DE1009601B - Verfahren zur Ausfuehrung endothermer Reaktionen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausführung endothermer Reaktionen zwischen einem strömenden Medium, vorzugsweise einem Dampf oder Gas, und einem in einer Reaktionszone in Form eines dichten Wirbelschichtbettes befindlichen feinteiligen festen Kontaktstoff unter Verwendung eines !einteiligen festen Wärmeträgers.

In der Wirbelschichttechnik ist es oft zweckmäßig, als Wärmeträger einen von außen eingeführten Feststoff im Kreislauf zu führen, z. B. wenn der in der Umwandlungszone verwendete Katalysator bei den Bedingungen, die in einem Heizelement oder anderswo außerhalb der Umwandlungszone gegeben sein können, oxydiert, reduziert oder in anderer Weise verschlechtert werden würde. Ferner muß bei gewissen Ausführungsformen des Verkokens oder Hydroformierens Wärme in ein Reaktionsgefäß eingeführt werden, welches unter hohem Druck steht. Hier ist es aus verschiedenen Gründen unerwünscht, die Katalysatorfeststoffteilchen als Wärmeträger zu benutzen, insbesondere, weil übermäßig hohe Fallrohre erforderlich wären, um die im Wirbelschichtzustand befindlichen Feststoffe von einer verhältnismäßig geringen Dichte auf Drücke von 3,4 Atm. oder mehr zu verdichten.

Man hat schon Hochdruckverbrennungszonen vorgesehen, um die Höhe der Fallrohre zu verringern. Man hat weiterhin einen indirekten Wärmeaustausch vorgesehen, um die Verbrennungszone unabhängig vom Druck der Umwandlungszone und ohne die Notwendigkeit, die Feststoffteilchen der Umwandlungszone unerwünschten chemischen und physikalischen Bedingungen auszusetzen, bei im wesentlichen Atmosphärendruck betreiben zu können. Wenn indessen in der Umwandlungszone hohe Temperaturen und Drücke herrschen, erfordern die verschärften Bedingungen für die Wärmeaustauschfläche eine nicht einfache Konstruktion.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß feinteiliger Kontaktstoff stetig aus dem Wirbelschichtbett der Reaktionszone abgezogen und mit dem erheblich über die Temperatur der Reaktionszone erhitzten Wärmeträger zwecks Aufheizung gemischt wird, worauf man den aufgeheizten Kontaktstoff von dem Wärmeträger trennt und ihn wieder zwecks Wärmezufuhr in die Reaktionszone zurückführt. Als Wärmeträger verwendet man zweckmäßig einen Stoff von höherer Dichte als derjenigen des Kontaktstoffes und trennt den aufgeheizten Kontaktstoff von dem Wärmeträger, indem man das Gemisch beider in eine Sichtungszone leitet, durch die ein Gas aufwärts strömend mit solcher Geschwindigkeit geleitet wird, daß der Kontaktstoff von dem Gas nach oben in die Reaktionszone mitgenommen wird, während der

Verfahren zur Ausführung endothermer Reaktionen

Anmelder:

Esso Research and Engineering Company, Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: E. Maemecke, Berlin-Lichterfelde West, und Dr. W. Kühl, Hamburg 36, Esplanade 36 a,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Juli 1951

Wärmeträger sich am Fußteil der Sichtungszone sammelt, von dort abgezogen und im Kreislauf in eine Heizzone und weiter in eine Zone zur Wärmeübertragung an den Kontaktstoff geführt wird.

Bei einem bekannten Verfahren zur katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen wird der verbrauchte Katalysator aus der Reaktionszone abgezogen und in eine Regenerierzone zur Behandlung mit einem oxydierenden Gas übergeführt. Um die bei der Regeneration erzeugte Wärme für die Reaktionszone nutzbar zu machen, wird der Katalysator mit einem Wärmeträger vermischt, in der Regenerierzone mit ihm zusammen aufgeheizt und in die Reaktionszone zurückgeführt. Dort gibt der Wärmeträger seine Wärme an die Reaktion ab und wird, mit dem verbrauchten Katalysator gemischt, wieder aus der Reaktionszone ausgetragen und in die Regenerierzone zurückgefördert, wonach sich der Kreislauf in der beschriebenen Art wiederholt. Hierbei zirkuliert also stets ein Gemisch von Wärmeträger und Katalysator durch die verschiedenen Zonen. Bei der Erfindung, zirkuliert der Wärmeträger außerhalb der Reaktionszone, kommt nur mit einem ziemlich kleinen Teil des Katalysators in der Mischzone in Kontakt und wird von diesem wieder abgetrennt, bevor er in die Reaktionszone zurückströmt.

