WO2009012511A1 - Reaktor mit einem abnehmbaren düsenboden - Google Patents

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WO2009012511A1
WO2009012511A1 PCT/AT2008/000266 AT2008000266W WO2009012511A1 WO 2009012511 A1 WO2009012511 A1 WO 2009012511A1 AT 2008000266 W AT2008000266 W AT 2008000266W WO 2009012511 A1 WO2009012511 A1 WO 2009012511A1
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WO
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reactor
nozzles
nozzle
windbox
fluidized bed
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PCT/AT2008/000266
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Gerhard Frithum
Herbert Klausner
Wilfried Szokol
Herbert Mader
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Key Technologies Industriebau Gmbh
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Publication date
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/26—Nozzle-type reactors, i.e. the distribution of the initial reactants within the reactor is effected by their introduction or injection through nozzles
    • 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
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
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    • B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G1/00—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
    • C23G1/36—Regeneration of waste pickling liquors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories

Definitions

  • the present invention relates to a reactor with internal insulation, at least one opening for supplying substances, at least one opening for removal of substances, a reactor bottom, which reactor bottom is optionally designed to be separable from the rest of the reactor, and a nozzle base carrying one or more nozzles.
  • Reactors of the type mentioned above are used for numerous chemical processes, e.g. in the form of fluidized bed reactors used, for example, for processes which are carried out in a corrosive atmosphere and usually at high temperatures.
  • the inspection and repair of the nozzles takes place either via a manhole through which the person entrusted with the inspection has to enter the reactor, for which the lining must first be dismantled in the area of the manhole, or from below the reactor floor via a corresponding manhole. large windbox. Both options require activities that are at the limit of reasonableness and safety at work.
  • GB 919,020 shows a fluidized-bed reactor which can be used for autothermal gas-phase oxidation of AlCl 3 or TiCl 4 with oxygen to give the corresponding oxides and has a removable nozzle bottom.
  • the nozzle bottom which forms part of the reactor bottom, is arranged centrally in the latter and detachably connected to the rest of the reactor bottom via an external flange.
  • the nozzle bottom which is insulated in the same way as the rest of the reactor and comprises a plurality of nozzles, has a cylindrical shape and must be made to fit the corresponding opening in the reactor bottom.
  • the object of the present invention is thus to further develop the reactors known from the prior art so as to reduce the above-mentioned problems and to minimize a maintenance-related production downtime of such reactors.
  • This object is achieved in a reactor of the type mentioned above in that the reactor bottom has recesses for receiving nozzles and a nozzle base carrying the nozzle plate is arranged substantially parallel and below the reactor bottom and is detachably connected thereto.
  • nozzle bottom is understood to mean that plate which is arranged parallel to the reactor bottom surface and which carries one or more nozzles
  • the entire nozzle base can thus be removed and replaced by a new or refurbished nozzle bottom, after which the reactor is cooled after a minimum Production standstill is ready for use again.
  • the nozzles are releasably connected to the nozzle bottom. This allows a targeted replacement of individual damaged and repaired nozzles, if necessary, directly on site.
  • the nozzle bottom forms the upper plate of a windbox, which further preferably has a removable lower plate.
  • the dia- sen two-fluid nozzles make it possible to supply two gaseous substances, for example air and a fuel gas mixture, wherein these are kept separate from one another in the nozzle and are mixed only immediately before emerging from the nozzle opening.
  • two gaseous substances for example air and a fuel gas mixture
  • the use of two-fluid nozzles due to the special nozzle structure of the two-fluid nozzles, usually makes replacement of individual two-fluid nozzles considerably more difficult. This disadvantage is overcome by the reactor structure according to the invention.
  • the reactors of the invention are particularly suitable for use in fluidized bed processes.
  • a reactor according to the invention for a fluidized bed process has, in a particularly advantageous construction, a nozzle base which can be separated from the reactor bottom and thus can be easily exchanged, to which nozzle bottom the individual nozzles are attached in such a way that they can likewise be exchanged without difficulty.
  • the fluidized bed reactor can remain at operating temperature. The production process can continue after a short break.
