DE69505264T2

DE69505264T2 - Wirbelschichtreaktor und verfahren zu dessen betrieb

Info

Publication number: DE69505264T2
Application number: DE69505264T
Authority: DE
Inventors: Timo Fin-48710 Karhula Hyppaenen
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Current assignee: Amec Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1994-08-17
Filing date: 1995-08-16
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2015-08-17
Also published as: EE03781B1; TW278122B; ES2125037T3; EE9700026A; EP0776442B1; IL114988A0; CZ47097A3; PL181189B1; WO1996005469A1; CN1156501A; US5533471A; PL318656A1; CZ291609B6; JP2854984B2; IL114988A; CA2197198A1; CA2197198C; CN1101533C; DE69505264D1; RU2122681C1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wirbelschichtreaktorsystem und ein Verfahren zum Betreiben des Wirbelschichtreaktors, wie sie im Oberbegriff der beigefügten unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 17 angeführt sind. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf den kontrollierten Betrieb eines zirkulierenden Wirbelschichtreaktors, der eine Menge Vorteile im Vergleich zu den Konstruktionen und Prozessen nach dem Stand der Technik aufweist. Die Erfindung wird stark vereinfacht mit dem Stand der Technik verglichen, ermöglicht aber dennoch eine genaue Temperaturregelung des Reaktors auf wirksame Weise, erhöht die Wärmeübertragungskapazität bei verschiedenen Belastungen und ist auch sonst vorteilhaft.
Zirkulierende Wirbelschichten, wie sie etwa im US-Patent 4,111,158 dargestellt sind, sind wohlbekannt. In zirkulierenden Wirbelschichtreaktoren wird Brennstoff in einer Wirbelschicht von Feststoffpartikeln zum Reagieren gebracht. Die Gasgeschwindigkeiten und Gaszuführungsraten werden derart geregelt, daß ein wesentlicher Teil der Feststoffpartikel vom Gas mitgerissen wird, das im Wirbelschichtreaktor aus einem unteren in einen oberen Bereich fließt. Für die Funktion der zirkulierenden Wirbelschicht ist es charakteristisch, daß die Mitführung von Feststoff so extensiv ist, daß falls jenes Material nicht zum Reaktor zurückgeführt wird, die Funktion der zirkulierenden Wirbelschicht nachteilig beeinflußt wird.
Im US-Patent 4,111,158 wird vorgeschlagen, daß die Temperatur und Funktion geregelt werden können, indem dem Zirkulationssystem Feststoff entnommen wird, der entnommene Feststoff durch Wirbelschicht-Wärmetauscher abgekühlt und der abgekühlte Feststoff dem Wirbelschichtreaktor anschließend rückgeführt wird. Der Feststoff wird aus der Bodennähe des Wirbelschichtreaktors über einen Kanal entnommen und fließt einem externen, mit Abstand angeordneten Wirbelschichtkühler zu, und nach Abkühlung des Feststoffs wird ein Teil desselben zurück zum Wirbelschichtreaktor geleitet. Solch eine Anordnung erfordert ein getrenntes System zur Beförderung des Feststoffs zwischen Wirbelschichtkühler und Wirbelschichtreaktor. Außerdem ist seine Regelbarkeit gering zum Beispiel wegen der langen Kanäle für den Transport des Feststoffs, welche langen Kanäle auch große Wärmeverluste erleiden. Solch ein System ist außerdem sehr kompliziert und teuer in Herstellung und Betrieb.
Ferner hat man vorgeschlagen, die Abkühlung des Feststoffs in einer Wirbelschicht neben dem Hauptreaktor zu arrangieren, zum Beispiel in einem Artikel in VORTEXTM FLUIDIZED BED TECHNOLOGY, ASME 1993, Fluidized Bed Combustion - Band 1, S. 197-205. Bei solch einer Anordnung kann es möglich sein, die thermischen Verluste und die Regelverzögerung der langen Verbindungskanäle zu verringern, es sind aber noch immer Mittel erforderlich, um den Feststoff dem Hauptreaktor zurückzuführen, wobei es sich in diesem Fall um einen getrennten Hebekanal handelt, der - um zu funktionieren - auch zusätzliche Energie erfordert. Der Feststoff wird vom Boden des Reaktors entnommen und die Rückführung von Feststoff zurück zum Reaktor erfolgt durch eine getrennte Hebekammer, die benutzt wird um zu verhindern, daß sich Fluidisierungsgas des Kühlers und Trägergas der Hebekammer miteinander vermischen. Auch die Regelung solch eines Systems ist schwierig; in die Hebekammer muß stets ein ausreichendes Feststoffvolumen eingeführt werden, oder sonst klappt die Beförderung nicht.
In den US-Patenten 4,893,426 und 4,823,740 sind verschiedene Annäherungsweisen zum Betreiben eines brodelnden Wirbelschichtreaktors dargestellt. Brodelnde Wirbelschichtreaktoren werden bei niedrigen Geschwindigkeiten betrieben, so daß im Gegensatz zu zirkulierenden Wirbelschichten eine deutliche Bettoberfläche gebildet wird. Das US-Patent 3,893,426 zeigt einen Wärmetauscher, der nebeneinanderliegende Wirbelschichten nutzt. Beide Betten haben ihr Fluidisierungsgas-Verteilungsgitter auf dem gleichen horizontalen Niveau. Im US-Patent 4,823,740 ist ein brodelnder Wirbelschichtreaktor dargestellt, wo der untere Teil des Reaktors mit Wärmeenergie- Rückgewinnungskammern versehen ist. Diese Kammern sind im wesentlichen auf dem gleichen Niveau mit dem Brodelbett angeordnet, um festes Material aufnehmen zu können, das über der Oberfläche des Brodelbetts nahe der das Brodelbett und die Rückgewinnungskammer voneinander trennenden Trennwand eintritt. Feststoff wird auf einem Niveau über dem Fluidisierungsgitter des Brodelbetts aus der Rückgewinnungskammer zum Brodelbett zurückgeführt.
Das US-Patent 5,060,599 zeigt einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor, der in einer Seitenwand des Reaktors ausgebildete Taschen aufweist zur Aufnahme des die Wand hinabfließenden Materials. Jede Tasche ist mit einer nach oben gerichteten Öffnung an einer Stelle versehen, wo die Dichte der Wirbelschicht erheblich niedriger ist als nahe am Reaktorboden. Regelung der Materialströmung wird erreicht, indem man das Material über die Kante der Tasche ablaufen läßt, oder Material über einen Kanal oder eine Öffnung im Boden der Tasche abgeleitet wird.
Im US-Patent 4,363292 ist ein System dargestellt, Wärmeübertragungsabschnitte auf dem Bodengitter eines Wirbelschichtreaktors anzuordnen. Bei diesem System gibt es auch über dem Gitter angeordnete Trennwände, um den unteren Bereich des Reaktors in mehrere Abschnitte aufzuteilen. Diese Anordnung ist ebenfalls dadurch begrenzt, daß sie eine ausreichende Menge von Wärmeübertragungsflächen im Wärmeübertragungsabschnitt, besonders für niedrige Belastungsverhältnisse, nicht zu bieten vermag. Bei diesen und anderen bekannten Systemen und Verfahren zum Betreiben von Wirbelschichtreaktoren gibt es Unzulänglichkeiten, die durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden.
