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Verfahren zum Transport von festen oder zähflüssigen Stoffen in Rohrleitungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport von festen oder zähflüssigen
Stoffen in Rohrleitungen mittels eines flüssigen Fördermediums.
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Für den Transport von gasförmigen und dünnflüssigen Massengütern
werden bekanntlich in großem Umfang Rohrleitungen verwendet, beispielsweise beim
Transport von Kokereigas, Erdgas und anderen Brenngasen in Ferngasleitungen oder
beim Transport von Wasser, Erdöl und anderen Flüssigkeiten in Fern-Rohrleitungen.
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Im Hinblick auf die vielfach wesentlich geringeren Transportkosten
bei Verwendung einer Rohrleitung an Stelle der bisher allgemein üblichen Transportmittel
ist man daher bestrebt, auch feste und zähflüssige Stoffe, insbesondere Massengüter,
in Rohrleitungen zu transportieren. Als feste Stoffe kommen beispielsweise Steinkohle,
Braunkohle, Erze und andere Mineralien in einem entsprechend feinstückigen oder
grobkörnigen, feinkörnigen oder staubförmigen Zustand in Betracht. Als Flüssigkeiten
mit großer Viskosität können beispielsweise schweres Heizöl und bestimmte Rohöle
genannt werden.
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Zähflüssige Stoffe, beispielsweise der vorgenannten Art, können teilweise
nur mit einer geringen Geschwindigkeit und infolgedessen mit einer sehr niedrigen
Förderleistung durch Rohrleitungen transportiert werden, wobei in den Leitungen
hohe Druckverluste auftreten. Teilweise lassen sich diese Stoffe bei normaler Temperatur
überhaupt nicht durch Rohrleitungen fördern, sondern höchstens dann, wenn durch
eine entsprechende Erwärmung ihre Viskosität verringert worden ist. Die Beheizung
einer langen Rohrleitung ist aber zweifellos mit außerordentlichen Kosten verbunden,
die die Wirtschaftlichkeit eires solchen Transportes in Frage stellen.
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Der Transport zäher Flüssigkeiten in Rohrleitungen könnte dadurch
erleichtert bzw. ermöglicht werden, daß dem Fördergut zur Verringerung seiner Viskosität
eine Flüssigkeit mit geringer Viskosität, wie z. B. Leichtöl oder Leichtbenzin,
als Fördermedium beigemischt wird.
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Diese Methode besitzt aber den großen Nachteil, daß die Trennung von
Fördergut und Fördermedium am Ende der Rohrleitung verhältnismäßig kostspielig und
ferner mit Verlusten an Fördermedium verbunden ist, wodurch auch die Wirtschaftlichkeit
dieser Methode in Frage gestellt wird.
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Es ist bekannt, feste Stoffe, z. B. Steinschotter und Steinsplitt,
mit Hilfe eines Gasstromes, beispielsweise mit Luft, durch eine Rohrleitung zu transportieren.
Dieses Verfahren wird z. B. beim Blasversatz im Bergbau unter Tage zur Förderung
von Bergen oder Asche angewendet. Bei diesem Verfahren sind die Energiekosten zur
Erzeugung des Gasstromes verhältnismäßig hoch, und die Rohrleitungen haben einen
beachtlichen Verschleiß, so daß dieses Verfahren nur bei geringen Entfernungen bis
zu einigen hundert Metern wirtschaftlich anwendbar ist.
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Es sind ferner Verfahren bekannt, bei denen als Fördermedium für
den zu transportierenden festen Stoff Flüssigkeiten verwendet werden. Das Fördermedium
wird mit dem festen Stoff gemischt, und die Mischung wird sodann durch die Rohrleitung
gefördert. Als Fördermedium sind Wasser, 01, normalflüssige Petroleumprodukte, Emulsionen
aus Wasser und Öl oder aus Wasser und flüssigen Petroleumprodukten sowie ein Schlamm,
der aus Seifenlösungen oder Laugen durch Einführung von Luft erzeugt wird, vorgeschlagen
worden. Es ist ferner vorgeschlagen worden, eine den festen Stoff enthaltende wäßrige
Sole mit flüssigen Petroleumprodukten zu vermischen oder den festen Stoff mit flüssigen
Kohlenwasserstoffen, z. B.
