DE60010532T2

DE60010532T2 - Vorrichtung zur durchführung von physikalischen und/oder chemischen verfahren, zum beispiel ein wärmetauscher

Info

Publication number: DE60010532T2
Application number: DE60010532T
Authority: DE
Inventors: Gerrit Dick KLAREN
Original assignee: Klarex Beheer BV
Current assignee: Klarex Beheer BV
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2020-09-23
Also published as: ATE266184T1; EP1320715A1; CA2422965A1; DE60010532D1; WO2002025200A1; US7141219B1; JP2004518930A; EP1320715B1; AU2000279700A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen eines physikalischen und/oder chemischen Prozesses, beispielsweise ein Wärmetauscher, mit einem Tank, der mit aufwärts gerichteten Rohren versehen ist, welche an ihren oberen und unteren Enden in Rohrplatten aufgenommen sind und in offener Verbindung mit einem oberen Behälter und einem unteren Behälter stehen, wobei in dem unteren Behälter wenigstens eine Verteilerplatte zum Tragen eines fluidisierten Betts aus granularem Material angeordnet ist, welches durch ein über den unteren Behälter zugeführtes und durch die Rohre fließendes zu bearbeitendes oder zu erwärmendes Medium in einem quasi-stationären, fluidisierten Zustand gehalten werden kann, wobei die Vorrichtung ferner ein Rücklaufrohr aufweist, das außerhalb des Tanks angeordnet ist, um vom Medium getrenntes granulares Material in den unteren Behälter zurückzuführen.
Eine derartige Vorrichtung ist aus GB 2 087 538 bekannt und weist ein Schleusensystem im äußeren Rücklaufrohr auf, um Partikel chargenweise vom oberen Behälter in den unteren Behälter zurückzuleiten.
EP 0 065 332 und EP 0 461 518 offenbaren einen Wärmetauscher vom Typ mit fluidisiertem Bett, bei dem das fluidisierte Bett durch Rückführen sowohl des granularen Materials, als auch des Mediums durch ein inneres Rücklaufrohr von dem oberen Behälter in den unteren Behälter in einem quasi-stationären fluidisierten Zustand gehalten wird.
Aus WO 94/24507 ist eine weitere Vorrichtung bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist das außerhalb des Tanks angeordnete äußere Rücklaufrohr am oberen Ende mit dem unteren Behälter über eine als Zyklon ausgebildete Trenneinrichtung verbunden, welche granulares Material vom Medium trennt. Am unteren Ende kann das Rücklaufrohr durch Ein- und Ausschalten mit dem unteren Behälter des Tanks verbunden werden.
Eine Variante der genannten Vorrichtung, die insbesondere zum Verarbeiten eines Mediums mit hoher Viskosität und/oder eines großen Mediumströmungsvolumens geeignet ist, ist in WO 94/24508 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung ist der untere Behälter mit einer geteilten Mediumzufuhr versehen, wobei ein Teil des Mediums oberhalb des fluidisierten Betts zugeführt wird, weshalb das fluidisierte Bett stabil und ausreichend dicht sein kann. Bei dieser Variante sind die Rohre mit Einlaufteilen versehen, die sich in den unteren Behälter erstrecken, wobei Einströmöffnungen in den Rohrwänden vorgesehen sind, um das Einströmen des Mediums zu verstärken.
Bei den aus WO 94/24507 und WO 94/24508 bekannten Vorrichtungen fließt die gesamte Menge des strömenden Mediums mit darin enthaltenen Partikeln des fluidisierten Betts daher von den vertikalen Rohren des Tanks über den oberen Behälter zu der als Zyklon ausgebildeten Trenneinrichtung, in welcher das granulare Material, das im folgenden auch als Partikel des fluidisierten Betts bezeichnet wird, vom Medium getrennt wird.
Ein Nachteil dieser Anordnung ist, daß der Zyklon, insbesondere bei hohen Durchsatzmengen des strömenden Mediums erhebliche Abmessungen annehmen kann, und daß die Wände der Trenneinrichtung und die Verbindungslinie zwischen der Trenneinrichtung und dem oberen Behälter vor Verschleiß durch die Partikel des fluidisierten Betts im strömenden Medium geschützt werden muß. Das Vorsehen von Verschleißschutzmaßnahmen für eine relativ große Zyklon-Trennvorrichtung kann sehr teuer sein, insbesondere, wenn das strömende Medium auch korrosiv ist.
Da ferner die Trenneinrichtung auf ungefähr der selben Höhe angeordnet sein muß wie der obere Behälter, muß die große Zyklon-Trenneinrichtung separat abgestützt werden. Da der Tank mit dem oberen Behälter oft eine beträchtliche Höhe erreicht, ist die Abstützung oft relativ kompliziert und kostspielig.