Bei einem anderen Verfahren wird der Katalysator in der Regenerationszone mit einem Wärmeträger gemischt, bevor er durch die Reaktionszone geführt wird. Die Regeneration des Katalysators dient dazu,

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den Wärmeträger aufzuheizen. Der Katalysator wird dann vom Wärmeträger abgetrennt und in die Reaktionszone geleitet, während der Wärmeträger in einen Wärmeaustauscher strömt und dort die der Reaktionszone zuzuführende Beschickung vorheizt. Hierbei wird der Wärmeträger zusammen mit dem Katalysator in der Regenerationszone aufgeheizt. Gemäß vorliegender Erfindung wird der Wärmeträger für sich allein aufgeheizt und kommt erst in der

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den. wodurch die Wärmeübergangszahl des Schrots verringert und außerdem die wirksame Dichte im FaIlrohr unerwünscht absinken würde.

Die schweren Metallkugeln oder Schrotteile werden gegebenenfalls mit einer kleinen Menge größerer Koksteilchen von dem Sichter unten abgezogen und durch die Steigleitung 16, die mit Ventil 17 zur Luftzuführung ausgerüstet ist, in eine mit einer Rohr-

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teilchen durch Dampf mitgenommen, der durch Rohrleitung 6 einströmt, und unter Druck durch die durchlochte Verteilerplatte 14 in das Reaktionsgefäß 5 zurückgeführt, wo sie die Temperatur der Wirbel-5 schicht 3 auf dem gewünschten Wert halten.

Die Anwesenheit des schweren Metallschrots in Rohrleitung 11 vermehrt die Belastung und Druckerhöhung in ihr und erleichtert den Umlauf der Koksteilchen zwischen Wirbelschicht 3 und Sichter 13. Mischzone mit dem kühleren Katalysator in Kontakt, io Natürlich können die Feststoffe, anstatt nach erneuter um seine fühlbare Wärme an diesen abzugeben. Nach Beheizung direkt aus dem Sichter in das Reaktionsdiesem Wärmeübergang wird der aufgeheizte Kataly- gefäß zurückgeführt zu werden, zuerst eine Zwischensator wieder vom Wärmeträger abgetrennt, bevor er zone passieren, aus welcher sie in das Reaktionsgefäß in die Reaktionszone zurückströmt. gefördert werden. Überschüssiger Koks kann aus

Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine zur Durch- 15 Wirbelschicht 3 durch Rohrleitung 15 abgezogen werführung der Erfindung geeignete Vorrichtung, die sich den. Die beschriebene Arbeitsweise vermeidet die insbesondere für das Verkoken von schweren Kohlen- Schwierigkeit, Metallschrot durch Abströmen mit dem wasserstoffölen eignet. Produktteer zu verlieren. Da man die Metallkugeln

Durch die Rohrleitung 1 und Verdüsungsorgan 2 von dem Reaktionsgefäß fernhält, ist das Zuführungswird ein Rückstandskohlenwasserstofföl, wie ein un- 20 gut nicht der hohen Temperatur dieser Metallkugeln behandelter Rückstand von d_15S — 1,036 und einer ausgesetzt, was sonst sowohl wegen der hohen Tem-Siedelage bei Atmosphärendruck über 593°, der auf peratur des Metallschrots als auch wegen der mög-371° vorerhitzt ist, in das Reaktionsgefäß 5 einge- licherweise unerwünschten katalytischen Wirkung des führt, welches- zwischen 427 und 760° und einem letztgenannten zu weniger erwünschten Produkten Druck von etwa 1,7 bis 20,4, zweckmäßig 3,4 bis 25 führen könnte. Außerdem würde der auf dem Schrot 10,2 Atm. gehalten wird. In diesem Reaktionsgefäß 5 niedergeschlagene Koks in das Heizrohr geführt wersind Koksteilchen von einer Größe von 40 bis S

