AT201572B - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von fluidized-bed-Prozessen, an denen gleichzeitig Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten beteiligt sind - Google Patents

Description

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    Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von fluidized-bed-Prozessen, an denen gleichzeitig Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten beteiligt sind   
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   Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und Vorrichtungen zu seiner Durchführung, die es gestatten, Feststoffe aus Gasen mit Hilfe von Waschflüssigkeiten mit einem bisher unbekannten hohen Feststoff-Flüssigkeitsverhältnis zu gewinnen und abzuscheiden. 



  Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass Abscheidungswirkungsgrade erreicht werden können, die den besten bisher bekannten mindestens ebenbürtig und teilweise sogar überlegen sind, während der mit der Flüssigkeit ausgewaschene Feststoff in einer Konzentration anfällt, die um ein vielfaches höher ist als die bisher maximal erreichbare. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Durchführung von fluidized-bed-Prozessen, an denen gleichzeitig Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten beteiligt sind, vorzugsweise zur Entstaubung von Gasen mit Waschflüssigkeiten, besteht im wesentlichen darin, dass das Gas durch eine oder mehrere nach oben zu erweiterte Gaseintrittsdüsen in eine oberhalb dieser Düsen befindliche schlammförmige pumpbare Suspension des Feststoffes in der Flüssigkeit mit so hoher Geschwindigkeit hindurchgeleitet wird, dass die Schlammsuspension von Gas im fluidisieren Zustand wenigstens teilweise getragen wird. Die Schlammsuspension wird also in einzelne nicht miteinander zusammenhängende Teilchen zerrissen, die vom Gas in der gleichen Weise getragen und durcheinander gewirbelt werden, wie feste Teilchen in den bekannten Wirbelschichten oder fluidized-beds.

   Bei der erfindungsgemässen Arbeitsweise bildet also nicht die Flüssigkeit die zusammenhängende und das Gas die disperse Phase, sondern der Schlamm ist im Gasstrom dispergiert. 



   Um einen solchen Verteilungszustand zu erzielen, sind Gasgeschwindigkeiten erforderlich, die nicht nur um Grössenordnungen höher liegen als die bisher beim Einleiten von Gasen in Flüssigkeiten etwa durch poröse Fritten u. dgl. angewendet wurden, sondern auch höher als sie für die Durchführung von Wirbelschichtprozessen mit festen Teilchen notwendig und zulässig sind. 



   Ausserdem ist es zweckmässig, die Gasgeschwindigkeit mindestens innerhalb eines Teils des 

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 Raumes, in dem sich die Schlamm-Gas-Suspension befindet, nach obenhin abnehmen zu lassen, was am einfachsten durch Erweiterung des Querschnittes nach oben hin bewirkt werden kann. 



   Im folgenden sind die zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung geeigneten Wirbelschichtreaktoren an Hand der Zeichnung schematisch und beispielsweise näher erläutert. 



   In Fig. 1 stellt 1 die fluidisierende Schlammsuspension über dem Rost 2 dar. Dieser ist derart ausgebildet, dass seine Roststäbe nach oben zu spitz verlaufen, so dass die Suspension auf Luftpolstern ruht. Der Schlamm tropft teilweise durch den Rost 2, sammelt sich unterhalb desselben bei 4 an und wird durch die Pumpe 5 wieder der Suspension zugeführt. Bei 3 tritt das zu behandelnde Gas ein und das behandelte Gas bei 6 aus. Ein Rückführzyklon 7 für die Abscheidung mitgerissener Flüssigkeit ist zwar nicht immer notwendig aber häufig sehr zweckmässig. 



   Die Gasbelastung wird so eingestellt, dass pro m2 Querschnitt ungefähr 7000 m3/h Gas passieren. Der freie Rostquerschnitt soll an den engsten Stellen ungefähr 10% des Gesamtquerschnittes betragen. 



   Die Schlammkonzentration wird dadurch auf eine konstante Höhe eingestellt, dass periodisch oder kontinuierlich bei 8 reine Flüssigkeit zugesetzt und bei 9 ein äquivalenter Teil des Schlammes abgezogen wird. Die maximal erreichbare
Schlammkonzentration hängt von der Natur des abzuscheidenden Stoffes ab und wird vorzugsweise so gewählt, dass der Schlamm gerade noch pumpbar ist. Diese Forderung entspricht bei Stäuben aus Eisenoxyd einer Feststoffkonzentration von 1 bis 1, 5 t   Feststofffm3, bei   feinstkolloidalen Hüttenrauchen, z. B.   AlgOg,   beträgt sie aber immer noch rund 300 kg/m3, ist also immer noch wesentlich höher als nach den bekannten Verfahren erreichbar. Der gewünschte Abscheidungsgrad kann durch Variieren der Höhe des fluidized-bed eingestellt werden. 



   Bei einer Höhe von 200 mm ist in den meisten
Fällen ein Abscheidungsgrad von über   97%   erreichbar. 



   Da das   erfindungsgemässe   Verfahren eine gute
Trennung von Gas einerseits und dem aus
Flüssigkeit und Feststoff bestehenden Schlamm anderseits unter Einschaltung einer besonders hohen Schlammkonzentration ermöglicht, eignet es sich zur Durchführung von chemischen
Reaktionen, an denen Gase, Flüssigkeiten und
Feststoffe gleichzeitig beteiligt sind. Ein solcher
Prozess ist die an sich bekannte Reaktion : 
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 Aktivkohle als Katalysator, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren in besonders vorteilhafter Weise durchgeführt werden kann. Hiebei wird lediglich der Schlamm nicht durch Abscheidung von Feststoff aus dem Gas, sondern   durch Aufschlämmung von Aktivkohle in wässeriger Schwefelsäure hergestellt.

