DE19950101C1 - Verfahren zum Eintragen körniger Feststoffe in einen unter Überdruck stehenden Behälter - Google Patents
Verfahren zum Eintragen körniger Feststoffe in einen unter Überdruck stehenden BehälterInfo
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Abstract
Zunächst werden die Feststoffe in einen unter Atmosphärendruck stehenden ersten Behälter und dann in einen darunter angeordneten zweiten Behälter mit variablem Druck gelangen, bevor sie in den Druckbehälter eingetragen werden. Der erste und der zweite Behälter weisen jeweils einen unteren Auslaufkanal und einen mit dem Auslaufkanal zusammenwirkenden, bewegbaren Schieber auf. Das Auslaufende des Auslaufkanals befindet sich 20 bis 400 mm über dem Schieber in der Schließposition, der Schieber bildet in der Schließposition den Boden einer mindestens teilweise mit Feststoffen gefüllten Kammer. Die Kammer ist gasdicht mit dem Auslaufkanal verbunden, und es besteht keine Gasdichtigkeit zwischen der Kammer und dem Schieber. Der Schieber trägt in der Schließposition eine Feststoffschüttung, eine vertikale Feststoffsäule von mindestens 1 m Höhe besteht im Auslaufkanal und im Behälter. In der Schließposition wird Sperrgas von außen in die Kammer und in die Feststoffsäule gedrückt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eintragen körniger Feststoffe in einen unter einem
Druck von mindestens 2 bar stehenden Druckbehälter, wobei die Feststoffe zunächst in einen
unter Atmosphärendruck stehenden ersten Behälter und dann in einen darunter angeordneten
zweiten Behälter mit variablem Druck gelangen, bevor sie in den Druckbehälter eingetragen
werden, und wobei der erste und der zweite Behälter jeweils einen unteren Auslaufkanal und
einen mit dem Auslaufkanal zusammenwirkenden bewegbaren Schieber aufweist.
Schleusenvorrichtungen dieser Art, die mit bewegbaren Schiebern arbeiten, sind bekannt und
z. B. im US-Patent 5 584 970 beschrieben. Hierbei strömen jedoch stets geringe Mengen an
Gas vom Druckbehälter bis zum unter Atmosphärendruck stehenden Behälter und von dort in
die Atmosphäre, was in bestimmten Fällen sehr nachteilig sein kann. DE-PS 17 67 555
beschreibt ein Eintragssystem mit kontinuierlichem Feststofffluss und entgegengesetzter
Gasströmung, das jedoch nur für Druckdifferenzen von etwa 0,1 bar geeignet ist. Eine
Granulatschleuse mit einem oberen Schieber und einer unteren Klappe ist aus der CH-PS 618
396 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so
auszugestalten, dass ohne nennenswerten Materialverschleiß Feststoffe in den Druckbehälter
eingetragen werden können, ohne dass Gase im Gegenstrom zu den Feststoffen in die
Atmosphäre gelangen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich das Auslaufende des
Auslaufkanals 20 bis 400 mm über dem Schieber in der Schließposition befindet, dass der
Schieber in der Schließposition den Boden einer mindestens teilweise mit Feststoffen
gefüllten Kammer bildet, dass die Kammer gasdicht mit dem Auslaufkanal verbunden ist und
keine Gasdichtigkeit zwischen der Kammer und dem Schieber besteht, dass der Schieber in
der Schließposition eine Feststoffschüttung trägt und eine vertikale Feststoffsäule von
mindestens 1 m Höhe im Auslaufkanal und im Behälter besteht, und dass in der
Schließposition Sperrgas von außen in die Kammer und in die Feststoffsäule gedrückt wird.
Dieses Schleusverfahren ist insbesondere auch für heiße Feststoffe geeignet, die z. B. mit
Temperaturen im Bereich von 300 bis 1300°C in den ersten Behälter gegeben werden.
Zweckmäßigerweise befinden sich der Schieber und mindestens teilweise auch die Kammer
in einem Schiebergehäuse, welches den Feststoffzulauf für den darunter angeordneten
Behälter aufweist.
Üblicherweise sorgt man dafür, daß die Feststoffschüttung
in der Kammer in der Schließposition eine Mindesthöhe von 5
mm hat, damit der Bereich zwischen dem Kammerrand und dem
Schieber weitgehend gasundurchlässig wird.
