WO2021121557A1 - Wirbelschichtreaktor zur steuerung der verweilzeitverteilung in kontinuierlich betriebenen wirbelschichten - Google Patents

Wirbelschichtreaktor zur steuerung der verweilzeitverteilung in kontinuierlich betriebenen wirbelschichten Download PDF

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WO2021121557A1
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fluidized bed
reactor
bed reactor
metal oxide
oxide particles
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PCT/EP2019/085566
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Marc-Oliver Schach
Mirko Peglow
Wilfried Pergande
Martin RIEKS
Wolfgang Wewers
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Wacker Chemie Ag
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Publication date
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    • B01J2208/00938—Flow distribution elements

Definitions

  • Fluidized bed reactor for controlling the residence time distribution in continuously operated fluidized beds
  • the invention relates to a fluidized bed reactor and a process for removing adhering halide compounds from finely divided, pyrogenically produced metal oxide particles with the aid of this fluidized bed reactor.
  • metal oxide particles produced by these processes are usually referred to as pyrogenically produced metal oxide particles.
  • metal halides in particular chlorides, are used as starting materials for this. These are converted into the metal oxides and hydrohalic acids, usually hydrochloric acid, under the reaction conditions. While most of the hydrohalic acid leaves the reaction process as exhaust gas, some of it remains attached to the metal oxide particles or is bound directly to them.
  • the adhering hydrohalic acid can be removed from the metal oxide particles by means of heat and steam or halogen atoms bonded directly to the metal oxide can be substituted by OH or OH 2.
  • DE1150955 claims a process in which the deacidification is carried out in a fluidized bed at temperatures of 450 ° C. to 800 ° C. in the presence of steam. It is possible to convey metal oxide particles and water vapor in cocurrent or countercurrent, with cocurrent flow being preferred.
  • the disadvantage of this process is the high temperatures required for deacidification.
  • GB1197271 claims a method for cleaning finely divided metal oxide particles in which metal oxide particles and water vapor or water vapor and air are passed through a column in countercurrent in such a way that no fluidized bed is formed. The necessary deacidification temperatures could thus be reduced to 400 to 600 ° C. However, it was found that these temperatures can still have a negative effect on the metal oxide particles.
  • EP0709340 claims a method for cleaning a pyrogenic silicon dioxide powder.
  • the temperatures required for deacidification are only 250 ° C to 350 ° C.
  • metal oxide particles and water vapor are fed cocurrently from bottom to top in an upright column.
  • the speed is in the range between 1 and 10 cm / s in order to be able to form a fluidized bed.
  • the purified silicon dioxide powder is drawn off at the top of the column.
  • the disadvantage is that the process must be carried out in such a way that a fluidized bed is present, which is associated with increased control engineering effort.
  • the cocurrent mode of operation in which purified silicon dioxide powder and hydrochloric acid are drawn off at the top of the column, there is always the risk of the purified silicon dioxide powder being contaminated with hydrochloric acid.
  • Fluidized bed apparatus in which the fluidizing medium and solids are guided in countercurrent.
  • the apparatus has no built-in components. Instead, a series connection of several fluidized bed devices is being considered. A wide distribution of residence times from 1 second to 30 minutes has been reported.
  • CN102992330 the combination of a horizontal and vertical fluidized bed is described. The horizontal part is divided by partitions. The fluidized material is conveyed through these partitions in the direction of the vertical bed. The solid is then discharged in the vertical bed. There is no mention of a change in the dwell time via a key figure through partition walls.
  • WO2014 / 161525 discloses a fluidized bed apparatus which has a rotary dryer star for segmenting the vortex chamber.
  • the dryer star is arranged to be rotatable and serves to convey solid particles along a conveyor line.
  • the residence time spectrum is given as the ratio of the residence time of the solid particles with 10% cumulative distribution and 90% cumulative distribution in the fluidization apparatus, the ratio being at least 1: 3 (t RTD90 ⁇ 3 * t RTD10 ) the narrow residence time spectrum particularly advantageous in coating processes, since thin layers can be obtained and very even coverage of the solid particles is achieved.
  • the device is suitable for the treatment of solid particles, such as agglomeration, coating, layering, spray drying or pelletization / granulation.
  • solid particles such as agglomeration, coating, layering, spray drying or pelletization / granulation.
  • the deacidification of metal oxide particles is not mentioned, however.
  • the setting of a defined dwell time is of crucial importance, since the dwell time influences the product quality or the product properties.
  • a broad residence time distribution can result in the product not having the desired properties due to a residence time that is too short or being damaged by an excessively long residence time.
  • Fluidized bed reactors can basically have a cylindrical or rectangular design.
  • a cylindrical fluidized bed reactor without further internals to influence the residence time is comparable to an ideal stirred tank. This can be characterized with a Bodenstein number approaching zero (transport processes in process engineering, Matthias Kraume, Springer Verlag, 2012, ISBN 978-3-642-25149-8).
  • the other extreme case is the ideal flow pipe, in which the Bodenstein number approaches infinity and every particle entering has the same residence time in the reactor.
  • Real apparatus has a residence time distribution that lies between these two extremes.
  • the setting of the Residence time distribution is important, since both the dimensions of the apparatus and the product properties of the treated substances are crucially dependent on it.
  • a precise setting of the dwell time enables the design of smaller devices, which are more cost-effective both in terms of investment and maintenance.
  • a narrow residence time distribution is also advantageous for a uniform product quality.
  • rectangular fluidized bed reactors have a number of disadvantages compared to cylindrical fluidized bed reactors.
  • Mechanical production for example, is complex, especially at high system pressures, and is no longer economically feasible above a certain pressure.
  • rectangular fluidized bed reactors have an unfavorable ratio of volume to surface area, so that, in particular in high-temperature processes, the heat losses are significantly higher than with cylindrical reactors.
  • the object of the invention is to provide a method for removing halide residues on metal oxide particles in a fluidized bed reactor which avoids the disadvantages of the prior art with regard to the residence time distribution.
  • the process should be gentle and economical, as well as space-saving and cost-saving.
  • the reactor according to the invention now offers the possibility of influencing the residence time distribution independently of all procedural and material parameters.
  • the dwell time can now be influenced directly via internals in the reactor and the exact dwell time and process time can thus be described.
  • the invention relates to a cylindrical, upright, heatable fluidized bed reactor (I), characterized in that it has static internals (II) which are designed as flow guide elements to achieve a defined guidance of a volume flow through the reactor.
  • Volume flow is understood to mean both a material flow and a gas flow or a mixture of material and gas flow.
  • the volume flow is preferably guided from the outer wall of the reactor into the center of the reactor.
