DE2111303C3 - Boden für Wirbelschichtreaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Boden für *5 Wirbeischichtreaktoren mit Einlaßleitungen und mit diesen kommunizierenden, jedoch zu diesen versetzt angeordneten Auslaßleitungen für das gasförmige Behandlungs- und/oder Wirbelmedium.

Wirbelschichtreaktoren sind auf dem Gebiet der technischen Chemie von großer Bedeutung, insbesondere zur Durchführung kontinuierlicher Hochtemperaturreaktionen, wie beispielsweise Chlorierungen von Erzen.

Bei einer bekannten Ausführungsform eines solchen Bodens führt eine Einlaßleitung in eine Kammer oberhalb einer Grundplatte und steht über deren Oberseite hinaus. Auf diese Weise wird eine die Einlaßleitung umgebende Sammelzone geschaffen, die unterhalb der aus der Einlaßleitung aus- und in die Kammer einströmenden Gase liegt. Damit soil erreicht werden, daß in dieser Sammelzone absinkende Feststoffteilchen die Mündung der Einlaßleitungen nicht verstopfen. Die aus den Einlaßleitungen führenden Gasauslaßleitungen sind nach außen und nach unten gegen die Oberseite der Grundplatte gerichtet, so daß die Wirbelgase nicht direkt nach oben in die Wirbelschicht geblasen, sondern zuerst nach unten auf die Oberseite der Grundplatte geleitet und dann von hier nach oben in die Wirbelschicht reflektiert werden. Eine solche Anordnung, bei der die Gefahr von Verstopfungen der Gasdurchlässe durch Feststoffteilchen verringert ist, hat aber den Nachteil, daß sie zum Durchwirbeln einer Wirbelschicht weit weniger wirksam ist als ein Verfahren, bei dem die Wirbelgase direkt und gerade in die Schicht geblasen werden. Ferner ist es bei diesem bekannten Boden eines Wirbelschichtreaktors auch nachteilig, daß die Oberseite der Grundplatte durch vorstehende Bauteile, nämlich die Einlaßleitungen, unterbrochen ist, so daß das Reinigen dieser Oberseite schwierig ist und besondere Maßnahmen erfordert.

Es sind auch Wirbelschichtreaktoren bekannt, bei denen die Wirbelgase direkt und gerade in die Wirbelschicht eingeblasen werden. Die hierfür vorgesehenen Einrichtungen sind aber derart, daß die Gasdurchgänge im Boden des Reaktors durch Feststoffteilchen verstopft werden, wenn der Wirbelgasstrom aus irgendeinem Grund unterbrochen wird. Daher müssen die Gasleitungen stets gereinigt werden, bevor der Reaktor wieder in Betrieb genommen werden kann. Dabei ist aber auch nicht auszuschließen, daß während der Arbeit des Wirbelschichtreaktors Feststoffteilchen aus der Wirbelschicht in diese Gasleitungen dringen und nach einer längeren Betriebsdauer den Wirbelgasstrom hemmen und durch Störungen hervorgerufen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Boden für Wirbelschichtreaktoren zu schaffen, bei dem ein Wirbelgasstrom direkt und gerade in die Wirbelschicht geblasen wird, ohne daß dabei auch bei längerem Betrieb Verstopfungen der Gaseinlaßleitungen und der Gasdurchlässe durch Feststoffteilchen und dadurch Störungen auftreten.

Diese Aufgabe wird durch einen Boden für Wirbelschichtreaktoren der eingangs genannten Art gelöst, der gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl von im minieren Bereich der Wirbelbodenebene angeordneter Abscheidekammern von rundem oder rechteckigem Querschnitt mit mittig angeordneten Gaseinlaßleitungen, die oberhalb der unteren Begrenzung der Abscheidekammern unter Ausbildung einer Sammelzone münden, sowie durch versetzt zu diesen Einlaßleitungen angeordneten, jedoch zu diesen gleichgerichteten, mit Abstand zur oberen Begrenzung der Abscheidekammern in diesen Kammern beginnende und in der flachen oberen Ebene des Bodens mündende Gasauslaßleitungen.

