DE2645185C2

DE2645185C2 - Gas-Feststoff-Reaktor mit einem Vibrationswendelförderer

Info

Publication number: DE2645185C2
Application number: DE2645185A
Authority: DE
Inventors: Hans von Dipl.-Chem. Dr. 6000 Frankfurt Döhren
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1983-02-10
Also published as: NL7710314A; US4125378A; DE2645185A1; JPS5346482A; GB1567986A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gas-Feststoff-Reaktor mit einem Vibrationswendelförderer und einer Ummantelung des Reaktors, die mit einem temperaturfesten, wasserfreien und pulverförmigen Wärmedämmaterial gefüllt ist

Bei der Durchführung chemischer Prozesse, die in geschlossenen Reaktionsbehältern ablaufen und dabei der Zufuhr von Wärme bedürfen, ist eine Wärmeisolierung des Behälters gegen die äußere Umgebung notwendig, um den Energieaufwanc in wirtschaftlichen Grenzen zu halten und die beim Reaktionsablauf entstehende Wärme weitgehend selbst zur Aufheizung des Systems benutzen.

Eine besonders wirksame Wärmedehnung für den Reaktionsbehälter wird angestrebt, wenn die Reaktanten, z. B. die Bestandteile eines Synthesegases, nur für die Dauer der Umsetzung in diesem verweilen oder wenn bei wärmezehrenden Zersetzungsvorgängen an einem Katalysatorkontakt auch gasförmige Produkte entstehen, durch welche Wärme aus dem Reaktor kontinuierlich abgeführt wird.

Ein chemischer Reaktor besonderer Art, welcher ein gasdicht ummantelter Vibrationswendelförderer ist, wird in der DE-OS 24 03 998 beschrieben. Er dient der Umsetzung zwischen gasförmigen und festen Stoffen, wobei letzterer auf einer Wendelbahn mit Unterstützung durch die Vibrationsbewegung des Reaktors von oben nach unten durch die Reaktionszone befördert werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet dieses Reaktors ist die Herstellung von Katalysatoren, insbesondere von Hydrierkatalysatoren für die Fetthärtung. Für die Schall- und Wärmedämmung dieses bekannten Reaktors ist Kieselgur vorgeschlagen. Dieses Material ist temperaturfest, wasserfrei und pulverförmig und ist in den Zwischenräumen der aus Doppelhalb' schalen bestehenden Ummantelung des Reaktors angeordnet.

Ein besonders effizienter Isolator ist das Vakuum, welches im vorliegenden Anwendungsfall jedoch aus technologischen Erwägungen auszuschließen ist. Ebensowenig kommen mit Rücksicht auf die hoiien Arbeitstemperaturen des Reaktors um 500°C organische Isolierstoffe in Betracht, obwohl sie im allgemeinen schlechtere Wärmeüberträger als die anorganischen Isolatoren sind.

Da als maßgebendes Kriterium für die Leistung eines Dämmstoffes seine Wärmeleitzahl, ausgedrückt in kcal/m · h · Grad, zu gelten hat, die möglichst klein sein soll, ist auch Luft ein ausgezeichneter Isolator. Nun kann sich allerdings die allgemein günstige Isolierwirkung von Luftschichten dadurch verschlechtem, daß bei etwaiger Konvektion und insbesondere durch Si ahlung

ίο die Wärmeübertrigung vergrößert wird. Man kann diesem Nachteil dadurch abhelfen, daß man den von zwei parallelen Wänden begrenzten Luftraum, also den Mantel des Reaktors, mit einem pulver- oder faserförmigen Stoff ausfüllt oder durch Maßnahmen wie Aufblähen, Verschäumen usw., einen porösen Stoff mit der entsprechenden Schichtdicke erzeugt Ein derartiger poröser Stoff wird eine niedrige Wärmeleitzahl aufweisen, deren Betrag im übrigen noch «on den anderen Einflüssen, wie Art und Anordnung der Poren,

μ chemischen und molekularen Aufbau des festen Bestandteile, Feuchtigkeit usw. abhängt

Aufgrund der komplexen Zusammensetzung des Isolators, bestehend aus den Luftporen und dem festen Füllstoff, besitzt seine Wärmeleitzahl einen mittleren Wert zwischen derjenigen der Luft und derjenigen des festen Bestandteiles. Innerhalb gewisser Grenzen ist eine Abnahme der Wärmeleitzahl, also eine bessere Isolierwirkung zu erwarten, wenn es gelingt, den Anteil des Porenvolumens zu erhöhen bzw. das Raumgewicht zu verkleinern. Unter Raumgewicht ist hierbei das Gewicht des Körpers einschließlich der Porenräume zu verstehen.

