DE3038577C2

DE3038577C2 -

Info

Publication number: DE3038577C2
Application number: DE3038577A
Authority: DE
Inventors: Frank C. Palatine Ill. Us Schora Jun.; Kenneth B. Chicago Ill. Us Burnham Jun.
Original assignee: INSTITUTE OF GAS TECHNOLOGY CHICAGO ILL US
Current assignee: INSTITUTE OF GAS TECHNOLOGY CHICAGO ILL US
Priority date: 1979-10-22
Filing date: 1980-10-13
Publication date: 1989-07-20
Also published as: US4247240A; BR8006409A; ZA806179B; AU538143B2; MA18981A1; ZW23380A1; FR2467628A1; JO1141B1; IN154937B; CA1126703A; GB2062492B; GB2062492A; DE3038577A1; AU6357880A; DD153672A5; FR2467628B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transport von Feststoff-Teilchen zwischen Zonen mit wesentlich unterschied lichen Drücken, bei der ein Feststoff-Speicherbehälter die Feststoff-Teilchen über ein erstes Ventil einem Schleusen behälter mit einer Flüssigkeit zuführt, deren Dichte klei ner ist als die Dichte der Feststoff-Teilchen, bei der die Feststoff-Teilchen am unteren Ende des Schleusenbehälters austreten, und über ein zweites Ventil einer Fördereinrich tung zum Weitertransport in einen Druckbehälter zugeführt werden, und bei der eine Flüssigkeitspumpe vorgesehen ist, mit der dem Schleusenbehälter Flüssigkeit zugeführt oder entnommen werden kann, um den Druck in dem Schleusenbehäl ter zu erhöhen oder zu reduzieren.

Bei einer derartigen Vorrichtung bildet die Flüssigkeit in dem Schleusenbehälter eine Flüssigkeitsdichtung zwischen dem unter Druck stehenden Druckbehälter und dem unter we sentlich kleinerem Druck stehenden Schleusenbehälter.

Es sind schon verschiedene Vorrichtungen verwendet worden, um Feststoff-Teilchen in einen Druckbehälter einführen zu können. Es sind Gas-Schleusenbehälter verwendet worden, um Feststoff-Teilchen in einen Druckbehälter einzubringen. Die Feststoff-Teilchen werden unter atmosphärischem Druck in den Schleusenbehälter eingebracht, dann wird der Schleu senbehälter geschlossen und mit Gas unter Druck gesetzt, bis der Druck im Schleusenbehälter dem Druck im Druckbehälter entspricht. Die Feststoff-Teilchen werden dann dem Druck behälter zugeführt, in dem annähernd der gleiche Druck herrscht. Der Schleusenbehälter wird danach von dem Druck behälter getrennt und zum Einführen von neuen Feststoff-Teil chen wieder auf atmosphärischen Druck gebracht. Gas-Schleu senbehälter erfordern komplizierte und teure Ventile und füh ren in der Praxis zu großen Zykluszeiten.

Schleusenbehälter sind auch schon als lange Schwerkrafthebel über dem Druckbehälter ausgebildet worden, um den Druckunter schied zu überwinden, so daß sie nur für verhältnismäßig klei ne Druckunterschiede von ungefähr 10 psi, aber nicht für die erforderlichen großen Druckunterschiede ausgelegt werden kön nen. In den US-PS 26 26 230 und 28 85 099 sind verschiedene Ausgestaltungen von Schwerkrafthebeln gezeigt, die aber die Hauptschwierigkeiten der Länge der für hohe Druckunterschie de erforderlichen Hebel nicht lösen.

Flüssigkeiten mit hoher Dichte werden nach den US-PS 27 04 704 und 30 09 588 empfohlen, um den gewünschten Druckunterschied zu erzeugen. Die dafür vorgesehene Flüssigkeiten, wie ge schmolzenes Blei, Quecksilber, Zinn oder dgl. bringen aber schwerwiegende wirtschaftliche und umweltbedingte Nachteile.

