DE3331202A1 - Wirbelbett-reaktorsystem - Google Patents

Wirbelbett-reaktorsystem

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DE3331202A1
DE3331202A1 DE3331202A DE3331202A DE3331202A1 DE 3331202 A1 DE3331202 A1 DE 3331202A1 DE 3331202 A DE3331202 A DE 3331202A DE 3331202 A DE3331202 A DE 3331202A DE 3331202 A1 DE3331202 A1 DE 3331202A1
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bed reactor
heat pipes
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DE3331202A
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Robert A. Mountain Lakes N.J. McCallister
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Foster Wheeler Energy Corp
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Foster Wheeler Energy Corp
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Description

10464
Foster Wheeler Energy Corporation,Livingston,N.J. ,TSTA
Wirbelbett-Reaktorsystem
Die Erfindung betrifft Wirbelbett-Reaktorsysteme und insbesondere solche, bei denen Energie dem Wirbelbett zugeführt oder ihm entnommen wird, um die für eine endotherme Umsetzung erforderliche Reaktionswärme zu liefern oder die Reaktionswärme einer exothermen Umsetzung abzuführen.
Wirbelbett-Reaktoren werden häufig zur Durchführung chemischer Verfahren verwendet, in denen ein teilchenförmiges Medium mit Hilfe eines gasförmigen Mediums aufgewirbelt wird. Typischerweise stellt das aufgewirbelte teiichenförmige Medium einen der Reaktionsteilnehmer dar und wird mit einem gasförmigen, die Aufwirbelung bewirkenden Reaktionsteilnehmer zu dem gewünschten gasförmigen Endprodukt umgesetzt, das den Bereich des. Wirbel bettes als Abstrom verläßt. Wirbelbetten sind insbes©nder zur Durchführung von Umsetzungen zwischen zwei oder mehr gasförmigen Reaktionsteilnehmern in Gegenwart eines festen Katalysators nützlich, da der Katalysator granuliert werden und durch die gasförmigen Reaktionsteilnehmer aufgewirbelt werden kann?· Die ge\*ünschte Um setzung findet innerhalb des Bereiches des Wirbelbettes zwischen den gasförmigen Reaktionsteilnehmern statt, und die gasförmigen Endprodukte treten anschließend wieder aus dem Wirbelbett aus, um gewonnen und weiter verwertet werden zu können. Im allgemeinen können die Strömung
- Io -
der aufgewirbelten Materialien , gleichgliltig , ob es sich um Reaktionsteilnehmer, Trägergase oder Katalysatoren handelt, sowie die Größe und;1Purbulenz der aufgewirbelten Teilchen gesteuert werden, um eine hinreichende Verweilzeit sicherzustellen, damit die Umsetzung bis zu ihrem Ende abläuft und das gewünschte Endprodukt erhalten wird.
Eine Schwierigkeit, die mit der Verwendung von Reaktoren für'Wirbelbettverfahren verbunden ist, besteht in der Behandlung der Reaktionswärme, d.h. der Zuführung von Wärmeenergie bei einer endothermen Um Setzung bzw. der Abführung von überschüssiger Wärme energie bei einer exothermen Umsetzung. Diese Schwierigkeit ist insbesondere dann von ausschlaggebender Bedeutung, wenn die Umsetzung bei einer bevorzugten Temperatur ablaufen soll, um den optimalen Umsetzungswirkungsgrad zu erzielen.
Bei vielen Wirbelbettsystemen sind Schlangen oder Schlangensysteme in das Wirbelbett eingetaucht , und ein Wärmeübertragungsfluid wird durch die Schlangen geführt, um entweder Wärme zu- oder abzuführen, wobei die Wärmeenergie je nach der Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeübertragungsfluid innerhalb der Schlangen und dem Wirbelbett übertragen wird. Da sich das Wärmeübertragungsfluid im allgemeinen auf einem langen Weg durch die Schlangen bewegt, kann die Temperatur des Fluids als Funktion der Weglänge stark variieren und eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in dem Wirbelbett verursachen. In solchen Fällen , in denen es besonders wichtig ist, daß die Umsetzung innerhalb eines verhältnismäßig engen, bevorzugten Temperaturbereiches abläuft, können diese Temperaturgradienten die Wirk samkeit der Umsetzung stark beeinträchtigen.