300 Mikron Durchmesser in einer Menge von 0,045 bis 4,5 kg/kg/Stunde Zuführung enthalten.

Durch Rohrleitung 6 und den Sichter 13 wird diesem 30
Reaktionsgefäß 5 Dampf oder ein anderes Inertgas
zugeführt, nach Wunsch auch durch Rohrleitung 30.
Die Zuführungsgeschwindigkeit muß ausreichen, um
im Reaktionsgefäß eine Gesamtgeschwindigkeit des g g

aufwärts strömenden Dampfes von 0,45 bis 0,9 m/sec 35 leitung zum Wärmeübergang ausgestattete Aufheizzu erzielen, wodurch die Koksteilchen im Zustand zone 18 gefördert, in welcher die Metallkugeln auf einer dichten Wirbelschicht 3 gehalten werden, welche 538 bis 1093° aufgeheizt und darauf durch den bis zu ihrer oberen Grenze 4 eine Dichte von 0,32 bis Zyklon 19 und das Fallrohr 11 zur Wärmeübertragung 0,64 t/m³ hat, während die oberhalb dieser Dichtphase an weitere Partien der Feststoffe des Reaktionsbefindliche disperse Phase eine Dichte von nur 40 gefäßes im Kreislauf geführt werden. 0,016 · 10~³ bis 0,016 t/m³ hat. Bei den angegebenen Die Metallkugeln können die notwendige Wärme in

Geschwindigkeiten beträgt die Verweilzeit der im Re- der Aufheizzone 18 bei im wesentlichen Atmosphärenaktionsgefäß 5 gebildeten Kohlenwasserstoffdämpfe druck aufnehmen, und zwar, indem der mit dem ab-5 bis 50 see, wonach diese als Kopfstrom durch den gezogenen Metallschrot vermischte Koks teilweise Zyklon 7 abziehen. Die abgeschiedenen Feststoffe wer- 45 oder völlig verbrannt wird, vorzugsweise aber durch den von dem Zyklon mittels üblicher Tauchrohre in Beheizung mit einem Kohlenwasserstoffgas aus Rohrdas Koksbett zurückgeführt, während die Produkt- leitung 20, welches mit einem sauerstoffhaltigen Gas, dämpfe durch Rohrleitung 8 abgezogen werden. wie Luft, welches durch Rohrleitung 21 einzieht, zu-

Gemäß der Erfindung wird der Reaktionszone 5 die strömt. Man kann auch das gesamte oder einen Teil zur Durchführung der Reaktion notwendige Wärme 50 des Heizgases, anstatt es direkt in der Aufheizzone 18 durch direkten Wärmeaustausch zumindest eines zu verbrennen, aus Rohrleitung 20 durch Rohrleitung Teiles der Koksteilchen mit einem heißen äußeren 22 in einen Hilfsbrenner 23 fördern, in welchem es Wärmeträger zugeführt, welcher im Kreislauf durch verbrannt werden kann, bevor es in die Aufheizzone eine Aufheizzone geführt werden kann. Ein Teil des 18 eintritt, in welcher die Metallkugeln durch Be-Kokses wird zweckmäßig stetig aus der Wirbel- 55 rührung mit den heißen Verbrennungsgasen auf die schicht 3 durch Rohrleitung 9 und Regelventil 10 in gewünschte Temperatur gebracht werden, den unteren Teil der Rohrleitung 11 abgezogen. Im Ein Teil der erhitzten Metallkugeln kann nach Abunteren Teil des Rohres 11 wird der Koks durch scheidung im Zyklon 19 durch Rohrleitung 28 dem direkte Vermischung mit einem festen Wärmeträger Eingangsteil der Aufheizzone 18 im Kreislauf zurückerhitzt, z. B. Kugeln aus rostfreiem Stahl (z. B. 60 geführt werden. Hierdurch kann man die Verweilzeit Chromnickelstählen) von einem Durchmesser von und Wärmebeladung der Feststoffe in der Aufheiz-100 Mikron. Diese Metallkugeln fließen durch Fall- zone 18 erhöhen, außerdem wird die Verbrennung rohr 11 abwärts, nachdem sie auf eine Temperatur erleichtert, indem die Temperatur am Eintritt zur von 538 bis 1093° erhitzt sind. Da es erwünscht ist, Aufheizzone auf mindestens 705 bis 926° erhitzt wird, die Stahlkugeln von der eigentlichen Reaktionszone 65 was insbesondere dann von Bedeutung sein kann, wenn fernzuhalten, um den Koksniederschlag auf den das Reaktionsgefäß bei einer viel geringeren Tem-Metallkugeln so gering wie möglich zu halten, wird peratur als die Aufheizzone betrieben wird. Nachdem das Gemisch von Koks und Metallkugeln aus Rohr 11, das Metallschrot aufgeheizt und abgetrennt ist, kann welches als Fallrohr wirkt, in den Sichter 13 geführt. die überschüssige Wärme der durch Rohrleitung 24 In diesem werden die leichten, wieder erhitzten Koks- 70 abgezogenen heißen Verbrennungsgase nutzbar ge-

