DE1783152C3

DE1783152C3 - Wirbelschichtrost

Info

Publication number: DE1783152C3
Application number: DE19641783152
Authority: DE
Inventors: Walter J Long Island N.Y.; Moser jun. John F.; Carr jun Jesse M.; Mayer Francis X.; Baton Rouge La.; Mayer Ivan Summit N.J.; Porter jun (V.St.A.)
Original assignee: Ausscheidung aus: 14 33 307 Exxon Research and Engineering Co, Linden, N.J. (V.StA.)
Filing date: 1964-04-08
Publication date: 1977-07-28

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wirbelschichtrost für einen Wirbelschichtreaktor, bestehend aus einer Platte, in der in gleichmäßigen Abständen voneinander Gaszuführungsöffnungen vorgesehen sind, während für die Zufuhr der Feststoffe oberhalb der Platte eine Zuleitung angeordnet ist.

Ein derartiger Wirbelschichtrost ist bereits aus der britischen Patentschrift GB 7 40 974 bekannt. Bei diesem Rost neigen jedoch die !einteiligen Feststoffe dazu durch die Bohrungen der Platte zurückzuströmen und diese zu verstopfen, so daß die Wirbelschichteigenschaften des Bettes verlorengehen. Hierdurch wird es erforderlich, den Betrieb des Wirbelschichtreaktors zu unterbrechen und. die Öffnungen wieder freizumachen oder aber durch eine beträchtlich erhöhte Gaszufuhrgeschwindigkeit die Öffnungen freizublasen, womit ein beträchtlicher Bestandteil der Feststoffanteile mit dem Gasstrom fortgerissen wird. Um ein Zusetzen der Gaszuführungsöffnungen zu verhindern und die Fließbetteigenschaften des Bettes aufrechtzuerhalten, war es bislang erforderlich, die Wirbelschichtreaktoren mit den herkömmlichen Wirbelschichtrosten mit einer höheren Gaszufuhrgeschwindigkeit zu betreiben, als dies für die Reaktion innerhalb des Behälters erstrebenswert wäre. Dies führt dazu, daß die Verweilzeit des Gases im Reaktionsbereich mit den Feststoffen zu gering ist und sich somit nur eine unvollständige Reaktion bzw. ein schlechter Wirkungsgrad ergibt.

Der Erfindung;:liegt die Aufgabe zügrunde, den Wifbelschichtrbst'iür einen Wirbelschichtreaktor der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es möglich wird, auch bei geringen Gaszuführgeschwind'igkeiten das Fließbett aufrechtzuerhalten und ein Verstopfen der Gaszuführungsöffnungen durch zurückfallende Feststoffbestandteile des Fließbettes zu verhindern. ;

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß auf der Unterseite der Platte an den Gäszuführüngsöffnungen Rohrabschnitte angeordnet sind, bei welchen das Verhältnis von Länge zu lichtem Durchmesser im Bereich von 5 bis 40 liegt, während sich auf der Oberseite der Platte Rippen befinden, deren Schrägflächen 30 bis 80° zur Horizontalen geneigt sind und die jeweils Hohlräume in der Form einer umgekehrten Pyramide bilden, deren Spitze in den Gaszuführungsöffnungen liegt.

Es ist zwar bereits nach der amerikanischen Patentschrift US 28 50 808 bekannt, bei einem Zweibett-Wirbelschichtreaktor unterhalb der zwischen den beiden Betten liegenden Platte Siebrohrabschnitte anzuordnen, durch welche die Feststoffe zusammen mit dem Trpgergas von dem unteren Bett in das obere Bett gefördert werden. Bei dieser Anordnung muß jedoch mit einer äußerst hohen Gasgeschwindigkeit gearbeitet werden,' um die Förderung der Feststoffe entgegen der Schwerkraft zu bewerkstelligen. Damit ergibt sich bislang der Nachteil, daß Feststoffbestandteile durch den Gasstrom mitgerissen und aus dem Bett herausgefördert werden.

