DE2702693A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung chemischer und/oder physikalischer prozesse - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung chemischer und/oder physikalischer prozesse

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Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT 2 7 U 2 6 9 BESCHRÄNKTER HAFTUNG in Essen
Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung chemischer und/oder physikalischer Prozesse
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung chemischer und/oder physikalischer Prozesse in einer Flugstaubwolke, bei dem aus einem Gas und aus Feststoffteilchen eine Flugstaubwolke erzeugt wird, die eine Reaktionszone durchläuft und danach in ihre Bestandteile getrennt wird, wobei zumindest eine teil·· weise Rückführung des Gases und/oder der Feststoffteilchen in die Flugstaubwolke erfolgt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausführung des genannten Verfahrens.
Es ist bekannt, daß chemische und/oder physikalische Prozesse, insbesondere thermische Prozesse, in Flugstaubwolken durchgeführt werden können. Eine Flugstaubwolke besteht aus einem Gas, das eine oder mehrere gasförmige Stoffe enthält, und aus Feststoffteilchen eines oder mehrerer fester Stoffe. Die Flugstaubwolke ist in Bewegung und durchströmt eine Reaktionszone, in der chemische Reaktionen, Wärmeaustausch-Vorgänge, Adsorptions-Vorgänge, Feststoffklassierungen u.s.w. ab- laufen. Das Gas dient immer als Transportmittel für die Feststoffteilchen; es kann aber auch an den in der Flug» Staubwolke ablaufenden Prozessen beteiligt sein. Nachdem die Flugstaubwolke die Reaktionszone durchlaufen hat, wird s*ie durch geeignete Einrichtungen, insbesondere durch Entstaubungskammern oder Zyklone, in ihre Bestand» teile aufgetrennt. Gas und Feststoffteilchen verlassen
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die der Auftrennung der Flugstaubwolke dienenden Einrichtungen auf verschiedenen Wegen und werden, je nach Art und Verlauf des Prozesses, einer weiteren Verwendung zugeführt, teilweise als unbrauchbares Reaktionsprodukt verworfen oder in die Flugstaub» wolke zurückgeführt. In der Regel verläuft der Prozeß bei einmaligem Durchgang der Flugstaubwolke durch die Reaktionszone nicht quantitativ, so daß zumindest eine teilweise Kreislaufführung des Gases und/oder der Fest» stoffteilchen notwendig ist. Die FlugStaubwolke wird dadurch erzeugt, daß ein Gasstrom mit Feststoffteilchen von geeigneter Größe gemischt wird. In einer Flugstaubwolke bewegen sich das Gas und alle Feststoff·· teilchen ständig mit nahezu gleicher Geschwindigkeit von
*5 A nach B, während sich in einer Wirbelschicht ein großer Teil der Feststoffteilchen in ortsfester Bewegung (Schwebezustand) befindet und nur das Gas sowie einige Feststoffteilchen von A nach B gelangen.
Es ist ferner bekannt, daß nach der Auftrennung der Flugstaubwolke die abgeschiedenen Feststoffteilchen aus den Trenneinrichtungen durch Pendelklappen, Förderschnecken, Zellenradschleusen und ähnliche Apparate auf mechanischem Wege ausgetragen und ggf. der Flugstaub» wolke wieder zugeführt werden. Alle diese Austragsappara» te haben aber den Nachteil, daß sie mit bewegten, dem Verschleiß unterliegenden Teilen ausgerüstet sind, was eine erhöhte Störanfälligkeit sowie hohe Energie» und Wartungskosten verursacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Durchführung chemischer und/oder physikalischer Prozesse in einer Flugstaubwolke zu schaffen, das sicher und kostengünstig arbeitet, in der Flugstaubwolke eine
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gleichbleibende Feststoffkonzentration ermöglicht, gut regelbar ist. und den Erfordernissen der verschiedenen chemischen und physikalischen Prozesse durch einfache Maßnahmen angepaßt werden kann. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens geschaffen werden, die einfach gebaut ist und eine große Anwendungsbreite hat.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die neu zugeführten und/oder in einer Trenn·· einrichtung abgeschiedenen Feststoffteilchen in eine Schüttgutsäule geführt werden, deren Höhe regelbar ist.
