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Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Zirkulation von fein verteilten
Feststoffen im Wirbelschichtverfahren Die Erfindung betrifft die Regelung der Zirkulation
von fein verteilten Feststoffen beim Wirbelschichtverfahren in einem Rohrsystem,
das einen aufsteigenden Ast umfaßt, dessen unterem Ende Gas zugeführt wird, um den
Feststoff nach oben mitzureißen, sowie einen absteigenden Ast, der an seinem oberen
Ende den Stoff aus dem aufsteigenden Ast aufnimmt und am unteren Ende wieder an
den aufsteigenden Ast abgibt.
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In dem USA.-Patent 2 412 152 ist eine Vorrichtung beschrieben, die
es ermöglicht, die Zirkulation von fein verteiltem Feststoff in einer katalytischen
Krackanlage mit einem aufsteigenden und einem absteigenden Ast zu regeln. Diese
Vorrichtung befindet sich am unteren Ende des aufsteigenden Astes und besteht aus
einem gleitenden zylindrischen Schieber, der den aufsteigenden Ast umgibt und die
Gröle des Überganges vom absteigenden zum aufsteigenden Ast regelt, wobei der Strom
des fein verteilten Feststoffes, im vorliegenden Falle der Strom der dem aufsteigenden
Ast aus dem absteigenden Ast je Zeiteinheit zugeführten Katalysatormasse, mit Hilfe
des Schiebers eingestellt werden kann.
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Der nahezu vollständig von dem aufgewirbelten fein verteilten Feststoff
umgebene gleitende zylindrische Schieber kann durch eine Anzahl von aus Kolben und
Zylinder bestehenden Anordnungen betätigt werden, wobei die Kolben mit dem zylindrischen
Schieber mechanisch gekuppelt sind. Die Stellung der Kolben kann durch Zuführen
eines unter Druck stehenden Mediums zur Ober- bzw.
Unterseite der
Kolben eingestellt. werden. Dieses Verfahren zur Regelung der Durchtrittsöffnung
hat jedoch den Nachteil, daß dann, wenn der zylindrische Schieber bewegt wird, die
zwischen den beweglichen Teilen entstehende Reibung sehr groß werden kann, da der
Schieber unter sehr ungünstigen Bedingungen arbeiten muß, d. h. in, einer Umgebung,
in der hohe Temperaturen herrschen und in der viel Staub auftritt.
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Der Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung
zur Regelung der Zirkulation von fein verteiltem Feststoff in einem System der oben
beschriebenen .Art, wobei diese Vorrichtung keine beweglichen Teile besitzt und
wobei daher von ungünstigen Betriebsbedingungen herrührende mechanische Störungen
ausgeschaltet sind.
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Dies wird dadurch erreicht, daß man zwischen dem aufsteigenden und
dem absteigenden Ast eine Hilfskammer vorsieht, die durch enge Öffnungen mit dem
aufsteigenden und dem absteigenden Ast in Verbindung steht und in die eine Zusatzleitung
zur Zuführung eines Gases mündet, das dazu dient, den fein verteilten Feststoff
aufzuwirbeln.
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Auf diese Weise erhält man für die Überleitung des fein verteilten
Stoffes eine Art von pneumatischem Ventil, das es ermöglicht, den Grad der Schließung
durch Regelung der Menge des hilfsweise zur Aufwirbelung des Feststoffes eingeführten
Gases einzustellen.
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Wenn der fein verteilte Stoff in einem Wärmeaustauscher als Wärmeaustauschmedium
verwendet wird, kann die Hilfskammer den unteren Teil des aufsteigenden Astes umgeben,
und die aus Metall bestehende Innenwand der Hilfskammer kann an dieser Stelle die
Wand des aufsteigenden Astes bilden, wobei der untere Teil des aufsteigenden Astes
die Fortsetzung einer Verbrennungskammer bildet.
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Darüber hinaus ist es möglich, die der Hilfskammer zugeführte Menge
des Gases gemäß dem Temperaturunterschied des strömungsfähig gemachten fein verteilten
Feststoffes zwischen zwei -in einem Abstand senkrecht übereinanderliegenden Punkten
des absteigenden Astes zu regeln.
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Die Zeichnung stellt eine Anlage dar, bei der die durch einen Brenner
erzeugte Wärme mit Hilfe eines zirkulierenden, in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand
gehaltenen Bettes aus fein verteiltem Feststoff, z. B: aus als. Wärmeaustauschmittel
dienendem Sand," auf die Wandung eines Rohres übertragen wird, durch das der zu
erwärmende Feststoff hindurchströmt.
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Der z. B. als Gas- oder Ölbrenner ausgeführte Brenner i wird durch
ein Rohr 2 gespeist und ist mit einer mit feuerfestem Material ausgekleideten Verbrennungskammer
3 verbunden. Diese Kammer setzt sich in dem aufsteigenden Ast q. fort, dem mit Hilfe
der Öffnungen bzw. Düsenrohre 5 der fein verteilte Feststoff zugeführt wird und
sich dabei mit den durch den Brenner i erzeugten heißen Gasen vermischt und nach
oben durch den aufsteigenden Ast 4 mitgerissen wird, wobei zwischen den heißen Gasen
und dem fein verteilten Feststoff Wärme ausgetauscht wird. Der fein verteilte Stoff
gelangt durch den gekrümmten Abschnitt der Leitung 6 in den absteigenden Ast 7,
worauf er in Form eines dichten Bettes io nach unten sinkt. Die Verbrennungsgase
werden aus dem absteigenden Ast 7 über den Zyklon 8 abgeführt, wobei die mitgeführten
Teilchen in dem Zyklon abgeschieden und dem absteigenden Ast 7 durch die Leitung
g zugeführt werden.