Es ist andererseits auch nach der amerikanischen Patentschrift US 30 16 624 bekannt, oberhalb der Platte Rippen vorzusehen, deren Schrägflächen Hohlräume in der Form eine:r umgekehrten Pyramide bilden, deren Spitze in der Düsenöffnung liegt. Hierdurch soll jedoch lediglich das gasförmige Strömungsmedium gleichmäßig auf den gesamten Querschnitt des Behälters verteilt werden. Es handelt sich hierbei nicht um einen Wirbelschichtreaktor im eigentlichen Sinne. Die Schichtdicke der Feststoffbestandteile ist äußerst gering, womit auch das auf den Gaseintrittsöffnungen lastende Gewicht erheblich niedriger ist als bei den üblichen Wirbelschichtbetten, womit der nach der vorliegenden Erfindung zu behebende Nachteil des Verstopfens der Gaszuführungsöffnungen praktisch nicht vorhanden ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Wirbelschichtrostes läßt sich auch bei großer oder üblicher Schichtdicke des Bettes bei geringen Gaszufuhrgeschwindigkeiten das Fließbett aufrechterhalten, ohne daß ein Verstopfen der Gaszuführungsöffnungen durch zurückfallende Feststoffbestandteile eintritt. Dieser Erfolg wird durch die Kombination der Bemessung der Rohrabschnitte unterhalb der Gaszuführungsöffnungen einerseits und der Rippen auf der Oberseite der Platte andererseits erzielt, wobei sich im Bereich det pyramidenförmigen Hohlräume seitliche Wirbelströme ausbilden, die an den Schrägflächen abgleitend« Feststoffteilchen aufwirbeln und dem Fließbett wiedei zuführen.

Es läßt sich somit selbst bei einer geringe! Gaszuführungsgeschwindigkeit auch bei einer großei Fließbettdicke ein dauerhafter störungsfreier Betriel des Wirbelschichtreaktors erreichen, ohne daß di Gefahr besteht, daß sich einzelne Gaszuführungsöffnur

gen zusetzen.

Das Verfahren zum Betrieb des Wirbelschichtrostes nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägergas mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 90 m pro Sekunde in die Wirbelschicht eingeleite! wird. Vorzugs- s weise wird das Trägergas in die Wirbelschicht mit einer Geschwindigkeit von mindestens 30 bis GOm pro Sekunde durch die Rohrabschnjtte mit einem Verhältnis von Länge zu lichtem Durchmesser von 5 bis 10 und einem lichten Düsendurchmesser von 25,4 mm eingelei- ι ο tet. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Trägergas durch Rohrabschnitte mit einem lichten Durchmesser von 2,54 bis 25,4 mm und einem Verhältnis von Länge zu lichtem Durchmesser von 10 bis 30 mit einer Geschwindigkeit von 7,6 bis 45 m pro Sekunde eingeleitet.

Als Trägergase können inerte Gase, luftrecluzierehde Gase oder sonstige Gase verwendet v/erden, die chemisch oder katalytisch mil den feinteiligen Wirbelschichtfeststoffen reagieren sollen. Gemische aus Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und Stickstoff werden bevorzugt. Die Feststoffe können selbst reagieren oder sie können Katalysatoren sein, die in der Wirbelschicht praktisch keine Veränderung erleiden. Temperatur und Druck spielen zwar eine Rolle, sie können jedoch variieren und jeweils auf das durchzuführende Verfahren abgestimmt sein.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt int einzelnen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Wirbelschichtvorrichtung, in der !einteilige Feststoffe in Wirbelzustand gehalten werden,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Wirbelschichtrost nach der Erfindung,

Fig.3 einen Längsschnitt entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 2, der Wirbelschichtrostdüsen und die Einzelheiten der Bauart des Rostes dargestellt,

Fig.4 eine schematische Darstellung, in welcher für einen bestimmten Düsendurchmesser die Gasgeschwindigkeit über dem Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Düse aufgetragen ist und

F i g. 5 eine der F i g. 4 entsprechende Darstellung für einen geringeren Düsendurchmesser.

