DE3248405A1

DE3248405A1 - Verfahren und vorrichtung zur entfernung von feststoffpartikeln aus einem gas

Info

Publication number: DE3248405A1
Application number: DE19823248405
Authority: DE
Inventors: Bernardus Herman Mink; Willem Jan Antoon Henri 2596 The Hague Schoeber
Original assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1981-12-30
Filing date: 1982-12-28
Publication date: 1983-07-28
Also published as: DE3248405C2; AU554560B2; NL8105903A; JPS58119365A; ZA829520B; US4516989A; AU9190482A; CA1190489A

Description

S 252 M1

Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Feststoffpartikeln

aus einem Gas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Feststoffpartikeln aus einem Gas bei erhöhtem Druck mittels eines Zyklons.

Feststoffpartikel können aus einem Gas dadurch entfernt werden, daß das Gas tangential in einen Zyklon eingelassen wird. Es findet dann eine Trennung zwischen dem Gas und den dutch das Gas mitgerissenen Feststoffpartikeln statt. Das Gas verläßt den Zyklon über einen Gasauslaß am oberen Ende des Zyklons. Die Feststoffpartikel werden am unteren Ende des Zyklons abgeführt bzw. ausgelassen.

Wenn der Zyklon mit erhöhtem Druck arbeitet, können während des Auslassens der Feststoffpartikel Probleme auftreten. Zum Auslassen von Feststoffpartikeln in einen Behälter mit einem niedrigeren, gewöhnlich atmosphärischen Druck, ist die Verwendung einer Schleuse erforderlich. In diesem Fall werden die Feststoffpartikel zunächst in einem Sammelbehälter gesammelt. Wenn der Druck in der Schleuse auf im wesentlichen den Druck im Sammelbehälter angestiegen ist, wird es den Feststoffpartikeln gestattet, in die Schleuse zu strömen. Der Druck in der Schleuse wird dann auf im wesentlichen

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den Druck im Behälter mit niedrigerem Druck verringert. Die Feststoffpartikel werden dann in letzteren Behälter überführt, Die Schleuse wird somit abwechselnd gefüllt und entleert, und somit wird auch der Sammelbehälter in zeitlichen Abständen entleert.

Wenn die Feststoffpartikel vom Sammelbehälter in die Schleuse strömen, strömt aus der Schleuse verdrängtes Gas in den Sammelbehälter. Da die Feststoffpartikel im Sammelbehälter agglomerieren und eine mehr oder weniger kompakte Masse bilden können, ist es erwünscht, daß der Feststoff locker geschüttelt wird, wenn der Sammelbehälter geleert wird. Dies wird vorzugsweise ausgeführt, indem in der Schleuse in bezug auf den Sammelbehälter ein leichter überdruck geschaffen wird. Wenn die Verbindung zwischen der Schleuse und dem Sammelbehälter geöffnet wird, schüttelt dann ein vom überdruck herrührender Gasstrom die Feststoffpartikel lose. Der überdruck beträgt vorzugsweise bis zu 5 % des Absolutdrucks im Sammelbehälter.

Wenn keine speziellen Maßnahmen getroffen werden, tritt ein Anteil des aus der Schleuse durch die Feststoffpartikel verdrängten Gases über den Feststoffauslaß in den Zyklon ein. Dies wird durch den Überdruck in der Schleuse und die Geschwindigkeit verursacht, mit der das Gas aus der Schleuse verdrängt wird, über den Feststoffauslaß in den Zyklon strömendes Gas übt eine unvorteilhafte Wirkung auf den Betrieb des Zyklons aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren

und eine Vorrichtung zur Entfernung von Feststoffpartikeln aus einem Gas zu schaffen, bei dem bzw. der verhindert wird, daß Gas über den Feststoffauslaß in den Zyklon eintritt.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst.

Nicht alle Materialien strömen selbsttätig aus dem Sammelbehälter in die Schleuse. Bei einigen Materialien können die Partikel agglomerieren und die Zufuhröffnung der Schleuse verstopfen. Um dies zu verhindern, können Vorkehrungen in der Nähe der Zufuhröffnung getroffen werden. Beispielsweise kann Agglomeration mittels einer mechanischen Rütteleinrichtung herabgesetzt werden. Ein bevorzugtes Verfahren umfaßt die Maßnahme, die Feststoffpartikel im Sammelbehälter durch Zufuhr einer zusätzlichen Gasmenge zu fluidisieren, d.h. fließbar zu machen. Im fluidisierten Zustand strömen die Feststoffpartikel dann leicht in die Schleuse.

