DE2420640A1

DE2420640A1 - Wirbelbettverfahren zur durchfuehrung von endothermen chemischen und/oder physikalischen prozessen

Info

Publication number: DE2420640A1
Application number: DE2420640A
Authority: DE
Inventors: Ingvar Anton Olof Edenwall; Douglas Sewerin Ekman; Hans Ivar Elvander; Karl Goeran Goerling
Original assignee: Boliden AB
Current assignee: Boliden AB
Priority date: 1973-04-30
Filing date: 1974-04-27
Publication date: 1974-11-21
Also published as: DE2420579A1; FR2227047B1; GB1473509A; BE814392A; CA1017127A; LU69955A1; DE2420579B2; DE2420579C3; GB1461519A; NL7405696A; BE814393A; US3948640A; FR2308411B1; FR2227047A1; AU6836874A; DE2420640C3; FR2308411A1; DE2420640B2; US3948645A

Description

BoIiden Aktiebolag Stockholm/Schweden

Wirbelbettverfahren zur Durchführung von endothermen, chemischen und/oder physikalischen Prozessen

Die Erfindung betrifft ein Wirbelbettverfahren zur Durchführung von endothermen, chemischen und/oder physikalischen Prozessen in einer Reaktorkammer, wobei mindestens ein Teil der für die Durchführung des Prozesses benötigten Energiemenge innerhalb des Bettes selbst elektroinduktiv mittels mindestens einer Induktionsspule erzeugt wird, die vom Wechselstrom durchflossen wird und innerhalb der Reaktorkammer angeordnet ist.

Die Wirbelbett- bzw. Wirbelschichttechnik wird bei einer Vielzahl von verschiedenen Verfahren angewandt, bei denen die speziellen Eigenschaften der Wirbelbettechnik ausgenutzt werden, und zwar insbesondere eine hohe Massen- und Wärmeübertragungs-

409847/1047

geschwindigkeit, die Möglichkeit der Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Wirbelbettsmpsratur und die einfache Steuerung derselben, und die besonder© Eignung der Wirbelbettechnik fürkontinuierliche Verfahrensabläufe.

Bei Durchführung· von endothermen Reaktionen in einem Wirbelbett ist häufig die Wärmezufuhr zu dem Wirbelbett '©in Problem» Die Anwendbarkeit der Wirberbettechnik auf dem chemischen und metallurgischen Gebiet könnte stark dadurch verbreitert werden, wenn es möglich wäre, das Wirbelbett elektrisch zu erwärmen.

Es sind bereits Versuche unternommen worden, das Wirbelbett auf verschiedene Weise elektrisch zu erwärmen. So kann das Bett beispielsweise durch Widerstandsheizung erwärmt werden, indem durch das Bett mittels Elektroden ein elektrischer Strom geschickt wird, oder die Wärme kann direkt von elektrischen Widerstandselementen abgeleitet werden, die in das Bett eingetaucht werden.

Es sind weiterhin elektroinduktive Erwärmungstachniken üblich. Wenn ein niederfrequenter Strom benutzt wird, wird die Wärme dem Bett über einen induktiv erwärmten Metallring zugeführt, der in das Bett eingetaucht ist, oder die Reaktorwandung wird in vergleichbarer Weise erwärmt. Die induktive Erzeugung von Wärme im Bett selbst ist ebenfalls bekannt; dieses Verfahren konnte bisher jedoch nur unter Anwendung sehr hochfrequenter Ströme durchgeführt werden, wobei die Frequenzen einen solchen Wert haben mußten, daß die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in jeden Teil des Bettes von der gleichen Größenordnung ist wie der Querschnitt dieses Teiles.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahrensweisen ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirbelbett aus einem solchen Material verwendet wird, daß das Bett einen spezifischen Widerstand zwischen 10 und 10 Ohm m hat, daß ein Wechselstrom benutzt wird, dessen Frequenz in Abhängigkeit von dem ausgewählten kleinsten Querschnitt (d) des

409847/1047

Bettes und des spezifischen Widerstandes (^) des Bettes so ausgewählt ist, daß zwischen diesem kleinsten Querschnitt (d) und der Eindringtiefe (cf) des elektromagnetischen Feldes, die durch die Frequenz und den spezifischen Widerstand bestimmt ist, ein Verhältnis erhalten wird, das zwischen 0,2 und 1,5 liegt, wobei dieser Verhältniswert vorzugsweise bestimmt ist durch die Gleichung

4 = k (0,54 - 0,35 » ¹⁰logf) C

und k ein Wert zwischen 1,1 und 1,5, vorzugsweise etwa 1,2, ist.

Die Bezeichnung Eindringtiefe wird in diesem Fall verstanden als

2 . g |u> . /U

wobei to die Winkelfrequenz des elektromagnetischen Feldes gemessen in rad/sec, /u die Permeabilität (im Falle von nichtmagnetischen Stoffen etwa 41T. 10 ) und 3 der spezifische Widerstand des Bettes, gemessen in Ohm m ist. Der Querschnitt d des Bettbereiches wird in Metern gemessen. Der Widerstand des Bettes kann innerhalb bestimmter Grenzen eingestellt werden, indem unter anderem das Ausmaß der Fluidisierung, da Fluidisiermedium selbst, die Teilchengröße des Bettmaterials und die Bettemperatur eingestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, Reaktionen in Wirbelbetten bzw. Wirbelschichten durchzuführen, die direkt induktiv erwärmt werden und Dimensionen haben, die in großtechnischem Maßstab Verfahrensabläufe gestatten, ohne daß extrem hohe Frequenzen benötigt werden. Wenn beispielsweise ein kreisförmiges Wirbelbett mit einem Durchmesser von 7,5 Meter induktiv erwärmt wird, wobei das Bettmaterial aus Kokspartikeln mit einer mittleren Korngröße von 0,15 mm besteht,

409847/1047

wobei der spezifische Widerstand bei 6,5 Ohm m liegt, reicht eine Frequenz von 2600 Hz aus, wenn das Verhältnis von Induktionsspulenhöhe zu Induktionsspulendurchmesser 0,6 : 1 beträgt.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können in vorteilhafter Weise in einem Wirbelbett mit einem elektromagnetischen Feld verhältnismäßig geringer Stärke sehr hohe Energiemengen erzeugt werden. Wenn die Induktionsspule aus Kupfer besteht, liegen die Verluste, die durch die induktive Erwärmung der Induktionsspule hervorgerufen werden, nur bei einigen wenigen Prozent der zugeführten Energie. Bei dem oben beschriebenen Beispiel wurden in dem Koksbett etwa 30 MW bei einer Feldstärke von nur 50 kA/m erzeugt; die Verluste in der Kupferspule erreichen nur 600 kW, d.h. etwa 2 % der zugeführten Energie.

Dieses gute Ergebnis wurde erreicht mit einem Verhältnis von Reaktordurchmesser zur Eindringtiefe von nur 0,29 : 1 und zwar verglichen mit dem Standartverhältnis von 2,5 : 1, wenn mittels der bekannten Techniken Material mit niedrigem spezifischem Widerstand erwärmt wird. Der elektrische Ausnutzungsfaktor, der sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichen läßt, ist, verglichen mit dem Wirkungsgrad bekannter induktiver Erwärmungstechniken, außerordentlich hoch.

Verglichen mit bekannten Verfahren zur Zuführung von Wärme zu einem Wirbelbett lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren folgende Vorteile erzielen:

1. In dem Bett können sehr große Energiemengen erzeugt werden, ohne daß die Gefahr einer örtlichen Überhitzung besteht, die jedoch dann vorhanden ist, wenn, wie bei den bekannten Verfahren, mit einer Verbrennung von Brennstoffen innerhalb des Bettes oder der Erwärmung des Bettes durch die Reaktorwandung, mittels Heizelementen oder Elektroden gearbeitet wird.

409847/1047

2. Es bestehen keine Materialprobleme, wie sie bei Anwendung der bekannten Heiztechniken auftreten.

3. Es kann ein Strom mit einer nicht alzu hohen Frequenz verwendet werden, was gegenüber den bisher benutzten, sehr hochfrequenten Strömen geringere Kosten verursacht.

4. Man kann auf die sehr aufwendige und komplizierte Elektrodenausrüstung verzichten, wodurchauch die Kosten für das Verfahren herabgesetzt werden.

5. Die zugeführte Energiemenge kann einfach gesteuert werden, und zwar ebenso wie die Reaktortemperatur.

6. Es kann ein Reaktor verhältnismäßig einfacher Bauart verwendet werden»

7. Die Abdichtung.des Reaktors wird vereinfacht.

8. Hinsichtlich der Reaktorkonstruktion besteht eine größere Flexibilität.

Das erfindungsgemäße Verfahren und der dementsprechend konzipierte Reaktor eignen sich zur gleichzeitigen Durchführung von reduzierenden und oxydierenden Prozessen. So kann beispielsweise ein Teil der zur Durchführung des Prozesses benötigten Wärme dadurch aufgebracht werden, daß in dem Reaktor Brennstoffe verbrannt xv^erden, und zwar sowohl innerhalb des Bettes als auch ganz oder teilweise über dem Bett. Die Brennstoffe können Gase sein, die aus dem Wirbelbett stammen und/oder Brennstoff, der von außen her oberhalb des Bettes zugeführt wird. Aufgrund des Fehlens von Elektroden und aufgrund eines verhältnismäßig großen Reaktorquerschnittes ist es in vorteilhafter Weise möglich, mit sehr hohen Temperaturen zu arbeiten und große Wärmemengen/die Oberfläche des Wirbelbettes abzugeben. Auf diese Weise ist es nicht notwendig, die gesamte benötigte Wärmemenge elektroinduktiv zuzuführen.

