DD248291A1 - Verfahren und apparateschaltung zur druckverlustarmen gasabtrennung aus hochdruckfluessigkeiten vor drucktransmittern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Apparateschaltung zur druckverlustarmen Gasabtrennung aus Hochdruckfluessigkeiten, wie sie in mit hoeherem Druck betriebenen Prozessanlagen, z. B. der chemischen Industrie, in der Regel mit hohem Gasgehalt anfallen. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, die gashaltige Hochdruckfluessigkeit auf einen oder mehrere Druecke zu entlasten, die dabei anfallenden Gase und Daempfe getrennt abzufuehren und anschliessend die nunmehr entgaste Fluessigkeit wiederum mit hohem Druck Drucktransmittern zur Arbeitsleistung zuzufuehren. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass den Drucktransmittern auf der primaeren Hochdruckseite Zylinder vorgeschaltet werden, welchen die gashaltige Hochdruckfluessigkeit portionsweise zugefuehrt wird, die dann zwischenzeitlich zu Entgasungsbehaeltern mit unterschiedlichen frei waehlbarem Druckniveau zur Gasabgabe geoeffnet werden, wonach die Rueckschaltung des nunmehr mit entgaster Fluessigkeit gefuellten Zylinders auf die primaere Hochdruckseite der Drucktransmitter erfolgt.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Apparateschaltung zur druckverlustarmen Gasabtrennung aus Hochdruckflüssigkeiten, die eine weitere effektive Nutzung der Druckenergie dieser Flüssigkeiten in Drucktransmittern ermöglicht. Sie ist damit insbesondere dazu geeignet, die Effektivität der direkten Nutzung von in Hochdruckprozeßanlagen, ζ. Β. in der chemischen Industrie, anfallenden gasbeladenen flüssigen evtl. feststoffhaltigen Reaktionsprodukten zu erhöhen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In vielen Anlagen, z. B. der chemischen Industrie, werden Verarbeitungsprozesse unter hohem Druck durchgeführt, in deren Verlauf u. a. flüssige Reaktionsprodukte, welche feststoff haltig sein können, anfallen und die aus dem Reaktionssystem wieder auf Umgebungsdruck ausgeschleust werden müssen. Für bestimmte Anwendungsfäile wurden bereits Entspannungseinrichtungen entwickelt, um in hydraulischen Arbeitszylindern die zu entspannenden flüssigen Reaktionsprodukte als Antriebsmedium zu nutzen und zwar für die Förderung von frischem Einsatzprodukt in den Prozeß. So sind z. B. sog. „Entspannungsmaschinen" bekannt, um in Kupferlaugewäschen zur CO-Entfernung aus Gasen sowie in Gaswäschen von Kohlehydrieranlagen Kupferlauge bzw. Waschöl im Kreislauf zu fördern. Dies geschieht mittels zweier wechselseitig betriebener Arbeitszylinder, deren Kolbenstangen ins Freie geführt und nicht gekoppelt sind, wobei die Druckübersetzung direkt über die Kolben erfolgt. Damit können wie gefordert große Förderleistungen je Arbeitszylinder realisiert werden. Nachteilig sind die geringen erreichbaren Umschaltfrequenzen.

Die Anwendung von doppeltwirkenden hydraulischen Kolbenpumpen mit gekoppelten Kolbenstangen, die bei Bereitstellung einer gasfreien Flüssigkeit als Antriebsmedium mit hohen Frequenzen betrieben werden können, ist für die hier vorliegenden Einsatzbedingungen ökonomisch und betriebssicher nicht realisierbar und deshalb auch nicht bekannt.

In praktischen Anwendungsfällen werden die in Hochdruckprozeßanlagen anfallenden zu entspannenden Flüssigprodukte meist stark gashaltig sein, wodurch beim Entspannen eine Entgasung eintritt, die in ihrer Intensität und Menge unterschiedlich ist. In vielen Fällen wird auch beim Entspannen eine Teilverdampfung des Flüssigproduktes erfolgen. Beim Umschalten eines unter Hochdruck mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitszylinders auf einen niederen Druck wird nun eine endliche Zeit vergehen, bis die Druckentlastung auf diesen niederen Druck erfolgt ist.

