DE2420579A1 - Verfahren zur durchfuehrung von endothermen chemischen und/oder physikalischen prozessen - Google Patents

Verfahren zur durchfuehrung von endothermen chemischen und/oder physikalischen prozessen

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Description

Boliden Aktiebolag Stockholm/Schweden
Verfahren zur Durchführung von endothermen chemischen und/oder physikalischen Prozessen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von endothermen chemischen und/oder physikalischen Prozessen in einer Reaktorkammer, die ein Füllungsbett eines Materials enthält, das an dem Prozeß teilnimmt, 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.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Durchführung von endothermen Prozessen in einem Koksbett. Koks, der aus Kohle hergestellt wird, die durch Pyrolyse aus organischen Materialien erzeugt worden ist, wird in der Technik bei verschiedenen Prozessen benutzt, bei denen kohlen- bzw. kohlenstoffhaltiges Material oxydiert und/oder
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in bzw., mit anderen Stoffen gelöst oder zur Reaktion gebracht wird. Im folgenden werden unter der Bezeichnung Koks alle kohlenstoffhaltigen Stoffe verstanden, die durch Pyrolyse aus organischen Materialien erhalten worden sind.
Die für die Durchführung der ins Auge gefaßten Prozesse benötigte Wärme kann der Reaktorkammer auf verschiedene Weise zugeführt werden. So können der Koks und die anderen Reaktionsteilnehmer vorerwärmt werden oder die Wärme kann in der Reaktorkammer durch teilweise Verbrennung des Koks erzeugt werden, oder die Wärme kann durch die Reaktorwände zugeführt werden.
Andere Verfahrensweisen basieren darauf, den Koks oder die Reaktionsmischung direkt elektrisch zu erhitzen. Diese Verfah-. rensweisen haben trotz der normalerweise verhältnismäßig hohen Kosten für die elektrische Energieeinheit verschiedene Vorteile gegenüber den anderen oben beschriebenen Verfahrensweisen. Als Vorteile sind zu nennen: Ein geringerer und raumsparenderer Aufwand für die Anlage zur Durchführung des Prozesses und zur Behandlung möglicher Abgase; eine große Flexibilität und Anpassungsfähigkeit hinsichtlich der Durchführung des Verfahrens; eine größere Auswahlmöglichkeit hinsichtlich der Ausgangsstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften; eine gute Ausnutzung der dem Prozeß zugeführten Energie und verhältnismäßig geringe Anlagekosten.
Eine übliche Verfahrensweise zur Erzeugung von Wärmeenergie mittels elektrischem Strom besteht darin, elektrischen Strom durch Elektroden zu schicken, um die Reaktionsmasse durch Widerstandsheizung oder durch elektrische Lichtbogenbildung zu erwärmen.
Es ist weiterhin bekannt, in der Reaktionsmasse oder dem zu behandelnden Material elektrische Ströme zu induzieren, indem an die Masse ein elektromagnetisches Wechselfeld angelegt wird, was in der Technik als sogenannte induktive Erwärmung
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bzw. Induktionserwärmung bezeichnet wird. Die induktive Er-. wärmung ist u.a. in Verbindung mit der Herstellung von Koks aus Kohle vorgeschlagen worden. Aufgrund des verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstandes des Materials hat man vermutet, daß es in diesen Fällen notwendig ist, entweder ein Wechselfeld mit hohen Frequenzen zu verwenden oder das Material mittels der Sekundärwicklung einer transformatorähnlichen Einrichtung zu erwärmen.
Die Benutzung von hohen Frequenzen führt jedoch zu bestimmten Beschränkungen in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht. Aus praktischen Gründen ist es weiterhin oft erwünscht, die Transformatormethode zu vermeiden, bei der Kohle oder anderes Material in eine Rinne gegeben wird, um einen geschlossenen Kreis zu bilden.
Im Gegensatz dazu ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein Bett verwendet wird, dessen spezifischer Widerstand (^) innerhalb des Bereiches zwischen 1O~
und 10 Ohm m liegt, daß ein niederfrequenter Wechselstrom benutzt wird, dessen Frequenz höchstens dem 10-fachen, vorzugsweise höchstens dem 5-fachen Wert der Netzfrequenz entspricht, und daß zwischen dem geringsten Bettquerschnitt (d) und der Eindringtiefe (cf) des induktiven Feldes ein Verhältnis zwischen 0,2 und 2,5 aufrechterhalten wird, wobei dieser Verhältniswert vorzugsweise bestimmt ist durch die Gleichung d = k (0.54 - 0.35 .10log?)
und k ein num-erischer Wert zwischen 1,1 und 1,5,vorzugsweise etwa 1,2,.; ist.
Die Bezeichnung Eindringtiefe wird in diesem Fall verstanden als -
Co · M m
wobei (*-! die Winkelfrequenz des elektromagnetischen Feldes, gemessen in rad/sec, /A. die Permeabilität (im Falle von nicht
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magnetischen Stoffen etwa 417". 10) und γ der spezifische Widerstand des Bettes, gemessen in Ohm m ist. Der Querschnitt d des Bettbereiches wird in Metern gemessen. Davon ausgehend hat es sich bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als möglich erwiesen, niedrige Frequenzen zu verwenden, wobei es nur notwendig ist, den Querschnitt des Bettes auf ein verhältnismäßig kleines Maß im Vergleich zu den Dimensionen zu bringen, die bei der Niederfrequenzerwärmung von Material, welches einen niedrigen Widerstandswert hat, benötigt werden. Bei der induktiven Erwärmung eines Koksbettes mit einem spezifischen Widerstand von 10 Ohm m mit einem Wechselstrom bei einer Frequenz von 100 Hz hat es sich beispielsweise herausgestellt, daß eine Induktionsspule mit einem Durchmesser von 7,5 m in zufriedenstellender Weise benutzt werden kann, und zwar bei einem Verhältnis von Spulenhöhe zu Spulendurchmesser von 0,6.
Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können in vorteilhafter Weise in einem Koksbett mit einem elektromagnetischen Feld verhältnismäßig geringer Stärke sehr hohe Energiemengen erzeugt werden. Wenn die Spule 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 erreichten nur 600 kW, d.h. etwa 2% der zugeführten Energie.
Bei der erfindungsgemäßen Anwendung der induktiven Erwärmung, die auch bei großstückigeren Materialien in Betten mit einem spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 10 bis 10" Ohm m angewendet werden kann, hat sich der hohe Widerstand, der bisher als nachteilig und als Hemmnis betrachtet wurde, in einen Vorteil umgewandelt.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, Wechselstrom mit Netzfrequenz zu verwenden, wenn es erwünscht ist, die Energie aus dem Netz abzuleiten, da es auf diese Weise möglich ist, die Anlage- und Betriebskosten niedrig zu halten. Wenn es erwünscht ist, die Frequenz zu erhöhen, ist es vorteilhaft, durch die Induktionsspule einen Wechselstrom zu schicken, dessen Frequenz nicht größer ist als der 10-fache, vorzugsweise nicht größer als der 5-fache ,Wert der Netzfrequenz; es wird vorteilhafterweise mit einem Frequenzwert gearbeitet, der einem ganzteiligen Vielfachen der Netzfrequenz entspricht. Innerhalb dieser Bereiche ist es möglich, verhältnismäßig billig und mit einem guten Nutzungsfaktor Strom der erwünschten Frequenz zu erhalten, da billige motoren- oder turbinengetriebene Generatoren einfacher Bauart verwendet werden können. Es lassen sich erfindungsgemäß auch Frequenzvervielfältiger oder thyristorgesteuerte Stromgleichrichter verwenden, wenn keine extrem hohen Leistungen benötigt werden.
Wenn Energie niedriger oder verhältnismäßig niedriger Frequenz induktiv einem Bett mit einem spezifischen Widerstand im Bereich von 10 bis 10 Ohm m zugeführt wird, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren folgende Vorteile erzielen:
1) Die Energie, die je Volumeneinheit von verhältnismäßig großen Reaktoreinheiten entwickelt wird, kann beträchtlich erhöht werden; auf diese Weise erhält man einen extrem wirkungsvollen Reaktor.
2) Die Eindringtiefe des Feldes ist relativ zur Querschnittsfläche des Reaktors groß, wodurch eine gleichmäßigere Energieerzeugung über den Querschnitt des Reaktors erreicht wird.
3) Es können auf induktivem Wege sehr große Energiemengen erzeugt werden, wie sie bisher nicht möglich waren.
4) Der elektrische Wirkungsgrad bzw. die Ausnutzung der elektrischen Energie wird beträchtlich verbessert.
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5) ünXagen zur Erzeugung von Strom der erwünschten niedrigen Frequenz sind einfacher und billiger und arbeiten mit einem besseren elektrischen Wirkungsgrad, wobei sich in ■ vielen Fällen die Netzfrequenz benutzen läßt.
Bei Burchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht notwendig, die gesamte benötigte Wärme elektroinduktiv zu erzeugen. So liegt es im Rahmen der Erfindung, der Reaktorkammer einen Teil der für die Durchführung des Prozesses benötigten Wärme durch Verbrennen von brennbaren Substanzen innerhalb der Kammer zuzuführen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß es zum Verkoken von Kohle angewendet wird, die der Reaktorkammer vorzugsweise zumindest im wesentlichen Umfang kontinuierlich zugeführt wird, ' und daß die auf elektroinduktive Weise erzeugte Wärme in dem Teil des Materials gebildet wird, das. dem Verkokungsprozeß gerade unterworfen ist, wobei dieser dem Verkokungsprozeß unterworfene Materialteil in einen solchen Zustand gebracht worden ist, daß dieser Materialteil im wesentlichen frei von vergasbaren Bestandteilen ist.
