DE1501942A1

DE1501942A1 - Verfahren zur Vergasung und Verbrennung fluessiger Brennstoffe im Fliessbett und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1501942A1
Application number: DE19661501942
Authority: DE
Inventors: Hisashi Kono; Haruhiko Miyazaki; Muneki Saito; Yuichi Suzukawa
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1965-09-17
Filing date: 1966-07-30
Publication date: 1970-01-29
Also published as: GB1146016A; US3417978A

Description

PATINTANWXLTI DR. LOTTERHOS - DR.-ING. LOTTIRHOS

(maim)

ANNASTIASSE 1» rilNIPIICHEI. (OiII) 55S041 TIHGIAMME. 1OMOSAfATtNT IANDESZINTIAtIANK 4ItSt DIISDNII IANK FFM., Nr. SMMt POSTICHICK-KONTO FfM. MW

PRANKPURT CMAIN), 9Q 7 fifi

UüTRIt'iS, LTD., wo. 12-32, 1-chomu, niahimoto-cho, , Yamaguehi-keri, Japan.

7 .L'i.':μ''.τι zur Vor^fiK'iti:; urn Verbrennung Ii (inniger

fcoffo

iii i'L Lu-übci bt und '/art· L : itun^ zur JDurohfiihrung des Verf.-ih-

Die jirfinctung betrifft ein Verfahren zur Vergasung und

Verbrennung flüssiger Brennstoffe im I«'liei3bett und eine

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Mifc der Bezeichnung "Fließbett¹¹ ist im all;snmeinen ein QtXB- i''eatstoff-3ystem gemeint, welohe3 auch WirljeXbett gen;mnt wird. AIa Gase kommen Luft, Sauerstoff, Wasserdampf / Sbickiütoff und andere öasu oder Sdischun^on davon in ..nwendung»

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BAD

Als feststoff-Teilchen sind alle im 3?liefc$band schwebenden festen Teilchen bezeichnet.

Unter flüssigen Brennstoffen sind durch Raffination gewonnene Öle, Rohöl, Benzin, Düsentreibstoff, Dieseltreibstoff, Rohstoff für Kracking, Schmierölrüclcstände, Schweröle und aus Kohle hergestellte Öle od.dgl., sowie andere brennbare organische Stoffe in flüssiger iorm zu verstehen.

Mit der Bezeichnung "Vergasung" i&t nicht nur die gewöhnliche; Vergasung gemein t, sotrisrn auch die fco ILv/eise V_er^afiung von fliUjsigem Brenne toff, du ν w? Ihr end do a nog. Verbrnnnungsvors atattfinciet.

Mit der Bezelchnung "Verbrennung" ist nicht nur die gov/öhnliche Verbrennung von flanaigem Bre: natoff, soruiern auch die teilweise Verbrennung flüssiger Brennstoffe gemeint, die während der sog. Vergasung eintritt.

Mit der Bezeichnung "anorganische Feststoffe" sind üxyde der Nichtmetalle und Misohungeii davon gemeint, z.b. Kalkstein, Bauxit, Dolomit» andere keramische Oxyde, Rohstoffe für die iäamenthersteilung, Metalloxide und Mischungen davon, z*B. Oxyd© des ßisens» des Kupfers, des 2inka, des Zinn-, dea Niokels, des Kobalts und Manganoxid.

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Bs ißt hervorzuheben, daß die Erfindung die Vergasung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe betrifft, und nicht die Vergasung und Verbrennung von festen Brennstoffen.

JiSs ist bekannt, daß es schwierig ist, die Vergasung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe in industriellem Maßstab im Fließbettverfahren durchzuführen. Duroh die vorliegende Erfindung wird das Problem gelöst und sie macht es möglich, die Vergasung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe in industriellem Maßstab auszuführen, und swar durch die Mittel, welche welter unten angegeben sind»

In den Fällen, in denen flüssiger Brennstoff in freiem Raum xerbrannt wird, wird der Brennstoff mittels eines Brenners aera täubt, vergast dann* bildet dit flamme und wird vollständig verbrannt.

e-

In den fällen dagegen« in denen flüssiger Brennstoff in einem üblichen Fließbett verbrannt wird, wird die Flamme duroti die Feststoffteilchen ausgelöscht und dl« Blamme bildet sich nicht in der Nähe des ,Brenners, da dit Fließbettdichte der Feststoffteilchen in der Nähe des Brenners im Weeentliehen gleich der-jenlgen in den anderen feilen des Fließ -

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bettes ist.

!tröpfchen von zerstäubtem Brennstoff werden unmittelbar auf die Feststoffteilchen geblasen, bzw. treffen auf diese auf. So wird der Zerstäubungseffekt des Brenners unwesentlich.

Im Unterschied dazu wird im freien Jaum flüssiger: Breaiv-Btoff auf der Oberfläche der duroh Zerstäubung entitäil·* denen Tröpfchen vergast. Im Fließbett ftftgegen worden die durch Zerstäubung entstandenen !Tröpfchen auf die !feststoffteilchen geblasen oder geschleudert und sie werden an den Oberflächen der die Außenfläche der JPeetstoffteilchen umhüllenden Filme vergast« In diesem zweiten Fall ist die gesamte Berührungefläche zwischen Gas und flüssigem Brennstoff viel kleiner als die der durch Zerstäubung erfv-T^tftji Trypteii Jn erst erwähntem FaJJ . Infolgedessen x:t j.i. iuv.xd.tt-: i'--.n α ie Quote der Vrr^aimng des fl\'wtn Qf-.n . <.^c>>;n?3 toffee i^r- ·:< : ^l ο ich mit deir. crvt oi'v/ Uinten Fall

V-J- herabc'r-■■= :t; t. Die Verminderung der Wirkung der durch 'v-n Brenner eiT· iliten Zersteutung η in fließbetten üblicher ist Πι, Uirstand, der SeVwierigkelten bei der

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Vergasung und Verbrennung von flüssigem Brennstoff im üblichen Fließbett hervorruft.

