DE69004645T2

DE69004645T2 - Oxidationsreaktor mit differentiellem Druckverlust sowie seine Verwendung.

Info

Publication number: DE69004645T2
Application number: DE90402439T
Authority: DE
Inventors: Jacques Alagy; Paul Broutin; Christian Busson; Yves Gougne; Jerome Weill
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1990-09-05
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: DZ1444A1; CA2025156C; US5186910A; MY107715A; NZ235237A; JP3079312B2; NO178328C; EP0418122B1; CA2025156A1; AU641177B2; AU6236790A; NO178328B; NO903937L; JPH03109939A; DE69004645D1; EP0418122A1; NO903937D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor und seine Verwendung beispielsweise zur Durchführung der schonenden Oxidation einer oxidierbaren Charge durch ein oxidierendes Gas oder ein Gasgemisch, das wenigstens ein oxidierendes Gas enthält, d.h. ein Gas, das die Oxidation dieser Charge zuläßt.
Sie befaßt sich insbesondere mit der vorzugsweisen langsamen und üblicherweise partiellen Oxidation von oxidierbaren Chargen wie beispielsweise Kohlenwasserstoffen, um Synthesegas herzustellen, das im wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff für die Synthese beispielsweise des Methanols und/oder höherer homolager Alkohole und des Ammoniaks umfaßt.
Obwohl die oxidierenden Gase insbesondere Sauerstoff, Ozon oder die Halogene sein können, werden als Beispiel in der vorliegenden Beschreibung nur die Oxidationsreaktionen mit Sauerstoff betrachtet.
Es ist bekannt, eine partielle Oxidation des Methans wie beispielsweise in der US-A-2621117 angegeben, zu realisieren.
Gemäß der Beschreibung dieser Patentschrift erfolgt die Reaktion in einer Flamme, wo das Gasgemisch niemals vollkommen ist. Unter diesen Bedingungen erreicht man rasch erhöhte Temperaturen in an sauerstoffreichen Bereichen. Die Gase hoher Temperatur werden dann mit dem größeren Teil der zu oxidierenden Kohlenwasserstoffcharge vermischt und rufen das Cracken der Moleküle und die Bildung von Kohlenstoff hervor, was für die Abfolge des Verfahrens sehr störend ist. Es ist dann notwendig, wenn man unter wirtschaftlichen Bedingungen arbeiten will, insbesondere ohne daß man einen Sauerstoffüberschuß einsetzen muß, wie dies insbesondere in der neueren US-A-4699631 Patentschrift gelehrt wird, eine Entstaubungsstufe vorzusehen, bevor die während der Oxidationsstufe gebildeten Gase Verwendung finden.
Im übrigen ist es ebenfalls bekannt, daß die Oxidationsreaktionen durchgeführt werden, indem man das Konzept der Flammeneinschnürung verwendet, dessen Prinzip wohl bekannt und beispielsweise im Buch von G. de Soete et A. Feugier "Aspects physiques et chimiques de la combustion" Veröffentlichung TECHNIP, Seiten 87 bis 93 beschrieben ist, wo man den Wandeffekt verwendet, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu vermindern und die Fortpflanzung der Flamme zu vermeiden.
Bei dem das Konzept der Flammeneinschnürung benutzenden Verfahren erfordern das Vorhandensein von Sauerstoff, der rein oder verdünnt durch Inertgase sein kann sowie die erhöhte Temperatur, die einen erhöhten thermischen Fluß mit sich bringt, Geräte zur Unterbindung der Flamme, die es der Reaktion ermöglichen, sich ohne Explosion fortzusetzen, obwohl man meist im Inneren der explosiven Grenzen (insbesondere für den Fall der partiellen Oxidation des Methans) sich befindet.
Mehrere Patentschriften oder Patentanmeldungen, die kürzlich ausgegeben wurden, basieren im übrigen auf diesem Prinzip. Man kann insbesondere die im Namen der Anmelderin EP-B-221813, EP- B-231706 und FR 2628727 und die US-Patentschrift US-A-3467504 nennen.
Die Erfindung befindet sich im Rahmen dieses Konzepts der Flammeneinschnürung und betrifft insbesondere eine beachtliche Verbesserung der Reaktortechnologie.
Bei der auf diesem Prinzip der Flammeneinschnürung basierenden Technologie, die darin besteht, eine Oxidationsreaktion ohne Flamme in Gang zu setzen, kann man annehmen, daß der Reaktor in wenigstens zwei sehr unterschiedliche Teile unterteilt wird, die je eine wohl definierte Funktion haben.
In wenigstens einem ersten Teil, Mischzone genannt und der wenigstens ein Mischorgan oder Mischmittel umfaßt, versucht man, das bestmögliche Gemisch zwischen den Reaktionsgasen zu realisieren (d.h. zwischen wenigstens einem oxidierenden Gas und der oxidierbaren Charge), beispielsweise zwischen Luft, Methan und Wasserdampf.
Was diesen Teil angeht, wo man das Gemisch der Gase vornimmt, verwendet man vorzugsweise jeglichen dem Fachmann bekannten Mischertyp, der insbesondere den folgenden Kriterien genügt:
- Sicherstellen des bestmöglichen Gemisches der Gase, die zur Reaktion bestimmt sind, um so am Eingang der Reaktionszone ein sehr homogenes Gemisch oxidierbarer Charge und oxidierenden Gases zu erhalten.
- Vermeiden eines signifikativen In-Gang-Setzens der Oxidationsreaktion inmitten dieser Mischzone.
Beispielsweise, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, kann man die oben genannten in den Patentschriften der Anmelderin beschriebenen Mischsysteme verwenden.
In wenigstens einem zweiten Teil des Reaktors, Reaktionszone genannt, der wenigstens ein Organ oder ein Reaktionsmittel umfaßt, läßt man die Reaktion sich entwickeln. Diese Zone kann insgesamt oder zum Teil mit Katalysator ausgekleidet sein. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Konzeption dieses zweiten Teils des Reaktors.
In den früheren Patentdokumenten und insbesondere denen auf den Namen der Anmelderin, ist dieser zweite Teil des Reaktors derart ausgelegt, daß die Reaktion sich in einer Reaktionszone entwickeln kann, die im wesentlichen in der Mitte des Reaktors sich befindet und entweder direkt gemäß einer an sich dem Fachmann bekannten Technik, wenn man bei hoher Temperatur und unter relativ hohem Druck arbeitet von einer feuerfesten Schicht aus Beton oder von feuerfesten isolierenden Steinen umgeben ist, welche die Verbindung zwischen dem Reaktionsorgan dieser mittigen Zone und der üblicherweise metallischen Außenhülle des Reaktors herstellen oder einer Muffe aus hartem keramischen Material, beispielsweise Mullit das selbst von einer feuerfesten Betonschicht umschlossen ist. In den beiden Fällen sind die mechanischen Charakteristiken und insbesondere die des Betons meist unzureichend, um sehr lange Funktionsperioden zu ermöglichen. Man hat in der Tat während Funktionsversuchen langer Dauer die Bildung von Mikrorissen festgestellt, was den Stillstand des Reaktors erfordert. Im übrigen ist es für den Fall, wo der Reaktor eine Hülse aus hartem Keramikmaterial zwischen der eigentlichen Reaktionszone und der Betonschicht umfaßt, wenn die Bildung von Mikrorissen in der Betonschicht üblicherweise verzögert wird, indem man dabei unter brauchbaren Bedingungen im Verhältnis der Reaktionsteilnehmer bleibt, relativ schwierig den Anlauf der Reaktion in der Mischzone zu vermeiden. Diese Schwierigkeit ist wenigstens zum Teil verknüpft mit der thermischen erheblichen Leitfähigkeit der Hülse aus harter Keramik, die relativ dick bezogen auf die Dicke der Wandungen der Kanäle des Monolithen ist, was zur Folge hat, daß eine Erhöhung der Temperatur der Mischzone hervorgerufen wird und damit die Schwierigkeit den Anlauf der Reaktion zu vermeiden.
Die Hauptprobleme, die man bei der Durchführung der Oxidationsreaktionen trifft, insbesondere bei der, bei der Methan, Luft und Wasserdampf eingesetzt werden, sind dem Fachmann wohl bekannt. Im Fall dieser Oxidation des Methans ist es möglich, die Zusammensetzung der Gase und die zum Gleichgewicht erreichte Endtemperatur ausgehend von dem Augenblick zu berechnen, wo man die Zusammensetzung, die Anfangstemperatur der Reaktionsteilnehmer und den Druck kennt, bei dem man das Gleichgewicht unter adiabatischen Bedingungen einpendeln läßt.
