DE1542511B2

DE1542511B2 - Verfahren zum stabilisieren eines fliessbettes

Info

Publication number: DE1542511B2
Application number: DE19651542511
Authority: DE
Inventors: Herbert Port Jefferson NY Katz (VStA)
Original assignee: The United States Atomic Energy Commission, Germantown, Md (V St A )
Priority date: 1964-02-28
Filing date: 1965-01-07
Publication date: 1973-06-07
Also published as: DE1542511A1; BE660286A; GB1070806A; DE1542511C3; US3304249A

Description

Bewegung der Feststoffteilchen und Gasdurchbrüche, bedingt durch aufsteigende und wachsende Gasblasen, vollständig unterdrückt sind, und bei dem ein größerer Gasdurchsatz ohne Druckerhöhung und Durchschlagsgefahr erfolgt.

Unter der Bezeichnung »fließfähige Feststoffteilchen mit einer gewissen Oberflächenleitfähigkeit« sind zu verstehen Feststoffteilchen von geeigneter Form und Größe, die zum Betrieb eines Fließbettes herkömmlicher Art geeignet sind, mit dem zusätzlichen Vorteil, daß feinste Teilchen, die an sich in Fließbetten bekannter Art ausgetragen werden, im Fließbett gemäß Erfindung gehalten werden können und einen Teil des BetUj bilden. Der Ausdruck »gewisse Oberflächenleitfähigkeit«, wie er für die das Bett bildenden Teilchen benutzt wird, ist so zu verstehen, daß Feststoffe mit Oberflächenleitfähigkeit zwischen Feststoffteilchen mit niederer Oberflächenleufähigkeit. wie bei Polystyrol-Teilchen und Feststoffteilchen mit hoher Oberflächenleitfähigkeit, wie bei Metallteilchen, beispielsweise Zinkteilchen, vorliegen. Die Oberflächenleitfähigker ist bekanntlich abhängig vom Grade der Verunreinigung der Teilchen, von ihrer geometrischen Form, Größe usw.

Als im Rahmen der Erfindung verwendbar wurden beispielsweise folgende Stoffe gefunden: Metalloxyde, beispielsweise Aluminium-, Uran-, Magnesiumoxyd und Sand: anorganische Salze, beispielsweise Kochsalz, Natriumwolframat. Kaliumchlorid und Kaliumpermanganat; organische Stofie, wie Haphthol-Salicylsäure und Zucker.

Als gasförmiges Medium kann für das erfindungsgemäße Verfahren jedes geeignete Gas oder jede geeignete Gasmischung verwendet werden, das bzw. die eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit hat. so daß das elektrische Feld zur Stabilisierung des Bettes aufrechterhalten werden kann. Gase wie Argon, die eine niedrige Ionisationsspannung haben, so daß es nicht möglich ist eine hohe Spannung an solch einen Gasstrom zu legen, um eine Koronaentladung zu erzeugen, können in bekannter Weise mit einem geeigneten Additiv, wie Methangas, versetzt werden, um eine solche Entladung zu gewährleisten.

Eine Lichtbogenbildung oder Funkenentladung ist beim erfindungsgemäßen Verfahren zu vermeiden, um zu gewährleisten, daß die Fließbettfeststoffteilchen intensiver mit unipolaren Teilchen in Kontakt kommen können, die aus der Ionisation des gasförmigen Mediums resultieren. Eine Lichtbogenbildung kann dadurch vermieden werden, daß man den Druck des Systems erhöht, wodurch auch der Durchsatz des Systems ansteigt. Das gasförmige Medium kann ein Reagenz sein, das mit den oder auf die Bettfeststoffteilchen reagiert, es kann aber auch eine Mischung eiiies Reaktions- und eines die Fließfähigkeit verursachenden Trägergases sein.

Die Behälter zur Aufnahme des Fließbettes können jede Art, Größe, Form und Konstruktion haben, wie sie auch bisher bei Fließbettverfahren angewendet werden.

Gleichstrom wird benutzt, da mit diesem eine größere Stabilität des Bettes erreicht werden kann.

Als Elektrodenmaterial kann jedes geeignete und bisher für Elektroden benutzte Material verwendet werden, wobei lediglich darauf geachtet werden muß, daß es sich mit den beteiligten Reaktionsmitteln verträgt.

An Hand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
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Beispiel I

Als Gefäß wurde ein zylindrischer Jenaer-C!as-Behälter mit 36, 75 cm Länge und 12. 8 cm Breite benutzt.

ίο Der Boden des Behälters enthielt eine 7,3 cm dicke Lage von dicht gepackten Glasperlen entsprechend einer Maschengröße von 25 bis 35 Maschen, die im Behäkcr durch ein feines Maschendrahtgewebe abgedeckt gehalten wurden. Der Boden des Behälters war

an einen Stickstoffgasbehälter angeschlossen. Durch die Glasperlenpackung wurde ein gleichmäßiger Gasdurchsatz während des ganzen Versuches gewährleistet. Eine Messingstange mit 0,31cm Durchmesser mit spitzen Enden als Elektrode wurde in der Mitte

so des Behälters befestigt, wobei die Spitze von der Bodendrahtabdeckung angenähert 17.2 cm Distanz hatte. Das andere Ende der Stange wurde mit einer Stromquelle mit hoher Gleichstromspannung verbunden. Das Bodenabdeckgitter war geerdet.