Oa die induktiv erzeugte Wärme direkt in dem zu verkokenden Material gebildet wird, wird ein schneller Verkokungsprozeß erreicht, so daß je Zeiteinheit eine sehr hohe Kohlenmenge in einer verhältnismäßig kleinen Anlage verkokt werden kann.
Der erzeugte Koks wird aus der Reaktorkammer vorzugsweise über eine Flüssigkeitsschleuse ausgetragen, in der der Koks gekühlt wird, wodurch gesundheitsschädliche Einflüsse vermieden werden. Um die Qualität des verkokten Materiales zu verbessern, werden vorteilhafterweise das Koksgas und/oder der Reaktorkainmer zugeführte Kohlenwasserstoffe durch das verkokte oder im wesentlichen, verkokte Material hindurchgeleitet, das sich in der Reaktorkamm©r befindet und das mindestens auf der Temperatur gehalten wird, welches zum Kracken des Koks-
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gases und der Kohlenwasserstoffe benötigt wird, wodurch bewirkt wird, daß sich Kohlenstoff auf dem verkokten Material niederschlägt bzw. ablagert. Auf diese Weise wird die Festigkeit des Koks erhöht und es ist möglich, aus Rohstoffen minderer Güte einen hochwertigen Koks zu erzeugen, der z.B. für metallurgische Zwecke geeignet ist.
Ein Teil der für den Verkokungsprozeß benötigten W.»nne kann der Reaktorkammer dadurch zugeführt werden, daß brennbare Stoffe direkt in der Reaktorkammer verbrannt werden, wobei ' diese Verbrennung vorzugsweise nicht in direktem Kontakt mit dem verkokten Material erfolgt. Als brennbare Stoffe können die gesamten oder ein Teil während des Verkokungsprozesses gebildeten Gase verwendet werden, obwohl sich erfindungsgemäß auch andere Stoffe wie beispielsweise Öl bzw. Kohlenwasserstoffe verwenden lassen, die der Reaktorkammer von außen zugeführt werden. Die in der Reaktorkammer durch Verbrennung direkt erzeugte Färme kann vorzugsweise zur Vorerwärmung und zur teilweisen Verkokung der der Reaktorkammer zugeführten Kohle benutzt werden. Die durch die Verbrennung von brennbaren Stoffen erzeugte "Wärme,, die nicht von dem sich in der Reaktorkammer befindlichen Material absorbiert wird, kann vorzugsweise in der Reaktorkammer wiedergewonnen werden, und zwar in der Strahlungskammer eines Damfkesseis, der neben dem Reaktor angeordnet ist, wobei diese Strahlungskaamier sich innerhalb der Reaktorkammer befindet. Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform kann mindestens ein Teil des Wärmeinhaltes der in dem Verkokungsreaktor gebildeten Gase zur Erzeugung von Dampf oder elektrischer Energie verwendet werden. Wenn elektrische Energie erzeugt werden soll, kann dieses vorteilhafterweise mittels Dampf- oder Gasturbinen, vorzugsweise Heißluftturbinen, erfolgen. Die auf diese Weise erzeugte elektrische Energie kann wieder dem Prozeß zugeführt werden und zwar in Form von Wechselstrom, der die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigte Frequenz hat. Die noch heiße Luft, die z.B. die Heißluftturbine verläßt, kann für den Verbrennungsprozeß innerhalb der
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Reaktorkamaer ausgenutzt werden, wodurch sich ein ausgezeichneter thermischer Wirkungsgrad erzielen läßt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich weiterhin in Verbindung mit der Reduktion und/oder Karburierung von gasförmigen Stoffen anwenden, beispielsweise bei der Herstellung von reduzierenden Gasen oder Schutzgasen, wobei es sich bei dem gasförmigen Stoff um Wasserdampf oder um von Reduktionsprozessen herrührende Gasen handeln kann, denen vorteilhafterweise Kohlenwasserstoffe zugemischt sind; die gasförmigen Stoffe können vorzugsweise im wesentlichen kontinuierlich durch das induktiv erwärmte Koksbett geführt werden, wobei sich das Koksbett dabei im wesentlichen selbst verbraucht bzw. aufbraucht. Infolge des Verkokungsprozesses ist es auf diese Weise möglich, mit einem Reaktor mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen einen hohen Ausstoß zu erzielen, was darauf beruht, daß die auf induktivem Wege erzeugte Wärme außerordentlich gleichmäßig über das gesamte Koksbett verteilt wird. Die Temperatur des Bettes wird vorzugsweise auf einem solchen Wert gehalten, daß die beim Aufbrauchen des Koks gebildete Schlacke in Form einer Schmelze am Boden der Reaktorkammer erhalten wird, von wo die Schlackenschmelze entweder intermittierend oder kontinuierlich aus der Reaktorkammer abgezogen wird. Dadurch wird das Entfernen von Rückständen, die beim Verbrauchen des Koks gebildet werden, aus der Reaktorkammer erleichtert. Um innerhalb der Reaktorkammer gleichmäßige Bedingungen aufrechtzuerhalten, ist es gemäß weiterer Erfindung vorgesehen, den in dem Koksbett verbrauchten Koks im wesentlichen kontinuierlich zu ersetzen bzw. zu ergänzen. Um den in dem Bett verbrauchten Koks wieder zu ersetzen, wird der Reaktorkammer gemäß weiterer Erfindung Kohle zugeführt, die innerhalb der Kammer verkokt wird, so daß ein Bett bzw. eine Füllung aus einem billigen Rohmaterial aufgebaut wird, wobei die Qualität des gebildeten Koks in der Weise verbessert wird, wie es oben in Verbindung mit dem Verkoken der Kohle beschrieben worden ist, wobei gleichzeitig innerhalb des Prozesses die während des Verkokungsprozesses freigegebenen und/oder der Reaktor-
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kammer zugeführten. Kohlenwasserstoffe ausgenutzt werden können. Um die Wärmebilanz des Prozesses zu verbessern, können die zu reduzierenden und/oder zu karburierenden gasförmigen Stoffe durch direkten Wärmetausch mit dem reduzierten und/oder karburi erten Gas vorerwärmt werden. In ähnlicher Weise kann ein Teil der für den Verkokungsprozeß und für den übrigen Prozeßablauf benötigten Wärme dadurch zugeführt werden, daß innerhalb der Kammer brennbare Stoffe verbrannt werden. Die bei ,der Verbrennung von Brennstoffen entwickelte Wärme, die nicht von dem innerhalb des Reaktors behandelten Material und den Reaktorgasen aufgenommen wird, kann innerhalb oder außerhalb des Reaktors in der Weise wiedergewonnen werden, wie es oben in Verbindung mit dem Verkoken von Kohle beschrieben worden ist. Der Verbrennungsprozeß innerhalb der Reaktorkammer erfolgt an der Seite des Koksbettes, von der aus das zu reduzierende und/oder zu karburierende gasförmige Medium in das Bett eingeleitet wird. In diesen Fällen ist es insbesondere im Hinblick auf den Gasstrom und im Hinblick auf die konstruktive Gestaltung der Anlage vorteilhaft, das gasförmige Medium nach unten durch das in der Reaktorkammer vorhandene Koksbett strömen zu lassen. Der physikalische Wärmeinhalt der den Reaktor verlassenden Gase wird vorzugsweise durch Wärmetausch zwischen diesen ausströmenden Gasen und den dem Reaktor zuzuführenden Gasen ausgenutzt.
Das Verfahren ist gemäß weiterer Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß es zur Reduktion und gegebenenfalls zur anschließenden Karbonisierung f£der*rz^T§f^ħng von Karbiden aus festes Metalloxyd enthaltendem Material angewandt wird, insbesondere Material, das Eisenoxyde oder Kalziumoxyde enthält, und daß das Metalloxyd enthaltende Material dem sich innerhalb der Reaktorkammer befindenden Koksbett zugeführt wird, in dem Induktionsströmeerzeugt werden, daß zumindest in dem Koksbett eine solche Temperatur aufrechterhalten wird, daß das Metalloxyd enthaltende Material während der Reduktion und des Schmelzens und gegebenenfalls der Karbonisierung oder Bildung von Karbiden bei gleichzeitigem Verbrauch des
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Koksbettes durch dieses hindurchgeführt wird, und daß die gebildete Schlacke und das gebildete Metall bzw. die gebildeten Metallkarbide kontinuierlich oder intermittierend aus der Reaktorkammer abgezogen werden.
Bei einem derartigen Verfahren kann auf nicht sehr hochwertigen Koks zurückgegriffen werden, da eine hohe und gleichmäßige Temperatur in dem gesamten Koksbett erhalten wird, was zu einer beträchtlich erhöhten kapazität der benutzten Anlage im Vergleich mit bekannten Reduktions- und Schmelzanlagen führt. Dieses Verfahren läßt sich in besonders vorteilhafter Weise zur abschließenden Reduktion von vorreduzierten Eisenoxydmaterialien verwenden, wie beispielsweise Eisenoxydmaterialien, die zumindest zu FeO reduziert sind. Um das Reduktionsvermögen der bei dem Reduktionsprozeß in dem Koksbett gebildeten reduzierenden Gase und auch das Reduktionsvermögen von solchen" reduzierenden Gasen, die durch Zugabe von flüssigen Reduktionsmitteln in das Koksbett erhalten werden, optimal auszunutzen, wird das Metalloxyd enthaltende Material der Reaktorkammer vorzugsweise in einem derart fein zerteiltem Zustand zugeführt, daß dieses Material zumindest während der anfänglichen Reduktionsstufen von den innerhalb des Bettes gebildeten und aus dem Bett nach oben steigenden Gasen in fluidisiertem Zustand gehalten wird. Eine derartige Verfahrensweise ist außerordentlich wirkungsvoll beim Reduzieren von fein zerteiltem oxydischem Material, wie beispielsweise Pyritabbränden. Das feste, Metalloxyde enthaltende Material wird der Reaktorkammer vorteilhafterweise in einem heißen oder vorerwärmten Zustand zugeführt.
