WO2007079939A1 - Verteilerboden - Google Patents

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WO2007079939A1
WO2007079939A1 PCT/EP2006/012292 EP2006012292W WO2007079939A1 WO 2007079939 A1 WO2007079939 A1 WO 2007079939A1 EP 2006012292 W EP2006012292 W EP 2006012292W WO 2007079939 A1 WO2007079939 A1 WO 2007079939A1
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wall
openings
distributor
distributor base
reactor
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WO2007079939A8 (de
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Franz Hauzenberger
Karl Zehetbauer
Jun Hyuk Lee
Myoung Kyun Shin
Won Namkung
Minyoung Cho
Sun-Kwang Jeong
Nag Joon Choi
Hang Goo Kim
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Siemens Vai Metals Technologies Gmbh & Co
Posco
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Priority to EP06829773A priority patent/EP1962998A1/de
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Priority to US12/158,826 priority patent/US8221674B2/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/44—Fluidisation grids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0033—In fluidised bed furnaces or apparatus containing a dispersion of the material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/02—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B15/10—Arrangements of air or gas supply devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00245—Avoiding undesirable reactions or side-effects
    • B01J2219/00247—Fouling of the reactor or the process equipment

Definitions

  • the invention relates to a distributor plate, in particular a nozzle distributor plate, for the uniform introduction of, in particular charged with solid particles, process gas, optionally to form a fluidized bed, in a arranged above the distributor tray process space formed by reactor walls of a reactor for metallurgical, especially thermal, treatment of feedstocks wherein the distributor bottom has a plurality of openings.
  • Manifold bases are used for the controlled introduction or distribution of a process gas into a reactor.
  • Such reactors operate e.g. according to the principle of the fluidized bed, wherein a process gas stream mostly lumpy Good, which is to be processed in the reactor, holds in a fluidized bed.
  • the object of the invention is achieved according to the characterizing part of claim 1.
  • Sticking is a problem especially in the reactor in areas of lower flow velocity, since there is little fluidizing and therefore little impulse is available for breaking up solid-solid bridges. Frequently, the caking in the region of the distributor plate occur on the reactor walls.
  • the openings close to the wall are arranged at a distance from the reactor walls such that their center distance is in each case at most 1 to 10 times, in particular 2 times, the opening diameter. Under wall near a range of about 5 to 20% of the diameter is measured from the outer edge understood. Compared to the prior art, the openings are thus positioned much closer to the reactor walls.
  • a special embodiment of the distributor base according to the invention provides that the ratio of the distance of the central axis of a wall-near opening from the central axis of the distributor base, based on the radius of the distributor base, is 0.9-1. This special embodiment allows an advantageous flow and thus formation of a fluidized bed.
  • the openings close to the wall are arranged circularly in 1 to 5, in particular 3, circles.
  • the special shape of the arrangement allows in particular in reactors with round cross-sections an advantageous flow or the entry of process gas into the reactor. In this way wall-near areas of the distribution floor without openings can be avoided and areas which tend to caking can be excluded.
  • the openings per circle can be arranged at equal distances from the wall.
  • the angular position of the openings in each of the circles can be varied according to the flow adjustment needs.
  • this arrangement of the openings for reactors that have no round but eg a square cross-section.
  • the openings near the wall in FIGS. 1 to 5, in particular in FIG. 2 are arranged parallel to an inner reactor wall.
  • This embodiment is found especially in reactors with e.g. angular cross-section application.
  • the inventive arrangement the flow conditions can be advantageously adjusted.
  • At least one of the near-wall openings is arranged in alignment with at least one of the reactor walls.
  • the arrangement of the near-wall openings is such that an alignment of the axis of the opening with the nearest reactor wall is given, so that the axis of the opening is at least parallel to the wall.
  • a particular embodiment of the distributor floor according to the invention provides that at least one of the wall-near openings encloses an angle of ⁇ 15 °, preferably ⁇ 5 °, with at least one of the reactor walls.
  • flows can be directed relative to at least one of the walls and caking can be selectively prevented
  • the openings are at least partially arranged on circles, wherein the openings of at least two circles are circumferentially offset from each other, in particular such that the openings of a next inner circle between the openings of the outer circle. Due to the radial distribution of the openings, an even more uniform distribution of the process gas can be achieved.
  • the number of near-wall openings per unit area at the edge region of the distributor base is greater than that of the wall-distant openings per unit area at the wall-remote region of the distributor base. Due to the larger number of openings in the the area of the reactor walls, it is possible to influence the flow situation so that caking can be effectively avoided. In particular, caking in critical areas of a reactor, such as in corners, can be avoided by the locally larger number of openings and the local flow situation can be improved accordingly.
