DE4235084A1 - Gas phase reactor housing - with progressively increasing flow area to reduce moisture condensation from gas flow and allow uniform conditioning, esp. of moisture sensitive biological substrates - Google Patents

Gas phase reactor housing - with progressively increasing flow area to reduce moisture condensation from gas flow and allow uniform conditioning, esp. of moisture sensitive biological substrates

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Abstract

In a reactor for reacting gases with material in a bed, the bed material is formed within a housing as a deep-bed of permeable bulk-poured or stacked layer material. The bed material between the inlet and outlet planes is subjected to a pressurised flow of damp gas, and the flow area of the bed (1) increases in a direction from the inlet plane (A1) to the outlet plane (A2), with the bed being either fixed or gas-fluidised. USE/ADVANTAGE - Reactor bed for gas contacting, eliminating the drying-out of bed material e.g. biologically active substrates, by preventing initial excessive moisture removal from the moist gas stream in an expanding flow path which acts to reduce condensation, and allow conditioning of the full bed length.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Reaktion von Gasen mit Bettmaterial, bei dem ein als Hochbett ausgebildetes Bett in einem Gehäusemantel Bettmaterial in durchgehender Schüttung oder in Etagenschichten aufweist und bei dem das Bettmaterial von einer Eintrittsfläche zu einer Austritts­ fläche von unter Druck eintretendem feuchtem Gas durchströmt ist und quer zur Durchströmrichtung einen Querschnitt auf­ weist.The invention relates to a reactor for the reaction of gases with bed material, in which one designed as a loft bed Bed in a casing. Bed material in continuous Filling or in tiers and in which the Bed material from an entry surface to an exit area of moist gas entering under pressure and has a cross section transverse to the flow direction points.

Bei einem durch die Praxis bekannten Festbettreaktor dieser Art ist der von dem zu reinigenden Gas durchströmte Quer­ schnitt des Filtermaterials in Richtung von der Eintritts­ fläche zur Austrittsfläche konstant. Die Feuchtigkeit des feucht in das Festbettmaterial eintretenden Gases konden­ siert rasch aus und tropft nach unten heraus. Das Gas ent­ zieht dem Festbettmaterial Wasser oder bleibt trocken. Wenn das Festbettmaterial aktiv ist, wird das biologisch aktive Material durch das durchströmende Gas ausgetrocknet und wird das biologisch aktive Material oder Substrat durch Wasser­ mangel in seinen Stoffwechselfunktionen und/oder Abbaufunk­ tionen bis zur Einstellung gehemmt. Wenn das Gas einem Bio­ filtermaterial Wasser entzieht, dann bleibt die biologische Masse, d. h. der Mikroorganismus nicht aktiv. Man kann ver­ suchen, dieses Problem zu lösen, indem in dem Festbettmate­ rial verteilt wasserabgebende Düsen vorgesehen werden. Dies führt jedoch zu völlig ungleichmäßigen Verhältnissen, weil nahe den Düsen mehr Feuchte vorhanden ist als weiter ent­ fernt von den Düsen. Das bekannte Festbettmaterial weist al­ so über längere Betriebszeiten Austrockungserscheinungen auf. Diese werden auch durch Berieselungsanlagen und/oder Vorbefeuchtung nur ungenügend beseitigt. Damit verbunden ist eine Unterversorgung von im Festbettmaterial immobilisierten Mikroorganismen mit Wasser.In a fixed bed reactor known from practice this Type is the cross through which the gas to be cleaned flows cut the filter material towards the entrance area to the exit surface constant. The moisture of the gas entering the fixed bed material ses quickly and drips down. The gas ent draws water from the fixed bed material or stays dry. If the fixed bed material is active, it becomes biologically active Material is dried out by the gas flowing through it the biologically active material or substrate by water deficiency in its metabolic functions and / or radio frequency inhibited until the setting. If the gas is a bio filter material removes water, then the biological remains Mass, d. H. the microorganism is not active. One can ver looking to solve this problem by putting in the fixed bed mat Water-dispensing nozzles can be provided in a distributed manner. This leads to completely uneven conditions, however, because There is more moisture near the nozzles than further away distant from the nozzles. The known fixed bed material has al so signs of dehydration over longer operating times on. These are also through sprinklers and / or Pre-moistening only insufficiently eliminated. Connected with it  undersupply of immobilized in the fixed bed material Microorganisms with water.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Reaktor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Austrocken des Bettmaterials beseitigt ist und das Bettmaterial bis zur Austrittsfläche ausreichende Feuchte bei gleichmäßiger Ver­ teilung des Gases aufweist. Der erfindungsgemäße Reaktor ist, diese Aufgaben lösend, dadurch gekennzeichnet, daß sich der durchströmte Querschnitt des Bettmaterials in Richtung von der Eintrittsfläche zur Austrittsfläche vergrößert.An object of the invention is therefore a reactor to create the type mentioned, in which the drying out the bed material is removed and the bed material up to Sufficient moisture at the exit surface with uniform Ver division of the gas. The reactor according to the invention is solving these tasks, characterized in that the cross section of the bed material in the direction enlarged from the entry surface to the exit surface.