Infolge der unterschiedlichen spezifischen Gewichte der Metalloder Metallkarbidschmelze und der Schlackenschmelze, der vorteilhaft erweise Raffinierungs- und Flußmittel zugesetzt werden können, fließt die Metall- bzw. Metallkarbidschmelze durch die Schlackenschmelze und wird in einer unter der Schlackensdimelze liegenden Zone g@sajai@lte Die Metall- oder Metallkarhiascbmelze und die Sohlaekenschmelze werden vorzugsweise
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getrennt aus dem Reaktor abgezogen. Insbesondere dann, wenn die Sehlackenschmelze einen raffinierenden Effekt hat, ist es vorteilhaft, eine geschmolzene Schlackenschicht unterhalb des Koksbettes aufrechtzuerhalten, so daß ein Teil der für die Durchführung des Prozesses benötigten Wärme auch induktiv in der Sehlackenschmelze erzeugt wird.
Der in dem Koksbett verbrauchte Koks wird vorteilhafterweise auch hier im wesentlichen kontinuierlich ersetzt, indem der Reaktorkammer beispielsweise Kohle zugeführt wird, die in der Reaktorkammer verkokt wird. Die Kohle kann vorzugsweise vorerwärmt werden und der Verkokungsprozeß kann durch Verbrennen von Brennstoffen innerhalb der Reaktorkammer eingeleitet werden, wobei die von den Brennstoffen erzeugte "Wärme direkt durch Strahlung und Konvektion auf die Kohle einwirken kann. Die brennbaren Gase können der Reaktorkammer in Form von Kohlenwasserstoffen entweder in dem über dem Bett liegenden Raum oder direkt im Bereich der Bettfüllung zugeführt werden. Die Kohlenwasserstoffe werden verzugsweise mit dem Koks und/oder der einem Verkokungsprozeß unterworfenen Kohle in Kontakt gebracht, wobei das Koks- bzw. Kohlematerial auf einer Temperatur gehalten wird, die zum Kracken der Kohlenwasserstoffe ausreicht, so daß der Kohlenstoff sich auf dem Koks niederschlagen bzw. ablagern kann. Die durch die zusätzlich zugeführten Brennstoffe erzeugte Wärme, die nicht von den in dem Reaktor behandelten Stoffen und Gasen aufgenommen wird, kann außerhalb des Reaktors in der oben beschriebenen Weise wiedergewonnen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß es zum Schmelzen von großstückigem oder partikelförmigem insgesamt oder teilweise metallischem Material, beispielsweise vorreduzierten Metalloxyden, Eisenschwamm, Metallschrott, wie Eisenschratt, insbesondere minderwertigem Metallschrott, wie Drehbankspänen u.dgl. angewendet wird, daß dieses Material und ein reduzierendes Mittel zum Ersatz des während des Prozesses verbrauchten Koks dem Reaktor zugeführt wird, in dem
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das Material elektroinduktiv erwärmt und geschmolzen wird, so daß das geschmolzene Material durch das induktiv erwärmte Koksbett hindurchtritt, wobei gegebenenfalls eine abschließende Reduktion der oxydierten Materialanteile stattfindet und das geschmolzene Metall gegebenenfalls bei gleichzeitigem Verbrauch des Koksbettes gegebenenfalls karbonisiert wird, und daß das geschmolzene Metall und die gebildete Schlacke unterhalb des Koksbettes aufgefangen werden, von wo aus das Metall und die Schlacke kontinuierlich oder intermittierend aus der Reaktorkammer abgezogen werden.
Das Koksbett bildet eine extrem große heiße Kontaktfläche, die reduzierend auf die Metalloxydschmelze wirkt, wodurch eine hohe Reaktorkapazität vorhanden ist. Die Metallschmelze und die Schlackenschmelze werden vorteilhafterweise getrennt aus dem Reaktor abgezogen. Insbesondere dann, wenn die Schlackenschmelze raffinierende Eigenschaften hat, wenn sie z.B. durch Zusatz von geeigneten Raffinierungsmitteln gebildet worden ist, ist es vorteilhaft, unter dem Koksbett eine geschmolzene Schlackenschicht aufrechtzuerhalten, in der ein Teil der für die Durchführung des Schmelzprozesses notwendigen Wärme induktiv erzeugt werden kann.
Der in dem Koksbett verbrauchte Koks wird vorteilhafterweise im wesentlichen kontinuierlich ersetzt, indem der Reaktorkammer Kohle zugeführt wird, die einem Verkokungsprozeß unterworfen wird. Das Verkoken kann durch Verbrennen von Brennstoffen in der Reaktorkammer erfolgen und überschüssige Wärme kann in der oben beschriebenen Weise weitergenutzt bzw. wiedergewonnen werden.
Aufgrund der hohen Kontaktfläche, die durch das heiße Koksbett gebildet ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise auch dadurch gekennzeichnet sein, daß es zur Wiedergewinnung von mindestens einem verhältnismäßig leicht flüchtigen Metall bzw. einer leicht flüchtigen Metallverbindung, die beispielsweise mindestens eines der Metalle Zink,
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Blei, Arsen, Antimon, Kadmium und Zinn enthält, aus einer Schmelze, beispielsweise Schlacke, angewandt wird, die beim Schmelzen von Kupfererz erhalten wird, das das leicht flüchtige Metall in oxydischer und/oder sulfidischer Form enthält, daß die Schmelze bzw. Schlacke durch das induktiv erwärmte Koksbett hindurchgeleitet wird, und daß die Verweilzeit der Schmelze bzw. Schlacke in dem Koksbett und die Koksbetttemperatur auf einen solchen Wert eingestellt werden, dai3 das -Metalloxyd reduziert und das Metall verdampft bzw. die Metallkomponente bei gleichzeitigem Verbrauch des Koksbettes verflüchtigt wird.
Das verdampfte Metall oder die verdampfte Metallverbindung können durch oxydierende Verbrennung von Brennstoffen in der Reaktorkammer oxydiert werden und außerhalb des Reaktors aus den Verbrennungsgasen in Oxydform wiedergewonnen werden. Es ist auch möglich, das verdampfte Metall oder die verdampfte Metallverbindung aus der Reaktorkammer herauszuführen und das Metall oder die Metallverbindung durch Kondensation außerhalb der Reaktorkammer in fester oder flüssiger Form wiederzugewinnen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Schmelze mindestens ein oxydgebundenes, vorzugsweise schnell flüchtiges Metall, wie Eisen und Silizium enthält, und daß die Verweilzeit der Schmelze in dem Bett und die Koksbettemperatur auf einen solchen Wert eingestellt werden, daß das oxydgebundene Metall bei gleichzeitigem Verbrauch des Koksbettes ausreduziert und in geschmolzenem Zustand in einer Zone unter dem Koksbett erhalten wird, aus welcher Zone die Schmelze und behandelte Schlacke kontinuierlich oder intermittierend abgezogen werden.
Der zum Ersatz des in dem Bett verbrauchten Kokaas notwendige Koks kann der Reaktorkammer in der oben beschriebenen Weise zugesetzt oder in der oben beschriebenen Weise erzeugt werden. Das Abziehen von Metallschmelze und Schlackenschmelze aus der
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Reaktorkammer und die Zufuhr von zusätzlicher Wärme in die Kammer und in die Reaktorkern*erfüllung, und auch die Wiedergewinnung von während des Reaktionsprozesses nicht verbrauchter Wärme können auch in diesem Fall in der oben beschriebenen Weise durchgeführt werden.
Bei Reaktoren, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, bringt 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 in der Lage ist, aus der Reaktorfüllung die Reaktorwand zu durchdringen und einen Kohlenstoff niederschlag 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 Spu.e insgesamt ausgetauscht werden muß, was sehr zeitaufwendig und auch teuer ist.
Erfindungsgemäß kann die Funkenbildung im Bereich der Induktionsspule weitgehend dadurch verhindert werden, wenn das Verfahren in einem Reaktor durchgeführt wird, dessen Reaktorkammer von Wänden umgeben ist, die die Induktionsspule gegenüber der Reaktorkammer isolieren und dennoch ein gewisses Gasdurchlaßvermögen 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 Spulenwindung©n herzustellen.
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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 weitergehend 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 höchsten 180° entspricht.
Gemäß weiterer Erfindung ist vorgesehen, eine Induktionsspule zu verwenden, die aus mehreren Teilspulen zusammengesetzt ist. Die einzelnem 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, 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
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Materials anpassen;
3) die Aufteillang 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 des 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- und 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 Windungs anzahl 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 Kohlenstoff niederschlägt bzw. absondert, ist gemäß weiterer Erfindung vorgesehen, ein im wesentlichen inertes Gas zu verwenden, dessen Sauerstoff- oder Wasserstoff potential derart ist, daß das Niederschlagen bzw® Ablagern von Kohlenstoff zumindest in dem Bereich der Reaktorkammerwände verhindert wird, die der Induktionsspule gegenüberliegen.
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eine Das erfindungsgemäße Verfahren und/anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Hand der Fig. 1 bis 12 erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Reaktors zum Verkoken von Kohle gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren} .
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Reaktors zum Reduzieren und/oder Karburieren von gasförmigen Stoffen; .