Wasser als Flüssigkeitsdichtung wird in einem System mit einer Trommel mit sich drehenden Zubringerfördergefäßen verwendet, wie die US-PS 28 28 026 zeigt. Der Arbeitsdruck einer Retorte wird durch ein Flüssigkeitssteigrohr ausgeglichen und wieder auf die Verwendung von kleinen Druckunterschieden aufgrund der erforderlichen Höhe des Flüssigkeitsteigrohres beschränkt.

Bei der Vorrichtung nach der US-PS 29 25 928 werden grobe Feststoff-Teilchen über ein Flüssigbett von fein verteil ten Feststoff-Teilchen in einem Steigrohr geleitet, um den Druckunterschied zwischen zwei Zonen mit unterschiedlichem Druck auszugleichen. Diese Vorrichtung ist jedoch nur für Druckunterschiede von ungefähr 10 bis 20 psi praktisch an wendbar.

Die US-PS 37 29 105 zeigt einen Schleusenbehälter mit Flüs sigkeit, die als Flüssigkeitsdichtung dient. Durch diese Flüssigkeit fallen Feststoff-Teilchen mit größerer Dichte und werden mittels einer Fördereinrichtung, z. B. einem Schraubenförderer, einem Druckbehälter zugeführt. Diese Vorrichtung kann mit größerem Druckunterschied als bekann te Vorrichtungen arbeiten, sie hat aber den Nachteil, daß die Feststoff-Teilchen unerwünscht Flüssigkeit in den Druck behälter bringen, insbesondere mit kleinen Feststoff-Teil chen. Außerdem kann die Flüssigkeit selbst in den Druckbe hälter gelangen, wenn in diesem ein Druckabbau vorgenommen wird. Es ist offenkundig, daß in vielen Reaktorsystemen der Eintritt von Flüssigkeit in den Druckbehälter ruinös ist.

Die US-PS 30 98 735 zeigt ein Siebband-Fördereinrichtung zum Trennen von Eis aus einer Flüssigkeit. Diese Trennung wird bei atmosphärischem Druck ausgeführt. Die Siebband- Fördereinrichtung bildet eine geschlossene Einheit mit einem Flüssigkeits-Sammelbereich unterhalb des Siebes, der über eine Leitung zur Rückführung der angesammelten Flüssigkeit mit einer Pumpe ausgestattet ist. Die Siebband- Fördereinrichtung ist zudem mit einer Trennkammer zum Trennen der Feststoff-Teilchen und der Flüssigkeit versehen. Diese bekannte Siebband-Fördereinrichtung ist nicht dafür geeignet, Feststoff-Teilchen zwischen Zonen mit unterschiedlichen Drücken zu transportieren, da kein mit zwei Ventilen ausgestatteter Schleusenbehälter vorgesehen ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der mit großen Druckunterschie den und mit kleiner Teilchengröße der Feststoff-Teilchen ge arbeitet werden kann und sichergestellt ist, daß Flüssigkeit weder direkt noch mit den Feststoff-Teilchen in den Druckbe hälter gelangen kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Trennkammer zum Trennen der Feststoff-Teilchen und der Flüssigkeit vorgesehen ist, in der der gleiche Druck wie in dem Druckbehälter herrscht, daß ein Feststoff-Eingang im obe ren Teil der Trennkammer mit der Fördereinrichtung und ein Feststoff-Ausgang im unteren Teil der Trennkammer mit dem Druckbehälter verbunden sind, daß ein Sieb diesen Feststoff- Eingang und diesen Feststoff-Ausgang der Trennkammer mitein ander verbindet, daß die Trennkammer unterhalb des Siebes einen Flüssigkeits-Sammelbereich aufweist, der über eine Flüssigkeitspumpe und eine Leitung zur Rückführung der an gesammelten Flüssigkeit mit dem Schleusenbehälter in Ver bindung steht, daß die Feststoff-Teilchen mit der anhaften den Flüssigkeit mittels der Fördereinrichtung dem oberen Teil des Siebes zuführbar ist, daß die Feststoff-Teilchen auf der Oberseite des Siebes zurückgehalten sind und über den Feststoff-Ausgang der Trennkammer in den Druckbehäl ter gelangen und daß die Flüssigkeit durch das Sieb in den Flüssigkeits-Sammelbereich der Trennkammer gelangt.

