DE2728184A1

DE2728184A1 - Vorrichtung und verfahren zur pyrolyse feinkoerniger materialien

Info

Publication number: DE2728184A1
Application number: DE19772728184
Authority: DE
Inventors: Norman Wayne Green
Original assignee: Occidental Petroleum Corp
Current assignee: Occidental Petroleum Corp
Priority date: 1976-06-25
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1978-01-05
Also published as: US4162943A; CA1080648A; ZA773281B; GB1562770A; AU2577977A

Description

BOEHMERT & BOEHMERT

ANWALTSSOZIETÄT

ßoehmcrt&itoehinei-t. Postfach 10 71 27. D-2300 Rrcmcn

Deutsches Patantamt Zv/eibrückenstr.

PATENTANWALT DR-ING KAKL IlOt-HMF.KT (1933-1973) PATENTANWALT DIPL -ING ALBERT BOHHMEKT, BREMEN IWrENTANWALT DR-ING WALTER HOORMANN,BREMEN PATKNTANWALT DU'L.-PHYS.DU. HEINZ GODDAR,BREMEN PATENTANWALT DIPL ING. EDMUND F. EITNER,MÜNCHEN

RECHTSANWALT WILHELM J H.STAHLBERG,BREMEN

8000 München

Ihr Zeichen Your rof.

Ihr Schreiben vom Your letter

Neuanmeldung Unser Zeichen Our ref

O 154

Bremen, Feldstraße 24

2 3 . Juni 1977

Occidental Petroleum Corporation, 1O889 Wilshire Boulevard, Los Angeles, California 90024, USA

Vorrichtung und Verfahren zur Pyrolyse feinkörniger Materialien

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Postfach 107127. FeldstraRe D-2800 Kremen 1 O Telefon: (0421) *74044 Tdcx : 2449ii«hfipatd Tolcgr : Dugr.'-M'r.li

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Büro München:. Schlotthauer Straße 3 D-8000 München 90 Telefon: (039) 652321

Telcgr : TcIcpatent. Müncltcn

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Pyrolyse feinkörniger Materialien. Dabei wird ein Prinärmaterial, wie beispielsweise Kohle, und ein Sekundärmaterial, wie heiße Holzkohle, als Hitzequelle eingesetzt. Sie befaßt sich im besonderen damit, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entspannungspyrolyse unter Verwendung von Komponenten zu schaffen, deren Geometrie oder Form die "iTiaßr.löblich-3 Vergrößerung" der Vorrichtung für den kommerziellen Einsatz erleichtert und andere Vorteile aufweist.

Bei einem Verfahren mit seiner Natur nach idealen Strömung, d. h. ein Verfahren, bei welchem die Reaktionskomponenten in einer Pyrolysekammer in radialer statt in axialer Richtung zusammengebracht v/erden und die sich ergebende Mischung eine gleichförmige Zusammensetzung und Eigenschaften in jedem Querschn.it tsbereich des Reaktors besitzt, ist die Wahl der Geometrie der Vorrichtung bezüglich der "maßstäblichen Vergrößerung" für den kommerziellen Einsatz unkritisch. Wenn beispielsweise die Verweilzeit der Materialien in dem Pyrolysereaktor eine Funktion der Länge des Reaktors ist, kann der Durchsatz vergrößert werden, indem man den Querschnitt des Reaktors erweitert. Damit ist die Geometrie des Reaktorquerschnittes im Hinblick auf die Zeitdauer zwischen dem ursprünglichen Kontakt, d. h. der Mischung der feinkörnigen Materialien in dem Reaktor, und der Feststofftrennung relativ unwichtig. Die einleitende Betriebsweise und die Feststofftrennung folgen jedoch ihrer Natur nach nicht der idealen Strömung und sind durch die Geometrie der Bestandteile, in welchen der Betrieb durchgeführt wird, beeinflußbar.

Wenn für den Querschnitt des Reaktors eine kreisförmige Geometrie ausgewählt wird, könnte der Reaktoraufbau einen koaxialen Strahlmischer zur Mischung und Einleitung der Pyrolyse eines Primärmaterials wie feinkörnige Kohle mit einem Sekundärmaterial wie feinkörnige Holzkohle als Wärme-