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Reaktors zum Reduzieren und gegebenenfalls anschließenden Karbonisieren oder Karburieren von festen, Metalloxyde enthaltendem MaterialJ
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Reaktors zum Schmelzen von Metallschrott;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines Reaktors zur Behandlung von Schmelze, insbesondere Schlackenschmelze}
Fig. 6 bis 9 Schnittansichten von verschiedenartig gestalteten Wandteilen eines für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Reaktors}
Fig.10 ausschnittsweise eine Draufsicht auf eine 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.
In Fig. 1 ist ein Verkokungsreaktor dargestellt, dessen Wände zumindest teilweise aus einer hitzefesten Auskleidung 10 bestehen, die von einem Gehäuse 11 umgeben ist, das beispielsweise aus Stahlblech besteht. Der Reaktor ist von einer Induktionsspule 12 umgeben, die ihrerseits von einem Joch 13 umgeben ist. Die Induktionsspule 12 wird von einem von einer (nicht dargestellten) Stromquelle kommenden Wechselstrom durchflossen und dient dazu, das hauptsächlich aus Koks bestehende, in der
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Reaktorkammer befindliche Bett 14 auf einer Temperatur zu halten, die für die Durchführung des in Frage stehenden Prozesses erforderlich ist.
Der in Fig. 1 dargestellte Reaktor besteht aus einem nach unten hin offenen Oberteil 16, das von Trägern 15 getragen wird, einem drehbaren Unterteil 17 und einem stationären Boden 18· Das Unterteil 17 ist über eine Wasserschleuse 19 mit dem Oberteil 16 verbunden und wird von mehreren Stütz- und Tragrollenpaaren 21, 22 getragen, die entlang eines ringförmigen Flansches 20 geführt sind. Das Unterteil 17 besteht zu einem wesentlichen Teil aus einem Kühlmantel 25, durch den ein Kühlmittel hindurchströmen kann und der von einem Zahnring 24 umgeben ist, um den Kühlmantel 23 über ein Zahnrad 25 antreiben zu können, das mit dem Zahnring 24 kämmt und von einem Antriebsmotor angetrieben wird. Im Inneren des Unterteils 17 sind mehrere Austragsschaufeln 26 angeordnet, die dazu dienen, während der Rotation des .Unterteils 17 verkoktes Material durch einen Ringraum auszutragen, der von dem Unterteil 17 und dem Boden 18 begrenzt wird. Der Boden 18 ist schüsseiförmig gestaltet und bildet zusammen mit dem unteren Rand des Unterteils 17 eine Wasserschleuse 27.
Die in dem Reaktor gemäß Fig. 1 zu verkokende Kohle wird der Reaktorkammer durch Öffnungen 28 zugeführt, die über der Induktionsspule 12 liegen? aufgrund der durch die Schaufeln.26 hervorgerufenen Förderwirkung sinkt die zugeführte Kohle durch die Reaktorkammer nach unten und passiert dabei den Bereich der Induktionsspule 12. In diesem Bereich wird das Material auf die Verkokungstemperatur erwärmt und bildet das induktiv erwärmte Bett 14. Die dem Reaktor zugeführte Kohle wird bereits in einem wesentlichen Umfang vor Erreichen des von der Induktionsspule 12 umgebenen Bereiches verkokt, und zwar u.a. durch die von dem Yerkokungsbett 14 ausgehende Konvektions- und Strahlungswärme. Die auf induktivem Wege erzeugte Wärme entsteht somit in einem Teil des dem Verkokungsvorgang unterworfenen Material, das praktisch völlig frei von, vergasbaren
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Bestandteilen ist. Der Koks wird vor Verlassen des Reaktors sowohl im Bereich der Wasserschleuse 27 als auch durch den Kühlmantel 23 abgekühlt.
Die Kohle wird -der Reaktorkammer im wesentlichen kontinuierlich zugeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kohle der Reaktorkammer durch Kohlebeschickungsvorrichtungen zugeführt, von denen jede einen Trichter 29 umfaßt, dessen Auslaß in eine Leitung 30 mündet, die ihrerseits durch die Öffnung 38 in die Reaktorkammer führt. An dem von der Reaktorkammer abgewandten Ende der Leitung 30 befindet sich ein Druckzylinder 31, mit dem die Kohle aus dem Trichter 29 durch die Leitung 30 in die Reaktorkammer gefördert wird. In Fig. 1 sind nur eine Kohlebeschickungsvorrichtung und eine Öffnung 28 für eine weitere Kohlebeschickungsvorrichtung dargestellt.
Der Verkokungsreaktor ist mit einer unteren Auslaßleitung 32 und einer oberen Auslaßleitung 33 versehen, durch die einzeln oder gemeinsam das während des Verkokungsprozesses in dem Reaktor gebildete Gas abgeleitet werden kann. Die untere Auslaßleitung 32 geht von einer unterhalb der Induktionsspule 12 liegenden Stelle aus und steht über einen Ringkanal 34 und mehrere Öffnungen 35 mit der Reaktorkammer in Verbindung. Oberhalb der Spule 12 münden mehrere Leitungen 37 durch Öffnungen 36 in die Reaktorkammer. Durch diese Leitungen 37 können der zu verkokenden Kohle vorzugsweise flüssige Kohlenwasserstoffe zugeführt werden. Oberhalb des sich in der Reaktorkammer befindlichen Bettes liegen mehrere Brenner 38, denen jeweils eine Brennstoffleitung 39 und eine Leitung 40 zugeordnet sind, die zum Zuführen von sauerstoffhaitigern Gas, beispielsweise Luft, dient. Die von den Brennern 38 herrührenden Verbrennungsgase gelangen durch Öffnungen 41 in die Reaktorkammer. Die Öffnungen 41 sind so gerichtet, daß die eingeleiteten Verbrennungsgase in dem über dem Bett liegenden Raum eine Wirbelbewegung erzeugen. In Fig. 1 ist nur ein Brenner dargestellt« Unter bestimmten Umständen kann «s ausreichen,
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in den über dem Bett liegenden Raum des Reaktors nur Luft oter ein anderes sauerstoffhaltiges Gas einzublasen, um die während des Verkokungsprozesses gebildeten Gase zu verbrennen.
Wenn nur die obere Auslaßleitung 33 benutzt wird, wobei dann die Auslaßleitung 32 mittels eines nicht dargestellten Ventiles geschlossen ist, strömen die während des Verkokungsprozesses in der Reaktorkammer gebildeten Gase in der Reaktorkammer nach oben und durch die Auslaßleitung 33. Um die Kohle vorzuwärmen und den Verkokungsprozeß einzuleiten, werden die während des Verkokungsprozesses gebildeten Koksgase, die durch das Bett nach oben strömen, zusammen mit gegebenenfalls durch die. Leitungen 37 zugeführten Kohlenwasserstoffen mittels der Brenner 38 mehr oder weniger vollständig über dem Bett verbrannt. Der Wärmeinhalt der durch die Auslaßleitung 33 ausströmenden Gase wird vorzugsweise zur Erzeugung von Dampf oder elektrischer Energie ausgenutzt.
Wenn nur die untere Auslaßleitung 32 benutzt wird, wobei dann die obere Auslaßleitung 33 mittels eines nicht dargestellten Ventils geschlossen ist, verlassen die während des Verkokungsprozesses gebildeten Gase die Reaktorkammer durch die Öffnungen 35» den Ringkanal 34 und die untere Auslaßleitung 32. Es ist unter Umständen vorteilhaft, über dem Bett mittels der Brenner 38 eine reduzierende Verbrennungszone zu schaffen, die einen Teil der für den Verkokungsprozeß benötigten Energiemenge liefert.
Die durch die Leitungen 37 zugeführten Kohlenwasserstoffe werden gekrackt, wenn sie den Teil des Bettes 14 passieren, dessen Temperatur über der Kracktemperatur der Kohlenwasserstoffe liegt, so daß sich an dem gebildeten Koks Kohlenstoff niederschlägt, wodurch die Qualität des Koks beträchtlich verbessert wird.
Die die Reaktorkammer durch die Auslaßleitung 32 verlassenden Gase, die reich an brennbaren Substanzen sind, können vorteil-
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hafterweise verbrannt und wieder genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen, die zur Induktionserwärmung des eigentlichen Verkokungsbettes 14 benötigt wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird der Wärmeinhalt der durch die Leitung 32 ausströmenden Gase in einem indirekten Wärmetauscher 42 wiedergewonnen.
Die gebildeten Gase können jedoch auch gleichzeitig durch die beiden Auslaßleitungen 32 und 33 abgeführt werden. In diesem Fall kann in der Reaktorkammer über dem Bett bzw. der Reaktorfüllung vorteilhafterweise eine oxydierende Verbrennung stattfinden, wodurch sichergestellt ist, daß sämtliche gebildeten oxydierenden Gase und nur ein Teil der Verkokungsgase die Reaktorkammer durch die Auslaßleitung 33 verlassen, während ein Teil der Krackgase, die aufgrund der durch die Leitungen 37 zugeführten Kohlenwasserstoffe gebildet werden, durch die Auslaßleitung 32 ausströmen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Reaktorausführungsform haben die Bezugszeichen 10 bis 14, 32, 35 und 42 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Mit dem Reaktor gemäß Fig. 2 werden gasförmige Stoffe reduziert und/oder karburiert, indem sie in Kontakt mit dem induktiv erwärmten Koksbett 14 gebracht werden, wobei in der Reaktorkammer eine solche Temperatur aufrechterhalten wird, daß die Rückstände des während des Prozesses verbrauchten Koks im unteren Teil des Reaktors in geschmolzener Form erhalten werden. Der geschmolzene Koksrückstand 43 wird entweder kontinuierlich oder, wie dargestellt, intermittierend durch ein Abstichloch 44 und eine Rinne 45 abgeleitet. Das zu reduzierende und/oder zu karburierende gasförmige Medium, beispielsweise Wasserdampf, wird durch eine Leitung 46 zugeführt, nachdem es einem Wärmetauschprozeß in dem indirekten Wärmetauscher 42 unterworfen worden ist. Das reduzierte und/oder karburierte Gas verläßt den Reaktor durch die Öffnungen 35 und die Leitung 32. Die Öffnungen 35 steigen vom Kammerinneren nach außen hin schräg nach oben an, um, zu verhindern, daß Koks in den Ringkanal 34 ein-
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dringen kann. Koks oder gegebenenfalls Kohle, der bzw. die während des Durchganges durch den Bereich der Spule 12 innerhalb der Reaktorkammer verkokt wird, wird der Reaktorkammer über eine Beschickungsvorrichtung 47 zugeführt, um damit den in dem Bett 14 verbrauchten Koks zu ersetzen.
