DE3027606C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Eintrags- und Dosiervorrichtung für disperse Fest­ stoffe, die es ermöglicht, sowohl den Feststoffmassenstrom als auch den Gas­ massenstrom auf einen vorgegebenen Sollwert einzustellen und bei der bei Ab­ weichungen von den Sollwerten nachgeregelt werden kann. Der Feststoff wird hierbei mittels eines Gas- oder Dampfstromes in eine Rohrleitung und/oder einen Behälter gefördert. Die Vorrichtung kann dabei ebenso wie die Rohr­ leitung oder der Behälter unter Überdruck stehen. Auch für die Eintragung von Feststoff in unter Unterdruck stehende Systeme läßt sich die Vorrichtung vorteilhaft einsetzen.

Für den Eintrag fein- oder grobdisperser Feststoffe in Rohrleitungen und Be­ hälter sind eine Vielzahl von Vorrichtungen bekannt. Man setzt hier mechanisch betätigte Klappen, Zellenradschleusen oder Schnecken ein. Die erreichbare Dosiergenauigkeit hängt dabei von der gewählten Bauform, aber auch von den physikalischen Stoffeigenschaften des zu dosierenden Feststoffs - wie beispiels­ weise Rieselfähigkeit, Haft- und Schmierverhalten, Verdichtbarkeit usw. - ab. Ist der Feststoff in unter Über- oder Unterdruck stehende Systeme einzutragen, so können die beispielhaft genannten Vorrichtungen nur eine begrenzte Druck­ differenz überwinden, deren Größe u. a. von der gewählten Bauform abhängt.

Für den Eintrag disperser Feststoffe in unter Überdruck stehende Systeme bedient man sich deshalb häufig sog. Druckgefäße, in die man den Feststoff bei Atmosphärenbedingungen einfüllt, dann den Behälter verschließt, mit Gas auf einen Druck aufpumpt, der höher als der Druck in dem System ist, in das der Feststoff eingetragen werden soll, und der dann durch Öffnen einer geeig­ neten Absperrvorrichtung, gegebenenfalls noch über ein Zuteilungsorgan, ent­ leert wird.

Nachteilig an allen diesen Anordnungen ist, daß vor allem der dosierte Fest­ stoffeintrag in unter Druck stehende Räume nur mit großen technischen Schwierig­ keiten und häufig mit nicht ausreichender Genauigkeit realisiert werden kann.

Bei der Auswahl von Eintrags- und Dosiervorrichtungen ist auch zu berücksichtigen, daß unter gleichmäßigem Feststoffeintrag sehr unterschiedliche Verfahrens­ weisen verstanden werden können. In manchen Fällen, beispielsweise bei reinen Förderproblemen, ist es häufig ausreichend, wenn der Feststoffmassenstrom über Minuten oder Stunden im Mittelwert konstant bleibt. Laufen neben dem Transport noch Wärme- und Stoffübergangsvorgänge ab, so muß der Feststoff­ massenstrom im Mittelwert über häufig weniger als eine Minute konstant ge­ halten werden. Bei Ablauf von Reaktionen - beispielsweise in einem chemischen Reaktor oder einem Vergasungsreaktor für Kohle - ist der Feststoffmassenstrom im Mittelwert über Sekunden konstant zu halten. Die Forderung nach einem auch über einen längeren Zeitraum zeitlich sehr konstanten, das heißt schwankungs­ freien Feststoffmassenstrom läßt sich mit den bisher bekannten Eintragssystemen nur unzulänglich lösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eintrags- und Dosiervorrichtung so auszubilden, daß in einen drucklosen oder unter Unter-, bevorzugt aber unter Überdruck stehenden Raum (Rohrleitung oder Behälter), disperser Feststoff und Gas mit großer Genauigkeit dosiert eingetragen werden kann und zwar auch dann, wenn die Eintrags- und Dosiervorrichtung ungleichmäßig, gegebenenfalls auch diskontinuierlich mit Feststoff beschickt wird. Weiter soll der einzu­ tragende Feststoffmassenstrom ohne mechanisch betätigte Vorrichtungen dosiert werden können. Darüber hinaus muß für einen vorgegebenen Feststoffmassenstrom der Gasmassenstrom zum Reaktor in weiten Grenzen frei wählbar sein, um bei­ spielsweise für die Vergasung von Kohle in einem Reaktor das erforderliche Feststoff/Gasmassenstromverhältnis einstellen zu können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Feststoff aus einem unter Druck stehenden Behälter in bekannter Weise einem Fließbettbehälter zugeführt wird. Der Druck im Füllbehälter ist dabei größer als im Fließbett­ behälter und dort in der Regel wiederum größer als in der Rohrleitung oder dem Behälter bzw. Reaktor, in den eingespeist werden soll. Entsprechend kann auch in ein unter Unterdruck stehendes System eingespeist werden. Hier würde der Füllbehälter beispielsweise drucklos betrieben, Fließbettbehälter und Reaktor stehen dabei unter abnehmendem Absolutdruck. Aus dem Fließbettbehälter wird der Feststoff mittels einer Injektoraufgabeeinrichtung in eine Rohrleitung und weiter beispielsweise in einen Vergasungsreaktor gefördert. Durch geeignete Einrichtungen wie Düsen oder andere Meßgeräte, läßt sich der Feststoff und der Gasmassenstrom in der Rohrleitung messen und damit überwachen. Der fließfähige Zustand der Feststoffschüttung wird durch eine Begasung der Schüttung erreicht. Als Begasungseinrichtung können poröse Böden oder andere bekannte Systeme eingesetzt werden. Sowohl der Gasmassenstrom zum Fluidisieren des Feststoffs als auch der Treibgasmassenstrom zur Injektordüse sowie ein im Gasraum ober­ halb des Fließbettes zuzuführender Gasstrom können geregelt werden.