Auch ist es wohl bekannt, daß der Übergang von der Anfangstemperatur, bei der es sich um die Temperatur nach dem Mischen und vor der Reaktion handelt, auf die Endtemperatur wie sie vorstehend berechnet wurde, sich nicht graduell vollzieht, daß vielmehr die Temperatur in der Reaktionszone durch ein Maximum geht, das erheblich oberhalb der Endtemperatur liegt. Man kann sich beispielsweise auf die Teilung von Prettre et al beziehen, veröffentlich in Transaction of the Faraday Society, 1946, Band 42, Seiten 335 bis 340.
Tatsächlich stehen mehrere Reaktionen beim allgemeinen Fortschritt der Oxidation in Wettbewerb. Sobald eine Fraktion des Methans in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgeformt ist, finden insbesondere sehr exotherme und sehr schnelle Oxidationen des Wasserstoffs zu Wasser und des Kohlenmonoxids in Kohlendioxid statt, die zunächst jeglichen vorhandenen Sauerstoff verbrauchen. Da die Enthalpin dieser beiden Reaktionen sehr viel höher als die der schonenden Oxidation des Methans zu Kohlenmonoxid (CO) und des Wasserstoffs (H&sub2;) sind, existiert also ein Enthalpieüberschuß, der zu einer sehr erheblichen Temperaturerhöhung führt, was dann durch das Auftreten langsamerer endothermer Reaktionen wie beispielsweise die Reaktion des Methans und des Wassers, um zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu führen, vermindert.
Diese letztgenannten Reaktionen werden üblicherweise Gleichgewichtsrückkehrreaktionen genannt. Es ist zu beachten, daß sehr häufig diese Gleichgewichtsrückkehrreaktionen durch das Vorhandensein eines adäquaten Katalysators begünstigt werden.
Bei den Reaktoren länglicher Gestalt, die man verwendet, wenn die Oxidation gemäß dem Prinzip der Flammeneinschnürung verwendet wird, kann man üblicherweise die Strömung des gasförmigen Gemisches einer Strömung vom "Kolben" Typ assimilieren, was bedeutet, daß das Temperaturprofil in Strömungsrichtung vom Eintritt (E) in die Reaktionszone bis zum Austritt (F) aus dieser Zone so wie in Figur 1 schematisiert ist, auf der man feststellt, daß die Temperatur durch ein Maximum (M), daß sehr hoch liegt, geht und benachbart dem Eintritt in die Reaktionszone (Kurve 1) sich befindet.
Ein solches Temperaturprofil, das durch die Thermodynamik und die Reaktionskinetik vorgegeben ist, Kinetiken, die sich in der Oxidationszone abspielen, bedeutet eine besondere Konzeption des Reaktors, derart, daß maximal die Nachteile, die unvermeidlicherweise mit ihm verknüpft sind, vermieden werden.
So müssen die bei der Konzeption des Reaktors verwendeten Materialien in der Lage sein, einen linearen erheblichen Temperaturgradienten selbst ohne partielle Zerstörung zu akzeptieren. Sie müssen im übrigen selbständig gegen realtiv erheblich Drücke sein, die beispielsweise 25 MPa erreichen können.
Unabhängig von der Konzeption des Reaktors werden die thermischen Verluste umso größer, je höher die Maximaltemperatur in der Reaktionszone liegen wird. Um diese Verluste zu kompensieren und um die gewünschte Umwandlung zu erhalten kann man beispielsweise den Gehalt an Sauerstoff erhöhen, diese Modifikation des Sauerstoffgehalts jedoch erhöht auch die Maximaltemperatur und macht also die Regelung und das nicht-Anlaufen der Reaktion in der Mischzone schwierig, da die partiellen Drücke der Reaktionsteilnehmer umso höher liegt, je höher die Temperatur dieser Mischzone ebenfalls liegt. Dies kann bedeuten, daß man die Gase vor dem Mischen weniger vorwärmt, was aber vom wirtschaftlichen her nicht wünschenswert ist.
Im übrigen wird in der eigentlichen Reaktionszone des Reaktors, je höher die Temperatur liegt, umso mehr die Gefahr der Koksbildung steigen und es wäre somit wünschenswert, bei der niedrigst möglichen Temperatur zu arbeiten, derart, daß maximal die Crackraktionen des Methans vermieden werden, die sich umso einfacher einstellen, je höher die Temperatur liegt und die die Bildung von Koks mit sich bringen.
Eines der Ziele der Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile zu beheben. Die Ziele, die man zu erreichen vorschlägt und die den im Stand der Technik aufgeworfenen Problemen entsprechen, sind im wesentlichen die folgenden:
- Die Vorrichtung "Unterbrechung der Flammeneinschnürung" so halten, daß die Explosion vermieden wird und es trotzdem möglich wird, bei Temperaturen zu arbeiten, die mehr als 1000ºC beispielsweise 1200ºC oder 1400ºC erreichen können, mit der Sorge den Reaktor und die Mischvorrichtung vor übermäßiger Wärme zu schützen, welche während der partiellen Oxidation freigsetzt wird;
- Erhalten einer mechanisch festen Anordnung, die in der Lage ist, sich an erhebliche einem solchen Verfahren inherente Temperaturgradienten anzupassen und die in der Lage ist, kontinuierlich während mehreren Zehnstunden zu arbeiten;
- Begrenzen der thermischen Verluste auf das Maximum, derart, daß man ein Verhältnis zwischen den Raktionsteilnehmern derart aufrechterhalten kann, daß die Maximaltemperatur in der Reaktionszone nicht zu hoch wird;
- Begrenzen der Erwärmung der Mischzone durch Leitung der in der Reaktionszone freigesetzten Wärme.
Die Erfindung schlägt einen Reaktor vor, der die meisten Nachteile des Standes der Technik behebt. In seiner weitesten Konzeption betrifft die Erfindung einen Oxidationsreaktor länglicher Gestalt, vorzugsweise von im wesentlichen vertikaler Achse, der in Kombination umfaßt:
- Wenigstens ein Mischorgan mit Mitteln zum Speisen mit oxidierendem Gas und Mitteln zum Speisen mit oxidierbarer Charge,
- wenigstens ein Reaktionsorgan, das sich an dieses Mischorgan anschließt und unter einem Abstand hierzu angeordnet ist, der höchstens gleich dem Abstand der Flammeneinschnürung ist und
- wenigstens ein Organ zum Abzug der Reaktionsprodukte, das mit diesem Reaktionsorgan verbunden ist,
wobei das Reaktionsorgan eine mittige Zone umfaßt, die auf wenigstens einem Teil dieses Querschnitts wenigstens eine erste Auskleidung umfaßt, die so ausgelegt ist, daß sie eine Vielzahl von Räumen bildet welche Durchlässe aufweisen, die wenigstens längs einer Richtung eine Abmessung haben, die höchstens gleich dem Abstand oder der Entfernung der Flammeneinschnürung, die aus der Oxidation dieser Charge stammen kann, ist, wobei der Oxidationsreaktor dadurch gekennzeichnet ist, daß er wenigstens eine Umfangszone einschließt, die auf wenigstens einem Teil ihres Querschnittes wenigstens eine zweite Auskleidung umfaßt, die aus keramischen Fasern besteht, die eine Hülse bilden, die diese erste Auskleidung umschließt, wobei diese Hülse eine Porosität hat, die wenigstens 50% ihres Volumens darstellt und so ausgelegt ist, daß sie eine Vielzahl von Räumen definiert, welche Durchlässe haben, die längs wenigstens einer Richtung eine Abmessung haben, die 2 bis 1000 fach kleiner als die Abmessung der Durchlässe der mittigen Zone derart ist, daß der Druckverlust dieser zweiten Auskleidung größer als der dieser ersten Auskleidung ist.
In dem vorbeschriebenen Reaktor ist für einen gegebenen Durchsatz an oxidierbarer Charge und oxidierendem Gas der differentiale Druckverlust zwischen der Umfangs Zone und der mittigen Zone (ΔP&sub2;-ΔP&sub1;) üblicherweise wenigstens gleich 10 Pascal und kann sogar 0,5 MPa (Megapascal) erreichen oder sogar überschreiten. Dieses Differential ist vorzugsweise gleich 100 Pascal bis 0,4 MPa. Die Hülse kann ein Element aus einem einzigen Block sein, d.h. beispielsweise ein Element, das sich über die gesamte Länge der Reaktionszone oder sogar über die gesamte Länge der Mischzone und der Reaktionszone erstreckt. Sie kann auch in wenigstens zwei Abschnitte gleicher oder ungleicher Länge unterteilt sein, die miteinander derart verbunden sind, daß der maximale Abstand untereinander höchstens gleich dem 0,5-fachen des Flammeneinschnürungsabstandes ist.
