DE2600162C - Verfahren und Vorrichtung zur Umsetzung eines Reaktionsteilnehmers in Partikelform mit einem gasförmigen Reaktionsteilnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung eines Reaktionsteilnehmers in Partikelform mit einem v> gasförmigen Reaktionsteilnehmer, bei welchem der partikelförmige Reaktionsteilnehmer in einer Drallströmung in einem zylindrischen Reaktor geführt wird und ein Gas, das ganz oder teilweise aus gasförmigem Reaktionsteilnehmer bestehen kann, durch öffnungen in der Reaktorwand gleichmäßig längs deren gesamten Umfang und gleichmäßig längs wenigstens eines axialen Abschnittes dieser Reaktorwand zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, Umsetzungen zwischen einem partikelförmigen Reaktionsteilnehmer und einem gasförmigen Reaktionsteilnehmer in der Wirbelschicht durchzuführen, vgl. z. B. DE-AS 19 42 243. Bei dieser bekannten Arbeitsweise werden kleine Relativgeschwindigkeiten zwischen den Partikeln und dem Gas t>o bei hoher Partikelbeladung erzeugt. Hierdurch wird der Wärme- und Stoffübergang erheblich beeinträchtigt, was die Reaktionszeit verlängern kann. Die geringe Gasgeschwindigkeit begrenzt außerdem den Gasvolumendurchsatz, so daß die Partikel wesentlich langer in μ der Wirbelschicht verweilen müssen, bis die stöchiometrisch notwendige Gasmenge antransportiert worden ist. Bei kontinuierlichem Betrieb wird die Verfahrensführung durch das relativ breite Verweilzeitspektrum erschwert

Zur Erhöhung der Relativgeschwindigkeit zwischen den Partikeln und dem Gas wurde eine Arbeitsweise entwickelt, bei welcher die Partikel in einer Drallströmung dispergiert sind, vgl. zum Beispiel DE-AS

10 71056; Vorrichtungen zur Durchführung dieser Arbeitsweise sind beispielsweise der Feuerungszyklon und der Zyklonwärmetauscher. Gegenüber Arbeitsweisen mit linearen Strömungssystemen hat die Arbeitsweise mit der Drallströmung den Vorteil verbesserten Wärme- und Stoffüberganges und beschleunigten An- und Abtransportes gasförmiger Reaktionsteilnehmer und -produkte infolge der höheren Relativgeschwindigkeit zwischen den Partikeln und dem Fluid. Auch benötigt diese Arbeitsweise wegen der spiralförmigen Flugbahn bei gleicher Partikelgeschwindigkeit eine kleinere Reaktorbauhöhe.

Die bekannte Arbeitsweise mit der Drallströmung hat jedoch den Nachteil, daß in der Drallströmung bereits kleine Partikel im Bereich von etwa 10 bis 20 μηι Durchmesser durch die überwiegenden Zentrifugalkräfte an die Apparatewand geschleudert werden. Soweit sie dort nicht haften, können die Strähnen bilden, in denen der Austausch von Wärme und Stoff stark herabgesetzt ist Nachteilig ist ferner, daß sich die für Austauschprozesse wichtige starke Turbulenz im Apparatezentrum findet, während sie in der Apparatezone, in der die Reaktionen bevorzugt ablaufen, relativ schwach ausgeprägt ist Bei diesem Verfahren liegt die Trenngrenze sehr niedrig, so daß auch relativ kleine Partikel noch ausgetragen werden. Die Wanderosion ist daher stark, was zu einer Produktverunreinigung führt.

Man hat versucht, diesen Nachteilen durch eine bestimmte Formgebung bzw. Kontur der Reaktorwand zu begegnen (DE-AS 15 42 352,13 00 512,1041 010 und AT-PS 2 72 278). Wie Untersuchungen des Anmelders ergeben haben, hat jedoch die Kontur der Reaktorwand einen geringen Einfluß auf das Flug- und Reaktionsverhalten der Partikel. Abweichungen von der Zylinderform begünstigen eher ein Ankleben oder eine Strähnenbildung.

