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Verteilervorrichtung für Gase zur Erzeugung von Wirbelschichten in
Reaktionsbehältern, insbesondere Hothtemperaturreaktionsbehältern Die Erfindung
bezieht sich auf eine Verteilervorrichtung für Gase zur Erzeugung von Wirbelschichten
in Reaktionsbehältern, insbesondere Hochtemperaturreaktionsbehältern, die im wesentlichen
aus zwei konzentrischen, in den Boden des Reaktionsbehälters eingesetzten Rohren
und einer das obere Ende des Innenrohres in einem gewissen Abstand umgebenden Kappe
besteht, welche unterhalb des Rohrendes des Innenrohres seitliche Bohrungen für
den Gasdurchlaß in den Reaktionsbehälter aufweist.
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Derartige Verteilervorrichtungen sind bereits be kannt und dienen
neben der Einführung eines Durchwirbelungsmediums zur Aufrechterhaltung eines Wirbelschichtbettes,
beispielsweise auch zur fortlaufenden Chlorierung von titanhaltigem Material, z.
B.
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Rutil. Um eine Verstopfung des Gaszuleitungsrohres zu verhindern,
hat man bereits Verteilervorrichtungen der beschriebenen Art geschaffen, wobei durch
die aufgesetzte Kappe mit seitlichen Gasaustrittsöffnungen ein Eindringen von Erzteilchen
oder anderen den freien Querschnitt des Gaszuleitungsrohres einengenden Partikeln
vermieden wird. Die Anbringung oder der Austausch einer derartigen Kappe, deren
Durchmesser größer als der Durchmesser des Gaszuführungsrohres ist, ist insofern
schwierig, als sie stets vom Inneren des Wirbelschichtbettes her im entleerten Zustand
des Reaktionsbehälters durchgeführt werden müssen. Daher muß auch im Reparaturfall
für den Austausch der Gasverteilerkappe der Wirbelschichtofen in unerwünschter Weise
stillgelegt und nach dem Austausch neu angeheizt werden. Auch ist es schwierig,
derartige Kappen, die im wesentlichen als Hohlkörper anzusehen sind, aus feuerfestem
Material mit ausreichender Festigkeit und zu einem vernünftigen Preis herzustellen.
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Durch die Entwicklung der Wirbelschichttechnik in den letzten Jahren
ist es erforderlich geworden, Verteilervorrichtungen der beschriebenen Art immer
mehr zu verwenden, da insbesondere beim diskontinuierlichen Betrieb eines im Wirbelschichtverfahren
arbeitenden Reaktionsbehälters immer wieder die Gefahr beim Abschalten des Durchwirbelungsmediums
besteht, daß Teile des Wirbelbettes, z. B. kleine Koksteilchen, in die Zuführungsleitung
für das Gas gelangen. Da die Teilchen des Wirbelbettes auf außerordentlich hohen
Temperaturen, beispielsweise im Bereich von etwa 600 bis 16000 C, gehalten werden,
muß auch die entsprechende Gaszuleitung wie auch die Auskleidung des gesamten Reaktionsbehälters
aus einem hochfeuerfesten Material bestehen, welches gleichzeitig zur Isolierung
des eigentlichen Reaktionsraumes dient.
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Das Durchwirbelungsmedium muß in den Boden der auf einer hohen Temperatur
befindlichen Reaktionszone durch die Schichten der Wärmeisolierung und der hitzebeständigen
Auskleidung hindurch eingeführt werden. Eine für diesen Zweck geeignete Verteilervorrichtung
muß also nicht nur der Hitze des Wirbelschichtbettes, sondern auch der korrodierenden
Wirkung des Wirbelschichtbettes und gegebenenfalls der verwendeten chemischen Substanzen,
die im Wirbelschichtbett verwendet oder in demselben gebildet werden, widerstehen
können. Verständlicherweise kommt für den Bau einer derartigen Verteilervorrichtung
nur eine begrenzte Anzahl von Baustoffen in Frage. Durch die Materialeigenschaften
dieser Baustoffe bedingt, sind auch der Konstruktion der Vorrichtung bestimmte Grenzen
gesetzt.
