BE1016050A6

BE1016050A6 - Inwendig gasdistributiesysteem.

Info

Publication number: BE1016050A6
Application number: BE2004/0248A
Authority: BE
Original assignee: Nas Jan Huub
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2006-02-07

Abstract

Deze uitvinding heeft betrekking op een inwendig gasdistributiesysteem voor toepassing in reactoren voor heterogene katalyse, wervelbedinstallaties, en verbrandingsinrichtingen waarbij de brandstof in suspensie wordt gebracht. De inwendige gasdistributor wordt aangebracht in een behuizing waarin zich vast gestort materiaal bevindt en waarin een gasmengsel wordt gebracht. De inrichting bestaat hoofdzakelijk uit een centrale aanvoer van gas, een gasdistributiekast, een centrale afsteuning van de gasdistributiekast met vrije uitzetting in alle richtingen, een hoeveelheid blaasopeningen. Het vast materiaal kan lans de distributor via openingen in de behuizing worden afgevoerd; De gasdistributiekast kan voorzien zijn van hulpmiddelen om een gedifferientieerd gasdistributiepatroon te verkrijgen.

Description


  Inwendig gasdistributiesysteem

  
Deze uitvinding heeft betrekking op een inwendig gasdistributiesysteem dat kan worden aangewend in vaste bedden, bewegende bedden, wervelbedden, gesuspendeerde bedden of reactoren om een gas of gasmengsel - bijvoorbeeld lucht - te injecteren in een bed van vast, korrelig materiaal al dan niet gemengd met een gasmengsel of een vloeistofmengsel. De inwendige gasdistributor is zodanig opgevat dat het te injecteren gas in de vaste stof of het mengsel wordt ingeblazen terwijl het vaste materiaal langs de zijden van de distributor kan geëvacueerd worden.

  
In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op toepassingen waarbij lucht wordt geïnjecteerd in een silo gestort materiaal (zoals bvb zand, aktief kool, kalk, ...) met als doel het materiaal via de onderkant van de silo af te voeren. Een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft betrekking op toepassingen waarbij lucht of een gasmengsel wordt ingeblazen in een massa fijnkorrelig vast materiaal teneinde deze te expanderen of te fluidiseren. Men denkt hierbij aan reactoren voor heterogene katalyse, wervelbedverbrandings- of vergassingsinstallaties, wervelbeddrogingsinstallaties, wervelbedkoelingsinstallaties, en verbrandingsinrichtingen waarbij de brandstof in suspensie wordt gebracht door er lucht door te blazen.

  
Men kent reeds zulke inrichtingen voor het realiseren van vermelde toepassingen waarbij het gasmengsel wordt ingebracht via een buizenstelsel voorzien van openingen dat is geplaatst in het vast korrelig materiaal en waarbij het gas of gasmengsel wordt ingebracht via dit buizenstelsel, of via een gasdistributiebodem al dan niet voorzien van blaaspijpen - waarop het zand of een ander vast korrelig materiaal is aangebracht en waarbij het gas of gasmengsel wordt ingebracht via een windkast onderaan de geperforeerde plaat. Door het inblazen van een gas of gasmengsel via het buizenstelsel of via de geperforeerde plaat wordt het vast korrelig materiaal in beweging gebracht. Afhankelijk van de hoeveelheid gas die wordt ingeblazen wordt het bed van vast materiaal geëxpandeerd of in beweging gebracht of gefluïdiseerd.

  
Deze techniek wordt onder andere toegepast in uitdraagsystemen van silo's of vaten met vast korrelig materiaal zoals zand, kalk, zeolieten, kleimineralen,... Deze techniek wordt eveneens toegepast in reactoren voor heterogene katalyse (gas-vast of gas-vloeistof) waarbij het vaste katalysatormateriaal in suspensie wordt gebracht door het te reageren gas of gasmengsel. Deze techniek wordt eveneens toegepast in vergassings of verbrandingssystemen voor vaste brandstoffen zoals kolen, hout of biomassa waarbij het bed van vaste brandstof wordt geëxpandeerd en in suspensie wordt gebracht door er (verbrandings)lucht doorheen te blazen en waarbij de verbrandingsgassen worden afgevoerd en worden gekoeld dmv directe of indirecte warmtewisseling met een vloeistof of gas en verder worden gereinigd en ontstoft in een daarvoor bestemde filterinstallatie.

