Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung exothermer chemischer Gleich¬ gewichtsreaktionen in einem Wirbelschichtreaktor. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Wirbelschichtreaktor zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Beispiel für eine exotherme chemische Gleichgewichtsreaktion ist der 1868 von Deacon entwickelte Prozess der katalytischen Chlorwasserstoffoxidation mit Sauerstoff zu Chlor.

Durch Überführung von Chlorwasserstoff in Chlor kann die Chlorherstellung von der Natronlaugeherstellung durch Chloralkalielektrolyse entkoppelt werden. Eine solche Entkoppelung ist attraktiv, da weltweit der Chlorbedarf stärker als die Nachfrage nach Natronlauge wächst. Zudem fällt Chlorwasserstoff in großen Mengen beispielsweise bei Phosgenierungsreaktionen, etwa bei der Isocyanatherstellung, als Koppelprodukt an. Der bei der Isocyanatherstellung gebildete Chlorwasserstoff wird überwiegend in der Oxichlorierung von Ethylen zu 1,2-Dichlorethan eingesetzt, das zu Vinylchlorid und schließlich zu PVC weiterverarbeitet wird. Durch den Deacon-Prozess wird somit auch eine Entkoppelung von Isocyanat-Herstellung und Vinylchlorid-Herstellung ermöglicht.

Bei der Deacon-Reaktion verschiebt sich die Lage des Gleichgewichts mit zunehmender Temperatur zu Ungunsten des gewünschten Endproduktes. Es ist daher vorteilhaft, Ka- talysatoren mit möglichst hoher Aktivität einzusetzen, die die Reaktion bei niedrigerer Temperatur ablaufen lassen.

Als Katalysatoren zur Durchführung der Deacon-Reaktion eignen sich zum Beispiel Rutheniumverbindungen auf Trägermaterialien, wie sie in GB 1,046,313, DE-A 197 48 299 oder DE-A 197 34412 beschrieben sind.

Weiterhin geeignet sind Katalysatoren auf der Basis von Chromoxid, wie sie zum Bei¬ spiel aus US 4,828,815 bekannt sind.

Der Einsatz eines Wirbelschichtreaktors zur Durchführung der Deacon-Reaktion unter Verwendung von geträgerten Kupferverbindungen als Katalysator ist beschrieben in J.T. Quant et al., The Shell Chlorine Process, erschienen in The Chemical Engineer, July/August 1963, Seiten CE 224 bis CE 232.

S. Furusaki, Catalytic Oxidation of Hydrogen Chloride in a Fluid Bed Reactor, AIChE Journal, Vol. 19, No. 5, 1973, Seiten 1009 bis 1016 beschreibt ebenfalls die Verwen¬ dung eines Wirbelschichtreaktors zur Durchführung der Deacon-Reaktion. Der hier ein¬ gesetzte Katalysator ist eine Mischung aus CuCl2, KCl und SnCl2.

Wirbelschichtverfahren werden gewöhnlich eingesetzt, um eine möglichst isotherme Temperaturverteilung zu erreichen und insbesondere Hot Spots, d.h. Bereiche lokaler Überhitzung, wie sie oft in Festbettverfahren auftreten, zu vermeiden (vgl. z.B. Daizo Kunii und Octave Levenspiel, Fluidization Engineering, 2. Auflage, 1991, Seite 313). Dies gilt insbesondere für exotherme Reaktionen wie die heterogen-katalysierte Gas- phasenoxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass es nicht immer vorteilhaft ist, eine solche Reaktion iso¬ therm durchfzuführen. So lässt sich z.B. beim Deacon- Verfahren die Chlorausbeute erhöhen, wenn die Reaktion zunächst bei höheren Temperaturen durchgeführt wird und die Temperatur, sobald sich der Umsatz dem Gleichgewichtsumsatz nähert, reduziert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Durchführung exothermer chemischer Gleichgewichtsreaktionen in einem Wirbelschichtreaktor bereitzustellen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren mit verbesserter Raum-Zeit- Ausbeute, d.h. einer größeren Ausbeute bei gleichem Reaktorvolumen und gleicher Re¬ aktionszeit wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bereitzustel¬ len.

Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, einen Wirbelschichtreaktor bereitzustellen, in dem das Verfahren durchgeführt wird.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Durchführung exothermer chemischer Gleichgewichtsreaktionen in einem Wirbelschichtreaktor, wobei im Wirbelbett des Wir¬ belschichtreaktors entlang der Strömungsrichtung eine Temperaturverteilung vorliegt und die Temperaturdifferenz zwischen der niedrigsten und der höchsten Temperatur mindestens 10 K beträgt. Strömungsrichtung ist dabei die Richtung, in der das Gas innerhalb des Wirbelbettes von einem unterhalb des Wirbelbettes angeordneten Gasverteiler zur Oberfläche des Wirbelbettes strömt. Der Gasverteiler kann zum Beispiel ein Lochboden oder ein Boden mit darin verteilten Gasverteilerdüsen sein.