  • a process which can be carried out in such a reactor according to the invention is the pyrohydrolysis of spent pickling solutions of the metalworking industry, in particular the steel industry.
  • a hydrochloric acid aqueous FeCl 2 solution according to the reaction equation:
  • FIG. 1 shows a vertical section through a fluidized-bed reactor known from the prior art for the pyrohydrolysis of spent pickling solutions
  • Fig. 2 shows a cross section through the fluidized bed reactor of Fig. 1 along A - A 1 ;
  • Fig. 3 shows a vertical section through a fluidized bed reactor according to the invention
  • Fig. 5 shows a vertical section through part of the reactor bottom of a fluidized bed reactor according to the invention.
  • the fluidized-bed reactor 1 shown in FIG. 1 comprises a reactor jacket 2, which is provided with an insulation 4 in the reactor interior 3, a fluidized bed 5, located in the reactor interior 3, comprising Fe 2 O 3 particles, a feed 6 for the acidic aqueous FeCl 2 Solution and a nozzle plate 7, which is also provided with an insulation 4 and inextricably connected to the reactor jacket 2, for example, welded, is.
  • a nozzle bottom two-fluid nozzles 8 are arranged, which are permanently connected to the nozzle bottom 7 and protrude from the insulation 4 of the nozzle plate 7 in the reactor interior 3, in which two-fluid nozzles 8, the fuel gas and the air for safety reasons only immediately before the exit are mixed.
  • the reactor 1 below the nozzle base 7 is a windbox 9 which is permanently connected to it and which supplies the two-substance nozzles 8 with air.
  • the windbox 9 further fuel gas nozzles 10 are guided, which protrude into the two-fluid nozzles 8 and through which the fuel gas is supplied to the two-fluid nozzles.
  • the reactor 1 further comprises an opening 11 for removing the Fe 2 O 3 formed , and a Opening 12 for the exit of gaseous products.
  • the reactor 1 also has a manhole (not shown).
  • the nozzle bottom simultaneously represents the reactor bottom and the upper windbox plate.
  • "Reactor bottom” is understood to mean a surface (plate) closing the reactor downwards, which optionally has an insulation upper plate, which closes the windbox upwards, understood.
  • the fuel gas supply is regulated separately, the air supply via a blower, which pressurizes the windbox with overpressure.
  • the number of nozzles depends on the size of the plant and the throughput, usually about 15 nozzles per ⁇ n 2 are present.
  • FIG. 2 shows a cross section through the fluidized-bed reactor along A - A, which shows the reactor jacket 2, the insulation 4 located inside the reactor jacket 2 and the nozzles 8 distributed over the entire surface of the base.
  • the fluidized-bed reactor 1 has an insulation 4 located inside the reactor jacket 2. Via the feed 6, the reactants, for example by means of a spray lance (not shown), are distributed over the fluidized bed 5.
  • the reactor bottom 13 is detachably, for example by means of a screw 14, attached to the reactor shell 2 and comprises recesses 15 for projecting into the reactor interior 3 two-fluid nozzles 8.
  • the insulation 4 of the reactor bottom 13 is beveled in the region of the reactor shell 2 and precisely to the inside of the reactor shell. 2 located insulation 4 executed.
  • the resulting contact surfaces 16 ensure the required tightness of the reactor and avoid tilting when assembling.
  • a windbox 9 is detachably attached, which supplies the two-fluid nozzles 8 with air.
  • the fuel gas nozzles 10 which project into the two-substance nozzles 8 and are provided with flexible feed lines (not shown), are arranged.
  • FIG. 4 shows an exploded view of an embodiment of a fluidized-bed reactor according to the invention.
  • FIG. 5 shows a detail of a vertical section through the reactor bottom 13 provided with an insulation 4 and a windbox 9 located below the reactor bottom 13.
  • the windbox 9 comprises a lower windbox plate 17, to which fuel gas nozzles 10 are fastened by means of screw connections 18, and one upper Windboxplatte 19, to which single two-fluid nozzles 8 are fastened by means of screw 20, so that this upper Windboxplatte also takes over the function of a nozzle plate.
