DE1003190B - Vorrichtung zur Durchfuehrung endotherm ablaufender Umsetzungen im Wirbelschichtverfahren - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Durchführung endotherm ablaufender Umsetzungen im Wirbelschichtverfahren Bekanntlich lassen. sich Reaktionen, bei denen neben gasförmigen oder dampfförmigen Stoffen. auch. Stoffe in festem Zustand, z. B. als Reaktionspartner, Katalystatoren oder Inertstoffe mitwirken, in der Weise durchführen, daß man die Feststoffe in feinverteilter Form durch die eingebrachten. gas- oder dampfförmigen Stoffe in einem bewegten, schwebenden Zustand hält. Dabei können die Feststoffe sich in einem einer siedenden Flüssigkeit ähnlichen Zustand befin.den und eine auf- und abwirbelnde Bewegung ausführen oder zusammen mit den Gasen durch den Reaktionsraum hindurchgeführt werden. Solchen Reaktionen hat man bisher die erforderliche Wärme dadurch zugeführt, daß man Gase oder Feststoffe mit Luft oder sauerstoffhaltigen Gasen im Reaktionsgefäß direkt verbrannte oder indem man die Wärme von außen durch die Gefäßwandung einbrachte. Die indirekte Wärme zufuhr durch die Wandungen des Reaktionsgefäßes bereitet, insbesondere bei Gefäßen mit größerem Durchmesser und bei Reaktionen, die stark endotherm sind, Schwierigkeiten oder ist völlig unmöglich, da mit steigendem Durchmesser des Gefäßes das Volumen des Reaktionsraumes in der dritten Potenz steigt, während die wärmeübertragende Fläche nur in der zweiten Potenz wächst. Außerdem läßt sich auf diese Weise keine gleichmäßige Temperatur in der gesamten Wirbelschicht einhalten. Die direkte Wärmezufuhr durch Verbrennung in der Wirbelschicht hat den Nachteil, daß Verluste an wertvollen Stoffen eintreten und zusätzliche Verbrennungsprodukte gebildet werden. Auch kann bisweilen die Gegenwart von Sauerstoff im Reaktionsraum unerwünscht sein.
• Man hat auch bereits die gasförmigen und/oder die festen Stoffe vorerhitzt und in das Umsetzungsgefäß eingebracht. Durch die Vorerhitzung von Gasen oder von Dämpfen kann man entweder nur geringe Wärmemengen in das Reaktionsgefäß einbringen, da die spezifische Wärme dieser Stoffe gering ist, oder man muß diese Stoffe so stark überhitzen, daß bisweilen Spaltungs- oder Zersetzungserscheinungen auftreten.
• Bei Verwendung von vorerhitzten Feststoffen als Wärmeträger ist es nachteilig, daß diese infolge der erforderlichen Umwälzung einen erhöhten Abrieb und häufig ein Nachlassen ihrer katalytischen Wirksamkeit durch die notwendige Überhitzung zeigen.
• Es wurde gefunden, daß sich endotherm ablaufende Umsetzungen im Wirbelschichtverfahren in einfacher Weise durchführen lassen, wenn man eine Vorrichtung verwendet, die aus einem Reaktionsgefäß und einer in das Wirbelbett eingebauten Brennkammer besteht, die von innen durch eine Flamme beheizt wird.
• Es war unerwartet, daß man in der gesamten Wirbelschicht eine gleichmäßige Wärmeverteilung durch indirekte Beheizung des Reaktionsgefäßes erzielt, wenn man in der erfindungsgemäßen Weise in das Reaktionsgefäß eine Brennkammer einführt, in der die Wärme durch Verbrennen eines Brenngases mit Luft erzeugt wird. Die Verbrennung im Innern der Brennkammer kann man z. B. mit der theoretisch zur Verbrennung notwendigen Luftmenge durchführen. Dies kann. beispielsweise in der Weise erfolgen, daß das zu verbrennende Gas im Innern eines Luftstromes brennt, ohne daß eine vorherige Vermischung des Gases mit der Luft eintritt. Die auf diese Weise zu einer Diffusionsflamme ausgebildete Flamme entwickelt in dem gesamten Raum der Brennkammer eine gleichmäßige Wärme, so daß der t2bergang der Wärme in die Umsetzungszone sehr gleichmäßig erfolgt.
