DE1049039B

DE1049039B - Method and device for heating liquids by catalytic oxidation

Info

Publication number: DE1049039B
Application number: DEO5003A
Authority: DE
Inventors: Eugene Jules Houdry
Original assignee: Oxy Catalyst Inc
Current assignee: Oxy Catalyst Inc
Priority date: 1955-07-25
Filing date: 1956-07-24
Publication date: 1959-01-22

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten durch katalytische Oxydation Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum indirekten Erhitzen von Flüssigkeiten unter Verwendung einer Wirbelschicht eines Oxydationskatalysators.Method and device for heating liquids by catalytic Oxidation The invention relates to a method and a device for indirect Heating liquids using a fluidized bed of an oxidation catalyst.

Bei den üblichen Vorrichtungen zum indirekten Erwärmen von Flüssigkeiten, z. B. für die Erzeugung von Dampf, verbrennt der Brennstoff unter Flammenbildung; um heiße Verbrennungsgase zu erzeugen, welche dann über Heizrohre oder eine wärmeaustauschende Fläche, durch welche eine Flüssigkeit fließt, geführt werden, wodurch die Hitze von den Gasen auf die Flüssigkeit übertragen wird. Es wurde gefunden, daß ein anderes Verfahren, bei welchem eine Wirbelschicht eines Oxydationskatalysators verwendet wird, viele Vorteile gegenüber den gewöhnlichen Verfahren, die mit offener Verbrennung <arbeiten, hat.With the usual devices for indirect heating of liquids, z. B. for the generation of steam, the fuel burns with flame formation; to generate hot combustion gases, which then pass through heating pipes or a heat-exchanging Surface through which a liquid flows, causing the heat is transferred from the gases to the liquid. It was found that another Process in which a fluidized bed uses an oxidation catalyst will have many advantages over the usual open combustion processes <work, has.

Nach diesem Verfahren wird eine Mischung aus Luft und Brennstoff aufwärts durch eine Schicht von verhältnismäßig kleinen Teilchen des Oxydationskatalysators geführt, wobei die Geschwindigkeit so eingestellt ist, daß eine Wirbelschicht entsteht und der Brennstoff innerhalb der Schicht katalytisch oxydiert wird. Rohre oder andere Wärmeaustauschflächen werden in die Schicht eingetaucht, und die zu erhitzende Flüssigkeit wird durch diese Rohre geleitet und nimmt so die Wärme aus der Schicht auf.After this process, a mixture of air and fuel is made up through a layer of relatively small particles of the oxidation catalyst out, the speed is adjusted so that a fluidized bed is formed and the fuel is catalytically oxidized within the layer. Pipes or other Heat exchange surfaces are immersed in the layer, and the liquid to be heated is passed through these pipes and absorbs the heat from the layer.

Dieses System hat gegenüber den üblichen mit Flammenbildung arbeitenden Systemen die folgenden Vorteile: 1. Pro Volumeneinheit der Wirbelschicht kann eine hohe Wärmeleistung erreicht werden, oft 20- bis 30mal soviel wie in einem System, das mit Flammenbildung arbeitet. Dies ergibt eine wesentliche Verringerung der Ausmaße der Vorrichtung.This system has compared to the usual working with flame formation Systems have the following advantages: 1. Per unit volume of the fluidized bed, one high heat output can be achieved, often 20 to 30 times as much as in a system, that works with flame formation. This results in a substantial reduction in size the device.

2. Innerhalb der Wirbelschicht, in der die Oxvdation des Brennstoffes stattfindet, kann eine große Wärmeaustauschoberfläche angebracht werden, im Gegensatz zu dem üblichen System, in welchem das Innere des Feuerraumes im wesentlichen leer ist. Dies ermöglicht eine weitere Verringerung der Ausmaße der Vorrichtung.2. Inside the fluidized bed, in which the oxidation of the fuel takes place, a large heat exchange surface can be attached, in contrast to the usual system in which the interior of the furnace is essentially empty is. This enables a further reduction in the size of the device.

3. In der Wirbelschicht werden hohe Wärmeaustauschkoeffiziente erhalten, die im Durchschnitt 3- bis 7mal so hoch sind wie die, die in dem Übertragungsabschnitt von gewöhnlichen Boilern erhalten werden. Dies verringert die Ausmaße der wärmeaustauschenden Oberfläche, die erforderlich ist, und ergibt noch eine weitere Verringerung der Vorrichtung.3. High heat exchange coefficients are obtained in the fluidized bed, which are on average 3 to 7 times as high as those in the transmission section can be obtained from ordinary boilers. This reduces the size of the heat exchangers Surface area that is required and results in a further reduction in Contraption.

4. Im Gegensatz zu der Verbrennung mit Flammenbildung, bei welcher maximale Temperaturen in der Größenordnung von 1650 bis 1930° C erhalten werden, kann die Abgabe der Wärme des Brennstoffes in einer Wirbelschicht- des Oxydationskatalysators bei Temperaturen erreicht werden, die weit unterhalb der Flammentemperatur sind, gewöhnlich im Bereich von 540 bis 1100° C.4. In contrast to combustion with flame formation, in which maximum temperatures of the order of 1650 to 1930 ° C can be obtained, Can give off heat of fuel in a fluidized bed of the oxidation catalyst are reached at temperatures that are far below the flame temperature, usually in the range of 540 to 1100 ° C.

Obwohl die oben besprochenen Vorteile vorhanden sind, wurde gefunden, daß dieses System im Betrieb eine große Anzahl von praktischen Schwierigkeiten zeigt. Eine der Hauptschwierigkeiten ist es, ein System zu schaffen, welches unter Verwendung eines verhältnismäßig billigen Katalysators befriedigend arbeitet. Oxydationskatalysatoren mit einer brauchbaren Aktivität leiden oft unter Abriebverlusten, wenn spie in einer Wirbelschicht angewendet werden, bei welcher die Katalysatorteilchen dauernd gegeneinander und gegen die in die Schicht eingetauchten Rohre stoßen. Durch diesen Abrieb entsteht sehr feines Material, dessen Teilchengröße weit unterhalb der durchschnittlichen, in der Schicht vorhandenen Teilchen ist, und diese feinen Teilchen werden von dein Strom der ausströmenden Gase aus der Schicht fortgetragen. Diese unvermeidbaren Verluste verhindern die Verwendung von hochaktiven teueren, katalytischen Substanzen, wie z. B. von Katalysatoren, die Platin enthalten, und es ist deshalb notwendig, weniger aktive, billigere Substanzen zu verwenden, wie z. B. Katalysatoren, die Silber, Kupfer oder Chrom enthalten.Although the advantages discussed above are present, it has been found that this system presents a large number of practical difficulties in operation. One of the main difficulties is to create a system that will use a relatively cheap catalyst works satisfactorily. Oxidation catalysts with a useful activity often suffer from abrasion losses when spat in one Fluidized bed are used, in which the catalyst particles are constantly against each other and hit the pipes immersed in the layer. This abrasion arises very fine material, the particle size of which is far below the average, particles present in the layer, and these fine particles are caused by your Stream of the escaping gases carried away from the layer. These inevitable Losses prevent the use of highly active, expensive, catalytic substances, such as B. of catalysts containing platinum, and it is therefore necessary to use less active, cheaper substances, such as B. Catalysts that Contains silver, copper or chrome.

Die Verwendung von billigen Oxydationskatalysatoren mit geringer Aktivität hat jedoch den Nachteil, daß diese Katalysatoren. eine höhe Aktivität nur bei verhältnismäßig hohen Temperaturen, wie 540 bis 820° C, erreichen. Wegen dieser Eigenschaft ist die Wärmeabgabe innerhalb der Schicht zu niedrig, wenn die Schichttemperatur unter diese Temperaturen fällt. Die Verbrennungsluft muß daher mit verhältnismäßig hohen Temperaturen, z. B. 540° C, in die Schicht eingeführt werden.The use of cheap oxidation catalysts with low activity has the disadvantage, however, that these catalysts. a lot of activity can only be reached at relatively high temperatures, such as 540 to 820 ° C. Because this property, the heat dissipation within the layer is too low if the Layer temperature falls below these temperatures. The combustion air must therefore with relatively high temperatures, e.g. B. 540 ° C, introduced into the layer will.

