WO2001029496A1 - Verfahren zum eintragen körniger feststoffe in einen unter überdruck stehenden behälter - Google Patents

Verfahren zum eintragen körniger feststoffe in einen unter überdruck stehenden behälter Download PDF

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WO2001029496A1
WO2001029496A1 PCT/EP2000/003895 EP0003895W WO0129496A1 WO 2001029496 A1 WO2001029496 A1 WO 2001029496A1 EP 0003895 W EP0003895 W EP 0003895W WO 0129496 A1 WO0129496 A1 WO 0129496A1
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chamber
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Rüdiger DEPPE
Klaus Kanschik
Andreas Orth
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Lurgi Ag
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    • F27D3/0033—Charging; Discharging; Manipulation of charge charging of particulate material
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    • B01J8/0015—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor
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    • F27D2099/0078—Means to minimize the leakage of the furnace atmosphere during charging or discharging
    • F27D2099/008—Using an air-lock

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing granular solids into a pressure vessel under a pressure of at least 2 bar, the solids first reaching an atmospheric pressure first vessel and then an underlying second vessel with variable pressure before they enter the pressure vessel are entered, and wherein the first and the second container each have a lower outlet channel and a movable slide interacting with the outlet channel.
  • Lock devices of this type which work with movable slides, are known and z. Described, for example, in U.S. Patent 5,584,970.
  • small amounts of gas always flow from the pressure vessel to the bottom Atmospheric pressure containers and from there into the atmosphere, which can be very disadvantageous in certain cases.
  • the invention is therefore based on the object of designing the method mentioned at the outset in such a way that solids can be introduced into the pressure vessel without significant material wear, without gases coming into the atmosphere in countercurrent to the solids.
  • the outlet end of the outlet channel is 20 to 400 mm above the slide in the closed position, that the slide in the closed position forms the bottom of an at least partially filled chamber that the chamber is gas-tightly connected to the outlet channel is and there is no gas tightness between the chamber and the slide, that the slide carries a solid bed in the closed position and there is a vertical solid column of at least 1 height in the outlet channel and in the container, and that in the closed position sealing gas from the outside into the chamber and into the Solid column is pressed.
  • This lock method is particularly suitable for hot solids, the z. B. with temperatures in the range of 300 to 1300 ° C in the first container.
  • the slide and at least partially also the chamber are expediently located in a slide housing which has the solids inlet for the container arranged underneath.
  • a slide housing which has the solids inlet for the container arranged underneath.
  • the solid bed in the chamber has a minimum height of 5 mm in the closed position, so that the area between the chamber edge and the slide is largely impermeable to gas.
  • the pressure in the pressure vessel is preferably in the range from 3 to 20 bar.
  • the gas in the pressure vessel can be of very different types. B. have a toxic effect or it can consist of at least 50 vol .-% of hydrogen, so that it must be prevented that it meets with the oxygen in the air.
  • Fig. 1 shows the flow diagram of the method and Fig. 2 shows the seal between two containers with different pressure.
  • the second container (20) has a variable pressure which can be adjusted to the atmospheric pressure of the first container (10) or the pressure in the container (30) as required.
  • the seal necessary between two containers with different pressure is explained with the aid of FIG. 2.
  • a horizontally movable slide (2), a discharge end (11) belonging to the container (10), a solid bed (14) and a sealing gas supplied through line (12) act together.
  • the slide (2) forms the bottom of the chamber (13) which is open at the bottom.
  • the solid bed (14) on the slide has a minimum height of 5 mm, so that it usually covers the gap between the chamber edge and the slide (2).
  • the vertical distance between the outlet end of the channel (11) and the slide (2) in the closed position is advantageously 20 to 400 mm and preferably at least 40 mm.
  • the lid area (13a) of the chamber (13) is connected to the outlet (11) in a gas-tight manner.
  • the line (12) mouths for the supply of sealing gas, for. B. nitrogen or C0 2 , which from the outside with A compressor (15) (see FIG. 1) is pressed into the chamber (13) through the open valve (12a).