  • the static internals (II) preferably extend at most over the entire height of the reactor.
  • a fluidized bed reactor (I) is preferred, characterized in that al) the static internals (II) have a spiral cross-section, or a2) the static internals (II) have a concentric cross section with at least one opening (III), and b) the reactor at the upper end (IV) has a material feed (V), and c) the reactor at the lower end (VI) has a feed (VII) for the fluidization medium, and d) the reactor at the lower end (VI) has at least one valve (VIII ) for the material discharge, and e) the reactor at the upper end (IV) has a discharge for the fluidization medium (IX).
  • the static internals (II) of the fluidized bed reactor (I) have the shape of an Archimedean spiral (see FIG. 2a).
  • the static internals (II) of the fluidized bed reactor (I) have the shape of at least one concentric cylinder each with at least one opening (III) (see FIG. 2b).
  • the static internals (II) of the fluidized bed reactor (I) are preferably 1 to 20 concentric in shape Cylinders each with at least one opening, with the proviso that the opening or openings (III) of adjacent cylinders are not opposite each other, but are at a maximum distance from each other, and after each opening there are partition walls that each have two adjacent cylinders with each other connect (see Figure 2b). In this way it should be achieved that the material runs through an almost complete circular path before it flows through the next opening.
  • the valve (VIII) for the material discharge can be any valve suitable for this purpose.
  • the valve (VIII) is preferably a standpipe valve which optionally has a closing mechanism.
  • the valve (VIII) is particularly preferably a standpipe valve whose height is at least 20% and at most 100% of the height of the static built-in components. Very particularly preferably, the height of the standpipe valve is a maximum of 2/3 the height of the static built-in components.
  • Examples of the feed (VII) for the fluidization medium are a perforated tray or a sintered metal tray.
  • the fluidized bed reactor according to the invention can be heated via the outer walls and / or inner walls and / or the static internals and / or additional heating surfaces in the reactor.
  • the fluidized bed reactor preferably has heatable outer walls and / or heatable inner walls for heating.
  • the fluidized bed reactor particularly preferably has a heatable outer jacket, preferably a heatable double jacket, or a heating jacket.
  • the fluidized bed reactor according to the invention can additionally comprise the following components individually or in any combination: a) at least one nozzle for introducing (i) liquids, such as suspensions, melts, solutions, emulsions, or (ii) gases; b) at least one gas-solids separation device on the reactor roof, which can be located inside or outside the reactor, preferably in the form of a filter; c) Supply of a second fluidization medium via micro-jets, whereby this can take place (i) against the direction of flow, (ii) with the direction of flow or (iii) at a different angle to the direction of flow of the first fluidization medium.
  • Another object of the invention is a method for removing adhering halide compounds on finely divided metal oxide particles by means of a fluidization medium, the metal oxide particles being formed by reaction of halide-containing starting materials by hydrolysis or oxidizing gases, wherein
  • the finely divided metal oxide particles containing residues of halide compounds are fed continuously together with reaction gases in the upper part of the fluidized bed reactor according to the invention and the particles are passed through the reactor through the static internals on defined paths,
  • the fluidized bed reactor is heated so that the temperature difference T below - T above between the lower and the upper part of the reactor is at least 20 ° C and a maximum temperature of 500 ° C prevails in the reactor, and
  • the metal oxide particles have a residence time in the fluidized bed reactor of 1 second to 30 minutes.
  • Halide compounds for the purposes of the invention are generally hydrogen halides, especially hydrochloric acid. Furthermore, the halide compounds also include those in which halogen atoms or halide ions are bound covalently or ionically or by physisorption to metal oxide particles.
  • Halide-containing starting compounds are usually the corresponding metal chlorides, such as titanium tetrachloride, silicon tetrachloride or aluminum chloride. But they can also be organometallic compounds, such as alkylchlorosilanes.
  • Metal oxide particles in the context of the invention are to be understood as meaning those which can be obtained from halide-containing starting materials by flame hydrolysis or flame oxidation.
  • Metal oxide particles are also to be understood as meaning metalloid oxide particles. These are, for example, silicon dioxide, aluminum oxide, titanium dioxide, cerium oxide, zinc oxide, zirconium oxide, tin oxide, bismuth oxide, as well as mixtures and mixed oxides of the aforementioned compounds.
  • Metal oxide particles also include doped oxide particles as described in DE-A-19650500.
  • Metal oxide particles also include metal oxide particles surrounded by a shell by flame hydrolysis, for example, titanium dioxide particles coated with silicon dioxide, as described, for example, in DE10260718, understood. Silicon dioxide, aluminum oxide, titanium dioxide and their mixtures and mixed oxides are of the greatest importance among the aforementioned.
  • These particles are finely divided. This is to be understood as meaning that they are in the form of aggregates of primary particles and usually have a BET surface area in a range from 5 m 2 / g to 600 m 2 / g.
  • Reaction gases are those used in the production of the
  • the temperature T below is determined at a measuring point which is 10-15% above the lower end of the static internals of the fluidized bed reactor, based on the total height of the static internals.
  • the temperature T above is determined at a measuring point which is 10-15% below the upper end of the static internals of the fluidized bed reactor, based on the total height of the static internals.
  • the method according to the invention can preferably be carried out so that the maximum temperature in Fluidized bed reactor is in a range from 150 ° C to 500 ° C. A range from 350 ° C. to 450 ° C. is particularly preferred.
  • the residence time of the metal oxide particles is preferably in a range from 1 minute to 30 minutes, with a residence time of 3 minutes to 20 minutes being particularly preferred.
  • the temperature of the particle stream entering the fluidized bed reactor is in a range from 100 ° C to 500 ° C.
  • the fluidization medium is usually a mixture of air and water vapor, the amount of water vapor introduced being in a range from 0 to 100% by weight of water vapor in the fluidization medium. An amount of 2 to 50% by weight of water vapor in the fluidization medium is particularly preferred.
  • a temperature of the fluidization medium in a range from 100.degree. C. to 500.degree. C. is preferably selected. If the temperature of the fluidization medium is chosen to be below the reactor temperature, it should be at most 150 ° C. below the reactor temperature.
  • the temperature of the fluidization medium is particularly preferably in a range from 200.degree. C. to 500.degree.
  • the metal oxide particles after they have been drawn off at the bottom of the reactor, can be passed through at least one further reactor according to the invention in which the maximum temperature does not exceed 500.degree. This measure can further reduce the content of adhering halide compounds.
  • Another object of the invention is the use of the fluidized bed reactor according to the invention for deacidifying metal oxide particles (especially silica), for coating pesticide particles, for drying processes, for roasting processes, for calcination processes, for gasification and combustion processes, and performing chemical syntheses such as methylchlorosilane synthesis.