In überraschender Weise wurde gefunden, daß die in der Trenneinrichtung abgeschiedenen Feststoffteilchen durch freien Fall in eine Schüttgutsäule, die sich in einem geeigneten Gefäß befindet und deren Höhe regelbar ist, ausgetragen werden können, wobei\fn der Höhe veränderliche Schüttgutsäule wirkt in vorteilhafter Weise als Regler und als Dichtung wirkt. Wird der Strömungswiderstand der Schüttgutsäule durch die Wahl einer bestimmten Schüttgutsäulenhöhe so eingestellt, daß er größer ist, als die Summe der Strömungswiderstände der Reaktionszone, der Trenneinrichtung und der weiteren im System vorhandenen Apparate, wodurch die FlugStaubwolke nur zur Trenneinrichtung hin fließt und kein Gas durch die Schuttgutsäule hindurchtritt, so ergibt sich eine Dichtungswirkung. Wird die Höhe der Schüttgutsäule weiter gesteigert, nimmt die Feststoffkonzentration in der Flugstaubwolke zu (Regelwirkung).
Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren durch die Änderung der Höhe der Schüttgutsäule den verschiedenen Prozeßbedingungen einfach angepaßt werden. Mit der Er-
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findung wird ein sicherer, gleichmäßiger und kosten» günstiger Verfahrensablauf, insbesondere bei dsr Durchführung von Hochtemperatur-Prozessen, erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet sowohl im Saug·· als auch im Druckbetrieb und kann in mehreren hintereinandergeschalteten Stufen ablaufen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die abzuscheidenden Peststoffteilchen einer Charge sooft in den Kreislauf zurückgeführt werden, bis eine Ausreaktion des Peststoffs mit dem Gas erfolgt ist.
Das hat den besonderen Vorteil, daß Peststoff und Gas solange miteinander in Wechselbeziehung treten können, bis ein Grenzzustand in Bezug auf das Reaktions- bzw. Umsatz·· vermögen zwischen beiden erreicht worden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Vorrichtung ausgeführt, bei der einem Reaktionsrohr eine Trennein·· richtung und ein zur Aufnahme der Schüttgutsäule geeignetes Gefäß nachgeschaltet sind, wobei das Gefäß in seinem unteren Teil mindestens eine Treibdüse und in seinem oberen Teil ein in der Höhe verstellbares, mit einem Vorratsbehälter verbundenes Tauchrohr aufweist. Die neue Vorrichtung, die eine Kombination an sich bekannter Einzelteile darstellt, weist keine mechanisch bewegten Teile auf.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß zwischen Reaktionsrohr und Trenneinrichtung mindestens eine trichterförmige Reaktionskammer angeordnet ist und daß die Trenneinrichtung aus mindestens einem Zyklon - . besteht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Reaktionakammer und/oder die Zyklone mit in der Höhe verstellbaren Tauch·*
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rohren versehen sind. Dadurch sind zusätzliche Regelungen des Prozeßablaufs möglich. In den Reaktionskammern ist eine Einstellung der örtlichen Feststoffbeladung unabhängig vom Durchsatz gegeben und eine erwünschte hohe Beladung erzielbar. Der Regelbereich liegt dabei etwa zwischen O$OO1 und 6o Vol.-96, bevorzugt zwischen 0,1 und 20 Vol.-96 Festoff im Gas. Durch die Verwendung von statischen Sichtern mit verstellbaren Trennschneiden ist eine ähnliche Wirkung zur Erzielung optimaler Prozeßbedingungen erreichbar. Durch den Einsatz mindestens einer Reaktionskammer zusäztlich zum Reaktionsrohr wird eine längere Verweilzeit der Flugstaubwolke in der Reaktionszone erreicht, was in vielen Fällen eine Verminderung der Kreislaufarbeit zur Folge hat.
Durch die Maßnahme, daß im Gefäß in der Nähe der Treibdüse Auflockerungselemente angeordnet sind, wird in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Belastung des Gasstromes mit den Feststoffteilchen erreicht.
Bei der Durchführung von Prozessen, die hohe Arbeitstemperaturen benötigen, ist es entsprechend der Erfindung vorteilhaft, wenn alle Bauteile der Vorrichtung mit feuerfestem Material ausgekleidet sind, /ur Auskleidung können je nach Temperatur und Feststoffeigenschäften beispielsweise folgende Materialien verwendet werden: Schamottsteine oder -stampfmassen sowie Feuerfestmaterialien auf Kieselsäure-, Tonerde-, Magnetit- und/oder Chromoxidbasis. Bei der Durchführung von Prozessen
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im Hoch- oder Unterdrückbetrieb sind entsprechende Dimensionierungen und Abdichtungen der Vorrichtungsteile vorgesehen.
