DE2420640C3 - Verfahren zur elektroinduktiven Erwärmung von aus Festkörperteilchen aufgebauten Wirbelbetten - Google Patents

Verfahren zur elektroinduktiven Erwärmung von aus Festkörperteilchen aufgebauten Wirbelbetten

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Description

— = £(0,54-0,35 10logo)
bestimmt ist, wobei ρ der Zahlenwert des in Ohm · m gemessenen spezifischen Widerstandes des Wirbelbettes und k eine Zahl zwischen 1,1 und 1,5 ist und δ sich aus der bekannten Gleichung
Λ =
ι ο
ergibt, in welcher ω die Kreisfrequenz des elektromagnetischen Feldes, μ die Permeabilität und ρ den spezifischen Widerstand des Wirbelbettes bedeuten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Reaktor (10) mit einer Reaktorkammer durchgeführt wird, deren Wände eine bestimmte Gasdurchlässigkeit haben und die von außen her mit einem elektrisch isolierenden Gas beaufschlagt werden, dessen Druck höher ist als der höchste zu erwartende Druck innerhalb der Reaktorkammer.
3. Verfahren nach Anspruch 2, 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.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Wirbelbett- bzw. Wirbelschichttechnik wird bei einer Vielzahl von verschiedenen Verfahren angewandt, bei denen die speziellen Eigenschaften der Wirbelbetttechnik ausgenutzt werden, und zwar insbesondere eine hohe Massen- und Wärmeübertragungsgeschwindigkeit, die Möglichkeit der Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Wirbelbettemperatur und die einfache Steuerung derselben, und die besondere Eignung der
Wirbelbettechnik für kontinuierliche Verfahrensabläufe.
Bei Durchführung von endothermen Reaktionen in
einem Wirbelbett ist häufig die Wärmezufuhr zu dem Wirbelbett ein Problem. Die Anwendbarkeit der Wirbelbettechnik auf dem chemischen und roetallurgi-
in sehen Gebiet könnte stark dadurch verbreitert werden, wenn es möglich wäre, das Wirbelbett elektrisch zu erwärmen.
Es sind bereits Versuche unternommen worden, das Wirbelbett auf verschiedene Weise elektrisch zu erwärmen. So kann das Bett beispielsweise durch Widerstandsheizung erwärmt werden, indem durch das Bett mittels Elektroden ein elektrischer Strom geschickt wird, oder die Wärme kann direkt von elektrischen Widerstandselementen abgeleitet werden, de in das Bett eingetaucht werden.
Es sind weiterhin elektroinduktive Erwärmungstechniken üblich. Wenn ein niederfrequenter Strom benutzt wird, wird die Wärme dem Bett über einen induktiv erwärmten Metallring zugeführt, der in das Bett eingetaucht ist, oder die Reaktorwandung wird in vergleichbarer Weise erwärmt Die induktive Erzeugung von Wärme im Bett selbst ist ebenfalls bekannt; dieses Verfahren konnte bisher jedoch nur unter Anwendung sehr hochfrequenter Ströme durchgeführt
so werden, wobei die Frequenzen einen solchen Wert haben mußten, daß die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in jeden Teil des Bettes von der gleichen Größenordnung ist wie der Querschnitt dieses Teiles.
Aus der CH-PS 4 07 060 ist des weiteren ein
j5 Verfahren bekannt zur elektroinduktiven Erwärmung von Festkörperteilchen, die einen größeren spezifischen Widerstand ρ als Metall haben, im Wirbelbett einer Reaktorkammer, bei dem die unmittelbare elektroinduktive Erwärmung der Festkörperteilchen innerhalb des Wirbelbettes mittels mindesttr.3 einer Induktionsspule erfolgt, die vom Wechselstrom durchflossen wird und außerhalb der Reaktorkammer angeordnet ist. Dieses bekannte Verfahren ist auf die elektroinduktive Erwärmung eines aus elektrisch leitenden Metallteil-
■45 chen aufgebauten Wirbelbettes beschränkt und eignet sich nicht zur induktiven Erwärmung von sehr unterschiedlichen metallischen und nichtmetallischen Festkörperteilchen.