Wirbelschichtreaktoren weisen in der Regel eine zylindrische oder näherungsweise rota¬ tionssymmetrische Geometrie auf und werden in der Regel parallel zur Rotationsachse durchströmt. In diesem Sinne ist die oben formulierte Strömungsrichtung auch als axia¬ le Strömung zu bezeichnen und von innerhalb des Wirbelbetts lokal auftretenden, sich in Summe über die Gesamthöhe des Wirbelbetts aber weitgehend kompensierenden, radialen Strömungen zu unterscheiden.

Vorzugsweise liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren innerhalb des Wirbelbettes eine Temperaturverteilung vor, bei welcher die Temperatur von einem absoluten Tem- peraturmaximum (d.h. der maximalen Temperatur im gesamten Wirbelbett) entlang der Strömungsrichtung zur Oberfläche des Wirbelbettes hin abnimmt. Oberfläche bezeich¬ net die Fläche des Wirbelbettes, durch die das Gas aus dem Wirbelbett ausströmt.

Ein Vorteil einer solchen Temperaturverteilung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren sind verbesserte Raum-Zeit-Ausbeuten. Tiefere Ausgangstemperaturen sind zur Erreichung eines möglichst hohen thermodynamischen Gleichgewichtsumsatzes erforderlich, während höhere Temperaturen innerhalb des Wirbelbetts aus kinetischen Gründen vorteilhaft sind.

Ein weiterer Vorteil der zur Oberfläche des Wirbelbettes hin abnehmenden Temperatur ist, dass Katalysatorsysteme, die bei erhöhter Temperatur flüchtige Aktivkomponenten enthalten, mit besserer Langzeitstabilität betrieben werden können. Solche Katalysator¬ systeme sind zum Beispiel geträgerte Rutheniumverbindungen. Durch die zur Oberflä¬ che des Wirbelbettes hin abnehmende Temperatur können flüchtige Katalysatorverbin- düngen von kälteren Katalysatorpartikeln im oberen Bereich des Wirbelbettes wieder eingefangen und mit diesen kontinuierlich auch wieder in untere Bereiche des Wirbel¬ bettes zurückgeführt werden.

Die Differenz zwischen dem Temperaturmaximum innerhalb des Wirbelbetts und der niedrigsten Temperatur, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren an einer Position oberhalb des Temperaturmaximums, also in der Nähe der Oberfläche des Wirbelbetts herrscht, beträgt maximal 15O0C, bevorzugt maximal 1000C und besonders bevorzugt maximal 500C.

In einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante nimmt die Temperatur entlang der Strömungsrichtung von einem absoluten Temperaturmaximum sowohl zum Gasverteiler hin als auch zur Oberfläche des Wirbelbettes hin ab. In einer ganz besonders bevorzug¬ ten Verfahrensvariante ist der Abstand des absoluten Temperaturmaximums zum Gas¬ verteiler geringer als der Abstand des absoluten Temperaturmaximums zur Oberfläche des Wirbelbettes.

Die Reaktionsgase werden vorzugsweise mit einer Temperatur, die unterhalb der nied¬ rigsten im Wirbelbett vorliegenden Temperatur liegt, über den Gasverteiler in das Wir¬ belbett eingeleitet. Bei einer exothermen Reaktion führt dies dazu, dass die Temperatur im Wirbelbett in Strömungsrichtung zunächst zunimmt, bis das absolute Temperatur- maximum erreicht ist. Damit lassen sich im erfindungsgemäßen Verfahren Wärmetau¬ scherkapazitäten und somit Investitionskosten einsparen, denn einerseits muss so eine geringere Wärmemenge auf die Eduktgase übertragen werden und andererseits ist auch die aus dem Wirbelbett mittels im Wirbelbett eingebauter Wärmetauscher herauszuho¬ lende Wärmemenge geringer, da das kältere Eduktgas direkt im Wirbelbett einen größe- ren Teil der bei der exothermen Reaktion freiwerdenden Wärmemenge aufnehmen kann.

Die Temperaturverteilung im Wirbelbett wird vorzugsweise durch Wärmeübertragung an mindestens einen Wärmetauscher innerhalb des Wärmebettes gesteuert. Bei Einsatz nur eines Wärmetauschers ist dieser vorzugsweise nur in einem Teil des Wirbelbettes angeordnet. So befindet sich in einer bevorzugten Ausführungsform im unteren Teil des Wirbelbettes kein Wärmetauscher, so dass keine Reaktionswärme abgeführt wird. Hier¬ aus resultiert nach einem Temperaturanstieg aufgrund der exothermen Reaktion eine höhere Temperatur. Im oberen Teil des Wirbelbettes ist dann ein Wärmetauscher ange- ordnet, über welchen Reaktionswärme abgeführt wird. Hierdurch lässt sich im oberen Teil des Wirbelbettes eine niedrigere Temperatur einstellen.