  • sealing gas By means of this sealing gas, the pressure in the chamber (13) is set approximately to the pressure prevailing in the container (20) arranged underneath.
  • sealing gas flows from the line (12) through the chamber (13) and the solid bed (14) into the solid column and in the outlet channel (11) thence upwards through the solids in the container (10) and leaves the container (10) through a vent line (16).
  • the height of the solid column in the outlet channel (11) and in the container (10) is at least 1 m and usually at least 2 m.
  • the necessary height of the solid column depends on the pressure difference between the chamber (13) and the upper area of the container (10).
  • the chamber (13) belonging to the slide (3) also has a sealing gas line (12) with an associated compressor (15a).
  • the second container (20) is provided with a lockable vent line (27).
  • Granular solids are transferred from the inlet opening (1) to the bunker (30) as follows, assuming that the bunker already contains a certain amount contains solids, that the slide (3) is in the closed position (see Fig. 1), that the container (20) in the region of its outlet channel (21) contains a solid column of at least 1 m in height, that sealing gas through the line ( 12), coming from the compressor (15a), flows into the chamber (13) and flows upward through the solid column in the channel (21) before it leaves the container (20) through the open line (27).
  • the pressure in the container (20) at this moment is 1 bar and is equal to the pressure in the container (10), the slide (2) is open and solids from the first container (10) flow into the second container (20).
  • each outlet channel (11) and (21) are 2 rrt long and have a diameter of 400 mm.
  • a minimum height of the solid column of 3 m is ensured in each outlet channel with the associated container (10) or (20).
  • the distance between the slide (2) and the outlet end of the channel (11) is 100 mm, and the minimum height of the
  • Solid bed on the slide (2) is 20 mm; the same applies to the container (10) with its outlet channel
  • Nitrogen is used as the sealing gas, which is fed into the chamber (13) at a pressure of 4.4 bar if it is to act as a seal.
  • the containers (10) and (20) are provided with fill level indicators known per se.
  • 8 m hot iron ore is passed through the two containers (10) and (20) into the bunker (30).
  • the bunker (30) contains a hot gas mixture consisting of 80 vol.% Hydrogen, 12 vol.% Water vapor and 8 vol.% Nitrogen, which also temporarily flows into the container (20). Before the container (20) is filled, it is therefore rendered inert by flushing with nitrogen, the valve (27a) being closed and the valve (29) being open.

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Abstract

Zunächst werden die Feststoffe in einen unter Atmosphärendruck stehenden ersten Behälter (10) und dann in einen darunter angeordneten zweiten Behälter (20) mit variablem Druck gelangen, bevor sie in den Druckbehälter eingetragen werden. Der erste und der zweite Behälter weisen jeweils einen unteren Auslaufkanal (11) und einen mit dem Auslaufkanal zusammenwirkenden, bewegbaren Schieber (2) auf. Das Auslaufende des Auslaufkanals (11) befindet sich 20 bis 400 mm über dem Schieber (2) in der Schließposition, der Schieber bildet in der Schließposition den Boden einer mindestens teilweise mit Feststoffen gefüllten Kammer (13). Die Kammer ist gasdicht mit dem Auslaufkanal verbunden, und es besteht keine Gasdichtigkeit zwischen der Kammer und dem Schieber. Der Schieber trägt in der Schließposition eine Feststoffschüttung (14), eine vertikale Feststoffsäule von mindestens 1 m Höhe besteht im Auslaufkanal (11) und im Behälter (10). In der Schließposition wird Sperrgas (12) von außen in die Kammer und in die Feststoffsäule gedrückt.

