DE69115933T2

DE69115933T2 - Zuführsystem für feststoffe und verfahren zur zuführung an fliessbetten

Info

Publication number: DE69115933T2
Application number: DE69115933T
Authority: DE
Inventors: Donald Eastham; James Reeves
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1991-06-18
Filing date: 1991-06-18
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: AU8534391A; FI935704A0; EP0594622B1; JPH06508908A; AU652960B2; EP0594622A1; US5325603A; DE69115933D1; FI935704A; EP0594622A4; CA2110512A1; WO1992022779A1; US5175943A; JP3032007B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Fließbettsystem und ein Verfahren dafür.
Fließbettverfahren werden industriell zum Rösten oder Raffinieren von Erzen (wie z. B. zur Chiorierung von titanhaltigen Materialien), zur Verbrennung von festem kohlenstoffhaltigem Material wie Kohle, für Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren (z. B. zum Fließbettkracken) usw. angewandt.
In solchen Verfahren werden disperses Material und Gas einem Reaktor zugeführt, wo geeignete Temperaturen und Drücke gehalten werden. Die Strömungsgeschwindigkeiten werden so geregelt, daß das disperse Material fluidisiert wird, d.h. daß in einem Suspensionszustand gehalten wird und aussieht, als ob es kocht.
Ein gutes Beispiel für ein industrielles Fließbettverfahren ist das zur Chlorierung von titanhaltigem Material eingesetzte. Bei solchen Verfahren werden disperser Koks, disperses titanhaltiges Material, Chlor und wahlweise Sauerstoff oder Luft bei geeigneten Reaktionstemperaturen und -drücken in einen Reaktor geführt. Durch geeignete Gassträmungsgeschwindigkeiten wird der fluidisierte Zustand des Bettes aufrechterhalten. Es werden gasförmiges Titantetrachlorid und weitere Metalichloride hergestellt und strömen aus dem Reaktor aus. Dann kann das Titantetrachlorid abgetrennt und verwendet werden, um Titandioxid-Figment oder Titanmetall herzustellen.
In dem USA-Patent 2,701,179 wird ein industriell angewandtes Fließbettverfahren zur Chlorierung von titanhaltigem Material offenbart, worin die dispersen Materialien durch direkten Kontakt mit Reaktionsproduktgasen erhitzt werden, in einem Zyklon abgetrennt und anschließend pneumatisch mit Chlor in den unteren Teil des Fließbettreaktors geführt werden.
Ein Problem, das jedoch in den früheren Fließbettverfahren nicht gelöst wurde, besteht darin, daß feines disperses Material oft in den heißen Gasen mitgerissen wird, die aus dem Fließbettreaktor abgeführt werden. Infolgedessen hat das feine disperse Material eine kurze Verweilzeit in dem Reaktor und tritt oft aus, ohne reagiert zu haben, selbst wenn es wieder in diesen zurückgeführt wird. Die keiner Reaktion unterworfenen feinen Teilchen sind deshalb nicht nur ein Problem bei der Entsorgung, sondern stellen auch eine Verschwendung von Brennstoff tind/oder wertvollen metallischen Stoffen in den Aufgabematerialien dar.
Die feinen Teilchen treten typischerweise infolge des Abriebs und Zerfalls von größeren Aufgabeteilchen auf. Es ist jedoch auch wünschenswert, feines disperses Material in die in das Verfahren eingeführten Aufgabematerialien aufzunehmen, da solche Materialien oft reichlich vorhanden und weniger teuer sind als Material mit größerer Teilchengröße. Es gibt zum Beispiel große Mengen an relativ billigem titanhaltigem Erz, die gegenwärtig nicht wirtschaftlich verarbeitet werden können, da sie als feinkörniger Samd vorliegen. So erschien zum Beispiel in der Veröffentlichung der Society of Mining Engineers of AIME vom 9. September 1962 ein Artikel mit dem Titel "Fluidized Bed Chlorination of Rutile" von J. Glasser und W. L. Robinson, in dem ein industriell einsetzbares Fließbettverfahren zur Chlorierung von Titanerz beschrieben wird, worin das in den oberen Teil des Fließbettreaktor eingeführte Erz eine Teilchengröße von mehr als etwa 70 Mikrometer besaß.
Es esistieren nach dem Stande der Technik offenbarte Verfahren, um den Strom von Feststoffen in Fließbetten zu steuern. In dem USA-Patent 4,774,299 werden zum Beispiel ein System und ein Verfahren zum Einführen von katalytisch wirkendem Pulver in einen Fließbett-Polymerisationsreaktor offenbart, umfassend (1) einen Vorratsbehälter für das Pulver, versehen mit einer Speiseleitung und einem Absperrventil, (2) eine Zumeßvorrichtung zum Einbringen von Pulver in eine darunter befindliche Zwischenkammer, wobei die Kammer in ihrem oberen Teil ein Rohr und ein Absperrventil besitzt, um ein inertes Trägergas einzuleiten, und (3) eine Beförderungsrohrleitung mit einem Knie oder einer Krümmung, einem horizontalen oder im wesentlichen horizontalen Abschnitt und einem Schnellöffnungsventil, um das zugemessene Pulver zu einen Fließbettreaktor zu führen. Der Zweck der Zwischenkammer besteht darin, die Festigkeit des Katalysatorpulvers zu vermindern. Das Katalysatorpulver kann einen mittleren Massendurchmesser zwischen 100 und 400 Mikrometern aufweisen.