Es ist allgemein bekannt, daß man durch Oberlage-
r>o rung eines magnetischen Wechselfeldes über einer Masse elektrisch leitenden Materials einen sekundären Strom in der Masse induzieren kann, die dadurch erhitzt wird. Bei dieser Anwendung des Prinzips der induktiven Erwärmung finden gemäß der Enzyklopädie der
chemischen Technologie von Ulimann, Band 1, Seite 876, Dimensionierungsregeln Verwendung, nach denen die Querabmessung des Bettes viermal so groß wie die Eindringtiefe sein soll. Wenn diese Regel auf Wirbelbetten, die einen größeren spezifischen Widerstand als
ho Metall haben, Anwendung finden sollte, so würde dies zu in technischer und Ökonomiseher Hinsicht uninteressanten Kombinationen von hohen Frequenzen und/oder großen Bettdurchmessern führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
hj Verfahren der genannten Art so zu verbessern, daß bei gegebenem spezifischen Widerstand des Wirbelbettes das Verhältnis zwischen den Querabmessungen des Bettes und der Eindringtiefe kleiner wird, daß
beispielsweise bei gleichen Bettabmessungen mit niedrigeren Frequenzen gearbeitet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der Widerstand des Bettes kann innerhalb bestimmter Grenzen eingestellt werden, indem unter anderem das Ausmaß der Fluidisierung, das Fluidisiermedium selbst, die Teilchengröße des Bettmaterials und die Bettemperatur eingestellt werden.
Das erfindjiigsgemäße Verfahren macht es möglich, Reaktionen in Wirbelbetten bzw. Wirbelschichten durchzuführen, die direkt induktiv erwärmt werden und Dimensionen haben, die im großtechnischen Maßstab Verfahrensabläufe gestatten, ohne daß extrem hohe Frequenzen benötigt werden. Wenn beispielsweise ein kreisförmiges Wirbelbett mit einem Durchmesser von 7,5 m induktiv erwärmt wird, wobei das Bettmaterial aus Kokspartikeln mit einer mittleren Korngröße von 0,15 mm besteht, wobei der spezifische Widerstand bei 6,5 Ohm · m liegt, reicht eine Frequenz von 2600 Hz aus, wenn das Verhältnis von Induktionsspulenhöhe zu induktionsspulendurchmesser 0,6 :1 beträgt.
Bei Durchführung des erfindungsgemäüen Verfahrens können in vorteilhafter Weise in einem Wirbelbett mit einem elektromagnetischen Feld verhältnismäßig geringer Stärke sehr hohe Energiemengen erzeugt werden. Wenn die Induktionsspule aus Kupfer besteht, liegen die Verluste, die durch die induktive Erwärmung der Induktionsspule hervorgerufen werden, nur bei einigen wenigen Prozent der zugeführten Fnergie. Bei dem oben beschriebenen Beispiel wurden in dem Koksbett etwa 30 MW bei einer Feldstärke von nur 50kA/m erzeugt; die Verluste in der Kupferspule erreichen nur 600 kW, d. h. etwa 2% der zugeführten Energie.
Dieses gute Ergebnis wurde erreicht mit einem Verhältnis von Reaktordurchmesser zur Eindringtiefe von nur 0,29:1 und zwar verglichen mit dem Standartverhältnis von 2,5 :1, wenn mittels der bekannten Techniken Material mit niedrigem spezifischem Widerstand erwärmt wird. Der elektrische Ausnutzungsfaktor, der sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichen läßt, ist, verglichen mit dem Wirkungsgrad bekannter induktiver Erwärmungstechniken, außerordentlich hoch.
Verglichen mit bekannten Verfahren zur Zuführung von Wärme zu einem Wirbelbett lassen sich mit dem erfindungsgernäßen Verfahren folgende Vorteile erzielen:
1. In dem Bett körnen sehr große Energiemengen erzeugt werden, ohne daß die Gefahr einer örtlichen Überhitzung besteht, die jedoch dann vorhanden ist, wenn, wie bei den bekannten Verfahren, mit einer Verbrennung von Brennstoffen innerhalb des Bettes oder der Erwärmung des Bettes durch die Reaktorwandung mittels Heizelementen oder Elektroden gearbeitet wird.
2. Es bestehen keine Materialprobleme, wie sie bei Anwendung der bekannten Heiztechniken auftreten.
3. Es kann ein Strom mit einer nicht allzu hohen Frequenz verwendet werden, was gegenüber den bisher benutzten, sehr hochfrequenten Strömen geringere Kosten verursacht.
4. Man kann auf die sehr aufwendige und komplizierte Elektrodenausrüstung verzichten, wodurch auch die Kosten für das Verfahren herabgesetzt werden.