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macht werden, indem diese durch den Boiler 26 und 89 m³/100 1 flüssiges Ausgangsgut (bei Atmosphärenden Wasservorwärmer 25 geführt werden, bevor sie druck) verdünnt werden. Die Anwesenheit eines Verin den Schornstein 27 entlüftet werden. dünnungsgases empfiehlt sich manchmal, um die Ge-Da es zweckmäßig ist, die Aufheizzone 18 bei im samtdampfgeschwindigkeit in der Reaktionszone zu wesentlichen Atmosphärendruck zu betreiben, müssen 5 erhöhen und die Überführung der in dem Reaktionsdie Metallkugeln, welche in Wärmeaustauschleitung 11 gefäß enthaltenen Feststoffe in einen Wirbelschicht- und Sichter 13 unter hohem Druck stehen, vor ihrem zustand zu erleichtern. Die zur Erzielung dieser Eintritt in die Aufheizzone 18 entspannt werden. Wirkung notwendigen Gasgeschwindigkeiten betragen Wenn indessen die gesamte Entspannung, welche zweckmäßig 0,15 bis 1,5 oder 3 m/sec. Hierdurch erhier ohne weiteres 6,8 Atm. oder mehr betragen kann, io geben sich für die Dichtphase scheinbare Dichten von in Ventilen oder öffnungen erfolgen würde, z.B. bei 0,16 bis 0,80 t/m³ und für die disperse Phase von feinverteilten Katalysatorteilchen, welche direkt aus 0,016 · 10—³ bis 0,080 t/m³.

einem Fallrohr in die gewöhnliche Wärmeübergangs- Als feste Kontaktstoffe werden in dem Reaktionsleitung geführt werden, können Erosion und Abrieb gefäß zweckmäßig Koksteilchen von einer Größe bis das Verfahren in Frage stellen. Demgemäß wird die 15 _zu etwa 200 oder 500 Mikron verwendet. Man kann Entspannung des Wärmeträgers und seine Förderung indessen auch andere inerte Feststoffe, wie Sand, in die Aufheizzone 18 in einem Steigrohr oder umge- unreine Tone oder Bimsstein, in gleicher Weise ankehrten Fallrohr 16 von hoher Dichte vorgesehen, in wenden, wenn ein Koksprodukt von hohem Aschenweichem der größte Teil des Druckabfalls erfolgt. In gehalt zulässig ist, was z. B. dann gegeben ist, wenn einem derartigen Fallrohr kann die Oberflächen- 20 die koksüberzogenen Feststoffe als Brennstoff in der geschwindigkeit der aufwärts strömenden Feststoffe Aufheizzone verwendet werden.

