DE1180720B - Verfahren zur Durchfuehrung von Reaktionen zwischen festen Teilchen und verschiedenen Gasen unter Druck in getrennten Behaeltern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: BOIj

Deutsche Kl.: 12 g-1/01

Nummer: 1180 720

Aktenzeichen: U 7707IV a/12 g

Anmeldetag: 2. Januar 1961

Auslegetag: 5. November 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung von Reaktionen zwischen festen Teilchen und verschiedenen Gasen unter Druck in getrennten Behältern, bei dem die Teilchen in jedem Behälter durch eines der Gase im Zustand einer Wirbelschicht gehalten werden und zugleich aus dem einen in den anderen Behälter überströmen, wobei sie eine Zwischenkammer durchlaufen, in der sie zwecks Trennung der in den Behältern strömenden Gase durch eine dritte, inerte Gasströmung im Zustande einer Wirbelschicht gehalten werden.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art verläßt der durch die Zwischenkammer geleitete Gasstrom diese über Kanäle, die zugleich zur Zufuhr und Abfuhr der festen Teilchen dienen. Das trennende Gas gelangt dadurch in die Reaktionsbehälter, wo es sich mit den Reaktionsgasen vermengt und diese verdünnt.

Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren wird erfindungsgemäß das trennende Gas aus der Zwischenkammer getrennt von dem Teilchenstrom abgezogen und im Kreislauf zurückgeführt. Dadurch wird der Übertritt des trennenden Gases in die Reaktionsbehälter und die Verdünnung der Reaktionsgase vermieden. Außerdem kann die als Umlaufströmung betriebene Trenngasströmung in ihrer Gesamtheit auf einem hohen Druckniveau gehalten werden, da der Umlauf sich wie in einem geschlossenen Ringkanal abspielt. Dies ist bei Prozessen, die unter hohen Drücken ablaufen, von großer praktischer Bedeutung, weil die Gasmengen, die unerwünscht übertreten, um so kleiner sind, je geringer die Druckunterschiede gemacht werden können. Die Rückführung des trennenden Gases im Kreislauf erhöht ferner die Wirtschaftlichkeit, so daß man auch verhältnismäßig hochwertige Gase als Trenngas verwenden kann. Schließlich liefert die Erfindung auf einfache Weise die Möglichkeit, den Hauptprozeß im Kreislauf zu betreiben, also die Teilchen aus dem einen in den anderen Reaktionsbehälter und aus diesem wieder zurück in den ersten Behälter strömen zu lassen, wie es der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht.

Wird das Verfahren in der Weise betrieben, daß die Teilchen die Behälter in ständigem Umlauf durchströmen, so wird zweckmäßig für die Übertritte der Teilchen aus dem einen Behälter in den anderen und umgekehrt je eine Zwischenkammer vorgesehen. Ferner ist es von Vorteil, das Verfahren so zu betreiben, daß die Drücke in den Reaktionsbehältern und in der Umlaufströmung des trennenden Gases auf annähernd gleichen Werten gehalten Verfahren zur Durchführung von Reaktionen
zwischen festen Teilchen und verschiedenen
Gasen unter Druck in getrennten Behältern

Anmelder:

The United Steel Companies Limited, Sheffield, Yorkshire,

Henry Balfour & Company Limited, Leven,

Fifeshire (Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. G. Eichenberg

und Dipl.-Ing. H. Sauerland,

Patentanwälte, Düsseldorf, Cecilienallee 76

Als Erfinder benannt:

Alfred Charles Bureau, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 4. Januar 1960 (228)

werden. Schließlich empfiehlt es sich, die Umlaufströmung des trennenden Gases durch ein Reservoir zu führen.

Man kann den einen Reaktionsbehälter kontinuierlich oder intermittierend mit frischen Teilchen speisen, während eine entsprechende Teilchenmenge aus dem Umlauf entfernt wird. Dabei werden mit besonderem Vorteil die frischen Teilchen der Umlaufströmung des trennenden Gases beigegeben und von diesem an den Oberteil des einen Reaktionsbehälters durch eine Dichtung abgegeben, die von den Teilchen selbst gebildet wird.

Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung sieht einen Füllbehälter zur Aufnahme frischer Teilchen in einem Nebenschluß der das trennende Gas führenden Umlaufleitung vor, der normalerweise unter annähernd dem gleichen Druck wie diese Leitung steht, jedoch von der Hauptumlaufleitung abtrennbar ist, um bei Atmosphärendruck mit frischen Teilchen gefüllt werden zu können. Dieser Füllbehälter ist zweckmäßigerweise über ein Absperrventil an die Umlaufströmung

so angeschlossen und kann zwecks Abgabe von frischen Teilchen an eine in die Umlaufströmung des trennenden Gases eingeschaltete Füllvorrichtung bei

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offenem Absperrventil unter Überdruck gesetzt werden, wobei die Füllvorrichtung zweckmäßigerweise von einer zur Beschickung des einen Reaktionsbehälters dienenden Füllmulde gebildet wird. Schließlich kann am Boden der Füllmulde eine Förderschnecke angeordnet werden, deren Antriebswelle zum Teil in der Umlaufströmung des trennenden Gases liegt und durch eine Stopfbuchse herausgeführt ist.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform hervor, die schematisch in F i g. 1 der Zeichnung dargestellt ist, während Fig. 2 eine geringfügige Abwandlung veranschaulicht.

Die in Fig. 1 gezeichnete Anlage dient zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus industriellem Gas durch Reaktion mit Teilchen aus Eisenoxyd. Die Anlage enthält einen Reaktionsbehälter 1, der mit gasdurchlässigen Zwischenwänden 2 versehen ist. Diese dienen als Stützen für Wirbelschichten oder Fließbetten 3, 3 A, 3B und 3 C des Oxydes, das während des Betriebes in Wirbelung gehalten wird und von einem Fließbett zu dem nächstfolgenden durch vertikale Rohre 4 fließt, wie es in der Wirbelschichttechnik allgemein bekannt ist. Das von Schwefelwasserstoff zu reinigende Gas wird durch einen Einlaß 8 unter einem Überdruck zugeführt, der beispielsweise so niedrig wie 0,5 at oder auch so hoch wie 45 at sein kann. Das Gas strömt aufwärts, wirbelt die Oxydschichten auf und verläßt den Behälter als gereinigtes Gas durch einen Auslaß 9. Die Temperatur im Behälter 1 kann beispielsweise 350° C betragen.

Der größere Teil des Oxydes, das die Wirbelschichten oder Fließbetten 3B und 3 C bildet, wird ständig in Zirkulation durch einen Regenerator 10 gehalten. Das Oxyd, das die Wirbelschichten 3 und 3 A bildet, ist frisches Oxyd und gelangt nicht in das Oxyd-Zirkulationssystem, bevor es die Wirbelschicht 3 B erreicht.

Der Regenerator 10 ist so gebaut, daß in ihm eine Wirbelschicht 11 aus Oxyd oberhalb einer Stütze 12 aufrechterhalten werden kann. Druckluft tritt bei 13 ein, fließt vertikal nach oben, um die Wirbelschicht 11 zu erzeugen, und verläßt den Regenerator durch einen Auslaß 14, der mit einem Ventil 15 versehen ist, das so eingestellt wird, daß der Druck im Regenerator 11 annähernd gleich dem Druck im Behälter 1 ist. Die Temperatur im Regenerator kann beispielsweise 750° C betragen.

Das System, durch das gemäß der Erfindung eine Umlaufströmung eines inerten Gases aufrechterhalten wird, besteht aus einem Reservoir 16 mit einem Druckablaßventil 17. Von diesem Reservoir führt eine Leitung zu einem Gebläse 18, dessen Auslaß durch zwei parallele Leitungen an zwei rohrförmige Gefäße 19 und 20 angeschlossen ist, die ihrerseits mit einer geschlossenen Kammer 21 im Oberteil des Behälters 1 verbunden sind. Von der Kammer 21 führt eine Leitung zum Reservoir 16 zurück. Das Reservoir wird mit in geeigneter Weise zubereitetem inertem Gas gespeist, das durch ein Gebläse 22 angesaugt wird.