Ein Nachteil eines Zyklons als Trenneinrichtung ist der für das Trennen der Partikel des fluidisierten Betts und des fließenden Mediums in dem Zyklon erforderliche Druckabfall. Hat das Material dieser Partikel eine geringe Dichte, beispiels weise 2400 kg/cm³, und sind die Abmessungen der Partikel relativ klein, beispielsweise 1 bis 2 mm, kann dieser Druckabfall den Abwärtstransport der Partikel des fluidisierten Betts im äußeren Rücklaufrohr behindern und sogar eine Umkehr zu einem unerwünschten Aufwärtstransport bewirken, infolge dessen die Partikel des fluidisierten Betts nicht mehr dem unteren Behälter zugeführt, sondern mit dem strömenden Medium über die Trenneinrichtung ausgegeben werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung des im Anfangsabsatz genannten Typs zu schaffen, welche die genannten Nachteile überwindet. Die Vorrichtung ist daher erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Rücklaufrohr nahe seinem oberen Ende mit einer Auslaßleitung zum Zuführen des Teilstroms des Mediums, aus dem das granulare Material unter Schwerkraftwirkung abgeschieden wurde, zu dem Hauptstrom des Mediums versehen ist.
Im oberen Behälter ist die aufwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit des Mediums geringer als in den Rohren. Infolgedessen kann, abhängig von der gewählten Aufwärtsströmungsgeschwindigkeit und der Viskosität des Mediums, der Form und des Gewichts des granularen Materials, das mit dem Medium über die Rohre aus dem fluidisierten Bett mitgenommene granulare Material von dem Medium in einem unteren Bereich des oberen Behälters unter Schwerkrafteinwirkung getrennt werden, während das Medium, aus dem das granulare Material getrennt wurde, in einen oberen Bereich des oberen Behälters weiter aufwärts strömt. Die Aufwärtsströmungsgeschwindigkeit des Mediums ist daher geringer gewählt als die Abwärtsfallgeschwindigkeit des granularen Materials im Medium.
Mittels des ersten Auslasses kann das in dem oberen Behälter abgeschiedene granulare Material mit einem Teilstrom des Mediums in das Rücklaufrohr ausgegeben werden, während mit einem stromabwärts darüber angeordneten zweiten Auslaß eine von Partikeln freie Hauptströmung des Mediums ausgegeben werden kann.
Der Mediumteilstrom stellt sicher, daß die Ausgabe des granularen Materials durch die erste Auslaßleitung zuverlässig und mit ausreichendem Durchsatz vonstatten gehen kann. Um das Fließen des Mediumteilstroms mit dem granularen Material durch die erste Auslaßleitung anzuregen, kann die Vorrichtung mit Einrichtungen zum Erzeugen einer Druckdifferenz über die erste Auslaßleitung versehen sein, so daß der Druck nahe dem Einlaß der ersten Auslaßleitung höher ist als nahe dem Ausgang der ersten Auslaßleitung.
Derartige Einrichtungen zum Erzeugen einer Druckdifferenz können einen Strömungswiderstand in dem oberen Behälter aufweisen, beispielsweise eine in dem oberen Behälter vorgesehene Verteilerplatte, ein sich mit einer Höhe h über die Eingangsöffnung des ersten Auslasses hinaus erstreckendes fluidisiertes Bett, ein Eingangsverlust und/oder ein Leitungswiderstand in der zweiten Auslaßleitung.
Ferner kann das Rücklaufrohr an der Stelle der Ausfließöffnung der ersten Auslaßleitung mit einem Bereich verbunden werden, der einen gegenüber der Eingangsöffnung der ersten Auslaßleitung geringeren Druck aufweist, beispielsweise einem stromabwärts gelegenen Teil der zweiten Auslaßleitung.
Auf elegante Weise kann der obere Behälter mittels einer Verteilerplatte in einen unteren Teil, mit dem die erste Auslaßleitung verbunden ist, und einen zweiten Teil unterteilt werden, in dem aufgrund der Verteilerplatte ein geringerer Druck herrscht und mit dem die zweite Auslaßleitung verbunden ist, während ein oberer Teil des Rücklaufrohrs mit dem oberen Teil des oberen Behälters verbunden ist.
Vom oberen Behälter wird das abgeschiedene granulare Material dem Rücklaufrohr zugeführt, wo es unter Schwerkraftwirkung herabfällt.
Das granulare Material wird dem äußeren Rücklaufrohr mit einem geringen und regelbaren Teilstrom des fließenden Mediums zugeführt. In dem Rücklaufrohr wird erneut unter Schwerkrafteinwirkung eine Trennung des strömenden Mediums und des granularen Materials vorgenommen. Der Teilstrom des fließenden Mediums, aus dem das granulare Material abgeschieden wurde, kann durch Erzeugen einer nur geringen Druckdifferenz über das obere Ende des äußeren Rücklaufrohrs erzeugt werden. Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann das äußere Rücklaufrohr nahe dem oberen Ende mit einer Auslaßleitung versehen sein, die, in Strömungsrichtung des Mediums im oberen Behälter gesehen, mit dem oberen Behälter zwischen der ersten und der zweiten Auslaßleitung verbunden ist. Selbstverständlich kann auch eine Leitung zum Leiten des Teilstroms des Mediums, aus dem das granulare Material abgeschieden wurde, in den Hauptstrom auf andere Weise vorgesehen sein.