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Es ist das Ziel der Erfindung, eine hochtemperaturfeste Verteilervorrichtung
der beschriebenen Art zu schaffen, die die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist
und in den Reaktionsbehälter während dessen Betrieb bei hoher Temperatur zwischen
beispielsweise 1000 und 15000 C im Austausch gegen eine zerstörte oder reparaturbedürftige
Vorrichtung einbaubar ist, die einfach in ihrem Aufbau und den für die Konstruktion
derartiger Vorrichtungen geeigneten Materialien entsprechend geformt ist.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die Kappe
durch das obere, verschlossene Ende des das Innenrohr mit einem gewissen Abstand
konzentrisch
umgebenden Außenrohres gebildet ist, so daß ein Ringraum für den Gasdurchtritt zwischen
den beiden konzentrischen Rohren frei bleibt, und daß hitzebeständige Dichtungen
zwischen der gasdichten Ummantelung des Reaktionsbehälters bzw. der als Träger für
die Verteilervorrichtung dienenden flanschartig ausgebildeten Durchlaßöffnung derselben
und dem Außenrohr sowie eine elastische, hitzebeständige Dichtung zwischen den beiden
unteren Enden der konzentrischen Rohre vorgesehen sind.
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Zweckmäßigerweise schaltet man bei einer derartigen Verteilervorrichtung
der unteren Zuführungsöffnung des Innenrohres zum Ausgleich von Druckschwankungen
in der Versorgungsleitung und zum Spannungsausgleich zwischen Innen- und Außenraum
der als Faltenbalg ausgebildeten hitzebeständigen elastischen Dichtung ein Gehäuse
vor.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung besser zu verstehen; die
letztere zeigt im Querschnitt die Bauelemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
und zwar eingebaut in den Boden eines Fließbettreaktors, welcher hier nur zum Teil
dargestellt ist. In der Zeichnung sind mit der Ziffer 1 die Teilchen eines aufgewirbelten
festen Körpers in einem Fließbettreaktor bezeichnet, dessen Zustellung 2 aus feuerfesten
Steinen von einem Stahlmantel 3 umschlossen wird; diese Bauelemente sind hier nur
zum Teil dargestellt.
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Zwei konzentrische Rohre von kreisförmigem Querschnitt, nämlich ein
äußeres, 4, und ein inneres, 5, sind vertikal durch den Boden des Reaktors hindurch
eingesetzt. Die in der Zeichnung dargestellte Unterbrechung in der Auskleidung 2
und den Rohren 4 und 5 soll andeuten, daß Auskleidung und Rohre erhebliche Dicken
bzw. Längen haben können. Fließbettreaktoren, die bei Temperaturen um 15000 C arbeiten,
können Wärmeisolierungen in einer Stärke von rund 305 bis 1220 mm erfordern. Je
nach der Dicke der isolierenden Zustellung würden die konzentrischen Rohre, wie
es in der Zeichnung dargestellt ist, mehr oder weniger lang sein müssen.
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Das äußere Rohr kann in den Stahlmantel durch eine mit einem Flansch
versehene Durchführung 6, die an den Stahlmantel angeschweißt ist, hindurch eingeführt
werden, wobei sich die feuerfeste Auskleidung vorzugsweise satt um das äußere Rohr
herum anlegt.
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Unter dem Flansch 10 wird durch die Schrauben 8 ein Haltering7 befestigt,
welcher das Gewicht der Rohre aufnimmt. Durch eine Dichtung 9 wird der Haltering
7 an dem Flansch 10 abgedichtet. Das äußere Rohr 4 ruht auf einer hitzebeständigen
Dichtung 11, welche beispielsweise aus Siliconkautschuk sein kann und zwischen dem
Boden des Rohres und dem Haltering 7 ein Polster bildet. Ein an der Unterseite des
Halteringes 7 befestigter und abgedichteter stählerner Faltenbalg 12 trägt einen
Flanschring 13, an welchem dieser Faltenbalg ebenfalls befestigt und abgedichtet
ist. Mittels der Schrauben 15 ist an dem Flanschring 13 ein zweiter Haltering 14
befestigt, welcher das Gewicht des inneren Rohres 5 trägt. Die Dichtung 16 bildet
ein Polster für das Gewicht des Rohres 5 auf dem Haltering 14 und ferner eine Abdichtung
zwischen denselben. Der Faltebalg 12 gestaltet die dichte Verbindung zwischen dem
unteren Ende des äußeren Rohres und der Außenwandung des inneren Rohres elastisch;
er gestattet ferner eine relative Bewegung der Teile zueinander, wenn dieselben
ungleichmäßig erhitzt werden oder sich wer-
fen. Als Abdichtung zwischen dem Haltering
14 und dem Flanschring 13 kann - falls es gewünscht wird - ein hier nicht dargestellter
Dichtungsring verwendet werden. Ein gegen den Flansch 10 abgedichtetes Gehäuse 17
umschließt die unteren Enden der konzentrischen Rohre und deren Haltevorrichtungen
vollständig. Das Durchwirbelungsgas wird in das Gehäuse 17 durch das Rohr 18 eingeführt.
