DE2839116A1 - Vorrichtung zum erhitzen eines kohlenstoffhaltigen materials zum erzeugen eines gases - Google Patents
Vorrichtung zum erhitzen eines kohlenstoffhaltigen materials zum erzeugen eines gasesInfo
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Description
:. Wilhelm Eeicfesl
Bßichel 3 ' . Re zr
T 6. sept.78
Pcoksixqß© 13 283S
Foster Wheeler Energy Corp;-, Livingston? New Jersey t
Vorrichtung- sum Erhitzen eines' kohlenstoffhaltigen
Materials sum Erzeugen eines Gases
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhit-*
zen eines kohlenstoffhaltigen Materials sur Erzeugung eines Gases, mit einem ReaktionsgefäB und Einlaßeinrichtungen für
das Einführen des kohlenstoffhaltigen Materials und eines erhitzten inerten Wärmeaustauschmediums in das Gefäß zum Mischen und zum Obertragen der Wärme des Wärmeaustauschmediums
auf das kohlenstoffhaltige Material zum Erzeugen des Gases. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für das
Regenerieren einer gesättigten Holz- oder Tierkohle zur Erzeugung eines Gasstromes mit hoher Schwefeldioxidkonzentration.
Kohlenwasserstoff-Brennmaterialien, die normalerweise in Industrieanlagen verbrannt werden, wie beispielsweise
in kohle- und öTgefeuerten KraftwerksStationen, enthalten
Schwefel, der unter normalen umständen in Schwefeldioxid während des Verbrennungsprozesses umgewandelt wird. In älteren
Anlagen wurde das Schwefeldioxid zusammen mit den anderen ausströmenden Gasen des Prozesses in die Atmosphäre abgelassen,
jedoch wird aufgrund der Luftreinhaltekontrollanforderungen
großer Nachdruck darauf gelegt, das Schwefeldioxid aus den Gasen zu entfernen, bevor diese in die Atmosphäre
abgelassen werden. Eine erfolgreiche Technik in bezug auf die Entfernung des Schwefeldioxids aus verschmutzten
Gasströmen besteht in der Adsorption durch Kohle, um eine gesättigte Kohle zu erhalten, die anschließend regenerie* .
wird, um einen Strom hoher Schwefeldioxidkonzentratic . zu erzeugen.
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Foster Wheeler Re-zr/9183
2839118
Die Regeneration der gesättigten Kohle wird häufig durch eine thermische Regeneration ausgeführt, bei der die
gesättigte Kohle in Kontakt mit einem inerten Wärmeaustauschmedium, wie beispielsweise Sand, gebracht wird, der auf eine
vorgegebene erhöhte Temperatur erhitzt ist. Der Sand hat keinen
Anteil an den innerhalb des Regenerators auftretenden Reaktionen, sondern dient hauptsächlich dazu, die Wärme zu lie-,
fern, so daß die Reaktionen ablaufen können. Wenn die Kohle erhitzt wird, laufen die während des Adsorptionsprozesses
auftretenden Reaktionen umgekehrt ab, wodurch ein konzentrierter Strom aus Schwefeldioxid, Wasser, Kohlendioxid und
Stickstoff erzeugt wird.
Bei einem üblichen Regenerationsprozeß -fließt die Mischung aus dem heißen Sand oder dem Wärmeaustauschmedium
und der Kohle langsam durch den Regenerationsbehälter nach unten, wobei der Fluß durch eine Kohle-Sand-Separator-/Zufuhreinrichtung
gesteuert wird, die unterhalb des Auslaßtrichters des Behälters angeordnet ist.
Bei dieser Art der thermischen Regeneration kann eine Regenerationstemperatur mit einer hohen Erhitzungsgeschwindigkeit
erreicht werden. Dies ergibt einen Regenerationsbehälter kleinen Volumens und eine kurze Verweilzeit
der Kohle im Behälter.