Die Gasgeschwindigkeit, Gasdichte, die Korngröße und die Dichte der Feststoffe, bei denen die Wirbelschichten betrieben werden, hängen von dem jeweiligen Wirbelschichtverfahren ab. Das ausschlaggebende Merkmal der Bauart gemäß der Erfindung ist das Verhältnis der Länge des geradlinigen Teiles, nämlich der zylinderförmigen Bohrung der Düse zu der lichten Weite der Bohrung. Bei bestimmten Verhältnissen von Länge : Durchmesser werden vorzugsweise bestimmte minimale Trägergasgeschwindigkeiten angewandt, um die Rückströmung von Feststoffen zu verhindern. Die Trägergasgeschwindigkeit kann aber in Abhängigkeit von der Dichte des Trägergases und der Dichte und/ Korngröße der feinteiligen Feststoffe innerhalb bestimmter Grenzen geändert werden.

Die lichte Weite der Düse kann 0,5 bis 50 mm, im allgemeinen 2,54 bis 25,4 mm und vorzugsweise zur Behandlung der meisten Feststoffe 5 bis 19 mm betragen. Die entsprechenden Längen des geradlinigen Teiles der Düse sind 5- bis 40mal so groß, im allgemeinen 10- bis 30mal so groß und vorzugsweise 10-bis 20mal so groß wie der Durchmesser. Diese Verhältnisse sind kritisch, und bei Verhältnissen von Länge : Durchmesser von weniger als etwa 5 Findet eine Rückströmung von Feststoffen durch die Düse und eine Verstopfung der Düse statt, während bei Verhältnissen von mehr als 40 der Druckabfall im Trägergas beim Durchströmen des geradlinigen Teiles der Düse verhältnismäßig hoch ist, so daß dann übermäßige Trägergasdrucke erforderlich sind, um das Gas durch die Düse hindurchzupressen. Die Trägergasgeschwindigkeiten durch die Düse betragen, bezogen auf atmosphärische Bedingungen für Temperatur und Druck für Luft, für die oben angegebenen Längen und Durchmesser der Düsen mindestens 3 bis 90 m/sec und gewöhnlich 6 bis öOm/sec, insbesondere etwa 7 bis 45 m/sec. Für Düsen mit Verhältnissen von Länge: Durchmesser von 5 bis 10 beträgt die minimale Gasgeschwindigkeit durch die Düse etwa 30 bis 60 m/sec je 25,4 mm Durchmesser oder je Bruchteil dieses Durchmessers der Düse, bezogen auf atmosphärische Bedingungen von Temperatur und Druck für Luft, z. B. können die Geschwindigkeiten bei höheren Temperaturen, bei denen die Dichte des Gases niedriger ist, erhöht und bei niedrigeren Temperaturen, bei denen die Dichte höher ist, herabgesetzt werden. Druckänderungen haben eine ähnliche Wirkung. Die Gasgeschwindigkeit durch die Düse variiert mit dem Gas, der Temperatur und dem Druck, bei denen die Wirbelschicht bei einem bestimmten Verhältnis von Länge zu Durchmesser betrieben wird. Das Verhältnis der Fläche der Düse zur Gesamtfläche der Rostplatte hängt von dem jeweiligen Arbeitsvorgang, dem Gasvolumen und der Oberflächengeschwindigkeit des Gases ab, die in der Wirbelschicht aufrechterhalten werden soll.

Die jeweiligen Oberflächengeschwindigkeiten des Gases, die für bestimmte Verhältnisse von Länge zu Durchmesser und für bestimmte Verfahren erforderlich sind, lassen sich von dem Fachmann leicht ermitteln. Erfindungsgemäß in den Wirbelschichtzustand überführte Feststoffe sind diejenigen, die sich leicht bei normalen Trägergasgesdiwindigkeiten in den Wirbelzustand überführen lassen. Im allgemeinen betragen die Korngrößen der Feststoffe 12,7 mm bis etwa 10 μ und insbesondere etwa 2000 bis 40 μ. Die Feststoffe werden normalerweise einem Mahlvorgang unterworfen, um sie zu leicht in den Wirbelschichtzustand überführbaren Teilchengrößen zu zerkleinern. Für Wirbelschicht geeignetes feinteiliges Eisenerz hat z. B. einen Korngrößenbereich zwischen etwa 4,7 mm und 35 μ.

