DE3510671A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung adsorptiver und/oder katalytischer reaktionen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung
• adsorptiver und/oder katalytischer Reaktionen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung adsorptiver und/oder katalytischer Reaktionen in einem Wanderbett-Reaktor sowie auf eine dafür geeignete Vorrichtung.
• Reaktionen von Flüssigkeiten oder Gasen an Feststoffoberflächen wie katalytische Reaktionen oder ein adsorptiver oder absorptiver Austausch erfolgen üblicherweise am Festbett oder in der Wirbelschicht.
• Man kennt aber auch vereinzelt sog. Wanderbett-Reaktoren, bei denen eine lockere Katalysatorschicht den Reaktionsraum von oben nach unten ohne große Durchwirbelung durchwandert. Solche Verfahrensführungen sind für die katalytische Crackung von Rohöl bekannt.
• Derartige Wan-derbett-Verfahren ohne eigentliche Aufwirbelung erfordern für die Fließbewegung des Katalysators eine gewisse Auflockerung der Schichten, die mit zunehmender Höhe problematisch wird.
• Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren, bei dem Auflockerungsmaßnahmen vermieden werden und Beschränkungen bezüglich der Höhe nicht gegeben sind.
• Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß als Wanderbett eine Festkörper- insbesondere Kugelschüttung nach Art des Kugelhaufenreaktors im Durchlaufprinzip verwendet wird.
• Beim Kugelhaufenreaktor durchwandert die Kugelschüttung allein unter der Wirkung der Schwerkraft den Reaktionsraum, wobei umfangreiche Erfahrungen über das Fließverhalten der Kugeln und dessen Beeinflussung vorliegen.
• Besonders nützlich erscheint die Anwendung des Prinzips zur Reinigung von Rauchgasen von Feuerungsanlagen, insbesondere Kraftwerken, die zu optimieren z.Zt. ein sehr drängendes Anliegen ist.
• Die zu entfernenden Gase S02 und NO können nach unterschiedlichen Verfahren aus den Rauchgasen abgetrennt werden. Nach einem bekannten Konzept erfolgt zunächst die Abscheidung von S02 an Aktivkoksschüttu.ngen und nachfolgend eine katalytische Umwandlung von NO mit NH3 zu Stickstoff und Wasser.
• Dabei wird in einem ersten Aktivkoksbett, das ggf. durch Zwischenroste unterteilt wird, mit deren Hilfe eine Fortbewegung des Aktivkokses möglich ist, entschwefelt und in einem oder zeM mehlen folgenden Betten Stickoxide und Ammoniak an Aktivkoks umgesetzt.
• Diese bekannten Verfahren, die nach dem Fließbettprinzip oder mit Zwischenrosten arbeiten, haben den Nachteil, daß sie entweder das Gegenstromprinzip zwischen Fließbett und Rauchgas nicht konsequent ausnutzen oder komplizierte bewegliche Roste benötigen, um sich dem Gegenstromprinzip stufenweise anzunähern. Zusätzlich benötigen beide Verfahren einen Zwischenraum zwischen den beiden Bettarten zur Zumischung des NH3 oder die Hintereinanderschaltung mehrerer Gefäße.
• Diese Nachteile werden erfindungsgemäß vermieden, indem das bekannte Kugeldurchlaufprinzip mit der Rauchgasführung im Gegenstrom ausgenutzt und das erforderliche NH3 in einer bestimmten Ebene senkrecht zur Fließ.richtung der Kugeln zum Rauchgas zugemischt wird.
• Die Turbulenz im Kugelhaufen sorgt für die erforderliche gute Vermischung des NH3 mit dem weitgehend entschwefelten Rauchgas. Die mit S02 beladenen Aktivkokskugeln werden durch einen oder mehrere Abzüge am Boden des Behälters aus dem Reaktionsgefäß entfernt und können in einem ähnlich aufgebauten anderen Behälter durch Erhitzen in einem Inert- bzw. Reichgasstrom zur erneuten Verwendung regeneriert werden, wobei das adsorbierte SO desorbiert wird und als Reichgas für die Erzeugung von Schwefelsäure, Schwefel oder anderen schwefelhaltigen Verbindungen zur Verfügung steht.
• Das Rohgas tritt direkt vom koventionellen Staubabscheider der Feuerungsanlage kommend durch Schlitze oder Bohrungen im Reaktorboden von unten in den Reaktionsraum ein und verläßt diesen als Reingas mit der gleichen Temperatur oberhalb der Kugelschüttung und kann direkt dem Kamin zugeführt werden.
• Als Katalysator- oder Adsorberkörper kommen Formkörper in Betracht, die ein ausreichendes Fließverhalten allein unter der Wirkung der Schwerkraft ergeben. Besonders zweckmäßig sind jedoch Kugeln, deren Größe im Hinblick auf die durchzuführenden Reaktionen optimiert werden, und zwar sollte der Kugeldurchmesser zum einen für eine ausreichende spezifische Oberfläche des Reaktionsbettes relativ klein gewählt werden, andererseits jedoch setzt die Bettbewegung eine gewisse Kugelgröße voraus, die ferner für die Unterdrückung einer nicht gewollten Aufwirbelung zu beachten ist und damit auch von der Betthöhe abhängt. Zweckmäßig sind Kugeln mit einem Durchmesser von 10 bis 20 mm.
