DE1030310B - Wirbelschichtreaktor - Google Patents

Wirbelschichtreaktor

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DE1030310B
DE1030310B DEE13366A DEE0013366A DE1030310B DE 1030310 B DE1030310 B DE 1030310B DE E13366 A DEE13366 A DE E13366A DE E0013366 A DEE0013366 A DE E0013366A DE 1030310 B DE1030310 B DE 1030310B
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DEE13366A
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/44Fluidisation grids

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Description

  • Wirbelschichtreaktor Die Erfindung betrifft einen Wirbelschichtreaktor, der in bekannter Weise aus einem aufrecht stehenden Behälter von kreisförmigem Querschnitt besteht und zur Aufnahme verwirbelter Feststoffe dient, die durch einen nach oben gehenden Gasstrom in aufgewirbeltem Zustand gehalten werden. Derartige Wirbelschichtreaktoren benutzt man für die verschiedensten Umsetzungen, z. B. das Rösten von Erzen, die Trocknung feuchter Feststoffe, die Schwelung oder Verbrennung von Kohle, die Aufarbeitung von Ölschiefer und die verschiedenartigsten Umsetzungen von Erdölen, z. B. die Verkokung von Erdöl in Berührung mit festen Wirbelschichtteilchen.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, in Behältern für die aufzuwirbelnden Feststoffe eine Rostplatte anzubiingen, um eine gleichmäßige Verteilung der zur Aufwirbelung dienenden, nach oben ziehenden Gase oder gasförmiger Reaktionsteilnehmer durch das ganze Wirbelschichtbett zu erreichen. Bei früheren Bauarten ordnete man diese Rostplatte innerhalb des Wirbelschichtbettes an ; bei hohen Betriebstemperaturen waren hierfür Speziallegierungen erforderlich, um den stark erodierenden und korrodierenden Einwirkungen der Feststoffe widerstehen zu können. Diese Legierungen sind gewöhnlich nicht schweißbar. Bei späteren Bauarten brachte man die Rostplatte unterhalb des Bettes an, so daß das durchtretende Aufwirbelungsgas, das gewöhnlich kälter als die Feststoffe ist, die Rostplatte beim Durchströmen kühlte. Die Löcher in der Rostplatte waren so ausgebildet, daß sie ein Druckgefälle über die Platte hinweg verursachten, das genügend hoch war, um durch die dadurch bedingte Geschwindigkeit der Gase das Abwärtssinken größerer Mengen der aufgewirbelten Feststoffe durch die Platte zu verhindern. Hierbei konnte, beispielsweise bei der Regeneration von Kontaktmassen aus einem katalytischen Crackverfahren für Gasöl, die Temperatur der Rostplatte unter 315°C gehalten werden, so daß die Platte aus einfachen Kohlenstoffstählen bestehen konnte. In der Praxis wurden dann auch die Behälter innen isoliert, um die Behälterwandung auf niedriger Temperatur, z. B. etwa 150 bis 260°C, halten zu können.
  • Bei der letztgenannten Bauart, bei der die Rostplatte das Wirbelbett trägt, ruht die Platte gewöhnlich auf einer Reihe von über den Behälterumfang verteilten Laschen oder Nocken, wobei diese an den Behältermantel angeschweißt sind. Die Platte wurde dabei mit den Laschen verschraubt, und die Gewindebohrungen der Schrauben waren geschlitzt, um die durch die Wärme verursachte Bewegung zwischen der Platte und der kühleren Behälterwandung zu ermöglichen. Es war jedoch nicht möglich, die einzelnen Laschen zu einem zusammenhängenden Tragring zu vereinigen, da bei höheren Temperaturen unerwünscht hohe thermische Spannungen in dem Ring wie auch der Behälterwandung auftraten, insbesondere wenn die Behälter innen isoliert waren.
  • Da die Laschen getrennt voneinander liegen, war eine Abdichtung für die Rostplatte erforderlich, um ein Durchströmen der Gase und auch der aufgewirbelten Feststoffe zwischen den Laschen und dem äußeren Rand der Platte oder auch durch die Isolierung des Behälters zu verhindern. Zu diesem Zwecke hat man bereits eine dünne biegsame Membran aus nichtrostendem Stahl an eine an der Behälterwand befestigte Gassperre geschweißt, die sich bis über die Rostplatte erstreckte und an dieser befestigt wurde. Diese Abdichtungsvorrichtung hatte bei einer Ausführungsform im Querschnitt die Form eines umgekehrten V. Hierdurch wurde zwar eine positive mechanische Abdichtung erreicht, bei der jeder Gasdurchtritt um die Ränder der Platte herum und durch freie Spielräume verhindert war, wie sieetwabei denSchraubenlöchern der Rostplattenträger vorlagen ; doch hat sich diese Art der Abdichtung als umständlich und kostspielig erwiesen und war auch nicht ganz befriedigend. Insbesondere neigte sie zur Erosion und erlaubte, wenn sie auch eine Bewegung zwischen Platte und Behältermantel in der Waagerechten ausgleichen konnte, nur geringfügige Bewegungen in der Senkrechten, ohne zu reißen. Da diese Dichtung notwendigerweise sehr dünn war, konnte sie auch sehr hohe Druckgefälle beiderseits der Platte nicht aushalten ; derartige Gefalle können aber bei Wirbelschichtverkokung ziemlich hoch sein.