Wenn in dem Reaktor Brennstoffe verbrannt werden, kann die Wärmemenge, die nicht von dem Material innerhalb des Reaktors verbraucht wird, im Bereich der Strahlungskammer eines Dampfkessels wiedergewonnen werden, wobei diese Strahlungskammer sich in dem Reaktor über dem Wirbelbett befindet. Zumindest

4 09847/1047

-6- 2A20640

ein Teil des Wärmeinhaltes der in der Reaktorkammer gebildeten Gase kann somit zur Erzeugung von Dampf oder elektrischer Energie wiederverwendet werden. Unabhängig davon, ob in des Reaktor eine Verbrennung stattfindet oder nicht, kann der Wärmeinhalt der den Reaktor verlassenden Gase zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden, beispielsweise mittels einer Dampf- oder Gasturbine, vorzugsweise Heißluftturbine.

Die erzeugt elektrische Energie kann zur Speisung der Induktionsspule benutzt werden. Die die Heißluftturbine verlassende Heißluft kann in Verbindung mit.dem in der Reaktorkammer ablaufenden Verbrennungsprozeß verwendet werden, wodurch sich ein außerordentlich hoher thermischer Wirkungsgrad erzielen läßt. Das Verfahren ist gemäß weiterer Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß es zum Kracken von Kohlenwasserstoffen, "beispielsweise Erdölprodukten, bei gleichzeitiger Erzeugung von Petroleumkoks angewendet wird, daß die Kohlenwasserstoffe im wesentlichen kontinuierlich einem Kokswirbelbett zugeführt werden.;, in dem induktiv ein© Bettemperatur aufrecht erhalten wirdj die ausreichtj um die Kohlenwasserstoffe zu kracken und um aus den Kohlenwasserstoffen und den daraus resultierenden Krackprodukten Koks zu erzeugen, und daß das Bett kontinuierlich durch den auf diese Weise gebildeten Koks erneuert bzw. ergänzt wird, wobei aus der Reaktorkammer Koks in Mengen entnommen wird, die im wesentlichen der Menge an neugebildetem Koks entspricht, so daß das Bettvolumen im wesentlichen unverändert bleibt. Die Kohlenwasserstoffe werden vorzugsweise in das induktiv erwärmte, aus Petroleumkoks bestehende Wirbelbett eingespritzt.

Das Wirbelbett wird mittels eines Gases aufgebaut, das zumindest teilweise aus dem den Reaktor verlassenden Gas bestehen kann und vorzugsweise in vorerwärmten Zustand im Kreislauf wieder in den Reaktor zurückgeführt wird. In bestimmten Fällen kann dieses im Kreislauf geführte Gas zum Aufbau des Wirbelbettes ausreichen. Das Volumen des Wirbelbettes kann dadurch

409847/1047

konstant gehalten werden, daß überschüssiges Bettmaterial entweder vom Boden des Reaktors abgezogen wird oder mittels eines Überlaufs. Durch Erhöhung der Gasgeschwindigkeit durch den Reaktor kann man erreichen, daß die den Reaktor verlassenden Gase Koks mit sich führen, der dann in Zyklonen wieder aus dem Gas abgeschieden wird. Die Geschwindigkeit, mit der das Gas durch den Reaktor strömt, kann so hoch sein, daß die von der Gasströmung mitgerissene Koksmenge größer ist als die im Reaktor erzeugte Koksmenge. Der überschüssige Koks kann aus den Zyklonen wieder in das Wirbelbett zurückgeführt werden.

Ein wesentlicher Vorteil bei Herstellung von Petroleumkoks liegt darin, daß ein Reaktor von verhältnismäßig einfacher Bauart benutzt werden kann, der eine sehr hohe Kapazität hat. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Verkokungstemperatur, einfach eingestellt werden kann. Indem eine geeignete Kombination zwischen hoher Temperatur und Verweilzeit ausgewählt wird, ist es möglich, den erzeugten Petroleumkoks zu entschwefeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Abscheiden von unerwünschten Substanzen aus Petroleumkoks benutzt werden, der auf andere Weise hergestellt worden ist, beispielsweise zum Raffinieren eines solchen Kokses im Hinblick auf den Schwefelgehalt. Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß es zum Raffinieren von verkoktem Material angewandt wird, beispielsweise zum Entfernen von Schwefel aus Petroleumkoks, der vorzugsweise kontinuierlich einem Wirbelbett zugeführt wird, das hauptsächlich raffiniertes Koksmaterial enthält, daß die induktiv .erzeugte Wärme in dem Wirbelbett erzeugt wird und die Bettemperatur und die Verweilzeit des Materials in dem Bett so eingestellt werden, daß der erwünschte Raffinierungseffekt erhalten wird, und daß das raffinierte Koksmaterial im wesentlichen kontinuierlich aus dem Reaktor abgeführt wird, um das Bettvolumen auf einem im wesentlichen konstanten Wert zu halten, und daß vorzugsweise vorerwärmtes Inertgas oder Wasserstoff

4098 47/104-7

enthaltenes Gas zum Aufbau des Wirbelbettes verwendet wird. Das Fluidisiergas, d.h. das Gas, mit dem das Wirbelbett aufgebaut wird, wird vorzugsweise vorerwärmt und kann ein für Koks inertes Gas sein oder ein wasserstoffhaltiges Gas, beispielsweise Wasserstoffgas.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Kracken von schweren Kohlenwasserstoffen benutzt werden. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß ein permanentes, induktiv beheiztes Wirbelbett benutzt, das aus Metallpartikeln besteht, die bei der Krackreaktion eine katalytische Wirkung haben. Die schweren Kohlenwasserstoffe können dem Bett vorzugsweise kontinuierlich zugeführt werden, beispielsweise durch Einspritzen in das Bett, welches zumindest von den Gasen, die während des Krackprozesses im Bett gebildet werden, in fluidisiertem Zustand gehalten werden kann. Gemäß weiterer Erfindung ist vorgesehen daß dem Wirbelbett zu seinem Aufbau Wasserstoffgas zugeführt wird, das mit dem den Bett zugeführten Kohlenwasserstoffen zur Reaktion gebracht wird, um neue wasserstoffreichere Kohlenwasserstoffe zu bilden, die aus dem Bett in Gasform abgezogen und außerhalb des Reaktors wiedergewonnen werden. Als Krack- und Fluidisiermedium kann auch Wasserdampf benutzt werden»

Dieses Krackverfahren hat den Vorteil, daß große Materialmengen in einem verhältnismäßig kleinen Reaktor verarbeitet werden können, da in einem Wirbelbett hohe Reaktionsgeschwindigkeiten erreichbar sind, wobei die induktive Erwärmung eine einfache Maßnahme zum Aufbringen der für den Krackprozeß benötigten Wärmemenge darstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in vorteilhafter Weise auch zur Pyrolyse von festen organischen Stoffen, beispielsweise Braunkohle verwenden oder zum Kalzinieren von Stoffen, beispielsweise Anthrazit.

Das zu pyrolysierende oder zu kalzinierende Material wird

409847/1047

dem Bett in vorteilhafter Weise kontinuierlich zugeführt, wobei das Bett im wesentlichen Koks enthält oder kalzinierte Produkte, die sich während des Prozesses gebildet haben. Das Bett wird vorzugsweise induktiv zumindest auf eine solche Temperatur erwärmt, daß das dem Wirbelbett zugeführte Material zersetzt wird, um Koks zu bilden oder ein kalziniertes Produkt und freigegebene Kohlenwasserstoff, die man mit dem festen Rückstand während des Niederschiagens bzw. des Ablagerns des Kohlenstoffs reagieren läßt, um Material zu erhalten, welches das Bett wieder auffüllt; es werden weiterhin auch leichte Kohlenwasserstoffe und/oder Wasserstoffgas erhalten. Die zum Aufbau des Wirbelbettes notwendigen Gase können die den Reaktor verlassenden Gase sein, die vorzugsweise in vorerwärmten Zustand, wieder in das Wirbelbett zurückgeführt werden. Das während der Pyrolyse gebildete Gas kann auch als Fluidisiermedium benutzt werden. In bestimmten Fällen kann dieses durch Pyrolyse gebildete Gas allein ausreichen, um das Wirbelbett aufzubauen. Das Wirbelbett wird vorzugsweise auf einem im wesentlichen konstanten Volumen gehalten, indem Material aus dem Bett beispielsweise in der Weise abgezogen wird, wie es in Verbindung mit der Herstellung von Petroleumkoks beschrieben worden ist. Die erhaltenen Kohlenstoff- oder Koksprodukte können beispielsweise zur Herstellung von Briketts verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren schaft die Möglichkeit, Koks oder Kohlenstoff aus festen Brennstoffen zu erzeugen, die nur sehr geringe Verkokungseigenschaften haben, wie beispielsweise Braunkohle oder verschiedene Abfälle, beispielsweise Sägespäne oder Sägemehl. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, das weder Teer noch andere normalerweise unerwünschte Destillationsprodukte gebildet werden.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalzinieren von Anthrazit benutzt wird, wird ein außerordentlich gleichförmiges Produkt erhalten, dessen Eigenschaften sich genau kontrollieren lassen, und zwar aufgrund der gleichmäßigen Wirbelbetterwär-

409847/1 047

Gemäß weiterer Erfindung ist vorgesehen, daß es zum Reduzieren und/oder Karburieren eines Gases angewandt wird, das ziaa Aufbau eines induktiv erwärmten Wirbelbettes durch dieses Bett geschickt wird und vorzugsweise in Gegenwart eines Materials, das einen katalytisehen Effekt auf den Reductions- und/oder Karburierungsprozeß hat, mit einem Reduziermittel in Kontakt gebracht wird, und daß das Wirbelbett auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß das Reduziermittel mit dem behandelten Gas während der Reduktion und/oder der Karburierung desselben reagiert. In diesem Zusammenhang läßt sich beispielsweise die Regenerierung von Gas erwäimen, das von einem Eisenschwammofen herrührt. Dieses Gas enthält unter anderem CO, EL, CO₂ und H₂O. Die beiden zuletzt genannten Gasbestandteile werden zu CO und H₂ umgewandelt, so daß das Gas dann wieder in den Eisenschwammofen zurückgeführt i5®rden kann. Verglichen mit bekannten elektrischen und mit Elektroden versehenen Karburieranlagen hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die Betriebskosten nur sehr niedrig sind, wobei minderwertigere feste Brennstoffe verwendet werden können und die Abmessungen des Reaktors kleiner sind als bei bisher verwendeten Verfahren.

