DE2815224A1

DE2815224A1 - Wirbelschichtverfahren

Info

Publication number: DE2815224A1
Application number: DE19782815224
Authority: DE
Inventors: Martin O Gernand; Francis X Mayer
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1977-04-11
Filing date: 1978-04-08
Publication date: 1978-10-19
Also published as: FR2387078B1; FR2387078A1; CA1135207A; BE865860A; NL7803839A; JPS53128573A; AU3496478A; IT1095382B; IT7822165A0; AU526944B2; GB1597617A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wirbelschichtverfahren und betrifft insbesondere Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, die mit einem magnetisierbare Teilchen enthaltenden und einem Magnetfeld ausgesetzten Fließbett durchgeführt werden.

Zahlreiche chemische und physikalische Reaktionen, wie beispielsweise katalytisches Cracken, Hydrierungen, Oxydationen, Reduktionen, Trocknungsverfahren, Filtertechniken und dergleichen werden in Fließbetten bzw, mittels Wirbelschichtverfahren durchgeführt. Ein Fließbett besteht kurz gesagt aus einer Masse eines in Einzelteilchen vorliegenden Feststoffmaterials, dessen Einzelteilchen sich in einem kontinuierlichen Bewegungszustand zueinander befinden und die Masse bzw. das Fließbett einer Flüssigkeit ähnliche Eigenschaften besitzt. Ebenso wie eine Flüssigkeit kann es frei fließen oder ausgegossen werden; es ist ein hydrostatischer Oberflächendruck vorhanden; es besteht die Tendenz zur Ausbildung eines konstanten Spiegels; Gegenstände lassen sich eintauchen und können darin schwimmend gehalten werden, und hinsichtlich vieler anderen Eigenschaften wirken Fließbetten wie eine

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Flüssigkeit. Ein Fließbett wird üblicherweise dadurch hergestellt, daß man ein Strömungsmittel, gewöhnlich ein Gas, durch eine poröse oder perforierte Platte oder Membran, die sich unterhalb einer Gutschüttung befindet, mit einer so ausreichenden Geschwindigkeit hindurchführt, daß die einzelnen Gutteilchen gegen die Schwerkraft gefördert werden. Die Minimum-Luftströmung bzw. Druckabfall, die zur Erzielung einer Strömung bzw. Fließfähigkeit der Gutschüttung erforderlich sind, ist als Minimum-Fluidisierung bekannt und ist von verschiedenen Parametern abhängig, beispielsweise von Teilchengröße, Teilchendichte usw. Bei weiterer Geschwindigkeitssteigerung über die Minimum-Fluidisierung hinaus expandiert das Fließbett und paßt sich der gesteigerten Geschwindigkeit an, bis die Fließgeschwindigkeit die Geschwindigkeit des freien Falles der Teilchen übersteigt; dann werden die Teilchen aus der Apparatur herausgetragen.

Fließbetten haben zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften, beispielsweise hinsichtlich Temperatureinstellung, Wärmeübertragung, bei katalytischen Reaktionen und zahlreichen chemischen und physikalischen Reaktionen, wie Oxydation, Reduktion, Trocknungsvorgänge, Polymerisation, überzugsbildung, Diffusion, Filtriervorgängen und dergleichen. Jedoch ist die Einstellung und Aufrechterhaltung eines stabilen Fließbettzustandes bei gebräuchlichen Verfahren ein empfindlicher und schwieriger

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Prozeß, der zahlreiche Nachteile und Unannehmlichkeiten mit sich- bringt.

Eines der Grundprobleme bei Fließbetten ist die Blasenbildung, wodurch es häufig zu Instabilität, Kanalbildung, Stoßen und Austragen von Gut kommt; dieses Problem besteht allgemein bei mit Gas fluidisierten Fließbettsystemen. Es ist daher kritische Strömungsüberwachung erforderlich und die Verfahrensfaktoren, wie Minimum-Strömungsgeschwindigkeiten, Druckabfall, Teilchengrößen und dergleichen müssen genau eingestellt sein. Die Blasenbildung verursacht sowohl chemische als auch mechanische Schwierigkeiten: beispielsweise kann es bei Gas-Flüssigkeits-Reaktionen vorkommen, daß Gasblasen an den Partikeln vorbeigehen, was zur Folge hat, daß die Kontaktwirksamkeit niedriger wird.

Im Idealfall sollte ein Fließbett blasenfrei und homogen sein, eine stabile Teilchensuspension aufweisen und nicht kritische Strömungsgeschwindigkeiten für zahlreiche Betthöhen und Bettdichten gewährleisten. Es sind zur Verbesserung bereits zahlreiche Verfahren und Systeme in Vorschlag gebracht worden, beispielsweise der Einsatz von Ableitblechen, perforierten Platten für die Gasverteilung, mechanischer Vibrations- und Misch-Geräte, die Verwendung von gemischten Teilchengrößen, der Einsatz von Strömungssystemen aus Gas plus Flüssigkeit,

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spezielle Strömungskontrollventile und dergleichen.

Vor einiger Zeit ist in verschiedenen Publikationen auch schon das Anlegen eines magnetischen Feldes an Fließbetten beschrieben worden, wodurch bestimmte Verbesserungen beim Arbeiten mit Fließbetten erreicht werden sollen. Beispielsweise ist in der BE-PS 834 384 die Anwendung von im wesentlichen gleichförmigen Feldern zwecks Unterdrückung von Blasenbildung in einem Fließbett beschrieben worden.

Auch die US-PS 3 440 731 bezieht sich auf die Unterdrückung von Blasenbildung in Fließbetten durch Anlegen eines magnetischen Feldes an die das Bett bildenden Teilchen, die magnetisierbar sind. Zur Vermeidung von Blasenbildung werden darin die Benutzung von relativ nichtgleichförmigen Feldern und relativ niedrige Gasumlaufgeschwindigkeiten vorgeschlagen.

Zahlreiche Veröffentlichungen beschreiben das Anlegen eines von einem Gleichstrommagneten erzeugten Magnetfeldes an fluidisierte Eisen- oder Eisen-Chrom-Teilchen, wie sie für die Ammoniaksynthese oder Kohlenmonoxiduitiwandlung benutzt werden.

Generell lernt der Fachmann aus den veröffentlichten Arbeiten, daß, wenn ein angelegtes Magnetfeld vorhanden ist, mit höheren

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Gasgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann, als bei Abwesenheit des Magnetfeldes.

Aus dem Stand der Technik ist jedoch kein Verfahren zu entnehmen, bei dem man mit hohen Gasumlaufgeschwindigkeiten, jedoch ohne nennenswerte Zumischung von Feststoff zu dem Bett und ohne nennenswerten Austrag von Feststoff mit dem aus dem Fließbett abströmenden Gas arbeiten kann. Hohe Geschwindigkeiten des fluidisierenden Gases ohne erhebliche Wiederzumischung von Feststoff und Austrag von Feststoff läßt sich mit den Arten von Fließbetteilchensystemen, die bisher für dieses Gebiet untersucht worden sind, nicht erreichen, da infolge der höheren Feldstärken, die erforderlich sind, um die Teilchen in dem Bett zurückzuhalten, Agglomerierung der besonders gut magnetisierbaren Eisenteilchen erfolgt.