  • the near-wall openings have a larger diameter relative to the openings remote from the wall, preferably by 10 to 50%, in particular 20%, larger diameter, so that more process gas can be introduced in the areas close to the wall.
  • a larger diameter relative to the openings remote from the wall preferably by 10 to 50%, in particular 20%, larger diameter, so that more process gas can be introduced in the areas close to the wall.
  • At least one of the wall-near openings is arranged inclined parallel to one of the reactor walls and / or relative to the normal on the distributor base at an angle of ⁇ 15 °, preferably ⁇ 5 °.
  • the openings can be tilted to initiate a targeted, with respect to the main flow direction of the process gas inclined flow relative to the normal to the distributor tray. Again, this measure sets a targeted near-wall flow and thus prevents caking.
  • the inclination is aligned in the radial direction, so that the openings can be directed against at least one of the walls or directed away from it.
  • the opening diameter, the gas pressure and the spatial position of the process gas jet, which form when exiting the openings can be determined. Due to the additional flow component in the transverse direction, the flow can be influenced or optimized even more flexible.
  • At least one of the openings close to the wall is oriented relative to the reactor wall such that the reactor wall is hit by the process gas jet formed at the opening at the calculated penetration depth.
  • At least one of the openings close to the wall is oriented relative to the reactor wall in such a way that the reactor wall is hit by the process gas jet formed at the opening at 70-130%, preferably 90-110%, of the calculated penetration depth , It has been shown from operating experiments that an optimal operating state is achieved with this specific process control.
  • the wall-near openings are aligned differently than the openings remote from the wall. Due to the uneven alignment of near-wall or remote openings, the influence of the reactor walls on the forming flow situation can be specifically influenced. Above all, this makes it possible to set special flow situations, so that reactors can also be improved or optimized in the event of caking by means of an adapted distributor tray.
  • a possible arrangement of the openings could provide an orientation against the reactor walls for the near-wall openings, while the nozzles remote from the wall can be aligned normally on the distributor floor.
  • An advantageous embodiment of the distributor base according to the invention provides that at least one of the openings has a position-adjustable nozzle.
  • a nozzle By installing a nozzle, it is possible to set the flow situation at the opening even more targeted.
  • the flow at the nozzle and thus the jet formed at the nozzle can be set independently of the distributor plate itself.
  • the nozzle can be made of a different material than the distributor base and thus made more cost-effective and adapted to the process.
  • the position of the nozzle ie the axis of the nozzle relative to the distributor base, the flow situation can be adjusted in a targeted manner, whereby the flow on the reactor walls can be determined even more precisely and caking in the nozzle and guide tube region can be avoided.
  • the position adjustable nozzle comprises a guide tube, wherein the inner diameter of the guide tube is 1 to 10 times, preferably 2 to 7 times, of the smallest nozzle diameter is.
  • the guide tube Through the guide tube, the flow to the nozzle is stabilized and thus achieved a further improvement. Due to the large dimensioning of the guide tube compared to the nozzle, a very good flow and an undisturbed flow at the nozzle can be ensured.
  • the use of a guide tube can limit the range of high speeds to a relatively small range by using a short nozzle. This caking can be avoided.
  • servicing the distributor tray such as e.g. When replacing a nozzle, this work does not take place directly at the distributor bottom, but at the guide tube, so that a longer service life can be achieved for the distributor plate.
  • the length of the guide tube corresponds to at least 70% of the thickness of the distributor base.
  • the length of the guide tube can the structural conditions, such. be adapted to the distributor base construction and, where appropriate, their Tragre- construction, so that the desired flow situation can be adjusted.
  • the guide tube is made of refractory material, so that long service life can be achieved even in processes with high thermal stress.
  • the nozzle axis is arranged inclined relative to the axis of the guide tube and / or to the opening in the distributor base.
  • This arrangement allows e.g. a straight flow through the process gas in the guide tube. Due to the inclination of the nozzle axis relative to the axis of the guide tube, the flows at the respective nozzles and thus the layers of process gas jets can be advantageously adapted. Any flow patterns are adjustable with it.
  • the guide tube has a kink.
  • This design allows the use of a nozzle in the first straight part of the guide tube, wherein the axis of the further straight part is usually normal on the distributor base. Again, the spatial position of the nozzle can be advantageously adjusted by the measure.
  • An advantageous embodiment of the distributor plate according to the invention provides that the nozzle has a substantially cylindrical or conical nozzle opening. Both nozzle shapes are characterized by a simple shape and are therefore inexpensive to manufacture. In addition, these basic shapes allow adaptation to the process conditions in the process space, so that the process gas jets are adjustable with regard to their shape and turbulence and thus with regard to penetration depth.
  • the nozzle is made of metal.
