AT510228B1 - FLUID BED REACTOR SYSTEM - Google Patents

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AT510228B1
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Johannes Schmid
Christoph Pfeifer
Hannes Kitzler
Hermann Dipl Ing Dr Hofbauer
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Technische Universität Wien
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wirbelschichtreaktorsystem aus zumindest zwei Wirbelschichtreaktoren, umfassend einen ersten und einen zweiten Reaktor (1, 2), die jeweils als zirkulierende Wirbelschicht ausgeführt sind und getrennte Gasräume zur Durchführung chemischer Reaktionen darstellen, eine Partikelleitung (7) zum Transport von Wirbelschichtpartikeln vom ersten in den zweiten Reaktor, eine Partikelleitung (17) zum Rücktransport von Wirbelschichtpartikeln in den ersten Reaktor (1), sowie gegebenenfalls einen dritten Reaktor (20), der, in Richtung des zirkulierenden Partikelstroms gesehen, zwischen dem zweiten und dem ersten Reaktor angeordnet und als stationäre Wirbelschicht ausgeführt ist, mit dem Kennzeichen, dass zumindest eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung (21) zum Überleiten eines definierten Gas-Teilstroms aus dem zweiten Reaktor (2) und/ oder dem dritten Reaktor (20) in den ersten Reaktor (1) vorgesehen ist.The invention relates to a fluidized-bed reactor system comprising at least two fluidized-bed reactors, comprising a first and a second reactor (1, 2), each designed as a circulating fluidized bed and separate gas chambers for performing chemical reactions, a particle line (7) for transporting fluidized bed particles from the first in the second reactor, a particle line (17) for the return of fluidized bed particles in the first reactor (1), and optionally a third reactor (20), seen in the direction of the circulating particle flow, between the second and the first reactor and arranged as stationary fluidized bed is carried out, with the characteristic that at least one substantially only gas transporting connecting line (21) for passing a defined partial gas flow from the second reactor (2) and / or the third reactor (20) into the first reactor (1 ) is provided.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wirbelschichtreaktorsystem aus zumindest zwei als zirkulierende Wirbelschichten ausgeführten Wirbelschichtreaktoren zur Durchführung chemischer Reaktionen, insbesondere zur Gasgewinnung.Description: The present invention relates to a fluidized-bed reactor system comprising at least two fluidized-bed reactors designed as circulating fluidized beds for carrying out chemical reactions, in particular for gas production.

[0002] Wirbelschichtsysteme als Gas-Feststoff-Reaktoren werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen der Feststoff (oder Teile davon) direkt an einer chemischen Umwandlung teilnimmt bzw. wo der Feststoff eine chemische Umwandlung der Gasphase durch Energieeintrag und/oder katalytische Wirkung fördern soll. Gas-Feststoff-Reaktorsysteme mit zwei getrennten Reaktionszonen ermöglichen die Auftrennung auf zwei Gasreaktionsräume, die nur über den Feststoffstrom miteinander in Verbindung stehen, ohne dass es zu einer Vermischung der Gasströme kommt. Beispiele für solche Anwendungen sind etwa CLR- (d.h. Chemical Looping Reforming-), CLC- (d.h. Chemical Looping Combustion-) oder Vergasungsreaktionen, wobei neben der klassischen Kohlevergasung in letzter Zeit auch die Biomassevergasung stetig an Bedeutung gewinnt. Bei solchen Anwendungen werden in zunehmendem Maße auch Wirbelschichtreaktorsysteme vorgeschlagen, die zwei schnell fluidisierte, also feststofftransportierende Wirbelschichtreaktoren umfassen.Fluidized bed systems as gas-solid reactors are used in applications in which the solid (or parts thereof) participates directly in a chemical transformation or where the solid is to promote chemical conversion of the gas phase by energy input and / or catalytic action. Gas-solid reactor systems with two separate reaction zones allow the separation of two gas reaction chambers, which communicate only through the flow of solids with each other, without causing a mixing of the gas streams. Examples of such applications are, for example, CLR (i.e., Chemical Looping Reforming), CLC (i.e., Chemical Looping Combustion), or gasification reactions, in which biomass gasification has become increasingly important in addition to classical coal gasification recently. In such applications, fluidized-bed reactor systems are increasingly being proposed which comprise two fluidized-bed fluidized fluidized fluidized bed reactors.

[0003] In solchen Systemen wird allgemein in einem Gaserzeugungsreaktor (oder auch " B re η n stoff reaktor", "Vergasungsreaktor") aus einem festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoff Produktgas erzeugt, indem ein als Wärmeträger und mitunter auch als Katalysator dienender Feststoff (z.B. ein Metalloxid) zwischen dem Gaserzeugungsreaktor und einem zweiten Reaktor (oft als "Verbrennungsreaktor" oder "Luftreaktor" bezeichnet) zykliert wird. In letzterem Reaktor, der zumeist mit Luft fluidisiert wird, wird der Feststoff erneut auf die erforderliche Temperatur erhitzt und, bei gleichzeitiger Verwendung als Katalysator, gegebenenfalls auch regeneriert (z.B. reoxidiert).In such systems, generally in a gas generating reactor (or "B re η n fuel reactor", "gasification reactor") of a solid, liquid or gaseous fuel product gas produced by serving as a heat transfer medium and sometimes as a catalyst solid ( a metal oxide) is cycled between the gas generating reactor and a second reactor (often referred to as a "combustion reactor" or "air reactor"). In the latter reactor, which is usually fluidized with air, the solid is reheated to the required temperature and, if used as a catalyst, optionally also regenerated (e.g., reoxidized).

[0004] Eines der bei derartiger Reaktionsführung zu lösenden Probleme ist die Aufrechterhaltung der notwendigen Temperaturen im Verbrennungs- oder Luftreaktor, d.h. die geeignete Wahl der Art und Menge des darin zu oxidierenden (oder verbrennenden) Mediums. Wenn der zyklierte Feststoff auch als Katalysator dient, kann die benötigte Wärmemenge zum größten Teil aus der Reoxidation des Katalysators gewonnen werden. In anderen Fällen (oder wenn die gewonnene Oxidationswärme nicht ausreicht) muss ein zusätzlicher Brennstoff in den Verbrennungsreaktor geleitet und darin verbrannt werden. Dabei kann es sich auch um einen Teil des Brennstoffs, aus dem das gewünschte Produktgas erzeugt wird, oder einen gewissen Anteil des Produktgases selbst handeln.One of the problems to be solved with such reaction control is the maintenance of the necessary temperatures in the combustion or air reactor, i. the appropriate choice of the type and amount of the medium to be oxidized (or combusted). When the cyclized solid also serves as a catalyst, the amount of heat required can be recovered largely from the reoxidation of the catalyst. In other cases (or if the recovered heat of oxidation is insufficient), additional fuel must be passed into the combustion reactor and burned therein. It may also be a part of the fuel from which the desired product gas is generated, or a certain proportion of the product gas itself act.

[0005] E in System, bei dem Produktgas zur Wärmegewinnung im Verbrennungsreaktor eingesetzt wird, ist etwa in der "Energiezentrale zur Umwandlung von biogenen Roh- und Reststoffen einer Region in Wärme, Strom und BioSNG und flüssige Kraftstoffe" in Güssing im Einsatz. Weitere derartige Anlagen, wo das Produktgas unter anderem auch zur Fluidisierung des Verbrennungsreaktors und/oder des Vergasungsreaktors dient, finden sich in zahlreichen Publikationen wie DE 26 11 191 A1, DE 10 2006 049 781 A1 sowie T. Mattison und A. Lyngfelt, Second Minisymposium on Carbon Dioxide Capture and Storage, Göteborg, 26. Oktober 2001 (als Beispiel für eine CLC-Anwendung), wobei mitunter jedoch nur einer der Reaktoren (nämlich der Verbrennungsreaktor) schnell fluidisiert ist und der andere dann zumeist als stationäre (z.B. blasenbildende) Wirbelschicht ausgeführt ist.A system in which product gas is used for heat recovery in the combustion reactor, is about in the "energy center for the conversion of biogenic raw and residual materials of a region in heat, electricity and BioSNG and liquid fuels" in Güssing in use. Other installations of this kind, where the product gas also serves, inter alia, for fluidizing the combustion reactor and / or the gasification reactor, can be found in numerous publications such as DE 26 11 191 A1, DE 10 2006 049 781 A1 and T. Mattison and A. Lyngfelt, Second Minisymposium on Carbon Dioxide Capture and Storage, Gothenburg, October 26, 2001 (as an example of a CLC application), although sometimes only one of the reactors (namely the combustion reactor) is rapidly fluidized and the other is then mostly a stationary (eg bubbling) fluidized bed is executed.