5. Die zugeführte Energiemenge kann einfach gesteuert werden, und zwar ebenso wie die Reaktortemperatur.
6. Es kann ein Reaktor verhältnismäßig einfacher ϊ Bauart verwendet werden.
7. Die Abdichtung des Reaktors wird vereinfacht.
8. Hinsichtlich der Reaktorkonstruktion besteht eine größere Flexibilität.
in Bei Reaktoren, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, schafft die elektrische Isolierung zwischen aufeinanderfolgenden Windungen der Induktionsspule und gegebenenfalls auch zwischen einzelnen Spulenteilen gewisse Probleme, wenn die Reaktorwände ein bestimmtes Durchlaßvermögen für Gase haben. Es hat sich u. a. herausgestellt, daß Kohlenmonoxyd enthaltendes Gas in bestimmten Fällen in der Lage ist, aus der Reaktorfüllung die Reaktorwand zu durchdringen und einen Kohlenstoffniederschlag zu bilden, der im Bereich der Spule zu einer Funkenbildung f":hren kann. Diese Probleme treten insbesondere bei sehr großen induktiv beheizten Reaktore und öfen auf, bei denen Spannungen benötigt werden, die bisher bei induktiven Heiztechniken nicht benutzt worden sind. Ein weiterer Nachteil der den bisher verwendeten Spulen von induktiv beheizten Reaktoren bzw. öfen anhaftet, besteht darin, daß im Falle von Beschädigungen der Spule die Spule insgesamt ausgetauscht werden muß,
jo was sehr zeitaufwendig und auch teuer ist
Die Funkenbildung im Bereich der Induktionsspule kann weitgehend verhindert werden, wenn das Verfahren in einem Reaktor durchgeführt wird, dessen Reaktorkammer von Wänden umgeben ist, die die
J5 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 »inzelnen Spulenwindungen herzustellen.
Wenn die Gefahr besteht, daß sich an der Reaktorwand Kohlenstoff niederschlägt bzw. abson-
•15 dert, beispielsweise wenn Reduktionsprozesse unter Verwendung von kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln durchgeführt werden, ist vorgesehen, ein im wesentlichen inertes Gas zu verwenden, dessen Sauerstoff- oder Wasserstoffpotential derart ist, daß das Niederschlagen bzw. Ablagern von Kohlenstoff zumindest in dem Bereich der Reaktorkammerwände verhindert wird, die der Induktionsspule gegenüberliegen.
Beispiele von Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der F i g. 1 bis 12 erlrutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Schnittansicht eines Reaktors zur Erzeugung von Petroleumkoks;
Fig.2 eine schematische Schnittansicht eines Reaktors zum Reduzieren und/oder Karburieren eines gasförmigen Stoffes;
Fig.3 bis 5 Schnittansichten von Reaktoren zum Reduzieren von Metalloxyden;
Fig.6 bis 9 Schnittansichten von verschiedenartig
t>5 gestalteten Wandteilen eines für die Durchführung des erfindungsgemäßeii Verfahrens verwendeten Reaktors; F i g. 10 ausschnittsweise eine Draufsicht einer Induktionsspule, die aus mehreren sich nur über einen
verhältnismäßig kleinen Bogenwinkel erstreckenden Einzelelementen zusammengesetzt ist;
Fig. 11 eine perspektivische Teilansicht einer Induktionsspule, die gemäß den Darstellungen von F i g. 9 und 10 konstruiert ist, und
Fig. 12 eine teilweise Seitenansicht von zwei Teilspulen, die aus ebenen Spulenwindiingen zusammengesetztsind.
Der in F i g. I dargestellte Reaktor 10 weist eine Gaseinlaßöffnung 11, eine Gasauslaßöffnung 12 und einen Rost 13 auf, über dem sich das Wirbelbett 14 befindet. Der Reaktor ist in der Höhe des Bettes 14 von einer Induktionsspule 15 umgeben, die an eine nicht dargestellte Wechselstromquelle angeschlossen ist. Dem Bett 14 werden kontinuierlich durch Leitungen 16 Kohlenwasserstoffe zugeführt, bei denen es sich um die schweren Kohlenwasserstofffraktionen handelt, die beim Kracken von Erdöl erhalten werden.
Das Bett 14, das hauptsächlich aus Koks besteht, wird auf einer solchen Temperatur gehalten, daß die Kohlenwasserstoffe, die vorzugsweise in einem vorerwärmten Zustand zugeführt werden, gekrackt werden und neuen Koks zusammen mit gasförmigen Brennstoffen bildet, die den Reaktor zusammen mit dem das Wirbelbett aufbauenden Gas durch die Auslaßöffnung 12 verlassen. Diese Gase können als Brennstoff weiterverwendet werden. Ein Teil dieser Gase kann dem Reaktor 10 vorzugsweise in heißem Zustand durch die Einlaßöffnung 11 zugeführt werden, um das Wirbelbett zu erzeugen. Die während des Krackprozesses gebildeten gasförmigen Stoffe tragen ebenfalls zum Aufbau des Wirbelbettes bei, wobei diese gasförmigen Stoffe unter gewissen Bedingungen allein zum Aufbau des Wirbelbettes dienen können, so daß die Gaszufuhr durch die Einlaßöffnung 11 unterbrochen werden kann.