Angesichts dessen besteht die Aufgabe der Erfindung
ORIGINAL INSPECTED COPY
darin, ein Wirbelbett-Reaktorsystem zur Durchführung chemischer Umsetzungen zu schaffen, bei dem die Reaktionswärme auf wirksame Weise behandelt wird, d.h. bei endothermen Umsetzungen dem Wirbelbett zu- und bei exothermen Umsetzungen vom Wirbelbett abgeführt wird.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Wirbelbett-Reaktorsystem zur Durchführung endothermer chemischer Umsetzungen zu schaffen, bei dem Wärmeenergie dem Wirbelbett bei über einen weiten Bereich der Wärmeströmung verhältnismäßig konstanter Temperatur zugeführt wird,bzw. ein Wirbelbett-Reaktorsystem zur Durchführung exothermer chemischer Umsetzungen zu schaffen, bei dem Wärmeenergie aus dem Wirbelbett bei über einen weiten Bereich der Wärmeströmung verhältnismäßig konstanter Temperatur abgeführt wird.
Gegenstand der Erfindung ist das in den Ansprüchen 1 und 21 angegebene System.
Erfindungsgemäß wird also bei endothermen Umsetzungen ein Wirbelbett-Reaktor mit einem Wärmegenerator über eine Anzahl von Wärmerohren thermisch verbunden.
Die Verdampfungsabschnitte der Wärmerohre erstrecken sich in den Wärmegenerator und die Kondensationsabschnitte in den Wirbelbettreaktor, so daß Wärmeenergie von dem Wärmegenerator in den Wirbelbettreaktor übertragen wird. Im Betrieb wird ein teilchenförmiges Material , entweder ein Reaktiotigteilnehmer oder ein Katalysator , durch ein gasförmiges Aufwirbelungsmedium , das ein Gemisch aus gasförmigen Reaktionsteilnehmern sein kann, aufgewirbelt. Wärmeenergie wird vom Wärmegenerator durch die Wärmerohre in deren Kondensationsabschnitte und von da auf das Wirbelbett übertragen.
Da Wärmerohre Wärmeenergie bei über einen weiten Bereich der Wärmeströmung verhältnismäßig konstanter Temperatur übertragen, wird die Wärmeenergie bei verhältnismäßig konstanter Temperatur übertragen, um die Temperatur der Umsetzung zu steuern oder auf andere Weise zu mäßigen, während zugleich die Wärmeenergie, die dazu erforderlich ist, daß die Umsetzung wirksam zu Ende geführt wird, zur Verfügung gestellt wird.
Bei einer exothermen Umsetzung erstrecken sich die Verdampfungsabschnitte der Wärmeröhre in das Wirbelbett, um Wärmeenergie von einer exothermen Umsetzung abzuführen, wobei die Kondensationsabschnitte der Wärmerohre thermisch mit einer geeigneten Wärmesenke verbunden sind.
Wärmeenergie wird aus der exothermen Umsetzung bei über einen weiten Bereich der Wärmeströmung verhältnismäßig konstanter Temperatur abgeführt und die Umsetzungstemperatur exnäirigt, während gleichzeitig die überschüssige Wärmeenergie abgeführt wird. Da die Wärmerohre durch geeignete Auswahl des Wärmeübertragungsmittels innerhalb des Wärmerohres und des Innandrucks derart ausgelegt werden können, daß die Wärme bei verhältnismäßig fester Temperatur übertragen wird, kann die Temperatur von Wirbelbettreaktionen, seden sie endotherm oder exotherm, bequem gesteuert werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Beispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert, worin :
Fig. 1 eine Seitenansicht , teilweise im Schnitt, eines Wirbelbett-Reaktorsystems mit einem zentral angeordneten Wärmegenerator sowie Wirbelbett-Reaktoren auf jeder Seite des Wärmegenerators ;
Fig. 2 einen Querschnitt einer schematischen Draufsicht auf das Wirbelbett-Reaktorsystem gemäß Fig. 1 ;
ORIGINAL INSPECTED r. COPY
Fig. 3 einen Aufriß eines beispielhaften Wärmerohres für die thermische Verbindung zwischen dem Wärmegenerator und dem Wirbelbett-Reaktor gemäß Fig. 1 und 2 ;
Fig. 3A eine perspektivische Teildarstellung des in Fig. 3 gezeigten Wärmerohres ;
Fig. 4 einen detaillierten Querschnitt durch einen angeschweißten Halsdurchlaß zum Installieren eines Wärmerohres in dem Wirbelbett-Reaktor und
Fig, 5 eine schematische Seitenansicht , teilweise im Schnitt, eines Wirbelbett-Reaktors, in dem Wärme energie aus einer exothermen Umsetzung durch Wärmerohre in eine Wärmesenke (schematisch durch Strichlierung dargestellt) abgeführt wird,
darstellen.