Während dieser Zeit ist der Produktfördervorgang weitgehend unterbunden. Weiterhin muß bei der Rückschaltung des Arbeitszylinders auf Hochdruck gewährleistet sein, daß die im Arbeitszylinder unvermeidlich verbleibende Restflüssigkeit an zu entspannendem Produkt zu diesem Zeitpunkt blasenfrei vorliegt, um Kavitationserscheinungen zu vermeiden. Um auch unter diesen Bedingungen eine betriebssichere und, wie meist gefordert, kontinuierliche Produktförderung zu gewährleisten, ergeben sich letztlich Einschränkungen zur möglichen Umschaltfrequenz, wobei mindestens zwei Einrichtungen parallel betrieben werden müßten, was den apparativen Aufwand erhöht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die negativen Auswirkungen des in den Hochdruckflüssigkeiten enthaltenen Gases, z. B. bei Produkten der Kohlehydrierung, im Prozeß der Entspannungsenergienutzung ohne wesentliche Energieverluste auszuschalten und alle Gasanteile zu gewinnen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, den Prozeß der Entspannungsenergieausnutzung gashaltiger Hochdruckflüssigkeiten mit zugehöriger Apparateschaltung dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Abtrennung der Gase ohne wesentlichen Druckverlust und ohne Beeinträchtigung der Kontinuität erfolgt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Arbeitsverfahren und einer Apparateschaltung zur druckverlustarmen Gasabtrennung aus Hochdruckflüssigkeiten dadurch gelöst, daß die unter hohem Druck stehende gasbeladene Flüssigkeit, z. B. Waschflüssigkeit im Sumpf eines Hochdruckgaswaschers, in einer ersten Arbeitsphase in Teilmengen über eine Hochdruckleitung, mit gesteuerter Armatur einem zweckmäßigerweise stehend angeordneten Zylinder am Kopf nacheinander zugeführt und dabei im Zylinder anstehende in der vorhergehenden Arbeitsphase bei niederem Druck entgaste Flüssigkeit auf hohen Druck gebracht und mit hohem Druck über eine Rückschlagarmatur zur Arbeitsleistung Drucktransmittern zugeführt wird. Die Teilmenge ist so bemessen, daß keine gasbeladene Flüssigkeit über die Rückschlagarmatur durchschlägt. In einer folgenden zweiten Arbeitsphase wird nach Schließen der gesteuerten Armatur in der Hochdruckleitung eine gesteuerte Armatur in einer Niederdruckleitung zu einem unter niederem Druck stehenden Entgasungsbehälter geöffnet. Damit wird eine mehr oder weniger spontane Druckentlastung im Zylinder erfolgen, wobei aus der Lösung gehende Gase sowie bei diesem Druck verdampfende Flüssigkeitsanteile zum Entgasungsbehälter entweichen. Bedingt durch die Intensität des Entgasungsvorganges werden auch Flüssigkeitsanteile mitgerissen. Diese Arbeitsphase ist abgeschlossen, wenn nach erfolgter Druckentlastung dem Zylinder wieder gasarme Flüssigkeit in dem Umfang zugeführt wurde, daß dieser mit blasenfreier Flüssigkeit bis zu den gesteuerten Armaturen in der Hoch- und Niederdruckleitung am Kopf des Zylinders aufgefüllt ist. Damit soll verhindert werden, daß bei der nachfolgenden Umschaltung auf Hochdruck Kavitation bzw. Energieverluste, z. B. durch sich ergebende Gaskompression eintreten. Die rückzuführende Flüssigkeit in den Zylinder kann mitgerissene Flüssigkeit aus dem Entgasungsbehälter sein. Nach Abschlußdieserzweiten Arbeitsphase wird die gesteuerte Armatur in der Niederdruckleitung geschlossen und die in der Hochdruckleitung geöffnet, womit wieder die erste Arbeitsphase eingeleitet wird.

