DE3001961C2

DE3001961C2 - Anströmboden für einen Wirbelschichtreaktor

Info

Publication number: DE3001961C2
Application number: DE3001961A
Authority: DE
Inventors: Gregor Dipl.-Chem Dr. 5024 Pulheim Friedrichs
Original assignee: Didier Engineering GmbH
Current assignee: Didier Engineering GmbH
Priority date: 1980-01-21
Filing date: 1980-01-21
Publication date: 1984-08-16
Also published as: DE3001961A1; JPS56115633A; AU6651681A; US4347672A; AU542228B2; JPS6312652B2

Abstract

Kontaktelektroden-Anordnung für Lichtbogen- oder Widerstandsschmelzöfen, mit einer außerhalb der Ofenmauerung angeordneten Basisplatte, mit der die Hälse mehrere Elektroden leitend verbunden sind, wobei der übrige Teil der Elektroden in die Ofenausmauerung hineinragt und mit der in dem Ofenherd befindlichem Schmelze Kontakt hat. Die Basisplatte (6) ist unterhalb des Ofenbodens (4) in Abstand angebracht. Zwischen Basisplatte und Ofenboden ist damit ein Zwischenraum (7) geschaffen, in dem ein die Elektrodenhälse (8), die Ofen-Außenseite und die Basisplatte (6) kühlendes Fluid, insbesondere Luft, fließen kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Anströmboden für einen Wirbelschichtreaktor mit Anströmkörpern in Bodenöffnungen für ein Einsatzgas, wobei jeder Anströmkörper eine zentrale, sich erweiternde Anströmbohrung und oberhalb mit Abstand zur Anströmbohrung eine plattenförmige Schikane aufweist

Eine Wirbelschicht wird üblicherweise dadurch erzeugt, daß beim Durchströmen eines feinkörnigen Schüttgutes ein Trägermedium aufgrund des Strömungswiderstandes einen Druckverlust erleidet und demzufolge auf die Schüttung eine Kraft ausübt Wirbelschichten werden für verschiedene chemische Verfahren betrieben. Für bestimmte Verfahren eignen sich Wirbelschichten deswegen besonders gut weil sie eine gute Temperaturführung und einen kontinuierlichen Betrieb ermöglichen, sich durch einen guten Wärmeübergang sowie eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit auszeichnen und bei katalytischen Verfahren eine gleichbleibende Aktivität des Kontaktes gewährleisten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Einleiten von Stoffen, insbesondere von Einsatzgasen in die Wirbelschicht, Schwierigkeiten bereitet.

Zum Betrieb von Wirbelschichten sind Siebboden bekannt, bei denen das Einsatzgas durch die Sieböffnungen von unten her mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit durch die Wirbelschicht geblasen wird. Ein derartiger Siebboden, der allerdings nicht für Wirbelschichten, sondern zum Auflockern und Fließendmachen von mehligen und feingrießigen Massengütern in Behältern und Silos benutzt wird, ist in der Firmenbroschüre G. Polysius AG, Dessau, Auflockeningssystem P 497 b, dargestellt und beschrieben.

Beim Betrieb einer Wirbelschicht mit Hilfe eines derartigen Siebbodens tritt bereits nach kurzer Betriebs- dauer eine Rückströmung von Feststoffteilchen aus der Wirbelschicht durch die öffnungen des Siebbodens auf. Das führt zu einem Verengen und zum Verstopfen der Sieböffnungen sowie zu ungewollten katalytischen Reaktionen, die schließlich eine Außerbetriebnahi-ie der

to Wirbelschicht erzwingen.

