DE2333537A1 - Verfahren und vorrichtung zur einspeisung von feinverteilten feststoffen in ein druckgassystem - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur einspeisung von feinverteilten feststoffen in ein druckgassystem

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Description

PATENTANWÄLTE HENKEL— KERN — FEILER — KANZEL— MÜLLER
DR. PHIL. DIPL.-ING. DR. RER. NAT. DIPL.-ING. DIPL.-ING.
tf.lex: es 29 802 HNKL D EDUARD-SCHMID-STRASSE 2 bayerische Hypotheken- und
TELT-FON: (08 11) 66 31 97, 66 30 91-92 o/inn i//lvr.ir,i r. η WECHSELBANK MÜNCHEN NR. 3ig- 85 Hi TELEGRAMMIi: LLLlPSOID MÖNCHEN ' JJ-öOOO MUNCHbN 90 POSTSCHECK: MCHN 1621 47 —«09
Γ Π
Wilburn C. Schroeder
College Park, Maryland 20740, Zo O OO O/
U.S.A.
UNSER ZEICHEN: MÜNCHEN, DEN 2 . Juli 1973
H-FT: erf a^? en un£ Vorrichtung zur Einspeisung von feinverteilten Peststoffen in ein Druckgassystem"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einspeisung von feinverteilten oder pulverisierten Feststoffen in ein Druckgas- öder Druckgas-Flüssigkeit-Feststoffsystem und eignet sich besonders für die Verwendung bei Systemen, die mit einem Druck von mehr als etwa 35,2 atü . arbeiten.
Die Notwendigkeit für spezielle Verfahren und Vorrichtungen zum Einspeisen von feinverteilten Feststoffen in Hochdrucksysteme ergibt sich z.B. bei der Einspeisung von pulverisierter Kohle mit Wasserstoff in Hydriersysteme, die mit Drücken von 35,2 - 422 atü " arbeiten, bei der Einspeisung von Katalysatoren mit Reaktionsgas in katalytische Reaktoren, bei der Einspeisung von pulverisierten Brennstoffen mit Primärluft in Hochdruck-Verbrennungsprozesse und dgl.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Einspeisung von feinverteilten Feststoffen in Hochdruckzonen angewandt worden. Dabei wurden unter demselben Druck wie das System stehende Fülltrichter verwendet, wobei die feinverteilten Peststoffe unter Schwerkrafteinfluß in das System eingeführt wurden. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, einen geschlossenen Fülltrichter zu verwenden, in welchem die feinverteilten
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Feststoffe durch ein Gas mit höherem als dem im System herrschenden Druck fließfähig gemacht v/erden. Der Fülltrichter wird in das System entleert, indem die feinverteilten Feststoffe über ein am Fülltrichter-Boden vorgesehenes Rohr abgeüasen werden. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch zahlreichen schwerwiegenden Nachteilen unterworfen. So muß z»-B. bei leerem Fülltrichter das seinen gesainten Raum einnehmende Hochdruckgas abgelassen werden, bevor der Fülltrichter wieder beschickt werden kann, was einen Energieverlust und eine Vergeudung an Gas mit sich bringt. Zudem schwankt dabei häufig das Druckgefälle zwischen dem Fülltrichter und dem System, so daß die Kengenregulierung der feinverteilten Feststoffe, die in das System ausgetragen v/erden sollen, sehr schwierig ist.
Ein anderes Verfahren zur Einspeisung von feinverteilten Feststoffen in ein Drucksystem besteht darin, die feinverteilten Feststoffe mit einer Flüssigkeit zu vermischen bzw. aufzuschlämmen und diesen Schlamm in das Drucksystem einzupumpen. Dies wirft jedoch ernsthafte Probleme bezüglich zweckmäßiger Pumpenventile zur Handhabung der Schlämme aus Feststoffen und Flüssigkeit sowie Schwierigkeiten bezüglich Verschleiß und Korrosion infolge der die Hochdruckpumpen durchströmenden Feststoffe auf. Außerdem wird dabei möglicherweise eine Flüssigkeit in das System eingeführt, die ansonsten unnötig oder sogar unerwünscht wäre.