Weiterhin wird die Vergasung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe im Fließbett wesentlich durch die Verteilung der Feststoffteilchen im Fließbett beeinflußt, flenn, der flüssige Brennstoff gleichmäßig auf die Oberfläche der Feststoffteilchen im Fließbett aufgeblasen, bzw. aufgebracht ist, ist die gesamte Oberfläche der Feststoffteilchen sehr groß und die Menge des flüssigen Brennstoffes, die sich'auf jedem einzelnen Feststoffteilchen befindet, ist verhältnismäßig klein und außerdem wird die fühlbare Wärme der Feststoffteilchen in wirksanier ./eise für die Vergasung des flüssigen Brennstoffes herangezogen, bzw. ausgenutzt« So kann die Vergasung und Verbrennung des flüssigen Brennstoffes leicht durchgeführt werden.

In einem Fließbett bekannter Ausbildung sind jedoch die Bewegungen der Feststoffteilchen für die Vergasung und' Verbrennung des flüssigen Brennstoffes nicht ausreichend; die Oberfläche der Feststoffteilchen im Fließbett wird für diesen Zweck nicht wiEksam auagenutztt Feststoffteilchen in der Nähe des Brenners, auf die Tröpfchen zerstäubten Brennetoffti

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auftreffen, zerteilen sich, bzw. breiten sich nicht sofort aus, sondern sie bleiben eine gewisse Zeit in der Nähe des Brenners. Infolgedessen entspricht die Quote der Vergasung nicht derjenigen der Verteilung der auf die Feststoff teilchen geblasenen Tropfen, die einen dicken Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche der Feststoffteilchen bilden. So ergibt sich eine weiter Verminderung der gesamten zur Vergasung zur Verfügung stehenden Oberfläche und demgemäß ist die Quote der Vergasung des flüssigen Brennstoffes herabgesetzt. In ungünstigen Fällen kann nicht die ganze Menge des flüssigen Brennstoffes die dem Fließbett zugeführt wird, von der Oberfläche der Feststoffteilchen in der Nähe des Brenners gehalten werden, sodaß eine bestimmte Menge des flüssigen Brennstoffes sich auf dem Boden des Hep;ktionsgefäßes absetzt. Die Tatsache, daß die Oberfläche der feststehenden Teilonen nicht ausgenützt wird, ist eine weitere Ursache, die die Yergasung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe im fließbett beeinträchtigt, bzw. verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend geschilderten Nachteile ι die von den Eigenschaften bekannter

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Fließverfahren lierrühren, bzw. beim Fließbett- ))<;]..■■unter· ■ _r Ausbildung gegeben sind, zu beseitigen, um die Vergärung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe in industriellem Maßstab zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Verfahren geschaffen, bei welchem die Oberfläche der Feststoffteilchen im ganeen fließbett dazu herangezogen wird, " um die Vergasung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe im Fließbett durchzuführen.

In Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung v/ird der Verstäubungswirlcungsgrad des Brenners beträchtlich (lurch die Herabsetzung der Fließbettdichte in der ΚΠιγ ies Brenners, verglichen mit der Fließbettlichte ior Ii■-.■*' ·■·■ c ^;" <'-■ :.ί: 'α oh en iii öfii arideritt Trdleji nen JH"¹ i ···. t · .■ 11« ~ί, \< ·). ■■ ■ · ' ■

ju'jt cn dii F'fjna-ni^r ri (1 es y;voh mör.'i 3 ■ -f ■ <;fn'-'ll. ü · •üheB M-Itj'ial in .in^i;ii.;t;ri⁽jl lea ·.- iJst^b fnirch V<> r;.; ' Verbr^imuii.^ v-u) f] v.tu-i^cin Brennstoff im Fliei-'bott zu i nen c

^lf

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Außerdem ist Gegenstand der E_rfindung eine Vorrichtung zur Durchführung der neuen Verfahren.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Das Verfahren zur Vergasung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe im Fließbett ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gasstrahl direkt in das Fließbett eingeblasen wird, um eine verstärkte Zirkulation der Feststoffteilchen herzurufen.

Unter einem"Gasstrahl" ist eine Gasströmung zu verstehen, deren Geschwindigkeit U. (m/sec) größer als die mittlere Geschwindigkeit U (m/sec) des Trägergasee, welohe ausreicht, den Fließzustand im Fließbett aufrecht zu erhalten· Dieser Gasstrahl wird direkt in das Fließbett eingeblaeen und geht nicht durch den Gasverteiler.

Die Geschwindigkeit des Gasstrahles und die von ihm geförderte Menge kann in angemessenen Grenzen zur Aufrechterhaltung des " Fließzustandes verändert werden. Dieser Bereich ist durch.

die Eigenschaften des Fließbettes bestimmt, e.b. durch seine

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Höhe, durch die Teilchengröße und - Verteilung der feststoffteilchen und die Art der chemischen Reaktion im Fließbett.