Die Abmessung der Durchlässe in der mittigen Zone des Reaktionsorgans beträgt üblicherweise höchstens gleich 10&supmin;² Meter (m), vorzugsweise etwa 5x10&supmin;&sup5; bis etwa 10&supmin;³ Meter und vorzugsweise etwa 10&supmin;&sup4; bis etwa 2x10&supmin;³ Meter. Die Abmessung der Durchlässe in dieser zweiten Auskleidung des Reaktionsorgans ist vorzugsweise 5 bis 100 fach kleiner als die derjenigen dieser ersten Auskleidung des Reaktionsorgans.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform kann die Auskleidung der mittigen Zone auf wenigstens einem Teil des Querschnitts dieser Zone wenigstens einen Monolithen umfassen, der eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Kanäle von Achsen umfaßt, die im wesentlichen zueinander parallel und im wesentlichen parallel zur Achse des Reaktors sind und die gemäß wenigstens einer Richtung eine Abmessung haben, die höchstens gleich dem Flammeneinschnürungsabstand sind, der aus der Oxidation resultieren kann. Diese Kanäle haben einen Querschnitt beliebiger Form, beispielsweise polygonaler, kreisförmiger oder elliptischer Form, vorzugsweise jedoch polygonaler und beispielsweise quadratischer rechtwinkeliger oder hexagonaler Gestalt.
Die Oberfläche des Querschnitts der Kanäle liegt üblicherweise bei etwa 25x10&supmin;¹&sup0; Quadratmeter (m²) bis etwa 10&supmin;&sup4; m² und vorzugsweise etwa 10&supmin;&sup8; m² bis etwa 25x10&supmin;&sup6; m². Sämtliche Kanäle können identisch oder unterschiedlich sein, sowohl hinsichtlich ihrer Form wie hinsichtlich der Oberfläche ihres Querschnitts. Vorzugsweise sind sie identisch.
Die Auskleidung der mittigen Zone kann gemäß einer anderen Ausführungsform partikelförmige Elemente, beispielsweise in Form von Kugeln oder Stäbchen umfassen. Vorzugsweise verwendet man Kugeln, die, in Kontakt gebracht, einen maximalen Raum einer Länge bieten, der höchstens gleich ihrem Radius ist, was es ermöglicht, die Abmessung dieser Kugeln als Funktion der gewünschten Entfernung der Flammeneinschnürung zu wählen.
Auch ist es möglich, in der mittigen Zone eine Auskleidung zu verwenden, die wenigstens einen Monolithen umfaßt, der eine Vielzahl von Kanälen aufweist wie vorstehend beschrieben, wobei diese Kanäle in wenigstens einem Teil ihres Volumens partikelförmige Elemente umfassen.
Nach einer besonderen Ausführungsform kann die mittige Reaktionszone in wenigstens einem Teil ihres Volumens wenigstens einen Katalysator umfassen, beispielsweise einen Katalysator, der durch die Wandungen der Kanäle des Monolithen oder auch durch die partikelförmigen Elemente getragen wird. Der Katalysator ist gewöhnlich einer derjenigen, die dem Fachmann bekannt sind, wobei beispielsweise die endothermen Gleichgewichtsrückführreaktionen favorisiert werden. Als nicht als begrenzend anzusehende Beispiele für Katalysatoren seien solche genannt, die einen Träger, beispielsweise Aluminiumoxid und Siliciumoxid umfassen, auf dem man beispielsweise Kupferchlorid und Kaliumchlorid, Vanadiumoxid, zugeordnet zu Kalium-, Zer-, oder Lanthansulfat, oder eine Verbindung des Zers oder des Lanthans, des Chroms, ein Metall der Gruppe VIII des Periodensystems beispielsweise Nickel und Eisen oder eine Verbindung von Chrom oder eines Metalls der Gruppe VIII, wie beispielsweise eine Verbindung des Nickels oder Eisens, des Vismuth-Phosphormolybdat oder des Kobaltmolybdats, abgeschieden. Der Katalysator kann ebenfalls metallische Oxide wie Oxide des Silbers und/oder des Kupfers und poröses und mit Silber abgedecktes Siliciumcarbid, umfassen. Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann man mehrere Katalysatoren unterschiedlicher Zusammensetzung aufbringen, wobei jeder hiervon in der Reaktionszone an dem Ort angeordnet wird, wo die Zusammensetzung am besten geeignet ist, um beispielsweise den oder die gewünschten endothermen Reaktionen zu begünsten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann das verwendete Material zur Realisierung der Auskleidung der mittigen Zone gewählt sein aus dem keramischen Materialien. Unter dem Ausdruck "keramisches Material" bezeichnet man in der vorliegenden Beschreibung die Gesamtheit der Materialien, die weder organischer Art noch metallischer Art sind (der Ausdruck metallisch bezeichnet die Materialen, die ausgehend von den Elementen des Periodensystems gebildet sind, die definiert sind als Metalle im Oxidationszustand null). Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform wird die Auskleidung durch wenigstens einen Monolithen aus herter Keramik gebildet, der eine Vielzahl von Kanälen umfaßt und beispielweise durch Extrudieren erhalten wurde. Als Beispiel von Keramik, das für die Realisation der Auskleidung der mittigen Zone verwendet werden kann, sind zu nennen: Siliciumcarbid, Alumniumoxid, Mullit- Zirconoxid, Zirconoxid-Mullit, Aluminiumtitanat, Bornitrid, Siliciumnitrid, Cordierit, die Oxide der Erdalkalimetalle, die Oxide der Übergangsmetalle und jedes Gemisch dieser Materialien. Vorzugsweise verwendet man Mullit, Aluminiumoxid, Zirconoxid oder Zirconoxid-Mullit.
Es ist besonders vorteilhaft, die Auskleidung der mittigen Zone derart auszulegen, daß die Kanäle gebildet werden durch die Überlagerung und gegebenenfalls nebeneinander Anordnung einer Vielzahl von Monolithen geringer Dicke, wobei die Entfernung der Flammeinschnürung ist und vorzugsweise ist diese Entfernung 2 bis 5 mal geringer als die Entfernung der Kanäle in einer im wesentlichen zu ihren Aschen senkrechten Ebene. Wenn der Querschnitt jedes Monolithen gleich dem Querschnitt der mittigen Reaktionszone ist, erhält man eine Stapelung von Einzelstücken geringer Dicke. Wenn der Quershchnitt jedes Monolithen kleiner als der Querschnitt der mittigen Zone ist, so ordnet man diese Einheitsstücke derart an, daß eine Schicht mit einem Querschnitt gleich dem der mittigen Zone gebildet wird und man geht von einer Schichtreihe derart aus, daß die Kanäle in dieser mittigen Zone gebildet werden. Die Dicke dieser Einheitsstücke kann beispielsweise in der Größenordnung von etwa 5x10&supmin;³ m bis 0,5 m und meist etwa 10&supmin;² m bis etwa 5x10&supmin;² m ; sein. Diese Stücke sind beispielsweise Stücke quadratischen Querschnitts von etwa 1x10&supmin;² m bis etwa 0,5 m Seitenlänge und meist etwa 3x10&supmin;² m bis etwa 0,2 m.
