DE1442613A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fluidisierung von z.B. Kohle - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zurt Flüidisierung von z. B. Kole Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung einer dichtphasigen Fluidisierung zerkleinerten Materials, z. B. zerkleinerter Kohle, und sie hat insbesondere, jedoch nicht ausschließlich Bezug auf die teilweise Karbonisierung verhaltnismäßig feiner Kohle in einem Feststoffbett, wie es beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung C 21 659 VIb/10b beschrieben worden ist, welche sich auf die Herstellung rauchloser Briketts bezieht. Unter dem Begriff "dichtphaseige luidisierung (dense phase fluidisation) ist die Bildung einer dichten verwirbelten Masse von Teilchen aufgrund eines aufwärts gerichteten Gasstromes zu verstehen, wobei die Masse physikalische Eigenschaften ähnlich denjenigen einer Slüssigkeit aufweist, Bei der teilweisen Karbonisierung von Kohle in einem Feststoffbett bestehen zwei einander entgegengesetzte Erfordernisse, und zwar im Bezug auf die Menge des dem Feststoffbett zur Karbonisierung zugeführten Sauerstoffes: Das Karbonisierungsverfahren erfordert einen Sauerstoffgehalt von möglichst großem Betrage, aber aus sicherheitsgründen ist es nicht erwünscht, einen hohen Prozentsatz an Sauerstoff über dem F-eststoffbett vorliegen zu haben. Weiterhin ist bei der Fluidisierung verhältnismäßig großer Mengen von Kohle festgestellt worden, daß es unwirtschaftlich ist, die Kohle vorzubehandeln, um einen bestimmten und nahe beieinanderliegenden Korngrößenbereich zu erhalten. Andererseits ist es in der Praxis aus wirtschaftlichen Gründen notwendig, einem Feststoffbett Kohle aufzugeben, deren Korngröße wenigstens in dem Bereich zwischen 0 - 1/8 Zoll (0 - 3,175 mm) liegt.
• Um eine Kohle mit Teilchen dieses Korngrößenbereiches ausreichend fluidisieren zu können, ist eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases erforderlich, damit auch die größeren Teilchen fluidisiert werden. Auf jeder Fall ergibt eine derartige hohe Geschwindigkeit unvermeidlich einen hohen Anteil an feineren Teilchen, die innerhalb des von dem Feststoffbett aufsteigenden Gasstromes emporgetragen werden, und zusätzlich dazu ergibt sich ein unerwünscht hoher Anteil von Sauerstoff über dem Bett. l eine Zielsetzung der Erfindung besteht da-rin, ein verbessertes VErfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bewirkung der Fluidisierung von zerkleinertem Material zu schaffen, welches einen verhältnismäßig großen Korngrößenbereich umfaßt.
• Nach der Erfindung wird ein Ver@ahren zur Erzeugung einer dichtphasigen Fluidisierung zerkleinerten Materials vorgeschlagen, wobei das zu behandelnde Material in ein Reaktorgefäß bzw. in einen Reaktionskessel eingefuhrt wird, welches bzw. welcher ein konisches Unterteil aufweist, dessen Seiten gegenuber der Waagerechten in einem Winkel geneigt sind, der größer als der Winkel innerer Reibung, wie er im naehfolgenden genannt wird, des Materials ist, wobei die Achse des Konus senkrecht verläuft und dieser eine i)urchlaßöffnung für den Durchlaß behandelten Materials aufweist, die an der Spitze des konischen Unterteils oder auf diese zu angeordnet ist, während das Fluidisierungsgas aufwärts durch das Material von einer Mehrzahl von Gaseinlässen her geführt wird, die mit Abstand rundherum an der gebogenen Oberfläche des konischen Unterteils angeordnet sind, und zwar sind die Gaseinlässe derart angeordnet und die Gasströme durch sie werden so gesteuert, daß die ?.Ienge voll aufwärts strömendem Gas im wesentlichen über irgendeinen ausgewählten waagerechten Querschnittsbereich des konischen Unterteils konstant ist. Der Begriff konisches Unterteil'1 ist so aufzufassen, daß ein Unterteil von im allgemeinen konischer oder kegelstumpfförmiger Gestalt darunter verstanden wird, und es ist auch zu beachten, daß ein im wesentlichen konstanter Gasstrom ntohS notwendigerweise in den Randzonen des konischen Unterteils unmittelbar an den Wänden desselben vorhanden sein wird. Der Winkel der inneren Reibung, wie er in dieser Bescvhreilbung heißt, ist bestimmt als der Winkel zwischen der Waagerechten und der konischen manteloberfläche des sich bewegenden Kerns von zerkleinertem Material, welcher sich bildet, wenn eine Masse von Material innerhalb eines -Behälters in freiem Fall durch einen mittleren Auslaß des Behälters fließt.