Wenn es sich bei dem durch die Beschickungsvorrichtung 47 zugeführten Material um Kohle handelt, wird diese Kohle während des Durchganges durch den von der Induktionsspule 12 umgebenen Bereich verkokt, wobei die Verkokungsgase, nachdem sie in dem Bett 14 gekrackt worden sind, zusammem mit dem reduzierten und/oder karburierten gasförmigen Medium durch die Auslaßleitung 42 die Reaktorkamraer verlassen. ¥enn die Kohle nur eine niedrige Qualität hat, ist es vorteilhaft, durch die Leitung 48 Kohlenwasserstoffe in solchen Mengen zuzuführen und in der Reaktorkammer solche Bedingungen aufrechtzuerhalten, daß die Kohlenwasserstoffe, nachdem sie gekrackt worden sind, sich auf dem neu gebildeten Koks niederschlagen, wodurch die mechanische Festigkeit des Koks beträchtlich verbessert wird.
In Fig. 3 ist ein Reaktor zum Reduzieren und Schmelzen von Eisenoxydpulver dargestellt. Die Bezugszeichen 10 bis 14, 37 bis 41, 44, 45 und 47 haben die gleiche Bedeutung wie in den Fig. 1 und 2. Der obere Teil des Reaktors ist als Strahlungskammer eines dem Reaktor benachbarten Dampfkessels ausgebildet· Der Dampfkessel selbst ist in Fig· 3 nicht dargestellt. Der obere Teil der Reaktorkammer ist von einem Heizmantel 49 umgeben, durch den Wasser oder Dampf strömt und der von einer wärmeisolierenden Schicht 50 umgeben ist. Die Materialzuführungsleitung 51 erstreckt sich von der über dem Reaktor angeordneten Beschickungsvorrichtung 47 nach unten in die Reaktorkammer und ist doppelwandig ausgebildet, so daß flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel die Leitung 51 umströmen kann. Die Reaktorwand unterhalb des von der Induktionsspule 12 umgebenen Bereiches wira mittels eines Kühlmittels gekühlt. Ein Materialgeiaisch, das Eisenoxyd, Koks oder gege-
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benenfalls in der Reaktorkammer zu verkokende Kohle und gege- · benenfalls ein Schlackenbildner umfaßt, wird durch die Leitung 51 der Oberseite des Bettes zugeführt, das hauptsächlich aus Koks besteht. Durch die Leitung 37 können flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe der Reaktorfüllung zugeführt werden, die mittels der Brenner 38 vorerwärmt wird.
Das auf diese Weise vorerwärmte Eisenoxydmaterial wird zu einem gewissen Umfang oberhalb des Koksbettes vorreduziert und metallisiert, wobei das Eisenoxydmaterial zusammen mit dem Schlackenbildner im oberen Bereich der induktiv erwärmten Zone geschmolzen wird, woraufhin das Eisenoxyd abschließend reduziert und während des Durchganges durch das Koksbett 14 bei gleichzeitigem ständigen Verbrauch dieses Bettes karbonisiert wird. Das sich während dieses Vorganges verbrauchende Koksbett 14 wird jedoch in entsprechendem Umfang durch die der Reaktorkammer wieder zugeführte Koksmenge oder zu verkokende Kohlenmenge erneuert. Das geschmolzene Material wird unter dem Bett in Form einer Schlackenschioht 53 und einer kohlenstoffhaltigen Eisenschicht 54 erhalten. Das Eisen kann intermittierend durch das Abstichloch 44 und die Rinne 45 abgezogen werden. Die Schlacke wird vorzugsweise kontinuierlich durch das Abstichloch 55 und über die Rinne 56 abgezogen bzw. abgeschlackt. Zu diesem Zweck ist dem Abstichloch 55 ein verstellbarer Stöpsel 57 zugeordnet, der mittels einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung verstellbar ist und so betätigt wird, daß die Grenzschicht zwischen dem Bett 14 und der Schlackenschicht 53 Innerhalb der Reaktorkammer auf einem bestimmten Niveau gehalten wird. Das Kohlenmonoxyd enthaltende Gas, das während des Reduktionsprozesses gebildet wird, und ebenso der Rückstand der durch die Leitung 37 zugeführten Kohlenwasserstoffe und gegebenenfalls auch Koksgase werden über der Reaktorfüllung mittels der Brenner 38 verbrannt. Der in Fig. 3 dargestellte Reaktor kann vorteilhafterweise auch zur endgültigen Reduktion und zum Schmelzen von vorreduziertem Eisenoxyd, beispielsweise Eisenschwamm, verwendet werden. Der Reaktor gemäß Fig. 3 kann auch zum Reduzieren und gegebenen-
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falls Karbonisieren oder Karburieren von anderen, feste Metalloxyde enthaltenden Stoffen verwendet werden, beispielsweise zur Behandlung von geschmolzenem Kalziumkarbid, Kalziumoxyd und kohlenstoffhaltigem Material, das durch die Leitung 51 zugeführt wird.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 haben die Bezugszeichen 10 bis 14, 28 bis 31, 44, 45, 52 bis 57 die gleiche Bedeutung wie in den Fig. 1 bis 3. Fig. 4 zeigt einen Reaktor zum Schmelzen von großstückigen Materialien, die ganz oder teilweise metallisch sein können und insbesondere Metallschrott, wie Drehbankspäne u.dgl., umfassen können. Der Schrott wird dem induktiv erwärmten Koksbett 14 durch die Beschickungsvorrichtung 30, 31 zusammen mit Koks oder Kohle und gegebenenfalls mit einem Schlackenbildner zugeführt. Der Schrott wird oberhalb des Bettes 14 und in dem Bett 14 sowohl durch induktive Erwärmung als auch infolge des Kontaktes mit dem Koksbett geschmolzen, so daß geschmolzene Koksasche und Schlacke zusammen mit dem geschmolzenen und gegebenenfalls aufbereiteten Schrottmaterial unter dem Bett 14 als Schlackenschicht 53 bzw. Eisenschicht 54 erhalten werden. Wenn der Reaktorkammer Kohle zugeführt wird, ist darauf zu achten, daß die Kohle, bevor sie das Bett 14 erreicht, zumindest in einem wesentlichen Umfang verkokt worden ist. Falls erwünscht, können der Reaktorfüllung flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe zugeführt werden, und das Material kann in der Reaktorkammer vorerwärmt werden, indem brennbare Stoffe in der in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Weise verbrannt werden. -Die Grenzschicht zwischen der Schlackenschicht 53 und dem Koksbett 14 wird durch einen gesteuerten Schlackenabzug durch das Abstichloch 55 auf dem erwünschten Niveau gehalten.
In Fig, 5 haben die Bezugszeichen 10, 12 bis 14, 44, 45, 47, 49 bis 52 und 55 bis 57 die gleiche Bedeutung wie in den Fig. 1 bis 3. Fig. 4 zeigt einen Reaktor zur Wiedergewinnung von mindestens einem verhältnismäßig leicht flüchtigen Metall oder einer leicht flüchtigen Metallverbindung und einem
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verhältnismäßig schwer flüchtigen Metall aus beispielsweise Schlackenschmelze. Innerhalb des Reaktors wird im Bereich der Induktionsspule 12 ein Koksbett 14 geschaffen, dem die Schlackenschmelze kontinuierlich oder intermittierend zugeführt wird. Gemäß Fig. 5 wird die Schlackenschmelze aus einer Gießpfanne 59 in eine Rinne 60 gegossen, aus der die Schmelze durch mehrere in die Reaktorkammer ragende Verteilerleitungen 61 auf der Oberseite des Bettes 14 verteilt wird. Das Bett wird auf einer solchen Temperatur gehalten, daß das leicht flüchtige Metall bzw. die leicht flüchtige Metallverbindung, beispielsweise Zint und/oder Blei in oxydischer oder sulfidischer Form, verdampft wird und die Reaktorkammer verläßt, gegebenenfalls nachdem ein Verbrennungsprozeß mit einem sauerstoff haltigen Gas, beispielsweise Luft, stattgefunden hat, das durch Leitungen 62 zugeführt worden ist. Der Schlackenrückstand strömt durch das Koksbett 14 nach unten, irjdem die schwer flüchtigen Metalloxyde, beispielsweise Eisenoxyd, reduziert und im Kontakt mit dem Bett karbonisiert werden, wobei das Bett gleichzeitig verbraucht wird. Das innerhalb des Bettes verbrauchte Material wird in der erforderlichen Weise ersetzt, indem frisches Bettmaterial durch die Leitung 51 zugeführt wird, und zwar vorzugsweise zusammen mit einem geeigneten Schlackenbildner. Das reduzierte Metall, wird in Form einer unteren Schmelzenschicht 63 am Boden des Reaktors erhalten, während der Rückstand der zugesetzten und gebildeten Schlacke sich in Form einer Schlackenschicht 64 über der Schmelzenschicht 63 sammelt. Die Grenzschicht zwischen der Schlackenschicht 64 und dem Koksbett 14 wird auf dem erwünschten Niveau gehalten, indem kontinuierlich oder intermittierend Schlacke aus der Schlackenschicht 64 abgezogen wird.