Das Erfordernis, daß die eingeführte Verbrennungsluft auf verhältnismäßig hohe Temperaturen in der Größenordnung von z. B. 540° C vorgewärmt werden muß, gibt eine starke Beschränkung der praktischen Anwendung des Systems, da diese Vorwärmtemperaturen praktisch durch Wärmeaustausch mit den ausströmenden Gasen nicht vollkommen erhalten werden können. Wenn ein Hilfsflammenverbrenner angewendet wird, um genügend heiße Verbrennungsgase zu liefern, um die Temperatur der Luft in den Bereich von 540° C zu bringen, ist einer der Hauptvorteile dieses Systems verloren, da ein großer Hilfsofen vorhanden sein muß, um einen wesentlichen Teil, z. B. in der Größenordnung von einem Drittel der gesamten Brennstoffmenge, mittels Flammen zu verbrennen. Weiterhin tritt das Problem auf, ein großes Volumen heißen Gases aus dem Hilfsflammeni erbrenner mit der Verbrennungsluft zu vermischen, und die Schwierigkeit, die vorgewärmte Mischung bei einer Temperatur von z. B. 540 bis 650° C über die Fläche der Wirbelschicht richtig zu verteilen, so daß gleichmäßige Wirbeleigenschaften erhalten werden. Diese Schwierigkeiten sind in wirtschaftlicher Weise schwer zu lösen.The requirement that the introduced combustion air be proportionate high temperatures on the order of e.g. B. 540 ° C must be preheated there a severe limitation on the practical application of the system because of these preheating temperatures practically not completely preserved by heat exchange with the outflowing gases can be. If an auxiliary flame burner is used, it will be sufficiently hot Combustion gases deliver to the temperature of the air in the range of 540 ° Bringing C has lost one of the main advantages of this system as a great one Auxiliary furnace must be available to make a substantial part, e.g. B. in the order of magnitude of a third of the total amount of fuel to be burned by flames. Farther the problem occurs, a large volume of hot gas from the auxiliary flame burners to mix with the combustion air, and the difficulty of the preheated mixture at a temperature of e.g. B. 540 to 650 ° C over the area of the fluidized bed to distribute properly so that uniform vortex properties are obtained. These Difficulties are difficult to solve economically.

Es ist der Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche die praktische Verwendung einer Wirbelschicht mit Oxydationskatalysatoren mit verhältnismäßig niedriger Aktivität in dem oben beschriebenen System ermöglicht, ohne daß es notwendig ist, auf einen großen Hilfsflammenverbrenner zurückzugreifen, um die notwendige Wärme zum Vorwärme-ii der Verbrennungsluft zu schaffen unter Vermeidung der mit dem Mischen der heißen Verbrennungsgase des Hilfsbrenners mit der Hauptluft und der gleichmäßigen Verteilung der erhaltenen Mischung hoher Temperatur in der ganzen Wirbelschicht verbundenen Schwierigkeiten.It is the main object of the present invention to provide a method and to provide an apparatus which makes practical use of a fluidized bed with oxidation catalysts with relatively low activity in the above described system allows, without it is necessary, to a large auxiliary flame burner to resort to the necessary heat for preheating-ii the combustion air create while avoiding the mixing of the hot combustion gases of the auxiliary burner with the main air and the even distribution of the mixture obtained higher Temperature in the whole fluidized bed associated difficulties.

Erfindungsgemäß wird ein System geschaffen, welches aus zwei Schichten des Oxydationskatalysators besteht, die vorzugsweise übereinander angeordnet sind. Die untere Schicht hat ein verhältnismäßig kleines Volumen. Sie besteht aus einem Oxydationskatalysator mit verhältnismäßig hoher Aktivität, wie z. B. einem Platinkatalysator. Diese Schicht ist so angeordnet, daß sie wenig oder gar nicht in Bewegung ist, so daß der Katalysator keine Verluste durch Abrieb erleidet. In dieser Schicht ist im wesentlichen keine Wärmeaustauschfläche angebracht. Die zweite oder obere Schicht des Katalysators hat ein im Verhältnis größeres Volumen und besteht aus einem Oxydationskatalysator, der im Verhältnis zu dem der ersten Schicht billiger ist und eine geringere Aktivität hat. Diese Schicht ist unter normalen Betriebsbedingungen eine Wirbelschicht und ist mit Rohren oder anderen Wärmeaustauschflächen versehen, die in die Schicht eingetaucht sind und durch welche eine Flüssigkeit zirkuliert, um die Wärme aus der Schicht aufzunehmen.According to the invention, a system is created which consists of two layers of the oxidation catalyst, which are preferably arranged one above the other. The lower layer has a relatively small volume. It consists of one Oxidation catalyst with relatively high activity, such as. B. a platinum catalyst. This layer is arranged in such a way that it is little or no movement, see above that the catalyst does not suffer any losses due to abrasion. In this layer is essentially no heat exchange surface attached. The second or top layer of the catalyst has a relatively larger volume and consists of an oxidation catalyst, which is cheaper in relation to that of the first layer and has a lower activity Has. This layer is a fluidized bed and under normal operating conditions is provided with tubes or other heat exchange surfaces that are immersed in the layer are and through which a liquid circulates to remove heat from the layer to record.

Beim Betrieb dieses Systems wird die Hauptluftzufuhr im wesentlichen nicht vorgewärmt oder nur auf verhältnismäßig niedrige Temperaturen, wie 200 bis 320° C, und wird zusammen mit einem geringen Anteil der Gesamtbrennstoffmenge durch die erste Schicht aus hoch aktivem Katalysator geleitet. Die Brennstoffmenge soll hierbei so gering sein, daß sie nur genügt, die Temperatur der Luft in den Bereich von 480 bis 820° C zu bringen. Die katalytischen Oxydation dieses Teils des Brennstoffes tritt in der ersten Schicht ein, und die erhaltenen, ausströmenden Gase, die so auf eine Temperatur vorgewärmt sind, wie sie der richtige Betrieb der zweiten Wirbelschicht erfordert, werden mit dem Rest des Brennstoffes am Bodenteil der Wirbelschicht gemischt. Die katalytische Oxydation des größeren Teils des Brennstoffes tritt in der zweiten Schicht ein, und frei werdende Wärme wird von der Schicht auf die Flüssigkeit übertragen, die durch die in die Schicht eingetauchten Rohre fließt.When operating this system, the main air supply becomes essentially not preheated or only to relatively low temperatures, such as 200 to 320 ° C, and is carried through together with a small proportion of the total amount of fuel passed the first layer of highly active catalyst. The amount of fuel should in this case it should be so low that it is only sufficient to set the temperature of the air in the area from 480 to 820 ° C. The catalytic oxidation of this part of the fuel occurs in the first layer, and the resulting outflowing gases that so are preheated to a temperature such as that required for the proper operation of the second fluidized bed are mixed with the rest of the fuel at the bottom of the fluidized bed. The catalytic oxidation of the greater part of the fuel occurs in the second Layer, and the heat that is released is transferred from the layer to the liquid, which flows through the pipes immersed in the layer.

Wenn auf diese Art gearbeitet wird, kann die Verteilung der Luftzufuhr über die Querschnittsfläche der Wirbelschicht am Eingang zu der ersten oder unteren Schicht bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur durchgeführt werden, und den notwendigen Grad der Vorwärmung erhält die Luft in einer üblichen und wirtschaftlichen Weise in einem verhältnismäßig kleinen Volumen hochaktiven Katalysators, bei dem keine Abriebverluste eintreten, wie dies bei dem Betrieb mit Wirbelschicht der Fall ist. Wie aus der genaueren folgenden Beschreibung ersichtlich, ergibt diese Art des Betriebes auch eine Anpassungsmöglichkeit im Betrieb der Wirbelschicht, die nicht möglich ist, wenn ein System mit einer einzigen Schicht verwendet wird.When working in this way, the distribution of the air supply can be achieved across the cross-sectional area of the fluidized bed at the entrance to the first or lower Layer are carried out at a relatively low temperature, and the air receives the necessary degree of preheating in a normal and economical way Way in a relatively small volume of highly active catalyst in which no abrasion losses occur, as is the case with operation with a fluidized bed is. As can be seen from the more detailed description below, this type of the operation also an adjustment option in the operation of the fluidized bed, which not possible when using a single tier system.

