DE2832846A1

DE2832846A1 - Einrichtung zur foerderung und stroemungsaufteilung eines in dichter phase vorliegenden teilchenfoermigen feststoffs

Info

Publication number: DE2832846A1
Application number: DE19782832846
Authority: DE
Inventors: George Arthur Hood; Vance Wesly Jaqua; Carl Leonard Oberg; Larry Hilton Russell
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1977-07-27
Filing date: 1978-07-26
Publication date: 1979-02-15
Also published as: FR2398681B1; IT1102474B; JPS5427186A; AU517772B2; GB1588553A; FR2398681A1; AU3405278A; JPS636449B2; CA1094612A; IT7848742A0

Description

76R25/77R12

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, California, U.S.A.

Einrichtung zur Förderung und Strömungsaufteilung eines in dichter Phase vorliegenden teilchenförmigen Feststoffs

Zusammenfassung

Es wird eine Druckförder- und Strömungsaufteilungseinrichtung geschaffen, welche teilchenförmiges Material transportiert und in gleiche Teile aufteilt. Das Material wird im wesentlichen mit dem Schüttgewicht gefördert, wobei zum Transport der Teilchen nur das in den Zwischenräumen zwischen den Feststoffteilchen enthaltene Gas verwendet wird. Die Fördereinrichtung umfaßt ein unter Druck stehendes Gefäß, eine Gasquelle für die Druckbeaufschlagung und eine Auslaßleitung mit einem voll öffnenden Ventil in unmittelbarer Nachbarschaft zur Fördereinrichtung. Das mit Feststoffteilchen gefüllte Gefäß wird unter Druck gesetzt und nachfolgend wird das Ventil in unmittelbarer Nachbarschaft zur Fördereinrichtung geöffnet. Dieses Ventil und eine relativ leere Stromab-Rohrleitung bei Beginn der Strömung sind wichtig für einen erfolgreichen Betrieb der Fördereinrichtung zur Förderung einer dichten Phase. Der stromab gelegene Strömungsaufteiler teilt das dichtphasige Material gleichmäßig auf, z.B. auf eine Vielzahl von Förderleitungen in einem Vielkanalinjektor.

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Die Erfindung betrifft allgemein d as Gebiet der Kohleverarbeitung. Insbesondere betrifft die Erfindung das Gebiet der Kohlefluidisierung, wobei ein dichtphasiger Kohlestrom einer einzigen Kohleförderleitung gleichmäßig auf eine Vielzahl von Injektionskanälen in einem Injektor aufgeteilt werden soll und wobei die Kohle in eine Kohlereaktionskammer eingeführt wird zum Zwecke der Hydrierung der Kohleteilchen mit heißem in den Injektor eingeführten Wasserstoff.

Eine Reihe von US-Patentschriften 2 684 868, 2 684 870 und 2 684 872 beschreiben den Transport von Feststoffteilchen in einem gasförmigen Medium. Die folgende Diskussion des Standes der Technik wird sich auf die U S-PS 2 684 870 beschränken, da die anderen genannten Patentschriften hinsichtlich des relevanten Inhalts nicht über diese hinausgehen. Die genannte US-Patentschrift beschreibt ein verbessertes selektives Adsorptionsverfahren, bei dem das gekörnte Adsorptionsmittel durch ein Förderrohr aufwärts gefördert wird und sodann durch eine Adsorptionssäule abwärts strömt und zwar unter im wesentlichen gleichen Bedingungen hinsichtlich der Schüttdichte des Feststoffs. Es wurde festgestellt, daß bei einer vertikal in einer Rohrleitung aufsteigenden Masse von gekörntem Feststoffadsorptionsmittel das Schüttgewicht des Feststoffs im wesentlichen gleich sein kann dem Schüttgewiclit des ruhenden Feststoffs (statisches Schüttgewicht). Dies -gelingt durch Eindrücken eines Stroms eines aufwärts strömenden Hebegases, welches durch die Zwischenräume zwischen den Körnern aufwärts strömt und Reibungskräfte erzeugt. Die Reibungskräfte kommen in einer Druckdifferenz zum Ausdruck. Diese Reibungskräfte reichen aus zur Überwindung der auf die Adsorptionsmittelkörner einwirkenden Schwerkraft sowie zur Überwindung der Reibungskräfte zwischen der Rohrleitungswandung und dem bewegten Adsorptionsmittelbett, so daß die Masse aufwärts bewegt wird. Die tatsächliche Geschwindigkeit des Hebegases, welche zur "Bewirkung dieses Effektes erforderlich ist, hängt ab

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von der Größe und Dichte der Körner und von der Viskosität des Hebegases, welche vom Druck und von der Temperatur direkt bestimmt ist. Die Geschwindigkeiten reichen im allgemeinen aus, die Adsorptionsmittelkörner in einen Fließzustand zu bringen, wenn die Adsorptionsmittelkörner frei fließbar sind oder im Hebegas suspendiert werden.