Die als Zyklon ausgebildete und in bezug auf den oberen Behälter außen angeordnete Trenneinrichtung kann erfindungsgemäß entfallen, mit dem Ergebnis, daß die Verwendung dieser relativ großen zusätzlichen Vorrichtung und der dafür erforderlichen zusätzlichen Maßnahmen gegen Verschleiß nicht mehr erforderlich sind. Ferner ist keine separate Stützstruktur erforderlich. Da die Strömungsgeschwindigkeitsverringerungseinrichtungen in den oberen Behälter integriert sind, genügt die für den oberen Behälter und den Tank bereits vorhandene Stützstruktur. Ferner ist zwischen dem oberen Behälter und dem äußeren Rücklaufrohr nur ein geringer Druckabfall erforderlich, so daß die Gefahr unerwünschter Aufwärtstransporte granularen Materials im Rücklaufrohr wesentlich geringer ist.
Durch Verwenden der in dem oberen Behälter integrierten Einrichtung zur Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit wird sichergestellt, daß selbst bei höheren Durchsätzen und/oder höheren Geschwindigkeiten die Aufwärtsströmungsgeschwindigkeit des Mediums in dem oberen Behälter im Gebrauch geringer sein kann als die Fallgeschwindigkeit des granularen Materials im strömenden Medium, weshalb das granulare Material abgeschieden werden kann.
Die Strömungsgeschwindigkeitsverringerungseinrichtung weist vorzugsweise einen in den oberen Behälter integrierten Ausdehnungsraum auf, beispielsweise einen Teil des oberen Behälters mit einem in bezug auf den Tank vergrößerten Durchmesser. Dies gewährleistet, daß die Abmessungen des oberen Behälters mit dem Ausdehnungsraum in Aufwärtsrichtung relativ klein sein können.
Zusätzlich oder gleichzeitig damit kann die Strömungsgeschwindigkeitsverringerungseinrichtung einen in dem oberen Behälter integrierten Strömungswiderstand aufweisen, beispielsweise eine Verteilerplatte, die sich zwischen der ersten und der zweiten Auslaßöffnung im oberen Behälter erstreckt und mit Durchflußöffnungen versehen ist. Der Strömungswiderstand kann bereits durch ein zweites fluidisiertes Bett aus granularem Material gebildet werden. Ein derartiges Bett kann im Gebrauch beispielsweise im oberen Behälter über einer in dem Behälter angeordneten Stützplatte gebildet werden, die beispielsweise als Drosselplatte über den Öffnungen der Rohre angeordnet ist. Vorzugsweise ist die erste Auslaßöffnung im Gebrauch mit dem fluidisierten Bett verbunden, während sich die zweite Auslaßöffnung in Aufwärtsrichtung mit Abstand über dem fluidisierten Bett angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung eines chemischen und/oder physikalischen Prozesses. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Art des Zuführens des strömenden Mediums zum unteren Behälter der Vorrichtung und des Zuführens der Partikel des granularen Materials zum unteren Behälter über das Rücklaufrohr ist dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt und kann auf zahlreiche Weisen ausgeführt werden, beispielsweise wie in WO 94/24507 und WO 94/24508 beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes exemplarisches Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Figuren zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers; und
2 ein Detail des oberen Endes des Rücklaufrohrs des Wärmetauschers von 1, in dem eine Trennwand vorgesehen ist.
Die Figuren betreffen lediglich schematische Darstellungen bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. In den Figuren sind ähnliche oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Wärmetauscher mit einem Tank 1, in dem eine Reihe von aufwärts gerichteten Rohren 2 vorgesehen ist, welche am oberen Ende 2A und am unteren Ende 2B in Rohrplatten 2C, 2D aufgenommen sind. Über der oberen Rohrplatte 2C befindet sich ein von dem Tank 1 getrennter oberer Behälter 4, in welchen die aufwärts gerichteten Rohre 2 münden, während unter den unteren Rohrplatten 2D ein vom Tank getrennter unterer Behälter 3 vorgesehen ist, in dem eine oder mehrere Verteilerplatten 5 vorgesehen sind, um ein fluidisiertes Bett aus granularem Material zu stützen. Die aufwärts gerichteten Rohre 2 sind an den unteren Enden 2B mit Einlaufteilen 6 versehen, in denen Öffnungen 7 vorgesehen sind. Über oder in geringem Abstand von der oberen Rohrplatte 2C ist eine Drosselplatte 9 mit Öffnungen 8 vorgesehen, die mit den Öffnungen der aufwärts gerichteten Rohre 2 fluchten und einen Durchmesser haben, der kleiner als der Innendurchmesser der aufwärts gerichteten Rohre 2 ist. Im oberen Behälter 4 ist eine Öffnung 12, mit der eine erste Auslaßleitung 13 zum Auslassen von im oberen Behälter 4 abgeschiedenen Partikeln des fluidisierten Betts zusammen mit einem Mediumteilstrom verbunden ist, und eine Öffnung 10 vorgesehen. Im oberen Behälter 4 ist ferner eine in Aufwärtsrichtung stromaufwärts in der durch den Pfeil P angegebenen Mediumströmungsrichtung angeordnete zweite Auslaßleitung 11 zum Auslassen des Hauptstroms des Mediums ohne granulares Material vorgesehen. Die erste Auslaßöffnung 12 ist mit dem oberen Ende des äußeren Rücklaufrohrs 14 verbunden. Das zu behandelnde oder zu erwärmende Medium wird dem Wärmetauscher über die Leitung 20 zugeführt, der sich in eine Leitung 21A zum unteren Behälter 3 und eine Leitung 21B zum Sammeltank 22 teilt, der am unteren Ende des äußeren Rücklaufrohrs 23 angeordnet ist. Mittels einer Verteilerplatte 24 zum Stützen der durch das äußere Rücklaufrohr zugeführten Partikel des fluidisierten Betts, ist der Sammeltank 22 in einen unteren Abschnitt 24 und einen oberen Abschnitt 26 unterteilt. Der obere Abschnitt 26 ist über eine oder mehrere Leitungen 27 mit dem unteren Behälter 3 verbunden, um die Partikel des fluidisierten Betts aus dem Sammeltank 22 wider dorthin zurückzuleiten. Die Leitungen 20, 21B und 27 können mit Regel- oder Absperrventilen versehen sein.
