DE2134755C2 - Wirbelschichtvorrichtung zur Durchführung einer endothermen Reaktion zwischen einem körnigen Feststoff und einem Reaktionsgas bei erhöhten Temperaturen - Google Patents

Wirbelschichtvorrichtung zur Durchführung einer endothermen Reaktion zwischen einem körnigen Feststoff und einem Reaktionsgas bei erhöhten Temperaturen

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DE2134755C2
DE2134755C2 DE2134755A DE2134755A DE2134755C2 DE 2134755 C2 DE2134755 C2 DE 2134755C2 DE 2134755 A DE2134755 A DE 2134755A DE 2134755 A DE2134755 A DE 2134755A DE 2134755 C2 DE2134755 C2 DE 2134755C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelschichtvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung zur Durchführung einer endothermen Reaktion zwischen einem körnigen Feststoff und einem Reaktionsgas bei erhöhten Temperaturen.
Es sind Verfahren zur Durchführung endothermer Reaktionen zwischen körnigen Feststoffen und Gasen bei hohen Temperaturen bekannt, wobei die Feststoffe durch die Reaktionsgase in einen Wirbelzustand versetzt werden, und zwar zur Herstellung von Wasserstoff durch Reduktion von Wasserdampf mit einem dampfreduzierenden, metallhaltigen, körnigen Feststoff im Wirbelbett, welcher zur Lieferung der erforderlichen Wärme vorher aufgeheizt wird (DE-AS 1231 219) bzw. zur Erzeugung von kohlenmonoxyd- und wasserstoffreichen Reduktionsgas durch Vergasung von Kohlenwasserstoffen, welche in einer Wirbelschicht aus feinkörnigen Feststoffen unter Bildung von Wasserstoff und Koks gespalten werden, der sich aus dem Festste^ ablagert und durch ein sauerstoffhaltiges Gas zu Kohlenmonoxyd oxydiert wird, wobei die bei dieser Oxydation anfallende Wärme beim Spalten ausgenutzt wird und das sauerstoffhaltige Gas sowie die Kohlenwasserstoffe vorgewärmt werden können (DE-AS 12 55 642) bzw. zur Py1-OIySe oder zum Cracken von Kohlenwasserstoffen unter Gewinnung von Koks und eines im wesentlichen aus Wasserstoff bestehenden Reduktionsgases durch Berührung mit kohlenstoffhaltigen, körnigen Feststoffen im Wirbelbett, wobei in zwei Zonen unterschiedlicher Temperaturen gearbeitet und der Feststoff von der Zone höherer Temperaturen in die Zone niedrigerer Temperatur übergeführt sowie dazwischen zur Lieferung der erforderlichen Wärme erhitzt wird (FR-PS 15 52 807).
Auch ist es beim katalytischen Reformieren von Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Wasserdampf zur Erzeugung eines brechbaren Gases bestehend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd bekannt, eine massive, stationäre Katalysatorschicht zu verwenden, weiche abwechselnd mit einem Heizgas einerseits und dem Kohlenwasserstoff sowie Wasserdampf andererseits beaufschlagt wird, wobei zur Erzeugung der für die Reaktion erforderliche Wärme zusätzlich eine Oxydation sowie anschließende Reduktion des Katalysatormaterials mit einem sauerstoffhaltigen Gas bzw. einem Reduktionsgas, welches dabei verbrannt wird, erfolgen kann (US-PS 27 59 805). Ebenso gehört es bei der Erzeugung von Wassergas zum Stande der Technik, einen flüssigen Kohlenwasserstoff und Wasserdampf in eine mit heißem Kalk gefüllte Kammer einzuführen und das anfal- !ende Gas bestehend aus Wasserstoff und Kohicndioxyd in eine mit heißem Anthrazit gefüllte Kammer einzuführen, um das Kohlendioxyd in Kohlenmonoxyd umzuwandeln, wobei der Anthrazit und der Kalk vorher dadurch erhitzt werden, daß die Anthrazitkammer mit dem Kohlenwasserstoff verbrannt wird und die heißen Abgase der Anthrazitkammer durch die Kalkkammer hindurchgeführt werden (DE-PS 29 220).