EP 0 410 773 und EP 0 358 874 zeigen Wirbelschichtreaktoren, wo externe Wirbelschichtwärmetauscher oder Sekundärbettkammern mit ihren Feuerraumabschnitten verbunden sind. Heißes Material wird aus dem unteren Teil der Feuerräume durch Rohre in die Wärmetauscher oder Sekundärbetten abgeleitet. Gekühltes Feinmaterial wird mit Fluidisierungsgas aus den externen Kammern auf ein höheres Niveau in den Feuerräumen zurückgeführt. Grobmaterial wird durch Ablaufrohre aus den Systemen abgeleitet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Wirbelschichtreaktorsystem und ein Verfahren vorzusehen, die eine effiziente Temperaturregelung des Systems ermöglichen. Dieses Ziel wird mit einem Wirbelschichtsystem und einem Verfahren erreicht, die durch die im charakterisierenden Teil von Anspruch 1 und 17 gegebenen Merkmale gekennzeichnet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein System und ein Verfahren vorgesehen, die eine effiziente Temperaturregelung des Wirbelschichtreaktors ermöglichen und eine ausreichende Wärmeübertragungsfläche zur Abkühlung von Feststoff bieten. Der Erfindung zufolge ist es möglich, die Wärmeübertragungskapazität des Wirbelschichtreaktors bei verschiedenen Belastungen zu erhöhen und für wirksame und wirtschaftliche Behandlung des Feststoffs im Wirbelschichtreaktor zu sorgen. Die Wärmeüber tragungskapazität des Kühlers im Reaktorsystem ist im Vergleich zum Stand der Technik besser, wodurch effektiver Betrieb bei verschiedenen Belastungen ermöglicht wird. Und doch werden diese Ergebnisse der vorliegenden Erfindung zufolge auf einfache Weise erzielt.
Das Grundkonzept hinter der vorliegenden Erfindung besteht in der Nutzung von zwei verschiedenen Wirbelschichttechnologien und in der Montage von zwei verschiedenen Betten nebeneinander, um einen gegenseitigen Partikelaustausch zwischen den Betten zu ermöglichen, ohne daß Pumpen, Gebläse oder anderes mechanisches oder pneumatisches Gerät erforderlich ist, um den Partikelaustausch direkt zu bewirken.
Die Erfindung nutzt eine zirkulierende (schnelle) Wirbelschicht und eine brodelnde (langsame) Wirbelschicht. Die Betten sind nebeneinander mit ersten und zweiten Verbindungen dazwischen montiert, wobei typisch der Fluidisierungsgas- Anströmboden des Brodelbetts unter dem des zirkulierenden Betts liegt. Weil das Brodelbett durchgehend eine wesentlich konstante Dichte und eine klare Oberfläche hat, ist die erste Verbindung über dem Brodelbett angeordnet, so daß die Druck- und Dichteverhältnisse zwischen den Betten in einer Partikelströmung aus dem zirkulierenden Bett zum Brodelbett durch die erste Verbindung resultieren. Weil die mittlere Dichte im Brodelbett jedoch höher ist als die Dichte im zirkulierenden Bett, haben jedoch die Druck- und Dichteverhältnisse zufolge, daß die Partikel nach der Behandlung im Brodelbett (zum Beispiel nach Abkühlung) durch die zweite Verbindung zum zirkulierenden Bett zurückgeführt werden.
Man hat also überraschend herausgefunden, daß es möglich ist, unterschiedliche, in einem Wirbelschichtreaktorsystem herrschende Druckverhältnisse wirksam zu nutzen, um Material zwischen zwei Feststoff Wirbelschichten zu transportieren. Durch passende Anordnung der Kammern und Öffnungen, über die sie miteinander in Verbindung stehen, ist es möglich, die Funktion des Wirbelschichtreaktors derart aufrechtzuerhalten und zu regeln, daß eine wirksame Abkühlung von Feststoff auf sichere und zuverlässige Weise bei allen Betriebsbelastungen erreicht wird. Die vorliegende Erfindung verbindet betriebsmäßig eine zirkulierende Wirbelschicht mit einer langsamen Wirbelschicht, um diese Ergebnisse zu erreichen.
In einer zirkulierenden Feststoff Wirbelschicht wird Fluidisierungsgas durch ein Gitter im Boden der Reaktionskammer mit solch einer Geschwindigkeit eingeführt, daß ein beachtliches Feststoffvolumen vom Gas mitgeführt wird, das sich aus einem unteren Bereich der Reaktionskammer in einen oberen Bereich desselben bewegt. Ferner ist es für zirkulierende Betten charakteristisch, daß die mittlere Partikeldichte von einer Anfangsdichte der zirkulierenden Wirbelschicht in seinem unteren Bereich beginnend zum oberen Bereich der Reaktionskammer hin allmählich abnimmt, und daß es keine klare Oberfläche auf dem Bett gibt, sondern die Gas/Feststoff Suspension sich vielmehr nah oben hin allmählich verdünnt. In einer langsamen oder brodelnden Wirbelschicht gibt es dagegen eine klare Oberfläche, unter der die Partikeldichte im wesentlichen konstant und über der nur unbedeutende Feststoffmengen vorhanden sind; d. h. über der Oberfläche ist die Feststoffdichte im wesentlichen gleich Null. Dies ist auf die verhältnismäßig niedrige Durchflußrate des eingeführten Fluidisierungsgases zurückzuführen.
Gemäß der Erfindung ist die Dichte der langsamen Wirbelschicht typisch größer als die Anfangsdichte der zirkulierenden Wirbelschicht in seinem unteren Bereich. Diese Wirbelschichten bewirken Drücke, die durch Δp&sub1; = ρc g Δh oder den Druckgradienten Δp&sub1;/Δh für eine zirkulierende Wirbelschicht, und Δp&sub2; = ρs g Δh oder den Druckgradienten Δp&sub2;/Δh für eine langsame oder brodelnde Wirbelschicht bezeichnet werden können. In der langsamen Wirbelschicht sinkt die Dichte auf Höhe der Oberfläche der Wirbelschicht natürlich drastisch ab, womit der Druck Δp&sub2; oberhalb der Oberfläche der langsamen Wirbelschicht nicht ansteigt - diese Höhe wird als h&sub0; bezeichnet. Zum anderen - weil die mittlere Partikeldichte in der zirkulierenden Wirbelschicht zum oberen Bereich der Reaktionskammer hin allmählich abnimmt - gibt es in einer zirkulierenden Wirbelschicht keine solche dramatische Veränderung. Dies führt zu der Tatsache, daß an einer vertikalen Position unter der Oberfläche der langsamen Wirbelschicht, auf Höhe Δh&sub1;, die gleich oder kleiner als h&sub0; ist, der Druck der langsamen Wirbelschicht größer als der Druck der zirkulierenden Wirbelschicht ist, d. h. Δp&sub2; > Δp&sub1;. Und entsprechend ist an einer vertikalen Position oberhalb der Oberfläche der langsamen Wirbelschicht, auf Höhe Δhu, die größer als h&sub0; ist, der Druck der zirkulierenden Wirbelschicht größer als der Druck der langsamen Wirbelschicht, d. h. Δp&sub1; > Δp&sub2;.