In dem USA-Patent 3,850,582 wird eine Anlage zum Einbringen von neuem Auffüllkatalysator in eine Prozeßeinheit beschrieben, z. B. in eine katalytische Fließbett-Krackeinheit. Die Anlage umfaßt: (a) einen Hauptaufgabebehälter für den neuen Katalysator; (b) einen Zumeßbehälter für den Katalysator, der im wesentlichen ein vertikales Steigrohr ist, das ein Katalysator-Fließbett enthält; (c) eine Beförderungsleitung für den Katalysator, die den Hauptaufgabebehälter mit dem Zumeßbehälter verbindet; (d) ein Ventil zur Regulierung der Entnahme des Katalysators aus dem Zumeßbehälter zur Beförderung in die Prozeßeinheit; und (d) eine Einrichtung zur Messung und Registrierung der Druckdifferenz in dem Katalysator-Fließbett in dem Zumeßbehälter, um die Menge des Katalysators zu überwachen, die in die Prozeßeinheit eingebracht wird.
Der Zumeßbehälter für den Katalysator ist mit einem Abscheidezyklon ausgestattet, von dem das von den Feststoffen getrennte Gas durch eine Leitung zu dem Hauptaufgabebehälter für den Katalysator geleitet wird. Auf Grund des Druckabfalls in dem Ventil, das die Entnahme von Katalysator aus dem Zumeßbehälter steuert, erfolgen Druckkorrekturen, indem ein Ventil in einer Entlüftungsleitung aus dem Hauptaufgabebehälter für den Katalysator geöffnet und geschlossen wird.
In dem USA-Patent 3,105,736 wird ein verbessertes Verfahren zur Zuführung von dispersen Feststoffen in einen Reaktor offenbart, der Abgase produziert, wobei verhindert wird, daß diese Gase in das Zuführsystem eindringen. Das Verfahren ist insbesondere anwendbar bei der Herstellung von Metallhalogeniden, z. B. von TiCl&sub4;, wobei disperses Metallerz und disperser Koks in einem Fließbett mit Halogengas reagieren. Die Verbesserung besteht in der Ausbildung eines Paars von Fließbetten aus dem Aufgabematerial, das unter den Betten verbunden ist. Diese beiden Betten werden mit Inertgas fluidisiert. Die Oberfläche des ersten Bettes ist offen für das Aufgabematerial aus Feststoffen, und die des zweiten Bettes ist direkt mit dem Reaktor verbunden. Durch die Zuführung von Material zum ersten Bett wird bewirkt, daß Material in das zweite Bett und von dort in den Reaktor geführt wird. Der Gasdruck in dem zweiten Bett wird höher gehalten als der Druck in dem Reaktor, wodurch verhindert wird, daß Reaktionsabgase in das Zuführsystem eindringen.
In dem USA-Patent 2,905,635 wird ein Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen bei Mitwirkung eines fluidisierten Katalysators offenbart, umfassend: (a) das Mischen von Kohlenwasserstoffen und Katalysator; (b) das Befördern dieses Gemisches durch ein Transportrohr in einen Fließbettreaktor, (c) die Reaktion der Kohlenwasserstoffe und die Abführung des verbrauchten Katalysators in ein Transportrohr unter dem Reaktor; (d) das Abführen des verbrauchten Katalysators durch ein Ventil in ein Dichtühasenfließbett in einem vertikalen Steigrohr; (e) die Entnahme des verbrauchten Katalysators durch ein Ventil unten an dem Steigrohr und der Transport desselben mit Gas zu einem Regenerator; (f) das Abführen des regenerierten Katalysators durch ein Ventil unter dem Regenerator in ein Dichtphasenfließbett in einem vertikalen Steigrohr; und (g) die Entnahme des regenerierten Katalysators durch ein Ventil unten an dem Steigrohr zwecks Mischung mit Kohlenwasserstoffen entsprechend dem Schritt (a).
Der Strom des Katalysators in den und aus dem Reaktor und in die und aus den Steigrohren wird mit Ventilen gesteuert, die mit Druckdifferenzreglern verbunden sind. Die Druckdifferenzregler messen die Drücke in den Ventilen, die sich mit den Höhen der Betten über den Ventilen verändern.
In dem USA-Patent 2,892,773 wird ein zyklisches Fließbettverfahren und eine Anlage beschrieben, in denen fluidisierte Feststoffteilchen, die in einem ersten Reaktionsgas in einer dichten Phase suspendiert sind, kontinuierlich von einem Aufgabebehälter durch einen Reaktionsbehälter und zurück zu dem Aufgabebehälter zirkuliert werden, wo das erste Reaktionsgas von den Feststoffteilchen getrennt wird. Die fluidisierten Feststoffteilchen werden zyklisch zwischen dem Aufgabebehälter und einem zweiten Reaktionsbehälter befördert, in dem die Teilchen in einem zweiten Reaktions gas suspendiert werden. Die zyklische Beförderung der Teilchen erfolgt unter Verwendung von Druckregelventilen zusammen mit einem Druckdifferenzregler und einem Zeittakter, um periodisch die Richtung der Druckdfferenz zwischen dem Aufgabebehälter und dem zweiten Reaktionsbehälter zu ändern.
Eine Gasaustrittsleitung mit einem Druckregelventil kommuniziert zum Beispiel über einen Separator mit dem zweiten Reaktions behälter. Der Zeittakter betätigt das Ventil, das den Druck in dem zweiten Reaktionsbehälter erhöht und schließlich die Richtung der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Reaktionsbehälter ändert. Durch die Änderung der Druckdifferenz wird bewirkt, daß der Zeittakter ein Schieberventil öffnet, wodurch Teilchen aus dem zweiten Reaktionsbehälter durch eine Transportleitung zu dem ersten strömen können.