Bekannt sind ferner periodisch betriebene Wärmeaustauscher (Regeneratoren) mit wärmespeichernden Massen, welche insbesondere zam Wärmeaustausch zwischen Gasen eingesetzt werden, wobei die wärmespeichernden Massen abwechselnd mit dem wärmeliefernden und dem wärmeaufnehmenden Gas beaufschlagt werden (Ullmann's Enzyclopädie der technisehen Chemie, 1951. Band 1 Seiten 275 bis 277). Solche Regeneratoren werden auch bei der Durchführung endothermer katalytischer Reaktionen eingesetzt, wobei mehrere Regeneratoren vorgesehen werden und die Durchströ; !richtung derselben periodisch umgekehrt wird (DE-PS 5 58 745,9 21 263).
Wirbelschichtvorrichtungen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung sind auch bekannt (GB-PS 8 66 481). Dabei sind die senkrecht feststehenden feuerfesten Einbauten innerhalb der Wirbelschicht zum Wärmeaustausch von den Rohren eines Wärmeaustauschers gebildet, welcher zur Erwärmung der Wirbelschicht von einem heißen Strömungsmittel durchströmt wird. Die Zone, in welcher sich die Wirbel-
schicht bildet, ist durch senkrechte Platten in eine Vielzahl paralleler Abteile aufgeteilt, entlang welchen sich die Rohre des Wärmeaustauschers erstrecken, wobei die Rohre durch diese Platten miteinander verbunden sein können. Die Rohre und die Platten müssen aus einem Material möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen. Wenn die Rohre und Platten aus Metall bestehen, können daher solche Wirbelschichtvorrichtungen nachteiligerweise insbesondere dann nicht verwendet werden, wenn mit einem korrosiven Strömungsmittel, beispielsweise den Abgasen der Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe, geheizt werden soll, oder wenn eine endotherme Reaktion durchgeführt werden soll, bei welcher die Reaktionsteilnehmer und/oder die Reaktionsprodukte korrosiv sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelschichtvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zur Durchführung einer endothermen Reaktion zwischen einem körnigen Feststoff und einem Reaktionsgas bei erhöhten Temperaturen zu schaffen, bei welcher die geschilderten Nachteile vermieden sind und welche gegenüber metallangreifenden Stoffen unempfindlich ist, wobei weiterhin ein möglichst einfacher und kostengünstiger Aufbau und Betrieb gewährleistet sein sollen.
Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Wirbelschichtvorrichtung sind in den restlichen Patentansprüchen gekennzeichnet.
Die feuerfesten, wärmespeichernden Massen der erfindungsgemäßen Wirbelschichtvorrichtung werden abwechselnd mit den heißen Verbrennungsabgasen einerseits und mit dem körnigen Feststoff sowie dem Reaktionsgas andererseits beaufschlagt, um die zur Kompensation des mit der endothermen Reaktion verbundenen Wärmeverbrauchs erforderliche Wärmemenge zu speichern und auf eine Temperatur höher als die Reaktionstemperatur aufgeheizt zu werden bzw. die gespeicherte Wärme unter Aufrechterhaltung einer optimalen Temperatur während der Reaktion abzugeben, wobei der körnige Feststoff die feuerfesten, wärmespeichernden Massen unmittelbar berührt und in einer Wirbelschicht mit dem Reaktionsgas umgesetzt wird. Die Möglichkeit des Arbeitjns mit einer sogenanntem »stark expandierten« Wirbelschicht läßt den Einsatz von sehr feinkörnigem Feststoff zu. Auch kann der körnige Feststoff in einer Gasatmosphäre in der Schwebe gehalten werden, in weicher ein Überdruci. aufrechterhalten wird.