Durch die Vergrößerung der durchströmten Querschnittsfläche und die damit verbundene Druckabnahme wird das Kondensieren von Wasser aus dem feuchten Gas vermindert und das Gas braucht bis hin zur Austrittsfläche keine Feuchte aus dem Bettmaterial zu entnehmen. Dies hat eine Verbesserung bezüg­ lich des Lösens von aus dem Gas zu entfernenden Stoffen und ggf. der Wirksamkeit eines biologischen Organismus zur Fol­ ge. Unter Querschnittsvergrößerung ist z. B. zu verstehen, daß das Verhältnis der Austrittsfläche zur Eintrittsfläche von 1,5 bis 3 beträgt. Die Erfindung ist auch bei einem gas­ fluidisierten Bett anwendbar, wobei das Gas sowohl als Reak­ tionsmedium als auch als Fluidisierungsmedium dient.By increasing the cross-sectional area through which flow occurs and the associated decrease in pressure becomes condensing of water from the damp gas diminishes and the gas does not need moisture from the up to the exit surface To remove bed material. This has an improvement the dissolving of substances to be removed from the gas and possibly the effectiveness of a biological organism to fol ge. With enlargement of the cross-section z. B. to understand that the ratio of the exit area to the entry area is from 1.5 to 3. The invention is also for a gas fluidized bed applicable, the gas being both as a reak tion medium as well as a fluidization medium.

Die Querschnittsvergrößerung erfolgt z. B. stufenweise, d. h. in einer Vielzahl kleiner Schritte. Die Querschnittsver­ größerung kann z. B. teilkreisförmig oder elliptisch verlau­ fen. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn die Querschnittsvergrößerung kontinuierlich linear vorgesehen ist. Dies verhindert die Ausscheidung von Wasser am besten und ist baulich vereinfacht durchzuführen. Wichtig ist die durchströmte Querschnittsfläche und nicht die Querschnitts­ fläche des Bettmaterials an sich.The cross-sectional enlargement takes place e.g. B. gradually, d. H. in a multitude of small steps. The cross-sectional ver Larger z. B. partially circular or elliptical fen. It is particularly useful and advantageous if the Cross-sectional enlargement provided continuously linear is. This is the best way to prevent water from being excreted and is structurally simplified to carry out. It is important cross-sectional area and not the cross-section surface of the bed material itself.

Das Bettmaterial ist z. B. zum Filtern Aktivkohle, die für ihre Wirksamkeit keine Feuchtigkeit benötigt. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist die Erfindung jedoch, wenn das Bettmaterial, insbesondere das Festbettmaterial, Bioma­ terial ist. Die Vorteile der Erfindung kommen besonders zum Tragen, wenn es darum geht, ein Austrocknen der biologischen Masse, d. h. des Biofilms des Bettmaterials zu verhindern.The bed material is e.g. B. for filtering activated carbon for their effectiveness does not require moisture. Especially  However, the invention is expedient and advantageous if the bed material, in particular the fixed bed material, bioma material. The advantages of the invention come in particular Wear when it comes to drying out the biological Mass, d. H. to prevent the biofilm of the bed material.