In dem USA-Patent 2,881,133 wird ein System beschrieben, in dem disperse Feststoffe zwischen zwei oder mehreren Fließbett-Behandlungszonen zirkuliert werden und keine Mischung zwischen den Gasen in den verschiedenen Zonen zulässig ist. Das System ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale: (a) einen Abschnitt eines vertikalen Steigrohrs mit fluidisierten Feststoffen, der einen Druckstau erzeugt; (b) eine scharfe Rohrkrümmung unten an dem Steigrohr; (c) eine schrägstehende Steigleitungsseite mit einer Schräge von etwa 60 Grad von der Horizontalen; (d) eine Rohrkrümmung mit einem großen Radius, die die schrägstehende Steigleitung mit einer vertikalen Steigleitung verbindet, und (e) gewöhnlich eine vertikale Steigleitung, die direkt in einen Aufnahmebehälter oder in eine Beförderungsleitung führt, die schräg nach unten in einen solchen Behälter führt.
Die Kombination aus einem vertikalen Steigrohr, einer scharfen Rohrkrümmung und einer schrägstehenden Steigleitung wie in (a), (b) und (c) wird manchmal als J-Krümmung bezeichnet. In der J- Krümmung wird die Fluidisierung aufrechterhalten, indem an mehreren Stellen Inertgas eingebracht wird.
In JP-A-58098135 ist ein Fließbett-Regenerationsofen beschrieben, der über ein schräg verlaufendes Verbindungsrohr mit einem Fließbettkühler verbunden ist. Der Schrägungswinkel des Verbindungsrohres ist größer als der Rutschwinkel des Materials in dem Regenerationsofen, so daß das Material durch Schwerkraft transportiert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und Einrichtungen zur Ausführung eines Fließbettverfahrens zu schaffen, mit dem die beim Stande der Technik auftretenden Probleme hinsichtlich des Mitreißens von Feinteilchen, der Verwendung von zu großen Mengen an Inertgas zum Transport der Feststoffe und/oder des Unvermögens zu lindern, Vorgänge zur Behandlung von Teilchen mit unregelmäßiger Form und/oder Größe zu steuern.
Bei weiterer Betrachtung der Beschreibung und der beigefügten Ansprüche werden für die Fachleute in der Technik weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung deutlich.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes System und ein verbessertes Verfahren zum kontinuierlichen Zuführen von dispersen Feststoffen in einen Fließbettreaktor. Entsprechend dem Aspekt des Verfahrens umfaßt die Erfindung: (a) das Mitführen von Feststoffen in einem Strom von Inertgas in einer Leitung, die zu einem Zyklon führt, worin das Gas und die Feststoffe in einen ausströmenden Gasstrom und einen Schwerkraftstrom von Feststoffen getrennt werden; (b) die Beförderung des Schwerkraftstroms von Feststoffen In ein im wesentlichen vertikales Steigrohr und die Weiterleitung des austretenden Gasstroms zu einer Abzugsleitung; (c) die Bereitstellung einer Ventileinrichtung in der Abzugsleitung, um den Druck darin zu steuern und damit den effektiven hydrostatischen Druck einer Feststoffsäule in dem Steigrohr zu regulieren; (d) das Fluidisieren der Feststoffe in dem Steigrohr durch Einleiten eines Gasstroms an einer oder an mehreren Stellen in das Steigrohr; und (e) die Beförderung der Feststoffe in einer dichten Phase aus dem Steigrohr direkt in einen Fließbettreaktor durch eine Zuleitung ohne Ventileinrichtung, wobei die Zuleitung eine Krümmung aufweist, die größer ist als der Rutschwinkel der dispersen Feststoffe.
Gemäß dem apparativen Aspekt der Anlage umfaßt die Erfindung (a) eine Feststofftransportvorrichtung zum Transport von Feststoffen mit Inertgas bei hohem Druck; (b) eine Transportleitung zur Beförderung von Inertgas und mitgeführten Feststoffen, wobei die Transportleitung die Feststofftransportvorrichtung mit einem Zyklon verbindet, worin Gas und Feststoffe voneinander getrennt werden; (c) eine Gasableitungseinrichtung, die zur Abführung von Gas an den Zyklon angeschlossen ist; (d) eine Feststoffabführungseinrichtung, die an den Zyklon angeschlossen ist, um die Feststoffe zu einem im wesentlichen vertikalen Steigrohr zu leiten, und eine Einlaßeinrichtung, die in dem Steigrohr vorgesehen ist, um das Inertgas an einer oder an mehreren Stellen in das Steigrohr und in fluidisierte Feststoffe einzuleiten; (e) eine Ventileinrichtung, um den Druck in der Gasleitungseinrichtung zu regeln und das Gas abzuführen und damit den effektiven hydrostatischen Druck einer Feststoffsäule in dem Steigrohr zu steuern; und (f) eine Zuleitung ohne Ventileinrichtung, die das Standrohr mit dem Fließbettreaktor verbindet, um die Feststoffe in einer dichten Phase zu dem Reaktor zu führen, wobei die Zuleitung eine L-Krümmung, eine J-Krümmung oder eine U-Krümmung aufweist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Das Konzept dieser Erfindung kann in allen Fließbettverfahren angewandt werden, insbesondere in denjenigen, wo oft feines disperses Material in den aus dem Bett austretenden Gasen mitgerissen wird. Beispiele für Fließbettverfahren, bei denen das Konzept dieser Erfindung genutzt werden kann, sind die Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Material (wie z. B. von Kohle, Holz, Torf usw.), die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen (z. B. das katalytische Fließbettkracken), das Rösten oder die Extraktion von Erzen (wie z. B. die Chlorierung von titanhaltigem Material) und die Verarbeitung von Metallerzen einschließlich derer von Zink, Kupfer oder Eisen) usw.