In Fig. 6 ist ein Teil einer Reaktorwand dargestellt, die eine keramische Auskleidung 10 und einen Stahlblechmantel umfaßt. Die die Auskleidung 10 umgebende Induktionsspule besteht aus Röhren, die mit einem durch die Röhren strömenden Kühlmittel gekühlt werden können. Die Spule. 12 ist teilweise
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in eine keramische Füllmasse 65 eingebettet. Sowohl die Auskleidung 10 als auch die Füllmasse 65 sind in einem bestimmten Umfang gasdurchlässig.
Um zu verhindern, daß festes, flüssiges oder gasförmiges Material aus der Reaktorkammer durch die der Spule 12 gegenüberliegende Reaktorwand zur Spule 12 strömt, wird in dem Bereich der Reaktorwand, der von der Spule 12 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 12 zu verhindern. Um die Induktionsspule 12 ist vorzugsweise mittels eines Gehäuses 67 eine ringförmige Druckkammer gebildet, der Druckgas, beispielsweise Luft oder ein im wesentlichen inertes Gas, durch eine Leitung 66 zugeführt wird. Der mittels des Gehäuses 67 gebildete Druckraum ist gegenüber der umgebenden Atmosphäre abgedichtet.
Fig. 7 zeigt einen Teil einer. Reaktorwandung, die eine Auskleidung 10, eine Füllmasse 65 und eine Induktionsspule 12 umfaßt. Die Abschnitte zwischen benachbarten Windungen der Spule sind gegenüber der den Reaktor umgebenden Atmosphäre mit einem Dichtmaterial 68 ausgefüllt, das vorzugsweise ein Isoliermaterial ist. In dem Isoliermaterial 68 sind mehrere Öffnungen 69 angeordnet, durch die in Richtung der Pfeile Druckgas den Abschnitten der Reaktorwandung 10, 65 zugeführt werden kann, die sich im Bereich der Induktionsspule 12 befinden.
Die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform der Reaktorwandung entspricht prinzipiell der Anordnung gemäß Fig. 7. Ein Teil der aus einer Auskleidung 10 und einer Füllmasse 65 bestehenden Reaktorwand ist von einer spiralförmig gewickelten Induktionsspule 12 umgeben. Die Abdichtung bzw. Isolierung zwischen benachbarten Spulenwindungen erfolgt mittels eines ebenfalls spiralförmig gewickelten Schlauches 70 od.dgl. aus elastomerem
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Material. Um verhältnismäßig kleine und damit wirkungsvollere Dichtflächen zwischen dem Schlauch 70 und der Induktionsspule 12 zu erhalten, sind an der Induktionsspule 12 Leitungen 71 angeschweißt, die einen kleinen Durchmesser haben. Der Schlauch 70 dient gleichzeitig dazu, der Reaktorwand 10, 65 Druckgas zuzuführen. Der Schlauch 70 ist zu diesem Zweck an eine (nicht dargestellte) Druckgasquelle angeschlossen und weist Gasauslaßöffnungen 72 auf, die zur Reaktorwand gerichtet sind.
In Fig. 9 ist ein Teil einer Reaktorwandung dargestellt, die eine Auskleidung 10 und eine Füllmasse 65 umfaßt und von einer Induktionsspule 12 umgeben ist. Jede Spulenwindung hat einen trapezförmigen Querschnitt und ist oben und unten mit nach außen ragenden Flanschabschnitten 73 versehen. Zwischen den benachbarten Flanschabschnitten 73 von aufeinanderfolgenden Spulenwindungen befinden sich Dichtungseinlagen 74 aus elastomerem Material, die mit Öffnungen 75 versehen sind, durch die der Füllmasse 65 ein Druckgas zugeführt werden kann. Die Dichtungseinlagen 64 sind über ihre Länge mit mehreren derartiger Öffnungen 65 versehen. Das Druckgas wird den Öffnungen 75 durch Verteilerleitungen 76 zugeführt, die zu einer Hauptleitung 77 führen, welche zur Versorgung von mehreren Verteilerleitungen 76 dient.
In Fig. 10 ist dargestellt, wie jede Spulenwindung einer Spule 12 aus mehreren Einzelelementen 78a - 78d 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 78a - 78d liegenden Leitungen 79 dienen zur Führung eines Kühlmittels und gegebenenfalls auch zur Stromführung zwischen benachbarten Elementen 78a - 78d. Zwischen den Einzelelementen sind Dichtungselemente 80 angeordnet.
Fig. 11 zeigt in vergrößertem Maßstab den Ansehlußpunkt zwischen zwei benachbarten Einzelelementen 78a und 78b, die im wesentlichen die in Fig. 9 abgebildete Form haben. Die
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Flanschabschnitte 73 des einen Elementes 78a hören kurz vor dem Ende dieses Elementes auf, während das andere Element 78b mit einem Flansch 81 versehen ist, der über das Element 78a ragt. Die Abdichtung zwischen benachbarten Elementen 78a, 78b erfolgt mittels einer Dichtung 82, die zwischen der Innenseite des Flansches 81 und der Außenseite des Elementes 78a eingeklemmt ist} diese Dichtung 82 ermöglicht in einem bestimmten Umfang in Längsrichtung eine Relativbewegung zwischen den Elementen 78a, 78b.
In Fig. 12 ist eine Spulenanordnung dargestellt, die aus zwei Teilspulen zusammengesetzt ist, wobei jede Teilspule drei Spulenwindungen 83 - 85 bzw. 86 - 88 umfaßt. Jede Spulenwindung ist in ein und derselben Ebene angeordnet und kann in der in Fig. 10 dargestellten ¥eise in Einzelelemente aufgeteilt sein. Zwischen den gegeneinanderstoßenden Enden jeder Spulenwindung und zwischen benachbarten Spulenwindungen liegen Dichtungen 89. Der Strom wird den Teilspulen 83 - 85 bzw. 86 - 88 durch Leitungen 90 zugeführt. Der Strom wird von den Leitungen 90 über Kontakte 91 - 94 abgegriffen? der Stromfluß zwischen benachbarten Spulenwindungen jeder Teilspule erfolgt über Kontakte 95 - 98. Gemäß Fig. 12 haben die Teilspulen 83 - 85 und 86 - 88 unterschiedliche Windungs- bzw. Wicklungsrichtungen und benachbarte Enden der Teilspulen sind im Prinzip an den gleichen Punkt des Stromzuführungssystemes angeschlossen, wodurch die Spannung zwischen den Spulenwindungen 85 und 86 ständig gleich Null ist.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Hand der folgenden Beispiele näher beschrieben.
Beispiel 1
Ein Koksbett mit einem Durchmesser von 7 m und eine Höhe von etwa 5 m wurde in einem Reaktor gemäß Fig. 1 auf einer Temperatur über 1000° gehalten. Von dem Bodenbereich des Koksbettes wurde Koks kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von etwa 74,5 t je 24 h ausgetragen, wobei die Bettfüllung kontinuier-
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lieh erneuert bzw. aufgefüllt wurde, indem der Oberseite des Bettes Kohle zugeführt wurde. Die Kohle, die 29 Gev.-% flüchtige Bestandteile, bezogen auf die verbrennbare Substanz, und . 12 Gew.-% Asche enthielt, wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 t je 24 h zugeführt und in dem Reaktor unter Abgabe von Gasen verkokt. Dem Koksbett wurde elektroinduktiy mit einer Induktionsspule, die den Reaktor im Bereich des einen Durchmesser von 7,5 m und eine Höhe von 4,5 ι aufweisenden Koksbettes umgab, eine Energiemenge von HO MWh je 24 h bei einer Frequenz von 100 Hz zugeführt. Diese Energiemenge war ausreichend, um die erforderliche Bettemperatur aufrechtzuerhalten und um die Kohle zu verkoken. Das in einer Menge von etwa 60000 Nm je 24 h anfallende Gas bestand im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen.
Beispiel 2
Ein Gas, das im wesentlichen aus 20 Vol.-% COu, Rest CO und
"5 H2, bestand, wurde kontinuierlich in einer Menge von 220000 Nnr je 24 h durch einen in Fig. 2 dargestellten Reaktor geschickt, der ein elektroinduktiv erwärmtes Koksbett der im Beispiel 1 dargestellten Art aufwies. Das dem Reaktor zugeführte Gas wurde auf eine Temperatur von etwa 800° C vorerwärmt. Das das Bett durchströmende und den Reaktor verlassende reduzierte Gas bestand aus CO, E0 und Kohlenwasserstoffen, wobei die Gasmenge etwa 283000 Nnr je 24 h betrug. Dem Koksbett wurde mit der im Beispiel 1 beschriebenen Induktionsspule elektroinduktiv bei einer Frequenz von 100 Hz eine Energiemenge von 100 MWh je 24 h zugeführt. Um den verbrauchten Koks zu ersetzen, wurde Kohle der im Beispiel 1 beschriebenen Art in einer Menge von etwa 35 t je 24 h der Oberseite des Koksbettes zugeführt, wobei während der gleichen Zeit etwa 4 t Asche aus dem Reaktor abgeführt wurde.