Bei einer solchen Ausführung eines Bodens für Wirbeischichtreaktoren sind die Vorzüge des direkt und gerade in die Wirbelschicht eingeleiteten Wirbelgase ausgenützt und dabei gleichzeitig ein vollkommen ungehinderter und reibungsloser Verlauf des Wirbelgasstromes sichergestellt, wobei ferner die Oberseite des Bodens flach und eben ist, so daß sie leicht durch einfaches Abkratzen angesammelter Feststoffteilchen gereinigt werden kann. Ein Verstopfen irgendwelcher Gasdurchlässe ist ausgeschlossen, da im Bodenkörper Kammern ausgebildet sind, in die die Einlaßleitungen hineinragen und auf deren Böden aus der Wirbelschicht stammende Feststoffteilchen angesammelt werden, ohne daß sie das Strömung:;bild des Wirbelgases störend beeinträchtigen.

Der erfindungsgemäße Boden muß nicht aus keramischem Material bestehen, wie das bei herkömmlichen Wirbelschichtreaktoren üblich ist. Es kann beispielsweise ein sehr hitzebeständiger Beton verwendet werden, der in einer Form mit den erforderlichen Aussparungen für die Gasdurchlässe und Kammern gegossen wird.

Der Boden kann in einem Gas-Feststoff-Wirbelschichtreaktor verwendet werden, bei dem die Schicht aus feinverteilten Feststoffen durch Einleiten eines Wirbelgases durch die Leitungen und Kammern des Bodens überflutet wird, wobei alle aus der Wirbelschicht in eine Kammer gelangenden Feststoffteilchen zumindest so lange in der Abscheidezone der Kammer zurückgehalten werden, so lange die Schicht durchwirbelt wird. In dieser Zone behindern die Feststoffteilchen den Durchgang des Wirbelgases durch die Leitungen oder durch die Kammern nicht.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht des unteren Teils eines Wirbelschichtreaktors,

F i g. 2 eine Draufsicht des Bodens und

F i g. 3 eine Einzelansicht im Schnitt einer im

rfenkörper angeordneten Abscheidekammer mit den ^B°_hörigen Gaseir.- und Gasaiislaßleitungen.

Der Boden 10, der im unteren Ende eines Wirbelrhichtreaktors 11 befestigt werden kann, trägt die Wirbelschicht _{12 und unte}rhalb des Sodens 10 ist ein 5 W'ndkasten 14 vorgesehen, in den eine Gaseinlaßlei-

e 13 mündet Aus diesem Windkasten 14 strömt das Wirbelgas durch die Poren des Bodens 10 in die Wirbelschicht 12 und wirbelt diese durch.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der io Roden 10 aus einem hitzebeständigen Beton, in dem die A arungen _{für d}j_e Gasein- und Gasauslaßleitungen