Diese Erfindung betrifft ein System zum Zuführen von dispersen Feststoffen einschließlich von Gemischen in einen unter Druck stehenden Fließbettreaktor, der den größten Teil der großen Mengen von Inertgas beseitigt, die typischerweise verwendet werden, um die Aufgabezumaterialien zu dem Reaktor zu transportieren. Für das Einblasen typischer Mengen von Inertgas sind entweder große Anlagen notwendig oder wird die Kapazität vorhandener Ausrüstungen auf Grund der infolge der Gasgeschwindigkeit oder des Druckabfalls vorhandenen Einschränkungen begrenzt.
Das Zusetzen von Feststoffen in Chargen ist zwar durch Anwendung der Erfindung möglich, das kontinuierliche Zusetzen ist jedoch eine bevorzugte Betriebsweise.
Bei dieser Erfindung werden Ausrüstungen verwendet, wie zum Beispiel eine Schneckenvörrichtung, die gewöhnlich dazu dienen, den Druck zu erhöhen und Feststoffe zu transportieren, um zugeführte disperse Materialien in eine Leitung zu führen, durch die die Feststoffe transportiert werden sollen, in einer verdünnten Phase (z. B. mit einem Feststoffgehalt von weniger als 10 Vol.-%, vorzugsweise von etwa 1 Vol.-%) mit einem inerten Trägergas wie Luft oder Stickstoff. Die eingesetzte Vorrichtung kann jede beliebige herkömmliche Pumpeneinrichtung sein, die Feststoffe mit einem sie befördernden Gas kombinieren kann.
Die Feststoffe und das sie befördernde Gas werden zu einem Zyklon transportiert, wo Gas und Feststoffe getrennt werden. Von dem Zyklon laufen die Feststoffe in ein Steigrohr, wo sie durch einen kleinen Strom von Inertgas vorzugsweise an zwei Stellen fluidisiert werden.
Das untere Ende des Steigrohrs ist über eine Krümmung in der Rohrleitung, wie zum Beispiel eine "L"-, eine "J"- oder eine "U"- Krümmung, die einschränkend auf den Strom der Feststoffe wirken, mit dem Reaktor verbunden. Eine "L"-Krümmung ist eine 90º-Krümmung oder im wesentlichen eine 90º-Krümmung gegenüber der Vertikalen. Eine "J"-Krümmung ist eine Krümmung zwischen 90º und 180º gegenüber der Vertikalen, und eine "U"-Krümmung ist eine 180º-Krümmung oder im wesentlichen eine 180º-Krümmung. Die Krümmung kann auch weniger als 180º betragen, sollte jedoch größer sein als der Rutschwinkel des dispersen Materials. Diese Vorrichtungen dienen gewöhnlich dazu, fluidisierte Feststoffe zuzuführen, und neigen dazu, den durch übergroßen Druck in dem Reaktor hervorgerufenen Rückstrom von dispersem Material zu minimieren. Mit der Krümmung wird der Strom der Feststoffe ausschließlich durch Änderung der Strömungsrichtung eingeschränkt, in ihr ist keine Ventileinrichtung vorhanden, die den Strom durch Regulierung der Querschnittsfläche des Strömungsweges regelt.
Die Feststoffe laufen im allgemeinen in einer dichten Phase durch die Krümmung (d.h. mit einem Feststoffgehalt von mehr als 10 Vol.-%, vorzugsweise von etwa 10 - 50 Vol.-%).
Die aus dem Zyklon ausströmenden Gase werden von einem Ventil gesteuert, so daß ein Druck zustandegebracht wird, bei dem das Steigrohr mit einem Nenn-Feststoffgehalt funktionieren kann, der ansonsten vom Standpunkt der Ausrüstungen her übermäßig groß wäre. Das Regelventil für den Rückstaudruck hält in dem Steigrohr einen Druck aufrecht, der etwas höher als der des Reaktors ist, um zu verhindern, daß sich Prozeßmaterial in das Steigrohr zurückstaut. Die Differenz zwischen dem Druck an einem Funkt direkt oberhalb des Regelventils und dem Druck im Reaktor kann zum Beispiel etwa 6,9 - 69,0 kPa (1 - 10 psi), vorzugsweise etwa 13,8 - 34,5 kPa (2-5 psi) und insbesondere etwa 24,01 kPa (3,5 psi) betragen. Das Regelventil für den Rückstaudruck wird von einem Druckdifferenzregler gesteuert, der mit Druckfühlern in dem Reaktor und oberhalb des Regelventus verbunden ist.
In U.S. 3,850,582 wird der Einsatz eines Regelventils in der Abführungsleitung eines Hauptaufgabebehälters für den Katalysator offenbart, das den Druckabfall in einem zyklusgetakteten Schieberventil in der Leitung regelt, die einen Zumeßbehälter für den Katalysator mit einem Regenerator verbindet. Durch den Druckabfall in dem Ventil kommt es zu einem einseitig gerichteten Strom von dem Zumeßbehälter zu dem Regenerator. Bei der Erfindung wird dagegen das Rückstaudruck-Regelventil benutzt, um den gesamten Druckabfall von dem Bereich oberhalb der Feststoffsäule in dem Steigrohr bis zum Reaktor zu regeln. Bei der Erfindung wird keine Ventileinrichtung (d.h. keine die Querschnittsfläche der Strömung regelnde Vorrichtung) zwischen dem Steigrohr und dem Reaktor verwendet. Außerdem funktioniert die Erfindung, obwohl ein Betrieb in Chargen möglich ist, vorzugsweise mit einem kontinuierlichen Strom von Feststoffen durch das Steigrohr und die Krümmung und nicht mit einem intermittierenden Strom.
