DE102010054698A1

DE102010054698A1 - Vorrichtung zur Austragung von Schüttgut

Info

Publication number: DE102010054698A1
Application number: DE102010054698A
Authority: DE
Inventors: Georg Ehring; Martin Müller-Hasky; Christoph Steden; Frank Castillo-Welter; Dominic Walter; Horst Sachs; Michael Stiller
Original assignee: Lurgi GmbH; Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide Global E&C Solutions Germany GmbH; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-06-21
Also published as: EA201390841A1; WO2012080119A1; US20130202368A1; EA024226B1; EP2651794A1; EP2651794B1

Abstract

Vorrichtung zur Austragung von Schüttgut aus einem Prozessgas enthaltenden, unterÜberdruck stehenden Behälter, bestehend aus einem Schneckenförderer mit einem Verschluss in Form eines Schließkegels und einem nachgeschalteten Spülbehälter in dem mit dem Schüttgut ausgetragenes Gas mittels eines Spülgases aus dem Schüttgut ausgespült wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Austragung von Schüttgut aus einem Prozessgas enthaltenden, unter Überdruck stehenden Behälter. Unter dem Begriff Behälter soll im Sinne dieser Erfindung jede Art von verfahrenstechnischem Behältnis, wie auch ein Reaktor oder ein Apparat, verstanden werden. Mit dem Begriff Überdruck soll ausgesagt werden, dass der Behälter, aus dem das Schüttgut ausgetragen wird, unter höherem Druck als der Atmosphärendruck oder als der Druck des Behälters, in den das Schüttgut hineingefördert wird, steht.
Desweiteren betrifft diese Erfindung die Verwendung einer derartigen Vorrichtung in einem Verfahren zur Herstellung von Melamin.
Stand der Technik
Weit verbreitet, für die Austragung von Schüttgut unter Zurückhaltung einer Gasströmung sind Doppelpendelklappensysteme und Zellenradschleusen.
Auch haben sich als Austragsvorrichtung einwellige Schneckenförderer bewährt, deren Förderrohr von einer gewichtsbelasteten, beweglichen Klappe verschlossen wird, sodass zwischen Förderschnecke und der Klappe das Schüttgut zu einem Pfropfen verdichtet wird und auf diese Weise eine Gasbarriere bildet. Ein solches System ist beschrieben in GB 1 338 114 und DE 25 07 687 .
Alle diese Vorrichtungen haben den Nachteil, dass ihre Sperrwirkung gegen austretendes Gas mehr oder weniger unvollkommen ist. Das gilt auch für die oben genannten Schneckenförderer, denn die gewichtsbelastete, auf der oberen Seite der Öffnung des Förderrohrs angeschlagene Klappe setzt dem gegen sie geförderten Schüttgut über den Querschnitt des Förderrohrs keinen gleichmäßigen Widerstand entgegen, sodass es nicht gleichmäßig verdichtet werden und einen, als Gassperre wirksamen, Granulatpfropfen bilden kann.
Eine Förderschnecke mit gewichtsbelasteter Verschlussklappe wird z. B. auch beim sogenannten BASF-Verfahren zur Herstellung von Melamin eingesetzt. Die Grundzüge diese Verfahrens sind in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6. Edition, Volume 21, Seite 209 und 210 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das in der Gasphase, dem sogenannten Prozessgas, entstandene Melamin durch Vermischen des Prozessgases mit einem genügend kalten Gasstrom auskristallisiert und mittels eines Zyklon-Abscheiders aus dem Prozessgas abgetrennt. Das dann als Granulat vorliegende Melamin wird aus dem Abscheider ausgetragen, um verpackt bzw. weiter verarbeitet zu werden. Dieses Verfahren wurde bisher bei so niedrigen Drücken gefahren, dass die Barrierewirkung des Austragsschneckensystems ausreichend war. Der Trend geht aber bei neuen Anlagen dahin, den Betriebsdruck zu steigern, um mit geringeren Rohrleitungs- und Behältervolumen auszukommen. Ab einem Betriebsdruck von 2,5 bar im Zyklon-Abscheider reicht die Barrierewirkung des Austragsschneckensystems nicht mehr aus, um das Austreten von insbesondere dem im Prozessgas vorhandenen Ammoniak in vertretbaren Grenzen zu halten. Dies ist aber aufgrund der umwelt- und gesundheitsschädlichen Eigenschaften des Ammoniaks von besonderer Bedeutung.