Die feuerfesten, wärmespeichernden Massen können dadurch eiwärmt werden, daß die Verbrennungsabgase hoher Temperatur durch die entleerte Wirbelschichtvorrichtung hindurchgeleitet werden, oder daß sie durch eine die feuerfesten, wärmespeichernden Massen umgebende Hilfswirbelschicht aus einem feinkörnigen, feuerfesten Material aufsteigend hindurchgeleitet werden, welches vor der Erwärmung der feuerfesten, wärmespeichernden Massen in die Wirbelschichtvorrichtung eingegeben und danach aus derselben wieder entfernt wird. Die Anwendung einer Hilfswirbelschicht ermöglicht insbesondere eine schnellere und gleichmäßigere Erwärmung der feuerfesten, wärmespeichernden Massen. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, für die Hilfswirbelschicht ein feinkörniges, feuerfestes Material zu verwenden, welches entschwefelnd wirkt.
Die heißen Verbrennif.igsabgase können dann, wenn bei der endothermen Reaktion brennbare Gase anfallen, durch Verbrennung derselben gewonnen werden.
Zu diesem Zweck können mindestens zwei Wirbelschichtvorrichtungen vorgesehen und so miteinander verbunden werden* daß die während der Durchführung der endothermen Reaktion in der einen Wirbelschichtvorrichtung erzeugten brennbaren Gase verbrannt werden können, um mit den Abgasen dieser Verbrennung die feuerfesten, wärmespeichernden Massen der anderen Wirbelschichtvorrichtung zum Aufheizen derselben zu beaufschlagen, und umgekehrt.
ίο Bezüglich Gestalt Abmessungen, Anordnung und Material der feuerfesten, wärmespeichernden Massen spielen die Dauer der endothermen Reaktion und der Erwärmung der feuerfesten, wärmespeichernden Massen in der Wirbelvorrichtung, der Umstand, daß zwisehen Reaktion und Erwärmung möglichst geringe thermische Änderungen stattfinden sollen, das Wärmespeichervermögen, die Wärmeleitfähigkeit, die Feuerfestigkeit und das Haften von Schlacken eine Rolle. Bei der Materialauswahl für die feuerfesten, wärmespeichernden Massen ist weiterhin zu berücksichtigen, ob mit geschmolzener oder mit nicht geschmolzener Asche gearbeitet werden soll. Die Verwendung von Platten aus Siliziumkarbid als feuerfeste, wärmespeichernde Massen hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Die erfindungsgemäße Wirbelschichtvorrichtung eignet sich insbesondere zur Herstellung von Aktivkohle oder von wasserstoff- sowie kohlenmonoxydreichem Gas für Synthesezwecke durch partielle bzw. vollständige Vergasung eines kohlenstoffhaltigen körnigen Fest-Stoffs unter Verwendung von Wasserdampf hoher Temperatur als Reaktionsgas, wobei eine beträchtliche Wärmemenge von außen zugeführt werden muß. Da diskontinuierlich gearbeitet v/ird, nämlich in der Wirbelschichtvorrichtung immer nur eine bestimmte Charge körnigen Feststoffs behandelt wird, ist eine Vermischung der Reaktionsteilnehmer mit den Reaktionsprodukten, wie bei einem kontinuierlichen Arbeiten der Fall, nicht möglich, was einer erhöhten Ausbeute zugute kommt. Zur Erzeugung des erforderlichen Wasserda npfs kann ein Kessel verwendet werden, welcher mittels der während der endothermen Reaktion in der Wirbelschichtvorrichtung erzeugten brennbaren Gase oder während der Erwärmung der feuerfesten, wärmespeichernden Massen aus der Wirbelscnichtvor/ichtung abgehenden Verbrennungsabgase beheizt wird.