Speise- oder Fördervorrichtungen, welche diese Probleme lösen sollen, sind in den US-PSen 3 001 652 und 3 093 420 beschrieben. Diese Vorrichtungen werfen aber Reibungs- und Abdichtungsprobleme infolge der beweglichen Te^6 *n ^en Einspeisekammern auf.
Erfindungsgemäß werden dagegen feinverteilte Feststoffe in einen Fülltrichter eingebracht, wobei der Fülltrichter nach dem Beschicken mit den Feststoffen verschlossen und mit Gas von einem benachbarten Hochdrucksystem druckgasbelüftet wird. Die feinverteilten Feststoffe, die unter einem zumindest dem im Hochdrucksystem herrschenden Druck entsprechenden Gasdruck
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stehen, werden dann vom Fülltrichter aus in dieses System eingespeist, bis der Fülltrichter geleert ist. Da"bei sind Rxak Einrichtungen vorgesehen, um die Feststoffe im Fülltrichter mittels des Gases umzuwälzen und den Gasdruck über den im benachbarten Hochdrucksystem herrschenden D^uck hinaus zu erhöhen. Wenn die Feststoffe aus dem Fülltrichter ausgetragen worden sind, wird das in ihm verbleibende Gas durch Einpumpen von Flüssigkeit in den·Fülltrichter zwecks Verdrängung des Gases in das Hochdrucksystem zurückgedrängt, worauf die Verbindung zwischen dem Fülltrichter und dem Hochdrucksystem geschlossen, die Flüssigkeit aus dem Fülltrichter entfernt und der Fülltrichter erneut mit feinverteilten Feststoffen gefüllt und mit Gas aus dem Drucksystem unter Druck gesetzt wird. Um dem Hochdrucksystem einen ununterbrochenen Feststoffstrom zuzuführen, können mehrere Fülltrichter vorgesehen sein. Dabei treten kein Gasverlust aus dem Fülltrichter und kein Energieverlust infolge der Ausdehnung und Wiederunterdrucksetzung des Gases im Fülltrichter auf, und es sind .keine mit den eingespeisten Feststoffen in Berührung stehenden beweglichen Teile vorhanden.
Der Erfindung liegt damit in erster Linie die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Zufuhr bzw. Einspeisung von feinverteilten Feststoffen in ein Hochdrucksystem zu schaffen.
Die Erfindung bezweckt somit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Verwendung von Gas von einem Hochdrucksystem zur Erzeugung eines Anfangsdrucks in einem die feinverteilten Feststoffe enthaltenden Fülltrichter und zur Aufrechterhaltung dieses Drucks, während die Feststoffe aus dem Fülltrichter in das Dj-ucksystem strömen.
Dabei soll eine Einrichtung zur Änderung des Gasdrucks in dem die feinverteilten Feststoffe enthaltenden, an ein Druckgassysten angeschlossenen Fülltrichter bei der Verwendung des Gases aus dieaem System vorgesehen sein.
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Außerdem soll dabei das Gas aus dem druckgasbelüfteten Fülltrichter ohne Gasdruckverlust aus dem D-rUcksystem entnommen werden können.
Mit der Erfindung wird weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einspeisung von feinverteilten Peststoffen in ein unter D-rUCk stehendes System aus einem druckgasbelüfteten Fülltrichter und zur Rückgewinnung des Gases aus dem Fülltrichter geschaffen, wenn letzterer von den feinverteilten Feststoffen entleert ist. Dabei wird dafür gesorgt, daß sich das Gas im Fülltrichter nicht entspannen kann, wodurch der Energiebedarf für die Rückführung des Gases in das Drucksystem vermindert v/ird.