Description

Verfahren zum Eintragen körniger Feststoffe in einen unter
Überdruck stehenden Behälter
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eintragen körniger Feststoffe in einen unter einem Druck von mindestens 2 bar stehenden Druckbehälter, wobei die Feststoffe zunächst in einen unter Atmosphärendruck stehenden ersten Behälter und dann in einen darunter angeordneten zweiten Behälter mit variablem Druck gelangen, bevor sie in den Druckbehälter eingetragen werden, und wobei der erste und der zweite Behälter jeweils einen unteren Auslaufkanal und einen mit dem Auslaufkanal zusammenwirkenden bewegbaren Schieber aufweist .
Schleusenvorrichtungen dieser Art, die mit bewegbaren Schiebern arbeiten, sind bekannt und z. B. im US-Patent 5 584 970 beschrieben. Hierbei strömen jedoch stets geringe Mengen an Gas vom Druckbehälter bis zum unter Atmosphärendruck stehenden Behälter und von dort in die Atmosphäre, was in bestimmten Fällen sehr nachteilig sein kann. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß ohne nennenswerten Materialverschleiß Feststoffe in den Druckbehälter eingetragen werden können, ohne daß Gase im Gegenstrom zu den Feststoffen in die Atmosphäre gelangen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich das Auslaufende des Auslaufkanals 20 bis 400 mm über dem Schieber in der Schließposition befindet, daß der Schieber in der Schließposition den Boden einer mindestens teilweise mit Feststoffen gefüllten Kammer bildet, daß die Kammer gasdicht mit dem Auslaufkanal verbunden ist und keine Gasdichtigkeit zwischen der Kammer und dem Schieber besteht, daß der Schieber in der Schließposition eine Feststoffschüttung trägt und eine vertikale Feststoffsäule von mindestens 1 Höhe im Auslaufkanal und im Behälter besteht, und daß in der Schließposition Sperrgas von außen in die Kammer und in die Feststoffsäule gedrückt wird. Dieses Schleusverfahren ist insbesondere auch für heiße Feststoffe geeignet, die z. B. mit Temperaturen im Bereich von 300 bis 1300°C in den ersten Behälter gegeben werden.
Zweckmäßigerweise befinden sich der Schieber und mindestens teilweise auch die Kammer in einem Schiebergehäuse, welches den FeststoffZulauf für den darunter angeordneten Behälter aufweist . Üblicherweise sorgt man dafür, daß die Feststoffschüttung in der Kammer in der Schließposition eine Mindesthöhe von 5 mm hat, damit der Bereich zwischen dem Kammerrand und dem Schieber weitgehend gasundurchlässig wird.
Der Druck im Druckbehälter liegt vorzugsweise im Bereich von 3 bis 20 bar. Das Gas im Druckbehälter kann von ganz unterschiedlicher Art sein, es kann z. B. toxische Wirkung haben oder es kann zu mindestens 50 Vol.-% aus Wasserstoff bestehen, so daß man verhindern muß, daß es mit dem Sauerstoff der Luft zusammentrifft.
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 das Fließschema des Verfahrens und Fig. 2 die Abdichtung zwischen zwei Behältern mit unterschiedlichem Druck.
Gemäß Fig. 1 werden körnige, rieselfähige Feststoffe kontinuierlich oder diskontinuierlich von oben durch den Einlaß (1) in den ersten Behälter (10) gegeben, von wo aus sie bei geöffnetem Schieber (2) in den zweiten Behälter (20) fallen. Wenn dessen Schieber (3) geöffnet ist, fallen die Feststoffe zunächst in einen Vorratsbunker (30) , der denselben Überdruck wie ein nachfolgender Reaktor (40) aufweist, der nur teilweise dargestellt ist. Der Bunker (30) ermöglicht es, daß Feststoffe, die von oben diskontinuierlich in den Bunker (30) gelangen, aufgrund des Feststoffvorrats im Bunker (30) kontinuierlich durch eine Förderschnecke (31) in den Reaktor (40) eingetragen werden können. Der Druck im Bunker (30) und im Reaktor (40) betragt mindestens 2 bar und üblicherweise 3 bis 20 bar, doch kann er auch noch hoher sein.