wie Abscheidekamrnern mit rostfreiem Stahl ausge-

c_ss^nd zahlreiche Gaseinlaßleitungen 15 und 15 fiasauslaßleitungen 16 vorgesehen, die miteinander "her entsprechend viele Abscheidekammern 17 fur Fesistoffteilchen kommunizieren. Jede Auscheidekam-17 (Fig.3) weist einen runden oder rechteckigen o_uersc|,nitt auf und ist im wesentlichen im mittleren Bereich des Bodens 10 angeordnet. Die Gaseinlaßlei-15 ist ein Rohr aus rostfreiem Stahl, das an eine Stützplatte 18 aus Stahl angelötet ist und mittig in die Abscheidekammer 17 mündet. Diese Abscheidekammer 17 wird von einem Kasten aus rostfreiem Stahl „mschlossen. der mit Öffnungen versehen und bei 19 eflanscht ist um die Gaseinlaßleitung 15 aufnehmen, so flaß vor dem Gießen des Betons die Abscheidekammer 17 auf der Oberseite der Gaseinlaßleitung 15 aufgesetzt werden kann. Das in die Abscheidekammer 17 ragende Stück der Gaseinlaßleitung 15 sichert, daß der die Sammelzone 20 bildende Bereich der Abscheidekammer der an die durchbrochene und geflanschte Wand iniirenzt Feststoffteilchen aufnimmt und ansammelt, ohne daß diese das Strömungsbild des Bodens beeinflussen und es stören. Das untere Ende der Gaseinlaßleitung 15, das in den Windkasten 14 ragt ist mit einem Lochstöpsel 21 versehen, der im Ende der Leitung eingelötet ist. Die Größe des Lochs >m Stöpsel ist so gewählt, daß im Betrieb ein Druckabfall durch den Boden der 50-350% des Druckabfalls durch die Wi. belschicht beträgt geschaffen wird.

Die Gasauslaßleitungen 16 führen von cer Abseheideknnmer 17 zu der Oberseite des Bodens 10, die während des Betriebs mit der Wirbelschicht in Berührung steht. nie Gasauslaßleitungen 16 sind Bohrungen in der den Boden 10 bildenden Betonplatte und sind Fortsetzungen von Rohren 22 aus rostfreiem Stahl, die an der oberen Seite des die Abscheidekammer 17 umgebenden Kastens angelötet sind und etwas in die Abscheidekam-

Die öS des Bodens 10, die die Wirbelschicht trägt ist demnach vollkommen flach und weist keine Vorsprünge oder Erhebungen auf. Es wurde gefunden, daß die vollkommen glatte Oberfläche des er indungsgemäßen Bodens ein besseres und zufriedenstellenderes Itiomungsbild ergibt und sie kann, falls erforderlich, ^hd

_Dere?nXgsgemäße Boden 10 kann so hergestellt werden, daß die einzelnen Metallteile zusammengesetzt werden die Gaseinlaßleitung 15 an der Stutzpia te 18, Jer Lochstöpsel 21 am unteren Ende der Gase.nlaßle,-tung 15 die Rohre 22 am Kasten der Abscheidekammer ,7 Llelötet werden und der Kasten an der Oberseite der'Gasauslaßleitung 15 befestigt wird u.e emspre- ^ chende Menge Beton wird dann auf die Stutzplatte um die Metallteile und Stäbe für Aussparungen von Durchlaßleitungen gegossen.

Die Arbeitsweise des erfindungsgcmäßen Bodens für einen Wirbelschichtreaklor wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht.

Beispiel

In einem mit einem erfindungsgemäßen Boden ausgestatteten Wirbelschichtreaktor wurde Rutil chloriert. Unterhalb des Bodens befand sich ein Einlaß für das Chlorgas und an seinem Oberteil war ein Einlaß zum Einführen der festen Reaktionsteilnehmer vorgesehen. Eine Auslaßleitung führte vom oberen Teil des Wirbelschichtreaktors zu einem Zyklonenscheider und die gasförmigen Reaktionsprodukte einschließlich Titantetrachlorid wurden aus dem oberen Teil dieses Zyklonenscheiders abgeführt. Mitgenommene Feststoffe, die von den gasförmigen Reaktionsprodukten abgetrennt worden waren, wurden vom unteren Teil des Zyklonenscheiders über eine Umlaufleitung entfernt, die diese abgetrennten Fesistoffteilchen zum Wirbelschichtreaktor zurückführte. In der Umlaufleitung war eine Membran eingesetzt, deren Querschnitt ¹Ai bis Vioo, vorzugsweise V₄ des Gasauslasses vom Wirbelschichtreaktor betrug und im wesentlichen die Gefahr des Verstopfens der Umlaufleitung ausschaltete.

