DE60200086T2 - Verfahren zur Steuerung der Reaktionstemperatur innerhalb eines Fliessbettreaktors - Google Patents

Verfahren zur Steuerung der Reaktionstemperatur innerhalb eines Fliessbettreaktors Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen der Temperatur an jedem Punkt eines Mehrphasenreaktors innerhalb gewünschter unterer und oberer Grenzen.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Steuern der Temperaturen eines exothermen Prozesses, welcher in einer Suspension von Festkörpern in einem Mehrphasen-Reaktorsystem ausgeführt wird.
  • In dieser Anmeldung bezieht sich der „Mehrphasen-Reaktor" auf einen Reaktor, bei welchem außer einer kontinuierlichen Phase, welche üblicherweise Gas ist, wenigstens eine feste Phase in Partikelform gleichzeitig vorhanden ist. Solch ein Reaktorsystem weist üblicherweise auf: einen Windkasten mit einer Gaszuführdüse, ein vertikales, im Wesentlichen ungekühltes, mit dem Windkasten verbundenes Steigrohr, welches im Allgemeinen eine vertikale Mittelachse aufweist, und welches einen unteren Abschnitt aufweist, welcher mit einer Zuführdüse für Feststoff versehen ist, einen an dessen oberen Ende an das Steigrohr angepassten Partikel-Separator zum Trennen von Partikeln aus dem Feststoff-Suspensions-Fluss der Steigvorrichtung, und eine Auslass-Röhre oder -Öffnung oder eine(n) ähnliche(n) Auslass-Vorrichtung oder -Kanal für die getrennten Partikel zum Entnehmen der getrennten Partikel aus dem Separator, und mit dem Partikel-Separator verbundene Rückführ-Kanäle, welche Kanäle zum Rückführen von wenigstens einem Teil des Feststoffes zu dem unteren Abschnitt des Steigrohrs verwendet werden können, wobei die Rückführ-Kanäle wenigstens einen Satz von ungekühlten Rückführ-Kanälen und einen Satz von gekühlten Rückführ-Kanälen aufweisen.
  • Fluidmechanisch gesehen können Mehrphasen-Reaktoren in solche mit Schüttbett ("packed bed"), Fließbett ("fluidized bed") und solche mit Zirkulations-Zuständen eingeteilt werden. Im gepackten Zustand sind die Partikel in kontinuierlichem Kontakt miteinander, und zwischen den Partikeln fließt Gas. Wenn die Fallgeschwindigkeit eines einzelnen Partikels größer ist als die Hohlraumanteil-Geschwindigkeit des Gases, kann der Volumenanteil der Partikel sich bei solch einem Wert einspielen, dass Abstütz-Reaktionen zwischen den Partikeln verschwinden, wodurch sich das System in dem Fliess-Zustand einstellt. In dem Zirkulations-Zustand ist die Fall-Rate eines einzelnen Partikels geringer als die Hohlraumanteil-Geschwindigkeit des Gases.
  • Die Prozesse mit einem Zirkulations-Zustand werden weiter unterteilt in solche, bei welchen sowohl Gas als auch Partikel ein Steigrohr einmal durchlaufen, und solche, bei denen die Partikel zum unteren Teil des Steigrohres zurückgeführt werden. Bezüglich der letztgenannten Systeme mit einem Zirkulations-Zustand ist das zirkulierende Fließbett („Circulating Fluidized Bed", CFB) das am besten bekannte. Die benötigten Teile des CFB sind eine) vertikales) Steigrohr oder Steigvorrichtung, ein Partikel-Separator und ein Rückführ-Weg. Ferner weisen seine notwendigen Teile eine Gas-Verteil-Platte und häufig eine im Allgemeinen pneumatische Vorrichtung auf, welche den Festkörper-Fluss des Rückführ-Rohres steuert. Der Partikel-Separator ist immer ein Zyklon, dessen Form und Aufbau unter anderem von Herstellungs-Technologie-Kompromissen bestimmt ist. Der Zweck des Rückführ-Rohres ist es, die in dem Zyklon getrennten Partikel zum unteren Teil der Steigvorrichtung zurückzuführen.