Der Erfindung zufolge ist es möglich, einen Zirkulationsmechanismus oder eine Route für Feststoff von der zirkulierenden Wirbelschicht über eine langsame Wirbelschicht mit ausgedehnter Wärmeübertragungsfläche durch Nutzung der unterschiedlichen Druckverhältnisse der zirkulierenden Wirbelschicht und der langsamen oder brodelnden Wirbelschicht zu arrangieren. Durch zweckentsprechende Anordnung der Kammern und Öffnungen, über die sie miteinander in Verbindung stehen, ist es möglich, die Funktion des Wirbelschichtreaktors derart aufrechtzuerhalten und zu regeln, daß wirksame Abkühlung von Feststoff auf sichere und zuverlässige Weise bei allen Betriebsbelastungen, aber im besonderen auch unter niedrigen Belastungsverhältnissen, gewährleistet ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Wirbelschichtreaktorsystem vorgesehen, das folgende Elemente umfaßt: Eine Wirbelschicht-Reaktionskammer, die eine zirkulierende Wirbelschicht aufweist, mit einem ersten Gitter zur Einführung von Fluidisierungsgas in die zirkulierende Wirbelschicht. Eine brodelnde Wirbelschicht mit einem zweiten Gitter zur Einführung von Fluidisierungsgas dahinein. Das zweite Gitter ist an einer Position vertikal unterhalb des ersten Gitters montiert. Eine erste Verbindung zwischen der zirkulierenden Wirbelschicht und dem Brodelbett, die den Durchgang für Feststoff vom zirkulierenden Bett zum Brodelbett bildet, welche erste Verbindung oberhalb des ersten Gitters an einer ersten Position angeordnet ist. Und eine zweite Verbindung zwischen der zirkulierenden Wirbelschicht und dem Brodelbett, die den Durchgang für Feststoff vom Brodelbett zur Wirbelschicht bildet, welche zweite Verbindung unterhalb der ersten Verbindung aber auf dem Niveau des ersten Gitters oder darüber angeordnet ist. Dabei sind das zirkulierende Bett und das Brodelbett sowie die Verbindungen dazwischen in hinsicht aufeinander so angeordnet, daß durch die Druck- und Dichteverhältnisse innerhalb der Betten die treibende Kraft zustande gebracht wird, um die Partikelströmung vom zirkulierenden Bett zum Brodelbett durch die erste Verbindung und vom Brodelbett zum zirkulierenden Bett durch die zweite Verbindung [es kann andere, vorzugsweise nichtmechanische Durchflußregelmittel geben] zu regeln.
Typisch ist eine Kühlvorrichtung, wie z. B. ein indirekter Wärmetauscher, im Brodelbett zur Abkühlung des darin befindlichen Feststoffs vorgesehen. Ferner teilt eine Trenn wand das Brodelbett in eine erste und zweite Kammer, wobei die erste Kammer direkt mit der ersten Verbindung verbunden ist und die zweite Kammer direkt mit der zweiten Verbindung verbunden ist. Die Trennwand verhindert eine Kurzschlußströmung von Partikeln zwischen der ersten und zweiten Verbindung, so daß alle in das Brodelbett geleiteten Partikel abgekühlt werden.
Der Kühlmechanismus kann nur in der ersten Kammer, nur in der zweiten Kammer oder sowohl in der ersten als auch zweiten Kammer angeordnet sein. Die erste und zweite Kammer können jeder brauchbaren Größe sein, bevorzugt sollte aber die erste Kammer eine erste Querschnittsfläche und die zweite Kammer eine zweite Querschnittsfläche haben, die weniger als 50% (vorzugsweise weniger als 25%) von der ersten Querschnittsfläche ist. Vorzugsweise erstrecken sich die Wärmeübertragungsmittel im Brodelbett zumindest teilweise unter das erste Gitter.
Typisch hat die Reaktionskammer eine erste Seitenwand, die in einem Winkel größer als ungefähr 10 Grad zur Vertikalen angeordnet ist, und eine erste Verbindung umfaßt eine erste Öffnung in der Seitenwand, und die zweite Verbindung umfaßt eine zweite Öffnung in der Seitenwand zwischen der ersten Verbindung und dem ersten Gitter. Eine Feststoff Entnahmeleitung mit Ventil kann nahe am zweiten Gitter für selektive Entnahme von Feststoff aus dem Brodelbett vorgesehen sein. Auch ein Teil des zweiten Gitters kann unterhalb des ersten Gitters und horizontal überlappend zu ihm vorgesehen sein, so daß die zweite Verbindung in einer Unterbrechung des ersten Gitters angeordnet ist. Die Trennwand kann sich nur vertikal innerhalb des Brodelbetts, nur in einem Winkel von größer als ungefähr 20 Grad zur Vertikalen oder zuerst in einem Winkel und dann im wesentlichen vertikal erstrecken.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktorsystems vorgesehen, das eine Reaktionskammer mit einer ersten Wirbelschicht und eine Hilfskammer mit einer zweiten Wirbelschicht umfaßt. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte von: (a) Betreiben der ersten Wirbelschicht als schnelle, zirkulierende Wirbelschicht. (b) Betreiben der zweiten Wirbelschicht als langsame, brodelnde Wirbelschicht. (c) Veranlassung eines ersten Partikelstroms, von einer ersten Verbindungsposition innerhalb des ersten Betts in das zweite Bett im wesentlichen allein infolge der Druck- und Dichtedifferenzen zwischen den Betten an der ersten Verbindungsposition zu fließen. Und (d) Veranlassung eines zweiten Partikelstroms, von einer zweiten Verbindungsposition innerhalb des ersten Betts aus dem zweiten Bett in das erste Bett im wesentlichen allein infolge der Druck- und Dichtedifferenzen zwischen den Betten an der zweiten Verbindungsposition zu fließen.
Vorzugsweise gibt es noch den weiteren Schritt zur Abkühlung der Partikel im Brodelbett zwischen Schritt (c) und (d), wie etwa durch Leitung derselben (zum Beispiel durch Trennwände) so, daß sie einen indirekten Wärmetauscher oder einen ähnlichen Kühlmechanismus umfließen. Schritt (c) wird typisch an einer ersten vertikalen Position innerhalb des zirkulierenden Betts und Schritt (d) wird an einer zweiten vertikalen Position innerhalb des zirkulierenden Betts unterhalb der ersten Position durchgeführt, und die mittlere Dichte im Brodelbett ist größer als die Dichte im zirkulierenden Bett an der zweiten Verbindungsposition.
Typisch - wie oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurde - umfaßt die Reaktionskammer ein Gitter zur Einführung von Fluidisierungsluft in die zirkulierende Wirbelschicht, und Schritt (d) kann durchgeführt werden, um Feststoff vom Brodelbett in das zirkulierenden Bett an einem horizontalen Zwischenabschnitt des Gitters von unterhalb des Gitters einzuführen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die durch die Differenz zwischen dem zweiten und ersten vertikalen Druckgradienten und/oder Feststoff Dichteverteilungen erzeugte treibende Kraft vorteilhaft zur Beförderung von Feststoff aus der zweiten Wirbelschicht zur ersten an der zweiten Verbindungsposition genutzt werden, wenn der zweite vertikale Druckgradient größer als der erste Druckgradient auf dem Niveau der zweiten Verbindungsposition ist. Ferner kann in der zweiten Wirbelschicht die Übertragung von Wärme von Feststoff indirekt auf Wärmeträger, vorzugsweise Dampf oder Wasser, sicher und effizient stattfinden. Die zweite Wirbelschicht kann durch Verwendung eines Gases (zum Beispiel Stickstoff) fluidisiert werden, das für einen sicheren langfristigen Betrieb günstige Verhältnisse bewirkt, wodurch zum Beispiel durch Chlor verursachte gefährliche Verhältnisse vermieden werden können. Die durch die Differenz zwischen dem ersten und zweiten vertikalen Druckgradienten und/oder die Feststoff Dichteverteilung bewirkte treibende Kraft kann vorteilhaft zur Beförderung von Feststoff von der ersten Wirbelschicht zur zweiten an der ersten Verbindungsposition genutzt werden, wenn der erste vertikale Druckgradient größer als der zweite Druckgradient an der ersten Verbindungsposition ist. Dadurch fließt der Feststoff aus der ersten Wirbelschichtkammer in die zweite Wirbelschichtkammer.