Gemäß weiterer Erfindung ist vorgesehen, daß ein Wirbelbett aus Koks benutzt wird, der gleichzeitig das Reduziermittel bildet und der sich während des Reduktions- und/oder Karburierungsprozesses fortlaufend verbraucht. Der verbrauchte Koks kann dadurch ersetzt werden, daß dem Bett feste, flüssige oder gasförmige organische Stoffe zugeführt werden, wodurch das Wirbelbett zumindest auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß sich durch Pyrolyse dieses zugesetzten Materiales und durch Kracken des Pyrolysegases Koks bildet. Beim Verbrauch von Koks wird Asche gebildet. Die Temperatur des Bettes wird vorzugsweise so hoch gehalten, daß die Aschepartikel sich zu einem verhältnismäßig grobkörnigen Produkt agglomerieren, das, da es schwerer ist als der Koks, durch das Bett absinkt und sich

409847/1047

-11- 24206AQ

am Boden des Reaktors ansammelt, von wo aus dieses agglomerierte Ascheprodukt entweder intermittierend oder kontinuierlich entfernt werden kann.

Gemäß einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann das Wirbelbett im wesentlichen aus einem metallischen Material bestehen, vorzugsweise aus einem Material, das eine katalytische Wirkung bei den Reduktions- und/oder Karburierungsreaktionen hat. Das Bettmaterial kann vorzugsweise aus Partikeln bestehen, die mit Kohlenstoff überzogen sind. Die Kohlenstoffschicht macht die Partikel elektrisch leitend und wirkt gleichzeitig als Reduktionsmittel. Die Kohlenstoffschicht wird fortschreitend verbraucht; sie kann jedoch durch Zufuhr von Kohlenwasserstoffen ersetzt werden, die einem Krackprozeß unterworfen werden, so daß sich neuer Kohlenstoff · auf den Partikeln ablagern kann. Als Beispile für die beiden zuletzt erwähnten Verfahrensweisen läßt sich die Spaltung von Erdgas erwähnen, wel-ches mit Wasserdampf zur Reaktion gebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich weiterhin auch zur Reduktion von oxydischem Material, beispielsweise Metalloxyden der Eisengruppe oder oxydischem Kupfermaterial, verwenden. Die Metalloxyde werden dem hauptsächlich Koks enthaltenen induktiv erwärmten Wirbelbett mit einer solchen Korngröße zugeführt, daß die Metalloxyde fluidisierfähig sind. Der Koks wird fortlaufend verbraucht und kann dadurch ersetzt werden, daß dem Bett feste, flüssige oder gasförmige organische Stoffe zugeführt werden, wobei das Bett auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß aus dem organischen Material durch Pyrolyse und Kracken Koks gebildet wird, während der Kohlenstoff sich ablagert.

Gemäß weiterer Erfindung ist vorgesehen, daß das Koksbett auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß das reduzierte Metall, insbesondere Eisen, zu Granulaten agglomeriert, die infolge ihres Gewichtes, das über dem Gewicht des das Bett bil-

409847/1CH7

denden Kokses liegt, zum Boden der Reaktorkammer sinkt, von wo aus es intermittierend oder kontinuierlich, vorzugsweise zusammen mit Koksasche, abgezogen wird, die in vergleichbarer Weise zu größeren Granulaten agglomeriert ist. Diese Verfahrensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich um Metalle der Eisengruppe handelt.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Verfahrensweise wird die Temperatur in dem Wirbelbett so gesteuert, daß das reduzierte Metall schmilzt und sich am Boden der Reaktorkammer sammelt, von wo aus das Metall gegebenenfalls zusammen mit Schlacke abgezogen werden kann. Bei der Reduktion von Eisenoxyden wird das Eisen beim Kontakt mit dem Koksbett in gewissem Umfang karbonisiert, wodurch der Schmelzpunkt herabgesetzt wird.

Gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Verfahrensweise werden dem Boden der Reaktorkammer Metalloxyde in einem so fein zerteiltem Zustand zugeführt, daß das Oxyd von dem Fluidisiermedium durch das Bett nach oben getragen wird, wobei gleichzeitig eine Reduktion stattfindet; das fein zerteilte Metalloxyd verläßt das Bett in einem reduzierten Zustand zusammen mit den das Bett aufbauenden Gasen, aus denen das reduzierte Material beispielsweise in einem Zyklon abgetrennt werden kann. Das Koksbett wird vorzugsweise unterhalb einer Temperatur gehalten, bei der das reduzierte Material in stärkerem Umfang zur Agglomerierung neigt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß es zur Reduktion von Metalloxyden, insbesondere Eisenoxyden angewandt wird, die vorzugsweise der Oberfläche eines induktiv erwärmten, hauptsächlich aus Koks bestehenden Wirbelbettes in einem derart grobkörnigen Zustand zugeführt werden, daß die Metalloxyde, während sie reduziert werden und fortschreitend den das Wirbelbett bildenden Koks verbrauchen, durch das Bett nach unten sinken und von der Unterseite des Bettes, vorzugsweise getrennt vom Koks, aus dem Reaktor abge-

409847/1047

zogen werden.

Das während der Pyrolyse und des Krackens des organischen Materials in dem Bett gebildete Gas kann wieder zum Aufbau des Wirbelbettes bei den oben erwähnten Reduktionsprozessen verwendet werden.

Der Hauptvorteil gegenüber bekannten Metalloxydreduktionsverfahren in Wirbelbetten besteht bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß der Sintervorgang, der bei bekannten Verfahren leicht eintritt, vermieden wird oder in gesteuertem umfang abläuft.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhafterweise auch zur Reduktion von Metalloxyden, insbesondere Eisenoxyden, verwenden, wenn das induktiv erwärmte Wirbelbett, hauptsächlich aus Metallpulver oder Metallgranulaten besteht. Die Metalloxyde werden dem Wirbelbett zusammen mit einem festen, flüssigen oder gasförmigen Reduktionsmittel zugeführt und zur Reaktion gebracht, wobei gasförmige Reaktionsprodukte und pulver- bzw. granulatförmiges Metall gebildet werden; das Metallpulver bzw. die Metallgranulate werden in einem solchen Umfang aus dem Reaktor entfernt, daß das Volumen des Wirbelbettes im wesentlichen konstant bleibt. Die Gefahr einer Sinterung des aus Metallpärtikeln bestehenden Wirbelbettes kann bei Anwendung der induktiven Erwärmung dadurch vermieden werden, daß die induktive Erwärmung innerhalb enger Temperaturgrenzen gesteuert wird.

Die endotherme Systhese von organischen oder anorganischen Verbindungen kann ebenfalls unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Wirbelbett durchgeführt werden, bei dem elektroinduktiv eine für die Durchführung der Systhesereaktion ausreichende Temperatur aufrecht erhalten wird, und zwar vorzugsweise in Gegenwart eines Materials, das katalytisch auf die Synthesereaktion einwirkt. Bei diesem Material kann es sich um Metallpulver oder Metallgranulate handeln, die gleichzeitig

4 0 9 8 4 7 / 1 (H 7

auch das induktiv erwärmte Wirbelbett bilden. Das zum Aufbau des Wirbelbettes benötigte Gas kann ganz oder teilweise aus den dem Wirbelbett zugeführten Reaktionsteilnehmern gebildet werden. Anorganische Verbindungen, die auf diese Weise erzeugt werden können, umfassen beispielsweise Karbide, Nitride,und Halogenverbindungen. Ein Beispiel einer organischen Systhese ist die Herstellung von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Äthylen, indem Wasserstoffgas und ein induktiv erwärmtes Koksbett zur Reaktion gebracht werden, womit hohe Ausbeuten an erwünschten Kohlenwasserstoffen erhalten werden können, indem die Temperatur des Bettes und die Yerweilzeit des Materials in dem Wirbelbett in entsprechender. Weise gesteuert werden.