In einer Ausfuhrungsform ist das Wirbelbett in zwei Temperaturzonen unterteilt. Durch die Anordnung mehrerer Wärmetauscher im Wirbelbett oder durch die Anordnung eines Wärmetauschers in der Mitte des Wirbelbettes lassen sich auch mehr als zwei Tempera¬ turzonen einstellen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Wirbelschichtreaktors beträgt der Abstand zwischen dem Gasverteilerboden und dem nächstgelegenen Wärmetauscher oberhalb des Gasverteilers mindestens 25 cm. insbesondere mindestens 50 cm. Der op¬ timale Abstand von Gasverteiler und Wärmetauscher ist dabei abhängig von Gasbelas- tung, Temperatur der Eduktgase, Blasenbildungscharakteristik und Reaktionskinetik in Abhängigkeit von den verwendeten Katalysatoren. Typischerweise ist ein Abstand von mindestens 25 cm erforderlich, um eine entsprechend ansteigende Temperatur zwischen dem Gasverteilerboden und dem Wärmetauscher zu erreichen. Es ist aber auch umge¬ kehrt eine zu starke Temperaturerhöhung und damit einhergehend eine zu große Diffe- renz zwischen dem absoluten Temperaturmaximum und der niedrigsten Temperatur an einer Position oberhalb des Temperaturmaximums zu vermeiden. In der Regel sollte der Abstand zwischen dem Gasverteilerboden und dem Wärmetauscher deshalb nicht mehr als 10 m, bevorzugt nicht mehr als 6 m und insbesondere nicht mehr als 3 m betragen. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt dieser Abstand nicht mehr als 2 m.

Der Wirbelschichtreaktor wird bevorzugt als turbulente Wirbelschicht mit einer Leer- rohrgasgeschwindigkeit zwischen 1 und 5 m/s, als hochexpandierte Wirbelschicht mit einer Leerrohrgasgeschwindigkeit zwischen 0,5 und 2 m/s oder als blasenbildende Wir- belschicht mit einer Leerrohrgasgeschwindigkeit zwischen 0,01 m/s und 1 m/s ausge¬ führt. Besonders bevorzugt ausgeführt wird der Wirbelschichtreaktor als blasenbildende Wirbelschicht mit einer Leerrohrgasgeschwindigkeit zwischen 0,05 und 0,50 m/s, da bei dieser Leerrohrgasgeschwindigkeit ein besonders günstiger Wärmeübergang und ein besonders günstiger Stoffaustausch erzielt werden kann. Die Leerrohrgasgeschwindig- keit errechnet sich dabei aus dem Gasvolumenstrom unter Betriebsbedingungen divi¬ diert durch die freie Querschnittsfläche des Reaktors.

Auch ist der Einsatz von zwei Wärmetauschern denkbar. In diesem Fall befinden sich ein Wärmetauscher im unteren Teil des Wirbelbettes und ein Wärmetauscher im oberen Teil des Wirbelbettes. Dabei wird von den Wärmetauschern unterschiedlich viel Wärme aufgenommen oder abgegeben.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Temperaturverteilung durch die Anord¬ nung eines oder mehrerer Trennböden zwischen jeweils zwei Temperaturzonen erfol- gen. Unter Temperaturzone ist dabei ein Bereich mit annähernd konstanter Temperatur in der Wirbelschicht zu verstehen. Als Trennböden eignen sich z.B. Lochböden oder Siebböden. An der Position des Trennbodens wird die Durchmischung des Wirbelbettes verschlechtert, so dass das an der Position des Trennbodens weniger Wirbelgranulat mit den aufsteigenden Gasblasen mitgerissen wird und gleichzeitig weniger Wirbelgranulat entgegen der Strömungsrichtung der Gasblasen durch den Trennboden in den Bereich des Wirbelbettes unterhalb des Trennbodens fließt. Hierdurch wird- der konvektive Wärmetransport verschlechtert, so dass sich eine deutliche Temperaturgrenze im Be¬ reich des Trennbodens einstellt. Eine weiter verbesserte Trennung der Temperaturzonen im Wirbelbett lässt sich dadurch erreichen, dass ein isolierend wirkender Trennboden eingesetzt wird.

In dem erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktor ist in einer weiteren Ausführungsform zur Unterteilung des Wirbelbettes in mindestens zwei Temperaturzonen in mindestens einer Temperaturzone ein Wärmetauscher angeordnet.

In einer weiteren Ausführungsform des Wirbelschichtreaktors sind jeweils zwei Tempe- raturzonen durch einen Trennboden unterteilt. Der Trennboden ist bevorzugt als Sieb¬ boden oder als Lochboden ausgeführt.

Sofern Trennböden eingesetzt werden, sind diese . in einer bevorzugten Ausführungs¬ form als Lochböden mit kegelstumpfförmigen Öffnungen ausgebildet. Dabei ist der Öffnungsdurchmesser auf der Unterseite, d.h. auf der Seite, die angeströmt wird, kleiner als der Öffnungsdurchmesser auf der Oberseite.

