DE4032738C1 - Adsorption agent esp. moving bed reactor - includes slot sieve downstream of bed and venetian blind type construction - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Adsorptionsmittel-, insbesondere Wanderbettreaktor, dessen Bett im Querstrom von dem zu behandelnden Fluid durchströmt wird und auf der Abström­ seite durch eine ein Spaltsieb und eine Jalousiekonstruktion aufweisende Anordnung begrenzt ist.

Derartige Adsorptionsmittelreaktoren mit einem kontinuier­ lichen oder quasi-kontinuierlich wandernden Bett aus einem kör­ nigen Schüttgut werden in zunehmendem Umfang zur Abgasreinigung verwendet. Der Wirkungsgrad der Abgasreinigung hängt dabei von der gleichmäßigen Verteilung der Schüttgutpartikel auf das Be­ handlungskammervolumen und außerdem von der gleichmäßigen Durchströmung des Betts durch das zu behandelnde Fluid. Bei ei­ nem Querstromreaktor ist die gleichmäßige Verteilung des Fluids auf das gesamte Schüttgutbett in der Behandlungszone bisher noch nicht zufriedenstellend gelungen. Dies liegt vor allem daran, daß sich an der austrittsseitigen Jalousiekonstruktion, die einerseits die abströmseitige Reaktorbettbegrenzung bildet und andererseits das im Reaktor behandelte Fluid möglichst großflächig und gleichmäßig austreten lassen soll, relativ starke Schüttgut-Aufböschungen bilden, welche den Strömungswi­ derstand über die Reaktorhöhe ungleichmäßig machen und daher die Fluid-Strömungsfäden auf begrenzte Höhenniveaus konzentrie­ ren.

Um die Aufböschungen im Bereich der Jalousielamellen zu verringern, hat man nach dem Stande der Technik etwa vertikal verlaufende Kammbleche mit den Jalousielamellen verbunden. Die Kammbleche erhöhen den Strömungswiderstand unterhalb der Unter­ kante jeder Jalousielamelle durch Einschnürung des Durchtritts­ querschnitts und bewirken damit einen gewissen Ausgleich des durch die Aufböschung über der darunter gelegenen Lamelle ent­ standenen zusätzlichen Strömungswiderstandes. Diese bekannte Konstruktion war jedoch nur begrenzt wirksam; der Effekt der Aufböschung und damit die ungleichmäßige Verteilung konnten nicht beseitigt, sondern allenfalls in ihren Auswirkungen ver­ mindert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bisher durch Schüttgutaufböschungen oder ungleichmäßige Schüttgutver­ teilungen an der Abströmseite eines Querstromreaktors auftre­ tenden ungünstigen Effekte zu beseitigen oder zumindest stark einzuschränken.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch,
daß das Spaltsieb im wesentlichen vertikal verlaufende, die Jalousie überspannende Spaltbegrenzungselemente hat, wobei die Spaltbreite auf die Körnung des Schüttguts so abgestimmt ist, daß die Feststoffpartikel bis auf Feinkornpartikel im Behand­ lungsraum zurückgehalten werden; und
daß das Spaltsieb mit einem Stabilisierungsgitter verbunden ist, das zu den Spaltbegrenzungselementen querverlaufende Ver­ bindungsstäbe und diese kreuzende und mit gegenseitigem Abstand angeordnete Bandprofile aufweist, wobei die Flachseiten der Bandprofile im wesentlichen vertikal und parallel zur Fluid­ strömungsrichtung verlaufen.

Spaltsiebe mit einer auf die Körnung von auszusiebendem Material abgestimmten Spaltweite sind in verschiedenen Ausfüh­ rungen aus dem Firmenprospekt von Hein, Lehmann & Co. AG, Düsseldorf, 1951, bekannt. Die daraus bekannten Spaltsiebe gibt es als ein- oder mehrteilige, rechteckige, schiefwinklige, runde oder ovale Bögen oder als gerundete Mäntel in Kegel- oder Rohrform. Sie können glatte Sieboberflächen haben und sind mit versenkten oder rückwärtigen Querdrähten zur Spaltsicherung versehen.