Damit das Eintrags- und Dosiersystem unterschiedlichen Aufgabenstellungen ange­ paßt werden kann, sind die Injektordüse sowie das mit einer Fangdüse ausge­ rüstete Förderrohr axial verschiebbar ausgeführt. Diese Verschiebbarkeit ist erforderlich, weil der Abstand Injektordüse-Fangdüse den physikalischen Daten des Feststoffs, wie Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung, Dichte usw. ange­ paßt sein muß, um optimale Förderbedingungen zu erreichen. Um die Treibgas­ geschwindigkeit optimal wählen zu können, läßt sich die Treibdüse auswechseln, um Düsen mit unterschiedlichen Durchmessern einsetzen zu können. Auch die Fangdüse des Förderrohres ist auswechselbar, um ihre Form den Betriebserfor­ dernissen anpassen zu können. Darüber hinaus soll sie bei Verschleißgefährdung, ebenso wie die Injektordüse, aus geeigneten Werkstoffen gefertigt werden können und leicht auswechselbar sein.

Sollen aus einem Fließbett mehrere Rohrleitungen und/oder Behälter gespeist werden, so ist die Injektoraufgabeeinrichtung entsprechend mehrmals anzu­ ordnen, wobei der Treibgasstrom zu jeder Injektordüse regelbar bleibt.

Bei der Auslegung der Eintrags- und Dosiervorrichtung für den Einsatz bei Kohlevergasungsreaktoren kann es zweckmäßig sein, den Gesamtgasmassenstrom zum Betrieb der Eintragsvorrichtung so gering wie möglich zu wählen, weil damit die Regelfähigkeit für das Gesamtsystem Eintragsvorrichtung/Reaktor wesentlich verbessert wird. Dies ist deshalb der Fall, weil üblicherweise die Kohle einem oder mehreren Brennern im Reaktor zugeführt und das zur Prozeßführung erforderliche Gas direkt in den Reaktor zugegeben wird. Je geringer also der Prozeßgasanteil ist, der als Fördergas mit der Kohle in den Reaktor eintritt, umso weniger machen sich die Regelschwankungen im Fördergasstrom im Reaktionsraum bemerkbar.