0,6 bis 3 m/sec und die scheinbare Dichte des be- Das zur Wärmeübertragung verwendete Schrot lüfteten Metallschrots 1,6 bis 3,2 t/m³ betragen. In kann aus Metall, Metalloxyd oder anderen festen der Aufheizzone 18 kann die Geschwindigkeit der auf- . Stoffen bestehen, deren Fallrohrdichte oder scheinwärts strömenden Feststoffe 1,5 bis 22,5 m/sec und 25 bares Schüttgewicht zwischen 0,48 und 3,2 t/m³ liegt. die scheinbare Dichte der in dem Gas suspendierten Ein derartiges Schrot soll auch zweckmäßig eine Metallkugeln 0,008 bis 0,08 t/m³ betragen. Im Fall- Wärmekapazität von zumindest 0,031 Kcal/kg/⁰C und rohr 11 ist die scheinbare Dichte der bewegten eine gute Wärmeübergangszahl oder Wärmeleitfähig-Wärmeträgerfeststoffe, die das spezifische Gewicht keit haben, und es soll auch den in der Aufheizzone von Eisen haben, 1,6 bis 4 t/m³, was eine Fallrohrhöhe 30 gegebenen hohen Temperaturen und Oxydationsbedinvon nur etwa 21 m erfordert, wenn man im Reaktions- gungen standhalten. Zum Beispiel kann der Wärmegefäß mit 7,5 Atm. arbeitet. träger aus Eisen, Eisenoxyd, Stahl, Kupfer, Kupfer-Ein Vorteil des Verfahrens ist, daß der Koks aus oxyd, Chrom, Nickel, verschiedenen Legierungen, dem Reaktionsgefäß durch eine heißere Zone im keramischen Werkstoffen, dichter Kieselsäure, Minera-Bodenteil des Standrohres 11 geführt wird. Hierbei 35 lien, wie Korund, sowie Karborund und anderen werden weitere wertvolle Produkte aus dem Koks Stoffen bestehen, die vorzugsweise eine hohe Dichte frei. Dieser wird getrocknet und die Neigung zur Zu- und Wärmekapazität haben. Außerdem kann der sammenballung verringert. Man kann auch vom Wärmeträger z. B. etwas Chrom oder Kupfer entoberen Teil der Heißzone 13 Produktkoks abziehen, halten, mit welchem z. B. eine Grundmasse, wie Eisenum einen trocknen Koks von einem niedrigen Gehalt 40 schwamm, Tonerde oder Kieselsäuregel, überzogen ist. an flüchtigen Bestandteilen zu erzielen. Dieser Koks Größe und/oder Dichte und/oder andere Eigenkann dann noch weitererhitzt werden, indem man ihn schäften des Schrots oder Wärmeträgers wurden so mit weiterem aufgeheiztem Metallschrot aus Rohr- ausgewählt, daß eine saubere Trennung der beiden leitung 11 in einer gesonderten Zone in Berührung Feststoffe in dem Sichter sichergestellt ist. Zum Beibringt. 45 spiel eignet sich Metallschrot aus rostfreiem Stahl von Die Arbeitsweise der Erfindung ist allgemein auf einem Durchmesser von 50 bis 200 Mikron, wenn die die Verkokung von schweren unbehandelten Kohlen- Trennung von Koksteilchen etwa der gleichen Größe wasserstoffölen, sowohl Rückstands- als auch Rück- durch Sichtung bzw. Klassierung erfolgen soll. Man laufölen, anwendbar, welche Fraktionen enthalten, die kann auch die Trennung der beiden Feststoffe durch bei Atmosphärendruck eine Siedelage über 482 bis 50 Sieben, selektive Zyklon- oder Fliehkraftscheidung 621° und eine Dichte zwischen 1,076 und 0,934 haben, oder durch Magnetscheidung erreichen, wenn auch einige Vorteile sogar mit leichteren Erd- Um eine saubere Trennung der beiden Feststoffe ölprodukten, wie Gasölen, erreicht werden. Sie ist durch Sichtung zu erleichtern, müssen folgende Bedann von besonderem Wert, wenn die zu verarbeitenden dingungen eingehalten werden: Zunächst muß die Gas-Erdölprodukte eine hohe Neigung zur Koksbildung 55 geschwindigkeit hoch genug sein, damit das leichter haben, wie z. B. Rückstandsöle, welche durch Destilla- mitgerissene Material nach oben geführt wird, aber tion bei Atmosphären- oder Unterdruck erhalten sie darf nicht so hoch sein, daß beide Stoffe mitgewerden und etwa 2 bis 25 Volumprozent des gesamten rissen werden. Dies gilt insbesondere für Teilchen, destillierten Rohgutes ausmachen können. Die Arbeits- die kleiner als etwa 20 Mikron sind. Ferner muß die weise läßt sich auch auf die Behandlung von geklärtem 60 Geschwindigkeit im Bett hoch genug sein, damit die öl der katalytischen Spaltung anwenden sowie auf Festteilchen des Bettes in einen fluidisierten Zustand verschiedene Pechprodukte und Teere. übergeführt und hinreichend durchgemischt werden, Vor der Einführung in das Reaktionsgefäß können um ein Absinken derjenigen Teilchen zu verhindern, die schweren Kohlenwasserstofföle mit mittleren welche nach oben mitgerissen werden sollen. Destillatölen oder anderen leichten Produkten ver- 65 Die Teilchengröße und/oder Dichte der verwendeten schnitten werden. Sie werden zweckmäßig auf Tem- Stoffe müssen so ausgewählt werden, daß ein brauchperaturen von 93 bis 538, insbesondere 316 bis 427° barer Arbeitsbereich gegeben ist. So würden zwei erhitzt. Überdies kann das Kohlenwasserstoffgut in Stoffe, deren Fallgeschwindigkeiten im Verhältnis der Reaktionszone mit Dampf, Rücklauf gas oder 2 : 1 oder darunter liegen, schwierig durch Sichten anderem Inertgas in Mengen bis zu etwa 8,9 bis 70 zu trennen sein, und es sollten in diesem Falle zweck-