Gemäß Fig. 1 und 2 enthält eine bevorzugte Ausführungsform eines Wirbelbett-Reaktorsystems 10 geaäß der Erfindung einen ersten und einen zweiten Wirbelbett-Reaktor 12 bzw. 12* sowie einen mittig angeordneten Wärmegenerator 14. Die Wirbelbett-Reaktoren 12 und 12f bestehen je aus einer Gefäßwand 16, die ein abgeschlossenes Volumen 18 definiert. Eine Auskleidung 20 aus feuerfestem Ziegelstein oder anderem feuerfesten Material ist vorgesehen, um die Gefäßwand 16 gegenüber einer Beschädigung durch Abrieb oder Hitzeeinwirkung zu schützen. Eine Verteilerplatte 22 ist am unteren Ende der Wirbelbett-Reaktoren 12 und 12' vorgesehen, um eine Kammer 24 für das aufwirbelnde Gas unter der Verteilerplatte 22 von dem Wirbelbettbereich 26 oberhalb der Platte zu trennen.
Die Verteilerplatte 22 enthält eine Anzahl Öffnungen 28 , die den Strom des Wirbelgases, das in die Kammer 24 qopv für das Wirbelgas durch einen Einlaß 30 eintritt, in einer
Anzahl vertikal aufwärts gerichteter Ströme in bekannter Weise aufzuteilen. Wie unten erläutert wird, kann der zugeführte gasförsaige Strom aus einem Gemisch von Reaktionsteiinehmern bestehen, die miteinander in dem Wirbelbettbereich 26 oberhalb der Verteilerplatte 22 reagieren, wobei die Ussetzungsprodukte aus dem Wirbelbettbereich in die freie Zone 32 gelangen, wo sie mit herkömmlichen Mitteln entfernt werden.
Der Wänaagenerator 14 enthält eine Gefäßwand 34, die ein abgeschlossenes Volumen 36 definiert. Eine Auskleidung 38 avs feuerfestem Ziegelstein oder anderem feuerfesten Material dient zum Schutz der Gefäßwand gegenüber Hitzeeinwirkung. Innerhalb des Wärmegenerators
14 ist mindestent1U^Id sind vorzugsweise mehrere Brenner vorgesehen. Verbrennungsluft und geeignete Brennstoffe (Heizöl, Gas usw.) werden den Brennern 40 , wie in Fig. 1 schematisch"durch· Pfeile angedeutet ist, zugeführt, in den Brennern vermischt und unter Freisetzung von Wärme energie verbrannt. Die Verbrennungsprodukte werden aus dem Wäemegenerator 14 in herkömmlicher Weise durch einen Schornstein 42 entfernt.
Eine Anzahl'Wärmeröhre 44 ist vorgesehen, um eine thermische Verbindung zwischen den Wirbelbett-Reaktoren und 12f einerseits und dem ¥ärmegenerator 14 zu bewirken. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Wärmerohre 44 in mehreren Ebenen LI9 L2 und L3 angeordnet, wobei , wie aus Fig. 2 ersichtlich, ^ede. Ebene mehrere benachbarte Wärmerohre umfaßt. Die Wärmerohre 44 können regulär oder irregulär versetzt angeordnet sein.
Gemäß Figi 3 besteht jedes Wärmerohr 44 aus einem langgestreckten Rohr 46, das vorzugsweise aus einem korrosions- und abriebfesten, Hochtemperaturmetall hergestellt und an federn Ende durch geeignete Pfropfen 48 abgeschlossen ist, um eine hermetische Abdichtung des Inneren
zu erzielen. Das Rohr 46 ist gebogen, d.h., ein Abschnitt ist gegenüber dem anderen um einen Winkel A geneigt, der beispielsweise auch 90° betragen kann. Eine ausgewählte Menge an Wärmeübertragungsmittel F ist bei einem ebenfalls ausgewählten Dampfdruck in das Rohr eingeschlossen ,um die Wärmeübertragung, wie oben beschrieben, zu gewährleisten. Die Wahl des Wärmeübertragungsmittels hängt von der Betriebstemperatur und den Wärmeübertragungserfordernissen des $eweiligen AnwendungsZweckes ab; ,.Beispiels für Wärmeübertragungsmittel sind leichte Kohlenwasserstoffe, Ammoniak , Kalium, Natrium , Lithium und andere Materialien. Wenn das Wärmerohr 44 derart angeordnet ist, wie in Fig. 3 dargestellt, sammelt sich das Wäraeübertragungsmittel F