RO108422B1 - Dispozitiv de realizare a unei reactii intre un gaz si un material solid, intr-un vas - Google Patents

Description

Prezenta invenție se refera la un dispozitiv de realizare a unei reacții exoterme sau endoterme, într-un spațiu închis (incintă) (pe parcursul descrierii numită reactor), între cel puțin un gaz și cel puțin un material solid divizat, cuprinzând cel puțin un mijloc de introducere a materialului solid divizat, cel puțin un dispozitiv de introducere a gazului dc fluidizare și de reacție, debitele respective de introducere a materialului solid divizat și a gazului de fluidizare fiind astfel alese, încât să permită stabilirea unei circulații ascendente rapide a gazului și a materialului solid divizat în zona patului fluidizat în circulație rapidă, mijloace de trimitere a amestecului de gaz de reacție și de material solid divizat ce vine din partea de sus a reactorului la un dispozitiv de separare, mijloace pentru evacuarea gazului în reacție, și mijloace pentru reciclarea materialului solid divizat provenind de la dispozitivul de separare la baza reactorului.

Se cunosc soluții tehnice similare pentru efectuarea reacțiilor chimice în pat fluidizat, aparținând esențial la două grupuri.

Un prim grup utilizează un pat fluidizat dens, caracterizat prin existența a două zone distincte din punct de vedere al concentrației în solide divizate în incinta de reacție, această concentrație în solide divizde fiind crescută într-o primă zonă, de exemplu 1000 kg/rn pentru un pat fluidizat de combustie, și notabil mai slab, sub 1 kg/rn într-o a doua zonă deasupra primei, separată de aceasta prin o suprafață relativ bine definită. Diferența de viteze între gaz și particulele solide nu are importanță. In cazul reactoarelor de combust ie, randamentele de combustie sunt puțin mărite, de exemplu de 85... 95%, și cantitatea de oxizi de sulf eliminați și de oxizi de azot sunt importante, ceea ce limitează această tehnică la instalațiile de slabă putere.

în cadrul acestei prime grupe de tehnici, se propune, în brevetul GB nr. A-1412033, să se divizeze reactorul de combustie într-un pat fluidizat dens printr-un inel circular, de extremitate inferioară, distanțat de grila de fluidizare, într-o regiune centrală de combustie în pat dens și o regiune circulară în pat dens, cu circulație descendentă a particulelor solide, în scopul unic de a asigura un schimb de căldură cu o acoperire ce înconjoară reactorul. O parte din particulele solide ale regiunii centrale în pat dens ajung sub peretele inelar și reurcă în regiunea inelară în pat dens, apoi revin în zona centrală de combustie deasupra marginii inferioare a peretelui despărțitor inelar. Acest tip de dispozitiv prezintă inconvenientele precedente indicate de reactoarele în pat fluidizat dens. în principal existența unei zone de reacție foarte slabă ca și concentrația de solide deasupra patului dens. Pe de altă parte, se asigură o zonă de recirculare a materiilor solide prelevate numai în partea superioară a zonei fluidizate dense în aceeași manieră ca a unui ciclon care va fi situat la ieșirea patului fluidizat circulant de genul celui careva fi descris în cele ce urmează.

O a doua grupă de tehnici cunoscute utilizează un pat fluidizat numit, circulant, de tipul celui descris în articolul lui REH și apărut în revista Chemical EngineeringProgress, din Februarie 1971. Este mai ales utilizat în brevetele franceze nr. 2323101 și 2353332 (METALLGESEIJSCHAFT). Se diferențiază de primul grup mai ales prin lipsa suprafeței de separare între cele două zone și prin existența temperaturilor de reacție omogene în ansamblul reactorului. Concentrația în materii solide divizate variază de manieră sensibil continuă de la bază spre înălțimea ansamblului reactorului, și diferența dintre vitezele gazului și a particulelor solide este mult mai ridicată. Pentru reactoarele de combustie, randamentele de combustie sunt mai bune și cantitățile de oxizi de sulf și oxizi de azot eliminate mult mai reduse. Această tehnică se poate aplica la instalațiile de putere marc, dar mai prezintă încă inconveniente.