Ein Verfahren zum Dosieren fluidisierbarer Feststoffe wird auch in der deutschen Patentanmeldung DE-AS 26 24 284 beschrieben. Bei diesem Verfahren läßt sich jedoch nur der Feststoffmassenstrom einstellen, wobei der be­ nötigte Gasstrom den Erfordernissen angepaßt wird. Eine getrennte Einstellung von Feststoff- und Gasmassenstrom, die für viele technische Anwendungen, beispielsweise chemische Reaktionen oder Kohlevergasung erforderlich ist, ist dabei nicht vorgesehen. Um zu erreichen, daß mit dem dosierten Fest­ stoffmassenstrom auch ein vorgegebener Gasmassenstrom die Vorrichtung durch die Austragsrohrleitung verläßt, werden erfindungsgemäß erforderliche Änderungen des Treibgasmassenstroms (zum Einstellen des Feststoffmassenstroms) durch entsprechende Änderungen des Fluidisiergasmassenstroms ausgeglichen. In den Fällen, in denen diese Maßnahme nicht ausreicht, weil beispielsweise die Gasgeschwindigkeit in der Austragsrohrleitung zu gering ist, um den Fest­ stoff zu transportieren, kann in den oberen Teil des Fließbettbehälters Zusatzgas zugeführt werden. Damit ist immer gewährleistet, daß auch für unterschiedliche Feststoffe und deren unterschiedliche physikalische Eigen­ schaften ein Feststoffaustrag bei konstantem oder jeweils vorgegebenem Ver­ hältnis von Feststoff- zu Gasmassenstrom erfolgt. Wenn dies allein durch Änderung der verschiedenen Gasströme nicht möglich ist, kann das System beispielsweise durch Verstellen des Abstands Injektordüse-Fangdüse, Eintauch­ tiefe der Injektordüse in das Fließbett oder Änderung der Düsengeometrie der Aufgabenstellung angepaßt werden.

An dem Verfahren entsprechend der Patentanmeldung DE-AS 26 24 284 ist weiter nachteilig, daß das Fluidisiergas den Behälter durch eine gesonderte Rohr­ leitung verläßt. Es muß, da dieser Gasstrom rund 10mal größer als der För­ dergasmassenstrom ist, in der Regel vor Austritt in die Atmosphäre oder Eintritt in einen anderen Produktionsbereich gereinigt werden. Darüber hinaus werden mit diesem Verfahren, das zur Katalysatordosierung dient, nur sehr geringe Feststoff­ massenströme gefördert. Die mit der hier vorgeschlagenen Vorrichtung zu do­ sierenden und zu fördernden Feststoffmassenströme sind erheblich größer. Der Vergrößerungsfaktor beträgt bis zu 1 : 500 000.

Die Ausführung und die Arbeitsweise der Erfindung wird für den Fall des Druck­ betriebes an Hand einer Zeichnung erläutert.

In den Fließbettbehälter (1) wird kontinuierlich oder diskontinuierlich aus einem oder mehreren Füllbehältern (2) über ein Zuteilungsorgan (3), hier bei­ spielhaft als Zellenrad ausgeführt, Feststoff (4) aufgegeben. Der Druck im Behälter (2) ist hierbei größer als im Fließbettbehälter (1) und im Reaktor (5). Nach dem Entleeren des Füllbehälters wird das Absperrorgan (6) ge­ schlossen, der Behälter in geeigneter Weise über die Rohrleitung (7) und das Absperrorgan (8) entspannt. Letzteres wird nach der Entspannung ge­ schlossen. Nach Öffnen des Absperrorgans (9) wird der Behälter über die Leitung (22) wieder mit Feststoff gefüllt. Nach dem Schließen des Absperr­ organs (9) wird der Behälter mit Gas über die Rohrleitung (10) auf Betriebs­ druck gebracht. Bei Erreichen des Betriebsdrucks wird das Absperrorgan (11) geschlossen. Die Entleerung des gefüllten, unter Druck stehenden Behälters (2) in den Fließbettbehälter (1) kann wieder beginnen. Um den Feststoff (4) im Fließbettbehälter (1) in einen fließfähigen Zustand zu bringen, wird der Feststoff über den Begasungsboden (12) und die Zuleitung (13) sowie das Regelventil (14) begast. Das Fluidisierungsgas verläßt den Fließbettbehälter durch die Rohrleitung (15), an deren unteren Ende sich die auswechselbare Fangdüse (23) befindet. Um den fluidisierten Feststoff dosiert der Rohrleitung (15) zuführen zu können, wird die Förderwirkung eines Gastreibstrahles ausge­ nutzt, der aus der auswechselbaren Injektordüse (16) austritt. Das Treibgas wird der Düse über die Zuleitung (17) und das Regelventil (18) zugeführt. Wird im Reaktor (5) und damit auch in der Förderleitung (15) ein bestimmtes Gas/Feststoffmassenstromverhältnis gefordert und ist zu seiner Einstellung mehr Gas erforderlich, als zum Betrieb des Fließbetts und der Injektordüse benötigt wird, so kann dieses Zusatzgas über die Zuleitung (19) und das Regelventil (20) dem Fließbettbehälter (1) zugeführt werden. Der Feststoff- und der Gasmassenstrom in der Förderleitung (15) werden über geeignete Meß­ einrichtungen (21) (beispielsweise Düsen) kontinuierlich gemessen.