Bei diesem Regenerationsprozeß wird das an Schwefeldioxid reiche Gas üblicherweise durch ein Sauggebläse
durch eine Auslaßöffnung im oberen Teil des Reaktionsgefäßes abgezogen. Dabei kann es vorkommen, daß bei diesen Anordnungen
etwas Sand oder des sonstigen verwendeten Wärmeaustauschmediums durch das Gas mitgerissen wird und durch die
Auslaßöffnung aus dem Regenerator ausgetragen wird. Dies reduziert natürlich die Wirksamkeit des Systems und erfordert
zusätzlich ein externes Abtrennen des Sandes von dem Gas und das Hinzufügen von neuem Sand zu dem System.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Erhitzen eines kohlenstoffhaltigen Materials zur Erzeugung
eines Gases mit erhöhter Wirksamkeit unter Verminderung der durch das Einbringen eines Wärmeaustauschmediums in das Gas
entstehenden Probleme zu schaffen, bei der das Wärmeaustauschmedium
von dem Abgas vor dessen Austritt aus dem Reaktionsgefäß abgetrennt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Reaktionsgefäß eine Austrittsöffnung für das Ausströmen
des Gases und eine Aufprallplatte aufweist, die im Gefäßinneren angeordnet ist und sich über die Austrittsöffnung
in einem räumlichen Abstand in die Ausströmbahn des Gases erstreckt, und daß das Gas vor dem Ausströmen aus der .
Austrittsöffnung auf die Platte aufprallt, um Feststoffpartikel
von dem Gasstrom abzutrennen.
Die weitere vorteilhafte. Ausgestaltung der-Erfindung
ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 7.
Im folgenden wird ein zeichnerisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, bei dem
es sich um eine bevorzugte, jedoch nicht ausschließliche Ausführurigsform handelt. Es zeigen:
Figur 1 - eine vertikale Schnittansicht der Vorrichtung nach
der Erfindung, und
Figur 2 - eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Vorrichtung nach Figur 1.
In Figur 1 ist ein Reaktionsgefäß 10 mit einem im
wesentlichen zylindrischen Hauptkörperabschnxtt 12, einem oberen halbkugelförmigen Abschnitt 14 und einem unteren konischen
Abschnitt 16 dargestellt, die alle durch ein feuerfestes Material 18 zusammengefaßt sind, welches von einer
metallischen Hülle 20 umschlossen ist.
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Das Reaktionsgefäß 10 ist vertikal ausgerichtet, und im oberen Abschnitt des halbkugelförmigen Gefäßabschnitts
14 ist eine Öffnung ausgebildet, die eine Einlaßleitung 22
aufnimmt. Das obere Ende der Leitung 22 weist einen trichterförmigen Einlaßteil 24 auf, der mit der Leitung integriert
ist, und das untere Ende der Leitung endet innerhalb des Gefäßinneren etwa in der Gefäßmitte. Eine äußere Einlaßleitung
26 erstreckt sich durch die Einlaßöffnung, die im oberen Teil des halbkugelförmigen Gefäßabschnitts 14 ausgebildet ist und
umgibt einen wesentlichen Teil der Einlaßleitung 22. Die Einlaßleitung 26 erstreckt sich koaxial in bezug auf die Einlaßleitung
22 in einem räumlichen Abstand zu dieser und definiert mit dieser einen ringförmigen Durchgang 28. Das eine
Ende der Einlaßleitung 26 trägt einen Einlaßteil.30, der einen Winkel mit der Einlaßleitung 26 einschließt,und ein, konischer
Auslaß 32 ist an dem Auslaßende des Durchgangs 28 angebracht. Bei dieser Anordnung kann ein kohlenstoffhaltiges
Material, wie beispielsweise eine gesättigte Tier- oder Holzkohle, in den Einlaßteil 30 der Einlaßleitung 26 eingeführt
und ein erhitztes inertes Wärmeaustauschmedium, wie beispielsweise Sand, in den Einlaßteil 24 der Einlaßleitung 22 eingeführt
werden. Die Kohle bewegt sich unter dem Einfluß der Schwerkraft durch die Einlaßleitung 26 und den Durchgang 28
nach unten, bevor sie in das Innere des Reaktionsgefäßes 10 eintritt, während der Sand als Mengenfluß durch das Innere
der Leitung 22 sich nach unten bewegt, bevor er aus dieser in das Innere des Reaktionsgefäßes 10 ausströmt.
Die gesättigte Kohle und der erhitzte Sand sammeln sich im unteren Teil des Gefäßes an, wo sie im wesentlichen
durchmischt werden und es zu einem Wärmeaustausch kommt, um die Temperatur der Kohle auf vorgegebene Werte anzuheben,
wie noch nachstehend im einzelnen beschrieben werden wird.