Auch eine bekannte Arbeitsweise (DE-OS 1 54 429), bei welcher der primären Drallströmung eine Sekundärströmung mit gleichem Drehsinn überlagert wird (Prinzip des Drallströmungsentstaubers), führt zu Trenngrenzen unter ca. 10 μπι.

Bei einer anderen bekannten Arbeitsweise (DE-AS 15 42 445), bei welcher eine Drehströmung aus äußerer Potentiaiwirbelströmung und innerer Rotationswirbelströmung erzeugt wird, werden stationäre Gutsringe gebildet, was ebenfalls zu einer Strähnenbildung führt.

Bei einer weiteren bekannten Arbeitsweise (DE-AS

11 98 795) wird eine Drallströmung mit großer radialer Strömungskomponente erzeugt Das Gas tritt in eine schmale Kammer tangential ein und verläßt sie durch eine zentrale Austrittsöffnung. Das umzusetzende Gut bewegt sich von der Aufgabestelle nach außen, wo es an der Wand abgezogen wird. Ein Wandkontakt der Partikel ist unvermeidbar.

Es ist auch eine Arbeitsweise bekannt (DE-AS 10 49 365), bei welcher einer Drallströmung eine entgegengesetzte gerichtete Sekundärströmung überlagert wird. Die Überlagerung der Sekundärströmung erfolgt an einer Stelle des Umfanges und der Axialausdehnung der zu überlagernden Drallströmung. Hierdurch soll eine verbesserte Durchmischung erzielt werden. Es ergibt sich ein stark unsymmetrisches

Strömungsprofil, welches zu einem Wandkontakt auch kleiner Partikel führt

Schließlich ist aus der US-PS 38 09 254 eine Arbeitsweise bekannt, bei der von den gegenüberliegenden Enden eines horizontalen, rotierenden, zylindrisehen Reaktors die Reaktionskomponentenströme in axialer, entgegengesetzter Richtung eingeleitet und in der Mitte über eine ringförmige stationäre Kammer abgeleitet iverden. Es handelt sich hierbei um eine Art Drehrohrofen mit Austragung im Mittelabschnitt. Ständiger Wandkontakt der Partikel ist hierbei selbstverständlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine raschere, vollständigere Umsetzung partikelförmiger is Komponenten in einem Gasstrom, insbesondere die Umsetzung von Partikeln mit einem Durchmesser von bis zu etwa 100 μπι ohne Wandkontakt ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs geschilderten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des die Partikel führenden Drallstromes ein gasförmiger Sekundärstrom eingeführt wird, der radial bis nahezu entgegengesetzt zur tangentialen Strömungskomponente des Drallstroms gerichtet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Trägergas und den darin suspendierten Partikeln beträchtlich erhöht, Wärme- und Stoffübertragungsvorgänge hierdurch beschleunigt und die notwendigen Wärme- und Stoffmengen schneller an die reagierenden Partikel herangeführt werden. Durch die überlagerte Sekundärströmung entstehen im Randbereich der primären Drallströmung Zonen starker hochfrequenter Turbulenz, die sich auf Obertragungsvorgänge besonders günstig auswirkt Diese Zonen befinden sich dort wo sich auch die reagierenden Partikel bevorzugt bewegen.

Durch die besondere Art der Strömungsbeeinflussung lassen sich wesentlich größere Partikel, nämlich Partikel mit einem Durchmesser bis zu etwa 100 μπι auf stabilen Flugbahnen ohne Wandkontakt halten, als dies mit Hilfe bekannter Drallströmungsverfahren möglich ist Damit werden das Anbacken klebriger Stoffe, Wanderosion und die Verunreinigung des Produktes durch erodiertes Wandmaterial weitgehend vermieden. 4^r>

Die Beschleunigung des Verfahrens, verbunden mit der spiralförmigen Flugbahn der Partikel ermöglicht kleinere Apparatedimensionen. So haben herkömmliche Wirbelschichtreaktoren und eine Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Arbeitsweise ein Verhältnis der Volumina von etwa 20:1. Dies ist insbesondere im Hinblick auf Wärmeverluste durch die Reakloroberfläche und für die Prozeßführung unter Druck von Bedeutung.