Die Dicke des Trennbodens ist bevorzugt 0,1 bis 20 cm, mehr bevorzugt 1 bis 15 cm und besonders bevorzugt 3 bis 10 cm.

Der Öffnungsdurchmesser auf der Unterseite des Lochbodens ist in einer bevorzugten Ausführungsform kleiner als der mittlere Gasblasendurchmesser. Bevorzugt liegt der Öffnungsdurchmesser auf der Unterseite im Bereich von 0,5 bis 10 cm, mehr bevorzugt im Bereich von 0,7 bis 8 cm und besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 cm. Der Öffnungsdurchmesser auf der Oberseite ist bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 30 cm, mehr bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 15 cm. Der obere Lochdurchmesser wird in einer bevorzugten Ausführungsform so gewählt, dass er größer ist als der mittlere Gasblasendurchmesser.

Der Öffnungswinkel, d.h. der Winkel zwischen der Seitenwand der Öffnung und der Mittelachse der Öffnung, ist in einer bevorzugten Ausführungsform so gewählt, dass er größer ist als der Ausdehnungswinkel der Gasblasen, so dass das Wirbelgranulat entge- gen der Gasströmung in den Öffnungen an den Seitenflächen entlang fließen kann. Da¬ mit das möglich ist und sich keine unbewegte Schüttung auf den Seitenflächen der Öff¬ nungen ausbildet, ist der Öffnungswinkel in einer bevorzugten Ausführungsform eben¬ falls größer als der Böschungswinkel der Granulatschüttung. Dabei ist der Böschungs- winkel der Winkel, bei dem bei einer losen Schüttung das Schüttgut gerade beginnt ab¬ zurutschen.

Der Öffnungswinkel liegt vorzugsweise im Bereich von 0 bis 60°, mehr bevorzugt im Bereich von 10 bis 50° und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 40°.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Trennboden zwischen zwei Temperaturzonen aus einem isolierenden Material gefertigt. Dabei ist darauf zu achten, dass das Material, aus welchem der Trennboden gefertigt ist, gegenüber den Temperaturen im Wirbelbett stabil ist. So eignen sich bei Temperaturen in der Wirbelschicht, die oberhalb von 2000C liegen z.B. Keramik oder Glas.

Neben der Fertigung des Trennbodens aus einem isolierenden Material kann der Trenn¬ boden in einer weiteren Ausführungsform auch eine thermisch isolierende Schicht ent¬ halten. Hierzu ist der Trennboden vorzugsweise als Hohlkörper ausgebildet, der gegen das Wirbelbett gas- und flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Der so entstandene Hohl¬ raum kann z.B. evakuiert werden oder unter Umgebungsdruck stehende Luft enthalten. Auch kann der Hohlraum mit einem isolierenden Material, wie Glasfaser oder Steinwol¬ le gefüllt sein. Auch ist es möglich, den Trennboden mit einem Zulauf und einem Ab¬ lauf zu versehen und so den Hohlraum von einem Wärmeträger durchströmen zu lassen. Auf diese Weise lässt sich der Trennboden als zusätzlicher Wärmetauscher nutzen.

Bei Reaktionen, die in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden, enthält das Wirbelgranulat den Katalysator. Dabei können die einzelnen Granulatkörner jeweils aus Katalysatormaterial bestehen oder an ihrer Oberfläche das Katalysatormaterial enthal- ten. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Katalysator eine Metallkompo¬ nente auf einem oxidischen Träger. Metallkomponenten sind beispielsweise Ruthenium¬ oder Kupferverbindungen. Als oxidischer Träger können Aluminiumoxid, insbesondere γ-Aluminiumxid oder δ-Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder Titanoxid oder Mischun¬ gen dieser Oxide eingesetzt werden. Die oxidischen Träger werden vorzugsweise pul- verförmig mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 30 bis 150 μm, mehr bevorzugt 40 bis 100 μm und insbesondere 50 bis 80 μm eingesetzt. Der Feinanteil mit einer Par- tikelgröße <20 μm. beträgt bevorzugt weniger als 40 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als 30 Gew.-% und insbesondere weniger als 20 Gew.-%.

Bei Einsatz des Wirbelschichtreaktors zur Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor können z.B. die aus GB 1,046,313, DE-A 197 48 299 oder DE-A 197 34 412 bekannten Katalysatoren auf Basis von Ruthenium eingesetzt werden. Weiterhin sind auch die in DE-A 102 44 996 beschriebenen Katalysatoren auf Basis von Gold geeignet, enthaltend auf einem Träger 0,001 bis 30 Gew.-% Gold, 0 bis 3 Gew.-% eines oder mehrerer Erd¬ alkalimetalle, 0 bis 3 Gew.-% eines oder mehrerer Alkalimetalle, 0 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer Seltenerd-Metalle und 0 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer weiterer Metalle, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ruthenium, Palladium, Osmium, Iridium, Silber, Kupfer und Rhenium, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Ka¬ talysators.