Im Allgemeinen kann die lineare Geschwindigkeit des G?.s strahl es Uj (m/sec) umgerechnet auf die Geschwindigkeit bä der Temperatur des Strahles an der Einblasöffnung im Bereich des 1,5 bis 2o-fachen zur mittleren Trägergasgeschwindigkeit TJ (m/seo) im Fließbett verhindert werden, die zur Aufrechterhaltung des Fließzustandes erforderlich ist, umgerechnet aμf die Geschwindigkeit bei der Temperatur im Fließbett. Das Volumen, das vom Gasstrahl befördert wird, bezeichnet mit Vj (Nm /h) kann im Bereich des o,o5 bis o,95-fachen des Volumens der gesamten Trägergasmenge V_Q (Nm /h), der für die Aufrechterhaltung des Fließöustandes erforderlich ist, geändert werden·

Für den Gasstrahl kann dieselbe Gasart Veuendung finden, die auch als Trägergas dient, oder man kann eine andere Gaeart wählen. Üblicherweise verwendet man Gasmisohungen ait eint» Anteil an Sauerstoff_t a.B» Luft.

Für den Gasstrahl kann man auch Stickstoff wählen» jedoob ist gewöhnlich Luft am geeignetsten.

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-loin Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Gasstrahl direkt in das Fließbett aus einer öffnung, welche die .Einspritzdüse für den flüssigen Brennstoff umgibt, eingeblasen, wodurch eine verstärkte Zirkulation der Feststoffteilchen im Fließbett hergerufen wird und gleichzeitig die Fließbettdichte der Feststoffteilchen in der Nähe der Einspritzdüse für den flüssigen Brennstoff, verglichen mit der Fließbettdichte in anderen Teilen des " Fließbettes, herabgesetzt wird. Bei deser Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist das Verhältnis von Uj/U (wie oben definiert) im Bereich von 1,5 bis 2o und das Verhältnis Vj/V (wie oben definiert) kann im Bereich von o,o5 bis o,95 liegen.

Durch die Erfindung ist es auch möglich, anorganische Feststoffe mittels Vergasung und Verbrennung flüssigen Brenn-I

stoffes im Fließbett zu brennen; dieses Verfahren ist da-

duroh gekennzeichnet, daß ein Gasstrahl aus einer Öffnung, j dit um die Einspritzdüse für den flüssigen Brennstoff anfeordntt IbD, direkt in das Fließbett eingeblasen wird/ um dif ilieflbettdi»bte in d«r Nähe ä$r Düne für den flüssigen Brennstoff herabzusetzen, verglichen ait der Filedetttdiohte in anderen Teilen des Fließbettee, und ferner

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■ BAD Orii*

- li -

dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig ein weiterer Gasstrahl von einer Stelle aus eingeblaso'n wird, die nicht in der jNLhe der Einspritzdüse für den flüssigen Brennstoff lie^t. Hierdurch wird die Zirkulation der Feststoffteilchen weiter verstärkt. Bei diesen Verfahren kann das Verhältnis U_T/U

d O

1,5 bis Io und das Verhältnis Vj/V· l,o bis o,6 betragen.

Die Bedeutung und die Wirkung des Gasstrahles, der für die Erfindung sehr wesentlich ist, wird im Folgenden erläutert.

Bei bekannten Fließbetten, bei denen die ganze zur Herbeiführung des Fließzustandes erforderliche Trägerg; smenge durch den Gasverteiler eingeführt wird, werden die Fest-Staffteilchen im Fließbett in/olge deo Fließzustandes örtlich und in zufälliger Verteilung bewegt. In diesem Sinne wird die Mischung von Feststoffteilchen in Fließbett als eine vollkommene Liischung bezeichnet.

Wie bereits erwähnt, ist c-ine Flie^bewegung nach unten in der H: he der if'and des Reaktionsgefäßes festzustellen und eine Zirkulationsbewepung der Ferststoffteilchen ia Flieiibett kann kaum beobachtet v/erden. Die Bewegung der Fest-

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stoffteüchen in üblichen Fließbetten ist für die Vergasung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe unzureichend.

Andererseits tiind jedoch Reaktionsgefäße bekannt, die z.B. zur Trocknung von Getreidekörnern verwendet werden, die keinen Gasverteiler haben und in die die ganze Trägergasmenge in der Form eines Strahles eingeblasen wird. Infolge-" dessen ist eine Zirkulationsbewegung der Feststoffteilchen festzustellen. Da jedoch ein Gasverteiler fehlt, sind im Gefäß Stellen vorh.-.nden, an welchen die örtlichen Bewegungen der Peststoffteilchen unzureichend sind, sodaß solche Reaktions· gefäße nicht benutzt werden, wenn eine Aglomeration der

Feststoffteilchen vorkommen fc'ann. Außerdem tritt, da die ganze Gasmenge als Gasstrahl eingeblasen wird,danach d e s" Abblas ens" auf.

Im Gegensatz dazu kann man mit dem Verfahren gemäß der Erfindung eine verstärkte Zirkulation der Feststoffteilchen nicht nur örtlich, sondern im ganzen Fließbett erreichen, indem man einen Gasstrahl verwendet, und man kann außerdem die Bewegung der Feststoffteilchen steuern, bzw. beeinflussen, indem der Gasstrahl in gewünschter Weise eingestellt, bzw. geregelt wird.

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Bine derartige Beeinflussung der Bewegung der Feststoffteilchen ist bei bekannton fließbettverfahren nicht möglich.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung v/ird ein Gasstrahl direkt durch den Boden des Reaktionsg'jfäües eingeblasen und man erhält dadurch verhältnismäßig gute, bzi/. starke Bewegungen der feststoffteilchen.

Die verstärkte Zirkulationsbevvegung der Pest stoff teilchen im Fließbett kann in dem gewünschten liaii in hinein weiten Bereich durch Änderung des Verhältnisses U-Vu und Vj/V

beeinflußt werden.