• Bei einem Fluidisierungsverfahren gemäß der Erfindung kann eine verhältnismäßig langsame Geschwindigkeit des Fiuidi---sierungsgases angewendet werden, da die verhaltnismäßig großen Materialteilchen, die in einem langsam bewegten -Gasstrom -nicht fluidisieren, fortlaufend entlang den geneigten Seiten des konischen Unterteils nach unten laufen, um durch die Öffnung an der Spitze hindurchzutreten, und infolgedessen keine möglichen Herde örtlicher Überhitzung bilden können.
• Ein Ausführungsbeisiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 das Unterteil eines Reaktors entsprechend der Erfindung in einem schematischen senkrechten Schnitt, Pig. 2 einen Grundriß des Unterteils, Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Einlaß für Fluidisierungsgas.
• Wie sich aus Fig. 1 und 2 ergibt, besteht der Sluidisierungsreaktor, der für die Behandlung zerkleinerter Kohle mit einem Korngrößenbereich von 0 - 1/8 Zoll (o - 3,175 mm) geeignet ist, aus einem oberen walzenförmigen Teil 1, von dem Fig. 1 lediglich das untere Ende erkennen läßt, und aus einem konischen Unterteil 2, welches an den unteren Rand des Teils 1 anschließt und Seitenflächen aufweist, die gegenüber der Waagerechten in einem Winkel von 600 geneigt sind, d. h. in einem Winkel, der größer ist als der Winkel der inneren Reibung des zu behandelnden Materials. Das untere Eende des konischen Unterteils 2 öffnet sich in einen mittleren Auslaß 3, der eine an der Spitze gelegene Durchlaßöffnung fur den Austrag des behandelten Materials bildet. Beide Teile, der walzenförmige Teil 1 und das konische Unterteil 2, sind aus geeignetem feuerfesten Werkstoff hergestellt, der in der Lage ist, ohne Zerstörung den verhältnismäßig hohen, im Innern des Reaktors erzeugten Temperaturen standzuhalten.
• Rund um die gebogene Oberfläche des konischen Unterteils herum und sich in den inneren Bereich desselben hinein öffnend sind mehrere in senkrechter wichtung voneinander abgesetzte Reihen von Einlässen 4 angeordnet, von denen nur einige in Fig. 2 dargestellt sind. Die Längsachsen der Einlässe 4 verlaufen rechtwinklig zur Achse' des Unterteils 2.
• Die Einlässe erstrecken sich von drei senkrecht voneinander abgesetzten Taschen 5 aus, die jede einen im allgemeinen rechteckigen Querschnitt aufweisen und in Umfangsrichtung um das Unterteil 2 herum angeordnet sind. Das Fluidisierungsgas, z. B. ein Gemisch von Luft und inertem Gas, wird zu jeder Tasche geleitet, und zwar ergibt sich die Gasführung aus den gestrichelten Linien in Fig. 1. Jede Tasche weist ein ihr zugeordnetes Drucksteuerventil 10 zum Regeln des Druckes des Fluidisierungsgases auf, welches von einer geme.insamen Zuführungsleitung 11 her aufgegeben wird. Der Gasstrom, der durch jede Tasche 5 fließt, wird durch einen.