Steigt oder fällt der Feststoffmassenstrom in der Förderleitung (15), so läßt er sich durch Änderung des Treibgasmassenstroms zur Injektordüse mit Hilfe des Regelventils (18) wieder auf den Sollwert bringen. Ein zu hoher Feststoffmassenstrom zum Reaktor (5) wird dabei durch Zurücknahme des Treibgasmassenstroms verringert. Umgekehrt wird eine Erhöhung des Feststoff­ massenstroms durch eine Steigerung des Treibgasmassenstroms erreicht. Da mit der Änderung des Treibgasmassenstroms auch eine Änderung im Verhältnis Feststoffmassenstrom zu Gasmassenstrom in der Förderleitung (15) und damit im Reaktor (5) verbunden ist, ist der Gasmassenstrom zum Fluidisieren des Feststoffs oder der Zusatzgasmassenstrom mit Hilfe der Regelventile (14) und (20) so nachzuregeln, daß durch das Förderrohr (15), gemessen mit der Meßeinrichtung (21) oder mit geeigneten Meßgeräten in den Gaszuleitungen (13), (17) und (19) immer der gewünschte Gasmassenstrom gefördert wird. Für die Einstellung dieses Gasmassenstroms kann auch eine gekoppelte Re­ gelung der beiden Gasströme (Fluidisierungsgas und Zusatzgas) eingesetzt werden.

Soll die Eintrags- und Dosiervorrichtung für andere Feststoffe eingesetzt werden, die sich durch ihre Art, Dichte, Partikelgröße und Partikelgrößen­ verteilung unterscheiden, so kann den neuen Anforderungen durch Auswechseln der Injektordüse (16) und der Fangdüse (23) sowie durch axiales Verschieben ( 24) der Injektordüse bzw. durch Verschieben (25) der Fangdüse Rechnung getragen werden.

Claims (5)

1. Eintrags- und Dosiervorrichtung für disperse Feststoffe, die aus einem Fließbettbehälter (1) mittels einer Injektoreinrichtung (Injektordüse (16), Fangdüse (23)) dosiert in eine Förderleitung (15) und/oder einen Behälter (5) (Reaktor) eingespeist werden, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (14) in einer Zuleitung (13) zum Fließbettbehälter (1), eine Regeleinrichtung (18) in einer Zuleitung (17) zur Injektordüse (16) und durch eine Regeleinrichtung (20) in einer Zuleitung ( 19), die in den Freiraum des Fließbettbehälters (1) einmündet.

2. Eintrags- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektordüse (16) sowie die Fangdüse (23) axial verschiebbar aus­ geführt und die Injektordüse (16) sowie die Fangdüse (23) auswechselbar sind.

3. Eintrags- und Dosiervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Fließbettbehälter (1) mehrere Injektoreinrich­ tungen (Injektordüsen (16), Fangdüsen (23)) angeordnet werden können.

4. Eintrags- und Dosiervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch Druckgefäße (2) und Zuteilorgane (3), wenn die Vorrichtung unter hohem Druck betrieben wird.

5. Eintrags- und Dosiervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch eine Meßeinrichtung (21) in der Förderleitung (15) zum Behälter (5) oder Reaktor (5).