  • Metal nozzles have proven to be inexpensive and mechanically stable and proven in operating tests. In addition, they are easy to work.
  • the nozzle is connected to the distributor base or to the guide tube by means of a welded connection or via a flange.
  • Fig. 1 shows the distributor tray according to the invention schematically in plan view
  • Fig. 2 shows the distributor tray according to the invention equipped with nozzles in view in a reactor.
  • Fig. 3 shows the distributor tray according to the invention equipped with nozzles and guide tubes in view in a reactor
  • Fig. 4 shows an arrangement of the distributor plate in a reactor
  • Fig. 5 shows the distributor tray according to the invention in a special embodiment
  • FIG. 1 shows a distributor floor in plan view.
  • the openings 5, 6 or the built-in nozzles and guide tubes in the distributor base are indicated only schematically by small circles.
  • the reactor is of circular shape.
  • the arrangement of the near-wall openings 5 takes place here on a circle 8, so that the near-wall Openings 5 all have the same distance from the reactor wall.
  • the arrangement of the near-wall openings can also take place in more than one circle 8, wherein these circles are each arranged concentrically with respect to the reactor center.
  • the wall-distant openings 6 can be arranged both in a different pattern and in a different number per unit area of the wall-distant distributor base. To optimize the flow, the arrangement of all openings can be adapted to the reactor or the process.
  • FIG. 1 also shows the geometric orientation of a cylindrical nozzle 7 close to the wall, wherein the direction X represents a radial jet.
  • the inclination angle of the nozzle ⁇ can be adjusted as needed.
  • Fig. 2 shows the distributor tray according to the invention arranged in a reactor in a sectional view in view.
  • the reactor is indicated by its reactor walls 4.
  • the inventive design of the distributor tray 1 prevents deposits on the distributor tray 1 and on the reactor walls 4.
  • the nozzles 7 can be inclined with respect to their axis or used parallel to the normal to the distributor base 1.
  • the inventive arrangement of the near-wall nozzles which may also be directed against the reactor wall 4, which are not shown in detail in FIG.
  • nozzles 7 are indicated with the guide tubes 8 in the distributor tray 1.
  • a guide tube is indicated with a bend 9 so that the flow to the nozzle 7 and the direction of the process gas jet can be adjusted accordingly.
  • the distributor plate 1 is arranged with openings in a reactor 10, wherein the reactor walls 4 are guided over the distributor plate relative to this inclined.
  • Fig. 5 is a special embodiment of the distributor base 1, wherein the near-wall openings 5 are arranged in rows.
  • the near-wall openings 5 are arranged in a region having a radius greater than X and smaller than the reactor internal diameter R of the central axis C.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verteilerboden 1, insbesondere einen Düsenverteilerboden, zur gleichmäßigen Einleitung von, insbesondere mit Feststoffteilchen beladenem, Prozessgas, gegebenenfalls zur Bildung einer Wirbelschicht, in einen über dem Verteilerboden angeordneten Prozessraum 3, gebildet durch Reaktorwände 4 eines Reaktors zur metallurgischen, insbesondere thermischen, Behandlung von Einsatzstoffen, wobei der Verteilerboden eine Vielzahl an Öffnungen aufweist. Durch eine wandnahe Anordnung von Öffnungen im Verteilerboden können Anlagerungen an Reaktorwänden vermieden werden. Spezielle Anordnungen betreffen Düsen und Führungsrohre.

Description

Verteilerboden
Die Erfindung betrifft einen Verteilerboden, insbesondere einen Düsenverteilerboden, zur gleichmäßigen Einleitung von, insbesondere mit Feststoffteilchen beladenem, Prozessgas, gegebenenfalls zur Bildung einer Wirbelschicht, in einen über dem Verteilerboden angeordneten Prozessraum, gebildet durch Reaktorwände eines Reaktors zur metallurgischen, insbesondere thermischen, Behandlung von Einsatzstoffen, wobei der Verteilerboden eine Vielzahl an Öffnungen aufweist.
Verteilerböden dienen der gesteuerten Einleitung bzw. Verteilung eines Prozessgases in einen Reaktor. Derartige Reaktoren arbeiten z.B. nach dem Prinzip der Wirbelschicht, wobei ein Prozessgasstrom zumeist stückiges Gut, das im Reaktor verarbeitet werden soll, in einer Wirbelschicht hält.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt durch Verteilerböden in einem Reaktor die Prozessgasverteilung sicherzustellen. Ein grundsätzliches Problem beim Betrieb von derartigen Reaktoren sind Ablagerungen an den Reaktorwänden bzw. auch im Bereich des Verteilerbodens selbst. Diese können dadurch entstehen, dass es Zonen mit zu geringer Fluidisierung gibt, sodass der Feststoff, wenn er zum Anbacken neigt, an diesen Stellen feste Agglomerate bilden kann, was auch als Sticking bekannt ist. Diese Effekte verringern zum Einen das Nutzvolumen des Reaktors, zum Anderen können Einbauten in ihrer Funktion gestört oder auch vollkommen beraubt werden, wie z.B. bei Wärmetauschrohren, deren Wärmeübertragung massiv reduziert werden kann.