Mit Bezug auf die Zeichnungen soll die Erfindung nunmehr im einzelnen beschrieben werden.With reference now to the drawings, the invention will now be detailed to be discribed.

In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine halbschematische Ansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt; Fig.2 ist ein rechtwinkliger, senkrechter Schnitt durch die Mittelachse der Kammer nach Fig. 1; Fig. 3 eine Ansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.In the drawings, Fig. 1 is a semi-schematic view showing a shows preferred embodiment of the invention; Fig.2 is a right-angled, vertical one Section through the central axis of the chamber according to FIG. 1; Fig. 3 is a view of a another preferred embodiment of the invention.

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Stahlkammer mit einer feuerfesten Auskleidung 2. In dem unteren Teil der Kammer befindet sich eine perforierte Verteilungsplatte 3, die von den Stützen 4 getragen wird. Diese Platte dient dem zweifachen Zweck, die am Boden der Kammer durch .die Leitung 5 eintretende Verbrennungsluft gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der Kammer zu verteilen und die untere Schicht des Oxydationskatalysators, die aus verhältnismäßig großen Körnern 6 in Zylinderform besteht, zu tragen. Die Katalysatorteilchen haben z. B. einen Durchmesser und eine Länge von annähernd 1 cm.In Figs. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a steel chamber with a refractory lining 2. In the lower part of the chamber is located a perforated distribution plate 3 carried by the supports 4. These The plate serves two purposes, the line 5 at the bottom of the chamber incoming combustion air evenly over the entire cross-section of the chamber to distribute and the lower layer of the oxidation catalyst, which is made out of proportion large grains 6 in a cylindrical shape is to wear. The catalyst particles have z. B. a diameter and a length of approximately 1 cm.

Um die gleichmäßige Verteilung der Verbrennungsluft zu sichern, ist es im allgemeinen notwendig, einen wesentlichenDruckabfall durch die Verteilungsplatte3 oder andere gleichartige Mittel zu schaffen. Im Falle einer perforierten Platte z. B. wurde festgestellt, daß die Verwendung von verhältnismäßig kleiner, in engem Abstand angebrachter Perforation notwendig ist, um gleichmäßige Verteilung zu sichern. Perforationen von 1,5 mm Durchmesser, deren Mittelpunkte ungefähr 3 mm voneinander entfernt sind, wurden z. B. brauchbar befunden, um eine befriedigende Verteilung eines Luftstromes von ungefähr 6 kg/min über eine Ouerschnittsfläche von annähernd 930 dem zu sichern.To ensure the even distribution of the combustion air is it is generally necessary to have a substantial pressure drop across the distribution plate 3 or to create other similar means. In the case of a perforated plate z. B. it was found that the use of relatively smaller, in close Spaced perforation is necessary to ensure even distribution. 1.5 mm diameter perforations with centers about 3 mm apart are removed, z. B. found useful to a satisfactory distribution an air flow of approximately 6 kg / min over a cross-sectional area of approximately 930 to secure the.

Die untere Schicht besteht, wie oben festgestellt, aus einem Oxydationskatalysator mit verhältnismäßig hoher Aktivität. Besonders geeignet sind Katalysatoren, die Platin oder Palladium enthalten, die in sehr fein verteiltem Zustand auf einem Träger sind, der aus einem-aktivierten Metalloxyd; wie z.. B. aktiviertem Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd, Thoriumoxyd, Magnesiumoxyd oder Ci:rconoxyd,. besteht. Hochaktive und stabile Oxydationskatalysatoren können z. B. hergestellt werden, indem man Körnchen aus aktiviertem Aluminiumoxyd mit 0,2 bis 1 Gewichtsprozent feinverteiltem Platin imprägniert. Die Imprägnierung kann z. B. ausgeführt werden, indem Aluminiumoxydkörnclien in eine verdünnte Lösung von Platinchlorwasserstoffsäure eingetaucht werden. Dann werden sie getrocknet, und danach wird das Platinsalz durch Erwärmen zersetzt.As stated above, the lower layer consists of an oxidation catalyst with relatively high activity. Catalysts are particularly suitable which contain platinum or palladium, which are in a very finely divided state on a Are carriers made of an activated metal oxide; such as activated aluminum oxide, Beryllium oxide, thorium oxide, magnesium oxide or Ci: rconoxide ,. consists. Highly active and stable oxidation catalysts can e.g. B. be made by making granules made of activated aluminum oxide with 0.2 to 1 percent by weight of finely divided platinum impregnated. The impregnation can, for. B. be carried out by aluminum oxide grains be immersed in a dilute solution of platinum hydrochloric acid. then they are dried, and then the platinum salt is decomposed by heating.

Angesichts der verhältnismäßig hohen Kosten dieser l#,'atalysatorenart ist es erforderlich, Abriebverluste in der unteren Schicht zu vermeiden, und aus diesem Grunde muß der Katalysator in der unteren Schicht so angeordnet werden, daß er- bei Betriebsbedingungen wenig oder keine Bewegung erleidet. Wenn z. B. der Katalysator in der unteren Schicht aus Körnern besteht, wie in der Zeichnung gezeigt, so müssen diese 9 enügend groß sein oder mechanisch festgehalten werden, damit die Schicht bei den Betriebsbedingungen nicht in Wirbelung gerät. Die Körnchengröße in der unteren Schicht ist so im Verhältnis zu der der oberen Schicht, welche unter Wirbelbedingungen steht, festgelegt, wobei die Körner in der unteren Schicht größer sind als die in der oberen Schicht, um Wirbelung zu vermeiden. Ganz allgemein wurde festgestellt, daß Körner irn Größenbereich von 3 bis 13 mm für die untere Schicht brauchbar sind. Größere Körner sind gewöhnlich nicht erforderlich bzw. brauchbar wegen des ungünstigen Verhältnisses von Volumen zur Oberfläche und wegen des größeren Zwischenraumes zwischen den Körnern.In view of the relatively high cost of this type of analyzer, it is necessary to avoid attrition losses in the lower layer and for this reason the catalyst in the lower layer must be arranged in such a way that it experiences little or no movement under operating conditions. If z. B. the catalyst in the lower layer consists of grains, as shown in the drawing, these 9 must be sufficiently large or mechanically held so that the layer does not get into turbulence under the operating conditions. The grain size in the lower layer is thus set in relation to that of the upper layer, which is under turbulent conditions, the grains in the lower layer being larger than those in the upper layer in order to avoid turbulence. Generally speaking, it has been found that grains in the size range 3 to 13 mm are useful for the lower layer. Larger grains are usually not necessary or useful because of the unfavorable volume-to-surface ratio and because of the larger space between the grains.

Anstatt der Anwendung von Körnern können in der unteren Schicht auch Katalysatoren mit anderen Formen verwendet werden, wie z. B. katalytische Einheiten, die aus einem Porzellanrahmen bestehen, der stangenähnliche Teile mit einem dünnen Film von katalytisch-aktivem Aluminiumoxyd von 0,025 bis 0,16 inin Dicke hat, welcher wiederum mit einer verhältnismäßig kleinen Menge wie 1 Gewichtsprozent feinverteiltem Platin imprägniert ist.Instead of applying grains you can also use the bottom layer Catalysts of other shapes can be used, such as. B. catalytic units, which consist of a porcelain frame, the rod-like parts with a thin Catalytically active alumina film from 0.025 to 0.16 in in thickness, which again with a relatively small amount such as 1 percent by weight of finely divided Is impregnated with platinum.

Hochaktive Katalysatoren, wie die oben beschriebenen Platin- oder Palladiumkatalysatoren, arbeiten wirksam, obwohl das eintretende Luft-Brennstoff-Gemisch eine niedrige Temperatur hat. In einigen Fällen zeigte es sich, daß es möglich war, die Mischung im wesentlichen mit der Umgebungstemperatur oder leicht über dieser Temperatur, z. B. mit Temperaturen von 90 bis 150° C, einzuführen. Die maximale Temperatur, auf welche die in die untere Schicht eintretende Luft vorgewärmt werden muß, liegt in der Größenordnung von 320° C. Die Verbrennungsluft kann leicht auf diese Temperatur vorgewärmt werden, und mit diesen Temperaturen läßt sich leicht arbeiten, und sie können über die ganze Fläche der unteren Katalysatorschicht verteilt werden, z. B., wie gezeigt, durch eine perforierte Platte als Verteiler.Highly active catalysts, such as the platinum or platinum catalysts described above Palladium catalysts work effectively, despite the incoming air-fuel mixture has a low temperature. In some cases it turned out to be possible the mixture is essentially at or slightly above ambient temperature Temperature, e.g. B. at temperatures of 90 to 150 ° C to introduce. The maximal Temperature to which the air entering the lower layer is preheated must, is of the order of 320 ° C. The combustion air can easily this temperature can be preheated, and with these temperatures can be easily work, and they can be spread over the entire area of the lower catalyst layer be e.g. B. as shown by a perforated plate as a manifold.