In dem zuvor erwähnten BE-PS 834 384 wird die Verwendung eines magnetisch stabilisierten Fließbettes vorgeschlagen. Damit soll auch verhindert werden, daß das Gas an dem Fließbett vorbeiströmt, wenn die Gasbildung verhindert wird. Bei manchen Verfahren, wie beispielsweise dem katalytischen Cracken, Reformieren, Hydrofining, Hydrocracken, Trocknen usw. ist es besonders vorteilhaft, ein Wiederzumisehen von Feststoff auszuschalten, da dann auch ein Zumischen von Beschickung und Produkten entfällt, und so eine größere Selektivität der

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Umwandlung der Beschickung zu den gewünschten Produkten möglich wird. Leider werden die Vorteile, die infolge der Eliminierung des Wiederζumisehens erreicht werden können, teilweise aufgehoben durch die schlechtere Wärme- und Massenübertragung, die infolge der relativ stationären Positionierung der Fließbettfestteilchen bedingt ist. Infolge der Abnahme des Wärmetransportes können in manchen Fällen heiße Zentren an den Katalysatorteilchen entstehen, was zur Desaktivierung des Katalysators, zu Seitenreaktionen, Selektivitätsverlust und dergleichen führt. Darüber hinaus wird die Temperatursteuerung bei manchen Reaktionen, beispielsweise beim katalytischen Cracken, katalytischen Reformieren, beim Hydrocracken, bei Hydrierungsprozessen und dergleichen, bei denen es sich um von Natur aus stark exotherme oder endotherme Reaktionen handelt, schwieriger.

Erfindungsgemäß wurde nun überraschend festgestellt, daß ein magnetisch stabilisiertes Fließbett vorteilhaft gefahren werden kann mit hohen Gasumlaufgeschwindigkeiten in dem Bereich, in dem Blasenbildung in dem Bett eintritt, wenn die Blasenbildung gleichförmig gehalten werden kann und die Blasen selbst klein und fein verteilt sind. Dabei wird beim erfindungsgemäßen Verfahren weiterhin die induzierte Teilchenbewegung weitgehend auf eine Richtung beschränkt und ohne deutliche Vertikal-

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zirkulation, wie sie mit Blasenbildung in den bisher benutzten nichtmagnetisch stabilisierten Fließbetten verbunden ist. Die begrenzte Hauptbewegung der Feststoffteilchen und die Wiederzumischung von Gas und Feststoff sind nicht nennenswert, wenn das erfindungsgemäße Bett einem daran angelegten magnetischen Feld ausgesetzt wird und mit dem angegebenen Modus der Blasenbildung gefahren wird. Die eventuell noch mit der Blasenbildung verbundenen Nachteile in dem Fließbett werden aufgehoben durch die Vorteile der guten Wärme- und Massenübertragung und dem Feststofftransport.

Gegenstand der Erfindung ist ein Wirbelschichtverfahren mit verminderter Rückführung von Feststoff und verbesserter Wärme- und Massenübertragung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Bett mit magnetisierbaren, fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen, die wenigstens 50 Vol.% eines nichtmagnetisierbaren Materials enthalten, einem magnetischen Feld ausgesetzt wird und ein Gas von unten durch dieses Bett mit einer Gasumlaufgeschwindigkeit geführt wird, die wenigstens zweimal so groß ist wie die Minimum-Fluidisierungsgasumlaufgeschwindigkeit in Abwesenheit eines Magnetfeldes und darin Blasenbildung ohne nennenswertes Rückmischen von Feststoff in das Bett und Austrag von Feststoff mit dem aus dem Bett abströmenden Gas erfolgt.

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Zu den fluidisierbaren Feststoffen, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, gehören beispielsweise Zusammensetzungen aus magnetisierbaren und nichtmagnetisierbaren Stoffen. Magnetisierbare Stoffe sind beispielsweise ferromagnetische und ferromagnetische Substanzen, wie magnetisches Fe.,0,, Eisenoxid (Fe₂O-J, Ferrite in Form von MO.Fe-O-., worin M ein Metall oder ein Gemisch aus Metallen, wie Zn, Mn, Cu usw. bedeutet, ferromagnetische Elemente, wie Eisen, Nickel, Kobalt und Gadolinium, Legierungen ferromagnetischer Elemente, und dergleichen. Andere magnetisierbare Substanzen, die sich beim erfindungsgemäßen Verfahren verwenden lassen, sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus den US-PS 3 439 899 und 3 440 731 sowie aus der BE-PS 834 384 bekannt.

Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen magnetisierbaren Substanzen sollen die zusammengesetzten Teilchen 50 bis 99, vorzugsweise 80 bis 95 Vol.% einer nxchtmagnetisierbaren Substanz enthalten. Als nichtmagnetisierbare Substanzen können eine . Vielzahl von üblichen Materialien, die inert sind und/oder von denen bekannt ist, daß sie die gewünschte Reaktion oder den gewünschten Massenübertragungsvorgang, wie beim Trocknen, bei Trennvorgängen usw., katalysieren.

Beispiele für katalytische Stoffe, die mit den erfindungsgemäß benutzten magnetisierbaren Stoffen kombiniert eingesetzt werden

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können, sind solche Katalysatoren, die gebräuchlicherweise bei Fließbettverfahren, wie katalytisches Cracken, Reformieren, Hydrieren, Hydrocracken, Isomerisation, Alkylierung, Polymerisation, Oxydation usw. verwendet werden. Beispiele für Stoffe, die für Massenübertragungsvorgänge eingesetzt werden können, sind beispielsweise Trocknungs- und Trennmittel, wie die bekannten Molekularsiebe, aktivierten Rußkohlen, festen metallischen und organischen komplexbildenden Mittel und andere Substanzen, wie Silicagel, die Adsorptionseigenschaften haben oder in anderer Weise bestimmte ausgewählte Komponenten eines MuItikomponentengasStroms abfangen und _. einschließen können.

Fluidisierbare Katalysatoren für das katalytische Cracken, die in die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten magnetisierbaren fluidisierbaren Feststoffe eingebaut werden können, sind beispielsweise hochaktive,. Zeolith enthaltende Katalysatoren und Katalysatoren aus amorphem Siliciumoxid und Aluminiumoxid. Die zeolithartigen Katalysatoren sind beispielsweise solche Katalysatoren, in denen ein kristallines Aluminosilikat in einer siliciumhaltigen Matrix dispergiert vorliegt. Bekannte Arten von Zeolithen, die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind die Produkte "Type A", "Type Y", "Type X", "Type ZSM", Mordenit, Faujasit, Erionit

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und dergleichen. Solche Zeolithe und Verfahren zu deren Herstellung sind beispielsweise beschrieben in den US-PS 2 882 243, 2 882 244, 3 13Cr007, 3 410 8O8, 3 733 390 und 3 827 968. Wegen ihrer extrem hohen Aktivität werden diese Zeolith-Materialien in einer Substanz eingekapselt, die eine wesentlich niedrigere katalytisch^ Aktivität hat, wie beispielsweise eine Matrix aus siliciumhaltigem Material, bei dem es sich um ein synthetisches, halbsynthetisches oder natürlich vorkommendes Produkt handeln kann. Als Matrixmaterial können Siliciumoxid-Aluminiumoxid, Siliciumoxidgel, Siliciumoxid-Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Tone, wie beispielsweise Montmorillonit, Kaolin und dergleichen dienen.