Vorteilhafterweise ist es möglich, die zweite Feststoff Wirbelschicht bis unter das Gitter der ersten Wirbelschicht zu erstrecken und eine ausgedehnte Wärmeübertragungsfläche in der zweiten Feststoff Wirbelschicht in einem Bereich derselben unter dem ersten Gitter zur Übertragung von Wärme vom Feststoff auf einen Wärmeträger vorzusehen, indem die Förderbewegung des Feststoffs durch Nutzung im wesentlichen allein der treibenden Kraft zustande gebracht wird, die durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse in den Wirbelschichten erzeugt wird. Auf diese Weise ist es möglich, so viel Wärmeübertragungsfläche (und Volumen der zweiten Wirbelschicht) vorzusehen, wie für eine ausreichende Funktion des Prozesses erforderlich ist, wobei es noch immer möglich ist, Feststoff aus der ersten Wirbelschicht, sogar unter niedrigen Belastungsverhältnissen, einzuführen, wenn die Fluidisierung reduziert ist und nur eine kleine Feststoffmenge von Gas auf ein höheres Niveau mitgerissen wird. Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, die erste Verbindung an einer vertikalen Position anzuordnen, wo ein ausreichender Feststoffdurchsatz sogar unter niedrigen Belastungsverhältnissen aufrechterhalten werden kann. Und bei der Durchführung der Erfindung gibt es ferner keinen Bedarf, irgendwelche Trennwände innerhalb des ersten Wirbelschichtreaktors vorzusehen.
Die hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches aber dennoch wirksames Wirbelschichtreaktorssystem vorzusehen, das unter den unterschiedlichsten Verhältnissen wirksam arbeiten kann. Diese und andere Aufgaben der Erfindung gehen aus der ausführlichen Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Ansprüchen hervor.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Seite schematische Ansicht einer ersten beispielhaften Ausführungs form des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Teile des zirkulierenden Wirbelschichtreaktorgefäßes der Klarheit der Darstellung halber weggebrochen sind;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Partikeldichteverteilung in den Wirbelschichten des Systems von Fig. 1 zeigt; und
Fig. 3 bis 5 sind Ansichten wie jene von Fig. 1 mit dem Unterschied, daß sie unterschiedliche beispielhafte Ausführungsformen des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt hauptsächlich den unteren Teil eines zirkulierenden Wirbelschichtreaktors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Gefäß 10 dar. Die Einzelheiten des oberen Teils sind für die vorliegende Erfindung irrelevant und können nach dem Stand der Technik konstruiert sein. Der obere Teil umfaßt jedoch einen Gasabzug 11 im oberen Teil des Gefäßes 10, einen Partikel-(zum Beispiel Zyklon-)Abscheider 12 und einen Rückführkanal 13 zur Rückführung von durch den Abscheider 12 abgeschiedenen Partikeln zum unteren Teil des Gefäßes 10. Produkt- oder Abgas (zum Beispiel aus Vergasung oder Verbrennung) verläßt den Abscheider 12 in Leitung 14.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine erste Feststoff Wirbelschicht 110 in einer Reaktionskammer 112 innerhalb des Gefäßes 10 vorgesehen, das ein Gitter 114 zur Einführung von Fluidisierungsgas in die erste Feststoff Wirbelschicht 110 aufweist. Die erste Wirbelschicht 110 wird so betrieben, daß sie eine zirkulierende Wirbelschicht ist, d. h. der Betrieb erfolgt solcherart, daß ein beachtliches Volumen von Feststoffpartikeln von Gas, das sich aufwärts in der Reaktionskammer 112 bewegt, mitgeführt und über Leitung 13 zurückgeführt wird.
Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist die erste Feststoff Wirbelschicht 110 durch eine Seitenwand 118 von einer zweiten Feststoff Wirbelschicht 116 getrennt, die ein zweites Gitter 120 zur Einführung von Fluidisierungsgas hat. Die zweite Feststoff- Wirbelschicht 116 wird als brodelnde Wirbelschicht betrieben und erhält Feststoff von der ersten Wirbelschicht über eine Öffnung 122 in der Wand 118. Die Seitenwand 118 ist als eine Wand des Gefäßes 10 dargestellt und weist einen Winkel größer als ungefähr 10 Grad zur Vertikalen auf.
Die erste, d. h. schnelle oder zirkulierende Wirbelschicht 110 wird so betrieben, daß sie eine erste vorbestimmte vertikale Druckgradient-Verteilung (Δp&sub1;/Δh) im Bett aus fluidisiertem Feststoff 110 bewirkt. Und die zweite, d. h. langsame oder brodelnde Wirbelschicht 116 wird so betrieben, daß sie eine vorbestimmte zweite vertikale Druckgradient-Verteilung (Δp&sub2;/Δh) ergibt. Die Öffnung oder Öffnungen 122 (hier der Klarheit der Darstellung halber nur als eine Öffnung dargestellt) ist/sind erfindungsgemäß auf solch einem Niveau angeordnet, daß der Feststoff von der ersten Wirbelschicht 110 zur zweiten Wirbelschicht 116 im wesentlichen allein durch die treibende Kraft transportiert wird, die durch einen größeren Druckgradienten (Δp&sub1;/Δh) der zirkulierenden Wirbelschicht 110 auf Höhe der Öffnung 122 im Vergleich zum Bett 116 an jener Position erzeugt wird.
In der zweiten Wirbelschicht 116 sind zumindest zwei Kammern 124, 126 vorgesehen, die eine Einlaßkammer 124 zur Beförderung von Feststoff in der zweiten Wirbelschicht 116 aus Feststoff abwärts in seinen unteren Bereich, und eine Auslaßkammer 126 zur Beförderung des Feststoffs aufwärts auf ein Niveau oberhalb des ersten Gitters 114 umfaßt. Die Öffnung 122 ist im oberen Bereich der Einlaßkammer 124 vorgesehen und verbindet die Einlaßkammer 124 mit der zirkulierenden Wirbelschicht 110. Bei dieser Ausführungsform sind Wärmeübertragungsflächen 128 lediglich in der Einlaßkammer 124 angeordnet, und die Querschnittsfläche der Einlaßkammer 124 ist viel größer als die Querschnittsfläche der Auslaßkammer 126. Vorzugsweise ist die Strömungsquerschnittsfläche in der Auslaßkammer 126 < 50% der Strömungsquerschnittsfläche in der Einlaßkammer 124. Wunschgemäß ist die Strömungsquerschnittsfläche der Auslaßkammer 126 < 30% oder < 25% der Gesamt- Strömungsquerschnittsfläche der zweiten Wirbelschicht 116.