Bevorzugt wird der Katalysator durch Tränkung eines γ-Aluminiumoxid-Pulvers mit einer wässrigen Rutheniumchloridhydrat-Lösung entsprechend der Wasseraufnahme des Trägers getränkt, anschließend bei 100 bis 2000C getrocknet und schließlich bei 4000C unter Luftatmosphäre kalziniert. Der Rutheniumgehalt des Katalysators beträgt bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 1,5 bis 3 Gew.-%.

Bei Einsatz mehrerer Wärmetauscher können diese mit jeweils einem eigenen Zu- bzw. Ablauf versehen sein, in Reihe geschaltet sein oder parallel geschaltet sein. Bei Parallel¬ schaltung der Wärmetauscher haben die einzelnen Wärmetauscher vorzugsweise unter¬ schiedliche Wärmeübertragungsflächen, so dass von den einzelnen Wärmetauschern unterschiedlich viel Wärme aufgenommen bzw. abgegeben wird. Bei Reihenschaltung der Wärmetauscher ist vorzugsweise zwischen die Wärmetauscher eine Pumpe oder eine Drossel geschaltet, so dass der Druck des Wärmeträgers in den einzelnen Wärme¬ tauschern unterschiedlich ist. Insbesondere bei siedenden oder kondensierenden Flüs¬ sigkeiten als Wärmeträger stellt sich so abhängig vom Druck eine unterschiedliche Temperatur im Wärmetauscher ein.

Um aus dem Wirbelbett Wärme abzuführen, eignet sich z.B. siedendes Wasser, da die¬ ses große Wärmemengen bei konstanter Temperatur aufnehmen kann. Die Temperatur des Wassers ändert sich erst, wenn das gesamte Wasser verdampft ist. Die Siedetempe- ratur ist dabei abhängig vom Druck. Je höher der Druck des siedenden Wassers ist, des¬ to höher ist die Siedetemperatur. Bei hohen Temperaturen im Wirbelbett eignen sich zur Wärmeabfuhr auch Salzschmelzen, deren Temperatur unterhalb der Temperatur im Wirbelbett liegt. Bevorzugt wird siedendes Wasser eingesetzt.

Weitere Wärmeträger, die sowohl zur Wärmezufuhr als auch zur Wärmeabfuhr aus dem Wirbelbett eingesetzt werden können, sind z.B. Thermalöle oder weitere, dem Fach¬ mann bekannte Wärmeträger.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.

Darin zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wir¬ belschichtreaktors mit dem Temperaturverlauf im Reaktor,

Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wirbel¬ schichtreaktors mit dem Temperaturverlauf im Reaktor,

Figur 3 eine Draufsicht auf einen als Lochboden ausgeführten Trennboden mit ke- gelstumpfförmigen Öffnungen,

Figur 4 einen Schnitt durch eine Öffnung des Trennbodens aus Figur 3,

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer besonders bevorzugten Ausführungs¬ form eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wirbelschichtreaktors und des Temperatur- Verlaufs im Reaktor.

Ein Wirbelschichtreaktor 1 umfasst eine Windbox 3, einen Gasverteiler 4, ein Wirbel¬ bett 5, eine Endmischungszone 9 und mindestens einen Feststoffabscheider 10. Die E- duktgase werden der Windbox 3 zugeführt. Die Gaszufuhr ist hier mit dem Pfeil 2 ge- kennzeichnet. Die Gaszufuhr zur Windbox 3 kann dabei, wie hier dargestellt, von unten oder aber seitlich erfolgen. Von der Windbox 3 strömt das Gas über den Gasverteiler 4 in das Wirbelbett 5. Aufgabe des Gasverteilers 4 ist dabei, das Gas gleichmäßig in das Wirbelbett 5 einströmen zu lassen, so dass eine gute Durchmischung von Gas und Fest¬ stoff im Wirbelbett 5 erreicht wird. Der Gasverteiler 4 kann dabei ein Lochboden oder ein Boden mit darin verteilten Gasverteilerdüsen sein. Im Wirbelbett 5 erfolgt die Umsetzung der Eduktgase zum Produkt. Eduktgase sind z.B. Chlorwasserstoff und Sauerstoff zur Herstellung von Chlor.

Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist das Wirbelbett 5 in eine erste Temperaturzone 6 und eine zweite Temperaturzone 8 unterteilt. Dabei ist in der ersten Temperaturzone 6 kein Wärmetauscher aufgenommen, so dass bei der Durchführung von exothermen Reaktionen im Wirbelschichtreaktor 1 die Temperatur in der ersten Temperaturzone 6 von der durch die Reaktion freige'gebenen Wärme abhängt.

Aufgrund der Durchmischung des Wirbelschichtgranulates erfolgt der Temperaturüber¬ gang von der Temperatur der ersten Temperaturzone 6 zur Temperatur der zweiten Temperaturzone 8 über einen größeren Bereich des Wirbelbettes 5.