Der Feststoffspiegel in dem Steigrohr befindet sich auf einer Höhe, die notwendig ist, um die Reibungsverluste in der Krümung sowie die Reibungsverluste in der Rohrleitung von der Krümmung zum Reaktor zu überwinden. Diese Reibungsverluste können schwanken, werden jedoch vorzugsweise so gering wie möglich gehalten. Vorzugsweise betragen diese Reibungsverluste insgesamt etwa 13,8 - 20,7 kPa (2 - 3 psi) Der Feststoffspiegel reicht somit vorzugsweise aus, um Reibungsverluste von etwa 13,8 - 20,7 kPa (2 - 3 psi) zu beseitigen. Der Feststoffspiegel kann sich mit der Dichte des Materials verändern, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 1,2 - 3,0 m (4 - 10 ft.), insbesondere von 1,2 - 1,8 m (4 - 6 ft.).
Das Rückstaudruck-Regelventil kann dazu dienen, Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Feststoffe in dem Steigrohr auszugleichen und auf diese Weise den effektiven hydrostatischen Druck in der Feststoffsäule zu regeln. Werden die Feststoffe nicht richtig fluidisiert, kann das Regelventil geschlossen werden, und alle Feststoffe können an einer Stelle unter der Oberfläche des Fließbettes in herkömmlicher Weise in den Reaktor transportiert werden. Vorzugsweise werden die Feststoffe an der Basis des Fließbettes oder um dieses herum in den Reaktor eingebracht. Die Kombination von Rückstaudruck-Regelventil und Feststoffsäule eignet sich insbesondere dazu, Feststoffe mit hohen Drücken, z. B. von etwa 7,9 - 206,8 kPa (20 - 30 psig), in Fließbettreaktoren einzuspeisen.
Es können Inertgase oder Reaktantgase benutzt werden, um die Feststoffe in dem Steigrohr zu fluidisieren. Auf diese Weise werden ausreichende Mengen an Gas, wie z. B. Luft, Stickstoff, Chlor usw., in das disperse Material in dem Steigrohr eingeblasen, um das Material zu fluidisieren und die Bindung unter den Teilchen zu verringern. Dadurch kann ein solches Gas dazu beitragen, die Strömungsmenge des dispersen Materials zu regeln. Gewöhnlich sollte solches Gas in einer Menge von etwa 0,001 - 0.1, vorzugsweise von etwa 0,0025 - 0,04 und am meisten bevorzugt von etwa 0,005 - 0,02 Gewichtsteilen Gas pro Gewichtsteil dispersen Materials vorhanden sein und eine Gasoberflächengeschwindigkeit von etwa 0,03 - 3,05 mis (0,1 - 10 ft/s), vorzugsweise von etwa 0,15 - 1,52 m/s (0,5 - 5 ft/s) und am meisten bevorzugt von etwa 0,23 -0,91 m/s (0,75 - 3 feet pro Sekunde) aufweisen. Es versteht sich, daß die Menge und die Geschwindigkeit eines solchen Gases von der Größe, der Dichte und der Form des Teilchens sowie von der Dichte des Gases abhängen und leicht durch Tests bestimmt werden können. Wirkt ein solches Gas als Gleitmittel oder wird in Verbindung mit einem "L"-Ventil oder einem Rohr mit einer Krümmung eingesetzt, sollte ein solches Gas vorzugsweise an oder nahe an der Krümmung eingeblasen werden.
Die Erfindung stellt einen wesentlichen Vorteil bei der Verringerung der Menge an Transportgas das, das in herkömmlicher Weise benutzt wird, um Feststoffe zu einem Fließbettreaktor zu führen. Die Erfindung kann zum Beispiel benutzt werden, um den Strom, der Gas in den Reaktor transportiert, auf weniger als 50 Vol.-%, vorzugsweise auf weniger als 10 Vol.-% und insbesondere auf weniger als 1 Vol.-% der Menge des Transportgases zu verringern, die in herkömmlichen Verfahren verwendet wird.
Die Teilchengröße des Materials, das gemäß der Erfindung befördert werden kann, kann sehr verschieden sein. Die Erfindung kann zum Beispiel eingesetzt werden, um Feststoffe mit einer Teilchengröße von etwa 1 Mikrometer bis 10 mm zuzuführen. Die Erfindung eignet sich insbesondere dazu, Feststoffe zu transportieren, worin etwa 10 Gew.-% des Materials weniger als 30 Mikrometer groß sind und der Rest etwa 100 Mikrometer - 8 mm groß ist.
Die Teilchengröße des dispersen Materials, das oft in den Reaktor mitgerissen wird, kann je nach seiner Endabsetzgeschwindigkeit und der Oberflächengeschwindigkeit der Gase in dem Fließbett verschieden sein. Im allgemeinen wird ein Teilchen, wenn seine Endabsetzgeschwindigkeit geringer ist als die Oberflächengeschwindigkeit der Gase in dem Bett ist, gewöhnlich in den Gasen mitgerissen. Beim Rösten oder Raffinieren von Erz (einschließlich der Chlorierung von titanhaltigem Erz) weist das mitgerissene disperse Material gewöhnlich eine Teilchengröße von weniger als etwa 70 Mikrometern auf. Bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Material wie Kohle weist das disperse Material, das mitgerissen wird, typischerweise ebenfalls eine Teilchengröße von weniger als etwa 70 Mikrometern auf.
Das Material, das oft mitgerissen wird, kann ein solches sein, das durch Zerfall oder Abrieb in dem Fließbett aus Material mit einer Teilchengröße von mehr als etwa 70 Mikrometern entsteht. In diesem Falle wird das so entstandene Material in den aus dem Bett austretenden Gasen mitgeführt und kann aus diesen mit einem Zyklon oder einem anderen Separator entfernt und in das Bett zurückgeführt werden. Natürlich wird auch leicht Material mitgerissen, das mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 70 Mikrometern in dem Aufgabematerial in das Bett eingebracht wird.