Besonders vorteilhaft in das Matrixmaterial einarbeitbare Zeolithe sind solche, die zur Verminderung ihres Gehaltes an Alkalioxid einer Austauschbehandlung mit verschiedenen Kationen unterzogen worden sind. Der Alkalioxidgehalt der Zeolithe wird im allgemeinen durch Ionenaustauscherbehandlung mit Ammoniumsalzlösungen oder Lösungen von Salzen der Metalle der Gruppen II bis VIII des periodischen Systems oder der seltenen Erdmetalle vermindert. Beispiele für geeignete Kationen sind Wasserstoff, Ammonium, Calcium, Magnesium, Zink, Nickel, Molybdän und die seltenen Erden, wie Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym und deren Gemische. Der Katalysator enthält typischerweise 2 bis 25 % an Zeolithkomponente und 75 bis 98 %

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an Matrixkoraponente. Die Austauschbehandlung des Zeoliths wird im allgemeinen mit einer so ausreichenden Menge an Kationen durchgeführt, daß der Natriumgehalt des Zeoliths auf weniger als 5 Gew.%, vorzugsweise auf weniger als 1 Gew.% vermindert wird. Weitere Beispiele für diese Art Katalysatoren können den US-PS 3 140 249, 3 140 251, 3 140 252 und 3 140 253 entnommen werden.

Für die Verwendung in Wasserstoffbehandlungs- oder Hydrofining-Reaktionen enthalten Katalysatorkomponenten eine geeignete Matrixkomponente, wie beispielsweise zuvor erwähnt, und eine oder mehrere Hydrierungskomponenten, beispielsweise die Übergangsmetalle, vorzugsweise aus den Gruppen VI bis VIII des periodischen Systems. Beispiele für geeignete Hydrierungsmetalle, die auf einer geeigneten Matrix als Träger aufgebracht sein können, sind unter anderem Nickel, Kobalt, Molybdän, Wolfram, Platin und Palladium, Ruthenium, Rhenium, Iridium (einschließlich deren Oxiden und Sulfiden). Gemische von zwei oder mehr dieser Hydrierungskomponenten können ebenfalls eingesetzt werden. Beispielsweise sind Katalysatoren, die (1) Nickel oder Kobalt oder deren Kombination in Form von Metall, Oxid, Sulfid oder irgendeiner beliebigen Kombination dieser Substanzen, und (2) Molybdän oder Wolfram oder deren Kombination in Form von Metall, Oxid, Sulfid oder beliebiger Kombination dieser Substanzen, bekannte Hydrofiningkatalysatoren. Die gesamte Menge an hydrierender Komponente, die auf dem

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Matrixmaterial getragen wird, kann 2 bis 25 Gew.% (berechnet als Metall), gewöhnlich 5 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Katalysatorzusammensetzung, ausmachen. Ein typischer Hydrofiningkatalysator enthält 3 bis 8 Gew.% CoO und/oder NiO und etwa 8 bis 20 Gew.% MoO₃ und/oder WO₃ (berechnet als Metalloxid) .

Beispiele für Reformxerungskatalysatoren, die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind Katalysatoren mit einem porösen festen Träger und einem oder mehreren Metallen (oder deren Verbindungen, zum Beispiel Oxiden), wie Platin, Iridium, Rhenium, Palladium und dergleichen. Als Trägermaterial kann ein natürlich vorkommendes oder synthetisch hergestelltes anorganisches Oxid oder eine Kombination anorganischer Oxide vorhanden sein.

Typische saure anorganische Oxidträgerstoffe, die benutzt werden können, sind die natürlich vorkommenden Aluminiumsilikate, speziell wenn sie zur Erhöhung der Aktivität mit Säure behandelt worden sind, und die synthetisch hergestellten Crackträgerstoffe, wie Siliciumoxid-Aluminiumoxid, Siliciumoxid-Zirkoniumoxid, Siliciumoxid-Aluminiumoxid-Magnesiumoxid und kristalline zeolithische Äluminosilikate. Im allgemeinen werden Reformierungsverfahren jedoch in Anwesenheit von Katalysatoren durchgeführt, die geringe Crackaktivität haben, das heißt Katalysatoren begrenzter Acidität. Bevorzugte Träger

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sind anorganische Oxide, wie Magnesiumoxid und Aluminiumoxid. Weitere Beispiele für geeignete Reformierungskatalysatoren können den US-PS 3 415 737, 3 496 096, 3 537 980, 3 487 009, 3 578 583, 3 507 780 und 3 617 520 entnommen werden.

Die zuvor beschriebenen magnetisierbaren Stoffe können mittels beliebiger bekannter Techniken direkt in die nichtmagnetisierbaren Stoffe eingebaut werden. Beispielsweise kann man eine oder mehrere der zuvor beschriebenen nichtmagnetisierbaren Stoffe mit einem löslichen Vorprodukt einer ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Substanz, die nachfolgend zu den ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Teilchen reduziert wird, imprägnieren. Alternativ kann man die ferromagnetische oder ferrimagnetische Substanz durch Verkapselung von feinzerteilter ferromagnetischer oder ferrimagnetischer Substanz in die nichtmagnetisierbare Komponente einbauen. Eine spezielle Methode zur Herstellung eines fluidisierbaren Feststoffes ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

In dem die magnetisierbaren, fluidisierbaren, zusammengesetzten Teilchen enthaltenden erfindungsgemäßen Fließbett können auch zusammengesetzte Teilchen oder sonstige Feststoffe vorhanden sein, die nicht magnetisierbar sind. Zusätzlich zu den magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen kann das Bett einige Teilchen enthalten, die zu 100 % aus ferromagnetischem oder ferrimagnetischem Material bestehen.

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Bei der Auswahl oder Herstellung der im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen ist die Magnetisierung M der Teilchen ein bedeutender Faktor. Je höher die Magnetisierung M der Teilchen ist, um so höher kann, wenn alle sonstigen Faktoren-, wie Teilchengröße, Teilchendichte, Teilchengrößenverteilung, Gasgeschwindigkeit, Gasdichte usw. konstant gehalten werden, die Gasumlaufgeschwindigkeit gewählt werden, mit der das Bett gefahren werden kann, ohne daß nennenswerte Wiederzumischung von Feststoff in dem Bett erforderlich wird und erheblicher Austrag von Feststoff mit dem aus dem Bett abströmenden Gas erfolgt. Die Magnetisierung der im erfindungsgemäßen Verfahren für das Bett eingesetzten magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen sollte einen Wert M von wenigstens 10 Gauß betragen. Für hohe Gasgeschwindigkeiten sollte die den Teilchen mit Anlegen des magnetischen Feldes induzierte Magnetisierung wenigstens 50 Gauß, vorzugsweise wenigstens 100 Gauß und insbesondere wenigstens etwa 150 Gauß, zum Beispiel 150 bis 400 Gauß betragen. Für erfindungsgemäße Verfahren, die mit sehr hohen Gasumlaufgeschwindigkeiten gefahren werden sollen, kann die Magnetisierung der eingesetzten magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen bis zu etwa 1000 Gauß und mehr betragen.