Der Druck im Druckbehälter liegt vorzugsweise im Bereich
von 3 bis 20 bar. Das Gas im Druckbehälter kann von ganz
unterschiedlicher Art sein, es kann z. B. toxische Wirkung
haben oder es kann zu mindestens 50 Vol.-% aus Wasserstoff
bestehen, so daß man verhindern muß, daß es mit dem
Sauerstoff der Luft zusammentrifft.
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe
der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 das Fließschema des Verfahrens und
Fig. 2 die Abdichtung zwischen zwei Behältern mit
unterschiedlichem Druck.
Gemäß Fig. 1 werden körnige, rieselfähige Feststoffe
kontinuierlich oder diskontinuierlich von oben durch den
Einlaß (1) in den ersten Behälter (10) gegeben, von wo aus
sie bei geöffnetem Schieber (2) in den zweiten Behälter
(20) fallen. Wenn dessen Schieber (3) geöffnet ist, fallen
die Feststoffe zunächst in einen Vorratsbunker (30), der
denselben Überdruck wie ein nachfolgender Reaktor (40)
aufweist, der nur teilweise dargestellt ist. Der Bunker
(30) ermöglicht es, daß Feststoffe, die von oben
diskontinuierlich in den Bunker (30) gelangen, aufgrund des
Feststoffvorrats im Bunker (30) kontinuierlich durch eine
Förderschnecke (31) in den Reaktor (40) eingetragen werden
können. Der Druck im Bunker (30) und im Reaktor (40)
beträgt mindestens 2 bar und üblicherweise 3 bis 20 bar,
doch kann er auch noch höher sein.
Der zweite Behälter (20) weist einen variablen Druck auf,
der je nach Bedarf auf den Atmosphärendruck des ersten
Behälters (10) oder den Druck im Behälter (30) eingestellt
werden kann. Die zwischen zwei Behältern mit
unterschiedlichem Druck nötige Abdichtung wird mit Hilfe
der Fig. 2 erläutert. Hierbei wirken ein horizontal
bewegbarer Schieber (2), eine das Auslaufende eines zum
Behälter (10) gehörenden Auslaufkanals (11), eine
Feststoffschüttung (14) und ein durch die Leitung (12)
zugeführtes Sperrgas zusammen. In der in Fig. 2
dargestellten Schließposition bildet der Schieber (2) den
Boden der darüber befindlichen, unten offenen Kammer (13).
Zwischen dem unteren Rand der Kammer (13) und dem Schieber
(2) besteht ein geringer Abstand üblicherweise im Bereich
von 0,2 bis 2 mm, so daß sich der Schieber (2), ohne die
Kammer (13) zu berühren, hin und her bewegen läßt. Die
Feststoffschüttung (14) auf dem Schieber hat eine
Mindesthöhe von 5 mm, so daß sie üblicherweise den
Abstandsspalt zwischen dem Kammerrand und dem Schieber (2)
abdeckt. Der vertikale Abstand zwischen dem Auslaufende des
Kanals (11) und dem Schieber (2) in der Schließposition
beträgt zweckmäßigerweise 20 bis 400 mm und vorzugsweise
mindestens 40 mm. Der Deckelbereich (13a) der Kammer (13)
ist gasdicht mit dem Auslaufkanal (11) verbunden. Im
Deckelbereich mündet die Leitung (12) für die Zufuhr von
Sperrgas, z. B. Stickstoff oder CO2, welches von außen mit
Hilfe eines Kompressors (15) (vergleiche Fig. 1) durch das
geöffnete Ventil (12a) in die Kammer (13) gedrückt wird.
Durch dieses Sperrgas wird der Druck in der Kammer (13)
etwa auf den Druck eingestellt, wie er im darunter
angeordneten Behälter (20) herrscht.
Da im oberen Bereich des Behälters (10), der teilweise mit
Feststoffen gefüllt ist, Atmosphärendruck herrscht, strömt
Sperrgas von der Leitung (12) durch die Kammer (13) und die
Feststoffschüttung (14) in die im Auslaufkanal (11)
befindliche Feststoffsäule und von da aufwärts durch die im
Behälter (10) befindlichen Feststoffe nach oben und verläßt
den Behälter (10) durch eine Entlüftungsleitung (16). Um
diesen Strom des Sperrgases zu drosseln, ist es wichtig,
daß die Höhe der Feststoffsäule im Auslaufkanal (11) und im
Behälter (10) mindestens 1 m und üblicherweise mindestens 2
m beträgt. Die notwendige Höhe der Feststoffsäule richtet
sich nach der Druckdifferenz zwischen der Kammer (13) und
dem oberen Bereich des Behälters (10). Beim Betrieb der
Schleusenvorrichtung ist dafür zu sorgen, daß eine gewisse
Mindesthöhe der Feststoffsäule nicht unterschritten wird.
