DE2601619A1 - Verfahren und vorrichtung zur endothermen reduktion feinteiliger feststoffe in einer zirkulierenden wirbelschicht - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur endothermen reduktion feinteiliger feststoffe in einer zirkulierenden wirbelschicht

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Description

Es ist bereits bekannt, wie beispielsweise aus der schwedischen Patentanmeldung Nr. 7403145-1 entsprechend der US-Patentanmeldung 610 391 und der belgischen Patentschrift 826 521, endotherme Reduktionsverfahren in sogenannten feststehenden oder zirkulierenden Wirbelschichten durchzuführen. Bezüglich der zwischen den Materialparametern, der Gasgeschwindigkeit usw. herrschenden Beziehungen, um eine zirkulierende Wirbelschicht zu erhalten, wird auf L. Reh, Chem. Eng. Progr., Band 67, No. 2, 1971, Seiten 58 bis 63 hingewiesen.
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Das Verfahren nach der oben angegebenen Patentanmeldung ist dadurch gekennzeichnet, daß man die zirkulierende Wirbelschicht in einer vertikal sich erstreckenden länglichen Reaktionszone hält, indem man dem Mittelabschnitt der Zone kontrollierte Ströme feinteiliger oxidischer Materialien, feinteiligen Feststoff und gegebenenfalls flüssige kohlenstoffhaltige Materialien und ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas zuführt, während Gas und Feststoff, die den oberen Abschnitt der Reaktionszone verlassen, abgetrennt werden, die Feststoffe zu dem Mittelabschnitt zurückgeführt werden und ein Teilstrom des Gases nach Staubabscheidung und Entfernung des größeren Teils seines Gehaltes an CO2 und H2O als fluidisierendes bzw. Wirbelgas und reduzierendes Gas im unteren Abschnitt der Reaktionszone eingeführt wird und ganz oder teilweise reduzierte Materialien von diesem unteren Abschnitt ausgetragen werden.
In dem Verfahren nach dieser Patentanmeldung muß der Höhenunterschied zwischen dem Einspeisungspunkt und dem Abzugspunkt für die Feststoffe relativ groß sein, um einen hohen Reduktionsgrad zu erhalten. Der Grund hierfür ist die intensive innere Matrialzirkulation in einer Schicht vom zirkulierenden Typ, die bei zu kleinen Höhenunterschieden zu einer zu starken Wiederoxidation von reduziertem Material in der Verbrennungszone und zu einer zu kurzen Verweilzeit für einiges des oxidischen Mateials in der Reduktionszone führt. Diese Phänomene werden nachfolgend unter dem Ausdruck Rückmischeffekt zusammengefaßt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen Rückmischeffekt wesentlich zu vermindern, was zu einer erheblichen Steigerung der Produktion je Volumeneinheit der Reaktionszone führt.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist durch einen derartigen Geschwindigkeitsanstieg des fluidisierenden oder Wirbelgases in
der Übergangszone zwischen dem unteren Abschnitt und dem Mittelabschnitt in der Reaktionszone und in deren unterem Abschnitt
gekennzeichnet, daß die Peststoffe in der Übergangszone im wesentlichen aufwärts bewegt werden. Dies bedeutet, daß das Material in dieser Zone nicht in dieser Zone zirkuliert, sondern
durch die Zone hindurch transportiert wird und so den Rückmischeffekt vermindert- Diese Übergangszone wird daher nachfolgend
als die Transportzone bezeichnet.
Wärmeüberführung von dem Mittelabschnitt, worin die Teilverbrennung stattfindet, zu dem unteren Abschnitt der Reaktionszone
wird durch die Transportzone verhindert. Um den Wärmebedarf der unteren Zone zu decken, wird Feststoff von dem Gemisch aus Gas und Feststoff, das den oberen Abschnitt der Reaktionszone verläßt, abgetrennt, wobei dieser Feststoff in einem Strom oder in mehreren Teilströmen zu dem unteren Abschnitt der Reaktionszone, vorzugsweise nahe der Transportzone, zurückgeführt wird.
Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben definierten Verfahrens, und diese Vorrichtung ist wie in
den nachfolgenden Patentansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nun im einzelnen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben, die eine, endotherme Reduktion in einer zirkulierenden Wirbelschicht nach dem Verfahren der Erfindung erläutert und eine Apparatur nach der Erfindung zeigt.
Die vertikal sich erstreckende längliche Reaktionszone 1 kann
so betrachtet werden, als umfasse sie die folgenden Abschnitte:
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Einen oberen Abschnitt 2 für die Vorreduktion, einen Mittelabschnitt 3 für die Einführung von Rohmaterial und für die Hitzeentwicklung, eine Transportzone 4, deren Funktion nachfolgend erklärt wird, und einen unteren Abschnitt 5 für weitere Reduktion. Die erwünschte Steigerung der Geschwindigkeit des fluidisierenden Gases bekommt man, indem man den Querschnitt der Transportzone wesentlich kleiner macht als denjenigen des unteren Abschnittes der Reaktionszone. In der Praxis wurde gefunden, daß es zweckmäßig ist, die Gasgeschwindigkeit in der Transportzone um einen Faktor von 2 bis 6, vorzugsweise von 3 bis 5 gegenüber der Geschwindigkeit in dem unteren Abschnitt der Reaktionszone zu steigern. Eine solche Geschwindigkeitssteigerung bedeutet, daß im wesentlichen die gesamten Materialien, die in die Transportzone eintreten, durch diese Zone ohne innere Zirkulation in dem Mittelabschnitt der Reaktionszone hindurchgehen.
Um eine lokale Überhitzung zu vermeiden, wenn das Gas 6, welches molekularen Sauerstoff enthält, in den Mittelabschnitt 3 eingeführt wird, und um die günstige Verteilung desselben zu erreichen, wird die Gaszufuhr in eine Reihe kleiner Teilströme 7 in mehreren getrennten Höhen 8 bis 11 des konischen Abschnitts 22 unterteilt, der den unteren Teil des Mittelabschnitts 3 nahe der Transportzone 4 bildet. In der Praxis wurde gefunden, daß ein Scheitelwinkel <λ = 45 des Verbindungsteils eine gute Gasverteilung und einen niedrigen Druckabfall liefert.
Kohlenstoffhaltiges Material 12 und oxidisches Material 13 werden dem Mittelabschnitt der Reaktionszone vorzugsweise an ihrem, oberen Teil zugeführt. Gas und Feststoffe, die den oberen Teil 2 der Reaktionszone an deren Spitze verlassen, werden einer Tren-
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nung 14 zugeführt, wobei abgetrennte Feststoffe 15 zu dem unteren Abschnitt zurückgeführt werden, und zwar zweckmäßig durch Einführung bei 16 in den konischen Abschnitt 23, der den oberen Teil des unteren Abschnittes 5 nahe der Transportzone bildet. Der Scheitelwinkel ß dieses konischen Abschnitts ist zweckmäßig etwa 90°.
Ein Teilstrom 17 der Gase 21 aus der Trennung 14 wird in bekannter Weise bei 18 von dem größeren Teil seines Gehaltes an CO2 und H2O befreit und als Reduktionsgas durch geeignete Verteilereinrichtungen 19 in den Bodenteil des unteren Abschnittes eingeführt. Reduziertes Material wird bei 20 von diesem Bodenteil abgezogen.
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Claims (3)