Bei der Vergasung von Schweröl kann z.B. das Verhältnis von U-r/U im Bereich 1,5 bis 2o und das Verhältnis Vj/V

kann im Bereich von o,o5 bis o,95 geändert v/erden.

Beim Brennen von g-nor ganisch en Fewtstoffen, z.B. von Zement-' Klinker kann das Verhältnis UjZ^₀ ^im Verhältnis 1,5 bis und das Verhältnis Vj/V im Bereich o,l bis o,5 geändert werden.

In der chemischen Verfahrenstechnik nahm man bisher an_f daß durch Einblasen eines Gasstrahles, dar nicht durch den Gasverteiler geht,direkt in das Fließbett ein "Abblasen" auftreten würde. Aus diesem Grunde hat man die Anwendung eines Gasstrahles im Fließbettverfahren nicht versucht.

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Insbesondere tritt ein "Abblasen" ("Kanalbildung") auf, wenn die Teilchen-größe im Fließbett gering ist. Wenn jedoch die Teilchengröße im Fließbett größer und größer wird, wird der Bewegungsimpuls dea Gasstrahles im.Fließbett rasch aufgezehrt und das"Abblasen" tritt nicht auf. In Fällen, in denen die Geschwindigkeit des Gasstrahles Uj sehr viel größer ist als die mittlere End-Geschwindigkuit U, der Feststoffteilchen im Fließbett (umgerechnet auf die Geschwindigkeit der Feststoffteilchen bei der Temperatur im Fließbett ), wenn also z.B. Uj ungefähr 4o bis 5o mal so groß ist wie U., besteht ein Risiko, das ein "Abblasen" auftritt.

Wenn jedoch Uj etwa 2o mal kleiner ist U. verursacht der Gasstrahl kein "Abblasen" im Fließbett,und der Gasstrahl kann in befriedigender Weise die verstärkte Zirkulationsbev/egung der Feststoffteilchen hervorrufen, die zur Erreichung der oben erläuterten Zwecke ausreichen.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird also die Verteilung des flüssigen Brennstoffes im Fließbett verbessert, und außerdem wird die Oberfläche der Feststoffteilchen stärker ausgenutzt· Dadurch wird die Quote der Vergasung dee flüssigen Brennstoffes erhöht und der in des Fließbett eingeführte flüssige Brennstoff wird vollkommen vergast, sodaß/ eine vollkommene Verbrennung des flüssigen Brennstoffes in Gegenwart einer ausreichenden Säuerstoffmenge stattfindet.

DAD C-JGiNAL

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Die Erfindung kann auf de.-- verschiedensten Gebietet; der industriellen Technik zum Brennen vo.i Oxyden der iiiohtnotalle und der Metalle oder ihren Mischungen Anwendung finden, z.B. für » Kalkstein, Dolomit, Magnesia, Ausgangsstoffe f'-'r dio Zr;mentherStellung, uis'noxyd, Kupferoxyd und andere Oxyde, zur Vergasung von Schweröl, in der Industrie der ülcheinie, z.U. für katalytisches Kracken, katalytisches Refoi'iiiin,¹-;, thurmi.scbes Kracken von Waphta und außerdem fur Verbrennun-seinriciitungen mit hoher Belastung. Nachstehend ,.ird eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist, anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt chematischs
Fig. l! einen senkrechten Schnitt durcl eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens, al.^c; Beispiel insbes. für die Vergasung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe j

Pig. 2ί einen senkrechten Schnitt durch eine andere Ausführun sform der Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens als iieis. iel innber·,. i-ir das Brennen von Zementklinker;

Fig. 3s einen waagerechten Öcnnitt in der Linif A - A durch die in Figur 2 veranschaulicht« Vorrichtung und

Fig. 4s einen waagerechten ÖcJ.nä tt uure·: eine mit mehreren Abführung. Ie :.tun^c-n für gesinterte Feststoffteilchen.

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Das Reaktionsgefäß 1 hat einen Eintritt 2 für das Trägergas im unteren Teil und einen Austritt 3 im oberen Teil.

4 ist der Gasverteiler, durch welchen die Leitung 5 für den flüssigen Brennstoff hindurchgeführt ist. An dem oberen Ende der leitung 5 befindet sich die Einspritzdüse 6.

7 ist die Leitung für das Einblasen des Gasstrahles, die den Gasverteiler 4 durchsetzt. Die Austrittsöffnung 8 der Leitung 7 umgibt ringförmig die Düse 6.

In der Vorrichtung können mehrere Düsen 6 für flüssigen Brennstoff und mehrere Öffnungen (Ringöffnungen) 8 für die Einführung von Gas in Strahlform vorgesehen sein.

Vorzugsweise ist der Gasverteiler als Trichter am Boden des Reaktionsgefäßes ausgebildet.

In das Fließbett F im Reaktionsgefäß 1, in welchem die Feststoffteilchen im Fließzustand oberhalb des Gasverteilers 4 gehalten werden, wird ein Gasstrahl durch die öffnung 8 eingeblasen} die Leitung 7 mit der Öffnung 8 durchsetzt den Gasverteiler. 4. Die Düse 6 für den flüssigen Brennstoff ist von der Öffnung 8 für den Gasstrahl umgeben. Durch dieee Anordnung wird die Fließbettdichte in der Nähe diJf Einspritzdüse 6 für den Brennstoff herabgesetzt, verglichen mit der Fließbettdichte in anderen Teilen des Fließbettes. Infolgedessen wird der flüssige Brennstoff auf die Feststoffteilchen verteilt. Die Oberfläche der Feststoffteilchen im Fließbett wird wirkungsvoll ausgenutzt und der Zerstäubungsgrad des flüssigen

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bad ch:q:mal

- 17 Brennstoffes wird verbessert.