Alle genannten US-Patentschriften beziehen sich primär auf die vertikale Bewegung des Feststoffs in einer kontinuierlichen Strömungsschleife. Zusätzlich beschreiben diese Patentschriften eine vertikale Säule mit einer engen öffnung am Boden der Säule und einer weiten öffnung am Kopf der Säule, so daß diese insgesamt eine in etwa konische Gestalt aufweist. Der Grund für diese Gestalt liegt in der Verhinderung einer Verstopfung der Säule durch die sich in der Rohrleitung aufwärts bewegenden Körner. Es ist daher erkennbar, daß bei den genannten US-Patentschriften eine Verstopfung der Säule eintreten kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Förderung von Feststoff teilchen durch horizontale und/oder vertikale Förderrohre in Form einer dichten Phase. Die vorliegende Erfindung macht Gebrauch von einem Kugelventil in unmittelbarer Nachbarschaft zum Auslaß einer Fördereinrichtung. Dies ist erforderlich, damit die Strömung der Feststoffteilchen sich etablieren kann. Bei den beschriebenen US-Patentschriften wird die Strömung einfach dadurch initiiert, daß man in der vertikalen Förderleitung eine Druckdifferenz aufbaut. Wenn man bei der erfindungsgemäßen Einrichtung am Auslaß des Fördergefäßes (des Druckgefäßes) kein Ventil vorsieht und die Strömung lediglich durchUnterdrucksetzung des Fördergefäßes initiiert, so kommt -es stets zu einer Verstopfung der Förderleitung. Ferner ist bei den genannten US-Patentschriften am Auslaß des divergierenden vertikalen Rohrs eine Klappe oder Drossel vorgesehen. Gemäß vorliegender Erfindung ist eine solche Einrichtung zur Steuerung der Strömung des in dichter Phase vorliegenden Materials durch die Förderleitungen nicht erforderlich.

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Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung zur Förderung eines dichtphasigen Feststoffteilchen-Stroms geschaffen, sowie eine Einrichtung zur Aufteilung dieses Stroms. Diese Kombination umfaßt ein Fördergefäß oder Druckgefäß mit einem ersten verschließbaren Einlaßende und einem zweiten Alis"! aß ende, wobei in Nachbarschaft zum Auslaß des Fördergefäßes und einem Einlaßende der sich stromab anschließenden Förderleitung ein Ventil angeordnet ist. Mif dem Fördergefäß ist eine Druckeinlaßleitung verbunden und das Fördergefäß wird durch; die Druckeinlaßleitung unter^: Drück gesetzt, nachdem es zuvor mit den Feststoffteilchen gefüllt wurde. Dabei befindet sich das Ventil in geschlossener Position. Nachfolgend wird'däs Gefäß verschlossen, wobei das Gefäß unter einem Druck steht, "welcher den Druck in der Förderleitung s'trömab vom Väntril' übersteigt. Ein'Strömungsaufteilungsgehause mit einem ersten"und einem zweiten Ende ist "mit einem zweiten Ende der Förderleitung verbunden. Das Gehäuse bildet eine V'e'r teil ere infichtung/-Das zweite Ende des Gehäuses weist eine Vielzahl von nach unten auseinan-^J der laufenden Auslaßförderleitüngeri auf,¹ Weldhe^5vsi'ch Von diesem weg erstrecken. Die Förderleitungeh 'steheri~ein^!z'e4rr ΐτι"Verbindung mit einer Reihe"von getrennten^äi weiche im zweiten Ende "des ' GetiäusW aus gebildet "sirrd. "Diese divexgiefenderi Kanäl'e trefferi Vieh¹ fn tfe'r kftte -des'^ertä'flers in einem Kegel, wöbeider ''

mit dem Gehäuse verbüh'd'erien' Förderleatting 'furg-ewaitdt ^fs Dieser Scheitel des Keg'e Is" 'dient 'dazir/ Hie' P'es-ts'toffit'eiilthen, we I ehe durch das Sti' Öhiüngs auf "t"e irun'g s gfehäus'e -'s ίΨσπίέή'^ "ätif ζ u t eilen, und^ozwar gleichma^fiig^auf' ä^'e' ^irtia^eu6!eW^e^^r'g^H:reTinten divergierenden Kanäle; so' da'ß 'der 'Feststbfftreirchfen'-Ström' ■ auf eine Vielzahl von AusTäß--FÖrderreitxingeil^;'aüfg^eteiit ^;wird, wenn das dem Fördergefäß b'enächbarte^; Veiitllr "g^öffriet ^!iwird.'■