Mit der Erfindung lassen sich die insbesondere folgenden chemischen und/oder physikalischen Prozesse erfolgreich durchführen:
a) Abgasreinigung: Entfernung von Stoffen wie HF,
SO2, NOx, HCL, H2SO^ mittels
basischer Stoffe wie CaO, Ca ( OH ) 2 ,
aus Abgasen metallurgischer und chemischer Anlagen
b) Eisengewinnung: Direktreduktion von Eisenerzen,
insbesondere mit CO und/oder H51
als Reduktionsgas
c) Trocknung von : Adsorption von gasförmigen Lösungs-Gasen mittelresten oder Wasser durch
Aktivkohle oder Molekularsiebe
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d) Chemothermische: Brennen und Kalzinieren, z.U. für Prozesse die Kalk- und Zementerzeugung, sowie Kohlevergasung, bei der gleich· zeitig eine Entschwefelung, z.B. durch Zusatz von Kalk durchführbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind der Ablauf des Verfahrens und die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens dargestellt.
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ΊΟ
Durch eine Rohrleitung 12 wird die Flugstaubwolke in die Reaktionszone geführt, die von einem Reaktionsrohr 2 und einer trichterförmigen Reaktionskammer 3 gebildet wird, welche durch eine Leitung 13 miteinander verbunden sind. In der Reaktionszone läuft der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführende chemische und/oder physikalische Prozeß innerhalb der Flug— Staubwolke ab. Es ist beispielsweise möglich, daß dem Reaktionsrohr 2 Wärme zugeführt oder entnommen wird.
Durch Heben und Senken eines Tauchrohres 10 kann die Verweilzeit und Feststoff-Beladung der Flugstaubwolke in der Reaktionskammer 3 beeinflußt werden. Aus der Reaktionszone gelangt die Flugstaubwolke über eine Leitung l4, die ggf. als erweiterte Reaktionszone dienen kann, in eine Trenneinrichtung 4, welche aus einem oder mehreren Zyklonen besteht. In der Trenneinrichtung k wird die Flugstaubwolke in ihre gasförmigen und festen Bestandteile zerlegt. Die Trennzeit und die Trennleistung können in gewissem Umfang durch die Veränderung der Höhe eines Tauchrohres 11 beeinflußt werden. Über eine Leitung 26 können Feststoffteilchen aus der Trenneinrichtung 4 nach außen abgegeben werden. Wenn es notwendig ist, kann das von den Feststoffteilchen weitgehend befreite Gas über eine Leitung 15 in ein Filter 6 geführt werden, wo die noch vorhandenen Feststoffteilchen quantitativ abgetrennt werden. Anschließend wird das Gas über eine Leitung l6 nach außen abgegeben oder über eine Leitung ganz oder teilweise in den Verfahrenskreislauf zurückgeführt. Durch eine in die Leitung 17 einmündende Leitung kann je nach bedarf unbenutztes Gas zugeführt werden. Da» Gas wird in einem Verdichter 19 komprimiert und über eine Leitung 20 in eine Treibdüse 9 gefördert, die im unteren - Teil eines Gefäßes 5 angeordnet ist. Das durch die Treibdüse 9 strömende Gas saugt Feststoffteilchen an, und es
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ΑΛ
bildet sich die Flugstaubwolke, die über die Leitung 12 in die Reaktionszone fließt. In der Nähe der Treibdüse 9 sind Auflockerungsdüsen 7 angeordnet, durch die ein schwacher Gasstrom 21 in das Gefäß 5 eintritt, wodurch die in der Nähe der Treibdüse 9 befindlichen Feststoffteilchen aufgelockert und in einen fließbereiten Zustand gebracht werden.
Im Gefäß 5 befindet sich eine aus Feststoffteilchen bestehende Schüttgutsäule 22, deren Höhe durch Verstellung eines Tauchrohres 8 verändert werden.kann. Die in einem Vorratsbehälter 1 befindlichen, ungebauchten Feststoff·· teilchen werden über eine Leitung 23 und das Tauchrohr 8 in das Gefäß 5 eingebracht. Die Höhe der Schüttgutsäule 22 wird so eingestellt, daß der erforderliche Ströraungs widerstand und die gewünschte Feststoffkonzentration in der Flugstaubwolke erreicht werden. Die im Filter 6 anfallenden Feststoffteilchen können durch eine Leitung 27 aus dem Prozeß entfernt oder über eine Leitung 24 in das Gefäß 5 zurückgeführt werden. Die in der Trenneinrichtung abgeschiedenen Feststoffteilchen gelangen ganz oder teil·* weise durch ein Fallrohr 25 im freien Fall in das Gefäß Eine strichpunktierte Linie 28 deutet die Verbindung bei einer weiteren Möglichkeit einer Kreislauf führung der Fest·« stoffteilchen an, wobei auch die Leitung 27 noch hinzuge schaltet werden kann. Nachfolgend wird der Einsatz der Vorrichtung für die Entfluorisierung von Abgas näher erläutert.