  • Die Erfindung betrifft eine verbesserte Anordnung der gelochten Rostplatte mit gleichzeitiger Abdichtung an ihren Rändern, wobei diese und andere Schwierigkeiten behoben werden. Erfindungsgemäß ist die Rostplatte auf einem Tragring angeordnet, wobei der Ring die Ränder der Platte in solcher Weise umschließt, daß ein Durchgang von Gasen nach der Oberseite der Platte hin um deren Ränder herum verhindert wird, und wobei der Tragring wenigstens teilweise von den Wandungen des Behälters isoliert ist. Hierbei wird die Mindestbreite des Tragringes durch die Formel dL > bestimmt, in der das Temperaturgefälle über den Tragring, D den Durchmesser dieses Ringes, t seine Stärke, L die Breite des Ringes und T seine Temperatur bedeutet. Durch diese neuartige Ausbildung der Rostplatte ist es möglich, alle auftretenden Unterschiede in der Wärmeausdehnung und -zusammenziehung auszugleichen, und außerdem ergibt der Tragring eine hinreichend feste Auflage für die Platte und verhindert mit Sicherheit das Durchströmen von Gasen um die Ränder der Platte herum.
  • Die Rostplatte kann an dem Tragring aufgehängt oder auch auf ihn gelegt sein, und der Tragring ist vorzugsweise an die Wandungen des Behälters angeschweißt. Hierbei ist meist ein beträchtlicher Teil des Tragringes senkrecht angeordnet. Wenn der Reaktionsbehälter einen kegelförmigen Boden hat, wird der Tragring zweckmäßig am oberen Ende des Kegels befestigt und verläuft dann gänzlich senkrecht. In der Zeichnung zeigt Abb. 1 einen Behälter für Wirbelschichtreaktoren in Berührung mit aufgewirbelten reinen Feststoffen, die sich auf einem Tragrost nach der Erfindung befinden ; Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung.
  • Bei der Anordnung nach Abb. 1 enthält der Behälter ein Bett 2 aus aufgewirbelten Feststoffen, deren obere Grenzfläche mit 3 bezeichnet ist. Das Wirbelschichtbett kann beispielsweise aufgewirbelte Koksteilchen enthalten, die unter Durchleitung von Luft von unten nach oben oxydiert und aufgeheizt werden, worauf sie die so erzeugte Wärme einem Kohlenwasserstofföl-Verkokungsbehälter zuführen. Abgekühlte Feststoffteilchen aus dem Verkokungsbehälter werden im Kreislauf herangeführt und treten durch die Leitung 4 von unten in den Behälterl ein. Die wieder aufgeheizten Feststoffe, deren Temperatur 40 bis 200°C über der gewünschten Verkokungstemperatur liegt, verlassen den Behälter 1 durch die Leitung 5.
  • Am Boden des Behälters 1, der vorzugsweise konisch ausgebildet ist, wird Luft durch die Leitung 6 zugeführt, die den Koks oberhalb der Rostplatte 9 aufwirbelt und teilweise verbrennt. Die Abgase verlassen den Behälter 1 durch die Leitung 7, nachdem mitgeführte Feststoffe in dem Zyklonsystem 8 abgeschieden worden sind.
  • Die runde Rostplatte 9 trägt das Wirbelbett 2 und verteilt die Verbrennungsluft gleichmäßig über den ganzen Querschnitt des Behälters. Sie ist ringsum in einem waagerechten Abstand, gewöhnlich von etwa 25 bis 75 mm, von den Behälterwänden angebracht, so daß sie sich genügend nach den Seiten hin ausdehnen kann. Die Platte wird von einem Tragring 10 gehalten, der so gebaut ist, daß er die Wärmeausdehnung und-zusammenziehung zwischen der Platte 9 und dem Behälter 1 zuläßt und sich dem notwendigen Temperaturgefälle zwischen beiden anpaßt. Er hat einen senkrechten Teil von solcher Länge, daß die Belastung durch Wärmebiegeausdehnung + Druck auf zulässige Werte beschränkt wird. Die Länge und Stärke des Ringes sind den jeweiligen Baubedingungen entsprechend gewählt, wobei die tatsachlichen Abmessungen so sind, daß die vereinigte Druck-und Biegebeanspruchung innerhalb der für den verwendeten Werkstoff bei der jeweiligen Temperatur zulässigen Grenzen liegt.
  • Wesentlich ist, daß die Mindestlänge des Tragringes durch die obengenannte Formel gegeben wird. Bei den meisten Reaktoren ist die senkrechte Höhe des Ringes mindestens 45 bis 75 cm. Zur Erreichung eines genügend gleichmäßigen und niedrigen Wertes des Wärmegefälles über dem Ring ist es auch wesentlich, daß die Isolierung 11 innerhalb des Behälters sich teilweise (gewöhnlich, wie gezeigt, 45 bis 60 cm weit) den Ring entlang von den Behälterwänden erstreckt. Hierdurch wird die Biegespannung in dem Ring vermindert.
  • Ein weiteres wichtiges Kennzeichen dieser Bauart besteht darin, daß der Ring an die Behälterwand angeschweißt ist, vorzugsweise durch lückenlose volle Einbrennschweißung, um das Durchströmen von Luft und mitgerissenen festen Teilchen um den Ring herum zu verhindern. Der Ring kann auch an die Rostplatte geschweißt sein, obwohl man hierfür auch andere Befestigungsmittel nehmen kann.