Se poate constata mai ales acest lucru în cazul unei reacții de combustie. Se constată că reactorul în pat fluidizat circulant poate fi descris dc maniera următoare:

a) o zonă superioară, cea mai importantă sub raport de volum, cu o concentrație variabilă, limitată, dar în același timp suficientă cantității de particule solide. In această zonă superioară se efectuează un schimb dc căldură, în general cu conductele din spațiul liber al reactorului sau cu pereții îmbrăcămintei (izolației) conductelor prin care trece fluidul de răcire al reactorului. Concentrația solidelor variază, de exemplu, de Ia bază la înălțimea acestei zone de la 50 la 10 kg/m‘ , aceste cifre putând fi uneori mai mici. Ele corespund în practică la realizarea unui schimb de căldură cu conductele ce mărginesc pereții. Viteza gazului în plină sarcină este limitată, în general, la valori cuprinse între 4 și 6 m/s, pentru a se evita riscurile de eroziune;

b) o zonă inferioară (la partea de jos), cu o concentrație mult mai ridicată în solide, variind, de exemplu, de la bază spre înălțime de la 500 la 50 kg/m , fie într-un raport de 10, care poate depăși și 20 în cazul în care reactorul funcționează la jumătate de șarjă, fie cu o viteză de fluidizare de doua ori mai ridicată cel puțin. Această zonă inferioară este de fapt zona de combustie; o parte a gazului combustiei, numită, în general, gaz primar, aici este insuflată prin intermediul unei grile de fluidizare situată la baza reactorului. Marea parte a restului gazului de combustie, numită gaz secundar, este injectată la mai multe nivele deasupra acestei grile, utilizarea unor astfel de nivele putând varia funcție de încărcătura reactorului (scoaterea unor nivele în cazul încărcării parțiale).

Viteza gazului de combustie în această zonă inferioară a reactorului rezultă din variația secțiunii sale și de aportul etajelor de gaz secundar, viteza căutată fiind practic aceeași cu cea din cazul zonei superioare. Aceasta cauzează o variație mare de concentrații în zona de combustie, din care derivă mai multe inconveniente:

- o combustie incompletă: conținutul în materii ncarse și oxizi de carbon poate fi mare la ieșirea din reactor pentru anumiți combustibili dificil de ars;

- un randament de desulfurare poate fi insuficient, antrenând necesitatea injectării unor cantități import ante de agent desulfurant;

- o limitare a supleței răspunsului la variațiile de încărcătură a reactorului, datorită necesității de a conserva viteza minimă a gazului pentru a menține un regim de fluidizare satisfăcător, această viteză fiind de ordinul a trei metri pe secundă.

Pentru a ameliora omogenitatea temperaturii și combustiei, adesea este necesară reducerea creșterii de materii solide prezente în reactor, ceea ce antrenează o mărire a consumului de energie pentru punerea lor în funcțiune.

Pentru a înlătura aceste inconveniente, se utilizează adesea o injectare de gaz secundar la diferite nivele, și se variază raportul debitelor de gaz primar și secundar în funcție de încărcarea reactorului. Dar nu se face o reglare a acestor factori decât într-o măsură limitată, deoarece alte criterii care trebuie să interzică se opun acestor variații:

- calitatea combustiei, ce necesită menținerea debitului;

- necesitatea de a menține o atmosferă reducătoare în partea de la baza reactorului (în partea inferioară a reactorului), pentru a reduce la minimum producerea de oxizi de azot;

- necesitatea de a mări excesul de gaz necesar combustiei, când încărcătura reactorului scade, pentru a evita creșterea în manieră foarte importantă a omogenizării concentrației în solide, totodată, încercând să se limiteze cât mai mult posibil producerea de oxizi de azot și de a nu se reduce sensibil randamentul termic al instalației.

Marea varietate de concentrații în zona de la bază, formând zona de combustie, este deci necorespunzătoare și trebuie căutată cea mai mare omogenitate a concentrațiilor între diferite nivele, care să amelioreze nu numai randamentul de combustie, ci, de asemenea, și consumul de energie necesar pentru fluidizare.

Așadar, patul fluidizat circulant nu poate să satisfacă această necesitate din cauza a două probleme particulare:

a) viteza gazului fluidizant în zona de combust ie este în legătură cu cea care a fost aleasă în zona superioară unde se efectuează schimbul caloric;

b) particulele solide sunt animate de mișcări descendente și ascendente, cum sunt reprezentate în fig. 1, schematic, și o mare cantitate de particule solide de slabă gianulometrie nu recad niciodată în vecinătatea grilei de fluidizare, ceea ce permite o stratificare granulometrică pe înălțimea reactorului și conduce acest reactor la funcționarea în zona inferioară cu particulele de dimensiuni (granulometrice) mai ridicate. Este evidentă, de exemplu, în primul metru pe înălțimea de deasupra grilei de fluidizare o concentrație la fel de ridicată ca cea din patul dens, ceea ce este costisitor din punctul de vedere al energiei și inutil pentru o bună combustie.