Aus der US-PS 38 96 560 ist auch bereits ein Anströmboden für einen Wirbelschichtreaktor bekannt durch dessen Bodenöffnungen sich Anströmkörper erstrecken, die mit ihrem oberen Teil etwas aus dem An- s-j-ömboden nach oben herausragen. Jeder Anströmkörper weist eine zentrale, sich erweiternde Anströmbohrung auf. Die Ausströmöffnungen der Anströmkörper sind mit Abstand vom oberen Ende der Anströmkörper mit einer Platte abgedeckt um zu verhindern, daß aus der Wirbelschicht absinkende Feststoffteilchen in das inner« der Anströmkörper gelangen. Auch bei diesem Anströmboden läßt es sich nicht vermeiden, daß Feststoffteilchen aus der Wirbelschicht in das Innere der Anströmkörper gelangen und hier zu Verstopfungen und unerwünschten Reaktionen führen, zumal der lichte Querschnitt der Anströmbohrungen von oben nach unten stark abnimmt Die hier dargestellten Anströmkörper weisen zusätzlich den entscheidenden Nachteil auf, daß sie mit ihrem oberen Teü aus dem Anströmboden nach oben herausragen und die Ausströmöffnungen nur eine seitliche Strömung erlauben. Demzufolge bilden sich oberhalb der Abdeckplatte, aber auch seitlich der Anströmkörper Totzonen aus, so daß die Verteilung der Feststoffteilchen in der Wirbelzone daher ungleichmä ßig ist was einen nachteiligen Einfluß auf die Reaktio nen im Wirbelbett hat

Aus der Zeitschrift »Hydrocarbon Processing«, Band 42, Nr. 6, 1963, S. 167 bis 172, ist des weiteren ein Anströmboden bekannt in dessen Öfffjngen Anströmkör- per sitzen. Diese Anströmkörper bestehen aus einem Gehäuse, in dem mit geringem vertikalem Abstand voneinander zwei perforierte Platten angeordnet sind, zwischen denen eine Filtereinlage aus Glasfasergewebe und einer Glasfasermatte liegt Die Gehäuse der Vertei ler befinden sich oberhalb des Anströmbodens, so daß sich Feststoffteilchen, die aus der Wirbelschicht abgesunken sind und sich zwischen den Gehäusen auf dem Anströmboden abgelagert haben, nicht mehr in die Wirbelschicht einbringen lassen. Hinzu kommt, daß harte

so Feststoffteilchen, die aus der Wirbelschicht absinken, auf die obere perforierte Platte treffen, binnen kurzer Zeit die Verteilerfläche durchbohren und unerwünschte, stark exotherme Reaktionen im Verteiler hervorrufen. Zwar zeigt die DE-AS 17 83 152, wie infolge der Ausbil dung des Anströmbodens die Feststoffteilchen in Rich tung der Bodenöffnungen zurückfallen. Hierbei tritt jedoch der Nachteil auf, daß wegen des geringen Austrittsquerschnitts der Bodenöffnungen eine verhältnismäßig hohe Gasgeschwindigkeit erforderlich ist, die zu einem erhöhten Feststoffabrieb führt. Es ist nicht erkennbar, wie die öffnungen davor geschützt werden können, daß aus der Wirbelschicht absinkende Feststoffteilchen in das Innere der Anströmkammer gelangen, da keinerlei Abdeckungen dargestellt oder erwähnt sind. Es lassen sich demnach Verstopfungen oder unerwünschte Reaktionen nicht mit Sicherheit vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Anströmboden für einen Wirbelschichtreaktor zu schaffen.

bei dem sich Verstopfungen mit Sicherheit vermeiden lassen, und bei dem keine aus der Wirbelschicht absinkenden Feststoffteilchen in das Innere der Anströmkörper gelangen können, der mithin unerwünschte Reaktionen ausschließt. Zusätzlich soll eine gleichmäßige und gute Verteilung der Feststoffteilchen im Wirbelbett ohne Totzonen oder Ablagerungen gewährleistet sein. Schließlich soll die zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht erforderliche Gasgeschwindigkeit niedrig sein, um einen möglichst geringen Feststoffabrieb zu erreichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jede Anströmbohrung der Anströmkörper über eine konische Erweiterung in eine Aufnahmetasche mündet, in der mit Abstand zur konischen Erweiterung eine gasduichlässige Verteilerplatte gelagert ist, an der Verteilerplatte oberhalb der konischen Erweiterung die Schikane angeordnet ist, sich zwischen den Anströmkörpern kegelförmige Erhöhungen befinden und der Anströmboden von den der Reaktorwand benachbarten Anströmkörpern zur Reaktorwand hin ansteigt