Bei Reaktoren, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, schafft die elektrische Isolierung zwischen aufeinanderfolgenden Windungen der Induktionsspule und gegebenenfalls auch zwischen einzelnen Spulenteilen gewisse Probleme, wenn die Reaktorwände ein bestimmtes Durchlaßvermögen für Gase haben. Es hat sich u.a. herausgestellt, daß Kohlenmonoxyd enthaltendes Gas in bestimmten Fällen iniler Lage ist, aus der ReaktorfüTlung die Reaktorwand zu durchdringen und einen Kohlenstoffniederschlag zu bilden, der im Bereich der Spule zu einer Funkenbildung führen kann. Diese Probleme treten insbesondere bei sehr großen induktiv beheizten Reaktoren und Öfen auf, bei denen Spannungen benötigt werden, die bisher bei induktiven Heiztechniken nicht benutzt worden sind. Ein weiterer Nachteil der den bisher verwendeten Spulen von induktiv beheizten Reaktoren bzw. Öfen anhaftet, besteht darin, daß im Falle von Beschädigungen der Spule die Spule insgesamt ausgetauscht werden muß, was sehr zeitaufwendig und auch teuer ist.

Erfindungsgemäß kann die Funkenbildung im Bereich der Induktionsspule weitgehend dadurch verhindert werden_f wenn das Verfahren in einem Reaktor durchgeführt wird₈ dessen Reafctorkammer von Wänden umgeben ist, die die Induktionsspule gegenüber der Reaktorkammer isolieren und dennocn ein gewisses Gas-

■ ¹⁵ "' 242064Q

durchlaßvermögen haben, wenn der Außenseite der Reaktorwand ein Druckgas zugeführt wird, dessen Druck höher ist als der. höchste in der Reaktorkammer zu erwartende Druck, wobei ein Gas benutzt wird, das nicht in der Lage ist, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den einzelnen Spulenwindungen herzustellen.

Erfindungsgemäß wird das Druckgas derart zugeführt, daß es nicht in Richtung weg von der Reaktorkammer strömen kann. Dieses kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß zumindest der Teil des Reaktors, der von der Induktionsspule umgeben ist, als Druckkammer bzw. Druckraum ausgebildet ist. Das Druckgas wird der Reaktorwand vorzugsweise durch diese Druckkammer hindurch zugeführt. Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bereiche zwischen benachbarten Spulenwindungen gegen die den Reaktor umgebende Atmosphäre abgedichtet sind, wobei das Druckgas der Reaktorwand an Stellen innerhalb des abgedichteten Bereiches zugeführt wird.

Um der Gefahr einer Funkenbildung zwischen benachbarten Windungen der Induktionsspule noch weitgehend entgegenzuwirken, ist gemäß weiterer Erfindung vorgesehen, die Induktionsspule so zu gestalten, daß sie repariert werden kann, ohne daß dazu die gesamte Spule oder der gesamte Reaktor demontiert werden muß. Dieses läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß eine Induktionsspule verwendet wird, die aus mehreren bogenförmigen Einzelelementen zusammengesetzt ist, von denen jedes eine Bogenlänge hat, die einem Winkel von höchstens 180° entspricht.

Gemäß weiterer Erfindung ist vorgesehen, eine Induktionsspule zu verwenden, die aus mehreren Teilspulen zusammengesetzt ist. Die einzelnen Spulenwindungen können so gestaltet sein, daß sie in einer Ebene liegen. Auf diese Weise werden getrennte, sich nur über eine Windung erstreckende Schleifen erhalten, die zur Bildung von Teilspulen zusammengefaßt werden können,

409847/1047

" ^1β " 24206Α0

die mehrere Windungen haben. Damit werden folgende Vorteile erreicht:

1) Die isolierende Abdichtung zwischen den einzelnen Spulenwindungen, zwischen denen Druckgas innerhalb des abgedichteten Bereichs zugeführt wird, wird vereinfacht;

2) die Anzahl der Windungen der Teilspulen läßt sich leicht an die elektrischen Eigenschaften des zu erwärmenden Materials anpassen;

3) die Aufteilung der Spule in Einzelelemente wird vereinfacht und ebenso der Austausch von Einzelelementen, und

4) die bei der Erwärmung des Reaktors auftretende Ausdehnung der Spule kann ohne Beeinträchtigung das gasdichten Abschlusses des Reaktors aufgefangen werden.

Ein weiterer Vorteil von ebenen, sich nur über eine Windung erstreckenden Schleifen besteht darin, daß die Schleifen zu Teilspulen mit einer bestimmten Anzahl von Windungen in einer solchen Weise zusammengefaßt werden können, daß zwischen benachbarten Windungen von zwei Teilspulen eine Spannung Null herrscht. Dieses ist möglich, wenn die benachbarten Teilspulen unterschiedliche Windungs- bzw. Wicklungsrichtungen haben und wenn außerdem die aneinander angrenzenden Enden von benachbarten Teilspulen an den gleichen Punkt des Stromversorgungssystems angeschlossen sind.

Diese Anordnung gewährleistet, daß in dem Spalt zwischen zwei Teilspulen keine hohe Spannung herrscht, die der Spannung zwischen den Windungen einer Teilspule mal der Windungszahl dieser Teilspule entspricht.

Das der Reaktorwand von außen zugeführte Druckgas strömt in die das zu behandelnde Material aufnehmende Reaktorkammer. Aus diesem Grunde ist es notwendig, daß das verwendete Druckgas keinen schädigenden Einfluß auf den innerhalb des Reaktors durchzuführenden Prozeß hat.

Wenn die Gefahr besteht, daß sich an der Reaktorwand Kohlen-

409847/1047

stoff niederschlägt bzw. absondert, beispielsweise wenn Reduktionsprozesse unter Verwendung von kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln durchgeführt werden, ist gemäß weiterer Erfindung vorgesehen, ein im wesentlichen inertes Gas zu verwenden, dessen Sauerstoff- oder Wasserstoffpotential derart ist, daß das Niederschlagen bzw. Ablagern von Kohlenstoff zumindest in dem Bereich der Reaktorkammerwände verhindert wird, die der Induktionsspule gegenüberliegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Hand der Fig. 1 bis 12 erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Reaktors zur Erzeugung von Petroleumkoks;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Reaktors zum Reduzieren und/oder Karburieren eines gasförmigen Stoffes;

Fig. 3 bis 5 Schnittansichten von Reaktoren zum Reduzieren von Metalloxyden;

Fig. 6 bis 9 Schnittansichten von verschiedenartig gestalteten Wandteilen eines für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Reaktors;

Fig.10 ausschnittsweise eine Draufsicht einer Induktionsspule, die aus mehreren sich nur über einen verhältnismäßig kleinen Bogenwinkel erstreckenden Einzelelementen zusammengesetzt ist;

Fig.11 eine perspektivische Teilansicht einer Induktionsspule, die gemäß den Darstellungen von Fig. 9 und 10 konstruiert ist, und

Fig.12 eine teilweise Seitenansicht von zwei Teilspulen, die aus ebenen Spulenwindungen zusammengesetzt sind.

Der in Fig. 1 dargestellte Reaktor 10 weist eine Gaseinlaßöffnung 11, eine Gasauslaßöffnung 12 und einen Rost 13 auf, über dem sich das Wirbelbett 14 befindet. Der Reaktor ist in der Höhe des-Bettes 14 von einer Induktionsspule 15 umgeben, die

409847/1047

an eine nicht dargestellte Wechselstromquelle angeschlossen ist. Dem Bett 14 werden kontinuierlich durch Leitungen 16 Kohlenwasserstoffe zugeführt, bei denen es sich um die schweren Kohlenwasserstofffraktionen handelt, die beim Kracken von Erdöl erhalten werden.

Das Bett 14, das hauptsächlich aus Koks besteht, wird auf einer solchen Temperatur gehalten, daß die Kohlenwasserstoffe, die vorzugsweise in einem vorerwärmten Zustand zugeführt werden, gekrackt werden und neuen Koks zusammen mit gasförmigen Brennstoffen bildet, die den Reaktor zusammen mit dem das Wirbelbett aufbauenden Gas durch die Auslaßöffnung 12 verlassen. Diese Gase können als Brennstoff weiterverwendet werden. Ein Teil dieser Gase kann dem Reaktor 10 vorzugsweise in heißem Zustand durch die Einlaßöffnung 11 zugeführt werden, um das Wirbelbett zu erzeugen. Die während des Krackprozesses gebildeten gasförmigen Stoffe tragen ebenfalls zum Aufbau des Wirbelbettes bei, wobei diese gasförmigen Stoffe unter gewissen Bedingungen allein zum Aufbau des Wirbelbettes dienen können, so daß die Gaszufuhr durch die Einlaßöffnung 11 unterbrochen werden kann.

Die Verweilzeit der Feststoffe in dem Wirbelbett und die Temperatur des Bettes können so eingestellt sein, daß der d?m Reaktor zugeführte feste Kohlenwasserstoffrückstand die erwünschte Qualität erreicht. Die Verweilzeit und die Temperatur des Bettes können beispielsweise so eingestellt werden, daß der resultierende Koks auch im Hinblick auf Schwefel raffiniert wird.

Dem Bett 14 wird Koks durch eine Auslaßleitung 17 mit der gleichen Geschwindigkeit entnommen, mit der in dem Bett neuer Koks gebildet wird; das" obere offene Ende der Auslaßleitung 17 liegt auf einem Niveau mit der Oberfläche des Wirbelbettes 14.