Nachstehend sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wirbelschichtvorrichtung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt
F i g. 1 schematisch zwei Wirbelschichtvorrichtungen, in welchen abwechselnd eine endotherme Reaktion zwischen einem körnigen Feststoff und einem Reaktionsgas bei erhöhten Temperaturen durchgeführt wird;
F i g. 2 und 3 jeweils einen senkrechten Schnitt bzw. den Querschnitt erlang der Linie III-III ir. Fig. 2 durch zwei nebeneinander angeordnete, als eine Baueinhe;t ausgebildete Wirbelschicht vorrichtungen;
F i g. 4 und 5 jeweils einen senkrechten Schnitt bzw. den Querschnitt entlang der Linie V-V in Fig.4 durch zwei gesondert nebeneinander angeordnete Wirbel-Schichtvorrichtungen; und
F i g. 6 perspektivisch zwei weiterei, gesondert nebeneinander angeordnete Wirbelschichtvorrichtungen, von denen eine teilweise längsgeschnitten dargestellt ist.
Gemäß F i g. 1 sind zwei Wirbelschichtvorrichtungen A und B vorgesehen, Ein Teil des in der Wirbelschicht^ vorrichtung A periodisch produzierten, brennbaren Gases wird der Wirbelschichtvorrichtung B kopfseitig zugeführt, um diese durch Verbrennung wieder aufsuhei-
zen, wozu ihr Luft zugeführt wird. Die von der Verbrennung herrührenden Abgase werden aus der Wirbelschichtvorrichtung B fußseitig abgezogen und einem Abhitzekessel D zugeführt, welcher den für die Vergasung erforderlichen Dampf erzeugt. Es wird zyklisch umgeschaltet, so daß abwechselnd die Wirbelschichtvorrichtung A vergast, während die Wirbelschichtvorrichtung B wieder aufgeheizt wird, und umgekehrt die Wirbelschichtvorrichtung B vergast, während die Wirbelschichtvorrichtung A wieder erwärmt wird. Überschüssiges, bei der Vergasung entstehendes, brennbares Gas steht kopfseitig an der Wirbelschichtvorrichtung A bzw. ßzur Verfugung.
In Fig. 1 ist der Dampfweg vom Abhitzekessel Dzu den Wirbelschichtvorrichtungen A und B durch ausgezogene Linien, der Weg der in den Wirbelschichtvorrichtungen A und B erzeugten, brennbaren Gase durch gestrichelte Linien, der Weg der aus den Wirbelschicht-VGrricriiüiigen A und B abgezogenen Verbrerinungsabgase durch punktierte Linien und der Luftweg in jede Wirbelschichtvorrichtung A bzw. B durch strichpunktierte Linien wiedergegeben. Die in diesen Wegen vorgesehenen Ventile zur Steuerung der Dampfströme, der Ströme brennbarer Gase, der Verbrennungsabgasströme und der Luftströme sowie die Ventile zur Einspeisung und zum Abzug der in den Wirbelschichtvorrichtungen A und B zu behandelnden bzw. behandelten Materialien können automatisch gemäß einem vorgegebenen Programm betätigbar sein.
Gemäß Fig.2 ut.it 3 sind zwei identische Wirbelschichtvorrichtungen A und B vorgesehen, welche nebeneinander beiderseits einer Trennwand 22 angeordnet sind und eine einzige Baueinheit mit rechteckigem Querschnitt bilden. Jede Wirbelschichtvorrichtung A bzw. B weist im oberen Teil einen Satz paralleler, senkrechter Platten 1 bzw. 1' mit Zwischenräumen 6 bzw. 6' _ J3J5 platt*»« ι
fsEisishsncis
vorgang über eine Leitung 9 bzw. 9' in aufgewirbeltem Zustand zugeführt werden. Nach der Vergasung bzw. am Schluß des Vergasungsvorganges werden die Stoffe ebenfalls in aufgewirbeltem Zustand über die Leitung 8 bzw. 8' abgezogen. Überschüssiges brennbares Gas wird bei jeder Vergasung bzw. jedem Vergasungsvorgang über eine Leitung 10 bzw. 10' aus der Wirbclschichtvorrichtung/4 bzw. Babgezogen.