Sin anderer Grund dafür, die Öffnung 8 für den Gasstrahl vorzusehen, liegt darin, die Verteilung der Feststoffteilchen im Fließbett zu verbessern, damit die Überfläche der Feststoffteilchen für die Vergasung und Verbrennung zur Verfügung steht. Insbesondere werden die Feststoffteilchen in der isähe der Einspritzdüse 6 für den flüssigen Brennstoff, welche mit flüssigem Brennstoff überzogen sind, kräftig aus der Umgebung der Düse 6 für den flüssigen Brennstoff durch die Wirkung des Gasstrahles verteilt und nf-ch oben geblasen und weiterhin in den anderen Teilen des Fließbettes durch die verstärkte Zirkulation verteilt. Nach Vollendung der Vergasung und Verbrennung des flüssigen Brennstoffes, der sich auf der Oberfläohe der Feststoffteilchen festgesetzt hat, kehren die Feststoffteilchen in die Nähe der Einspritzdüse für den flüssigen Brennstoff zurück.

So wird, indem man die verstärkte Zirkulätionsbewegung der Feststoffteilchen im Fließbett ausnutzt, die duroh den Gasstrahl erzeugt ist, der von der Öffnung herJcOEBmIi₁ di· um die Einspritzdüse für den flüssigen Brennstoff angeordnet ist, die Menge des auf ein einzelne» Feststoffteilchen geblasenen, bzw. aufgebrachten Brennstoffes vermindert, sodaß sich eine Erhöhung der Quote der Vergasung und Verbrennung ergibt. Wenn kein Gasstrahl um die Einspritzdüse für

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den flüssigen Brennstoff Anwendung findet, treten Schwierigkeiten am Brenner auf, z.B. Beschädigung durch Zusammenstoß von Feststoffteilchen im Fl eßbett, Blockierung durch Feststoffteilchen und durch überhitzung usw.

Bei Anwendung des Reaktionsgefäßes gemäß der Järfindung tritt eine Zusammenballung von Feststoffteilchen an der Einspritzdüse für den flüssigen Brennstoff nicht auf, sodaß die darauf beruhenden Schwierigkeiten vermieden sind.

Obwohl bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorzugsweise die einspritzdüse 6 in der-Mitte der Einblasöffnung 8 für den Gasstrahl liegt, ist festzuhalten, daß diese Anordnung in allen Fällen notwendig ist.

iiin ebener Gasverteiler, wie er bei bekannten Reaktiohsgefäßen üblich ist, kann bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung Anwendung finden· Vorzugsweise wird jedoch ein Gasverteiler vorgesehen, der die Form eines um die" Öffnung 8 für den Gasstrahl angeordneten Trichtere hat (vergl. Fig. l).

Wenn dtr Gaeverteiler 4 eben ist, werden die Peststoffteil- chen in der Näjie dea Verteiler« und in der Nähe der Wand dee Reafctionsgefäßes nicht wirkungsvoll in Bewegung versetzt,/

ίWenn die Menge des im Gasstrahl geförderten Gases im Verhältnis zu der gesamten Gasmenge, die durch daa fließbett hindurch geht, au gyoö ist, wird die duroh den (Jasverteiler 4 fließende

bad c;.;^<k

G-asmenge so sehr vermindert, da 13 die Bewegungen der Feststoffteilchen in der iiühe des Gaüverteilers und in der Nähe aar Wand des Heaktionsgei"älJes zu gering sind.

Die Verminderung der Bev.egung der Feststoff-Teilchen verursacht die Agloiaera bion der Feststoffteilchen oder ihr Anhaften an der V/«· nd des Reaktors oder -¹Ir₁ G£isverteiler 4. Deshalb wird der GfUJvertüiler 4 trichterförmig ausgebildet, v/odurc; die g der FeststofJ teilchen Iu Fließbett verbessert wird.

Bei der in Fi₁ . 2 dargestellten abgev.vndelten Ausfuhrungsform einer Vorrichtung _t"emäÖ der Erfindung ist das iteaktionsgef-Mi mit 1, der eintritt für das Tr ^; .ergas im unteren Teil des Gefälies mit 2 unu der Austritt oben mit 3 bezeichnet. Die Zuf ;>hrungsl' -i tun,; 5 -i---r dei f Ι'ώγ-ϊ., r.i Brt.i.natoff iL-t durcr. den ü-'.isverteiler 4 hinviurcLtjufMirt. 6 int ·Λβ iJi-eniiiitoffu >se. Die .Leitung 7 aient £Ur aie Iu Ί Vn rung dos α en btr; hl bildenden ÜMse,sj die ^aatrittsöi'fnung ist ια.Λ 'i bezei^imot. Die Zuführungtleitung 9 i^i;r das i ststoffüiatL·-.ial durchsetzt -den üas-Vcrtt^jiler 4. Ihre- UiinuiiM iet :ί t io Lüaei c^net. 11 ist die Leitung 2ur selektiven Abi"-hrun^ ;er gtiKiiiturtf-n Fest«toffteilciien, ueren Lffnung mit 12 be^^ie nl int. i.3 ist aie GasKUl'Uhrviug J'"-r ait ■ ö--:leictivü Abi ..'rung der g^aintertfiii Teilchenv ^:

Bei dieser Vorrichtung hut der \i: 3vt-rt«.iler 4 vorzugsweise 'frichterf :ri::, -.rinäestens i; -.-Ji.n:.. .,b:· ;'■).:tt ur.. >iie ^hi ^run^;.-öffnung X'i-.r ac ;e:5int,Grte lilat^i':: el.

um eine üffnuti; 12 f--r ;ic s lü-tiv- .; -' ■ /unt ue^ rx^iii;,-.rten

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bad c; ■·■· :;!.\L

Materials in der Mittellängsachse des Reaktionsgefäßes können mehrere Düsen 6 für den flüssigen Brennstoff und mehrer Öffnungen Io für die Zuführung der Peststoffe vorgesehen sein. .