Aus der WO98/55218 ist eine Vorrichtung zur Verbesserung des Gasflusses in einem Wirbelschichtaggregat zu entnehmen. Nachteilig ist dabei jedoch, dass Ablagerungen vor allem im Bereich des Reaktorgefäßes durch den gezeigten Verteilerboden nicht sicher vermieden werden können.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und einen Verteilerboden zu schaffen, der Sticking im gesamten Reaktorraum weitgehend vermeidet.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Sticking stellt vor allem im Reaktor in Bereichen geringerer Strömungsgeschwindigkeit ein Problem dar, da hier nur wenig fluidisiert wird und daher wenig Impuls zum Aufbrechen von Feststoff-Feststoff-Brücken zur Verfügung steht. Häufig treten die Anbackungen im Bereich des Verteilerbodens an den Reaktorwänden auf. Durch den erfindungsgemäßen Verteilerboden, sind die wandnahen Öffnungen derart von den Reaktorwänden beabstandet angeordnet, dass Ihr Mittenabstand jeweils maximal das 1 bis 10-fache, insbesondere das 2-fache, des Öffnungsdurchmessers beträgt. Unter wandnahe wird dabei ein Bereich von etwa 5 bis 20% des Durchmessers gemessen vom äußeren Rand aus verstanden. Gegenüber dem Stand der Technik sind die Öffnungen also deutlich näher an den Reaktorwänden positioniert. Somit ist sichergestellt, dass auch im Bereich der Reaktorwände eine hinreichend große Strömungsgeschwindigkeit und damit ein ausreichender Prozessgasfluss vorliegt, sodass Anbackungen vermieden werden. Eine möglichst nahe Anordnung der wandnahen Öffnungen an den Reaktorwänden vermeidet, dass sich wandnahe Strömungsschichten mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten ausbilden, die wiederum zu Ablagerungen eines stückigen oder feinteilchenförmigen Materials, das im Reaktor verarbeitet wird, führen würden. Durch die Anpassung des Abstandes in Abhängigkeit vom Öffnungsdurchmesser kann die Strömungssituation entsprechend beeinflusst bzw. angepasst werden. Eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens sieht vor, dass das Verhältnis aus dem Abstand der Mittelachse einer wandnahen Öffnung von der Mittelachse des Verteilerbodens, bezogen auf den Radius des Verteilerbodens 0.9 - 1 beträgt. Diese spezielle Ausgestaltung gestattet eine vorteilhafte Durchströmung und damit Ausbildung einer Wirbelschicht.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens sind die wandnahen Öffnungen kreisförmig in 1 bis 5, insbesondere 3, Kreisen angeordnet. Die spezielle Form the Anordnung lässt insbesondere in Reaktoren mit runden Querschnitten eine vorteilhafte Durchströmung bzw. den Eintrag von Prozessgas in den Reaktor zu. Damit können wandnahe Bereiche des Verteilerbo- dens ohne Öffnungen vermieden und Bereiche, die zu Anbackungen neigen ausgeschlossen werden. Die Öffnungen je Kreis können entsprechend in gleichen Abständen von der Wand angeordnet werden. Die Winkellage der Öffnungen in jedem der Kreise kann entsprechend den Bedürfnissen zur Anpassung der Strömungssituation variiert werden. Es ist aber auch denkbar die Öffnungen in den Kreisen derart festzulegen, dass die Öffnungen jeweils auf radial gerichteten Strahlen angeordnet sind. Weiters ist es denkbar diese Anordnung der Öffnungen auch für Reaktoren vorzusehen, die keinen runden sondern z.B. einen eckigen Querschnitt aufweisen. Durch eine Anpassung der Anordnung der Öffnungen an die Querschnittssituation können auch Ablagerungen in Ecken sicher vermieden werden.
