DE971417C

DE971417C - Vorrichtung zur kontinuierlichen, chemischen Behandlung feinzerteilter, im durchwirbelten Zustand gehaltener Feststoffe

Info

Publication number: DE971417C
Application number: DE1948P0028763
Authority: DE
Inventors: Gabriel Saab
Original assignee: CIE IND DE PROCEDES ET D APPLI
Current assignee: CIE IND DE PROCEDES ET D APPLI
Priority date: 1947-07-29
Filing date: 1948-12-31
Publication date: 1959-01-29

Description

Vorrichtung zur kontinuierlichen, chemischen Behandlung feinzerteilter, im durchwirbelten Zustand gehaltener Feststoffe Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen chemischen Behandlung von Feststoffen mit Gasen nach dem bekannten Wirbelschichtverfahren, bei dem feinverteilte feste Stoffe mit Gasen in innige Berührung gebracht werden.
(Siehe z. B. die deutschen Patentschriften 561 899, 578 7IO und 470 844.) Zu diesem Zweck werden die zu behandelnden Stoffe auf durchlochten Böden, Gittern oder Filterbetten angeordnet, die von den Behandlungsgasen durchströmt werden. Die Geschwindigkeit dieser Gase wird so geregelt, daß die in der Schwebe gehaltenen Stoffe nicht in nennenswerter Weise mitgenommen, aber in einem ständigen Durchmischungs- bzw. Wirbelzustand gehalten werden.
Der zu behandelnde, auf diese Weise fließfähig gemachte Stoff hat nicht nur den Anschein einer Flüssigkeit, sondern folgt auch den Gesetzen der Hydrostatik. Der fließfähige, in einer Schicht angeordnete Stoff kann sich im wesentlichen waagerecht verschieben und längs waagerechter oder im wesentlichen waagerechter Flächen abfließen.
Es hat sich gezeigt, daß, wenn die Geschwindigkeit, mit welcher die Wirbelschicht sich in waagerechter Richtung fortbewegt, gering ist und für gewisse Stoffe nur einige Zentimeter in der Minute beträgt, man nicht die gewünschte Wirkung mit den Behandlungsgasen erzielt, weil dann bereits behandelte und noch nicht behandelte Feststoffe in dieser fließfähigen Schicht sich durch rückläufige bzw. vorauseilende Bewegungen der durcheinanderwirbelnden einzelnen Teilchen vermischen.
Diese Erscheinung erklärt sich folgendermaßen: Die Teilchen neigen dazu, sich von einem Punkt aus nach Art einer Welle oder, wie ein Tintenfleck auf Löschpapier, nach allen Richtungen hin mit meßbarer Geschwindigkeit auszubreiten. Diese Geschwindigkeit hängt unter anderem von dem verwendeten Material, von der Teilchengröße und von der Dichte der Wirbelschicht ab. Wenn sie größer ist als die waagerechte Wanderungsgeschwindigkeit der Schicht als Ganzes, sind die behandelten Stoffe am Ende ihrer waagerechten Bewegung durch eine größere Menge von unbehandelten Teilchen verunreinigt, und andererseits werden gewisse Teilchen übermäßig behandelt, beschädigt oder zerstört. Es sind zwar ohne Kenntnis und Einkalkulierung der vorstehend besprochenen Geschwindigkeitsverhältnisse - was erst mit der vorliegenden Erfindung erfolgte - mit fließfähigen Wirbelschichten arbei tende Vorrichtungen bekannt, bei denen einer in waagerechter Richtung wandernden Schicht zeitweilig eine zusätzliche Beschleunigung erteilt wird, so daß die Geschwindigkeit der Schicht als Ganzes an diesen Stellen die Geschwindigkeit der Eigenbewegung der Teilchen übersteigt und sich die vor-und rückläufigen Bewegungen nicht auswirken können. Es sind dies Einrichtungen, bei welchen die Wirbelschicht über mehrere übereinander angeordnete Roste wandert und wobei der Übergang von einem Rost zum anderen durch freien Fall erfolgt. Diese Einrichtungen besitzen jedoch manche Nachteile. Sie sind einmal kompliziert zu erstellen, und zum anderen ist ihr Bau recht kostspielig.
Ferner läßt sich die zur Erzielung einer geeigneten Durchwirbelung der übereinander angeordneten fließfähigen Schichten erforderliche Gasmenge nur schwierig bemessen, da die einzelnen Schichten verschiedene Temperaturen besitzen. Da die erforderliche Gasmenge mit der Temperatur schwankt, ergeben sich daraus naturgemäß Unregelmäßigkeiten.