Ein 2#,Tetz von Brennstoff verteilenden Leitungen 7 ist in der Nähe des Bodens in der unteren Katalysatorschicht angeordnet, um einen geringen Anteil des Gesamtbrennstoffes einzuführen. Der in der unteren Schicht zu oxydierende Brennstoff kann wahlweise mit der Verbrennungsluft, die durch die Leitung 5 am Boden der Kammer eintritt, vorgemischt werden. (Die hier gezeigte Methode des Verteilens ist jedoch im allgemeinen vorzuziehen.) Die Menge des Brennstoffes, die auf diese Art in die Verbrennungsluft, die in die untere Schicht eintritt, eingeführt wird, muß, wie oben festgestellt, so eingestellt werden, daß die Lufttemperatur so weit erhöht wird, wie für eine stabile Betätigung der oberen Wirbelschicht notwendig ist, Diese Temperatur ist im allgemeinen im Bereich von 480 bis 820° C und meistens in dem Bereich von 540 bis 650° C. Die Temperaturerhöhung ergibt sich natürlich aus der durch die katalytische Oxvdation des Brennstoffes in der unteren Schicht frei werdenden Wärme.A 2 # network of fuel distributing conduits 7 is nearby of the soil arranged in the lower catalyst layer to a small proportion of the total fuel. The fuel to be oxidized in the lower layer can optionally with the combustion air, which is passed through the line 5 at the bottom of the chamber occurs, be premixed. (However, the method of distributing shown here is generally preferable.) The amount of fuel thus fed into the Combustion air entering the lower layer must be introduced as noted above, be adjusted so that the air temperature increases so much becomes, as is necessary for stable operation of the upper fluidized bed, This Temperature is generally in the range of 480 to 820 ° C and mostly in that Range from 540 to 650 ° C. The temperature increase results of course from the released by the catalytic oxidation of the fuel in the lower layer Warmth.

Zwischen der ersten und der zweiten Schicht können Trennmittel vorgesehen sein, wie sie in der Zeichnung gezeigt und allgemein mit der Bezugsziffer 8 bezeichnet sind. Diese Mittel können, wie gezeigt, die Form einer Reihe von U-förmigen Kanälen 9 haben, die sich quer durch die Schicht erstrecken und die so viel Abstand voneinander haben, daß eine Schlitzreihe 10 gebildet wird, um den Gasdurchlaß von der ersten zur zweiten Schicht zu ermöglichen. Die Schlitze 10 sind wiederum mit Kappen in Form von umgedrehten U-förmigen Kanälen 11 versehen. Diese Anordnung dient hauptsächlich dazu, zu verhindern, daß die verhältnismäßig kleinen Teilchen der oberen Schicht in die untere Schicht wandern, und umgekehrt, und bis zu einem gewissen Grade trägt sie zur Verbesserung des. gleichmäßigen Stromes. der Gase bei, die von der ersten in die z"veite Schicht ausströmen. In einigen Fällen zeigte es sich als brauchbar, die Trennmittel. zwischen der oberen Schicht und der unteren Schicht wegzulassen. Die untere Schicht kann z. B. aus einer Schicht aus verhältnismäßig großen Körnern bestehen, und zwar von solcher Größe, daß sie höchstens eine beschränkte Vibration unter dem Einfluß des aufwärts strömenden Gasflusses erleiden, während die zweite Schicht aus einer darüber angebrachten tieferen Schicht von verhältnismäßig kleinen Körnern besteht, die so sind, daß sie bei den angewendeten Gasgeschwindigkeiten Wirbelung erleiden können. Ebenfalls können natürlich auch andere Mittel als die gezeigten verwendet werden, um die beiden Schichten zu trennen.Separating means can be provided between the first and the second layer as shown in the drawing and generally designated by the reference number 8 are. These means, as shown, may take the form of a series of U-shaped channels 9 that extend across the layer and that are so much spaced apart have that a row of slots 10 is formed around the gas passage from the first to allow for the second layer. The slots 10 are in turn with caps in Form of inverted U-shaped channels 11 provided. This arrangement mainly serves to prevent the relatively small particles of the top layer migrate to the lower layer, and vice versa, and to a certain extent bear they to improve the. steady flow. of gases at that from the first to flow out into the second layer. In some cases it was found to be useful the release agents. omit between the top layer and the bottom layer. The lower layer can e.g. B. from a layer of relatively large grains exist, and of such a size that they have at most a limited vibration suffer under the influence of the upward gas flow, while the second Layer from a deeper layer of relatively small ones attached above Grains that are such that they can work at the gas velocities used May suffer from turbulence. Of course, other means than that can also be used shown can be used to separate the two layers.

Die zweite oder obere Katalysatorschicht besteht aus vielen Körnern oder Teilchen 12, die kleiner sind als die Körner 6 der unteren Schicht. Dieser Katalysator ist verhältnismäßig billig und hat eine niedrigere Aktivität als der der unteren Schicht. An Stelle des Platin oder Palladium enthaltenden Katalysators kann z. B. der Katalysator der oberen Schicht aus weniger aktiven Oxydationskatalysatoren bestehen, wie z. B. aus Katalysatoren, die Silber, Kupfer, Nickel oder Mangan enthalten, vorzugsweise in feinverteiltem Zustand auf Trägern verteilt, wobei die Träger aus aktivierten 1Tetalloxyden bestehen, z. B. aus aktiviertem Aluminiumoxyd oder einem anderen obenerwähnten aktivierten Oxyd. Zum Beispiel kann ein Katalysator mit guter Aktivität, obwohl beträchtlich niedrigerer Aktivität als die entsprechenden Platin- oder Palladiumkatalysatoren, hergestellt werden, indem Körnchen aus aktivem Aluminiumoxyd mit einer Mischung aus Kupfer und Chrom oder aus Silber und Chrom imprägniert werden (vorzugsweise indem die Körnchen in Lösung von Nitraten dieser Metalle getaucht und dann getrocknet werden und worauf die Nitrate thermisch zersetzt werden). Durch das Imprägnieren werden z. B. 3 bis 6 Gewichtsprozent des gesamten Metalls auf dem Aluminiumoxyd niedergeschlagen (bezogen auf das Gewicht der Aluminiumoxydkörner). Diese billigeren Katalysatoren mit niedrigerer Aktivität arbeiten in dem beschriebenen System nur befriedigend, wenn eine verhältnismäßig hohe Temperatur aufrechterhalten wird und wenn die Einführungstemperatur in die Schicht ebenfalls verhältnismäßig hoch gehalten wird, nämlich über 48ß° C und vorzugsweise über 540° C. Die maximal mögliche Betriebstemperatur dieser Katalysatoren schwankt etwas, aber in den meisten Fällen soll sie 870 bis 980° C nicht überschreiten. Höhere Temperaturen als diese verursachen einen raschen Abfall der Aktivität des Katalysators und schließlich sogar einen vollkommenen Verlust der Aktivität.The second or upper catalyst layer consists of many grains or particles 12 which are smaller than the grains 6 of the lower layer. This Catalyst is relatively cheap and has a lower activity than that the lower layer. Instead of the platinum or palladium containing catalyst can e.g. B. the catalyst of the upper layer of less active oxidation catalysts exist, such as B. from catalysts containing silver, copper, nickel or manganese, preferably distributed in a finely divided state on supports, the supports from activated 1-tetal oxides exist, e.g. B. of activated aluminum oxide or one other activated oxide mentioned above. For example, a catalyst with good Activity, although considerably lower than the corresponding platinum or palladium catalysts, are prepared by adding granules of active alumina impregnated with a mixture of copper and chrome or of silver and chrome (preferably by dipping the granules in solution of nitrates of these metals and then dried and whereupon the nitrates are thermally decomposed). By the impregnation are z. B. 3 to 6 weight percent of the total metal on the Alumina precipitated (based on the weight of the alumina grains). These cheaper, lower activity catalysts work in that described System only satisfactory if a relatively high temperature is maintained and if the temperature of introduction into the layer is also proportionate is kept high, namely above 48ß ° C and preferably above 540 ° C. The maximum possible operating temperature of these catalysts varies somewhat, but in most In cases it should not exceed 870 to 980 ° C. Higher temperatures than this cause a rapid drop in the activity of the catalyst and eventually even a complete loss of activity.