   Deze techniek wordt eveneens toegepast voor wervelbedreactoren voor het verbranden van organische reststromen zoals slib, mest, groenafval, en biomassa dat boven of in het bed wordt toegevoerd en door een intens contact tussen heet zand, verbrandingslucht en de reststroom volledig wordt geoxideerd en waarbij de verbrandingsgassen worden afgevoerd en worden gekoeld dmv directe of indirecte warmtewisseling met een vloeistof of gas en verder worden gereinigd en ontstoft in een daarvoor bestemde filterinstallatie. Deze techniek wordt eveneens toegepast voor wervelbeddrogers waarbij verwarmde lucht doorheen het te drogen product wordt geblazen en wervelbedkoelers waarbij koele lucht doorheen het te koelen product wordt geblazen.

  
Het nadeel van dit soort bekende inrichtingen is dat het vaak zeer moeilijk is om vreemde voorwerpen te verwijderen uit het fijnkorrelig produkt wat aanleiding geeft tot verstoring van het distributiepatroon van het ingebrachte gasmengsel en tot verstoring van het expansie-, suspensie- of fluidisatiepatroon wat nadelig is voor de goede werking van hoger vermelde inrichtingen.

  
Een ander bijkomend nadeel van dit soort bekende inrichtingen is dat het zeer moeilijk is om het materiaal van het bed van fijnkorrelig materiaal langs de onderkant of langs de zijkant van het gasdistributiesysteem te verwijderen.

  
Een ander bijkomend nadeel van dit soort bekende inrichtingen is dat het zeer moeilijk is om op een homogene continue wijze het bedmateriaal te verversen zonder hierbij het fluidisatie of extractiepatroon hierbij te verstoren.

  
Men kent reeds zulke inrichtingen waarbij het materiaal uit een behuizing wordt verwijderd door langs openingen in de behuizing een gasmengsel te injecteren teneinde het product uit de behuizing te verwijderen. Met denkt hierbij bvb. aan uitdraagsystemen voor silo's e.d.m. Voor produkten die de neiging vertonen tot brugvorming is het aangewezen om ook centraal in de behuizing een gasmengsel te injecteren teneinde het product te expanderen of te fluidiseren zodat het product zonder brugvorming en op een homogene, constante en continue manier kan verwijderd worden uit de behuizing.

  
Men kent reeds zulke systemen voor de vergassing, verbranding of thermische omzetting van vloeibare, pasteuze of vaste stromen waarbij met deze stromen eveneens een hoeveelheid minerale bestanddelen van een grotere omvang, minerale of organische zouten of andere vreemde voorwerpen in het fijnkorrelig materiaal wordt gebracht. De aanwezigheid van deze componenten leidt immers vaak tot verstoring van het fluidisatiepatroon in het gefluidiseerd of geëxpandeerd fijnkorrelig materiaal omwille van ofwel een ongekontroleerde aangroei, ofwel een agglomeratie van het fijnkorrelig materiaal, ofwel de vorming van laagsmeltende verbindingen, ofwel vorming van eutectica, ofwel vorming van preferentiële stromingen in de massa fijnkorrelig materiaal, ofwel een combinatie van deze kenmerken.

   De meeste dergelijke inrichtingen zijn gekenmerkt door een gasdistributiesysteem dat ofwel is opgebouwd uit een volle, horizontale plaat voorzien van distributorkappen, blaaspijpen of blaasopeningen, ofwel is opgebouwd uit een aantal pijpen voorzien van distributorkappen of openingen waarbij de pijpen zijn geplaatst in een stationaire zone van de massa fijnkorrelig materiaal. Dit materiaal wordt periodiek verwijderd via een beperkt aantal openingen aan de zijkant van het bed - indien de gasdistributor een plaat betreft - of onderaan de stationaire zone van het bed - indien de distributor is opgebouwd uit een aantal pijpen.

   Door deze werkwijze wordt een lokale verwijdering van materiaal bekomen die ofwel een verstoring van het fluidisatiepatroon geeft, ofwel een onvoldoende verwijdering van inerten uit de massa fijnkorrelig materiaal, ofwel resulteert in een zekere concentratie van producten die niet volledig zijn behandeld. Om deze problemen te minimaliseren is het noodzakelijk een permanente verwijdering van fijnkorrelig materiaal en/of de vreemde voorwerpen mogelijk te maken, en dit op zodanige wijze dat het fluidisatiepatroon hierdoor niet wordt verstoord, en bovendien op zodanig wijze dat er geen onbehandelde materialen worden verwijderd.