  • the use for deacidifying silica is particularly preferred.
  • a cylindrical, upright fluidized bed reactor which can be heated with a jacket and a height of 3.5 m and an internal diameter of 1 m with internals was used.
  • Three pipes with different diameters were installed concentrically in the reactor as static internals, so that three circular channels with a width of approx. 13 cm each were formed (see also Figure 2b).
  • separating plates were attached behind the openings between 2 pipes (see also Figure 2b).
  • a particle stream of 50 kg / h of pyrogenic silica with a BET surface area of 210 m 2 / g is conveyed at the upper end into the unheated fluidized bed reactor described above.
  • a particle flow of 50 kg / h of pyrogenic silica with a BET surface area of 150 m 2 / g is switched over for a period of 3.6 minutes.
  • a particle flow (tracer) of 50 kg / h pyrogenic Silica with a BET surface area of 210 m 2 / g switched.
  • the change in the BET surface area is determined via the particles leaving the reactor. After a dwell time of 7 minutes, the BET surface area begins to decrease, after 15 minutes it reaches its minimum and then rises again to the initial value.
  • Residence time density function can be determined ( Figure 3).
  • a particle stream of 50 kg / h of pyrogenic silica with a BET surface area of 200 m 2 / g is conveyed at the upper end into the unheated fluidized bed reactor described above.
  • the system switches to a particle flow of 50 kg / h of pyrogenic silica with a BET surface area of 150 m 2 / g.
  • the change in the BET surface area is determined via the particles leaving the reactor. After a residence time of 10 minutes, the BET surface area begins to decrease and remains at a constant value after 20 minutes.
  • a total dwell time function can be determined from the data ( Figure 4).
  • Figure 3 shows the residence time density function of Example 1 over the normalized residence time of the apparatus Q with t as the mean residence time.
  • Figure 4 shows the total residence time function of example 2 over the normalized residence time.
  • BET specific surface area
  • the dimensionless residence time density function and the residence time sum function can then be calculated.
  • a particle stream of 50 kg / h of fumed silica having a specific surface area of 200 m 2 / g and a pH of 2.3 (4.44 * 10- 3 kg chloride per kg silica) is at the upper end in the above-described , heated fluidized bed reactor promoted. 69 kg / h of air and 22 kg / h of steam are added at the bottom of the reactor; the temperature in the reactor is 400 ° C. At the exit of the fluidized bed reactor, the fumed silica has a pH of> 4 (8.87 * 10 -5 kg chloride per kg silica).
  • Figure 1 shows the longitudinal section of a fluidized bed reactor according to the invention.
  • the representation is for static fixtures in the form of an Archimedean spiral and for static fixtures in the form of concentric cylinders are valid.
  • a standpipe valve and examples of openings are also shown by way of example.
  • I fluidized bed reactor
  • II static internals
  • III openings
  • IV upper end of the reactor
  • V material feed
  • Figure 2a shows the cross section of a fluidized bed reactor according to the invention with internals in the form of an Archimedean spiral.
  • Figure 2b shows the cross section of a fluidized bed reactor according to the invention with internals in the form of 4 concentric cylinders.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen zylindrischen, aufrechtstehenden beheizbaren Wirbelschichtreaktor (I), dadurch gekennzeichnet, dass er statische Einbauten (II) aufweist, die als Strömungsleitelemente zur Erzielung einer definierten Führung eines Volumenstroms durch den Reaktor ausgeführt sind.

Description

Wirbelschichtreaktor zur Steuerung der Verweilzeitverteilung in kontinuierlich betriebenen Wirbelschichten
Gegenstand der Erfindung ist ein Wirbelschichtreaktor sowie ein Verfahren zur Entfernung von anhaftenden Halogenidverbindungen an feinverteilten, pyrogen hergestellten Metalloxidpartikeln mit Hilfe dieses Wirbelschichtreaktors.
Es ist bekannt Metalloxidpartikel durch Flammenhydrolyse oder durch Flammenoxidation herzustellen. Gewöhnlich werden Metalloxidpartikel, die nach diesen Verfahren hergestellt werden, als pyrogen hergestellte Metalloxidpartikel bezeichnet. In der Regel werden als Ausgangsmaterialien hierzu Metallhalogenide, insbesondere Chloride, eingesetzt. Diese werden unter den Reaktionsbedingungen in die Metalloxide und Halogenwasserstoffsäuren, gewöhnlich Salzsäure, umgesetzt. Während der größte Teil der Halogenwasserstoffsäure als Abgas den Reaktionsprozess verlässt, bleibt ein Teil an den Metalloxidpartikeln haften bzw. ist direkt an diese gebunden.
In einer Entsäuerungsstufe kann durch Wärme und Wasserdampf die anhaftende Halogenwasserstoffsäure von den Metalloxidpartikeln entfernt werden bzw. direkt an das Metalloxid gebundene Halogenatome durch OH oder OH2 substituiert werden.
In DE1150955 wird ein Verfahren beansprucht, bei dem die Entsäuerung in einem Wirbelbett bei Temperaturen von 450 °C bis 800 °C in Gegenwart von Wasserdampf durchgeführt wird. Dabei ist es möglich Metalloxidpartikel und Wasserdampf im Gleichoder Gegenstrom zu führen, wobei die Gleichstromführung bevorzugt ist. Nachteilig bei diesem Verfahren sind die hohen Temperaturen, die zur Entsäuerung benötigt werden. In GB1197271 wird ein Verfahren zur Reinigung feinteiliger Metalloxidpartikel beansprucht, bei dem Metalloxidpartikel und Wasserdampf bzw. Wasserdampf und Luft so im Gegenstrom durch eine Kolonne geführt werden, dass kein Wirbelbett entsteht. Die nötigen Entsäuerungstemperaturen konnten so auf 400 bis 600°C abgesenkt werden. Es wurde jedoch festgestellt, dass auch diese Temperaturen sich noch negativ auf die Metalloxidpartikel auswirken können.
In EP0709340 wird ein Verfahren zur Reinigung eines pyrogenen Siliciumdioxidpulvers beansprucht. Bei diesem Verfahren liegen die erforderlichen Temperaturen zur Entsäuerung nur bei 250 °C bis 350 °C. Bei dem Verfahren werden Metalloxidpartikel und Wasserdampf im Gleichstrom von unten nach oben in einer aufrechten Kolonne geführt. Die Geschwindigkeit liegt im Bereich zwischen 1 und 10 cm/s um ein Wirbelbett ausbilden zu können. Das gereinigte Siliciumdioxidpulver wird am Kopf der Kolonne abgezogen. Von Nachteil ist, dass das Verfahren so geführt werden muss, dass ein Wirbelbett vorliegt, was mit einem erhöhten regeltechnischen Aufwand verbunden ist. Ferner besteht bei der Gleichstromfahrweise, bei der gereinigtes Siliciumdioxidpulver und Salzsäure am Kopf der Kolonne abgezogen werden, stets die Gefahr der Kontamination des gereinigten Siliciumdioxidpulvers mit der Salzsäure.