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Ol HMI'.IM

quelle aufweisen, wobei ein solcher Mischer einen rohrförmigen Reaktor und eine herkömmliche Zyklonaufnahmevorrichtung beschickt. In einer solchen Vorrichtung wird beispielsweise ein Kohlestrom durch einen Einlaß, wie beispielsweise eine Düse in einen fluidisierten ringförmigen Strom aus Holzkohle eingeleitet, worauf die so gebildete turbulente Mischung einem rohrförmigen Pyrolysereaktor zugeführt und in diesem pyrolyGLert wird. Wenn jedoch ein derartiger Aufbau maßstäblich zur Erzielung höherer Durchsätze vergrößert wird, verlängert sich die Zeitdauer, die für einen vollständigen Mischvorrjang erforderlich ist, während außerdem die Trennuncjszei t in dem Zyklon erhöht wird. Obwohl dies bis zu eine.n gewissen Grad dutch die Verwendung eines Vielfachinjektionssystems und Vielfachzyklonen oder Kollektoren kompensiert v/erden kann, ist der Vorteil dieses zusätzlichen komplizierten Aufbnus beschränkt,und die Geic geht verloren.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Vorrichtung und ein Verfahren zur Pyrolyse feinkörnigen Materials, wie Kohle zu schaffen, bei welchen nicht kreisförmige und nicht rohrförmige Materialbeschickungsund Pyrolysereaktorkomponenten eingesetzt werden, um dadurch die oben aufgezeigten Nachteile zu vermeiden.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch einen im wesentlichen im Querschnitt rechteckigen Pyrolyse-Reaktor, einen mit dem Pyrolyse-Reaktor in Verbindung stehenden Schlitzreaktor zur Bildung eines feinkörnigen, zu pyrolysierenden Primärmaterialstromes, auf sich gegenüberliegenden Seiten des Pyrolyse-Reaktors angeordnete, mit diesem in Verbindung stehende Einrichtungen zur Zuführung feinkörnigen Sekundärmaterials als Wärmequelle in den Reaktor unter Vermischung mit dem Primärmaterialstrom, einen im wesentlichen zylindrischen Separator, der über einen tangentialen Einlaß

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OFUQINAL INSPECTED

mit dem Reaktor in Verbindung steht und einen Feststof fau.ilufi besitzt, der dem tangentialen Einlaß um nicht mehr als etwa 180° auf dem Umfang des zylindrischen Separators gegenüberliegt, sowie ein innerhalb des Separators angeordnetes Gasauf nahinerohr.

Vorzugsweise besteht die Einrichtung zur Zuführung der; feinkörnigen Sekundärmaterials in dein Reaktor aus einem Pear Ln Querschnitt rechteckf örmicjer Schächte, die Lm oberen BereLcri des Reaktors aui einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind und ein Zuführungsrohr für das f elnkörnige Sekund .irma teri al, eine Fluidis ierungskanimer, eine Zuf ührung.-ilei tunrj für das Fluid isieruncjsqan sowie einen Überf ührungsschli t/. für das fluidisiert^ Sekundärmaterial von den Schächten in don oberen Bereich des Reaktors aufweist. Zwecknüifiigerwe lso bcfSitzt ch>r Rea¹: tor eine obere Wandung, die unterhalb de; Real: torkopi t-;; en dot und ein Übers trörnwehr von jedem d.n Schächte in den Pyrolysereaktor bildet.

Der iJbergangsboreich zwischen dein Fleak tor und dem Separator läuft bevorzugt in einem rechteckigen Schlitz aus, der einen kleineren Querschnitt als der Reaktor besitzt und mit dem Einlaß des Separators über eine rechteckige Leitung in Verbindung steht, wobei der Separatoreinlaß die gleiche Länge wie dar Schlitz besitzt, in welchen der Übergangsbereich ausläuft.

Dvis perforierte Gasaufnahmerohr besteht vorzugsweise aus einem porösen oder perforierten Rohr, das axial innerhalb des Separators angeordnet ist, wobei die Gaso aus einem Ende des Rohres abziehbar sind.

Die Begrenzungen des rechteckförmigen Schlitzes zur Bildung der Schlitzströmung können verschiedenartig ausgebildet sein. Zweckmäßig sind jedoch eine Anzahl von im Querschnitt krej .--

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Al

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förrnigen Rohren nebeneinander eingeordnet, die sich gegenseitig berühren.

Die Pyrolysevorrichtung kann aus einer Anzahl von Pyrolyseeinheiten bestehen, die parallel zueinander angeordnet sind. Hierbei können Wehre jeweils zwischen Paaren nebeneinanderliegender Reaktoren vorgesehen sein, über welche jeweils die-Eeö Paar mit Sekundärmaterial beschickt wird. Ein Paar solcher Reaktoren können an einen einzigen gemeinsamen Separator über Zuführungen angeschlossen sein, die in einem Vi/i nk el abstand von 180° auf dessen Umfang angeordnet sind.