Zudem sollen dieses Verfahren und diese Vorrichtung die Rückführung von Gas aus dem druckgasbelüfteten Fülltrichter, wenn dieser von den Feststoffen entleert worden ist, in ein Drucksystem ermöglichen, wobei ein Mindestmaß an Energie benötigt wird und Gas- oder Druckverluste vermieden werden.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine schematische Darstellung einer Einspeisevofrichtung und eines benachbarten Drucksystems zeigt.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist ein Fülltrichter 10 für feinverteilte Feststoffe vorgesehen, der an eine ventilgesteuerte Feststoff-Einlaßleitung 12, eine ventilgesteuerte Gas/Feststoff-Zufuhrleitung 26 sowie an eine ventilgesteuerte Einlaß- und Auslaßleitung 28 angeschlossen ist.
Der feinverteilte bzw. pulverisierte Feststoff wird über die Leitung 12 und ein Ventil 14 in den Fülltrichter 10 eingeführt, bis das Gut den bei 16 angedeuteten oberen Füllstand erreicht. Wahrend dieses Beschickungsvorgangs werden die in den Leitungen 24, 26 und 28 vorgesehenen Ventile 18, 20 bzw. 22 geschlossen.
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NnCh Abschluß der Beschickung wird das Ventil 14 geschlossen. Sodann wird das Ventil 18 geöffnet, um über die Leitung 24 und ein Ventil 30 Hochdruckgas von einer Leitung 32 aus zuzuführen, welche einem schematisch bei 34 angedeuteten Drucksystem unter Druck stehendes Gas zuliefert. Bei diesem Drucksystem kann es sich um ein Kohlehydriersystem, ein katalytisches Reaktorsystem o.dgl. handeln. Der Fülltrichter 10 wird dabei unter den vollen Systemdruck gesetzt. 77enn der Gasdruck im Fülltrichter 10 und im Drucksystem ausgeglichen ist, wird das Ventil 20 geöffnet, damit die Feststoffe aus dem Fülltrichter 10 über die Leitung 26 in die Leitung 32 und in das Drucksystem strömen können. Gewünschtenfalls kann das Ventil 20 zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit der Feststoffe aus dem Rilltrichter 10 benutzt werden. Ersichtlicherweise können aber auch andere Einrichtungen zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Durchsatzmenge an Gut vorgesehen sein, beispielsweise ein nicht dargestellter Schnecken- oder Sternradförderer in der Leitung 26.
Eine mit Ventilen 38 und 40 sowie einem Kompressor 42 versehene Umlaufleitung 36 ist vorgesehen, um das Gas von der Oberseite zur Unterseite des Fülltrichters 10 zirkulieren zu lassen und . dabei das Gut aufzulockern bzw. umzuwälzen, falls dies gewünscht wird. Normalerweise bewirkt der Kompressor 42 nur eine geringe oder gar keine zusätzliche Verdichtung des Gases.
Die Umwälzung der feinverteilten Feststoffe im Fülltrichter 10 · kann auch dadurch erfolgen, daß ein Teü des Gases oder das gesamte Gas, z.B. über die bei 44 angedeutete, wahlweise vorgesehene Leitung, nahe des unteren Endes des Fülltrichters 10 eingeführt wird. Bei Anwendung dieser Leitung kann auf den Umlaufkompressor 42 verzichtet werden.
Zur Begünstigung der Feststoffeinspeisung kann der Fülltrichter 10 auch auf einem höheren Druck als demjenigen des Drucksystems 34 gehalten werden, indem das Ventil 30 in der Leitung 24 geschlossen wird und die Ventile 46 und 48 in der den Kompressor 50 enthaltenden Umgehungsleitung geöffnet werden. Sodann kann der Kompressor 50 die erforderliche Druckerhöhung gewähr-
leisten. Wahlweise kann auch Gas vom Hochdrucksystem 34 über die Leitung 24 und die in dieser angeordneten Ventile in den Fülltrichter 10 eingeleitet werden, wenn dieser von den Feststoffen entleert wird.