Die Größe der Katalysatorteilchen oder Körnchen in der oberen Schicht muß, wie festgestellt, so sein, daß die Schicht unter den Betriebsbedingungen in Wirbelurig gehalten wird; vorzugsweise soll die durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 1,6 bis 4 mm sein. Die geringsten Wirbelungsgeschwindigkeiten, um Körnchen dieses Größenbereiches im Wirbelzustand zu erhalten, reichen im allgemeinen von 60 bis 180 '.l\Tm3/Stunde bei Schichttemperaturen im Bereich von 650 bis 820° C.The size of the catalyst particles or granules in the top layer must, as stated, be such that the layer under the operating conditions in Is held in a vortex; preferably the average particle size should be be in the range of 1.6 to 4 mm. The lowest vortex speeds to Getting granules of this size range in the vortex state is generally sufficient from 60 to 180 '.l \ Tm3 / hour at layer temperatures in the range from 650 to 820 ° C.

Das Phänomen der Wirbelurig ist an sich bekannt. Bei der Wirbelurig wird dieTeilchenschicht unter dem Einfluß des sie aufwärts durchströmenden Gases bis zu einem Grad ausgeweitet, so daß die einzelnen Teilchen voneinander losgelöst werden und frei durch die ganze Schicht zirkulieren, in der Art, wie Konvektionsströme in einer siedenden Flüssigkeit zirkulieren. Die Schicht als Ganzes ist selbstverständlich in ihren Eigenschaften pseudoflüssig mit einer turbulenten oberen Fläche, wie in der Zeichnung mit dem Buchstaben L bezeichnet, und sie übt einen pseudohydrostatischen Druck auf die Wände und den Boden des Behälters aus.The vortex phenomenon is known per se. At the whirlwind the particle layer becomes under the influence of the gas flowing upwards through it expanded to a degree so that the individual particles are detached from one another and circulate freely through the whole layer, in the manner of convection currents circulate in a boiling liquid. The layer as a whole is self-evident pseudo-liquid in their properties with a turbulent upper surface, as in marked with the letter L in the drawing, and it is practicing a pseudohydrostatic Pressure on the walls and bottom of the container.

In der Nähe des Bodens der Wirbelschicht ist eine zweite Reihe von Brennstoff verteilenden Rohren 13 angebracht, damit der größere Teil des Gesamtbrennstoffes zugegeben werden kann, und dieser mischt sich mit der vorgewärmten Verbrennungsluft aus der unteren Schicht. Ein wesentlicher Teil des Volumens dieser Schicht wird durch ein Rohrbündel 14 eingenommen, in dem die zu erwärmende Flüssigkeit zirkuliert. Es wurde gefunden, daß die vertikale Anordnung der Rohre, wie sie gezeigt ist, in mancher Beziehung vorteilhaft ist, da sie die geringste Störung der gleichförmigen Wirbelurig der Schicht verursacht.Near the bottom of the fluidized bed is a second row of Fuel-distributing pipes 13 attached so that the greater part of the total fuel can be added, and this mixes with the preheated combustion air from the lower layer. A significant part of the volume of this layer becomes taken by a tube bundle 14 in which the liquid to be heated circulates. It has been found that the vertical arrangement of the tubes as shown in FIG some relationship is advantageous as it causes the slightest disturbance of the uniform Caused swirling of the layer.

Die verschiedenen Abschnitte des Rohrbündels, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, können in Reine oder parallel geschaltet sein, oder Teile davon können in Reihe und andere parallel geschaltet sein, je nach der besonderen Art des Heizsystems und der zu erwärmenden Flüs-"igkeit. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, tritt die zu erwärmende Flüssigkeit in das Rohrbündel durch die Leitung 16 ein und wird durch ein geeignetes System von Kopfstücken (nicht gezeigt) verteilt. Die letzteren können in dem Raum 17 angebracht sein. Die erwärmte Flüssigkeit wird durch eine ähnliche Reihe von Kopfstücken (nicht gezeigt) in dem Raum 18 gesammelt und zum Verwendungsort oder für weiteres Erwärmen durch die Leitung 19 abgezogen.The various sections of the tube bundle, as in Figs. 1 and 2 shown can be connected in pure or parallel, or parts thereof in series and others in parallel, depending on the particular type of heating system and the liquid to be heated. As shown in FIGS. 1 and 2, the to be heated liquid into the tube bundle through line 16 and is through a suitable system of headers (not shown) distributed. The latter can be attached in the room 17. The heated liquid is replaced by a similar Series of headers (not shown) collected in the room 18 and taken to the point of use or withdrawn through line 19 for further heating.

Natürlich kann jede gewünschte Flüssigkeit durch das Rohrbündel 14 zirkulieren. So kann das System zum Erwärmen von Wasser oder zur Erzeugung und bzw. oder zum überhitzen von Dampf oder für das Erhitzen anderer Flüssigkeiten, wie z. B. für das Erwärmen von flüssigem Petroleum, wie es in den Ölraffinerien üblich ist, angewendet werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die Verbrennungsluft dem System mittels eines Gebläses 28 zugeführt. Dieses führt die Luft mit der Geschwindigkeit ein, die für das Verwirbeln der oberen Schicht erforderlich ist, und zwar durch die Leitung 5, die von dem Ventil 5a gesteuert wird. Die Brennstoffzuführung erfolgt durch die Hauptzuführungsleitung 29, und der zugeführte Brennstoff fließt durch eine mit Ventil versehene Zweigleitung 30 in ein Kopfstück 31, durch welches das Rohrsystem 7 in der unteren Schicht versorgt wird, und fließt durch eine ebenfalls mit Ventil versehene Zweigleitung 32 in ein Kopfstück 33, welche das Rohrsystem 13 in der oberen Wirbelschicht versorgt.Of course, any desired liquid can pass through the tube bundle 14 circulate. The system can be used for heating water or for generating and / or or for superheating steam or for heating other liquids, such as. B. for heating liquid petroleum, as is common in oil refineries is to be applied. As shown in Fig. 1, the combustion air is added to the system supplied by means of a fan 28. This leads the air with the speed one required for swirling the top layer through the line 5 controlled by the valve 5a. The fuel supply takes place through the main supply line 29, and the supplied fuel flows through a valved branch line 30 into a head piece 31 through which the Pipe system 7 in the lower layer is supplied and flows through a likewise valved branch line 32 in a head piece 33, which the pipe system 13 supplied in the upper fluidized bed.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die (wenn überhaupt) notwendige Vorwärmung der Verbrennungsluft, die durch das Gebläse 28 zugeführt wird, mittels eines kleinen Zusatzbrenners 34 erreicht. Dieser Zusatzbrenner 34 wird durch ein Zusatzgebläse 35 mit Verbrennungsluft und durch die Zweigleitung 36 mit Brennstoff versorgt. Die heißen Verbrennungsgase aus dem Brenner 34 gehen durch die Leitung 37 und werden dann mit der Verbrennungsluft in der Leitung 5 gemischt, wodurch eine Mischtemperatur von nicht mehr als 320° C erhalten wird. Der Zusatzbrenner 34 liefert nur einen kleinen Bruchteil der im Hauptteil des Systems insgesamt frei werdenden Wärme, nämlich 5 bis 101/e.As shown in Fig. 1, the (if any) necessary preheating the combustion air supplied by the fan 28 by means of a small Additional burner 34 reached. This additional burner 34 is operated by an additional fan 35 supplied with combustion air and through the branch line 36 with fuel. the hot combustion gases from burner 34 pass through line 37 and become then mixed with the combustion air in line 5, creating a mixing temperature of not more than 320 ° C is obtained. The auxiliary burner 34 delivers only one small fraction of the total heat released in the main part of the system, namely 5 to 101 / e.