Die erfindungsgemäße Arbeitsweise gestattet auch eine sehr exakte Temperaturführung des Verfahrens, da durch die Sekundärströmung bei exothermen Reaktionen in sehr wirksamer Weise gekühlt und bei endothermen Reaktionen Wärme zugeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Arbeitsweise, bei der die Sekundärströmung der tangentialen Strömungskomponente des Drallstroms nahezu entgegengesetzt gerichtet ist, ergibt eine besonders gute Abbremsung des primären Drallstroms in dessen Randbereich, während b5 bei radial von außen nach innen gerichteter Sekundärströmung die Abbremsung zwar schwächer ausgeprägt ist, dafür aber die Sekundärströmung ohne Wirbelbildung überlagert werden kann.

Die neue Arbeitsweise ist auch vorteilhaft, wenn man in den Oherlagerungsbereich, d. h. in der Umfangsebene dem primären Drallstrom einen weiteren, insbesondere gasförmigen Reaktionsteilnehmer achsparallel in dieser konzentrischen Ebene zuführt, denn dann ist eine Zuführung ohne vorherige Vermischung des weiteren ■Reaktionsteilnehmers mit der Sekundärströmung möglich.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer Reaktionskammer mit zylindrischem Wandabschnitt einer drallerzeugenden Einrichtung am Eintritt des Drallstromes und einer Zugabeeinrichtung für den partikelförmigen Reaktionsteilnehmer, sie ist gekennzeichnet durch achsparallel verlaufende Schaufeln oder Schlitzbleche oder Lochbleche oder poröse keramische Wandteile in dem zylindrischen Wandabschnitt der Reaktionskammer als Einlaufeiemente für die Sekundärströmung.

Die Reaktionskammer ist vorzugsweise von einem Druck- bzw. Einlaufraum umgeben.

Der Einlaufstutzen in den Druck- bzw. Einlaufraum hat vorteilhafterweise eine tangentiale Einmündung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet eine ausgezeichnete Steuerungsmöglichkeit der Überlagerungsvorgänge sowohl in strömungsmechanischer Hinsicht als auch im Himblick auf die Temperatur- und Stoffmengenführung des Verfahrens. Zudem ist sie billig, einfach, betriebssicher und leicht zu reinigen.

Die Variante der neuen Vorrichtung, bei der die Reaktionskammer von einem Druck- bzw. Einlaufraum umgeben ist, ermöglicht es, im Extremfall mit nur einem Einlaufstutzen die primäre Drallströmung durch die Sekundärströmung am gesamten Umfang der primären Drallströmung gleichmäßig zu überlagern. Dies wird erreicht durch Aufbau eines Druckes bzw. einer Ringströmung in dem Druck- bzw. Einlaufraum, der den durchlässigen Bereich des zylindrischen Wandabschnittes der Reaktionskammer umgibt.

Der zylindrische Wandabschnitt der neuen Vorrichtung kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Bei der Ausführungsform als Schlitzblech ergibt sich eine besonders gute Abbremsung der Primärströmung an der Wand. Bei der Ausführungsform als Lamellen bzw. Schaufeln entstehen ausgedehnte stationäre Wirbel mit einer entsprechenden Rückströmung an der Wand. Bei Schlitzblechen sind die Wirbel entsprechend den geringen Abständen der Spalte in der Wand kleiner. Ist der zylindrische Wandabschnitt aus einem porösen keramischen Material ausgeführt, dann treten keine meßbaren Wirbel auf, doch benötigt man einen größeren Sekundärgasstrom, um die Primärströmung um einen bestimmten Betrag abbremsen zu können.

Die Einlaufelemente des zylindrischen Wandabschnitts können auch Einrichtungen für die Zuführung eines weiteren Reaktionsteilnehmers aufweisen.

Bei der konstruktiven Verwirklichung der Arbeitsweise, bei welcher die Sekundärströmung die primäre Drallströmung in radialer Richtung überlagert, genügt es, wenn in dem den zylindrischen Wandabschnitt umgebenden Druckraum der für die Überwindung der Strömungswiderstände und der für den Ausgleich der bein. Überlagern entstehenden Energieverluste erforderliche Druck aufgebaut wird. Dies ist z. B. bei der Ausführung der Einlaufelemente als Lochblech oder als poröses keramisches Material der Fall.