Nach einer speziellen Ausführung des erfindungsgemäßen Verteilerbodens sind die wandnahen Öffnungen in 1 bis 5, insbesondere in 2, Reihen parallel zu einer inneren Reaktorwand angeordnet. Diese Ausgestaltung findet vor allem bei Reaktoren mit z.B. eckigen Querschitten Anwendung. Durch die erfindungsgemäße Anordnung können die Strömungsbedingungen vorteilhaft angepasst werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens ist zumindest eine der wandnahen Öffnungen mit zumindest einer der Reaktorwände fluchtend angeordnet. Die Anordnung der wandnahen Öffnungen erfolgt derart, dass eine Fluchtung der Achse der Öffnung mit der nächstliegenden Reaktorwand gegeben ist, dass also die Achse der Öffnung zumindest parallel zur Wand liegt. Durch diese Anordnung in Verbindung eines geringen Abstandes der Öffnung zur Reaktorwand wird eine sehr gute Beströmung der Reaktorwand erreicht. Damit können Anbackungen vermieden werden.
Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens sieht vor, dass zumindest eine der wandnahen Öffnungen einen Winkel von ±15°, vorzugsweise ±5°, mit zumindest einer der Reaktorwände einschließt. Durch diese Anordnung können Strömungen relativ auf zumindest eine der Wände gerichtet und Anbackungen gezielt verhindert werden
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verteilerbodens sind die Öffnungen zumindest zum Teil auf Kreisen angeordnet sind, wobei die Öffnungen zumindest zweier Kreise in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, insbesondere derart, dass die Öffnungen eines nächst inneren Kreises zwischen den Öffnungen des äußeren Kreises angeordnet. Durch die radiale Verteilung der Öffnungen kann eine noch gleichmäßigere Verteilung des Prozessgases erreicht werden.
Nach einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens ist die Anzahl der wandnahen Öffnungen je Flächeneinheit am Randbereich des Verteilerbodens größer als die der wandfernen Öffnungen je Flächeneinheit am wandfernen Bereich des Verteilerbodens. Durch die größere Anzahl an Öffnungen im der Bereich der Reaktorwände, ist es möglich die Strömungssituation derart zu beeinflussen, dass Anbackungen wirksam vermieden werden können. Insbesondere Anbackungen in kritischen Bereichen eines Reaktors, wie z.B. in Ecken, können durch die die lokal größere Anzahl von Öffnungen entsprechend vermieden und die lokale Strömungssituation verbessert werden.
Nach einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens weisen die wandnahen Öffnungen einen relativ zu den wandfernen Öffnungen größeren, vorzugsweise einen um 10 bis 50%, insbesondere 20%, größeren Durchmesser aufweisen, sodass mehr Prozessgas in den wandnahen Bereichen eingeleitet werden kann. Neben einer Anpassung der Strömung über die Anzahl der Öffnungen ist auch eine Anpassung über den Durchmesser möglich, sodass die Strömungssituation im Reaktor noch besser beeinflusst bzw. adaptiert werden kann.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens ist zumindest eine der wandnahen Öffnungen parallel zu einer der Reaktorwände und/oder relativ zur Normale auf den Verteilerboden in einem Winkel von ± 15°, vorzugsweise ± 5°, geneigt angeordnet. Die Öffnungen können zur Einleitung einer gezielten, gegenüber der Hauptströmungsrichtung des Prozessgases geneigten Strömung gegenüber der Normale auf den Verteilerboden gekippt werden. Wiederum wird durch diese Maßnahme eine gezielte wandnahe Strömung eingestellt und somit Anbackungen verhindert. In einer Sonderausgestaltung ist die Neigung in radialer Richtung ausgerichtet, sodass die Öffnungen gegen zumindest eine der Wände gerichtet oder von dieser weggerichtet sein können.
Entsprechend der Prozesssituation können der Öffnungsdurchmesser, der Gasdruck und die räumliche Lage des Prozessgasjets, der sich beim Austritt aus den Öffnungen bilden, festgelegt werden. Durch die zusätzliche Strömungskomponente in Querrichtung kann die Strömung noch flexibler beeinflusst bzw. optimiert werden.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens ist zumindest eine der wandnahen Öffnungen relativ zur Reaktorwand derart ausgerichtet, dass die Reaktorwand durch den an der Öffnung gebildeten Prozessgasjet bei der berechneten Jeteindringtiefe getroffen wird. Unter Jeteindringtiefe versteht der Fachmann die Eindringtiefe des permanenten Gasraumes des Jets, der sich von einer Düse ausbreitet. Diese Definition nach Knowlton und Hirsan aus 1980 ist einer Mehrzahl an Veröffentlichungen, wie. z.B. „"The effect of pressure on jet Penetration in semi-cylinderical gas-fluidized beds." zu entnehmen.
Das bewirkt eine verstärkte Turbulenz, die für metallurgische Prozesse von Vorteil ist.