In der zweiten Wirbelschicht 116 ist eine Trennwand 130 vorgesehen zur Verbesserung der Abwärtsbewegung des Feststoffs in der Einlaßkammer 124 der zweiten Wirbelschicht 116 und der Aufwärtsbewegung in der Auslaßkammer 126. Diese Trennwand 130 muß zumindest für gewünschte Bewegung des Feststoffs in der zweiten Wirbelschicht 116 sorgen, so daß die gewünschte Wärmeübergangsleistung erreicht wird und kein bedeutendes Feststoffvolumen direkt (d. h. kurzschlußartig) von der Öffnung 122 zur Auslaßöffnung 132 in der gemeinsamen Wand 118 der Auslaßkammer 126 befördert wird. Wo die ordnungsgemäße Funktion der zweiten Wirbelschicht 116 durch Regelung der Fluidisierungsrate und des Volumens durch das Gitter 120 erreicht wird, kann die Trennwand 130 erheblich kürzer sein, d. h. sie reicht nicht so nah bis an das zweite Gitter 120 wie in Fig. 1 dargestellt. Die Wand 130 ist im wesentlichen völlig vertikal und hat nur einen kleinen gebogenen oder gekrümmten Abschnitt am Übergang zur Wand 118.
Der Erfindung zufolge ist es möglich, den Feststoff über folgende Route zirkulieren zu lassen: zirkulierende Wirbelschicht 110 - Einlaßkammer 124 der brodelnden Wirbelschicht 116 - Auslaßkammer 126 der brodelnden Wirbelschicht - und zurück zur zirkulierenden Wirbelschicht 110 auf eine Weise, die es möglich macht, die gesamte Fläche der Wärmeübertragungsfläche 128 in der zweiten Wirbelschicht wirksam zu nutzen, wodurch auf eine getrennte Fördervorrichtung zur Erleichterung der Bewegung des Feststoffs verzichtet werden kann. Ferner ist es möglich, gleichzeitig genug Wärmeübertragungsfläche in der zweiten Wirbelschicht 116 zu haben, wobei genug Material aus der zirkulierenden Wirbelschicht 110 sogar unter niedrigen Belastungsverhältnissen infolge der wesentlich niedrigen vertikalen Position von Öffnung 122 in der gemeinsamen Wand 118 einfließt, um eine einfache und kostengünstige Feststoffzirkulation zu erreichen.
Die Wärmeübertragungsfläche 128 umfaßt ein Kühlorgan, wodurch ein Kühlmittel (zum Beispiel Dampft oder Wasser) zirkuliert, um die Partikel in Bett 116 abzukühlen. Wahlweise kann auch jeder andere konventionelle Kühler und jede mit einer Turbine, einem Prozeßdampferzeuger oder dergleichen betrieblich verbundene Fluidströmung dazu benutzt werden, die aus Feststoff im langsamen Bett 116 zurückgewonnene Wärmeenergie zu verwerten.
Die erste Wirbelschicht 110 und die zweite Wirbelschicht 116 werden derart betrieben, daß die vertikalen Feststoff Dichteverteilungen in den Betten die Bewegung des Feststoffs ergeben. Diese Verteilung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Referenz B stellt die Dichteverteilung der zweiten Wirbelschicht 116 dar, und C stellt die Dichteverteilung des ersten Betts 110 dar. Über einem bestimmten Niveau h&sub0; ist die Dichte der ersten Wirbelschicht 110 größer als die Dichte in der zweiten Wirbelschicht 116 auf Höhe Δhu, was eine Druckdifferenz Δp&sub1; = ρc g Δh ergibt. In der zirkulierenden Feststoff Wirbelschicht 110 (Kurve C) wird Fluidisierungsgas durch das Gitter 114 im Boden von Reaktionskammer 112 mit solch einer Rate eingeführt, daß ein beachtliches Feststoffvolumen von Gas mitgerissen wird, das vom unteren Bereich der Reaktionskammer 112 zum oberen Bereich derselben fließt. Auch die mittlere Partikeldichte in der zirkulierenden Wirbelschicht 110 nimmt zum oberen Bereich der Reaktionskammer 112 hin allmählich ab, beginnend mit einer Anfangsdichte der zirkulierenden Wirbelschicht 110 in seinem unteren Bereich, wie durch Kurve C in Fig. 2 dargestellt ist. Wie ferner aus Fig. 2 hervorgeht, gibt es keine deutliche Oberfläche des Betts 110, sondern die Gas/Feststoff Suspension verdünnt sich allmählich nach oben hin.
Fig. 2 zeigt zum anderen auch, daß es in einer langsamen oder brodelnden Wirbelschicht 116 eine deutliche Oberfläche gibt, unter der die Partikeldichte wesentlich konstant ist, Höhe Δh&sub1;, und über der nur unbedeutende Feststoffmengen vorhanden sind; d. h. über der Oberfläche ist die Feststoffdichte im wesentlichen gleich Null, wie in Fig. 2 durch Kurve B dargestellt ist. Die Dichte der langsamen Wirbelschicht 116 wird derart geregelt, daß sie größer als die Anfangsdichte der zirkulierenden Wirbelschicht in ihrem unteren Bereich auf Höhe Δh&sub1; (d. h. bei Gitter 114) ist. Diese Wirbelschichten bewirken Drücke, die durch Δp&sub1; = ρc g Δh oder den Druckgradienten Δp&sub1;/Δh für die zirkulierende Wirbelschicht 110 und Δp&sub2; = ρB g Δh oder den Druckgradienten Δp&sub2;/Δh für die langsame oder brodelnde Wirbelschicht 116 beschrieben werden können. In der langsamen Wirbelschicht 116 sinkt die Dichte auf Höhe der Oberfläche der Wirbelschicht 116 natürlich dramatisch ab, wodurch der Druck Δp&sub2; oberhalb der Oberfläche der langsamen Wirbelschicht nicht ansteigen wird. [Diese Höhe ist h&sub0;.] Zum anderen, weil die mittlere Partikeldichte in der zirkulierenden Wirbelschicht 110 zum oberen Bereich der Reaktionskammer 112 hin allmählich abnimmt, gibt es in der zirkulierenden Wirbelschicht 110 keine dramatische Veränderung. Dies führt zu der Tatsache, daß an vertikale Positionen auf gleicher Höhe oder unterhalb der Oberfläche der langsamen Wirbelschicht 116, wo die Höhe Δh gleich oder weniger als h&sub0; ist, ist der Druck der langsamen Wirbelschicht 116 größer als der Druck der zirkulierenden Wirbelschicht 110, d. h. Δp&sub2; > Δp&sub1;. Und entsprechend an vertikalen Positionen oberhalb der Oberfläche der langsamen Wirbelschicht 116, wo die Höhe Δhu größer als h&sub0; ist, ist der Druck der zirkulierenden Wirbelschicht 110 größer als der Druck der langsamen Wirbelschicht 116, d. h. Δp&sub1; > Δp&sub2;. Dies ergibt die gewünschte Bewegung des Feststoffs gemäß der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist die Öffnung 122 in der gemeinsamen Wand 118 auf solche Weise angeordnet, daß die untere Kante der Öffnung 122 eine Position h&sub0; hat. Dies bewirkt die Bewegung des Feststoffs von der ersten Feststoff-Wirbelschicht 110 zur zweiten Wirbelschicht 116 in einem Bereich oberhalb der Position h&sub0;, wo der Feststoff in das Bett 116 auf einer Höhe unterhalb der Position h&sub0; fällt. Und wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist die Feststoffdichte des zweiten Betts 116 unter jener Position viel größer als in der ersten Wirbelschicht, so daß der Druck an dieser Position Δpa = ρs g Δh sein wird. Die Öffnung 122 kann jedoch auch so angeordnet sein, daß die untere Kante der Öffnung 122 eine Position hin oberhalb der Höhe h&sub0; einnimmt, wie zum Beispiel in Fig. 5 dargestellt ist.