mäßigere Stoffe ausgewählt werden, um diese Schwierigkeiten bei der Scheidung zu beseitigen, obgleich z. B. auch Einbauten nützlich sein können. Nach Wunsch können die Geschwindigkeiten in der Sichtungszone durch Veränderung des Gefäßquerschnittes oder durch Zuführung von mehr Gas variiert werden. Eine besonders zweckmäßige Verbesserung besteht darin, im unteren Teil des Scheiderbettes eine Zone höherer Geschwindigkeit vorzusehen, um die

Wenn zwar die Erfindung besonders vorteilhaft ist in Verbindung mit einer Wirbelschichtverteilung des Kontaktfeststoffs in der Reaktionszone, lassen sich einige Vorteile des Verfahrens auch dann erzielen, wenn man es auf andere Systeme anwendet, bei welchen in Wirbelschichtzustand befindlichen Feststoffen Wärme unter Druck zugeführt wird.

Wenn man z. B. beim Hydroformieren einen Chromkatalysator verwendet, kann die Wärme von Regene-

feineren oder leichteren Teilchen emporzureißen. Die io rationsgefäß auf Reaktionsgefäß mittels des zirku-Geschwindigkeit in dieser Zone kann tatsächlich höher lierenden Katalysators übertragen werden. Indessen sein als die Fallgeschwindigkeit der schwereren
Teilchen, weil diese nicht durch den oberen Teil der
Zone entweichen können, in welchem die Geschwindigkeit unterhalb ihrer Fallgeschwindigkeit liegt.

Wenn hohe Feststoffverweilzeiten im Reaktionsgefäß erforderlich sind (etwa 0,1 bis 10 kg Kohlen kann auf diese Weise kein großer Teil der verfügbaren Wärmemenge übertragen werden, da die erforderliche hohe Katalysatorgeschwindigkeit zu einer übermäßigen Verringerung der Oxydation und zu hohen Kohlenstoffablagerungen führen würde. Gemäß der Erfindung läßt man dabei unabhängig von der

wasserstofföl/Stunde/kg Katalysator), kann das Re- normalen Zirkulation des Katalysators von außen zuaktionsgefäß selbst in Form einer Wirbelschicht (bei geführte Feststoffteilchen, wie Metallschrot, zirkueiner Gasgeschwindigkeit von 0,15 bis 1,5 m/sec) aus- 20 Heren, um die gewünschte Wärmeübertragung zu begebildet sein. Wenn indessen Zuführungsgeschwindig- wirken. Das in dem Regenerationsgefäß aufgeheizte keiten von über 10 kg Zuführungsgut/Stunde/kg in der
Kontaktzone suspendierte Feststoffe erlaubt sind,
können andere Arten von Reaktionsgefäßen Verwendung finden, z. B. ein in Art einer Wärmeübergangs- 25 erläutert wurde, leitung ausgebildetes Reaktionsgefäß, ähnlich der Auf- Andere Wirbelschichtverfahren, auf welche die Erheizzone 18. Derartige Reaktionsgefäße können häufig findung anwendbar ist, sind die Wärmespaltung und bei einer höheren linearen Geschwindigkeit, wie etwa die Schwefelgewinnung aus Natur- und Raffinerie-3 bis 24 m/sec, betrieben werden. Ein Reaktionsgefäß
in Form einer Wärmeübergangsleitung ist z. B. dann 30
besonders geeignet, wenn die Verkokung bei höheren
Temperaturen durchgeführt wird, z. B. 649 bis 760°.
Das Zuführungsgut kann in das Koksbett von oben
eingespritzt oder zu verdüst werden. Man kann auch
der Mischleitung 11 oder dem Sichter 13 Frischgut 35 einen Sinkkasten oder Verdicker ersetzt werden. Man zuführen, wenn die Koksabscheidung auf dem Schrot läßt den schweren, festen Wärmeträger sich in einem

Schrot kann in einer getrennten Zone mit dem Katalysator des Reaktionsgefäßes in einer ähnlichen Weise in Kontakt gebracht werden, wie an der Zeichnung

gasen.