Soll jedoch die Sekundärströmung der primären Drallströmung etwa entgegengesetzt gerichtet am

Umfang der primären Draliströmung überlagert werden, dann sollte die Sekundärströmung natürlich schon im Einlaufraum in etwa die Richtung haben, die ihr dann endgültig beim Durchtritt durch den zylindrischen Wandabschnitt erteilt wird. Die Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Anspruch 4 mit einer tangentialen Einmündung der Einlaufstutzen in den Einlaufraum ist hier besonders vorteilhaft.

Verfahren und Vorrichtung eignen sich zur Durchführung von Umsetzungsprozessen in weitestem Sinne zwischen einem gasförmigen Reaktionsteilnehmer einerseits und einem festen, flüssigen oder pastösen Reaktionsteilnehmer in Partikelform andererseits. Beispiele physikalischer Prozesse sind die Wärmeübertragung, das Verdampfen von Flüssigkeiten, oder Adsorptions- bzw. Absorptionsvorgänge. Beispiele möglicher chemischer Reaktionsprozesse sind Röstprozesse, Brennen, Reduktion von Metalloxiden, Kalzination, Pyrolxse, Vergasung und Verbrennung.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigt in

F i g. 1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine die Achse der primären Drallströmung enthaltende Ebene,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Arbeitsweise als Schnitt in der Ebene II-II der F i g. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform erfindungsgemäßen Arbeitsweise als Schnitt in der Ebene III-II1 der F i g. 1,

F i g. 4 einen die Längsachse enthaltenden Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 5 einen Querschnitt in der Ebene V-V der F i g. 4,

F i g. 6 einen der F i g. 5 entsprechenden Schnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

F i g. 7 einen der F i g. 5 entsprechenden Schnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Zunächst seien kurz die der Erfindung zugrundeliegenden theoretischen Überlegungen erläutert.

Bei Reaktionsprozessen zwischen Partikeln und einer gasförmigen Umgebung wird die Größe übergehender Wärme- und Stoffströme von der Partikeloberfläche, der Temperatur- bzw. Konzentrationsdifferenz und einem Übertragungskoeffizienten bestimmt. Will man große Wärme- bzw. Stoffmengen in kurzer Zeit übertragen, dann muß man — gemessen an der Partikelmasse — mit Partikeln großer Oberflächen, d. h. sehr kleinen Partikeln und hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Partikel und Gas arbeiten. Die Relativgeschwindigkeit bestimmt die Größe der Übertragungskoeffizienten und wirkt sich auf An- und Abtransport von gasförmigen Reaktionsteilnehmern aus.

In allen Strömungs- und Reaktorsystemen mit linearer Strömung ist die Relativgeschwindigkeit durch die Fallgeschwindigkeit der Partikel infolge der Erdschwere vorgegeben. Dagegen läßt sie sich in Strömungen mit gekrümmten Partikelflugbahnen, in sog. Drallströmungssystemen, um ein Vielfaches steigern. Der Vergrößerungsfaktor hängt ab von Bahnradius und Tangentialkomponente der Partikelgeschwindigkeit und kann den Wert 200 erreichen.

Die Größe eines Partikels, welches sich in einem Drallströmungssystem so suspendieren läßt, daß es sich

auf kreis- oder schraubenlinienförmigen Flugbahnen ohne Wandkontakt bewegt, ist durch das Geschwindigkeitsfeld vorgegeben. Es gilt:

3 η t

Darin bedeuten:

dp den Partikeldurchmesser;

civ den Widerstandsbeiwert;

ρ die Dichte des Gases;

Qp die Dichte des Partikels;

r den Bahnradius;

Ur die Radialkomponente der mittleren Strömungsge-

^lj schwindigkeit;

Ui die Tangentialkomponente der mittleren Strömungsgeschwindigkeit.