Es ist bei einigen Materialien ratsam, kontinuierlich zusätzliches Gas in den Sammelbehälter zuzuführen, um die Bildung einer kompakten Masse zu verhindern. Bei anderen Materialien reicht es aus, die Feststoffpartikel kurz vor der Entleerung des Sammelbehälters zu fluidisieren.

Das zu Fluidisierzwecken in den Sammelbehälter eingelassene Gas wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammen mit dem überschüssigen, aus der Schleuse durch die Feststoffpartikel verdrängten Gas über ein Rohr abgelassen,das sich in den Gasauslaß des Zyklons erstreckt.

Im Zyklon treten zwei schraubenförmige, als Wirbel bekannte Drehbewegungen auf, und zwar ein innerer und ein äußerer Wirbel. Der äußere Wirbel erstreckt sich vom Einlaß, an dem das Feststoff enthaltende Gas tangential in den Zyklon eingelassen wird, und bewegt sich anschließend nach unten zum Feststoffauslaß, wobei er die Feststoffpartikel mitreißt. Der innere Wirbel beginnt in der Nähe des Feststoffauslasses, führt eine nach oben gerichtete Bewegung zum Gasauslaß durch und besteht aus Gas, das im wesentlichen frei von Feststoffpartikeln ist. Um die geringstmögliche Störung in den Wirbeln zu verursachen, die für die Wirksamkeit des Zyklons erforderlich sind, ist das Rohr koaxial im Zyklon angeordnet.

Die Tatsache, daß sich das Rohr vom Sammelbehälter bis zu einem Punkt im Gasauslaß erstreckt, stellt sicher, daß das Gas nicht in den Zyklon strömen kann. Das in den Sammelbehälter eintretende Gas wird nicht durch die zwischen dem Feststoffauslaß und dem Rohr gebildete ringförmige Öffnung strömen, da die nach unten strömenden Feststoffpartikel ein relativ großes Maß an Widerstand bieten, während im Rohr überhaupt kein Hindernis vorhanden ist, so daß letzteres einen relativ niedrigen Widerstand bietet.

Der Durchmesser des Rohres hängt von der Menge des durch das Rohr abzulassenden Gases ab. Diese Menge ist durch die Menge der Feststoffpartikel, die jedesmal bei Entleerung des Sammelbehälters in die Schleuse ausgelassen werden, und durch die Gasmenge bestimmt, die, wenn überhaupt, für Fluidisierzwecke eingelassen wird. Die Menge des Fluidisiergases hängt von der Art der Feststoffpartikel ab. Einige Materialien weisen einen hohen Bett-Expansionsgrad auf, d.h. es ist eine relativ große Gasmenge zur Fluidi-

sierung des Materials erforderlich. In diesem Fall muß demzufolge eine größere Gasmenge eingelassen werden, als dies der Fall bei Materialien mit einem niedrigen Bett-Expansionsgrad der Fall ist, und demzufolge ist der Rohrdurchmesser größer.

Feststoffpartikel können durch den inneren Wirbel mitgeführt werden, der in der Nähe des Feststoffauslasses beginnt. Der Grad der Trennung zwischen Gas und Feststoffpartikeln wird dann ungünstig beeinflußt. Um den Nachteil der Mitnahme von Feststoffpartikeln auszuschalten, wird eine runde Platte vorzugsweise am Rohr befestigt. Noch bevorzugter ist es, eine konische Platte zu diesem Zweck am Rohr zu befestigen. In diesem Fall weist die Spitze des Konus zum Gasauslaß.

Die Platte ist vorzugsweise am Rohr an der Stelle angebracht, an der der zylindrische Teil des Zyklons in den konischen Teil übergeht. Der Durchmesser der Platte muß eine solche Größe haben, daß die Störung des äußeren Wirbels auf einem Minimum gehalten ist. Andererseits muß der Durchmesser groß genug sein, um die Mitnahme von Feststoffpartikeln durch das emporsteigende Gas wirksam herabzusetzen. Demzufolge beträgt der Plattendurchmesser vorzugsweise 60 bis 85 % des Innendurchmessers des Zyklons.