Gernäß einer Ausführungsform der Erfindung besitzt die Pyrolysevorrichtung eine im Querschnitt rechteckige, sich in abwärtiger Richtung erstreckende Schlitzkammer zur Bildung eines aus zu pyrolysierender, feinkörniger Kohle bestehenden Materialstromes, einen im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Pyrolyse-Reaktor, dessen oberer Bereich mit der Schlitzkammer· in Verbindung steht, ein Paar im Querschnitt rechteckiger Schächte auf sich gegenüberliegenden Seiten im oberen Bereich des Reaktors, die jeweils ein Zuführungsrohr für die feinkörnige Holzkohle, eine Fluidisierungskammer mit einem Fluidisierungsgaseinlaß sowie einen Überführungsschlitz für die fluidisierte Holzkohle in den oberen Bereich des Reaktors zur Vermischung mit dem feinkörnigen Kohlestrom besitzen, einen Übergangsbereich, der sich an das untere Ende des Reaktors anschließt und in einen im Querschnitt rechteckigen Schlitz übergeht, dessen Querschnitt kleiner ist als derjenige des Reaktors, einen im wesentlichen zylindrischen Separator mit horizontaler Achse und einem tangentialen Einlaß, der die gleiche Länge wie der Übergangsbereich besitzt und mit dem Schlitz in Verbindung steht, einen Feststoff auslaß, der auf dem Umfang des Separators in einem Winkelabstand von etwa 90 von dem tangentialen Einlaß angeordnet und von dem Separator aus nach unten gerichtet ist, wobei der Auslaß ein mit dem Separator in Verbindung stehendes

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BOEIIMPRT & ηΟΓ.Ι IMIiUT

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Prallblech besitzt und dem Separator zugeführte Feststoffe von dem tangentialen Einlaß ausgehend um ein Viertel des Separatorumfanges führbar sind, bevor sie auf das Prallblech auftreffen, sowie ein koaxial zum Separator angeordnetes, perforiertes Gasaufnahmerohr für den Abzug der Gase.

Das erfindungsgemäße Pyrolyseverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man einen Strahl hoher Geschwindigkeit eines zu pyrolysierenden, feinkörnigen Primärmaterials durch einen rechteckigen Schlitz unter Bildung eines im Querschnitt rechteckigen Strahles hoher Geschwindigkeit aus dem feinkörnigen Material hindurchführt und der Pyrolysezone ein fluidisiertes, feinkörniges Sekundärmaterial zuführt und das Primärmaterial mit dem Sekundärmaterial in der Pyrolysezone vermischt, worauf man den sich ergebenden Mischstrom aus Primärmaterial und Sekundärmaterial durch die Pyrolysezone hindurchführt und hierin pyrolysiert, woran anschließend man den rechteckigen Querschnitt des Strahles verringert und diesen tangential einer zylindrischen Abscheidezone zuführt, in welcher man die Feststoffe abtrennt, nachdem der Strahl nur einen Teil des Umfangs der Abscheidezone durchlaufen hat, während man schließlich das Gas aus der Abscheidezone abzieht.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Pyrolyse-Reaktors,

Fig. la eine Seitenansicht des Reaktoraufbaues gemäß Fig. 1,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Pyrolyse-Reaktor gemäß Fig. 1.

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BOEUiVERT ,Ii ROEKMFKT

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der orfindungsoemäßen Vorrichtung, wobei ein Paar Reaktorein- ' heiten parallel zueinander über einander gegenüberliegende, tangentiale Einlasse an einen einzigen Separator angeschlossen sind,

Fig. 4 eine andere, der Darstellung in Fig. 3 ähnliche Ausführungsform, wobei einer der Fluidisierungsschächte für die fluidisierte Holzkohle zwei Reaktoren beschickt,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wo eine Anzahl parallel zueinander angeordnete Reaktoren, die alle mit einem eigenen Beschickungsschlitz für das Primärmaterial, wie feinkörnige Kohle versehen sind und ihren eigenen Separator besitzen, wobei jedoch die Schächte für das fluidisierte Sekundärmaterial jeweils nebeneinanderliegende Reaktoren beschicken _f

Fig. 6 die Bildung des Beschickungsschlitzes aus einer Anzahl rohrförmiger Zuleitungen, die zusammen in etwa die Geometrie eines Beschickungsschlitzes besitzen,

Fig. 7 eine modifizierte Ausbildungsform des Schlitzes zur Beschickung des Primärmaterials in den Reaktor und

Fig. 8 eine der Fig. la entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform.

In den Fig. 1, la und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Schlitzreaktors 10 gemäß der Erfindung dargestellt·

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BOEHMERT Λ. UOEKMKiIT

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Der Beschickungsschlitz des Schiitsreaktors IO besteht aus einer im Querschnitt rechteckförmigen Schlitzkammer 12, die durch ein Paar paralleler Seitenwände 14 und paralleler Abschlußwände 16 begrenzt wird, wobei ein Schlitz. 18 mit rechteckigem Querschnitt vom Kopf bis zum Fuß der Schlitzkammer gebildet wird.