Ein schärferer Temperaturübergang kann dadurch erreicht werden, dass zwischen der ersten Temperaturzone 6 und der zweiten Temperaturzone 8 ein Trennboden 7 (vgl. Figur 2) angeordnet ist. Der Trennboden ist so gestaltet, dass Gasblasen durch Öffnun¬ gen im Trennboden aus der aus der ersten Temperaturzone 6 in die zweite Temperatur¬ zone 8 gelangen.

Zur Einstellung einer Temperatur in der zweiten Temperaturzone 8, die sich von der Temperatur in der ersten Temperaturzone 6 unterscheidet, ist in der zweiten Tempera¬ turzone 8 ein Wärmetauscher 12 aufgenommen. Der Abstand zwischen dem Gasvertei¬ ler 4 und dem Wärmetauscher 12 beträgt in einer bevorzugten Ausfuhrungsform min¬ destens 50 cm.

Dem Wärmetauscher 12 wird über einen Wärmeträgerzulauf 13 ein Wärmeträger zuge¬ führt. Über Wärmeträgerverteiler 16 strömt der Wärmeträger in Wärmetauscherrohre 17. Die Wärmetauscherrohre 17 münden in Dampfsammler 14, über die der Wärmeträ¬ ger einem Wärmeträgerablauf 15 zugeführt wird und aus dem Wärmetauscher 12 abge- zogen wird. Über die Anzahl der Wärmetauscherrohre 17 und den Massenstrom des Wärmeträgers lässt sich die vom Wärmetauscher 12 aufzunehmende bzw. abzugebende Wärmemenge einstellen.

Wenn über den Wärmetauscher 12 Wärme aus dem Wirbelbett 5 abgeführt werden soll, eignen sich als Wärmeträger z.B. siedendes Wasser, welches durch die Wärmezufuhr verdampft, Thermalöle oder bei hohen Temperaturen im Wirbelbett 5 Salzschmelzen. Der Wärmeträger hat dabei eine Temperatur, die unterhalb der Temperatur im Wirbel¬ bett 5 liegt.

Dem Wirbelbett 5 schließt sich die Entmischungszone 9 an. In der Entmischungszone 9 erfolgt eine Trennung von Gas und Feststoff. Um das Produktgas weiter von mitgeris¬ senen Feststoffpartikeln zu reinigen, ist vorzugsweise im oberen Bereich der Entmi¬ schungszone 9 mindestens ein Feststoffabscheider 10 angeordnet. Neben der in Figur 1 dargestellten Ausfuhrungsform, bei der der mindestens eine Feststoffabscheider 10 in¬ nerhalb des Wirbelschichtreaktors 1 angeordnet ist, kann der mindestens eine Feststoff- abscheider 10 auch außerhalb des Wirbelschichtreaktors 1 angeordnet sein. Mit dem Pfeil 11 ist die sich an den mindestens einen Feststoffabscheider 10 anschließende Pro¬ duktabfuhr gekennzeichnet.

Als Feststoffabscheider 10 eignen sich z.B. Zyklone oder Filterkerzen.

Figur 1 zeigt weiterhin den Temperaturverlauf im Wirbelschichtreaktor 1. Dabei be¬ zeichnet die Achse 18 die Höhe des Wirbelschichtreaktors 1 und die Achse 19 die Tem¬ peratur. Die gestrichelten Linien in dem Diagramm bezeichnen ein erstes Temperatur¬ niveau 20, ein zweites Temperaturniveau 21 und ein drittes Temperaturniveau 22. Dabei ist die Temperatur des ersten Temperaturniveaus 20 niedriger als die Temperatur des zweiten Temperaturniveaus 21, dessen Temperatur wiederum unterhalb der des dritten Temperaturniveaus 22 liegt. Die Eduktgase werden mit der Edukttemperatur 23 der Windbox 3 des Wirbelschichtreaktors 1 zugeführt. Im Wirbelbett 5 startet die Reaktion. Dabei wird Wärme freigesetzt. Aus diesem Grund steigt die Temperatur im Bereich der ersten Temperaturzone 6 während einer Aufwärmphase 24, bis sie das dritte Tempera¬ turniveau 22 erreicht. Nach Erreichen des dritten Temperaturniveaus 22 stellt sich in¬ nerhalb der ersten Temperaturzone 6 aufgrund der Durchmischung des Wirbelbettes 5 eine konstante Temperatur 25 ein.

Bei der in Figur 1 dargestellten bevorzugten Verfahrensvariante wird über den Wärme¬ tauscher 12 Wärme abgeführt. Aus diesem Grund erfolgt in der zweiten Temperaturzo¬ ne 8 eine Abkühlung. Aufgrund der starken Durchmischung des Wirbelbettes 5 herrscht auch in der zweiten Temperaturzone 8 eine weitgehend konstante Temperatur 27. Die Temperatur 27 liegt dabei auf dem zweiten Temperaturniveau 21. Es ist aber möglich und in der Regel vorteilhaft, dass die Temperatur im Bereich der zweiten Temperatur¬ zone 8 in Strömungsrichtung etwas abfällt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit mit zunehmendem Umsatz im oberen Teil nahe der Ober- fläche des Wirbelbettes 5 stark zurückgeht. Der Übergang von der Temperatur 25 in der ersten Temperaturzone 5 auf die Temperatur 27 in der zweiten Temperaturzone 8 er¬ folgt dabei durch eine Abkühlphase 26.