Die Magnetisierung M der Teilchen ist eine bekannte Größe und ist als B-H in den Teilchen definiert, wobei B die magnetische

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Induktion und H das magnetische Feld bedeuten. Die Definition für die Felder kann man den bekannten Standardwerken über Elektromagnetismus, zum Beispiel dem Fachbuch "Electromagnetic Theory" von J. A. Stratton, McGraw-Hill (1941) entnehmen. Der Wert für M läßt sich auf verschiedene Art bestimmen, wobei jeweils der gleiche Wert für M gewonnen wird, da M ein Relativwert ist.

Eine Bestimmungsart für die Magnetisierung M der Teilchen in einem Bett unter dem Einfluß eines gegebenen angelegten Magnetfelds besteht darin, deren unter dem Einfluß des angelegten Magnetfelds auftretendes magnetisches Moment in einem Magnetometer unter ähnlichen Bedingungen hinsichtlich Vibrationsbewegung der Probe, Hohlraumanteil, Probengeometrie und Temperaturen zu messen, wie sie bei der Durchführung des Verfahrens eingestellt werden. Das Magnetometer zeigt einen Wert GJ¹, das magnetische Moment je Gramm an, aus dem die Magnetisierung M berechnet werden kann gemäß der Formel:

M = 4ΤΓ-/ΟΟ'

worin P die Dichte der Teilchen in der untersuchten Probe, d das magnetische Moment in emu/g und M die Magnetisierung der Teilchen in Gauß bei dem angelegten untersuchten Magnetfeld bedeuten.

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Die Magnetisierung M eines Teilchens, die man aus einer Magnetometermessung erhält, wenn man ein gegebenes Magnetfeld H anlegt,

ist nicht der gleiche Wert wie die Magnetisierung des Teilchens unter der Einwirkung eines Magnetfelds gleicher Intensität in dem beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Fließbett. Nachfolgend wird eine Methode angegeben, mit der sich die Magnetisierung M eines typischen Teilchens in einem Fließbett aus den bei einer Magnetometermessung gewonnenen Werten bestimmen läßt. Dazu muß man eine Umrechnung vornehmen, da das effektive Feld, dem ein Fließbetteilchen ausgesetzt ist, von dem angelegten Feld, der Geometrie des Fließbettes, der Geometrie des Teilchens, dem Hohlraumanteil des Bettes und der Teilchenmagnetisierung abhängt. Es wurde eine allgemeine Formel entwickelt, in der diese Größen, basierend auf der klassischen Nehrung des Lorentz-Hohlraums, wie dies für analoge physikalische Probleme, wie beispielsweise die Polarisierung von dielektrischen Molekülen benutzt wird, in Beziehung gesetzt werden:

^Ha ⁼

worin H das angelegte Magnetfeld, gemessen in Abwesenheit a

der Teilchen, H das Magnetfeld innerhalb eines Teilchens, M die Teilchenmagnetisierung, d der Teilchenentmagnetisierungskoeffizient, £ der Leerstellengehalt in dem Teilchen-

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bett und d, der Entmagnetisierungskoeffizient des Bettes bedeuten. Das Glied -1/3 steht für den magnetisierenden Einfluß einer (virtuellen) Sphäre, von der das Betteilchen umgeben ist.

Die obige Gleichung gilt auch für eine Teilchenprobe, wie sie in einer Magnetometermessung benutzt wird. In diesem Fall wird anstelle von d, der Entmagnetisierungskoeffizient d entsprechend der Form des Hohlraums in dem Probenhalter eingesetzt.

Aus Magnetometermessungen läßt sich eine grafische Darstellung

von M gegen H fertigen. Wenn man die obige Gleichung und P ^a

bekannte Werte für d , d , ζ , M und H einsetzt, kann ein

ρ s ο ρ a

entsprechender Wert für H berechnet werden. Wenn der Wert für H klein ist, und dieser Wert aus der Differenz großer Zahlenwerte ermittelt wird, kann der Zählerwert groß werden. Entsprechend ist es zweckmäßig, eine wie nachfolgend beschriebene modifizierte Nehrung zu benutzen.

Es ist vorteilhaft, eine·Referenzmenge H , die das berechnete Feld in einem Kugelhohlraum an der Stelle, an der sich das Teilchen befindet, repräsentiert. Dabei ist unterstellt, daß die Magnetisierung in der Teilchenumgebung unverändert bleibt, wenn das Teilchen entfernt wird.

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^Hs ^{= H}a - ^Mp t⁽¹-^o^} ^^db-

Wenn man diese beiden Gleichungen kombiniert, erhält man eine

abgeänderte Relation für H , in der H nicht mehr vorkommt.

s a

^Hs ^{= H}e

Aus dieser Gleichung ergibt sich H als Feldänderung beim

Übergang aus dem Innenraum eines Teilchens nach außen an die

Außenseite des Teilchens. Wenn man K wie folqt als Konstante

m ³

einsetzt

^Km (1-EJ(d-1/3) ^C4)

erhält man aus (2) für K die Größe M /(H -H ), das heißt

m pas

^Km =

In der grafischen Darstellung von M gegen H gegen gerade

P ^a

Linien mit der Neigung K , die die Meßkurve und die H -Achse

m a

schneiden, die entsprechenden Werte von M und H . Dementsprechend kann man eine grafische Darstellung von M gegen H

ρ s

anfertigen. Wenn beispielsweise die Probe in einem sphärischen

Hohlraum d = 1/3 enthalten ist, ist K unendlich und H wird s in s

gleich H . Für eine langgestreckte Probe, für die d = 0 ist, a s

wird K negativ und H ist niedriger als H , das heißt, die ma s

Feldmagnetisierung eines Teilchens der Probe ist größer als das an die Probe angelegte Feld.

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Für ein Prozeßbett kann man zusätzlich eine Konstante K wie

folgt definieren:

^kp ⁼

Aus Gleichung (2) läßt sich auch erkennen, daß eine Linie mit

der Neigung K , die durch einen Punkt H auf der horizontalen P ^a

Achse der grafischen Darstellung von M gegen H hindurchgeht,

P ^s

die Kurve dieser grafischen Darstellung bei einem Wert von M schneidet, der die Teilchenmagnetisierung in dem Bett gibt.

In dieser Weise läßt sich die Teilchenmagnetisierung M in einem Prozeßbett in Beziehung setzen zu dem Feld H , das an

dem Prozeßbett angelegt ist.

Die Relation der Gleichung (1) ist eine Approximation, die eher für Betten mit hohem Hohlraumanteil Gültigkeit hat, als für sehr dichte Packungen.

Der Ausdruck "angelegtes Magnetfeld" bezieht sich in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen auf ein an einen leeren Behälter angelegtes· Magnetfeld.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist zu ersehen, daß der Bereich der Gasumlaufgeschwindigkeit, mit dem gearbeitet werden kann, beim erfindungsgemäßen Verfahren mit zunehmender Magnetisierung der Teilchen potentiell erweitert wird. Die tatsächliche

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Magnetisierung der Teilchen in dem Behälter für die Wirbelschicht ist eine Funktion der Teilchen selbst (entsprechend dem Grad der Magnetisierbarkeit, die die Teilchen von Natur aus besitzen) sowie der Intensität des angelegten Magnetfeldes.