Typische Bedingungen für die Chlorierung von titanhaltigem Material im Fließbett sind folgende: Reaktionstemperatur etwa 900 - 1300 ºC, Druck etwa 152,0 - 304,0 kPa (1,5 - 3 Atmosphären), Reaktorgröße etwa 1,82 - 7,62 m (6 - 25 feet) Durchmesser mit mehreren Chlordüsen im Bodenteil, Oberflächengeschwindigkeit im Reaktor et wa 0,15 - 0,46 m/s (0,5 - 1,5 feet pro Sekunde) und Tiefe des Absetzbettes etwa 1,22 - 7,62 m (6 - 25 feet). Das zu Anfang zugeführte titanhaltige Material weist typischerweise eine Teilchengröße von etwa 70 - 800 Mikrometern auf, und der zu Anfang zugeführte Koks weist eine Teilchengröße von etwa 300 - 3000 Mikrometern auf.
Das titanhaltige Material kann jedes beliebige titanhaltige Ausgangsmaterial sein, wie z. B. titanhaltige Erze einschließlich von Rutil, Ilmenit oder Anataserz, deren Anreicherungen, titanhaltige Nebenprodukte oder Schlacken sowie Mischungen derselben. Der Koks, der sich zur Verwendung in dem Fließbettverfahren zur Chlorierung von titanhaltigem Material eignet, ist ein beliebiges kohlenstoffhaltiges Material, das einer Verkokung unterworfen wurde. Bevorzugt werden Koks oder kalzinierter Koks, der aus Petroleum oder Kohle deriviert wurde, oder Mischungen von solchen Koksen.
Vorzugsweise sollte zumindest ein Teil des bei dieser Erfindung verwendeten Kokses und/oder titannaltigen Materials eine feine Teilchengröße aufweisen, d.h; einen Durchmesser von weniger als etwa 70, mehr bevorzugt von weniger als etwa 60 und am meisten be vorzugt von weniger als etwa 50 Mikrometern. Es dürfte sich verstehen, daß der Koks undioder das Material aus solchen feinen Teilchen, die in dem Verfahren erzeugt werden können, durch Zerfall oder Zersetzung von oder Abriebwirkung an Teilchen mit einer Größe von mehr als etwa 70 Mikrometern entstehen können.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Verschiedene weitere Aufgaben und damit verbundene Vorteile der vorliegenden Erfindung werden vollständiger erkennbar, wenn selbige besser verständlich wird bei Betrachtung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung, in der in allen Ansichten gleiche Bezugsziffern gleiche oder ähnliche Teile bezeichnen, und worin:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Es wurde ein System zum Zuführen von Feststoffen zu einem Fließbettreaktor in der Weise betrieben, wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, bei dem eine Fuller-Kinyon-Druckbeaufschlagungspumpe (1) verwendet wird, um titanhaltiges Erz und Koks durch die Leitung (2) zu einem Zyklon (3) zu transportieren, in dem Gas und Feststoffe in zwei Ströme getrennt werden, in einen austretenden Gasstrom und einen Schwerkraftstrom der Feststoffe durch ein Steigrohr (4). Ein Rückstaudruck-Regelventil (5) dient dazu, den Druck des austretenden Gases und dadurch den effektiven hydrostatischen Druck in der Feststoffsäule in dem Steigrohr zu regulieren. Die Feststoffe in dem Steigrohr werden mit in Punkt (6) eingeführtem Stickstoff fluidisiert. Die aus dem Steigrohr austretenden Feststoffe werden durch ein "L"-Ventil oder ein Rohr mit einer Krümmung von 900 gegenüber dem horizontalen Abschnitt zu dem Fließbettreaktor (7) geführt, von dem weiterer Stickstoff (z. B. 12,6 x 10&supmin;³ kg/s (100lb/Std.)) in Funkt (8) zugeführt wird, um den Strom der Feststoffe zu optimieren.
Der erste Betriebsschritt besteht darin, an den Stellen (6) und (8) Stickstoffströme von 6,3 x 10&supmin;³ kg (50 lb/Std) bzw. 12,6 x 10&supmin;³ kg/s (100 lb/Std.) herzustellen. Dann wird das Ventil (9) geöffnet und liefert Stickstoff mit 0,252 kg/s (2000 lb/Std.) zum Transport der Feststoffe, und die Ventile (10) und (11) werden nacheinander geöffnet, während das automatische Rückstaudruck-Regelventil (5) geschlossen gehalten wird. In diesem Anfangstadium des Betriebs strömt der gesamte Stickstoff ohne jede Zuführung von Feststoffen in den Fließbettreaktor (7).
Dann wird langsam die Zuführmenge an Feststoffen, bestehend aus titanhaltigem Erz und aus Koks, bis zu der gewünschten Menge von 9,76 kg/s (77 500 lb/Std.) zugesetzt. Nunmehr wird der gesamte Strom von Stickstoff und Feststoffen in den Reaktor geleitet. Das Rückstaudruck-Regelventil (5) wird allmählich geöffnet, bis in dem Steigrohr (4) ein Feststoffspiegel (d.h. etwa 2,99 m (9,8 ft.) erscheint und der Druck am Einlaß in das Rückstaudruck-Regelventil (5) um etwa 2,1 kPa (3,5 lb pro Quadratzoll) höher ist als derjenige an dem Einlaß in den Reaktor (7). Dieser Überdruck minimiert den Rückstrom von dem Reaktor und ist das Äquivalent von etwa 12,2 m (40 ft.) weiteren Feststoffen in dem Steigrohr (4).
Die soeben genannten Beispiele lassen sich mit ähnlichem Erfolg wiederholen, wenn das generisch oder spezifisch beschriebene Reaktantgas und/oder die Betriebsbedingungen gemäß dieser Erfindung durch die in den genannten Beispielen verwendeten ersetzt werden.