Im allgemeinen liegt der Wert von dp bei Verfahren und Vorrichtungen mit unbeeinflußten primären Drallströmungen zwischen 10 und 20μΐτι. Durch Vergrößerung der Gasgeschwindigkeit kann man zwar auch die nach innen gewichtete radiale Strömungskomponente Ur vergrößern; damit vergrößert man aber auch zwangläufig die tangentiale Strömungskomponente u,, wodurch die Trennkorngröße kleiner wird.

Die erfindungsgemäße Arbeitsweise nimmt eine Verkleinerung der tangentialen Komponente u,und der nach innen gerichteten radialen Komponente u_r vor, ohne dabei jedoch die Gesamtgeschwindigkeit der primären Drallströmung wesentlich zu verringern, so daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Partikel und Gas einen optimalen Wert erreichen kann. Dies wird dadurch erreicht, daß man in die ausgebildete primäre Drallströmung senkrecht bzw. radial oder entgegen ihrer Drehrichtung Sekundärgas einbläst, wobei Zwischenrichtungen möglich sind.

Im einzelnen ist die erfindungsgemäße Arbeitsweise in den F i g. 1 bis 3 schematisch dargestellt Die primäre Drallströmung ist durch Pfeile mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet während die ihr überlagerte Sekundärströmung durch Pfeile mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet ist. Die primäre Drallströmung 1, im Beispiel der F i g. 1 aufsteigend geführt, tritt durch ein Einlaufelement 12 unten in eine Reaktionskammer 10 ein und verläßt diese durch die oben angedeutete öffnung.

Bewirkt durch eine drallerzeugende Einrichtung in dem Einlaufelement 12 verläuft die primäre Drallströmung 1 auf einer grundsätzlich spiraligcn Bahn nach oben durch die Schüsse 16,11 und 15 der Reaktionskammer 10. Ohne die Sekundärströmung 2 würden die Partikelbahnen in der primären Drallströmung 1 etwa im Bereich des zylindrischen Wandabschnittes 11 die Wand der Reaktionskammer 10 berühren, zumindest soweit Partikel von mehr als 10 μηι Durchmesser darauf transportiert werden.

Dies wird verhindert durch die Sekundärströmung 2. Wie in F i g. 1 durch strichpunktierte Linien angedeutet, ist der zylindrische Wandabschnitt 11 durchlässig ausgebildet Die strichpunktierten Linien (vgl. Fig.2 und 3) können gleichzeitig den äußeren Umfang der primären Drallströmung 1 symbolisieren. Dieser primären Drallströmung 1 wird nun eine Sekundärströmung 2 überlagert deren Hauptrichtung annähernd entgegengesetzt der Richtung der Primärströmung 1 gerichtet ist (F i g. 2) bis senkrecht bzw. radial zu dieser (F i g. 3) (Grenzwerte).

Wie ersichtlich, erfolgt die Überlagerung der Sekundärströmung 2 über die Primärströmung 1 längs des Umfanges 11 der Primärströmung 1 gleichmäßig über den gesamten Umfang. Dies ist erforderlich, damit die Primärströmung 1 völlig symmetrisch bleibt, da jede Asymmetrie zu einem Wandkontakt der Primärströmung 1 bzw. der darin suspendierte Partikel führen kann. Je homogener also die Sekundärströmung 2 bei ihrer Überlagerung über die Primärströmung 1 ist, um so optimaler ist die Wirkung. ι ο

Aus F i g. 1 ist ferner ersichtlich, daß die Überlagerung der Sekundärströmung 2 über die Primärströmung 1 längs eines gesamten achsparalielen oder Höhenabschnittes der Reaktionskammer iö erfolgt. Auch hier ist wieder eine gleichmäßige Verteilung der Sekundärströmung 2 über die Höhe erwünscht, wenngleich die Gleichmäßigkeit oder Homogenität über die Höhe nicht so entscheidend ist wie über den Umfang.

Möglich ist auch eine Überlagerung nur längs eines Teilabschnittes des Höhenbereiches 11, da nach einmal erfolgter Abbremsung der Primärströmung an ihrem Umfangsbereich bzw. im Wandbereich eine gewisse Beharrung des eingestellten Strömungszustandes eintritt. Wichtig ist für dafür jedoch eine völlig symmetrische Ausbildung dieser Strömung.