Die rechteckige Schlitzkammer 12, welche den Schlitz 18 bildet, ist vertikal auf dem Pyrolyse-Reaktor 20 angeordnet, der ebenfalls im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet ist, und von parallelen Seitenwänden 22 und parallelen Abschlußv/änden 24 begrenzt ist. Die Länge des Pyrolyse-Reaktorquerschnittes, die sich,wie am deutlichsten aus den Fig. 1 und la entnehmbar ist, zwischen den Abschlußwänden 24 erstreckt, ist größer als die Länge der Schlitzkammer 12 zwischen den Abschlußwänden 16 und des Schlitzes 18, wähnend auch die Breite des Reaktorquerschnittes größer ist als die Breite der Schlitzkammer 12 und des darin befindlichen Schlitzes Der untere Teil 26 der Schlitzkammer 12 und des Schlitzes 18 erstreckt sich bis in den oberen Bereich des Reaktors 20.

Ein Paar rechteckförmiger Schächte 28 ist auf jeder Seite des oberen Endbereiches des Pyrolyse-Reaktors angeordnet, die sich jeweils von einer Abschlußwand 24 des Pyrolyse-Reaktors bis zur gegenüberliegenden Abschlußwand 24 erstrecken. Jeder dieser Schächte ist mit einem horizontalen Gitter oder einer perforierten Platte 30 versehen, die in einem Abstand vom Boden 32 des Schachtes angeordnet ist, während ein Gaseinlaß 34 zu der Kammer 36 in dem Boden des Schachtes unterhalb der Platte oder des Gitters angeordnet ist. Ein vertikales Standrohr 38 ist in jedem der Schächte 28 vorgesehen, das mit seinem unteren Ende kurz oberhalb des Gitters 30 ausläuft. Die oberen Enden 40 der Seitenwände 22 des Reaktors 20 laufen unterhalb des Kopfes des Reaktors aus und lassen einen Schlitz 43 oberhalb der oberen Enden 40 der Reaktorseitenwände 22 frei für einen Übergang zwischen den Schächten

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28 und dem Raum in dem oberen Teil des Reaktors zwischen den oberen Teilen der Reaktorseitenwände 22 und den sich nach unten erstreckenden Endteil 26 der Schlitzkammer 12 zu einem Zweck, der nachfolgend noch deutlicher erläutert werden soll.

Der rechteckförmige Reaktor besitzt einen sich nach unten verjüngenden Übergangsbereich 44, der in einem rechteckigen Schlitz 45 mit v/esentlich verringertem Querschnitt,verglichen mit dem Querschnitt des Reaktors 20, ausläuft. Ein Einlaßschlitz 46 von dem Übergangsbereich 44 erleichtert die Einführung des Pyrolyseproduktes in einen Separator 48. Der Separator 48 besitzt die Form eines horizontal angeordneten Rohres oder Zylinders mit einer axialen Länge, die der horizontalen Länge der Teile 44 und 46 entspricht.

Wenn von den Teilen 12, 20, 28, 44 und 46 als rechteckig gesprochen wird, so bedeutet dies, daß diese Teile einen rechteckigen Querschnitt in einer horizontalen Ebene besitzen.

Der Separator 48 besitzt als ein kennzeichnendes Merkmal einen tangentialen, rechteckförmigen Einlaß 50 von dem Einlaßschlitz 46 ausgehend, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Separators entspricht und die gleiche Länge wie der Schlitz 45 besitzt. Ein Feststoffauslaß 52 ist an den unteren Teil des Separators 48 angeschlossen und erstreckt sich von diesem tangential nach unten, wobei herauszustellen ist, daß der Einlaß 54 zum Auslaß 52 im Hinblick auf den zylindrischen Separator 48 tangential angeordnet ist und dem Einlaß 50 gegenüberliegt, wobei auf dem Umfang um den Separator 48 eine Winkelabstandsposition von 90° bis 180° zum tangentialen Einlaß 50 des Separators besteht. Die Anordnung des tangentialen Einlasses 50 zum Separator und dem Einlaß 54 von dem Separator zu dem Feststoffauslaß 52 besitzt den nachfolgend erläuterten Zweck. Der Separator 48

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BOEHMERT «ν HOEHMERT Ab

ist außerdem mit einem axial angeordneten, porösen oder perforierten, zylindrischen Gasaufnahmerohr 56 versehen, um aus den sich gegenüberliegenden Enden Gase abzuziehen.

Der Feststoffauslaß 52 steht mit einer sich nach unten verjüngenden Kammer 58 in Verbindung, die wiederum zu einem Sammelraum 60 für die Feststoffe führt.