Eine mehrstufige Entspannung der zu entspannenden Flüssigkeit auf unterschiedliche Zwischendrücke bis zum Umgebungsdruck mit Abführung der bei diesen Drücken anfallenden Gase kann erreicht werden, wenn die Niederdruckleitung am Kopf des Zylinders mehrere Abgänge mit steuerbaren Armaturen zu mehreren Entgasungsbehältern erhält, welche mit unterschiedlichen Drücken betrieben werden. Nach Abschluß der ersten Arbeitsphase durch Schließen der steuerbaren Armatur in der Hochdruckleitung erfolgt nun im Ablauf der zweiten Arbeitsphase durch entsprechende Steuerung der steuerbaren Armaturen in der Niederdruckleitung am Kopf des Zylinders die Druckentlastung des Zylinderinhaltes in Stufen auf das Druckniveau des jeweils angeschlossenen Entgasungsbehälters. Dabei wird zweckmäßigerweise vor Umschaltung des Zylinders von einem Druckniveau auf das nächst tiefeae der Zylinder mit Flüssigkeit aus den dem jeweiligen Druckniveau entsprechenden Entgasungsbehältern bis zu den Steuerarmaturen aufgefüllt.

Eine kontinuierliche Arbeitsweise kann gewährleistet werden, wenn zwei oder mehrere Zylinder angeordnet werden, wobei durch zweckmäßige Steuerung der steuerbaren Armaturen in den Hoch- und Niederdruckleitungen am Kopf der Zylinder, die Arbeitsphasen durch Phasenverschiebung gleichzeitig in den parallelgeschalteten Zylindern ablaufen. Die Menge an Arbeitsmedium mit hohem Druck kann mittels Mengenausgleichspunrpe aus dem Niederdrucksammeisystem für Antriebsmedium ergänzt und damit den prozeßbedingten Forderungen angepaßt werden.

Die Vermischung von gashaltiger sowie weitgehend entgaster Flüssigkeit an den Berührungsstellen karfn durch bekannte Maßnahmen der Einschränkung der Strahlwirkung auf ein Mindestmaß begrenzt werden.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß aus Hochdruckprozeßanlagen auszuschleusende gashaltige Flüssigprodukte, welche auch feststoffhaltig sein können, zentral durch eine Prozedur in apparativ und technologisch relativ einfach aufgebauten und zu betreibenden Einrichtungen eine Gebrauchsanweisung in bezug auf die effektive Nutzung der Druckenergie in nachgeschalteten Drucktransmittern erhalten.

Der Einsatz bzw. die Zwischenschaltung eines gesonderten Zwischenmediums ist dabei nicht erforderlich, womit die daraus resultierenden Aufwendungen entfallen. Die Erfindung gestattet weiterhin eine mehrstufige Entspannung zur fraktionierten Abnahme von Gasen bei frei wählbaren Zwischendrücken, wobei trotzdem eine vorteilhafte einstufige Produktförderung mit Nutzung der Druckenergie der zu entspannenden Hochdruckflüssigkeit bis auf Umgebungsdruck.gewährleistet ist. All dies drückt sich insgesamt in einer Minimierung der Anzahl sowie der Baugrößen von erforderlichen technisch hochwertigen und damit aufwendigen Ausrüstungen insbesondere zur Produktförderung aus.

Besonders wirksam werden die Vorteile der Erfindung damit in Hochdruckanlagen, in denen stark gashaltige Flüssigprodukte mit Nutzung der Druckenergie mehrstufig zu entspannen sind und wenn komplizierte Förderbedingungen vorliegen, wie z. B. bei feststoffhaltigen evtl. noch heißen Einsatzprodukten. Dies ist z. B. in hohem Grade bei Kohlehydrieranlagen der Fall. Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel erläutert werden.

Figur 1: zeigt die schematische Darstellung der Apparateschaltung für eine zweistufige Entspannung von Waschöl aus dem Hochdruckgaswascher einer Kohlehydrieranlage und eine zweistrangige Beschickung einer Kohlehydrieranlage mit Kohlebrei als Rohprodukt.