Ein Flußverteilungskegel 34 wird durch den konischen Gefäßabschnitt 16 getragen und reguliert die Gleichförmigkeit
des Flusses der aus dem Reaktionsgefäß 10 ausströmen-
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den Kohle-Sandmischung. Die Ausbildung des FluBverteilungskegels
34 ist derart, daß zwei getrennte, kegelstumpf förntige
Abschnitte mit ihren Grundflächen zusammenstoßen, wobei die
äußere oberfläche des unteren konischen Abschnittes in tlbereinstimmung
mit der inneren konischen Oberfläche des konischen Gefäßabschnittes 16 ausgebildet ist und der obere, konische
Abschnitt sich in das Innenvoluraen des Seaktlonsgefäßes
10 nach oben erstreckt. Eine J^nsahi von Längsöffnungen
36 erstreckt sich in Längsrichtung durch den Kegel 34 s wobei
der untere Teil jeder öffnung in Fließverbindung mit einer
Dürchflußkammer 37 steht, die unmittelbar unterhalb des Kegels ausgebildet ist und sich innerhalb des konischen Gefäßabschnittes
16 befindet. Die Durchflußkammer 37 ist ihrerseits in Fließverbindung mit einer Ausströmöffnung 38, die
im Boden des konischen Gefäßabschnittes 16. vorgesehen ist) um ein kontinuierliches Entleeren der Mischung aus Kohle und
Sand nach ihrem Durchgang durch das Reaktionsgefäß 10 zu ermöglichen.
Weitere Einzelheiten des Flußverteilungsk^gels 34
sind in der US-Patentanmeldung S.N. 796 634 beschrieben, eingereicht
am 13. Mai 1977, und die Offenbarung dieser Patentanmeldung soll durch die Bezugnahme darauf auch Bestandteil
dieser Anmeldung sein.
Eine Auslaßöffnung ist in dem halbkugelförmigen
Gefäßabschnitt 14 vorgesehen und nimmt eine Auslaßleitung 40 auf, die im einzelnen in Figur 2 dargestellt ist. Die Auslaßleitung
40 hat insbesondere einen Endeinlaßteil 40a, der sich von der Innenwand des halbkugelförmigen Gefäßabschnitts 14
nach innen erstreckt, wobei ein Teil der Wand des Endeinlaßteils
40a weggelassen ist, um eine Einlaßöffnung 42 zu erhalten. Eine Aufprallplatte 44 ist an dem Ende des Einlaßteils
40a befestigt,und eine Abzugöffnung 46 ist in dem Einlaßendteil
40a im geringen räumlichen Abstand von der Aufprallplatte 44 angeordnet. Der Zweck dieser Abzugöffnung wird
noch im einzelnen näher beschrieben werden.
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Eine Anzahl von Wärmeschutzrohren 50 ist im zylindrischen Gefäßabschnitt 12 vorgesehen, und sie weisen zueinander
in Längsrichtung jeweils einen bestimmten Abstand auf. Jedes Wärmeschutzrohr 50 enthält eine Vielzahl von Thermoelementen
52 zur Messung der Temperatur innerhalb des Gefässes in herkömmlicher Weise. Ein zusätzliches Wärmeschutzrohr
50 ist im konischen Gefäßabschnitt 16 angeordnet und enthält gleichfalls eine Anzahl von Thermoelementen 52, die gleichfalls
der Temperaturmessung dienen. Es ist selbstverständlich, daß zusätzliche Wärmeschutzrohre und Thermoelemente
über den Umfang des Reaktionsgefäßes 10. angebracht werden können, falls dies erforderlich ist.