Der Wirbelschichtrost und das Verfahren zu dessen Betrieb sollen beispielhaft an einem Verfahren beschrieben werden, bei welchem feine Teilchen eines teilweise reduzierten Eisenerzes in der Wirbelschicht durch Behandeln mit einem reduzierenden Gas zu 85 bis 98% zu metallischem Eisen reduziert werden. Dieses wird an Hand der F i g. 1 beschrieben. Die hier dargestellte Vorrichtung besteht aus einem senkrechten zylinderförmigen Gefäß 203, welches durch eine Trägerplatte 214 in eine obere Kammer 206 und eine untere Kammer 212 geteilt ist. Die Trägerplatte 214 enthält Düsenöffnungen 216, durch die das Trägergas aus der Kammer 212 in die Wirbelschicht 202 in der oberen Kammer 206 strömt. Die öffnungen 216 sind gleichmäßig über die ganze Fläche der Platte 214 verteilt. Feinteiliges, teilweise reduziertes Eisenerz, welches vorwiegend aus FeO besteht, aber auch etwas Fe enthält, wird der oberen Kammer 206 durch Leitung 201 zugeführt und bildet eine Wirbelschicht 202 mit einem Spiegel 204. Die durch die Trägerplatte 214 und die öffnungen 216 aufwärts strömenden Trägergase halten das feinteilige Erz im

Wirbelschichtzustand, und wenn die Höhe der Wirbelschicht zunimmt, fließt sie durch das Fallrohr 211 über und wird aus dem Gefäß 203 ausgetragen. Infolge des Wirbelzustandes der Schicht, der diese in vielen Hinsichten einer siedenden Flüssigkeit vergleichbar macht, wird die Höhe 204 der Wirbelschicht durch die Höhe des oberen Endes des Fallrohres 211 bestimmt.

Reduzierendes Gas, das Kohlenmonoxyd und bzw. oder Wasserstoff enthält, wird durch Leitung 213 und die Wirbelrostplatte 214 zugeführt und hält das feinteilige Eisenerz in der Schicht 202 im Wirbelzustand. Die zur Durchführung der endothermen Reduktion erforderliche Wärme kann im Falle der Verwendung eines Gemisches aus CO und H₂ auf die übliche Weise, z. B. durch Vorerhitzen des Eisenerzes und bzw. oder des Reduktionsgases, zugeführt werden. Das FeO wird durch Gegenstrombehandlung mit dem reduzierenden Gas zu 85 bis 98% zu metallischem Eisen reduziert, welches aus dem Gefäß 203 durch das Fallrohr 211 ausgetragen wird. Die Temperatur in dem Gefäß 203 wird je nach der Zusammensetzung des reduzierenden Gases auf etwa 540 bis 870⁰C und der Druck mit Hilfe herkömmlicher Vorrichtungen auf 0,35 bis 4,2 atü gehalten. Das Trägergas in der Wirbelschicht 202 reißt feinkörnige Teilchen mit und führt sie in die Kammer 206, aus der sie durch Leitung 208 dem Zyklonabscheider 207 zugeführt werden, wo das Feinkorn von dem Gas getrennt und durch Leitung 210 in die Wirbelschicht 202 zurückgeleitet wird. Das von Feststoffen freie Gas wird aus dem Zyklon 207 durch Leitung 209 abgezogen. Die Trägergasgeschwindigkeit durch die Wirbelschicht 202 wird auf etwa 0,75 bis 1,5 m/sec und die durchschnittliche Vcrwcilzeit der Feststoffe in der Schicht 202 auf 8 bis 24 Stunden gehalten. Der Wirbclschichtdurchmcsscr kann 0,6 bis 9 m und die Höhe der Wirbelschicht 2,75 bis 11 m betragen.