  • the lower Windboxplatte 17 can be completely removed by loosening the screw 21.
  • the upper windbox plate 19 is fastened by means of screw connection 22 to the reactor bottom 13.
  • the reactor base 13 provided with an insulation 4 contains cylindrical recesses 15 in which the two-substance nozzles 8 projecting into the interior of the reactor are located.
  • the recesses 15 preferably have abrasion-resistant and heat-resistant linings, which are fastened to the reactor bottom 13 and have a height that usually corresponds to the thickness of the insulation and serve as guides for the nozzles 8.
  • the outer diameter of the two-fluid nozzles 8 is smaller than the inner diameter of the recesses 15, so that a gap 23 is formed between the recesses and the nozzles in order to compensate for differences in the thermal expansions of the materials. Such a gap may be about 2 mm.
  • the screw 22 which connects the nozzle plate, which simultaneously forms the upper Windboxplatte 19, with the reactor bottom 13, dissolved.
  • the windbox 9 can then be lowered and removed, including the fuel gas nozzles 10 and the two-fluid nozzles 8, if appropriate by means of a suitable device.
  • a prepared identical Windbox 9 including fuel gas nozzles 10 and two-fluid nozzles 8, can be immediately spent below the reactor bottom 13, raised and bolted to the reactor bottom 13. During this process, the fluidized bed reactor 1 can remain at operating temperature.
  • the isolated reactor bottom 13 remains in the reactor during the process, the heat loss is minimal.
  • the production process can be continued after a short break.
  • the remote windbox 9, including fuel gas nozzles 10 and two-component nozzles 8, can be brought to the workshops where the fuel gas nozzles 10 and / or the two-fluid nozzles 8, and / or the windbox 9 can then be serviced, repaired and replaced, and thereafter for a renewed change ready.
  • the short service life during the change without major loss of production, the low energy losses, ie an increased energy efficiency of the process, and the elimination of unreasonable work processes, ie a reduced accident risk, represent the most significant advantages that can be achieved by the present invention.
  • the exchange of individual two-fluid nozzles 8 can be carried out after the fluidized-bed reactor 1 has been emptied.
  • the lower windbox plate 17 can then be completely removed.
  • the subsequent loosening of the screw 20, by means of which the individual two-fluid nozzles 8 are attached to the upper windbox plate 19, then allows the targeted removal of individual two-fluid nozzles 8.
  • the assembly is then carried out in reverse order, wherein the fluidized bed reactor 1 can remain at operating temperature.
  • a fluidized bed reactor in a further embodiment can be after emptying the fluidized bed reactor 1 by loosening the screw 14, the entire reactor bottom 13 including Windbox 9, two-fluid nozzles 8 and fuel gas nozzles 10, optionally by means of a suitable device, lowered and for maintenance and repair purposes be removed at the two-fluid nozzles 8, the fuel gas nozzles 10, the insulation of the reactor floor 13 or the windbox 9 and spent in the workshop.
  • a prepared construction-identical reactor bottom 13 can be immediately after removal of the fluidized bed reactor 1, spent under the reactor, lifted and fixed by means of screw 14 on the reactor jacket. Due to the above-described preferred embodiment of the contact surfaces 16 of the insulation 4 of the reactor bottom 13, it may also be large
  • Diameter of the reactor interior 3 come to no tilting of the components.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor (1) mit Innen-Isolierung (4), mindestens einer Öffnung zur Zuführung von Stoffen (6), mindestens einer Öffnung zur Entnahme von Stoffen (11), einem Reaktorboden (13), welcher Reaktorboden (13) gegebenenfalls vom restlichen Reaktor abtrennbar ausgeführt ist, sowie einem eine oder mehrere Düsen (8) tragenden Düsenboden (19), wobei der Reaktorboden (13) Ausnehmungen (15) zur Aufnahme der Düsen (8) aufweist und der die Düsen (8) tragende Düsenboden (19) im wesentlichen parallel und unterhalb des Reaktorbodens (13) angeordnet und mit diesem lösbar verbunden ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Reaktor um einen Wirbelschichtreaktor.