normalerweise in flüssiger Phase in dem abgewinkelten Verdampfungsabschnitt der ¥armerohre, während der übrige Abschnitt des Wärmerohres als Kondensationsabschnitt bezeichnet wird. Bei der in Fig. dargestellten Ausführungsform ist ein dochtartiges Material 50, das mehrere Formen annehmen kann, beispielsweise die eines feinen Drahtnetzes , im Rohr 46 praktisch längs der gesamen Innenwand in bekannter Weise angeordnet. Eine Anzahl scheibenförmiger Wäraeübsrtragungsrippen 52 aus hochwärmefestem sowie korrosions- und abriebfestem Metall ist auf dem Kondensationsabschnitt . des Wärmerohres 44 in gleichförmigem Abstand angeordnet, wobei eine größere ringförmige Montagescheibe 54 dicht an dem Kondensationsabschnitt des T.färmerohres angeschweißt oder anderweitig befestigt ist , wie in den Fig. 3 und 3A dargestellt . Die Montagescheibe 5-4 enthält eine Anzahl Montagelöcher 56 auf einem vorherbestimmten Bolzenkreis, um das Montieren der ¥ärmerohre 44 an den Wirbelbett-Reaktoren 12 und 12? und dem Ifärmegenerator 14 zu erleichtern, wie weiter unten beschrieben, 35
Die Wärmerohre 44 werden in herkömalicher Weise betrieben, d.h., daß die Wärmeenergie, die den Veröampfungsabschnitt des Wärmerohres zugeführt wird, bewirkt , daß ein Teil des Wärmeübertragungsmittels F in die Dampfphase überführt wird. Die Temperatur, bei der die Verdampfung erfolgt, hängt von dem in einzelnen ausgewählten Wärmeübertragungsmittel F und dem Druck innerhalb des Wärmerohres ab. In dem Maße, wie das Wärmeübertragungsmittel verdampft, wird Wärmeenergie von der Umgebung absorbiert, wobei die auf diese Weise entwickelten Dämpfe durch das Rohr 46 von dem Verdampfungsabschnitt in den Kondensationsabschnitt überführt werden, wo der Dampf kondensiert und in die flüssige Phase zurückgeführt wird und dabei die während des Verdampfens aufgenommene Wärmeenergie wieder abgibt. Das flüssige Kondensat wird von dem dochtartigen Material 50 absorbiert und durch gapillmrwirkung in den Verdampfungsabschnitt zurückgeführt, ^n der bevorzugten Durchführungsform sind die Kondensationsabschnitte der Wärmerohre 44 generell ^sagarecht montiert; jedoch können die Kondensationsabschnitteauch in einem Winkel B zur Horizontal-angeordnet sein, so daß das flüssige Kondensat vermöge seiner Schwerkraft in den Verdampfungsabschnitt zurückfließen kann. In dem zuletzt genannten Falle erübrigt sich das dochtartige Material 50, so daß die Wärmerohre ähnlich wie thermische Syphons arbeiten.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, sind die Wirbelbettreaktoren 12 und 12' und der Wärmegenerator 14 durch eine Vielzahl von Wärmerohren 44 thermisch miteinander verbunden , wobei der röhrenförmige Kondensationsabschnitt jedes Wärmerohres mit Hilfe eines in Fig. 4 im einzelnen dargestellten angeschweißten Halsdurchlasses 58 durch die entsprechenden Gefäßwände hindurchgeführt werden. Jeder angeschweißte Halsdurchlaß 58 besteht aus einem sich auswärts erstreckenden röhrenförmigen Hals 60 ,der mit feuerfestem Material 20 derart ausgekleidet ist, daß eine Bohrung
ORIGINAL INSPECTED COpY
für den röhrenförmigen Abschnitt des Wärserohres 44 gebildet wird . Ein sich nach außen erstreckender ringförmiger Montageflansch 62 ist am entfernten , äußeren Ende des Halses 60 vorgesehen» wobei sich das feuerfeste Material 20 über eine ausgewählte Entfernung d jenseits des Flansches nach außen erstreckt. Der Montageflansch 62 enthält eine Anzahl Bolzenlöcherf die denjenigen in der Montagescheibe 54 zugeordnet sind.