Bei Inbetriebnahme der Wirbelschichtvorrichtungcn A und B werden diese gleichzeitig und leer mittels Gasoder Heizölbrenner 11 und 11' bis auf Betriebstemperatur erwärmt. Deren Verbrennungsabgase durchströmen die feuerfesten, wärmespeichernden Massen 1,4, Γ, 4' von oben nach unten, um dann über die Leitungen 12 und 12' abzugehen. Sobald in den Wirbelschichtvorrichtungen A und B die gewünschte Betriebstemperatur erreicht ist, werden die Brenner 11 und 11' stillgcset/t und die Wirbelschichtvorrichtungen A und ßzyklisch auf die u-..-~l...:~u-.—.. α-» ,.~Λ Vi/..:..-. u-.*-:~u~~ .1.. „u...n..u ucaLlllicucilt γλι ι uiiu rtttat uttiiLt/tu, atai/ aunt«.ir selnd mit eingeblasenen kohlenstoffhaltigen Stoffen über die Leitung 9 bzw. 9' und mit Dampf beschickt, welcher fußseitig über die Leitung 5 bzw. 5' während der gesamten Dauer des jeweiligen Vergasungsvorganges eingeblasen wird.
Gemäß Fig.4 und 5 sind zwei gesonderte, jedoch identische Wirbelschichtvorrichtungen A und B mit jeweils rechteckigem Querschnitt vorgesehen. Jede WirbelschichliOrrichtung A bzw. B weist im oberen Teil einen Satz paralleler, senkrechter Platten I bzw. Γ aus feuerfestem, wärmespeicherndem Material mit Zwischenräumen 6 bzw. 6' auf. Unterhalb davon ist ein zweiter Sat7 paralleler, senkrechter Platten 4 bzw. 4' aus feuerfestem, wärmespeicherndem Material mit Zwischenräumen 40 bzw. 40' angeordnet. Der obere Satz von Platten 1 bzw. Γ ist während der Vergasung bzw. des Vergasungsvorganges in die Wirbelschicht 3 der
I ! i Wib!
wärmespeichernde Massen und sind oberhalb eines Gitters 2 bzw. 2' angeordnet, auf welchem die Wirbelschicht 3 in der Wirbelschichtvorrichtung A bzw. diejenige in der Wirbelschichtvorrichtung B ruht, welche so in unmittelbarer Berührung mit den Massen steht. Im unteren Teil unterhalb des Gitters 2 bzw. 2' sind in jeder Wirbelschichtvorrichtung A bzw. B weiterere feuerfeste, wärmespeichernde Massen 4 bzw. 4' vorgesehen, weiche von Steinen gebildet sind, und der Überhitzung des von einem nicht dargestellten Kessel kommenden, fußseitig über eine Leitung 5 bzw. 5' eingeblasenen Dampfes auf hohe Temperaturen dienen.
Das in der jeweils vergasenden, mit Dampf beaufschlagten Wirbelsciiichtvorrichtung A bzw. B freigesetzte, brennbare Gas steigt über die Trennwand 22 und tritt in die anschließende Wirbelschichtvonrichtung B bzw. A ein, aus welcher zuvor über eine Leitung 8' bzw. 8 beispielsweise Aktivkohle entleert worden ist. Das brennbare Gas verbrennt in der Wirbelschichtvorrichtung B bzw. A in Berührung mit Luft, welche über eine Leitung 7' bzw. 7 eingeführt wird. Die Verbrennungsabgase hoher Temperatur durchströmen die feuerfesten, wärmespeichernden Massen 1' und 4' bzw. 1 und 4 der Wirbelschichtvorrichtung B bzw. A, welche so wieder auf hohe Temperatur erwärmt werden, um dann über eine Leitung 12' bzw. 12 abgezogen und beispielsweise zur Beheizung eines Abhitzekessels verwendet zu werden.