Description

REAKTOR MIT EINEM ABNEHMBAREN DÜSENBODEN
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor mit Innen-Isolierung, mindestens einer Öffnung zur Zuführung von Stoffen, mindestens einer Öffnung zur Entnahme von Stoffen, einem Reaktorboden, welcher Reaktorboden gegebenenfalls vom restlichen Reaktor abtrennbar ausgeführt ist, sowie einem eine oder mehrere Düsen tragenden Düsenboden.
Reaktoren der eingangs genannten Art werden für zahlrei- che chemische Verfahren, z.B. in der Form von Wirbelschicht- reaktoren, eingesetzt, beispielsweise für Verfahren, welche in einer korrosiven Atmosphäre und zumeist bei hohen Temperaturen durchgeführt werden.
Aufgrund hoher Betriebstemperaturen, einer korrosiven Atmosphäre und einer Abrasion, wie sie beispielsweise bei Wirbelschichtverfahren durch die Wirbelschichtteilchen auftritt, unterliegen insbesondere in den Reaktorinnenraum ragende Einbauten, wie beispielsweise Düsen, einem raschen und starken Verschleiß. Dieser bedingt eine häufig erforderliche Wartung, was bedeutet, dass ein beispielsweise zur Pyrohydrolyse von verbrauchten Beizlösungen der metallverarbeitenden Industrie verwendeter Wirbelschichtreaktor periodisch nach 10 bis 12 Wochen Betrieb vollständig abgestellt werden muss, um die Düsen zu inspizieren bzw. zu reparieren. Das bringt aufgrund der bei solchen Reaktoren vorhandenen Innen-Isolierung in Form einer Ausmauerung und der hohen Betriebstemperatur lange Abkühl- und Aufheizzeiten in der Größenordnung von üblicherweise 8 bis 10 Tagen mit sich.
Die Inspektion und Reparatur der Düsen erfolgt entweder über ein Mannloch, durch welches die mit der Inspektion betraute Person in den Reaktor einsteigen muss, wofür im Bereich des Mannloches die Ausmauerung zuerst abgebaut werden muss, oder von unterhalb des Reaktorbodens über eine entspre- chend groß dimensionierte Windbox. Beide Möglichkeiten bedingen Tätigkeiten, die an der Grenze der Zumutbarkeit und Arbeitssicherheit liegen.
Daneben kommt es zu einem mehrere Tage andauernden AnIa- genstillstand und einem damit verbundenen Produktionsausfall. Ferner ist das erneute Aufheizen des Reaktors aufgrund der hohen Betriebstemperatur zeitraubend und energieintensiv.
Im Stand der Technik sind zahlreiche weitere Bauweisen solcher Reaktoren beschrieben. So zeigt die GB 919,020 bei- spielsweise einen Wirbelschichtreaktor, der zur autothermen Gasphasenoxidation von AlCl3 oder TiCl4 mit Sauerstoff zu den entsprechenden Oxiden verwendet werden kann und einen abnehmbaren Düsenboden besitzt. Der Düsenboden, welcher einen Teil des Reaktorbodens ausbildet, ist in diesem mittig angeordnet und über einen außen liegenden Flansch lösbar mit dem restlichen Reaktorboden verbunden. Der Düsenboden, welcher in gleicher Weise wie der übrige Reaktor isoliert ist und mehrere Düsen umfasst, besitzt eine zylindrische Form und muss passgenau zur entsprechenden Öffnung im Reaktorboden ausgeführt sein. Eine Wartung der Düsen wäre bei einer solchen Reaktorbauweise zwar möglich, bedingt jedoch die Entfernung des gesamten Düsenbodens, welcher gleichzeitig Reaktorboden und Teil der Windbox ist, einschließlich der Isolierung. Dies führt dazu, dass der Reaktor an seiner Unterseite während der Wartung of~ fen ist, was eine rasche Abkühlung des Reaktorinnenraums bewirkt . Beim Ein- und Ausbau kann es zudem leicht zu einem Verkanten der einzelnen