An Stelle des in Fig. 1 gezeigten Systems kann auch eines, wie in Fig. 3 gezeigt ist, angewendet werden. Hier wird, anstatt der Verwendung eines Zusatzbrenners zur Erzeugung der notwendigen Vorerwärmung für die Verbrennungsluft, diese statt dessen mittels eines Lufterwärmers erreicht, der in ein Wärmeaustauschsystem unterhalb der Wirbelschicht eingebaut ist.Instead of the system shown in FIG. 1, one as shown in FIG Fig. 3 can be applied. Here, instead of using an auxiliary burner to generate the necessary preheating for the combustion air, this takes place this is achieved by means of an air heater, which is in a heat exchange system below the fluidized bed is installed.

Aus Fig. 3 sieht man, daß die Anordnung der zwei Katalysatorenschichten im wesentlichen die gleiche ist, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Diese sind in einer Kammer, die mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet is: und die mit feuerfestem Material ausgekleidete Wände 20 hat. Die untere Katalysatorschicht 21 lagert auf einer perforierten Verteilungsplatte 22. Wie oben mit Bezug auf Fig. 1 und 2 beschrieben, besteht der Katalysator in der unteren Schicht aus Körnchen solcher Größe, daß er keine oder nur wenig Bewegung unter den Betriebsbedingungen mitmacht, oder er ist auf andere Weise so aufgebaut oder angeordnet, daß er diese Bedingung erfüllt, und er ist so zusammengesetzt, daß er verhältnismäßig hohe Aktivität hat.From Fig. 3 it can be seen that the arrangement of the two catalyst layers is substantially the same as shown in Figs. These are in a chamber, which is denoted by the reference numeral 19: and that with refractory Material lined walls 20 has. The lower catalyst layer 21 is deposited a perforated distribution plate 22. As described above with reference to Figures 1 and 2, the catalyst in the lower layer consists of granules of such a size that it no or only little movement under the operating conditions, or he is otherwise constructed or arranged to meet this condition, and it is composed in such a way that it has a comparatively high level of activity.

Die zweite Katalysatorschicht 23 besteht aus Katalysatorkörnern mit verhältnismäßig geringerer Aktivität und solcher Größe, daß sie in Wirbelurig bleiben können. Treammittel, die mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet sind, bestehen aus Kanälen, wie bei Fig. 1 und 2 beschrieben, und werden zwischen der oberen und der unteren Schicht verwendet.The second catalyst layer 23 consists of catalyst grains with relatively less active and of such size that they remain in vortex can. Stream means, denoted by the reference numeral 24, consist of Channels, as described in Figs. 1 and 2, and are between the upper and the lower layer used.

Brennstoff wird den beiden Schichten durch die Hauptzufuhrleitung 25 zugeführt und durch die mit Ventil versehene Zweigleitung 26, welche das Netz der Verteilungsrohre 27 in der unteren. Schicht versorgt, und durch die mit Ventil versehene Zweigleitung 28, welche das Netz der Brennstoff verteilenden Rohre 29 der oberen Schicht versorgt. Ein Rohrbündel 30 ist in der oberen Schicht angeordnet, um die Zirkulation der zu erwärmenden Flüssigkeiten zu ermöglichen.Fuel is supplied to the two layers through the main supply line 25 and through the valved branch line 26 which connects the network the distribution pipes 27 in the lower. Layer supplied, and through the with valve provided branch line 28 which connects the network of fuel-distributing pipes 29 the upper layer supplied. A tube bundle 30 is arranged in the upper layer, to allow the fluids to be heated to circulate.

Bei der Ausführungsform von Fig. 3 ist nach der Wirbelschicht, aus welcher die Gase mit Temperaturen, die zwischen 540 und 870° C variieren, austreten können, eine übliche Vorrichtung für die Abhitzeverwertung angeordnet. Der erste Abschnitt dieser Vorrichtung besteht aus einem Rohrbündel 31, über welches die heißen Gase. die die Wibelschicht verlassen, auf ihrem Weg zum Kaihin weggehen, wie mit den gestrichelten Pfeillinien angegeitell ist.In the embodiment of FIG. 3, a conventional device for waste heat recovery is arranged after the fluidized bed, from which the gases at temperatures which vary between 540 and 870 ° C. can exit. The first section of this device consists of a tube bundle 31, over which the hot gases. who leave the Wibelschicht go away on their way to the quay, as indicated by the dashed arrow lines.

Ein zweiter Abschnitt für die Abh.itzegLwinnurlg, bestehend aus einem rohrförmigen Lufterwärmer 32. ist vorgesehen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besteht der Lulfterwärmer aus mehreren Rohren 33. durch welche die beißen, aus dem Rohrbündel 31 austretenden Verbrennungsprodukte auf ihrem Weg zum Kamin hindurchgehen. Verbrennungsluft, die durch das Gebläse 33 geliefert wird, tritt in den Lufterwärmer durch die Leitung 34 ein und zirkuliert über die Oberflächen der Rohre in einem kreisförmigen Weg, der durch die Prallwände 35 geschaffen wird.A second section for the Abh.itzegLwinnurlg, consisting of a tubular air heater 32. is provided. As can be seen from the drawing, the fan heater consists of several pipes 33. through which the bite, from the Tube bundle 31 exiting combustion products go through on their way to the chimney. Combustion air supplied by the fan 33 enters the air heater through conduit 34 and circulates over the surfaces of the tubes in one circular path created by the baffles 35.

Verbrennungsluft, die aus dem Lufterwärmer kommt, wird durch die Führung 36 zur Verteilungsplatte 22 geführt, durch welche sie in die untere Katalvsatorenschicht eintritt. In dem Lufterwärmer kann die Verbrennungsluft auf Temperaturen im Bereich von 90 bis 260° C vorgewärmt werden. Diese Temperatur ist für den Fall, daß ein aktiver Katalysator in der unteren Schicht verwendet wird, genügend, um einen gleichmäßigen Betrieb zu sichern und die untere Schicht in dem wirksamen Bereich ihrer Betriebstemperatur zu halten.Combustion air that comes out of the air heater is passed through the duct 36 to the distribution plate 22, through which they in the lower Katalvsatorenschicht entry. In the air heater, the combustion air can reach temperatures in the range preheated from 90 to 260 ° C. This temperature is in the event that a active catalyst used in the lower layer is sufficient to produce a uniform Ensure operation and the lower layer in the effective range of its operating temperature to keep.

Das Wasser oder eine andere zu erwärmende Flüssigkeit wird in das System durch die Leitung 37 und die Zirkulationspumpe 38 eingeführt. Von dort geht es in das Konvektionsrohrbündel 31, in welchem es vorgewärmt werden kann, und dann geht es durch die Leitung 39 in das Rohrbündel 30, wo es durch die Aufnahme der in der Wirbelschicht des Oxydationskatalysators frei werdenden Wärtne weitererhitzt wird. `denn Dampf erzeugt werden soll, kann z. B. das Konvektionsbündel 31 als Vorwärmer und Dampferzeugungsschlange verwendet werden. während in dem Rohrbündel 30 das Überhitzen des Dampfe: stattfinden kann. Wahlweise kann die Konvektionsschlange 31 vollkommen als Vorwärmer verwendet werden, während das Rohrbündel 30 in der Wirbelschicht als Dampferzeugungsschlange verwendet werden kann. Es können natürlich auch andere Kolnbinationen als diese, die nur als Beispiele erwähnt sind, angewendet werden. Die erwärmte Flüssigkeit wird aus dem System mittels einer Leitung 40 abgezogen.The water or other liquid to be heated is introduced into the system through line 37 and circulation pump 38. From there it goes into the convection tube bundle 31, in which it can be preheated, and then it goes through the line 39 into the tube bundle 30, where it is further heated by the absorption of the warmth released in the fluidized bed of the oxidation catalyst. `because steam is to be generated, z. B. the convection bundle 31 can be used as a preheater and steam generating coil. while in the tube bundle 30 the overheating of the steam: can take place. Alternatively, the convection coil 31 can be used entirely as a preheater, while the tube bundle 30 in the fluidized bed can be used as a steam generating coil. Of course, combinations other than those mentioned only as examples can also be used. The heated liquid is withdrawn from the system by means of a line 40.