Im Auslaßbehälter 4 erfolgt eine Teilung des Auslasses des strömenden Mediums. Die größte Menge des strömenden Mediums, der Hauptstrom, fließt durch den Auslaßbehälter 4 im wesentlichen in Aufwärtsrichtung D und wird durch die Öffnung 10 und die zweite Auslaßleitung 11 ausgegeben. Eine wesentlich geringere Menge des strömenden Mediums, der Teilstrom, welcher die Gesamtmenge der zirkulierenden Partikel des fluidisierten Betts erhält, wird aus dem Auslaßbehälter 4 im wesentlichen zur Seite hin über die Öffnung 12 und die erste Auslaßleitung 13 zum oberen Ende des äußeren Rücklaufrohrs 14 ausgegeben. Um zu verhin dern, daß ein relativ großer Hauptstrom des strömenden Mediums Partikel des fluidisierten Betts aus dem Auslaßbehälter 4 mitnimmt, ist der Auslaßbehälter in diesem Beispiel mit einer Strömungsgeschwindigkeitsverringerungseinrichtung zum Verringern der Aufwärtsströmungsgeschwindigkeit des Mediums versehen, die als integrierter Ausdehnungsraum E ausgebildet ist. An dem Ausdehnungsraum weist der obere Behälter 4 einen größeren Durchmesser als der Tank 1. Der obere Behälter 4 mit dem Ausdehnungsraum E ist derart bemessen, daß im Gebrauch die Geschwindigkeiten des strömenden Mediums so gering bleiben, daß ein Auslassen von Partikeln des fluidisierten Betts über die zweite Auslaßleitung nicht möglich ist.
Die Größe des Teilstroms des strömenden Mediums kann durch Vorsehen eines Strömungswiderstands im Ausdehnungsraum zwischen der ersten Auslaßleitung 13 und der zweiten Auslaßleitung 11 geregelt werden, beispielsweise durch Vorsehen einer Verteilerplatte 15 mit Strömungsdurchlaßöffnungen in dem Auslaßbehälter 4. Der Hauptstrom muß diese Verteilerplatte passieren, was zur Entstehung einer Druckdifferenz führt. Der Teilstrom fließt nicht durch diese Platte und kann über die Leitung 13, dem oberen Teil des Rücklaufrohrs 14 und die Leitung 16 in den Raum hinter der Platte, in dem ein niedrigerer Druck herrscht, umgeleitet werden. Je nach den Abmessungen der Platte entsteht eine größere oder eine geringere Druckdifferenz. Eine größere Druckdifferenz ergibt einen großen Teilstrom. Dieser kann durch Vorsehen eines Regelventils 17 in der Leitung 16 wieder reduziert werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein Teilstrom von 10 bis 15% des Hauptstroms beispielsweise mit einer Druckdifferenz von nur 0,05 bis 0,1 bar erreicht werden. Dieser kleine Teilstrom transportiert sämtliche zirkulierenden Partikel des fluidisierten Betts aus dem Auslaßbehälter 4 in den oberen Teil des Rücklaufrohrs 14. Um zu verhindern, daß Partikel des fluidisierten Betts mit dem durch Pfeile angegebenen aufwärts gerichteten Teilstrom im Rücklaufrohr mitgenommen werden, ist dieser obere Teil des Rücklaufrohrs mit einem derartigen Durchmesser versehen, daß die aufwärts gerichtete Geschwindigkeit des strömenden Mediums in diesem Teil des Rücklaufrohrs wesentlich geringer ist als die Fallgeschwindigkeit eines einzelnen Partikels des fluidisierten Betts im strömenden Medium.