Der zweite Behälter (20) weist einen variablen Druck auf, der je nach Bedarf auf den Atmospharendruck des ersten Behalters (10) oder den Druck im Behälter (30) eingestellt werden kann. Die zwischen zwei Behältern mit unterschiedlichem Druck notige Abdichtung wird mit Hilfe der Fig. 2 erläutert. Hierbei wirken ein horizontal bewegbarer Schieber (2), eine das Auslaufende eines zum Behalter (10) gehörenden Auslaufkanals (11), eine Feststoffschüttung (14) und ein durch die Leitung (12) zugefuhrtes Sperrgas zusammen. In der in Fig. 2 dargestellten Schließposition bildet der Schieber (2) den Boden der darüber befindlichen, unten offenen Kammer (13) . Zwischen dem unteren Rand der Kammer (13) und dem Schieber (2) besteht ein geringer Abstand üblicherweise im Bereich von 0,2 bis 2 mm, so daß sich der Schieber (2), ohne die Kammer (13) zu berühren, hin und her bewegen läßt. Die Feststoffschüttung (14) auf dem Schieber hat eine Mindesthohe von 5 mm, so daß sie üblicherweise den Abstandsspalt zwischen dem Kammerrand und dem Schieber (2) abdeckt. Der vertikale Abstand zwischen dem Auslaufende des Kanals (11) und dem Schieber (2) in der Schließposition betragt zweckmäßigerweise 20 bis 400 mm und vorzugsweise mindestens 40 mm. Der Deckelbereich (13a) der Kammer (13) ist gasdicht mit dem AusJauf anal (11) verbunden. Im Deckelbereich mundet die Leitung (12) für die Zufuhr von Sperrgas, z. B. Stickstoff oder C02, welches von außen mit Hilfe eines Kompressors (15) (vergleiche Fig. 1) durch das geöffnete Ventil (12a) in die Kammer (13) gedrückt wird. Durch dieses Sperrgas wird der Druck in der Kammer (13) etwa auf den Druck eingestellt, wie er im darunter angeordneten Behälter (20) herrscht.
Da im oberen Bereich des Behälters (10) , der teilweise mit Feststoffen gefüllt ist, Atmosphärendruck herrscht, strömt Sperrgas von der Leitung (12) durch die Kammer (13) und die Feststoffschüttung (14) in die im Auslaufkanal (11) befindliche Feststoffsäule und von da aufwärts durch die im Behälter (10) befindlichen Feststoffe nach oben und verläßt den Behälter (10) durch eine Entlüftungsleitung (16) . Um diesen Strom des Sperrgases zu drosseln, ist es wichtig, daß die Höhe der Feststoffsäule im Auslaufkanal (11) und im Behälter (10) mindestens 1 m und üblicherweise mindestens 2 m beträgt. Die notwendige Höhe der Feststoffsäule richtet sich nach der Druckdifferenz zwischen der Kammer (13) und dem oberen Bereich des Behälters (10) . Beim Betrieb der Schleusenvorrichtung ist dafür zu sorgen, daß eine gewisse Mindesthöhe der Feststoffsäule nicht unterschritten wird. Diese Mindesthöhe wird man im Einzelfall durch einen Probebetrieb ermitteln. Auch kann es sich empfehlen, die Feststoffsäule stets bis zum sich erweiternden Teil des Behälters (10) zu halten, wie das in Fig. 1 durch die punktierte Linie (17) angedeutet ist. Durch die Erweiterung des horizontalen Querschnitts in diesem Bereich wird die Geschwindigkeit des aufwärts strömenden Sperrgases reduziert und so einer Auflockerung entgegengewirkt. Dies verbessert die Sperrwirkung der Feststoffsäule . Das zur Abdichtung zwischen dem ersten Behälter (10) und dem darunter befindlichen zweiten Behälter (20) zusammen mit Fig. 2 Erläuterte gilt ebenso für die Abdichtung zwischen dem zweiten Behälter (20) und dem Vorratsbunker (30) mit dem dort angeordneten Schieber (3) . Sowohl der Schieber (2) als auch der Schieber (3) befinden sich in einem Schiebergehäuse (18), dessen Deckelbereich (18a) mit der Kammer (13) gasdicht verbunden ist und das einen FeststoffZulauf (18b) für den darunter befindlichen Behälter aufweist. Der jeweilige Schieber (2) oder (3) kann durch eine Stange (19), die abgedichtet durch das Gehäuse (18) geführt ist, horizontal hin und her bewegt werden, wie das durch den Doppelpfeil (22) angedeutet ist. Für die Abdichtung zwischen dem Gehäuse (18) und der Stange (19) eignet sich z. B. eine Stopfbuchspackung.