Es wird "insbesondere ein Kbhlefördersystem offenbart, -bei- dem ein Kohlefördertrichter oder ein Kohlefördergefäß, ^;welciies mit pulverisierter' Kohle gefüllt" ist, durch-Einführung¹ eines Gases durch den Kopf des Gefäß'es unter" "Druck' ge setzt---wird. Das Gefäß ist dabei dem Zwecke der Ausströmung der pulver!sier-

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ten Kohle am Boden des Gefäßes angepaßt. Ein Kugelventil oder ein anderes sich voll öffnendes Ventil ist am Boden des Kohlefördertrichters angeordnet. Hierdurch kann man das Fördergefäß vor Initiierung der Strömung unter Druck setzen. Zur Etablierung und Aufrechterhaltung einer adäquaten Strömung muß zwischen dem Fördertrichter und der Stromabförderleitung ein adäquater Druckabfall erzeugt werden. Ohne das Ventil oder ohne einen adäquaten Druckabfall zwischen dem Fördertrichter und der Förderleitung würde letztere häufig verstopfen. Ein gleichmäßiger Strom der dichtphasigen Kohlenstoffteilchen ist jedoch wesentlich, wenn der Kohlestrom in einer Kohleaufteileinrichtung gleichmäßig auf eine Vielzahl von getrennten Kohleförderleitungen, welche sich von der Kohleaufteilung divergierend xveg erstrecken, aufgeteilt werden soll.

Pulverisierte Kohle mit einer mittleren Teilchengröße von z. B. 50 bis 170 μ (Massenmittel) wird in das Kohlenfördergefäß gefüllt. Es wurde festgestellt, daß die Kohle in einer solchen durchschnittlichen Teilchengröße leicht fließt solange die Kohle ausreichend in einem Trägergas dispergiert ist, derart, daß ein inniger Teilchen-Teilchen-Kontakt verhindert wird. Es wurden erfolgreiche Strömungstests mit diesem System durchgeführt. Man erhielt Kohleströmungsraten von etwa 45 g/s bis etwa 4,5 kg/s bei einem Druckabfall im Förderrohr von etwa 5 bis etwa 100 psi C1 psi = 450 g/(2,54 cm)²) und zwar bei Rohrleitungslängen von etwa 1 m bis etwa 30 m. Die für einen solchen Transport der feinverteilten Kohle erforderliche Gasströmungsrate ist sehr gering. Die Gasströmungsrate wurde aus der volumetrischen Strömungsrate in die Säule ermittelt, wobei man das Volumen der in der Säule dispergierten Kohle in Abzug bringt. Die Ergebnisse zeigen, daß im Durchschnitt nur das in den Hohlräumen zwischen den Kohleteilchen (bei dessen komprimiertem Schüttgewicht) vorliegende Gas mit der Kohle transportiert wird.

Dieses Fördersystem wurde erfolgreich auf pulverisierte Kohle und verschiedene Transportgase angewandt. Tests wurden