Die DE10342827 (US7785560) beschreibt einen
Wirbelschichtapparat, in dem Fluidisierungsmedium und Feststoff im Gegenstrom geführt werden. Der Apparat weist keine Einbauten auf . Stattdessen wird eine Reihenschaltung von mehreren Wirbelschichtapparaten in Erwägung gezogen. Es wird von einer breiten Verweilzeitverteilung von 1 Sekunde bis 30 Minuten berichtet. In CN102992330 wird die Kombination aus einem horizontalen und vertikalen Wirbelbett beschrieben. Der horizontale Teil ist durch Trennwände unterteilt. Über diese Trennwände wird das Wirbelgut Richtung vertikalem Bett gefördert. Im vertikalen Bett wird der Feststoff dann ausgetragen. Eine Veränderung der Verweilzeit über eine Kennzahl durch Trennwände wird nicht erwähnt.
Die W02014/161525 offenbart einen Wirbelschichtapparat, der einen Rotationstrocknerstern zur Segmentierung der Wirbelkammer aufweist. Der Trocknerstern ist hierbei drehbar angeordnet und dient zur Förderung von Feststoffpartikeln entlang einer Förderstrecke. Das Verweilzeitspektrum wird als Verhältnis der Verweilzeit der Feststoffpartikel mit 10%-iger Summenverteilung und 90%-iger Summenverteilung im Fluidisierungsapparat angegeben, wobei das Verhältnis mindestens eine Spanne von 1:3 aufweist (tRTD90 ≤ 3*tRTD10)· Das enge Verweilzeitspektrum ist insbesondere bei Coatingverfahren vorteilhaft, da dünne Schichten erhalten werden können und eine sehr gleichmäßige Bedeckung der Feststoffpartikel erreicht wird.
Der Apparat ist zur Behandlung von Feststoffpartikel geeignet, wie z.B. Agglomeration, Coating, Layering, Sprühtrocknung oder Pelletisierung/Granulation. Die Entsäuerung von Metalloxidpartikeln wird jedoch nicht erwähnt.
In US4481080 wird ein Apparat beschrieben, der aus mehreren hintereinander geschalteten Kolonnen besteht. Durch die Wahl der Kolonnenhöhe und Höhe der Durchgänge zwischen den Kolonnen kann die Verweilzeit unterschiedlich großer Partikel ausgeglichen werden. Die Kolonnen können im Gegenstrom und Gleichstrom durchströmt werden. Die Feststoffpartikel sind Ölschiefer, der pyrolysiert werden soll. Metalloxidpartikel werden nicht offenbart. DE1227840 - kontinuierlich arbeitender Wirbelbett-Trockner mit Radialwänden, konischer Reaktor, Außenmantel drehbar (-> eher kein relevanter Stand der Technik)
In kontinuierlich betriebenen Apparaten der Prozessindustrie kommt der Einstellung einer definierten Verweilzeit entscheidende Bedeutung zu, da mit der Verweilzeit die Produktqualität bzw. die Produkteigenschaften beeinflusst werden. Eine breite Verweilzeitverteilung kann dazu führen, dass das Produkt durch eine zu kurze Verweilzeit nicht die gewünschten Eigenschaften aufweist oder durch eine zu lange Verweilzeit geschädigt wird.
Wirbelschichtreaktoren können grundsätzlich als zylindrische oder rechteckige Bauform ausgeführt werden. Ein zylindrischer Wirbelschichtreaktor ohne weitere Einbauten zur Beeinflussung der Verweilzeit ist vergleichbar mit einem idealen Rührkessel. Dieser kann mit einer Bodensteinzahl gegen Null charakterisiert werden (Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik, Matthias Kraume, Springer Verlag, 2012, ISBN 978-3-642-25149-8).
Bo = (u*L)/D (Gleichung 1) u = Strömungsgeschwindigkeit [m/s]
L = Reaktorlänge [m]
D = Dispersionskoeffizient [m2/s]
Der andere Extremfall ist das ideale Strömungsrohr, bei dem die Bodensteinzahl gegen unendlich geht und jedes eintretende Partikel die gleiche Verweilzeit im Reaktor hat.
Reale Apparate weisen eine Verweilzeitverteilung auf, die zwischen diesen beiden Extremen liegt. Die Einstellung der Verweilzeitverteilung ist wichtig, da davon sowohl die Dimensionierung des Apparates als auch die Produkteigenschaften der behandelten Stoffe entscheidend abhängt. Eine genaue Einstellung der Verweilzeit ermöglicht die Auslegung kleinerer Apparate, die sowohl in der Investition als auch im Unterhalt kostengünstiger sind. Zudem ist eine enge Verweilzeitverteilung auch vorteilhaft für eine gleichmäßige Produktqualität.
In der industriellen Anwendung kommen rechteckige Wirbelschichtreaktoren (Wirbelschichtrinnen) immer dann zum Einsatz, wenn eine möglichst enge Verweilzeitverteilung erreicht werden soll. Zur Verringerung der Verweilzeiteffekt können diese Reaktoren Trennwände, auch Wehre genannt, aufweisen, welche den Reaktor üblicherweise in mehrere Kompartimente unterteilen. Gleichzeitig kann durch das Verhältnis von Apparatelänge zur Apparatebreite die Verweilzeitverteilung beeinflusst werden.
Dennoch weisen rechteckige Wirbelschichtreaktoren gegenüber zylindrischen Wirbelschichtreaktoren eine Reihe von Nachteilen auf. So ist die mechanische Fertigung insbesondere bei hohen Systemdrücken aufwendig und ab einem bestimmten Druck nicht mehr wirtschaftlich realisierbar. Weiterhin weisen rechteckige Wirbelschichtreaktoren ein ungünstiges Verhältnis von Volumen zu Oberfläche auf, so dass insbesondere bei Hochtemperaturprozessen die Wärmeverluste gegenüber den zylindrischen Reaktoren deutlich höher sind.