Die Verweilzeit der Feststoffe in dem Wirbelbett und die Temperatur des Bettes können so eingestellt sein, daß der dem Reaktor zugeführte feste Kohlenwasserstoffrückstand die erwünschte Qualität erreicht. Die Verweilzeit und die Temperatur des Bettes können beispielsweise so eingestellt werden, daß der resultie-
.1. i^.i-_ L :_ ti:_Li:.i. _..f c-i f_i rr:_: .
ICIlUU Ι\υΛ3 Quell im lllllLMivn uui o*~ii rr t. ■ \.t tuiiiiiivii
Dem Bett 14 wird Koks durch eine Auslaßleitung 17 mit der gleichen Geschwindigkeit entnommen, mit der in dem Bett neuer Koks gebildet wird; das obere offene Ende der Auslaßleitung 17 liegt auf einem Niveau mit der Oberfläche des Wirbelbettes 14.
In F i g. 2 haben die Bezugszeichen 10-13 und 16 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Durch die Gaseinlaßöffnung 11 wiru ein Gas zugeführt, welches reduziert und karburiert werden soll, beispielsweise ein Gas, das zur Reduktion von Metalloxyden benutzt werden soll und CO, H2, CO2 und H2O enthält Das vorzugsweise vorerwärmte Gas wird dem Reaktor 10 zugeführt, um das Wirbelbett aufzubauen. Die für die Reduktion und die Karburierung benötigten Kohlenwasserstoffe werden dem Bett 14 durch Leitungen 16 zugeführt In diesem Fall besteht das Bett 14 aus Metallpartikeln, die mit Kohlenstoff überzogen sind und beim Reduktionsund Karburierungsprozeß einen katalytischen Effekt haben. Der sich auf den Metallpartikeln befindende Kohlenstoffüberzug, der während des Reduktions- und Karburierungsprozesses verbraucht wird, wird dadurch erneuert, das eine so hohe Bettemperatur aufrechterhalten wird, daß durch Pyrolyse der durch die Leitung 16 zugeführten Wasserstoffe und durch Kracken der pyrolysierten Gase Kohlenstoff gebildet wird, der sich
wiederum auf den Metallpartikeln ablagert.
In F i g. 3 haben die Bezugszeichen 10— 13, 15 und 16 die gleiche Bedeutung wie in den Fig. 1 und 2. Metalloxyde, beispielsweise Eisenoxyd, mit einer zum Aufbau eines Wirbelbettes geeigneten Teilchengröße werden durch die Leitung 16 dem unteren Teil des Bettes 14 zugeführt, das hauptsächlich aus Koks besteht und ein Reduziermittel, vorzugsweise Kohlenwasserstoffe enthält, die für die Reduktion der Metalloxyde benötigt werden. Wenn das Reduktionsmittel gasförmig ist, kann es dem Bett statt durch die Leitung 16 durch die Gaseinlaßöffnung 11 zugeführt werden. Die Temperatur innerhalb des Reaktors 10 wird auf einen folchen Wert eingestellt, daß die dem Reaktor zügel ihrten Kohenwasserstoffe pyrolysiert und gekrackt werden, um Koks zu bilden, wobei das reduzierte Metall vorzugsweise zusammen mit der resultierenden Koksasche zu größeren Granulaten agglomeriert wird, die aufgrund ihres relativ zum Bciüuäiciiai hUMcrcM spezifischen Gewichtes durch das Bett nach unten sinken und eine Schicht 18 aus verhältnismäßig grobkörnigem Material bilden, das durch eine Austragsleitung 19 aus dem Reaktor abgezogen wird. Das Material wird durch diese Leitung 19 mit einer solchen Geschwindigkeit abgezogen, daß das Volumen des Wirbelbettes innerhalb der Reaktorkammer im wesentlichen unverändert bleibt.