Mit dieser Vorrichtung können die Feststoff-Teilchen in dem Schleusenbehälter auf den gleichen Druck wie im Druckbehäl ter gebracht werden. Die Flüssigkeit im Schleusenbehälter bringt eine eindeutige druckdichte Abdichtung und dient gleichzeitig als Medium zur Druckerzeugung. Über die ge schlossene Fördereinrichtung und die geschlossene Trenn kammer können die Feststoff-Teilche praktisch unter glei chem Druck in den Druckbehälter geführt werden. Dabei wird die Flüssigkeit sicher im Schleusenbehälter und der Förder einrichtung zurückgehalten, ja beim Herunterrollen der Fest stoff-Teilchen auf dem schräggestellten Sieb der Trennkammer werden die Feststoff-Teilchen auch noch von der anhaftenden Flüssigkeit befreit. Diese Flüssigkeit gelangt in einen Speicherraum der Trennkammer und kann von dort aus mittels einer Flüssigkeitspumpe wieder in den Flüssigkeitskreislauf des Schleusenbehälters zurückgeführt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichungen dargestell ten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch und als Schnitt eine erste Ausführungsform einer Vorrich tung nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen Teilschnitt einer anderen Ausführungsform der Fördereinrichtung in einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 werden die Feststoff-Teilchen in einem Fest stoff-Speicherbehälter 10 gespeichert, der als unten offe ner Silobunker gezeigt ist. Die Feststoff-Teilchen können beliebige Gestalt oder Größe aufweisen, so wie es für jede beliebige chemische Reaktion in einem geschlossenen Druck behälter am zweckmäßigsten ist. In den meisten Fällen sind die Feststoff-Teilchen in der Größenordnung von 1 mm bis 10 cm im Durchmesser. Der Feststoff-Speicherbehälter 10 kann zur Abmessung der gewünschten Menge an Feststoff-Teil chen ausgenützt werden. Die Transporteinrichtung 11 ist als Endlosförderband gezeigt, welches eine Antriebsrolle und eine Leerlaufrolle aufweist und so angeordnet ist, daß es im Be trieb die Feststoff-Teilchen von dem unteren Auslaß des Fest stoff-Speicherbehälters 10 dem Eingangsventil 12 des Schleu senbehälters 16 zuführt. Es ist erkennbar, daß das Endlos förderband im Stillstand einen Verschluß für den Auslaß im Boden des Feststoff-Speicherbehälters 10 bildet und das Öff nen der Haupteingänge des Schleusenbehälters 16 zur Atmos phäre zuläßt.

