APPARATUS FOR THE TRANSFORMATION OF GASES WITH GASES OR SOLIDS INTO TEMPERATURE-SENSITIVE SOLIDS IN A FLUIDIZED BED

Abstract: 1. An apparatus for reacting a gas with a gas or a solid in fluidized-bed reactor to give a heat-sensitive solid, wherein a) the cylindrical fluidized-bed reactor (1) has a conical lower section (3) whose vertex angle is from 20 to 60 degrees, preferably from 30 to 50 degrees, and the gas is passed in, via a pipe system (4), with controlled flow rectification, b) the conical lower section (3) has a single-jet nozzle (5) in order to increase the velocity of the inflowing gas to 5-50 3/s, the ratio of the free cross-section area of the cylindrical reactor (1) to that of the single-jet nozzle (5) being from 500:1 to 20:1, preferably from 300:1 to 30:1, c) the single-jet nozzle (5) has a cut-off edge (6) for the stream of gas, behind which high turbulence occurs in the peripheral region of the lower section and prevents the deposition of solid particles, it being necessary to match the exact geometry of the nozzle (5) to the particular bulk material and the gas employed, and d) heat exchangers (7) are provided inside the upper section (2) of the cylindrical reactor in order to conduct away the heat of reaction or to keep the fluidized bed at a specific temperature.

Description: 'Vorrichtung zur Umsetzung von Gasen mit Gasen oder Fest stoffen zu temperaturempfindlichen Feststoffen ln-der Wirbelschicht Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umsetzung von Gasen mit Gasen oder Feststoffen zu tempe raturempfindlichen Feststoffen in einem Wirbelschicht reaktor. Die klassische Methode zur Ausbildung einer Wirbelschlcht ist die Verwendung eines zylindrischen Schachtes von gleichbleibendem Querschnitt, der nach unten durch einen Tragboden zur Gasverteilung abgeschlossen ist. Darüberhinaus sind Apparate bekannt, die sich nach oben konisch erweitern, in denen es möglich ist, wirbelnde Suspensionen stationär aufrecht zu erhalten, wobei auf Tragböden verzichtet werden kann. Nachteile bisheriger, sich konisch nach oben erweiternder Wirbelapparaturen sind zum einen die extreme Empfindlich keit auf Anderungen der Gasgeschwindigkeit sowie auf in homogene Gasgeschwindigkeitsverteilungen im Einlauf des Apparates, und zum anderen das Problem der Unterbringung von innenliegenden Wµrmeaustauschereinbauten. Laufen in der Wirbeischicht exotherme Umsetzungen ab und ist der Feststoff temperaturempfindlich oder hitzeschmel zend, so führen Zonen inhomogener Materialbewegungen zu sogenannten hot spots und damit zu Agglomeraten und schliesslich zum Zusammenbacken und Zusammenbruch der Wirbelschicnt. Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu entwickeln, die die chemische Umsetzung temperaturempfindlicher sowie hltzeschmelzender Produkte in der Wirbeischicht ermöglicht, wobei zum einen die Ausbildung eines stationkren Wirbelzustandes, zum anderen eine gleichmässige Temperaturverteilung und Regelung im gesamten Wirbelbett gewährleistet werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass a) der zylindrische Wirbelschichtreaktor ein konisches Unterteil'besitzt, dessen Offnungswinkel 20 bis 600, vorzugsweise 30 bis 50 beträgt, und die Einstellung des Gases über ein Rohrsystem mit gezielter Gleich richtung erfolgt, b) das konische Unterteil eine Einlochdüse besitzt, um die Einströmgeschwindigkeit des Gases in das konische Unterteil auf 5 bis 50 m/s anzuheben, wobei das Ver hältnis der freien Querschnittsflächen von zylindri schem Reaktor und der Einlochdüse zwischen 500:1 und 20:1, vorzugsweise zwischen 300:1 und 30: :1 liegt, c) die Einlochdüse eine Abrisskante für die Gasströmung aufweist, hinter der hohe Strömungsturbulenzen im Randbereich des Unterteils entstehen, welche Abla gerungen von Feststoffpartikeln verhindern, wobei die exakte Geometrie der Einlochdüse dem jeweiligen Schüttgut und dem Gas angepasst werden muR, und d) zur Abführung von Reaktionswärme bzw. zur Temperie rung der Wirbelschicht innenliegende Wärmeaustauscer im zylindrischen Reaktoroberteil angebracht sind. Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung gelingt es, das Reaktorunterteil mit einem homogenen, drallfreien Gasstrom konstanter Geschwindigkeit zu beaufschlagen, was zu einer gleichmässigen Durchwirbelung der Feststoffschüt tung und zu einer innigen Materialbewegung, verbunden mit hohem Stoff- und Wärmeaustausch, im gesamten Wirbelreaktor führt. Erst dadurch ist eine Steuerung des Reaktions- und Temperaturverlaufs über Wärmeaustauscher möglich, was bei temperaturempfindlichen oder hitze schmelzenden Produkten un verlässlich ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird bevorzugt zur Umset- zung von Gasen. mit Gasen oder Feststoffen eingesetzt und erweist sich dann als besonders vorteilhaft, wenn diese Umsetzung mit einer Wärmeentwicklung oder mit einem WErme- verbrauch verbunden ist und dabei ein vorgegebener'zeit- licher Temperaturverlauf in der Wirbelschicht gefordert wird. Im einzelnen dient die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Chlorierung von PVC und Polyethylen sowie zur Polymerisation von Ethylen und Propylen. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 den Querschnitt durch den gesamten Wirbelreaktor mit allen wesentlichen Bauteilen Figur 2 das Reaktorunterteil mit den Einbauten zur ge zielten Gasführung Das Trägergas gelangt über einen Gaseintrittsstutzen 8 in einen ringförmigen Strömungsquerschnitt 9, der sich nach unten konisch verjüngt. In einem Strömungsgleichrichter 10 werden vorhandene Rotations- und Drallströmungen des Gases unterdrückt. Zusammen mit der scharfen Umlenkung des Gases um 1800 in einem Spalt 11 wird ein homogenes Geschwindig keitsprofil des Gases in einem Einleitrohr 12 des Reaktorunterteils erzeugt. In einer EinlochdtRe 5 wird die Gaseinströmgeschwindig-- keit auf das notwendige Niveau angehoben, das zur Ausbil dung einer stabilen Wirbelschicht erforderlich ist. Die Düse 5 ist geometrisch so ausgebildet, dass sie eine Abrisskante 6 rnr die Gasströmung besitzt, um das Anlegen des Gases an die Reaktorwand 14 zu verhindern und Ablagerungen von Feststoffpartikeln im Düsenbereich 13 zu vermeiden. Dadurch werden Feststoffpfropfen und Materialtransport in Form von "StoBsendungen" verhindert. Zur Iemperaturfthruag und Reaktionssteuerung sind im zy- lindrischen Bereich des Reaktors 2 Wärmeaustauscher 7 untergebracht. In der errindungsgemassen Vorrichtung lassen sich Gase, wie Chlor, Ethylen u.a. mit Feststoffen wie Polyethylen und Polyvinylchlorid oder mit Gasen wie Ethylen umsetzen. Beispiel Chlorierung von Polyvinylchlorid Bei der Chlorierung von Polyvinylchloridpulver wird der Chlorgehalt des Polymeren um ca. 14 S angehoben, wobei pro Mol umgesetztes Chlor 27 kcal an Wärme freiwerden. Um die Reaktion mit technisch interessanter Reaktionsgeschwindig- keit abzuwickeln, müssen in der Wirbelschicht die Reak tionstemperaturen möglichst nahe am Feststofferweichungspunkt gehalten werden, ohne ihn zu erreichen, da sonst die Wirbelschicht zusammenbrechen würde. Diese Problematik stellt an die Homogenität und Stabili tät der Wirbelschicht höchste Anforderungen. Temperatur abweichungen innerhalb der Wirbelschicht um mehr als 20 fUhren zu hot spots, zu Agglomerationen und infolge man gelnder Wärmeabfuhr zu Produktzersetzungen und schliesslich zu autokatalytischer Verkohlung des Materials. Mit der erlindungsgemässen Vorrichtung gelingt es, den Chlorgehalt des PVC innerhalb von 3 Stunden von 56,8 auf 66 Gew.