• Für das Fließverhalten der Kugelschüttung ist zu beachten, daß die Kugeln in Nähe der inneren Mantelfläche des Reaktors zur Bildung einer regelmäßigen derart dichten OrE4ung neigen, daß die Kugeln am unteren Ende des Reaktors nicht mit den übrigen Kugeln in den oder die Abzugstrichter eintreten. Dadurch wird der gleichmäßige Kugeldurchfluß durch den Reaktor gestört, d.h., die Kugeln der Randbereiche entziehen sich der gemeinsamen Bewegung der Kugelzonen von oben nach unten durch den Reaktor hindurch. Solche Ordnungsbildungen lassen sich durch entsprechende Formgebung der Wand vermeiden, die einer Kugelordnung entgegenwirken, wie beispielsweise durch kegelstumpfförmige Vertiefungen in der Wand mit einem Kegelwinkel von ca. 15 bis 200, deren kleiner Durchmesser dem Kugeldurchmesser entspricht und die eine Tiefe von 1/4 bis 1/3 Kugeldurchmesser haben.
• Der Abstand zwischen den einzelnen Vertiefungen liegt im Bereich von ca. 4 Kugeldurchmessern.
• Eine solche Anordnung ist in der DE-PS 23 54 540 näher beschrieben.
• Der Durchmesser des Kugelabzuges am unteren Ende des Reaktors ist für das Fließverhalten des Kugelbettes von Bedeutung, und er sollte größer als 8 Kugeldurchmesser sein und insbesondere in der Gegend von 10 bis 20 Kugeldurchmessern liegen.
• Bei der gemeinsamen Anordnung von Entschwefelungs- und Entstickungszone in einem einzigen Reaktor muß im Übergangsbereich zwischen der Entschwefelungszone und der darüber angeordneten Entstickungszone eine Ammoniakzufuhr erfolgen.
• Dies kann durch Schlitze oder Bohrungen in den seitlichen Wänden des Reaktionsbehälters erreicht werden, sofern der Bettquerschnitt geeignet ist, eine völlige Zumischung des Ammoniaks über den gesamten Querschnitt zu gewährleisten. Ringförmige Reaktoren oder solche mit einem länglichen Querschnitt erscheinen dafür geeignet. Die Zugabe des Ammoniaks kann aber auch durch ein "Gitter" von Rohren erreicht werden, die ortsfest in einer horizontalen Ebene des Kugelhaufens angebracht sind. Die Gitterabstände der NH3-Zugabestellen dürfen eimer ateh¢Qurchmischung und einer gleichmäßigen Reaktion im darüber befindlichen Haufwerk höchstens 1/5 bis 1/10 der für die katalytische Reaktion erforderlichen Höhe des Haufwerks betragen. Außerdem dürfen sie den langsamen Durchlauf der Kokskugeln nicht nennenswert stören.
• Weitere Besonderheiten der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung hervor; es zeigen Figur 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Wanderbett-Reaktor und Figur 2a u.2b Aufsichten auf den Innenraum von zwei Wanderbett-Reaktoren mit unterschiedlichen Querschnittsformen.
• Wie Fig. 1 zeigt, erfolgt die Kugelaufgabe am oberen Ende des Reaktors an einer Vielzahl von Aufgabestellen, um eine einigermaßen einheit liche Betthöhe zu gewährleisten. Die Kugeln durchwandern dann unter der Wirkung der Schwerkraft nacheinander die Zone 1 der NO -Reduktion und die Zone 2 der S02-Adsorption. Bei 3 wird über Schlitze oder Bohrungen Rohgas über den unteren Kugelboden zugeführt und bei 4 erfolgt der Kugelabzug über Schleusen. Im Zwischenbereich zwischen 1 und 2 wird Ammoniak über möglichst flächendeckende Verteilerrohre zugeführt. Das Reingas verläßt den Reaktor am oberen Ende.
• Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann der Querschnitt beliebig gewählt wird, wie z.B. quadratisch (Fig. 2b) oder rund (Fig. 2a).
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Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Durchführung adsorptiver und/oder katalytischer Reaktionen in einem Wanderbett-Reaktor, d a d u r c -h g e k e n n z e i c h n e L, daß als Wanderbett eine Festkörper- insbesondere KugelschOttung nach Art des Kugelhaufenreaktors im Durchlaufprinzip verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Rauchgasreinigung bei Feuerungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß als Festkörper zur Entschwefelung Aktivkokskugeln oder Kugeln mit Aktivkoksoberfläche verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2 zur kombinierten Entschwefelung und Entstickung von Rauchgasen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rauchgase aufwärts im Gegenstrom zur Kugelschüttung durch das Kugelbett strömen und daß über der Entschwefelungszone eine Entstickungszone anschließt, an deren Übergang Ammoniak quer zur Fließrichtung der Kugeln in die Kugelschüttung eingeblasen wird.
4. 4. Wanderbett-Reaktor für adsorptive und/oder katalytische Reaktionen in Säulenform mit einer oberen Festkörperaufgabe und einem unteren Festkörperabzug, gekennzeichnet durch Feststoffkugeln, eine möglichst flächendeckenda Mehrzahl von Kugelaufgabestellen am oberen Ende des Reaktors und eine Formgebung der inneren Mantelfläche des Reaktors, die die Entstehung von dichten Kugelordnungen an der Wand verhindert.
5. 5. Wanderbett-Reaktor nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Kugelbewegung nicht behindernde Gaszuführungsrohre innerhalb der Kugelschüttung allgemein quer zur Kugelbewegung mit einem Gitterabstand von höchstens 1/5 bis 1/10 der darüber befindlichen Kugelscfiütthöhe.
6. 6. Wanderbett-Reaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktorsäule einen ringförmigen oder länglichen Querschnitt hat.
7. 7. Wanderbett-Reaktor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Gaszuführung in die Kugelschüttung von der Wand her.