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unter Verwendung von Stickstoff, Helium, Kohlendioxid und Wasserstoff als Trägergas für die Förderung der Kohleteilchen durchgeführt. Wenn es erwünscht ist, die Feststoffteilchen (z. B. die Kohleteilchen) einem Fördergefäß mit einer maximalen Feststoffdichte und einer minimalen Menge eines Transportgases für den Feststofftransport zu entnehmen, so ist das beschriebene System ideal. Zur Zeit dient das Fördersystem dazu, pulverisierte Kohle in einen Verflüssigungs- oder Vergasungs-Reaktor mit einem einzigen Injektorelement einzuführen. Es konnte jedoch gezeigt werden, daß die erfindungsgemäße Fördereinrichtung auch erfolgreich in Verbindung mit einer Kohleaufteileinrichtung verwendet werden kann, wobei eine gleichförmige Verteilung der Kohle auf sechs einzelne Injektorelemente erreicht wird. Das Fördersystem umfaßt ein Gefäß, welches unter Druck gesetzt wird, sowie eine Gasquelle für die Druckbeaufschlagung und eine Auslaßleitung mit einem sich im wesentlichen voll öffnenden Kugelventil in unmittelbarer Nachbarschaft ■zum Fördergefäß. Eine Förderleitung stromab vom Ventil führt, wie erwähnt, z, B. in eine Kohleaufteileinrichtung. Die Fördereinrichtung wird dadurch betrieben, daß man das Gefäß mit Teilchenmaterial füllt, z. B. mit pulverisierter Kohle, und danach unter einen bestimmten Druck setzt. Der Druckwert hängt ab von dem erforderlichen Druckabfall in der Auslaßleitung und vom stromab herrschenden Druck. Danach wird das Kugelventil geöffnet, so daß das Material in Richtung auf die Strömungsaufteilungseinrichtung ausströmen kann. Das Ventil in enger Nachbarschaft zum Fördergefäß und eine relativ leere sich stromab vom Ventil erstreckende Leitung bei der Initiierung der Strömung sind wesentlich für einen erfolgreichen Betrieb des beschriebenen Systems. Wenn die Leitung zwischen dem Fördergefäß und dem Ventil zu lang ist, so wird die Leitung mit dem Feststoffteilchenmaterial gepackt und eine Strömung des Materials wird verhindert. Wenn jedoch das sich voll öffnende Ventil in enger Nachbarschaft zum Fördergefäß angeordnet wird, so ist die sich stromab anschließende Leitung anfänglich frei von Feststoffmaterial und die

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pulverisierte Kohle strömt leicht vom Fördergefäß mit der Schüttdichte zur Kohleaufteilungseinrichtung. Eine beständige Strömung dichtphasiger Kohle ist wesentlich für eine gleichförmige Verteilung der Kohleteilchen auf jede der gesonderten Kohleverteilungsleitungen stromab von der Aufteilungseinrichtung. Wenn z. B. die Kohleaufteilungseinrichtung von der gemeinsamen Förderleitung vom Fördergefäß kommende Kohleteilchen auf 6 gleiche Verteilungsförderleitungen aufteilt, so endet jede dieser Förderleitungen an einem Injektor. Jede der sechs Förderleitungen kann getrennte auftreffende Ströme heißen Wasserstoffs stromab vom Injektor aufweisen. Die Hydrierung findet in einer stromab angeordneten Reaktionskammer statt. Die Reaktion des heißen Wasserstoffs und der dichtphasigen Kohleteilchen wird durch Einstellung einer spezifischen Verweilzeit gesteuert. Dies geschieht durch Löschen der Reaktionsprodukte, welche aus der Reaktionskammer austreten. Dieses Verfahren ist im einzelnen in der mit "Kohlehydrierung" bezeichneten US-Patentanmeldung Nr. 689 002 beschrieben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Fördersystem zu schaffen, mit dem Feststoffteilchenmaterial mit im wesentlichen der Schüttdichte und mit einer geringen Menge eines Trägergases gefördert werden kann, ohne daß eine Verstopfung eintritt und wobei die Feststoffteilchen einer Strömungsaufteilungseinrichtung zugeführt werden können, welche eine Vielzahl von Injektorelementen speist. Zu diesem Zweck wird ein Ventil unmittelbar stromab von einem Fördertrichter rasch geöffnet und es wird eine Druckdifferenz zwischen dem Fördertrichter und der zur Strömungsaufteilungseinrichtung führenden Förderleitung aufgebaut.

Die Erfindung bietet gegenüber -dem Stand der Technik den Vorteil, daß das Feststoffteilchen-Fördersystem und -Kohlenstromaufteilsystem sich zur Förderung einer dichten Phase eignet und dennoch nicht verstopft, da nämlich unmittelbar an dem Fördertrichter ein rasch öffnendes Ventil vorgesehen ist.

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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Feststoffteilchenmaterial in Förderleitungen strömen kann, welche jede beliebige Orientierungsrichtung haben können und nicht nur eine vertikale Ausrichtung.

Die vorliegende Erfindung eignet sich zur Förderung von gepulverter Kohle oder zur Förderung einer Vielzahl anderer gepulverter oder gekörnter Materialien.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Kombination einer Einrichtung zur Förderung eines dicht-phasigen Feststoffteilchen-Stroms und einer Strömungsaufteilungseinrichtung für einen Kohlehydrierprozeß;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2; und

Fig. 4 einen Querschnitt einer typischen Anordnung von Kohlehydrierinjektoren, welche mit separaten von der Strömungsaufteilungseinrichtung kommenden Kohleförderleitungen verbunden sind.