  • Da unabhängig vom Rückführ-Typ der Einfluss der Temperatur auf das End-Resultat des Prozesses wesentlich ist, sollten Anstrengungen unternommen werden, um die Temperatur in allen Teilen des Reaktors und unter allen Bedingungen innerhalb eines vorgeschriebenen Temperatur-Intervalles zu halten.
  • Unter den bekannten Reaktor-Typen bieten die CFB-Reaktoren Voraussetzungen, welche die besten Ausgangspunkte liefern, um das Steuern von Temperaturen betreffende Probleme zu lösen. In der Steigvorrichtungs-Kammer sind Kühlflächen eingepasst, mittels welcher sich die Temperatur bei Betreiben mit einer Nenn-Leistung und mit Nenn-Brennstoffen ungefähr bei dem gewünschten Niveau einstellt. In den CFB-Reaktoren kann Wärmeübertragung in begrenztem Maße durch die Partikel-Menge in dem Steigrohr beeinflusst werden. Ein Beispiel einer hierauf basierenden Erfindung ist die Patentanmeldung FI 851296, welche es ermöglicht, die Temperatur eines bestimmten Teils der Steigvorrichtungs-Kammer in dem gewünschten Betriebsbereich zu halten, wenn der Betrieb in der Nähe der vorgesehenen Werte erfolgt. Die PCT-Anmeldung PCT/SE83/00089 offenbart eine Erfindung, bei welcher Anstrengungen unternommen werden, durch Einstellen des durch das gekühlte Steigrohr verlaufenden Fluid-Flusses die Temperatur des Fließbettes innerhalb der vorbestimmten Grenzen zu halten.
  • Die 1-Punkt-Temperatursteuerung beider oben genannten Erfindungen ist fehlerhaft und führt nur dann zum gewünschten Ergebnis, wenn viele Bedingungen erfüllt sind. Beide oben erwähnten Erfindungen sind außerdem dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeübergang bei ihnen hauptsächlich in dem Steigrohr stattfindet.
  • Es ist im Stand der Technik ferner bekannt, zwei oder mehr Rückführ-Kanäle parallel zueinander anzuordnen, und zumindest einen von ihnen mit einem Wärmetauscher zu versehen, dem basierend auf der Temperatur eines bestimmten Punktes des Steigrohres ein Teil der in dem Zyklon getrennten Feststoffe zugeführt wird. Beispiele von Ausführungsformen dieses Typs sind in der Patentanmeldung FI 842098 und der US-Patentspezifikation 4,552,203 offenbart.
  • Die Patentanmeldung FI 842098 offenbart eine Vorrichtung mit wenigstens einem gekühlten und wenigstens einem ungekühlten Rückführkanal, welche zwischen dem Zyklon-Separator und der Reaktionskammer eingepasst sind, deren Flüsse am oberen Ende des Satzes von Kanälen mit Hilfe von Regulatoren eingestellt werden. Aus der Beschreibung der Patentanmeldung ist ersichtlich, dass die Erfindung „Steuern der Verbrennungstemperatur auf einen Wert im Bereich von 800 bis 900°C", d. h. 1-Punkt-Steuern betrifft.
  • Die US-Patentspezifikation 4,552,203 betrifft eine Ausführungsform, welche im Wesentlichen die gleiche ist wie diejenige von der Patentanmeldung FI 842098, und welche von dieser hauptsächlich bezüglich des Anwendungsgebietes und der technischen Auslegung der Vorrichtung abweicht. Da die technische Lösung der US-Patentspezifikation 4,552,203 im wesentlichen Karburatoren (sub-stöchiometrische Oxidation) betrifft, behandelt sie kein Kühlen der Reaktionskammer. Bei Karburatoren ist Kühlen im Wesentlichen zu vermeiden, weshalb die Notwendigkeit von Kühlen entweder klein oder nicht-existent ist. Das Steuern des Temperatur-Niveaus von Karburatoren basiet üblicherweise auf einem Einstellen der Stöchiometrie des Oxidationsprozesses. Das Verfahren gemäß US-Patentspezifikation 4,552,203 ist dadurch gekennzeichnet, dass selbst wenn mehrere separate Steuersignale von der regulierenden Vorrichtung zu den Regulatoren des Flusses der Festkörper übertragen werden, das hereinkommende Steuersignal der regulierenden Vorrichtung nur ein Temperatursignal aufweist. Dies bedeutet, dass die von der regulierenden Vorrichtung übertragenen verschiedenen Steuersignale durch verschiedene, mittels Steuerungstechnik abgeleitete Korrelationen bestimmt werden, und dass die Ausführungsform tatsächlich eine 1-Punkt-Temperatursteuerung ist. Daher löst nicht einmal die in der US-Patentspezifikation 4,552,203 offenbarte Erfindung das mit einem Steuern der Temperaturdifferenz über die Reaktionskammer einhergehende Problem.