Diese besondere Konzeption der Auskleidung der mittigen Zone durch Stapelung von Stücken geringerer Dicke bringt es mit sich, daß die Leitung in Richtung der Achse des Reaktors weniger groß als für den Fall eines Einheitsstücks ist, das die gesamte Abmessung der mittigen Zone hat; so wird die während der Oxidationsreaktion freigesetzte Wärme weniger gegen die Mischzone rückübertragen, was eine leichtere Kontrolle ihrer Temperatur und somit des Nicht-Anlaufens der Oxidationsreaktion in dieser Mischzone ermöglicht. Im übrigen erfährt gemäß dieser Konzeption jedes Einheitsstücks unter Berücksichtigung seiner geringen Dicke nur einen relativ geringen Temperaturgradienten; es gibt also weniger Bruchgefahr. Ein anderer Vorteil dieser Konzeption ist die Möglichkeit, auf den Wandungen gewisser dieser Stücke einen Katalysator abzuscheiden, beispielsweise einen Dampfreformierungskatalysator, dessen Zusammensetzung von einem Stück zum anderen unterschiedlich sein kann; man kann so sehr einfach die Zusammensetzung des Katalysators als Funktion des Orts des Stücks in der Reaktionszone anpassen, d.h. als Funktion des Fortschritts der Reaktionen. Der Katalysator kann auf den Wandunqen der Einheitsstücke durch Imprägnieren oder durch irgendein anderes dem Fachmann bekanntes Verfahren abgeschieden werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird diese zweite Auskleidung, die eine diese erste Auskleidung umschließende Hülse bildet, aus keramischen Fasern gebildet. Diese Hülse kann durch Kompaktieren keramischer Fasern in situ erhalten werden, d.h. eben mitten in dem Reaktor, beispielsweise durch Aufbringen eines Drucks oder im Gegensatz durch Anlegen von Vakuum; ein Überdruck oder ein Unterdruck von etwa 0,1 MPa ist allgemein ausreichend, um eine Hülse mit einer ausreichenden Festigkeit zu erhalten; diese Hülse kann auch ex situ in einer Form gemäß dem gleichen Verfahren, das in dem Reaktor stattfinden kann, erhalten werden. Vorzugsweise wird diese Hülse derart realisiert, daß das Verhältnis ihrer scheinbaren Dichte zur Dichte des gewählten Materials zu ihrer Herstellung bei etwa 0,025 : 1 bis etwa 0,05 : 1 beträgt. Gemäß dieser Ausführungsform werden die in der Hülse existierenden Durchlässe, die durch Zwischenfaserräume gebildet werden, zufällig orientiert, was eine zusätzliche Umlenkung darstellt und so den Druckverlust erhöht. Diese Durchlässe haben üblicherweise Orientierungscharakteristiken im Raum bezüglich einander und sind von einer Abmessung gemäß wenigstens einer Richtung, derart, daß die Oxidationsreaktion sehr stark gebremst wird oder sich sogar gar nicht einstellt. Diese Räume haben jedoch eine ausreichende Abmessung, damit die Gase in das Innere der durch die kompaktierten Fasern gebildeten Verwirrung eintreten und so ein Gleichgewicht der Drücke ermöglichen, was die Verwendung des Reaktors unter erhöhten Drücken möglich macht, die gewöhnlich etwa 1,5 MPa bis etwa 25 MPa, vorzugsweise etwa 2 MPa bis etwa 20 MPa und meist etwa 2 MPa bis etwa 10 MPa betragen. Das durch die Räume zwischen den Fasern in der aus kompaktierten Fasern realisierten Hülse eingenommene Volumen, das man Porosität nennen kann, kann vorzugsweise bis zu 90% oder sogar 95% des Volumens der Hülse darstellen. Diese Porosität wird vorzugsweise durch Poren oder Räume gebildet, die längs wenigstens einer Richtung eine mittlere Abmessung haben, die gewöhnlich geringer als etwa 10&supmin;&sup4; m und meist geringer als etwa 5x10&supmin;&sup5; m ist, wobei diese Abmessung meist etwa 5x10&supmin;&sup8; m bis etwa 5x10&supmin;&sup5; m beträgt.
Die Länge der verschiedenen Organe, die den Reaktor zusammen bilden, beträgt üblicherweise 10&supmin;² bis 20 m. Die Länge der Reaktionszone stellt im allgemeinen 50% bis 90% der Gesamtlänge des Reaktors dar und die Mischzone, beispielsweise 5% bis 45% dieser Länge, wobei der Rest die Länge darstellt, die von der Zone zum Abziehen der Produkte eingenommen wird. Im Falle eines im wesentlichen zylindrischen Reaktors ist der Durchmesser der Reaktionszone sowie der der Mischzone üblicherweise 5x10&supmin;² m bis 3 m; was die Abmessung der Hülse angeht, so ist ihre Dicke üblicherweise gleich dem Durchmesser der Reaktionszone im Falle des Reaktors mit einer Reaktionszone von 5x10&supmin;² bis 2x10&supmin;¹ m und auch etwa die Hälfte dieses Durchmessers für den Fall des Reaktors, dessen Reaktionszone einen Durchmesser von 2,1x10&supmin;¹ bis 3 m hat.
Die keramischen Fasern, die man zur Herstellung der Hülse verwendet, werden durch übliche Techniken aus keramischen Materialien und beispielsweise aus den vorstehend genannten erhalten. Die bevorzugten Materialien sind die gleichen wie sie vorstehend für die Auskleidung der mittigen Zone verwendet wurden und man kann beispielsweise das gleiche Material verwenden, um die Kanäle der mittigen Zone und die Hülse der Umfangszone zu realisieren oder man kann unterschiedliche Materialien verwenden.
Die verwendete Faser ist ein Isolierprodukt. Die thermischen Verluste sind praktisch null; und es wird somit möglich, mit dem gewünschten Verhältnis oxidierendes Gas/zu oxidierende Charge zu arbeiten, den Temperaturgrenzwert im Reaktor zu begrenzen und damit die Bildung von Koks zu begrenzen und eine optimale Regelung der Reaktion zu ermöglichen und leicht deren Anlauf in der Mischzone zu vermeiden, was bedeutet, daß dann, wenn man einen Pulvermischer beispielsweise verwendet, man das hinsichtlich der Granulometrie am besten angepaßte Pulver verwenden kann und damit den Druckverlust des Mischers begrenzen kann.
Die Erwärmung durch Leitung der Mischzone bzw. Konduktion wird selbst auch begrenzt auf die Leitung und Konduktion der einzelnen Stücke aus harten extrudierten Keramiken, wobei die Leitung hervorgerufen durch die Faserhülse vernachlässigbar ist. Darüberhinaus haben die Extrudate sehr dünne Wandungen und sind einzeln wenig dick, was auch hier die Leitung begrenzt.
Eine der großen Schwierigkeiten dieser Art von Reaktor besteht darin, die freien nicht gewünschten Räume zu begrenzen, um, wie oben erwähnt, jede Gefahr zu vermeiden, daß die Reaktion in einer Zone des Reaktors nicht kontrolliert wird. Der Vorteil eine faserige Hülse zu verwenden liegt in der Schrumpfung, die die Faser bei hoher Temperatur erleidet. Diese Schrumpfung kann tatsächlich einige Prozent, üblicherweise 2% bis 5% ausmachen und hat die Tendenz, die mittige Auskleidung einzuschnüren. Da die Faser partiell kompressibel ist, hat dies zur Folge, daß jeder freie Raum zwischen der Hülse und den anderen Teilen des Reaktors fortfällt, mit denen diese Hülse in Kontakt steht. Diese Schrumpfung kann durch Erwärmen bei hoher Temperatur der mittigen Zone vor der Verwendung des Reaktors durchgeführt werden, um die oxidationsreaktion auszuführen; sie kann auch während des Anlaufens der Oxidationsreaktion realisiert werden. Da die verwendeten keramischen Fasern eine sehr geringe thermische Leitfähigkeit haben, ist diese Schrumpfung im allgemeinen größer benachbart der mittigen Zone, wo die Temperatur sehr hoch liegt, als am Umfang der Hülse, was unter Berücksichtigung der mechanischen Charakteristiken dieser Faserhülse und der stärkeren Schrumpfung benachbart der Reaktionszone es ermöglicht, jeden nicht gewünschten freien Raum zwischen der Hülse und der Verkleidung der mittigen Zone einerseits und mit der Wandung andererseits zu vermeiden, die in Kontakt mit der Außenwandung dieser Hülse steht.
Ein anderer wichtiger Vorteil besteht in den thermomechanischen Eigenschaften der Anordnung der verwendeten keramischen Bauteile:
- Was die Feuerfestigkeit der Anordnung betrifft, so ist die Maximaltemperatur mitten im Reaktor, die in der Größenordnung von 1400ºC liegen kann, beachtlich kleiner als die maximale Verwendungstemperatur der keramischen Materialen, die man üblicherweise bei diesem Anwendungstyp verwendet.
- Was den unterstützten thermischen Gradienten betrifft, so handelt es sich, da die faserige Hülle oder die wenigen Elemente, die sie zu bilden gestatten durch eine mikroskopische Verwirrung von Einheitsfasern entstanden sind, um eine relativ nachgiebige Struktur, die es ermöglicht, den Gradienten, der auftreten kann, zu beschränken und die Anordnung dazu zu bringen, die Dehnungen und/oder Zusammenziehungen, die hieraus resultieren können, aufzunehmen.
Zur Herstellung der mittigen Zone des Reaktionsorgans verwendet man vorzugsweise keramische Materialien mit geringem Wärmeleitungskoeffizienten und dünnen Wandungen, um maximal diese Leitung zu begrenzen und so vorzugehen, daß das erhaltene Temperaturprofil im Reaktionsorgan derart wird, daß die Temperaturspitze vom Ende des Mischers so weit wie möglich entfernt ist.