In Γ ; g. 4 haben die Bezugszeichen 10—16,18 und 19 die gleiche Bedeutung wie in Fig.3; der obere Teil des Reaktors 10 ist bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 als eine Strahlungskammer eines (nicht dargestellten) Dampfkessels ausgebildet. Der obere Teil des Reaktors besteht somit im wesentlichen aus einem nach außen hin wärmetsolierten Mantel 20, durch den Wasser oder Wasserdampf hindurchströmen kann. Die zu reduzierenden Metalloxyde werden zusammen mit Koks oder Kohle, der bzw. die eine zum Aufbau eines Wirbelbettes geeignete Korngröße hat, der Oberseite des Bettes durch konzentrisch angeordnete Einlaßleitungen 21 zugeführt. Dem Bett 14 können durch die Leitung It gegebenenfalls z. B. Kohlenwasserstoffe zugeführt wer ζίτ. E)-S d—rr*h d'e i~^c<»inlaftÄffniina 11 7iicrefiihrte Gas welches zum Aufbau des Wirbelbettes dient kanr vorzugsweise ein reduzierendes Gas ein. Die Tempera tür in dem Reaktor wird in der in Verbindung mit F i g. 2 beschriebenen Weise so eingestellt, daß sich eine untere Schicht 18 aus verhältnismäßig grobkörnigem Materia bildet, das aus reduziertem Metall und gegebenenfalli aus agglomerierter Koksasche bestehen kann. Da; grobkörnige Material wird durch die Leitung 19 mii einer solchen Geschwindigkeit abgezogen, daß sich da! Volumen des Wirbelbettes in der Reaktorkammer niefr ändert Die während des Reduktionsprozesses gebilde ten brennbaren Gase werden verbrannt, indem Luft unc vorzugsweise zusätzlicher Brennstoff durch Leitunger 22 zugeführt werden. Die Leitungen 22 münder oberhalb des Wirbelbettes 14 in die Reaktorkammer, se daß die durch den Verbrennungsprozeß erzeugt! Wärme als Energiequelle für den durchzuführender Prozeß dient
In F i g. 5 haben die Bezugszeichen 10,12,14—16 um 19-22 die gleiche Bedeutung wie in Fig.4. Bei dei Ausführungsform gemäß F i g. 5 handelt es sich um eini Anlage zur Durchführung eines Reduktionsprozesses der dem in Verbindung mit Fig.4 beschriebene! Reduktionsprozeß vergleichbar ist In diesem Fall win die Temperatur innerhalb des Reaktors 10 jedoch au einen solchen Wert eingestellt daß das reduzierti
Mcliil! in geschmolzener form innerhalb einer Bodenschicht 23 erhallen wird, aus der die Schmelze durch die Leitung 19 abgezogen wird. Zusätzlich zu den Mclalloxyden und dem festen Reduktionsmittel können dem Reaktor durch die Leitungen 21 auch Schlackenbildner oder Raffinicrungsmiltcl zugeführt werden. Das WiiIh1IIh1II wird hauptsächlich durch die während des RcdrUlionsprozcsscs entstehenden Gase aufgebaut. Durch die über der Zone bzw. Bodenschicht 23 in den Reaktor einmündenden Leitungen 16 kann zusätzliches F liiidisiermedium. beispielsweise flüssig: Kohlenuas sersloffe oder ein reduzierendes bzw. inertes (ins. zugeführt werden.
In I'ig. β ist ein Teil einer Kcaktoi wandung dargestellt, die eine keramische Auskleidung 24 und ein Gehäuse 25 umfaßt. Die die Auskleidung umgehende Induktionsspule 15 besteht aus Röhren, die mit einem durch die Röhren strömenden Kühlmittel gekühlt wrrdrn lcfinnrn. Dir Sniilr 15 iu lrilurkr in i-me keramische Füllmasse 26 eingebettet Sowohl die Auskleidung 24 als auch die Füllmasse 26 sind in einem bestimmten Umfang gasdurchlässig.
Um zu verhindern, daß festes, flüssiges oder gasförmiges Material aus der Reaktorkammer durch die der Spule 15 gegenüberliegende Reaklorwand zur Spule 15 strömt, wird in dem Bereich der Reaktor wand, der von der Spule 15 umgeben ist. außerhalb des Reaktors ein Überdruck aufgebaut, der über dem höchsten Druck liegt, der in der zugeordneten Zone der Reaktorkainmcr zu erwarten ist. Der Überdruck wird mittels eines Gases aufp baut, das elektrisch nicht leitend ist, um tine elektrische Leitung zwischen den einzelnen Windungen der Induktionsspule 15 zu verhindern. Um die Induktionsspule 15 ist mittels eines Gehäuses 28 eine ringförmige Druckkammer gebildet, der Druckgas, beispielsweise Luft oder ein im wesentlichen inertes Gas, durch eine Leitung 27 zugeführt wird. Der mittels des Gehäuses 67 gebildete Druckraum ist gegenüber der umgebenden Atmosphäre abgedichtet.
Fig. 7 zeigt einen Teil einer Reaktorwandung, die eine Auskleidung 24. eine I'üllmasse 26 und eine Induktionsspule 15 umfaßt. Die Abschnitte zwischen benachbarlcn Windungen der Spule sind gegenüber der dem Reaktor umgebenden Atmosphäre mit einem Dichtmatcrial 29 ausgefüllt, das vorzugsweise ein Isoliermaterial ist. In dem Isoliermaterial 29 sind mehrere Öffnungen 30 angeordnet, durch die in Richtung der Pfeile Druckgas den Abschnitten der Reaklorwandung 24, 26 zugeführt werden, die sich im Bereich der Induktionsspule 15 befinden.