Der Behälter mit niedrigerem Druck befindet sich normalerweise bei Atmosphärendruck. Dies ist jedoch nicht erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren kann für jeden Zyklon verwendet werden, vorausgesetzt, der Druck im Behälter mit niedrigerem Druck ist tatsächlich niedriger als der Betriebsdruck des Zyklons. Das erfindungsgemäße

Verfahren ist außerordentlich zweckmäßig, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Zyklon und dem Behälter mit niedrigerem Druck 5 bis 40 bar beträgt.

Die Bedingungen, die an das in den Sammelbehälter zu Fluidisierzwecken eingelassene Gas zu stellen sind, bestehen lediglich darin, daß das Gas indifferent bzw. träge bezüglich der Feststoffpartikel und bezüglich des Gases ist, aus dem die Feststoffpartikel abgeschieden werden. Diese Anforderungen werden von vielen Gasen erfüllt. Ein Gas, das dieselbe Zusammensetzung wie das Gas besitzt, aus dem die Feststoffpartikel abgeschieden werden, ist besonders geeignet. Beispielsweise kann ein Anteil des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gereinigten Gases zurückgeführt werden, um die Feststoffpartikel zu fluidisieren. Dies hat den Vorteil, daß das gereinigte Gas nicht durch ein, anderes Gas verunreinigt wird. Das aus der Schleuse durch die Feststoffpartikel verdrängte Gas ist ein Teil des Gases, mittels dessen die Schleuse unter Druck ge-* setzt worden ist. Die Anforderungen an das Gas sind dieselben wie für das Fluidisiergas. Hierfür ist ebenfalls ein Gas sehr geeignet, das dieselbe Zusammensetzung wie das Gas besitzt, aus dem die Feststoffpartikel abgeschieden worden sind. Beispielsweise kann ein Anteil des durch das erfindungsgemäße Verfahren gereinigten Gases der Schleuse zugeführt werden, um in ihr den richtigen Druck aufzubauen. Zur Entleerung der Schleuse muß der Druck auf im wesentlichen den Druck reduziert werden, der im Behälter mit niedrigerem Druck herrscht. Wenn der Druck in der Schleuse durch Ablassen von Gas aus der Schleuse in die Atmosphäre herabgesetzt worden ist, muß sichergestellt

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werden, daß keine Luftverschmutzung stattfinden kann. Letzteres Gas ist dann nicht immer geeignet. Es muß dann ein harmloses Gas verwendet werden, z.B. Stickstoff, Kohlendioxid etc.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Entfernung' von Flugasche aus einem Gasstrom geeignet. Flugasche ist das Feststoffmaterial, das von den Produktgasen bei der Verbrennung oder Vergasung durch Teilverbrennung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff mitgerissen wird. Als Brennstoff können viele Materialien in Betracht gezogen werden, z.B. Kohle, Braunkohle, Teer, Torf, Holz, Erdöl und Erdölfraktionen, aus Teersand wiedergewonnenes Öl, Schieferöl etc.

Bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff besteht das Gas, aus dem die Flugasche abgeschieden wird, im wesentlichen aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. Wie oben festgestellt wurde, können das Gas, das dazu verwendet wird, die Schleuse auf den richtigen Druck zu bringen, und das Fluidisiergas einen Anteil des durch das erfindungsgemäße Verfahren gereinigten Gases enthalten. Stickstoff und Kohlenstoffdioxid oder Gemische dieser Gase sind ebenfalls hierfür geeignet.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung veranschaulicht. . : -

Ein Feststoffpartikel enthaltender Gasstrom wird tangential in einen Zyklon 1 mit hohem Druck durch einen Einlaß 2 eingeführt. Es findet eine Trennung zwischen dem Gas, das den Zyklon über einen Gasauslaß 3 verläßt, und den Feststoffpartikeln statt, die in einem Sammelbehälter 4 gesammelt werden. Mittels einer konischen Platte 5 auf einem Rohr 6 werden Feststoffpartikel daran gehindert, durch das Gas mitgerissen und über den Gasauslaß 3 abgeführt zu werden.

-At -

Während sich Feststoffpartikel im Sammelbehälter 4 ansammeln, wird eine Schleuse 9 unter Verwendung einer Leitung 10 unter Druck gesetzt, bis sie im wesentlichen denselben Druck wie der Sammelbehälter 4 aufweist. Es wird über eine Leitung 7 Gas zugefügt, um die Feststoffpartikel im Sammelbehälter 4 zu fluidisieren.