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Heizöl, zu vermischen und das Gemisch sodann in einen Wasserstrom
einzuführen. Bei allen diesen Verfahren läßt sich das Fördermedium je nach seiner
Art und Viskosität nur mehr oder weniger umständlich und kostspielig vom Fördergut
trennen. Erfolgt die Trennung lediglich durch Absiebung, so gehen durch die Benetzung
des Fördergutes sowie durch die etwaige Aufnahme von Fördermedium im Falle eines
porösen Fördergutes beträchtliche Mengen an Fördermedium verloren, und das Fördergut
besitzt einen häufig sehr unerwünschten Feuchtigkeitsgehalt. Eine weitergehende
Rückgewinnung des Fördermediums und Trocknung des Fördergutes, beispielsweise durch
Verdampfen der restlichen Mengen an Fördermedium, verursachen erhebliche Kosten.
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Besonders schwierig und kostspielig gestaltet sich die Abscheidung
feinster Feststoffteilchen aus dem Fördermedium. Bei diesen bekannten Verfahren
hat sich daher die schwierige und kostspielige Trennung des Fördermediums vom Fördergut
als ein erheblicher Nachteil herausgestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Verfahren zu vermeiden. Dies wird
erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß ein Fördermedium verwendet wird, welches wenigstens am Endpunkt der Rohrleitung
bei der dort herrschenden Temperatur und dem dort herrschenden atmosphärischen Druck
gasförmig ist, am Anfang der Rohrleitung durch Kompression verflüssigt und/oder
in der Rohrleitung durch Kompression im flüssigen Zustand gehalten wird und am Ende
der Rohrleitung durch Expansion in den gasförmigen Zustand geführt und vom transportierten
Stoff getrennt wird.
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Das Prinzip des Verfahrens nach der Erfindung besteht also darin,
ein Gas oder Gasgemisch im verflüssigten Zustand als Fördermedium zum Transport
eines festen oder zähflüssigen Stoffes zçverwenden und nach erfolgtem Transport
durch Expansion in den gasförmigen Zustand zu führen und auf diese Weise denkbar
einfach und mühelos von dem transportierten Stoff zu trennen.
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Liegt das Gas oder Gasgemisch am Anfang der Rohrleitung bereits in
verflüssigtem Zustand vor, beispielsweise infolge der tiefen Temperatur an dem betreffenden
Ort oder weil das Gas bereits in verdichtetem Zustand zugeführt wird, so muß lediglich
dafür Sorge getragen werden, daß in der Rohrleitung der flüssige Zustand aufrechterhalten
wird, wozu das Fördermedium in dem betreffenden Abschnitt der. Rohrleitung unter
den erforderlichen Druck zu setzen ist. Liegt das Fördermedium aber am Anfang der
Rohrleitung als Gas oder Gasgemisch vor, so muß es durch Kompression verflüssigt
werden.
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Demgemäß kommt es bei. der Auswahl des zu verwendenden Gases oder
Gasgemisches in erster Linie auf die Betriebsbedingungen am Ende der Rohrleitung,
d. h. an dem Ort an, an dem das Fördermedium vom Fördergut getrennt werden soll,
und es ist daher ein Fördermedium zu verwenden, welches wenigstens bei der am Endpunkt
der Rohrleitung herrschenden Temperatur und bei atmosphärischem Druck gasförmig
ist.
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Der atmosphärische Druck am Endpunkt der Rohrleitung hängt bekanntlich
von der Höhenlage des Ortes über dem Meeresspiegel ab. Die Temperatur am Endpunkt
der Rohrleitung wird von mehreren Faktoren bestimmt.
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Sie kann beispielsweise von den örtlichen Witterungsverhältnissen,
die wiederum in den verschiedenen Jahreszeiten unterschiedlich sein können, beeinflußt
werden.