Wenn das im Fülltrichter 10 enthaltene Gut vollständig ausgetragen worden ist, wird das Ventil 20 geschlossen. Nunmehr enthält der Fülltrichter 10 nur das Hochdruckgas. Sodann werden die Ventile 18 und 30 geöffnet, nachdem die Ventile 46 und 48 geschlossen worden sind, und die Ventile 38 und 40 zum Umlaufkompressor 42 werden ebenfalls geschlossen. Danach wird das Ventil 52 in der Flüssigkeit-Umlaufleitung 54 geschlossen. Die in die Leitung 28 eingeschaltete Flüssigkeitspumpe 56 wird in Betrieb gesetzt, wodurch Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 58 mit dem erforderlichen Druck durch das offene Ventil 22 in den Fülltrichter 10 hineingefördert wird, um das Gas über die Gasleitung 24 in das Drucksystem zurückzudrücken. Ersichtlicherweise erfolgt dieser Rückführzyklus in der Weise, daß das Gas mit Systemdruck in das Drucksystem zurück verdrängt wird. Dabei geht keine Energie dadurch verloren, daß sich das Gas ausdehnen kann und erneut verdichtet werden muß. Ebenso tritt auch kein Gasverlust aus dem System auf.
Für den genannten Zweck kann jede beliebige, pumpfähige Flüssigkeit für das Hydrauliksystem verwendet werden, z.B. V/asser oder öl. Im Hydrauliksystem ist ein Sieb 60 vorgesehen, das einen Eintritt von Feststoffen in die Flüssigkeitspumpe 56 verhindert.
Wenn die Gasaustreibung aus dem Fülltrichter 10 beendet ist, d.h. wenn die Flüssigkeit ungefähr den bei 16 angedeuteten Füllstand erreicht hat, wird die Flüssigkeitspumpe 56 abgestellt, das Ventil 18 geschlossen und das Ventil 52 geöffnet. Infolgedessen kann die Flüssigkeit aus dem Fülltrichter 10 in den Flüssigkeit-Vorratsbehälter 58 zurückfließen. Gewünschtenfalls kann zur Beschleunigung dieser Entleerung eine kleine Gasmenge aus dem.Hochdrucksystem 34 über die Ventile 18 und 30 in den Fülltrichter 10 zügelassen werden.
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Ersichtlicherweise wird die im System verwendete Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter herausgefördert und in ihn zurückge- ' führt. Hierdurch wird die Verwendung großer Flüssigkeitsmengen und der Austrag von Flüssigkeit, die Feststoffe enthalten kann, aus dem System vermieden»
Wenn die Flüssigkeit in den Vorratsbehälter 58 zurückgefördert
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x das Ventil 22 geschlossen. Wenn sich das Ventil 18
etwas geöffnet hat, wird es ebenfalls geschlossen. Sodann wird der Fülltrichter 10 durch Öffnen des Ventils 14 mit einer neuen Charge an feinverteilten Feststoffen beschickt. Anschließend wird das Ventil 14 geschlossen, und die Ventile 18 und 30 werden geöffnet, um den Fülltrichter 10 wieder mit dem Systemdruck zu beaufschlagen. Das Einspeisesystem ist sodann wiederum für die Einspeisung von feinverteilten Feststoffen in das Drucksystem 34 bereit.
Zur Gewährleistung eines ununterbrochenen FeststoffStroms zum Drucksystem können mindestens zwei Fülltrichter verwendet werden, die mit den erforderlichen Regel- und Fördereinrichtungen verbunden sind. Selbstverständlich können aber auch mehr als zwei Fülltrichter vorgesehen werden.
Selbstverständlich sind dem Fachmann weitere Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Erfindungsgemäß werden somit feinverteilte Feststoffe aus einem gasdruckbelüfteten Fülltrichter in ein Druckgässystera eingeführt, wobei das nach dem Austragen des Guts im Fülltrichter verbleibende Gas in das Drucksystem zurückgedrängt wird, indem Flüssigkeit zum Verdrängen des Gases in den Fülltrichter hineingepumpt wird. Sodann wird der Fülltrichter erneut mit dem Gut gefüllt und durch Gas aus dem Dpucksystem wieder unter D1-UCk gesetzt. Dabei sind entsprechende Einrichtungen zur Durchführung dieser Schritte vorgesehen. Hierbei tritt weder ein Verlust an Druckgas noch ein Energieverlust infolge einer Ausdehnung und Wiederverdichtung des Gases für den Fülltrichter auf.