Wie zuvor gesagt, sollten die magnetisierbaren Teilchen einen gewissen Grad an Magnetisierung M haben, der den Teilchen durch die Intensität des angelegten Magnetfeldes verliehen worden ist. Es ist selbstverständlich, daß man aus Kostengründen das niedrigstmögliche Magnetfeld anlegen wird. Gewöhnlich erfordern viele der zusammengesetzten Teilchen wenigstens 50 Oersted, vorzugsweise wenigstens 100 und weniger als 1000 Oersted, damit sie die erforderliche Magnetisierung M erreichen. Bei der Bestimmung des angelegten Magnetfelds hat man die Art der fluidisierten Teilchen in Rechnung zu stellen, daß heißt deren Magnetisierung M, Teilchengröße und Verteilung, die benutzte Gasumlaufgeschwindigkeit usw.

Wie zuvor erwähnt, kann man beim erfindungsgemäßen Verfahren in manchen Fällen den magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen nichtmagnetische Teilchen zumischen. So können beispielsweise Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Metalle, Katalysatoren, Kohle und dergleichen den magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen zugemischt werden. Wenn man solche Zumischungen vorsieht (also nicht nur das die

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magnetisierbarer! Teilchen enthaltende zusammengesetzte Material einsetzt) sollte vorteilhafterweise darauf geachtet werden, daß der Volumenanteil an magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen 25 %, besser noch 50 VoI.% übersteigt. In den meisten Fällen arbeitet man beim erfindungsgemäßen Verfahren so, daß das Bett zu 100 Vol.% aus den magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen besteht (das heißt, keine Zumischungen von anderen Stoffen darin enthalten sind). Sofern die Zumischung an nichtmagnetisierbaren Substanzen 75 Vol.% übersteigt, kann das Teilchengemisch auftrennen, ähnlich wie dies bei Flüssigkeiten mit begrenzter Löslichkeit geschieht.

Die Teilchengröße der fluidisierbaren magnetisierbaren zusammengesetzten Teilchen liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,001 bis 50 mm, vorzugsweise bei 0,05 bis 1 mm. Häufig liegt die Teilchengröße im Bereich von etwa 0,1 bis 0,75 mm. Die in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen angegebenen Teilchengrößen sind Werte, die durch Siebmaschenöffnungen eines ersten Siebes, durch das die Teilchen liindurchzugehen vermögen, und eines zweiten Siebes, auf dem sie zurückgehalten werden, bestimmt worden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Arbeitsweise bei hohen Gasumlaufgeschwindigkeiten in Bereichen, in denen Blasen-

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bildung auftritt, ohne daß ein nennenswerter Feststoffaustrag in dem aus dem Bett abströmenden Gas erfolgt. Erfindungsgemäß ist die Gasumlaufgeschwindigkeit des von unten durch das Bett geführten, die Fluidisierung bewirkenden Gases wenigstens zweimal so hoch, beispielsweise um das 2- bis 10-fache, und sogar um das 25-fache und mehr gegenüber der für die Eluidisierung des Bettes in Abwesenheit eines Magnetfeldes erforderlichen Minimumgasumlaufgeschwindigkeit erhöht. Damit beim erfindungsgemäßen Verfahren die Aufwirbelung der Feststoffe mittels so hoher Gasumlaufgeschwindigkeiten ohne nennenswerten Feststoffaustrag mit dem aus dem Bett abströmenden Gas vorgenommen werden kann, werden vorteilhaft Magnetfelder angelegt, deren Feldstärke größer als 50 Oersted, vorteilhaft größer als 150 Oersted ist, und dabei ist der Wert für die Feldstärke nach oben begrenzt durch das Feld, das Agglomeration der Teilchen oder Krustenbildung verursachen würde.

Die Minimum-Gasumlaufgeschwindigkeit, die zur Erzeugung von Blasen in dem Bett verwendet werden muß, ist eine Funktion der Komponenten der Magnetisierung der magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen in Richtung der äußeren Feldkraft, das heißt der Schwerkraft in vertikaler Richtung, die durch das angelegte Magnetfeld verliehen wird. Es ist zu beachten, daß Faktoren wie Teilchengröße, Teilchenzusammensetzung, Teilchendichte, Länge und Form des Bettes usw. jeder

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die Gasumlaufgeschwindigkeit, die zur Erzielung der erfindungsgemäßen Vorteile bei einer gegebenen Komponente der Magnetisierung verwendet werden muß, beeinflußt. Die Variation und Einstellung dieser Faktoren kann der Fachmann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in ihm bekannter Weise vornehmen.

Es ist allgemein bekannt, daß die Minimum-Gasumlaufgeschwindigkeit, die zum Aufwirbeln des Bettes in Abwesenheit eines Magnetfeldes erforderlich ist, diejenige Gasumlaufgeschwindigkeit ist, die man benötigt, um das aus Teilchen bestehende Bett aus dem Ruhezustand, das heißt einem Festbett, in eine Wirbelschicht, das heißt ein Fließbett, bei Abwesenheit eines angelegten Magnetfeldes zu überführen. Diese Minimum-Gasumlaufgeschwindigkeit ist diejenige Gasgeschwindigkeit, die man feststellt, wenn die Druckdifferenz des durch das Fließbett hindurchgehenden Gases, gemessen zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Fläche des Bettes, erstmals im wesentlichen gleich ist dem Bettgewicht je Querschnittsflächeneinheit. Wie bekannt, ist die Gasumlaufgeschwindigkeit ein Maß für die lineare Gasgeschwindigkeit, mit dem das Gas einen leeren Behälter durchströmen würde. Sie wird gemessen in cm/Sekunde.

In dem Maße, wie die Gasumlaufgeschwindigkeit erhöht wird, muß in gewisser Weise die Komponente der Magnetisierung der

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magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen in Richtung der äußeren Feldkraft, das heißt der Schwerkraft in vertikaler Richtung, verstärkt werden, damit man nennenswerten Feststoffaustrag in dem aus dem Bett abziehenden Gas (und möglicherweise unerwünschte Rückmischung von Feststoff in dem Bett) verhindert. Teilchen hoher Magnetisierung, wie beispielsweise Eisen und Stahl, können eine sehr hohe Komponente der Magnetisierung M bei relativ niedrigen angelegten Magnetfeldern erreichen. Diese Teilchen haben jedoch den Nachteil, daß bei angelegten Magnetfeldern von zum Beispiel mehr als 50 oder 100 Oersted die Teilchen zu Aggregation neigen und Verkrustungen bilden können. Demzufolge ist die Höhe der Gasumlaufgeschwindigkeit, die man mit solchen Teilchen erreichen kann, begrenzt, während sich die Feststoffteilchen in dem Bett im Wirbelzustand halten lassen, ohne daß nennenswerter Feststoffaustrag in dem aus dem Bett abströmenden Gas erfolgt. Das zweckmäßige Maximum für die Magnetisierung M der meisten Teilchen beträgt normalerweise weniger als etwa 1000 Gauß, vorzugsweise weniger als 400 Gauß, und damit läßt sich ein vernünftig fließfähiges Bettmedium erreichen, ohne daß unerwünschte Agglomerierung der Teilchen auftritt. Beispielsweise kann man so kalkulieren, daß kugelförmige Eisenteilchen in einem Bett, die einem angelegten Feld von 50 Oersted ausgesetzt werden, eine Magnetisierung M der Betteilchen von etwa 300 Gauß haben. Jedoch muß beachtet werden, daß an Kontakt-