Das ausschlaggebende Merkmal dieser Vorrichtung zur Wirbclschichtreaktion von Eisenerz ist die Bauart und der Betrieb des Rostes. Die Platte 214 enthalt öffnungen 216. Die öffnungen 216 werden von der /ylindcrförmigcn Bohrung in den Düsen 215 gebildet. Die Düsen 215 sind an der Platte 214 angebracht. Die Zeichnung zeigt dies nur schematisch; in Wirklichkeit sind die Düsen kleiner und stehen in engeren Abstünden voneinander, wie dies in Fig.3 in stilrkcrcm Maße deutlich wird. Der geradlinige Teil der Düse 215, also die zylindrische Bohrung, hai eine kritische Lilngc im Verhältnis zur lichten Weite der Düse 215. Für Durchmesser von 2,54 bis 7,6 mm ist clic Lange der Düsen 10· bis 30mal so groß wie der Durchmesser, und die entsprechenden TrUgcrgasgcschwlndigkcitcn durch die Düse betragen 9 bis 30 m/sec, bezogen nuf atmosphärische Bedingungen, und dies bezieht sich auf die Trägergnsgeschwindlgkcit durch die Düse und nicht etwa auf die Oosamtgasgcschwindlgkcit durch die Wirbelschicht. Bei der Reduktion von Bisenerz in Form fcintciligcr Feststoffe bei hohem durchschnittlichem Reduktionsgrad zum Metall werden die Temperatur und clic Wlrbclschichtbcdlngungcn äußerst kritisch. Bei Wirbelschichtrösten mit einfachen Öffnungen von etwa 12,7 mm Durchmesser oder weniger wird der Rost bei Temperaturen von 650 bis 87O⁰C bereits durch Jede nennenswerte Rückströmung von Feststoffen In die Düsen verstopft. Noch bedenklicher Ist die Rückströmung der fclntclligcn Eisenfeststoffe In die Kammer 212 und die anschließende Rückkehr der heißen Feststoffe durch die Düsen zusammen mit dem Qas, da dies die Verstopfung des Rostes noch verstärkt und zur Zerstörung der Wirbelschicht und zum Ausfall des Rostes führt.

Fig.2 zeigt eine Draufsicht auf den Rost mit seinen divergierenden Austrittsflächen für die aus den Düsen austretenden Gase, die das Stagnieren der Feststoffe zwischen den Düsenöffnungen in der Rostplatte verhindern. Fig.3 ist ein Längsschnitt nach der Linie A-A der Fig.2. Die divergierenden Austrittsleitungen setzen sich aus den Rippen 218 und 219 zusammen, die

ίο sämtlich an der öffnung gegen die Waagerechte um etwa 30 bis 80°, vorzugsweise um 30 bis 60°, insbesondere um etwa 45°, geneigt sind, und Kammern von der Form umgekehrter Pyramiden bilden, die die fallenden Feststoffe in die öffnungen der Rostplatte lenken. Hierdurch wird die Ausbildung toter Räume und das Stagnieren der Feststoffe auf dem Rost zwischen den Düsenöffnungen verhindert. Aus Fig.2 ist ersichtlich, daß die Düsenöffnungen sich in der Rostplatte durchweg in gleichen Abständen voneinander befinden.

Der Längsschnitt in F i g. 3 zeigt, auf welche Weise die Rostplatte in der Kammer oder dem Gefäß 203 getragen wird. Die Rostplattc 214 ruht auf einem umlaufenden Flansch 220, an dem sie mit Bolzen 221 befestigt ist. Das Leitblech 217 läuft am Umfang des Gefäßes 203 entlang und ist gegen die Waagerechte abwärts geneigt, so daß es die Feststoffe nach der Mitte des Gefäßes hin lenkt. Wegen des großen Gewichtes der Eisenerzschicht in dem Gefäß ruht die Wirbclrostplatte 214 ferner auf den Querträgern 223 und den Längsträgern 222.

Dicke und Durchmesser des Rostes 214 sind 50 bemessen, daß der Rost sich für den jeweiligen Arbeitsvorgang eignet und die WirbclschichtfcststoN'c tragen kann. Im allgemeinen ist die Rostplatte 214 etwa

12,7 bis 50 mm dick und an dem Rcaktionsgcfäß 203 festgeschraubt oder angeschweißt. Die von den Rippen 218 und 219 gebildete Anordnung ist, z. B. durch Verschweißen, an der Oberseite der Roslplatle 214 befestigt; die Rippen fallen schräg zu den Löchern hin

ab und verhindern die Ansammlung von Teilchen zwischen den Löchern und Seiten des Gefäßes.