Fig. Ί zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Kombination einer Einrichtung zur Förderung von Feststoffteilchen in dichter Phase und einer Einrichtung zur Strömungsaufteilung. Diese besteht aus einem Kohlefördertrichter 12 mit einem Gehäuse 14, einem verschließbaren Deckel 16 am oberen Ende des Trichters 12 und mit einem konischen Bodenbereich 18, so daß feine Feststoffteilchen, z. B. feine Kohlenteilchen zum Boden des Trichters hin gerichtet werden. Ein Kugelventil 26 ist in unmittelbarer Nachbarschaft zum unteren Ende des kegelstumpfförmigen konischen Bereichs 18 des Gehäuses 14 angeordnet. Eine Gasdruckleitung 20 dient zur Einführung eines Druckgases, z. B. von GN₂, H₂ oder einem anderen Gas, in das Innere des Kohlefördertrichters 12, nachdem dieser

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gefüllt wurde. Auf diese Weise wird die erforderliche Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Kohlefördertrichters 12 und der sich stromab an das Ventil 26 anschließenden Förderleitung gebildet. Während des Füllens des Fördertrichters 12 ist das Ventil 26 normalerweise geschlossen. Wenn der Trichter gefüllt ist, wird der Deckel 16 am oberen Ende des Trichters befestigt, so daß dieser dicht verschlossen wird. Sodann wird Druckgas durch die Leitung 16 in das Innere des Fördergefäßes eingeführt. Eine Reihe von Druckmeßgeräten 22, 23, 24 und 32 dienen zur Überwachung des Druckes in verschiedenen Bereichen der Kombination 10 zur Förderung eines dicht-phasigen Teilchenstroms. Eine Förderleitung 28 erstreckt sich von dem Kugelventil 26 zum Kopfende einer Kohleaufteileinrichtung 34. Die Aufteileinrichtung teilt den Strom aus feinen Feststoffteilchen gleichmäßig auf eine Vielzahl von Förderleitungen 52 auf, welche sich vom Boden der Kohleaufteileinrichtung 34 weg erstrecken. Jede der divergierenden Kohleaufteilleitungen führt in eine allgemein mit 54 bezeichnete Injektoreinrichtung und man erhält somit am Ende eines jeden Injektors (Fig. 4) eine gleiche Menge dicht-phasiger Kohle. Eine Quelle für heißen Wasserstoff wird durch eine Rohrleitung 56 in das Innere des Injektors 54 eingeleitet und der heiße Wasserstoff und die injizierten Kohleteilchen werden nachfolgend im Inneren der allgemein mit 58 bezeichneten Reaktionskammer vermischt. Die Hydrierungsprodukte treten am Boden der Reaktionskammer (nicht gezeigt) aus. Sie werden nachfolgend durch eine Löschquelle 60 gelöscht, um den Hydrierungsprozeß nach einer vorbestimmten kurzen Verweilzeit zu unterbrechen. Die gebildeten Produkte werden in einem Sammeltank 62 stromab von der Löscheinrichtung 60 aufgefangen. Eine Leitung 64 dient zur Entnahme der Reaktionsprodukte aus dem Sammeltank 62 und zur Zuführung derselben zu nachgeschalteten Einrichtungen, z. B. zu Zyklon-Abscheidern, Kondensatoren, Gasprobenahmegeräten, welche allgesamt nicht gezeigt sind.

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Zum Betrieb wird der Kohlefördertrichter 12 mit fein verteilten Kohleteilchen gefüllt, z. B. mit gepulverter Kohle, bei der 70 % eine Teilchengröße von weniger als 200 Maschen/2,5 cm haben. Nach dem Füllen des Trichters (wobei das Kugelventil 26 geschlossen ist) wird das obere Ende des Trichters 16 verschlossen und ein Gas, z. B. ^sL, wird durch die Leitung 20 in das Innere des Kohlefördertrichters unter einem vorbestimmten Druck eingeführt. Versuche wurden mit einem Trichterdruck von bis hinab zu 7 psi durchgeführt. Typischerweise wendet man jedoch 20 bis 100 psi an, wobei in der Rohrleitung 28 unterhalb des Ventils 26 Umgebungsdruck herrscht. Die Differenz zwischen dem Druck im Inneren des Trichters und dem Druck im Inneren der Leitung 28, welche sich vom stromab gelegenen Ende des Ventil 26 weg erstreckt, bildet die Antriebskraft für die Bewegung des Kohleteilchenstroms sobald das Kugelventil 26 geöffnet ist. Nach Einstellung der Druckdifferenz anhand des Druckmeßgerätes 23 wird das Ventil 26 geöffnet und die Kohle strömt in die Rohrleitung 28. Die Kohle strömt mit einem großen Durchsatz (z. B. 900 kg/h durch eine Rohrleitung mit einem Durchmesser von 9,5 mm. Der Kohlenstrom gelangt zur Kohleaufteileinrichtung 34 und wird gleichmäßig auf die jeweiligen Kanäle 40 im Kohleaufteilgehäuse 36 (Figuren 2 und 3) aufgeteilt. Der Kohlestrom gelangt über Förderrohre 52 zum Injektor 54. Die Förderrohre S2 erstrecken sich von der Basis 41 des Aufteilkörpers 36. Ferner wird heißer Wasserstoff durch die Rohrleitung 56 in das Innere des Injektors 54 geführt. Der heiße Wasserstoff tritt durch eine öffnung 84 und trifft unterhalb der Injektorstirnfläche 80 {Fig. 4) auf die injizierten Kohleteilchen auf und reagiert mit diesen im Inneren der Reaktionskammer 58. Die Reaktionsprodukte werden nachfolgend durch eine Löscheinrichtung 60 gelöscht und in einem Sammelgefäß 62 aufgefangen.