[0006] Obwohl auf diese Weise zwar die Temperatur im Verbrennungsreaktor bzw. der Fluidisierungszustand im Vergasungsreaktor gut steuerbar ist, geht einerseits ein Teil des rückgeführten Produktgases als Abgas aus dem Verbrennungs- oder Luftreaktor verloren. Andererseits hat dieser Brennstoffanteil üblicherweise mehrere Aufarbeitungsstufen, wie z.B. Kühlung, Partikelabscheider, Gasfilter und Gaswäscher, passiert und muss außerdem zwingend über eine Druckeinrichtung in den Reaktor zurückbefördert werden, so dass nicht nur Material-, sondern auch Energieverluste auftreten.Although in this way, although the temperature in the combustion reactor or the fluidization state in the gasification reactor is well controlled, on the one hand part of the recirculated product gas is lost as exhaust gas from the combustion or air reactor. On the other hand, this fuel fraction usually has several stages of work-up, e.g. Cooling, particle separator, gas filter and gas scrubber, happens and must also be conveyed back via a pressure device in the reactor, so that not only material but also energy losses occur.

[0007] Die Anmelderin selbst hat in ihrer WO 2010/006353 A2 ein Wirbelschichtreaktorsystem offenbart, bei dem sowohl ein fester Bestandteil des Brennstoffs aus dem Gaserzeugungsreaktor - zusammen mit dem zwischen den Reaktoren zyklierten Feststoff - als auch weiterhin ein Teil des gereinigten Produktgases in den Verbrennungsreaktor geleitet und darin verbrannt werden. Dabei kann zwar gemäß der dortigen Erfindung ein gleichmäßiger Produktgasstrom für weiter führende Anlagenteile bereitgestellt werden, allerdings wird auch hier der gesamte Produktgasstrom aufwändig abgekühlt, gereinigt und verdichtet, bevor ein Teilstrom davon in den Verbrennungsreaktor zurückgeleitet und dort thermisch umgesetzt wird. Ein entsprechender Wirkungsgradverlust tritt hier für den Energieaufwand zur Abkühlung, Reinigung und Verdichtung dieses zurückgeführten Produktgasstroms auf.The applicant itself has disclosed in WO 2010/006353 A2 a fluidized bed reactor system in which both a solid component of the fuel from the gas generating reactor - together with the cyclized between the reactors solid - as well as continue a portion of the purified product gas in the combustion reactor be guided and burned in it. Although it can be provided according to the local invention, a uniform product gas stream for further system components, however, here the entire product gas stream is consuming cooled, cleaned and compressed before a partial flow thereof is returned to the combustion reactor and thermally reacted there. A corresponding loss of efficiency occurs here for the energy required for cooling, cleaning and compression of this recirculated product gas flow.

[0008] Ziel der Erfindung war daher ein in dieser Hinsicht weiter verbessertes Wirbelschichtreaktorsystem.The aim of the invention was therefore a further improved in this respect fluidized bed reactor system.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

[0009] Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch Bereitstellung eines Wirbelschichtreaktorsystems aus zumindest zwei Wirbelschichtreaktoren, das einen ersten und einen zweiten Reaktor, die jeweils als zirkulierende Wirbelschicht ausgeführt sind und getrennte Gasräume zur Durchführung chemischer Reaktionen darstellen, eine Partikelleitung zum Transport von Wirbelschichtpartikeln vom ersten in den zweiten Reaktor, eine Partikelleitung zum Rücktransport von Wirbelschichtpartikeln in den ersten Reaktor, sowie gegebenenfalls einen dritten Reaktor, der, in Richtung des zirkulierenden Partikelstroms gesehen, zwischen dem zweiten und dem ersten Reaktor angeordnet und als stationäre Wirbelschicht ausgeführt ist, umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung zum Überleiten eines definierten Gas-Teilstroms aus dem zweiten Reaktor und/oder dem dritten Reaktor in den ersten Reaktor vorgesehen ist.This object is achieved by providing a fluidized-bed reactor system comprising at least two fluidized-bed reactors comprising a first and a second reactor, each of which is designed as a circulating fluidized bed and separate gas chambers for carrying out chemical reactions, a particle line for transporting fluidized bed particles from the first in the second reactor, a particle line for the return transport of fluidized bed particles in the first reactor, and optionally a third reactor, which, seen in the direction of the circulating particle flow, arranged between the second and the first reactor and designed as a stationary fluidized bed, comprises, and characterized in that at least one essentially only gas-transporting connecting line is provided for passing a defined partial gas flow from the second reactor and / or the third reactor into the first reactor.

[0010] Somit wird gemäß vorliegender Erfindung über die im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung praktisch kein Feststoff, sondern nahezu ausschließlich rohes Produktgas in den ersten Reaktor, der in diesem Fall als Verbrennungsreaktor dient, eingeleitet und darin verbrannt. Auf diese Weise kann gänzlich vermieden werden, aufwändig gereinigtes Produktgas verbrennen zu müssen.Thus, according to the present invention on the substantially only gas transporting connection line virtually no solid, but almost exclusively raw product gas into the first reactor, which serves as a combustion reactor in this case, initiated and burned therein. In this way, it can be completely avoided to burn consuming purified product gas.

[0011] Unter "im Wesentlichen nur Gas transportierend" ist hierin zu verstehen, dass durch die Wahl der Ausmündungsstelle der Leitung sowie durch ihre Dimensionierung und gegebenenfalls auch durch entsprechende optionale Einrichtungen wie Filter oder dergleichen dafür gesorgt wird, dass die Leitung praktisch keine Feststoffe in den ersten Reaktor transportiert. Aufgrund der Tatsache, dass in einem System aus zwei schnell fluidisierten Wirbelschichtreaktoren die darin enthaltenen Teilchen für jeden Ort im System eine endliche Aufenthaltswahrscheinlichkeit aufweisen, kann ohne Vorsehen von Filtern oder dergleichen in der Verbindungsleitung nicht gänzlich ausgeschlossen werden, dass ein gewisser, wenn auch minimaler, Anteil an Feststoffen mit dem Gasstrom in der Verbindungsleitung mitgeführt wird. Erwünscht ist jedoch ein feststofffreier Gasstrom darin.By "substantially only gas transporting" is to be understood herein that is ensured by the choice of Ausmündungsstelle the line and by their dimensions and optionally also by appropriate optional means such as filters or the like that the line practically no solids in transported the first reactor. Due to the fact that in a system of two fast fluidized fluidized bed reactors, the particles contained therein have a finite probability of residence for each location in the system, without the provision of filters or the like in the interconnector, it can not be completely ruled out that some, albeit minimal, Part of solids with the gas flow in the connecting line is carried. However, what is desired is a solids-free gas stream therein.

[0012] Die im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung kann auch - genau wie sämtliche andere im erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktorsystem vorgesehene Leitungen - einen oder mehrere Partikelabscheider umfassen, um etwaige mitgerissene Feststoffe aus dem rohen Produktgasstrom zu entfernen.The substantially only gas transporting connection line can also - as well as all other provided in the fluidized bed reactor according to the invention lines - comprise one or more particle to remove any entrained solids from the crude product gas stream.