An anorganischen Füllstoffen zur Wärmeisolierung des Reaktormantels wurden bereits unter anderem Kieselgur, Glaswolle sowie Steinwolle eingesetzt Dabei handelt es sich durchweg um mehr oder weniger stark vernetzte silikatische Strukturen oder, wie im Falle der Steinwolle, um ein anorganisches Fasermaterial. Insbesondere soll letzteres eine geringe Znsammendrückbar- keil besitzen und eine isoliertechnisch günstige Raumdichte haben.

Beim Betrieb eines vibrierenden Reaktors hat sich gezeigt, daß die verwendeten Wärmedämmaterialien insofern Nachteile besitzen, als durch die Vibration ein Aneinanderreihen der einzelnen Fasern erfolgt und schon nach kurzer Betriebszeit die eingefüllt Glaswolle oder Steinwolle zu einem feinen Pulver zerfallen ist. Der Reaktormantel bleibt dadurch nicht gleichmäßig mit Dämmatenal aufgefüllt, wobei sich auch Schwerpunkts- Verlagerungen des Reaktors ergeben. Darüber hinaus wird durch die dichte Zusammenpackung die Wärmeableitung nach außen verbessert, bzw. die Wärmeisolation sinkt, und da neues Isoliermaterial in den Mantel nachgefüllt werden muß, steigt das Gewicht des Wärmedämmungsmaterials. Bei pulverförmigem Material wie Kieselgur tritt durch die Vibration ein Zusammenbacken auf, so daß auch dabei die vorher geschilderten Nachteile vorliegen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vibrierenden chemischen Reaktor mit einem Wärmedämmungsmateriai zu schaffen, welches unter dem Einfluß der Vibration sich nicht zusammenballt und auch nicht durch die mechanische Reibung zerstört wird, jedoch eine ausgezeichnete Wärmedämmungswirkung bei geringem Gewicht besitzt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Teilchen des Wärmedämmaterials gegen die sie umgebende Luft elektrostatisch aufgeladen sind.

Geeignete Materialien sind insbesondere hochgeglühte technische Aluminiumoxide bzw. thermisch hergestellte Siliziumdioxide bzw. Kieselsäureaerogele, Beim Einsatz dieser Materialien hat sich überraschenderweise gezeigt, daß sie unter der Vibration Ladung aufnehmen, die ein Zusammensacken der Pulverfüllung verhindert Aluminiumoxide nehmen dabei positive Ladungen an, Siliziumdioxid der obengenannten Art nimmt eine negative Ladung an. Nach anderen chemischen Verfahren hergestellte Siliziumdioxidc-bzw. auch Kieselgur besitzen diese vorteilhafte Eigenschaft nicht Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß sie noch über Hydratgruppeir verfugen bzw. stets einen dünnen Feuchtigkeitsfilm an sich binden, der eine elektrostatische Aufladung verhindert Auch Materialien dieser Art, die hydrophobiert sind, zeigen die erfindungsgemäße Wirkung nicht

In praktischen Versuchen hat sich gezeigt daß eine erfindungsgemäße Kieselsäureaerogel-Füllung innerhalb eines dreimonatigen Betriebes nur einen Raumverlust von 1 bis 2% zeigt und daß Aluminiumoxide lediglich einen Raumverlust von 4 bis 5% besitzen, während bei Verwendung von Glaswolle oder Kieselgur das Volumen innerhalb dieser Zeit auf die Hälfte his ein Drittel des ursprünglichen Volumens zusammensinkt und mit Steinwolle als Füllmaterial der Reaktor schon nach 5 Wochen nicht mehr betriebsfähig ist. Darüber hinaus wird durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Materialien der Wärmeübergang noch wesentlich stärker behindert Dies ist darauf zurückzuführen, daß die einzelnen Partikel aufgrund ihrer elektrostatischen Aufladung nicht aneinanderliegen, sondern daß zwischen den Partikeln Luft als guter Wärmeisolator vorhanden bleibt Es ergibt sich ein günstiges kleines Raumgewicht, welches sich auch bei thermischer Wechselbelastung nicht ändert