Durch die Verwendung von Düsen von der richtigen Größe mit dem kritischen Verhältnis von Lunge zu Durchmesser statt einfacher öffnungen in der Rostplalte und durch Einführung des Trügergases mit clci richtigen Geschwindigkeit wird das Zurückströmen dci fcintciligen Feststoffe in und bzw. oder durch die Düscr und die Verstopfung der Düsen verhindert. Die Düscr gcnillß der Erfindung bestehen vorzugsweise aus einet

Metallegierung, wig roslfrciem Stahl. Vorzugsweise sine sie am Boden der Rostplattc angeschweißt, oder sie werden durch die Roslplattc hindurchgeführt und danr angeschweißt oder angeschraubt.

J₅ B c I s ρ i c I 1

Zur Erzeugung einer Wirbelschicht wird ein GeNIi von etwa 30 cm Durchmesser bis zu einer Höhe vor etwa 2,5 bis 3 m mit feintclligcn Feststoffen mit einen Korngrößenbercich von 30 bis etwa 1000 μ gefüllt. Di(

fto Feststoffe ruhen auf einem Wirbelschichtrost gemtif PIg.2, Die öffnungen der auf gleichmäßigen Absttin den stehenden Düsen, die sich über die Oberfläche dci flachen Rostplittte erstrecken, haben eine lichte Wein von 7,6 mm. Die Länge des geradlinigen Teiles eine

fts jeden Düse Ist 20mal so groß wie die lichte Weile nümllch 15,2 cm. Beim Füllen des Gcrtißcs mit det Fosistoffen wird durch die Düsen Trägergas mit eine Geschwindigkeit von 15 m/sec (Luft bei 27⁰C um

Atmosphärendruck) eingeleitet, welches die Feststoffe bei ihrer Einführung in den Wirbelschichtzustand überführt. Die Feststoffe werden in das Gefäß allmählich eingefüllt, während das Gas durch den Rost strömt, so daß zu Anfang keine Rückströmung der Feststoffe durch die Düsen und keine Verstopfung stattfinden kann. Es erfolgt keine Rückströmung der Feststoffe in die Füllkammer und keine Verstopfung des Rostes. Die Wirbelschicht wird ohne Schwierigkeit 8 bis 10 Stunden betrieben.

Um die Wirksamkeit des Rostes bei höheren Temperaturen aufzuzeigen, wird ein Rost mit Düsen der oben beschriebenen Größe unter einer Wirbelschicht aus feinteiligem FeO und Fe langer als zwei Monate bei 76O°C und 1 atü bei einer Gas-Massengeschwindigkeit is durch die Düsen, entsprechend einer Lultgeschwindigkeit bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck von 15m/sec, betrieben. Die tatsächliche Gasgeschwindigkeit beträgt 220 m/sec.

B e i s ρ i e 1 2

Um die kritische Beziehung der Länge und des Durchmessers der Düsen zu der Trägergasgeschwindigkeit beim Betrieb einer Wirbelschicht aus feinteiligen Feststoffen zu zeigen, werden mehrere Versuche durchgeführt, bei denen das Verhältnis von Länge : Durchmesser der Düsen variiert wird, um zu bestimmen, bei welchem Verhältnis von Länge : Durchmesser und bei welcher Gasgeschwindigkeit eine Rückströmung der Feststoffe durch die Düsen auftritt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle I

Durchmesser Verhältnis der
der öffnungen Düscnlange zur
lichten Weite

6,35
6,25
6,25
6,25
6,52
6,52
6,52
6,52

Gasgeschwindigkeit beim Zurückströmen der ■" Feststoffe
m/sck

20
15
10

10,36

10,67

11,28

14,94

7,62

7,92

8.23

21,95

40

•15 Zur Gewinnung dieser Werte weiden Feststoffe mit Korngrößen von weniger als 4.7 mm mit Hilfe von Luft als Trägergas in den Wirbelschichtzustand übergeführt, wobei die Luft durch die Düsen mit den angegebenen Verhältnissen von Länge : Durchmesser eingeführt wird.