In Figur 2 ist ein Wirbelschichtreaktor in einer zweiten Ausführungsform mit einer schematischen Darstellung des Temperaturverlaufs dargestellt.

Der in Figur 2 dargestellte Wirbelschichtreaktor 1 unterscheidet sich dahingehend von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform, dass in der ersten Temperaturzone 6 ein zweiter Wärmetauscher 28 aufgenommen ist. Der Aufbau und die Funktionsweise des zweiten Wärmetauschers 28 entspricht dabei der des Wärmetauschers 12. Über eine Wärmeträgerzufuhr 29 wird dem zweiten Wärmetauscher 28 ein Wärmeträger zuge¬ führt. Durch Wärmeträgerverteiler 30 strömt der Wärmeträger in Wärmetauscherrohre 31. Die Wärmetauscherrohre 31 münden in Dampfsammler 32, über die der Wärmeträ- ger einem Wärmeträgerablauf 33 zugeführt wird, aus dem zweiten Wärmetauscher 28 abgezogen wird.

Unterschiedliche Temperaturen in der ersten Temperaturzone 6 und der zweiten Tempe¬ raturzone 8 können durch unterschiedliche Wärmetauscherflächen der Wärmetauscher 12, 28 erreicht werden. So kann beispielsweise der zweite Wärmetauscher 28 weniger Wärmetauscherrohre 31 als der erste Wärmetauscher 12 umfassen. Dies führt dazu, dass die Wärmeübertragungsfläche des zweiten Wärmetauschers 28 sehr viel geringer ist als die Wärmeübertragungsfläche des ersten Wärmetauschers 12. Daraus resultiert, dass über den zweiten Wärmetauscher 28 nicht so viel Wärme abgeführt werden kann wie über den Wärmetauscher 12. Hieraus resultiert eine höhere Temperatur 25 in der ersten Temperaturzone 6 des Wirbelbettes 5.

Durch den Einsatz des zweiten Wärmetauschers 28 wird der Bereich der Aufwärmphase 24 bzw. der Abkühlphase 26 verkleinert. Es erfolgt deshalb ein schnellerer Übergang von einem Temperaturniveau zum anderen.

Die erste Temperaturzone 6 und die zweite Temperaturzone 8 sind durch einen Trenn¬ boden 7 unterteilt. Der Trennboden 7 ist so gestaltet, dass die Gasblasen durch Öffnun¬ gen im Trennboden 7 in die zweite Temperaturzone 8 gelangen. Durch den Trennboden 7 wird gewährleistet, dass nur ein geringer Anteil an Wirbelschichtgranulat mit dem aufsteigenden Gas mitgerissen wird. Hierdurch wird eine vollständige Durchmischung des Wirbelschichtgranulates aus der ersten Temperaturzone 6 und der zweiten Tempera- turzone 8 vermieden. Durch den Trennboden 7 kann somit eine deutlichere Trennung zwischen der ersten Temperaturzone und der zweiten Temperaturzone 8 erfolgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wirkt der Trennboden 7 isolierend. Hierzu ist er entweder aus einem isolierenden Material gefertigt oder enthält eine thermisch- isolierernde Schicht.

Ein weniger scharfer Übergang zwischen der ersten Temperaturzone 7 und der zweiten Temperaturzone 8 wird erreicht, wenn der Trennboden 7 zwischen der ersten Tempera- turzone 6 und der zweiten Temperaturzone 8 weggelassen wird. In diesem Fall erfolgt auch hier aufgrund der Durchmischung des Wirbelschichtgranulats zwischen der ersten Temperaturzone 6 und der zweiten Temperaturzone 8 ein langsamerer Übergang von der Temperatur 25 der ersten Temperaturzone 6 zur Temperatur 27 der zweiten Tempe¬ raturzone 8.

Neben der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen mit zwei Tempera¬ turzonen 6, 8 ist es auch möglich, das Wirbelbett 5 in mehr als zwei Temperaturzonen zu unterteilen. Dabei können sich z.B. jeweils Temperaturzonen mit Wärmetauscher und Temperaturzonen ohne Wärmetauscher abwechseln. Auch ist es möglich, jede Temperaturzone mit einem Wärmetauscher zu versehen. Zwischen den einzelnen Tem¬ peraturzonen können Trennböden aufgenommen sein. Wenn ein langsamerer Übergang zwischen den Temperaturen der einzelnen Temperaturzonen erfolgen soll, befinden sich keine Trennböden 7 zwischen den Temperaturzonen.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Trennbodens 7 mit kegel- stumpfförmig ausgebildeten Öffnungen 34. Die Öffnungen 34 können dabei jede belie¬ bige, dem Fachmann bekannte Anordnung annehmen. So können z.B. neben der hier dargestellten Anordnung der Öffnungen 34 auf zueinander rechtwinkligen Achsen die Öffnungen 34 auch versetzt angeordnet sein.