In Fig. 2 haben die Bezugszeichen 10-13 und 16 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Durch die Gaseinlaßöffnung 11 wird ein Gas zugeführt, welches reduziert und karburiert werden soll,

409847/1047

beispielsweise ein Gas, das zur Reduktion von Metalloxyden ' benutzt werden soll und CO, H₂, CO₂ und H₂O enthält. Das vorzugsweise vorerwärmte Gas wird dem Reaktor 10 zugeführt, um das Wirbelbett aufzubauen. Die für die Reduktion und die Karburierung benötigten Kohlenwasserstoffe werden dem Bett 14 durch Leitungen 16 zugeführt. In diesem Fall besteht das Bett 14 aus Metallpartikeln, die mit Kohlenstoff überzogen sind und beim Reduktions- und Karbur'ierungsprozeß einen katalytischen Effekt haben. Der sich auf den Metallpartikeln befindende Kohlenstoffüberzug, der während des Reduktions- und Karburierungsprozesses verbraucht wird, wird dadurch erneuert, daß eine so hohe Bettemperatur aufrechterhalten wird, daß durch Pyrolyse der durch die Leitung 16 zugeführten Wasserstoffe und durch Kracken der pyrolysierten Gase Kohlenstoff gebildet wird, der sich wiederum auf den Metallpartikeln ablagert.

In Fig. 3 haben die Bezugszeichen 10 - 13, 15 und 16 die gleiche Bedeutung wie in den Fig. 1 und 2. Metalloxyde, beispielsweise Eisenoxyd, mit einer zum Aufbau eines Wirbelbettes geeigneten Teilchengröße werden durch die Leitung 16 dem unteren Teil des Bettes 14 zugeführt, das hauptsächlich aus Koks besteht und ein Reduziermittel, vorzugsweise Kohlenwasserstoffe enthält, die für die Reduktion der Metalloxyde benötigt werden. Wenn das Reduktionsmittel gasförmig ist, kann es dem Bett statt durch die Leitung 16 durch die Gaseinlaßöffnung 11 zugeführt werden. Die Temperatur innerhalb des Reaktors 10 wird auf einen solchen Wert eingestellt, daß die dem Reaktor zugeführten Kohlenwasserstoffe pyrolysiert und gekrackt werden, um Koks zu bilden, wobei das reduzierte Metall vorzugsweise zusammen mit der resultierenden Koksasche zu größeren Granulaten agglomeriert wird, die aufgrund ihres relativ zum Bettmaterial höheren spezifischen Gewichtes durch das Bett nach unten sinken und eine Schicht 18 aus verhältnismäßig grobkörnigem Material bilden, das durch eine Austragsleitung 19 aus dem Reaktor abgezogen wird. Das Material wird durch diese Leitung 19 mit einer solchen Geschwindigkeit abgezogen, daß

409847/1047

das Volumen des Wirbelbettes innerhalb der Reaktorkammer im wesentlichen unverändert bleibt.

In Fig. 4 haben die Bezugszeichen 10 - 16, 18 und 19 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 3 j der obere Teil des Reaktors 10 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 als eine Strahlungskammer eines (nicht dargestellten) Dampfkessels ausgebildet. Der obere Teil des Reaktors besteht somit im wesentlichen aus einem nach außen hin wärmeisolierten Mantel 20, durch den Wasser oder Wasserdampf hindurchströmen kann. Die zu reduzierenden Metalloxyde werden zusammen mit Koks oder Kohle, der bzw. die eine zum Aufbau eines Wirbelbettes geeignete Korngröße hat, der Oberseite des Bettes durch konzentrisch angeordnete Einlaßleitungen 21 zugeführt. Dem Bett 14 können durch die Leitung 16 gegebenenfalls z.B. Kohlenwasserstoffe zugeführt werden. Das durch die Gaseinlaßöffnung 11 zugeführte Gas, welches zum Aufbau des Wirbelbettes dient, kann vorzugsweise ein reduzierendes Gas sein. Die Temperatur in dem Reaktor wird in der in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Weise so eingestellt, daß sich eine untere Schicht 18 aus verhältnismäßig grobkörnigem Material bildet, das aus reduziertem Metall und gegebenenfalls aus agglomerierter Koksasche bestehen kann. Das grobkörnige Material wird durch die Leitung 19 mit einer solchen Geschwindigkeit abgezogen, daß sich das Volumen des Wirbelbettes in der Reaktorkammer nicht ändert. Die während des Reduktionsprozesses gebildeten brennbaren Gase werden verbrannt, indem Luft und vorzugsweise zusätzlicher Brennstoff durch Leitungen 22 zugeführt werden. Die Leitungen 22 münden oberhalb des Wirbelbettes 14 in die Reaktorkammer, so daß die durch den Verbrennungsprozeß erzeugte Wärme als Energiequelle für den durchzuführenden Prozeß dient.

In Fig. 5 haben die Bezugszeichen 10, 12, 14 - 16 und 19-22 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 4. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 handelt es sich um eine Anlage zur Durchführung eines Reduktionsprozesses, der dem in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen Reduktionsprozeß vergleichbar ist. In diesem

4098 4 7/1047

Fall wird die Temperatur innerhalb des Reaktors 10 jedoch auf einen solchen Wert eingestellt, daß das reduzierte Metall in geschmolzener Form innerhalb einer Bodenschicht 23 erhalten wird, aus der die Schmelze durch die Leitung 19 abgezogen wird. Zusätzlich zu den Metalloxyden und dem festen Reduktionsmittel können dem Reaktor durch die Leitungen 21 auch Schlackenbildner oder Raffinierungsmittel zugeführt werden. Das Wirbelbett wird hauptsächlich durch die während des Reduktionsprozesses entstehenden Gase aufgebaut. Durch die über der Zone bzw. Bodenschicht 23 in den Reaktor einmündenden Leitungen 16 kann zusätzliches Fluidisiermedium, beispielsweise flüssige Kohlenwasserstoffe oder ein reduzierendes bzw. inertes Gas, zugeführt werden.

In Fig. 6 ist ein Teil einer Reaktorwandung dargestellt, die eine keramische Auskleidung 24 und ein Gehäuse 25 umfaßt. Die die Auskleidung umgehende Induktionsspule 15 besteht aus Röhren, die mit einem durch die Röhren strömenden Kühlmittel gekühlt werden können. Die Spule 15 ist teilweise in eine keramische Füllmasse 26 eingebettet. Sowohl die Auskleidung 24 als auch die Füllmasse 26 sind in einem bestimmten Umfang gasdurchlässig.

Um zu verhindern, daß festes, flüssiges oder gasförmiges Material aus der Reaktorkammer durch die der Spule 15 gegenüberliegende Reaktorwand zur Spule 15 strömt, wird in dem Bereich der Reaktorwand, der von der Spule 15 umgeben ist, außerhalb des Reaktors ein Überdruck aufgebaut, der über dem höchsten Druck liegt, der in der zugeordneten Zone der Reaktorkammer zu erwarten ist. Der Überdruck wird mittels eines Gases aufgebaut, das elektrisch nicht leitend ist, um eine elektrische Leitung zwischen den einzelnen Windungen der Induktionsspule 15 zu verhindern. Um die Induktionsspule 15 ist mittels eines Gehäuses 28 eine ringförmige Druckkammer gebildet, der Druckgas, beispielsweise Luft oder ein im wesentlichen inertes Gas, durch eine Leitung 27 zugeführt wird. Der mittels des Gehäuses 67 gebildete Druckraum ist gegenüber der umgebenden Atmosphäre

409847/1047

abgedichtet.

Fig. 7 zeigt einen Teil einer Reaktorwandung, die eine Auskleidung 24, eine Füllmasse 26 und eine Induktionsspule 15 umfaßt. Die Abschnitte zwischen benachbarten Windungen der Spule sind gegenüber der dem Reaktor umgebenden Atmosphäre mit einem Dichtmaterial 29 ausgefüllt, das vorzugsweise ein Isoliermaterial ist. Ih dem Isoliermaterial 29 sind mehrere Öffnungen 30 angeordnet, durch die in Richtung der Pfeile Druckgas den Abschnitten der Reaktorwandung 24, 26 zugeführt werden, die sich im Bereich der Induktionsspule 15 befinden.

Die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform der Reaktorwandung entspricht prinzipiell der Anordnung gemäß Fig. 7. Ein Teil der aus einer Auskleidung 24 und einer Füllmasse'26 bestehenden Reaktorwand ist von einer spiralförmig gewickelten Induktionsspule 15 getragen. Die Abdichtung bzw. Isolierung zwischen benachbarten Spulenwindungen erfolgt mittels eines ebenfalls spiralförmig gewickelten Schlauches 31 od. dgl. aus elastomerem Material. Um verhältnismäßig kleine und damit wirkungsvollere Dichtflächen zwischen dem Schlauch 31 und der Induktionsspule^ zu erhalten, sind an der Induktionsspule 15 Leitungen 32 angeschweißt, die einen kleinen Durchmesser haben. Der Schlauch 31 dient gleichzeitig dazu, der Reaktorwand 24, 26 Druckgas zuzuführen. Der Schlauch 31 ist zu diesem Zweck an eine (nicht dargestellte) Druckgasquelle angeschlossen und weist Gasauslaßöffnungen 33 auf, die zur Reaktorwand gerichtet sind.