Die Gasgeschwindigkeit wird allmählich vermindert, bis die Feststoffe vollständig durch die Düse zurück strömen. Die Versuche werden bei Raumtemperatur und Aimosphärendriiek durchgeführt. In allen Fällen wird die Gasgeschwindigkeit verzeichnet, bei der Rückströmung der Feststoffe erfolgt.

Die zur Verhinderung der Riickströnuing der Feststoffe erforderliche Trägergasgeschwindigkeit muß auf die bekannte Gasdichte eingestellt werden, um die entsprechende Maßengeschwindigkeit zu erhalten, die erforderlich ist, um die Rückströmung von Feststoffen bei Verwendung eines besonderen Gases und einer besonderen Kombination von Temperatur und Druck zu verhindern.

F i g. 4 und 5 zeigen, daß die Rückströmung von Feststoffen sich bei Verhältnissen von Länge : Durchmesser von weniger als 5 bei praktisch in Betracht kommenden Gasgeschwindigkeiten nicht verhindern läßt. Die Werte zeigen, daß zur Verhinderung der Rückströmung das Verhältnis von Länge : Durchmesser mindestens 5 betragen muß. Wird das Verhältnis von Länge : Durchmesser von etwa 5 auf 10 vergrößert, so läßt sich die Rückströmung der Feststoffe auch noch bei einer erheblich niedrigeren Gasgeschwindigkeit verhindern. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß bei Verhältnissen von Länge : Durchmesser von 10 und mehr die Rückströmung der Feststoffe bei etwa der gleichen minimalen Gasgeschwindigkeit verhindert wird.

Die Verwendung des neuen Wirbelschichtrostes ist nicht auf die Reduktion von Eisenerz beschränkt, sondern der Rost kann bei beliebigen Wirbelschichtverfahren verwendet werden, bei denen die RUckströmung von Feststoffen in die Rostdüsen und die Füllkammcr sowie die Verstopfung des Rostes vermieden werden soll. Diese Vorrichtung kann für die direkte Eisenerzreduktion, die Wirbelschichtröstung von Eisensulfiden, die Wirbclschichtspallung von Kohlenwasserstoffen, die Wirbelschichtkalzinierung von Koks und ähnliche Verfahren verwendet weiden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

ΐ; ^Patentansprüche:

1. Wirbelschichtrost für einen Wirbelschichtreaktor, bestehend aus einer Platte, in der in gleichmäßi- s gen^Abständen voneinander Gaszuführungsöffnungen vorgesehen sind, während für die Zufuhr der Festsjoffe oberhalb der Platte eine Zuleitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite der Platte (214)-an den ίο Gaszüführungsöffnungen (216) Rohrabschnitte (215) angeordnet sind, bei welchen das Verhältnis, v°ⁿ Länge zulichtem Durchmesser im Bereich yori,5bjs 40 liegt, während sich auf der Oberseite der Platte (214) Rippen (218, 219) befinden, deren Schrägflächen 30 bis 80° zur Horizontalen geneigt sind und die jeweils Hohlräume in der Form einer umgekehrten Pyramide bilden, deren Spitze in den Gaszuführungsöffnungen (216) liegt.

2. Verfahren zum Betrieb des Wirbelschichtrostes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägergas mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 90 m pro Sekunde in die Wirbelschicht eingeleitet wird.

3. Verfahren zum Betrieb des Wirbelschichtrostes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas in die Wirbelschicht mit einer Geschwindigkeit von mindestens 30 bis 60 m pro Sekunde durch die Rohrabschnitte mit einem Verhältnis von Länge zu lichtem Durchmesser von 5 bis 10 und einem lichten Düsendurchmesser von 25,4 mm eingeleitet wird.

4. Verfahren zum Betrieb des Wirbelschichtrostes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas durch Rohrabschnitte mit einem lichten Durchmesser von 2,54 bis 25,4 mm und einem Verhältnis von Länge zu lichtem Durchmesser von 10 bis 30 mit einer Geschwindigkeit von 7,6 bis 45 m pro Sekunde eingeleitet wird.