Nach dem Verschließen des Kugelventils 26 wird eine Spülleitung 30 in Betrieb gesetzt, indem z. B. N_ unter Druck unterhalb des Ventils 26 eingeführt wird. Hierdurch wird die

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Leitung 28 von verbleibenden Kohleteilchen befreit. Das Inertgas dient einfach zur Reinigung der Rohrleitung 28, der Kohleaufteileinrichtung 34 und des Injektors 54 und es tritt sodann in das Innere der Reaktionskammer 5 8 ein. Auf diese Weise wird die Anlage wieder für den nachfolgenden Hydrierprozeß vorbereitet. Ein Ein/Aus-Ventil 31 ist in der Leitung 30 vorgesehen und dient der Herbeiführung dieses Spülprozesses.

Im folgenden wird auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen, welche die Kohleaufteileinrichtung im Detail zeigen. Die Kohleaufteileinrichtung 34 besteht aus einem Gehäuse 36, welches mit dem Ende der Kohleförderleitung 28 verbunden ist. Es kann z. B. auch eine metallurgische Verbindung vorgesehen sein. Am Ende der Kohleförderleitung 28 ist eine Kammer oder eine Verzweigung 38 vorgesehen. Der Kohleaufteilkörper 36 hat eine im allgemeinen konische Gestalt. Jeder der Vielzahl der Kanäle 40 ist von der Basisfläche 41 her in den Körper 36 eingebohrt, und zwar in solcher Weise, daß jeder der Kanäle die Mittellinie der Förderleitung 28 schneidet. Am oberen Ende des Körpers 36 sind eine Vielzahl von konischen Erweiterungen B eingefräst, welche die Mittellinie der einzelnen Kanäle 40 an den Punkten A schneiden. Die mit gleichem Abstand voneinander angeordneten Erweiterungen B, welche in das obere Ende des Körpers 36 eingefräst sind, bilden einen natürlichen Trog oder Kanal, welcher durch Gratlinien 44 sowie durch eine Fläche 46 definiert ist. Hierdurch werden die Kohleteilchen gleichmäßig auf die einzelnen Kanäle 40 im konischen Block 36 verteilt. "Bei Betrachtung der Fig. 3 erkennt man leicht, daß die Fläche 46 durch die in das obere Ende des konischen Blocks 36 eingefrästen konischen Erweiterungen B gebildet wird. Die Gratlinien 44 werden an der Schnittstelle benachbarter Erweiterungen B gebildet. Sie stellen somit natürliche Trenngrate dar, welche den ständig fließenden dicht-phasigen Kohleteilchenstrom gleichmäßig auf alle Kanäle 40 des Blocks 36 aufteilen. Somit führt die Kohleaufteileinrichtung 34 jedem der sich stromab anschließenden Vielzahl von Kanälen des Injektors eine gleichmäßige Menge Kohle mit einem konstanten

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Durchsatz zu. Der Scheitel 42 wird auf natürliche Weise durch den Schnitt der in gleichem Abstand voneinander angeordneten konischen Erweiterungen B an der Mittellinie des Blocks 36 gebildet. Der Scheitel 42 liegt vor, sobald die letzte Erweiterungsbohrung eingefräst ist. Die in die Kohleaufteileinrichtung eingeführte Kohle trifft somit auf dem Scheitel auf und wird gleichmäßig auf die einzelnen Kanäle 40 aufgeteilt. Man erkennt somit, daß die gesamte obere Fläche des Blocks 36 gebildet wird durch Einfräsen der konischen Erweiterungsbohrungen B, so daß keine groben Kanten verbleiben, welche eine Verstopfung mit Kohle verursachen könnten.