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stellen der Teilchen die Magnetisierung sehr viel größer sein kann und dementsprechend auch die magnetischen Kräfte, die die Agglomerierung verursachen, größer sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an das Wirbelbett ein im wesentlichen gleichförmiges magnetisches Feld angelegt. Das bedeutet, daß das angelegte Magnetfeld eine vertikale Komponente hat, die das Fließmedium stabilisiert und die Variation der vertikalen Komponente des Magnetfeldes zu dem durchschnittlichen Magnetfeld in dem Bett nicht größer als 50 % und vorzugsweise nicht größer als 10 % ist.

Die Stärke des an die in Wirbelbewegung befindlichen Feststoffe in der Reaktionszone angelegten Magnetfeldes ist, wie angezeigt, abhängig von der Magnetisierung der fluidisierbaren Teilchen und der Gasumlaufgeschwindigkeit des fluidisierenden Gases. Auch die Art und Menge der Feststoffteilchen hat einen Einfluß auf die Stärke des angelegten Magnetfeldes. Die Stärke des Feldes, das durch einen Elektromagnet hergestellt wird, kann durch Einregulierung des dem Elektromagneten zugeführten Stroms genau einreguliert werden. Spezielle Methoden für das Anlegen des Magnetfeldes sind weiterhin in den US-PS 3 440 731 und 3 439 899 sowie in der BE-PS 834 384 beschrieben.

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Erfindungsgemäß wird das Wirbelschichtverfahren so durchgeführt, daß die Wirbelschicht zum Brodeln gebracht wird, ohne daß nennenswerter Feststoffaustrag mit dem aus dem Bett abströmenden Medium erfolgt. Der Punkt, an dem Brodeln einsetzt, und die Menge an Feststoffaustrag können durch entsprechende Einstellung der Teilchendichte, Teilchengröße, Teilchenform, der Gasgeschwindigkeit und Viskosität, der Teilchenmagnetisierung, der Stärke des an das Wirbelbett angelegten Felds und dergleichen reguliert werden.

Man kann das Brodeln visuell beobachten, wenn der Reaktionsbehälter oben offen ist, oder wenn die Behälterwand durchsichtig ist, etwa wie bei experimentellen Arbeiten oder bei unter atmosphärischem Druck durchgeführten Verfahren. Wie bekannt, ändert sich, wenn das Brodeln einsetzt, die Höhe des Fließbettes und beginnt, sich auf und ab zu bewegen. Sie läßt sich dann schwierig messen. Nennenswerter Feststoffaustrag ist dann gegeben, wenn unannehmbar große Mengen an Feststoffen durch das Strömungsmedium abgestrippt und aus dem Wirbelschichtbereich herausgetragen werden. Nennenswerte Rückmischung ist vorhanden, wenn die die Wirbelschicht nach oben anhebenden Kräfte des Strömungsmediums so groß werden, daß an einigen

Stellen in dem Bett Feststoff wellenförmig nach oben geführt und an anderen Stellen entsprechend wieder nach unten abfließt, so daß in das Bett eintretende Reaktionskomponenten und durch

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die Wirbelbewegung der Feststoffe in die Einführzone für die Reaktionskomponenten zurückgeführte Reaktionsprodukte in unerwünschter Weise und in unüblichem Ausmaß miteinander vermischt werden. Alle drei dieser drei Bedingungen können durch indirekte Meßtechniken festgestellt werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in typischen chemischen oder Kohlenwasserstoffreaktorsystemen benutzt wird. Solche Meßtechniken sind beispielsweise die Bestimmung der Wärmeübertragungsgeschwindigkeit unter brodelnder Bedingung oder die beim Durchgang durch das Bett erzeugte Modifikation von Impulsformen, wenn Impulse einer Tracer-Komponenten mit dem fluidisierenden Medium eingeführt worden sind, zur Ermittlung von Rückmischbedingungen.

Wie gesagt, ist das Brodeln in einer Wirbelschicht ein bekanntes Phänomen, bei dem Fluktuation der Fließbetthöhe resultiert. Das Brodeln läßt sich daher mittels verschiedener Techniken, bei denen die Fluktuation der Betthöhe (Länge) gemessen wird, bestimmen. Man kann beispielsweise die Betthöhenfluktuation mittels einer Hallprobe, die in einem Fließbett plaziert wird, ermitteln, man kann einen Laserstrahl verwenden oder Druckunterschiede in dem Fließbett messen. Eine gebräuchliche Maßnahme zur Ermittlung der Betthöhenfluktuation besteht darin, daß man den Druckunterschied über das die magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen enthaltende Bett bestimmt. Durch die Fluktuationen in der Betthöhe ergeben sich Fluktuationen in der Druckdifferenz über das Bett, ein Anzeichen

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dafür, daß die Gasumlaufgeschwindigkeit ausreichend hoch ist, um das Fließbett zum Brodeln zu bringen. In der Darstellung der beiliegenden Figur 1 bedeutet dies, daß das Bett im Bereich jenseits ϋ_φ arbeitet. Fluktuationen in der Druckdifferenz in dem Bett sind ein Anzeichen für Blasenbildung, und beim erfindungsgemäßen Verfahren kommt es darauf an, daß Fließbett so zu fahren, daß darin Brodeln und Gasbildung als Ergebnis einer ausreichend hohen Gasumlaufgeschwindigkeit erzeugt wird. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dementsprechend die Gasumlaufgeschwindigkeit so gesteuert und/oder überwacht, daß sie ausreichend ist, zeitlich sich ändernde Druckdifferenzfluktuationen über das Bett während einer bestimmten Zeitdauer, zum Beispiel 1, 2, 10 usw. Sekunden während kontinuierlicher Fluidisierung zu verursachen.

Die Obergrenze für die Gasumlaufgeschwindigkeit beim erfindungsgemäßen Verfahren ist diejenige Gasumlaufgeschwindigkeit, bei der ein unerwünschter Austrag an Feststoff mit dem ausströmenden Gas aus dem Wirbelbett erfolgt. Mit anderen Worten, die Gasumlaufgeschwindigkeit wird so gesteuert und/oder überwacht, daß kein nennenswerter Feststoffaustrag mit dem ausströmenden Gas aus dem Fließbett erfolgt,- zum Beispiel weniger als 15 Grains/SCF, vorzugsweise weniger als 1,5 Grains/SCF und insbesondere weniger als 0,5 Grains/SCF, zum Beispiel 0,02 bis 0,1 Grains/SCF (Standard cubic feet bei 60°F und 1 atm Druck) ausgetragen werden.