Die in Fig.8 dargestellte Ausführungsform der Reaktorwandung entspricht prinzipiell der Anordnung gemäß F: i g. 7. Ein Teil der aus einer Auskleidung 24 und einer Füllmasse 26 bestehenden Reaktorwand ist von einer spiralförmig gewickelten Induktionsspule 15 getragen. Die Abdichtung bzw. Isolierung zwischen benachbarten Spulenwindungen erfolgt mittels eines ebenfalls spiralförmig gewickelten Schlauches 31 od. dgl. aus elastomerem Material. Um verhältnismäßig kleine und damit wirkungsvollere Dichtflächen zwischen den Schlauch 31 und der Induktionsspule 15 zu erhalten, sind an der Induktionsspule 15 Leitungen 32 angeschweißt, die einen kleinen Durchmesser haben. Der Schlauch 31 dient gleichzeitig dazu, der Reaktorwand 24, 26 Druckgas zuzuführen. Der Schlauch 341 ist zu diesem Zweck an eine (nicht dargestellte) Druckgasquclle angeschlossen und weist Gasauslaßöffnungen 33 auf. die 7ur Reaktorwand gerichtet sind.
In F i g. 9 ist ein Teil einer Reaktorwandung dargestellt, die eine Auskleidung 24 und eine Füllmasse 26 umfaßt und von einer Induktionsspule 15 umgeben ist. Jede Spulenwindung hat einen trapezförmigen Querschnitt und ist oben und unten mit nach außen ragenden Flanschabschnitten 34 versehen. Zwischen den benachbarten Flanschabschnitten 34 von aufeinanderfolgenden Spulenwindungen befinden sich Dichtungseinlagen 35 aus elastomerem Material, die mit öffnungen 36 versehen sind, durch die der Füllmasse 26 ein Druckgas zugeführt werden kann. Die Dichtungseinlagen 35 sind über ihre Länge mit mehreren derartigen öffnungen 36 versehen. Das Druckgas wird den Öffnungen 36 durch Verteilerleitungen 37 zugeführt, die zu einer Hauptleitung 38 führen, welche zur Versorgung von mehreren Verteilerleitungen 37 dient.
In Fig. 10 ist dargestellt, wie jede Spulenwindung einer Spule 15 aus mehreren Einzelelementen 39a-39c/ icammon
uoilc in pin iin/1
derselben Ebene liegen und von denen jedes sich über einen Bogen von weniger als 180° erstreckt. Die zwischen den Elementen 39a-39c/liegenden Leitungen 40 dienen zur Führung eines Kühlmittels und gegebenenfalls auch zur Stromführung zwischen benachbarten Elementen 39a — 39c/. Zwischen den Einzelelementen sind Dichtungselemente 41 angeordnet.
Fig. 11 zeigt in vergrößertem Maßstab den Anschlußpunkt zwischen zwei benachbarten Einzelelementen 39a und 39b, die im wesentlichen die in F i g. 9 abgebildete Form haben. Die Flanschabschnitte des einen Elementes 39a hören kurz, vor dem Ende dieses Elementes auf, während das andere Element 39£> mit einem Flansch 42 versehen ist, der über das Element 39a ragt. Die Abdichtung zwischen benachbarten Elementen 39a und 39b erfolgt mittels einer Dichtung 43, die zwischen der Innenseite des Flansches 42 und der Außenseite des Elementes 39a eingeklemmt ist; diese Dichtung 43 ermöglicht in einem bestimmten Umfang in Längsrichtung eine Relativbewegung zwischen den Elementen 39a und 39b.
In Fig. 12 ist eine Spulenanordnung dargestellt, die aus zwei Teilspulen zusammengesetzt ist, wobei jede Teilspule drei Spulenwindungen 44-46 bzw. 47 — 49 umfaßt. Jede Spulenwindung ist in ein und derselben Eben angeordnet und kann in der in Fig. 10 dargestellten Weise in Einzelelemente aufgeteilt sein. Zwischen den gegeneinanderstoßenden Enden jeder Spulenwindung und zwischen benachbarten Spulenwindungen liegen Dichtungen 50. Der Strom wird den Teilspulen 44-46 bzw. 47-49 durch Leitungen 51 zugeführt. Der Strom wird von den Leitungen 51 über Kontakte 52 — 55 abgegriffen; der Stromfluß zwischen benachbarten Spulenwindungen jeder Teilspule erfolgt über Kontakte 56-59. Gemäß Fig. 12 haben die Teilspulen 44—46 bzw. 47—49 unterschiedliche Windungs- bzw. Wicklungsrichtungen und benachbarte Enden der Teilspulen sind im Prinzip an den gleichen Punkt des Stromzuführungssystems angeschlossen, wodurch die Spannung zwischen den Spulenwindungen 46 und 47 ständig gleich Null ist.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Hand der folgenden Beispiele näher beschrieben.