Eine Führung der Primärströmung von oben nach unten entgegen der Darstellung in F i g. 1 kann zweckmäßig sein, wenn eine Entstauber nachgeschaltet werden soll.

Die Vorrichtung ist in näheren Einzelheiten in den F i g. 4 bis 7 dargestellt. Einander entsprechende Teile tragen darin Bezugszeichen mit den gleichen Einerziffern; dies gilt auch für die schon erläuterten F i g. 1 bis 3.

Die Reaktionskammer 40 in Fig.4 besteht im wesentlichen aus dem Einlaufelement 42 für die prima' e Drallströmung 1, einem konischen Übergang 46, einem zylindrischen Wandabschnitt 41 und einem Kopfabschnitt 45.

Das Einlaufelement 42 weist eine bekannte, drallerzeugende Einrichtung auf, beispielsweise bei axialer Zuströmung ein Schaufelelement mit Nabe, bei radialer Zuströmung entsprechend angeordnete Schaufeln, oder bei tangentialer Zuströmung mindestens drei vorzugsweise vier Tangential- bzw. Spiralstutzen.

Die Aufgabe des partikelförmigen Reaktionsteilnehmers erfolgt durch ein Zugaberohr 43 in der Achse der Reaktionskammer 40.

Der durchlässige zylindrische Wandabschnitt 41 ist in Form von Schaufeln bzw. Lamellen ausgebildet, welches achsparallel verlaufen und gegen die Tangeniialrichtüng etwas angestellt sind. Um den durchlässigen Wandabschnitt 41 herum ist ein Einlaufraum 44 angeordnet, der durch einen Mantel gebildet ist, in den zwei Einlaufstutzen 47 führen. Da bei dieser Ausführungsform der Überlagerung der Sekundärströmung 2, bei welcher die Sekundärströmung 2 etwa entgegengesetzt der Primärströmung 1 gerichtet ist, es schon in dem Einlaufraum 44 zweckmäßig ist, eine entsprechend gerichtete Strömung zu erzeugen, sind die Einlaufstutzen 47 tangential angebracht Hierdurch können Strömungsverluste vermieden werden.

In F i g. 6 ist eine Ausführungsform des zylindrischen durchlässigen Wandabschnittes in Form eines Schlitzbleches 61 dargestellt Die Schlitze in dem Schlitzblech 61 können wesentlich enger angeordnet werden als die Schaufeln 41 der Ausführungsform in Fig.5. Dadurch entsteht eine noch homogenere Sekundärströmung 2

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen bzw. gleichmäßigere Überlagerung der Primärströmung 1 durch die Sekundärströmung 2. Auch bei dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig, die Einlaufstutzen 67 tangential in den Einlaufraum 64 einmünden zu lassen, um Strömungsverluste möglichst zu vermeiden. In der Achse der Reaktionskammer 60 befindet sich hier wiederum das Rohr 63 für die Aufgabe des partikelförmigen Reaktionsteilnehmers. Der nächste konzentrisch zu dem Rohr 63 angeordnete Kreis zeigt das untere Ende des konischen Überganges entsprechend dem konischen Übergang 46 in F i g. 4.

F i g. 7 zeigt als weitere Variante für die Ausbildung des zylindrischen durchlässigen Wandabschnittes ein Lochblech 7i. Dieses Lochblech 7i ruft eine radiaie Richtung der Sekundärströmung 2 hervor, senkrecht zu der Primärströmung 1. Obwohl es bei dieser Ausführungsform nicht auf die Richtung der Einlaufstutzen 77 ankommt, sind diese der Einfachheit der Darstellung halber auch hier als Tantentialstutzen gezeichnet. Bei dieser Ausführungsform, wie auch bei einem Wandabschnitt aus porösem keramischem Material, genügt es jedoch, wenn in dem Druckraum 74 der notwendige Druck aufgebaut wird, um das Sekundärgas 2 durch den Wandabschnitt 71 in die Reaktionskammer 70 zu drücken. Die radiale Richtung der Sekundärströmung 2 stellt sich dabei von selbst ein. Das Bezugszeichen 73 zeigt auch hier das Rohr für die Aufnahme des partikelförmigen Reaktionsteilnehmers.