Elemente kommen. Ein solches Verkanten könnte zu Problemen führen, die umso schwerwiegender sind, je größer der Durchmesser des Düsenbodens, je dicker die Isolie- rung und je kürzer die für den Vorgang zur Verfügung stehende Zeit ist . Ferner kann ein Verkanten auch zu einer Beschädigung der Isolierungen führen. Daher ist diese Bauweise nur bei relativ kleinen Reaktoren vorteilhaft. Ein weiterer Nachteil des in GB 919,020 offenbarten austauschbaren Düsenbodens besteht darin, dass die Düsen nicht über den gesamten freien Reaktorboden verteilt werden können. Das schränkt die Anzahl der möglichen Düsen ein. Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die aus dem Stand der Technik bekannten Reaktoren weiter zu entwickeln, um so die vorstehend genannten Probleme zu verringern und einen wartungsbedingten Produktionsstillstand derartiger Reaktoren zu minimieren. Dieses Ziel wird bei einem Reaktor der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass der Reaktorboden Ausnehmungen zur Aufnahme von Düsen aufweist und ein die Düsen tragender Düsenboden im wesentlichen parallel und unterhalb des Reaktorbodens angeordnet und mit diesem lösbar verbunden ist. Unter „Düsen- boden" wird in der vorliegenden Erfindung jene parallel zur Reaktorbodenfläche angeordnete Platte verstanden, welche eine oder mehrere Düsen trägt. Zur Düsenwartung kann somit der gesamte Düsenboden entfernt und durch einen neuen oder überholten Düsenboden ersetzt werden, wonach der Reaktor nach einem minimalen Produktionsstillstand wieder einsatzbereit ist.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßem Reaktors sind die Düsen mit dem Düsenboden lösbar verbunden. Dies ermöglicht einen gezielten Austausch von einzelnen beschädigten und reparaturbedürftigen Düsen, erforderlichenfalls unmittelbar vor Ort.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors, wie er beispielsweise für Wirbelschichtverfahren geeignet ist und daher über eine Windbox verfügt, bildet der Düsenboden die obere Platte einer Windbox, welche ferner bevorzugt eine abnehmbare untere Platte aufweist.
In Abhängigkeit von dem im Reaktor auszuführenden Verfahren sind die im erfindungsgemäßen Reaktor eingesetzten Du- sen Zweistoffdüsen. Derartige Düsen ermöglichen es, zwei gasförmige Stoffe, z.B. Luft und ein Brenngasgemisch, zuzuführen, wobei diese in der Düse voneinander getrennt gehalten und erst unmittelbar vor dem Austritt aus der Düsenöffnung vermischt werden. Im Vergleich zu Einstoffdüsen erschwert der Einsatz von Zweistoffdüsen aufgrund des besonderen Düsenaufbaus der Zweistoffdüsen den Ersatz von einzelnen Zweistoffdüsen üblicherweise jedoch erheblich. Dieser Nachteil wird durch den erfindungsgemäßen Reaktoraufbau überwunden. Die erfindungsgemäßen Reaktoren sind insbesondere für die Verwendung in Wirbelschichtverfahren geeignet.
Ein erfindungsgemäßer Reaktor für ein Wirbelschichtverfahren besitzt in einer besonders vorteilhaften Bauweise einen am Reaktorboden befestigten, von diesem abtrennbaren und somit einfach austauschbaren Düsenboden, an welchem Düsenboden die einzelnen Düsen derart befestigt sind, dass sie ebenfalls problemlos ausgetauscht werden können. Während des Austausche des Düsenbodens oder einzelner Düsen kann der Wirbelschicht- reaktor auf Betriebstemperatur verbleiben. Der Produktionsvor- gang kann nach kurzer Unterbrechung fortgesetzt werden.