Der Schleusenbehälter 16 weist einen Eingangsanschluß 15 und zwei Eingangsventile 12 und 14 auf. Am Boden des Schleusenbe hälters 16 sind in ähnlicher Weise zwei Ausgangsventile 17 und 18 vorgesehen. Die Mehrfach-Eingangsventile und -Aus gangsventile zur Absperrung des Schleusenbehälters 16 sind erwünscht, um einen ausreichenden Verschluß desselben zu ge währleisten, wenn dies erforderlich ist. Das Eingangsventil 12 ist mit einem Auslaß 13 versehen, der selbst wieder mit einem Ventil ausgerüstet ist. Durch die im Schleusenbehälter 16 befindliche Flüssigkei wird ein druckdichter Verschluß erreicht. Die Flüssigkeit kann eine beliebige Flüssigkeit mit einer Dichte kleiner als die Dichte der durchgeleite ten Feststoff-Teilchen sein, die vorzugsweise mit den Fest stoff-Teilchen nicht reagiert. Für viele Fälle kann Wasser als geeignete Flüssigkeit verwendet werden. Ein Flüssigkeits speisebehälter 30 hat eine Flüssigkeitsversorgungsleitung 31, über die dem Flüssigkeitsspeisebehälter 30 von einer äußeren Flüssigkeitsquelle Flüssigkeit zugeführt wird. Die Flüssig keit in dem Flüssigkeitsspeisebehälter 30 wird mittels einer Pumpe 32 über die Versorgungsleitung 33 dem Schleusenbehälter 16 zugeführt oder es wird Flüssigkeit aus dem Schleusenbehäl ter 16 mittels der Pumpe 32 über die Versorgungsleitung 33 in den Flüssigkeitsspeisebehälter 30 zurückgeführt, um in dem Schleusenbehälter 16 den gewünschten Druckausgleich zu erhal ten. Die Rückflußleitung 34 geht am oberen Teil des Schleu senbehälters 16 ab und führt zum Flüssigkeitsspeisebehälter 30. Über diese Rückflußleitung 34 gelangt die von den Fest stoff-Teilchen in dem Schleusenbehälter 16 verdrängte Flüssig keit zum Flüssigkeitsspeisebehälter 30.

Der Ausgang 19 des Schleusenbehälters 16 führt die Feststoff- Teilchen aus dem Schleusenbehälter 16 der Förderkammer 20 der Fördereinrichtung zu. Fig. 1 zeigt in der Förderkammer 20 einen Schraubenförderer 21, der von einem Motor 22 angetrie ben wird und die Feststoff-Teilchen vom Boden des Schleusen behälters 16 dem oberen Teil einer Trennkammer 23 zum Trennen der Feststoff-Teilchen und der Flüssigkeit zuführt. Wenn die Ausgangsventile 17 und 18 des Schleusenbehälters 16 geöffnet sind, dann fließt die Flüssigkeit aus dem Schleusenbehälter 16 in die Förderkammer 20.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für eine För dereinrichtung für die Vorrichtung nach der Erfindung. Die Förderkammer 20 der Fig. 2 entspricht der Förderkammer 20 nach Fig. 1, enthält aber ein Endlosförderband 40, das über das Antriebsrad 42 und das Leerlaufrad 43 geführt ist. An dem Endlosförderband 40 sind in Abständen Fördergefäße 41 angebracht, die die Feststoff-Teilchen vom Boden der Förder kammer 20 dem oberen Teil der Trennkammer 23 zuführen.

Die Trennkammer 23 zum Trennen der Feststoff-Teilchen und der Flüssigkeit weist Trennmittel auf, die vom Feststoff- Eingang im oberen Teil der Trennkammer 23 zum Feststoff- Ausgang 25 verlaufen, der im unteren Teil der Trennkammer 23 liegt und zum Druckbehälter 26 führt. Das als Sieb 24 ausgebildete Trennmittel ist so ausgelegt, daß die Fest stoff-Teilchen auf der Oberseite des Siebes 24 zurückgehal ten werden, daß es aber der Flüssigkeit den Durchgang zu einem Sammelbereich im unteren Teil der Trennkammer 23 freigibt. Mit dem Ausdruck Sieb kann jedes beliebige per forierte Material, Profilteil, Webteil oder dgl. gemeint sein, das der Flüssigkeit ausreichende Durchgangswege zum unteren Teil der Trennkammer 23 schafft, die Feststoff-Teil chen aber zurückhält und dem Feststoff-Ausgang zuführt. Die Trennkammer 23 trennt im wesentlichen die gesamte Flüssig keit von den Feststoff-Teilchen, wenn diese auf dem Sieb herabrollen. Das Entfernen der mit den Feststoff-Teilchen verbundenen Flüssigkeit ist in den Fällen sehr wichtig, wenn weniger als einige Prozentanteile an Flüssigkeit, die dem Druckbehälter zugeführt werden, die Reaktion schon beträcht lich beeinflussen. Darüber hinaus ist bei bekannten Vorrich tungen dieser Art ohne Trennkammer zum Trennen der Feststoff- Teilchen und der Flüssigkeit beim Druckaufbau und beim Druck abbau zu befürchten, daß Flüssigkeit in den Druckbehälter ge langt, so daß es gelegentlich erforderlich wird, die gesamte Vorrichtung auseinanderzunehmen und zu reinigen. Die Trennung der Feststoff-Teilchen und der Flüssigkeit nach der Erfindung ermöglicht auch das Arbeiten mit kleineren Feststoff-Teilchen wie bei bekannten Vorrichtungen dieser Art. Die Trennkammer zum Trennen der Feststoff-Teilchen und der Flüssigkeit bringt auch eine Flexibilität im Einsatz verschiedener Fördereinrich tungen, die den Boden des die Feststoff-Teilchen und die Flüs sigkeit enthaltenden Schleusenbehälter 16 mit dem Druckbe hälter 26 verbunden, wie z. B. das Endlosförderband 40 mit den Fördergefäßen 41 zeigt.