Zumindest auf der Fallstrecke und beim Auftreffen auf die nächstuntere Schicht wird zudem die Gleichmäßigkeit der Wirbelschicht empfindlich gestört, wodurch der erzielte Vorteil zum Teil wiederaufgehoben wird.
Die Erfindung betrifft nun eine einfache und mit nur verhältnismäßig geringen Erstellungskosten verbundene Einrichtung zur gleichmäßigen kontinuierlichen chemischen Behandlung feinzerteilter, in durchwirbelten Zustand gehaltener Feststoffe, welche sich in einer fließfähigen Schicht in waagerechter Richtung unter dem Einfluß hydrostatischer Kräfte auf einem von einem aufsteigenden Strom des Behandlungsgases durchsetzt,en Rost fortbewegen. Die Erfindung besteht darin, daß in dem fortlaufenden waagerechten Weg quer zur Strömungsrichtung der Feststoffe senkrechte Wände mit Engstellen angeordnet sind; Dadurch wird die Geschwindigkeit der fließfähigen Schicht an diesen Stellen wesentlich erhöht. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen können die Engstellen durch Öffnungen in den senkrechten Trennwänden gebildet werden. Ferner weisen die die Engstellen besitzenden Trennwände zweckmäßig einen trapezförmigen, sich nach oben erweiternden Querschnitt auf, wobei die Neigung der Trennwände so gewählt wird, daß der horizontale Durchgangsquerschnitt für die Gase in jeder Höhe der Schicht zur günstigsten Durchwirbelungsgeschwindigkeit, welche von der Korngröße und/oder dem spezifischen Gewicht der Teilchen in jeder Höhe der Schicht abhängt, umgekehrt proportional ist.
Wie ein senkrechter Schnitt durch die Wirbelschicht zeigt, bilden die durcheinanderbewegten Teilchen Schichtungen entsprechend den Korngrößen, die mit der Höhe allmählich abnehmen. Die einzige Ausnahme von dieser Regel kann von der Anwesenheit sehr kleiner, aber besonders schwerer Stoffteilchen herrühren, die sich infolge ihres spezifischen Gewichtes auf dem Boden der Schicht befinden.
Bisher konnte ein einwandfreies Ergebnis nur dadurch erreicht werden, daß man von festen Stoffen ausging, die vollkommen gleichmäßig und fein zerkleinert waren und alle das gleiche spezifische Gewicht besaßen. Es ist klar, daß es nicht immer möglich ist, diese Bedingungen wirtschaftlich zu erfüllen.
Wenn bei der Ausführungsform der Erfindung, bei welcher, wie vorstehend erwähnt, die Engstellen durch mit Öffnungen versehene Trennwände gebildet werden, z. B. bei der Behandlung von Braunkohle mit Korngrößen von 0,5 bis 5 mm der Querschnitt am Boden des Rostes einer Flächeneinheit entspricht, so beträgt zweckmäßig der Querschnitt im oberen Teil der Gesamtschicht das 2,25fache des Querschnitts des Rostbodens, d. h., die Schicht besitzt einen sich nach oben verbreiternden, trapezförmigen Querschnitt. Dadurch läßt sich auf Grund einer mathematischen Berechnung eine noch gleichmäßigere Behandlung erzielen.
Es können auch mehrere der wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Roste in bekannter Weise übereinander angeordnet werden, wobei dann der erfindungsgemäß erzielte Effekt noch sehr gesteigert wird, ohne daß die für übereinander angeordnete Roste beschriebenen Nachteile ins Gewicht fallen.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erreicht man eine äußerst gleichmäßige Behandlung bei wesentlich kürzeren Behandlungszeiten, als sie bisher üblich und erforderlich waren.
So erscheinen z. B. bei Behandlung einer nach den bekannten klassischen Verfahren kontinuierlich weitergeförderten, fließfähigen Wirbelschicht ohne die erfindungsgemäßen Engstellen bei einer mittleren Verweilzeit von 26 Minuten auf dem Rost bereits nach 4 Minuten am Abfluß die ersten übermäßig oder zu wenig behandelten Teilchen. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung mit auf einem waagerechten Rost wandernder fließfähiger Wirbelschicht erscheinen sie dagegen trotz viel kürzerer Verweilzeit von nur ii Minuten erst nach 6 Minuten.