Entsprechend einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verteilerbodens ist zumindest eine der wandnahen Öffnungen relativ zur Reaktorwand derart ausgerichtet, dass die Reaktorwand durch den an der Öffnung gebildeten Prozessgasjet bei 70-130%, vorzugsweise 90-1 10%, der berechneten Jeteindringtiefe getroffen wird. Es hat sich aus Betriebsversuchen gezeigt, dass bei dieser konkreten Prozessführung ein optimaler Betriebszustand erreicht wird.
Gemäß einer geeigneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens sind die wandnahen Öffnungen anders als die wandfernen Öffnungen ausgerichtet. Aufgrund der ungleichen Ausrichtung von wandnahen bzw. -fernen Öffnungen kann der Einfluss der Reaktorwände auf die sich ausbildende Strömungssituation gezielt beeinflusst werden. Vor allem lassen sich dadurch spezielle Strömungssituationen einstellen, sodass auch nachträglich Reaktoren bei auftreten von Anbackungen durch einen angepassten Verteilerboden verbessert bzw. optimiert werden können. Eine mögliche Anordnung der Öffnungen könnte für die wandnahen Öffnungen eine Ausrichtung gegen die Reaktorwände vorsehen, während die wandfernen Düsen normal auf den Verteilerboden ausgerichtet werden können.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verteilerbodens sieht vor, dass zumindest eine der Öffnungen eine lageeinstellbare Düse aufweist. Durch den Einbau einer Düse ist es möglich die Strömungssituation an der Öffnung noch gezielter einzustellen. Durch die Ausbildung einer Düse kann die Strömung an der Düse und damit der an der Düse gebildete Jet unabhängig vom Verteilerboden selbst festgelegt werden. Zusätzlich kann die Düse aus einem anderen Werkstoff als der Verteilerboden gefertigt und damit kostengünstiger und dem Prozess angepasst gestaltet werden. Durch die Einstellung der Lage der Düse, also der Achse der Düse relativ zum Verteilerboden kann die Strömungssituation gezielt eingestellt werden, wobei die Strömung an den Reaktorwänden noch gezielter festgelegt und Anbackun- gen im Düsen- und Führungsrohrbereich vermieden werden können.
Nach einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens umfasst die lageeinstellbare Düse ein Führungsrohr, wobei der Innendurchmesser des Führungsrohres das 1 bis 10 fache, vorzugsweise das 2 bis 7 fache, des kleinsten Düsendurchmessers beträgt. Durch das Führungsrohr wird die Anströmung zur Düse stabilisiert und damit eine weitere Verbesserung erzielt. Aufgrund der im Vergleich zur Düse großen Dimensionierung des Führungsrohres kann eine sehr gute Anströmung und eine ungestörte Strömung an der Düse sichergestellt werden.
Bei dicken Verteilerböden kann durch den Einsatz eines Führungsrohres der Bereich mit hohen Geschwindigkeiten auf einen relativ kleinen Bereich durch Verwendung einer kurzen Düse beschränkt werden. Damit können Anbackungen vermieden werden. Bei der Wartung am Verteilerboden, wie z.B. bei einem Düsentausch, erfolgen diese Arbeiten nicht direkt am Verteilerboden, sondern am Führungsrohr, sodass für den Verteilerboden eine längere Lebensdauer erzielbar ist.
Nach einer alternativen speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens entspricht die Länge des Führungsrohres zumindest 70% der Dicke des Verteilerbodens. Die Länge des Führungsrohres kann den baulichen Verhältnissen, wie z.B. der Verteilerbodenkonstruktion und gegebenenfalls deren Tragekon- struktion angepasst werden, sodass die gewünschte Strömungssituation eingestellt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens besteht das Führungsrohr aus Feuerfestmaterial, sodass hohe Standzeiten auch bei Prozessen mit hoher thermischer Belastung erreicht werden können.
Entsprechend einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens ist die Düsenachse relativ zur Achse des Führungsrohres und/ oder zur Öffnung im Verteilerboden geneigt angeordnet. Diese Anordnung gestattet z.B. eine gerade Anströmung durch das Prozessgas in das Führungsrohr. Durch die Neigung der Düsenachse relativ zur Achse des Führungsrohres können die Strömungen an den jeweiligen Düsen und damit die Lagen der Prozessgasjets vorteilhaft angepasst werden. Beliebige Strömungsbilder sind damit einstellbar.
Entsprechend einer alternativen speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens weist das Führungsrohr einen Knick auf. Diese Gestaltung erlaubt den Einsatz einer Düse in den ersten geraden Teil des Führungsrohres, wobei die Achse des Weiteren geraden Teils üblicherweise normal auf den Verteilerboden steht. Wiederum kann durch die Maßnahme die räumliche Lage der Düse vorteilhaft eingestellt werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verteilerbodens sieht vor, dass die Düse eine im Wesentlichen zylindrische oder konische Düsenöffnung aufweist. Beide Düsenformen zeichnen sich durch eine einfache Form aus und sind damit günstig in der Herstellung. Darüber hinaus gestatten diese Grundformen eine Anpassung an die Prozessbedingungen im Prozessraum, sodass die Prozessgasjets hinsichtlich Ihrer Form und Turbulenz und damit hinsichtlich der Jeteindringtiefe einstellbar sind.