Im Betrieb sind der Schleusenbehälter 16 und die Förderkam mer 20 etwa zur Hälfte mit Flüssigkeit gefüllt. Die Ausgangs ventile 17 und 18 des Schleusenbehälters 16 sind geschlossen, die Eingangsventile 12 und 14 sind jedoch geöffnet, so daß die Feststoff-Teilchen in den Schleusenbehälter 16 eingeführt werden. Da die Feststoff-Teilchen sich in dem unteren Teil des Schleusenbehälters 16 ansammeln, steigt die verdrängte Flüssigkeit in den oberen Teil des Schleusenbehälters 16 an und wenn überschüssige Flüssigkeit vorhanden ist, fließt sie in den Flüssigkeitsspeisebehälter 30 zurück. Die Eingangsven tile 12 und 14 des Schleusenbehälters 16 werden dann ge schlossen und der Druck im Schleusebehälter 16 wird durch Einführen oder Abziehen von Flüssigkeit über die Flüssig keitspumpe 32 eingestellt. Wenn der Druckunterschied zwi schen dem Druckbehälter 26 und dem Schleusenbehälter 16 ausgeglichen ist, werden die Ausgangsventile 17 und 18 ge öffnet, die Feststoff-Teilchen fallen aus dem Schleusenbe hälter 16 und werden mittels der Fördereinrichtung der Trenn kammer 23 zum Trennen der Feststoff-Teilchen und der Flüssig keit zugeführt. Der Flüssigkeitspegel in der Fördereinrich tung und dem Schleusenbehälter 16 wird mittels der Flüssig keitspumpe 32 auf einer ausreichenden Höhe gehalten, um einen Rückfluß vom Druckbehälter 26 zum Schleusenbehälter 16 zu verhindern. Wenn die Feststoff-Teilchen vollständig der Trennkammer 23 zugeführt sind, dann werden die Ausgangs ventile 17 und 18 des Schleusenbehälters 16 wieder geschlos sen und die Eingangsventile 12 und 14 wieder geöffnet und der Vorgang wiederholt sich von neuem.

Ein kontinuierlicher Strom an Feststoff-Teilchen kann da durch erreicht werden, daß mehrere derartige Schleusenbe hälter mit Mehrfachventilen parallelgeschaltet sind und die Fördereinrichtung speisen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann aus beliebigem ge eignetem Matrial nach dem Stand der Technik gebaut werden, wenn es nur die gewünschten Konstruktionseigenschaften und erforderlichen Beständigkeiten gegen Korrosion und Verschleiß besitzt.

Die Ventile des Schleusenbehälters 16, die Transporteinrich tungen und die Fördereinrichtungen können alle motorbetrie ben und zusammen mit den Pumpe 32 und 36 elektronisch ge steuert sein, um einen vollständig automatischen Betrieb zu erhalten. Die Maßnahmen für einen derartigen automati schen Betrieb sind bekannt, und für einen Fachmann auf die sem Gebiet ohne weiteres durchführbar.