Selbstverständlich können auch andere Einrichtungen im oberen Behälter 4 vorgesehen sein, um einen Strömungswiderstand zu erzeugen, beispielsweise die Höhe h des Pegels des fluidisierten Betts in dem Auslaßbehälter über der Öffnung 12, ein Leitungswiderstand, eine Lochplatte, ein Gitter, eine Siebplatte, ein Öffnungs- und/oder ein Eintrittsverlust in einer Leitung. Die geeignete Wahl der Abmessungen der Partikel des fluidisierten Betts, der Dichte des Materials der Partikel des fluidisierten Betts, des Teilstroms des strömenden Mediums und des Querschnitts des oberen Teils des Rücklaufrohrs 14 ermöglicht das Abscheiden von Partikeln, die von den Partikeln des fluidisierten Betts verschieden sind, den sogenannten "nicht zum fluidisierten Bett gehörenden Partikeln", im oberen Teil des Rücklaufrohrs 14 von den Partikeln des fluidisierten Betts und das Auslassen derselben mit dem aufwärts gerichteten Teilstrom. Die nicht zum fluidisierten Bett gehörenden Partikel sind beispielsweise Partikel, die bereits in dem dem Wärmetauscher zugeführten Strom des strömenden Mediums enthalten sind oder dort gebildet werden, wie beispielsweise Kristalle. Somit kann verhindert werden, daß Kristalle, die mit den Partikeln des fluidisierten Betts im Rücklaufrohr nach unten strömen, erneut dem Einlaßbehälter zugeführt werden. Das Verbleiben derartiger Kristalle im Wärmetauscher kann nunmehr verhindert werden, wodurch die durch die lange Verweildauer bedingte allgemein unerwünschte Pulverisierung von Kristallen verhindert werden kann.
Manchmal können sich Ablagerungen an den Wänden des Auslaßbehälters 4 bilden, die nicht dem Ablöse- und Reinigungseffekt der im Auslaßbehälter vorhandenen Partikel des fluidisierten Betts unterliegen. Diese Ablagerungen können allmählich zunehmen und sich lösen, und die gelösten Stücke können derartige Abmessungen aufweisen, daß sie nicht mit dem Hauptstrom des strömenden Mediums aus dem Auslaßbehälter 4 ausgelassen werden können. Infolge der Fluidisierung der Partikel des fluidisierten Betts im Auslaßbehälter 4 und dem zugehörigen Schleifeffekt werden die gelösten Ablagerungen, die auch "nicht zum fluidisierten Bett gehörende Partikel" sind, geringfügig reduziert, jedoch bewegen sich diese Partikel gleichzeitig mit den Partikeln des zirkulierenden fluidisierten Betts zur Öffnung 12 der Leitung 13, welche den Auslaßbehälter 4 mit dem oberen Teil des Rücklaufrohrs 14 verbindet. Um das Eindringen zu großer Stücke der gelösten Ablagerungen in das Rücklaufrohr 14 zu verhindern, kann die Öffnung 12 mit einem Sieb versehen sein, beispielsweise einer Siebplatte 12A, in der Öffnungen vorgesehen sind, welche die Partikel des fluidisierten Betts und die inzwischen ausreichend durch den Schleifeffekt der Partikel des fluidisierten Betts reduzierten Stücke des abgelagerten Materials passieren können. Wenn dies nicht der Fall ist, werden diese Stücke des abgelagerten Materials länger im fluidisierten Bett im Auslaßbehälter gehalten, weshalb diese Stücke weiter reduziert werden können, bis diese Stücke ebenfalls die Öffnungen der Siebplatte oder des käfigförmigen Siebs 12A passieren können. Wenn die abgeschliffenen Stücke des abgelagerten Materials, die über die Leitung 13 dem oberen Teil des Rücklaufrohrs 14 zugeführt werden, noch immer zu groß sind, um mit dem Teilstrom des strömenden Mediums ausgelassen zu werden, werden diese Stücke mit den im Rücklaufrohr nach unten strömenden Partikeln des fluidisierten Betts mitgenommen, in den Einlaßbehälter geleitet und gelangen anschließend über die Rohre, den Auslaßbehälter und die Leitung 13 wieder in den oberen Teil des Rücklaufrohres. Während dieses in stetigem Kontakt mit den Partikeln des fluidisierten Betts stattfindenden Transports der Partikel des abgelagerten Materials erfolgt eine weitere Reduzierung durch das Abschleifen oder Pulverisieren. Schließlich sind die Partikel des abgelagerten Materials so weit reduziert, daß sie aus dem oberen Teil des Rücklaufrohrs mit dem Teilstrom des strömenden Mediums ausgelassen werden können.
Ferner kann eine Siebplatte 5A in dem Einlaßbehälter 3 über dem Anschluß der Leitung 27, durch welche die Partikel des fluidisierten Betts und Partikel des abgelagerten Materials dem Einlaßbehälter zugeleitet werden können, vorgesehen sein. Dies verlängert die Verweildauer der Partikel des abgelagerten Materials um abschleifenden und pulverisierenden fluidisierten Bett in dem Einlaßbehälter, was zu einer weiteren Reduzierung dieser Partikel führt. Das zuvor beschriebene Verfahren zum Reduzieren der Stücke des im Auslaßbehälter gebildeten abgelagerten Materials mit dem Zweck, dieses Material schließlich mit dem Teilstrom des strömenden Mediums auszulassen, ist ebenfalls auf Ablagerungsmaterial anwendbar, das in den Wärmetauscher eintritt, jedoch an anderer Stelle gebildet wurde, beispielsweise in dem Einlaßbehälter oder in den Leitungen stromaufwärts des Wärmetauschers. Es ist ersichtlich, daß derartige Siebe 12A, 5 auf zahlreiche verschiedene Weisen ausgebildet sein können und in oberen oder unteren Behäl tern von anderen Typen von Wärmetauschern verwendet werden können, beispielsweise wie in WO 94/24507 allgemein beschrieben.
