DE2846160C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelschicht­ reaktor mit offenem Reaktionsgaszutritt am unteren Ende des Wirbelbetts über eine Engstelle als Mündung eines Trägergas-Ringkanals und mit einem zentralen Reaktionsgaszuführungsrohr, das mit Abstand unterhalb der Engstelle endet.

Ein Wirbelschichtreaktor der vorstehend genannten Art ist aus der DE-AS 26 11 844 der Anmelderin bekannt und wurde insbesondere für die Beschichtung von Brennstoff- bzw. Brutstoffkernen mit Pyro­ kohlenstoff (PyC) entwickelt. Ein spezielles Problem solcher Wirbelschichtreaktoren besteht in der Gefahr, daß PyC-Aufwachsungen am Eintritts­ ort des Reaktionsgases in das Wirbelbett auftreten, die zu Verstopfungen des Eintrittsortes führen.

Zur Vermeidung dieses Effekts wird gemäß der vorstehend genannten DE-AS 26 11 844 eine Reaktions­ gaszufuhr vorgesehen, bei welcher das Reaktionsgas als laminarer Zentralstrahl in das Wirbelbett eingeleitet wird. Der laminare Zentralstrahl geht von einem unterhalb des Wirbelbettbodens endenden Zuführungsrohr aus und tritt umhüllt vom Trägergas-Ringstrahl ohne Wandkontakt in das Wirbelbett ein.

Voraussetzung für einen störungsfreien Betrieb eines solchen Wirbelschichtverfahrens ist also ein laminares Verhalten der Reaktionsgasströmung, wodurch verhindert werden soll, daß das Gas vor der Berührung mit dem zu beschichtenden Gut Teile des Reaktors benetzt, deren Temperatur mindestens gleich der Zersetzungstemperatur des Reaktionsgases ist und somit zu Aufwachsungen von PyC ab diesen Teilen führt.

Der in der DE-AS 26 11 844 beschriebene Wirbel­ schichtreaktor mit einer Engstelle von 6 mm ⌀ arbeitet mit einer Befüllung von etwa 300 g Partikeln mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,4 mm. Der Verarbeitung größerer Mengen von zu beschichtenden Kernen unter Erhöhung der Reaktionsgaszufuhr sind jedoch gewisse Grenzen gesetzt: Zu diesem Zweck müßte entweder (a) der Durchfluß am (gegebenen) Zuführungsrohr­ auslaß gesteigert oder (b) der Auslaßquerschnitt vergrößert werden. Im Falle (a) kann jedoch der Durchfluß nicht beliebig gesteigert werden, da die Strömung bei höheren Durchflußwerten mit Erreichen von Re(krit.) vom laminaren in den turbulenten Zustand übergeht. Im Falle (b) wächst dagegen mit größer werdendem Querschnitt die Gefahr einer Verschleppung von Feststoff­ teilchen in den Gaszuleitungsbereich, da mit größer werdendem Auslaßquerschnitt des Zuführungs­ rohres auch der Einlaßquerschnitt in das Wirbel­ bett (Engstelle) vergrößert werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelschichtreaktor der genannten Art so auszugestalten, daß erheblich höhere Durch­ sätze erreicht werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Reaktionsgaszuführungsrohr zumindest im Auslaufbereich durch ein Rohrbündel mit einer solchen Länge gebildet wird, daß das Reaktionsgas laminar austritt.

Auf diese Weise ist eine Durchsatzsteigerung bei gegebenem Querschnitt des Zuführungsrohres um einen Faktor 3 bzw. eine Vergrößerung des Reaktors um einen Faktor 8 ohne weiteres möglich.

Wichtig ist ferner, daß der vom Reaktionsgaszuführungs­ rohr unterhalb des Wirbelbettbodens ausgehende freie Zen­ tralstrahl das ihm durch Querschnittsunterteilung mitge­ teilte laminare Verhalten bis zum Eintritt in die Wirbel­ schicht beibehält. Es hat sich gezeigt, daß die Strecke (h), über die hinweg laminares Verhalten aufrechterhalten wird, vom Unterteilungsquerschnitt abhängt.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm, aus dem die Abhängigkeit zwischen der Strecke h und dem Unterteilungs­ rohrquerschnitt beziehungs­ weise -durchmesser hervor­ geht und

