DE20220307U1 - Anlage zur Behandlung von fließfähigen Stoffen in überkritischem Wasser - Google Patents
Anlage zur Behandlung von fließfähigen Stoffen in überkritischem WasserInfo
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Description
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH ANR 5661498
Karlsruhe, den 19. Feb. 2003 PLA 0307 SG/IL
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Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Behandlung von fließfähigen Stoffen in überkritischem Wasser.
In letzter Zeit sind weltweit Aktivitäten im Gange, Reaktionen in überkritischem Wasser durchzuführen. Ziel ist es, neue umweltfreundlichere Verfahren zur Behandlung von Abwässern, zur Oxidation von Schadstoffen und neuerdings auch zur energetischen Nutzung von Abfallbiomasse, Pflanzenresten und anderen Edukten wie Klärschlämme u.a. zu entwickeln.
Der überkritische Zustand des Wassers stellt sich erst bei Drücken höher als 221 bar und Temperaturen höher 374 0C ein. Oft werden Temperaturen um die 600 0C eingesetzt. Reaktoren für Anwendungen im Energie- oder Umweltbereich zeigen häufig Fouling Probleme, die zu Verstopfungen fuhren können. Dieses Verhalten wird durch die Eigenschaften des überkritischen Wassers bestimmt. Die Löslichkeit anorganischer Salze in überkritischem Wasser ist sehr gering. Somit entstehen mehrphasige Systeme. Die Salze fallen bei überkritischen Temperaturen aus und falls sie klebrige Niederschläge bilden (z.B. NaCI), verstopfen sie den Reaktor und nachgeschaltete Apparate. In Anwesenheit von Natrium oder Kalium Laugen und Salzen kann es zu dem auch zur Bildung von Salzsolen kommen. Diese dichten konzentrierten Lösungen können sich korrosiv auf den Reaktor und nachgeschaltete Aggregate auswirken. Die Akkumulation solcher Salzsolen sollte verhindert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zur Behandlung von fließfähigen Stoffen in überkritischem Wasser anzugeben, bei der Korrosion durch Salze im Reaktor und Verstopfungen weitgehend vermieden werden:
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Der Eduktstrom, der auch in mehrere Teilströme geteilt sein kann, wird in den oberen Teil des Reaktors eingespeist. Die Einspeisung kann auch tangential, wie bei einem Zyklonabscheider, erfolgen. Der Reaktor sollte in seiner Längsrichtung senkrecht angeordnet sein. Winkelabwei-
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chungen von bis zu 30° gegen die Senkrechte sind möglich. Aufgrund der Strömung gelangen die Reaktionsprodukte in den unteren Teil des Reaktors, dabei wird die erforderliche Verweilzeit im Reaktionsraum gewährleistet. Im Edukt bereits vorhandene oder in Anwesenheit von Metallatomen sich während der Reaktion bildende Salze fallen als Feststoff aus oder bilden gegebenenfalls Salzsolen. Diese Ausscheidungen sind in der Regel unerwünschte aber dennoch unvermeidlich. Die leichte Phase des Produktstroms, bestehend aus überkritischem Wasser und Gasen, wird über ein senkrecht angeordnetes Tauchrohr aus dem unteren Drittel des Reaktors kontinuierlich abgeführt. Dieser Massenstrom ist der Hauptstrom mit in der Regel mehr als 90 Gew % des Eduktstromes. Häufig sind die darin enthaltenen Gase die angestrebten Prozessprodukte. Die schwereren Phasen, Salzsolen und die Salzniederschläge werden zunächst im unteren Teil des Reaktors angesammelt. Sobald sich dort eine Menge im Bereich von etwa einem Kilogramm angesammelt hat wird diese mit hohem Durchfluss in sehr kurzer Zeit abgelassen. Der hohe Durchfluss ist erforderlich, um auch feste Salzniederschläge aus dem Reaktor zu entfernen. Die Zeitdauer dieser Operation sollte so kurz wie möglich gehalten werden um die Verluste der leichten Phase mit den Produktgasen zu minimieren. Die Frequenz dieser Operation wird entweder aus der Zusammensetzung des Eduktes bestimmt oder empirisch ermittelt. Die erforderlichen Ablasszeiten werden entweder ähnlich bestimmt oder über eine Leitfähigkeitsmessung dieses Produktstroms nach der Abkühlung online ermittelt. (Sobald alle Salze abgeführt worden sind, sinkt die Leitfähigkeit des salzhaltigen Produktstromes stark ab). Ist nur mit Salzsolen zu rechnen, so können diese auch kontinuierlich als geringer Teilstrom aus dem Reaktorsumpf abgezogen werden. Der Teilstrom wird vorteilhafterweise über eine Leitfähigkeitsmessung geregelt.
Tangential Einspeisung der Eduktströme im Kopfteil des Reaktors zur Verbesserung der Durchmischung und der Feststoffabscheidung.
Bei getrennter Einspeisung der Eduktströme wird der Strom mit der höheren Dichte oberhalb des Stromes mit niederer Dichte eingespeist. Die Dichteunterschiede können auf Grund unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung oder unterschiedlicher Temperaturen hervorgerufen sein. Durch diese Art der Einspeisung wird die erforderliche Mischung der beiden Eduktströme gefördert.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe der Figur näher erläutert. Die Figur zeigt das Schema einer Vorrichtung.
Der Reaktor 1, ist hier senkrecht angeordnet. Die beiden Druckleitungen 2, 3 zur Eduktzufuhr enden im oberen Teil des Reaktors 1 und weisen auf die Reaktorwand. Das Steigrohr 4 zur Abführung der leichten Phase des Produktstroms endet im unteren Teil des Reaktors 1. Der Sumpfabzug 5 endet im untern Teil des Reaktors. Vorrichtungen zur Steuerung des Sumpfabzugs und Ventile sind nicht dargestellt.
Claims (6)
1. Anlage zur Behandlung von fließfähigen Stoffen in überkritischem Wasser bestehend aus einem zylinderförmigen Reaktor mit Druckleitungen zur Eduktzuführung und Produktableitung, dadurch gekennzeichnet, dass
a) der Reaktor (1) nicht mehr als 30° gegen die Vertikale geneigt ist,
b) die Druckleitungen zur Eduktzuführung (2, 3) im oberen Teil des Reaktors (1) enden, wobei die Austrittsöffnung der Druckleitungen zur Eduktzuführung (2, 3) so ausgerichtet sind, dass eine tangentiale oder eine radiale Eduktströmung erzeugt wird,
c) die Produktableitung als Steigrohr (4) ausgebildet ist, welches von oben in den Reaktorraum ragt und im unteren Drittel des Reaktors (1) endet und
d) am unteren Ende des Reaktors ein Sumpfabzug (5) angebracht ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (4) nicht weiter als 90% in den Reaktor ragt.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) am unteren Ende verjüngt ist, wobei der Sumpfabzug (5) an der engsten Stelle liegt.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sumpfabzug (5) einen Kühler und eine Ventilanordnung zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Sumpfabzug enthält.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung mindestens ein Druckhalteventil enthält, welches über von physikalische Eigenschaften des Sumpfes abgeleitete Sensorsignale ansteuerbar ist.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Druckleitungen (2, 3) für die Eduktzuführung und die davon getrennte Wasserzuführung vorhanden sind.
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