Jiis .können auch (rergl.Fig.4) mehrere Leitungen 11 und Öffnungen 12 zur Abführung aes gesinterten Materialee im Reaktionsgefäß angeordnet sein, Um jede Öffnung 12 liegen mehrere Düsen 6 für den flüssigen Brennstoff mehrere öffnungen Io zur Zuführung deo Feststof f materials.

In den Figuren 2, 3 und 4 sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung dargestellt, die für das Brennen von Zementklinker zu verwenden ist.

Das Brennen von Zenentklinker im Fließbett ist bekannt. Durch die Erfindung -.vird ein verbesserter Heaktor für d,ae 33rennen'von Zementklinker geschaffen.

Für diesen Heaktor ist wesentlich, daß das als Brennstoff dienendt öl im Fließbett vollständig verbrannt wird. Die Verteilung der Teilchengröjie im Fließbett wird durch die Zuführung einer be- > stimmten Menge von liontaktkörpern des Rohmaterials beeinflußt und gleichzeitig werden die gröberen, bzw. größertn gesinterten Klinkerteile kontinuierlich aus dem Fließbett abgeführt.

Weiterhin wird durch die Erfindung die Verteilung der Teilchen größer beeinflußt und gleichzeitig eine vollständige Verbrennung des als Brennstoff dienenden Öls im Fließbett erreicht . und die Bewegungen der Feststoffteilchen in Fließbett wird

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wesentlich, verbessert, social die Aglomeration von Feststoffteilchen und ihr Anhaften an der tfand des Reaktionsbehälters o'der an dessen Boden verhindert werden kann.

Der für die selektive Abführung verwendete Gasstrahl dient auch zur wirkungsvollen Verbrennung des flüssigen Brennstofles.

Das !tonmaterial wird in deu lie aktionsbehül te j.· I zusammen mit luft durch die Öffnung Io eingeführt, die sich an oberen Jünde der Zuführungsleitung 9 befindet. (|

Kontaktkörper aus de.-j Rohstoffen für die Zementklinker werden entweder durch die Leitung 16 in der Seitenwand des Reaktionsbehülters oder zusammen mit dem Feststoffmaterial durch die Leitung 9 zugeführt.

Der flüssige Brennstoff, velcbeiu die Vertorennungsluft, bzw. Sauerstoff im Gasstrahl zugeführt wird, liefert die Wärmemenge zur Aufrechterhaltung der Te peratur, die für das

I Brennen von Zementklinker erforderlich ist. ^!

In den Fließbettreaktor 1 wird durch die Leitung 2 und den Gasverteiler 4 'l'rägergas eingeblasen, um die Feststoffteilchen im Fließzustand zu halten.

Die Feststoffteilchen im Fließbett reagieren mit den Roh- ! stoffen und nehmen an Größe zu, während die Zementklinkerbildung gleichzeitig stattfindet.

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BAD

Die gesinterten Teilchen, deren Größe über ein bestimmtes Maß angewachsen ist, werden selektiv aus deL> ü'lieiJbttt durch die Leitung 11 abgeführt, wobei durch durch die Leitung 13 ein selektiv wirkender Luftstrahl eingeführt wird. Die Teilchen gelangen in den Trichter 14, unterhalb dessen ein Ablaßventil 15 angeordnet ist.

Durch Regelung des aus der Öffnung 12 austretenden Luftstromes kann die Teilchengrößenverteilung im Fließbett bee .nflußt werden.

Bei dem hier beschriebenen Flieiibettreaktor zur Herstellung von Zementklinker ist es nicht notwendig, dab der ganze G&sverteiler 4 Trichterforiu hat. Der trichterförmige Teil kann auf einen Abschnitt 'des Cki s verteile rs begrenzt sein, in dessen lütte die Abführungsöffnung 12 liegt. Die Einspritzdüsen 6 far den flüssigen Brennstoff können im oberen Teil des üasverteir· lers, außerhalb des trichterförmigen Teiles angebracht sein. Bei einem verhältnismäßig gro en Fließbettreaktor können um Öffnungen 12 für die selektive Abführung der gesinterten Teilchen mehrere Zuführungsöffnungen Io für die Peststoffteilchen und mehrere Düsen 6 für den flüssigen Brennstoff angeordnet sein·

Jig. 4 ist ein waagerechte* Schnitt durch einen als Jlusführungs- beispiel veranschaulichten Reaktor, der drei Öffnungen 12 zur selektiven Abführung gesinterter Teilchen hatv

BAD GY».üiNAL*

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1501S42

Mit 8 sind die J3intrittsb'ffnun/;en fir Je einen Gasstrahl bezeichnet, 17 sind die trichterförmigen Teile des G'isverteilers, in deren kitte die Öffnungen für die selektive .abführung der gesinterten Teilchen liegen. 18 ist der ebene Teil des Gaoverteilers.

Die Öffnung Io für die Feststoffteilchen, die Düsen 6 für d_en flüssigen Brennstoff und die Öffnungen 12 für die selektive Abführung der Feststoffteilchen können auch anders angeordnet sein, als es in Figur 4 veranschaulicht ist.

Eine wesentliche Eigenschaft des in Fig..4 dargestellten Reaktors besteht darin, daß die gesinterten, verhältnismäßig großen Teilchen aus dem Fließbett kontinuierlich ausgetragen werden können, wodurch die Teilchengrößenverteilung beeinflußt werden kann, während gleichzeitig eine vollständige Verbrennung des flüssigen Brennstoffes stattfindet.