Von der Wirbelschicht 3 C strömt das Oxyd unter der Wirkung der Schwere durch ein Rohr 23 in das Gefäß 19, in welchem "es unter der Wirkung des zuströmenden inerten Gases in die Form einer Wirbelschicht, also eines FHeßbettes gebracht wird. Aus dem Gefäß 19 strömt das Oxyd durch ein Rohr 24 zu einem Injektor 25, in welchem es von Druckluft oder auch von Gas, das dem Auslaß des Regenerators 10 entnommen ist, aufgenommen und durch ein Rohr 26 in den Regenerator 10 befördert wird. Regeneriertes Oxyd strömt unter Wirkung der Schwere durch ein Rohr 27 in das Gefäß 20, wo es unter der Wirkung des aufwärts gerichteten inerten Gasstromes wiederum die Form eines FHeßbettes annimmt, die sich mindestens bis zur Mündung eines Rohres 28 erstreckt, durch das das Oxyd unter der Wirkung der Schwere zur Wirbelschicht 3B zurückgelangt.

Ist etwa das Rohr 23 verstopft, so sinken die Oxydteilchen im Gefäß 19 nicht unter das Niveau des höchsten Punktes des Rohres 24, so daß eine wirksame Abdichtung gegen den Eintritt von Luft aus dem Regenerator 10 oder dem Injektor 25 bestehen bleibt.

Zweckmäßigerweise wird der Druck des zu reinigenden Gases als Hauptdruck benutzt, dem entsprechend die Drücke des inerten Gases und der Luft gesteuert werden. Zu diesem Zweck kann eine Leitung, in der der Druck sich entsprechend dem Druck im Behälter 1 ändert, vom Boden dieses Behälters zum Ventil 17 führen, das als Membranventil ausgebildet sein kann, so daß der Druck im Reservoir 16 entsprechend dem Druck im Behälter 1 gesteuert wird. In ähnlicher Weise kann das Ventil 15 durch ein Rohr an den Boden des Behälters 1 angeschlossen sein. Die Genauigkeit derartiger druckgesteuerter Ventile liegt normalerweise bei 1 %> des Gesamtdruckes. Kleine Änderungen in den Drücken der einzelnen Umlaufströmungen haben lediglich zur Folge, daß sich die Höhe der Fließbetten oder Wirbelschichten, die als Abdichtungen in den Gefäßen 19 und 20 dienen, ändern.

Das Gebläse 22 wird automatisch durch ein Druckventil gesteuert, das auf den Druck im Reservoir 16 anspricht, so daß es anläuft, wenn frisches inertes Gas gebraucht wird. Das Ventil 17 stellt sicher, daß der Druck im Umlauf des inerten Gases einen bestimmten Wert nicht überschreitet.

Die zur Aufrechterhaltung der Fließbetten oder Wirbelschichten dienenden Gasströmungen erfüllen gleichzeitig die Aufgabe, Staub aus dem Behälter 1 und dem Regenerator 10 zu entfernen. Dieser Staub kann in nicht gezeichneten Zyklonen gesammelt und ausgeschieden werden. Frisches Oxyd wird in einer Menge zugeführt, die ausreicht, den durch die Staubentfernung entstandenen Verlust wieder auszugleichen. Um frisches Oxyd in das Fließbett 3 einzubringen, ist in der Kammer 21 des Behälters 1 eine Füllmulde 29 angeordnet, an deren Boden sich eine Förderschnecke 30 befindet, die durch einen außerhalb des Behälters angeordneten Motor 31 angetrieben wird. Die Kammer 21 bildet einen Teil des Umlaufes des inerten Gases und ist von dem Gas im Behälter 1 abgetrennt, ausgenommen nur die Stelle, an der die Förderschnecke 30 das Oxyd in den Behälter 1 schiebt. Da die Drücke des inerten Gases in der Kammer 21 und des Gases oben im Behälter 1 nahezu einander gleich sind, so bilden die Teilchen in der Füllmulde 29 eine wirksame Abdichtung, die verhindert, daß Gas aus der Kammer 21 in den Behälter oder umgekehrt aus dem Behälter in die Kammer 21 strömt. Da die Kammer 21 nur inertes Gas enthält, so hat eine Undichtigkeit in der Stopf-

buchse, durch welche die Motorwelle durch die Behälterwand geführt ist, lediglich das Entweichen einer kleinen Menge inerten Gases zur Folge.