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Vorzugsweise werden die Bedingungen in der Wirbelschichtzone so gehalten, daß darin ein fortwährendes Brodeln erzeugt wird, ohne daß ein nennenswerter Austrag an Feststoff mit dem abströmenden Medium aus dem Bett erfolgt. Das Fließbett wird vorzugsweise kontinuierlich brodelnd gefahren, im Gegensatz zur Arbeitsweise, bei der gelegentlich oder periodisch ein magnetisch stabilisiertes Fließbett zum Brodeln gebracht wird. Allerdings kann es in manchen Fällen wünschenswert sein, während der Durchführung des erfindungsgemäßen Wirbelschichtverfahrens gelegentlich das Bett unter solchen Bedingungen zu fahren, unter denen kein Brodeln erzeugt wird. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine Reaktion in Gang gebracht werden soll, und dabei eine Erhöhung der Temperatur in dem Bett erforderlich ist, die Mischbewegungen jedoch das Bett abkühlen und so die Reaktion abschrecken würden, bevor die Temperatur erreicht ist, bei der die exothermen Bedingungen vorliegen, bei denen sich die Reaktion selbst unterhalt.

Als Beschickungen für Umsetzungen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden können, lassen sich die bekannten üblicherweise bei Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren eingesetzten Beschickungen einsetzen. In der Regel wird es sich um Erdölfraktionen handeln, jedoch können auch aus anderen Quellen stammende Stoffe, wie Schieferöl, Kohle und

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dergleichen eingesetzt werden. Typischerweise handelt es sich bei den Beschickungen um Schwer- und leichte Gasöle, schwere und leichte Naphthas, Lösungsmittel extrahierte Gasöle, dampfgecrackte Gasöle, Mitteldestillate, dampfgecrackte Naphthas, cyclische Öle, endasphaltierte Rückstandsöle und dergleichen.

Bei dem Anlegen eines magnetischen Feldes an den Reaktor, Katalysatorregenerator, Separationszone, Trockenzone und dergleichen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt es nicht darauf an, in welcher Weise das Magnetfeld produziert wird. Es können übliche Permanentmagnete und/oder Elektromagnete zur Herstellung dies Magnetfeldes verwendet werden. Die Art des Anlegens des Magnetes variiert selbstverständlich je nach dem verwendeten Feststoff, dem Ausmaß der gewünschten Fluidisierung und dem gewünschten Wirkungsgrad. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zylindrischer Elektromagnet oder eine Anordnung von toroidalgeformtem Elektromagnet, mit dem sich ein Magnetfeld herstellen läßt, das dem Feld eines zylindrischen Elektromagneten äquivalent ist, so eingesetzt, daß es wenigstens einen Teil des Fließbettes umgibt. Dem Fachmann wird damit eine ausgezeichnete Methode anhand gegeben, ein nahezu gleichförmiges Magnetfeld einzustellen und Stabilität durch das Bett hindurch zu erreichen. Wenn solche Elektromagneten über einen Rheostat, einen Umformer und dergleichen mit Gleich-

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strom gespeist werden, sind sie speziell geeignet, ein Magnetfeld an die Betteilchen anzulegen, und so hat man eine ausgezeichnete Methode, auch bei sich ändernden Fließgeschwindigkeiten des fluidisierenden Mediums die Fluidisierung der Bettteilchen aufrechtzuerhalten.

Im einzelnen ändern sich bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Prozeßbedingungen entsprechend der gewünschten speziellen physikalischen oder Umwandlungsreaktion·

In der nachfolgenden Tabelle sind Verfahrensbedingungen zusammengestellt, unter denen sich das erfindungsgemäße Verfahren wirksam bei typischen Kohlenwasserstoffumwandlungsprozessen fahren läßt.

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gewünschte Hauptumsetzung

Temperatur ⁰

Reaktionsbedingungen

Druck« kg/cm Einspeisgeschwin digkeit V/V/Std.

Wasserstoff geschwindigkeit scf/Bbl

OO O CD OO

Hydrofining (katalytische Entschwefelung)

Hydrocracken

260-427

232-454

3,52-140,6 0,1-10,0

14,1-140,6 0,1-10,0

500-10

katalytisches Cracken

371-538 0-3,52

katalytische Reformierung 427-593 3,52-70,3

0,1-20,0

500-10

Anhand der beiliegenden Zeichnung werden nachstehend erfindungsgemäße Arbeitsweisen noch näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine grafische Darstellung eines Dreiphasendiagramms, mit dem ein magnetisierbares fluidisierbares Feststoffe enthaltendes Bett veranschaulicht ist, das verschiedenen Magnetfeldintensitäten und Gasgeschwindigkeiten des fluidisierenden Gases unterworfen ist, wie es (1) in dem Bereich, in dem die Feststoffe nicht fluidisiert sind, (2) in dem Bereich, in dem die Feststoffe fluidisiert und so stabilisiert sind, daß kein Brodeln bzw. Blasenbildung erfolgt, und (3) in dem Bereich, in dem in dem Fließbett Brodeln und Blasenbildung auftreten (erfindungsgemäßer Arbeitsbereich) arbeitet,

Figur 2 eine grafische Darstellung, in der der Hohlraumanteil· des Bettes gegen die Gasgeschwindigkeit des fluidisierenden Gases für ein bei verschiedenen Gasumlaufgeschwindigkeiten gefahrenes Fließbett veranschaulicht ist.

Die in Figur 1 gezeigten Arbeitsbereiche können erreicht werden, wenn an ein Fließbett aus ferromagnetischem Feststoff, das mit verschiedenen Gasumlaufgeschwindigkeiten gefahren wird, ein Magnetfeld angelegt wird. In dem mit (1) bezeichneten Bereich ist die Geschwindigkeit ü des fluidisierenden Gases nicht hoch genug, um die Feststoffteilchen zu fluidisieren,

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das heißt, die Peststoffteilchen liegen im Zustand einer abgesetzten Masse, ähnlich einem Festbett, vor.

Der mit (2) bezeichnete Bereich ist das Gebiet oberhalb der Minimum-Gasumlaufgeschwindigkeit Ü_M„, wie sie zum Fluidisieren des Bettes, an das ein Feld H angelegt ist, erforderlich ist, und wobei das Bett expandiert ist und der Feststoff sich ähnlich einer Flüssigkeit verhält, jedoch noch kein nennenswertes Brodeln bzw. keine deutliche Bewegung der Feststoffe vorliegt. Der mit (3) bezeichnete Bereich ist das Gebiet oberhalb der Übergangs-Gasumlaufgeschwindigkeit υ_φ (Minimum-Gasumlaufgeschwindigkeit, die Blasenbildung und Brodeln verursacht) bei angelegtem Feld H, wenn sich das Bett im expandierten Zustand befindet und die Feststoffe flüssigkeitsähnliches Verhalten zeigen und das Bett leicht und ruhig brodelt, ohne daß allzu starke Bewegung der Feststoffe und Rückmischung von Gas und Feststoff erfolgt. Der Bereich (3) ist das Gebiet, in dem das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet.

Im folgenden Beispiel ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.