Mit Verfahren, die zum Beispiel in Reaktoren herkömmlicher Bauform ablaufen, können enge Verweilzeitspektren nicht erzielt werden. Allerdings ist dieses enge Verweilzeitspektrum notwendig, weil so einheitlichere Produkteigenschaften erzielt werden können. Das Verweilzeitspektrum kann in einem kontinuierlichen Reaktor nicht durch die Optimierung des Strömungsprofils unabhängig von den verfahrenstechnischen Parametern eingestellt werden. Hier gibt es immer Abhängigkeiten, beispielsweise vom Durchsatz, von der Fluidisierungsgeschwindigkeit, von der Schichtmasse sowie von der Partikelgröße und -dichte.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Entfernung von Halogenidresten auf Metalloxidpartikeln in einem Wirbelschichtreaktor bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik bezüglich der Verweilzeitverteilung vermeidet. Zudem soll das Verfahren schonend und ökonomisch Verfahren sein, sowie platzsparend und kostensparend.
Es wurde gefunden, dass eine direkt einstellbare Verweilzeit durch Zwangsführung im Wirbelschichtreaktor gewährleistet werden kann. Der erfindungsgemäße Reaktor bietet nun die Möglichkeit, die Verweilzeitverteilung unabhängig von sämtlichen verfahrenstechnischen und stofflichen Kenngrößen zu beeinflussen. Hier kann nun die Verweilzeit direkt über Einbauten im Reaktor beeinflusst werden und dadurch die genaue Aufenthalts- und Prozesszeit beschrieben werden.
Ein Gegenstand der Erfindung ist ein zylindrischer, aufrechtstehender, beheizbarer Wirbelschichtreaktor (I), dadurch gekennzeichnet, dass er statische Einbauten (II) aufweist, die als Strömungsleitelemente zur Erzielung einer definierten Führung eines Volumenstroms durch den Reaktor ausgeführt sind.
Die statischen Einbauten (II) , die als Strömungsleitelemente ausgeführt sind, dienen dazu, eine definierte Führung (Zwangsführung) eines Volumenstroms durch den Reaktor zu erzielen. Unter Volumenstrom ist sowohl ein Materialstrom als auch ein Gasstrom oder eine Mischung aus Material- und Gasstrom zu verstehen. Bevorzugt wird dabei der Volumenstrom von der Außenwand des Reaktors in die Reaktormitte geführt.
Bevorzugt erstrecken sich die statischen Einbauten (II) höchstens über die gesamte Reaktorhöhe.
Bevorzugt ist ein Wirbelschichtreaktor (I), dadurch gekennzeichnet, dass al) die statischen Einbauten (II) einen spiralförmigen Querschnitt, oder a2) die statischen Einbauten (II) einen konzentrischen Querschnitt mit mindestens einer Öffnung (III) aufweisen, und b) der Reaktor am oberen Ende ( IV) eine Materialzufuhr (V) aufweist, und c) der Reaktor am unteren Ende (VI) eine Zufuhr (VII) für das Fluidisierungsmedium aufweist, und d) der Reaktor am unteren Ende (VI) mindestens ein Ventil (VIII) für den Materialaustrag aufweist, und e) der Reaktor am oberen Ende ( IV) einen Austrag für das Fluidisierungsmedium (IX) aufweist.
In einer besonderen Ausführungsform weisen die statischen Einbauten (II) des Wirbelschichtreaktors (I) die Form einer archimedischen Spirale auf (vgl. Abbildung 2a).
In einer weiteren besonderen Ausführungsform weisen die statischen Einbauten ( II) des Wirbelschichtreaktors (I) die Form von mindestens einem konzentrischen Zylinder mit jeweils mindestens einer Öffnung (III) auf (vgl. Abbildung 2b). Bevorzugt weisen die statischen Einbauten (II) des Wirbelschichtreaktors (I) die Form von 1 bis 20 konzentrischen Zylindern mit jeweils mindestens einer Öffnung auf, mit der Maßgabe, dass sich die Öffnung bzw. Öffnungen ( III) von benachbarten Zylindern nicht gegenüberliegen, sondern eine maximale Entfernung voneinander aufweisen, und wobei sich nach jeder Öffnung Trennwände befinden, die jeweils zwei benachbarte Zylinder miteinander verbinden (vgl. Abbildung 2b). Auf diese Weise soll erreicht werden, dass das Material eine annähernd vollständige Kreisbahn durchläuft, bevor es durch die nächste Öffnung hindurchströmt.
Das Ventil (VIII) für den Materialaustrag kann jedes beliebige für diesen Zweck geeignete Ventil sein. Bevorzugt ist das Ventil (VIII) ein Standrohrventil, das optional einen Schließmechanismus aufweist. Besonders bevorzugt ist das Ventil (VIII) ein Standrohrventil dessen Höhe mindestens 20 % und maximal 100 % der Höhe der statischen Einbauten beträgt. Ganz besonders bevorzugt beträgt die Höhe des Standrohrventils maximal 2/3 der Höhe der statischen Einbauten.
Beispiele für die Zufuhr (VII) für das Fluidisierungsmedium sind ein Lochboden oder ein Sintermetallboden.
Der erfindungsgemäße Wirbelschichtreaktor kann über die Außenwände und/oder Innenwände und/oder die statischen Einbauten und/oder zusätzliche Heizflächen im Reaktor beheizt werden. Bevorzugt weist der Wirbelschichtreaktor zur Beheizung beheizbare Außenwände und/oder beheizbare Innenwände auf. Besonders bevorzugt weist der Wirbelschichtreaktor einen beheizbaren Außenmantel, bevorzugt einen beheizbaren Doppelmantel, oder eine Heizmanschette auf. Der erfindungsgemäße Wirbelschichtreaktor kann zusätzlich folgende Bauteile einzeln oder in beliebiger Kombination umfassen: a) mindestens eine Düse zur Einbringung von (i) Flüssigkeiten, wie Suspensionen, Schmelzen, Lösungen, Emulsionen, oder (ii) Gasen; b) mindestens eine Gas-Feststoff-Trenneinrichtung am Reaktordach, wobei sich diese innerhalb oder außerhalb des Reaktors befinden kann, bevorzugt in Form eines Filters; c) Zufuhr eines zweiten Fluidisierungsmediums über Micro-Jets, wobei dies (i) entgegen der Strömungsrichtung, (ii) mit der Strömungsrichtung oder (iii) in einem anderen Winkel zur Strömungsrichtung des ersten Fluidisierungsmediums erfolgen kann.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung von anhaftenden Halogenidverbindungen an feinverteilten Metalloxidpartikeln durch ein Fluidisierungsmedium, wobei die Metalloxidpartikel durch Reaktion von halogenidhaltigen Ausgangsmaterialien durch Hydrolyse oder oxidierende Gasen entstehen, wobei
- die feinverteilten, Reste von Halogenidverbindungen enthaltenden Metalloxidpartikel zusammen mit Reaktionsgasen kontinuierlich im oberen Teil des erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors zugeführt werden und die Partikel durch die statischen Einbauten auf definierten Bahnen durch den Reaktor geleitet werden,
- ein Fluidisierungsmedium am unteren Ende des Wirbelschichtreaktors zugeführt wird,
- die feinverteilten, Reste von Halogenidverbindungen enthaltenden Metalloxidpartikel und Fluidisierungsmedium aufgrund der statischen Einbauten im Querstrom geführt werden, - die von Halogenidresten befreiten Metalloxidpartikel am unteren Teil des Wirbelschichtreaktors ausgetragen werden,
- Fluidisierungsmedium und Halogenidreste am oberen Teil des Reaktors ausgetragen werden,
- der Wirbelschichtreaktor so beheizt wird, dass die Temperaturdifferenz Tunten - Toben zwischen dem unteren und dem oberen Teil des Reaktors mindestens 20 °C beträgt und in dem Reaktor eine Temperatur von maximal 500 °C herrscht, und
- die Metalloxidpartikel eine Verweilzeit in dem Wirbelschichtreaktor von 1 Sekunde bis 30 Minuten haben.