  
De huidige uitvinding heeft tot doel aan de hoger vermelde nadelen en andere nadelen een oplossing te bieden. Indien de uitvinding wordt toegepast in een suspensie of fluidisatietoepassing wordt aan de nadelen verholpen doordat zij voorziet in een inrichting voor het inbrengen van een gas of gasmengsel in een bed van fijnkorrelig vast materiaal op een zodanige wijze dat vreemde voorwerpen kunnen verwijderd worden uit het bed en dat het bed kan afgelaten worden zonder het gasdistributiepatroon te verstoren. Indien de uitvinding wordt toegepast in een toepassing waarbij het fijnkorrelig product dient te worden verwijderd uit een behuizing - bvb een silo - wordt aan de nadelen verholpen omdat het gasmengsel zowel centraal als radiaal in de behuizing kan worden gebracht zodat het product continue en zonder brugvorming kan worden verwijderd uit de behuizing.

  
Figuur 1 geeft de inrichting weer met het gestort materiaal (a), het inwendig gasdistributiesysteem (b) al of niet opgebouwd uit meerdere elementen, de voorzieningen om het vaste materiaal af te voeren (c), de aanvoer van gas of gasmengsel (d) en de omhullende structuur (e) weer. De stationaire massa van gestort materiaal rond de centrale afsteuning (3) en omhullende structuur zorgt voor een warmteisolatie tussen het warme stortmateriaal (a) en de omhullende structuur. De dichtingen tussen flensverbinding (13) voorkomt dat ongewenste lekage van gestort materiaal uit de inrichting. Verder geeft figuur 1 weer hoe vreemde voorwerpen (f) uit de inrichting kunnen worden verwijderd doordat deze tussen de gasdistributoren (b) onderling en/of tussen de gasdistributor (b) en de omhullende structuur (e) naar de aflaatvoorziening (c) worden gevoerd.

   Figuur 2 geeft een detail van figuur 1 weer met de inwendige gasdistributor (2) en de bijhorende dubbele dichting (14), de centrale ophanging (3), de centrale aanvoervan gas of gasmengsel (1), de voorziening (6) om vaste delen uit de gasdistributor te verwijderen, de voorziening (5) en de klep (8) om grotere vaste delen uit de inrichting te verwijderen. Figuur 3 geeft een variante op figuur 2 weer waar de inrichting is voorzien van een pijpenstel (12) om de afvoer van vaste delen te bewerkstelligen door middel van een extra injectie van lucht. Deze figuur geeft ook weer hoe de inwendige gasdistributiekast kan worden voorzien van een inwendige geperforeerde plaat (10) om zodoende een betere verdeling van gas te verkrijgen.

   Figuur 4 geeft een variante op figuur 2 weer waar de gasdistributiekast is uitgevoerd als een piipenstel (18) om zodoende een afvoer van vaste delen tussen de gasinjectiepunten mogelijk te maken. Figuur 5 geeft de inrichting weer waar deze is voorzien van een systeem (22) om vast of pasteus materiaal te voeden via één of meer centrale openingen in de behuizing boven de bewegende massa van vast korrelig materiaal. Eveneens heeft de inrichting de mogelijkheid om via één injectoren (2) in deze openingen een gas of gasmengsel te injecteren. Figuur 6 geeft een detail weer van een voorkeurdragende uitvoering van de blaaspijpen (4) voorzien van meerdere neerwaards gerichte blaasopeningen (23).

   Figuur 7 geeft een detail weer van een andere voorkeurdragende uitvoering van de blaaspijpen (4) met horizontaal, opwaards of neerwaardsgerichte blaasopeningen en waarbij de blaaspijp is voorzien van een kapje (19).

  
Volgens een voorkeurdragend kenmerk is een inwendige gasdistributor aangebracht in een behuizing waarin zich een hoeveelheid vast materiaal bevindt waarin een gas of gasmengsel dient te worden gebracht en waarbij de inwendige gasdistributor hoofdzakelijk bestaat uit een centrale aanvoer van gas (1), een gasdistributiekast (2), een centrale afsteuning (3) van de gasdistributiekast (2) met vrije uitzetting in alle richtingen, een hoeveelheid blaasopeningen (4) en waarbij de behuizing is voorzien van een opening (5) voor het verwijderen van het vast materiaal

  
Een bijkomend voorkeurdragend kenmerk voorziet in de centrale afsteuning een voorziening voor het verwijderen van vast materiaal uit de gasdistributiekast en waarbij deze voorziening hoofdzakelijk bestaat uit een concentrische buis (6) waarlangs het gas naar de gasdistributiekast wordt gebracht, die geplaatst is in de centrale afsteuning (3) en waarbij onderaan in de centrale afsteuning (3) een voorziening (7) is geplaatst om het vast materiaal uit de gasdistributor te verwijderen.