In den Behälter wurden Perlen mit 50 bis 60 Maschen, d. h. Perlen mit etwa 0,274 mm Durchmesser, aus Glas in einer Schichtdicke von 8.1 cm auf das Gitter eingebracht. Diese Schicht bildete das Fließbettmaterial.

Durch den Gaseinlaß im Boden des Gefäßes wurde der Stickstoff eingeblasen, um die Perlschüttung fließfähig zu machen, ohne daß dabei jedoch eine Spannung an den Messingstab gelegt war. Das ganze Bett befand sich in fließfähigem Zustand,

wenn der Gasdurchsatz angenähert 0.068 m^:! pro Minute angenähert betrug.

Der Gasdurchsatz wurde auf angenänert 0.07 m³ pro Minute erhöht und eine Spannung von 60 000 Volt wurde an die Messingstange gelegt. Dabei

wurde beobachtet, daß die das Bett biFdenden Glasperlen in ihren Bewegungen ruhig wurden und sich eine Stabilisation des Bettes einstellte, wobei jedoch das Bett in voll aufgeblähtem Zustand verblieb. Es wurde festgestellt, daß die Spannung auf 24 000 Volt reduziert werden konule, ehe die Perlen ihre Beweglichkeit wieder erreichten, die sie vorher ohne angelegtes Feld hatten.

Bei einem anderen Versuch wurde der Gasdurchsatz auf angenähert 0,09 m³ pro Minute erhöht und eine Spannung von 100 000 Volt angelegt. Im vollaufgeblähten Zustand wurde hierbei das Bett ebenfalls stationär. Eine Reduktion der Spannung bis zu 37 000 Volt war möglich, ehe sich die Beweglichkeit wieder einstellte, die das Fließbett ohne angelegtes Feld hatte.

Beispiel II

In diesem Versuch wurde in der gleichen Weise verfahren und dasselbe Gerät benutzt. Die Schichthöhe betrug jedoch nur 3,6 cm. Stickstoff wurde mit angenähert 0,13 m³ pro Minute durchgesetzt, und eine Spannung von 82 000 Volt wurde angelegt. Im aufgeblähten Zustand wurde hierbei das Bett stationär. Die Spannung konnte wieder bis 58 000 Volt reduziert werden.

Claims

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hung des Gasdurchsatzes hat zu größeren und höhe-

Patentanspruch: ren Fließbettbehältern geführt, die jedoch hohe Kosten erfordern. Ein anderer, Grenzen setzender Fak-

Verfahren zum Stabilisieren eines Fließbettes tor ist durch den Abrieb der das Bett bildenden Teilaus von unten nach oben gasdurchströmten Fest- 5 chen gegeben. Ein solcher Abrieb ergibt sich durch stoffteilchen mit einer gewissen elektrischen die hohe Turbulenz in bekannten Fließbetten, insbe-Oberflächenleitfähigkeit, wobei man an das sondere tritt ein solcher Abrieb auf bzw. wird ver-Füeßbett ein Gleichspannungsfeld anlegt, da- stärkt, wenn eine sogenannte Blasenbildung mit durch gekennzeichnet, daß mittels einer schlagartigen Gasdurchbrüchen erfolgt. Da die Teiloberhalb oder unterhalb des Fließbettes ange- io chen sich gegeneinander reiben, verlieren sie infolge brachten Elektrode eine Koronaentladung er- der Turbulenz und/oder der Gasdurchbrüche ar Gezeugt wird. wicht, und der sich bildende Feinanteil der Feststoffteilchen wird vom Gas aus dem Bett ausgetragen. Bei vielen der bekannten Systeme müssen deshalb kost-