Durch die Anordnung der Engstellen auf dem Rost im waagerechten Weg der fließfähigen Schicht wird die Geschwindigkeit der Schicht als Ganzes im Bereich der Engstellen so erhöht, daß eine rückläufige Bewegung von Einzelteilchen, die die Engstellen passiert haben, hinter den Engstellen nicht stattfinden kann. Dabei wird die Gleichmäßigkeit der wandernden Wirbelschicht durch ein viel einfacheres und wirtschaftlicheres Mittel erreicht, als die Verwendung übereinander angeordneter Wirbelschchten darstellt, da die die Wirbelschicht erzeugenden Gase nur eine einzige Schicht und nicht zwei oder drei aufeinanderfolgende durchqueren müssen und daher unter einem sehr stark verringerten Druck stehen können.
Gemäß der Erfindung kann ein einziger, waagerechter Rost verwendet werden, dessen Länge beliebig durch Umlenkungen geregelt werden kann.
Es ist offensichtlich, daß eine solche Einrichtung, abgesehen von ihrer besseren Leistung, auch hinsichtlich der Materialkosten und des Raumbedarfs den bekannten Einrichtungen überlegen ist.
Es können natürlich auch mehrere waagerechte Wirbelschichten übereinander angeordnet werden, wobei dann jede die erfindungsgemäßen, waagerechten, mit Engstellen versehenen Trennwände hesitzt. In diesem Fall wird dann den erfindungsgemäß erzielten Vorteilen noch der bekannte, durch die allerdings komplizierte ftbereinanderanordnung von Rosten erzielte Vorteil hinzugefügt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich zum Beispiel für folgende Verfahren: Aktivierung von kohlenstoffhaltigen Stoffen durch Wasserdampf oder Aktivierungsgase bei Rotgluttemperatur, katalytische Spaltung von Erdölprodukten bei einer mittleren oder hohen Temperatur, Entschwefelung von Gasen durch pulverförmige Metalloxyde, Verschwelen, oxydierendes oder reduzierendes Rösten von verschiedenen Stoffen in Berührung mit heißen Gasen und Adsorption von kalten Gasen durch adsorbierende Kohle, adsorbierende Gele u. dgl.
In der Abbildung ist ein mit Durchlochungen o versehener Rost P1 durch quer angeordnete Trennwände T1, T2, Ts . . . in mehrere Fächer C,,C2, Cm... unterteilt.
Jede der Trennwände T1, T2 und T3 zeigt verschieden ausgebildete Engstellen in waagerechten Trennwänden, welche eine Beschleunigung der Teilchen der Wirbelschicht in waagerechter Richtung bewirken. So ist die Trennwand T1 mit lotrechten Schlitzen a, die Trennwand T2 mit Überläufen und die Trennwand T3 mit mehreren Durchlochungen b versehen. Alle diese Anordnungen bezwecken, Engstellen zu bilden, um eine Beschleunigung der Abflußgeschwindigkeit, d. h. in jeder Höhe der fließfähigen Schicht die für die dort vorherrschende Teilchengröße günstigste zu erzielen.
Diese verschiedenen Anordnungen können in jeder beliebigen Weise miteinander vereinigt werden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zur kontinuierlichen chemischen Behandlung feinzerteilter, in durchwirbeltem Zustand gehaltener Feststoffe, welche sich in einer fließfähigen Schicht in waagerechter Richtung unter dem Einfluß hydrostatischer Kräfte auf einem von einem aufsteigenden Strom des Behandlungsgases durchströmten Rost bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rost quer zur Strömungsrichtung der Feststoffe senkrechte Wände mit Engstellen angeordnet sind. ~~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 463 772, 506 544, 532067,605027,695587, 735 635; USA.-Patentschriften Nr. Re. 21 526, 2I2 508, 300 042, I 776 876, I 955 025, 2 270 903, 2 367 281, 2389 I33; französische Patentschriften Nr. 652 405, 857494; britische Patentschrift Nr. I98 328; Final Report Nr. 333, Item Nr. 30, S. I0, Fig. 7; Chemical and Metallurgical Engineering, I944, S.94 bis 98; VDI-Zeitschrift, I928, Bd. 72, 5. 947, und I938, Bd. 82, S. III8.