In einem zu einer Kohlehydrieranlage 43 gehörenden Hochdruckgaswascher 11 fallen als Sumpfprodukt das stark gashaltige Waschöl mit einem Druck von etwa 27 MPa an. Es besteht die Forderung, dieses Waschöl zweistufig zu entspannen, um bei etwa 5,0 MPa und anschließend bei 0,02 MPa die bei diesen Drücken anfallenden Gasanteile getrennt abzuführen. Nach der Entgasung soll das weitgehend gasfreie Waschöl erfindungsgemäß als Antriebsmedium mit hohem Druck für die Förderung von Kohlebrei und frischem Waschöl in bereits vorgeschlagenen Drucktransmittem genutzt werden. Kohlebrei soll dabei aus einer Zubringerrohrleitung 23 von 0,2 MPa mittels zweier Drucktransmitter 7 und 8 über Rohrleitung 41 und 42 in eine mit einem Druck von etwa 30 MPa arbeitende zweistrangige Kohlehydrieranlage 43 sowie frisches entgastes Waschöl aus einem Sammelbehälter 12 von 0,02 MPa über Rohrleitung 24 mittels Drucktransmitter 9 über Rohrleitung 26 zum Hochdruckgaswäscher 11 gefördert werden. Das in den Drucktransm ittern für Kohlebrei 7 und 8 und frisches Waschöl 9 anfallende entspannte Antriebsmedium, d. h. Waschöl, wird über Rohrleitung 22 dem Sammelbehälter 12 zugeführt, wo die Möglichkeit der Restentgasung über Gasleitung 39 besteht. Die in Umlauf befindliche für den Hochdruckgaswascher 11 erforderliche Menge an Waschöl wird durch zusätzliche Förderung von frischem Waschöl aus dem Sammelbehälter 12 über Rohrleitung 24 und 25 mittels der Hochdruckpumpe 14 in die Hochdruckrohrleitung 26 aufrechterhalten.

Die erfindungsgemäße zweistufige Entspannung des gashaltigen Waschöles sowie anschließende Bereitstellung als Antriebsmedium mit hohem Druck für eine kontinuierliche Produktförderung in den Drucktransmittem I₁ 8 und 9 wird mittels zweier parallelgeschalteter stehend angeordneter Zylinder 1 und 2 durchgeführt, welche in zwei aufeinanderfolgenden sich ' wiederholenden Arbeitsphasen wechselseitig zeitlich phasenverschobenbetrieben werden.

In einer ersten Arbeitsphase fließt dabei dem Zylinder 1 aus dem Sumpf des Hochdruckgaswäschers 11 über die Rohrleitungen 19 und 50 sowie die geöffnete gesteuerte Armatur 44 gashaltiges Waschöl mit hohem Druck zu und verdrängt im Zylinder 1 anstehendes in der vorhergehenden Arbeitsphase eingebrachtes weitgehend entgastes Waschöl über die Rohrleitung 52 und Rückschlagarmatur 15 mit hohem Druck in die Verteilerrohrleitungen 20 und 21. Während dieser Arbeitsphase sind die gesteuerten Armaturen 46 und 47 in den Rohrleitungen 28,29 und 30 geschlossen. Diese Arbeitsphase wird beendet, bevor gashaltige Flüssigkeit in die Rohrleitungen 20 und 21 durchschlägt.

Die zweite Arbeitsphase beginnt durch Schließen der gesteuerten Armatur 44 und Öffnen der gesteuerten Armatur 47. Damit ist der Zylinder 1 über Rohrleitungen 27 und 30 zu einem Entgasungsbehälter 3 geöffnet, der über Rohrleitung 37 zu einem Gasnetz mit etwa 5 MPa atmet. Es erfolgt die Druckentlastung des Waschöls im Zylinder 1 auf etwa 5 MPa, wobei dabei freiwerdende Gasanteile zum Entgasungsbehälter 3 entweichen. Bei der spontanen Druckentlastung mitgerissene Flüssigkeiten werden aus dem Entgasungsbehälter 3 über Rohrleitungen 31 und 32 nach Öffnen der steuerbaren Armatur 17 im freien Gefälle oder mittels Pumpe 5 am Boden dem Zylinder 1 wieder zugegeben. Nach erfolgter Druckentlastung auf 5 MPa und Wiederauffüllung des Zylinders 1 bis zu den steuerbaren Armaturen 44,46 und 47 mit teilentgaster Flüssigkeit aus dem Entgasungsbehälter 3 werden die steuerbaren Armaturen 47 und 17 geschlossen und die steuerbare Armatur 46 geöffnet: Nun ist der Zylinder 1 über die Rohrleitungen 27 und 29 zu einem Entgasungsbehälter 4 geöffnet, der wiederum über die Rohrleitung 38 an ein Gasnetz mit einem Druck von 0,02 MPa angeschlossen ist. Damit erfolgt die Druckentlastung des Zylinders 1 auf 0,02 MPa, wobei dabei freiwerdende Gasanteile zum Entgasungsbehälter entweichen. Auch hier erfolgt nach der Druckentlastung die Wiederauffüllung des Zylinders 1 bis zu den steuerbaren Armaturen 44, 46 und 47 durch mitgerissene entgaste Flüssigkeit aus dem Entgasungsbehälter 4 im freien Gefälle bzw. mittels Pumpe 6 über die Rohrleitung 32 sowie die Rückschlagarmatur 18. Mit Schließen der steuerbaren Armatur 46 und Öffnen der steuerbaren Armatur 44 ist die zweite Arbeitsphase abgeschlossen und die erste Arbeitsphase wieder eingeleitet.