Beiin Anbringen der ¥ärmerohre 44 an die ¥i.rb©lbett-Reaktoren 12 und 12' sowie den Wirmegenerator 14 wird der röhrenförmige Abschnitt jedes Wärmerohres 44 (ohne die Rippen) durch die durch das feuerfeste Material 20 definierte Bohrung gesteckt, wobei zwischen der Montagescheibe 54 und dem Montageflansch 62 eine Dichtung 64 angeordnet wird. Die Scheibe 54 und der Flansch 62 werden ans-chließend mit geeigneten, mit Gewinde versehenen Befestigungsschrauben 66 in der Nähe ihrer Peripherie zusammengeschraubt , so daß die Montagescheibe 54 an das verlängertes entfernte Ende des feuerfesten Materials 20 anstößt, \«?obei zwischen der Montagescheibe 54 und dem Flansch 62 ein kleiner Zwischenraum verbleibt. Danach werden die Rippen 52 montiert und an dem Kondensationsabschnitt des Wärmerohres 44 befestigt. Durch Verlängern des auswärtigen Endes des feuerfesten Materials 20 hinter das Ende des Montageflansches 62 , wobei ein geringer Abstand zwischen dem Montageflansch 62 und der Montagescheibe 54 gewährleistet bleibt, wird eine Wärmeisolierungs-Barriere geschaffen, so daß die Scheibe 54 aus herkömmliche» anstelle von hochtemperaturestern Material hergestellt sein kann. Alternativ können die Wärmerohre 44 in getrennten Abschnitten vorfabriziert und die verschiedenen Abschnitte an Ort und Stelle installiert werden, wonach anschließend die einzelnen Teile zu dem fertigen Wärmerohr zusammengeschweißt werden.
Die Wärnierohre werden, mit dem Wärme generator 14 in ähnlicher Weise verbunden, wenngleich die Verdampfmigsabschnitte im Inneren des Wärmegenerators 14 im Verhältnis zu den Kondenaationsabschnitten , wie oben in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben , abgewinkelt 3-i.nd, damit sie den Brennern 40 gegenüber eine größere,Wärmestrahlung erhaltende Oberfläche bieten.
la Betrieb wird ein teilchenförmiges Material, wie beispielsweise ein fester Katalysator in Granulatform durch gasförmige Reaktionsteilnehmer , die durch die Öffnungen 28 in der Verteilerplatte 22 nach oben strömen, aufgewirbelt. Die Strömung der gasförmigen Reaktionsteilnehmer wird derart gesteuert, daß das katalytische Material auf eine vorgewählte Höhe H (Fig. 1) mit hinreichender Turbulenz aufgewirbelt wird, so daß die gewünschte Umsetzung zwischen den gasförmigen Reaktionsteilnehmern innerhalb des Bereiches des Wirbelbettes 26 oberhalb der Verteilerplatte 22 abläuft und die Reaktionsprodukte aus dem Wirbelbett bereich in den freien Bereich 32 der Wirbelbett-Reaktoren 12 und 12' gelangen, um von dort ausgebracht zu werden. Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 wird angenommen, daß die Umsetzung endotherm verläuft und zu diesem Zweck r Reaktionswärme durch die Wärmerohre zugeührt wird, wobei die Wärmeenergie in den Verdampfungsabschnitten der Wärmeröhre , die sich in den Generator 14 erstrecken, aufgenommen und rasch in die Kondensationsabschnitte überführt wird, wo sie durch die Rippen 52 den Reaktionsteilnehmern zugeführt wird. Da Wärinerohre als Wärmeübertragungsvorrichtungen , die bei innerhalb eines verhältnismäßig weiten Bereichs der Wärmeströmung, wie sie durch das ausgewählte Wärmeübertragungsmittel F und den inneren Arbeitsdruck des
Wärmerohres bestimmt wird, korsbanter Temperatur arbeiten, angesehen werden können9 wird die ¥ärse energie den Reaktionsteilnehmern mit einer verhältnismäßig gleichmäßigen Temperaturverteilung zugeführt. Diese Zufuhr von Wärmeenergie durch die Wärmerohre ist gegenüber der Zufuhr über Wärmeschlangen ,bei denen das Wärmeübertragungsmittel, .über einen verhältnismäßig langen Weg geführt wird, von Vorteils da die Temperatur des Wärmeübertragungsmittels mit zunehmender Weglänge abnimmt. Demzufolge bedeuten die ¥ärmerohre 44 einen .""^ funktioneilen Vorteil in solchen Situationen, bei denen die Umsetzung innerhalb eines verhältnismäßig engen Temperaturbereichs stattfinden muß*
Das beschriebene System eignet sich insbesondere für die Wasserdampf/Methan- Reformierimg, bei der gasförmiger Kohlenwasserstoff , wie Methan, und Wasserdampf als gasförmige Reaktionsteilnehmer fungieren und inerte keramische oder Aluminiumkugeln „ die mit einem Katalysator aus einer 'Nickelverbindung überzogen sind, die aufgewirbelten Teilchen darstellen, Yasser dampf und Methan reagieren in Gegenwart des Katalysators bei einer Temperatur, die durch die Zufuhr von ¥ärrae energie bestimmt wird, zu gasförmigem Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Zusätzlich zum Aufbringen des Katalysators auf die aufgewirbelten Teilchen können auch die Rippen 52 aus Katalysatorinaterial bestehen oder mit Katalysatormaterial beschichtet sein, so daß innerhalb des Bettes eine erhöhte KatalysatoroberflSche zur Verfügung gestellt wird.