Eine Möglichkeit um physisch diese Temperaturspitze vom Ende des Mischers angrenzend an das Reaktionsorgan zu entfernen, besteht darin, die Gase dahingehend zu beauf schlagen, daß sie eine sehr große Lineargeschwindigkeit haben, was es ihnen während der Periode des Einführens der Oxidationsreaktionen und der Zeit des Anstiegs gegen diese Temperaturspitze ermöglicht, sich ausreichend vom Ende des Mischers zu entfernen.
Eine andere thermokinetische Begrenzung der Oxidationsreaktionen erfordert es, über eine ausreichend große Verweilzeit zu verfügen, meist in der Größenordnung von etlichen Sekunden, um es den thermischen oder thermokatalytischen Gleichgewichtsrückführungsreaktionen zu ermöglichen, stattzufinden und es auch dem so erzeugten Gasgemisch zu ermöglichen, die Gleichgewichtszusammensetzung zu erreichen wie sie durch die thermodynamischen Berechnungen vorgegeben ist.
Der Reaktor, wie er vorher beschrieben wurde, ermöglicht es, wenigstens zum Teil, diesen beiden scheinbar sich widersprechenden Begrenzungen zu entsprechen. Nach dieser Ausführungsform jedoch wird, je größer die Geschwindigkeit der Gase wird, um so nötiger wird es, eine erhebliche Länge des Reaktionsorgans zu haben, was zu sehr erheblichen Druckverlusten und im übrigen zur Gefahr führen kann, die Herstellungskosten des Reaktors enorm zu vergrößern.
Nach einer neuen ersten Ausführungsform schlägt man eine Verbesserung der Konzeption des vorbeschriebenen Reaktors und insbesondere der Konzeption des Reaktionsorgans dieses Reaktors vor, was es ermöglicht, den oben genannten beiden Begrenzungen am besten zu entsprechen, ohne zu inakzeptablen oder einfach zu großen Druckverlusten zu führen. Sie ermöglicht es insbesondere, daß man mit relativ großen Gasgeschwindigkeiten am Austritt des Mischers arbeiten kann und damit die Temperaturspitze (Temperaturpeak) des Mischerorgans zu entfernen, ohne daß es notwendig würde, enorm die Länge des Reaktionsorgans zu erhöhen, wobei man gleichzeitig maximal die Druckverluste begrenzt.
So umfaßt das Reaktionsorgan (siehe desweiteren Figur 2) einen ersten Teil auf der Seite des Mischorgans, dessen mittige Zone einen Querschnitt einer Oberfläche hat, die geringer als die Querschnittsoberfläche wenigstens eines zweiten Teils dieser mittigen Zone, anschließend an diesen ersten Teil auf der Seite des Abzugsorgans hat. So hat die mittige Zone (4) dieses Reaktionsorgans eine Form derart, daß in wenigstens einem Teil dieser inittigen Zone, die benachbart dem Mischorgan (3) angeordnet ist, die Gasgeschwindigkeit höher als in wenigstens einem anschließenden Teil dieser mittigen Zone ist, die sich anströmseitig in Gasbewegungsrichtung, üblicherweise benachbart dem Abzugsorgan (5) für die Reaktionsprodukte sich befindet.
Nach einer neuen zweiten Ausführungsform, die es ermöglicht, den maximalen Temperaturpeak des Mischorgans zu entfernen und den Temperaturpeak zu kappen, umfaßt die mittige Zone des Reaktionsorgans s aufeinanderfolgende Teile, wobei s eine ganze positive Zahl größer oder gleich 2 ist, dadurch gekennzeichnet, daß (siehe Figur 8) der erste Teil auf der Seite des Mischorgans eine Auskleidung umfaßt, die so ausgebildet ist, daß sie eine Vielzahl von Räumen definiert, welche Durchlässe darstellen, deren Querschnitt eine Oberfläche S1 hat, wobei diese Durchlässe wenigstens gemäß einer Richtung eine Abmessung haben, die höchstens gleich der Flammeneinschnürungsentfernung ist, die aus der Oxidation dieser Charge resultieren kann, und der letzte Teil auf der Seite des Abzugsorgans umfaßt eine Auskleidung, die so ausgelegt ist, daß sie eine Vielzahl von Räumen definiert, welche Durchlässe bieten, deren Querschnitt eine Fläche Ss größer S1 hat, wobei diese Durchlässe gemäß wenigstens einer Richtung eine Abmessung haben, die höchstens gleich der Flammeneinschnürungsentfernung ist, die aus der Oxidation dieser Charge resultieren kann.
Üblicherweise umfaßt die mittige Zone des Reaktionsorgans s aufeinanderfolgende Teile, die je eine Auskleidung umfassen, die so ausgelegt ist, daß sie eine Vielzahl von Räumen definiert, die Durchlässe bilden, deren Querschnitt eine zunehmende Fläche von einem Teil zum folgenden, ausgehend vom ersten Teil bis zum letzten Teil hat. Vorzugsweise ist die Anzahl s eine ganze positive Zahl von 2 bis 10 und meist von 3 bis 6. Die Oberflächen S1 und Ss sind gewöhnlich so, daß das Verhältnis Ss : S1 etwa 100 : 1 bis etwa 4 : 1 und oft etwa 50 : 1 bis etwa 4 : 1 und meist etwa 25 : 1 bis etwa 10 : 1 beträgt. In einer häufigen Ausführungsform umfaßt die mittige Zone des Reaktionsorgan drei aufeinanderfolgende Teile.
Im häufigsten Fall, wo die mittige Zone drei aufeinanderfolgende Teile umfaßt, umfaßt der erste Teil auf der Seite des Mischorgans über eine Länge L1 eine Auskleidung, die so ausgelegt ist, daß sie Durchlässe definiert, deren Querschnitt eine Fläche S1 hat, der zweite auf diesen ersten Teil folgende Teil umfaßt über eine Länge L2 eine Auskleidung einer Auslegung, derart daß Durchlässe definiert werden, deren Querschnitt eine Fläche S2 hat und der dritte und letzte Teil umfaßt auf der Seite des Abzugsorgans über eine Länge L3 eine Auslegung, das Durchlässe definiert werden, deren Querschnitt eine Fläche S3 hat, wobei diese Flächen S1, S2 und S3 derart sind, daß das Verhältnis S3 : S1 etwa 100 : 1 bis etwa 4 : 1 beträgt und das Verhältnis S2 : S1 etwa ungefähr 50 : 1 bis etwa 1,2 : 1 ist. Oft liegt das Verhältnis S3 : S1 bei etwa 50 : 1 bis etwa 4 : 1 und meist liegt es bei etwa 25 : 1 bis etwa 10 : 1 und das Verhältnis S2 : S1 liegt oft bei etwa 25 : 1 bis etwa 1,5 : 1 und meist liegt es bei etwa 10 : 1 bis etwa 2 : 1.
Es ist üblicherweise wünschenswert, das Reaktionsorgan und insbesondere die erste Auskleidung derart auszulegen, daß die Länge L1 dieser Auskleidung und die Fläche S1 des Querschnitts der Durchlässe dieser Auskleidung derart sind, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum erreicht wird unter einer Entfernung vom Mischorgan, die wenigstens im wesentlichen gleich dem Wert der Länge L1 ist. Am häufigsten sind die Charakteristiken der Länge L1 und L2 und der Fläche S1 und S2 des Durchlassquerschnittes der beiden ersten Auskleidungen derart, daß das Temperaturmaximum unter einer Entfernung des Mischorgans erreicht wird, die im wesentlichen zwischen dem Wert der Länge L1 und dem Wert der Summe der Längen L1 + L2 liegt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung des Reaktors in einem Verfahren zur Oxidation einer oxidierbaren Charge in gasförmiger Phase durch ein oxidierendes Gas oder ein wenigstens ein oxidierendes Gas umfassendes Gasgemisch, bei dem man die oxidierbare Charge und das oxidierende Gas in eine Mischzone einführt, das gasförmige aus der Mischzone stammende Gemisch in eine Reaktionszone strömen läßt, die eine mittige Zone und eine Umfangszone aufweist, man einen Druckverlust ΔP&sub1; in einer mittigen Zone und einen Druckverlust ΔP&sub2; in der Umfangszone herstellt, wobei diese Durckverluste derart sind, daß man im wesentlichen das gesamte aus der Mischzone stammende Gasgemisch in dieser zentralen Zone dieser Reaktionszone reagieren läßt und daß das Differential des Druckverlustes ΔP&sub2;-ΔP&sub1; positiv ist und man die geformten Reaktionsprodukte gewinnt. Vorzugsweise liegt das Druckverlustdifferential in den vorgenannten Bereichen.