Ein Verfahren, das in einem solchen erfindungsgemäßen Reaktor ausgeführt werden kann, ist die Pyrohydrolyse von verbrauchten Beizlösungen der metallverarbeitenden Industrie, insbesondere der Stahlindustrie. Dabei wird in einer aus Ei- senoxidteilchen bestehenden Wirbelschicht eine salzsaure wäss- rige FeCl2-lösung gemäß der Reaktionsgleichung:
2 FeCl2 + 2 H2O + % O2 → Fe2O3 + 4 HCl bei etwa 85O0C zu Fe2O3 hoher Schüttdichte und zu Salzsäure umgesetzt. Die entstandene Salzsäure wird erneut zum Beizen von Stahl eingesetzt und so im Kreislauf geführt.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Hilfe der Figuren 1 bis 5 im Detail beschrieben, worin Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen aus dem Stand der Technik bekannten Wirbelschichtreaktor zur Pyrohy- drolyse von verbrauchten Beizlösungen zeigt;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Wirbelschichtreaktor aus Fig. 1 entlang A - A1 zeigt;
Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktor zeigt;
Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch einen erfindungs- gemäßen Wirbelschichtreaktor in Explosionsdarstellung zeigt; und
Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch einen Teil des Reaktorbodens eines erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors zeigt .
Der in Fig. 1 dargestellte Wirbelschichtreaktor 1 umfasst einen Reaktormantel 2, welcher im Reaktorinnenraum 3 mit einer Isolierung 4 ausgestattet ist, eine sich im Reaktorinnenraum 3 befindliche, Fe2O3-Teilchen umfassende Wirbelschicht 5, eine Zuführung 6 für die saure wässrige FeCl2-Lösung und einen Düsenboden 7, welcher ebenfalls mit einer Isolierung 4 versehen und mit dem Reaktormantel 2 unlösbar verbunden, z.B. verschweißt, ist. Im Düsenboden sind Zweistoffdüsen 8 angeordnet, welche mit dem Düsenboden 7 unlösbar verbunden sind und aus der Isolierung 4 des Düsenbodens 7 in den Reaktorinnenraum 3 hineinragen, in welchen Zweistoffdüsen 8 das Brenngas und die Luft aus sicherheitstechnischen Gründen erst unmittelbar vor dem Austritt gemischt werden. Unterhalb des Düsenbodens 7 befindet sich eine mit diesem unlösbar verbundene Windbox 9, welche die Zweistoffdüsen 8 mit Luft versorgt. Durch die Windbox 9 sind ferner Brenngasdüsen 10 geführt, welche in die Zweistoffdüsen 8 hineinragen und durch welche den Zweistoffdüsen das Brenngas zugeführt wird. Der Reaktor 1 umfasst ferner eine Öffnung 11 zur Entnahme des gebildeten Fe2O3, und eine Öffnung 12 für den Austritt der gasförmigen Produkte. Der Reaktor 1 besitzt zudem ein Mannloch (nicht gezeigt) .
Bei diesem Reaktor stellt der Düsenboden gleichzeitig den Reaktorboden und die obere Windboxplatte dar. Unter „Reaktor- boden" wird dabei eine den Reaktor nach unten hin abschließende Fläche (Platte) verstanden, die gegebenenfalls eine Isolierung aufweist. Unter der „oberen Windboxplatte" wird die obere Platte, welche die Windbox nach oben hin abschließt, verstanden. Die Brenngaszufuhr wird separat geregelt, die Luftzufuhr erfolgt über ein Gebläse, das die Windbox mit Überdruck beaufschlagt. Die Anzahl der Düsen ist von der Anlagengröße und dem Durchsatz abhängig, üblicherweise sind etwa 15 Düsen pro τn2 vorhanden. In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Wirbelschicht- reaktor entlang A - A dargestellt, welcher den Reaktormantel 2, die innen am Reaktormantel 2 befindliche Isolierung 4 und die über die gesamte Fläche des Bodens verteilten Düsen 8 zeigt . Die Fig. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors 1. Der Wirbelschichtreaktor 1 weist eine innen am Reaktormantel 2 befindliche Isolierung 4 auf. Über die Zuführung 6 werden die Reaktanten, beispielsweise mittels einer Sprühlanze (nicht gezeigt), über der Wirbelschicht 5 verteilt. Der Reaktorboden 13 ist lösbar, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung 14, am Reaktormantel 2 befestigt und umfasst Ausnehmungen 15 für in den Reaktorinnenraum 3 ragende Zweistoffdüsen 8. Die Isolierung 4 des Reaktorbodens 13 ist im Bereich zum Reaktormantel 2 abgeschrägt und passgenau zu der innen am Reaktormantel 2 befindlichen Isolierung 4 ausgeführt. Die dadurch entstehenden Kontaktflächen 16 gewährleisten die erforderliche Dichtheit des Reaktors und vermeiden ein Verkanten beim Zusammenbau. An den Reaktorboden 13 ist lösbar eine Windbox 9 angebracht, welche die Zweistoffdüsen 8 mit Luft versorgt. An der unteren Windboxplatte 17 sind die Brenngasdüsen 10, welche in die Zweistoffdüsen 8 hineinragen und mit flexi- blen Zuleitungen (nicht gezeigt) versehen sind, angeordnet.