Beispiel 1
Ein Wirbelbett mit einem Durchmesser von 7 m und einer Höhe von etwa 5 m wurde in einem Reaktor der in F i g. 1 dargestellten Art auf einer Temperatur von etwa
12005C gehalten. Zum Aufbau des Wirbelbettes, das aus Koks mit einer mittleren Korngröße von 0,15 mm bestand, wurden durch den Boden des Reaktors etwa 20 000NmVh eines leicht reduzierenden Gases zugeführt, dessen Temperatur etwa der Bettemperatur entsprach. Erdöl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 85 Gew.-%, einem Wasserstoffgehalt von etwa IOGew.-% und einem Schwefelgehalt von etwa 3 Gew. % wurden dem Bett in einer Menge von etwa 115 t je 24 h zugeführt. Koks in einer Menge von etwa 40 t je 24 h mit einem Schwefelgehalt von 0,1 Gew.-% wurde von der Oberseite des Bettes gezogen, wobei gleichzeitig etwa 128 000Nm1 eines Gases erhalten wurden, das aus gasförmigen Krackprodukten bestand, die etwa 25 Vol.-% Wasserstoff, Rest niedriger Kohlenwasserstoffe, enthielten; das erhaltene Gas wurde zusammen mit dem das Wirbelbett aufbauende Gas aus dem Reaktor ausgeblasen. Ein Teil dieses Gases wurde teilweise verbrannt und wieder dem Reaktor zugeführt, um das leicht reduzierende Gas zu bilden, welches für die Durchführung des Wirbelbettverfahrcns benötigt wurde. Dem Bett wurde elektroinduktive Energie in einer Menge von 120 MWh je 24 h mit einer Frequenz von 2600 Hz mittels einer Induktionsspule zugeführt, die den Reaktor in Höhe des Wirbelbettes umgab und einen Durchmesser von 7,5 m und eine Höhe von 4,5 m hatte. Diese Energie reicht aus, um die erforderliche Bettemperatur aufrechtzuerhalten und Erdölkoks zu bilden.
Beispiel 2
In einem Reaktor der in Fig. 2 dargestellten Art wurde ein Wirbelbett mit einem Durchmesser von 2,0 m und einer Höhe von 1,8 m aufgebaut und auf einer Temperatur von etwa 11000C gehalten. Zum Aufbau des Wirbelbettes, das aus Kokspartikeln mit einer mittleren Korngröße von 0,4 mm bestand wurden dem Reaktor durch den Boden etwa 450ONmVh eines Gases zugeführt, das aus einem Eisenschwammofen stammte und eine Zusammense'?ung von etwa 40 Vol.-°/o CO2 und 10 Vol.-u/o H2O, Rest im wesentlichen H2 und CO, hatte. Aus dem Reaktor wurden etwa 190 000Nm1 je 24 h eines Gases ausgeblasen, das eine Zusammensetzung von 52 Vol.-% H2 und 45 Vol.-% CO, Rest im wesentlichen CO2 und H2O, hatte. Um den Koks zu ersetzen, der aufgrund des Reduktionseffektes des das Wirbelbett aufbauenden Gases verbraucht wurde, wurden dem Bett 56 t je 24 h eines Öles der Art Bunker Czugeführt. Dem Bett wurden mittels einer Induktionsspule, die den Reaktor in Höhe des Wirbelbettes umgab und einen Durchmesser von 2,5 m und eine Höhe von 1,5 m hatte, Energie in einer Menge von 137 MWh je 24 h induktiv mit einer Frequenz von 36,5 kHz zugeführt. Diese Energiemenge reichte aus, um die erforderliche Bettemperatur aufrechtzuerhalten, das das Wirbelbett aufbauende Gas zu reduzieren und aus dem Öl Petroleumkoks zu bilden.
Beispiel i
In einem Reaktor der in Fig. 3 dargestellten Art wurde ein Wirbelbett mit einem Durchmesser von 7,0 m und einer Höhe von etwa 5,0 m und einer Temperatur von etwa 10500C aufgebaut Zur Bildung des Wirbelbettes, das aus Koksteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,15 mm bestand, wurden dem Reaktor durch den Boden e.-va 20 000NmVh eines Inerlgases mit einer Temperatur von 900"C zugeführt. Eisenoxyd, das 65 Gew.-% Fe enthielt und eine mittlere Teilchengröße aufwies, die im wesentlichen gleich der Teilchengröße des Koks war, wurde kontinuierlich dem unteren Teil des Bettes in einer Menge von etwa 150 t je 24 h zusammen mit Kohlenstaub in einer Menge von J5 t je 24 h zugeführt, wobei dieser Kohlenstaub etwa 30 Gew.% leicht flüchtige Bestandteile und 12 Gew.-% Asche enthielt. Vom Boden bzw. Grund des Bettes wurden Eisenschwamm in einer Menge von etwa 100 t je 24 h und einen· Eisengesamtgehalt von 97 Gew. % und einem Kohlenstoffgehalt von etwa I Gew.-% zusammen mit 4 t je 24 h agglomerierter Asche abgezogen. Aus dein Reaktor wurden 23(KK)NmVh eines Gases ausgeblasen, das etwa 4 Vol.-% CO enthielt. Dem Bett wurde eleklroinduktiv mittels einer induktionsspule, die den Reaktor im Bereich des Wirbclbeües umgab und einen Durchmesser von 7,5 in und eine Höhe von 4,5 m hatte, Energie in einer Menge von 110 MWh je 24 h und mit einer Frequenz von 2600 Wt. zugeführt. Diese Energiemenge reicht aus, um die erforderliche Bettemperatur aufrechtzuerhalten und die notwendige Energie für die Verkokungs- und Reduktionsreaktionen zu liefern. Die dem Bett zugeführte Kohenstaiibnienge reichte aus, um den wahrend des Reduktionsvorganges verbrauchten Koks zu ersetzen.
