Flüssig-Feed-Einspeisung in hochbeladenen Riser-Reaktoren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Flüssig-Feed-Einspeisung in Gas-Feststoff-Reaktoren stellt ein komplexes Dreiphasen-System dar, das zusätzlich einen Phasenübergang von flüssig zu gasförmig aufweist. Die industrielle Anwendung solcher Reaktionssysteme beruht bisher auf empirischen Erkenntnissen. Eine Beschreibung der auftretenden Phänomene sowie eine Modellvorstellung des Wärmetransportprozesses wurde bisher nur für blasenbildende Wirbelschichten entwickelt. Im Rahmen des Forschungsprogramms wurden deshalb grundlegende Untersuchungen zur Wechselwirkung von verdampfender Flüssigkeit und der Gas-Feststoff-Strömung in einer zirkulierenden Wirbelschicht durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Verdampfungsprozess durch axiale Stofftransportvorgänge dominiert wird. Die Leerrohrgasgeschwindigkeit und damit die Relativgeschwindigkeit von Flüssigkeitstropfen und Feststoff zeigten jedoch nur einen geringen Einfluss auf den Verdampfungsprozess. Eine Intensivierung der Wechselwirkung durch Erhöhung der Aufprallgeschwindigkeit von Partikeln auf das Spray erfolgte nicht. Die Vermutung, dass ein anderes Phänomen diesen Einfluss überlagert, konnte durch weitere Experimente bestätigt werden. Dazu wurden die Vorgänge in der Versuchsanlage in einem Modellexperiment nachgebildet und mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet. Dabei zeigte sich, dass der Mechanismus des Wärmetransports von der Art der eingedüsten Flüssigkeit, d.h. in großem Maße durch die Verdampfungsenthalpie bestimmt wird. Ethanol zeigte in Wechselwirkung mit heißem Feststoff ein Verhalten, das Ähnlichkeiten mit dem „Leidenfrost-Effekt“ aufweist. Wasser hingegen wechselwirkte mit heißem Feststoff über direkten Kontakt und direkten Wärmetransport. Wasser zeichnet sich in dieser Hinsicht durch eine intensivere Wechselwirkung mit dem heißen Feststoff aus. Diese durch Dampfexplosionen gekennzeichnete Wechselwirkung hat eine stark erosive Wirkung, wie in der Literatur beschrieben und auch durch eigene Experimente festgestellt wurde. Dies ist zu berücksichtigen wenn eine Verbesserung des Verdampfungsprozess dadurch angestrebt wird, die Flüssigkeit bis in die feststoffreiche Wandzone der zirkulierenden Wirbelschicht einzubringen. Die Eindringtiefe des Sprays in den Riser kann durch eine Impulsbilanz um den Tropfen hinreichend beschrieben werden. Somit können die Betriebsparameter der Düse berechnet werden, um die Flüssigkeit bis in die feststoffreiche Randzone zu bringen und den Verdampfungsprozess zu optimieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Ermittlung der Feststoffkonzentration in Mehrphasenreaktoren mittels Röntgen-CT. DGZfP-Jahrestagung, Fürth, 2007
Gehrke, S.; Wirth, K.-E.
- Evaporating liquid in a high-density riser. Partec Int. Congress on Particle Technology, Nürnberg, 2007
Gehrke, S.; Wirth, K.-E.
- Liquid Feed Injection in a High-Density Riser. Proceedings of the 12th International Conference on Fluidization, Vancouver, Canada, 2007
Gehrke, S.; Wirth, K.-E.
- Liquid Feed Injection in a high-density riser. Chemical Engineering & Technology, Vol. 31(11), 2008, pp.1701
Gehrke, S.; Wirth, K.-E.
- Riser flow pattern with liquid feed injection at elevated temperature. Proceedings of the 9th International Conference on Circulating Fluidized Beds, Hamburg, 2008
Gehrke, S.; Wirth, K.-E.
- Interaction phenomena between liquid droplets and hot particles captured via high-speed camera. Particuology, Vol. 7 (4), 2009, pp. 260
Gehrke, S.; Wirth, K.-E.