In această unică tehnică, alte brevete au adus anumite perfecționări în domeniul funcționării unui pat fluidizant circulant.

Brevetul SUA nr. 4594967 și brevetul spaniol EP nr. 0332360 prezintă o instalație cu un pat fluidizat dens de captare a materiilor prime la ieșirea patului fluidizat circulant, materiile astfel captate venind să diminueze pe cele captate în ciclonul clasic situat în aval de camera de expansiune, formând o zonă descendentă situată deasupra patului dens.

în aceste brevete se constată:

Patul fluidizat dens este situat la ieș irea din patul fluidizat circulant fie de partea acestuia (brevetul EP nr. 0 332360 pentru un reactor cu secțiune reclangulară plană și brevetul SUA nr. 4594967) fie direct deasupra acestuia (brevet EP nr. 0 332360 pentru un reactor de secțiune plană circulară).

- Ciclonul este situat fie în aval de camera de expansiune (brevet EP nr. 0 332360) fie după o incintă tubulară care este echipată cu schimbători de căldură ce scad temperatura gazului (brevetul SUA nr. 4594967) și care nu fac parte din patul fluidizat circulant, obiect al brevetului. în toate cazurile, materiile prelevate de patul fluidizat dens vin să diminueze pe cele recuperate în ciclu și nu schimbă cantitatea maximă de materii recirculante în patul fluidizat circulant.

- în aceste două brevete, camera de expansiune, situată în aval de zona unde este instalat patul fluidizat dens, nu prezintă caracteristicile fundamentale ale unui pat circulant (temperatura omogenă, viteza gazului ascendentă, concentrația în materii solide) care să permită utilizarea acestei zone pentru transferul căldurii amestecului gaz-solid la pereți conservând în același timp o temperatură omogenă și o agitare corespunzătoare a amestecului gaz-solid pentru producerea reacțiilor chimice.

Un alt brevet SUA nr. 4788919 prevede o divizare a reactorului în trei părți, două sau o singură cameră, limita de separare dintre fiecare din camere fiind realizată cu o cameră de expansiune sau secțiunea poate fi, cum s-a menționat, de patru ori mai importantă ca cea a reactorului, și viteza gazului nu este deci mai mare ca cea din a reactorului în pat fluidizat Această diminuare a vitezei permite o captare a materiilor prime în paturile fluidizate dense care diminuează drastic concentrația în materii în cele două camere următoare, superioare, ceea ce face ca funcționarea în pat fluidizat circulant să nu existe decât în camera inferioară, celelalte camere servind cu mărimea lor la captarea suplimentelor de materii prime în mică cantitate și la asigurarea răcirii complementare, ceea ce conduce acest reactor la privilegierea concepției cu o singură cameră și face brevetul oarecum asemănător cu brevetele SUA nr, 4594967 și EP 0 332360, adică instalația unui pat fluidizat dens la ieșirea din reactorul cu pat fluidizat circulant. Oricum, în cazul concepției cu mai multe camere, se menține aceeași viteză în acestea.

în concluzie, aceste brevete prezintă evoluțiile soluțiilor tehnice cunoscute a tipului de pat fluidizat circulant, a căror dezavantaje au fost prezentate mai sus.

Față de această tehnică ele se caracterizează prin o reducere a materiilor solide captate de cicloanele sau separatoarele respective, dar fără a se modifica profilul concentrației și presiunii, caracteristică a soluțiilor tehnice cunoscute denumite cu pat fluidizanl circulant.

Prezenta invenție are drept scop construirea unui dispozitiv de realizare a unei reacții în interiorul unei incinte între un gaz și material solid divizat, cuprinzând o structură nouă a patului fluidizat, prezentând o mai mare omogenitate a concentrațiilor în particule solide în partea de jos, cu o concentrație moderată în particule solide, în această zonă care formează, eventual, zona de combustie, și cu o viteză relativ importantă a gazului de fluidizare în această zonă inferioară.