Diese Mindesthöhe wird man im Einzelfall durch einen
Probebetrieb ermitteln. Auch kann es sich empfehlen, die
Feststoffsäule stets bis zum sich erweiternden Teil des
Behälters (10) zu halten, wie das in Fig. 1 durch die
punktierte Linie (17) angedeutet ist. Durch die Erweiterung
des horizontalen Querschnitts in diesem Bereich wird die
Geschwindigkeit des aufwärts strömenden Sperrgases
reduziert und so einer Auflockerung entgegengewirkt. Dies
verbessert die Sperrwirkung der Feststoffsäule.
Das zur Abdichtung zwischen dem ersten Behälter (10) und
dem darunter befindlichen zweiten Behälter (20) zusammen
mit Fig. 2 Erläuterte gilt ebenso für die Abdichtung
zwischen dem zweiten Behälter (20) und dem Vorratsbunker
(30) mit dem dort angeordneten Schieber (3). Sowohl der
Schieber (2) als auch der Schieber (3) befinden sich in
einem Schiebergehäuse (18), dessen Deckelbereich (18a) mit
der Kammer (13) gasdicht verbunden ist und das einen
Feststoffzulauf (18b) für den darunter befindlichen
Behälter aufweist. Der jeweilige Schieber (2) oder (3) kann
durch eine Stange (19), die abgedichtet durch das Gehäuse
(18) geführt ist, horizontal hin und her bewegt werden, wie
das durch den Doppelpfeil (22) angedeutet ist. Für die
Abdichtung zwischen dem Gehäuse (18) und der Stange (19)
eignet sich z. B. eine Stopfbuchspackung.
Die zum Schieber (3) gehörende Kammer (13) weist ebenfalls
eine Sperrgasleitung (12) mit zugehörigem Kompressor (15a)
auf. Zwischen dem Bunker (30) und dem darüber befindlichen
Behälter (20) besteht eine Druckausgleichsleitung (24) mit
Ventil (25), und an die Leitung (24) ist eine weitere
Druckausgleichsleitung (26) mit Ventil (29) angesetzt,
welche den Druckausgleich zwischen den Behältern (10) und
(20) herstellt. Der zweite Behälter (20) ist mit einer
absperrbaren Entlüftungsleitung (27) versehen.
Körnige Feststoffe werden folgendermaßen von der
Einlaßöffnung (1) in den Bunker (30) überführt, wobei davon
ausgegangen wird, daß der Bunker bereits eine gewisse Menge
an Feststoffen enthält, daß sich der Schieber (3) in der
Schließposition (vergleiche Fig. 1) befindet, daß der
Behälter (20) im Bereich seines Auslaufkanals (21) eine
Feststoffsäule von mindestens 1 m Höhe enthält, daß
Sperrgas durch die Leitung (12), vom Kompressor (15a)
kommend, in die Kammer (13) einströmt und aufwärts durch
die Feststoffsäule im Kanal (21) strömt, bevor sie den
Behälter (20) durch die geöffnete Leitung (27) verläßt. Der
Druck im Behälter (20) beträgt in diesem Moment 1 bar und
ist gleich dem Druck im Behälter (10), der Schieber (2) ist
geöffnet und Feststoffe aus dem ersten Behälter (10)
fließen in den zweiten Behälter (20).
Wenn die Feststoffüllung im Behälter (20) die gewünschte
Höhe erreicht hat, wird der darüber befindliche Schieber
(2) geschlossen und der Behälter (10) mit Feststoffen
weitgehend gefüllt. Wenn die Feststoffsäule im Kanal (11)
und Behälter (10) die notwendige Höhe erreicht hat, wird
Sperrgas vom Kompressor (15) durch die Leitung (12) in die
Kammer (13) und gleichzeitig auch durch die Leitung (28)
und das geöffnete Ventil (28a) in den Behälter (20)
gedrückt. Dabei ist das Ventil (27a) der Entlüftungsleitung
(27) und auch das Ventil (29) der Druckausgleichsleitung
(26) geschlossen. Wenn der Druck im Behälter (20) den Druck
im Bunker (30) erreicht hat, kann der Schieber (3) geöffnet
werden, wobei man gleichzeitig das Ventil (25) öffnet, um
Druckausgleich zwischen dem Bunker (30) und dem Behälter
(20) herzustellen. Wenn die gewünschte Menge an Feststoffen
in den Bunker (30) abgeflossen ist, wird der Schieber (3)
wieder geschlossen und der Druck im Behälter (20) wieder
auf Atmosphärendruck reduziert, wobei man das
Entlüftungsventil (27a) öffnet. Während dieser Zeit wird
Sperrgas durch den Kompressor (15a) und die Leitung (12)
kontinuierlich in die Kammer (13) und in die Feststoffsäule
des Auslaufkanals (21) gegeben. Der Schleusvorgang kann nun
periodisch fortgesetzt werden.