Beim Betrieb wird ein Primärmaterial, wie feinkörnige Kohle in einem geeigneten Trä'gergas, wobei es sich um ein inertes Gas wie z. B. Stickstoff oder heißes Kreislaufgas, Methan oder Kohlenmonoxyd, das im wesentlichen frei von molekularem Sauerstoff ist, handelt,als Hochgeschwindigkeitsstrom mit einer Reynolds-Zahl von größer als 2 0OO durch den Schlitz 12 in den oberen Bereich des rechteckförmigen Reaktors injiziert. Ein Sekundärmaterial, wie z. B. heiße, feinkörnige und im Kreislauf geführte Holzkohle wird mit hoher Temperatur übar den Einlaß der das Standrohr 38 in jedem der Schächte 28 der Fluidisierungskammer 62 zugeführt. Die Holzkohle wird durch ein geeignetes Fluidisierungsgas wie z. B. Stickstoff oder heißes Kreislaufgas, das durch den Gaseinlaß 34 zugeführt wird, und das Gitter oder die Platte 30 in die Fluidisierungskammer 62 durchströmt, fluidisiert. Dabei wird der Gasstrom so gewählt, daß die Kohle fluidisiert wird. Die fluidisierte Kohle strömt gleichmäßig über die Oberkante oder das Wehr 40 eines jeden der Schächte 28 in den rechteckförmigen Reaktor zwischen den Seitenwänden 22 und dem unteren Teil 26 der rechteckförmigen Schlitzkammer 12. Nachdem sie sich innerhalb des Reaktors befindet, fällt die fluidisierte Holzkohle bald in den Weg der turbulenten Schiitsströmung aus Kohle, die über den unteren Teil 26 der Schlitzkammer 12 zugeführt wird. Der Kohlenstrahl wird rasch genug in den Reaktor eingeführt, um einen Strahlstrom zu bilden, der auf den Holzkohlenstrorn einwirkt und die feinkörnige Holzkohle mitreißt, wobei ein vollständiges Vermischen der

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HUT ti IiOEHMKIU'

Kohle und der Holzkohle innerhalb eines kurzen Bereiches im Inneren des Reaktors erfolgt. Der sich ergebene turbulente Strahlstrom aus feinkörniger Kohle und mitgerissener feinkörniger Holzkohle dehnt sich aus, wie durch die gestrichelten Linien 64 dargestellt ist, während er sich durch die Pyrolysekamnier abwärts bewegt.

Die vermischten fies Land teile der Pyrolyse-Roak tion werden durch den rechtoc'iförrnicjon Reaktor nach unten und Ln den Übergangsbereich 44 geführt. Wenn das Pyrolyseprodukt durch den Schlitz 45 in den Schlitz 46 übergeht, wird die Geschwindigkeit der Mischung wesentlich erhöht, v/ährend das Volumen der Mischung beträchtlich verringert wird infolge des wesentlich verringerten Querschnittes des Schlitzes 45, verglichen mit dem rechteckigen Querschnitt des Reaktors Die Mischung der Pyrolysekomponenten geht dann über den Einlaßschlitz 46 und den tangentialen Einlaß 5O in den Separator 48 über, wobei die tangentiale Einführung der Pyrolyse- oder Holzkohlenfeststoffe in den Seaprator 48 eine Wirbelbewegung der Feststoffe um einen Teil des inneren Umfanges des zylindrischen Separators bewirkt. Die Holzkohlenfeststoffe werden somit um ein Viertel des Umfanges des Separators oder Kollektors 58,der mit der Bezugsziffer 66 versehen ist, geführt. Wenn die Feststoffe das Ende 67 des Einlasses 54 erreichen, werden diese Feststoffe tangential entlang der gestrichelten Linie 69 geschleudert, bevor sie auf das Prallblech 68 des Feststoffauslasses 52 auftreffen und über den Auslaß 52 und die Kammer 58 dem Feststoffsammeiraum 60 zugeführt werden. Die Pyrolysegase durchströmen das perforierte Gasaufnahmerohr 56 und werden von dessen Enden abgezogen.

Der oben beschriebene Aufbau des Separators 48 und der tangentialen Anordnung des Einlasses 50 und des Einlasses 54 von dem Separator zu dem Feststoffauslaß 52 bringt einige wesentliche Vorteile. Es ist bekannt, daß es für eine verbesserte

Rr & BOEHMf-RT

Produktausbeute vorteilhaft ist, die Gase von den Feststoffen in der Mischung der Pyrolyseprodukte so früh wie möglich zu trennen, um den Kontakt der Gase mit den Feststoffen gering zu halten und auch die Zeit abzukürzen, während welcher die Gase bei einer erhöhten Temperatur vor der Abschreckung gehalten werden. Es zeigt sich aus dem beschriebenen Scparatoraufbau, daß die Feststoffe nur während des kurzen Aufenthalten, Ln welchem die Feststoffe ein Viertel des Urnianges dos Sc.-parcitors durchlaufen, mit den Gasen in dem Separator in Kontakt gehalten werden, bis sie den F.inlaß 54 zum Feststoffauslaß 52 erreichen, wo sie au:; dem Separator abgezogen werden. Dies ist im Gegensatz zu dem herkömmlichen Zyklonbetrieb, wobei die Feststoffe für die Dauer von mehreren Umdrehungen entlang dem Zyklonumfang mit der Zyklonwandung in Kontakt bleiben. Außerdem behalten die Gase in dem Separator ihre erhöhte Temperatur nur während einer sehr kurzen Zeitdauer, bevor sie durch das Gasaufnahmerohr 56 abgezogen werden.