[0013] Unter "zumindest eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung" ist zu verstehen, dass auch zwei oder mehr Verbindungsleitungen vorgesehen sein können, was bewirkt, dass Ströme von rohem Produktgas mit unterschiedlicher Reinheit in den ersten Reaktor eingespeist werden können, wodurch eine Optimierung zwischen Materialverlusten und Wärmegewinnung erfolgen kann. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Verbindungsleitung aus dem zweiten und eine aus einem dritten (oder vierten usw.) Reaktor ausmünden, wenn dies den Zwecken der Erfindung dient. Es versteht sich jedenfalls, dass, wenn nachstehend von der im Wesentlichen nur Gas transportierenden Verbindungsleitung im Singular die Rede ist, auch mehr als eine solche Leitung gemeint sein kann.By "at least one substantially only gas transporting connecting line" is meant that two or more connecting lines can be provided, which causes currents of raw product gas with different purity in the first reactor can be fed, thereby optimizing between loss of material and heat recovery can take place. For example, a connecting line according to the invention may flow from the second and one from a third (or fourth, etc.) reactor, if this serves the purposes of the invention. In any case, it goes without saying that, when the singular is referred to below as the essentially only gas-transporting connecting line, more than one such line may also be meant.

[0014] In bevorzugten Ausführungsformen mündet die im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung an einer Position aus dem zweiten bzw. dem dritten Reaktor aus, an der ein höherer Betriebsdruck einstellbar ist, als an der Position, an der sie in den ersten Reaktor einmündet. Dadurch sind keine Pumpen oder ähnliche Druckeinrichtungen erforderlich um den rohen Produktgasstrom vom zweiten bzw. dritten in den ersten Reaktor zu befördern. Diese Differenz der Betriebsdrücke kann durch die Stärke der Fluidisierung der jeweiligen Reaktoren, aber auch einfach durch die Wahl der Höhe der Aus- und der Einmündungsstelle gesteuert werden. Das heißt, bei gleichen Druckverhältnissen in den Reaktoren reicht es aus, die Verbindungsleitung an einer unterhalb der Einmündungsstelle liegenden Stelle aus dem zweiten bzw. dritten Reaktor ausmünden zu lassen.In preferred embodiments, the substantially only gas transporting connecting line opens at a position from the second and the third reactor, at which a higher operating pressure is adjustable, than at the position where it opens into the first reactor. As a result, no pumps or similar pressure devices are required to convey the crude product gas stream from the second or third into the first reactor. This difference in the operating pressures can be controlled by the strength of the fluidization of the respective reactors, but also simply by the choice of the height of the outflow and the confluence. That is, under the same pressure conditions in the reactors, it is sufficient to let the connecting line open out at a location below the confluence point from the second or third reactor.

[0015] " Oben" und "unten" bzw. "hoch" und "tief" beziehen sich hierin generell auf die vertikale Richtung, in der die Schwerkraft wirkt, da gegen deren Wirkung die Fluidisierung der Partikel zur Ausbildung von Wirbelschichten erfolgen muss."Up" and "down" or "high" and "deep" refer generally to the vertical direction in which the force of gravity, because against their effect, the fluidization of the particles must be carried out to form fluidized beds.

[0016] Die im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung kann in bevorzugten Ausführungsformen dennoch eine oder mehrere Regeleinrichtungen zur Steuerung des Gasflusses umfassen. Diese sind nicht speziell eingeschränkt und können beliebige Arten von Ventilen, Pumpen, Drosseln und dergleichen oder Kombinationen davon umfassen.The substantially only gas transporting connection line may in preferred embodiments nevertheless comprise one or more control devices for controlling the gas flow. These are not particularly limited and may include any types of valves, pumps, chokes and the like, or combinations thereof.

[0017] Die oder eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung mündet in manchen bevorzugten Ausführungsformen aus der unteren Hälfte des zweiten Reaktors aus, wodurch einerseits dafür gesorgt ist, dass die Ausmündung an einer Stelle mit relativ hohem Betriebsdruck erfolgt, und andererseits ein relativ unreiner roher Produktgasstrom aus diesem Reaktor ausgeleitet wird, wodurch ein geringerer Anteil an der Energie, die bei der Umsetzung des im zweiten Reaktor aufsteigenden Produktgases mit dem zirkulierten Feststoffstrom verbraucht wird (d.h. Wärmeenergie, Fluidisierungsenergie), verloren geht und im ersten Reaktor bei der Verbrennung des rohen Produktgases eine größere Menge an Wärmeenergie erzeugt wird. Noch bevorzugter mündet bei manchen solchen Ausführungsformen die Verbindungsleitung im unteren Drittel, insbesondere im unteren Viertel, aus dem zweiten Reaktor aus. Speziell bei Wasserdampffluidisierung des zweiten Reaktors, wie dies etwa bei der Biomassevergasung der Fall ist, ist jedoch dafür Sorge zu tragen, dass die Ausmündung in einer Höhe erfolgt, an der der Druck bereits zu einem wesentlichen Teil vom Produktgas und nicht vorwiegend vom Wasserdampf erzeugt wird, um über die erfindungsgemäße Verbindungsleitung nicht allzu große Anteile an Wasserdampf in den Verbrennungsreaktor zu leiten.The or a substantially only gas-transporting connection line opens in some preferred embodiments of the lower half of the second reactor, which on the one hand ensures that the outlet takes place at a location with relatively high operating pressure, and on the other hand, a relatively impure raw Product gas stream is discharged from this reactor, whereby a smaller proportion of the energy consumed in the conversion of the product gas rising in the second reactor with the circulated solids flow (ie heat energy, fluidization energy) is lost and in the first reactor in the combustion of the raw product gas a larger amount of heat energy is generated. Even more preferably, in some such embodiments, the connecting line in the lower third, in particular in the lower fourth, discharges from the second reactor. However, especially in the case of steam vaporization of the second reactor, as is the case with biomass gasification, care must be taken that the discharge takes place at a level at which the pressure is already produced to a significant degree by the product gas and not predominantly by the steam in order not to pass too large amounts of water vapor into the combustion reactor via the connecting line according to the invention.

[0018] In manchen bevorzugten Ausführungsformen mündet die oder eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung aus der oberen Hälfte des dritten Reaktors aus. Dies bezieht sich vor allem auf (später im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher beschriebene) Ausführungsformen, bei denen der zweite Reaktor an seinem unteren Ende in einen dritten Reaktor übergeht, der als stationäre Wirbelschicht betrieben wird und in den der Brennstoff eingeleitet wird. In einem solchen dritten Reaktor herrscht ein im Vergleich zum darüber liegenden zweiten Reaktor relativ hoher Betriebsdruck. Aufgrund der Betriebsweise als stationärer (z.B. blasen- bildender) Reaktor ist in der oberen Hälfte die Partikeldichte zudem normalerweise deutlich geringer. Noch bevorzugter mündet die erfindungsgemäße Verbindungsleitung daher im oberen Drittel, insbesondere im oberen Viertel, des dritten Reaktors aus.In some preferred embodiments, the or substantially only gas transporting connecting line discharges from the upper half of the third reactor. This relates above all to embodiments (described in more detail below in conjunction with the drawings) in which the second reactor merges at its lower end into a third reactor, which is operated as a stationary fluidized bed and into which the fuel is introduced. In such a third reactor, there is a relatively high operating pressure compared to the second reactor above. Moreover, due to the operation as a stationary (e.g., bubbling) reactor, the particle density in the upper half is usually much lower. Even more preferably, the connecting line according to the invention therefore discharges in the upper third, in particular in the upper fourth, of the third reactor.