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Ein weiterer Faktor ist die Temperatur des flüssigen Fördermediums
in der Rohrleitung selbst. Diese wird wiederum bei einer in der Erde verlegten Rohrleitung
von der Erdtemperatur und bei einer an der Erdoberfläche verlaufenden Rohrleitung
von der Lufttemperatur und von direkter Sonneneinstrahlung beeinflußt. Eine ganze
Reihe von Faktoren bestimmen also die Betriebstemperatur am Endpunkt der Rohrleitung.
Das Fördermedium ist also so auszuwählen, daß es bei der Expansion auf den atmosphärischen
Druck und bei der jeweiligen Betriebstemperatur aus dem flüssigen in den gasförmigen
Zustand übergeht. Nachstehend seien einige Gase mit ihren Siedepunkten bei 760 Torr
genannt, die beispielsweise bei dem Verfahren nach der Erfindung als Fördermedium
Verwendung finden können: PropyIen (C8H6) ........... - 47,00 C Propan (CaH8) .
42,60 C Difluordichlormethan (CF2Cl2) . . . 30,00 C Methylchlorid (CH3 Cl) . . .
- 24,00 C i-Butan (C4H1o) . . . . ........... - 10,20 C n-Butan (C4Hlo) ..................
+ 0,50 C Monofluortrichlormethan (CFCl3) . . + 24,0° C n-Pentan (C5 H12) + 36,1°
C Selbstverständlich können auch Mischungen dieser Gase, wie beispielsweise ein
Gemisch von Propan und Butan, als Fördermedium verwendet werden.
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Da die an Orten entlang der Rohrleitung herrschenden atmosphärischen
Drücke das Verfahren nach der Erfindung nicht beeinflussen, sind diese atmosphärischen
Drücke für die Auswahl des Fördermediums ohne Interesse. Auch die entlang der Rohrleitung
herrschenden Temperaturen sind nicht ausschlaggebend für die Auswahl des Fördermediums,
da dieses durch Kompression verflüssigt und auch in der Rohrleitung im flüssigen
Zustand gehalten wird. Wohl wird der erforderliche Druck, der das Fördermedium im
flüssigen Zustand hält, durch die höchste Temperatur bestimmt, die in der Rohrleitung
auftritt. Wenn daher beispielsweise eine Rohrleitung von einem Ort mit niedriger
Temperatur zu einem anderen Ort mit niedriger Temperatur durch ein Gebiet mit hoher
Temperatur geführt wird, so wird das Fördermedium durch eine entsprechend hohe Kompression
auch in dem Abschnitt der Rohrleitung, die durch das Gebiet mit der hohen Temperatur
führt, im flüssigen Zustand gehalten. Besonders in derartigen Fällen kann es aber
zweckmäßig sein, entsprechend der Betriebstemperatur am Endpunkt der Rohrleitung
ein Fördermedium mit einem möglichst hohen Siedepunkt zu verwenden, so daß in dem
Gebiet mit hoher Temperatur möglichst geringe Drücke ausreichen, um das Fördermedium
in der Rohrleitung in flüssigem Zustand zu halten.
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Bei sehr langen Rohrleitungen können in an sich bekannter Weise in
die Rohrleitung Pumpstationen eingebaut werden, die den Druck aufrechterhalten,
der sowohl für den Transport erforderlich ist als auch das Fördermedium im flüssigen
Zustand hält. Je nach dem Abstand zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt der
Rohrleitung bzw. zwischen den Pumpstationen, wenn solche in die Rohrleitung eingebaut
sind, findet in der Rohrleitung bzw. in den Rohrleitungsabschnitten ein Druckabfall
statt. Ein Unterschreiten des VerRüssigungsdruckes an irgendeiner Stelle der Rohrleitung
wird dadurch vermieden, daß das Fördermedium am Anfangspunkt der Rohrleitung und
an den gegebenenfalls in die Rohrleitung eingebauten Zwischenpumpstationen auf einen
oberhalb des Verflüssigungsdruckes liegenden Kompressionsdruck verdichtet wird,
wobei die Differenz zwischen diesen beiden Drücken größer ist als der Druckabfall
in der Rohrleitung bzw. in dem Rohrleitungsstück.