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Nunmehr erfolgt in dem absteigenden Ast 7 ein Wärmeaustausch zwischen
dem sich absetzenden dichten Bett io und dem Rohr i i, durch das der zu erwärmende
Feststoff hindurchströmt. Das Rohr ii kann auch durch eine Anzahl von hintereinander
`oder parallel .geschalteten Rohren ersetzt sein, die in jeder gewünschten Lage
in der Kammer 7 angeordnet sein - können und auf die die in dem Bett io enthaltene
Wärme übertragen wird.
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Um zu verhindern, daß sich das dichte Bett io absetzt -und auf diese
Weise in dem absteigenden Ast 7 eine kompakte Masse bildet, ist eine Leitung 12
am unteren Ende des Astes 7 vorgesehen, die etwas niedriger angeordnet ist als die
Rückleitung 13, durch die der fein verteilte Stoff aus dem untersten Teil des Bettes
io kontinuierlich in den aufsteigenden Ast .4 zurückgeleitet wird, was unter dem
Einfluß des durch das strömungsfähig gehaltene Bett io ausgeübten statischen Druckes
erfolgt. Der Kreislauf ist somit geschlossen, und der fein verteilte Feststoff wird
erneut in dem aufsteigenden Ast q. erhitzt und dem absteigenden Ast 7 zugeführt
usw.
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Der Wärmeübergang von dem Brenner i -zu dem Rohr i i richtet sich
weitgehend nach der Zirkulationsgeschwindigkeit des fein verteilten Feststoffes,
und es ist daher erwünscht, die Zirkulationsgeschwindigkeit regeln zu können; dies
kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß man die mit der Einschnürung 1q. versehene
Leitung 13 über die Hilfskammer 15 und die Düsenrohre bzw. Öffnungen 5 mit dem aufsteigenden
Ast q, verbindet.
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Die Zusatzgasleitung 16 mündet in die Hilfskammer 15, so daß die Dichte
des in der Hilfskammer 15 vorhandenen Fließbettes geregelt werden kann. Eine Vergrößerung
der Zusatzgasmenge setzt z. B. die Dichte des Bettes in der Hilfskammer 15 herab.
Hierdurch verringert sich die Viskosität. des Bettes; so daß sich auch der Widerstand,
den die Hilfskammer 15 der durch sie hindurchströmenden, im Zustand einer Wirbelschicht
gehaltenen Masse entgegensetzt, verringert, was wiederum zu einer Steigerung der
Zirkulationsgeschwindigkeit des fein verteilten Stoffes führt. Infolgedessen erhöht
sich die Zirkulationsgeschwindigkeit des feinverteilten Stoffes in dem aufsteigenden
Ast q. und dem absteigenden Ast 7, wodurch eine stärkere Wärmeübertragung ermöglicht
wird. Durch eine Herabsetzung der Hilfsgasmenge wird die entgegengesetzte Wirkung
erzielt.
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Es ist ersichtlich, daß der aufsteigende Ast q. und der absteigende
Ast 7 mit einem geeigneten Isoliermaterial versehen sein müssen, um den Wärme,-übergang
nach
außen auf ein Mindestmaß herabzusetzen.
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Der aufsteigende Ast q. kann auch zusammen mit einer oder mehreren
Leitungen i Z innerhalb des absteigenden Astes 7 angeordnet sein. In diesem Falle
erübrigt sich eine Isolierung des aufsteigenden Astes q.; die Rückleitung
13 kann fortgelassen werden, wobei die Einschnürung 1q, unmittelbar in der
Außenwand der Hilfskammer 15 vorgesehen wird.
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Ein Vorteil der Konstruktion, bei der der untere Teil des aufsteigenden
Astes q. von der Hilfskammer 15 umgeben ist, besteht darin, daß der die Fortsetzung
der mit feuerfesten Ziegeln ausgekleideten Brennkammer 3 bildende Teil des aufsteigenden
Astes gut gekühlt wird, so daß sein unterer Teil aus Metall hergestellt werden kann.
Die Öffnungen in der Hilfsleitung, durch die das zusätzliche Gas zur Aufrechterhaltung
der Wirbelschicht in die Hilfskammer eintritt, können erforderlichenfalls gegen
die Innenwand gerichtet sein, um eine zusätzliche Kühlung der Innenwand der Hilfskammer
zu bewirken.
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Zur automatischen Regelung der Zirkulationsgeschwindigkeit des fein
verteilten Feststoffes wird der Temperaturunterschied zwischen den Punkten
17 und 18 innerhalb des absteigenden Astes 7 benutzt. An den in einem senkrechten
Abstand übereinanderliegenden Punkten 17 und 18 sind Thermostaten vorgesehen; die
Temperaturdifferenz zwischen diesen Thermostaten beeinflußt das Regelglied i9, das
zur Regelung der Zusatzmenge dient, die in die Zusatzgasleitung 16 eingeleitet wird.
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Bei einer Erhöhung des Temperaturunterschiedes zwischen den beiden
Meßstellen 17 und 18 bewirkt das Regelglied i9 eine Vergrößerung der Zusatzgasmenge,
so daß die Zirkulationsgeschwindigkeit des fein verteilten Stoffes steigt und die
Temperaturgrenzwerte, zwischen denen sich die zirkulierende fein verteilte Masse
bewegt, sich einander wieder nähern. Eine zusätzliche Einstellung der Wärmeübertragung
ist durch eine Regelung der dem Brenner zugeführten Brennstoffmenge in Abhängigkeit
von der Anfangstemperatur und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des in dem Rohr
i i zu erhitzenden Stoffes möglich.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann z. B. auch zur Regelung der
Zirkulation der fein verteilten Katalysatormasse in einer katalytischen Krackanlage
verwendet werden.