[0019] Generell ist die Erfindung, was die Anzahl und Lage der Reaktoren im erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktorsystem anbelangt, nicht speziell eingeschränkt, solange zumindest zwei miteinander kommunizierende schnell fluidisierte Reaktoren vorgesehen sind. Somit können beliebige weitere Reaktoren an beliebiger Stelle des erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktorsystems implementiert und mit beliebigen Strömungszuständen ausgeführt sein, d.h. stationär oder transportierend, als homogene, blasenbildende, stoßende, turbulente oder schnelle Wirbelschicht oder auch pneumatisch transportierend (vgl. Grace und Bi, 1997), wenn diese dem Zweck der vorliegenden Erfindung dienen.In general, the invention, as far as the number and location of the reactors in the fluidized bed reactor system according to the invention, is not particularly limited, as long as at least two rapidly fluidized reactors communicating with each other are provided. Thus, any further reactors may be implemented at any point in the fluidized bed reactor system of the invention and may be designed with any flow conditions, i. stationary or transporting, as a homogeneous, bubbling, thrusting, turbulent or fast fluidized bed or also pneumatically transporting (see Grace and Bi, 1997), if they serve the purpose of the present invention.

[0020] Es können zudem beliebige weitere Partikelleitungen zur Zyklierung oder Rezyklierung von Feststoffen zwischen den einzelnen Reaktoren oder in denselben Reaktor zurück vorgese- hen sein, die mit beliebigen Einbauten, wie z.B. Abscheidern, die ein- oder mehrstufig sein können, Förderern, Fluidisierungen usw., versehen sein können, solange die Merkmale der Erfindung nicht beeinträchtigt werden.[0020] In addition, any further particle lines for the cyclization or recycling of solids between the individual reactors or into the same reactor can be provided back, which are provided with any internals, such as e.g. Separators, which may be single or multi-stage, conveyors, fluidizations, etc., may be provided as long as the features of the invention are not impaired.

[0021] Darüber hinaus versteht es sich, dass die aus den Reaktoren des Wirbelschichtreaktorsystems abgezogenen Gasströme, d.h. der Produktgasstrom und der üblicherweise hauptsächlich Stickstoff enthaltende Gasstrom aus dem Luft- oder Verbrennungsreaktor, beliebigen Behandlungen unterzogen werden, insbesondere solchen, die den Erhalt eines reinen Produktgases oder -gasgemischs ermöglichen.Moreover, it will be understood that the gas streams withdrawn from the reactors of the fluidized bed reactor system, i. the product gas stream and the usually nitrogen-containing gas stream from the air or combustion reactor, be subjected to any treatments, in particular those which allow the obtaining of a pure product gas or gas mixture.

[0022] Die Stelle der Einmündung der im Wesentlichen nur Gas transportierenden Verbindungsleitung in den ersten Reaktor ist ebenfalls nicht speziell eingeschränkt, wird aber, wie erwähnt, vorzugsweise so gewählt, dass der Betriebsdruck an dieser Stelle niedriger ist als an der Ausmündungsstelle im zweiten oder dritten Reaktor. Darüber hinaus hängt die Einmündungsstelle aber auch davon ab, auf welcher Höhe die bei der Verbrennung frei werdende Wärme im ersten Reaktor zur Temperaturerhöhung vonnöten ist und ob eine vollständige Verbrennung des rohen Produktgases erzielt werden kann. Somit darf die Einmündungsstelle der Verbindungsleitung nicht zu hoch liegen und liegt vorzugsweise maximal auf etwa halber Höhe, noch bevorzugter in der unteren Hälfte, insbesondere im unteren Drittel, des ersten Reaktors.The location of the confluence of the substantially only gas transporting connecting line in the first reactor is also not particularly limited, but is, as mentioned, preferably chosen so that the operating pressure is lower at this point than at the Ausmündungsstelle in the second or third Reactor. In addition, however, the point of interchange also depends on the level at which the heat released during the combustion in the first reactor for increasing the temperature is needed and whether complete combustion of the raw product gas can be achieved. Thus, the junction point of the connecting line must not be too high and is preferably at most about half the height, more preferably in the lower half, in particular in the lower third of the first reactor.

[0023] In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktorsystem mündet die Partikelleitung zum Rücktransport von Wirbelschichtpartikeln in den ersten Reaktor in der unteren Hälfte des zweiten Reaktors bzw. des dritten Reaktors aus und in der unteren Hälfte des ersten Reaktors ein, wie dies in der WO 2009/21258 A1 der Anmelderin beschrieben ist, da so der zirkulierende Feststoffstrom leichter durch die Fluidisierung der Reaktoren regulierbar ist.In preferred embodiments of the fluidized-bed reactor system according to the invention, the particle line for the return transport of fluidized bed particles into the first reactor in the lower half of the second reactor and the third reactor from and in the lower half of the first reactor, as described in WO 2009 / 21258 A1 of the Applicant is described, since so the circulating solids flow is more easily regulated by the fluidization of the reactors.

[0024] In weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind zumindest im zweiten Reaktor durch einen oder mehrere Strömungsregler voneinander getrennte Reaktionszonen vorgesehen, und die Partikelleitung zum Transport von Wirbelschichtpartikeln vom ersten in den zweiten Reaktor mündet oberhalb zumindest eines Strömungsreglers in den zweiten Reaktor ein, wie dies in der österreichischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer A 964/2010 der Anmelderin offenbart ist. Als Strömungsregler sind vorzugsweise eine oder mehrere Verengungen des Reaktorquerschnitts und/oder eine oder mehrere Umlenkungen des Partikelstroms vorgesehen. In solchen Ausführungsformen kann in den einzelnen Reaktionszonen des zweiten Reaktors eine längere Verweilzeit des zirkulierten Feststoffs und damit, z.B. bei Vergasungsreaktionen, ein intensiverer Kontakt mit Pyrolyseprodukten bewirkt werden, und zur Ausbildung und Aufrechterhaltung der Wirbelschicht ist ein geringerer Fluidvolumenstrom erforderlich als ohne Strömungsregler. Zudem können in unterschiedlichen Reaktionszonen unterschiedliche chemische Reaktionen durchgeführt werden, was speziell bei Vergasungsreaktionen, bei denen diverse Pyrolyseprodukte entstehen, von großem Vorteil sein kann. Bei geeigneter Wahl der Einmündungsstellen der Partikelleitungen zum Transport von Wirbelschichtpartikeln vom ersten in den zweiten Reaktor und zur Rückführung von Teilchen aus diversen Partikelabscheidern des Systems, insbesondere jener zur Rückführung von Partikeln in den zweiten Reaktor, kann so zudem ein Gegenstromeffekt zwischen den zirkulierten Feststoffteilchen und den im zweiten Reaktor aufsteigenden Pyrolyseprodukten erzielt werden.In further preferred embodiments, separate reaction zones are provided at least in the second reactor by one or more flow regulators, and the particle line for transporting fluidized bed particles from the first into the second reactor flows above at least one flow regulator into the second reactor, as described in US Pat Austrian patent application with the application number A 964/2010 of the applicant is disclosed. One or more constrictions of the reactor cross-section and / or one or more deflections of the particle flow are preferably provided as flow regulators. In such embodiments, in the individual reaction zones of the second reactor, a longer residence time of the circulated solid and thus, e.g. in gasification reactions, a more intensive contact with pyrolysis products are effected, and for the formation and maintenance of the fluidized bed, a lower fluid volume flow is required than without flow regulator. In addition, different chemical reactions can be carried out in different reaction zones, which can be of great advantage especially in gasification reactions in which various pyrolysis products are formed. With a suitable choice of the confluence points of the particle lines for the transport of fluidized bed particles from the first to the second reactor and for recycling particles from various particle separators of the system, in particular those for the return of particles in the second reactor, so also a countercurrent effect between the circulated solid particles and the obtained in the second reactor rising pyrolysis.