Die aus dem Feststoffsammeiraum 60 abgeführten Holzkohlefeststoffe oder ein Teil dieser Feststoffe kann im Kreislauf zu den Schächten 28 zurückgeführt und dort, wie oben beschrieben, fluidisiert werden.

Eine Anzahl von Abänderungen der oben beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung sind unter Beibehaltung der grundsätzlichen erfindungsgemäßen Prinzipien möglich. So kann eine Mehrzahl von Reaktoren parallel zueinander angeordnet sein, wobei die tangentialen Einlasse einander gegenüberliegen, um ein Reaktorpaar zu bilden. In Fig. 3 ist ein Paar Pyrolyse-Schlitzreaktoren 20 zusammen mit den hiermit verbundenen Teilen dargestellt. Die Reaktoren mit dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau sind parallel nebeneinander angeorndet, wobei die sich gegenüberliegenden tangentialen Einlasse 50 der beiden Reak toren zu dem Separator 48 in einem Abstand von 180° um den Umfang des Reaktors angeordnet sind, während sich der Fest-

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POFJ'MFRT & ΗΟΕίίΜί'ΚΤ

stoffauslaß 52' bei dieser Ausführungsform jedoch am unteren Ende des Separators 48 in gleichem Abstand auf den Umfang des Separators von den beiden Einlassen 50 befindet.

Ein dem in Fig. 3 dargestellten ähnliches System ist in Fig. 4 gezeigt, wobei ein zentraler Fluidisierungsschacht 28' zv/ei sich benachbarte Reaktoren 20 beschickt.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind drei Reaktoren 2O parallel zueinander angeordnet, wobei die jeweils eingeschlossenen Schächte 28a ein jeweils nebeneinanderliegendes Paar von Reaktoren beschickt, während die einzelnen Reaktoren jeweils an einen eigenen Separator 48 angeschlossen sind.

In Fig. 6 ist eine Modifikation der Schlitzkammer 12 gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei ein im wesentlichen rechteckförmiger Schlitz 70 durch eine Anzahl von im wesentlichen kreisförmigen Rohren 72 gebildet wird, die nebeneinanderliegend angeordnet sind. Der Strom feinkörniger Kohle wird gleichzeitig dem einen Ende eines jeden der Rohre 72 zugeführt, wobei die das gegenüberliegende Ende der Rohre 72 verlassenden Ströme ineinander übergehen und einen Strom mit im wesentlichen rechteckförmigero Querschnitt bilden.

Obwohl bei der in den Fig. 1, la und 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das untere Abzugsende der Schlitzkammer 12 den gleichen rechteckigen Querschnitt besitzt wie der rechteckige Schlitzeinlaß am Kopf der Schlitzkammer, zeigt die Fig. 7 eine modifizierte Schlitzkammer 74, bei welcher das Auslaßende 76 in Form einer Rechteckdüse verjüngt ist, so daß sich ein Strahl oder Strom mit einem engeren Querschnitt ergibt, veigLichen mit dem Schlitzstrahl am Kopfende 78 der Kammer. Bei dieser Ausführungsform ist noch herauszustellen, daß der Strom feinkörnigen Materials, wie z. B.

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βΟΕΚΜΕΚΓ ik ΒΟΚΗΜΐΙΠ*

Kohle weiter beschleunigt wird, wenn er die Düse am Auslaßende 76 durchläuft und in den Pyrolysereaktor eintritt.

In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der in den Fig. 1 und la dargestellten Vorrichtung gezeigt, wobei der Übergangsbereich 44 einen sich nach innen verjüngenden konischen Teil 79 aufweist, so daß die Länge des Schlitzes 45, des Einlasses 50, des Separators 48 und des Feststoffauslasses 52 gleich ist, jedoch kurzer als diejenige des Reaktors 20.

Es leuchtet ein, daß es sich bei dem Primärrnaterial, das den Schlitzstrahl bildet, um jedes feinkörnige Material handeln kann, das innerhalb des Pyroylse-Reaktors pyrolysierbar ist. Gemäß der bevorzugten Praxis ist das Primärmaterial Kohle, wobei es sich um bituminöse oder subbituminose Kahlen oder Lignit handeln kann.