Dispozitivul, conform prezentei invenții, este caracterizat prin aceea că reactorul este divizat în trei zone:

a) o zonă inferioară 1 a patului fluidiza t cu circulație rapidă, cu o viteză ascendentă medie a gazului de fluidizare, în carcasă liberă sau plină cu încărcătură cuprinsă între 4,8 și 12 m/s, înălțimea acestei zone fiind astfel, încât timpii de staționare a gazului în această zonă să fie cuprinși pentru cazul complet încărcată, între 0,25 și 4 s;

b) o zonă de secțiune superioară S2 a patului fluidizat cu circulație rapidă, având o viteză ascendentă V a gazului de fluidizare, în carcasa goală și în stare de completă încărcare, cuprinsă între 4 și 10 m/s, raportul acestei viteze față de cea a gazului de fluidizare în zona inferioară fiind cuprinsă între 1/2 și 1/0,5, înălțimea acestei zone fiind astfel aleasă, încât timpii de staționare a gazului de fluidizare în această zonă să fie cuprinși în plină încărcătură între 2 și 10 și concentrație P, la vârful zonei superioare a reactorului, fiind cel puțin egală cu 2 kg/m ’.

c) o zonă a patului fluidizat dens, cu viteza ascendentă a gazului de fluidizare în carcasa liberă și plină cu încărcătură, cuprinsă între 0,3 și 2,5 m/s, adiacentă părții superioare a zonei inferioare a patului fluidizat în circulație rapida și separată de un perete de aceasta, dispusă de maniera de a primi la rândul ei materialele solide divizate recăzute din zona superioară de-a lungul cel puțin a unuia dintre pereții săi, și materiilor solide provenind din partea superioară adiacentă zonei inferioare.

Acest dispozitiv cuprinde și cel puțin un element de reinjectare a materiilor solide divizate pornind din zona patului fluidizat dens spre baza zonei inferioare a patului fluidizat cu circulație rapidă, debitul de reinjectare a materiilor prime fin divizate pornind din zona patului fluidizat dens fiind superior unei cantități q = PxVxS?Datorită unei astfel de structuri se obține:

- o repartiție a temperaturii mai omogenă în reactor, cu diminuarea riscurilor aglomerării de particule solide;

- în cazul reactoarelor de combustie, o ameliorare a combustiei, prin diminuarea formării oxidului de carbon și solidelor necombustibile, mai ales pentru combustibilii dificili de ars, de exemplu cărbunii slabi și antracitul;

- o ameliorare a supleței reactorului prin scăderea șarjei minime admisibile, ceea ce face posibil printr-un raport ridicat între viteza gazului în încărcare totală, deci zona dc bază și viteza minimă necesară să se mențină un regim de fluidizare satisfăcător.

Invenția se poate aplica printre altele și la combustia materiilor cărbunoase.

Se descrie. în continuare, un exemplu de realizare cu referire la fig 1 ... 7 schematice din desenele anexate, dispozitive conforme prezentei invenții pentru combustia cărbunelui pulverulent, care reprezintă:

- fig 1, schemă de curgere a materiilor solide divizate în reactorul în pat fluidizat circulant de tip cunoscut:

- fig 2, dispozitiv, confonn invenției, cu paturi fluidizate circulante și pat fluidizat dens intermediar;

- fig3A si 3B, două secțiuni verticale cu unghi drept a zonei inferioare a unui reactor cu două paturi fluidizate dense laterale, fig. 3B fiind o secțiune după axa III B - III B a fig. 3A;

- fig 4A și 4B, două secțiuni verticale a zonei inferioare a unui reactor de tip cu trei paturi fluidizate dense, fig. 4B fiind o secțiune după axa IV B - IV B a fig. 4A.

- fig 5A și 5B, două secțiuni verticale ale zonei inferioare a unui reactor cu patru paturi fluidizate dense, fig. 5B fiind o secțiune după axa VB-VB a fig. 5A.

- fig 6A, 6B și 6C, dispunerea suprafețelor de schimb de căldură în cele două paturi dense ale reactorului, fig 6B și 6C fiind două variante ale unei singure secțiuni, după axa VI Β - VI B a fig. 6A.

- fig 7, profilul presiunilor în dispozitivul confonn prezentei invenții.