Im folgenden wird auf die Fig. 4 Bezug genommen. Jede der an der Basis 41 des Körpers 36 austretenden Kohleförderleitungen führt zu einem allgemein mit 54 bezeichneten Injektorgehäuse. Die Rohrleitungen 52 sind an ihren oberen Enden metallurgisch mit einem Sockel 48 an der Basis 41 des Blocks 36verbunden. Rohrleitungen 52 sind ferner mit kurzen Kohleeinspeisungsstutzen 76 im Injektorgehäuse 54 verbunden, welche sich durch die obere Fläche 72 des Injektorkörpers 70 in die Injektorfläche 80 hinein erstrecken. Eine Kammer 74 ist im Injektorkörper 70 gebildet. Mit der Kammer 74 steht eine Rohrleitung 56 für die Einspeisung von heißem Wasserstoff in Verbindung. Über diese Rohrleitung wird eine Quelle für heißen Wasserstoff für die Hydrierung der gepulverten Kohle eingespeist. Eine Reihe von Öffnungen 84 sind in der Injektorfläche 80 mit einem schrägen Auftreffwinkel ausgebildet, derart, daß jedes der Kohleeinspeisungsrohre 76 einer Quelle für heißen Wasserstoff zugeordnet ist. Je nach dem erwünschten Mischungsverhältnis in der Reaktionskammer 58 kann man ein Lochverhältnis für die Einspeisung von heißem Wasserstoff und von Kohle von 2:1 oder 3:1 oder 4:1 vorsehen. Fig. 4 zeigt z. B. ein 2:1-Muster.

Die Brauchbarkeit der Einrichtung zur Aufteilung eines Fest-Stoffstroms auf eine Vielzahl von Injektionsprozessen

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wurde anhand eines Kohleverbrennungsexperiments demonstriert. Bei dieser Anordnung wurde ein Injektionsmuster mit 6 Elementen verwendet. Man erhält dabei eine äußerst gleichförmige Mischungsverteilung in der Verbrennungskammer. Eine Strömungsaufteilungseinrichtung mit 6 Elementen wurde verwendet zur Bereitstellung eines jeweils gleichen Durchsatzes für die einzelnen Injektionselemente. Als gasförmiges Reaktionsmittel wurde in diesem Falle Druckluft verwendet. Eine weitere Anwendung für die erfindungsgemäße Förder- und Aufteil-Technik besteht in der Injektion von Keimmaterial (pulverförmige Kalium- oder Cäsium-Verbindungen) in Verbrennungskammern für magneto-hydrodynamische Generatoren gesehen. Auch hier besteht wiederum der Vorteil einer gleichförmigen Verteilung der Materialien durch Injektion gleicher Mengen an einer Vielzahl verschiedener Stellen,

Während des Betriebs strömt die Kohle durch die Rohrleitungen 52 in die kurzen Stutzen 76 innerhalb des Körpers 70 und gleichzeitig beginnt die Einströmung des heißen Wasserstoffs, so daß der heiße Wasserstoff durch die öffnungen 84 in die Sammelkammer 90 für die Reaktion eintritt, welche durch die Reaktionskammerwandungen 58 definiert ist. Der Winkel 86 bestimmt die Auftreffstelle 88 des heißen Wasserstoffs auf die aus dem Ende 77 der Kohleförderleitung 76 austretenden Kohleteilchen. Die Auftreffstelle kann z. B. etwa 1,3 cm unterhalb der Stirnfläche des Injektors liegen.

Natürlich kann man auch andere Typen von In j ektoren .verwenden.

Zum Beispiel kann ein jeder der Kohleeinspeisungsstutzen 76 von einer konzentrischen öffnung in der Injektorfläche 80 umgeben sein, derart, daß der heiße Wasserstoff einfach entlang der Außenfläche der Stutzen 76 strömt und sich stromab von der Injektorfläche 80 mit den austretenden Kohleteilchen vermischt, wie dies in der U S-Patentanmeldung Ser. Nr. 689,002 beschrieben ist.