In der gezeigten Ausführungsform sind die Rohrbündel 30 und 31 in Reihe geschaltet, und es wird mit Zwangsumlauf gearbeitet. Obwohl dies eine besonders vorteilhafte Art des Flüssigkeitsumlaufs in dem erfindungsgemäßen System ist, können natürlich auch andere Umlaufsysteme verwendet werden, einschließlich des Umlaufs teilweise in Reihenschaltung und teilweise parallel oder nur parallel, wenn gewünscht.In the embodiment shown, tube bundles 30 and 31 are in FIG Connected in series, and forced circulation is used. Although this is a special one is advantageous type of fluid circulation in the system according to the invention, can of course, other circulation systems could be used, including circulation partly in series and partly in parallel or only in parallel, if desired.

Bei der Anordnung von Fig. 3, besonders geeignet für große Vorrichtungen, wird kein Vorwärmbrenner benötigt, da die notwendige Vorwärmung der Verbrennungsluft vor ihrem Eintritt in die untere Schicht durch den Lufterwärmer erhalten wird oder durch ähnliche Mittel, die die Wärme der abgehenden Gase auf die eintretende Verbrennungsluft übertragen. Deshalb wird in Fig. 3 der gesamte in dem System verbrannte Brennstoff katalytisch in den zwei Schichten verbrannt.In the arrangement of Fig. 3, particularly suitable for large devices, no preheating burner is required because the combustion air is preheated is obtained by the air heater prior to its entry into the lower layer or by similar means that transfer the heat of the outgoing gases to the incoming combustion air transfer. Therefore, in Fig. 3, all of the fuel burned in the system is shown catalytically burned in the two layers.

Das oben beschriebene Zweischichtensysteln ermöglicht eine große Anpassungsfähigkeit des Betriebes der oberen Wirbelschicht des Katalysators, da der Grad der Vorwärmung der Verbrennungsluft, die in die Wirbelschicht eintritt. je nach Wunsch durch Variieren der Menge des in die untere Schicht eingeführten Brennstoffes gesteuert werden kann, wobei durch die Oxydation in der unteren Schicht natürlich die Eintrittstemperatur der in die obere Schicht eintretenden Verbrennungsluft erhöht wird. Da es möglich ist. die Vorwärmung der Verbrennungsluft zu verändern, ermöglicht das System die Betätigung der Wirbelschicht in einem größeren Bereich von Betriebstemperaturen, was wiederum größere Variationen-der Kapazität der Einheit und auch größere Variationen der Außentemperatur der in die Schicht eingetauchten Rohre ermöglicht.The two-layer system described above enables great adaptability the operation of the upper fluidized bed of the catalyst, since the degree of preheating the combustion air entering the fluidized bed. by varying as desired the amount of fuel introduced into the lower layer can be controlled, with the oxidation in the lower layer of course the inlet temperature the combustion air entering the upper layer is increased. Because it is possible is. The system enables the preheating of the combustion air to be changed Actuation of the fluidized bed over a wider range of operating temperatures, which in turn means greater variations - in the capacity of the unit and also greater variations the outside temperature of the pipes immersed in the layer.

Da keine wärmeaustauschende Fläche oder sehe wenig in der unteren Schicht vorhanden ist, kann die darin durch katalytische Oxydation des Brennstoffes an der Oberfläche des Katalysators erzeugte Wärme vollkommen zum Erwärmen der Verbrennungsluft verwendet werden, und so kann die Temperatur der aus dieser Schicht ausströmenden Gase sehr .empfindlich auf die zunehmende oder abnehmende Menge des in die untere Schicht eingeführten und dadurch oxydierten Brennstoffes ansprechen. Im Gegensatz dazu sind große Wärmeaustauschflächen in der oberen Wirbelschicht vorhanden, und ein wesentlicher Anteil der in der unteren Schicht und in der Wibelschicht selbst erzeugten Wärme wird von der Flüssigkeit in den Rohren oder anderen Wärmeaustauschmitteln, die in die obere Schicht eingetaucht sind, aufgenommen. Die Betriebstemperatur der Wirbelschicht wird in einem großen Maße durefh die Außentemperatur der darin eingetauchten Rohre gesteuert.Because there is no heat exchanging surface or see little in the bottom If the layer is present, it can be removed by catalytic oxidation of the fuel Heat generated on the surface of the catalyst is entirely used to heat the combustion air can be used, and so can the temperature of the emanating from this layer Gases very sensitive to the increasing or decreasing amount of the in the lower Address layer introduced and thereby oxidized fuel. In contrast in addition, there are large heat exchange surfaces in the upper fluidized bed, and a significant proportion of those in the lower layer and in the Wibel layer itself heat generated is from the liquid in the pipes or other heat exchange means, immersed in the upper layer. The operating temperature of the Fluidized bed is to a large extent durefh the outside temperature of the immersed in it Pipes controlled.

Da im wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft und nur ein geringer Anteil des Brennstoffes unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen in die untere Schicht eingeführt werden, enthält das Luft-Brennstoff-Gemisch in der unteren Schicht natürlich gewöhnlich einen großen Sauerstoffüberschuß im Verhältnis zu dem, der erforderlich ist, den in der unteren Schicht zugegebenen Brennstoff zu oxydieren. Um eine möglichst große Wirksamkeit zu erreichen, ist es vorteilhaft, genügend Brennstoff in die obere Schicht einzuführen, so daß das Luft-Brennstoff-Gemisch in der oberen Schicht einen möglichst geringen Prozentgehalt an überschüssiger Luft enthält. So ist es wünschenswert, daß der Luftüberschuß in dem Luft-Brennstoff-Gemisch in der Wirbelschicht so, gesteuert wird, daß er im Bereich von ungefähr 5 bis 20°/o ist.Since essentially all of the combustion air and only a small amount Proportion of fuel under normal operating conditions in the lower layer are introduced, the air-fuel mixture in the lower layer naturally contains usually a large excess of oxygen in proportion to that required is to oxidize the fuel added in the lower layer. To get one as possible To achieve great effectiveness, it is beneficial to have enough fuel in the top Layer so that the air-fuel mixture in the upper layer one Contains the lowest possible percentage of excess air. So it is desirable that the excess air in the air-fuel mixture in the fluidized bed so controlled will be in the range of about 5 to 20%.

Geeignete Brennstoffe für die Einführung in die untere Schicht sind die üblichen gasförmigen und flüssigen Brennstoffe. Eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes in dem Luftstrom ist natürlich erforderlich. Im Falle von flüssigen Brennstoffen ist eine feine Verteilung, z. B. durch Atomisierungsdüsen, erwünscht, um eine gleichmäßige Verteilung und einen innigen Kontakt zwischen dem Brennstoff und dem Katalysator zu ermöglichen. In der oberen Schicht können natürlich auch gasförmige und flüssige Brennstoffe verwendet werden, wobei ähnliche Maßnahmen für gleichmäßige Verteilung getroffen werden müssen. In einigen Fällen können auch sehr fein verteilte feste Brennstoffe, wie sehr fein gepulverter Koks oder Kohle, in die obere Schicht eingeführt und oxydiert werden.Suitable fuels for introduction into the lower layer are the usual gaseous and liquid fuels. An even distribution of the fuel in the air stream is of course required. In the case of liquid Fuels is a fine distribution, e.g. B. by atomizing nozzles, desired, an even distribution and intimate contact between the fuel and to allow the catalyst. In the upper layer you can of course also Gaseous and liquid fuels are used, with similar measures being taken for even distribution must be made. In some cases it can also be very finely divided solid fuels, such as very finely powdered coke or coal, in the upper layer can be introduced and oxidized.

Beispiel In diesem Beispiel wird ein System, wie es im wesentlichen in Fig. 1 und 2 gezeigt wird, verwendet, mit der Ausnahme, daß keine Trennmittel zwischen der oberen und der unteren Katalysatorschicht vorhanden sind. Die Katalvsatorkammer hat einen rechteckigen Querschnitt mit einer Querschnittsfläche von 0,125 m'-.Example In this example a system like it is essentially shown in Figs. 1 and 2, except that no release agents are present between the upper and lower catalyst layers. The catalyst chamber has a rectangular Cross-section with a cross-sectional area from 0.125 m'-.