  • Der Fließbett-Wärmetauscher, welcher im zweiten Rückführ-Kanal der Vorrichtung von US-Patentspezifikation 4,552,203 angeordnet ist, ist in der Praxis in Bezug auf Erosion problematisch. Auch in Bezug auf Wärmeübertragung ist er nachteilig, da sich die Wärme-abgebenden Feststoffe aufgrund effizienten Mischens fast im isothermen Zustand befinden, wodurch die mittlere Temperaturdifferenz minimiert wird.
  • Der in Patentanmeldung FI 842098 offenbarte Kühler für den Rückführkanal ist thermisch nachteilig und erosionsanfällig, da die Geschwindigkeit der frei-fallenden Feststoffe sehr schnell wird und der Fluss turbulent ist. Da die Gesamtmenge an rückgeführten Feststoffen nicht bekannt ist, ist es möglich, dass letztlich eine Situation entsteht, in welcher entweder der untere Teil des Steigrohres von den gekühlten Festkörpern, welche vom Fließbett-Kühler rückgeführt werden, zu stark gekühlt wird, oder dass nicht genügend Energie auf den Wärmetauscher des Rückführ-Kanals übertragen wird.
  • Allen genannten bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist gemeinsam, dass sie versuchen, die mit einer Temperatursteuerung des Reaktors einhergehenden Probleme durch Verwenden einer einzelnen Temperaturmessung zu lösen. Dies ist in der Praxis allerdings nicht möglich, weil über die Höhe des Reaktors unvermeidlich eine Temperaturdifferenz ausgebildet wird, wodurch es nicht ausreicht, die Temperatur des Reaktors bei einem festgesetzten Wert an irgendeinem Höhen-Punkt zu halten. Beispielsweise besteht im Falle von Dampf-Kesseln das Problem mit feuchten Brennstoffen darin, dass die Temperatur im unteren Teil der Verbrennungskammer so niedrig wird, dass sich zum einen die Verbrennungsreaktion weiter nach oben verschiebt, und dass der weitere Verlauf dazu führen kann, dass die Verbrennungskammer gelöscht wird. Die Temperaturdifferenz über die Höhe des Reaktors kann mehrere hundert Grad betragen, wohingegen ein ordnungsgemäßes Steuern der Verbrennung eine Temperaturdifferenz von nicht mehr als hundert Grad erfordern würde, bevorzugterweise nur einige Zehner von Graden. Daher ist die grundlegende Idee der oben genannten bekannten Erfindungen zur Temperatursteuerung fehlerhaft.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Probleme des bekannten Standes der Technik zu beseitigen, und eine vollständig neue Lösung zum Steuern der Temperatur eines Reaktors bereitzustellen.
  • Ein kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die Reaktionskammer bevorzugterweise nicht gekühlt ist. Die grundlegende Idee der Erfindung geht aus von der Tatsache, dass es möglich sein sollte, die Temperatur jedes Punktes der Reaktionskammer auf ein vorgeschriebenes Temperatur-Intervall einzustellen, welches in der Größenordnung von etwa 20 bis 100°C, bevorzugterweise bei ungefähr 40 bis 80°C liegt. Aus diesem Grund sollte der Wärmeverlust der Steigvorrichtung klein sein, und der für das Temperatur-Niveau benötigte Wärmeübergang der Steigvorrichtung des Reaktors sollte mittels eines außerhalb der Steigvorrichtung angeordneten Wärmetauschers genau auf die gewünschte Rate reguliert werden. Der Wärmeübergang wird gemäß den Temperaturen des unteren (T1) und des oberen (T2) Endes des Steigrohres eingestellt, indem die zirkulierenden Festkörper durch den im Rückführ-Weg angeordneten Wärmetauscher geleitet werden.