Die Wirbelschichtvorrichtungen A und B werden abwechselnd mit kohlenstoffhaltigen Stoffen beschickt, welche vor jeder Vergasung bzw. jedem Vergasungsschichtvorriehtung B eingetaucht, welche auf einem Gitter 2 bzw. 2' ruht, das von den oberen Teilen der unteren Platten 4 bzw. 4' gebildet ist. Die unteren Platten 4 bzw. 4' sind jeweils am oberen Teil verbreitert und so ausgebildet, daß sie als Gitterstäbe wirken, wie aus Fig.4 besonders deutlich ersichtlich.
Wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 und 3 wirken die unteren Platten 4 bzw. 4' als Cowper zur Überhitzung desjenigen Dampfes, welcher über die Leitung 5 bzw. 5' der Wirbelschichtvorrichtung A bzw. B fußseitig zugeführt wird. Wenn die Wirbelschichtvorrichtung A vergasend arbeitet, dann wird das darin erzeugte brennbare Gas über eine Leitung 13 einem Zyklon 18 zugeführt, um von dort nach Entstaubung teilweise über eine Leitung 14' zu der wiederzuerwärmcnden Wirbelschichtvorrichtung B zu gelangen. Überschüssiges brennbares Gas wird über die Leitung 10 abgezogen. Das der Wirbelschichtvorrichtung B zugeführte brennbare Gas wird in deren unterem Teil unter Zufuhr von Luft über die Leitung T verbrannt Die Verbrennungsabgase werden kopfseitig über die Leitung 12' abgezogen und gelangen beispielsweise zu einem Abhitzekessel. Der im Zyklon 18 gesammelte Flugslaub wird diesem fußseitig über eine Leitung 23 entnommen.
Wird bei der Wiedererwärmung der einen bzw. der
anderen Wirbelschichtvorrichtung A bzw. B gemäß Fig.4 und 5 eine Hilfswirbelschichl aus feinkörnigen
&5 feuerfesten Stoffen verwendet, dann ist keine weitere Abwandlung erforderlich, als lediglich die zusätzliche Anordnung eines von einem Speicher kommenden Speise- und Abzugskreises für die feinkörnigen feuerfesten
7 8
Stoffe. Da dieser Leitungskreis demjenigen für die kör- durch der jeweiligen Wirbelschichtvorrichtung A bzw.
nigcn kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffe bzw. für die B fußseitig entnommen werden, daß man die Dampfzu-
Aktivkohle in allen Punkten ähnelt, ist er in den F ig, 4 fuhr Sperrt.
und 5 nicht dargestellt. Da die Abgase der Verbrennung Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 weist die
zur Wiedererwärmung in den Wirbelsehichtvorrichtun- 5 Wirbelschicht 3 in der Wirbelschichivorrichluhg A bzw.