Halogenidverbindungen im Sinne der Erfindung sind in der Regel Halogenwasserstoffe, vor allem Salzsäure. Weiterhin umfassen die Halogenidverbindungen auch solche, bei denen Halogenatome oder Halogenidionen kovalent oder ionisch oder durch Physisorption an Metalloxidpartikel gebunden sind.
Halogenidhaltige Ausgangsverbindungen sind in der Regel die entsprechenden Metallchloride, wie z.B. Titantetrachlorid, Siliciumtetrachlorid oder Aluminiumchlorid. Es können aber auch metallorganische Verbindungen sein, wie Alkylchlorsilane.
Unter Metalloxidpartikeln im Sinne der Erfindung sind solche zu verstehen, die durch Flammenhydrolyse oder Flammenoxidation aus halogenidhaltigen Ausgangsmaterialien erhalten werden können. Unter Metalloxidpartikeln sind auch Metalloidoxidpartikel zu verstehen. Es sind dies z.B. Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Ceroxid, Zinkoxid, Zirkonoxid, Zinnoxid, Bismutoxid, sowie Mischungen und Mischoxide der vorgenannten Verbindungen. Metalloxidpartikel umfassen auch dotierte Oxidpartikel wie sie in DE-A-19650500 beschrieben sind. Unter Metalloxidpartikeln werden auch durch Flammenhydrolyse erhaltene, mit einer Hülle umgebene Metalloxidpartikel, beispielsweise mit Siliciumdioxid umhüllte Titandioxidpartikel wie z.B. in DE10260718 beschrieben, verstanden. Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid sowie deren Mischungen und Mischoxide haben unter den vorgenannten die größte Bedeutung.
Diese Partikel liegen feinverteilt vor. Darunter ist zu verstehen, dass sie in Form von Aggregaten von Primärpartikeln vorliegen und gewöhnlich eine BET-Oberflache in einem Bereich von 5 m2/g bis 600 m2/g aufweisen.
Reaktionsgase sind die bei der Herstellung der
Metalloxidpartikel durch Flammenoxidation oder Flammenhydrolyse entstehenden Reaktionsprodukte der eingesetzten Gase und Dämpfe. Dies können Halogenwasserstoffe, Wasserdampf,
Kohlenstoffdioxid, sowie nicht umgesetzte Gase sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt so ausgeführt werden, dass die Temperaturdifferenz ΔT = Tunten - Toben in einem Bereich von 20 °C bis 150 °C liegt, wobei ein Bereich von 50 °C bis 100 °C besonders bevorzugt ist.
Die Temperatur Tunten wird an einer Messstelle bestimmt, welche sich 10-15 % oberhalb des unteren Endes der statischen Einbauten des Wirbelschichtreaktors befindet, bezogen auf die Gesamthöhe der statischen Einbauten.
Die Temperatur Toben wird an einer Messstelle bestimmt, welche sich 10-15 % unterhalb des oberen Endes der statischen Einbauten des Wirbelschichtreaktors befindet, bezogen auf die Gesamthöhe der statischen Einbauten.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt so ausgeführt werden, dass die maximale Temperatur im Wirbelschichtreaktor in einem Bereich von 150 °C bis 500 °C liegt. Besonders bevorzugt ist ein Bereich von 350 °C bis 450 °C.
Die Verweilzeit der Metalloxidpartikel liegt bevorzugt in einem Bereich von 1 Minute bis 30 Minuten, wobei eine Verweilzeit von 3 Minuten bis 20 Minuten besonders bevorzugt ist.
Die Temperatur des in den Wirbelschichtreaktor eintretenden Partikelstromes liegt in einem Bereich von 100 °C bis 500 °C.
Das Fluidisierungsmedium ist üblicherweise ein Gemisch aus Luft und Wasserdampf, wobei die eingebrachte Menge an Wasserdampf in einem Bereich von 0 bis 100 Gew.-% Wasserdampf im Fluidisierungsmedium liegt. Eine Menge von 2 bis 50 Gew.-% Wasserdampf im Fluidisierungsmedium ist besonders bevorzugt.
Bevorzugt wird eine Temperatur des Fluidisierungsmediums in einem Bereich von 100 °C bis 500 °C gewählt. Wenn die Temperatur des Fluidisierungsmediums unterhalb der Reaktortemperatur gewählt wird, sollte sie höchstens 150 °C unterhalb der Reaktortemperatur liegen. Die Temperatur des Fluidisierungsmediums liegt besonders bevorzugt in einem Bereich von 200 °C bis 500 °C.
Falls gewünscht können die Metalloxidpartikel, nachdem sie am Boden des Reaktors abgezogen wurden, durch mindestens einen weiteren erfindungsgemäßen Reaktor geführt werden, in dem die maximale Temperatur 500°C nicht übersteigt. Durch diese Maßnahme kann der Gehalt an anhaftenden Halogenidverbindungen weiter reduziert werden. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors zur Entsäuerung von Metalloxidpartikeln (insbesondere Kieselsäure), zur Beschichtung von Peststoffpartikeln, für Trocknungsprozesse, für Röstprozesse, für Kalzinationsprozesse, für Vergasungs- und Verbrennungsprozesse, und Durchführung von chemischen Synthesen wie z.B. die Methylchlorsilansynthese. Besonders bevorzugt ist die Verwendung zur Entsäuerung von Kieselsäure.