% anzuheben, wobei die Temperaturabweichungen innerhalb der gesamten Wirbelschicht weniger al8 1 0C -be- tragen. Die Stabilität des Wirbelzustandes wurde fiber eine Diffe- renzdruckerfassung kontrolliert und ein stabiles Pahren bestätigt. Die Chlorierungsreaktion setzt bei einer Temperatur von ca. 800C ein. Mit zunehmendem Chlorgehalt im PVC kann die Temperatur schrittweise bis auf etwa 115 C hochgefahren werden, wobei das Temperaturprogramm dem Verlauf des Erweichungspunktes des chlorierten PVC angepasst ist. Das Reaktionsgas wird dabei im Kreis gefahren, wobei in einem Fliehkraftabscheider mitgerissene Feststoffpartikel abgeschieden und in den Reaktor zurückgeführt werden. Die umgesetzte Chlormenge wird kontinuierlich durch Frischchlorzufuhr ersetzt, um eine konstante Chlor-Konzentration im Eintritt des Reaktors zu gewährleisten. Nach Erreichen des gewünschten Chlorgehalts von 65 % wird das Reaktionsgas so lange durch Stickstoff ersetzt, bis im austretenden Gas keine Salzsäure mehr nachgewiesen werden kann. Nach Abkühlen wird das Produkt der Apparatur entnom men. Es weist eine rein weisse Farbe auf und zeichnet sich durch Freiheit von dunkelgefärbten Zersetzungsprodukten aus. Es besitzt eine Vicatzahl von 1250 c und lässt sich nach Zusatz von Stabilisatoren zu Rohren extrudieren, die eine caramelfarbene Eigenfarbe besitzen.

Claims: Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Umsetzung von Gasen mit Gasen oder Feststoffen zu temperaturempfindlichen Feststoffen in einem Wirbelschlchtreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass a) der zylindrische Wirbelschichtreaktor (1) ein Ronisches Unterteil (3) besitzt, dessen Off- nungswiSkel 20 bis 600, vorzugsweise 30 bis 500 beträgt, und die Einleitung des Gases fieber ein Rohrsystem (4) mit gezielter Gasgleichrich- tung erfolgt, b) das konische Unterteil (3)'eine Einlochdüse (5) besitzt, um die Einströmgeschwindigkeit des Gases auf 5 bis 50 m/s anzuheben, wobei das Verhältnis der freien Querschnittflächen von zylindrischem Reaktor (1) und der Einlochdüse (5) zwischen 500:1 und 20: :1, vorzugsweise zwi schen 300:1 und 30:1 liegt, c) die Einlochdüse (5) eine Abrisskante (6) für die Gasströmung aufweist, hinter der hohe Strömungs turbulenzen im Randbereich des Unterteils ent stehen, welche Ablagerungen von Feststoffpar- tikeln verhindern, wobei die exakte Geometrie der Einlochdüse (5) dem jeweiligen Schüttgut und dem Gas angepasst werden muss, und d) zur Abführung von Reaktionswärme bzw. zur Tem perierung der Wirbelschicht innenliegende Wärme austauscher (7) im zylindrischen Reaktorober teil (2) angebracht sind. 2. Verwendung der Vorrichtung gemäss Anspruch 1 zur Chlorierung von PVC-Pulver in der Wirbelschicht, 3. Verwendung der Vorrichtung gemäss Anspruch 1 zur Chlorierung von Polyethylen in der Wirbelachicht. 4. Verwendung der Vorrichtung gemäss Anspruch 1 zur Polymerisation von Ethylen in der Wirbelschicht. 5. Verwendung der Vorrichtung gemäss Anspruch 1 zur Polymerisation von Propylen in der Wirbelschicht. Zeichn.

Inventors: BRONSTERT, KLAUS, DR., WELKER, SIEGFRIED, WERTHER, JOACHIM, DR.
Applicants: BASF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: B01J8
IPC codes: C08F10, B01J12, C08F2, C08F8, B01J8