Fig. 4 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors.
Ein besondere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors ist im Detail der Fig. 5 zu entnehmen. Die Fig. 5 stellt ausschnittsweise einen senkrechten Schnitt durch den mit einer Isolierung 4 versehenen Reaktorboden 13 und eine unterhalb des Reaktorbodens 13 befindliche Windbox 9 dar. Die Windbox 9 umfasst eine untere Windboxplatte 17, an welcher Brenngasdüsen 10 mittels Schraubverbindungen 18 befestigt sind, und eine obere Windboxplatte 19, an welcher einzelne Zweistoffdüsen 8 mittels Schraubverbindungen 20 befestigt sind, sodass diese obere Windboxplatte auch die Funktion eines Düsenbodens übernimmt. Die untere Windboxplatte 17 kann durch Lösen der Schraubverbindung 21 vollständig abgenommen werden. Die obere Windboxplatte 19 ist mittels Schraubverbindung 22 am Reaktorboden 13 befestigt. Der mit einer Isolierung 4 versehene Reaktorboden 13 enthält zylindrische Ausnehmungen 15, in welchen sich die in den Reaktorinnenraum ragenden Zweistoffdüsen 8 befinden. Die Ausnehmungen 15 weisen bevorzugt abriebfe- ste und hitzebeständige Auskleidungen auf, die am Reaktorboden 13 befestigt sind und eine üblicherweise der Dicke der Isolierung entsprechende Höhe aufweisen und den Düsen 8 als Führung dienen. Der Außendurchmesser der Zweistoffdüsen 8 ist kleiner als der Innendurchmesser der Ausnehmungen 15, sodass sich zwischen den Ausnehmungen und den Düsen ein Spalt 23 ausbildet, um Unterschiede in den Wärmeausdehnungen der Materialien zu kompensieren. Ein derartiger Spalt kann etwa 2 mm betragen . Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Reaktors, welcher für Wirbelschichtverfahren eingesetzt wird und bei welchem die Düsenplatte auch die obere Windboxplatte bildet, kann die Wartung der Düsen wie nachstehend beschrieben verfah- rens- und kostenökonomisch sowie unter zumutbaren Arbeitsbedingungen und unter Einhaltung sicherheitstechnischer Standards durch einen Wechsel des Düsenbodens beispielsweise wie folgt ausgeführt werden:
Nach dem Leerfahren, während sich der Wirbelschichtreak- tor 1 noch auf erhöhter Temperatur befindet, wird die Ver- schraubung 22, welche die Düsenplatte, die gleichzeitig die obere Windboxplatte 19 bildet, mit dem Reaktorboden 13 verbindet, gelöst. Die Windbox 9 kann dann einschließlich der Brenngasdüsen 10 und der Zweistoffdüsen 8, gegebenenfalls mittels einer geeigneten Vorrichtung, abgesenkt und entfernt werden. Eine vorbereitete baugleiche Windbox 9 einschließlich Brenngasdüsen 10 und Zweistoffdüsen 8, kann unmittelbar danach unter den Reaktorboden 13 verbracht, angehoben und mit dem Reaktorboden 13 verschraubt werden. Während dieses Vorganges kann der Wirbelschichtreaktor 1 auf Betriebstemperatur verbleiben.