Der relativ großflächige Austritt des Einsatzgases au£ der Verteilerplatte hat eine laminare Strömung des durch die Verteilerplatte strömenden Gases und eine weitgehend homogene Wirbelschicht zur Folge, wodurch hohe Relativgeschwindigkeiten an den zumeist katalytisch wirkenden Feststoffteilchen vermieden werden. Das bedingt einen relativ geringen Feststoffabrieb. Hinzu kommt, daß das Einsatzgas mit der Wirbelschicht eine gleichmäßige Suspensionsphase bildet, so daß schädliche örtliche Oberhitzungen in stark exothermen Reaktionen vermieden werden. Durch die oberhalb der konischen Erweiterung angeordnete Schikane wird der ankommende Gasstrom aus dem mittleren Bereich der Verteilerplatte abgelenkt Die im Anströmboden zwischen den Bodenöffnungen angeordneten kegelförmigen Erhöhungen vermeiden Totzonen, ebenso wie der zur Reaktorwand hin schräg ansteigende Anströmboden. Durch den Wegfall von Totzonen, in denen keine Fluidisierung b~w. kein Suspensionskreislauf stattfindet entstehen zwischen den Verteilerplatten keine Verklinkerungen von Fesistoffteilchen.

Des weiteren empfiehlt es sich, Verteilerplatten zu verwenden, die aus thermisch isolierendem Material bestehen. Das vermeidet einen Wärmeübergang aus dem Wirbelschichtraum in die Anströmkörper und unterbindet schädliche Reaktionen, zumal das in die Anströmkörper eintretende Einsatzgas kühlend wirkt. Des weiteren bestehen die Verteilerplatten zweckmäßigerweise aus katalytisch inertem Material, um unerwünschte Reaktionen zu unterbinden.

Zweckmäßisjerweise besitzen die Verteilerplatten Ausströmöffnungen der zehn- bis 200fachen Größe möglicher Verunreinigungen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß auch bei verunreinigtem Einsatzgas keine Verstopfungen an den entsprechend grobporigen Verteilerplatten auftreten und eine gleichmäßige Betriebssicherheit gewährleistet ist.

Weil u.a. Pulsationsstöße vermieden werden, ist sichergestellt, daß in keiner Betriebs- und Stillstandsphase der Wirbelschicht Feststoffteilehen aus der Wirbelschicht in die Anströmbohrungen der Anströmkörper gelangen, so daß keine Verstopfungsgefahr besteht.

Um eine gleichmäßige Verteilung des Einsatzgases unterhalb der Verteilerplatte zu ermöglichen, kann die Verteilerplatte auf in aer Aufnahmetasche angeordneten Distanzhaltern elastisch gelagert sein. Zwischen der Seitenwandung der Aufnahmetasche und der Verteilerplatte kann sich zudem eine Dichtung befinden. Diese Dichtung besteht vorteilhafterweise aus thermisch isolierendem Material, das zusätzlich noch katalytisch inert sein sollte. Um zu verhindern, daß die Verteilerplatte durch den von unten wirkenden Druck aus der Aufnahmetasche abgehoben wird, empfiehlt es sich, mit geringfügigem Abstand oberhalb der Verteilerplatte eine Halterung für die Verteilerplatte anzuordnen.
Mit dem erfindungägemäßen Anströmboden ist ein

ίο störungsfreier Dauerbetrieb einer Wirbelschicht möglich und rufen selbst wiederholte Stillstandsphasen keinerlei Verschlechterung hervor. -

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Anströmboden und

Fig.2 eine vergrößerte Darstellung eines Antrömkörpers der F i g. 1.

In einem Wirbelbettreaktor ist ein Anströmboden 2 mit Bodenöffnungen 3 angeordnet in -i-inen sich Anströmkörper 5 mit Verteilerplatten 6 befin,3en. In kurzem Abstand oberhalb des Anströmbodens 2 sind Wärmetauscher 7 zum Abführen der bei exothermen Reaktionen entstehenden Reaktionswärme angeordnet Zwischen den -nströmkörpern 5 befinden sich kegelförmige Erhöhungen 8 des Anströmbodens 2. Des weiteren verlaufen die Flächen 9 des Anströmbodens 2, die der Reaktorwand 1 benachbart sind, schräg zur Reaktorwand 1 hin ansteigend. Oberhalb des Anstfömbodens 2 befindet sich der Reaktionsraum 10 und unterhalb des Anströmbodens 2 der Gasraum 11.