Die zum Schieber (3) gehörende Kammer (13) weist ebenfalls eine Sperrgasleitung (12) mit zugehörigem Kompressor (15a) auf. Zwischen dem Bunker (30) und dem darüber befindlichen Behälter (20) besteht eine Druckausgleichsleitung (24) mit Ventil (25), und an die Leitung (24) ist eine weitere Druckausgleichsleitung (26) mit Ventil (29) angesetzt, welche den Druckausgleich zwischen den Behältern (10) und (20) herstellt. Der zweite Behälter (20) ist mit einer absperrbaren Entlüftungsleitung (27) versehen.
Körnige Feststoffe werden folgendermaßen von der Einlaßöffnung (1) in den Bunker (30) überführt, wobei davon ausgegangen wird, daß der Bunker bereits eine gewisse Menge an Feststoffen enthält, daß sich der Schieber (3) in der Schließposition (vergleiche Fig. 1) befindet, daß der Behälter (20) im Bereich seines Auslaufkanals (21) eine Feststoffsäule von mindestens 1 m Höhe enthält, daß Sperrgas durch die Leitung (12), vom Kompressor (15a) kommend, in die Kammer (13) einströmt und aufwärts durch die Feststoffsäule im Kanal (21) strömt, bevor sie den Behälter (20) durch die geöffnete Leitung (27) verläßt. Der Druck im Behälter (20) beträgt in diesem Moment 1 bar und ist gleich dem Druck im Behälter (10), der Schieber (2) ist geöffnet und Feststoffe aus dem ersten Behälter (10) fließen in den zweiten Behälter (20) .
Wenn die Feststoffüllung im Behälter (20) die gewünschte Höhe erreicht hat, wird der darüber befindliche Schieber (2) geschlossen und der Behälter (10) mit Feststoffen weitgehend gefüllt. Wenn die Feststoffsäule im Kanal (11) und Behälter (10) die notwendige Höhe erreicht hat, wird Sperrgas vom Kompressor (15) durch die Leitung (12) in die Kammer (13) und gleichzeitig auch durch die Leitung (28) und das geöffnete Ventil (28a) in den Behälter (20) gedrückt. Dabei ist das Ventil (27a) der Entlüftungsleitung (27) und auch das Ventil (29) der Druckausgleichsleitung (26) geschlossen. Wenn der Druck im Behälter (20) den Druck im Bunker (30) erreicht hat, kann der Schieber (3) geöffnet werden, wobei man gleichzeitig das Ventil (25) öffnet, um Druckausgleich zwischen dem Bunker (30) und dem Behälter (20) herzustellen. Wenn die gewünschte Menge an Feststoffen in den Bunker (30) abgeflossen ist, wird der Schieber (3) wieder geschlossen und der Druck im Behälter (20) wieder auf Atmosphärendruck reduziert, wobei man das Entlüftungsventil (27a) öffnet. Während dieser Zeit wird Sperrgas durch den Kompressor (15a) und die Leitung (12) kontinuierlich in die Kammer (13) und in die Feststoffsäule des Auslaufkanals (21) gegeben. Der Schleusvorgang kann nun periodisch fortgesetzt werden.
