DD289934A5 - Verfahren zum betreiben eines wirbelschichtreaktors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors. Die Erfindung findet Anwendung in Wirbelschichtreaktoren, bei denen zwischen einem Gas und einem darin verteilten feinkoernigen Feststoff Waerme- und/oder Stoffuebergangsprozesse ablaufen. Zur Verbesserung der Produktqualitaet soll die Verweilzeit von feinkoernigen Feststoffteilchen in einer zirkulierenden Wirbelschicht erhoeht und gleichzeitig der umlaufende Teilchenmassenstrom gering gehalten werden. Das wird erreicht, indem die Feststoffteilchen beim Durchgang durch den Wirbelschichtreaktor eine stationaere Wirbelschicht aus grobkoernigen Teilchen durchstroemen und dadurch die Verweilzeit der feinkoernigen Feststoffteilchen verlaengert wird. Figur{Wirbelschichtreaktor; Trocknen; Entschwefeln; Gas; Gasgemisch; Kontaktzeit; Rohbraunkohle}

Description

Teilchen aus dem Gasstrom abgotro.int und in den Gasstrom unmittelbar vor dem Reaktor zugegeben. Aus dem Feststoffkreislauf wird derjenige Massenstrom ausgeschleust und mit dem Gas als Flugstaubwolke fortgetragen, der dem zugeführten Frischmaterial entspricht.

Gegenüber dem Fall, wo die feinkörnigen Teilchen den Reaktor als Flugstaubwolke durchströmen, Ist beim Durchströmen einer stationären Wirbelschicht aus grobkörnigem Material die Verweilzeit des feinkörnigen Materials etwa 3 bis 4mal länger. Entsprechend verringert sich dadurch der im Kreislauf geführte Teilchenmassenstrom. Das zum vollständigen Ablauf des chemischen oder physikalischen Prozesses erforderliche Verhältnis von Im Kreislauf geführten Materials m tief K und zugeführtem Frischmaterial m tief F läßt sich nach der Beziehung rh tief K/m tief F = η - 1 berechnen. Dabei ist η das Verhältnis von der zum vollständigen Ablauf des Prozesses erforderlichen Zeit und der mittleren Vorweilzeit eines Teilchens im Reaktor währen'd eines Umlaufs. Bei Einhaltung dieser Verhältnisse entspricht die mittlere Gesamtverweilzeit dor feinkörnigen Teilchen der für den vollständigen Ablauf des Prozesses erforderlichen Zeit.

Auch die grobkörnigen Teilchen der stationären Wirbelschicht können im Wärme- und/oder Stoffaustausch mit dem Wirbelmedium stehen. Dazu muß Material kontinuierlich zu- und abgeführt worden. Es ist dabei z. B. möglich, daß ein Stoff, der durch einen physikalischen Vorgang bei den grobkörnigen Teilchen frei wird, sich chemisch mit dem feinkörnigen Material verbinc! t. Die intensiven Platzwechselbewegungen der groben Teilchen in der stationären Wirbelschicht führen zu einer guten Durchmi 'iung und gleichmäßigen Verteilung der feinkörnigen Teilchen, auch wenn sie in geringer Konzentration auftreten. Innerhalb der stationären Wirbelschicht können auch Heizflächen angeordnet sein, über die Wärme sowohl zugeführt als auch abgeführt werden kann.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In einem Wirbelschichtreaktor 1 findet gleichzeitig die Trocknung von Rohbraunkohle und die Entschwefelung von Rauchgas statt. SO tief 2-haltiges Rauchgas 2 tritt von unten in den Wirbelschichtreaktor 1 ein. Dabei wird dem Rauchgasstrom sowohl feinkörniges Frischmaterial CaO 3 als auch über den Zyklon 5 zurückgeführter Feststoff 4 zugeführt. Has mit dem feinkörnigen Material beladene Rauchgas 2 tritt in eine stationäre Wirbelschicht 6 ein, dio aus grobkörnigen Braunkohleteilchen besteht. Die eingetragene Rohbraunkohle 7 wird im Wirbelschichtreaktor 1 getrocknet und gelangt über die Austragsvorrichtung 8 zu den Brennern eines nicht dargestellten Dampferzeugers. Die für die Trocknung benötigte Wärme wird sowohl dem Rauchgas 2 entnommen als auch über Heizregister 9 an die stationäre Wirbelschicht 6 übertragen.