Beispiele
In den folgenden drei Beispielen wurde ein zylindrischer, aufrechtstehender, mit Doppelmantel beheizbarer Wirbelschichtreaktor mit einer Höhe von 3,5m und einem Innendurchmesser von 1 m mit Einbauten verwendet. Als statische Einbauten wurden drei Rohre mit verschiedenen Durchmessern konzentrisch in den Reaktor eingebaut, so dass drei kreisförmige Kanäle mit einer Breite von je ca. 13 cm gebildet wurden (siehe auch Abbildung 2b). Die Rohre wiesen jeweils 5 gleichmäßig über die Höhe verteilte Öffnungen mit den Abmaßen Höhe = ca. 550 mm, Breite = ca. 150 mm (siehe auch Abbildung 1 (III)) auf. Um sicher zu stellen, dass die Partikel nur eine Kreisbahn durchlaufen, wurden hinter den Öffnungen jeweils zwischen 2 Rohren Trennbleche angebracht (siehe auch Abbildung 2b).
Beispiel 1 (Ermittlung der Verweilzeitverteilung):
Ein Partikelstrom von 50 kg/h pyrogener Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 210 m2/g wird am oberen Ende in den oben beschriebenen, ungeheizten Wirbelschichtreaktor gefördert. Zum Zeitpunkt t = 0 wird für einen Zeitraum von 3,6 Minuten auf einen Partikelstrom von 50 kg/h pyrogener Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 150 m2/g umgeschaltet. Anschließend wird wieder auf einen Partikelstrom (Tracer) von 50 kg/h pyrogener Kieselsäure mit einer BET-Oberflache von 210 m2/g umgeschaltet. Am Ausgang des Wirbelschichtreaktors wird über die den Reaktor verlassenden Partikel die Veränderung der BET-Oberfläche ermittelt. Nach einer Verweilzeit von 7 Minuten beginnt die BET-Oberfläche abzunehmen, nach 15 Minuten erreicht sie ihr Minimum erreicht und steigt anschließend wieder auf den Ausgangswert an. Aus den Daten kann die
Verweilzeitdichtefunktion ermittelt werden (Abbildung 3).
Beispiel 2 (Ermittlung der Verweilzeitverteilung):
Ein Partikelstrom von 50 kg/h pyrogener Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 200 m2/g wird am oberen Ende in den oben beschriebenen, ungeheizten Wirbelschichtreaktor gefördert. Zum Zeitpunkt t = 0 wird auf einen Partikelstrom von 50 kg/h pyrogener Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 150 m2/g umgeschaltet. Am Ausgang des Wirbelschichtreaktors wird über die den Reaktor verlassenden Partikel die Veränderung der BET- Oberfläche ermittelt. Nach einer Verweilzeit von 10 Minuten beginnt die BET-Oberfläche zu sinken und bleibt nach 20 Minuten auf einem konstanten Wert.
Aus den Daten kann eine Verweilzeitsummenfunktion ermittelt werden (Abbildung 4).
Abbildung 3 zeigt die Verweilzeitdichtefunktion von Beispiel 1 über der normierten Verweilzeit des Apparates Q mit t als mittlerer Verweilzeit.
Abbildung 4 zeigt die Verweilzeitsummenfunktion von Beispiel 2 über der normierten Verweilzeit.
Die Quadrate geben die experimentell ermittelten Werte aus 2 Versuchsreihen im erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktor an. Diese wurden ermittelt, indem der Wirbelschichtreaktor kontinuierlich mit einer pyrogenen Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche (BET) betrieben wurde und dann zum Zeitpunkt t = 0 für eine kurze Zeit eine andere pyrogene Kieselsäure mit abweichender spezifischer Oberfläche eingebracht wurde bzw. zum Zeitpunkt t = 0 dauerhaft auf eine pyrogene Kieselsäure mit anderer spezifischer Oberfläche umgeschaltet wurde. Durch Messung der spezifischen Oberfläche der den Reaktor verlassenden Kieselsäure wurde daraus die Verweilzeitverteilung ermittelt.
Die durchgezogene Linie beschreibt die rechnerische Verweilzeitverteilung, die sich bei Annahme einer Bodensteinzahl von Bo = 45 ergibt. Eine Bodensteinzahl dieser Größe ergibt sich aus der Länge des Kanals in der Spirale, der mittleren axialen Geschwindigkeit sowie des experimentell bestimmten axialen Dispersionskoeffizienten, einer Stoffkennzahl welcher die Rückvermischung beschreibt. Dieser wurde gemäß (D. Kunii, 0. Levenspiel, Fluidization Engineering, second edition, Butterworth-Heinemann, 2013) in einer Wirbelschichtrinne mit den Maßen Länge = 2 m, Breite = 0,5 m und Höhe = 2 m bestimmt.
Figure imgf000017_0001
Mittels der Bodensteinzahl als einzigem Parameter kann dann die dimensionslose Verweilzeitdichtefunktion und die Verweilzeitsummenfunktion berechnet werden.
Zum Vergleich sind gepunktet die Verweilzeitdichte- bzw.
- Summenfunktion eines idealen Rührkesselreaktors mit denselben Maßen, aber ohne spiralförmige Führung der Wirbelschicht (Bo -> 0) angegeben. Hieraus kann ebenfalls eine Verweilzeitverteilung berechnet werden. Wie aus den Abbildungen ersichtlich wird, kann durch eine Zwangsführung der Wirbelschicht, die durch die als Strömungsleitelemente ausgeführten statischen Einbauten erreicht wird, eine wesentlich engere Verweilzeitverteilung erreicht werden als dies ohne zusätzliche Einbauten möglich ist.
Eine enge Verweilzeitverteilung bietet viele Vorteile für unterschiedliche Anwendungen des Wirbelschichtreaktors:
- bei Beschichtungsprozessen werden so einheitlichere Beschichtungen erzielt
- bei Trocknungsprozessen werden einheitlichere Produkte erzielt
- es kann ein kleinerer Reaktor verwendet werden als dies ohne Einbauten möglich ist, denn bei einem Reaktor ohne Einbauten lässt sich die Verweilzeit lediglich über die Außendimensionen steuert -> so können Investitionskosten reduziert werden.
Beispiel 3 (Entsäuerung von pyrogener Kieselsäure):
Ein Partikelstrom von 50 kg/h pyrogener Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche von 200 m2/g und einem pH-Wert von 2,3 (4,44*10-3 kg Chlorid pro kg Kieselsäure) wird am oberen Ende in den oben beschriebenen, beheizten Wirbelschichtreaktor gefördert. Am Boden des Reaktors werden 69 kg/h Luft und 22 kg/h Dampf zugegeben, die Temperatur im Reaktor beträgt 400 °C. Am Ausgang des Wirbelschichtreaktors hat die pyrogene Kieselsäure einen pH-Wert von > 4 (8,87*10'5 kg Chlorid pro kg Kieselsäure).
