ARRANGEMENT FOR TRANSFERRING HEAT AND FOR COMPENSATING PROFILES IN PLANTS FOR PRODUCING PHTHALIC ANHYDRIDE AND MALEIC ANHYDRIDE

Abstract: 1. Arrangement for transferring heat and levelling out temperature profiles for plants for the production of phthalic anhydride and maleic anhydride, comprising one or more heating an cooling circuits for the cyclically alternating heating and cooling of a plurality of product separators, wherein - the heating circuit, operating at a predetermined temperature, has superposed on it a storage circuit which is at a higher temperature and through which at heat transfer medium is forcibly conveyed, - the same heat transfer medium is employed in the storage and heating circuits, and - the heat from the storage circuit is transferred to the heating circuit by mixing.

Description: Anordnung zum übertragen der Wärme und zum Ausgleichen der Wärmeprofile in Anlagen zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Produktionsanlagen, bei denen das synthetisierte Reaktionsprodukt in zyklischen Kühlphasen auf der gekühlten Innenfläche von sog. Abscheidern in fester Form niedergeschlagen und in jeweils anschliessenden zyklischen Heizphasen der gleichen Wärmetauscherflächen durch Zuführen von Wärme wieder abgeschmolzen und aus dem Abscheider ausgetragen wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Anordnung zum übertragen der Wärme und zum Ausgleichen der Wärmeprofile in einer Anlage zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid (PSA) mit mindestens einem Heiz- und Kühlkreis zum cyclisch alternierenden Heizen und Kühlen mehrerer Produktabscheider, bei der in den Heizphasen ein Spitzenbedarf an Heizdampf auftritt, der die nutzbringende Abgabe von Dampf aus der exothermen Reaktion beeinträchtigt. Es sind bereits Verfahren zur Wärmerückgewinnung der bei Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen in einem Rohrbündelwärmeaustauscher mit auf der Mantelseite umlaufendem flüssigen Wärmeträger bekannt, bei denen man mittels des Wärmeträgers mit einem Teil der Reaktionswärme Dampf erzeugt und die zeitlich sehr ungleichmässig abfallende restliche Reaktionswärme dazu verwendet, den aus der Teilwärmemenge erzeugten Dampf zu überhitzen. - Ein optimaler Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeprofile zwischen den Heiz- und Kühlphasen ist indes mit einer derartigen Anordnung zur Wärmeverwertung nicht erreichbar. Bei der bisher üblichen Ausführung des Wärmträgerkreislaufes zum Kühlen und Aufheizen der PSA-Abscheider tritt periodisch ein sehr hoher Spitzenbedarf an Heizdampf auf. Dieser Spitzenbedarf wird im allgemeinen aus vorhandenen Dampfnetzen des Herstellerbetriebes gedeckt, obwohl das gesamte Wärmeaufkommen aus der exothermen Reaktion einen überschuss ausweist. Dieser Nachteil bzw. Mangel ist insbesondere bei kleineren Anlagen zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid, aber auch Maleinsäureanhydrid, usw. gegeben, bei denen ein weitgehender Ausgleich der Wärmeprofile wegen Fehlens eines grösseren Dampfnetzes zur Wärmeaufnahme und -abgabe nicht erreicht werden kann. Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, die bekannten Wärmeträgerkreisläufe, also den Kaltölkreislauf für die Kühlphasen des Abscheiders bzw. mehrerer Abscheider einerseits und den Heissölkreislauf zum Abschmelzen des niedergeschlagenen Produktes andererseits so zu verändern, bzw. zu ergänzen, dass sich wesentlich vergleichmässigte Wärmeprofile ergeben und die überschüssig anfallende exotherme Abwärme wirtschaftlich besser eingesetzt werden kann. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass dem Heizkreislauf mit vorgegebener Temperatur ein Speicherkreislauf mit höherer Temperatur überlagert ist, durch den ein Wärmeträger zwangsweise gefördert wird. - Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird im Heizkreislauf und im Speicherkreislauf der gleiche Wärmeträger eingesetzt. Diese Fahrweise ist insofern von Vorteil, weil dann Wärme aus dem Speicherkreislauf in den Heizkreislauf durch zeitweises öffnen eines Mischventils übertragen werden kann. Die Zeichnungen zeigen die erfindungsgemässe Anordnung der verknüpften Kreisläufe in Figur 1 und weisen in den Diagrammen nach Figur 2 und 3 die Vorteile aus, die sich bei Anwendung der Erfindung ergeben. 