Außerdem läßt sich die Erfindung auf Verfahren anwenden, bei welchen Wärme in eine Reaktionszone übertragen werden soll, welche Flüssigkeiten oder Gase unter Druck enthält. In diesem Falle kann die in der Abbildung dargestellte Sichtungszone 13 durch

nicht übermäßig stark ist, oder man kann es mit dem im Kreislauf zurückgeführten Koks getrennt zur Einführung in das Reaktionsgefäß mittels einer Steigeleitung mischen.

Als Reaktionsbedingungen in der Aufheizzone zur Erhitzung des Metallschrots oder der anderen Wärmeträger können Temperaturen von 593 bis 982° und Drücke von etwa 1,4 Atm. oder weniger verwendet

derartigen Gefäß für die Rückführung in die Aufheizzone absetzen, während die wieder erhitzte Reaktionsflüssigkeit oder das Gas vom oberen Teil des Verdickers dem Reaktionsgefäß wieder zugeführt wird, und zwar entweder durch den Druck, welcher infolge der Fallrohrwirkung der Rohrleitung 11 auf den Verdicker ausgeübt wird, oder mit Hilfe einer Pumpe. Ein derartig abgewandeltes Verfahren läßt sich bei

werden, da derartig niedrige Drücke, die im wesent- 45 spielsweise zur Wärmezufuhr in Druckdestillierlichen gleich dem Druck der Umgebung oder Atmo- kolonnen oder in Verkokungssystemen, die in Flüssigphase arbeiten, sowie in Reaktionsgefäßen anwenden, in welchen chemische Reaktionen in gasförmiger oder

flüssiger Phase stattfinden, wie z.B. die Konzentrierung

sphärendruck sind, die wirtschaftlichste Arbeitsweise ermöglichen. Die Aufheizzone selbst ist vorzugsweise in Form einer Wärmeübertragungsleitung ausgebildet,

wie in der Zeichnung abgebildet, da die in derartigen 5° von Schwefelsäure. Brennern erzielbare kurze Kontaktzeit zu einer wirk- Allgemein läßt sich die Erfindung auf Systeme oder samen Arbeitsweise führt, indem die Bildung von Verfahren mit Erfolg anwenden, bei welchen Wärme-Kohlenmonoxyd bei Anwesenheit von überschüssigem energie aus einer Zone geringen Druckes in eine Hoch-Kohlenstoff minimal ist. In einer derartigen Aufheiz- druckzone übertragen wird und man kostspielige zone ist das Gewichtsverhältnis der je Stunde züge- 55 Flächen für indirekten Wärmeaustausch bei verführten Gase, wie Luft, zum Wärmeträger oder dem schärften Arbeitsbedingungen oder die Verwendung in ihm suspendierten Metallschrot vorzugsweise 10 von Hochdruckaufheizungszonen vermeiden will. Die bis 90, die scheinbare Dichte des Schrots in der Erfindung ist insbesondere dann von Nutzen, wenn Dampfsuspension 0,008 bis 0,08 t/m³ und die lineare Wärme aus einer Verbrennungszone von geringem Geschwindigkeit der aufwärts strömenden Dämpfe 60 Druck in eine Umwandlungszone eingeführt werden 3 bis 24 m/sec. Indessen kann man an Stelle einer soll, die oberhalb 3,4 Atm. arbeitet. Wenn die Beübertragungsleitung als Aufheizzone auch eine triebsbedingungen so sind, daß der feste Wärmeträger wirbelschichtartige Verbrennungszone vorsehen, was dem Reaktionsgefäß bei 538° oder darüber zugeführt insbesondere dann vorteilhaft sein kann, wenn feste werden kann, ist eine weitere vorteilhafte Wirkung Brennstoffe, wie Kohle, Koks oder koksüberzogenes 65 durch Verwendung einer als Wärmeübertragungs-

Schrot oder andere inerte Feststoffe, angewendet werden und/oder verhältnismäßig geringe Temperaturen, wie 538 bis 705°, Verwendung finden und wenn eine wirksame Verbrennung dementsprechend eine längere Kontaktzeit als gewöhnlich erforderlich macht.

leitung ausgebildeten Aufheizzone möglich.

Einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung

ist die Wirksamkeit bei der Wärmeübertragung direkt von einer Zone niedrigeren Druckes auf eine Hochdruckzone, wobei die Höhe des Fallrohres minimal ist

Claims (6)

und keine schroffen Druckunterschiede auftreten. Da keine Wärmeaustauschfiächen notwendig sind, ist es möglich, Reaktionsgefäße zu verwenden, die an Stelle einer Ausfütterung von teuren Legierungen mit Kohlenstoffstählen ausgekleidet sind. So sind die meisten Baulegierungen nicht widerstandsfähig gegen die Korrosion durch Schwefel unter reduzierenden Bedingungen bei Temperaturen über 871°, was bei der Kohlevergasung gegeben sein kann. Die mit diesem Verfahren zusammenhängenden mechanischen Probleme werden weitgehend durch Verwendung einer mit keramischen Werkstoffen ausgekleideten Anlage und Wärmezufuhr mittels Kreislaufführung von Feststoffen überwunden. Ferner stellt der Fortfall eines Gasverdichters, der z. B. dann erforderlich ist, wenn die Verbrennungszone auf dem gleichen Druck gehalten wird wie die Verkokungszone, eine sehr erhebliche Vereinfachung dar. Die Wärmezufuhr durch Heißschrot hat auch eine allgemeinere Bedeutung bei Hochdruckverfahren, welche eine andere Niederdruckzone als eine Verbrennungszone haben. Schließlich bietet die Erfindung eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, Wärme aus einer Aufheizzone von niedrigem Druck auf eine Hochdruckreaktionszone unter Verwendung von Feststoffen zu übertragen, welche Schädigungen erleiden würden, wenn sie· der Temperatur und chemischen, z. B. oxydierenden Bedingungen in der Aufheizzone ausgesetzt würden. PATKNTANSPROCHE:

1. Verfahren zur Ausführung endothermer Reaktionen zwischen einem strömenden Medium, vorzugsweise einem Dampf oder Gas, und einem in einer Reaktionszone in Form eines dichten Wirbelschichtbettes befindlichen feinteiligen festen Kontaktstoff unter Verwendung eines feinteiligen festen Wärmeträgers, dadurch gekennzeichnet, daß der feinteilige Kontaktstoff stetig aus dem Bett abgezogen und mit dem erheblich über die Temperatur der Reaktionszone erhitzten Wärmeträger zwecks Aufheizung gemischt wird, worauf man den aufgeheizten Kontaktstoff von dem Wärmeträger trennt und ihn wieder zwecks Wärmezufuhr in die Reaktionszone zurückführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Wärmeträger einen Stoff von höherer Dichte als derjenigen des Kontaktstoffes verwendet und den aufgeheizten Kontaktstoff von dem Wärmeträger trennt, indem man das Gemisch beider in eine Sichtungszone leitet, durch die ein Gas aufwärts strömend mit solcher Geschwindigkeit geleitet wird, daß der Kontaktstoff von dem Gas nach oben in die Reaktionszone mitgenommen wird, während der Wärmeträger sich im Fußteil der Sichtungszone sammelt, von dort abgezogen und im Kreislauf in eine Heizzone und weiter in eine Zone zur Wärmeübertragung an den Kontaktstoff geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den aus der Sichtungszone abgezogenen Wärmeträger in einem Trägergas verteilt und in eine Aufheizzone fördert, in der er durch eine in dieser Zone stattfindende Verbrennung eines Brennstoffes mit Luft oder durch einen außerhalb der Aufheizzone befindlichen Hilfsbrenner auf eine erheblich über der Temperatur der Reaktionszone liegende Temperatur aufgeheizt wird, worauf der aufgeheizte Wärmeträger von den Verbrennungsgasen abgetrennt und im Kreislauf in die Mischzone zum Kontakt mit weiterem Kontaktstoff zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Brennstoff, der in dem Hilfsbrenner oder in der Aufheizzone verbrannt wird, eine Flüssigkeit oder einen gasförmigen Brennstoff von außen zuführt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstoff aus Koks besteht und die Hälfte oder die Gesamtmenge des in der Aufheizzone verbrannten Brennstoffes aus grobem Koks besteht, der zusammen mit dem Wärmeträger aus der Sichtungszone in die Aufheizzone eingetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die dem Aufheizen des Wärmeträgers dienende Aufheizzone in einer genügenden Höhe oberhalb der Mischzone anordnet, damit der Wärmeträger beim Durchströmen des die Aufheizzone mit der Mischzone verbindenden Fallrohres am Boden desselben einen hydrostatischen Druck entwickelt, der mindestens gleich dem Druck in der Reaktionszone ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 400176, 2 458 498,
462 891.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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