Nach einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens besteht die Düse aus Metall. Düsen aus Metall haben sich als kostengünstig und mechanisch stabil herausgestellt und in Betriebsversuchen bewährt. Darüber hinaus sind sie gut bearbeitbar.
Gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerbodens ist die Düse mittels einer Schweißverbindung oder über einen Flansch mit dem Verteilerboden oder mit dem Führungsrohr verbunden. Diese einfachen Montagemaßnahmen gestatten eine kostengünstige Bestückung des Verteilerbodens mit Düsen bzw. auch einfache Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben, wobei diese Figuren nur mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verteilerbodens darstellen und keinerlei Einschränkung auf diese bedeuten.
Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Verteilerboden schematisch in der Draufsicht
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Verteilerboden ausgestattet mit Düsen in Ansicht in einem Reaktor.
Fig. 3 zeigt den erfindungsgemäßen Verteilerboden ausgestattet mit Düsen und Führungsrohren in Ansicht in einem Reaktor
Fig. 4 zeigt eine Anordnung des Verteilerbodens in einem Reaktor
Fig. 5 zeigt den erfindungsgemäßen Verteilerboden in einer speziellen Ausgestaltung
In Figur 1 ist ein Verteilerboden in der Draufsicht dargestellt. Die Öffnungen 5, 6 bzw. die eingebauten Düsen und Führungsrohre im Verteilerboden sind nur schematisch durch kleine Kreise angedeutet. Der Reaktor ist von kreisrunder Form. Die Anordnung der wandnahen Öffnungen 5 erfolgt hier auf einem Kreis 8, sodass die wandnahen Öffnungen 5 alle den gleichen Abstand von der Reaktorwand aufweisen. Die Anordnung der wandnahen Öffnungen kann auch in mehr als einem Kreis 8 erfolgen, wobei diese Kreise jeweils gegenüber der Reaktormitte konzentrisch angeordnet sind. Die wandfernen Öffnungen 6 können sowohl in einem anderen Muster als auch in einer anderen Anzahl je Flächeneinheit des wandfernen Verteilerbodens angeordnet sein. Zur Optimierung der Strömung kann die Anordnung aller Öffnungen an den Reaktor bzw. den Prozess angepasst werden.
Fig. 1 zeigt weiters die geometrische Ausrichtung einer wandnahen, zylindrischen Düse 7, wobei die Richtung X einen radialen Strahl darstellt. Der Neigungswinkel der Düse α kann nach Bedarf angepasst werden.
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Verteilerboden angeordnet in einem Reaktor in einer Schnittdarstellung in Ansicht. Der Reaktor ist durch seine Reaktorwände 4 angedeutet. Über dem Verteilerboden, an dem Düsen angedeutet sind, befindet sich im Prozessraum 3 eine Wirbelschicht 2. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verteilerbodens 1 können Ablagerungen am Verteilerboden 1 und an den Reaktorwänden 4 vermieden werden. Die Düsen 7 können hinsichtlich Ihrer Achse geneigt oder parallel zur Normalen auf den Verteilerboden 1 eingesetzt werden. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Anordnung der wandnahen Düsen, die auch gegen die Reaktorwand 4 gerichtet sein können, wobei diese in der Fig. 2 nicht näher dargestellt sind.
In Fig. 3 sind die Düsen 7 mit den Führungsrohren 8 im Verteilerboden 1 angedeutet. Als spezielle Ausführungsform ist ein Führungsrohr mit einem Knick 9 angedeutet, sodass Anströmung zur Düse 7 und die Richtung des Prozessgasjets entsprechend angepasst werden können.
In Fig. 4 ist der Verteilerboden 1 mit Öffnungen in einem Reaktor 10 angeordnet, wobei die Reaktorwände 4 über dem Verteilerboden relativ zu diesem geneigt aus führt sind.
In Fig. 5 ist eine spezielle Ausgestaltung des Verteilerbodens 1 , wobei die wandnahen Öffnungen 5 in Reihen angeordnet sind. Die wandnahen Öffungen 5 sind dabei in einem Bereich mit einem Radius größer X und kleiner dem Reaktorinnendurchmesser R von der Mittelachse C angeordnet.