Das beschriebene System läßt sich auch zum Abführen von Wärmeenergie und zum Steuern der Temperatur von exothermen Reaktionen anwenden, Wie schematisch in Fig. 5 dargestellt, besteht der Wirbelbett-Reaktor 100 aus einer Anzahl von Wärmerohren 44* 9 von denen sich die Verdampfungsabschnitte in den Hirbelbettbereich 26s er-
strecken.Teilchenförmiges Material, wie beispielsweise ein Katalysator in Granu|§tformf wird durch ein gasförmiges Gemisch aus Reaktionsteilnehmern aufgewirbelt, und die Strömungsgeschwindigkeit wird so gesteuert, daß eine hinreichende Verwe^l^eit sichergestellt wird. Die überschüssige Reaktionswärme wird durch die Verdampfungsabschnitte" der Wärmer öhre aufgenommen und nach dem oben beschriebenen Mechanismus auf die Kondensationsabschnitte übertragen, wo die Wärme in einer (schematisch dargestellten ) Wärmesenke 102, beispielsweise durch Strahlung, Druckluft, Konvektion, Wasserkühlung oder dergl. abgeführt wird. Da ,'wi# <5ben erwähnt, die Verdampfungsabschnitte der Wärmerohre 44' Wärmeenergie bei über einen verhältnismäßig weiten Bereich von Wärmeströmung verhältnismäßig konstanter Temperatur aufnimmt, kann die Wärmeenergie aus der exothermen Reaktion bei verhältnismäßig konstanter Temperatur abgeführt werden.
'-.■'". BAD ORIGINAL

Claims (1)

10464 Foster Wheeler Energy Corporation, Livingston,N.J.VSTA
Patentans£ rü ehe
1. Wirbelbett-Reaktorsystem , bestehend aus
. . einem WirbelbettrReaktor (12,12') zum Erzeugen eines Wirbelbettes (26) in diesem Reaktor aus einem teilchenförmigen Material, das durch ein gasförmiges Medium aufgewirbelt wird, um innerhalb des Bettes eine chemische Umsetzung des Typs zu bewirken, der die Zufuhr von Wärme erforderlich macht;
einer Wärmequelle (14) zur Zuführung der Wärmeenergie und
mindestens einem Wärmerohr (44), das zwischen der Wärmequelle und dem Wirbelbett-Reaktor zur Überführung der Wärmeenergie aus der Wärmequelle in das Wirbelbett angeordnet ist, um der chemischen Umsetzung Wärmeenergie zuzuführen.
2. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Wärmerohre (44) vorgesehen ist, von denen jedes einen Verdampfungsabschnitt , der thermisch mit der Wärmequelle (14) verbunden ist, und einem Kondensationsabschnitt , der thermisch mit dem Wirbelbett-Reaktor (12,12·) verbunden ist,/ wobei' sich die Kondensationsabschnitte in das Wirbelbett (26) erstrecken.
3· System gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeröhre (44) aus
einem langgestreckten, hermetisch abgedichteten Rohr (46) bestehen, das ein Wärmeübertragungsmittel (F) enthält, das sich normalerweise in den Ver&ampfungsabschnitt in flüssiger Phase sammelt und dort in die Dampfphase überführt wird, wobei der Dampf in den Kondensationsabschnitt wandert, um dort kondensiert zu werden, und das Kondensat in den Verdampferabschnitt zurückkehrt.
4. System gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das teilchenförmige Material aus einer als Katalysator fungierenden Nickelverbindung besteht und das gasförmige Medium ein Gemisch aus Wasserdampf und Methan ist, das in Gegenwart der Nickelverbindung zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff reagiert , wobei die Wärmerohre (44) Wärmeenergie von der Wärmequelle (14) zu dem Wasserdampf und Methan in dem Wirbelbett (26) übertragen.
5. System gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelbett-Reaktor (12,12') aus einem geschlossenen Gefäß mit einer mit öffnungen versehenen Verteilerplatte (22) besteht, die eine Gaskammer (24) von einem Wirbelbett (26) über sich abteilt, wobei das teilchenförmige Material durch die Strömung des gasförmigen Mediums aus der Gaskammer durch die öffnungen der Verteilerplatte aufgewirbelt wird.