Ein Abgas mit etwa 100 mg HF/Nm3 Abgas und einem Mengen» strom von 3000 Nm-Vh wird mit einer Temperatur von etwa 80°C durch die Treibdüse 9 in die neue Vorrichtung einge-. leitet. Im Vorratsbehälter 1 befindet sich Weichbranntkalk
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mit einer Korngröße von etwa k/u\m\x\s 3 "im, der durch das Fallrohr 8 in das Gefäß 5 eingebracht wird. Im Gefäß 5 wird eine Schüttgutsäule von 700 mm Höhe ein« gestellt. Bei einer Gesamtlänge der Reaktionszone von etwa 20 m, die zwei trichterförmige Reaktionskammern 3 und einen Zyklon mitumfaßt und bei einem Durchmesser des Reaktionsrohres von etwa 200 mm betragt der Druck·· abfall darin etwa 400 mm WS. Die im Zyklon abgeschiedenen Feststoffteilchen werden über die Leitung 25 in den Be» halter 5 zurückgeführt. Der Abscheidegrad des Zyklons wird auf 80 % eingestellt. Das aus dem Zyklon austretende mit den restlichen Feststoffteilchen beladene Gas wird dem Filter 6 über die Leitung 15 zugeführt. Die im Filter 6, das als Schlauchfilter ausgeführt ist, abgeschiedenen Feststoffteilchen werden über ein Hosenrohr in zwei Ströme aufgeteilt (Leitungen 24 und 27). Ein Teilstrom (Leitung 24) wird dem Prozeß wieder zugeführt} während der andere Teilstrom (Leitung 27) nach außen in einer Menge abgeführt wird, die der über das Fallrohr 8 dem Prozeß neu zugeführten Kalkmenge entspricht. Die zugeführte Kalkmenge wird so eingestellt, daß der maximale Gehalt an CaF im umlaufenden Feststoff 30 % nicht überschreitet. Der Feststoffgehalt wird durch Probenahme aus dem Umlauf und nachträglicher chemischer Analyse kontrolliert. Das gereinigte, aus dem Filter nach außen abgeführte Gas enthält maximal 0,7 mg F/Nm^ Abgas,
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Claims (13)

27U2$93 Ansprüche:
1. Verfahren zur Durchführung chemischer und/oder physikalischer Prozesse in einer Plugstaubwolkev bei dem aus einem Gas und aus Feststoffteilchen eine Flugstaubwolke erzeugt wird, die eine Reaktionszone durchläuft und danach in jhre Bestand·* teile getrennt wird, wobei zumindest eine teil·« weise Rückführung des Gases und/oder der Feststoff·· teilchen in die Flugstaubwolke erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die neu zugeführten und/oder in einer Trenneinrichtung abgeschiedenen Feststoffteilchen in eine Schuttgutsäule geführt werden, deren Höhe regelbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abzuscheidenden Peststoffteilchen einer Charge sooft in den Kreislauf zurückgeführt werden, bis eine Ausreaktion des Feststoffs mit dem Gas erfolgt ist·
3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach An» Spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einem Reaktionsrohr (2) die Trenneinrichtung (4) und ein zur Aufnahme der Schuttgutsäule (22) geeignetes Gefäß (5) nachgeschaltet sind, wobei das Gefäß (5) in seine« unteren Teil mindestens eine Treibdüse (9) und in seinem oberen Teil ein in der Höhe verstellbares, mit einem Vorratsbehälter (l) verbundenes Tauchrohr (8) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Reaktionsrohr (2) und Trenneinrichtung (4) mindestens eine Reaktionskammer (3) angeordnet ist.
EV IO3/76 - 1 -
Bu(AK)KM ORIGINAL INSPECTED
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5. Vorrichtung nach Anspruch kt dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (3) trichterförmig ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch k oder 5» dadurch gekenn-« zeichnet, daß die Reaktionskammer (3) mit einem in der Höhe verstellbaren Tauchrohr (lO) versehen ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch ge-· kennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (4) aus min» destens einem Zyklon besteht.
8· Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zyklon mit mindestens einem in der Höhe verstellbaren Tauchrohr (ll) versehen ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (k) aus mindestens einem mit verstellbaren Trennschneiden versehenen statischen Sichter besteht.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 9t dadurch gekennzeichnet, daß im Gefäß (5) in der Nähe der Treibdüse (9) Auflockerungselemente angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflockerungselemente Düsen (7) und/oder Platten sind.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauteile mit feuerfestem Material ausgekleidet sind.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Treibdüsen (9)
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an jede Treibdüse eine dieser zugeordnete Reaktionszone mit jeweils gesondertem Kreislauf angeschlossen ist.
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