-
Austragvorrichtung für Wirbelschichtreaktoren Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Austragen der Feststoffe für Wirbelschichtreaktoren.
-
Bei einem bekannten Wirbelschichtreaktor, in dem die Wirbelschicht
ein Höhe-Durchmesser-Verhältnis hat, das nicht größer ist als etwa 10 : 1, mischen
sich die Feststoffe in allen Richtungen so rasch und vollständig, daß die Wirbelschicht
über die ganze Masse nahezu gleichmäßig wird. Bei einem Reaktor, bei dem das Eintragen
und Austragen der Feststoffe kontinuierlich erfolgen, ist das Gefälle zwischen der
Eintrag- und der Austragstelle klein. Dies hat zur Folge, daß einige Teilchen ausgetragen
werden, deren Reaktion unvollständig ist, während einige Teilchen vom Eintrag- unmiftelhar
zum Austragende gelangen, ohne daß die gewünschte Reaktion in der Wirbelschicht
stattgefunden hat. Das Gas strömt durch ein solches Reaktionsgefäß senkrecht nach
oben. Diejenigen Teilchen, die sich in der Nähe des Bodens einer Wirbelschicht befinden,
stehen ständig in Kontakt mit dem frischen Gas, dessen aktive Bestandteile die höchste
Konzentration haben, während die sich in der Nähe des oberen Endes der Wirbelschicht
befindenden Teilchen Kontakt mit einem Gas haben, dessen aktive Bestandteile in
hohem Maße verbraucht sind. Daher sind auch bei einem sehr geringen Gefälle die
Bedindungen am unteren Ende der Wirbelschicht für eine vollständige Reaktion der
Teilchen günstiger.
-
Ein Ziel der Erfindung ist nun die Möglichkeit, daß Teilchen aus
einer Wirbelschicht ausgetragen werden, die unvollständig der Reaktion unterworfen
sind, auf ein Mindestmaß herabzusetzen, ein weiteres Ziel, die Feststoffe aus derjenigen
Zone der Wirbelschicht zu entnehmen, in der die Reaktion am vollständigsten ist
und in der noch eine weitere Möglichkeit besteht, daß die Teilchen eine Reaktion
erleiden, bevor sie endgültig aus dem Reaktionsgefäß ausgetragen werden.
-
Ein weiteres Ziel ist die Erleichterung sowohl der Einstellung der
Höhe der Wirbelschicht in einem Reaktionsgefäß als auch, falls erforderlich, der
Entfernung der ganzen Wirbelschicht.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist gegenüber der bekannten Vorrichtung
die Möglichkeit, die Höhe der Wirbelschicht von einer bestimmten Normalhöhe aus
sowohl nach unten als auch nach oben einstellen zu können.
-
Um das zu erreichen, ist erfindungsgemäß im Reaktor ein beidends
offenes Rohr fest angeordnet, dessen unteres Ende nahe dem Boden der Wirbelschicht
liegt und dessen oberes Ende in den freien Raum oberhalb der Wirbelschicht hineinragt,
wobei in mittlerer Höhe ein Überlauf für feste Teilchen an das Rohr angeschlossen
ist, der aus dem Reaktor herausführt. Vorzugsweise hat das Rohr einen Mindestdurchmesser
von
etwa 50 mm, und der Überlauf schließt sich in einer Höhe von mindestens zehn Rohrdurchmessern
über dem unteren Ende des Rohres an das Rohr an.
-
Erfindungsgemäß wird eine Regelvorrichtung angeordnet, um den Druckabfall
des durch das Rohr hindurchtretenden Gases zu regeln und dadurch die Höhe der Wirbelschicht
gegenüber der Höhe des Überlaufs zu verändern. Diese kann erfindungsgemäß durch
ein am oberen Ende des Rohres angeordnetes Drosselventil 23, das den Gasaustritt
an diesem Rohrende drosselt, gebildet sein.