In Fig. 9 ist ein Teil einer Reaktorwandung dargestellt, die eine Auskleidung 24 und eine Füllmasse 26 umfaßt und von einer Induktionsspule 15 umgeben ist. Jede Spulenwindung hat einen trapezförmigen Querschnitt und ist oben und unten mit nach außen ragenden Flanschabschnitten 34 versehen. Zwischen den benachbarten Flanschabschnitten 34 von aufeinanderfolgenden Spulenwindungen befinden sich Dichtungseinlagen 35 aus elastomerem Material, die mit Öffnungen 36 versehen sind, durch die

409847/KH7

der Füllmasse 26 ein Druckgas zugeführt werden kann. Die Dich- " tungseinlagen 35 sind über ihre Länge mit mehreren derartigen Öffnungen 36 versehen. Das Druckgas wird den Öffnungen 36 durch Verteilerleitungen 37 zugeführt, die zu einer Hauptleitung 38 führen, welche zur Versorgung von mehreren Verteilerleitungen 37 dient.

In Fig. 10 ist dargestellt, wie- jede Spulenwindung einer Spule 15 aus mehreren Einzelelementen 39a - 39d zusammengesetzt sein kann, die jeweils in ein und derselben Ebene liegen und von denen jedes sich über einen Bogen von weniger als 180° erstreckt. Die zwischen den Elementen 39a - 39d liegenden Leitungen 40 dienen zur Führung eines Kühlmittels und gegebenaifalls auch zur Stromführung zwischen benachbarten Elementen 39a - 39d. Zwischen den Einzelelementen sind Dichtungselemente 41 angeordnet.

Fig. 11 zeigt in vergrößertem Maßstab den Anschlußpunkt zwischen zwei benachbarten Einzelelementen 39a und 39b, die im wesentlichen die in Fig. 9 abgebildete Form haben. Die Flanschabschnitte 34 des einen Elementes 39a hören kurz vor dem Ende dieses Elementes auf, während das andere Element 39b mit einem Flansch 42 versehen ist, der über das Element 39a ragt. Die Abdichtung zwischen benachbarten Elementen 39a und 39b erfolgt mittels einer Dichtung 43, die zwischen der Innenseite des Flansches 42 und der Außenseite des Elementes 39a eingeklemmt ist; diese Dichtung 43 ermöglicht in einem bestimmten Umfang in Längsrichtung eine Relativbewegung zwischen den Elementen 39a und 39b.

In Fig. 12 ist eine Spulenanordnung dargestellt, die aus zwei Teilspulen zusammengesetzt ist, wobei jede Teilspule drei Spulenwindungen 44 - 46 bzw. 47 - 49 umfaßt. Jede Spulenwindung ist/«lß und derselben Ebene angeordnet und kann in der in Fig. 10 dargestellten Weise in Einzelelemente aufgeteilt sein. Zwischen den gegeneinanderstoßenden Enden jeder Spulenwindung und zwischen benachbarten Spulenwindungen liegen Dichtungen

409847/1047

242064Q

_ 24 -

Der Strom wird den Teilspulen 44 - 46 bzw_o 47 - 49 durch Leitungen 51 zugeführt. Der Strom wird von den Leitungen 51 über Kontakte 52 - 55 abgegriffen5 der Stromfluß zwischen benachbarten Spulenwindungen j-edez* Teilspule erfolgt über Kontakte 56 59. Gemäß FIg₃ 12 haben die Teilspulen 44 - 46 bzw. 47 - 49 unterschiedliche Windungs- bzw. Wicklungsrichtungen und benachbarte Enden der Teilspulen sind Im Prinzip an den gleichen Punkt des Stromzuführungssystems angeschlossen, wodurch die Spannung zwischen den Spulenwindungen 46 und 47 ständig gleich Null ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Hand der folgenden Beispiele näher beschrieben.

Beispiel 1

Ein Wirbelbett mit einem Durchmesser von 7 m und einer Höhe von etwa 5 m wurde in einem Reaktor der in Fig. 1 dargestellten Art auf einer Temperatur von etwa 1200° C gehalten. Zum Aufbau des Wirbelbettes, das aus Koks mit einer mittleren Korngröße von 0,15 mm bestand, wurden durch den Boden des Reaktors etwa 20000 Nm /h eines leicht reduzierenden Gases zugeführt, dessen Temperatur etwa der Bettemperatur entsprach. Erdöl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 85 Gew.-^, einem Wasserstoffgehalt von etwa 10 Gew.-$ und einem Schwefelgehalt von etwa 3 Gew.-% wurden dem Bett in einer Menge von etwa 115 t je 24 h zugeführt. Koks in einer Menge von etwa 40 t je 24 h mit einem

Schwefelgehalt von 0,1 Gew.-% wurde von der Oberseite des Bet's:

tes gezogen, wobei gleichzeitig etwa 128000 Nur eines Gases erhalten wurden, das aus gasförmigen Krackprodukten bestand, die etwa 25 Vol.-% Wasserstoff, Rest niedrige Kohlenwasserstoffe, enthielten; das erhaltene Gas wurde zusammen mit dem das Wirbelbett aufbauende Gas aus dem Reaktor ausgeblasen. Ein Teil dieses Gases wurde teilweise verbrannt und wieder dem Reaktor zugeführt, um das leicht reduzierende Gas zu bilden, welches für die Durchführung des Wirbelbettverfahrens benötigt wurde. Dem Bett wurde elektroinduktive Energie in einer Menge von 120 MWh je 24 h mit einer Frequenz von 2600 Hz mittels

409847/1047

242064Q

einer Induktionsspule zugeführt, die den Reaktor in Höhe des Wirbelbettes umgab und einen Durchmesser von 7,5 m und eine Höhe von 4,5 m hatte. Diese Energie reicht aus, um die erforderliche Bettemperatur aufrechtzuerhalten und Erdölkoks zu bilden.

Beispiel 2

In einem Reaktor der in Fig. 2 dargestellten Art wurde ein Wirbelbett mit einem Durchmesser von 2,0 m und einer Höhe von 1,8 m aufgebaut und auf einer Temperatur von etwa 1100° C gehalten. Zum Aufbau des Wirbelbettes, das aus Kokspartikeln mit einer mittleren Korngröße von 0,4 mm bestand wurden dem Reak_T tor durch den Boden etwa 4500 Nnr/h eines Gases zugeführt, das aus einem Eisenschwammofen stammte und eine Zusammensetzung von etwa 40 Vol.-% CO₀ und 10 Vol.-% H₉O, Rest im wesentlichen H₂ und CO, hatte. Aus dem Reaktor wurden etwa 190000 Nm je 24 h eines Gases ausgeblasen, das eine Zusammensetzung von 52 Vol.-# H₂ und 45 VoI.-# CO, Rest im wesentlichen CO₂ und HpO, hatte. Um den Koks zu ersetzen, der aufgrund des Reduktionseffektes des das Wirbelbett aufbauenden Gases verbraucht wurde, wurden dem Bett 36 t je 24 h eines Öles der Art Bunker C zugeführt. Dem Bett wurden mittels einer Induktionsspule, die den Reaktor in Höhe des Wirbelbettes umgab und einen Durchmesser von 2,5 m und eine Höhe von 1,5 m hatte, Energie in einer Menge von 137 MWh je 24 h induktiv mit einer Frequenz von 36,5 kHz zugeführt. Diese Energiemenge reichte aus, um die erforderliche Bettemperatur aufrechtzuerhalten, das das Wirbelbett aufbauende Gas zu reduzieren und aus dem Öl Petroleumkoks zu bilden.

Beispiel 3

In einem Reaktor der in Fig. 3 dargestellten Art wurde ein Wirbelbett mit einem Durchmesser von 7,0 m und einer Höhe von etwa 5,0 m und einer Temperatur von etwa 1050° C aufgebaut. Zur Bildung des Wirbelbettes, das aus Koksteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,15 mm bestand, wurden dem Reaktor durch den Boden etwa 20000 Nm^/h eines Inertgases mit einer

Λ 09847/1047

Temperatur von 900° C zugeführt. Eisenoxydj, das 65 Gew_a-?s Pe enthielt und eine mittlere Teilchengröße aufwiese, die Im wesentlichen gleich der Teilchengröße des Koks war_s vjurde kontinuierlich dem unteren Teil des Bettes in einer Menge von etwa 150 t je 24 h zusammen mit Kohlenstaub in einer Menge von 35 t je 24 h zugeführt, wobei dieser Kohlenstaub etwa 50 Gew.-% leicht flüchtige Bestandteile und 12 G©w_o-$ Asche enthielte Vom Boden bzw.' Grund des Bettes wurden Eisenschwamm In einer Menge von etwa 100 t je 24 h und einem Eisengesamtgehalt von 97 Gew.-% und einem Kohlenstoffgehalt von etwa 1 Gew_e-?i zusammen mit 4 t je 24 h agglomerierter Äsche abgezogen,, Aus dem Reaktor wurden 23000 Nm /h eines Gases ausgeblas@n₈ das etwa 4 Yol_a-°/o CO enthielt. Dem Bett wurde elektroinduk-feiv mittels einer Induktionsspule, die den Reaktor Im Bsrelcla des Wirbelbettes umgab und einen Durchmesser von 7,5 ι und eine Höhe von 4,5i hatte, Energie in einer Menge von 110 MiIh je 24 h und mit einer Frequenz von 2600 Hz zugeführt® Dies© Energiemenge reicht aus, um die erforderliche Bettemperatur aufrechtzuerhalten und die notwendige Energie für die Vsrkokungs- und Reduktionsreaktionen zu liefern. Die dem Bett sugeführte Kohlenstaubmenge reichte aus, um den während des Reduktionsvorganges verbrauchten Koks zu ersetzen_β

Beispiel 4

Bei einem Reduktionsprozeß der im Beispiel 3 beschriebenen Art wurde ein Reaktor gemäß Fig. 4 verwendet. Das das Wirbelbett verlassende Gas wurde in der Reaktorkammer über dem Wirbelbett durch Zufuhr von Luft verbrannt. Die benötigte elektrische Energiemenge ließ sich damit auf 99 MWh je 24 h absenken.