Nach einer sekundären Charakteristik kann man das Gasgemisch bei einer Geschwindigkeit V1 in wenigstens einen ersten Teil der zentralen Zone der Reaktionszone gemischseitig strömen lassen und man kann das gasförmige aus diesem ersten Teil stammende Gemisch bei einer Geschwindigkeit Vf strömen lassen, die geringer als die Geschwindigkeit V1 ist, und zwar in wenigstens einem anderen nachfolgenden Teil des ersten Teils, auf der Seite der Abzugszone der Reaktionsprodukte.
Üblicherweise liegt die Geschwindigkeit V1 bei etwa 2 bis 300 m x sec&supmin;¹, oft ist diese Geschwindigkeit bei V1 bei etwa 10 bis etwa 200 m x sec&supmin;¹ und meist liegt sie bei etwa 20 bis etwa 150 in x s&supmin;¹ und die Geschwindigkeit Vf liegt üblicherweise bei etwa 0,05 bis etwa 250 m x sec&supmin;¹; oft ist diese Geschwindigkeit Vf bei etwa 0,1 bis etwa 100 m x sec&supmin;¹ und meist liegt sie bei etwa 1 bis 100 m x sec&supmin;¹.
In einer häufigen Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung liegt das Verhältnis der Geschwindigkeit in V1 : Vf üblicherweise bei etwa 2 : 1 bis etwa 50 : 1 und oft ist dieses Verhältnis etwa 5 : 1 bis etwa 25 : 1 und im häufigsten Fall ist dieses Verhältnis 8 : 1 bis etwa 20 : 1.
Nach den Figuren 6 und 9 kann das Reaktionsorgan des Oxidationsreaktors eine besondere Form und besondere Charakteristiken haben, die es ermöglichen, leicht die gewünschten Geschwindigkeiten des Gasgemisches in den verschiedenen Zonen dieses Reaktionsorgans zu erreichen. Das In-Zirkulation-Versetzen des gasförmigen Gemisches bei einer Geschwindigkeit V1 in wenigstens einem ersten Teil der mittigen Zone der Reaktionszone kann erhalten werden, indem für ein bestimmtes Reaktionsorgan den Durchsatz und/oder den Druck der in das Mischorgan eingeführten Gase regelt oder einstellt, wobei die Geschwindigkeit Vf dann im wesentlichen eine Funktion der jeweiligen Gesamtabmessungen der Querschnitte der verschiedenen Teile des Reaktionsorgans ist.
So bedeutet gemäß der Figur 6 die allgemeine Gestalt der Düse des Reaktionsorgans, daß die Geschwindigkeit der Gase in der engsten Stelle der Düse von der Länge L1 größer als im Teil mit der Länge L3 ist, der sich an den divergenten Teil von der Länge L2 anschließt und diesen divergenten Teil mit dem Abzugsorgan der geformten Produkte verbindet.
Das gleiche gilt für Figur 9 wobei sich zum Gewicht zur Gesamtform der Düse des Rekationsorgans die Tatsache hinzugesellt, daß die individuelle Fläche der Kanäle geringer benachbart dem Mischorgan als benachbart dem Abzugsorgan ist.
Nach der unten beschriebenen in Figur 11 dargestellten Ausführungsform mit einem Venturirohr nimmt man die Einführung der Charge oder des oxidierenden Gases unter einem Druck und mit einem Durchsatz derart vor, daß die Geschwindigkeit des Gasgemisches in Höhe der engsten Stelle des Venturirohrs gleich V1 ist, wobei das Gasgemisch dann am Austritt aus dem divergenten Teil des Venturirohrs eine Geschwindigkeit Vf, die kleiner als die Geschwindigkeit V1 ist, aufweist.
Die oxidierbare Charge ist beispielsweise eine Kohlenwasserstoffcharge, insbesondere eine Charge aus gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen wie Methan und die Abströme aus dem Dampfreformierungsverfahrens, das Orthoxylen, das Naphtalen, das Benzol, das Methanol und das Methan-Toluol-Gemisch sowie das Ethylen-Chlorwasserstoff-Säuregemisch. Man kann als oxidierendes Gas beispielsweise Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft verwenden, ohne daß dies beachtliche Nachteile mit sich zöge und insbesondere ohne übermäßige Bildung von Ruß. Der vorbeschriebene Reaktor ist insbesondere verwendbar für die schonende Oxidation einer Kohlenwasserstoffcharge durch ein Sauerstoff umfassendes Gasgemisch, um ein Gasgemisch zu erzeugen, das für die Synthese von Ammoniak oder die Synthese von Alkoholen verwendbar ist und welches Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfaßt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Oxidationsverfahrens nach der Erfindung werden die reaktiven Gase derart vorgewärmt, daß die Temperatur des gasförmigen Gemisches am Eintritt der Reaktionszone bei etwa 300ºC bis höchstens 800ºC und meist bei etwa 350ºC bis etwa 7150ºC beträgt. Die Molverhältnisse oxidierendes Gas zu oxidierender Charge, die man vorhersieht und beispielsweise das Molverhältnis Sauerstoff/Methan liegen üblicherweise bei 0,5 : 1 bis 0,75 : 1. Die Verweilzeit der Reaktionsgase in der Reaktionszone liegt üblicherweise bei etwa 2 Millisekunden bis etwa 10 Millisekunden und vorzugsweise bei etwa 50 Millisekunden bis etwa 1 Sekunde. Es kann vorteilhaft sein, die Oxidationsreaktion in der Reaktionszone zu zünden, vorzugsweise im Teil der der Mischzone benachbarten Reaktionszone. Diese Zündung kann beispielsweise realisiert werden durch Erwärmen wenigstens eines Teils der Reaktionszone durch irgendein dem Fachmann bekanntes Mittel auf eine Temperatur, die wenigstens bei 600ºC und vorzugsweise bei 700ºC bis 1200ºC liegt. Diese Erwärmung kann vor dem Einführen der oxidierbaren Charge und des oxidierenden Gases und/oder im Augenblick des Anlaufens dieses Einführens durchgeführt werden. Es ist weder notwendig noch wünschenswert diese Erwärmung nach dem Anlaufen der Oxidationsreaktion fortzusetzen, da diese ausreichend exotherm ist, um ohne Zufuhr äußerer Wärme weiterzulaufen. Die Erwärmung kann beispielsweise durch Einführen heißer aus einem Brenner kommender Gase durch Oxidation wenigstens eines Kohlenwasserstoffs (beispielsweise von Hexan und/oder Heptan) durch ein sauerstoffenthaltendes Gas oder durch im wesentlichen reinen Sauerstoff realisiert werden, wobei dieser Kohlenwasserstoff und der Sauerstoff in diesen Teil der Reaktionszone eingeführt werden. Die Zündung kann ebenfalls durch andere dem Fachmann bekannte Mittel vorgenommen werden, beispielsweise mit Hilfe eines Funkens, der beispielsweise mit Hilfe einer Zündkerze von dem Typ erzeugt wird, wie man sie für die Explosionsmotoren verwendet oder durch einen elektrischen Bogen, der beispielsweise zwischen zwei Elektroden erzeugt wird.
Die Erfindung wird besser verständlich durch die Beschreibung etlicher Ausführungsformen, die rein illustrativ, jedoch nicht als begrenzend anzusehen, gegeben werden, die im folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erfolgt, in denen die ähnlichen Organe mit den gleichen Bezugszahlen und -zeichen behaftet werden.