Die Anordnung der Öffnung 12 far die selektive Abführung der gesinterten Feststoffteilchen in einen Trichter in der Hitt cfes Ctaererteilers ist vorteilhafter Erzielung einer erzwungen, bzw. starken Zirkulationsbev.egung der Feststoffteilchen im Fließbett, woaurch eine Aglomeration der Feststoffteilchen und ein Anhaften der Teilchen an der Wan."¹ oder am Boden des Reaktors verhindert wird.

Die Feststoffteilchen, auf die flüssiger Brennstoff aufgeblasen, bzw. aufgebracht ist, werden durch den aus einer der Öffnungen 8 austretenden Gasstrahl gezwungen, sich von der Einspritzdüse

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bad c:;:^;al

für den flüssigen Brennstoff hinweg auszubreiten. Außerdem wird eine weitere "Verteilung der Teilchen durch die erzwungene Zirkulationsbewegung erreicht, die durch den Gasstrom erzeugt ist, der zur selektiven Abführung dient. Es wird so die Verteilung des flüssigen Brennstoffes im FlieÜbett verbessert und eine vollst ndige Verbrennung erreicht·

Mit dem Reaktor gemäfl der Erfindung, der zur Herstellung von Zementklinker dient, erhält man einen Zement von sehr guter-Qualität auf wirtschaftliche Weise.

I¹Ur die Erfindung werden folgende Beispiele gegeben: Beispiel 1

Brennen von Zementklinker unter Benutzung von öl als Brennstoff. *

Betriebsbedingungen: Rohstoffe : Brennstoff t

Kontaktkörper :

Grö. e der Kontaktkörper :

Zuführungsverhältnis von Kontaktkörpern zu. Rohstoffen (Men en der zugeführten Kontaktkörper/Menge der gesinterten Zementklinker) :

Zementrohmehl Heizöl gemäß ASTM 2)396-48 3? Ho.6 Pellets aus Zementrohmehl

1 mm 0 bis 1,68 mm

bad on:c::-JAL

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Spezifische Verbrennungsbelastung

Im Fließbett » 661 ooo Kcal/m³h

Brenn-Temperatur : 145o°C Uj/U₀ = 4,2 (Uj : bei 5oo°C U_q: bei 145o° G) V^Vo - °'²⁹

Größe der gesinterten

Zementklinker ι 2 bis 4 mm 0

Bei der Mörserprobe wurden folgende Ergebnisse ermittelt: (Gemäß ASTM C109 - 64, C190 - 63, und C2O4 - 55)

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BAD

Spezifische Oberfläche

(Blaine)

325o

- 26 -

Zugfestigkeit (kg/cm ) nach

23

28 Tagen

3o,3 33,8

Druckfestigkeit (kg/cm*) nach

27 Tagen

135 252

426

BeisDiel 2

Vergasung des in Beispiel 1 verwendeten Öles (zur Erzeugung vonCü u. H₂ Gas)

Betriebsbedingungen:

Vergasungs- Temperatur Druck bei der Vergasung : looo bis 12oo C : 2ooo bis 3ooo mm

Uj/U₀ =3,3 (Uj : bei 2oo ⁰G U_Q : bei lloo°C) V⁷O = °'³⁵

Ergebnisse:

Heizölmenge: 35o bis 37o kg/looo cu-m

(CO + H₂)

Graszusammensetzungi CO 40 bis 45 $> co

5 bis 10 i» 45 bis 5o i>

2	O	1	bis	O	2
CH₄	O	,2	bis	O	,4
H₂S	,3	bis	,7

Beispiel 3

Verbrenniung im Kessel Brennstoffs wie im Beispiel 1

Betriebsbedingungen:

Temperatur im IPlieflfeett » 13oo°0

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1501S42

Uj/U_o m 5,0 (Uj : bei 5oo°C

U : bei 13oo°0)

= 0,42

Ergebnisse

Spezifische Wiirmeerzeugungsquote;

1 26o ooo Xcal/cu.m.h

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Vergasung und Verbrennung von flüssigen Brennstoffen im Fließbett, bzw. Wirbelbett, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gasstrahl direkt in das Fließbett eingeblasen wird, um eine verstärkte zirkulation der Feststoffteilchen im Fließbett zu erreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Gasstrahles Uj (m/§afr),uttgerefhnet auf die Geschwindigkeit bei der Temperatur, bei welcher der Gasstrahl durch die Jaiintrittaöffnung strömt, in Bereich des 1,5 bis 2o-fachen der mittleren Geschwindigkeit Xf₀ (w/aeo) der.ganzen für die Aufrechterhaltung des iließeustandes erforderlichen Gasmenge, umgerechnet auf die Geschwindigkeit bei der Temperatur im Fließbett, eingestellt; wird, ^: und daß das im Gasstrahl mitgeführte Volumen V^ (t?ßk)

im Bereich des o,o5 bis o,95-fachen des öaevoluaens ( } V (-¹NQiVh) der gesamten Gasmenge, die zur Auf re eilt erhaltung des Fließzustandes erforderlich ist, eingestellt

5. Verfahren zur Vergasung und Verbrennung ξϋΧβφίψβψ Brennstofff im Fließbett, dadurch gekennzeichnet, das mindestens ein Gasstrahl durch eine öffnung direkt in das Fließbett eingeblasen wird, die um die Einspritzdüse j£Üt den flüssigen Brennstoff ' a ngeordnet ist, um eine verstärkt Zirkulation der feststoffteilchen im Fließbett zu erreichen und gleichzeitig

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BAD C.TC.WAL

die Fließbettdichte in der Nähe der einspritzdüse für den flüssigen Brennstoff, vergleichen mit der Fließbettdichte in anderen Teilen des Fließbettes, herabzusetzen.