i5 spielige Rückgewinnungsanlagen für den Feinanteil

vorgesehen werden. Ferner haben viele Katalysatoren eine derart feine Körnung, daß ihre Verwendung in Fließbettprozessen im Hinblick auf Turbulenz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabili- und oder Gasdurchbrüche nicht möglich ist.
sieren eines Fließbettes aus von unten nach oben gas- 20 Der Betrieb eines Fließbettes der eingangs genanndurchstromten Feststoffteilchen mit einer gewissen ten Art. d. h. mit einem angelegten Spannungsfeld, ist elektrischen Oberflächenleitfähigkeit, wobei man an beispielsweise nach der USA.-Patentschrift 2 948 5S7 das Fließbett ein Gleichspannungsfeld anlegt. und nach Chemie-Ing. Techn. 1957 Nr. 3, S. 219 bis Ein sogenanntes Fließbett bzw. eine Wirbelschicht 220 bekannt. Einerseits ist hierbei aber nur die Erentsteht, wenn ein fluides Medium — in der Regel 25 wärmung mittels einer Stromleitung durch die Teilein Gas — von unten durch ein Haufwerk mit geeig- chen selbst beabsichtigt und andererseits wird mit nete' Partikelgröße mit einer ausreichenden Ge- einer Funkenentladung gearbeitet. Eine stabilisicschwindigkeit geblasen wird, die den Teilchen einen rende Einflußnahme auf das Fließbett, um diese Auftrieb vermittelt. Die Einzelieilchen unterliegen Nachteile zu beseitigen bzw. zumindest zu reduziedann n; -ht mehr in vollem Umfang der Schwerkraft 30 ren. ist durch die bekannte Betriebsweise mit einem und wirbeln bzw. schweben mit starker Turbulenz angelegten Spannungsfeld nicht möglich,
durcheinander, so daß der Eindruck einer koche .iden Demgemäß ist es Aufgabe ri?r vorliegenden Erfin-Fliissigkeit entsteht. Die Gasgeschwindigkeit muu so dung, die bekannte Verfahrensart eines Fließbettbeeinreguliert werden, daß die Teilchen euerseits in triebe? derart durchzuführen, daß sie wesentlich wirtder Schwebe bleiben und ein Fließbett bilden und 35 schaftlicher wird, wobei eine Blasenbildung bzw. ein andererseits nicht aus dem Fließbettbehälter geblasen Durchschlagen der Gaskomponente, verursacht werden. durch zu hohe Gasgeschwindigkeiten, stark reduziert Während des Betriebes eines solchen bekannten sein soll, wobei ferner das Fließbett von der Steue-Fließbeites herrscht zwischen den aufgewirbelten rung durch die Gasgeschwindigkeit allein weitgehend Feststoffpartikelchen und -em durchströmenden Gas 40 unabhängig gemacht und zwischen den Feststoffteilein ausgezeichneter Kontakt. Falls ein Temperatur- chen angenähert gleiche Zwischenräume aufrechtergefälle vorliegt, ergibt sich ein vorzüglicher Wärme- halten werden sollen und wobei schließlich der Teilaustausch zwischen Feststoffteilchen und Gas, und chenabrieb, der durch die Teilchen'airbulenz bedingt ein Temperaturausgleich wird sehr schnell erreicht. ist, weitgehend reduziert -.verden soll.
In gleicher Weise wird ein sehr guter Massenhus- 45 Diese Aufgabe ist mit einem Venahren der eintaus~h \on oder zu den Partikeln und zwischen den gangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gePartikeln und der Gasphase erzielt, verursacht durch löst, daß mittels einer oberhalb oder unterhalb des die Bewegung der Reaktanten in der fluiden Phase Fließbettes angebrachte Elektrode eine Koronaentlagegen die Oberfläche der Feststoffpartikel und in der dung erzeugt wird.

umgekehrten Bewegung des Produktes von der Parti- 50 Mit deirTetfindungsgemäßen Verfahren zur Stabikeloberfläche zurück zur fluiden Phase. lisierung eines Fließbettes ergeben sich mannigfache Im Hinblick auf dieses vorteilhafte Verhalten beim Vorteilt. So werden Katalysr.'orverluste auf Grund Wärme- und Masseaustausch zu oder von Feststoffen des Abriebes reduziert, die bei der bekannten \ er- und Fluiden, ist das Fließbett ein wesentliches HiIiV fahrensweise unvermeidlich sind. Ferner werden grömittel bei der Trocknung, der Röstung und katalyti- ₅₅ ßere Durchsätze bei weitgehender Unabhängigkeit sehen und chemischen Umsetzungsprozessen gewor- der Steuerung vom Gasdurchsatz erreicht und ein den. gleichförmigerer Kontakt zwischen den beteiligten Bekannte Fließbettreaktoren haben ihre arteigenen Medien, ohne wesentliche Erhöhung der Betriebsko-Grenzen bezüglich der durchzusetzenden Menge des sten. Die Kosten für den Strom (die Stromstärke Fluides, und diese Grenzen haben die Anwendung 60 kann sehr klein gehalten werden) sind gering und gedt-artiger Fließbettsysteme bei vielen katalytischen genüber den erzielten Vorteilen bedeutungslos.
Prozessen eingeschränkt. Das Fließbett wird also mit einer angelegten Span-Wenn die Gasgeschwindigkeiten zu hoch sind, nung in einer Stärke betrieben, bei der sich mindewerden die Feststoffteilchen aus dem Behälter ausge- steⁿs in einem Teil des Bettes eine sogenannte Korotragen. Der Gasdurchsatz durch das Bea ist also 65 naenlladung einstellt.

durch die Bettgröße und die Behältergröße begrenzt. Unter einem stabilisierten Fließbett ist hier also

Wenn die Gasgeschwindigkeiten zu klein sind, ist da- ein Bett bei Gasdurchsatz durch eine geeignete Fest-

durch die Kapazität des Bettes begrenzt. Eine Erhö- stoffkörnung zu verstehen, bei dem die turbulente