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, erstreckt sich die zweite Wirbelschicht 116 auf ein niedrigeres Vertikalniveau als das Niveau des ersten Gitters 114 der ersten Wirbelschicht 110. Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, daß es möglich ist, das erforderte Feststoffvolumen für die zweite Wirbelschicht 116 und somit die erforderte Menge an Wärmeübertragungsfläche darin vorzusehen, indem die zweite Wirbelschicht 116 auf ein niedrigeres Vertikalniveau als das Niveau des ersten Gitters 114 der ersten Wirbelschicht 110 erstreckt wird. Auf diese Weise kann die Öffnung 122 auf einem Niveau angeordnet werden, das die Funktionsfähigkeit sogar unter niedrigen Belastungsverhältnissen gewährleistet; das heißt an einer Stelle, wo es eine beachtliche Feststoffströmung sogar unter niedrigen Belastungsverhältnissen gibt, wenn die Mitführung von Feststoff nach oben schwach ist. Und durch Regelung der Verhältnisse, die eine gewünschte Druckdifferenz ergeben (Δp&sub2; - Δp&sub1;) ist es möglich, für Bewegung des Feststoffs über die Route Wirbelschicht 110 - Einlaßbereich 124 der brodelnden Wirbelschicht 116 - Auslaßbereich 126 der brodelnden Wirbelschicht - und zirkulierende Wirbelschicht 110 zu sorgen. Diese Druckdifferenz kann zur Übertragung von Feststoff über die Route in der sich nach unten erstreckenden zweiten Wirbelschicht 116 genutzt werden.
Der Auslaßbereich 126, bei der Ausführungsform von Fig. 1 ohne Wärmeübertragungsfläche, kann als schmaler Schlitz zwischen Trennwand 130 und Wand 131 des Gefäßes 129 ausgebildet sein, das die zweite Feststoff Wirbelschicht 116 einschließt. Der Schlitz 126 kann der gleichen Breite wie die Wand 131 sein oder lediglich einen Teil der Wand 131 bedecken, und vorzugsweise ist die Trennwand 130 der gleichen Breite wie der Auslaßbereich 126. Es ist auch möglich, den Auslaßbereich 126 in Form eines Rohrs oder einer ähnlichen Konstruktion innerhalb der Kammer zu arrangieren, wobei das eine Ende mit der ersten Wirbelschicht 110 verbunden ist und das andere Ende mit dem unteren Bereich der zweiten Wirbelschicht 116 in Verbindung steht.
Im Betrieb des Wirbelschichtreaktors kann es auch notwendig sein, gröbere Partikel aus dem System zu entfernen. Dieses wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß die zweite Wirbelschicht 116 mit einem regelbaren Auslaß 134 mit Ventil versehen wird. Somit kann die Wärme des abzuleitenden Feststoffs durch Wärmeübertragungsflächen 128 zurückgewonnen werden, bevor er aus dem Prozeß ableitet wird.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Sie ist der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ähnlich mit dem Unterschied, daß die zweite Feststoff Wirbelschicht 116 unterschiedlich aufgebaut ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Einlaßbereich 124 so gestaltet, daß er eine schmalere Strömungsquerschnittsfläche als der Auslaßbereich 126 hat. Folglich sind die Wärmeübertragungsflächen 128 im Auslaßbereich 126 vorgesehen. Eine Trennwand 130 teilt das Bett 116 in den Einlaß- und Auslaßbereich 124 bzw. 126. Bei dieser Ausführungsform befindet sich die Trennwand 130 hoch über dem Gitter 120, und weist vorzugsweise einen Winkel von mehr als 20 Grad zur Vertikalen. Die Trennwand 130 leitet die Feststoffströmung so, daß die gewünschte Abkühlung des Feststoffs im Auslaßbereich 126 erreicht wird.
In Fig. 4 ist eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Sie ist ähnlich zu jenen in Fig. 1 und 3 mit dem Unterschied, daß die zweite Feststoff-Wirbelschicht 116 unterschiedlich aufgebaut ist. Bei dieser Ausfüh rungsform sind der Einlaßbereich 124 und Auslaßbereich 126 so gestaltet, daß sie im wesentlichen gleich große Strömungsquerschnittsflächen haben. Somit sind Wärmeübertragungsflächen 128 in den beiden Bereichen 124, 126 vorgesehen. Eine Trennwand 130, die sich in einem Winkel von mehr als 20 Grad zur Vertikalen und dann im wesentlichen völlig vertikal erstreckt, teilt das Bett 116 in einen Einlaß- und Auslaßbereich 124 bzw. 126. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich die Trennwand 130 bis auf ein Niveau unterhalb der Wärmetauschflächen 128 auf eine Weise, die erzwungene Strömung des Feststoffs ergibt, um die gewünschte Abkühlung des Feststoffs sowohl in Kammer 124 als auch 126 zu erreichen.
In Fig. 5 ist eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Sie ist der in Fig. 1 dargestellten ähnlich mit dem Unterschied, daß die zweite Feststoff Wirbelschicht 116 und das Gitter 114 unterschiedlich gestaltet sind. Bei dieser Ausführungsform schließt der Einlaßbereich 124 im wesentlichen das ganze Volumen des Betts 116 ein, und der Auslaßbereich 126 ist außerhalb der Kammerwand 131 gebildet. Bei dieser Ausführungsform sind die Wärmeübertragungsflächen 128 in Kammer 124 des Einlaßbereichs vorgesehen. Ein Kanal 126 verbindet die zweite Wirbelschicht 116 mit der ersten Wirbelschicht 110 und mündet in das Bett 116 ungefähr auf dem Niveau des Gitters 114.
Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und vorgeschlagene Modifikationen beschrieben worden sind, sollte es sich verstehen, daß andere Modifikationen an Konstruktion und Anordnung der beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden könnten, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der im einzelnen durch die folgenden Ansprüche festgelegt ist. So kann die Erfindung zum Beispiel auf verschiedene Reaktionen oder Einsatzfälle von Wirbelschichtreaktoren angewandt werden. Ferner läßt sich die Erfindung sowohl auf atmosphärische als auch überatmosphärische - (d. h. druckbeaufschlagte, wie z. B. im US-Patent 4,869,207 dargestellte) Systeme anwenden. Die Kompaktheit des erfindungsgemäßen Systems bedeutet eine enorme Platzeinsparung und geringere Anlagenanforderungen als der Stand der Technik.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit dem beschrieben wurde, was man derzeit für die praktischste und bevorzugteste Ausführungsform hält, soll es verstanden werden, daß die Erfindung nicht auf die dargestellte Ausführungsform begrenzt werden soll, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen einschließen soll, die vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche erfaßt werden.

