Zu den Grundprozessen der Hochtemperaturtechnik gehören thermo-chemische Prozesse (z. B. Calzinieren, Reduzieren, etc.). Zur Ausübung von thermo-chemischen Prozessen werden Drehrohre, Festbett- und Wirbelschicht-/Fließbett-Reaktoren eingesetzt.

Der Einsatz von Drehrohren ist vorteilhaft, wenn die zu behandelnden Feststoffe in den Partikelgrößen starke Schwankungsbereiche aufweisen. Nachteilig sind der hohe Energiebedarf sowie das notwendige große Gasvolumen, besonders bei teuren, reaktiven Gasen.

Hohe Raum-Zeitausbeute
Festbettreaktoren werden verwendet, wenn die eingesetzten Feststoffe als Schüttung vorliegen können, jedoch Partikelbewegungen möglichst vermieden werden sollen. Der Hauptvorteil des Festbettreaktors ist die hohe Raum-Zeitausbeute. Die Hauptnachteile sind die teils inhomogene Durchströmung des Reaktors unter Kanalbildung und das Verschließen der Hohlräume durch Schwebstoffe. Bei Festbettreaktoren ist die Einhaltung einer gewünschten Temperaturkonstanz über die gesamte Betthöhe und -breite die Schwierigkeit. Dabei sind Hotspots zu vermeiden.
Bekanntermaßen werden mittels Wirbelschichttechnik hohe Wärmetransfer- und Stofftransportraten erzielt. Hierdurch bieten sich viele potentielle Prozessvorteile. Viele Granulate, Kristalle und Pulver werden mittels Wirbelschicht-Prozessanlagen kalziniert, reduziert, oxidiert, getrocknet, gekühlt, erhitzt, sterilisiert, getempert, etc.
Die Firma Schwing Fluid Technik hat umfangreiche Erfahrungen gesammelt, speziell im Bereich Oberflächenmodifikationen von innovativen nano-skaligen Pulvern bei Einsatz verschiedener Reaktions- und Inertgase (Luft, O2, N2, H2, NH3, SO2, CO2, Ar, H2O(g), Acetylen, Erdgas, etc.) bis in Temperaturbereiche von 1100 °C. Beim Fluidisieren von feinstpulvrigen Materialien kommt es verstärkt zu Agglomerats- und Kanalbildungen. Um diese Problematiken zu lösen, wurde der Schwerpunkt der Entwicklungsarbeiten auf das Einbringen und Verteilen des Fluidgases in den Reaktionsraum gelegt. Hierbei wurde ein neuartiges Konzept eines Gaseinbringungssystems, bestehend aus Bodenkammer und proprietärer Gasverteilerplatte, entwickelt.

Gaseinbringungssystem für einen ­Festbettreaktor
Ein seit mehr als 15 Jahren int der Produktion betriebener Wirbelschichtreaktor mit einem Gaseinbringungssystem ursprünglichen Designs brachte einen Kunden auf die Idee, dieses System auch für einen Festbettreaktor zu nutzen. Bisher nutzte der Kunde zwei verschiedene Reaktoren – den einen zur Reduktion und den anderen zur Oxidation. Ziel war ein gemeinsamer Festbettreaktor, in welchem beide Reaktionen durchgeführt werden. Der Einsatz unterschiedlicher Gase (reaktiver und inerter Gase) bei unterschiedlichen Durchsatzmengen sowie Druck- und Temperatur-Niveaus musste berücksichtigt werden. Darüber hinaus sollte ein stufenweises, sensibel reagierendes Heiz-/Kühlkonzept integriert werden.
Umfangreiche Fluidversuche in kalter und heißer Fahrweise führten insbesondere zum modifizierten Herzstück des Reaktors. Die Bodenkammer und die proprietäre Gasverteilerplatte zeichnen sich durch einen minimalen Druckverlust (< 150 mbar) und eine im Festbett möglichst gleichförmige Gasverteilung aus. Die Düsen der proprietären Gasverteilerplatte sind dadurch gegenzeichnet, dass unterschiedliche Abstände zwischen den ebenfalls unterschiedlichen Düsenquerschnitten und der Düsenanzahl vorliegen.
Die Kombination zweier bewährter apparativer Techniken führte zu einer signifikanten Produktionssteigerung. Der Produktionsreaktor konnte problemlos in Betrieb genommen werden. Auch zeigt der Einsatz unterschiedlicher Produkte, dass das System flexibel eingesetzt werden kann. Die Zielprodukte: hohe Ausbeuten bei guter Stoff- und Energieeffizienz unter ökologischen und ökonomischen Bedingungen werden erreicht.