  • Bei Reaktoren von über 3 m Durchmesser ist die Rostplatte 9 vorzugsweise leicht gewölbt ausgebildet, um die Membranstärke gewölbter Flächen zu haben, wodurch sie selbsttragend wird und das zum Tragen ebener Rostplatten sonst erforderliche Traggerüst überflüssig wird.
  • Eine abwärts gerichtete Wölbung zieht man dabei einer aufwärts gerichteten vor, um den verlorenen Raum unterhalb der Rostplatte zu verkleinern.
  • Der Krümmungsradius der Rostplatte ist durch ein Kompromiß zwischen mechanischen und verfahrensmäßigen Erwägungen bedingt. Ist er zu klein, so verursacht die Tiefe der Wölbung einen merklichen Unterschied im hydrostatischen Druck, den die wirbelnden Festteilchen auf der Mitte der Platte ausüben, im Vergleich mit dem am Rand auftretenden. Hierdurch entsteht ein stärkerer Strom durch die Randlöcher, was zu schlechter Luftverteilung führt.
  • Die Rostplatte und der Ring müssen für die schärfsten Betriebsbeanspruchungen gebaut sein ; dies ist gewöhnlich eine solche Bedingung, bei der die Platte die Masse der festen Stoffe in unaufgewirbeltem Zustand bei Betriebstemperaturen tragen muß.
  • Bei der Ausführung nach Abb. 2 liegt die Rostplatte oberhalb des Tragringes, statt von diesem abwärts zu hängen. Diese Bauart ist günstiger, weil sie eine niedrigere Lage der Platte weiter unten im Reaktor ermöglicht, wodurch der verlorene Raum unterhalb von ihr verringert wird. Die Rostplatte ist hier mit 20 und der Tragring mit 21 bezeichnet. Der Ring erstreckt sich von dem konischen Reaktorboden nach oben und ist mit diesem verschweißt.
  • Wesentlich ist, daß das feuerbeständige Futter oder die Isolierung 23 des Behälters sich teilweise über den Ring erstreckt, damit das Temperaturgefälle gleichmäßiger wird.
  • Rostplatten und Tragringe der beschriebenen Art können in verschiedenen Ausführungsformen angewandt werden, z. B. auch so, daß ein Ring zum Tragen von zwei oder mehreren Rostplatten dient, die senkrecht im Abstand übereinander liegen, oder man kann eine Mehrzahl konzentrischer Ringe zum Tragen mehrerer übereinanderliegender Rostplatten benutzen. Bei manchen Anwendungsarten ist es nämlich vorteilhaft, mehrere Rostplatten zu verwenden, um die Betriebsbedingungen besser variieren zu können. Beispielsweise kann man zwei Rostplatten benutzen, von denen die untere einen kleineren Gesamtquerschnitt der Öffnungen hat. Auf diese Weise wird z. B. in einem Reaktor zur teilweisen Verbiennung von Wirbelschichtkoks, wenn die Geschwindigkeit der eintretenden Luft normal ist, das Koksbett von der oberen Rostplatte getragen, die einen größeren freien Gesamtquerschnitt der Löcher hat. Bei geringerer Luftgeschwindigkeit oder kleinstem Fassungsvermögen, wenn die durch die obere Rostplatte strömende Luft nicht ausreicht, um ein Zurückströmen von Koks durch diese obere Platte zu verhindern, wird hingegen das Koksbett von der unteren Platte getragen, bei deren kleineren Löchern der durchstreichende Luftstrom hierfür noch ausreicht.
  • Zur Verhinderung zu hoher Druckabfälle in diesem doppelten Plattensystem kann man auch bei normalem Betrieb einen Teil der Luft zwischen den Rostplatten einblasen.
  • Das folgende Beispiel soll zur weiteren Erklärung der Erfindung dienen ; es beschreibt einen Verbrennungsreaktor, in dem aufgewirbelter Koks aus einer Wirbelschichtverkokung von Kohlenwasserstoffölen, dessen Teilchen etwa 40 bis 800 Mikron groß sind, bei etwa 607°C verbrannt wird.
  • Beispiel Temperatur, ° C, am Behältermantel 177 innen.................................... 607 Druck, atü 0, 84 Luftmenge bei 149°C (trocken) m3, Strömungstag 8950 Kokszufuhr zum Brenner bei 510°C, t/min.... 3,9 Koksverbrennungsgeschwindigkeit, kg/Std...... 1580 Kokshaltung, t............................. 19 Schichtdichte, kg/m3........................ 770 Gasgeschwindigkeit in der Schicht, m/sec....... 0,85 Innendurchmesser des Behälters Mantel, m3.. 3, 81 Behälterfutter, m.......................... 3, 58 Rostplatte, Durchmesser, m.................. 3, 51 Rostplattenstärke, mm...................... 12, 7 Krümmungsradius der Rostplatte, m.......... 7, 62 Gesamtfläche der freien Offnungen in der Rostplatte, °/0 0, 5 Ap iiber der Rostplatte, at normal................................... 0,35 kurzzeitig................................ 0,71 Gesamthöhe des Tragringes, cm.............. 61, 0 Höhe des senkrechten Teils im Tra. gring, cm.. 45,7 Stärke des Tragringes, mm.................. 12, 7