6. System gemäß Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (14) aus einem abgeschlossenen Gefäß mit mindestens einem mit Brennstoff und Luft betriebenen
Brenner (40) zur Erzeugung von Wärmeenergie besteht.
7. System gemäß Anspruch 5f
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (44) längliche^öhle Rohre (46) bilden, die. einen Verdampfungsabschnitt aufweisen, der durch einen Abschnitt einer Gefäßwand (34) der Wärmequelle (14) hindurchführt und thermisch mit der Wärmequelle zur Aufnahme von Wurme energie gekoppelt ist, sowie einen Kondensation sabschnitt aufweisender durch einen Abschnitt der Gefäßwand (16) des Wirbelbett-Reaktors (12,12') hindurchführt und sich in das Wirbelbett(26) erstreckt, um die aufgenommene Wärme dort abzugeben, daß die Wärmerohre (44) ein Wärme-Übertragungsmedium (F) bei einem vorgewählten Druck enthalten, das sich normalerweise in flüssiger Phase in dem Verdampfungsabschnitt sammelt und dort verdampft wird, wobei der erhaltene Dampf in den Kondensationsabschnitt zur Gewinnung eines flüssigen Kondensats überführt wird, das anschließend in den Verdampfungsabschnitt zurückgeführt wird.
8. System gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichne t, daß jedes der Wärmerohre (46) ein dochtartiges Material (50) enthält und daß das Kondensat in dem Kondensationsabschnitt durch Kapillarwirkung in dem dochtartigen Material in den Verdampfungsabschnitt zurückgeführt wird.
9» System gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsabschnitte der Wärmerohre
(46) , die sich in das Wirbelbett (26)erstrecken, Wärmeübertragungsrippen (52) aufweisen, die auf ihnen montiert sind.
10. System gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Abschnitt der Wärmerohre (46) , der durch den Teil der Gefäßwand (34,16) von Wärme quelle (14) und Wirbelbett-Reaktor (12,12·) hindurchgeht, praktisch horizontal verläuft, während die Verdampfungsabschnitte der Wärmerohre in der Wärmequelle (14) in einem ausgewählten Winkel (A) zur Horizontalen geneigt sind.
11. System gemäß Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die geneigten Verdampfungsabschnitte einen Winkel (A) von praktisch 90 bilden.
12. System gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der praktisch horizontale Abschnitt des Wärmerohres (46) gegenüber der Horizontalen geneigt ist (B), um das flüssige Kondensat aufgrund der Schwer kraft in den Verdampfungsabschnitt zurückzuleiten.
13· System gemäß Anspruch77,
dadurch gekennzeichnet, - daß der röhrenförmige Abschnitt jedes Wäraerohres
(46) , der durch die Gefäßwände (16,34) hindurchtritt, durch eiraa angeschweißten Halsdurchlaß (58) hindurchgeht, der einen sich nach außen erstreckenden röhrenförmigen Halsabschnitt (60) und einen sich radial erstreckenden Flanschabschnitt (62) aufweist, und daß jedes Wärmerohr eine Montagescheibe (54) aufweist, die mit Hilfe von Befestigungsmitteln (66) an dem Montageflansch (62) befestigt ist.
14. System gemäß Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hals (60) mit feuerfestem Material (20) ausgekleidet ist, das sich von dem Montageflansch (62) über eine ausgewählte Entfernung (d) nach außen erstreckt, tun die Montagescheibe (54) von dem Flansch (62) in einem Abstand zu halten .
15. System gemäß Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine Dichtung (64) aufweist, die zwischen dem Flansch (62) und der Montagescheibe (54) angeordnet ist.