4. Verfahren nech Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daü die Geschwindigkeit dee Gasstrahles Uj (m/sec) ,umgerechnet auf die Geschwindigkeit bei der Temperatur, bei welcher der Gasstrahl durch die Eintrittsöffnung strömt, im Bereich des 1,5 bis 2o-faehen der mittleren Geschwindigkeit U (m/sec) der ganzen für die Aufrechterhaltung des i?l ie U zustand es er- λ forderlichen Gasmenge, umgerechnet auf die Geschwindigkeit bei der Temperatur im Fließbett, eingestellt wird, und daß das im Gasstrahl nitgeführte Volumen Vj (Nm /h) im Bereich des o,o5 bis o,95-fachen des Bauvolumens V (iJm /h) der gesamten Gasiuenge, die zur Aufrechteriialtung des i'lieüzuybtindes erforderlich" ist, eingestellt wird.

5» Verfahren zum Brennen anorganischer Feststoffe durch Vergasun^· und Verbrennung von flüssigem Brennstoff im Fließbett, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasstrahl durch eine I Öffnung direkt in das Fließbett eingeblusen wird, um die Flieübettdichte in der Nahe der Einspritzdüse für den flüssi- ββ-η Brennstoff, verglichen mit der Flieübet fcdichte in den anderen Teilen des Fließbettes,herabzusetzen, und daß gleichzeitig ein weiterer Gasstrahl von mindestens einer anderen Stelle als die Öffnung um die Einspritzdüse^)fur den flüssigen Brennstoff eingeblasen wird, um eine verstärkte Zirkulation

der Feststoffteilchen im Fließbett zu erreichen.

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BAD CH'CiMAL

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Gasstrahles U, (m/seo), umgerechnet auf • die Geschwindigkeit bei der Temperatur, bei welcher der Gasstrahl durch die üJinspritzöffnung strömt, im Bereichefes 1,5 bis lo-fachen der mittleren Geschwindigkeit U (rn/sec) der ganzen für die Aufreehterhaltung des Pließzustandes erforderlichen Gasmenge, umgerechnet auf die Geschwindigkeit bei der Temperatur im Fließbett, eingestellt winf und daß das im Gasstrahl mitgeführte Volumen Vj (Nm /h) im Bereich des o,l bis o,5-fachen des Gasvoluiuens V (Nmvk) eier gesamten Gasmenge, die zur Aufrechterhaltung des^ließzustan des erforderlich ist, eingestellt wird.

7. Vorrichtung zur Vergasung und Verbrennung flüssiger Brennstoffe im J?ließbott, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor

(l) im unteren Teil einen Eintritt (2) und oben einen aub-

/für das Trägergas

tritt (3) hat» und daß im Heaktor ein Gaaverteiler (A-) vorgesehen ist, welcher von der Zuführungsleitung (5) für den Brennstoff durchsetzt ist, an deren oberem linde sich eine Brennstoffeinspritzdüse (6) befindet, und daii eine Zuführungeleitung (7) angeordnet ist, die den Gasverteiler durchaetzt und an ihrem oberen Ende einen Austritt (8) hat, der um die Binspritzdüse (6) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einspritzdüsen (6) und mehrere ßintrittsöffnungen(8) für Je einea Gasstrahl vorgesehen sind.

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9· Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (4) Trichterform hat.

10. Vorrichtung zum Brennen anorganischer Feststoffe durch Vergasung und Verbrennung von flüssigem Brennstoff, dauurch gekennzeichnet, daß der Reaktor(l) im unteren Teil einen Eintritt (2) und oben einen Austritt (3) für das Trägergas hat, und daß im Reaktor ein Gasverteiler (47 vorger,enen ist, welcher von der Zuführungsleitung (5) für den Brennstoff durchsetzt ist, an deren oberer: linde sich eine Breui-stoff-^insprits-Düse (6) befindet, und daß eine Zuführun^sleitung (7) angeordnet ist, ™ die aeu Gasverteiler durchsetzt und an ihre; oberen Jände einen Austritt (8) hat, und daß eine den G;.uverteiler (4) durchsetzende, oben mit einer Offnung(lo) versehene Zuführungsleitung (9) fir die Festatoffe und eine den Gatjvertriler (4) durchsetzende Abführungsleitung (11) mit einer Öffnung (1*0 vorgesehen sind, und daß eine Gaezufunrungsleitung (I3) an der Leitung (11) zur selektivon Abführung der gesinterten Feststoffteilchen an£.vbracht ist.

11. Vorrichtung nuch Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß der

G sverteiler (4), mindestens in einem Teil um die Abführungoüffnung(12) für die gesinterten Feetetoffteilchen trichterförmig ausgobilddt ist.

12. Vorrichtung n;ich Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Öffnung (12) in mittleren Teil des Reaktors angeordnet ist, und daß um üie öffnung (12) mehrere ύ"> nspritzdüsen (6) und

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mehrere Einführun^öffnun^en (lo) für die Feststoffe vorgeBf-hen sind.

13. Vorrichtung nuvh ^nspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Offnun tn (12) zur .Lbführuni'; der ge 8 int er ton Fettstoff teilchen im Keaktor vorß<?neuen sind, und dab um jode Öffnung (I?.) mehrere Brennstoffdüsen (6) und mehrere Öffnungen (lo) zui· Einführung der FRStstoffteilchen vorgesehen sind.

BAD

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