Ferner kann in der Leitung 16 ein Separator 18 vorgesehen sein, der die nicht zum fluidisierten Bett gehörenden Partikel über einer spezifischen Abmessung über die Leitung 19 aus dem Teilstrom entfernt. Das Auslassen dieser Partikel kann kontinuierlich oder chargenweise erfolgen. Ein derartiger Separator kann mit relativ limitierten Abmessungen ausgebildet werden, da der Teilstrom in Bezug auf den Hauptstrom klein ist. Im allgemeinen wird der Teilstrom in den Teil des Auslaßbehälters 4 ausgegeben, in dem ein geringerer Druck herrscht. Das heißt im vorliegenden Fall stromabwärts der Verteilerplatte 15, oder falls keine Verteilerplatte 15 verwendet wird, in die Leitung 11, wo aufgrund der Höhe h des Pegels des fluidisierten Betts im Auslaßbehälter über der Öffnung 12, des Eintrittsverlusts und des Leitungswiderstands ebenfalls ein geringerer Druck als in dem Auslaßbehälter herrscht. Der Vorteil der zuvor beschriebenen Situation ist, daß der Teilstrom mit dem Hauptsstrom gekoppelt ist. Nimmt der Hauptstrom zu, nimmt auch die Druckdifferenz und somit auch der Teilstrom zu. Selbstverständlich nehmen die Druckdifferenz und der Teilstrom mit dem Abnehmen des Hauptstroms ab.
In einigen Fällen muß der Teilstrom des strömenden Mediums nicht zu dem Hauptstrom des strömenden Mediums zurückgeführt werden, sondern an einen anderen Teil des Prozesses mit einem Druck ausgegeben werden, der viel niedriger als in dem Auslaßbehälter ist. Dies erfordert eine gute Regelung des Teilstroms, da ansonsten die Gefahr besteht, daß ein zu großer Teilstrom vom Wärmetauscher abgezogen wird, was die Gefahr birgt, daß mit dem Teilstrom auch Partikel des fluidisierten Betts aus dem Wärmetauscher ausgelassen werden. Wie zuvor bemerkt, kann die Druckdifferenz, die zur Bildung des Teilstroms vom Auslaßbehälter 4 über die Leitung 13, den oberen Teil des Rücklaufrohrs 14 und die Leitung 16 erforderlich ist, ungefähr 0,05 bis 0,1 bar betragen. Durch geeignetes Ausbilden des oberen Teils des Rücklaufrohrs 14 kann diese Druckdifferenz verringert werden. Optional kann der gewünschte Teilstrom ohne Verwendung der Verteilerplatte 15 oder des Eintrittsdruckverlusts in der Öffnung 10 erreicht werden, sei es in Kombination mit dem Druckverlust in einem Teil der Leitung 11 oder nicht.
2 zeigt daher ein Ausführungsbeispiel des oberen Teils des Rücklaufrohres 14, durch welches der genannte Druckverlust begrenzt oder vermieden werden kann.
Zu diesem Zweck ist der obere Teil des Rücklaufrohrs 14 in zwei Kanäle geteilt. Ein erster Kanal 14a, der mit der Leitung 13 verbunden ist und am oberen Ende geschlossen sowie am unteren Ende offen ist, verarbeitet den abwärts gerichteten Teilstrom des strömenden Mediums, der vom Auslaßbehälter 4 mit den zirkulierenden Partikeln des fluidisierten Betts und nicht zum fluidisierten Bett gehörenden Partikeln darin. Ein zweiter Kanal 14B, dessen Querschnitt durch den Querschnitt des oberen Teils des Rücklaufrohrs 14 bestimmt ist, verringert um den Querschnitt des Kanals 14A, verarbeitet den aufwärts gerichteten Teilstrom des strömenden Mediums mit optional darin enthaltenen nicht zum fluidisierten Bett gehörenden Partikeln. Die aufwärts gerichtete Geschwindigkeit des Teilstroms des strömenden Mediums im Kanal 14B muß geringer sein als die Fallgeschwindigkeit eines einzelnen Partikels des fluidisierten Betts im strömenden Medium. Durch das Ausbilden des Kanals 14A mit einem geringeren Querschnitt als der Kanal 14B wird im Kanal 14A eine hohe Konzentration von Partikeln des fluidisierten Betts gebildet. Dies trägt zu einer natürlichen Zirkulation des strömenden Mediums vom Auslaßbehälter 4 über die Leitung 13, den Kanal 14A, den Kanal 14B und schließlich über die Leitung 16 zur Verbindungsstelle der Leitung 16 mit dem Auslaßbehälter 4 oder der Leitung 11 bei. Je größer die Länge des Kanals 14A gewählt wird, desto stärker nimmt die Triebkraft für die natürliche Zirkulation des Teilstroms des strömenden Mediums zu. Bei einer ausreichenden Länge 14A und einer ausreichend hohen Konzentration von Partikeln des fluidisierten Betts im Kanal 14A kann entschieden werden, keine Druckdifferenz über eine Verteilerplatte oder eine Druckdifferenz aufgrund eines Eintrittsverlusts oder möglicherweise in Kombination mit einer Druckdifferenz infolge eines Leitungswiderstands zu verwenden. Es sei darauf hingewiesen, daß ein derartiges Rücklaufrohr mit zwei Kanälen auch eigenständig vorteilhaft in anderen Wärmetauschern, beispielsweise von dem in WO 94/24507 beschriebenen Typ, verwendet werden kann.