• Eine beispielsweise besonders zweckcnäßige Ausführungsform der Erfindung sei an Han.d der Abbildung näher beschrieben. Die Abbildung zeigt ein Reaktionsrohr A, in dem sich oberhalb der Bodenplatte B die in der Schwebe gehaltenen Festteilchen K befinden und in das ein aus Eisen, z. B. Schmiedeeisen oder Stahl, oder anderem zunderfestem metallischem oder nichtmetallischem Material bestehendes Rohr R (die Brennkammer) eingeführt ist. Nach oben verjüngt sich die die gesamte Reaktionszone durchziehende Brennkammer R und geht in das gebogene Rohr E über, während sie nach unten in das Rohr L ausläuft, durch das die für die Diffusionsfiamme erforderliche Luft zugeführt wird. Das durch die Wandungen von A und L eingeführte und im unteren Teil von R endende kleinere Rohr G dient der Brenngaszuführung. Die Zündung des Gases erfolgt bei Z außerhalb des Reaktionsgefäßes A im Rohr E mittels einer Hochspannungszündkerze oder eines Glühkopfes. Zur besseren Ableitung der Wärme durch die Wandungen der in der Brennkammer erzeugten Diffusionefiamme D sind auf die Außenwandungen von R noch Wärmeableitbleche W aufgesetzt, die den, Wärmeübergang in. die Umsetzungszone erleichtern.
• Verwendet man beispielsweise eine Brennkammer R von 70 mm Durchmesser und 800 mm Länge, die aus 3 mm starkem Edelstahl hergestellt ist un.d auf deren Außenseite sechs Wärmeableitbleche von 20 mm Breite aufgesetzt sind und deren Abgas rohr E einen Durchmesser von 25 mm hat un.d ebenfalls mit drei Wärmeableitblechen. von 20mm versehen ist, so wird die stündlich beim Verbrennen von 4,5 m3 Wasserstoff mit Luft erhaltene Wärmemenge von 13500 kcal ohne wesentliche Verluste in die Umsetzungszone eingebracht. Bei Verwendung einer Diffusionsflamme ergeben, sich an den, verschiedenen Stellen der Brennkammer Temperaturdifferenzen, von nicht mehr als 500. Die Oberflächentemperatur der Brennkammelr liegt bei 5800 in frei strömender Luft.
• Da die Breunkammer selbst keine nennenswerte Wärmekapazität besitzt, kann die Temperatur der Wirbelschicht leicht automatisch durch Steuerung der Luft- un.d Brenugasmenge geregelt werden.
• Als Brenngas können neben dem bereits erwähnten Wasserstoff auch andere Heizgase, z. B. Generatorgas, Wassergas, Leuchtgas oder Erdgas, dienen. Bei ihrer Verwendung ändert sich nicht die Temperaturverteilung innerhalb der Brennkammer, sondern lediglich die erzeugte Wärmemenge.
• Endotherme Umsetzungen, die im Wirbelschichtverfahren in der beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden können, sin.d z. B. Dehydrierungen von Cydoalkylkohlenwasserstoffen und Terpenen,, z. B. von Dipenten, und die Spaltung von Diisobuten zu Isobuten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCII Vorrichtung zur Durchführung endotherm ablaufenderUmsetzungen im Wirbelschichtverfahren, bestehend aus einem Reaktionsgefäß und einer in das Wirbelbett eingebauten Brennkammer, die von innen durch eine Flamme beheizt wird.