-
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung auf
Grund des schematischen Längsschnittes der Zeichnung beschrieben.
-
10 bezeichnet ein Wirbelschichtreaktionsgefäß, das von bekannter
Bauart sein kann. Das Gas tritt am unteren Ende des Reaktionsgefäßes durch einen
Einlaß 12 ein und an dessen oberen Ende durch einen Auslaß 13 aus. In der Auslaßleitung
können ein bekannter Zyklonabscheider 14 und ein Absperrventil 15 angeordnet sein.
Quer zum unteren Teil des Reaktionsgefäßes erstreckt sich oberhalb des Gaseinlasses
eine durchbrochene waagerechte Wand 16, die zur Auflagerung einer Wirbelschicht
B aus feinverteilten festen Teilchen dient. Oberhalb der Wirbelschicht befindet
sich ein Freiraum F. Die Feststoffe treten in die Wirbelschicht durch eine Zuführung
üblicher Art ein, die bei 17 schematisch dargestellt ist. Wenn die Feststoffe dem
Reaktionsgefäß aus einem vorgeschalteten ähnlichen Reaktor zugeführt werden, besteht
die Zuführung gewöhnlich aus einem senkrechten Rohr, das
sich von
dem vorgeschalteten Reaktionsgefäß senkrecht nach unten erstreckt; jedoch kann die
Zuführung auch durch eine Förderschnecke oder ein schräges Rohr geschehen. Vorzugsweise
werden durch die Zuführung die Feststoffe in der Nähe der einen Seitenwand des Reaktionsgefäßes
10 eingeleitet, und zwar in der Nähe des oberen Endes der Wirbelschicht.
-
Die Austragvorrichtung gemäß der Erfindung weist ein senkrechtes
Rohr 18 auf, das auf derjenigen Seite des Reaktionsgefäßes angeordnet ist, die der
Zuführung entgegengesetzt liegt, und das sich vom unteren Ende der Wirbelschicht
B unmittelbar oberhalb der durchbrochenen Wand 16 zu einer Höhe im Freiraum F erstreckt,
die weit oberhalb der Wirbelschicht liegt.
-
Das Rohr 18 hat einen Mindestdurchmesser von etwa 50mm, so daß die
Feststoffe in diesem im Wirbelzustand gehalten werden können, hat jedoch ein verhältnismäßig
hohes Höhe-Durchmesser-Verhältnis, um das senkrechte Rückmischen von Feststoffen
in diesem auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Dieses Rohr kann innerhalb des Reaktionsgefäßes
in beliebiger geeigneter Weise gehalten werden, beispielsweise durch von der oberen
Abschlußwand des Reaktionsgefäßes nach unten abstehende Verstrebungen 19 und durch
von der Wand 16 nach oben ragende Verstrebungen 20. Vom Mittelteil des Rohres 18
erstreckt sich ein nach unten geneigtes Überlaufrohr 21 durch die Seitenwand des
Reaktionsgefäßes. Das wirksame Höhe-Durchmesser-Verhältnis des Rohres 18,gemessen
von dessen unterem Ende zum Überlaufrohr 21, soll mindestens 10:1 betragen und vorzugsweise
im Bereich von 15 :1 bis 20: 1 liegen. Vorzugsweise ist im Überlaufrohr ein Absperrventil
22 angeordnet.
-
Oberhalb Ides oberen Endes des Rohres 18 ist vorzugsweise ein Kegelventil
23 zur senkrechten Bewegung angeordnet, das dazu dient, die Gasströmung aus dem
Rohr zur Einstellung der Wirbelschichthöhe aus ihrer normalen Höhe nach oben zu
drosseln, wie nachstehend erläutert. Vorzugsweise führt ferner ein Einlaßrohr 24,
in dem ein normalerweise geschlossenes Ventil 25 angeordnet ist, zum unteren Teil
des Rohrs 18 und dient dazu, Gas für die Einstellung der Wirbelschichthöhe aus ihrer
normalen Höhe nach unten zuzuführen.