- Figur 1 zeigt das Temperaturprofil (T in C auf der Ordinate) längs der Achse XX' (auf der Abszisse) des Reaktors in der Reaktionszone,
- Figur 2 zeigt einen Reaktor nach der Erfindung gemäß einem Axialschnitt,
- Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch den Reaktor in der Reaktionszone längs der Achse AA', dargestellt in Figur 2,
- Figur 4 zeigt einen Axialschnitt eines Teils des Reaktionsorgans für den Fall, wo die Hülse nicht aus einem einzigen Stück besteht,
- Figur 5 zeigt gemäß einem Axialschnitt einen Reaktor gemäß einer neuen ersten Ausführungsform,
- Figur 6 zeigt gemäß einem Axialschnitt den unteren Teil eines Reaktors gemäß der ersten neuen Ausführungsform,
- Figur 7 zeigt gemäß einem Axialschnitt den unteren Teil eines Reaktors nach einer anderen Verwirklichung der neuen ersten Ausführungsform,
- und die Figuren 8, 9, 10 und 11 zeigen jeweils entsprechend einem Axialschnitt einen Reaktor nach einer ersten, einer zweiten, einer dritten und einer vierten Verwirklichung einer zweiten neuen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 1 steht die Kurve 1 für das Temperaturprofil (T ºC auf der Ordinate), längs der Achse XX' (Länge L auf der Abszisse) eines Reaktors wie er in Figur 2 schematisiert ist, in der zentralen Zone des Reaktionsorgans ausgehend von dem Eintritt E bis zum Austritt F dieses Organs; der Punkt M ist der Punkt entsprechend dem Maximum oder der Temperaturpeak. Dieses Temperaturprofil, dargestellt durch die Kurve 1 in Figur 1, ist das Temperaturprofil für die Oxidationsreaktion des Methans durch Luft, in Anwesenheit von Wasserdampf. Dieses Profil wurde aufgezeichnet mit Hilfe von 20 Thermoelementen, die regelmäßig längs des gesamten Reaktionsorgans unter gleichem Abstand zueinander von L/20 für ein Reaktionsorgan der Länge L angeordnet waren. In dieser Figur 1 stellen die Kurven 2 und 3 jeweils das Temperaturprofil dar, das für die Oxidationsreaktion des Methans durch Luft in Anwesenheit von Wasser erhalten wurde, indem Reaktoren wie die verwendet wurden, die in den Figuren 5 und 9 schematisiert dargestellt sind; die Punkte M' und M'' sind die dem Temperaturmaximum entsprechenden Punkte. Der für die Zeichnung des Temperaturprofils verwendete Reaktor, dargestellt durch die Kurve 2, hatte ein Reaktionsorgan gleicher Länge wie das des Reaktors, der für das Zeichen der Kurve 1 verwendet wurde; die Erfahrung hat dazu geführt, daß man die gleiche Gesamtverweilzeit im Reaktionsorgan beibehielt, d.h., indem man das gleiche Reaktionsvolumen beibehielt. Ausgehend von der Bestimmung des Ortes des Temperaturpeaks M im Falle der Verwendung des in Figur 5 schematisierten Reaktors kann man, unter Berücksichtigung des Durchsatzes der Gase die Zeit bestimmen, die notwendig ist, um diesen Peak zu erreichen. Wenn man einen Reaktor verwendet, wie er in Figur 5 schematisch dargestellt ist und das gleiche Reaktionsvolumen wie der in Figur 2 schematisierte hat und der dazu gedient hat, die Zeit zu bestimmen, die notwendig ist, um den Temperaturpeak zu erreichen, dann ist es also möglich, den Ort dieses Peaks M' in diesem Reaktor, wie in Figur 5 schematisiert, zu berechnen.
Der verwendete Reaktor um das in der Kurve 3 dargestellte Temperaturprofil der Figur 1 zu zeichnen hatte ein Reaktionsorgan wie in Figur 9 schematisiert, das über eine Länge L1 eine erste Auskleidung mit Kanalquerschnittsflächen S1 hatte, dann, ausgehend vom Beginn des divergenten Teils und über eine Länge L2 eine zweite Auskleidung mit Kanalquerschnittsflächen S2 gleich Sm (Querschnittsfläche eines Organs des Reaktionsorgans gemäß Figur 2) und schließlich, über eine Länge L3 eine dritte Auskleidung mit Kanalquerschnittsflächen S3, wobei die Summe der Längen L1 + L2 + L3 im wesentlichen gleich der Länge Lg des Reaktionsorgans war und die Flächen S1, S2 und S3 derart waren, daß S3 größer als S2 ist, die selbst größer als S1 ist. Es ist somit leicht zu verstehen, daß für eine gegebene Reaktion und einen gegebenen Durchsatz das Volumen Vmax, das notwendig ist, um den Temperaturpeak im Falle eines Reaktors wie dem in Figur 2 schematisierten zu erreichen notwendigerweise die Zone vorzusehen, in der der Temperaturpeak für den Fall eines Reaktors erreicht wird wie dem beispielsweise in den Figuren 8 oder 9 schematisierten, von dem die Abmessungen der verschiedenen Auskleidungen und der Durchlassquerschnitte dieser Auskleidungen bekannt sind. Man kann in der Tat sicher sein, daß, wenn das Volumen Vmax unter einer Entfernung Lt vom Austritt des Mischorgans erreicht ist, der Temperaturpeak unter einer Entfernung die höchstens gleich Lt ist, erreicht wird, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die erste Auskleidung der Reaktionszone Einheitskanäle mit einer Querschnittsfläche S1 hat, die kleiner als Sm der Auskleidungskanäle der Reaktionszone des in Figur 2 gezeigten Reaktors ist, der dazu gedient hat, dieses Volumen Vmax zu bestimmen und daß die Oxidationsreaktionskinetiken aufgrund der kleineren Abmessungen der Durchlässe in der ersten Auskleidung verlangsamt werden.
Es wird so möglich, die Abmessungen der verschiedenen Auskleidungen derart zu wählen, daß eine Position des Temperaturpeaks erhalten wird, der ausreichend vom Austritt des Mischorgans entfernt ist, damit dort keine Gefahr einer Erwärmung des Mischorgans durch Leitung der Wärme auftritt, die in der Reaktionszone freigesetzt wurde.
In den Figuren 2 und 3 ist nach einer Ausführungsform ein vertikaler zylindrischer Reaktor R länger Gestalt von der Achse XX' dargestellt, der eine äußere Wand 8 aus Stahl, einen feuerfesten Betonmantel 9 und einen Mantel aus Faserkeramik 10 und im wesentlichen in seiner Mitte ein Mischorgan 3 hat, das ein Speisemittel 1 mit oxidierbarer Charge umfaßt sowie ein Mittel 2 zum Speisen mit oxidierendem Gas, wobei die Mischzone gebildet wird durch eine Stapelung einer Reihe von Monolithen 6 geringer Dicke aus harter Keramik, mit versetzter Masche und gekreuzten Kanälen; dieser Reaktor umfaßt eine Reihe von Monolithen 7 geringer Dicke, die je eine Vielzahl von Kanälen im wesentlichen quadratischen Querschnitts haben, wobei diese Monolithe derart überlagert sind, daß man eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten und im wesentlichen parallen Kanälen 12 bildet und die sich über die gesamte Länger der Reaktionszone erstrecken und das Reaktionsorgan 4 bilden, das sich an das Mischorgan anschließt und welches in das Organ 5 zum Abzug der Reaktionsprodukte über die Leitung 11 mündet.
In Figur 4 ist im Axialschnitt ein Teil des Reaktionsorgans mit einer Hülse 10 dargestellt, die in mehrere Abschnitte unterteilt und so durch mehrere überlagerte Einheitselemente gebildet ist. Eine solche Ausbildung der Hülse kann durch die Abmessung des Reaktors auferlegt oder als Funktion einer größeren Herstellungsleichtigkeit oder Einbringung dieser Hülse in den Reaktor gewählt werden. Im Falle einer Hülse, die aus der Überlagerung mehrerer Einheitselemente gebildet wurde, ist die Entfernung zwischen jedem Element vorzugsweise 2 bis 1000-fach kleiner als die Einschnürdistanzflamme. Es ist vorteilhaft, diese die Hülse bildenden Einheitselemente, wie in Figur 4 dargestellt, auszulegen, derart, daß sie eine Umlenkanordnung bilden, in welche man gegebenenfalls eine Dichtung 14 aus keramischen Filz einsetzen kann.
In Figur 5 ist ein vertikaler zylindrischer Reaktor länglicher Gestalt von der Achse XX' dargestellt, der eine Außenwand 8 aus Stahl, eine feuerfeste Hülse 9 aus Beton und eine Hülse aus Keramikfaser 10 und im wesentlichen in seiner Mitte ein Mischorgan 3 umfaßt, das von einer metallischen dichten Hülse 13 umgeben ist und ein Mittel 1 zum Speisen mit oxidierbarer Charge und ein Mittel 2 zum Speisen mit oxidierendem gas aufweist, wobei diese Mischzone gebildet wird durch die Stapelrung einer Reihe von Monolithen 6 geringer Dicke, aus harter Keramik mit versetzten Maschen und sich kreuzenden Kanälen; dieser Reaktor unfaßt ein Reaktionorgan 4 mit der allgemeinen Gestalt einer Düse, gebildet durch die Überlagerung einer Reihe von Monolithen 7 geringer Dicke, die je eine Vielzahl von Kanälen im wesentlichen quadratischen Querschnitts haben, wobe diese Monlithe derart überlargert sind, daß man eine Vielzahl von Kanälen 12, die nebeneinander angeordnet um in wesentlichen parallel sind, bildet, von denen wenigstens ein Teil im Abzugsorgan 5 für die Reaktionprodukte über die Leitung 11 mündet. Die allgemeine Gestalt der Düse des Reaktionsorgans verleiht diesen Reaktor mit Druckverlustgradienten die Qualität, daß er auch einer mit Gasgeschwindigkeitsgradient ist.