într-un astfel de dispozitiv profilul presiunilor, de-a lungul zonelor patului fluidizat circulant (zona superioară și zona inferioară), este ca cel indicat pe graficul din fig. 7. Concentrația în solide care se deduce din panta punctelor acestui profil prezintă o regiune de discontinuitate pe de o parte și pe de alta de deversare a patului fluidizat dens, caracteristică dispozitivului.

în fig. 1, corespunzătoare unei funcționări clasice a patului circulant, reacJO torul comportă o zonă inferioară 2 a secțiunii transversale și o zonă superioară paralelipipedică 3. Particulele solide se ridică deasupra grilei de fluidizare 4 spre partea de deasupra reactorului, conform desenului din fig. 1. după săgețile 5. Aceste particule tind să se îndepărteze de pereți și să rocadă spre bază. Totodată, o parte din aceste particule, cele mai fine, sunt reantrenate spre în sus, conform mișcărilor turbionare ca cele reprezentate de săgețile 6. Celelalte particule se apropie de perele și curg de-a lungul lui spre bază confonn săgeților 7.

în dispozitivul care face obiectul prezentei invenții, conform fig. 2, acesta este prevăzut cu zona inferioară cu o secțiune transversală 2 cu un pat circulant rapid deasupra grilei de fluidizare 4. Se injectează prin această grilă un gaz de fluidizare primar format din aer adăugat, eventual gazelor de combustie sau oxigenului, ce intră prin conducta 8. Combustibilul pulverulent, de exemplu cărbunele în suspensie în aer, este prin urmare introdus chiar deasupra acestei grile. Un gaz secundar, format, de asemenea, din aer, cu gaze de combustie sau oxigen, este injectat în zona inferioară a reactorului la trei nivele succesive 10, 11 și

12. Viteza gazului de fluidizare în partea goală și în partea încărcată poate varia de la 4,8 la 12 m/s, timpul de staționare a gazelor în situația reactorului plin poate varia de la 0,25 la 4 s.

Injectările de gaz secundar sunt conduse de o manieră astfel ca atmosfera să fie reducătoare în zona inferioară 2.

Deasupra acestei zone inferioare, un al doilea pat fluidizat cu circulație rapidă este stabilit, viteza gazului de fluidizare în partea goală căt și în cazul că aceasta este încărcata poate varia de la 4 la 10 m/s și timpii de staționare sunt cuprinși între 2 și 10 s.

De manieră cunoscută, gazele încărcate cu particule solide se evacuează prin vârful reactorului și trec la un ciclon de separare IA, de unde gazele debarasate de praf sunt evacuate prin conducta IB și particulele solide separate sunt recirculate la baza reactorului prin conducta IC.

Prin urmare, a fost constituit la ieșirea din zona de combustie a secțiunii drepte terminale Si, un pat fluidizat dens

13, reprezentat prin hașurări, separat de zona de combustie printr-un perete 13A, și deasupra unei grile de fluidizare

14, prin care este injectai gazul de fluidizare auxiliar introdus prin conducta 15.

Viteza gazului în situația fără încărcătură (liberă) și în situația cu încărcătură, în patul dens poate varia între 0,3m/sși 2,5 m/s. In majoritatea cazurilor combustia reziduală, eventual în acest pat dens este slabă, datorită faptului că este dispusă la ieșirea din zona de combustie a patului cu circulație rapidă, și conținutul rezidual în particule de cărbune este deja slabă. In cazul în care combustia în acest pat fluidizat dens este de importanță relevantă, datorită unui combustibil de proastă calitate de exemplu, se poate fie injecta gazele de combustie în duzele de injecție sub grila acestui pat dens de manieră de a minimaliza conținutul de oxigen în pat, fie din contră să se mărească conținutul de oxigen în această zonă pentru a-i mări combustia, ceea ce poate antrena prezența schimbătoarelor tubulare în acest pat

Conform invenției, un astfel de pat dens are, de preferință, o înălțime relativ mică, în general inferioară valorii de 1,5 m. Dar înălțimea sa poate crește dacă se dorește și să se instaleze un schimbător de căldură, de aproximativ 3 la 4 m.