-
Im Betrieb werden feinverteilte Feststoffe dem Reaktionsgefäß 10
durch die Zuführung 17 zugeführt, während das Gas durch den Einlaß 12 eintritt,
durch die Trennwand 16 und die Wirbelschicht B nach oben strömt und in der üblichen
Weise idurch ,den Auslaß 13 austritt. Das Gas hält die Feststoffe in der Wirbelschicht
B im Wirbelzustand und tritt gleichzeitig mit diesen in irgendeiner Weise in Reaktion.
Beispielsweise können die dem Reaktionsgefäß zugeführten Feststoffe aus Eisenoxyd
bestehen, während das Gas ein Reduktionsmittel für das Eisenoxyd sein kann und die
aus dem Reaktionsgefäß ausgetragenen Feststoffe ,das Reduktionsprodukt, beispielsweise
metallisches Eisen oder ein geringwertiges Oxyd, darstellen.
-
Die Feststoffe und/oder das Gas können, falls für die Reaktion erforderlich,
vorerhitzt werden, oder es kann das Reaktionsgefäß, wenn dies für die Reaktion notwendig
ist, mit einer Heiz- oder Kühleinrichtung ausgerüstet werden, was alles an sich
bekannte Hilfsmittel sind. Die Feststoffe in der Nähe des unteren endes der Wirbelschicht
treten in das untere Ende des Rohres 18 ein. Wie erwähnt, ist die Reaktion in diesem
Bereich normalerweise am vollständigsten.
-
Das nach oben strömende Gas tritt auch in das Rohr 18 ein und hält
die Feststoffe in diesem im Wirbelzustand, wobei bei dem gemeinsamen Aufwartsströ-
men
des Gases und der Feststoffe diese weiterhin miteinander in Reaktion treten können.
Da das Rohr 18 ein hohes wirksames Höhe-Durchmesser-Verhält--nist hat, wodurch die
senkrechte Rückmischung beschränkt wird, werden nunmehr die Teilchen im oberen Teil
der Wirbelschicht im Rohr am vollständigsten der Reaktion zugeführt. Diese Teilchen
treten durch das Überlaufrohr 21 zur entsprechenden weiteren Behandlung aus.
-
Wenn sich der Ventilkegel 23 weit genug oberhalb des Rohrs 18 befindet,
so daß er den Gasaustritt nicht beschränkt, und das Ventil 25 geschlossen ist, bleibt
die Oberfläche der Wirbelschicht B in der normalen Höhe N in gleicher Höhe mit der
Linie, längs der der Überlauf 21 das Rohr 18 schneidet. Wenn eine andere Höhe der
Wirbelschicht gewünscht wird, wird das Ventil 23 oder 25 so eingestellt, daß sich
der Druckabfall des durch das Rohr 18 strömenden Gases verändert. Der Druckabfall
durch die Wirbelsohicht B bleibt natürlich gleich dem durch das Rohr 18, so daß
durch eine solche Verstellung die Höhe der Wirbelschicht B zur Angleichung des Druckabfalls
durch die Wirbeischicht und durch fdas Rohr 18 verändert wird.
-
Um die Höhe der Wirbelschicht über die normale Höhe N zu vergrößern,
wird wider Ventilkegel 23 so weit abgesenkt, ,daß der Gas austritt aus dem Rohr
18 beschränkt wird, was zur Folge hat, daß der Druckabfall durch das Rohr 18 zunimmt.
Dies führt sofort dazu, daß die Höhe der Feststoffe im Rohr 18 unter den Überlauf
21 absinkt, so daß Feststoffe aus dem Rohr 18 in die Wirbelschicht B zurückkehren.