Beispiel 4
Bei einem Reduktionsprozeß der im Beispiel 3 beschriebenen Art wurde ein Reaktor gemäß Fig. 4 verwendet. Das das Wirbelbett verlassende Gas wurde in der Reaktorkammer über dem Wirbelbett durch Zufuhr von Luft verbrannt. Die benötigte elektrische Energiemenge ließ sich damit auf 99MWh je 24 h absenken.
Beispiel 5
tür einen Keüuktionsprozeö der in Beispiel i beschriebenen Art wurde ein Reaktor gemäß Fig. 5 verwendet, wobei die Wirbelbettemperatur etwa bei 1400°C lag. Vom Boden des Reaktors wurde geschmolzenes Roheisen in einer Menge von 98 t je 24 h und einem Kohlenstoffgehalt von etwa 2 Gew.% zusammen mit einer geschmolzenen Schlacke in einer Menge von etwa 5 t je 24 h abgezogen. Das das Wirbelbett verlassende Gas wurde in der in Beispiel 4 beschriebenen Weise verbrannt. Die für die Durchführung des Prozesses benötigte elektrische Energiemenge betrug 120 MWh je 24 h.
Beispiel 6
Für die Herstellung von Äthylen durch Kracken von Kohlenwasserstoffen wurde in Wirbelbett mit einem Durchmesser von 2,0 m und einer Höhe von etwa 1,8 m in einem Reaktor der in Fig. 2 dargestellten Art aufgebaut. Die Temperatur des Wirbelbettes betrug etwa 1200"C. Zum Aufbau des Wirbelbettes, das im wesentlichen aus mit Silber beschichten Nickelgranulaten mit einer minieren Teilchengröße von 0,H) mm bestand, wurden durch den Boden des Reaktors etwa 4000NmVh Kohlenwasserstoffe mit einer Temperatur
von etwa 900°C zugeführt. Die Kohlenwasserstoffe bestanden haulpsäehlich aus Athan. Aus dem Reaktor wurden etwa 180 000 Nm1 je 24 h eines Gases ausgeblasen, das aus gasförmigen Krackprodukten bestand, die etwa 47 Vol.-% Äthylen und 47 Vol.-% Wasserstoff enthielten. Dem Wirbelbett wurde mittels einer Induktionsspule, die den Reaktor in Höhe des
Wirbelbettes umgab und einen Durchmesser von 2,5 m und eine Höhe von 1,5 m hatte, clektroinduktiv eine Energiemenge von 110MWh je 24 h und mit einer Frequenz von 5000 H/. zugeführt. Die Energiemenge war ausreichend, um die erforderliche Bettemperatur aufrechtzuerhalten und die für die Durchführung der Krackreaktion benötigte Energie zu liefern.
I Ιίΐ
I)IaIl

Claims (1)

Uf γ' Patentansprüche:
1. Verfahren zur elektroinduktiven Erwärmung von aus Festkörperteilchen aufgebauten Wirbelbetten, die einen größeren spezifischen Widerstand ρ als Metall haben, in einer Reaktorkammer, bei dem die unmittelbare elektroinduktive Erwärmung der Festkörperteilchen innerhalb des Wirbelbettes durch mindestens eine Induktionsspule erfolgt, die von Wechselstrom durchflossen wird und außerhalb der Reaktorkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wirbelbett mit einem spezifischen Widerstand zwischen 10-' und 10 Ohm · m ein Wechselstrom benutzt wird, dessen Frequenz in Abhängigkeit von der kleinsten Querabmessung c/und dem spezifischen Widerstand Q des Wirbelbettes so ausgewählt ist, daß zwischen dieser kleinsten Querabmessung dund der Eindringtiefe 6 des elektromagnetischen Feldes ein zwischen den WerteriO,2 und 1,5 liegendes Verhältnis erhalten wird, das durch die Gleichung
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