Die mittlere Primärteilchengröße sollte möglichst gering sein bzw. der Forderung genügen, daß das einzelne Korn nicht so schwer ist daß seine elektrostatische Aufladung nicht ausreicht, um das Korn zu tragen. Besonders bevorzugt werden daher mittlere Primärteilchengrößen von 10 bis 30 Millimikron, insbesondere 10 bis 20 Millimikron. Bei der Auswahl des Materials ist auch insbesondere die BET-Oberfläche des Pulvers zu berücksichtigen, die möglichst hoch liegen sollte, vorzugsweise zwischen 100 und 300m²/g, insbesondere zwischen 170 und 250 mVg,

Ist von zwei erfindungsgemäßen Materialien bekannt daß ihre elektrostatische Aufladung in ungleichnamigem Sinne erfolgt, so ist ein Gemisch aus beiden unbrauchbar, da es, wie Versuche ergaben, ähnlich den zur Verdichtung neigenden Stoffen, zusammenbricht

In der Figur ist schematisch ein Vibrationswendelförderer entsprechend dem Reaktor der DE-OS 24 03 998 dargestellt Der Reaktor wird angetrieben durch einen Schwingungsmagneten oder Unwuchtmotor 1. Er besitzt eine gasdichte Ummantelung in Form zweier konzentrischer Hohlzylinder 2 und 3 und in seinem Inneren sind die Wendelgänge 4 angeordnet Die Ummantelung ist mit dem erfindungsgemäßen Wärmedämmungsmateria] 5 gefüllt Die Zufuh.··- bzw. Abfuhrvorrichtung für das im Reaktor zu beha/iddnde Pulver ist mit 6 bzw. 7, die Gaszufuhr und Gasabfuhr mit 8 bzw. 9 bezeichnet Der genannte Reaktor ist mit dem Auge 10 an einer elastischen Lagerung aufgehängt

Besonders vorteilhaft ist es, in Verbindung mit der Ummantelung, die das Wärmedämmittel enthält, einen Vorratsbehälter mit Wärmedämmittel, z.B. in Form eines Trichters 11, vorzusehen, so daß je nach den Betriebsbedingungen neues Warmedamrraterial nachrutschen kann. Es zeigt sich, daß bei Stillsetzung des Vibrationswendelförderers die elektrostatische Aufladung der einzelnen Partikel abfließt, so daß aus dem Vorratsbehälter bzw. Trichter 11 weiteres Material in die Umhüllung einfließt, daß aber bei erneuter Inbetriebnahme eine Pumpwirkung auftritt, über die der überwiegende Teil des zusätzlich eingeflossenen Isoliermaterials wieder in den Vorratsbehälter zurückgedrückt wird. Durch den Rohrstutzen 12 kann das Warnedämmittel aus der Ummantelung abgelassen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Gas-Feststoff-Reaktor mit einem Vibrationswendelförderer und einer Ummantelung des Reaktors, die mit einem temperaturfesien, wasserfreien und pulverförmigen Wärmedämtnaterial gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des Wärmedämmaterials gegen die sie umgebende Luft elektrostatisch aufgeladen sind.

2. Gas-Feststoff-Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmedämmungsmaterial ein thermisch hergestelltes amorphes Kieselsäureaerogel ist, welches eine mittlere Primär-Teilchengröße von 10-30 Γημ und eine BET-Oberfläche von 100—300m²/g, vorzugsweise 170—250 m^z/g besitzt

3. Gas-Feststoff-Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung des Reaktors (2, 3) mit einem Vorratsbehälter (U). für das Wärmedämmungsmaterial (5) in Verbindung steht