Die untere Katalysatorschicht wurde von einer perforierten Platte aus rostfreiem Stahl getragen und bestand aus 9,07 kg Körnchen zylindrischer Form mit einem Durchmesser und einer Länge von annähernd 9,5 mm. Diese Körner bildeten eine Schicht von annähernd 9 cm Dicke und bestanden aus aktiviertem Aluminiumoxyd, das mit annähernd 0,6 Gewichtsprozent feinverteiltem Platin imprägniert war.The lower catalyst layer was made of a perforated plate made of stainless steel and consisted of 9.07 kg granules of cylindrical shape with a diameter and length of approximately 9.5 mm. These grains formed a layer approximately 9 cm thick and made of activated aluminum oxide, which was impregnated with approximately 0.6 percent by weight of finely divided platinum.

Die obere Katalysatorschicht bestand aus 32 kg zylindrischer Körner mit 3,2 mm Durchmesser und Länge, die eine Schicht von annähernd 43 cm Dicke bildeten, die direkt auf der Schicht aus den 9,5-mm-Körnern ruhte. Die Körner der oberen Schicht bestanden aus aktivem Aluminiumoxyd, das mit 1,7 Gewichtsprozent Chrom und 3,3 Gewichtsprozent Kupfer imprägniert war. Diese wurden auf den. Körnern niedergeschlagen, indem die Aluminiumo@xydkörner nacheinander mit Chrom- und Kupfernitrat imprägniert wurden, wonach die Nitrate thermisch zersetzt wurden. Eingetaucht in die obere Schicht waren 18,5 m von Rohren mit 1 Zoll äußerem Durchmesser, die eine Oberfläche von annähernd 1,5 m2 hatten. Die Rohre waren in Reihen geschaltet und sollten nur einmal durchflossen werden. Diese Rohre waren im Vertikalabschnitten, wie im wesentlichen in Fig. 1 und 2 gezeigt, angeordnet.The upper catalyst layer consisted of 32 kg of cylindrical granules 3.2 mm in diameter and 3.2 mm in length, forming a layer approximately 43 cm thick, which rested directly on the layer of the 9.5 mm grains. The grains of the top layer consisted of active aluminum oxide with 1.7 percent by weight chromium and 3.3 percent by weight Copper was impregnated. These were on the. Grains knocked down by the Aluminum oxide grains were impregnated with chromium and copper nitrate one after the other, after which the nitrates were thermally decomposed. Were immersed in the top layer 18.5 m of 1 inch outer diameter pipe covering a surface area of approximately 1.5 m2. The pipes were connected in series and should only flow through once will. These tubes were in vertical sections, essentially as in FIG. 1 and Fig. 2, arranged.

Der Boden des Rohrbündels in der Wirbelschicht war etwa 18 cm über dem oberen Rand der unteren Schicht großer Körnchen angeordnet, während der obere Teil der Rohre gerade in die Wirbelschicht eingetaucht war, nachdem diese bei der Verwirbelung eine Ausbreitung von annähernd 15 bis 20°/o erhalten hatte.The bottom of the tube bundle in the fluidized bed was about 18 cm above placed on the top of the bottom layer of large granules, while the top Part of the tubes was just immersed in the fluidized bed after this at the Vortex had received a spread of approximately 15-20%.

Als Brennstoff wurde Propangas angewendet. Annähernd 1,2 Nm3/Stunde oder 10°/o des Gesamthrennstoffes wurden in einem kleinen Zusatzbrenner verbrannt, um heiße Verbrennungsgase zu schaffen, die mit 282 Nm3/Stunde Verbrennungsluft gemischt wurden, um eine Vorwärmtemperatur von annähernd 270° C zu erzeugen. Annähernd 3 Nm3/Stunde Propan oder 30°/o des Gesamtbrennstoffes wurden durch das Netz der Verteilungsrohre, das für diesen Zweck in der unteren Schicht vorgesehen war, eingeführt. Der Rest des Propans oder ungefähr 6,6 Nm3/Stunde wurden in die obere Schicht durch die Verteilungsrohre eingeführt, die in dem unteren Abschnitt dieser Schicht vorgesehen waren. Unter diesen Bedingungen war der Luftüberschuß in denn System als Ganzes ungefähr 16'%.Propane gas was used as fuel. Approximately 1.2 Nm3 / hour or 10% of the total fuel was burned in a small auxiliary burner, to create hot combustion gases mixed with 282 Nm3 / hour of combustion air to produce a preheat temperature of approximately 270 ° C. Approximately 3 Nm3 / hour propane or 30% of the total fuel was passed through the network of distribution pipes, intended for this purpose in the lower layer. The rest of the propane or approximately 6.6 Nm3 / hour were into the upper layer through the distribution pipes introduced, which were provided in the lower portion of this layer. Under under these conditions the excess air in the system as a whole was about 16%.

Die Oxydation des Propans in der unteren Schicht erhöhte die Lufttemperatur auf annähernd 580° C, während die durchschnittliche Schichttemperatur der zweiten Schicht annähernd 730° C war. 136 kg/Stunde Wasser (Eintrittstemperatur 16° C) wurden durch die in die Wirbelschicht eingetauchten Schlangen geleitet und wurden im überhitzten Dampf mit einem Druck von 0,35 atü und einer Temperatur von 260° C umgewandelt. Die gesamte in dem System abgegebene Wärme war 198000 kcal/Stunde. Von dieser traten ungefähr 60°/o in der Wirbelschicht auf. Annähernd 947401-.cal/Stunde wurden von dem Wasser aufgenommen, das in den Rohren zirkulierte, die in die Wirbelschicht eingetaucht waren. Die Gasaustrittstemperatur aus der Wirbelschicht war 593° C. Es ist selbstverständlich, daß die oben beschriebene Erfindung abgeändert werden kann, z. B. können beide Katalysatorenschichten ebenso inertes Material wie katalytisches Material enthalten; so kann z. B. die Wirbelschicht zum Teil aus einem Material bestehen, das eine geringe katalytischeWirksamkeit für die Einleitung der Oxydationsreaktion hat, und kann teilweise aus Material bestehen, das eine bedeutende oxydative Wirksamkeit hat. Ein bestimmtes Minimum an Aktivität ist natürlich erforderlich in der Wirbelschicht, um eine im wesentlichen vollständige Oxydation des Brennstoffes im Bereich der Betriebstemperaturen zu erreichen.The oxidation of the propane in the lower layer raised the air temperature to approximately 580 ° C, while the average layer temperature of the second Layer was approximately 730 ° C. 136 kg / hour of water (inlet temperature 16 ° C) were passed through the snakes immersed in the fluidized bed and were in overheated Steam with a pressure of 0.35 atm and a temperature of 260 ° C converted. The total heat given off in the system was 198,000 kcal / hour. From this stepped about 60% in the fluidized bed. Approximately 947401-.cal / hour were from absorbed by the water that circulated in the pipes leading into the fluidized bed were immersed. The gas outlet temperature from the fluidized bed was 593 ° C. It goes without saying that the invention described above can be modified can e.g. B. Both catalyst layers can be inert material as well as catalytic Material included; so can z. B. the fluidized bed partly made of one material exist that has a low catalytic effectiveness for initiating the oxidation reaction and may consist in part of material that has a significant oxidative effect Has. A certain minimum of activity is of course required in the fluidized bed, an essentially complete oxidation of the fuel in the operating temperature range to reach.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for indirect heating of liquids by catalytic oxidation of a fuel in a catalyst fluidized bed, characterized in that an air-fuel mixture which has a large excess of air contains, through a layer of an oxidation catalyst with a relatively high Activity is conducted that to the hot gas created by the oxidation additional fuel is given and that the mixture obtained by a second Layer of an oxidation catalyst is passed, the catalyst particles with in the proportion of lower activity, that by the upward flowing gas stream be kept in a vortex state with the additional fuel in the second layer is catalytically oxidized and the heat released in the process becomes a liquid heated in indirect heat exchange.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the catalyst forming the first layer does not move due to the mixed flow is moved.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the second layer is arranged immediately above the first layer.

4. Procedure according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion air is preheated before being introduced into the first layer.

5. Procedure according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the gases flowing out of the first layer are controlled in the range from 480 to 820 ° C will.

6. Device for performing the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the lower part of the first layer the Fuel-distributing elements are arranged and that additional fuel distributing means are arranged in the lower part of the second layer.

7. Device according to claim 6, characterized in that the first and second layers are substantially have the same cross-sectional area in the direction of the gas flow and with each other are in connection at several points of their interface, so that the from the first layer of gases flowing out evenly over the entire surface of the second Layer to be distributed.