Beschreibung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Vorrichtung zur Austragung von Schüttgut aus einem mit Prozessgas beaufschlagten und unter Überdruck stehenden Behälter zur Verfügung zu stellen, die besser als die bekannten Vorrichtungen dazu geeignet ist, den Mitaustrag von Gas zu vermeiden. Außerdem war es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Melamin zur Verfügung zu stellen, das mit erhöhtem Druck betrieben werden kann, unter Vermeidung eines erhöhtes Austretens von Ammoniak in die Umwelt beim Austragen des Melamingranulats.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 erfüllt, wobei die Vorrichtung im Wesentlichen aus einem einwelligen Schneckenförderer und einem nachgeschalteten Spülbehälter besteht, wobei das Förderrohr des Schneckenförderers in den Spülbehälter mündet. Ein auf seiner Symmetrieachse verschiebbar gelagerter Stopfen, der die Form eines Kegels hat, im Folgenden als Schließkegel bezeichnet, wird von einer Spiralfeder mit der Spitze des Kegels voran, entgegen der Fließrichtung des Schüttguts, in die Auslassöffnung des Förderrohrs von außen hinein gedrückt. Das Förderrohr des Schneckenförderers, der Schließkegel und die Spiralfeder sind dabei so zu einander angeordnet, dass ihre Symmetrieachsen zusammenfallen. Der Spülbehälter ist mit Anschlüssen für die Zu- und Abfuhr eines Spülgasstroms und mit einer Auslassöffnung für das Schüttgut ausgestattet.
Im Betrieb wird das Schüttgut von der Förderschnecke des Schneckenförderers durch das Förderrohr gegen den Schließkegel gedrückt. Der Schließkegel weicht zurück und gibt einen Teil des Querschnitts der Austrittsöffnung des Förderrohrs für den Austritt des Schüttguts frei. Dabei wird die Spiralfeder gespannt und von ihr eine Kraft gegen die Fließrichtung des Schüttguts aufbaut, die vom Schließkegel auf das Schüttgut übertragen wird. Das Schüttgut wird dadurch im Förderrohr komprimiert und bildet dort eine Barriere gegen das nachströmende Gas aus dem Austragsbehälter.
Der Vorteil des auf der Symmetrielinie des Förderrohrs liegenden Schließkegels gegenüber der aus GB 1 338 114 bekannten Klappe ist, dass er für das durch das Förderrohr fließende Schüttgut über den ganzen Querschnitt einen gleichmäßigen Fließwiderstand bildet. Auf diese Weise kann eine höhere Verdichtung des Schüttguts erfolgen und damit eine höhere Sperrwirkung des Schüttgut-Pfropfens gegen nachströmendes Gas erreicht werden. Dabei wirkt die Kegelform eines seitlichen Ausbrechens des Schließkegels von der Symmetrieachse des Förderrohrs entgegen und unterstützt die zentrale Lage des Schließkegels im Förderrohr. Dieser Effekt wird am besten erreicht, wenn der vom Kegelradius und der Kegelmantellinie gebildete Winkel größer oder gleich dem Schüttwinkel des Schüttguts ist.
Das Schüttgut fällt aus der Öffnung des Förderrohrs in den Spülbehälter, der dem Schneckenförderer direkt nachgeschaltet ist. Im unteren Bereich des Spülbehälters sind ein oder mehrere Zugänge für den Einlass von Spülgas in den Behälter installiert. Diese Zugänge können als Düsen ausgeführt sein. Der Behälter kann einen runden, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben. Der Boden des Behälters kann, wie für Schüttgüter üblich, als Konus ausgeformt sein. Die Einlässe für das Spülgas sollen möglichst tief im Behälter installiert werden, damit das Schüttgut vom Gas durchspült wird. Wenn das Durchspülen des Schüttguts besonders gründlich erfolgen soll, kann der Behälterboden und die Zugabe des Spülgases so gestaltet sein, dass ein Fliessbett gebildet wird.