Ein Schnitt durch eine kegelstumpfförmig ausgebildete Öffnung 34 ist in Figur 4 darge¬ stellt. Die Öffnung 34 hat dabei an der Unterseite 38 des Trennbodens 7 einen ersten Öffnungsdurchmesser 35, der kleiner ist als der zweite Öffnungsdurchmesser 36 der Öffnung 34 an der Oberseite 39 des Trennbodens 7. Bei der hier dargestellten kegel- stumpfförmig ausgebildeten Öffnung 34 nimmt der Öffnungsdurchmesser von der Un¬ terseite 38 zur Oberseite 39 des Trennbodens 7 gleichmäßig zu. Die Seitenwand 40 der Öffnung 34 ist dabei in einem Winkel 41 zur Öffnungsachse 37 geneigt. Der Winkel 41 liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 0 bis 60°, mehr bevorzugt im Bereich von 10 bis 50° und insbesondere im Bereich von 20 bis 40°.

Der erste Öffnungsdurchmesser 35 ist so gewählt, dass er kleiner ist als der mittlere Gasblasendurchmesser der Gasblasen im Wirbelbett 5. Der erste Öffnungsdurchmesser 35 liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 10 cm, mehr bevorzugt von 0,7 bis 8 cm und insbesondere im Bereich von 1 bis 5 cm. Der zweite Öffnungsdurchmesser 36 ist dem gegenüber so gewählt, dass er größer ist als der mittlere Gasblasendurchmesser der Gasblasen im Wirbelbett 5. Der Durchmesser des zweiten Öffnungsdurchmesser 36 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 30 cm, mehr bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm und insbesondere im Bereich von 5 bis 15 cm. In der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform ist der Trennboden 7 als Hohlkörper ausgebildet. Dabei wird der In¬ nenraum jeweils durch die Oberseite 39, die Unterseite 38 des Trennbodens 7 und die Seitenwand 40 der Öffnungen 34 begrenzt. Der so entstehende Hohlraum 43 kann z.B. evakuiert sein oder mit Luft unter Umgebungsdruck gefüllt sein. Auch kann der Hohl¬ raum 43 jedes weitere dem Fachmann bekannte thermisch isolierende Material enthal¬ ten. So eignen sich z.B. Glaswolle oder Mineralwolle.

Die Höhe des Hohlraums 43 ist mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichnet. Die Höhe 42 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 20 cm, mehr bevorzugt im Bereich von 1 bis 15 cm und insbesondere im Bereich von 3 bis 10 cm. Das Material für die Wand 44 des Trennbodens 7 ist vorzugsweise so gewählt, dass es gegen die Eduktgase und Pro¬ duktgase chemisch stabil ist. Die Stärke der Wand 44 liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 mm, mehr bevorzugt im Bereich von 2 bis 30 mm und insbesondere im Bereich von 5 bis 20 mm.

Neben der Ausführungsvariante mit einer isolierenden Schicht, wie in Figur 4 darge¬ stellt, kann der Trennboden 7 auch vollständig aus einem isolierenden Material gefertigt sein. Als Materialien eignen sich z.B. Glas oder Keramik.

Als Trennböden 7 eignen sich alle dem Fachmann bekannten für Gas und Feststoffgra¬ nulate durchlässige Böden. So sind neben dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Lochboden z.B. Siebböden besonders geeignet. Bezugszeichenliste

1 Wirbelschichtreaktor 2 Eduktzufuhr 3 Windbox 4 Gasverteiler 5 Wirbelbett 6 erste Temperaturzone 7 Trennboden 8 zweite Temperaturzone 9 Entmischungszone 10 Feststoffabscheider 11 Produktabfuhr 12 Wärmetauscher 13 Wärmeträgerzulauf 14 Dampfsammler 15 Wärmeträgerablauf 16 Wärmeträgerverteiler 17 Wärmetauscherrohre 18 Höhe 19 Temperatur 20 erstes Temperaturniveau 21 zweites Temperaturniveau 23 drittes Temperaturniveau 24 Aufwärmphase 25 Temperatur in der ersten Temperaturzone 5 26 Abkühlphase 27 Temperatur in der zweiten Temperaturzone 7 28 zweiter Wärmetauscher 29 Wärmeträgerzufuhr 30 Wärmeträgerverteiler 31 Wärmetauscherrohre 32 Dampfsammler 33 Wärmeträgerablauf 34 Öffnungen 35 erster Öffnungsdurchmesser 36 zweiter Öffnungsdurchmesser Öffnungsachse Unterseite Oberseite Seitenwand der Öffnung 34 Öffnungswinkel Höhe des Hohlraumes 43 Hohlraum Wand