Una din funcțiunile esențiale ale acestui pat fluidizat dens este de a capta o parte a particulelor solide care recad în zona de schimb de căldură, situată deasupra acestui pat fluidizat dens (săgețile?) și în egală măsură o parte din aceste particule solide care urcă din zona inferioară a reactorului, situată sub nivelul patului fluidizat dens (săgețile 16). Această captare de particule provenite din zona inferioară este datorată diminuării vitezei gazului ce le antrenează în zona superioară a reactorului. Trebuie, totodată, să se noteze că nici într-o parte a reactorului cât și în paturile fluidizate dense spre deosebire dc alte procedee, viteza gazului nu scade sub valoarea corespunzătoare funcționării în pal fluidizat circulant.

Particulele solide captate de patul fluidizat dens sunt dirijate prin conductele 17 până la baza reactorului, chiar deasupra grilei 4. Aceste conducte pot cuprinde un sifon alimentat la baza sa cu gaz fluidizat. In această manieră, un mare număr de particule solide de granulometrie mică sunt reținute la baza reactorului, sau ele nu vor fi niciodată deplasate în dispozitivele cunoscute. Concentrația de solide de acest tip în zona de combustie a reactorului este, deci, foarte mărită, în mod particular în regiunea superioară aproape de nivelul patului dens. Pe de altă parte, datorită simplului fapt al variației secțiunii ce rezultă din prezența patului dens, viteza gazului în zona inferioară 2 a reactorului este superioară celei existente în zona superioară 3 deasupra nivelului patului dens.

Se obține desigur, prin mărirea acestei viteze, o mai bună omogenizare a concentrației materiilor solide în zona inferioară a reactorului, aceasta asigurând o mai bună combustie. Valoarea voită a vitezei gazului în zona de combustie poate fi obținută prin o alegere a secțiunilor drepte Si și S2, Si fiind secțiunea dreaptă a zonei de combustie la nivelul patului fluidizat dens și S2 cea a zonei superioare reactorului, valoarea secțiunii drepte a patului fluidizat dens fiind deci egală cu S2-S1. Debitul ma teriilor solide în recirculare prin conductele 17 depinde, de asemenea, de acest raport al secțiunilor drepte, deoarece cu cât este mai mare viteza în zona de combustie cu atât mai importantă va fi mărimea debitului de particule solide la ieșirea din această zonă, și cum cantitatea de materii prime solide scade la baza zonei situată deasupra patului dens funcție de secțiunea dreaptă

S2, cu atât debitul de materii prime solide captate de patul fluidizat dens va fi mai importantă.

Alegerea secțiunii drepte a patului dens 13 (S2-S1) este deci un element important în dimensionarea reactorului, dispozitivului, conform prezentei invenții. Prin mărirea vitezei gazului și concentrației de materii solide în zona de combustie, se determină Î11 mare parte ameliorarea omogenității concentrațiilor ce se obțin în zona de combustie, față dc concentrațiile din patul fluidizat cunoscut.

In practică, se vor obține excelente rezultate în cazul dispozitivelor de combustie a cărbunelui pulverulent, alegând un raport al secțiunilor S2/S1 între 1, 21 și 2.

Fig. 3A și 3B reprezintă baza unui reactor prevăzut cu două paturi fluidizate dense 14A și 14B, la un nivel intermediar, și realizate prin conductele de recirculare 17A și 17B la baza zonei de combustie, deasupra grilei de fluidizare 4. Cu titlu de exemplu este schematizată în 17B conducta de reinjectare a solidelor divizate conținând un sifon alimentat la baza sa cu gaz de fluidizare. Se poate astfel obține mai ușor un raport S2/S1 ridicat, diferența (S1-S2) fiind egală cu suma secțiunilor drepte a celor două paturi fluidizate dense. Reactorul nu conține paturi fluidizate dense lângă fețele laterale 18 și 19 perpendiculare pe primele, conform planului de secțiune perpendiculară din fig. 3A (axa III B III B).

Fig. 4A și 4B reprezintă baza unui reactor cu trei paturi fluidizate dense, două 14A și 14B sub pereții 20 și 21 din fig. 4A și unul 14C sub peretele 22, perpendicular pe primele în planul secțiunilor perpendiculare din fig. 4A (axa IV B - IV B din această figură).

Fig. 5A și 5B reprezintă baza unui reactor cu patru paturi fluidizate dens, două 14A și 14B sub pereții 20 și 21 și două 14C și 14D sub pereții perpen14 diculari 22 și 23.

Fig. 6A reprezintă, schematic, suprafețele de schimb de căldură ale paturilor fluidizate dense. Conductele de schimb caloric sunt reprezentate de serpentinele 26 și 27. Sunt dispuse aproape în totalitate pe înălțimea paturilor fluidizate dense.