  1. Patentansprüche
    Ί. Verfahren zur endothermen Reduktion feinteiliger Feststoffe in einer zirkulierenden Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fluidisierung oder Wirbelschichtbildung der Feststoffe in einer vertikal angeordneten länglichen Reaktionszone hält, deren Mittelabschnitt und unterer Abschnitt durch eine Transportzone voneinander getrennt sind, worin die Gasgeschwindigkeit so hoch ist, daß im wesentlichen die gesamten Materialien, die in die Transportzone eintreten, von dem unteren Abschnitt zu dem Mittelabschnitt transportiert werden, die für die endotherme Reduktion in dem Mittelabschnitt erforderlich Wärme durch Teilverbrennung darin mit molekularem Sauerstoff erzeugt, wobei oxidische und kohlenstoffhaltige Materialien in diesen Abschnitt eingeführt werden, einen Teil der durch die Teilverbrennung gebildeten Wärme zu dem unteren Abschnitt der Reaktionszone überführt, indem man Gase und Feststoff vom oberen Abschnitt abzieht, die Gase von dem Feststoff abtrennt und den Feststoff in den unteren Abschnitt einführt und nach Staubabscheidung und Entfernung des größeren Teils des Gehaltes an Η,,Ο und CO2 einen Teilstrom der abgetrennten Gase für die Wirbelschichtbildung oder Fluidisierung und für die Reduktion in dem unteren Abschnitt der Reaktionszone benutzt und reduziertes Material vorzugsweise vom Bodenteil dieses Abschnittes abzieht-
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet duxch eine vertikal sich erstreckende längliche Reaktionszone (1) in einem Ofenraum in Form eines Schachtes mit
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    einem oberen Abschnitt (2), welcher über einen Mittelabschnitt (3) mit·einem als Transportzone (4) arbeitenden und seinerseits mit einem unteren Abschnitt verbundenen engen Abschnitt verbunden ist, wobei der obere Teil des oberen Abschnittes mit einer Trenneinrichtung (14) verbunden ist, welche über eine Transportleitung (15) für abgetrennte Feststoffe mit dem unteren Abschnitt (5) verbunden und mit einem Gasauslaß versehen ist, der Mittelabschnitt an seinem oberen Teil einen Einlaß (12, 13) für die Rohmaterialien für die endotherme Reduktion und Düsen für molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas und an seinem unteren Abschnitt Düsen (19) für Reduktionsgas in dem Bodenteil und eine Austrageinrichtung (20) für behandelte Materialien aufweist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt (3) zu der Transportzone (4) hin konisch verjüngt ist.
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DE19762601619 1975-01-24 1976-01-17 Verfahren und vorrichtung zur endothermen reduktion feinteiliger feststoffe in einer zirkulierenden wirbelschicht Withdrawn DE2601619A1 (de)

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