gen A und B jeweils von unten nach oben strömen, ist B keine definierte freie Grenzfläche auf, da es sich um
die Anwendung einer Hilfswirbelschicht jeweils ohne eine »stark expandierte« Wirbelschicht handelt, d. h, ei-
wciteres.iiiöglich. ne solche mit großer Turbulenz. Sie erstreckt sich daher
Die Wirbelschichtvorrichtungen A und B werden ab- durch eine Leitung 17 bzw. 17' hindurch bis zu einem
wechselnd über die Leitung 9 bzw. 9' zu Beginn jedes ιό oberhalb der jeweils gerade vergasenden Wirbel- ™
Vergasungsvorganges mit aufgewirbeltem Ausgangs- schichtvorrichtung A bzw. B angeordneten Zyklon 16
material beschickt. Desgleichen wird Aktivkohle oder bzw. 16'. In diesem Zyklon werden die Gase von den
dergleichen am Schluß des Vergasungsvorganges über Feststoffteilchen getrennt. Letztere fallen aufgrund ih-
die Leitung 8 bzw. 8' in aufgewirbeltem Zustand abge- rer Dichte bis auf den Boden des Bettes, und zwar durch
zogen. 15 ein Rohr 15 bzw. 15' und einen Kanal 20, welcher im
Die Wirbelschichtvorrichtungen A und B werden bei Block 1 vorgesehen ist. Die im Zyklon 16 bzw. 16' geInbetriebnahme zunächst leer mittels eines Brenners 11 sammelten Gase werden kopfseitig über eine Leitung 19 bzw. IΓ auf Betriebstemperatur gebracht. Sobald diese bzw. 19' abgezogen und einem weiteren Zyklon 18 zuerreicht ist und die wirbeischichtvorrichiungen A und B geführt, in weichem eine zusätzliche, verstärkte Entabwechselnd vergasend arbeiten, sind sie thermisch 20 staubung stattfindet. Überschüssiges brennbares Gas selbständig und liefern sie sogar einen Überschuß an wird über die Leitung 10 abgezogen, während die zur brennbarem Gas, welches über die Leitung 10 abgeht. Wiedererwärmung der jeweils wiederzuerwärmenden
Gemäß F i g. 6 sind zwei gesonderte, jedoch identi- Wirbelschichtvorrichtung B bzw. A erforderliche Gassche, zylindrische Wirbelschichtvorrichtungen A und B menge derselben kopfseitig über die Leitung 14' bzw. 14 vorgesehen, welche jeweils im oberen Teil einen zylin- 25 zugeführt wird. Das brennbare Gas verbrennt dort bei | drischen Block 1 aus feuerfestem, wärmespeicherndem Berührung mit der Luft, weiche über die Leitung T bzw. I Material aufweisen, der vollständig von mehreren senk- 7 zuströmt. Die Verbrennungsabgase werden aus der rechten, zueinander parallelen Bohrungen 6" durchsetzt Wirbelschichtvorrichtung B bzw. A über die Leitung 12' | ist, welche zur Aufnahme der körnigen, kohlenstoffhalti- bzw. 12 abgezogen, um beispielsweise zu einem Abhit- \ | gen Stoffe dienen, die beispielsweise mit großem 30 zekessel zu gelangen. Der sehr feine, im Zyklon 18 anfal-Dampfüurchsatz in einer sogenannten »stark expan- lende Flugstaub wird über die Leitung 23 entnommen, dierten« Wirbelschicht 3 gehalten werden. Diese ruht Abwandlungen der geschilderten Ausführungsform auf einem Gitter 2, das von der oberen Fläche eines- sind möglich. Beispielsweise können die Dampfüberhitzweiten Blockes 4 gebildet wird, welcher im unteren zer vom Cowper-Typ statt unterhalb auch seitlich von | Teil der jeweiligen Wirbelschichtvorrichtung A bzw. B 35 den Reaktoren angeordnet oder ganz weggelassen wer- | angeordnet ist und mehrere senkrechte, zueinander par- den. Auch können Cowper dazu verwendet werden, die
sind am oberen Ende jeweils verengt, um die Strö-
mungsgeschwindigkeit des über die Leitung 5 bzw. 5' Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
zugeführten Dampfes zu erhöhen und so jedes Absin- 40
ken der körnigen Stoffe aus der Wirbelschicht 3 zu verhindern.