[0025] In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines solchen neuen Wirbelschichtreaktorsystems zur Gaserzeugung, vor allem zur Durchführung von Kohle- oder Biomassevergasungs- oder CLR-Verfahren, bei denen die oben beschriebenen Vorteile der Erfindung besonders zur Geltung kommen, indem während der Durchführung des Vergasungs- oder CLR-Verfahrens ein Teil des im zweiten bzw. dritten Reaktor gebildeten Synthesegases über die zumindest eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung kontinuierlich in den ersten Reaktor geleitet und dort zur Wärmeerzeugung oxidiert wird. Dabei kann die Menge an über die zumindest eine Verbindungsleitung in den ersten Reaktor geleitetem Synthesegas über den Druckunterschied zwischen Ausmündungs- und Einmündungsstelle der Verbindungsleitung und deren Dimensionierung und/oder über eine zusätzliche Regeleinrichtung darin gesteuert werden, wie dies bereits oben erwähnt wurde.In a second aspect, the present invention relates to the use of such a novel fluidized bed reactor system for gas generation, especially for carrying out coal or biomass gasification or CLR processes, in which the advantages of the invention described above are particularly effective, during the implementation of the gasification or CLR process, a portion of the synthesis gas formed in the second or third reactor via the at least one substantially only gas transporting connecting line is continuously fed into the first reactor and oxidized there to generate heat. In this case, the amount of synthesis gas conducted via the at least one connecting line into the first reactor can be controlled by the pressure difference between the outlet and junction of the connecting line and its dimensioning and / or an additional control device therein, as already mentioned above.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0026] Fig. 1 zeigt die einfachste Ausführungsform des Wirbelschichtreaktorsystems der vorliegenden Erfindung.Fig. 1 shows the simplest embodiment of the fluidized bed reactor system of the present invention.

[0027] Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Wirbelschichtreaktorsystems der vorliegenden Erfindung mit einer verbindenden Partikelleitung im unteren Bereich der beiden Reaktoren.Fig. 2 shows a preferred embodiment of the fluidized-bed reactor system of the present invention with a connecting particle line in the lower region of the two reactors.

[0028] Fig. 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Wirbelschichtreaktorsys tems der vorliegenden Erfindung mit in einzelne Reaktionszonen unterteiltem zweitem Reaktor.Fig. 3 shows another preferred embodiment of the fluidized bed reactor system of the present invention having a second reactor divided into individual reaction zones.

[0029] Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Wirbelschichtreaktorsys tems der vorliegenden Erfindung mit einem dritten Reaktor.Fig. 4 shows another preferred embodiment of the fluidized bed reactor system of the present invention having a third reactor.

[0030] Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen näher beschrieben, wobei es sich versteht, dass diese lediglich zur Illustration und nicht als Einschränkung dienen sollen.In the following, the invention will be described in more detail with reference to these drawings, it being understood that these are intended for illustration only and not as a limitation.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0031] In Fig. 1 ist die einfachste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktorsystems dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht im Wesentlichen einem System wie von M.A. Paisley et al. in "Gasification of Refuse Derived Fuel in the Battelle High Throughput Gasification System", Battelle Memorial Institute, Columbus, USA (1989), offenbart: In einem System aus zwei schnell fluidisierten Wirbelschichtreaktoren 1 und 2 wird ein Partikelstrom zwischen den Reaktoren über Partikelleitungen 7 und 17 zykliert, die einen jeweiligen Partikelabscheider 3 bzw. 4 sowie jeweils ein Abdichtsystem aufweisen. In den beigefügten Figuren sind derartige Abdichtsysteme im Allgemeinen schematisch als fluidisierte Siphone dargestellt, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Das heißt, dass jegliche andere Gassperren, wie z.B. fluidisierte Rutschen oder dergleichen, ebenfalls infrage kommen.In Fig. 1, the simplest embodiment of the fluidized bed reactor system according to the invention is shown. This embodiment essentially corresponds to a system such as M.A. Paisley et al. in "Gasification of Refuse Derived Fuel in the Battelle High Throughput Gasification System", Battelle Memorial Institute, Columbus, USA (1989) discloses: In a system of two fluidized fluidized fluidized bed reactors 1 and 2, a particle flow between the reactors via particle lines 7 and 17 cycles, which have a respective particle 3 or 4 and each a sealing system. In the accompanying figures, such sealing systems are generally illustrated schematically as fluidized siphons, although the invention is not so limited. That is, any other gas barriers, e.g. fluidized slides or the like, also eligible.

[0032] Beide Reaktoren 1 und 2 sind in bevorzugter Weise gestuft fluidisiert, was bedeutet, dass jeweils auf unterschiedlicher Höhe, nämlich an den Einlässen 11 und 13 für Reaktor 1 bzw. 12 und 14 für Reaktor 2, Fluidisierungsgas eingeblasen wird. Dadurch wird die Aufrechterhaltung der Wirbelschichten in den Reaktorräumen 9 und 10 unterstützt.Both reactors 1 and 2 are fluidized in a preferred manner, which means that in each case at different heights, namely at the inlets 11 and 13 for reactor 1 or 12 and 14 for reactor 2, fluidizing gas is injected. As a result, the maintenance of the fluidized beds in the reactor chambers 9 and 10 is supported.

[0033] Über die Leitungen 15 und 16 können Wertstoffe in die Reaktoren eingespeist werden, während an den Auslässen 5 bzw. 6 der Gasaustrag aus den Reaktoren erfolgt. Bei Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Wirbelschichtreaktorsystems zur Gasgewinnung, wobei Reaktor I den Luft- oder Verbrennungsreaktor und Reaktor 2 den Gasgewinnungs- oder Brennstoffreaktor darstellt, wird somit an den Einlässen 12 und 14 z.B. Wasserdampf zur Fluidisierung der Wirbelschicht im Reaktorraum 10 und an Einlass 16 ein Brennstoff, wie z.B. Erdgas, Kohle, Biomasse oder dergleichen, eingeleitet, während an Auslass 6 neben dem Fluidisierungsgas das gewünschte Produktgas abgezogen wird. In Reaktor 1 wird in diesem Fall über die Einlässe II und 13 Luft eingeleitet, um beispielsweise die Verbrennung eines Brennstoffs zur Wärmeerzeugung und/oder die Oxidation und Erhitzung des zwischen den Reaktoren zirkulierten Teilchenmaterials zu bewirken, Bei Verwendung des Systems für CLR-Verfahren wird hier beispielsweise ein Metalloxid regeneriert, d.h. reoxidiert, das im Reaktor 2 sowohl als Oxidationsmittel wie auch als Wärmeträger fungiert, wodurch an Auslass 5 vorwiegend an Sauerstoff abgereicherte Luft, d.h. hauptsächlich Stickstoff, anfällt. Bei Verwendung des Systems für Vergasungsreaktionen ist eine der Hauptreaktionen im Reaktor 1 jedoch die Verbrennung eines Brennstoffs zur Erzeugung von Wärme, die über den zirkulierten Partikelstrom in den zweiten Reaktor übergeführt wird. Zu diesem Zweck kann einerseits ein Anteil an gegebenenfalls vorhandenem nichtumgesetztem festem Brennstoff über die Partikelleitung 17 von Reaktor 2 in Reaktor 1 gelangen, andererseits ist es jedoch auch möglich, zusätzlichen Brennstoff über den Einlass 15 zuzuführen.Via the lines 15 and 16 recyclables can be fed into the reactors, while at the outlets 5 and 6, the gas discharge takes place from the reactors. When using the fluidized bed reactor system shown in Fig. 1 for gas recovery, wherein reactor I is the air or combustion reactor and reactor 2 is the gas recovery or fuel reactor, thus at the inlets 12 and 14 e.g. Water vapor for fluidizing the fluidized bed in the reactor chamber 10 and at inlet 16 a fuel, such. Natural gas, coal, biomass or the like, introduced, while at outlet 6 in addition to the fluidizing gas, the desired product gas is withdrawn. In reactor 1, in this case, air is introduced via inlets II and 13 to effect, for example, the combustion of a fuel for heat generation and / or the oxidation and heating of the particulate material circulated between the reactors. Using the system for CLR processes will be described herein For example, regenerates a metal oxide, ie reoxidized, which acts both in the reactor 2 as an oxidant and as a heat carrier, whereby at outlet 5 predominantly oxygen depleted air, i. mainly nitrogen, accumulates. However, using the system for gasification reactions, one of the main reactions in reactor 1 is the combustion of a fuel to produce heat which is transferred to the second reactor via the circulated stream of particles. For this purpose, on the one hand, a proportion of possibly present unreacted solid fuel on the particle line 17 of reactor 2 in reactor 1 arrive, on the other hand, it is also possible to supply additional fuel via the inlet 15.