Fig. 6B este o variantă de aranjament a schimbătoarelor în paturile fluidizate dense din f ig- 6A, văzută în secțiune după axa VI B - VI B a acestei fig. 6A, cum numitele schimbătoare ocupă marea parte a lungimii paturilor fluidizate dense.

Fig. 6C este o a doua variantă de aranjare a schimbătoarelor de căldură în paturile fluidizate dense din fig 6A, văzută în secțiune după axa VI B - VI B din fig. 6A. In această variantă cele două paturi dense sunt împărțite fiecare în trei compartimente. Aceste compartimente extreme sunt ocupate de schimbătoare ca 26 și 28, și 27 și 29 și compartimentele centrale 30 și 31 sunt fără schimbătoare.

Toate compartimentele 26, 27, 28,

29. 30 și 31 sunt legate de mijloacele de reinjeclare 17 la baza reactorului, fiecare compartiment având mijlocul său de reinjectare. Mijloacele de reinjectare ale compartimentelor 30 și 31 nu sunt prevăzute cu mijloace de control ale debitului.

Ansamblul paturilor fluidizate dense, cum ar fi al celor din fig. 3 la 5 funcționează la șaija maximă a reactorului și participă la răcirea sa. La încărcături intermediare, este posibil să se controleze răcirea prin diferite, mijloace (oprirea sau modularea fluidizării, controlul debitului, prin diferite mijloace, de particule solide reinjectate în baza zonei inferioare), de maniera de a menține în reactor temperatura optimă la 850°C, asigurând cel mai bun randament de desulfurare. De fapt, când încărcarea reactorului scade, temperatura în reactor scade, datorită faptului că există o suprafață de răcire prea mare (prea importantă). Modularea sau suprimarea schimbului de căldură în o parte a compartimentelor paturilor dense permite diminuarea răcirii reactorului și conservarea temperaturii optime de combustie in o plaje de încărcături a reactorului mai mare, și ca urmare menținerea randamentului de desulfurare la o valoare ridicată.

Fig. 2, în particular, arată efectul celor doi factori, respectiv recircularea materiei solide la baza reactorului și viteza mărită în zona inferioară sau la locul combustiei, dispozitivul, conform prezentei invenții, permițând să se asigure un decuplaj (care nu există Ia reactoarele în pal fluidizat cunoscute) între zona superioară ai cărei pereți sunt constituiți din conducte de schimb de căldură, sau se poate face alegerea unei viteze optime de gaz pentru a se obține un schimb de căldură bun fără eroziunea tuburilor de schimbător, și zona inferioară de combustie unde se alege o viteză a gazului mai importantă și unde se asigură o concentrație mai omogenă în materii solide decât în paturile fluidizate circulante cunoscute. Dacă, de exemplu, se dorește o viteză de 6 m/s în zona superioară a reactorului, se poate opera cu o viteză cuprinsă între 7,2 și 12 m/s în zona inferioară a acestuia.

Astfel, dispozitivele de realizare a unei reacții dintre un gaz și un material solid divizat, descrise, cu referire la figurile reprezentând dispozitive de combustie pentru materii cărbunoase, cu răcirea reactorului prin peretele zonei superioare, constituită sau izolată cu conducte de schimb de căldură, dovedesc că invenția se aplică și la alte reacții exoterme și nu numai la combustie, deci la fel și la reacții endoterme, cum ar fi cele de la calcinarea aluminei, din momentul în care se dorește omogenizarea concentrațiilor în zona inferioară a unui reactor și operarea în această zonă cu viteze ridicate ce nu sunt convenabile în zona superioară. In cazul reacțiilor endoterme, zona superioară este evident lipsită de tuburi de schimb de căldură în contact direct cu materiile prime.