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Man kann am Anfangspunkt der Rohrleitung das Fördermedium auf den
erforderlichen, oberhalb des VerRüssigungsdruckes liegenden Kompressionsdruck verdichten
und sodann den zu transportierenden Stoff in das Fördermedium einspeisen. Man kann
aber auch das Fördermedium zunächst auf den Verflüssigungsdruck verdichten, sodann
den zu transportierenden Stoff in das flüssige Fördermedium einspeisen und daraufhin
eine weitere Verdichtung auf einen oberhalb des Verflüssigungsdruckes liegenden
Kompressionsdruck vornehmen.
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Anstatt den zu transportierenden Stoff in das bereits verflüssigte
Fördermedium einzuspeisen, kann man ferner auch den zu transportierenden Stoff in
das gasförmige Fördermedium einschleusen und dieses sodann verflüssigen.
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Bei der Verwendung von Heizölen als Fördermittel für feste Brennstoffe
(Kohle) ist bereits erkannt worden, daß nach der Trennung der Kohle vom Heizöl am
Endpunkt der Rohrleitung das Heizöl Verbrauchern zugeführt werden kann und daß bei
diesem Verfahren gesonderte Transportmittel für Kohle einerseits und Heizöl andererseits
gespart werden. Die feinen Verunreinigungen des Heizöls durch Feststoffteilchen
verringern aber die Verwendbarkeit des Öles, da Brennerdüsen u. dgl. verstopfen
würden. Eine Reinigung des Öles wäre aber wiederum zu kostspielig. Diese Schwierigkeiten
treten
bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung nicht auf, da das bei der Expansion
am Endpunkt der Rohrleitung aus der flüssigen in die gasförmige Phase übertretende
Fördermedium sich völlig frei von Feststoffteilchen von dem Fördergut trennen läßt.
Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht also auch darin,
daß für den Fall, daß als Fördermedium brennbare Gase, beispielsweise Propan, Butan
oder Gemische dieser beiden Gase, verwendet werden, welche Verbrauchern zugeführt
werden sollen, diese sich am Endpunkt der Rohrleitung leicht und vollständig von
dem Fördergut trennen. Soll das Fördermedium dagegen wieder für den Transport verwendet
werden, so kann man das gasförmige, vom transportierten Stoff abgetrennte Fördermedium
vom Endpunkt der Rohrleitung zu deren Anfangspunkt durch eine weitere Rohrleitung
gasförmig wieder zurückführen. Insbesondere bei größeren Entfernungen kann es aus
Kostengründen aber vorteilhafter sein, das vom transportierten Stoff abgetrennte,
gasförmige Fördermedium durch Kompression wieder zu verflüssigen und vom Endpunkt
der Rohrleitung zu deren Anfangspunkt durch eine weitere Rohrleitung im flüssigen
Zustand zurückzuführen. Findet kein kontinuierlicher Transport in der Rohrleitung
statt, so kann man das Fördermedium auch am Endpunkt der Rohrleitung speichern und
in gewissen Zeitabständen durch die gleiche Rohrleitung wieder zu deren Anfangspunkt
zurückführen.
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Die Expansion kann am Ende der Rohrleitung in einem Expansionsraum
oder in einer Expansionsmaschine erfolgen. Unter Umständen kann man die Expansion
des flüssigen Fördermediums im Endstück der Rohr leitung vornehmen, wobei das expandierende
oder expandierte, teilweise oder ganz in den gasförmigen Zustand übergegangene Fördermedium
eine pneumatische Förderung im Endstück der Rohrleitung bewirkt.
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PATENTANSPROCE1E: 1. Verfahren zum Transport von festen oder zähflüssigen
Stoffen in Rohrleitungen mittels eines
flüssigen Fördermediums, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Fördermedium verwendet wird, welches wenigstens am Endpunkt der Rohrleitung
bei der dort herrschenden Temperatur und dem dort herrschenden atmosphärischen Druck
gasförmig ist, am Anfang der Rohrleitung durch Kompression verflüssigt undioder
in der Rohrleitung durch Kompression im flüssigen Zustand gehalten wird und am Ende
der Rohrleitung durch Expansion in den gasförmigen Zustand geführt und vom transportierten
Stoff getrennt wird.