Wenn weiterhin Feststoffe in die Wirbelschicht B durch die Zuführung 17 eintreten,
nehmen die Wirbelschichthöhe und der Druckabfall durch diese zu. Feststoffe strömen
nun wieder im Rohr 18 nach oben, um den erhöhten Druckabfall auszugleichen, und
erreichen wieder die Höhe des Überlaufrohrs. Die Feststoffe in der Wirbelschicht
13 bleiben in einer ausreichend größeren Höhe P, um den zusätzlichen Druckabfall,
der durch die Strömungsverengung durch das Ventil 23 verursacht wird, auszugleichen.
Um die Höhe der Wirbelschicht unter die normale Höhe N herabzusetzen, wird Edas
Ventil 25 geöffnet, sodaß eine zusätzliche Gaszufuhr in das Rohr 18 erfolgt. Durch
diese zusätzliche Strömung wird die Gasgeschwindigkeit im Rohr 18 erhöht und damit
die scheinbare Dichte der Feststoffe in diesem herabgesetzt. Da die Höhe der Feststoffe
im Rohr 18 nicht über den Überlauf 21 hinaus ansteigen kann, tritt sofort ein Druckabfall
durch das Rohr 18 auf einen Wert ein, der geringer ist als der Druckabfall durch
die Wirbelschicht B, was zur Folge hat, daß Feststoffe rasch aus der Wirbelschicht
13 in das Rohr 18 strömen. Die Höhe der Wirbelschicht fällt rasch auf eine untere
Gleichgewichtshöhe M ab. Durch die Regelung des Grades, mit welchem das Ventil 23
Idie Strömung aus dem oberen Ende des Rohrs 18 verengt, oder die Regelung des Volumens
des zusätzlich zugeführten Gases bestimmt die Lage der Höhen P und M.
-
Wenn das Reaktionsgefäß vollständig entleert werden soll, wird die
Beschickung abgestellt und werden die Ventile 15, 23 und 25 voll geschlossen. Da
Gas weiterhin durch den Einlaß 12 in ,das Reaktionsgefäß eintritt, findet in, diesem
ein Druckanstieg statt. Dieser Druckanstieg kann nur dadurch verringert werden,
daß Gas durch das Überlaufrohr 21 austritt, wobei das austretende Gas Feststoffe
aus der Wirbelschicht nach Art, eines pneumatischen Förderers mitnimmt.
-
Aus der vorangehénden Beschreibung ergibt sich, daß durch die Erfindung
eine Austragvorrichtung geschaffen
wurde, durch die nicht nur der
Grad erhöht wird, mit welchem die eine Wirbelschicht verlassenden Teilchen der Reaktion
zugeführt werden, sondern auch die Regelung der Wirbelschichthöhe aus einer normalen
Höhe entweder nach oben oder nach unten verbessert und vereinfacht wird. Durch Idie
Verwendung der Ventile 23 und 24 als Mittel zur Einstellung der Wirbelschichthöhe
wird diese Einstellung stark vereinfacht. Bisher war es erforderlich, die Höhenlage
eines Überlaufs zu verändern, was ein sehr umständlicher und zeitraubender Vorgang
ist. Die Austragvorrichtung gemäß der Erfindung kann jedoch auch ohne tdie Organe
zur Einstellung ,der Wirbelschichthöhe verwendet werden, oder es kann eines der
beiden Höheneinstellorgane ohne das andere verwendet werden. Darüber hinaus ist
der Aufbau einfach und kann leicht bei bestehenden Anlagen vorgesehen werden.
-
PATENTANSPROCHE: 1. Austragvorrichtung für Wirbeischichtreaktoren
mit einem freien Raum oberhalb der Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß im
Reaktor (10) ein beidends offenes Rohr (18) fest angeordnet ist, dessen unteres
Ende nahe dem Boden der
Wirbelschicht (B) liegt und dessen oberes Ende in den freien
Raum (F) oberhalb der Wirbelschicht (B) hineinragt, wobei in mittlerer Höhe ein
Überlauf (21) für feste Teilchen an das Rohr (18) angeschlossen ist, der aus dem
Reaktor (10) herausführt.