In ein oben offenes zylindrisches Plexiglasrohr mit einem Innendurchmesser von 28 cm und einer Länge von 55 cm wurden 3,148 g fluidisierbare Teilchen, die aus Ni auf Aluminiumoxid

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" ⁴⁰ " 281527&

bestanden und 23 Gew.% magnetisierbares Ni (das unter der Handelsbezeichnung Girdler G87RS vertrieben wird und eine durchschnittliche Teilchengröße von 270 Mikron hat) enthielten. Coaxial um das Teilchenbett herum wurde eine elektromagnetische Toroidspule mit einem Innendurchmesser von 40 cm angeordnet, die aus einem Paket aus 10 je 2,54 cm hohen Flachspulen mit einem Außendurchmesser von 60 cm bestand. Die Spulen waren in vertikaler Richtung im Abstand von 2,8 cm voneinander angeordnet, und jede Spule hatte 170 Windungen aus einem etwa 0,05 cm dicken_rflachen Kupferband. Die Spule wurde mit Gleichstrom gespeist, und es entstand ein über den gesamten Testbereich gleichförmiges axial orientiertes Feld von 420 Oersted.

Zum Aufwirbeln wurde Luft mit verschiedenen Geschwindigkeiten von unten durch das Bett geleitet. Es wurde der Hohlraumanteil des Betts bei verschiedenen Fluidisierungsgeschwindigkeiten ermittelt und dazu wurde die Zunahme der Betthöhe gemessen und aus dem Gewicht des Katalysators, der bekannten Teilchendichte und der Querschnittsfläche des Bettes der Hohlraumanteil berechnet. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 veranschaulicht.

Wenn das Bett so gefahren wurde, daß es brodelte, wurde beobachtet, daß die Masse sehr gleichförmig brodelte und die Blasen sehr klein waren, verglichen mit den in Abwesenheit des magnetischen Feldes gebildeten Blasen. Weiterhin war der

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Rückfluß von Feststoff an der Behälterwand, wie man ihn normalerweise in einem brodelnden Bett bei Abwesenheit eines Magnetfeldes beobachtet, in dem einem Magnetfeld unterworfenen vorliegenden brodelnden Bett minimal. Bei angelegtem Magnetfeld brodelte das Bett, ohne daß nennenswerte Rückmischung erfolgte, und die Wärmeübertragungseigenschaften waren gut. Ein Austrag von weniger als 5 Mikron Feinteilchen aus dem Bett erfolgte nicht, ausgenommen bei sehr hohen Gasumlaufgeschwindigkeiten. In diesem Beispiel setzte der Austrag von Bettfeinteilen (weniger als 5 Mikron) ein, wenn die Luftgeschwindigkeit etwa zehnmal so groß war wie die Minimum-Fluidisierungsgeschwindigkeit für das Fließbett, und das Brodeln trat in dem Bett bei etwa dem 3,5-fachen der Minimum-Fluidisierungsgeschwindigkeit auf.

Das in diesem Beispiel verwendete angelegte Magnetfeld von 420 Oersted erbrachte eine Magnetisierung der fluidisierbaren magnetisierbaren zusammengesetzten Teilchen auf etwa 100 Gauß, wenn das Bett die Transitionsgeschwindigkeit, ϋ_φ oder eine höhere Geschwindigkeit hatte.

me:kö

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Claims

Patentansprüche

1. Wirbelschichtverfahren zur Verbesserung des Kontaktes zwischen einer Gasphase und einer Feststoffphase unter verminderter Rückmischung von Feststoff und verbessertem Wärme- und Massenübergang, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bett mit magnetisierbaren fluidisierbaren zusammengesetzten Teilchen, die wenigstens 50 Vol.% an nichtmagnetisierbarem Material enthalten, einem magnetischen Feld aussetzt und Gas von unten mit einer solchen Gasumlaufgeschwindigkeit durch das Bett führt,

ORIGINAL INSPECTED

die wenigstens doppelt so groß ist wie die für die Fluidisierung des Bettes in Abwesenheit eines Magnetfeldes erforderliche Minimum-Gasumlaufgeschwindigkeit, die eine kontinuierliche Blasenbildung ohne nennenswerte Austragung von Feststoff mit dem das Bett verlassenden Gas ermöglicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fließbett einem magnetischen Feld mit einer Feldstärke von wenigstens 50 Oersted unterwirft, das axial zur Fließrichtung des Gases in der Wirbelschicht orientiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man magnetisierbare fluidisierbare zusammengesetzte Teilchen verwendet, die 1 bis 50 Vol.% eines magnetisierbaren Materials enthalten.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man magnetisierbare fluidisierbare zusammengesetzte Teilchen verxvendet, die eine magnetische Flußdichte von wenigstens 150 Gauß haben.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man magnetisierbare fluidisierbare

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zusammengesetzte Teilchen verwendet, die 5 bis 20 Vol.%^ eines ferromagnetischen Materials enthalten.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche T bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fließbett einem im wesentlichen gleichförmigen magnetischen Feld mit einer Feldstärke von wenigstens 100 Oersted aussetzt, das axial zu der GasStrömungsrichtung in der Wirbelschicht orientiert ist.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das fluidisierende Gas mit einer Gasumlaufgeschwindigkeit einsetzt, die das 2- bis 1O-fache der für die Fluidisierung des Bettes in Abwesenheit eines magnetischen Feldes erforderlichen Minimum-Gasumlaufgeschwindigkeit beträgt.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man magnetisierbare, fluidisierbare, zusammengesetzte Teilchen verwendet, die ein zeolithisches kristallines Aluminosilikat und ein ferromagnetisches Material enthalten.

9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man um das Bett herum einen Elektro-

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magneten anordnet, der mit Gleichstrom gespeist wird.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9_r dadurch gekennzeichnet, daß man ein magnetisches Feld anlegt,

bei dem die Variation der Vertikalkomponente gegenüber
dem durchschnxttlichen magnetischen Feld in dem Bett
nicht größer als 10 % ist.

11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fließbett bei erhöhten Temperaturen fährt, als fluidisierendes Gas eine Kohlenwasserstoffbeschickung in dampfförmigem Zustand verwendet und
als magnetisierbare fluidisierbare zusammengesetzte Teilchen für die katalytische Umwandlung der Kohlenwasserstoff beschickung aktive Stoffe benutzt.

12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als fluidisierendes Gas Wasserstoff einsetzt.

13. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fließbett auf eine Temperatur von 260 bis 427°C einstellt, als fluidisierendes Gas

eine Petroleumbeschickung im Dampfzustand und Wasserstoff verwendet und als magnetisierbare fluidisierbare zusammen-

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gesetzte Teilchen für die katalytische Entschwefelung dieser Beschickung aktive Stoffe benutzt.

14. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fließbett auf eine Temperatur von 427 bis 593°C einstellt, als fluidisierendes Gas eine Kohlenwasserstoffbeschickung im Dampfzustand verwendet und als magnetisierbare fluidisierbare zusammengesetzte Teilchen für die katalytische Reformierung dieser Beschickung aktive Substanzen benutzt.

15. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas von unten durch das Bett mit einer zur Erzeugung einer Fluktuation der Druckdifferenz in dem Fließbett ausreichenden Gasumlaufgeschwindigkeit führt, ohne daß mit dem aus dem Bett abströmenden Gas nennenswerte Mengen an Feststoff ausgetragen werden.