  • Das Steuern der Temperatur des Steigrohres basiert daher ausschließlich oder wenigstens hauptsächlich auf dem Regenerierungseffekt der durch die Wärmetauscher rückgeführten Feststoffe. Damit die vom Wärmetauscher zurückkehrenden Festkörper keine zu große Temperatur-Differenz im Steigrohr verursachen, ist es, gesteuert von der Sollwert-Regelung der Temperaturdifferenz (T2-T1) des oberen und unteren Teils der Steigvorrichtung, ferner nötig, einige nicht gekühlte Festkörper in das Steigrohr zurückzuführen. Da sich alle Temperaturen des thermisch isolierten Steirohres zwischen der Temperatur seines unteren und der Temperatur seines oberen Teils befinden, bietet das erfindungsgemäße Verfahren vollständige Kontrolle der Reaktor-Temperaturen.
  • In anderen Worten, der Feststoff-Fluss (d. h. der Massefluss) durch den ungekühlten Rückführ-Kanal ist in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Teildes Steigrohres geleitet, und der Feststoff-Fluss durch den Wärmetauscher ist in Abhängigkeit von der Temperatur des unteren Teils oder des oberen Teils geleitet.
  • Bevorzugterweise strömen die Festkörper in den Wärmetauscher, welcher die Temperaturdifferenz des Steirohres einstellt, in einem gepackten Zustand, wodurch Erosion des Wärmetauschers vermieden wird. Der gepackte Zustand ist außerdem in Bezug auf Wärmeübertragung vorteilhaft, weil sich in diesem Fall die Festkörper nicht mischen. Ein Wechsel der Temperatur der den Wärmetauscher durchlaufenden Festkörper kann maximiert werden, indem der Wärmetauscher im Gegenstrom angeschlossen wird, wodurch der bei einer bestimmten Auslegung des Wärmetauschers für die Wärme-Übergangs-Leistung benötigte Festkörper-Fluss minimiert wird. Ein weiterer, vom gepackten Zustand bewirkte Vorteil ist, dass der Wärmeübergang auf ein hohes Niveau steigt, wenn der Fluss der Festkörper ansteigt. Im Gegensatz hierzu ist es in den ungekühlten Rückführ-Rohren angemessen, einen ungepackten Fluss-Zustand zu verwenden, da in diesem Falle eine große Masseflussdichte erreicht werden kann, wodurch die Abmessungen der Rohre minimiert werden.
  • Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen durch das gekennzeichnet, was im Kennzeichnungsteil von Anspruch 1 angegeben ist.
  • Ein Problem mit herkömmlichen CFB-Boilern ist, dass die Höhe der Verbrennungskammer gemäß den Anforderungen des Wärmeüberganges bestimmt wird, wodurch die Höhe in einem unnötigen Maß erhöht wird. Als eine Folge hiervon muss der Volumenanteil der Festkörper und der Fluss der Festkörper auf ein niedriges Niveau begrenzt werden, damit der Druckverlust der Verbrennungskammer nicht zu groß wird. Im Prinzip könnten wir natürlich in Erwägung ziehen, Heizflächen innerhalb der Steigvorrichtungs-Kammer einzupassen, aber dies ist in der Praxis unter anderem aufgrund von Erosion, Korrosion und Mischungs-Problemen nicht möglich. Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann eine ausreichende Anzahl von Heizflächen im Rückführ-Rohr angeordnet sein, ohne die Höhe des Brenners unnötig zu erhöhen. Wenn in der Steigvorrichtung keine Heizflächen Verschleiß ausgesetzt sind, kann die Gas-Geschwindigkeit gegenüber dem derzeitigen Wert erhöht werden, was sowohl für die Größe der Vorrichtung als auch für den Leistungs-Einstellbereich vorteilhaft ist.