  
Een bijkomend voorkeurdragend kenmerk voorziet in een distributor die kan verwijderd of vervangen worden door één spandichtingsverbinding mechanisch te openen. Deze voorziening laat toe de distributor te vervangen of te veranderen door een ander distributortype indien gewenst zonder dat er blijvende mechanische veranderingen moeten worden aangebracht aan de installatie.

  
Een ander voorkeurdragend kenmerk voor de voorziening (5) bestaat uit een klep (8) waarna een gasinjectie (9) is geplaatst om het vast materiaal te verwijderen via dens transport. De voorziening (5) kan optioneel worden uitgevoerd als een vrij opgehangen systeem waarbij een binnenbuis (15) is geklemd tussen flenzen voorzien van een keramische dichtingen en waarbij de buitenbuis (16) tweedelig is uitgevoerd om thermische uitzettingen op te vangen. De stationaire massa tussen de binnen- en buitenbuis doet hierbij dienst als isolatiemateriaal. 

  
Een bijkomend voorkeurdragend kenmerk voor de voorziening voorziet in een gasdistributiekast (2) die is voorzien van een inwendige geperforeerde plaat (10) die geplaatst is onder de blaasopeningen (4) om zodoende een gecontroleerde verdeling van het gas te bewerkstelligen.

  
Een andere voorkeurdragende uitvoering voorziet in een gasdistributiekast die is uitgevoerd als een reeks van pijpen (18) opgesteld in een grid en waarbij de mogelijkheid optreed om vaste delen ook tussen deze pijpen af te voeren naar de aflaatopening (5).

  
Voorkeurdragende uitvoeringen voor de blaasopeningen zijn blaasopeningen (4) die bestaan uit blaaspijpen met meerdere neerwaards gerichte openingen van een welbepaalde diameter of blaasopeningen (4) die bestaan uit gaatjes van een welbepaalde diameter en waarbij boven de gaatjes (23) een kapje (19) kan worden geplaatst.

  
In een andere voorkeurdragende uitvoering is het aantal blaasopeningen per eenheid oppervlak hoger aan de binnenkant van de gasdistributiekast (2) dan aan de buitenzijde van de gasdistributiekast (2) of waarbij de bovenste plaat (11) van de gasdistributiekast (2) is voorzien van een helling.

  
In een andere voorkeurdragende uitvoering is de afvoer (5) in de behuizing (e) voorzien van een luchtinjectiesysteem (12) om het vast materiaal via dens transport te verwijderen via een afvoer (5)

  
In een andere voorkeurdragende uitvoering is de gasdistributiekast (2) op een centrale afsteuning (3) bevestigd met een flensverbinding die voorzien is van een dubbele dichting (14) en een spaninrichting (17). Het gasdistributiesysteem is modulair per eenheidsoppervlak opschaalbaar via het gebruik van meerdere gasdistributors.

  
Een voorkeurdragende uitvoering van de behuizing voorziet in een een structuur die is aangebracht in de behuizing en die bestaande (18) uit damwanden bekleed met gemonteerde platen uit refractair beton. De behuizing (e) is voorzien van een centrale opening (20) waarin zich een aantal injectoren (21) bevinden voor de injectie van en gas of gasmengsel in de ruimte boven de bewegende massa vast korreling materiaal en waarin zich eveneens een systeem (22) bevindt om vast of pasteus materiaal te voeding in de ruimte boven het bed. De inwendige thermische isolatie bestaat uit doeken van ceramische vezels al dien niet voorzien van zones waar refractaire stenen of beton is aangebracht. De inwendige thermische isolatie kan worden voorzien van een laag van een hard mineraal materiaal.

Claims

Conclusies:

1.- Inrichting voor het realiseren van een gasinjectie in een hoeveelheid korrelig vast materiaal bestaande uit een inwendige gasdistributor aangebracht in een behuizing waarin zich een hoeveelheid vast gestort materiaal bevindt waarin een gas of gasmengsel dient te worden gebracht en waarbij de inwendige gasdistributor hoofdzakelijk bestaat uit een centrale aanvoer van gas (1 ), een gasdistributiekast (2), een centrale afsteuning (3) van de gasdistributiekast (2) met vrije uitzetting in alle richtingen, een hoeveelheid blaasopeningen (4) en waarbij de behuizing is voorzien van een opening (5) voor het verwijderen van het vast materiaal

2.- Inrichting volgens conclusie 1. waarbij in de centrale afsteuning een voorziening is aangebracht voor het verwijderen van vast materiaal uit de gasdistributiekast en waarbij deze voorziening hoofdzakelijk bestaat uit een concentrische buis (6) waarlangs het gas naar de gasdistributiekast wordt gebracht, die geplaatst is in de centrale afsteuning (3) en waarbij onderaan in de centrale afsteuning (3) een voorziening (7) is geplaatst om het vast materiaal uit de gasdistributor te verwijderen.