Das Sekundärmaterial zur Erhitzung des Primärmaterials, wie Kohle, auf die für den Pyrolysen-Reaktor geeignete Temperatur ist bevorzugt Holzkohle,und zwar im besonderen im Kreislauf geführte Holzkohle, wobei es sich jedoch um andere Materialien handeln kann, wie beispielsweise heiße, feinkörnige inerte Feststoffe.

Wie sich aus dem Vorangehenden ergibt, bringt die Erfindung eine neue Vorrichtung und ein Verfahren unter Einsatz des Prinzips eines Schlitzstrahlreaktors mit einem erhöhten Wirkungsgrad und einer hohen Produktausbeute, wobei eine einfache und praktische maßstäbliche Vergrößerung für den kommerziellen Einsatz möglich ist, nachdem eine optimale Schlitzlänge ausgewählt ist, indem man die horizontale Schlitzausdehnung erweitert oder eine Anzahl von Pyrolyse-Schlitzreaktoren, wie beschrieben, parallel zueinander schaltet.

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Claims

BOEHMSRT & BOEHML-KI 23. j_uni 1977

Akte: 0 154

2778184

Ansprüche

1. Pyrolyse-Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen im Querschnitt rechteckigen Pyrolyse-Reaktor (20), einen mit dem Pyrolyse-Reaktor (20) in Verbindung stehenden Schlitzreaktor (10) zur Bildung eines feinkörnigen, zu pyrolysierenden Primärmaterialstromes, auf sich gegenüberliegenden Seiten des Pyrolysereaktors (20) angeordnete, mit diesem in Verbindung stehende Einrichtungen (28) zur Zuführung feinkörnigen Sekundärmaterials als Wärmequelle in den Reaktor (20) und der Vermischung mit dem Prirnärmaterialstrom, einen im wesentlichen zylindrischen Separator (48), der über einen tangentialen Einlaß (46, 50) mit dem Reaktor (20) in Verbindung steht und einen Feststoffauslaß (52) besitzt, der den tangentialen Einlaß (46, 50) um nicht mehr als etwa 180 auf den Umfang des zylindrischen Separators (48) gegenüberliegt, sowie ein innerhalb des Separators (48) angeordnetes, perforiertes Gasaufnahmerohr (56) #

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Zuführung des feinkörnigen Sekundärmaterials in den Reaktor (2O) aus einem Paar im Querschnitt rechteckförmiger Schächte (28) besteht, die im oberen Bereich des Reaktors (2O^ auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind,und ein Zu-r führungsrohr (38) für das feinkörnige Sekundärmaterial, eine Fluidisierungskaminer (62), eine Zuführungsleitung (34) für das Fluidisierungsgas sowie einen Überführungsschlitz (43) für das fluidisierte Sekundärmaterial von den Schächten (28) in den oberen Bereich des Reaktors (2O) aufweist.

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Inspected

BOEIIMRHT & But· HMKlH

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende (40) der Reaktorwandung (22) unterhalb des Reaktorkopfes endet und einen Überströmschlitz (43) von den Schächten (28) zu dem Reaktor (20) bildet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (44) in einem rechteckigen Schlitz (45) ausläuft und mit dem Einlaß (50) zu dem Separator (48) über einen Einlaßschlitz (46) in Verbindung steht, der die gleiche Länge wie der Übergangsbereich (44) besitzt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststof f ausLaß (52) auf dem Umfang des zylindrischen Separators (48) einen Winkelabstatid von etwa 90° von dem tangentialen Einlaß (50) besitzt, wobei der Feststoffauslaß (52) an seinem oberen Ende ein Prallblech (68) aufweist, gegen welches die im Inneren des Separators (48) ein Viertel des Umfanges durchlaufenden Feststoffe führbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierte Anordnung zum Abzug der Gase aus einem porösen oder perforierten Gasaufnahmerohr (56) besteht, das axial innerhalb des Sepa-r rators (48) zum Abzug der Gase aus einem Ende des Rohres angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des zylindrischen Separators (48) horizontal ausgerichtet ist und seine Länge der horizontalen Länge des Reaktors (2O) entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß die Achse des zylindrischen Separators (48) horizontal ausgerichtet ist und seine Länge geringer ist als die horizontale Länge des Reaktors (20).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Separators (48) gleich der horizontalen Länge des Reaktors (20), des Übergangsbereiches (44) und des rechteckigen Einlaßschlitzes (46) ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rechteckige Schlitz (70) durch eine Anzahl nebeneinanderliegender Rohre (72) gebildet ist.

11.Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Pyrolyseeinheiten (10, 20) parallel zueinander angeordnet sind, wobei mittels der zwischen den Reaktoren (20) vorgesehenen Schächte (28·, 28a) jeweils die beiden Reaktoren (20) beschickbar sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Paar von Reaktoren (2O) parallel zueinander angeordnet und an einen einzigen Separator (48) angeschlossen sind, dessen tangentiale Einlasse (5O) in einem Winkelabstand von 180° um den umfang des Separators (48) vorgesehen sind.