  • Überhitzer, welche den in Asche vorhandenen korrosiven Verbindungen sowie Erosion ausgesetzt sind, müssen häufig in die Brenner von CFB-Boilern eingepasst werden. Es ist bekannt, dass insbesondere Chlor enthaltende Aschen ein schnelles Korrodieren von Überhitzer-Rohren verursacht haben. Auch von diesem Blickwinkel aus gesehen ist es vernünftig, die Wärmeliefernden Flächen in den Festkörper-Rückführ-Rohren anzuordnen, wo sie keiner Korrosion ausgesetzt sind. In dem erfindungsgemäßen Verfahren würde der Überhitzer in ein drittes Rückführ-Rohr eingepasst werden, dessen Regelung gemäß der Überhitzer-Temperatur erfolgen würde. Dieser Wärmetauscher würde außerdem im Gegenstrommodus angeschlossen werden, und die Festkörper würden durch ihn in einem gepackten Zustand strömen.
  • Es ist bezeichnend für die Erfindung, dass die Festkörper-Zirkulationen aller ihrer Rückführ-Kanäle, von denen es wenigstens zwei gibt, als freie Variablen geführt werden. Anstatt die Druckdifferenz der Steigvorrichtung bei ihrem Steuer-Wert zu halten, was kennzeichnenderweise bei CFB der Fall ist, ist es ihr in dem erfindungsgemäßen Verfahren erlaubt, von Null auf ihren Maximalwert frei zu variieren, welcher ausschließlich durch die Betriebs-Eigenschaften der Fluss-Maschinen bestimmt ist, welche für den Gasfluss des Steigrohres verantwortlich sind. Dementsprechend ist es gerechtfertigt, das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem alle Festkörper-Zirkulationen genau gesteuert werden, ein Kontrollierte-Festkörper-Zirkulation-Verfahren („controled solids circulation", CSC) zu nennen.
  • Im Allgemeinen werden Verbrennung und Vergasung als separate Prozesse gesehen, obwohl in beiden Fälle Oxidation eingesetzt wird. Unter Verbrennung wird Oxidation bei Sauerstoff-Überschuss und unter Vergasung wird Oxidation bei Sauerstoff-Mangel verstanden. Die Gaserzeuger sind grundsätzlich Reaktoren ohne Kühlung und die Verbrennungs-Reaktoren sind gekühlte Reaktoren, welche nicht ohne Änderungen für beide Prozesse eingesetzt werden können. Da das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen des Kühlens als eine freie Variable verwendet werden kann, kann es dazu verwendet werden, den Brennstoff genau zu dem gewünschten Oxidationsgrad zu oxidieren, ohne irgendwelche Änderungen an dem Reaktor vorzunehmen. In Testläufen wurde das Oxidations-Verhältnis (Sauerstoffgehalt/theoretischer-Sauerstoffgehalt) kontinuierlich von 1,2 auf 0,7 verändert, so dass die Entnahme-Temperatur des Reaktors und die Temperatur-Differenz der Steigvorrichtungs-Kammer automatisch geregelt waren. In Testläufen arbeiteten beide Temperatur-Regelungen präzise, und es gab keine Probleme, wenn mittels der Ausrüstung von einem Prozess mit Sauerstoff-Überschuss zu einem Prozess mit einem großen Sauerstoff-Mangel übergegangen wurde.
  • Während einer Verbrennung beträgt die Temperatur normalerweise 650 bis 1000°C, bevorzugterweise ungefähr 700 bis 900°C, und mittels des erfindungsgemäßen Regelungs-Verfahrens kann sie innerhalb eines Temperaturbereiches von ungefähr 40 bis 80°C gehalten werden.
  • Der erfindungsgemäße Reaktor bietet ferner wesentliche Vorteile für mehrere Reaktoren der Chemie und der Öl-Raffinerie-Industrie. Beispielsweise müssen (in FCC-Einheiten) sowohl ein Regenerator mit Sauerstoff-Überschuss, als auch ein Crack-Reaktor, welcher ungefähr mit einem Sauerstoffverhältnis von Null arbeitet, in der Lage sein, die Temperatur beider Einheiten präzise einzustellen. Durch paralleles Verbinden zweier erfindungsgemäßer CSC-Reaktoren wird ein Reaktor-System erreicht, welches die Anforderungen der FCC-Einheit in idealer Weise erfüllt.