Der erfindungsgemäße Reaktor und dessen Bett sind diffusor­ artig gestaltet. Bei einem Etagenschichten-Hochbett sind mehrere Flachbetten mit Abstand übereinander angeordnet. Hochbett bedeutet, daß die Abmessung des Bettmaterials in Durchströmrichtung groß ist in Relation zum Querschnitt. Das Gas weist die erwünschte Feuchte an sich auf oder wird einer Vorbefeuchtung unterzogen. Der Reaktor ist bei der Aus­ trittsfläche des Bettmaterials für das gereinigte Gas gegen die Umgebung offen oder geschlossen gestaltet. Das Bettmate­ rial, das z. B. biologisch bzw. aktiv ist, ist in der Regel auf Gitterrosten gelagert. Das Bettmaterial wird entweder von unten nach oben oder von oben nach unten durchströmt. Aufgrund der Erfindung sind die Verhältnisse hinsichtlich Feuchte des Gases und Feuchte des Belages bzw. Filmes von biologischer Masse und die Verhältnisse hinsichtlich Druck­ verteilung und Gasgeschwindigkeit verbessert. Der Reaktor ist bei der Austrittsfläche des Bettmaterials gegen die Um­ gebung offen oder geschlossen.The reactor according to the invention and its bed are diffuser well designed. With a bunk bed bunk bed several flat beds spaced one above the other. Loft bed means that the dimension of the bed material in The flow direction is large in relation to the cross-section. The Gas has the desired moisture content per se or becomes one Subjected to pre-moistening. The reactor is off footprint of the bed material for the cleaned gas against the environment is open or closed. The bed mat rial, the z. B. is biological or active, is usually stored on gratings. The bedding is either flows from bottom to top or from top to bottom. Because of the invention, the conditions are regarding Moisture of the gas and moisture of the covering or film from biological mass and the conditions regarding pressure distribution and gas velocity improved. The reactor is at the exit surface of the bed material against the order open or closed.

Es ist denkbar, in Durchströmrichtung gesehen, den Bereich des Bettmaterials nahe der Austrittsfläche im Querschnitt zylinderisch auszubilden. Besonders zweckmäßig und vorteil­ haft ist es jedoch, wenn sich die Querschnittvergrößerung über die gesamte Abmessung des Bettmaterials in Durchström­ richtung erstreckt. Dies gewährleistet in allen Bereichen des Bettmaterials die gewünschte Verbesserung der Feuchte­ verhältnisse. Die Realisierung der erfindungsgemäßen Vortei­ le erfolgt durch einen diffusorartigen Querschnitt des Bett­ materials. Es wurde gefunden, daß durch eine pyramiden­ stumpf-, kegelstumpf- oder trogartige Gestaltung des Bett- Querschnittes eine verbesserte Druckverteilung und Gasge­ schwindigkeit sowie eine verbesserte relative Feuchtigkeit des zu reinigenden Gases und des Biofilms vom Gaseintritt über den gesamten Querschnitt bis zum Austritt aus der Bett­ masse erreicht wird.It is conceivable, seen in the flow direction, the area of the bed material near the exit surface in cross section to be cylindrical. Particularly useful and advantageous However, it is important if the cross-sectional enlargement over the entire dimension of the bed material in flow direction extends. This ensures in all areas of the bed material the desired improvement in moisture conditions. The realization of the advantage according to the invention le takes place through a diffuser-like cross section of the bed materials. It was found through a pyramid frustum, truncated cone or trough-like design of the bed Cross-section improved pressure distribution and gas  speed and improved relative humidity of the gas to be cleaned and the biofilm from the gas inlet over the entire cross-section until it emerges from bed mass is reached.

Wenn die Querschnittsvergrößerung linear erfolgt, dann ist der Winkel abhängig von der Schüttung, d. h. der Art des Bettmaterials. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn der Winkel der von dem Gehäusemantel gegebenen seitli­ chen Begrenzung des Bettmaterials kleiner als der Strömungs­ ablösewinkel ist. Dieser Winkel ist von dem Druckverlust des Gases beim Durchgang durch das Bettmaterial bestimmt. Das Bettmaterial ist zum Filtern organisch, z. B. Kompost, Torf, Reisig oder Gemische davon, oder anorganisch, z. B. aus Keramik, Gummi oder Kunststoff.If the cross-sectional enlargement is linear, then that is the angle depending on the fill, d. H. the type of Bedding. It is particularly expedient and advantageous if the angle of the lateral side given by the housing jacket Chen bed material limit smaller than the flow release angle is. This angle is from the pressure drop of the Gases determined when passing through the bed material. The Bed material is organic for filtering, e.g. B. compost, peat, Brushwood or mixtures thereof, or inorganic, e.g. B. from Ceramic, rubber or plastic.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Reaktors zur Filter-Reinigung von Gasen. Hierbei ist das Bettmaterial ein Filtermaterial.The use of the is particularly expedient and advantageous reactor according to the invention for filter cleaning of gases. The bed material is a filter material.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist auch die Anwendung des erfindungsgemäßen Reaktors zur Feststoff-Fermentation und/oder zum Reinigen von Erd-Substraten. Unter Erdsubstra­ ten sind Erde oder erdähnliche Substrate wie Sand, Kies, Ziegelbruch oder Schotter zu verstehen.The application is also particularly expedient and advantageous of the reactor according to the invention for solid fermentation and / or for cleaning earth substrates. Under Erdsubstra are earth or earth-like substrates such as sand, gravel, Understanding broken brick or crushed stone.