Die Verwendung eines über den gesamten abströmseitigen Aus­ trittsquerschnitt des Reaktors verlaufenden Spaltsiebs in Ver­ bindung mit dem Stabilisierungsgitter hat zwei entscheidende Vorteile: Einerseits gelangen nur Feinkornpartikel aus dem Re­ aktorraum in den Bereich der Jalousiekonstruktion, so daß die Tendenz zur Aufböschung entscheidend verringert ist; und ande­ rerseits sorgen die im Stabilisierungsgitter vertikal verlau­ fenden beabstandeten Bandprofile für eine problemlose Abführung der Feinkornpartikel des Schüttguts nach unten, da sie zwischen dem Spaltsieb einerseits und der aus geneigten Lamellen beste­ henden Jalousiekonstruktion vertikale durchgehende Kanäle oder Schächte begrenzen. Der für das Fluid austrittsseitig zur Ver­ fügung stehende Öffnungsquerschnitt ist daher praktisch in ei­ ner Vertikalebene (des Spaltsiebs) gleichmäßig verteilt; dies ändert sich auch nicht mit fortschreitendem Reaktorbetrieb. Aufböschungen, die bei allen bekannten Konstruktionen Ursache für mehr oder weniger starke Ungleichmäßigkeiten im Strömungs­ widerstand und damit im Strömungsprofil des Fluids gewesen sind, gibt es in nennenswertem Umfange nicht mehr.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Vertikalschnittansicht durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Wanderbett­ reaktor;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht der Abströmseite des Reaktors gemäß Fig. 1 mit einem Spaltboden aus einem Spaltsieb, einem Stabilisierungsgitter und einer Jalousiekonstruktion;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht entsprechend der Schnittlinie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 2 abgewandelte Spaltbodenanordnung; und

Fig. 5 eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer Spaltbodenanordnung.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Adsorptionsmittelreaktors 1, im fol­ genden "Adsorber" genannt, der rechteckigen Querschnitt hat. Der Adsorber 1 hat einen Reaktionsbehälter 2, der einen das Schüttgutbett aufnehmenden Behandlungsraum 3 umgrenzt. In dem Reaktionsbehälter 2 sind ein Aufgabeboden 5 mit matrixartig an­ geordneten Aufgabetrichtern zur gleichmäßigen Verteilung des Schüttguts auf den Querschnitt der Behandlungskammer 3 und ein Abzugsboden 6 mit ähnlich verteilten Abzugstrichtern zum Abzie­ hen des Schüttguts aus der Behandlungskammer 3 vorgesehen. Ein­ bauten in Form von zwei vertikalen Lochblenden 7 sorgen bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel für eine gleichmäßige Vertei­ lung des Schüttguts bei dessen Wanderung von oben nach unten durch die Behandlungskammer 3.

Das zu behandelnde Fluid - im beschriebenen Ausführungsbei­ spiel Rauchgas - durchströmt den Adsorber in der durch gepunk­ tete Linien veranschaulichten Weise. Das Rauchgas tritt unten in den Adsorber 1 ein, umströmt den Abzugsboden mit den Ab­ zugstrichtern und Austragsstutzen und tritt durch einen Gasein­ laßkasten 8 und eine anströmseitige Jalousie 9 über den größten Teil der Bauhöhe des Reaktorbehälters in die Behandlungskammer 3 ein. Der Anstellwinkel der die Einlaßjalousie 9 bildenden Bleche beträgt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel 70° +/-5° zur Horizontalen. Wie die gepunkteten Strömungsfäden des Fluids zeigen, wird das Bett in der Behandlungskammer 3 in Querrichtung durchströmt, und zwar weitgehend gleichmäßig über die gesamte Höhe des Betts. Abströmseitig tritt das Fluid durch eine Jalousiekonstruktion 10 in einen Gasauslaßkasten 11 und von dort kopfseitig durch ein Abzugsrohr aus. Die Jalousiekon­ struktion 10 weist vertikal übereinander angeordnete Lamellen auf, die in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel unter einem Winkel von 60°+/-5°, vorzugsweise 60° bis 65°, zur Horizonta­ len angestellt sind.

Insoweit entspricht der beschriebene Adsorber bekannten Konstruktionen.