'Das erfindungsgemässe und für eine Anlage zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid beschriebene Wärmeträgersystem besteht gemäss Figur 1 aus drei Kreisläufen verschiedenen Temperaturniveaus. Der sog. Kaltölkreislauf ist gebildet aus dem Kaltölbehälter 1, der Umwälzpumpe 2, dem blfil- ter 3 und dem ölkühler 4 zum Kühlen eines oder mehrerer Produktabscheider 11. - Der zum zeitweisen Aufheizen der Produktabscheider 11, - also der zum Abschmelzen des sublimierten Produktes gebildete Heissölkreislauf (Heizkreis) besteht aus dem Heizölbehälter 5, der Umwälzpumpe 6 und dem Ölfilter 7. Die Produktabscheider 11 für PSA-Anlagen sind Mehrweg-Wärmetauscher, deren Betriebsweise mit aufeinanderfolgenden Heiz- und Kühlphasen an dieser Stelle als bekannt vorausgesetzt werden kann. - In Figur 3 ist für eine bestimmte Anlage die zeitliche Aufeinanderfolge der Heizphasen der Abscheider 11 mit sägezahnförmigen Linienzügen idealisiert schematisch wiedergegeben. Der Speicherkreislauf besteht aus dem Wärmespeicher 8, der Umwälzpumpe 9 und dem Aufheizer 10. Das Speichern und Übertragen der Wärme an den Heissölkreislauf erfolgt am Mischpunkt M. Als Wärmeträger im Speicherkreislauf wird zweckmässig das gleiche Medium wie im Heizkreislauf einge setzt, im vorliegenden Fall z.B. ein Gemisch aus Diphenyl und Diphenyloxid, nachfolgend "oil" genannt. Dieses Cl wird im Aufheizer 10, der als Zweiwegwärmetauscher gestaltet ist, aus einem vorhandenen Dampfnetz auf eine Temperatur gebracht, die höher liegt als die des gleichen Wärmeträgers im Heissölkreislauf über den Behälter 5 und die Umwälz pumpe 6. Die Verknüpfung des Speicherkreislaufs mit dem Dampfnetz erfolgt am Apparat 12. Das ist vorzugsweise ein dampfgesättigter Kondensatsammelbehälter, in den der überschüssige Dampf aus der exotherm ablaufenden Reak tion, durch zurücklaufendes Kondensat gesättigt und danach dem Aufheizer 10 zugeführt wird. Mittels des Heissölkreislaufs wird in den Heizphasen den Abscheidern 11 die erforderliche Wärme zum Abschmelzen des ansublimierten Produktes zugeführt. Zu diesem Zweck wird heisses öl - aufgeheizt über den Speicherkreislauf - mit der Pumpe 6 aus dem Behälter 5 in einen oder mehrere der Abscheider 11 gepumpt. Das öl kühlt dabei ab und muss deshalb durch Zufuhr von heisserem öl aus dem Speicher 8 wieder auf höhere Temperatur gebracht werden. Die Zufuhr von heisserem Cl aus dem Speicher 8 wird über die Temperatur des Heissölvorlaufs selbsttätig geregelt. Der Flüssigkeitsstand im Speicher 8 wird durch weitere Zufuhr des Wärmeträgers aus dem Rücklauf des Heissölkreislaufs konstant gehalten. Dabei kühlt der Speicher 8 allmählich ab. Nach einer gewissen Zeit haben die Abscheider 11 annähernd die Temperatur des Heissöls erreicht und es muss kein weiteres heisses öl aus dem Speicher 8 mehr zugeführt werden. Zu diesem Zeitpunkt hat auch die Temperatur des Wärmeträgers im Speicherkreislauf ihren niedrigsten Wert erreicht. Für den Rest des Abschmelzvorganges des Produkts wird nur noch so viel heisses öl am Mischpunkt M zugegeben, wie erforderlich ist, um die Wärmeverluste zu decken. In dieser Zeit wird der Inhalt des Speichers 8 wieder auf seine ursprüngliche Temperatur aufgeheizt. Dazu wird mit der Pumpe 9 der Inhalt des Speichers 8 ständig über den Aufheizer 10 umgewälzt. Die dem Aufheizer 10 zuzuführende HeizdampSmen- ge wird so geregelt, dass sie über dem gesamten Zyklus gleich ist. Sie entspricht dann dem durchschnittlichen Wärmebedarf des Heissölsystems. Der Temperaturverlauf im Speicher 8, im Heissölvorlauf und Heissölrücklauf sind in Figur 2 schematisch dargestellt. Die Kurve a gibt den zeitlichen Verlauf im Speicher 8 für einen Zyklus wieder; die Temperatur des Heissölvorlaufs zum Abscheider 11 ist in Figur 2 mit b bezeichnet. - Die 'Temperatur im Behälter 5 fällt zu Beginn des Abschmelzvor ganges in den Abscheidern 11 auf einen extrem niedrigen Wert und steigt dann mit dem Verlauf der Kurve c bis auf den Wert der Heissölvorlauftemperatur gemäss Linienzug b an. Der zeitliche Verlauf der Temperatur des Heissölrücklaufs vom Abscheider 11 zum Behälter 5 ist mit dem Linienzug d wiedergegeben. Voraussetzung für die Funktion des oben beschriebenen Systems von drei verknüpften Kreisläufen ist, dass der Speicherinhalt und die Speichertemperatur des Speicher kreislaufs und die Dampfmenge sorgfältig aufeinander abge stimmt sind. Es ergeben sich dann folgende wesentliche Vorteile: 1. eine Glättung des Dampfbedarfs und dadurch die Mög lichkeit einer sinnvolleren Nutzung des überschuss dampfes auch beim Nichtvorhandensein eines grösseren Dampfnetzes. (Siehe nachfolgendes Beispiel 1) 2. Eine wesentliche Verkürzung der Aufheizzeit und damit eine längere Nutzungszeit der Abscheider. 