Claims

1. Wirbelschichtreaktorsystem umfassend:

eine Wirbelschicht-Reaktionskammer (112), die eine zirkulierende Wirbelschicht (110) mit einem ersten Gitter (114) aufweist zur Einführung von Fluidisierungsgas in die zirkulierende Wirbelschicht;

eine brodelnde Wirbelschicht (116) mit einem zweiten Gitter (120) zur Einführung von Fluidisierungsgas dahinein;

welches zweite Gitter (120) an einer Position vertikal unterhalb des ersten Gitters (114) montiert ist;

eine erste Verbindung (122) zwischen der zirkulierenden Wirbelschicht und dem Brodelbett, die den Durchfluß von Feststoff vom zirkulierendem Bett zum Brodelbett ermöglicht, welche erste Verbindung (122) über dem ersten Gitter an einer ersten Position angeordnet ist;

und eine zweite Verbindung (132) zwischen der zirkulierenden Wirbelschicht und dem Brodelbett, die den Durchfluß von Feststoff vom Brodelbett zur Wirbelschicht ermöglicht, welche zweite Verbindung auf dem Niveau des ersten Gitters (114) oder darüber vorgesehen ist; und

im Brodelbett (116) angeordnete Feststoffkühlmittel (128) zur Abkühlung des Feststoffs darin sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die zweite Verbindung (132) unterhalb der ersten Verbindung (122) angeordnet ist,