[0034] Bezugszeichen 21 bezeichnet nun die erfindungsgemäße, im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung zwischen den Reaktoren, die einen Teil des in Reaktor 2 anfallenden Produktgases als Brennstoff in den ersten Reaktor überleitet. Dadurch kann die Zufuhr von - üblicherweise reinerem und somit teurerem - Brennstoff über Einlass 15 deutlich verringert werden oder sogar gänzlich entfallen. Wie in Fig. 1 dargestellt, erfolgt die Ausmündung vorzugsweise an einer relativ tief liegenden Stelle im zweiten Reaktor und die Einmündung in den ersten Reaktor an einer etwas höheren Stelle, um so (bei Annahme etwa gleicher Druckverhältnisse in den beiden Reaktoren) einerseits zu gewährleisten, dass an der Ausmündung ein höherer Druck als an der Einmündung in den ersten Reaktor herrscht, wodurch sich das Vorsehen von Pumpen, Verdichtern, Fluidisierungen oder dergleichen in der Verbindungsleitung 21 erübrigt. Andererseits wird auf diese Weise auch ein relativ unreines Produktgasgemisch als Teilstrom aus dem Reaktor 2 abgezogen, das nachfolgende Anlagenkomponenten nicht mehr beansprucht und auch nicht mehr aufbereitet werden muss, wodurch viel Energie eingespart wird.Reference numeral 21 now designates the inventive, essentially only gas-transporting connecting line between the reactors, which passes a portion of the resulting product in the reactor 2 product gas as fuel in the first reactor. As a result, the supply of - usually purer and thus more expensive - fuel inlet 15 can be significantly reduced or even eliminated altogether. As shown in Fig. 1, the mouth is preferably at a relatively low point in the second reactor and the confluence with the first reactor at a slightly higher position so as to ensure (assuming about equal pressure ratios in the two reactors) on the one hand a higher pressure prevails at the orifice than at the confluence with the first reactor, which obviates the need for pumps, compressors, fluidizations or the like in the connecting line 21. On the other hand, in this way, a relatively impure product gas mixture is withdrawn as a partial flow from the reactor 2, the subsequent system components no longer claimed and also no longer needs to be processed, whereby much energy is saved.

[0035] Zur Steuerung des Anteils an rohem Produktgas, der über die Verbindungsleitung 21 abgezogen wird, können einerseits die Lage deren Aus- und Einmündungsstelle und die dazwischen herrschende Druckdifferenz sowie die Dimensionierung der Leitung, d.h. die Wahl des Leitungsquerschnitts, dienen. Andererseits kann die Verbindungsleitung 21 jedoch in bevorzugten Ausführungsformen auch beliebige Flussregler umfassen, die in den Figuren jeweils als Ventil eingezeichnet sind, obwohl beliebige andere Bauteile, wie z.B. Drosseln, Pumpen und dergleichen, sowie Kombinationen davon ebenfalls vorgesehen sein können.To control the proportion of raw product gas, which is withdrawn via the connecting line 21, on the one hand, the position of their discharge and confluence point and the prevailing pressure difference between them and the dimensioning of the line, i. the choice of the cable cross section, serve. On the other hand, however, in preferred embodiments, the connection line 21 may also comprise any flow regulators which are each shown as a valve in the figures, although any other components, such as e.g. Chokes, pumps and the like, as well as combinations thereof may also be provided.

[0036] Aufgrund der tief liegenden Ausmündungsstelle der Verbindungsleitung 21 aus dem zweiten Reaktor ist freilich die Partikeldichte in diesem Teil des Reaktors üblicherweise relativ hoch, so dass sich Vorkehrungen empfehlen, mittels derer der Feststoffaustrag aus dem zweiten bzw. der Feststoffübertrag in den ersten Reaktor minimiert werden kann. Dafür kommen beliebige Bauteile wie Filter, Membranen, Partikelabscheider, z.B. Zyklone, und dergleichen infrage. Der einschlägige Fachmann sollte leicht in der Lage sein, die wirtschaftlichste Lösung für eine spezielle Anlage zu entwickeln.Due to the low-lying Ausmündungsstelle the connecting line 21 from the second reactor, of course, the particle density in this part of the reactor is usually relatively high, so that measures recommend by means of which the solids discharge from the second or the solids transfer minimized in the first reactor can be. Any components such as filters, membranes, particle separators, e.g. Cyclones, and the like in question. The person skilled in the art should easily be able to develop the most economical solution for a particular plant.

[0037] In Fig. 2 ist eine verbesserte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktorsystems dargestellt, die im Wesentlichen dem von der Anmelderin in ihrer WO 2009/21258 A1 beschriebenen System entspricht. Hier erfolgt die Rückführung der im Partikelabscheider 4 gesammelten Feststoffe nicht über Partikelleitung 17 direkt in den ersten, sondern über eine -wiederum fluidisiert und mit Siphon dargestellte - Rückführungsleitung 8 in den zweiten Reaktor selbst. Die Partikelleitung 17 zum Rücktransport von Wirbelschichtpartikeln in den ersten Reaktor 1 mündet hier stattdessen an relativ tief liegenden Positionen der beiden Reaktoren aus Reaktor 2 aus und in Reaktor 1 ein, was es vereinfacht, den jeweils zirkulierenden Feststoffstrom anhand der Fluidisierung der beiden Reaktoren weitestgehend unabhängig vom anderen zu regulieren.FIG. 2 shows an improved embodiment of the fluidized-bed reactor system according to the invention, which essentially corresponds to the system described by the applicant in its WO 2009/21258 A1. In this case, the recycling of the solids collected in the particle separator 4 does not take place directly via the particle line 17 directly into the first reactor, but through a -sideutically fluidized and siphoned return line 8 into the second reactor itself. The particle line 17 for the return transport of fluidized bed particles into the first reactor 1 opens instead here at relatively low-lying positions of the two reactors from reactor 2 and in reactor 1, which makes it easier to regulate the respective circulating solids flow largely independent of the other based on the fluidization of the two reactors.

[0038] Die Einmündung der Partikelrückführung 8 erfolgt auf relativ geringer Höhe und jedenfalls deutlich unterhalb der Einmündung von Partikelleitung 7 zum Transport von Wirbelschichtpartikeln vom ersten in den zweiten Reaktor. Dies ermöglicht eine gute Durchmischung der in der Wirbelschicht des zweiten Reaktors fluidisierten Partikel, d.h. jener Partikel, die zwischen beiden Reaktoren zirkuliert werden ("globaler Partikelstrom"), wobei es sich je nach den ablaufenden chemischen Reaktionen z.B. um Katalysator-, Oxidationsmittel-, Wärmeträger- und/oder feste Brennstoffpartikel handelt, und jener Partikel, die innerhalb des zweiten Reaktors zirkuliert werden. Dadurch kommen letztere Partikel erneut mit dem globalen Partikelstrom in Kontakt, was beispielsweise die vollständige Vergasung von Brennstoffpartikeln fördert, die über Abscheider 4 und Partikelleitung 8 in Reaktor 2 zurückgeführt werden.The confluence of the particle recirculation 8 takes place at a relatively low level and in any case significantly below the confluence of the particle line 7 for the transport of fluidized bed particles from the first to the second reactor. This allows for thorough mixing of the particles fluidized in the fluidized bed of the second reactor, i. those particles that are circulated between both reactors ("global particle flow"), depending on the chemical reactions taking place e.g. are catalyst, oxidant, heat transfer and / or solid fuel particles, and those particles which are circulated within the second reactor. As a result, the latter particles come back into contact with the global particle flow, which, for example, promotes complete gasification of fuel particles which are returned to reactor 2 via separator 4 and particle line 8.