Claims

1. Vorrichtung zum Transport von Feststoff-Teilchen zwi schen Zonen mit wesentlich unterschiedlichen Drücken, bei der ein Feststoff-Speicherbehälter die Feststoff- Teilchen über ein erstes Ventil einem Schleusenbehäl ter mit einer Flüssigkeit zuführt, deren Dichte klei ner ist als die Dichte der Feststoff-Teilchen, bei der die Feststoff-Teilchen am unteren Ende des Schleusen behälters austreten, und über ein zweites Ventil einer Fördereinrichtung zum Weitertransport in einen Druck behälter zugeführt werden, und bei der eine Flüssig keitspumpe vorgesehen ist, mit der dem Schleusenbehäl ter Flüssigkeit zugeführt oder entnommen werden kann, um den Druck in dem Schleusenbehälter zu erhöhen oder zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Trennkammer (23) zum Trennen der Feststoff- Teilchen und der Flüssigkeit vorgesehen ist, in der der gleiche Druck wie in dem Druckbehälter (26) herrscht,
daß ein Feststoff-Eingang im oberen Teil der Trennkammer (23) mit der Fördereinrichtung und ein Feststoff-Ausgang im unteren Teil der Trennkammer (23) mit dem Druckbehäl ter (26) verbunden sind,
daß ein Sieb (24) diesen Feststoff-Eingang und diesen Feststoff-Ausgang (25) der Trennkammer (23) miteinan der verbindet,
daß die Trennkammer (23) unterhalb des Siebes (24) einen Flüssigkeits-Sammelbereich aufweist, der über eine Flüssigkeitspumpe (36) und eine Leitung (35) zur Rückführung der angesammelten Flüssigkeit mit dem Schleu senbehälter (16) in Verbindung steht,
daß die Feststoff-Teilchen mit der anhaftenden Flüssig keit mittels der Fördereinrichtung dem oberen Teil des Siebes (24) zuführbar ist,
daß die Feststoff-Teilchen auf der Oberseite des Siebes (24) zurückgehalten sind und über den Feststoff-Ausgang der Trennkammer (23) in den Druckbehälter (26) gelangen und daß die Flüssigkeit durch das Sieb (24) in den Flüs sigkeits-Sammelbereich der Trennkammer (23) gelangt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung als Schraubenförderer (21) aus gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung als Endlosbandförderer (40) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endlosbandförderer (40) mit mehreren Förderge fäßen (41) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff-Speicherbehälter (10) ein unten offe ner Silobehälter ist,
daß eine Transporteinrichtung (11) die Feststoff-Teil chen vom Silobehälter dem Schleusenbehälter (16) zu führt,
daß der Schleusenbehälter (16) geschlossen ist, im obe ren Teil ein Eingangsventil (12, 14) und im unteren Teil ein Ausgangsventil (17, 18) aufweist,
daß der Ausgang (19) des Ausgangsventils (17, 18) mit dem Eingang der geschlossenen Förderkammer (20) der Fördereinrichtung verbunden ist,
daß ein Flüssigkeitsspeisebehälter (30) vorgesehen ist, der über eine Rückflußleitung (34) mit dem oberen Teil und über eine Flüssigkeitspumpe (32) und eine Versor gungsleitung (33) mit dem unteren Teil des Schleusen behälters (16) verbunden ist und
daß der Flüssigkeitsspeisebehälter (30) über eine Flüs sigkeitsversorgungsleitung (31) von einer äußeren Flüs sigkeitsquelle füllbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (11) als Endlosförderband ausgebildet ist, das die untere offene Seite des Fest stoff-Speicherbehälters (10) verschließt und nur im Betrieb Feststoff-Teilchen zum Schleusenbehälter (16) transportiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsventil (12, 14) mit einem zusätzlichen, über ein Ventil schaltbaren Auslaß (13) versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsventil (12, 14) und das Ausgangsventil (17, 18) jeweils aus mindestens zwei in Reihe geschal teten Ventilen besteht.