- eine im Brodelbett (116) angeordnete Trennwand (130) das Brodelbett in eine erste und zweite Kammer (124, 126) teilt, welche erste Kammer (124) direkt mit der ersten Verbindung (122) verbunden ist, und die zweite Kammer (126) direkt mit der zweiten Verbindung (132) verbunden ist, welche Trennwand eine Kurzschlußströmung von Partikeln zwischen der ersten und zweiten Verbindung verhindert,

- wobei die zirkulierende Bett und das Brodelbett (110 bzw. 116) in hinsicht aufeinander derart betrieben werden, daß die Druck- und Dichteverhältnisse innerhalb der Betten die treibende Kraft bewirken zur Regelung der Partikelströmung vom zirkulierenden Bett zum Brodelbett durch die erste Verbindung und vom Brodelbett zum zirkulierenden Bett durch die zweite Verbindung.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (124) eine erste Querschnittsfläche hat und die zweite Kammer (126) eine zweite Querschnittsfläche hat, die weniger als 50% von der ersten Querschnittsfläche ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel (128) nur in der ersten Kammer (124) angeordnet sind.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel (128) sowohl in der ersten als auch der zweiten Kammer (124, 126) angeordnet sind.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel (128) nur in der zweiten Kammer (126) angeordnet sind.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (112) eine erste Seitenwand (118) hat und die erste Verbindung (122) eine erste Öffnung in der ersten Seitenwand umfaßt und daß die zweite Verbindung (132) eine zweite Öffnung in der ersten Seitenwand umfaßt.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Seitenwand (118) in einem Winkel von mehr als ungefähr 10 Grad gegenüber der Vertikalen angeordnet ist und daß die zweite Verbindung (132) horizontal zwischen der ersten Verbindung (122) und dem ersten Gitter (114) angeordnet ist.

8. System nach Anspruch 1, des weiteren umfassend eine Feststoff Entnahmeleitung (134) mit Ventil nahe am zweiten Gitter (120) zur selektiven Entnahme von Feststoff aus dem Brodelbett (116) nach Abkühlung durch die Feststoff Kühlmittel (128).

9. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zweiten Gitters (120) unterhalb des ersten Gitters (114) horizontal überlappend angeordnet ist, welche zweite Querschnittsfläche weniger als 25% von der ersten Querschnittsfläche ist, und die zweite Verbindung in einer Unterbrechung des ersten Gitters angeordnet ist.

10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel (128) einen indirekten Wärmetauscher umfassen.

11. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwand (130) im wesentlichen nur vertikal innerhalb des Brodelbetts (116) erstreckt.

12. System nach Anspruch 6, des weiteren umfassend eine Trennwand (130), die das Brodelbett in eine erste und zweite Kammer teilt, welche erste Kammer (124) direkt mit der ersten Verbindung (122) verbunden ist, und die zweite Kammer (126) direkt mit der zweiter Verbindung (132) verbunden ist, welche Trennwand eine Kurzschlußströmung von Partikeln zwischen der ersten und zweiten Verbindung verhindert.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwand von der ersten Seitenwand im wesentlichen nur in einem Winkel von mehr als ungefähr 20 Grad zur Vertikalen innerhalb des Brodelbetts erstreckt.

14. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwand von der ersten Seitenwand zuerst in einem Winkel von mehr als ungefähr 20 Grad zur Vertikalen und dann im wesentlichen völlig vertikal innerhalb des Brodelbetts erstreckt.

15. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwand von der ersten Seitenwand von einer Position unmittelbar über der zweiten Öffnung erstreckt und sich im wesentlichen völlig vertikal innerhalb des Brodelbetts erstreckt.

16. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel (128) zumindest teilweise unter dem Niveau des ersten Gitters (114) angeordnet sind.

17. Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktorsystems nach Anspruch 1, das folgende Schritte umfaßt:

(a) Betreiben der ersten Wirbelschicht (110) als schnelle, zirkulierende Wirbelschicht;

(b) Betreiben der zweiten Wirbelschicht (116) als langsame, brodelnde Wirbelschicht;

(c) Veranlassung eines ersten Partikelstroms, von der Position der ersten Verbindung (122) innerhalb des ersten Betts zum zweiten Bett zu fließen; und

(d) Veranlassung eines zweiten Partikelstroms, von der Position der zweiten Verbindung (122) innerhalb des ersten Betts vom zweiten Bett zum ersten Bett zu fließen, welches Verfahren des weiteren folgendes umfaßt:

- Betreiben des ersten und zweiten Betts auf solche Weise, daß der erste und zweite Partikelstrom infolge der Druck- und Dichtedifferenzen zwischen den Betten an der ersten Verbindungsposition und der zweiten Verbindungsposition fließen,

- einen Schritt zur Abkühlung der Partikel im Brodelbett zwischen Schritt (c) und (d), und

- als weiteren Schritt (e) die erzwungene Leitung der Partikelströme von der ersten Verbindung (122) durch das Brodelbett zur zweiten Verbindung (132), so daß im wesentlichen alle Partikel abgekühlt werden, solange sie im Brodelbett sind, indem im Brodelbett eine Trennwand (130) vorgesehen ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (c) an einer ersten vertikalen Position innerhalb des zirkulierenden Betts durchgeführt wird und daß Schritt (d) an einer zweiten vertikalen Position innerhalb des zirkulierenden Betts unter der ersten Position durchgeführt wird; und daß alle Schritte (a) bis (d) auf solche Weise durchgeführt werden, daß die mittlere Dichte im Brodelbett größer als die Dichte des zirkulierenden Betts an der zweiten Verbindung ist.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer ein Gitter (114) zur Einführung von Fluidisierungsluft in die zirkulierende Wirbelschicht umfaßt; und daß Schritt (d) durchgeführt wird, um Feststoff aus dem Brodelbett (116) in das zirkulierende Bett (110) an einem horizontalen Zwischenabschnitt des Gitters von unterhalb des Gitters einzuführen.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer ein Gitter zur Einführung von Fluidisierungsluft in die zirkulierende Wirbelschicht um faßt; und daß Schritt (d) durchgeführt wird, um Feststoff aus Brodelbett in das zirkulierende Bett an einem horizontalen Zwischenabschnitt des Gitters von unterhalb des Gitters einzuführen.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (c) an einer ersten vertikalen Position innerhalb des zirkulierenden Betts durchgeführt wird, und daß Schritt (d) an einer zweiten vertikalen Position innerhalb des zirkulierenden Betts unter der ersten Position durchgeführt wird.