  • Während einer Verbrennung weisen die verwendeten Rückführ-Feststoffe inertes anorganisches Partikel-Material, wie etwa Sand auf, welches als Wärme-Übergangs-Medium dient. Das Fluidisierungs-Gas ist dann Luft oder irgendein anderes Sauerstoff-enthaltendes Gas. In katalytischen Prozessen sind die Rückführ-Feststoffe ein Festkörper-Katalysator. Üblicherweise wird ein Teil des Katalysators der Regenerierung zugeleitet, während ein anderer Teil davon zum Prozess zurückgeführt wird.
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 1, welche als Querschnitts-Seiten-Ansicht den grundsätzlichen Aufbau eines Fließbett-Reaktors mit zirkulierendem Bett zeigt, detaillierter beschrieben.
  • In 1 ist die Einlass-Düse des Fluidisierungs-Gases mit der Zahl 1 bezeichnet, wobei das Gas von der Verbindungsstelle über eine Verteilerplatte 2 zum unteren Teil 4 einer Steigvorrichtung strömt. Die Feststoffe werden in den Reaktor durch eine Verbindungsstelle 3 zugeführt. Der Oberteil des Steigrohres ist mit der Zahl 5 bezeichnet, und die an seinem oberen Ende angeordnete Düse des ersten Separators mit der Zahl 6. Der Kammerteil des ersten Separators ist mit der Zahl 7 bezeichnet, wobei die meisten Festkörper vom Gas abgetrennt und eine gepackte Schicht bildend am Boden der Kammer 7 abgelagert werden, von wo ein Teil der Festkörper mittels Aktuatoren 10 zu dem Oberteil 8 eines ungekühlten Kanals 9 geleitet werden, wobei die Festkörper von dem genannten Oberteil als lose Partikel zu dem unteren Teil 4 des Steigrohres zurückfallen. Der andere Teil der in der Kammer 7 gepackten Festkörper wird mittels Aktuatoren 11 durch die Rohre 13 eines Kühlers 12 zu dem unteren Teil 4 des Steigrohres geleitet. Die Einlass- und Auslass-Einheiten des Kühlmittels sind mit den Zahlen 14 und 15 bezeichnet. Die Feststoff-Entlade-Einheit ist mit der Zahl 17 bezeichnet.
  • In verschiedenen Anwendungen bewirkt der erste Separator ausreichende Trennung; daher wird ein zweiter Zyklon nur dann gebraucht, wenn sehr kleines Eindringen benötigt wird. Die am besten angemessene Art, den zweiten Separator zu implementieren, ist in 1 dargestellt. Das vorgereinigte Gas wird von der Kammer 7 des ersten Separators zu einem zweiten Separator 19 geleitet, von wo aus die Partikel durch ein Rückführ-Rohr 20 zum unteren Teil 4 der Steigvorrichtungs-Kammer zurückgeleitet werden. Das gereinigte Gas entweicht durch ein Mittelrohr 18.
  • Die Auslass-Temperatur T2 des genannten Systems wird basierend auf einer von der Temperatur T2 abhängigen Sollwert-Regelung durch Einstellen des durch den Wärmetauscher des gekühlten Rückführ-Kanals 12 verlaufenden Flusses von Festkörper-Material mittels des regulierenden Aktuators 11 gesteuert. Die vertikale Temperaturdifferenz der Steigvorrichtung wird basierend auf einer von der Temperaturdifferenz T2-T1 abhängigen Sollwert-Regelung durch Einstellen des durch den ungekühlten Rückführ-Kanal 9 verlaufenden Festkörper-Materialfluss durch Aktuator 10 gesteuert.
  • Die praktische Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ferner mit von einer Pilot-Einrichtung ausgeführten ausführlichen Testläufen nachgewiesen.
  • Tabelle 1:
    Figure 00120001
  • Figure 00130001
  • Das Ziel dieser Test-Serie war, zu verifizieren, dass die parallelen geregelten Rückführ-Rohre in der erfindungsgemäßen Vorrichtung problemlos arbeiten, und den Wärmeübergang von in einem gepackten Zustand wandernden Festkörpern zu einer Wand zu untersuchen.