Die Füllmulde 29 wird in dem jeweils nötigen Maße aus einem Füllbehälter 32 beschickt. Dieser Behälter steht gleichfalls unter Druck und kann durch Ventile 33 und 34 abgeschlossen werden. Eine Oxydcharge wird bei Atmosphärendruck durch eine obere Öffnung eingebracht, die alsdann verschlossen wird. Das Ventil 33 liegt in einer Leitung, die von der Druckseite des Gebläses 22 ausgeht, und das Ventil 34 in einer Leitung, die zum Reservoir 16 führt. Ist der Füllbehälter 32 chargiert und geschlossen worden, so wird das Ventil 34 und ein Auslaßventil 35 geöffnet, so daß die im Innern befindliche Luft ausgetrieben und durch inertes Gas ersetzt wird, das dem Reservoir 16 entnommen wird. Hierauf wird das Ventil 35 geschlossen und das Ventil 33 geöffnet, so daß die auf einer Stütze 36 ruhende Charge in eine Wirbelschicht verwandelt wird. In diesem aufgewirbelten Zustand fließt das Oxyd unter Wirkung der Schwere durch eine mit einem Steuerventil 38 versehene Rohrleitung 37 in die Füllmulde 29.

In der Abwandlung nach F i g. 2 ist der Füllbehälter 32 so gestaltet, daß in seinem Innern eine Mulde

39 mit einer kurzen, gasdurchlässigen Grundplatte

40 gebildet wird. Dies hat den Vorteil, daß in jedem Augenblick nur einem kleinen Teil der Charge die Form eines Fließbettes oder einer Wirbelschicht gegeben zu werden braucht.

Erfordert es das Verfahren, daß die festen Teilchen mit drei Gasen behandelt werden, so kann das dritte Gas in der gleichen Weise durch Dichtungen isoliert werden, die in einem weiteren geschlossenen Umlaufstrom inerten Gases von den Teilchen selbst gebildet werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Durchführung von Reaktionen zwischen festen Teilchen und verschiedenen Gasen unter Druck in getrennten Behältern, bei dem die Teilchen in jedem Behälter durch eines der Gase im Zustand einer Wirbelschicht gehalten werden und zugleich aus dem einen in den anderen Behälter überströmen, wobei sie eine Zwischenkammer durchlaufen, in der sie zwecks Trennung der in den Behältern strömenden Gase durch eine dritte, inerte Gasströmung im Zustande einer Wirbelschicht gehalten werden, d a durch gekennzeichnet, daß das trennende Gas aus der Zwischenkammer getrennt von dem Teilchenstrom abgezogen und im Kreislauf zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Teilchen die Behälter in ständigem Umlauf durchströmen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Übertritte der Teilchen aus dem einen Behälter (1) in den anderen (10) und umgekehrt je eine Zwischenkammer (19, 20) vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke in den Reaktionsbehältern (1,10) und in der Umlauf strömung des trennenden Gases auf annähernd gleichen Werten gehalten werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlauf strömung des trennenden Gases durch ein Reservoir (16) geführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem einer der Reaktionsbehälter kontinuierlich oder intermittierend mit frischen Teilchen gespeist wird, während eine entsprechende Teilchenmenge aus dem Umlauf entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die frischen Teilchen der Umlaufströmung des trennenden Gases beigegeben und von diesem an den Oberteil des einen Reaktionsbehälters (1) durch eine Dichtung abgegeben werden, die von den Teilchen selbst gebildet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllbehälter (32) zur Aufnahme frischer Teilchen in einem Nebenschluß der das trennende Gas führenden Umlaufleitung angeordnet ist, der normalerweise unter annähernd dem gleichen Druck wie diese Leitung steht, jedoch von der Hauptumlaufleitung abtrennbar ist, um bei Atmosphärendruck mit frischen Teilchen gefüllt werden zu können.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllbehälter (32) über ein Absperrventil (38) an die Umlaufströmung angeschlossen und zwecks Abgabe von frischen Teilchen an eine in die Umlaufströmung des trennenden Gases eingeschaltete Füllvorrichtung (29) bei offenem Absperrventil unter Überdruck setzbar ist.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllvorrichtung von einer zur Beschikkung des einen Reaktionsbehälters (1) dienenden Füllmulde (29) gebildet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine am Boden der Füllmulde (29) angeordnete Förderschnecke (30), deren Antriebswelle zum Teil in der Umlaufströmung des trennenden Gases liegt und durch eine Stopfbuchse herausgeführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 620 313, 2 909 424.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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