[0039] Die im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung 21 zwischen den Reaktoren ist wiederum an ähnlicher Position eingezeichnet wie in Fig. 1.The essentially only gas transporting connecting line 21 between the reactors is in turn drawn to a similar position as in Fig. 1st

[0040] Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 2, wobei zusätzlich der Gasraum 10 des zweiten Reaktors durch fünf Strömungsregler 18 in sechs Reaktionszonen unterteilt ist.Fig. 3 shows a similar embodiment as Fig. 2, wherein additionally the gas space 10 of the second reactor is divided by five flow regulator 18 into six reaction zones.

Diese Ausführungsform entspricht im Wesentlichen dem in der österreichischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer A 964/2010 der Anmelderin beschriebenen Wirbelschichtreaktorsystem (mit den bereits zuvor erwähnten Vorteilen), umfasst darüber hinaus aber natürlich die hierin offenbarte Verbindungsleitung 21. Letztere mündet im Vergleich zu den Ausführungsformen aus den Fig. 1 und 2 jedoch an einer höher liegenden Position aus Reaktor 2 aus, nämlich in der oberen Hälfte einer solchen Reaktionszone, wobei durch eine anfängliche Erweiterung des Leitungsquerschnitts der Feststoffgehalt im nachfolgenden dünneren Leitungsteil möglichst gering gehalten wird. Auf diese Weise gelangen - auch ohne entsprechende Bauteile wie Filter oder Membranen in der Leitung 21 vorsehen zu müssen - weniger Feststoffe aus dem zweiten Reaktor in die Verbindungsleitung 21. Um wiederum ein relativ rohes Produktgasgemisch abzuziehen, mündet die Verbindungsleitung 21 auch hier an einer verhältnismäßig tief liegenden Stelle, in Fig. 3 konkret aus der zweitniedrigsten von sechs Reaktionszonen, aus dem Reaktor 2 aus.This embodiment corresponds essentially to the fluidized-bed reactor system (with the advantages already mentioned) described in the Austrian patent application with the application number A 964/2010 of the Applicant, but moreover of course comprises the connection line 21 disclosed herein. The latter results from the Fig. 1 and 2, however, at a higher position of reactor 2, namely in the upper half of such a reaction zone, being kept as low as possible by an initial extension of the line cross-section of the solids content in the subsequent thinner pipe part. In this way arrive - even without appropriate components such as filters or membranes in the line 21 must provide - less solids from the second reactor in the connecting line 21. In turn, withdraw a relatively crude product gas mixture, the connecting line 21 also opens at a relatively low 3, in concrete terms, from the second-lowest of six reaction zones, out of the reactor 2.

[0041] Die obere Fluidisierung 14 dient vorrangig als Regelungsmöglichkeit zum Einstellen der Strömungszustände in den darüber liegenden Reaktionszonen des Reaktors 2, in denen ein Gegenstromeffekt auftritt. Zur Gewährleistung dieses Gegenstromeffekts mündet Partikelleitung 7, die den globalen Partikelstrom aus dem ersten Reaktor in den zweiten einspeist, in die oberste Reaktionszone von Reaktor 2 ein.The upper fluidization 14 serves primarily as a control option for adjusting the flow conditions in the overlying reaction zones of the reactor 2, in which a countercurrent effect occurs. To ensure this countercurrent effect, particulate conduit 7, which feeds the global particle flow from the first reactor into the second, enters the uppermost reaction zone of reactor 2.

[0042] Art und Lage der Strömungsregler sind nicht speziell eingeschränkt, so dass beliebige Verengungen oder Erweiterungen des Reaktorquerschnitts, Umlenkungen des Partikelstroms sowie beliebige Kombinationen davon vorgesehen sein können. Somit liegt etwa ein "Zickzack"-Verlauf des Reaktorrohrs ebenso im Schutzumfang der Erfindung wie das Vorsehen diverser Einbauten, wie z.B. zentraler oder seitlicher Prallflächen, ringförmiger Einschnürungen usw., die zudem in beliebigem Winkel zur Strömungsrichtung stehen können. Die Art der jeweiligen Strömungsregler wird dabei hauptsächlich durch den Verwendungszweck des Wirbelschichtreaktorsystems und durch das jeweils einsetzbare Reaktorwandmaterial vorgegeben. Beispielsweise kommen für CLR-, CLC-, Vergasungs- oder andere, Hochtemperaturen erfordernde Anwendungen vorwiegend Feuerfeststoffe und andere temperaturbeständige Materialien, wie z.B. Schamotte-Ziegel, Beton oder auch Graphit, als Wandmaterial zum Einsatz. In Fig. 3 sind die Strömungsregler durchwegs als ringförmige Einbauten schematisch dargestellt.Type and position of the flow regulator are not particularly limited, so that any restrictions or extensions of the reactor cross-section, deflections of the particle flow and any combinations thereof may be provided. Thus, a "zigzag" flow of the reactor tube is within the scope of the invention, as well as the provision of various internals such as e.g. central or lateral baffles, annular constrictions, etc., which can also be at any angle to the flow direction. The type of the respective flow regulator is mainly determined by the intended use of the fluidized-bed reactor system and by the reactor wall material which can be used in each case. For example, for applications requiring CLR, CLC, gasification or other high temperature applications, refractories and other temperature resistant materials, e.g. Chamotte brick, concrete or graphite, used as wall material. In Fig. 3, the flow controller are shown throughout as annular internals schematically.

[0043] In Fig. 4 wird eine weitere Ausführungsform der Strömungsregler, nämlich ein "Zickzack"-Verlauf des Reaktorrohrs, gezeigt. Der Hauptunterschied zur Ausführungsform von Fig. 3 liegt jedoch im dritten Reaktor 20, der zwischen dem zweiten und dem ersten Reaktor vorgesehen ist, wobei der zweite Reaktor an seinem unteren Ende in den dritten Reaktor 20 übergeht.FIG. 4 shows a further embodiment of the flow regulator, namely a "zigzag" flow of the reactor tube. The main difference to the embodiment of FIG. 3, however, lies in the third reactor 20, which is provided between the second and the first reactor, wherein the second reactor merges into the third reactor 20 at its lower end.

[0044] Dieser dritte Reaktor 20 ist als stationärer, d.h. blasenbildender, Reaktor dargestellt und wird lediglich über den am Boden liegenden Gaseinlass 12 fluidisiert, während die ebenfalls in Reaktor 20 einmündende Fluidisierung 14 zusätzlich zur Fluidisierung und Regelung der Strömungszustände im zweiten Reaktor dient, der weiterhin als schnell fluidisierte, d.h. partikeltransportierende Wirbelschicht ausgeführt ist.This third reactor 20 is considered stationary, i. bubbler, and is merely fluidized via the bottom gas inlet 12, while the fluidization 14 also entering the reactor 20 additionally serves to fluidize and control the flow conditions in the second reactor, which continues to be rapidly fluidized, i. Particle-transporting fluidized bed is executed.

[0045] Die Partikelleitung 17 zur Rückführung des globalen Feststoffstroms in den ersten Reaktor mündet hier am Boden von Reaktor 20 seitlich aus und mündet von unten in den Boden von Reaktor 1 ein, d.h. die darin transportierten Teilchen werden von der Fluidisierung der Leitung 17 und von der unteren Fluidisierung 11 des ersten Reaktors effizient in Reaktor 1 weiterbefördert und dort von Fluidisierung 13 in den Reaktorraum 9 hochgerissen.The particulate conduit 17 for returning the global solids stream to the first reactor here ends at the bottom of reactor 20 laterally and flows from below into the bottom of reactor 1, i. E. the particles transported therein are efficiently conveyed by the fluidization of the conduit 17 and the lower fluidization 11 of the first reactor in reactor 1 and there pulled up by fluidization 13 in the reactor chamber 9.