Da zudem der isolierte Reaktorboden 13 während des Vorgangs im Reaktor verbleibt, ist der Wärmeverlust minimal. Der Produktionsvorgang kann nach kurzer Unterbrechung fortgesetzt werden. Die entfernte Windbox 9, einschließlich Brenngasdüsen 10 und Zweistoffdüsen 8 kann in die Werkstätten verbracht werden, wo die Brenngasdüsen 10 und/oder die Zweistoffdüsen 8, und/ oder die Windbox 9 dann gewartet, repariert bzw. ausgetauscht werden können und danach für einen erneuten Wechsel bereitstehen. Die kurze Standzeit während des Wechsels ohne größere Produktionseinbußen, die geringen Energieverluste, d.h. eine gesteigerte Energieeffizienz des Verfahrens, und der Entfall unzumutbarer Arbeitsvorgänge, d.h. ein verringertes Unfall- risiko, stellen die bedeutendsten Vorteile dar, welche durch die vorliegende Erfindung erzielt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform des Wirbelschichtreak- tors 1 kann der Wechsel einzelner Zweistoffdüsen 8 nach dem Leerfahren des Wirbelschichtreaktors 1 durchgeführt werden. Dazu werden die Verschraubungen 18, mit welchen die Brenngasdüsen 10 an der unteren Windboxplatte 17 befestigt sind, gelöst und entfernt. Durch Lösen der Schraubverbindungen 21 kann danach die untere Windboxplatte 17 vollständig entfernt wer- den. Das nachfolgende Lösen der Schraubverbindungen 20, mittels derer die einzelnen Zweistoffdüsen 8 an der oberen Windboxplatte 19 befestigt sind, ermöglicht dann die gezielte Entnahme einzelner Zweistoffdüsen 8. Die Montage erfolgt anschließend in umgekehrter Reihenfolge, wobei der Wirbel- schichtreaktor 1 auf Betriebstemperatur verbleiben kann.
In einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors kann nach dem Leerfahren des Wirbel- Schichtreaktors 1 unter Lösen der Schraubverbindungen 14 der gesamte Reaktorboden 13 einschließlich Windbox 9, Zweistoff- düsen 8 und Brenngasdüsen 10, gegebenenfalls mittels einer geeigneten Vorrichtung, abgesenkt und zu Wartungs- und Reparaturzwecken an den Zweistoffdüsen 8, den Brenngasdüsen 10, der Isolierung des Reaktorbodens 13 oder der Windbox 9 entfernt und in die Werkstatt verbracht werden. Ein vorbereiteter bau- gleicher Reaktorboden 13 kann unmittelbar nach Entfernen des im Wirbelschichtreaktor 1 befindlichen, unter den Reaktor verbracht, angehoben und mittels der Schraubverbindungen 14 am Reaktormantel befestigt werden. Aufgrund der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausbildung der Kontaktflächen 16 der Isolierung 4 des Reaktorbodens 13 kann es auch bei großem
Durchmesser des Reaktorinnenraums 3 zu keiner Verkantung der Bauteile kommen.

Claims

Patentansprüche :
1. Reaktor (1) mit Innen-Isolierung (4), mindestens ei- ner Öffnung zur Zuführung von Stoffen (6) , mindestens einer Öffnung zur Entnahme von Stoffen (11) , einem Reaktorboden (13), welcher Reaktorboden (13) gegebenenfalls vom restlichen Reaktor abtrennbar ausgeführt ist, sowie einem eine oder mehrere Düsen (8) tragenden Düsenboden (19) , dadurch gekennzeich-- net, dass der Reaktorboden (13) Ausnehmungen (15) zur Aufnahme der Düsen (8) aufweist und der die Düsen (8) tragende Düsenboden (19) im wesentlichen parallel und unterhalb des Reaktorbodens (13) angeordnet und mit diesem lösbar verbunden ist.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (8) mit dem Düsenboden (19) lösbar verbunden sind.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenboden (19) die obere Platte einer Windbox (9) bildet.
4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Windbox (9) eine abnehmbare untere Platte (17) aufweist.
5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (8) Zweistoffdüsen sind.
6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er ein WirbelSchichtreaktor ist.
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