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Claims (10)

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    Patentaneprüche
    \]J Verfahren zur Einspeisung von feinverteilten Feststoffen in ein Druckgassystem, dadurch gekennze ichn e t, daß zunächst ein Fülltrichter mit den feinverteilten Feststoffen beschickt wird, daß der Fülltrichter geschlossen wird, daß sodann Gas aus dem Druckgassyatem in den Fülltrichter eingeleitet wird, bis der im Fülltrichter herrschende Gasdruck zumindest praktisch dem Gasdruck im Druckgassystem entspricht, daß danach die feinverteilten Feststoffe aus dem Fülltrichter bis zu dessen völliger Entleerung in das Druckgassystem eingespeist v/erden, daß anschließend das im Fülltrichter verbleibende Gas durch Verdrängung desselben im Fülltrichter mittels einer Flüssigkeit in-das Druckgassystem zurückgedrückt wird, daß hierauf die Flüssigkeit aus dem Fülltrichter abgelassen wird und daß die Beschickungs-, Druckbelüftungs- und ■Einspeisungsvorgange wiederholt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Fülltrichter herrschende Gasdruck zur Spleichterung des Einspeisungsvorgangs auf einen Wert über dem Gasdruck im Druckgassystem erhöht wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gas aus dem Druckgassystem zum Auflockern bzw. Umwälzen der feinverteilten Feststoffe im Fülltrichter benutzt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im druckgasbelüfteten Fülltrichter enthaltene Gas abgezweigt, weiter verdichtet und wieder in den Fülltrichter eingeführt wird, um die in ihm· enthaltenen feinverteilten Feststoffe aufzulockern bzw. umzuwälzen.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
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    nach Beendigung jedes Einspeisezyklus und vor jedem Beschickungsvorgang erneut Flüssigkeit in den Fülltrichter eingeleitet wird, um das Gas in das Druckgassystem zurückzudrücken.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus dem Druckgas sy s.t em während der Einspeisung der feinverteilten Feststoffe in den Fülltrichter eingeleitet wird, um den Gasdruck im Fülltrichter aufrechtzuerhalten.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen unter einen Gasdruck setzbaren Fülltrichter, der keine inneren beweglichen Teile aufweist, eine ventilgesteuerte Einlaßeinrichtung zur Einführung von teilchenförmigen Feststoffen in den Fülltrichter, eine ventilgesteuerte Einlaßeinrichtung zur Einführung von Hochdruckgas vom Hochdrucksystem in den Fülltrichter, eine ventilgesteuerte Auslaßeinrichtung zur Einspeisung von Gas und Feststoffen aus dem Fülltrichter in das Hochdrucksystem und eine Einrichtung zur Förderung einer Flüssigkeit in den Fülltrichter, um das in ihm enthaltene Hochdruckgas in das Hochdrucksystem zurückzudrängen.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einführung von Hochdruckgas aus dem Hochdrucksystem in den Fülltrichter Mittel zur Erhöhung des Drucks des in den Fülltrichter eingeleiteten Gases auf einen über dem Druck des Hochdrucksystems liegenden Wert aufweist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erhöhung des Drucks des in den Fülltrichter eingeleiteten Gases eine ventilgesteuerte Umgehungsleitung mit einem Gaskompressor aufweisen.
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  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülltrichter mit einer Einrichtung zum Umleiten des Gases von der Oberseite zur Unterseite des Fülltrichters versehen ist, um die im Fülltrichter enthaltenen Feststoffe aufzulockern bzw. umzuwälzen.
    11, Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasumleiteinrichtung eine ventilgesteuerte Gasleitung mit einem Gaskompressor aufweist.
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