  • In den Testläufen wurden unter Anderem Oxidation von verschiedenen Sägespan-Ladungen mit variierendem Feuchteanteil und von Druckfarbentfernungs-Schlamm (Feuchte unterhalb von 10 Masse-%) ausgeführt. In allen diesen Testläufen war es möglich, die Austritts-Temperatur des Reaktors durch Variieren von Lauf-Bedingungen durch Steuern der gekühlten Zirkulation, und die Temperaturdifferenz der Steigvorrichtung durch Steuern der ungekühlten Zirkulation innerhalb der gewünschten Werte zu halten. Beide Steuerungen hielten die Temperaturen mit einer Genauigkeit von wenigen Graden bei ihren Vorgabewerten. Da die Feststoffe in einem gepackten Zustand in dem gekühlten Rückführ-Rohr flogen, konnte beim kühlenden Wärmetauscher das Gegenstromprinzip verwendet werden. Als Zusammenfassung der Testläufe kann festgestellt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren in allen Teilen auch im praktischen Einsatz für arbeitsfähig befunden wurde.

Claims (9)

  1. Ein Verfahren zum Steuern der Temperaturen eines exothermen Prozesses, der in einer Suspension von Festkörpern in einem Reaktorsystem, das durch einen Windkasten (2), ein Vertikalsteigrohr (5), das im wesentlichen nicht gekühlt ist, einen Teilchenseparator (6), wenigstens einem Satz Rückführkanäle (9), die nicht gekühlt sind und wenigstens einem gekühlten Satz Rückführkanäle (12) ausgeführt wird, wird dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss von durch den Rückführkanal (9), der nicht gekühlt ist, fließenden Festkörpern, basierend auf dem Temperaturunterschied (T2-T1) zwischen den oberen und unteren Teilen eines Steigrohres (5), das nicht gekühlt ist, befestigt wird und durch das Anpassen des Flusses von Festkörpern, die durch den Wärmetauscher (12) fließen, basierend auf der Temperatur (T1) des unteren Teils oder der Temperatur (T2) des oberen Teils des Steigrohres.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperkreisläufe der anderen Rückführrohre, die parallel zu den Rückführrohren (9, 12) sind, als freie variablen, basierend auf einer Prozess-Quantitätskenngröße für die Funktion des jeweiligen Rückführkanals, gesteuert werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch Richten des Flusses von Festkörpern durch den Rückführkanal (9), der nicht gekühlt ist, mittels eines Aktuators (10), der an dem oberen Teil des Kanals befestigt ist.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch Richten des Flusses von Festkörpern durch andere Rückführkanäle als dem Einem (9), der nicht gekühlt ist, mittels eines Aktuators (11), der an dem untere Ende des Rückführkanals befestigt ist.
  5. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch Übertragen von Wärme zu zwei oder mehreren Hitze-empfangenden Flüssen in demselben Rückführkanal (12).
  6. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Festkörper durch den Rückführkanal (9), der nicht gekühlt ist, in einen nicht-gepackten Zustand zurückgeführt werden.
  7. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Festkörper durch den gekühlten Rückführkanals (12) in einen gepackten Zustand zurückgeführt werden.
  8. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherme Reaktion in einem Zirkulations-Wirbelschichtreaktor durchgeführt wird, der einen Windkasten (2) mit einer Gaszuführdüse (1), ein vertikales, im wesentlichen nicht gekühltes Steigrohr (5), das mit dem Windkasten verbunden ist, der im Allgemeinen eine vertikale Mittelachse hat und ein unteres Teil (4) aufweist, das mit einer Zuführdüse (3) für Festkörpermaterie ausgestattet ist, einen Teilchentrenner (6), der an dem Steigrohr an dessen oberem Teil befestigt ist, zum Trennen der Teilchen von dem Fluss der Festkörpersuspension in dem Steigrohr und ein Auslassmittel (7) für die getrennten Teilchen aufweist, und Rückführkanäle (9; 12) aufweist, die mit dem Auslassmittel des Teilchentrenners verbunden sind, dessen Kanäle zum Zurückführen von wenigstens einem Teil der Festkörpermaterie zu dem unteren Teil des Steigrohres benutzt werden kann, wobei die Rückführkanäle wenigstens einen Satz von Rückführkanälen (9), die nicht gekühlt sind, und wenigstens einen gekühlten Satz von Rückführkanälen (12) aufweisen.
  9. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherme Reaktion eine Verbrennungsreaktion oder eine Crack-Reaktion ist.
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