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Ferner können auch andere Ausführungsformen von Injektoren verwendet werden, solange es nur erforderlich ist, eine Vielzahl von Kohlenstoffquellen mit dichter Phase dem Injek tor zuzuführen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Förderung eines Feststoffteilchen-Stroms dichter Phase und zur Aufteilung des Feststoffteilchen-Stroms, gekennzeichnet durch

ein Fördergefäß (12) mit einem ersten verschließbaren Einlaßende und einem zweiten Auslaßende; ein Ventil (26) in Nachbarschaft zu dem zweiten Auslaßende des Fördergefäßes (12) und am Einlaßende eines sich stromab anschließenden Förderrohrs (28) ;

eine mit dem Fördergefäß (12) verbundene Druckeinlaßleitung (20) zur Druckbeaufschlagung des Fördergefäßes (12) nach Füllung desselben mit dem Feststoffteilchenmaterial bei geschlossenem Ventil (26) und nach Verschluß des Fördergefäßes (12) bis zu einem Druck oberhalb des in der Förderleitung (28) stromab vom Ventil (26) herrschenden Drucks und

ein Strömuiigsaufteilungsgehäuse (36) mit einem ersten Ende, welches mit dem zweiten Ende der Förderleitung (2 8) verbunden ist, wobei das Gehäuse (36) einen Verteiler bildet und wobei das zweite Ende des Gehäuses eine Vielzahl von sich vom Gehäuse (36) weg erstreckenden und in Strömungsrichtung divergierenden Förderleitungen aufweist, welche einzeln in Verbindung stehen mit einer Reihe von getrennten divergierenden Kanälen (40) im zweiten Ende des Gehäuses (36), wobei die Kanäle (40) die Mittellinie des Verteilers am ersten Ende unter Bildung eines Konus schneiden und hier miteinander in Verbindung stehen, derart, daß der Scheitel (42) des Konus dem Auslaß der Förderleitung (28), welche mit dem Gehäuse (36) in Verbindung steht, gegenüberliegt, wobei der Scheitel (42) der Aufteilung der Feststoffteilchen dient, welche durch das Strömungsauf teilungsgehäuse strömen, und zwar gleichmäßig auf die Einlaßenden der getrennten divergierenden Kanäle (40) unter gleichmäßiger Beaufschlagung der Vielzahl der stromab führenden Auslaßrohrleitungen (52) wenn das dem Fördergefäß (12) benachbarte Ventil (26) geöffnet wird.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Auslaßende (18) des Fördergefäßes (12) eine konusförmige Gestalt hat .

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch je eine konische Erweiterungsöffnung (50) an jedem der divergierenden Kanäle (40) am ersten Ende des Gehäuses (36) mit einem Konuswinkel von etwa 30 °, wobei die Achse der konischen Ausnehmung parallel zur Mittellinie der Strömungsauf teilungseinrichtung verläuft, derart, daß Gratlinien durch den Schnitt benachbarter konischer Ausnehmungen gebildet werden, welche dazu dienen, den dicht-phasigen Teilchenmaterialstrom aufzuteilen und jedem der Kanäle (40) gleichmäßig zuzuführen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (26) ein rasch öffnendes Kugelventil ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen stromab von der Strömungsaufteilungseinrichtung (34) angeordneten und mit dieser verbundenen Injektor (54) mit einer Vielzahl von Injektionselementen mit getrennten Einlassen für dicht-phasiges Teilchenmaterial in einer ersten Fläche des Injektors und in Verbindung mit divergierenden Kanälen (52) des Strömungsaufteilgehäuses (36), wobei die Durchgänge

(76) für die in dichter Phase vorliegenden Teilchen dazu dienen, das teilchenförmige Material von einer zweiten stromab gelegenen Fläche (80) des Injektors zu injizieren.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Vielzahl von Elementen umfassende Injektor ein Injektor für in dichter Phase vorliegende Kohle für die Zwecke der Hydrierung derselben ist.

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor für dicht-phasige Kohle ein 2:1-Injektor ist, wobei jedem dicht-phasigen Kohleeinlaßkanal (76) zwei auftreffende Ströme von heißem Wasserstoff zugeordnet sind, welche durch Öffnungen (84) im Injektor (54) strömen und die Hydrierung bewirken.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Vielzahl von Elementen umfassende Injektor (54) eine Vielzahl von konzentrischen Rohrinjektoren umfaßt, wobei dicht-phasige Kohle durch das innere Rohr injiziert wird und wobei heißer Wasserstoff an der Peripherie des Injektors injiziert wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Kohleteilchen mit einem Massenmittel des Durchmessers von 50 bis 170 um eingesetzt werden.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz zwischen dem Fördergefäß (12) und der Förderleitung (28) zwischen 7 und 100 psi liegt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung zum Fördern von in dichter Phase vorliegenden Feststoffteilchen diese mit einem Durchsatz von 45 g/s bis etwa 4,5 kg/s fördert.

9Q9807/08ÜS