Beispiel 3
Einem elektroinduktiv erwärmten Koksbett der im Beispiel 1 beschriebenen Art, das sich in einem Reaktor der in Fig. 3 dargestellten Art befand und auf einer Temperatur von etwa 15oo° C
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gehalten wurde, wurde vorreduziertes Eisenoxyd, das eine Zusammensetzung etwa gemäß FeO hatte, kontinuierlich in einer Menge von 72 t je 24 h zugeführt, und zwar zusammen mit 19 t je 24 h einer Kohle der im Beispiel.1 beschriebenen Art. Vom Boden des Reaktors wurde geschmolzenes Metall (Roheisen) in einer Menge von 55 t je 24 h zusammen mit einer geschmolzenen Schlacke in einer Menge von 6t je 24 h abgezogen, wobei das geschmolzene Metall einen Kohlenstoffgehalt von etwa 4 Gew.-So hatte. Vom Kopf des Reaktors wurde Gas in einer Menge von etwa 30000 Nm je 24 h abgezogen, wobei das Gas im wesentlichen Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyd enthielt. Zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Bettemperatur und zur Durchführung der Reduktion wurden dem Koksbett mittels einer Induktionsspule der im Beispiel 1 beschriebenen Art 90 MWh je 24 h bei einer Frequenz von 100 Hz zugeführt. .
Beispiel 4
Eisenoxydmaterial wurde in der im Beispiel 3 beschriebenen Weise reduziert, wobei in dem Reaktor über dem Bett Öl in einer Menge von 20 t je 24 h verbrannt wurde. Der elektrische Energieverbrauch wurde dadurch auf 70 MV/h je 24 h reduziert, wobei die Produktionsgeschwindigkeit für das geschmolzene heiße Metall gleich blieb; die aus dem Reaktor abgeführte Gasmenge wuchs gleichzeitig auf 215000 Nm je 24 h an, wobei das Gas hauptsächlich aus CO2 und H2O bestand.
Beispiel 5
Einem elektroinduktiv erwärmten Koksbett der im Beispiel 1 beschriebenen Art, das sich in einem Reaktor gemäß Fig. 4 befand und auf einer Temperatur von etwa 1500° C gehalten wurde, wurde Eisenschrott zugeführt, der 90 Gew.-% metallisches Eisen enthielt. Der Eisenschratt wurde im wesentlichen kontinuierlich in einer Menge von 200 t je 24 h zusammen mit 7 t je 24 h Kohle der im Beispiel 1 beschriebenen Art zugeführt. Vom Boden des Reaktors wurde geschmolzenes, heißes Metall (Roheisen) in einer Menge von etwa 195 t je 24 h abgezogen und außerdem eine Schlackenmenge von etwa 0,5 t je
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24 h. Vom Kopf des Reaktors wurde Gas in einer Menge von etwa 15000 Nnr je 24 h" abgezogen, wobei dieses Gas im wesentlichen Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe enthielt. Der Energieverbrauch zur Aufrechterhaltung der notwendigen Bettemperatur und zum Schmelzen des Schrotts und zum Reduzieren der oxydierten Anteile betrug 96 MWh je 24 h; diese Energiemenge wurde dem Koksbett mit einer Induktionsspule der im Beispiel 1 beschriebenen Art bei einer Frequenz von 100 Hz zugeführt.
Beispiel 6
Einem elektroinduktiv erwärmten Koksbett.gemäß Beispiel 1, das sich in einem Reaktor gemäß Fig. 5 befand und auf einer Temperatur von etwa 1500° C gehalten wurde, wurde geschmolzene Fayalitschlacke, die eine Temperatur von 1450° C und einen Eisengehalt von etwa 50-Gew.-% aufwies, kontinuierlich in einer Menge von etwa 20 t je 24 h zugeführt, und zwar zusammen mit einer Kalkmenge von etwa 90 t je 24 h und einer Menge von etwa 25 t je 24 h einer Kohle, der im Beispiel 1 beschriebenen Art. Vom Boden des Reaktors wurde geschmolzenes heißes Metall (Roheisen) in einer Menge von 97 t je 24 h abgezogen, und zwar zusammen mit einer geschmolzenen Schlacke in einer Menge von 120 t je 24 hj die Zusammensetzung entsprach im wesentlichen der Zusammensetzung von Wollastonit. Vom Kopf des Reaktors wurde in einer Menge von 64000 Nnr je 24 h Gas abgezogen, das im wesentlichen aus CO2, CO und H2 bestand. Der Energieverbrauch zur Aufrechterhaltung der Betttemperatur und zur Durchführung der Reaktionen betrug 130 MWh je 24 hf die Energiemenge wurde dem Koksbett bei einer Frequenz von 100 Hz mittels einer Induktionsspule der im Beispiel 1 beschriebenen Art zugeführt.
Beispiel 7
Einem elektroinduktiv erwärmten Koksbett gemäß Beispiel 1, das sich in einem Reaktor der in Fig. 5 beschriebenen Art befand und auf einer Temperatur von etwa 1500° C gehalten wurde, wurde-Schlacke mit einer Temperatur'von 1250° C zugeführt}
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die.Schlacke stammte von einem elektrischen Kupfererzschmelzprozeß und enthielt 10 Gew.-# Zn, 2 Gew.-% Pb, 43 Gew.-% FeO, Rest SiO2. Die Schlacke wurde kontinuierlich in einer Menge von 150 t je 24 h zugeführt, und zwar zusammen mit einer Kohlenmenge (Kohle gemäß Beispiel 1) von 22 t je 24 h und einer Kalkmenge von etwa 110 t Je 24 h. Vom Boden des Reaktors wurde eine Menge von etwa 110 t je 24 h eines geschmolzenen Eisens, das einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und einen Siliziumgehalt zwischen 2-6 Gew.-Jo aufwies, abgezogen, und zwar zusammen mit einer Schlackenmenge von etwa 75 t je 24 h, wobei die Schlacke eine Zusammensetzung aufwies, die der Zusammensetzung von Wollastonit entsprach. Im Koksbett wurde eine Gasmenge von etwa 54000 Nm je 24 h gebildet. Bevor dieses Gas, welches zusätzlich zu H2, CO und CO2 13 t Zn und 3 t Pb in Dampfform enthielt, aus dem Reaktor abgezogen wurde, wurde Luft zum Oxydieren des Zn- und Pb-Gehaltes zugeführt. Die auf diese Weise erhaltenen Metalloxyde wurdenjLn Form eines feinen Staubes in einem Dampfkessel und einem Gasreinungssystem von der restlichen Gasmenge abgetrennt.
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Claims (42)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Durchführung von endothermen chemischen und/oder physikalischen Prozessen in einer Reaktorkammer, die ein Füllungsbett eines Materials enthält, das an dem Prozeß teilnimmt, 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 Bett verwendet wird, dessen spezifischer Widerstand {? ) innerhalb des Bereiches zwischen 10" und 10 Ohm m liegt, daß ein niederfrequenter Wechselstrom benutzt wird, dessen Frequenz höchstens dem 10-fachen, vorzugsweise höchstens dem 5-fachen Wert der Netzfrequenz entspricht, und daß zwischen dem geringsten Bettquerschnitt (d) und der Eindringtiefe ( ο ) des induktiven Feldes ein Verhältnis., zwischen 0,2 und 2,5 aufrechterhalten wird, wobei dieser Verhältniswert vorzugsweise bestimmt ist durch die Gleichung d « k (0.54 - 0.35 . 10log 9 )
und k ein num-eriseher Wert zwischen 1,1 und 1,5, vorzugsweise etwa 1r2,ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselstrom mit Netzfrequenz oder einevFrequenz, die einem ganzteiligen Vielfachen der Netzfrequenz entspricht, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkammer ein Teil der für die Durchführung des Prozesses benötigten Energiemenge durch Verbrennen von brennbaren Stoffen in der Kammer zugeführt wird.
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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- ' zeichnet, daß das Bettmaterial im wesentlichen aus Koks besteht.