Mit dem Rauchgas zusammen verlassen die feinkörnigen Feststoffteilchen den Wirbelschichtreaktor 1 als Flugstaubwolke 10. Im Zyklon 5 wird der größte Teil des Feststoffes 4 abgeschieden und als Teilstrom dem Wiroelschichtreaktor I zugeführt. Danach tritt das Rauchgas zusammen mit dem restlichen feinkörnigen Feststoff als Flugstaubwolke 11 in einen zweiten Zyklon 12 ein. Der nahezu vollständig zu Kalziumsulfat umgesetzte Feststoff 13 wird aus dem Prozeß ausgeschleust. Aus dem Zyklon 12 tritt entstaubtes Rauchgas 14 aus. Mit Hilfe eines Stellgliedes 16 wird der zirkulierende Teilchenmassenstrom so eingeregelt, daß das Verhältnis von zurückgeführtem Feststoffmassenstrom und zugeführtom Frischmaterial eine vollständige Umsetzung des Feststoffes Im Wirbelschichtreaktor 1 garantiert. Die zeitliche Konstanz der im Rauchgas hinter dem ersten Zyklon 5 enthaltenen Flugstaubwolke 11 läßt sich einregeln durch ein Tauchrohr 15 am Zyklon 5, dessen Eintauchtiefe sich verstellen läßt. Durch derartige Regeleinrichtungen kann auf Änderungen des Korngrößenspektrums bzw. der Dichte des Feststoffes reagiert werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors nach dem Prinzip der zirkulierenden Wirbelschicht, wobei zwischen einem gasförmigen Wirbelmedium und feinkörnigen Feststoffteilchen Wärme- und/oder Stoffübergangsprozesse ablaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die feinkörnigen Feststoffteilchen beim Durchgang durch den Wirbelschichtreaktcr eine stationäre Wirbelschicht aus grobkörnigen Teilchen durchströmen und dadurch die Verweilzeit der feinkörnigen Feststoffteilchen verlängert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wirbelschichtreaktor (1) von unten SO tief 2-haltiges Rauchgas (2), feinkörniges Frischmaterial CaO (3) und über einen Zyklon (5) zurückgeführter Feststoff (4) eingebracht werden, die gemeinsam eine stationäre Wirbelschicht (6) aus grobkörnigen Braunkohleteilchen durchströmen, daß die feinkörnigen Feststoffteilchen zusammen mit dem Rauchgas den Wirbelschichtreaktor (1) als Flugstaubwolke (10) verlassen, woraus in einem Zyklon (5) die Feststoffe (4) teilweise ausgeschieden werden und der Rest der Feststoffe zusammen mit ι Rauchgas als Flugstaubwolko (11) einem weiteren Zyklon (12) zugeführt werden und der nahezu vollständig zu CaSO tief 4 umgesetzte Feststoff (13) aus dem Zyklon (12) ausgeschleust wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Konstanz der im Zyklon (5) enthaltenen Flugstaubwolke (11) durch ein verstellbares Tauchrohr (15) geregelt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet Anwendung in Wirbelschichtreaktoren, bei denen zwischen einem Gas oder Komponentan eines Gasgemisches und einem in diesem Gas oder Gasgemisch gleichmäßig verteilten feinkörnigen Feststoff Wärme- und/oder Stoffübergangsprozesse ablaufen, die eine lange Kontaktzeit zwischen den Reaktionspartnern erfordern.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es gibt heterogene chemische Prozesse zwischen Gasen und Feststoffen, die mit einer niedrigen Reaktionsgeschwindigkeit ablaufen, weil es die Qualität des Reaktionsproduktes erfordert. Um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, muß der Feststoff möglichst fein aufgemahlen sein. Setzt man eine konstante Leerrohrgeschwindigkeit voraus, geht die stationäre Wirbelschicht mit kleiner werdendem Teilchendurchmesser in eine zirkulierende Wirbelschicht über. Je geringer der Teilchendurchmesser ist, um so geringer ist die Verweilzeit der Teilchen beim Durchgang durch den Reaktor. Die Verweilzeit im Reaktor während der Durchströmung beträgt u. U. nur einen geringen Bruchteil der erforderlichen Reaktionszeit. Der umlaufende Teilchenmassenstrom, der durch eine Abscheideeinrichtung, z. E. einen Zyklon, vom Gasstrom getrennt und von dem Reaktor wieder dem Gasstrom zugeführt wird, muß dann ein Vielfaches des Massenstromes des zugeführten Frischmaterials betragen, damit dio erforderliche Verweilzeit zwischen den Feststoffteilchen und dem Wirbelmedium verwirklicht wird. Der umlaufende Teilchenmassenstrom kann dabei eine Größenordnung erreichen, die zu Schwierigkeiten beim Betrieb der Wirbelschicht, bei der Abscheidung sowie beim Transport der Teilchen führt. Zum Betreiben einer stationären Wirbelschicht mit feinkörnigen Teilchen macht sich eine sehr geringe Leerrohrgeschwindigkeit erforderlich. Die Grundfläche eines Wirbelschichtroaktors kann dadurch eine Größenordnung annehmen, die sich technisch nicht verwirklichen läßt. Teilchen mit einem großen Durchmesser erlauben zwar eine kleine Grundfläche, führen jedoch zu einer Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit.

Außerdem ist es möglich, daß sich um die Teilchen eine aus dem Reaktionsprodukt bestehende stoffdichte Hülle bildet. Dadurch kommt es sehr schnell zu einem Stillstand der Reaktion, wobei u, U. nur ein geringer Teil des Feststoffes umgesetzt ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Produktqualität durch Gewährleistung des vollständigen Ablaufs der chemischen und physikalischen Prozesse.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verweilzeit von feinkörnigen Feststoffteilchen in einer zirkulierenden Wirbelschicht zu erhöhen und gleichmäßig den umlaufenden Teilchenmassenstrom gering zu halten. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mit Hilfe eines gasförmigen Wirbelmediums eine stationäre Wirbelschicht aus grobkörnigen Teilchen aufgebaut wird, in die die feinkörnigen Feststoffteilchen zugegeben werden. Die kleinen Teilchen werden durch den Gasstrom nach oben getragen, wobei diese mit den groben Teilchen zusammenstoßen und dabei abgebremst werden. Nachdem die kleinen Teilchen obe.i aus der stationären Wirbelschicht ausgetreten sind, werden sie durch den Gasstrom als Flugstaubwolke weitergetragen. In einer Abscheidevorrichtung, ζ. B. einem Zyklon, werden die kleinen