Beispiel 5

Für einen Reduktionsprozeß der in Beispiel 3 beschriebenen Art wurde ein Reaktor gemäß Fig. 5 verwendet, wobei die Wirbelbettemperatur etwa bei 1400° C lag. Vom Boden des Reaktors wurde geschmolzenes Roheisen in einer Menge von 98 t je 24 h und einem Kohlenstoffgehalt von etwa 2 Gew.-?o zusammen mit

409847/1047

= 27 ·=

einer geschmolzenen Schlacke in einer Menge von etwa 5 t je ■ 24 h abgezogen«, Das das Wirbelbett verlassende Gas wurde in der in Beispiel 4 beschriebenen Weise verbrannte Die für die Durchführung des Prozesses benötigte elektrische Energiemenge betrug 120 MWh je 24 h.

Beispiel 6

Für die Herstellung von Äthylen durch Kracken von Kohlenwasserstoffen wurde ein Wirbelbett mit einem Durchmesser von 2,0 m und einer Höhe von etwa 1,8 m in einem Reaktor der in Fig. 2 dargestellten Art aufgebaut. Die Temperatur des Wirbelbettes betrug etwa 1200° C, Zum Aufbau des Wirbelbettes, das im wesentlichen aus mit Silber beschichten Nickelgranulaten mit einer mittleren Teilchengröße von 0,10 mm bestand, wurden durch den Boden des Reaktors etwa 4000 Nm /h Kohlenwasserstoffe mit einer Temperatur von etwa 900° C zugeführt. Die Kohlenwasserstoffe bestanden hauptsächlich aus Äthan. Aus dem Reaktor wurden etwa 180000 Nnr je 24 h eines Gases ausgeblasen, das aus gasförmigen Krackprodukten bestand, die etwa 47 Vol.-% Äthylen und 47 Vol.-% Wasserstoff enthielten. Dem Wirbelbett wurde mittels einer Induktionsspule, die den Reaktor in Höhe des Wirbelbettes umgab und einen Durchmesser von 2,5 m und eine Höhe von 1,5 m hatte, elektroinduktiv eine Energiemenge von 110 MWh je 24 h und mit einer Frequenz von 5000 Hz zugeführt. Die Energiemenge war ausreichend, um die erforderliche Bettemperatur aufrechtzuerhalten und die für die Durchführung der Krackreaktionen benötigte Energie zu liefern.

409847/1047

Claims

Patentansprüche

1. Wirbelbettverfahren zur Durchführung von endothermen chemischen und/oder physikalischen Prozessen in einer Reaktorkammer, wobei mindestens ein Teil der für die Durchführung des Prozesses benötigten Energiemenge innerhalb des Bettes selbst elektroinduktiv mittels mindestens einer Induktionsspule erzeugt wird, die von Wechselstrom durchflossen wird und außerhalb der Reaktorkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirbelbett aus einem solchen Material verwendet wird, daß das Bett einen spezifischen Widerstand zwischen 10 und 10 Ohm m hat, daß ein Wechselstrom benutzt wird, dessen Frequenz in Abhängigkeit von dem ausgewählten kleinsten Querschnitt (d) des Bettes und dem spezifischen Widerstand (j ) des Bettes so ausgewählt ist, daß zwischen diesem kleinsten Querschnitt (d) und der Eindringtiefe (ei) des elektromagnetischen Feldes, die durch die Frequenz und den spezifischen Widerstand bestimmt ist, ein Verhältnis erhalten wird, das zwischen 0,2 und 1,5 liegt, wobei dieser Verhältniswert vorzugsweise bestimmt ist durch die Gleichung

f = k (0.54 - 0.35 . ¹⁰log S >

und k ein Wert zwischen 1,1 und 1,5, vorzugsweise etwa 1,2, ist.

2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der für die Durchführung des Prozesses benötigten Wärme dadurch erzeugt wird, daß in der Reaktorkammer Brennstoffe verbrannt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Kracken von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Erdölprodukten, bei gleichzeitiger Erzeugung von Petroleum-

409847/1047

koks angewendet wird, daß die Kohlenwasserstoffe im wesentlichen kontinuierlich einem Kokswirbelbett zugeführt werden, in dem induktiv eine Bettemperatur aufrechterhalten wird, die ausreicht, um die Kohlenwasserstoffe zu kracken und um aus den Kohlenwasserstoffen und- den daraus resultierenden Krackprodukten Koks zu erzeugen, und daß das Bett.kontinuierlich durch den auf diese Weise gebildeten Koks erneuert bzw. ergänzt wird, wobei aus der Reaktorkammer Koks in Mengen entnommen wird, die im wesentlichen der Menge an neugebildetem Koks entspricht, so daß das Bettvolumen im wesentlichen unverändert bleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Bett durch das Kracken der Kohlenwasserstoffe gebildete Gas zum Aufbau des Wirbelbettes benutzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des gebildeten Koksesin dem Bett und die Bettemperatur so eingestellt werden, daß der Koks im Hinblick auf Schwefel raffiniert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Raffinieren von verkoktem Material angewandt wird, beispielsweise zum Entfernen von Schwefel aus Petroleumkoks, der vorzugsweise kontinuierlich einem Wirbelbett zugeführt wird, das hauptsächlich raffiniertes Koksmaterial enthält, daß die induktiv erzeugte Wärme in dem Wirbelbett erzeugt wird und die Bettemperatur und die Verweilzeit des Materials in dem Bett so eingestellt werden, daß der erwünschte Raffinierungseffekt erhalten wird, und daß das raffinierte Koksmaterial im wesentlichen kontinuierlich aus dem Reaktor abgeführt wird, um das Bettvolumen auf einem im wesentlichen konstanten Wert zu halten, und daß vorzugsweise vorerwärmtes Inertgas oder Wasserstoff enthaltendes Gas zum Aufbau des Wirbelbettes verwendet wird.

7. Verfallren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es

409847/10 4 7

- 30 -

zum Kracken von schweren Kohlenwasserstoffen angewandt wird, die im wesentlichen kontinuierlich einem permanenten Wirbelbett zugeführt werden, das Metallpartikel mit für den Reaktionsablauf katalytischer Wirkung enthält, wobei die für die Aufrechterhaltung der genauen Kracktemperatur benötigte induktiv erzeugte Wärme in dem Wirbelbett selbst gebildet wird, das von mindestens den Gasen influidisiertem Zustand gehalten wird, die innerhalb des Bettes selbst während des Ablaufes des Krackprozesses- gebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wirbelbett zu seinem Aufbau Wasserstoffgas zugeführt wird, das mit dem den Bett zugeführten Kohlenwasserstoffen zur Reaktion gebracht wird, um neue wasserstoffreichere Kohlenwasserstoffe zu bilden, die aus dem Bett in Gasform abgezogen und außerhalb des Reaktors wiedergewonnen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, '4, 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Krackmedium und als Medium zum Aufbauen des Wirbelbettes Wasserdampf verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Pyrolyse, von festen organischen Stoffen angewandt wird, die dem Wirbelbett, das hauptsächlich aus während der Pyrolyse gebildetem Koks besteht, im wesentlichen kontinuierlich zugeführt werden, daß in dem Wirbelbett induktiv mindestens eine solche Pyrolysetemperatur aufgebaut wird, daß der während der Pyrolyse gebildete feste Rückstand und die dabei freigegebenen Kohlenwasserstoffe miteinander reagieren, so daß sich auf dem festen Rückstand Kohlenstoff ablagert bzw. niederschlägt, wodurch ein Koksmaterial, welches das Bett wieder auffüllt, und leichte Kohlenwasserstoffe und/oder Wasserstoffgas gebildet werden, die den Reaktor in Gasform verlassen, und daß dem Reaktor eine Koksmenge entnommen wird, die der neugebildeten Koksmenge entspricht, um das Wirbelbettvolumen im wesentlichen auf einem konstanten Wert zu halten«

409847/1047

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bett selbst durch Pyrolyse des organischen Materials gebildeten Gase zum Aufbau des Wirbelbettes ausgenutzt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Kalzinieren von festen organischen Stoffen, insbesondere Anthrazit, angewandt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Reduzieren und/oder Karburieren eines Gases angewandt wird, das zum Aufbau eines induktiv erwärmten Wirbelbettes durch dieses Bett geschickt wird und vorzugsweise in Gegen-, wart eines Materials, das einen katalytischen Effekt auf den Reduktions- und/oder Karburierungsprozeß hat, mit einem Reduziermittel in Kontakt gebracht wird, und daß das Wirbelbett auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß das Reduziermittel mit dem behandelten Gas während der Reduktion und/oder der Karburierung desselben reagiert.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirbelbett aus Koks benutzt wird, der gleichzeitig das Reduziermittel bildet und der sich während des Reduktions- und/oder Karburierungsprozesses fortlaufend verbraucht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett zumindest auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß die während des fortschreitenden Verbrauches des Koksbettes gebildete Asche zu einem verhältnismäßig grobkörnigen Material agglomeriert wird, das infolge seines über dem Gewicht des Kokses liegenden Gewichtes zum Reaktorboden absinkt, von wo aus es entweder intermittierend oder kontinuierlich abgezogen wird.