Claims (4)

  1. Werkstoff des Tragringes.......... Kohlenstoffstahl Werkstoff der Rostplatte.......... Kohlenstoffstahl PATENTANSPRÜCHE : 1. Wirbelschichtreaktor, bestehend aus einem aufrecht stehenden Behälter von kreisförmigem Querschnitt mit gelochter Rostplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Rostplatte (9,20) auf einem Tragring (10,21) angeordnet ist, wobei der Ring die Ränder der Rostplatte in solcher Weise umschließt, daß ein Duichgang von Gasen nach der Oberseite der Platte hin um deren Ränder herum verhindert wird, und wobei der Tragring wenigstens teilweise von den Wandungen des Behälters (1) aus isoliert ist und eine Mindestbreite aufweist, die durch die Formel d T > bestimmt wird, in der-. das Temperaturgefälle über den Tragring, D den Durchmesser dieses Ringes, t seine Stärke, L die Breite des Ringes und T seine Temperatur bedeutet.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rostplatte an dem Tragring aufgehängt oder auch auf ihn gelegt und der Tragring vorzugsweise an die Wandungen des Reaktionsbehälters angeschweißt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein beträchtlicher Teil des Tragringes senkrecht angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter einen kegelförmigen Boden hat und daß der Tragring am oberen Ende des Kegels befestigt ist und gänzlich senkrecht verläuft.
DEE13366A 1955-12-14 1956-12-13 Wirbelschichtreaktor Pending DE1030310B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011112232A2 (en) 2010-03-10 2011-09-15 Lord Ltd, Lp An apparatus for restarting a gas-solids contactor

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011112232A2 (en) 2010-03-10 2011-09-15 Lord Ltd, Lp An apparatus for restarting a gas-solids contactor
EP2519345A2 (de) * 2010-03-10 2012-11-07 Lord Ltd LP Vorrichtung zum neustarten eines gas-feststoff-schützes
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