Alternativ können die Spülgaseinlässe auch oberhalb der Schüttgutfüllung installiert sein, wenn auf eine Durchspülung des Schüttguts verzichtet werden kann.
Im Bodenbereich des Behälters können Einrichtungen zur Auflockerung des Schüttguts, zur Zerkleinerung von Schüttgutbrocken oder zur Beseitigung von Brückenbildungen installiert sein.
Der Auslass des Schüttguts aus dem Spülbehälter erfolgt über ein gasdichtes Austragssystem, wie eine beispielsweise eine Zellenradschleuse.
Auf der Oberseite des Spülbehälters befindet sich der Auslass für das mit dem Prozessgas beladenen Spülgas, von dem aus es einer Gasreinigung zugeführt werden kann. Die chemische Zusammensetzung des Spülgases richtet sich nach der Art des Schüttguts. In vielen Anwendungsfällen kommt als Spülgas Stickstoff oder trockene Luft in Frage.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Anwendungsbeispiele der Erfindung
Um im Förderrohr der Förderschnecke die angestrebte Barrierewirkung gegen nachströmendes Prozessgas durch Verdichtung des Schüttguts zu erzielen und gleichzeitig ein Verstopfen des Schneckenförderers zu vermeiden, kann, neben der Größe des Öffnungswinkels des Schließkegels, auch die Form des Austritts des Förderrohrs den Eigenschaften des Schüttguts angepasst werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung wird das Förderrohr zum Austritt hin konisch verjüngt. Auf diese Weise wird eine zusätzliche, in radialer Richtung wirkende Presskraft auf den Schüttgutpfropfen erzeugt und so dessen Dichte und Barrierewirkung erhöht. Um ein Verstopfen des Austritts zu vermeiden, sollte dabei der Verjüngungswinkel β kleiner als der Schüttwinkel gehalten werden, damit das Schüttgut auf der Innenseite des Austrittskonus abrutschen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine konische Erweiterung des Förderrohrs zum Austritt hin vorgesehen. Diese Variante ist besonders vorteilhaft bei stark zur Verklumpung neigendem Schüttgut, weil bei dieser Variante die Querschnittsfläche zwischen Förderrohrwand und Schließkegel sich zum Austritt hin stetig vergrößert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, an eine konische Verjüngung des Förderrohrs eine konische Erweiterung anzuschließen. Diese Variante wird verwendet, wenn zunächst, um einen dichten Schüttgut-Pfropfen zu erzeugen, radiale Presskräfte erwünscht sind, aber, wenn das Schüttgut zu Verklumpungen neigt, für die Austragung aus dem Förderrohr ein sich erweiternder Austrittsquerschnitt erforderlich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Austragung des Schüttguts aus dem Förderrohr verbessert, indem auf dem Schließkegel Schneidbleche in Form einer logarithmischen Spirale angebracht werden. Dabei schneiden, über eine relative Rotationsbewegung zwischen dem zu einem Pfropfen verdichtetem Schüttgut und dem Schließkegel, die Schneidbleche das Schüttgut aus dem Pfropfen heraus. Diese Variante kommt zum Einsatz, wenn das Schüttgut extrem zur Verklumpung neigt. Die Schneidbleche erstrecken sich dabei vom Kegelzentrum nach außen, aber nur so weit, dass die Schließfunktion nicht behindert wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet, um in an sich bekannten Verfahren zur Herstellung von Melamin verwendet zu werden. In diesen Verfahren wird Melamin, das zunächst gasförmig, in einem Gasgemisch, dem sogenannten Prozessgas, mit hauptsächlich gasförmigen Ammoniak und Kohlendioxid vorliegt, durch Abkühlung aus der Gasphase auskristallisiert und dann, mittels eines Zyklonabscheiders, in Granulatform aus dem Prozessgas abgetrennt. Bei der Austragung des Granulats aus dem Abscheider besteht das Problem ein Ausströmen von Prozessgas zu verhindern, da es wegen des Ammoniakgehaltes gesundheitsschädlich ist. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die Menge des in die Umwelt gelangenden Prozessgases zu begrenzen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen
1 Beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Austragsvorrichtung
2 Erfindungsgemäße Anordnung der Austrittsöffnung des Förderrohrs und des Schließkegel mit konisch verjüngtem Ende des Förderrohrs
3 Erfindungsgemäßer Schließkegel, ausgestattet mit Schneidblechen
Anhand von 1 soll der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Austragsvorrichtung erläutert werden. Das mit einem Prozessgas beladene Schüttgut (1) wird aus einem nicht dargestellten Behältnis, das unter Überdruck steht, dem Schneckenförderer (2) zugeführt. Dem Schneckenförderer (2) ist direkt der Spülbehälter (3) nachgeschaltet. Der Schließkegel (4) wird von der Schraubenfeder (5) in die Öffnung des Schneckenförderers (2) hinein dem Schüttgut entgegengedrückt und von einer Halterung (6) in Position gehalten. Mittels einer Spindeleinrichtung (7) wird die Spannung der Schraubenfeder (5) eingestellt. Das Schüttgut wird im Förderrohr (8) des Schneckenförderers (2) verdichtet und bildet so eine Barriere gegen nachströmendes Prozessgas. Der Spülbehälter (3) wird mit einem Spülgasstrom (9) beaufschlagt. Die Zugänge (10a, b) des Spülgases sind so an der Unterseite des Spülbehälters (3) installiert, dass das Schüttgut vom Spülgas durchströmt wird. Das mit dem Prozessgas beladene Spülgas verlässt über Leitung (11) den Spülbehälter und wird einer nicht dargestellten Gasreinigung zugeführt. Das Schüttgut wird über Leitung (12) und die Zellenradschleuse (13) aus dem Spülbehälter ausgetragen und der weiteren Behandlung zugeführt.
2 zeigt. schematisch die Austrittsöffnung eines, in diesem Fall, konisch sich verjüngenden Förderrohrs (20) mit dem Verjüngungswinkel β und dem Schließkegel (21).
3 zeigt schematisch einen Längsschnitt und eine Frontalansicht eines Schliesskegels (30) auf dem Schneidbleche (31) in Form einer logarithmischen Spirale angebracht sind.
Bezugszeichenliste

1: Schüttgut
2: Schneckenförderer
3: Spülbehälter
4: Schließkegel
5: Schraubenfeder
6: Halterung
7: Spindeleinrichtung
8: Förderrohr
9: Spülgasstrom
10: Zugänge Spülgasstrom
11: Leitung zur Abführung des beladenen Spülgasstroms
12: Leitung zur Abführung des Schüttguts
13: Zellenradschleuse
20: Förderrohr
21: Schließkegel
30: Schließkegel mit Schneidblechen
31: Schneidbleche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 1338114 [0004, 0010]
DE 2507687 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6. Edition, Volume 21, Seite 209 und 210 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Austragung von Schüttgut aus einem Gas enthaltenden Behälter, wobei die Vorrichtung einen einwelligen Schneckenförderer und einen nachgeschalteten Spülbehälter umfaßt, wobei das Förderrohr des Schneckenförderers in den Spülbehälter mündet, wobei ein auf seiner Symmetrieachse verschiebbar gelagerter Schließkegel mit seiner Kegelspitze in die Auslassöffnung des Förderrohrs von außen hinein gedrückt wird, wobei die Symmetrieachsen des Förderrohrs und des Schließkegels zusammenfallen und wobei der Spülbehälter mit Anschlüssen für die Zu- und Abfuhr eines Spülgasstroms und einer Auslassöffnung für das Schüttgut ausgestattet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei sich das Ende des Förderrohrs konisch verjüngt.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Ende des Förderrohrs konisch erweitert.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an eine konische Verjüngung des Förderrohrs eine konische Erweiterung angeschlossen ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf dem Schließkegel Schneidbleche in Form einer logarithmischen Spirale angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der von Kegelradius und Kegelmantellinie gebildete Winkel größer oder gleich dem Schüttwinkel des Schüttguts ist.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Verfahren zur Herstellung von Melamin.