In den oberen Bereich des Anströmkörpers 5 ist eine Aufnahmetasche 12 eingearbeitet in der auf elastischen Distanzhaltern 13 die Verteilerplatte 6 gelagert ist Zwischen der Verteilerplatte 6 und der Seitenwandung 14 der Aufnahmetasche 12 ist eine Dichtung aus thermisch isolierendem und katalytisch inertem Material angeordnet Mit Abstand oberhalb der Dichtung 15 befindet sich eine Halterung 16, die soweit in die Aufnahmetasche 12 hineinjagt, daß sich die Verteilerplatte 6 nicht ungewollt aus ihrer Lage abheben kann.

Unterhalb der Verteilerplatte 6 erstreckt sich eine Schikane 17, die sich senkrecht oberhalb eine? konisehen Erweiterung 18 einer Anströmbohrrng 19 befindet. Der Anströmkörper 5 ist von unten her mit dem Anströmboden 2 mittels nicht dargestellter Schrauben in Bohrungen 20 befestigt.

In einem Wirbelschichtreaktor der in der Zeichnung dargestellten Art wurden kohlenoxydreiche Gase aus der Kohlevergasung z?i einem methanreichen Gas umgesetzt, wobei folgende Hauptreaktionen unter Freisetzung teils erheblicher Wärmemengen ablaufen:

CO+ 3 H₂-.CH₄+ H₂O
CO + H₂O-CO₂ +H₂
CO₂+ 4 H₂-CH₄ + 2 H₂O
2 CO— C+ CO₂

Beim Betrieb des Wirbelschichtreaktors gelangt das Gas aus der Kohlevergasung aus dem Gasraum 11 durch die Anströmbohrungen 19 der Anströmkörper 5 in die konischen Erweiterungen 18 und von hier aus nach Umlenkung an den Schikanen 17 durch die Vertei-

b5 lerplalten 6 in den oberhalb des Anströmbodens 2 befindlichen Reaktionsraum 10, in dem sich die Wirbelschicht befindet.

Die kegelförmigen Erhöhungen 8 und die schrägen

Flächen 9 des Anströmbodens 2 sorgen dafür, daB aus der Wirbelschicht herabsinkende Feststoffteilchen zu den Verteilerplatten 6 herunterrutschen und von hier aus wieder in den Reaktionsraum 10 zurückgetragen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Anströmboden für einen Wirbelschichtreaktor mit Anströmkörpern in Bodenöffnungen für ein Einsatzgas, wobei jeder Anströmkörper eine zentrale, sich erweiternde Anströmbohrung und oberhalb mit Abstand zur Anströmbohrung eine plattenförmige Schikane aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anströmbohrung (19) der Anströmkörper (5) über eine konische Erweiterung (18) in eine Aufnahmetasche (12) mündet, in der mit Abstand oberhalb zur konischen Erweiterung (18) eine gasdurchlässige Verteflerplatte (6) gelagert ist, an der Verteilerplatte (6) oberhalb der konischen Erweiterung (18) die Schikane (17) angeordnet ist, sich zwischen den Anströmkörpern (5) kegelförmige Erhöhungen (8) befinden und der Anströmboden (2) von den der Reaktorwand (1) benachbarten Anströmkörpern (5) zur Reaktorwand (1) hin ansteigt

Z Anströmboden nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerplatte (6) auf in der Aufnahmetasche (12) angeordneten Distanzhaltern (13) elastisch gelagert ist

3. Anströmboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß n?-t Abstand oberhalb der Verteilerplatte (6) eine Halterung (16) für die Verteilerplatte (6) angeordnet ist

4. Anströmboden nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmetasche (12) eine Seiten» Endung (14) aufweist zwischen der Seitenwandung (14) und der Vprteilerplatte (6) eine Dichtung (15) angeordnet ist