Wie schon zuvor erwähnt wurde, wird die Vorrichtung nach der Erfindung in einem System eingesetzt, das für
die Entfernung des Schwefeldioxids aus den ausströmenden Gasen ausgelegt ist, die in kohle-oder ölgefeuerten Kraftstationen
oder dergleichen entstehen. Bevor die Vorrichtung nach der Erfindung in Betrieb gesetzt wird, passieren die
ausströmenden Gase ein adsorbierendes Material, wie beispielsweise aktivierte Tier- oder Holzkohle oder sauerstoffangereicherte
Fett- oder Flammkohle. Das im Gasstrom enthaltene Schwefeldioxid wird auf der Innenfläche des Adsorptionsmaterials
adsorbiert und einer nachfolgenden Oxidation zu Schwefelsäure in Gegenwart von Sauerstoff und Wasserstoff,
die gleichfalls in dem ausströmenden Gas vorhanden sind, unterzogen. Das Adsorptionsmaterial oder die gesättigte Kohle
wird dann aus dem Adsorber entleert und von den Teilchen getrennt, bevor es dem Reaktionsgefäß 10 zugeführt wird.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung
ist derart, daß die gesättigte Kohle, die Schwefelsäure enthält, in den Einlaßteil 30 der Einlaßleitung 26 eingeführt
wird, wodurch sie unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten fließt und in das Innere des Reaktionsgefäßes 10 eintritt.
In ähnlicher Weise wird heißer Sand, der auf eine vorgegebene erhöhte Temperatur von beispielsweise 815° C
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Foster Wheeler Re-zr/9188
(1500° F) erhitzt ist, durch den Einlaßteil 24 der Einlaßleitung
22 eingeführt und fließt als Mengenfluß nach unten, bevor er in das Innere des Reaktionsgefäßes 10 austritt.
Die gesättigte Kohle und der heiße Sand werden im Gefäßinneren angesammelt und durchmischt, bevor die Hitze des
Sandes auf die Kohle übertragen wird.. Sowie die gesättigte Kohle erwärmt wird, kommt es zu einer Umkehr der Reaktionen,
die während des zuvor erläuterten Adsorptionsprozesses aufgetreten sind, wodurch ein konzentriertes Abgas in Form von
Schwefeldioxid, Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff erzeugt wird. Eine Ansammlung der Mischung aus Kohle und Sand wird
in der unteren Hälfte des Reaktionsgefäßes 10 sich ausbx -.. 3n, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist und wird vom Boden
des konischen Abschnitts 16 durch die Auslaßöffnung 38 kontinuierlich entleert, nachdem die Mischung durch die öffnungen
36 im Kegel 34 und durch die Durchflußkammer 37 geströmt ist, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der Mischung und ein
Fluß mit gleichförmiger Geschwindigkeit gewährleistet ist. Der Sand kann dann von der Kohle getrennt.werden und in eine
externe Einheit zurückgebracht werden, in der er neuerlich erhitzt wird, bevor er wieder in die Einlaßleitung 24 einströmt.
Ebenso kann die Kohle zu einer anderen externen' Einheit gebracht werden, um zusätzlich Schwefeldioxid zu adsorbieren,
wie dies voranstehend beschrieben wurde.
Das während des Prozesses erzeugte Abgas strömt in den oberen Abschnitt des Reaktionsgefäßes 10 infolge einer
Luftströmung nach oben, die durch ein äußeres, nicht dargestelltes Sauggebläse erzeugt wird und prallt auf die Platte
44 auf, bevor es diese umgeht und durch die Einlaßöffnung 42 der Auslaßleitung 40 austritt und durch die Auslaßleitung 40
ausströmt. Das Abgas kann gesammelt und weiterbehandelt werden, falls es erwünscht ist, das Schwefeldioxid im Gas bis
auf elementaren Schwefel zu reduzieren.
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Foster Wheeler Re-zr/9188
Als ein Ergebnis des Aufprallens des Abgases auf die Platte 44 werden alle Feststoff materialien einschließlich
Sand, Kohle, Asche oder dergleichen, die in dem Gas enthalten sind und eine größere Dichte als dieses besitzen, in
das Reaktionsgefäß infolge ihrer größeren Schwere zurückfallen, während das Gas weiterhin nach oben und nach außen
strömt. Als ein Ergebnis wird erhalten, daß das aus dem Re- ■ aktionsgefäß 10 austretende Gas im wesentlichen frei von irgendwelchen
Feststoffanteilen ist. Alle Feststoffteilchen,
die sich im Inneren der Auslaßleitung 40 ansammeln, können durch die Abzugsöffnung 46 entleert werden und fallen infolge
der Schwerkraft in das Innere des Reaktionsgefäßes zurück.