Ausführungsbeispiel:

In einem Reaktor, wie er in den Fig.4 und 5 dargestellt ist, mit einem zylindrischen Abschnitt von 0,4 m Durchmesser und 0,8 m Höhe wurden Kohlepartikel mit einer Größe bis zu 0,1 mm Durchmesser mit Wasserdampf unter folgenden Bedingungen umgesetzt:

Bei einer Reaktortemperatur von ca. 1000⁰C wurden ca. 200 kg Kohlenstoffpartikel pro Stunde bei einem Durchsatz an Primärgas (Wasserdampf) von 1200 m³/h zu Wassergas (Kohlenoxid und Wasserstoff) umgesetzt Durch die in den Fig.4 und 5 dargestellten, mit der Bezugszahl 41 bezeichneten Lamellen im zylindrischen Abschnitt des Reaktors wurden ca. 400 bis 600 mVh Sekundärgas (Wasserdampf) eingeleitet. Die Spaltweite im Einlaßbereich der Lamellen betrug 2 mm. Der Sekundärstrom wurde senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des die Partikel führenden Drallstromes eingeleitet, wie dies auch in Fig.5 zum Ausdruck kommt Unter diesen Bedingungen betrug die Verweilzeit etwa 0,1 bis 0,3 Sekunden. Diese Zeit war vollkommen ausreichend, um die Partikel der genannten Größe auf die angegebene Temperatur zu erhitzen und mit dem Reaktionsgas umzusetzen.

Messungen bestätigen, daß der angestrebte Effekt, nämlich die Tangentialkomponente des Primärstroms durch den Sekundärstrom im Wandbereich praktisch auf Null zu bremsen, erreicht wurde, so daß die eingegebenen Kohleteilchen ohne Wandberührung im Reaktor umgesetzt wurden. Der beschriebene Reaktor hatte 20 Lamellen.

Im Vergleich zu einer Verfahrensweise, die eine reine Drallströmung benutzt, wie sie z. B. in der DE-AS 10 71 056 beschrieben ist, besitzt die erfindungsgemäße Arbeitsweise den Vorteil, daß ein wesentlich höherer Durchsatz in einem kleineren Reaktor erzielbar ist, da die Wärmeaustauschprozesse nicht durch Wandreaktionen beeinträchtigt werden.

030213/239

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umsetzung eines Reaktionsteilnehmers in Partikelform mit einem gasförmigen Reaktionsteilnehmer, bei welchem der partikelförmige Reaktionsteilnehmer in einer Drallströmung in einem zylindrischen Reaktor geführt wird und ein Gas, das ganz oder teilweise aus gasförmigem Reaktionsteilnehmer bestehen kann, durch öffnungen in der Reaktorwand gleichmäßig !ängs deren gesamtem Umfang und gleichmäßig längs wenigstens eines axialen Abschnittes dieser Reaktorwand zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des die Partikel führenden Drallstromes (1) ein gasförmiger Sekundärstrom (2) eingeführt wird, der radial bis nanezu entgegengesetzt zur tangentialen Strömungskomponente des Drallstroms gerichtet ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Reaktionskammer mit zylindrischem Wandabschnitt, einer drallerzeugenden Einrichtung am Eintritt des Drallstromes und einer Zugabeeinrichtung für den partikelförmigen Reaktionsteilnehmer, gekennzeichnet durch achsparallel verlaufende Schaufel (41) oder Schlitzbleche (61) oder Lochbleche (71) oder poröse keramische Wandteile in dem zylindrischen Wandabschnitt (11; 41; 61; 71) der Reaktionskammer (10; 40; 60; 70) als Einlaufelemente für die Sekundärströmung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen die Reaktionskammer (10; 40; 60; 70) umgebenden Druck- bzw. Einlaufraum (14; 44; 64; 74). r,

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, gekennzeichnet durch eine tangentiale Einmündung der Einlaufstutzen (47; 67; 77) in den Druck- bzw. Einlaufraum (14; 44; 64; 74).

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