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Das Rohr 5 ist an beiden Enden offen, während das Rohr 4 unten offen
ist, um das Rohr 5 aufzunehmen, aber am oberen Ende geschlossen ist. Rund um die
Außenwandung des Rohres 4 unterhalb der Ebene des oberen Endes des Rohres 5 ist
auf einem Kreisumfang und im Abstand voneinander eine zweckmäßige Anzahl von Lochungen
19 angeordnet.
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Das dem Fließbett zuzuführende Durchwirbelungsgas tritt durch das
Rohr 18 ein, füllt das Gehäuse 17 an und strömt durch das Rohr 5 hindurch aufwärts.
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Vom oberen Ende des Rohres 5 aus strömt das Gas durch den Ringraum
zwischen den Rohren 5 und 4 hindurch abwärts und dann durch die Lochungen 19 hindurch
- in der Außenwandung des Rohres 4 -in das Bett kleiner fester Teilchen, welche
durch das Gas aufgewirbelt werden.
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Die Anzahl der Lochungen 19 in dem Rohr 4 ist nicht von entscheidender
Bedeutung; drei oder vier derselben sind in der Regel am zweckmäßigsten und völlig
ausreichend. Um eine stetige Durchwirbelung des Fließbettes aufrechtzuerhalten,
sind die Lochungen um den Umfang des Rohres 4 vorzugsweise im gleichen Abstand voneinander
angeordnet. Auch die Größe der Lochungen scheint nicht entscheidend zu sein; vorzugsweise
müssen sie groß genug sein, um einen unerwünscht großen Druckabfall in dem Strom
des Durchwirbelungsgases zu vermeiden; offensichtlich dürfen sie aber auch nicht
so groß sein, daß die Festigkeit des Rohres am oberen Ende desselben darunter leidet.
Beispielsweise hat man eine Ausführung mit vier Löchern von 6,35 mm Durchmesser
in der Außenwandung eines Rohres von rund 80mm Außendurchmesser mit einer Wandstärke
von 12,7 mm als sehr zufriedenstellend und zweckmäßig befunden; dabei strömt das
Gas durch die vier Lochungen stündlich in einer Menge von 19 bis 31 cbm, bei normaler
Temperatur (00 C) und normalem Druck (1 Atm.) gemessen.
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Wenn der Strom des Durchwirbelungsmediums durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung hindurch unterbrochen wird, setzen sich die aufgewirbelten Teilchen
des Fließbettes rasch auf dem Boden des das Fließbett enthaltenden Gefäßes ab rund
um die Außenwandung desjenigen Teils des äußeren Rohres, der in das Innere des Gefäßes
hineinragt. Dabei kann es vorkommen, daß eine verhältnismäßig geringe Anzahl der
Teilchen in die Lochungen in der Außenwandung des äußeren Rohres eintritt und den
Ringraum zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr bis zu der Höhe der Lochungen
anfüllt; die Teilchen klettern jedoch in dem Ringraum nicht aufwärts über die Ebene
der Lochungen hinaus, und es kommt auch nicht vor, daß sie die Lochungen zusetzen.
Infolgedessen ist, wenn die Strömung des Durchwirbelungsmediums wieder einsetzt,
die Bahn für den Durchtritt des Mediums frei, und die Ausdehnung des verdichteten
Bettes zu einem aufgewirbelten Fließbett kommt schnell zustande.
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Soll die Vorrichtung aus einem Fließbett zwecks Reinigung, Instandsetzung
oder Ersatz entfernt werden,
dann ist der Ausbau schnell zuwege
gebracht, insbesondere bei den Anbauteilen, wie sie die in der Zeichnung dargestellte
spezifische Ausführungsform aufweist. Die im wesentlichen symmetrischen konzentrischen
Rohre sind leicht herauszuziehen, selbst durch die dicken Wandungen eines stark
isolierten Reaktors. Ebenso sind die Rohre leicht wieder in ihre richtige Lage im
Reaktor einzubauen.
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Die einfache Symmetrie der wesentlichen Teile der vorliegenden Erfindung
gestattet die leichte Anfertigung derselben und ist insbesondere dann von Vorteil,
wenn die Teile aus dauerhaften, harten und feuerfesten Stoffen herzustellen sind,
wie z. B. aus warmfesten Stählen, keramischen Stoffen oder aus Siliciumcarbid.
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Falls es gewünscht wird, können mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen
gleichzeitig in dem Boden eines Fließbetts von großer Oberfläche angeordnet werden,
um eine bessere Verteilung des Durchwirbelungsmediums über den Boden des Bettes
zu erreichen und/oder größere Volumina des Durchwirbelungsmediums bei möglichst
geringem Druckabfall durch die Verteilvorrichtung für das Medium hindurchzuleiten.
E sist ein besonderer Vorzug der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, daß beim Durchströmen
der Durchwirbelungsmedien nur sehr geringe Druckabfälle eintreten.