16. Verfahren !nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett aus im wesentlichen metallischem Material besteht, das auf die Reduktions- und/oder Karburierungsreak-

A 0 9 8 A 7/1047

tion eine katalytische Wirkung hat.

17. Verfahren nach Anspruch 13 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett im wesentlichen aus Partikeln besteht, die einen Kohlenstoffüberzug haben, der das Reduziermittel bildet und während des Reduktions- und/oder Karburierungsprozesses fortschreitend verbraucht wird, und daß der Kohlenstoffüberzug durch im wesentlichen kontinuierliche Zufuhr von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen erneuert wird, wobei in der Reaktorkammer eine solche Wirbelbettemperatur aufrechterhalten wird, daß der Kohlenstoff durch Pyrolyse der Kohlenwasserstoffe und durch Kracken des Pyrolysegases gebildet wird, so daß sich der Kohlenstoff auf den Partikeln ablagert bzw. niederschlägt.

18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Reduktion von Metalloxyden, insbesondere Metalloxyden der Eisengruppe oder oxydischem Kupfermaterial, angewandt wird, und daß die Metalloxyde in einer für den Aufbau eines Wirbelbettes geeigneten Korngröße dem Wirbelbett zugeführt werden, das hauptsächlich aus Koks besteht und das bei fortschreitendem Verbrauch des Kokses induktiv erwärmt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Koksbett auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß das reduzierte Metall, insbesondere Eisen, zu Granulaten agglomeriert, die infolge ihres Gewichtes, das über dem Gewicht des das Bett bildenden Kokses liegt, zum Boden der Reaktorkammer sinkt, von wo aus es intermittierend oder kontinuierlich vorzugsweise zusammen mit Koksasche abgezogen wird, die in vergleichbarer Weise zu größeren Granulaten agglomeriert ist.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Koks bestehende Wirbelbett auf einer solchen

Α098Λ7/104 7

Temperatur gehalten wird, daß das reduzierte Metall, insbesondere Eisen, schmilzt, und daß das geschmolzene Metall bei seinem Durchgang durch das Bett karbonisiert wird und sich anschließend am Boden der Reaktorkammer sammelt, von wo aus das geschmolzene Metall intermittierend oder kontinuierlich zusammen mit der gleichzeitig gebildeten Schlacke abgezogen wird.

21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Reduktion von Metalloxyden, insbesondere Eisenoxyden, angewandt wird, die einem hauptsächlich aus Koks bestehenden induktiv erwärmten Wirbelbett in einer derart fein zerteilten Form zugeführt werden, daß die Metalloxyde von dem vorzugsweise vorerwärmten, das Wirbelbett aufbauenden Gas durch das Bett nach oben getragen werden, daß die Oxyde bei gleichzeitigem fortschreitenden Verbrauch des Kokses ganz oder teilweise reduziert werden und das Wirbelbett und die Reaktorkammer zusammen mit dem das Wirbelbett aufbauenden Gas verlassen, und daß das Wirbelbett auf einer Temperatur gehalten wird, die unter der Temperatur liegt, bei der das reduzierte Material in stärkerem Umfang die Neigung zur Agglomerierung hat.

22. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Reduktion von Metalloxyden, insbesondere Eisenoxyden, angewandt wird, die Vorzugsweise der Oberfläche eines induktiv erwärmten, hauptsächlich aus Koks bestehenden Wirbelbettes in einem derart grobkörnigen Zustand zugeführt werden, daß die Metalloxyde, während sie reduziert werden und fortschreitend den das Wirbelbett bildenden Koks verbrauchen, durch das Bett nach unten sinken und von der Unterseite des Bettes, vorzugsweise getrennt vom Koks, aus dem Reaktor abgezogen werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14, 15 und 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der verbrauchte Koks dem Bett im wesentlichen kontinuierlich in Form eines festen, flüs-

.4 09847/1047

sigen oder gasförmigen organischen Materials zugeführt wird, und daß das Bett mindestens auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß aus dem organischen Material durch Pyrolyse und/oder Kracken während der Ablagerung von Kohlenstoff Koks gebildet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, welches im Bett selbst durch Pyrolyse und Kracken des zugeführten organischen Materials gebildet wird, zum Aufbau des Wirbelbettes benutzt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Reduktion von Metalloxyden, insbesondere Eisenoxyden, angewandt wird, die dem Wirbelbett hauptsächlich als Metallpulver oder Metallgranulate mit einer für eine Fluidisierung geeigneten Korngröße zugeführt" werden, und daß das Bett induktiv erwärmt wird und dem Bett feste, flüssige oder gasförmige Reduktionsmittel zugeführt werden, wodurch die in dem Bett enthaltenen Metalloxyde während der Bildung von gasförmigen Reaktionsprodukten und pulver- bzw. granulatförmigem Metall reduziert werden^ und daß das Metallpulver bzw. die Metallgranulate aus dem Reaktor in einem solchen Umfang abgezogen werden, daß das Volumen des Wirbelbettes im wesentlichen konstant bleibt.

26. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zur synthetischen Herstellung von organischen oder anorganischen Verbindungen angewandt wird, und daß die Ausgangsmaterialien dem Wirbelbett vorzugsweise in Gegenwart eines Stoffes zugeführt werden, der auf die Synthesereaktion einen katalytischen Einfluß hat, und daß die für die Durchführung der Synthesereaktion benötigte Temperatur hauptsächlich elektroinduktiv erzeugt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett aus Metallpulver oder Metallgranulaten besteht, das bzw. die einen katalytischen Effekt auf die

409847/1047

242064Q

Synthesereaktion haben. -

28. Verfahren nach Anspruch 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Aufbau des Wirbelbettes benötigte Gas ganz oder teilweise von den dem Bett zugeführten Reaktionsteilnehmern gebildet wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-6, 10 - 12, 18 - 20, 22, 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Wirbelbett in der Reaktorkammer Brennstoffe verbrannt werden, und daß ein Teil der für die Durchführung des Prozesses benötigten Wärme dem Wirbelbett hauptsächlich in Form von Strahlungswärme zugeführt wird, die durch die Verbrennung der Brennstoffe erzeugt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Verbrennung der zugeführten Brennstoffe gebildete und nicht von den Reaktionsteilnehmern innerhalb der Reaktorkammer verbrauchte Wärme innerhalb der Reaktorkammer im Bereich einer Strahlungskammer eines Dampfkessels wiedergewonnen wird, der dem Reaktor zugeordnet ist und dessen Strahlungskammer innerhalb der Reaktorkammer liegt.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Wärmeinhaltes der in der Reaktorkammer gebildeten Gase zur Erzeugung von Dampf oder elektrische Energie beispielsweise mittels einer Dampf- oder Gasturbine, inebsondere eine Heißluftturbine, verwendet wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene elektrische Energie als Energiequelle für die Durchführung des Prozesses verwendet wird.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch ge-

4 0 9 8 4 7/1047

~³⁶~ 242064Ü

kennzeichnet, daß es in einem Reaktor (10) mit einer Reaktorkammer durchgeführt wird, die von Wänden begrenzt wird, die die Induktionsspule (15) von der Reaktorkammer trennen und eine bestimmte Gasdurchlässigkeit haben, und daß den Reaktorwänden von außen her ein Gas unter einem Durck zugeführt wird, der höher ist als der höchste zu erwartende Druck innerhalb der Reaktorkammerzone, die von der Induktionsspule (15) umgeben ist, wobei ein Gas verwendet wird, welches nicht in der Lage ist, eine elektrische Verbindung zwischen den Spulenwinüungen herzustellen.

34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das der Reaktorwand zugeführte Druckgas in einer solchen Weise zugeführt wird, das eine Gasströmung durch die Reaktorwand in Richtung weg von der Reaktorkammer verhindert wird.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der von der Induktionsspule (15) umgebene Teil der Reaktorwandung von einer Druckkammer umgeben ist.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas der Reaktorwandung durch die Druckkammer zugeführt wird.

37. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte zwischen benachbarten Spulenwindungen gegen die den Reaktor umgebende Atmosphäre abgedichtet sind, und daß das Gas innerhalb der nach außen abgedichteten Bereiche zugeführt wird.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsspule verwendet wird, die aus mehreren Einzelelementen zusammengesetzt ist, wobei jedes Einzelelement nur eine einem Winkel von höchstens 180° entsprechende Bogenlänge hat.

409847/1047

242064Q

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 his 38, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsspule verwendet wird, die aus mehreren Teilspulen zusammengesetzt ist.

40. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spulenwindung in einer Ebene liegt.

41. Verfahren nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Teilspulen unterschiedliche Wicklungs- bzw. Windungsrichtungen haben, und daß aneinander angrenzende Enden von benachbarten Teilspulen an ein und demselben Punkt des Stromversorgungssystems angeschlossen sind.

42. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß das der Außenseite des Reaktors zugeführte Druckgas eine Zusammensetzung hat, die für den innerhalb der Reaktorkammer ablaufenden Prozeß ohne schädlichen Einfluß istο

43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen inertes Gas benutzt wird, daß ein Sauerstoff- oder Wasserstoffpotential einer solchen Größe hat, daß ein Kohlenstoffniederschlag zumindest in den Bereichen der Reaktorkammerwand verhindert wird, die im Bereich der Induktionsspule liegen.

409847/1047