Wie bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel dargestellt, können die Kanäle 14A, 14B durch eine Trennplatte 28 gebildet sein, die sich im oberen Teil des Rücklaufrohrs 14 nach unten erstreckt. Die Kanäle können auch auf andere Weise gebildet sein, beispielsweise durch Vorsehen eines sich nach unten erstreckenden Rohrs in dem oberen Teil des Rücklaufrohres, mittels welchem die Partikel des fluidisierten Betts dem Rücklaufrohr zugeführt werden. Vorzugsweise ist ein derartiges Rohr als Verlängerung der zweiten Auslaßleitung 13 ausgebildet.
Wenn der Teilstrom des strömenden Mediums vollständig mit natürlicher Zirkulation betrieben werden soll, kann die Leitung 13 mit einem abwärts gerichteten Winkel vorgesehen werden, um die natürliche Zirkulation selbststartend in Gang zu setzen.
Der obere Teil des Rücklaufrohrs 14 sollte vorzugsweise nicht nur in der Lage sein, die Querschnitte der Kanäle 14A, 14B aufzunehmen, sondern auch als Tank zum Speichern der Partikel des fluidisierten Betts dienen. Im Normalgebrauch ist das Rücklaufrohr 14 vorzugsweise ungefähr zur Hälfte mit einem verdichteten Bett aus Partikeln des fluidisierten Betts gefüllt. In diesem Beispiel weist das verdichtete Bett im Normalgebrauch vorzugsweise eine Rate von ungefähr 10 bis 15 cm/s im unteren Teil des Rücklaufrohrs 23 auf. Die Menge an zirkulierenden Partikeln des fluidisierten Betts und die Rate des Partikelbetts im Rücklaufrohr bestimmen den Querschnitt des unteren Teils des Rücklaufrohrs 23. Wenn die Strömung des strömenden Mediums durch die Leitung 21B gesperrt ist, stoppt ebenfalls der Transport der Partikel des fluidisierten Betts vom Rücklaufrohr zum Einlaßbehälter 3. Das Strömen des strömenden Mediums durch die Leitung 21A spült jedoch einen großen Teil der Partikel des fluidisierten Betts aus dem Einlaßbehälter 3, den Rohren 2 und dem Auslaßbehälter 4 durch die Leitung 13 und die Leitung 14A in den oberen Teil des Rücklaufrohrs. Der Raum unter den Kanälen 14A ist im allgemeinen nicht ausreichend, um diese Menge von Partikeln des fluidisierten Betts aufzunehmen, da das Ziel ist, die Länge des Kanals 14A zu maximieren. Es kann daher geschehen, daß der Kanal 14A ebenfalls mit Partikeln des fluidisierten Betts, die vom Einlaßbehälter, den Rohren und dem Auslaßbehälter des Wärmetauschers kommen, gefüllt wird. Vorzugsweise wird verhindert, daß der Kanal 14A bis zum Auslaß der Leitung 13 gefüllt wird, da sodann auch diese Leitung mit einem gepackten Bett aus Partikeln des fluidisierten Betts gefüllt würde, welches in der Leitung steckenbleiben könnte. Dies kann das selbsttätige Starten der natürlichen Zirkulation des Teilstroms hemmen. Um zu verhindern, daß der Kanal 14A mit Partikeln des fluidisierten Betts bis zur Ausfließöffnung der Leitung 13 gefüllt wird, können eine oder mehrere Öffnungen 29 in der Trennwand zwischen dem Kanal 14A und dem Kanal 14B vorgesehen sein, wodurch gewährleistet wird, das Partikel des fluidisierten Betts vom Kanal 14A in den Kanal 14B überlaufen können, und der gesamte Querschnitt des oberen Teils des Rücklaufrohres zum Lagern von Partikeln des fluidisierten Betts verwendet werden kann. In der Mehrzahl der Fälle führen die Anforderungen hinsichtlich des Aufnehmens des Kanals 14A und des Kanals 14B im Querschnitt des oberen Teils des Rücklaufrohrs 14 in Kombination mit den Anforderungen hinsichtlich des Lagerns einer bestimmten Menge von Partikeln des fluidisierten Betts zu einem Querschnitt, der größer ist als der Querschnitt des unteren Teils des Rücklaufrohres 23, der durch die Geschwindigkeit des gepackten Betts bestimmt ist. Dies erklärt die stufige Ausbildung des Querschnitts des Rücklaufrohrs 14.
Es ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf das hier dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Zahlreiche Ausführungsbeispiele sind innerhalb des durch die zugehörigen Ansprüche definierten Rahmens der Erfindung möglich.