16. Wirbelbett-Reaktorsystem , bestehend aus
einem Wirbelbett-Reaktor (12,12') mit einer Gefäßwand (16) , die ein abgeschlossenes Volumen (18) definiert, einer mit Öffnungen versehenen Verteilerplatte (22), die in dem Reaktor angeordnet ist und eine Gaskammer (24) unter sich von einem Wirbelbett (26) über sich abteilt, sowie einem Einlaß (30) zum Einleiten eines gasförmigen Mediums in die Gaskammer zu seiner Aufteilung durch die mit öffnungen versehene Verteilerplatte in aufsteigende Gasströme zum Aufwirbeln eines teilchenförmigen Materials in dem Wirbelbett oberhalb der Verteilerplatte ;
einem Wärmegenerator (14) zur Erzeugung von Wärmeenergie und
einer Anzahl röhrenförmiger Wärmerohre (44) , von denen jeweils ein Ende thermisch mit dem Wärmegenerator gekoppelt ist und das andere Ende sich durch die Gefäßwand (16) des Wirbelbett-Reaktors (12,12·) und weiter in das Wirbelbett (26) erstreckt , wobei die Wärmerohre dazu dienen, Wärmeenergie von dem Wärmegenerator in das Wirbelbett zu überführen. COPY
17. System gemäß Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (44) abgeschlossene ,langgestreckte , hohle Röhren (46) sind , die einen in dem Wärmegenerator (14) angeordneten Verdampfungsabschnitt und einen in dem Wirbelbett (26) angeordneten Kondensations abschnitt aufweisen und eine Menge an Wärmeübertragungsmittel (F) darin enthalten ist" » das sich normalerweise in flüssiger Phase in dem Verdampfungsabschnitt sammelt und dort verdampft wird, wobei der Dampf zur Kondensation in den Kondensationsabschnitt überführt wird und das flüssige Kondensat in den Verdampfungsabschnitt zurückkehrt.
18. System gemäß Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Wärmerohre (46) dv^ch eine Wand (16) in dem Gefäß in einem angeschweißten Halsdurchlaß (58) hindurchtritt, der einen Halsabschnitt (60) aufweist, der sich von dem Gefäß nach außen erstreckt, sowie einen sich radial erstreckenden Montageflansch (62), der an dem entfernten Ende des Halsabschnittes angeordnet ist, und daß die Wärmerohre eine Montagescheibe (54) aufweisen, die mit Hilfe von Befestigungsmitteln (66) an dem Montageflansch (62) befestigt ist.
19· System gemäß Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß der Halsabschnitt (60) des angeschweißten Haisdurchleses (58) mit feuerfestem Material (20) ausgekleidet ist, das sich von dem Montageflansch (62) aus über eine ausgewählte Entfernung (d) nach außen erstreckt, um die Montagescheibe (54) in einem Abstand von dem Flansch (62) zu halten,
20. System gemäß Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine Dichtung (64) zwischen Montageflansch (62) und davon im Abstand angeordneter Montagescheibe (54) angeordnet ist.
21, Wirbelbett-Reaktorsystem , bestehend aus
einem Wirbelbett-Reaktor (100) zum Erzeugen eines Wirbelbettes (261) aus teilchenförmigen! Material, das durch ein gasförmiges Medium aufgewirbelt wird, um eine cheeische Umsetzung innerhalb des Bettes von dem Typ , der die Abführung von Wärmeenergie erforderlich macht, zu bewirken;
Mitteln zur Wärmeabführung (102) sowie
mindestens einem Wärmerohr (441)» das zwischen den Mitteln zur Wärmeabführung und dem Wirbelbett-Reaktor zur Überführung von Wärmeenergie aus dem Wirbelbett-Reaktor in die Mittel zur Wärmeabführung angeordnet ist, um die Wärmeenergie von der chemischen Umsetzung abzuführen.
22. System gemäß Anspruch 21,
dadurch ggekennzeich.net, daß eine Anzahl von Wärmerohren (441) vorgesehen ist, von denen Jedes einen Kondensationsabschnitt aufweist, der thermisch mit dem Mittel zur Wärmeabfuhr (102) gekoppelt ist, sowie einen Verdampfungsabschnitt , der thermisch mit dem Wirbelbett-Reaktor (100) ge koppelt ist, wobei sich der Verdampfungsabschnitt in das Wirbelbett (26») erstreckt.
OO O I ΙΌΔ
23. System gemäß Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet» daß die Wärmerohre aus einem langgestreckten, hermetisch geschlossenen Rohr (44*) mit einem darin eingeschlossenen Wärmeübertragungsmedium (F) bestehen, das sich normalerweise in dem Verdampfungsabschnitt in flüssiger Phase sammelt und dort verdampft wird, wobei der Dampf in den Kondensationsabschnitt wandert, wo er in ein Kondensat überführt wird, das in den Verdampfungsabschnitt zurückkehrt.
24. System -gemäß Anspruch 23 ,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Wärmerohre (44·) ein dochtartiges Material (50) enthält und das Kondensat aus dem Kondensationsabschnitt durch Kapillarwirkung des dochtartigen Materials in den Verdampfungsabschnitt zurückkehrt.
25. System gemäß Anspruch 24, " -. dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsabschnitte der Wärmerohre (441), die sich in das Wirbelbett (26') erstrecken, Wärmeübertragungsrippen (52) aufweisen.
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