Durch die Vergrößerung der durchströmten Querschnittsfläche und die damit verbundene Änderung von statischem und dyna­ mischem Druck wird eine gleichmäßige Kondensation der im Gas enthaltenen Feuchtigkeit und eine Optimierung der Wirksamkeit des biologischen aktiven Substrates erreicht. Die Vorteile der Erfindung kommen besonders zum Tragen, wenn es darum geht, ein Austrocknen der biologischen Massen bzw. Substrate zu reduzieren bzw. zu verhindern.By increasing the cross-sectional area through which flow occurs and the associated change of static and dyna Mixing pressure becomes an even condensation in the gas contained moisture and an optimization of Efficacy of the biological active substrate reached. The advantages of the invention are particularly evident when it is about drying out the biological masses or To reduce or prevent substrates.

Das biologisch aktive Substrat, das zur Fermentation vorge­ sehen oder welches biologisch zu reinigen ist, ist in der Regel auf Gitterrosten gelagert. Das biologisch aktive Sub­ strat wird entweder von unten nach oben oder von oben nach unten durchströmt. Aufgrund der Erfindung sind optimale Ver­ hältnisse im biologisch aktiven Material hinsichtlich des Wassergehaltes, der Druckverteilung und der Stoffübergangs­ verhältnisse wie Sauerstoffversorgung gegeben.The biologically active substrate that is pre-fermented see or which is biologically cleanable is in the  Usually stored on gratings. The biologically active sub strat is either from bottom to top or from top to bottom flows through below. Due to the invention are optimal Ver Ratios in the biologically active material regarding the Water content, pressure distribution and mass transfer conditions such as oxygen supply.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung dargestellt und zeigtIn the drawing, preferred embodiments of the Er shown and shows

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Bettmate­ rials, Fig. 1 is a perspective view of a first bed mate rials,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Bettmate­ rials, Fig. 2 is a perspective view of a second bed mate rials,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines dritten Bettmate­ rials, Fig. 3 is a perspective view of a third bed mate rials,

Fig. 4 schematisch einen von unten nach oben durchströmten Bettfilter und Fig. 4 shows schematically a flow through the bottom filter and bottom

Fig. 5 schematisch einen von oben nach unten durchströmten Bettfilter. Fig. 5 shows schematically a flow-through from top to bottom bed filter.

Bei den Ausführungsformen gemäß Zeichnung strömt zu reini­ gendes Rohgas mit einer Anströmgeschwindigkeit von 0,04 m/s durch die Eintrittsfläche A1 (0,07065 m2). Das zum Filtern vorgesehene Festbettmaterial ist eine Torfmischung mit einem Druckabfall von 1,8 mbar je Meter Festbettschüttung. Das Gas verläßt das Festbettmaterial durch eine Austrittsfläche (0,136 m2). Es wird ein Winkel d/2 von 3,1° gefunden. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Eintrittsfläche gleich der eintrittsseitigen Querschnittsfläche des Festbettmaterials. Das Festbettmaterial ist gemäß Fig. 1 ke­ gelstumpfförmig, gemäß Fig. 2 pyramidenstumpfförmig und ge­ mäß Fig. 3 trogförmig. Das Festbettmaterial 1 wird gemäß Fig. 4 von unten nach oben und gemäß Fig. 5 von oben nach unten durchströmt und befindet sich in einem Gehäusemantel 2, der die Gasströmung durch das Festbettmaterial führt und nach außen hin begrenzt. In the embodiments according to the drawing, raw gas to be cleaned flows through the inlet area A1 (0.07065 m 2 ) at a flow velocity of 0.04 m / s. The fixed bed material intended for filtering is a peat mixture with a pressure drop of 1.8 mbar per meter of fixed bed fill. The gas leaves the fixed bed material through an exit area (0.136 m 2 ). An angle d / 2 of 3.1 ° is found. In the exemplary embodiments shown, the entry area is equal to the cross-sectional area of the fixed bed material on the entry side. The fixed bed material is ke frustum-shaped according to FIG. 1, truncated pyramid-shaped according to FIG. 2 and trough-shaped according to FIG. 3. The fixed bed material 1 is flowed through from bottom to top according to FIG. 4 and from top to bottom according to FIG. 5 and is located in a housing jacket 2 which guides the gas flow through the fixed bed material and limits it to the outside.