[0046] In dieser besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet die erfindungsgemäße, im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung 21 am Kopf einer vertikalen Erweiterung von Reaktor 20 aus Letzterem aus, was aufgrund der inhärent geringen Teilchendichte an dieser Stelle gewährleistet, dass kaum Feststoffe über in die Leitung 21 abgezogen werden, ohne dass dafür spezielle Einbauten erforderlich wären. Dennoch können erneut solche optionalen Einbauten, z.B. ein Filter an der Ausmündungsstelle, vorgesehen werden, um dafür zu sorgen, dass über die Verbindungsleitung 21 ausschließlich rohes Produktgasgemisch in den ersten Reaktor übergeführt wird.In this particularly preferred embodiment of the invention, the inventive, substantially only gas transporting connecting line 21 opens at the top of a vertical extension of reactor 20 from the latter, which ensures due to the inherently low particle density at this point that hardly any solids in the Line 21 are deducted, without the need for special installations would be required. Nevertheless, such optional internals, e.g. a filter at the Ausmündungsstelle be provided to ensure that is transferred via the connecting line 21 only raw product gas mixture in the first reactor.

[0047] Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit durch die Bereitstellung der im Wesentlichen nur Gas transportierenden Verbindungsleitung 21 zur Speisung der im ersten Reaktor erfolgenden Verbrennung mit rohem Produktgasgemisch auf vergleichsweise einfache Art und Weise eine deutliche Material- und Energieersparnis bei der Durchführung einer Vielfalt von chemischen Reaktionen, insbesondere bei Gasgewinnungsreaktionen, wie z.B. CLR- oder Vergasungsreaktionen.The present invention thus makes it possible by the provision of the substantially only gas-transporting connection line 21 for feeding the taking place in the first reactor combustion with crude product gas mixture in a relatively simple manner a significant material and energy savings in carrying out a variety of chemical reactions , especially in gas recovery reactions, such as CLR or gasification reactions.

Claims (12)

Patentansprücheclaims 1. Wirbelschichtreaktorsystem aus zumindest zwei Wirbelschichtreaktoren, umfassend einen ersten und einen zweiten Reaktor (1, 2), die jeweils als zirkulierende Wirbelschicht ausgeführt sind und getrennte Gasräume zur Durchführung chemischer Reaktionen darstellen, eine Partikelleitung (7) zum Transport von Wirbelschichtpartikeln vom ersten in den zweiten Reaktor, eine Partikelleitung (17) zum Rücktransport von Wirbelschichtpartikeln in den ersten Reaktor (1), sowie gegebenenfalls einen dritten Reaktor (20), der, in Richtung des zirkulierenden Partikelstroms gesehen, zwischen dem zweiten und dem ersten Reaktor angeordnet und als stationäre Wirbelschicht ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung (21) zum Überleiten eines definierten Gas-Teilstroms aus dem zweiten Reaktor (2) und/oder dem dritten Reaktor (20) in den ersten Reaktor (1) vorgesehen ist.1. fluidized bed reactor system comprising at least two fluidized bed reactors, comprising a first and a second reactor (1, 2), each designed as a circulating fluidized bed and separate gas chambers for performing chemical reactions, a particle line (7) for transporting fluidized bed particles from the first into the second reactor, a particle line (17) for the return transport of fluidized bed particles in the first reactor (1), and optionally a third reactor (20), seen in the direction of the circulating particle flow, arranged between the second and the first reactor and as a stationary fluidized bed is executed, characterized in that at least one substantially only gas transporting connecting line (21) for passing a defined partial gas flow from the second reactor (2) and / or the third reactor (20) is provided in the first reactor (1) , 2. Wirbelschichtreaktorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung (21) an einer Position aus dem zweiten Reaktor (2) bzw. dem dritten Reaktor (20) ausmündet, an der ein höherer Betriebsdruck einstellbar ist, als an der Position, an der sie in den ersten Reaktor (1) einmündet.2. fluidized bed reactor system according to claim 1, characterized in that the at least one substantially only gas transporting connecting line (21) opens at a position from the second reactor (2) or the third reactor (20) at which a higher operating pressure is adjustable , as at the position where it opens into the first reactor (1). 3. Wirbelschichtreaktorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung (21) eine Regeleinrichtung zur Steuerung des Gasflusses umfasst.3. fluidized bed reactor system according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one substantially only gas transporting connecting line (21) comprises a control device for controlling the gas flow. 4. Wirbelschichtreaktorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung (21) aus der unteren Hälfte des zweiten Reaktors (2) ausmündet.4. fluidized bed reactor system according to one of claims 1 to 3, characterized in that a substantially only gas transporting connecting line (21) from the lower half of the second reactor (2) opens. 5. Wirbelschichtreaktorsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung (21) aus der oberen Hälfte des dritten Reaktors (20) ausmündet.5. fluidized bed reactor system according to one of the preceding claims, characterized in that a substantially only gas transporting connecting line (21) from the upper half of the third reactor (20) opens. 6. Wirbelschichtreaktorsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelleitung (17) in der unteren Hälfte des zweiten Reaktors (2) bzw. des dritten Reaktors (20) ausmündet und in der unteren Hälfte des ersten Reaktors (1) einmündet.6. fluidized bed reactor system according to any one of the preceding claims, characterized in that the particulate conduit (17) in the lower half of the second reactor (2) and the third reactor (20) opens and opens in the lower half of the first reactor (1). 7. Wirbelschichtreaktorsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im zweiten Reaktor (2) durch einen oder mehrere Strömungsregler (18) voneinander getrennte Reaktionszonen vorgesehen sind und die Partikelleitung (7) oberhalb zumindest eines Strömungsreglers (18) in den zweiten Reaktor (2) einmündet.7. Fluidized-bed reactor system according to one of the preceding claims, characterized in that separate reaction zones are provided at least in the second reactor (2) by one or more flow regulators (18) and the particulate conduit (7) above at least one flow regulator (18) into the second reactor (2) opens. 8. Wirbelschichtreaktorsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Strömungsregler (18) eine oder mehrere Verengungen des Reaktorquerschnitts und/oder eine oder mehrere Umlenkungen des Partikelstroms vorgesehen sind.8. fluidized bed reactor system according to claim 7, characterized in that one or more constrictions of the reactor cross-section and / or one or more deflections of the particle flow are provided as a flow controller (18). 9. Verwendung eines Wirbelschichtreaktorsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Gaserzeugung mittels Durchführung einer oder mehrerer Vergasungsreaktionen.9. Use of a fluidized bed reactor system according to any one of claims 1 to 8 for gas production by carrying out one or more gasification reactions. 10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Wirbelschichtreaktorsystem ein Kohle- oder Biomassevergasungs- oder ein CLR-Verfahren durchgeführt wird.10. Use according to claim 9, characterized in that in the fluidized bed reactor system, a coal or biomass gasification or a CLR process is performed. 11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung des Vergasungs- oder CLR-Verfahrens ein Teil des im zweiten bzw. dritten Reaktor gebildeten Synthesegases über die zumindest eine im Wesentlichen nur Gas transportierende Verbindungsleitung (21) kontinuierlich in den ersten Reaktor (1) geleitet und dort zur Wärmeerzeugung oxidiert wird.11. Use according to claim 10, characterized in that during the performance of the gasification or CLR process, a portion of the synthesis gas formed in the second or third reactor via the at least one substantially only gas transporting connecting line (21) continuously into the first reactor (1) is passed and oxidized there to generate heat. 12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an über die zumindest eine Verbindungsleitung (21) in den ersten Reaktor (1) geleitetem Synthesegas über a) den Druckunterschied zwischen Ausmündungs- und Einmündungsstelle der Verbindungsleitung (21) und deren Dimensionierung; und/oder b) eine zusätzliche Regeleinrichtung darin gesteuert wird. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen12. Use according to claim 11, characterized in that the amount of the at least one connecting line (21) in the first reactor (1) passed synthesis gas on a) the pressure difference between Ausmündungs- and junction point of the connecting line (21) and their dimensions; and / or b) an additional control device is controlled therein. 4 sheets of drawings
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