5· Verfahren nach.Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Verkoken von Kohle angewendet wird, die der Reaktorkammer vorzugsweise zumindest im wesentlichen Umfang kontinuierlich, zugeführt wird, und daß die auf elektroinduktive Weise erzeugte Wärme in dem Teil des Materials gebildet wird, das dem Verkokungsprozeß gerade unterworfen ist, wobei dieser dem Verkokungsprozeß unterworfene Materialteil in einen solchen Zustand gebracht worden ist, daß dieser Materialteil im wesentlichen frei von vergasbaren Bestandteilen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der gebildete Koks aus der Reaktorkammer durch eine Flüssigkeitsschleuse hindurch ausgetragen wird., in der der Koks abgekühlt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Koksgases durch das in der Reaktorkammer vorhandene verkokte Material hindurchgeleitet wird, und daß dieses Material mindestens auf der Temperatur gehalten wird, die zum Kracken des Koksgases erforderlich ist.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in Verbindung mit der Reduktion und/oder Karburierung eines gasförmigen Stoffes angewendet wird, der bei gleichzeitigem Verbrauchen des Bettes im wesentlichen kontinuierlich durch das induktiv erheizte Koksbett hindurchgeleitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bett eine solche Temperatur aufrechterhalten wird, die beim Verbrauchen des Koks gebildete Schlacke in Form
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einer Schmelze am Boden der Reaktorkammer erhalten wird, und daß diese Schlackenschmelze intermittierend oder kontinuierlich aus der Reaktorkammer abgezogen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gasförmige Stoff durch indirekten Wärmetausch mit dem reduzierten und/oder karburierten Gas vorerwärmt wird·
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas nach unten durch das innerhalb der Reaktorkammer befindliche Koksbett geführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Reduktion und gegebenenfalls zur anschließenden Karbonisierung oder Karburierung oder zur Bildung von Karbiden aus festes Metalloxyd enthaltendem Material angewandt wird, insbesondere Material, das Eisenoxyde oder Kalziumoxyde enthält, und daß das Metalloxyd enthaltende Material dem sich innerhalb der Reaktorkammer befindenden Koksbett zugeführt wird, in dem Induktionsströme erzeugt werden, daß zumindest in dem Koksbett eine solche Temperatur aufrechterhalten wird, daß das Metalloxyd enthaltende Material während der Reduktion und des Schmelzens und gegebenenfalls der Karbonisierung oder Bildung von Karbiden bei gleichzeitigem Verbrauch des Koksbettes durch dieses hindurchgeführt wird, und daß die gebildete Schlacke und das'gebildete Metall bzw. die gebildeten Metallkarbide kontinuierlich oder intermittierend aus der Reaktorkammer abgezogen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxyd enthaltende Material ein Eisenoxydmaterial ist, das der Reaktorkammer in einem vorzugsweise auf den Zustand von FeO vorreduzierten Zustand zugeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxyd enthaltende Material der Reaktorkammer
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in einem derart fein zerteilten Zustand zugeführt wird, daß dieses Material zumindest während der anfänglichen Reduktionsstufen von den in der Reaktorkammer erzeugten Gasen in fluidisiertem Zustand gehalten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Schmelzen von großstückigem oder partikelförmigem insgesamt oder teilweise metallischem Material, beispielsweise vorreduzierten Metalloxyden, Eisenschwamm, Metallschrott, wie Eisenschrott, insbesondere minderwertigem Metallschrott, wie Drehbankspänen u.dgl. angewendet wird, daß dieses Material und ein reduzierendes Mittel zum "Ersatz des während des Prozesses verbrauchten Koks dem Reaktor zugeführt wird, in dem das Material elektroinduktiv erwärmt und geschmolzen wird, so daß das geschmolzene Material durch das induktiv erwärmte Koksbett hindurchtritt, wobei gegebenenfalls eine abschließende Reduktion der oxydierten Materialanteile stattfindet und das geschmolzene Metall gegebenenfalls bei gleichzeitigem Verbrauch des Koksbettes gegebenenfalls karbonisiert wird, und daß das geschmolzene Metall und die gebildete Schlacke unterhalb des Koksbettes aufgefangen werden, von wo aus das Metall und die Schlacke kontinuierlich oder intermittierend aus der Reaktorkammer abgezogen werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß das feste; Metalloxyd enthaltende oder metallische Material vorerwärmt wird, bevor es der Reaktorkammer zugeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Wiedergewinnung von mindestens einem Metall, wie Eisen und Silizium, aus einer dieses Metall in oxydgebundener Form enthaltenden Schmelze, beispielsweise Schlacke, angewandt wird, die dem Koksbett zugeführt wird, und daß die Verweilzeit der Schmelze innerhalb des Koksbettes und die Koksbettemperatur auf einen solchen Wert
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eingestellt werden, daß das oxydgebundene Metall bei gleichzeitigem Verbrauch des Koksbettes reduziert und in geschmolzener Form in einer Zone unterhalb des Koksbettes erhalten wird, aus welcher Zone die Schmelze und neu gebildete und gegebenenfalls übriggebliebene Schlacke kontinuierlich oder intermittierend aus der Reaktorkammer abgezogen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Wiedergewinnung von mindestens einem verhältnismäßig leicht flüchtigen Metall bzw. einer leicht flüchtigen Metallverbindung, die beispielsweise mindestens eines der Metalle Zink, Blei, Arsen, Antimon, Kadmium und Zinn enthält, aus einer Schmelze, beispielsweise Schlacke, angewandt wird, die beim Schmelzen von Kupfererz erhalten wird, das das leicht flüchtige Metall in oxydischer und/oder sulfidischer Form enthält, daß die Schmelze bzw. Schlacke durch das induktiv erwärmte Koksbett hindurchgeleitet wird, und daß die Verweilzeit der Schmelze bzw. Schlacke in dem Koksbett und die Koksbettemperatur auf einen solchen Wert eingestellt werden, daß das Metalloxyd reduziert und das Metall verdampft bzw. die Metallkomponente bei gleichzeitigem Verbrauch des Koksbettes verflüchtigt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Schmelze mindestens ein oxydgebundenes, vorzugsweise schnell flüchtiges Metall, wie Eisen und Silizium enthält, und daß die Verweilzeit der Schmelze in dem Bett und die Koksbettemperatur auf einen solchen Wert eingestellt werden, daß das oxydgebundene Metall bei gleichzeitigem Verbrauch des Koksbettes ausreduziert und in geschmolzenem Zustand in einer Zone unter dem Koksbett erhalten wird, aus welcher Zone die Schmelze und behandelte Schlacke kontinuierlich oder intermittierend abgezogen werden.
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20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfte Metall bzw. die verdampfte Metallverbindung oxydiert wird, indem in der Reaktorkammer brenn-
' bare Stoffe einer oxydierenden Verbrennung unterworfen werden, und daß das Metall bzw. die Metallverbindung außerhalb des Reaktors in Oxydform aus den Verbrennungsgasen wiedergewonnen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfte Metall bzw. die verdampfte Metallverbindung aus der Reaktorkammer entnommen und mittels außerhalb der Reaktorkammer erfolgender Kondensation in fester oder flüssiger Form wiedergewonnen wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21,.dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze bzw. Metallkarbid- ~ schmelze und die Schlackenschmelze getrennt aus der Reaktorkammer abgezogen werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Koksbettes eine geschmolzene Schlackenschicht aufrechterhalten wird, und daß die Wärme induktiv in dieser Schlackenschmelzschicht erzeugt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Koksbettes verbrauchte Koksmenge im wesentlichen kontinuierlich ersetzt bzw. wieder aufgefüllt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Ersetzen des in dem Koksbett verbrauchten Kokses bestimmte Koks innerhalb der Reaktorkammer erzeugt wird, indem der Reaktorkammer Kohle zugeführt wird, die innerhalb der Reaktorkammer verkokt wird.
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26. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 und nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle vorzugsweise während der AnfangsStadien des Verkokungsprozesses vorerwärmt wird, indem in der Reaktorkammer brennbare Stoffe verbrannt werden, und daß die Wärme der Verbrennungsgase der Kohle durch Strahlung und Konvektion zugeführt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkammer Kohlenwasserstoffe zugeführt werden.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe mit dem Koks- und/oder der zu verkokenden Kohle in Kontakt gebracht werden, und daß in dem Material eine solche Temperatur aufrechterhalten wird, daß die Kohlenwasserstoffe gekrackt werden und sich auf dem Koks niederschlagen bzw. ablagern.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Verbrennung der brennbaren Stoffe erzeugte Wärme, die nicht von den in der Reaktorkammer vorhandenen miteinander reagierenden Materialien aufgenommen wird, in der Reaktorkammer im Bereich der Wärmestrahlungskammer eines Dampfkessels wiedergewonnen wird, der dem Reaktor zugeordnet ist, wobei die Wärmestrahlungskammer in der Reaktorkammer angeordnet ist.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der in der Reaktorkammer gebildeten brennbaren Gase zur Erzeugung von Dampf oder elektrischer Energie, beispielsweise mittels einer Dampf- oder Gasturbine, insbesondere einer Heißluftturbine, verwendet wird.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene elektrische Energie als Energiequelle für die
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Durchführung des Prozesses verwendet wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß.es in einem Reaktor mit einer Reaktorkammer durchgeführt wird, die von Wänden begrenzt wird, die die Induktionsspule (12) von der Reaktorkammer trennen und eine bestimmte Gasdurchlässigkeit haben, und daß den Reaktorwänden von außen her ein Gas unter einem Druck zugeführt wird, der höher ist als der höchste zu erwartende Druck innerhalb der Reaktorkammerzone, die von der Induktionsspule (12) umgeben ist, wobei ein Gas verwendet wird, welches nicht in der Lage ist, eine elektrische Verbindung zwischen den Spulenwindungen herzustellen.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das der Reaktorwand zugeführte Druckgas in einer solchen Weise zugeführt wird, daß eine Gasströmung durch die Reaktorwand in Richtung weg von der Reaktorkammer verhindert wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der von der Induktionsspule (12) umgebene Teil der Reaktorwandung von einer Druckkammer umgeben ist.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas der Reaktorwandung durch die Druckkammer zugeführt wird.
36. Verfahren nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte zwischen benachbarten Spulenwindungen gegen die den Reaktor umgebenden Atmosphäre abgedichtet sind, und daß das Gas innerhalb der nach außen abgedichteten Bereiche zugeführt wird.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsspule verwendet wird,
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die aus mehreren Einzelelementen zusammengesetzt ist, wobei jedes Einzelelement nur eine einem Winkel von höchstens 180° entsprechende Bogenlänge hat.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsspule verwendet wird, die aus mehreren Teilspulen zusammengesetzt ist.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spulenwindung in einer Ebene liegt.
40. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Teilspulen unterschiedliche Wicklungsbzw. Windungsrichtungen haben, und daß aneinander angrenzende Enden von benachbarten Teilspulen an ein und denselben Punkt des Stromversorgungssystemes angeschlossen sind.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß das der Außenseite des Reaktors zugeführte Druckgas eine Zusammensetzung hat, die für den innerhalb der Reaktorkammer ablaufenden Prozeß ohne schädlichen Einfluß ist.
42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen inertes Gas benutzt wird, das 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.
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