3.- Inrichting volgens conclusie 2 waarbij de voorziening (5) bestaat uit een klep (8) waarna een gasinjectie (9) is geplaatst om het vast materiaal te verwijderen via dens transport. De voorziening (5) kan optioneel worden uitgevoerd als een vrij opgehangen systeem waarbij een binnenbuis (15) is geklemd tussen flenzen voorzien van een keramische dichtingen en waarbij de buitenbuis (16) tweedelig is uitgevoerd om thermische uitzettingen op te vangen. De stationaire massa tussen de binnen- en buitenbuis doet hierbij dienst als isolatiemateriaal.

4.- Inrichting volgens conclusie 1 waarbij de gasdistributiekast (2) is voorzien van een inwendige geperforeerde plaat (10) die geplaatst is onder de blaasopeningen (4) om zodoende een gecontroleerde verdeling van het gas te bewerkstelligen.

5.- Inrichting volgens conclusie 1 waarbij de gasdistributiekast is uitgevoerd als een reeks van pijpen (18) opgesteld in een grid en waarbij de mogelijkheid optreed om vaste delen ook tussen deze pijpen af te voeren naar de aflaatopening (5).

6.- Inrichting volgens één van voorgaande conclusies 1, 4, 5 waarbij de blaasopeningen (4) bestaan uit blaaspijpen met meerdere neerwaards gerichte openingen (23) van een welbepaalde diameter.

7.- Inrichting volgens één van de conclusies 1, 4, 5, 6 waarbij de blaasopeningen (4) bestaan uit gaatjes van een welbepaalde diameter en waarbij boven de gaatjes een kapje (19) kan worden geplaatst.

8.- Inrichting volgens één van de conclusies 1, 4, 5, 6 en 7 waarbij het aantal blaasopeningen per eenheid oppervlak hoger is aan de binnenkant van de gasdistributiekast (2) dan aan de buitenzijde van de gasdistributiekast (2)

9.- Inrichting volgens conclusie 1 waarbij de bovenste plaat (11) van de gasdistributiekast (2) is voorzien van een helling.

10. Inrichting volgens één van de conclusies 1, 2, 3 waarbij de afvoer (5) in de behuizing (e) is voorzien een luchtinjectiesysteel (12) om het vast materiaal via dens transport te verwijderen via een afvoer (5)

11. Inrichting volgens conclusie 1 waarbij de gasdistributiekast (2) op centrale afsteuning (3) wordt bevestigd met een flensverbinding die voorzien is van een dubbele dichting (14) en een spaninrichting (17) om de gasdistributiekast op eenvoudige wijze te kunnen verwijderen.

12. Inrichting volgens een of meer van voorgaande conclusies waarbij het gasdistributiesysteem modulair per eenheidsoppervlak opschaalbaar is via het gebruik van meerdere gasdistributors.

13. Inichting volgens conclusie 1 waarbij in de behuizing een structuur is aangebracht bestaande uit damwanden bekleed met gemonteerde platen uit refractair beton

14. Inrichting volgens één van voorgaande conclusies daardoor gekenmerkt dat de behuizing (e) is voorzien van een centrale opening (20) waarin zich een aantal injectoren (21) bevinden voor de injectie van en gas of gasmengsel in de ruimte boven de bewegende massa vast korreling materiaal en waarin zich eveneens een systeem (22) bevindt om vast of pasteus materiaal te voeding in de ruimte boven het bed.

15. Inrichting volgens één van voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de inwendige thermische isolatie bestaat uit doeken van ceramische vezels.

16. Inrichting volgens één van voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de inwendige thermische isolatie bestaat uit doeken van ceramische vezels alsmede is voorzien van een laag van een hard mineraal materiaal.

17. Inrichting volgens één van voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de temperatuur in het bed van vast korrelig materiaal meer dan 100[deg.]C en minder dan 850[deg.]C bedraagd.

18. Inrichting volgens één van voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de de temperatuur in de installatie niet meer dan 100[deg.]C bedraagd.

19. Inrichting volgens één van voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het bedmateriaal bestaat uit een speciaal geselecteerd materiaal en/of de inerte fractie afkomstig van het te behandelen product.

20. Inrichting volgens één van voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de inwendige gasdistributor wordt bedreven op een temperatuur groter dan omgevingstemperatuur en lager dan 850[deg.]C.