   Dementsprechend wird   in diesem Fall bei 8 reines Wasser zugeführt und der bei 9 abgezogene Schlamm durch Absetzen, Zentrifugieren oder Filtrieren in Schwefelsäure und Kohle zerlegt, welch letztere wieder in den Prozess zurückgeführt wird, vorzugsweise in Aufschlämmung mit reinem Wasser bei 8. 



   Das geschilderte Verfahren ist aber auch für andere Prozesse geeignet, bei denen gleichzeitig die Einwirkung von Flüssigkeit und Gas auf einen Feststoff erwünscht ist, wie z. B. für die oxydierende Laugung von Uranerzen. Auch kann etwa der bei der sulfatisierenden Röstung nach dem Wirbelschichtröstverfahren anfallende Staub in einen derartigen Schlammwäscher nicht nur abgeschieden, sondern auch gleichzeitig die durch Sulfatation löslich gewordene Komponente ausgelaugt werden. 



   Eine andere zur Durchführung des Verfahrens geeignete, vorzugsweise verwendete Vorrichtung, die ohne Rost arbeitet, ist in Fig. 2 dargestellt. 



  1 ist wieder die fluidisierende Schlammsuspension, die in einem diffusorartig gestalteten Gefäss 10 aufrechterhalten wird. Dieses Gefäss wird im Gegensatz zu den üblichen Venturiwäschern nicht mit der für reine Gasströmung üblichen Erweiterung ausgebildet, sondern besitzt nur ein relativ kurzes Anlaufstück 11 von etwa   120   Öffnungswinkel, welches sich nach oben zu entweder kontinuierlich oder in Absätzen bis zu Öffnungswinkeln von   90  und   mehr erweitert. 



  Die Zunahme der Erweiterung wird so vorgenommen, dass die Gasströmung über eine solche Höhe des Apparates nicht von der Wand abreisst, bis zu der die fluidisierende Suspension aufrechterhalten werden soll. Das zu behandelnde
Gas tritt bei 3 ein und verlässt, gegebenenfalls über einen Rückführzyklon 7, den Apparat bei 6. 



   Die Suspension regnet dauernd nach unten aus, sammelt sicht bei 4 und wird von der Pumpe 5 im Kreislauf wieder aufgegeben. Die frische
Waschflüssigkeit kann bei 8 zugeführt und ein äquivalenter Anteil des Schlammes bei 9 ab- geführt werden. Die Gasgeschwindigkeiten in der Einlaufdüse sind zweckmässig je nach Kon- sistenz des Schlammes zwischen 20 und 40 m/sec zu halten. 



   Der Querschnitt der Einlaufdüse wird gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung bei Vergrösserung des Apparates nicht propor- tional der Belastung vergrössert, sondern etwas schwächer, vorzugsweise mit etwa der 0, 8ten Po- tenz der Belastung. 



   Die Länge des Anlaufstückes beträgt z. B. für einen Apparat, der 2 m3 Gas/sec verarbeitet, rund einen Meter. Bei Vergrösserung oder Ver- kleinerung der Durchsatzleistung wird gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die
Länge dieses Anfahrstückes mit der 6. Wurzel aus der Belastung verändert. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Durchführung von fluidized- bed-Prozessen, an denen gleichzeitig Gase, <Desc/Clms Page number 3> Feststoffe und Flüssigkeiten beteiligt sind, vorzugsweise zur Entstaubung vss Gasen mit Waschflüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas durch eine oder mehrere nach oben zu erweiterte Gaseintrittsdüsen in eine oberhalb dieser Düsen befindliche schlammförmige pumpbare Suspension des Feststoffes in der Flüssigkeit mit so hoher Geschwindigkeit hindurchgeleitet wird, dass die Schlammsuspension von Gas im fluidisieren Zustand wenigstens teilwiese getragen wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt des Schlammes knapp unterhalb der Grenze der Pumpbarkeit gehalten wird.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt des Schlammes höher als 100 kgfm3, vorzugsweise auf 300-1500 kg/m3, gehalten wird.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlammkonzentration, gegebenenfalls nach einer gewissen Anfahrzeit, durch Kreislaufführung unter kontinuierlicher oder periodischer Entfernung eines Teiles des Schlammes und Ersetzen durch frische Waschflüssigkeit auf einer konstanten Höhe gehalten wird.

   5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, bestehend aus einem Wirbelschicht-Reaktor, der gekenn- zeichnet ist durch einen Rost mit nach oben zu spitz verlaufenden Roststäben.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Rostquerschnitt an den engsten Stellen ungefähr 10% des Gesamtquerschnittes beträgt.

   7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, bestehend aus einem Wirbelschicht-Reaktor, der gekennzeichnet ist durch einen rostlosen, diffusorartig sich nach oben zu erweiternden Reaktionsraum.

   8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Anlaufstückes für einen Durchsatz von 2 m3 Gas/sec. etwa 1 m beträgt und für grössere Belastungen etwa proportional der 6. Wurzel aus der Belastung ist.

   9. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtungen nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gaseinlaufdüse eine Gasgeschwindigkeit von etwa 20 bis 40 m/sec. aufrechterhalten wird und Belastungssteigerungen in der Weise erfolgen, dass der Querschnitt der Gaseinlaufdüse weniger als proportional der Belastungssteigerung, vorzugsweise etwa mit der 0, 8ten Potenz der Belastungssteigerung vergrössert wird.

   10. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasbelastung von zirka 7000 m3/m2 je Stunde eingestellt wird.