Claims

1. System zum Zuführen von Feststoffen zu einem Fließbettreaktor, umfassend:

(a) eine Feststofftransportvorrichtung zum Transport von Feststoffen mit Inertgas bei hohem Druck;

(b) eine Transportleitung zur Beförderung von Inertgas und mitgeführten Feststoffen, wobei die Transportleitung die Feststoff transportvorrichtung mit einem Zyklon verbindet, in dem Gas und Feststoffe voneinander getrennt werden;

(c) Gasableitungseinrichtung, die zur Abführung von Gas an den Zyklon angeschlossen ist;

(d) Feststoffabführungseinrichtung, die an den Zyklon angeschlossen ist, um die Feststoffe zu einem im wesentlichen vertikalen Steigrohr zu leiten, und Einlaßeinrichtung, die in dem Steigrohr vorgesehen ist, um das Inertgas an einer oder an mehreren Stellen in das Steigrohr und in fluidisierte Feststoffe einzuleiten;

(e) Ventileinrichtung, um den Druck in der Gasleitungseinrichtung zu steuern und das Gas abzuführen und damit den effektiven hydrostatischen Druck einer Feststoffsäule in dem Steigrohr zu steuern; und

(f) Zuleitung ohne Ventileinrichtung, die das Standrohr mit dem Fließbettreaktor verbindet, um die Feststoffe in einer dichten Phase zu dem Reaktor zu führen, wobei die Zuleitung eine L-Krümmung, eine J-Krümmung oder eine U-Krümmung aufweist.