• Strömungsmesser 12 angezeigt, der in der Zuführungsleitung zu den verschiedenen Taschen jeweils angeordnet ist. Während des Betriebes wird die unterste Tasche 5 mit Gas von höherem Druck als die mittlere Tasche 5 beaufschlagt, die wiederum mit Gas von einem höheren Druck als die oberste Tasche beschickt wird. Diese Ausbildung eines Druckanstieges in Richtung zur Tiefe des Bettes hin wirkt dem Widerstand gegenüber dem Gasstrom an der Einlaßöffung entgegen, der von dem Rückdruck herrührt, welcher durch das Bett-aus zerkleinertem Material im Unterteil 2 ausgeübt wird.
• Wie sich aus Sig. 3 ergibt, besteht -jeder einlaß 4. aus. einem walzenförmigen Rohr, welches ein mit der-Innenseite des -Unterteils 2 fluchtendes Ende besitzt. Dieses Ende des Einlasses 4 ist teilweise durch eine Endplatte 6 von im allgemeinen kreisförmiger -.Gestalt verschlosen, die mit einer verhältnismäßig kleinen: Öffnung 7 versehen ist, welche den Einlaß für das Fluidisierungsgas in das konische Unterteil 2 darstellt. Das Gas unterliegt beim Austritt aus der kleinen Öffnung 7 einem Druckabfall, der ein Eintreten von Material in den Einlaß 4 verhindert.
• Jedes Einlaßrohr 4 setzt sich über die Außenseite der entsprechenden Tasche hinaus fort (Fig. 3), und der hervorragende Teil des Einlasses wird durch ein Deckrohr 8 (blankedoff tube) umschlossen. Der Gasweg von der Tasche zum Einlaß ist dabei vorgesehen zwischen der äußeren Oberfläche des Enlaßrohres 4 und dem Innern des Rohres 8. Das vom Unterteil 2 abstehende Ende jedes Einlasses 4 enthält eine Meßöffnung 9, die das strömende Gas einem Druckabfall unterzieht, der größer ist als der Druckabfall, dem das Gas während seines Hindurchströmens durch die Offnung 7 unterliegt.
• Die Meßöffnungen dienen dazu, den Luftstrom von Einlässen, din zu ein und derselben lasche gehören, gleich stark zu machen.
• Die Einlässe 4 sind über die gebogene Oberfläche des Unterteils 2 gleichmäßig verteilt, und jeder ist eingerichtet, die gleiche Gasmenge durchströmen zu lassen. Der gasdruck Jedes Einlasses ist abgestimmt durch die betreffende Tasche, iit der der Einlaß verbunden ist, und diese letztgenannten Drucke werden so gesteuert, daß im unteren bereich des walzenföriasn Teils 1 eine fluidisierungsgeschwindigkeit vorliegt, £ts niedriger ist als die äußerste Fallgeschwindigkeit der grä@@@@@ Teilchen. Die Geschwindigkeit würde z. 3. beiTeil-@@@@@ @@@@ 1/8 Zoll (3,175 @@) 1 2 2 Fu@ (30,47 60,96 cm) pro Während des Betriebes wird die zerkleinerte Kohle in den Reaktor durch einen nicht dargestellten Materialeinlaß aufgegeben, der am oberen Ende des walzenförmigen Teils 1 des Reaktors angeordnet ist, und ein fluidisiertes Feststoffbett wird im Reaktor durch die Fluidisierungsgase hervorge rufen, die in das konische Unterteil eingeführt werden. Der Spiegel des Feststoffbettes bildet sich oberhalb der Verbindungsstelle zwischen dem Oberteil 1 und dem Unterteil 2 aus. Der aufwärts strömende Teil des Gasstromes wird auf einen verhältnismäßig geringen ert eingesteuert, o daß die verhältnismäßig feineren Teilchen der Kohle nicht vom Bett aufwärts durch den Luftstrom fortgetragen werden und ein verhältnismäßig hoher Prozentsatz von Sauerstoff nicht oberhalb des Bettes vorkommt. Die gröberen ei7chen, die infolge der verhältnismäßig langsamen Gasgeschwindigkeit nicht fluidisieren, gleiten entlang den geneigten Seiten des Unterteils 2 abwärts, deren Winkel gegenüber der Waagerechten, infolge seines Größerseins gegenüber dem inneren Reibungswinkel des Materials, zur Folge hat, daß diese größeren Teilchen nicht an den Seiten haften. bleiben und dort keine örtlichen Herde von Überhitzung verursachen.
• Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung und in den nachfolgenden Patentansprüchen offenbarten Merkmale des anmeldungsgegenstandes können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
• Patentansprüche

Claims (10)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Erzeugung einer dichtphasigen Fluidisierung von zerkleinertem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Material in ein Reaktnonsgefäß eingeführt wird, welches mit einem konischen Unterteil (2) versehen ist, dessen Seiten gegenüber der Waagerechten in einem Winkel geneigt sind, der größer ist als der Winkel innerer Reibung des Materials, wobei die Achse des Konus senkrecht verläuft und dieser eine Iurehlaß-Öffnung (3) für den Durchlaß behandelten materials aufweist, die an der Spitze des konischen Unterteils oder auf diese zu angeordnet ist, während das Fluidisierungsgas aufwärts durch das Material von einer Mehrzahl von her Gaseinlässen (4) geführt wird, die mit Abstand rundherum an der gebogenen Oberfläche des k.anischen Untereils angeordnet sind, und zwar sind die Gaseinlässe derart angeordnet und die Gasströme durch sie werds@ @@ gesteuert, daß die Menge von aufwärts strömendem Gas <. m wesentlichen über irgendeinen ausgewählten waatgerechten Querschnittsbereich dee konischen Unterteils konstant ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Material im wesentlichen aus zerkleinerter Kohle im Korngrößenbereich 0 - 1/8 Zoll (0 - 3,175 mm) besteht und das konische Unterteil Seitenwände aufweist, die gegenüber der Waagerechten in einem Winkel im Bereich zwischen 500 und 700 geneigt sind.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Fluidisierungsgases, welches in eine verhältnismäßig tiefere Zone des Unterteils eingeführt wird, größer ist als der Druck des in eine verhältnis mäßig höhere Zone des Unterteils eingeführten Gases.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ga. bei seinem Eintritt in das konische Unerteil vera@laß wird, einem wesentlichen Druckabfall zu unterliegen.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein konisches Unterteil (2), desson Seiten gegenüber der Waagerechten in einem Winkel geneigt sind, der größer ist als der Winkel inkerer Reibung des Materiels, wobei die Achse des Konus senkrecht verläuft und dieser eine Durchlaßöffung () für den Durchlaß behandelten Materials aufweist, die an der Spitze des konischen Unterteile oder auf diese zu angeordnet ist, während das Fluidisierungsgas aufwärts durch das Material von einer Mehrzahl von Gaseinlässen (4) geführt wird, die mit Abstand reundherum an der gebogenen Oberfläche des konischen Unteriteile an geordnet sind, und zwar sind die gaseinlässe derart ang@-ordnet und die Gasströme durch sie werden so gesteuert, daß die Menge von aufwärts strömendem Gas im wesentlichen über irgendeinen ausgewwhlten waagerschten Querschnittsbereich des konischen Unterteils konstant ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das konische Unterteil (2) Seitenwände aufweist, die gegenüber der Waagerechten in einem winkel in dem be reich zwischen 500 und 700 geneigt sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 600 beträgt.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (4) dazu eingerichtet sind, da4e Gas in einer rechtwinklig zur Achse des Unterteils (2) verlaufenden Richtung zuzuführen.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Anspr@c@@ 9 - 5-8 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlaß (4) einen Gasauslaß (7) aufweist, der in derselbqn Ebene angeordnet ist wie die innere gebogene Oberfläche des konischen Unterteils (2).
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlaß (4) eine lreßöffnung (9) enthält, um die mengen strömenden Gases durch die Linlässe auszugleichen.