Fig. 2 ein Diagramm, das den theo­ retischen Durchsatz (Kurve 1) und den experimentell ermittelten Durchsatz des Zentral­ strahls (Kurve 2) in Abhängig­ keit vom Unterteilungsrohrdurch­ messer bei konstantem offenen Gesamtquerschnitt zeigt, wobei im rechten Teil des Diagramms die benutzte apparative Anordnung schematisch skizziert ist.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigten experimentell ermittelten Kurven wurden unter den folgenden Bedingungen aufgenommen:

Bettbeladung V _B = 250 ml Modellpartikeln;
Durchmesser der Partikeln d _p = 300 bis 425 µm
Dichte der Partikeln ρ _p = 1,5 g/cm³
Reynolds'sche Zahl des Ringstrahls Re _Ring = 1500
Durchmesser der Blendenöffnung δ = 8 mm und
Strecke h = 50 mm (bei Fig. 2, Kurve 2).
Strömungsmedium = Luft

Im Diagramm gemäß Fig. 1 sind die im Versuch ermittelten Werte für h in Abhängigkeit vom Durchmesser der Untertei­ lungsquerschnitte aufgetragen. Wie man sieht, nimmt h bei kleinem Unterteilungsrohrdurchmesser d bis etwa d = 3 mm mit größer werdendem Durchmesser zu und bleibt dann bei d < 3 mm praktisch konstant.

Fig. 2 zeigt den Quotienten aus den Grenzdurchsätzen für das querschnittsunterteilte Rohr Q ^. _{d 2} und für das Einzelrohr Q ^. _{d 1} in Abhängigkeit vom Unterteilungsrohrdurchmesser d ₂. Wie ersichtlich, verlaufen die Kurven (1) und (2) im Bereich geringerer Unterteilungen annähernd gleich, während der Grenzdurchsatz mit kleiner werdendem Unterteilungsrohrdurch­ messer ein Maximum durchläuft, das etwa bei d ₂ = 2 mm liegt. Mit weiterer Querschnittsunterteilung fällt der Grenzdurch­ satz wieder ab. Das Maximum der praktisch ermittelten Kurve hängt von der Strahllänge h ab. Für h < 50 mm wird der Maximalwert geringer, für h < 50 wird er größer.

Zweckmäßige Unterteilungsrohrdurchmesser liegen bei etwa 2 mm unter den aus der Zeichnung zu entnehmenden Bedingun­ gen. Der untere Grenzbereich für die Unterteilungsrohr­ durchmesser wird praktisch 1. durch einen nicht mehr ver­ tretbaren Aufwand bei der Fertigung gegeben, und 2. soll die Größe der Nutzfläche zur Gesamtfläche in einem vertret­ baren Verhältnis stehen.

Um die Anströmeinheit des Wirbelschichtreaktors an unter­ schiedliche Verhältnisse anpassen zu können, ist ein in axialer Richtung verstellbares Reaktionsgaszuführungsrohr vorteilhaft.

In Fig. 2 ist eine solche Anströmeinheit 1 eines Wirbel­ schichtreaktors skizziert, wie er aus der DE-AS 26 11 844 be­ kannt ist. Angedeutet ist die Wandung 2 der Gaszufuhr mit einem Ringkanal 3 für Trägergas und einem Zentralrohr 4 (mit angedeuteter Unterteilung) für die Zuführung des Pyrolyse­ gases. Diese Gase gelangen durch die Engstelle 5 am Wirbelbett­ boden in den Pyrolyseofen.

Claims (4)

1. Wirbelschichtreaktor mit offenem Reaktionsgas­ zutritt am unteren Ende des Wirbelbetts über eine Engstelle als Mündung eines Trägergas- Ringkanals mit einem zentralen Reaktionsgas­ zuführungsrohr, das mit Abstand unterhalb der Engstelle endet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Reaktionsgaszuführungs­ rohr (4) zumindest im Auslaufbereich durch ein Rohrbündel mit einer solchen Länge gebildet ist, daß das Reaktionsgas laminar austritt.

2. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch ein axial ver­ stellbares Reaktionsgaszuführungsrohr (4).

3. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen hexagonalen Querschnitt der Rohrbündel- Unterteilungsrohre, die wabenartig angeordnet sind.

4. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen hydraulischen Durchmesser der Rohrbündel- Unterteilungsrohre von etwa 2 mm.