Die in der Zeichnung gezeigten Betten lassen sich auch als gasfluidisierte Betten vorsehen. Es strömt das zu reinigende Rohgas mit einer dem spezifischen Gewicht angepaßten An­ strömgeschwindigkeit durch die Eintrittsfläche A1 (0,07065 m2). Das Bettmaterial besteht aus Mischungen mit auf Polyu­ rethan- oder Polystyrol-Schaum mit einer Dichte zwischen 25 bis 275 kg/m3 immobilisierten Mikroorganismen. Das Gas ver­ läßt das fluidisierte bzw. partiell fluidisierte Bett bzw. die Sprudelschicht an der Austrittsfläche (0,136 m2). Das Bettmaterial ist vorrangig im Bereich des kegelstumpfförmi­ gen Bereiches des Reaktors vorgesehen. Durch die kegel­ stumpfartige Form des Reaktors wird ein Gleichgewicht zwi­ schen Kondensation und Trocknung erreicht. Es wurde ein Win­ kel von d/2=3° zur seitlichen Begrenzung des Reaktors ge­ funden.The beds shown in the drawing can also be provided as gas-fluidized beds. The raw gas to be cleaned flows with a flow velocity adapted to the specific weight through the inlet area A1 (0.07065 m 2 ). The bed material consists of mixtures with microorganisms immobilized on polyurethane or polystyrene foam with a density between 25 and 275 kg / m 3 . The gas leaves the fluidized or partially fluidized bed or the bubble layer on the exit surface (0.136 m 2 ). The bed material is primarily provided in the area of the truncated cone area of the reactor. Due to the frustoconical shape of the reactor, a balance between condensation and drying is achieved. An angle of d / 2 = 3 ° was found for the lateral limitation of the reactor.

Claims (7)

1. Reaktor zur Reaktion von Gasen mit Bettmaterial,
bei dem ein als Hochbett ausgebildetes Bett in einem Ge­ häusemantel Bettmaterial in durchgehender Schüttung oder in Etagenschichten aufweist und
bei dem das Bettmaterial von einer Eintrittsfläche zu einer Austrittsfläche von unter Druck eintretendem feuch­ tem Gas durchströmt ist und quer zur Durchströmrichtung einen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der durchströmte Querschnitt des Bettmaterials (1) in Richtung von der Eintrittsfläche (A1) zur Aus­ trittsfläche (A2) vergrößert, wobei das Bett als Festbett oder als gasfluidisiertes Bett ausgebildet ist.1. reactor for the reaction of gases with bed material,
in which a bed designed as a loft bed in a Ge housing jacket has bed material in continuous bed or in floor layers and
in which the bed material flows through from an inlet surface to an outlet surface of pressurized moist gas and has a cross section transverse to the flow direction, characterized in that the cross section of the bed material ( 1 ) flows in the direction from the inlet surface (A1) to the outlet tread area (A2) enlarged, the bed being designed as a fixed bed or as a gas-fluidized bed. 2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsvergrößerung kontinuierlich linear vorgesehen ist.2. Reactor according to claim 1, characterized in that the Cross-sectional enlargement provided continuously linear is. 3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der von dem Gehäusemantel (2) gegebenen seitlichen Begrenzung kleiner als der Strömungslösewinkel ist.3. Reactor according to claim 2, characterized in that the angle of the lateral boundary given by the housing jacket ( 2 ) is smaller than the flow release angle. 4. Reaktor nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsvergrößerung über die gesamte Abmessung des Bettmaterials (1) in Durchströmungrichtung erstreckt.4. Reactor according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the cross-sectional enlargement extends over the entire dimension of the bed material ( 1 ) in the flow direction. 5. Reaktor nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bettmaterial (1) Biomaterial ist.5. Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the bed material ( 1 ) is biomaterial. 6. Anwendung des Reaktors nach einem der vorhergehenden An­ sprüche zur Filter-Reinigung von Gasen.6. Application of the reactor according to one of the preceding An sayings for filter cleaning of gases. 7. Anwendung des Reaktors nach Anspruch 5 zur Feststoff-Fer­ mentation und/oder zum Reinigen von Erd-Substraten.7. Use of the reactor according to claim 5 for solid fer mentation and / or for cleaning earth substrates.
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