Claims (7)

1. Revendicări

   1. Dispozitiv de realizare a unei reacții exoterme sau endoterme, într-o incintă, între cel puțin un gaz și cel puțin un material solid divizau cuprinzând cel puțin un element de introducere a materialului solid divizau cel puțin un element de introducere a gazelor de fluidizare și de reacție, debitele respective de introducere a materialului solid divizat și a gazului de fluidizare, fiind cele ce permit stabilirea unei circulații ascendente rapide a gazului și a materialului solid divizat în reactor, mijloace pentru a trimite amestecul de gaz de reacție și material solid divizat, ce ajunge în partea superioară a reactorului, într-un organ de separare, mijloace pentru evacuarea gazului produs în reacție și mijloace pentru recircularea materialului solid divizat, provenind de la organul de separare, de la baza reactorului, caracterizat prin aceea că, reactorul este divizat în trei zone:

   a) o zonă inferioară (I), cu pat fluidizau cu circulație rapidă, la o viteză medie ascendentă a gazului de fluidizare, în varianta reactorului fără încărcătură și în varianta cu încărcătură, cuprinsă între 4.8 și 12 m/s, înălțimea acestei zone fiind astfel, încât timpul de staționare a gazului în această zonă inferioară, să fie cuprins în varianta reactorului complet încărcat între 0,25 și’4 s.

   b) o zonă superioară (II) de secțiune S2, cu pat fluidizat cu circulație rapidă, având viteza ascendentă V a gazului de fluidizare, în varianta fără încărcătură și în varianta cu încărcătură (reactorul cu încărcătură completă), cuprinsă între 4 și 10 m/s, raportul acestei viteze și cea a gazului de fluidizare din zona inferioară, fiind cuprins între 1/2 și 1/1,2, înălțimea acestei zone fiind astfel aleasă, încât timpii de staționare a gazului de fluidizare în această zonă, să fie cuprins pentru varianta cu încărcătură între 2 și 10, și concentrația P la cel mai înalt punct al zonei superioare a reactorului fiind egală cu 2 kg/nr;

   c) o zona (Iii) cu pal fluidizat dens (13), cu viteza ascendentă a gazului de fluidizare, în varianta fără și în varianta cu încărcătură, cuprinsă între 0,3 și 2,5 m/s, această zonă fiind adiacentă părții superioare a zonei inferioare (I) a patului fluidizat, cu circulația rapidă și separată de aceasta, zona (13) fiind dispusă de maniera de a primi în același timp, materialele solide divizate recăzute din zona superioară de a lungul cel puțin unuia din pereți, și a materiilor prime solide provenind din partea superioară adiacentă zonei inferioare, dispozitivul mai cuprinde cel puțin o conductă (17) de reinjectare a materiilor solide divizate, provenind de la zona patului fluidizat dens, către baza zonei inferioare a patului fluidizat cu circulație rapidă, debitul de reinjectare de materii solide fin divizate ce pleacă de la zona patului fluidizat dens, fiind mai mare față de o cantitate determinată, prin relația q = P x V x S2, raportul S2/S1, dintre secțiunea dreaptă (S2) a zonei superioare (3) și secțiunea (Si) a zonei inferioare (2), la nivelul zonei patului fluidizat dens (13), fiind cuprins între 1,20 și 2.
2. 2. Dispozitiv, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în variante constructive poate să cuprindă mai multe zone de paturi fluidizate dense (14A, 14B, 14C și 14D) dispuse sensibil la același nivel și, de preferință, decalate în jurul unui spațiu central.
3. 3. Dispozitiv, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, cuprinde în sau la zonele cu paturi fluidizate dense, organe de schimb de căldură (26, 27, 28 și 29) cu fluid de vaporizare și/sau reîncălzire.
4. 4. Dispozitiv, conform revendicărilor 1 la 3, caracterizat prin aceea că, cuprinde niște elemente (17, 17A, 17B) de evacuare în proporție reglabila a materialelor solide divizate, de unul sau mai multe compartimente ale zonei sau zonelor paturilor fluidizate dense.
5. 5. Dispozitiv, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că. cuprinde mijloace de reglare a temperaturii reactorului prin comanda fluidizării pe de o parte și pe de altă parte a patului fluid izat, dens.
6. 6. Dispozitiv, conform revendicărilor 1 la 5, caracterizat prin aceea că, conține în peretele zonei superioare a patului fluidizat cu circulație rapidă,, mijloace de schimb de căldură cu un fluid de vaporizare și/sau reîncălzire.
7. 7. Dispozitiv, conform uneia din revendicările 1 la 6, caracterizat prin aceea că, cuprinde duze de injectare (tuburi de aeraj) a unui gaz fluidizat, sub o grilă (4), dedesubtul zonei inferioare a patului fluidizat cu circulație rapidă și duze de injectare a acestui gaz, (10, 11, 12), la diferite nivele ale acestei zone inferioare.