Das so gebildete Gitter 2 stützt die »stark expandierte« Wirbelschicht 3, da Dampf während der gesamten
Dauer des Vergasungsvorganges eingeblasen wird. Dies 45
ist jedoch nicht der Fall während des Wiedererwärmungsvorganges, da nach Abzug der Wirbelschicht 3
die Strömungsrichtungen umgekehrt werden. Beim
Wiedererwärmungsvorgang tragen die Gase hoher
Temperatur, weiche nach unten gerichtet sind, im Ge- 50
genteil dazu bei, daß durch die Bohrungen 40" des unteren Blockes 4, weiche am oberen Ende jeweils nur geringfügig verengt sind, feste oder geschmolzene Ascherückstände mitgenommen werden, weiche sich gegebenenfalls auf der oberen Fläche vom unteren Block 4 in 55
der Wirbelschichtvorrichtung A bzw. B abgelagert haben.
Bei einer nicht dargestellten, weiteren Ausführungsform kann der untere, zylindrische Block 4 aus feuerfestem Material in jeder Wirbelschichtvorrichtung A bzw. 60
B fehlen. Um dann die Wirbelschicht 3 im oberen zylindrischen Block 1 aus feuerfestem Material zu halten,
werden dessen Bohrungen 6" jeweils am unteren Ende
derart verengt ausgebildet, daß die Mündungsöffnung
zwar den am Boden der Wirbelschicht 3 eingeführten 65
Dampf durchläßt, nicht jedoch die schwebenden Stoffkörner der Wirbelschicht 3. Die Aktivkohle oder dergleichen kann bei dieser Ausführungsform einfach da-

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Wirbelschichtvorrichtung zur Durchführung einer endothermen Reaktion zwischen einem körnigen Feststoff und einem Reaktionsgas bei erhöhten Temperaturen, mit einem gasdurchlässigen Gitter für die Wirbelschicht, einer unterhalb dieses Gitters vorgesehenen Gaszuleitung sowie senkrecht feststehenden feuerfesten Einbauten innerhalb der Wirbelschicht zum Wärmeaustausch, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten aus wärmespeichemden Massen (1; V) bestehen und Einrichtungen zum diskontinuierlichen Beaufschlagen der wärmespeichernden Massen (1; 1') mit heißen Verbrennungsabgasen vorgesehen sind.
2. Wirbelschichtvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine plattenförmige Ausbildung der wärmespeichernden Massen (1; V).
3. Wirbelsriiichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmespeichernden Massen (1; t') in Anpassung an den Reaktorquerschnitt einen Block mit mehreren senkrechten, durchgehenden Bohrungen (6") bilden.
4. Wirbelschichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des gasdurchlässigen Gitters (2; 2') weitere wärmespeichernde Massen (4; 4') angeordnet sind.
5. Wirbelschichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum diskontinuierlichen Beaufschlagen der wärmespeichernden Massen (1; V) zusäi-Jiche Einrichtungen zum Zuführen und Abfüh-en feinkörniger, feuerfester Materie in die Wirbelschichtt Λ heißen Verbrennungsabgasen vorgesehen sind.
6. Wirbelschichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Bohrungen (6") zur Ausbildung des gasdurchlässigen Gitters (2,2') jeweils am unteren Ende verengt sind.
7. Wirbelschichtvorrichtung nach den Ansprüche 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren wärmespeichernden Massen (4; 4') von senkrechten, parallelen Platten gebildet sind, welche zur Ausbildung des gasdurchlässigen Gitters (2; 2') jeweils am oberen Ende verbreitert sind.
8. Wirbelschichtvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren wärmespeichernden Massen (4; 4') von einem Block mit einem dem Reaktorquerschnitt entsprechenden Querschnitt und mit mehreren senkrechten, durchgehenden Bohrungen (40") gebildet sind, welche zur Ausbildung des gasdurchlässigen Gitters (2; 2') jeweils am oberen Ende verengt sind.
DE2134755A 1970-08-14 1971-07-12 Wirbelschichtvorrichtung zur Durchführung einer endothermen Reaktion zwischen einem körnigen Feststoff und einem Reaktionsgas bei erhöhten Temperaturen Expired DE2134755C2 (de)

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DE2134755A1 DE2134755A1 (de) 1972-02-17
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