2. System nach Anspruch 1, des weiteren umfassend:

(g) Druckmeßfühler zur Messung des Drucks direkt oberhalb der Ventileinrichtung und des Drucks in dem Reaktor, und

(h) einen Differenzdruckregler zur Regulierung der Ventileinrichtung, wobei der Regler mit den Druckmeßfühlern verbunden ist.

3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Steigrohr eine Höhe aufweist, durch die es eine Feststoffsäule von etwa 3,05 Meter (10 ft) halten kann.

4. Verfahren zur kontinuierlichen Zuführung von dispersen Feststoffen zu einem Fließbettreaktor, umfassend:

(a) das Mitführen der Feststoffe in einem Strom von Inertgas in einer zu einem Zyklon führenden Leitung, worin das Gas und die Feststoffe in einen Gasaustrittsstrom und einen Gravitationsstrom von Feststoffen getrennt werden;

(b) Beförderung des Gravitationsstroms von Feststoffen zu einem im wesentlichen vertikalen Steigrohr und Weiterleitung des austretenden Gasstroms zu einer Abzugsleitung;

(c) Installation einer Ventileinrichtung in der Abzugsleitung, um den Druck darin zu steuern und damit den effektiven hydrostatischen Druck der Feststoffsäule in dem Steigrohr zu regulieren;

(d) Fluidisieren der Feststoffe in dem Steigrohr durch Einleiten einen Stroms von Inertgas an einer oder an mehreren Stellen in das Steigrohr; und

(e) Beförderung der Feststoffe in einer dichten Phase aus dem Steigrohr direkt in einen Fließbettreaktor durch eine Zuleitung ohne Ventileinrichtung, wobei die Zuleitung eine Krümmung aufweist, die größer ist als der Rutschwinkel der dispersen Feststoffe.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin zumindest einige der dis persen, in Schritt (a) mitgeführten Feststoffteilchen eine Teilchengröße von weniger als etwa 70 Mikrometern aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin zumindest ein Teil der eine Teilchengröße von weniger als 70 Mikrometer aufweisenden Feststoffe in dem Reaktor gebildet und zu Schritt (a) zurückgeführt wird.

7. Verfahren nach einem beliebigen der Anspruche 4 bis 6, worin zumindest einige der dispersen Feststoffteilchen titanhaltiges Material, Koks oder ein Gemisch aus beiden sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin das titanhaltige Material aus titanhaltigem Erz, Anreicherungen von titanhaltigen Erzen, titanhaltigen Nebenprodukten, titanhaltigen Schlacken oder Gemischen aus diesen besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 4, worin die dispersen Feststoffe festes, kohlenstoffhaltiges Material oder Erz sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin die dispersen Feststoffe Kohle enthalten.

11. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Erz Eisen, Zink, Kupfer oder Gemische aus diesen enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 4, worin Gas in einer Menge von etwa 0,001 - 0,1 Gewichtsteilen Gas pro Gewichtsteil dispersen Materials und mit einer Gasoberflächengeschwindigkeit von etwa 0,03 bis 3,05 Meter pro Sekunden (0,1 10 feet pro Sekunde) in das Steigrohr eingeleitet wird, um die Feststoffe in dem Steigrohr zu fluidisieren und die Bindung der Feststoffteilchen aneinander zu vermindern.

13. Verfahren nach Anspruch 6, worin eine ausreichende Menge Stickstoff in das Steigrohr eingeleitet wird, um die dispersen Feststoffe in dem Steigrohr zu fluidisieren und die Bindung der Feststoffteilchen aneinander zu vermindern.

14. Verfahren nach Anspruch 4, worin die Differenz zwischen dem Druck direkt oberhalb der Ventileinrichtung und dem Druck in dem Reaktor etwa 6,9 bis 69 kPa (1 - 10 psi) beträgt und die Höhe der Feststoffsäule in dem Steigrohr etwa 1,2 bis 3,05 Meter (4 - 10 ft) beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 4 zur Herstellung von Titanhalogeniden, worin Halogengas in einen Reaktor mit einem Fließbett aus dispersem Koks und titalhaltigem Erz eingeleitet wird und worin Titanhalogenide als Gasprodukt aus dem Reaktor abgeführt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, worin das in Schritt (d) eingeführte Gas Wasserstoff ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15, worin das in Schritt (d) eingeführte Gas Chlor ist.

18. Verfahren nach Anspruch 15, worin zumindest einige der in Schritt (a) mitgeführten dispersen Feststoffteilchen eine Teilchengröße von weniger als etwa 70 Mikrometer aufweisen.