Die erfindungsgemäß neuen Aspekte sollen im folgenden an­ hand der schematischen Teilansichten gemäß Fig. 2 und 3 näher erläutert werden. In Fig. 2 ist ein Ausschnitt entsprechend dem strichpunktierten Teil des Reaktionsbehälters 2 in Fig. 1 ver­ größert und schematisch dargestellt. Auf der Fluid-Abströmseite ist zusätzlich zu den Jalousielamellen 10 ein die gesamte Ab­ strömseite des Reaktionsbehälters 2 überspannender Spaltboden 12 vorgesehen. Wie die vergrößerte Schnittansicht gemäß Fig. 3 zeigt, ist der Spaltboden 12 als Sandwichbauteil aus einem dem Schüttgutbett zugewandten Spaltsieb 13 und einem Stabilisie­ rungsgitter 14 ausgebildet. Das Spaltsieb 13 besteht aus stab­ förmigen Spaltbegrenzungselementen 13a von einheitlichem drei­ eckigen Querschnitt. Wegen der üblichen Körnung des als Adsorp­ tionsmittel bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwende­ ten Aktivkoks haben die Spaltbegrenzungselemente 13a eine Spaltweite von 1,25 mm+/-0,5 mm, eine dem Aktivkoksbett zuge­ wandte Profilseitenlänge von 2,2 mm+/-0,5 mm und eine Tiefe zum Stabilisierungsgitter von 4,5 mm+/-1 mm. Diese Abmessun­ gen entsprechen jedoch nur einem bei einem Prototypen reali­ sierten Ausführungsbeispiel; insbesondere die Weite des Spalts 13b zwischen zwei benachbarten Spaltbegrenzungselementen 13a richtet sich zweckmäßigerweise nach der Größe der Schüttgut­ teilchen, die von dem Spaltsieb in der Behandlungskammer 3 zu­ rückgehalten werden sollen.

Das Stabilisierungsgitter 14 besteht gemäß Darstellung in Fig. 3 aus zu den Stabbegrenzungselementen 13a querverlaufenden Verbindungsstäben 15 sowie in größerem Abstand parallel zu den Spaltbegrenzungselementen angeordneten Bandprofilen 16. Die längsverlaufenden stabförmigen Spaltbegrenzungselemente 13a sind mit den in größerem Abstand in einer Vertikalebene über­ einander angeordneten Verbindungsstäben 15 punktverschweißt; auf der anderen Seite sind die Bandprofile 16 mit den querver­ laufenden Verbindungsstäben 15 verschweißt. Fakultativ können die den Verbindungsstäben 15 abgewandten Schmalseiten in der in Fig. 3 dargestellten Weise mit gedrehten Vierkantstäben 18 ver­ bunden, insbesondere verschweißt sein. Diese Vierkantstäbe sind als Baueinheit mit den Bandprofilen 16 (für andere Zwecke) im Handel erhältlich und werden daher auch hier verwendet. Die Vierkantstäbe 18 können auch anstelle der rechteckigen oder runden Verbindungsstäbe 15 vorgesehen sein.

Wie oben gesagt, wird zumindest der überwiegende Teil des in der Behandlungskammer 3 befindlichen Schüttguts, d. h. zumin­ dest alle Partikel mit einem Teilchendurchmesser von mehr als der Spaltweite 13b, vom Spaltsieb 13 in der Behandlungskammer zurückgehalten. Soweit Kleinkornpartikel durch die Spalte 13b in Durchströmungsrichtung (Pfeil A in Fig. 3) des Fluids die Spalte 13b durchdringen können, erreichen sie zwischen den Flachseiten der Bandprofile 16 gebildete vertikale Kanäle 17 und fallen durch diese (durchgehenden) Kanäle nach unten bis in den Austragsbereich 19 (Fig. 1 und 2). Im Austragsbereich 19 werden diese Feinkornpartikel entweder getrennt abgeführt oder - wie im dargestellten Beispiel - dem Hauptstrom des Schüttguts im Bereich des Abzugsbodens 6 wieder zugeführt. Zu diesem Zweck dient eine am unteren Ende des Reaktionsbehälters angeordnete rutschenartige Wand 20.

Anders als bei herkömmlichen Querstromadsorbern bilden sich daher auf den geneigt angeordneten Jalousielamellen keine merk­ lichen Schüttgutaufböschungen, so daß das Fluid einem an der Abströmseite über die gesamte Höhe des Reaktionsbehälters ein­ heitlichen Strömungswiderstand begegnet. Insofern ist auch der Neigungswinkel der einzelnen Lamellenbleche 10 der Jalousie an sich unkritisch; vorzugsweise ist er jedoch genügend groß, um auf den Lamellen auftreffendes Schüttgut in die Kanäle 17 ab­ fließen zu lassen. Zu diesem Zweck hat sich ein Winkel von ca. 60°+/-5° zur Horizontalebene als zweckmäßig erwiesen.