Claims

Patentansprüche
1. Verteilerboden (1), insbesondere Düsenverteilerboden, zur gleichmäßigen Einleitung von, insbesondere mit Feststoffteilchen beladenem, Prozessgas, gegebenenfalls zur Bildung einer Wirbelschicht (2), in einen über dem Verteilerbo- den angeordneten Prozessraum (3), gebildet durch Reaktorwände (4) eines
Reaktors zur metallurgischen, insbesondere thermischen, Behandlung von Einsatzstoffen, wobei der Verteilerboden (1 ) eine Vielzahl an Öffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerboden so genannte wandnahe Öffnungen (5) aufweist, die derart von den Reaktorwänden (4) beabstandet angeordnet sind, dass der Abstand Ihrer Mittelachse jeweils maximal das
1 bis 10-fache, insbesondere das 2-fache, des Öffnungsdurchmessers, und/oder dass das Verhältnis aus dem Abstand der Mittelachse einer wandnahen Öffnung (5) von der Mittelachse des Verteilerbodens (1 ), bezogen auf den Radius des Verteilerbodens 0.9 - 1.0 beträgt.
2. Verteilerboden (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wandnahen Öffnungen (5) kreisförmig in 1 bis 5, insbesondere 2, Kreisen (6) angeordnet sind.
3. Verteilerboden nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wandnahen Öffnungen in 1 bis 5, insbesondere in 2, Reihen parallel zu einer inneren Reaktorwand angeordnet sind.
4. Verteilerboden (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der wandnahen Öffnungen (5) mit zumindest einer der Reaktorwände (4) fluchtend angeordnet ist.
5. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass zumindest eine der wandnahen Öffnungen (5) einen Winkel von
±15°, vorzugsweise ±5°, mit zumindest einer der Reaktorwände (4) einschließt.
6. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (5) zumindest zum Teil auf Kreisen angeordnet sind, wobei die Öffnungen zumindest zweier Kreise in Umfangsrichtung zueinan- der versetzt angeordnet sind, insbesondere derart, dass die Öffnungen eines nächst inneren Kreises zwischen den Öffnungen des äußeren Kreises angeordnet sind.
7. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der wandnahen Öffnungen (5) je Flächeneinheit am Randbereich des Verteilerbodens größer als die der wandfernen Öffnungen (6) je
Flächeneinheit am wandfernen Bereich ist.
8. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wandnahen Öffnungen (5) einen relativ zu den wandfernen Öffnungen (6) größeren, vorzugsweise einen um 10 bis 50%, insbesondere 20%, größeren Durchmesser aufweisen, sodass mehr Prozessgas in den wandnahen
Bereichen eingeleitet werden kann.
9. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der wandnahen Öffnungen (5) parallel zu einer der Reaktorwände (4) und/ oder relativ zur Normale auf den Verteilerboden in einem Winkel α von ± 15°, vorzugsweise ± 5°, geneigt angeordnet ist.
10. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der wandnahen Öffnungen (5) relativ zur Reaktorwand (4) derart ausgerichtet ist, dass die Reaktorwand (4) durch den an der Öffnung gebildeten Prozessgasjet bei der berechneten Jeteindringtiefe getroffen wird.
11. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der wandnahen Öffnungen (5) relativ zur Reaktorwand (4) derart ausgerichtet ist, dass die Reaktorwand (4) durch den an der Öffnung gebildeten Prozessgasjet bei 70-130%, vorzugsweise 90-1 10%, der berechneten Jeteindringtiefe getroffen wird.
12. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wandnahen Öffnungen (5) anders als die wandfernen Öffnungen (6) ausgerichtet sind.
13. Verteilerboden nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Öffnungen (5, 6) eine lageeinstellbare Düse (7) aufweist.
14. Verteilerboden (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die lageeinstellbare Düse (7) ein Führungsrohr (8) umfasst, wobei der Innendurch- messer des Führungsrohres (8) das 1 bis 10 fache, vorzugsweise das 2 bis 7 fache, des kleinsten Düsendurchmessers beträgt.
15. Verteilerboden (1 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Führungsrohres (8) zumindest 70% der Dicke des Verteilerbodens (1 ) entspricht.
16. Verteilerboden (1 ) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (8) aus Feuerfestmaterial besteht.
17. Verteilerboden (1 ) nach einem der Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenachse relativ zur Achse des Führungsrohres (8) und/ oder zur Öffnung (5, 6) im Verteilerboden geneigt angeordnet ist.
18. Verteilerboden (1 ) nach einem der Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (8) einen Knick (9) aufweist.
19. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (7) eine im Wesentlichen zylindrische oder konische Düsen- Öffnung aufweist.
20. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (7) aus Metall besteht.
21. Verteilerboden (1 ) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (7) mittels einer Schweißverbindung oder über einen Flansch mit dem Verteilerboden (1 ) verbunden ist.
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