Claims

Vorrichtung zum Durchführen eines physikalischen und/oder chemischen Prozesses, beispielsweise ein Wärmetauscher, mit einem Tank (1), der mit aufwärts gerichteten Rohren (2) versehen ist, welche an ihren oberen und unteren Enden (2A, 2B) in Rohrplatten (2C, 2D) aufgenommen sind und in offener Verbindung mit einem oberen Behälter (4) und einem unteren Behälter (3) stehen, wobei in dem unteren Behälter (3) wenigstens eine Verteilerplatte (5) zum Tragen eines fluidisierten Betts aus granularem Material angeordnet ist, welches durch ein über den unteren Behälter (3) zugeführtes und durch die Rohre (2) fließendes zu bearbeitendes oder zu erwärmendes Medium in einem quasi-stationären, fluidisierten Zustand gehalten werden kann, wobei die Vorrichtung ferner ein Rücklaufrohr (14) aufweist, das außerhalb des Tanks (1) angeordnet ist, um vom Medium getrenntes granulares Material in den unteren Behälter (3) zurückzuführen, wobei der obere Behälter (4) mit einem ersten Auslaß (13) versehen ist, um das in dem oberen Behälter (4) unter Schwerkraftwirkung von dem Medium abgeschiedene granulare Material mittels eines Teilstroms des Mediums an das Rücklaufrohr (14) auszulassen, und mit einem zweiten Auslaß (11) versehen ist, der im oberen Behälter (4) in Aufwärtsfließrichtung darüber angeordnet ist, um den Hauptstrom des Mediums, aus dem das granulare Material abgeschieden ist, abzulassen, dadurch gekennzeichnet, daß das Rücklaufrohr (14) nahe seinem oberen Ende mit einer Auslaßleitung zum Zuführen des Teilstroms des Mediums, aus dem das granulare Material unter Schwerkraftwirkung abgeschieden wurde, zu dem Hauptstrom des Mediums versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der obere Behälter (4) eine integrierte Strömungsgeschwindigkeitsverringerungseinrichtung zum Verringern der Aufwärts-Strömungsgeschwindigkeit des Mediums zu verringern.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Strömungsgeschwindigkeitsverringerungseinrichtung einen Ausdehnungsraum (E) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Strömungsgeschwindigkeitsverringerungseinrichtung einen Strömungswiderstand aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Strömungswiderstand zumindest teilweise durch ein zweites fluidisiertes Bett aus granularem Material gebildet ist, das im Gebrauch in dem oberen Behälter (4) gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die erste Auslaßöffnung (12) im Gebrauch mit dem fluidisierten Bett verbunden ist, und bei der der zweite Auslaß (11) in Aufwärtsfließrichtung mit Abstand über dem fluidisierten Bett angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–6, bei der der Strömungswiderstand eine Verteilerplatte (15) mit Strömungsdurchlaßöffnungen aufweist, die sich im Ausdehnungsraum zwischen dem ersten (13) und dem zweiten Auslaß (11) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Rücklaufrohr (14) nahe dem oberen Ende mit einer Auslaßleitung (16) versehen ist, die in Aufwärtsfließrichtung gesehen mit dem oberen Behälter (4) zwischen dem ersten (12) und dem zweiten Auslaß (11) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der ein zweiter Separator (18) in der Auslaßleitung (16) des Rückflußrohrs vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–9, bei der der Ausdehnungsraum einen Teil des oberen Behälters (4) umfaßt, der einen gegenüber dem Tank (1) erweiterten Durchmesser hat.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Öffnung des ersten Auslasses (13) mit einem Sieb (12A) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der untere Behälter (3) mit einem Sieb (5A) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Rücklaufrohr (14) nahe dem oberen Ende mit einem ersten Kanal (14A) zum Abwärtstransportieren von dem Rücklaufrohr zugeführtem granularem Material im Rücklaufrohr und einem zweiten Kanal (14B) für den Aufwärtstransport von Medium ohne granulares Material im Rücklaufrohr versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Rücklaufrohr zur Bildung des ersten Kanals (14A) und des zweiten Kanals (14B) im oberen Teil des Rücklaufrohrs mit einer sich nach unten erstreckenden Separationsplatte (28) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der erste Kanal (14A) durch ein sich im oberen Teil des Rücklaufrohrs abwärts erstreckendes Rohr gebildet ist, über welches das granulare Material dem Rücklaufrohr (14) zugeführt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei der die Platte oder das Rohr mit Überlauföffnungen versehen ist.
Verfahren zum Durchführen eines physikalischen und/oder chemischen Prozesses, bei dem ein fluidisiertes Bett von einem zu behandelnden Medium durchströmt wird, und bei dem das Medium nach dem Durchlaufen eines Wärmetauschers in Aufwärtsrichtung durch einen Raum geleitet wird, in dem die Aufwärts-Strömungsgeschwindigkeit des Mediums unter die Fallgeschwindigkeit von Partikeln des fluidisierten Betts im Medium verringert wird, wobei die Partikel des fluidisierten Betts von dem Medium unter Schwerkraftwirkung abgeschieden und aus dem Raum mit einem Teilstrom des Mediums ausgelassen werden, während ein Hauptstrom des Mediums, der von Partikeln des fluidisierten Betts frei ist, separat aus dem Raum ausgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Teilstrom des Mediums anschließend erneut eine Trennung des strömenden Mediums und des granularen Materials unter Schwerkraftwirkung erfolgt.