Erläuterungen zu den Abbildungen
Abbildung 1 zeigt den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors. Die Darstellung ist sowohl für statische Einbauten in Form einer archimedischen Spirale und für statische Einbauten in Form von konzentrischen Zylindern gültig. Dargestellt ist zudem beispielhaft ein Standrohrventil und Beispiele für Öffnungen.
Die Ziffern haben folgende Bedeutung:
I = Wirbelschichtreaktor, II = statische Einbauten, III = Öffnungen, IV = oberes Ende des Reaktors, V = Materialzufuhr,
VI = unteres Ende des Reaktors, VII = Zufuhr für das Fluidisierungsmedium, VIII = Ventil für den Materialaustrag, IX = Austrag für das Fluidisierungsmedium
Abbildung 2a) zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors mit Einbauten in Form einer archimedischen Spirale.
Abbildung 2b) zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors mit Einbauten in Form von 4 konzentrischen Zylindern.
Abbildung 3 zeigt die Verweilzeitverteilung im erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktor: x-Achse = normierte Verweilzeit, y-Achse =
Verweilzeitdichtefunktion;
Linie mit Quadraten = experimentelle Daten aus Beispiel 1 durchgezogene Linie = rechnerische Verweilzeitdichtefunktion des Spiralapparates mit Bo = 45 gepunktete Linie = Verweilzeitdichtefunktion mit Bo -> 0 (entspricht einem idealen Rührkessel mit den gleichen Abmaßen des Wirbelschichtreaktors ohne Einbauten)
Abbildung 4 zeigt die Verweilzeitverteilung im erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktor: x-Achse = normierte Verweilzeit, y-Achse =
Verweilzeitsummenfunktion; Linie mit Quadraten = experimentelle Daten aus Beispiel 2 durchgezogene Linie = theoretisch berechnete Verweilzeitsummenfunktion für einen Reaktor mit Bo = 45 gepunktete Linie = theoretisch berechnete Verweilzeitsummenfunktion mit Bo -> 0 (entspricht einem idealen Rührkessel mit den gleichen Abmaßen des Wirbelschichtreaktors ohne Einbauten)

Claims

Patentansprüche
1. Zylindrischer, aufrechtstehender, beheizbarer Wirbelschichtreaktor (X), dadurch gekennzeichnet, dass er statische Einbauten (IX) aufweist, die als Strömungsleitelemente zur Erzielung einer definierten Führung eines Volumenstroms durch den Reaktor ausgeführt sind.
2. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, wobei sich die statischen Einbauten (II) höchstens über die gesamte Reaktorhöhe erstrecken,
3. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass al) die statischen Einbauten (II) einen spiralförmigen Querschnitt, oder a2) die statischen Einbauten (II) einen konzentrischen Querschnitt mit mindestens einer Öffnung (III) aufweisen, und b) der Reaktor am oberen Ende (IV) eine Materialzufuhr (V) aufweist, und c) der Reaktor am unteren Ende (VI) eine Zufuhr (VII) für das Fluidisierungsmedium aufweist, und d) der Reaktor am unteren Ende (VI) mindestens ein Ventil (VIII) für den Materialaustrag aufweist, und e) der Reaktor am oberen Ende (IV) einen Austrag (IX) für das Fluidisierungsmedium aufweist.
4. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 3, wobei die statischen Einbauten (II) die Form einer archimedischen Spirale aufweisen.
5. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 3, wobei die statischen Einbauten (II) die Form von mindestens einem konzentrischen Zylinder mit mindestens einer Öffnung ( III) aufweisen.
6. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Ventil (VIII) ein Standrohrventil ist.
7. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der Reaktor zur Beheizung beheizbare Außenwände und/oder beheizbare Innenwände aufweist.
8. Verfahren zur Entfernung von anhaftenden Halogenidverbindungen an feinverteilten
Metalloxidpartikeln durch ein Fluidisierungsmedium, wobei die Metalloxidpartikel durch Reaktion von halogenidhaltigen Ausgangsmaterialien mit hydrolysierend und/oder oxidierend wirkenden Gasen entstanden sind, wobei
- die feinverteilten, Reste von Halogenidverbindungen enthaltenden Metalloxidpartikel zusammen mit Reaktionsgasen kontinuierlich im oberen Teil eines Wirbelschichtreaktors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zugeführt werden und die Partikel durch die statischen Einbauten auf definierten Bahnen durch den Reaktor geleitet werden,
- ein Fluidisierungsmedium am unteren Ende des Wirbelschichtreaktors zugeführt wird,
- die feinverteilten, Reste von Halogenidverbindungen enthaltenden Metalloxidpartikel und Fluidisierungsmedium aufgrund der statischen Einbauten im Querstrom geführt werden,
- die von Halogenidresten befreiten Metalloxidpartikel am unteren Teil des Wirbelschichtreaktors ausgetragen werden, - Fluidisierungsmedium und Halogenidreste am oberen Teil des Reaktors ausgetragen werden,
- der Wirbelschichtreaktor so beheizt wird, dass die Temperaturdifferenz Tunten - Toben zwischen dem unteren und dem oberen Teil des Reaktors mindestens 20 °C beträgt und in dem Reaktor eine Temperatur von maximal 500 °C herrscht, und
- die Metalloxidpartikel eine Verweilzeit in dem Wirbelschichtreaktor von 1 Sekunde bis 30 Minuten haben.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz Tunten - Toben in einem Bereich von 20 °C bis 150 °C liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Temperatur im Wirbelschichtreaktor in einem Bereich von 150 °C bis 500 °C liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit der Metalloxidpartikel im Wirbelschichtreaktor in einem Bereich von 1 Minute bis 30 Minuten liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidisierungsmedium ein Gemisch aus Luft und Wasserdampf ist, wobei die eingebrachte Menge an Wasserdampf in einem Bereich von 0 bis 100 Gew.-% Wasserdampf im Fluidisierungsmedium liegt.
13. Verwendung eines Wirbelschichtreaktors nach einem der Ansprüche 1-7 zur Entsäuerung von Metalloxidpartikeln, zur Beschichtung von Feststoffpartikeln, für Trocknungsprozesse, für Röstprozesse, für Kalzinationsprozesse, für Vergasungs- und Verbrennungsprozesse, und Durchführung von chemischen Synthesen wie z.B. die Methylchlorsilansynthese.
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