Der Wirbelschichtreaktor war zylindrisch und wies einen Durchmesser von 1400 mm und eine Höhe von 2200 mm auf. jede Höhe zwischen 1400 bis 2200 mm erwies sich als zufriedenstellend. Es wurde ein Boden 10 eingesetzt, der aus hitzebeständigem Beton bestand und 460 mm dick war. Der untere Bereich des Bodens war mit einunddreißig (31) Gaseinlaßleitungen 15 aus rostfreiem Stahl versehen, von denen jede einen Durchmesser von 26 mm hatte. Eine Gaseinlaßleiuing 15 führte zu einer Abscheidekammer 17, die von einem Zylinder aus rostfreiem Stahl umgeben war und einen Durchmesser von 80 mm und eine Höhe von 45 mm aufwies. Entsprechend hatte der Boden 10 auch einunddreißig (31) Abscheidekammern 17, von denen jede mit zwei Gasauslaßleitungen 16 aus rostfreiem Stahl versehen war, deren Durchmesser 8 mm betrug. Das untere Ende einer jeden Gaseinlaßleiiung 15 war mit einem Stöpsel 21 aus rostfreiem Stahl verschossen, dessen Loch einen Durchmesser von 6 mm hatte. Diese Ausführung sicherte eine gute Verteilung des Chlorgases.

Der Reaktor wurde mit einem Gemisch aus 70 :30 (Gewichtsmengen) Rutil (0.05-0,33 mm Teilchengröße) und Koks (0,3-5,0 mm Teilchengröße) beschickt. Die festen Reaktionsteilnehmer wurden durch Chlorgas überflutet und durchgewirbelt, das durch den Gaseinlaß 13, den Windkasten 14 und den Boden 10 in einer Durchsatzmenge von 1100 kg/Stunde (360Nm^J/hr 95 Vol.-% Chlor gemessen bei 0^cC und 760 mm Hg) bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 500-800 g/cm² eingeleitet wurde. Die Wirbelschicht wurde bei HOO⁰C betrieben und erzeugte Titantetrachlorid in einer Menge von 1380 kg/Stunde.

Als der Reaktor in Gang gebracht wurde, betrug der gesamte Druckabfall durch den Reaktor 36 cm Hg, der Druckabfall durch die Wirbelschicht 13 cm und durch den Boden 23 cm. Dieser Druckabfall stieg während der ersten 3 Wochen des Betriebes an, bis er einen Gesamtabfall von 59 cm erreicht hatte. In diesem Stadium war der Druckabfall durch die Wirbelschicht 22 crn und durch den Roden 37 cm. Der Druckabfall stabilisierte sich selbst nach 3 Wochen kontinuierlichen Betriebs bei einem Gesamtwert von 59 cm Hg und blieb auf dieser Höhe für die restlichen 5 Monate, während

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der Betrieb kontinuierlich fortgesetzt wurde. Der anfängliche Anstieg des Druckabfalls beeinträchtigte die Produktionsrate an TiCU nicht, die im wesentlichen bei 1380 kg/Stunde über die gesamte 5-monatige kontinuierliche Betriebsdauer im wesentlichen konstant blieb.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Boden für Wirbelschichtreaktoren mit Einlaßleitungen und mit diesen kommunizierenden, jedoch zu diesen versetzt angeordneten Auslaßleitungen für das gasförmige Behandlungs- und/oder Wirbelmedium, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von im mittleren Bereich der Wirbelbodenebene (10) angeordneter Abscheidekammern (17) von rundem oder rechteckigem Querschnitt mit mittig angeordneten Gaseinlaßleitungen (15), die oberhalb der unteren Begrenzung der Abscheidekammern (17) unter Ausbildung einer Sammelzone (20) münden, sowie durch versetzt zu diesen Einlaßleitungen (15) angeordnete, jedoch zu diesen gleichgerichteten, mit Abstand zur oberen Begrenzung der Abscheidekammern (17) in diesen Kammern beginnende und in der flachen oberen Ebene des Bodens mündende Gasauslaßleitungen (16).