Durch die Schleusenvorrichtung gemäß der Zeichnung mit
zugehöriger Beschreibung werden 200 t/h heißes Eisenerz mit
einem Kornspektrum zwischen 0 und 2 mm und einer Temperatur
von 850°C in einen Reduktionsreaktor (40) eingespeist, in
welchem ein Druck von 4 bar herrscht. Die Behälter (10) und
(20) haben jeweils ein Fassungsvermögen von 9 m3, ihre
Auslaufkanäle (11) und (21) sind 2 m lang und haben einen
Durchmesser von 400 mm. In jedem Auslaufkanal mit
zugehörigem Behälter (10) oder (20) sorgt man für eine
Mindesthöhe der Feststoffsäule von 3 m. Der Abstand
zwischen dem Schieber (2) und dem Auslaufende des Kanals
(11) beträgt 100 mm, und die Mindesthöhe der
Feststoffschüttung auf dem Schieber (2) beträgt 20 mm; das
gleiche gilt für den Behälter (20) mit seinem Auslaufkanal
(21) und dem zugehörigen Schieber (3). Als Sperrgas wird
Stickstoff verwendet, das mit einem Druck von 4,4 bar in
die Kammer (13) geleitet wird, wenn diese abdichtend wirken
soll. Die Behälter (10) und (20) sind mit an sich bekannten
Füllstandsanzeigen versehen. Innerhalb von 5 Minuten werden
8 m heißes Eisenerz durch die beiden Behälter (10) und (20)
hindurch in den Bunker (30) geschleust.
Der Bunker (30) enthält neben dem Erzvorrat ein heißes
Gasgemisch bestehend aus 80 Vol.-% Wasserstoff, 12 Vol.-%
Wasserdampf und 8 Vol.-% Stickstoff, das zeitweilig auch in
den Behälter (20) einströmt. Vor dem Auffüllen des
Behälters (20) wird er deshalb durch Spülen mit Stickstoff
inertisiert, wobei das Ventil (27a) geschlossen und das
Ventil (29) geöffnet ist.
Claims (6)
1. Verfahren zum Eintragen körniger Feststoffe in einen
unter einem Druck von mindestens 2 bar stehenden
Druckbehälter, wobei die Feststoffe zunächst in einen
unter Atmosphärendruck stehenden ersten Behälter und dann
in einen darunter angeordneten zweiten Behälter mit
variablem Druck gelangen, bevor sie in den Druckbehälter
eingetragen werden, und wobei der erste und der zweite
Behälter jeweils einen unteren Auslaufkanal und einen mit
dem Auslaufkanal zusammenwirkenden, bewegbaren Schieber
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich das
Auslaufende des Auslaufkanals 20 bis 400 mm über dem
Schieber in der Schließposition befindet, daß der
Schieber in der Schließposition den Boden einer
mindestens teilweise mit Feststoffen gefüllten Kammer
bildet, daß die Kammer gasdicht mit dem Auslaufkanal
verbunden ist und keine Gasdichtigkeit zwischen der
Kammer und dem Schieber besteht, daß der Schieber in der
Schließposition eine Feststoffschüttung trägt und eine
vertikale Feststoffsäule von mindestens 1 m Höhe im
Auslaufkanal und im Behälter besteht, und daß in der
Schließposition Sperrgas von außen in die Kammer und in
die Feststoffsäule gedrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sich der Schieber und mindestens teilweise auch die
Kammer in einem Schiebergehäuse befinden, welches den
Feststoffzulauf für den darunter angeordneten Behälter
aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Feststoffschüttung in der Kammer eine Mindesthöhe
von 5 mm hat.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckbehälter 3
bis 20 bar beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im Druckbehälter zu
mindestens 50 Vol.-% aus Wasserstoff besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten Behälter
zugeführten Feststoffe Temperaturen im Bereich von 300
bis 1300°C aufweisen.
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