Wenn die gewünschte Menge an Feststoffpartikeln im Sammelbehälter 4 gesammelt worden ist, wird ein Ventil 8 geöffnet, so daß die Feststoffpartikel aus dem Sammelbehälter 4 in die Schleuse 9 strömen. Das Gas, das infolgedessen in den Sammelbehälter 4 strömt, wird zusammen mit dem durch die Leitung 7 eingeführten Gas über das Rohr 6 abgelassen, das sich in den Gasauslaß 3 erstreckt. Wenn die gewünschte Menge an Feststoffpartikeln in die Schleuse 9 geströmt ist, wird das Ventil 8 geschlossen. Die Gaszufuhr durch die Leitung wird nun unterbrochen, es sei denn, sie ist kontinuierlich. Der Druck in der Schleuse wird über eine Leitung 11 auf im wesentlichen den Druck reduziert, der in einem Behälter 13 herrscht. Ein Ventil 12 wird geöffnet, und die Feststoffpartikel strömen dann in den Behälter 13. Nachdem die Schleuse 9 entleert worden ist, wird das Ventil 12 geschlossen. Der Druck in der Schleuse 9 wird anschließend auf im wesentlichen den Druck im Sammelbehälter 4 erhöht. Die Feststoffpartikel im Behälter 13 können über ein Ventil 14 abgeführt werden.

Die Schleuse 9 und der Behälter 13 können mit Vorkehrungen ausgestattet sein, um die Agglomeration der Feststoffpartikel herabzusetzen. Solche Vorkehrungen können beispielsweise in einer mechanischen Rütteleinrichtung oder Gaszufuhrleitungen zur Fluidisierung der Feststoffpartikel bestehen (in der Zeichnung nicht gezeigt).

Leerseite

Claims

Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Den Haag / Niederlande Priorität: 30. Dezember 1981, Nr. 8105903, Niederlande Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Feststoffpartikeln aus einem Gas Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von Feststoffpartikeln

aus einem Gas bei erhöhtem Druck mittels eines Zyklons, dadurch gekennzeichnet , daß die abgeschiedenen Feststoffpartikel in einem Sammelbehälter gesammelt werden, der in zeitlichen Abständen über eine Schleuse in einen Behälter mit einem niedrigeren Druck entleert wird, und daß Gas, das in den Sammelbehälter während dessen Entleerung eintritt, über ein Rohr abgelassen wird, das koaxial im Zyklon angeordnet ist und sich vom Sammelbehälter bis zu einem Punkt im Gasauslaß des Zyklons erstreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß sich das Gas, das in den Sammelbehälter während dessen Ent-

leerung eintritt, aus aus der Schleuse in den Sammelbehälter strömendem Gas und dem in den Sammelbehälter eingeführten Gas zusammensetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitführen von Feststoffpartikeln durch das zum Gasauslaß des Zyklons emporsteigende Gas mittels einer runden, am Rohr befestigten Platte verhindert, wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, das in den Sammelbehälter während dessen Entleerung eintritt, dieselbe Zusammensetzung wie das Gas besitzt, aus dem die Feststoffpartikel abgeschieden werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Zyklon und dem Behälter mit niedrigerem Druck herrschende Druckdifferenz 5 bis 40 bar beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffpartikel Flugaschepartikel sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, das in den Sammelbehälter während dessen Entleerung eintritt, Stickstoff und/oder Kohlendioxid ist.

8. Zyklon zur Entfernung von Feststoffpartikeln aus einem Gas, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Gasauslaß am oberen Ende, einer Auslaßöffnung für die abgeschiedenen Feststoffpartikel am unteren Ende, einem unterhalb davon angeordneten Sammelbe-

halter und einem über eine Schleuse mit dem Sammelbehälter verbundenen weiteren Behälter, in dem gewöhnlich geringerer Druck herrscht, gekennzeichnet durch ein koaxial im Zyklon (1) angeordnetes Rohr (6), das sich vom Sammelbehälter (4) bis zu einem Punkt im Gasauslaß (3) erstreckt.

9. Zyklon nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine runde Platte am Rohr (6) befestigt ist.

10. Zyklon nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine konische Platte (5) am Rohr (6) befestigt ist.

11. Zyklon nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) am übergang des zylindrischen Teils des Zyklons in den konischen Teil befestigt ist.

12. Zyklon nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Platte (5) 60 bis 85 % des Innendurchmessers des Zyklons beträgt.