Dadurch, daß die erste und zweite Arbeitsphase im Wechsel zeitlich phasenverschoben in den Zylindern 1 und 2 durchgeführt werden, steht nach den Rückschlagarmaturen 15 und 16 kontinuierlich weitgehend entgastes Waschöl unter hohem Druck bereit. Das in der Kohlehydrieranlage 43 in einem Hochdruckflüssigkeitsabscheider 35 anfallende Reaktionsprodukt kann, wie in Figur 1 dargestellt, ebenfalls zur Druckenergienutzung über eine Rohrleitung 38 einem Drucktransmitter 10 zugeführt und anschließend bei Niederdruck über Rohrleitung 34 in einen Sammelbehälter 13 mit Entgasungsmöglichkeit über Rohrleitung 40 geleitet werden. Mittels Drucktransmitter 10 kann z. B. in Parallelfahrweise zur Hochdruckpumpe 14 frisches Waschöl aus dem Sammelbehälter 12 über die Rohrleitung 24 in die Rohrleitung 26 zum Hochdruckgaswäscher 11 gefördert werden, womit sich weitere erhebliche Energieeinsparungen ergeben. Prinzipiell ist auch hier die Entgasung des Reaktionsendproduktes erfindungsgemäß möglich.

Claims (3)

1. Verfahren zur druckverlustarmen Gasabtrennung aus Hochdruckflüssigkeiten vor Drucktransmittern, gekennzeichnet dadurch, daß der stark gashaltige Hochdruckflüssigkeitsstrom in Teilmengen unterteilt nacheinander einem vorzugsweise stehenden zylindrischen Druckbehälter (1) über eine Regelarmatur (44) zugeführt wird, dort in einer ersten Arbeitsphase die jeweils vorher druckentlastete und dabei entgaste Flüssigkeit auf hohen Druck spannt und aus dem Behälter (1) über eine Rückschlagarmatur (15) verdrängt und anschließend in einer zweiten Arbeitsphase bei einer oder mehreren Druckstufen geregelt entgast wird, wobei der Volumenverlust durch entgastes Produkt ergänzt und anschließend die erste Arbeitsphase durch die nächste Teilmenge wieder eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zwei Arbeitsphasen in zwei oder mehreren Druckbehältern (1, 2) parallel aber phasenverschoben durchgeführt werden.

3. Apparateschaltung zur druckverlustarmen Gasabtrennung aus Hochdruckflüssigkeiten vor Drucktransmittern, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen den Flüssigproduktablauf eines Hochdruckbehälters (11) und einen oder mehrere Drucktransmitter (7,8, 9) ein oder mehrere, vorzugsweise stehende zylindrische Druckbehälter (1, 2) zwischengeschaltet sind, deren obere Hochdruckeingänge (50, 51) regelbare Absperrarmaturen (44,45) und dererr untere Hochdruckausgänge (52, 53) Rückschlagarmaturen (15,16) aufweisen und daß den Druckbehältern (1, 2) am Kopf ein oder mehrere Rohrleitungsabgänge (27, 29, 30 bzw. 28, 29, 30) mit regelbaren Absperrarmaturen (46,47,48,49) zu einem oder mehreren Entgasungsbehältern (3, 4), deren Druckniveau in bekannter Weise durch geregelte Gasabführung über Gasleitungen (37, 38) einstellbar ist, sowie am Boden Rohrleitungen (31, 32) zum Mengenausgleich z.'B. aus den Entgasungsbehältern (3, 4), in welche in zweckentsprechender Weise gesteuerte Armaturen (17) bzw. Rückschlagarmaturen (18) sowie Pumpen (5, 6) eingebaut sein können, aufgeschaltet sind.