3. Die Möglichkeit, von Zeit zu Zeit die Temperatur des Öls auf 2500C anzuheben, um dadurch korrosive Sub stanzen auf den Rohrbündeln der Abscheider 11 zu zersetzen. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Abscheider wesentlich erhöht werden. Beispiel 1 In einer Anlage zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid sind vier Abscheider eingesetzt. Ein Zyklus läuft wie folgt ab: Die Beladung der Apparate (Kühlphase) erfolgt in 4,5 Stunden. Danach werden die Abscheider 40 Minuten lang auf 1900C aufgeheizt und weitere 20 Minuten lang bei 1900C gehalten, um das sublimierte Produkt abzuschmelzen, danach werden die Abscheider 30 Minuten lang zurückgekühlt. Der Wärmebedarf eines Zyklus beträgt 600 000 kcal. Zur Vereinfachung sind hierbei Isolationsverluste nicht berücksichtigt. Im Vergleich mit den bisher üblichen Verfahren ohne Speicherkreislauf ergeben sich die in Figur 3 graphisch dargestellten Verhältnisse. Der in Anlagen nach dem Stand der Technik gegebene zeitliche Verlauf des Dampfverbrauchs ist in ausgezogenen Linien dargestellt. Der zeitliche Verlauf des Dampfverbrauchs mit einem richtig angepassten Speichersystem ist in der gleichen Anlage konstant, wie es strichpunktierte Linie in Figur 3 wiedergibt. Es bedeuten ferner MD max = Maximale Dampfmenge, die vorgehalten werden muss, um den Abscheider in 49 Minuten auf 2000C zu erhitzen, im Beispiel 4,5 t/h. MD = Dampfverbrauch bei Einbau eines Speichersystems, im Beispiel ca. 1 t/h. AMD = Zusätzlich für Turbinen oder andere kontinuier lich arbeitende Dampfabnehmer nutzbarer Dampf, im Beispiel 3,5 t/h. Beispiel 2 Ebenso wie im Beispiel 1 beträgt die Aufheizzeit bis zum Erreichen der Haltetemperatur von 1900C etwa 40 Minuten. Diese Zeit ist durch die maximal zur Verfügung stehende Dampfmenge begrenzt. - Die minimal mögliche Aufheizzeit wird dagegen lediglich durch den Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträger Öl und den Abscheidern 11 festgelegt. Wird die Pumpe 9 im Speicherkreislauf so bemessen, dass am Mischpunkt M mindestens so viel Wärme aus dem Speicherkreislauf 'in den Heizkreislauf übertragen wird, wie vom Heizkreislauf an die Abscheider 11 übertragen werden kann, so können bei Einsatz eines Speichers 8 gemäss Figur 1 die'tatsäch- liche und die minimal mögliche Aufheizzeit in Einklang gebracht und die Aufheizzeit damit entscheidend verkürzt werden. Beispiel 3 (ohne Speicherung) A Beladungszeit = nutzbarer Zeit 270 Min. Aufheizzeit 40 Min. Haltezeit 20 Min. Rückkühlzeit 30 Min. Zykluszeit 360 Min. davon nutzbar 75 % Beispiel 4 (mit Speicher) A Beladungszeit = nutzbarer Zeit 270 Min. Aufheizzeit 12 Min. Haltezeit 20 Min. Rückkühl zeit 30 Min. Zykluszeit 332 Min. davon nutzbar 81 % Die Aufheizzeit lässt sich also um 46 % verkürzen. Damit lässt sich also entsprechend diesem Beispiel die nutzbare Zeit der Apparate um ca. 8 % verlängern.

Claims: Patentansprüche 1. Anordnung zum Übertragen der Wärme und zum Ausgleichen der Wärmeprofile, vorzugsweise für Anlagen zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid und Maleinsäureanhydrid, mit mindestens einem Heiz- und Kühlkreis zum zyklisch alternierenden Heizen und Kühlen mehreren Produktabscheider, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heizkreis mit vorgegebener Temperatur ein Speicherkreis mit höherer Temperatur überlagert ist, durch den ein Wärmeträger zwangsweise gefördert wird. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicherkreis und im Heizkreis der gleiche -Wärmeträger eingesetzt wird. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Wärme aus dem Speicherkreis auf den Heizkreis durch Mischen übertragen wird. Zeichn.

Inventors: MUFF, WOLF
Applicants: BASF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: B01J19
IPC codes: C07D307, B01J19, A61K31, A61P31, C07C51