Wegen der gleichmäßigen Schüttgutverteilung vor dem Spalt­ boden 12 können auch die Abstände der Bleche 10 relativ groß gemacht werden.

Eine durchgehende Ausbildung sowohl der Spaltbegrenzungs­ elemente 13a als auch der zu diesen (mit wesentlich größerem Abstand) parallel verlaufenden Bandprofile 16 ist auch Kosten­ gründen in der Regel vorzuziehen. Andererseits können diese vertikal verlaufenden Komponenten 13a und 16 aber auch aus meh­ reren Teilen entweder auf Stoß oder unter Verzahnung oder Über­ lappung zusammengefügt werden. Insbesondere für die Bandprofile 16 reicht es aus, wenn sie sich über eine Teillänge der Reak­ torhöhe derart erstrecken, daß an ihnen die Lamellen der Jalou­ sie 10 befestigt, insbesondere angeschweißt werden können. Eine Unterbrechung der Bandprofile 16 ist für den zuverlässigen Ab­ zug der Kleinkornteilchen durch die Kanalabschnitte 17 ohne Be­ deutung, da ein Teilchenaustausch zwischen nebeneinanderliegen­ den Kanälen 17 die Teilchenführung von oben nach unten nicht beeinträchtigt und auch die geneigten Lamellen 10 eine Richt­ wirkung schräg nach unten haben.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsformen von Spaltböden 40 bzw. 50, bei denen das Spaltsieb jeweils aus mehreren vertika­ len Abschnitten 41a, 41b bzw. 51a..51c besteht, die überlappend angeordnet sind. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist jeder Spaltsiebabschnitt an seinem oberen Ende 42 zweimal gekröpft und hintergreift das untere Ende des höheren Spaltsiebab­ schnitts 41a. Die einzelnen Spaltbegrenzungsstäbe sind in den überlappenden Spaltsiebabschnitten 41a und 41b miteinander ver­ tikal ausgerichtet. Auch bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ein Stabilisierungsgitter 44 mit querverlau­ fenden Verbindungsstäben 45 und mit Abzugskanäle 17 begrenzen­ den Bandprofilen 46 vorgesehen. Die Bandprofile 46 sind jedoch vertikal unterbrochen und nur den ebenen Teilen der Spaltsie­ babschnitte 41a bzw. 41b zugeordnet. Die mit den Bandprofilen 46 verbundenen Jalousielamellen sind in den Fig. 4 und 5 nicht dargestellt.

Bei der Ausführungsform in Fig. 4 ist die vertikale Begren­ zungsebene des Schüttgutbettes im Überlappungsbereich der Spaltsiebabschnitte 41a und 41b unterbrochen. Dort bildet sich eine kleine Aufböschung 47. Wegen des Freiraums im Bereich der Überlappungsstelle jenseits der Aufböschung 47 fällt die Erhö­ hung des Strömungswiderstandes dort nicht ins Gewicht. Die Un­ terbrechung der Spaltbegrenzungselemente bzw. der zwischen die­ sen gebildeten Spalte 13b hat aber den Vorteil, daß in Spalten 13b gefangene, insbesondere längliche Schüttgutpartikel ab­ schnittsweise, nämlich im Bereich der Aufböschung 47, aus der Spaltführung freikommen und sich umorientieren können.

Ein ähnlicher Effekt wird bei der in Fig. 5 dargestellten abgewandelten Ausführungsform erreicht. Die wirksamen Spaltbe­ grenzungselemente in den Spaltsiebabschnitten 51a bis 51c ver­ laufen überwiegend etwas geneigt zur generell vertikalen Wan­ derrichtung des Schüttguts in der Behandlungskammer 3. Wegen der Schrägneigung der Spaltsiebabschnitte ist bei der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 5 nur eine Kröpfung im Überlappungsbereich 52 vorgesehen.

Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist ein Stabili­ sierungsgitter den Spaltsiebabschnitten 51a..51c jeweils ein­ zeln zugeordnet. Dargestellt sind in Fig. 5 nur die querverlau­ fenden Verbindungsstäbe 55.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwand­ lungen möglich. So können die einzelnen zum Spaltboden 12 gehö­ rigen Komponenten überwiegend abgerundete Kanten haben und un­ ter Berücksichtigung der Stabilisierungsanforderungen große Ab­ stände und/oder geringe Wandstärken haben. Die Abströmseite kann ggf. auch horizontal gekrümmt oder mehreckig und ab­ schnittsweise eben ausgebildet sein. Die Ausbildung der Jalou­ sie ist wegen der besonderen Stütz- und Haltefunktion des Spaltbodens 12, 40 bzw. 50 unkritisch. Die Größe der Kanäle sollte möglichst so gewählt werden, daß einerseits der Platzbe­ darf gering ist und andererseits ein zuverlässiges Abführen der das Spaltsieb durchdringenden Schüttgutteilchen unter Schwer­ krafteinfluß gewährleistet ist.

Claims (13)

1. Adsorptionsmittel-, insbesondere Wanderbettreaktor, des­ sen Bett im Querstrom von dem zu behandelnden Fluid durchströmt wird und auf der Abströmseite durch eine ein Spaltsieb und eine Jalousiekonstruktion aufweisende Anordnung begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Spaltsieb (13; 41, 51) im wesentlichen vertikal verlaufende, die Jalousie (10) überspannende Spaltbegrenzungs­ elemente (13a) hat, wobei die Breite des Spalts (13b) auf die Körnung des Schüttguts so abgestimmt ist, daß die Feststoffpar­ tikel bis auf Feinkornpartikel im Behandlungsraum (3) zurückge­ halten werden; und
daß das Spaltsieb (13; 41, 51) mit einem Stabilisierungs­ gitter (14; 44) verbunden ist, das zu den Spaltbegrenzungsele­ menten (13a) querverlaufende Verbindungsstäbe (15; 45; 55) und diese kreuzende und mit gegenseitigem Abstand angeordnete Band­ profile (16; 46) aufweist, wobei die Flachseiten der Bandpro­ file im wesentlichen vertikal und parallel zur Fluidströmungs­ richtung (A) verlaufen.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbegrenzungselemente (13a) etwa dreieckförmige Quer­ schnittsprofile haben, deren eine Seite dem Behandlungsraum (3) zugewandt und deren gegenüberliegende Ecke an querverlaufenden Verbindungsstäben (15; 45; 55) des Stabilisierungsgitters (14; 44) abgestützt ist.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltsieb (13; 41; 51) und das Stabilisierungsgitter (14; 44) sandwichartig mit der Jalousie (10) zusammengefügt sind.

4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spaltbegrenzungselemente (13), die quer­ verlaufenden Verbindungsstäbe (15), die Bandprofile (16) und die Innenkanten von übereinander angeordneten Jalousielamellen (10) abwechselnd rechtwinklig gekreuzt verlaufen.

5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spaltbegrenzungselemente (13) mit den querverlaufenden Verbindungsstäben (15) punktverschweißt sind.

6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen jeweils zwei benachbarten Bandprofi­ len (16) des Stabilisierungsgitters (14) ein im wesentlichen vertikaler Kanal (17) zum Abführen von durch das Spaltsieb durchgetretenen Kleinkornpartikeln ausgebildet ist.

7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Bandprofilen (16) gebildeten Kanäle (17) am unte­ ren Ende in einen Austragstrichter (19, 20) münden.

8. Reaktor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen der Jalousiekonstruktion (10) zu den vertika­ len Kanälen (17) derart geneigt angeordnet sind, daß das Schüttgut auf den Lamellen unter Schwerkrafteinfluß in die Kanäle gelenkt wird.

9. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spaltbegrenzungselemente (13a) als gerade Stäbe ausgebildet sind.

10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Spaltsieb (4′, 5′) aus mehreren vertika­ len Abschnitten (41a, 41b; 51a..51c) besteht, die derart über­ lappend angeordnet sind, daß der jeweils höher gelegene Spalt­ siebabschnitt (41a; 51a) den tieferen Abschnitt (41b, 51b) zum Behandlungsraum (3) hin übergreift.

11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende (42; 52) jedes Spaltsiebabschnitts (41a, 41b; 51a..51c) gekröpft ist.

12. Reaktor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die einzelnen Spaltbegrenzungselemente (13) jedes Spaltsiebabschnitts (41a; 51a) mit denjenigen der benachbarten Spaltsiebabschnitte (41b; 51b) ausgerichtet sind.

13. Reaktor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß jedem Spaltsiebabschnitt (41a, 41b) ein eigenes Stabi­ lisierungsgitter (44) zugeordnet ist, das mit einem ebenen Be­ reich des Spaltsiebabschnitts verbunden ist.