Die Erzeugung eines Gases, das im wesentlichen -frei
von Feststoffanteilen ist, erhöht die Wirksamkeit und die Wirtschaftlichkeit des Wiedergewinnuhgsprozesses.
Es ist selbstverständlich, daß die Vorrichtung nach der Erfindung nicht auf die Behandlung einer gesättigten
Kohle der zuvor beschriebenen Art beschränkt ist, sondern auch bei anderen ähnlichen Anwendungsfällen benutzt
werden kann.
Es ist auch offensichtlich, daß der Fachmann verschiedene Änderungen der spezifischen Konstruktion und der
Anordnung der offenbarten Vorrichtung vornehmen kann, ohne daß dadurch von dem Erfindungsgedanken, wie er sich aus den
Patentansprüchen ergibt, abgewichen wird.
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Claims (7)
1. Vorrichtung zum Erhitzen eines kohlenstoffhaltigen Materials
zur Erzeugung eines Gases, mit einem Reaktionsgefäß und Einlaßeinrichtungen für das Einführen des kohlenstoffhaltigen
Materials und eines erhitzten inerten Wärmeaustauschmediums in das Gefäß zum Mischen und zum übertragen
der Wärme des Wärmeaustauschmediums auf das kohlenstoffhaltige Material zum Erzeugen des Gases,
dadurch gekennzeichnet, -daß das Reaktionsgefäß (10) eine Austrittsöffnung für das
Ausströmen des Gases und eine Aufprallplatte (44) aufweist, die im Gefäßinneren angeordnet ist und sich über die Austrittsöffnung
in einem räumlichen Abstand in die Ausströmbahn des Gases erstreckt, und daß das Gas vor dem Ausströmen
aus der Austrittsöffnung auf die Platte (44) aufprallt, um Feststoffpartikel von dem Gasstrom abzutrennen. ■
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gefäß (10) eine Eintrittsöffnung vorhanden ist^ daß die Einlaßeinrichtungen eine erste Einlaßleitung (22) zur Aufnahme des inerten Wärmeaustauschmedxums umfassen, die sich durch die Einlaßöffnung erstreckt und im Inneren des Gefäßes (10) endet, daß eine zweite Einlaßleitung (26) sich durch die Eintrittsöffnung erstreckt, um das kohlenstoffhaltige Material aufzunehmen, und daß die zweite Einlaßleifctmg (26) die erste Einlaßleitung (22) umschließt und im Gefäßinneren endet.
dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gefäß (10) eine Eintrittsöffnung vorhanden ist^ daß die Einlaßeinrichtungen eine erste Einlaßleitung (22) zur Aufnahme des inerten Wärmeaustauschmedxums umfassen, die sich durch die Einlaßöffnung erstreckt und im Inneren des Gefäßes (10) endet, daß eine zweite Einlaßleitung (26) sich durch die Eintrittsöffnung erstreckt, um das kohlenstoffhaltige Material aufzunehmen, und daß die zweite Einlaßleifctmg (26) die erste Einlaßleitung (22) umschließt und im Gefäßinneren endet.
1812/OiÖS
ORIGINAL lislSPECTED
Foster Wheeler Re-zr/9188
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2839116
d a du rch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Material gesättigte Holz- oder
Tierkohle ist, die beim Erhitzen durch das Wärmeaustauschmedium ein an Schwefeldioxid reiches Abgas liefert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich eine Auslaßleitung (40),durch die das Abgas ausströmt,
durch die Austrittsöffnung erstreckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Einlaßendteil (40a) der Auslaßleitung (40) in das Gefäßinnere erstreckt und daß die Aufprallplatte (44)
auf dem Einlaßendteil (40a) der Auslaßleitung (40) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der sich in das Gefäßinnere erstreckenden Aus—
laßleitung (40) eine öffnung (42) für das Aufnehmen des Gases nach dem Aufprallen auf die Platte (44) bildet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn ze i c h η e t ,
daß eine weitere öffnung in dem sich ins Gefäßinnere erstreckenden
Teil der Auslaßleitung (40) als eine Abzugsöffnung (46) für das Entleeren der Feststoffpartikel vorhanden
ist, die sich im Inneren der Auslaßleitung (40), bis zum Gefäßinneren
zurückreichend, ansammeln»
§09812/090
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