen, eine Auslaßöffnung in der Zone des Rückschlagventils zu öffnen und die Aufschlämmung aas dieser Auslaßöffnung unter einem zweiten, höheren Druck auszutragen, wobei der Konzentrationsgradient der Kohleteilchen in Strömungsrichtung eine langsam ansteigende Konzentration von Kohleteilchen aufweist, die Treibflüssigkeit mit der aus Kohle hergestellten, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit mischbar ist, und- der Druck, der auf die Aufschlämmung durch die Treibflüssigkeit ausgeübt wird,, unter den ersten Druck reduziert wird, um die Auslaßöffnung der Zone des Rückschlagventils zu. schließen, die Einlaßöffnung der Zone des Rückschlagventils zu öffnen und durch die Einlaßöffnung der Zone des Rückschlagventils weitere Aufschlämmung einzusaugen.»16, Verfahren nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit ein kohlenstoffhaltiges Material ist.17· Verfahren nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit eine aus Kohle hergestellte Flüssigkeit23144 1 2- 18 - 27.1.8259 218 16darstellt»
- 18. Verfahren nach Punkt 1.7,- gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit ein flüssiger Kohlenwasserstoff ist· :
- 19. Verfahren nach Punkt 18, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit im.wesentlichen aromatischer Uatur ist,20» Verfahren nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daßdie Treibflüssigkeit im Bereich von 175 bis 455 0C siedet,21· Verfahren nach Punkt 20, gekennzeichnet dadurch, daß die
det.die Treibflüssigkeit im Bereich von 250 bis 455 0G sie-. - 22. Verfahren nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit bei der Vermischung mit der Aufschlämmung nicht signifikant verdampft.23· Verfahren nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Kammer mit einer Strömungsstabilisierenden Zone ausgestattet ist, um in der durch sie hindurchströmenden Flüssigkeit möglichst wenig Turbulenzen zu erzeugen.24o Verfahren nach Punkt 23, gekennzeichnet dadurch, daß die Reynolds·sehe Zahl der durch die Kammerzone hind urchfließenden Flüssigkeit kleiner als 2000 ist und kleiner als die Reynolds*sehe Zahl der Strömungen, die in den Leitungen fließen, die an diese Kammer angeschlossen ist.-19- 27.1.8259 218 16
- 25. Verfahren nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur der heißen, Erosion bewirkenden Flüssigkeit im Bereich von 250 bis 700 0J1 liegt*
- 26. Verfahren nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß in einer Pumpzone auf die Treibflüssigkeit ein Druck ausgeübt wird,
- 27. Verfahren nach Punkt 26, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit kontinuierlich in die Pumpzone eingespeist wird»
- 28. Verfahren nach Punkt 26, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit zwischen der Pumpzone und der Kammerzone gekühlt wird,
- 29. Verfahren nach Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit durch einen indirekten Wärmeaustauscher gekühlt wird»
- 30. Verfahren nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit in Strömungsrichtung oberhalb der Kammerzone gekühlt wird.31· Verfahren nach Punkt 30, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibflüssigkeit durch einen indirekten Wärmeaustauscher gekühlt wird.Hierzu 1 Seite Zeichnungen
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