Beispiel :
Durch die Schleusenvorrichtung gemäß der Zeichnung mit zugehöriger Beschreibung werden 200 t/h heißes Eisenerz mit einem Kornspektrum zwischen 0 und 2 mm und einer Temperatur von 850°C in einen Reduktionsreaktor (40) eingespeist, in welchem ein Druck von 4 bar herrscht. Die Behälter (10) und
(20) haben jeweils ein Fassungsvermögen von 9 m3, ihre Auslaufkanäle (11) und (21) sind 2 rrt lang und haben einen Durchmesser von 400 mm. In jedem Auslaufkanal mit zugehörigem Behälter (10) oder (20) sorgt man für eine Mindesthöhe der Feststoffsäule von 3 m. Der Abstand zwischen dem Schieber (2) und dem Auslaufende des Kanals (11) beträgt 100 mm, und die Mindesthöhe der
Feststoffschüttung auf dem Schieber (2) beträgt 20 mm; das gleiche gilt für den Behälter (10) mit seinem Auslaufkanal
(21) und dem zugehörigen Schieber (3) . Als Sperrgas wird Stickstoff verwendet, das mit einem Druck von 4,4 bar in die Kammer (13) geleitet wird, wenn diese abdichtend wirken soll. Die Behälter (10) und (20) sind mit an sich bekannten Füllstandsanzeigen versehen. Innerhalb von 5 Minuten werden 8 m heißes Eisenerz durch die beiden Behälter (10) und (20) hindurch in den Bunker (30) geschleust. Der Bunker (30) enthält neben dem Erzvorrat ein heißes Gasgemisch bestehend aus 80 Vol.-% Wasserstoff, 12 Vol.-% Wasserdampf und 8 Vol.-% Stickstoff, das zeitweilig auch in den Behälter (20) einströmt. Vor dem Auffüllen des Behälters (20) wird er deshalb durch Spülen mit Stickstoff inertisiert, wobei das Ventil (27a) geschlossen und das Ventil (29) geöffnet ist.

Claims

Patentansprüche
1.Verfahren zum Eintragen körniger Feststoffe in einen unter einem Druck von mindestens 2 bar stehenden Druckbehälter, wobei die Feststoffe zunächst in einen unter Atmosphärendruck stehenden ersten Behälter und dann in einen darunter angeordneten zweiten Behälter mit variablem Druck gelangen, bevor sie in den Druckbehälter eingetragen werden, und wobei der erste und der zweite Behälter jeweils einen unteren Auslaufkanal und einen mit dem Auslaufkanal zusammenwirkenden, bewegbaren Schieber aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Auslaufende des Auslaufkanals 20 bis 400 mm über dem Schieber in der Schließposition befindet, daß der Schieber in der Schließposition den Boden einer mindestens teilweise mit Feststoffen gefüllten Kammer bildet, daß die Kammer gasdicht mit dem Auslaufkanal verbunden ist und keine Gasdichtigkeit zwischen der Kammer und dem Schieber besteht, daß der Schieber in der Schließposition eine Feststoffschüttung trägt und eine vertikale Feststoffsäule von mindestens 1 m Höhe im Auslaufkanal und im Behälter besteht, und daß in der Schließposition Sperrgas von außen in die Kammer und in die Feststoffsäule gedrückt wird.
2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schieber und mindestens teilweise auch die Kammer in einem Schiebergehäuse befinden, welches den FeststoffZulauf für den darunter angeordneten Behälter aufweist .
3.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffschüttung in der Kammer eine Mindesthöhe von 5 mm hat .
4.Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckbehälter 3 bis 20 bar beträgt.
5.Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im Druckbehälter zu mindestens 50 Vol.-% aus Wasserstoff besteht.
6.Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten Behälter zugeführten Feststoffe Temperaturen im Bereich von 300 bis 1300°C aufweisen.
PCT/EP2000/003895 1999-10-18 2000-04-29 Verfahren zum eintragen körniger feststoffe in einen unter überdruck stehenden behälter WO2001029496A1 (de)

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