13. Pyrolyse-Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine im Querschnitt rechteckige, sich in abwärtiger Richtung erstreckende Schlitzkammer (12) zur Bildung eines aus zu pyrolysierender, feinkörniger Kohle bestehenden Materialstromes, einen im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Pyrolyse-Reaktor (20), dessen oberer Bereich mit der Schlitzkammer (12) in Verbindung steht,

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ein Paar im Querschnitt rechteckiger Schächte (28) auf sich gegenüberliegenden Seiten im oberen Bereich des Reaktors (20), die jeweils ein Zuführungsrohr (38) für die feinkörnige Holzkohle, eine Fluidisierungskammer (62) mit einem Fluidisierungsgaseinlaß (34) sowie einen Überführungsschlitz (43) für die fluidisierte Holzkohle in dem oberen Bereich des Reaktors (20) zur Vermischung mit dem feinkörnigen Kohlestrom besitzen, einen Übergangsbereich (44), der sich an das untere Ende des Reaktors (20) anschließt und in einen im Querschnitt rechteckigen Schlitz (46) übergeht, dessen Querschnitt kleiner ist als derjenige des Reaktors (20), einen im wesentlichen zylindrischen Separator (48) mit horizontaler Achse und einem tangentialen Einlaß (50), der die gleiche Länge wie der Übergangsbereich (44) besitzt und mit dem Schlitz (46) in Verbindung steht, einen Feststoffauslaß (52), der auf dem Umfang des Separators (48) in einem Winkelabstand von etwa 9O von dem tangentialen Einlaß (50) angeordnet und von dem Seperator (48) aus nach unten gerichtet ist, wobei der Auslaß (52) ein mit dem Separator (48) in Verbindung stehendes Prallblech (68) besitzt und dem Separator (48) zugeführte Feststoffe von dem tangentialen Einlaß (50) ausgehend um ein Viertel des Separatorumfanges führbar sind, bevor sie auf das Prallblech (68) auftreffen, sowie ein koaxial zum Separator (48) angeordnetes, perforiertes Gasaufnahmerohr (56) für den Abzug der Gase.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Separator (48) eine Länge besitzt, die gleich der horizontalen Länge des Reaktors (20), des Übergangsbereiches (44) sowie des rechteckigen Einlaßschlitzes (46) ist.

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15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffauslaß (52) in seinen oberen Bereich über ein Prallblech (68) an seinem Einlaß (54) mit dem Separator (48) in Verbindung steht.

16. Pyrolyse-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Strahl hoher Geschwindigkeit eines zu pyrolysierenden, feinkörnigen Primärmaterials durch einen rechteckigen Schlitz unter Bildung eines im Querschnitt rechteckigen Strahles hoher Geschv/indigkeit aus dem feinkörnigen Material hindurchführt und der Pyrolysezone ein fluidisiertes, feinkörniges Sekundärmaterial zuführt und das Primärmaterial mit dem Sekundärmaterial in der Pyrolysezone vermischt, worauf man den sich ergebenden Mischstrom aus Primärmaterial und Sekundärmaterial durch die Pyrolysezone hindurchführt und hierin pyro^siert, woran anschließend man den rechteckigen Querschnitt des Strahles verringert und diesen tangential einer zylindrischen Abscheidezone zuführt, in welcher man die Feststoffe abtrennt, nachdem der Strahl nur einen Teil des Umfanges der Abscheidezone durchlaufen hat, während man schließlich das Gas aus der Abscheidezone

abzieht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man das fluidisierte, feinkörnige Sekundärmaterial in die Pyrolysezone von Schächten auf beiden Seiten der rechteckförmigen Pyrolysezone überströmen läßt.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die Feststoffe durch einen Auslaß abzieht, der mit der Separatorzone in Verbindung steht und einen Winkelabstand von etwa 9O° bis etwa 18O° um den Umfang der zylindrischen Separatorzone von dem tangentialen Einlaß für die Pyrolyseprodukte in die Separatorzone be-

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19. Vorfahren nach einem der Ansprüche 16, 17 oder 18, da durch gekennzeichnet, daß man den Strom der Pyrolyseprodukte tangential der Separatorzone durch einen tangentialen Einlaß zuführt, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Separatorzone erstreckt, während der Auslaß in Bezug auf die zylindrische Separatorzone taingential angeordnet ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des verminderten Querschnittes des Strahlstromes der Pyrolyseprodukte im wesentlichen der Länge des tangentialen Einlasses in die zylindrische Separatorzono entspricht.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gas?, aus dem Separator durch ein perforiertes Rohr abzieht.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Primärmaterial um feinkörnige Kohle handelt und bei dem Sekundärmaterial um feinkörnige Holzkohle.

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