In Figur 6 ist genauer das Reaktonsorgan des in Figur 5 schematisierten Reaktors dargestellt. Dieses Reaktionsorgan hat die Form eines Düsenquerschnitts beliebiger Gestalt, definiert durch eine geschlossene Kurve, wie beispielsweise die eines Kreises, einer Ellipse eine Polygons beispielsweise eines Rechtecks oder eines Quadrats, deren Oberfläche S1 geringer benachbart dem Mischorgan als benachbart dem Abzugsorgan, wo er gleich S2 ist, ist. In der in dieser Figur 6 schematisierten Ausführungsform hat die Düse einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt.
In der in Figur 6 schematisierten Ausführungsform hat die mittige Zone des Reaktionsorgans benachbart dem Mischorgan die Form einer Düse, deren Querschnitt in Höhe ihrer Verbindung mit dem Mischorgan (3) und über eine Länge L1 eine Fläche S1 hat, die kleiner oder gleich etwa der Fläche S des Querschnitts des Mischorgans in Höhe dieses Anschlusses ist, dann, über eine Länge L2 die Querschnittsfläche derart im wesentlichen regelmäßig bis zu einem Wert S2 gleich etwa dem 1,5 bis 500 fachen S1, vorzugsweise dem 2 bis 200 fachen S1 und meist vom 5 bis 100 fachen S1 zu und wird dann im wesentlichen konstant über eine Länge L3 gehalten, wobei die Länge L der Längen L1, L2 und L3 vorzugsweise im wesentlichen gleich der Länge dieser mittigen Zone dieses Reaktionsorgans ist. Man verläßt den Rahmen der Erfindung für den Fall nicht, wo die Länge L3 gleich Null wäre. Üblicherweise ist die Länge L1 derart, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum bei einer Entfernung vom Mischorgan wenigstens im wesentlichen gleich 0,5 des Wertes dieser Länge ist, vorzugsweise im wesentlichen gleich 0,8 fach dem Wert dieser Länge und meist im wesentlichen zwischen dem 0,8 und 1 fachen des Wertes dieser Länge; und die Länge L2 ist üblicherweise derart, daß der Winkel Alpha (α) der Düse etwa 15 bis etwa 120 Winkelgrad beträgt, wobei dieser Winkel meist etwa 20 bis 90 Winkelgrad und vorzugsweise 30 bis 60 Winkelgrad ist. Die Länge L3 wird vorzugsweise derart gewählt, daß die Gesamtverweilzeit im Reaktionsorgan ausreichend ist, um das Gleichgewicht zu erreichen. Es ist möglich, die Fläche des Querschnitts der Düse über eine Länge L4 konstant und gleich S2 zu halten, dann allmählich diesen Querschnitt zu vermindern oder zu erhöhen, bis er einen Wert 53 derart hat, daß das Verhältnis dieser Flächen 52 : 53 beispielsweise 0,2 : 1 bis etwa 5 : 1 beträgt, wobei diese Veränderung über eine Länge L5 vorgenommen wird; die Summe der Längen L4 + L5 ist üblicherweise gleich der Länge L3 wie vorher definiert. Oft ist es wünschenswert, am Austritt des Reaktionsorgans Gase mit einer relativ erhöhten Geschwindigkeit zu erhalten; in diesem Fall kann man die Querschnittsfläche der Düse benachbart dem Abzugsorgan der Reaktionsprodukte vermindern und man kann in diesem Fall gegebenenfalls wählen, diesen Querschnitt anschließend konstant zu halten, beispielsweise über eine Länge L6, derart, daß die Summe der Längen L4 + L5 + L6 gleich der vordefinierten Länge L3 ist.
Indem man so einen relativ engen Durchlassquerschnitt am Beginn der Reaktionszone, die Querschnittsfläche beispielsweise in etwa äquivalent der des Mischorgans in Höhe seines Anschlusses an das Reaktionsorgan hat, oder dem des Ejektionsorgans (in den Figuren nicht dargestellt) der Gase aus dem Mischer, dann, indem man allmählich den Innenteil erweitert, wie in Figur 2 dargestellt, entfernt man sich vom Ort des Temperaturpeaks im Reaktor und minimiert so die Gefahren einer Erwärmung des Mischorgans und man vermindert so die Verformungsrisiken dieses Organs und die der Beschädigung der es bildenden Materialen. Die Konzeption des Reaktionsorgans nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, daß man Gase, die man in das Mischorgan einführt, mehr erwärmen kann, ohne übermäßige Gefahren hierfür, da der Temperaturpeak dank dieser Konzeption relativ weit vom Ende des Mischorgans entfernt ist, was eine verbesserte Umwandlung ermöglicht, indem man eine ausreichend breite Sicherheitsmarge beibehält. Das Auswerferorgan kann ein beliebiges Organ sein, das unter den dem Fachmann bekannten gewählt wurde. Meist ist dieses Auswerferorgan ein einfaches Gitter und hat eine Querschnittsfläche in etwa äquivalent der des Mischorgans in Höhe seiner Verbindung hiermit.
Ohne daß dies als begrenzend anzusehen ist, ist die Düsenform vorzugsweise derart, daß bei Beginn der Reaktionszone ihr Querschnitt eine Durchlassfläche S1 in etwa äquivalent der Fläche des Ejektionsorgans der Gase aus dem Mischer hat, und dies, um die Turbulenzen auf diesem Niveau maximal zu begrenzen.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform kann das Reaktionsorgan beispielsweise in wenigstens einem Teil seines Volumens und über wenigstens einen Teil der Länge L2 und/oder über wenigstens einen Teil der Länge L3 wenigstens einen Katalysator umfassen wie beispielsweise einen der dem Fachmann wohl bekannten Katalysator, um die endothermen Gleichgewichtsrückreaktionen zu begünstigen.
Nach einer anderen Realisation der neuen ersten in Figur 7 dargestellten Ausführungsform hat die zentrale Zone des Reaktionsorgans wenigstens in ihrem ersten benachbart dem Mischorgan angeordneten Teil die Form eines Venturirohrs mit einem konvergenten Teil und einem divergenten Teil, die durch einen vorzugsweise im wesentlichen geradlinigen Halsteil getrennt sind. Dieses Venturirohr wird gebildet durch die Übereinanderanordnung einer Reihe von Monolithen 7 geringer Dicke, die je eine Vielzahl von Kanälen im wesentlichen quadratischen Querschnitts umfassen, wobei diese Monolithe so angenommen werden können, daß man eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten und im wesentlichen parallelen Kanälen 12 bildet, von denen wenigstens ein Teil in das Abzugsorgan 5 der Reaktionsprodukte über die Leitung 11 mündet. Diese Monolithe haben je einzeln einen Flächenquerschnitt, der allmählich abnimmt von einem Flächenwert, der im wesentlichen gleich dem der Fläche S des Mischorgans in Höhe seines Anschlusses an das Reaktionsorgan bis zu einem Wert S4, der kleiner als S ist, sich vermindert. Die Verminderung der Querschnittsfläche erfolgt über eine Läne L7, derart, daß der Winkel Beta (β) des konvergenten Teils vorzugsweise etwa 30 bis 120 Winkelgrad ausmacht. Die engste Stelle des Venturirohrs hat vorzugsweise eine Querschnittsfläche, die im wesentlichen konstant und gleich S4 über eine Länge L8 derart ist, daß die Summe L7 + L8 im wesentlichen gleich der vordefinierten Länge L1 ist. Man verläßt nicht den Rahmen der Erfindung für den Fall, daß die Länge L7 im wesentlichen gleich der Länge L1 wird, wobei die Länge L8 dann im wesentlichen gleich null ist. Der divergente Teil des Venturirohrs hat üblicherweise an seinem Ende einen Querschnitt, dessen Fläche S5 größer als die dieses Halsteils ist und vorzugsweise wenigstens gleich der des Mischorgans in Höhe seines Anschlusses an das Reaktionsorgan ist. Die Erhöhung der Querschnittsfläche erfolgt über eine Länge L9 derart, daß der Winkel Gamma (γ) des divergenten Teils vorzugsweise etwa 15 bis 120 Winkelgrad beträgt. Die Summe der Längen L1 + L9 kann gleich oder kleiner als die Länge L des Reaktionsorgans sein. Für den Fall, daß die Summe der Längen L1 + L9 kleiner als die Länge L des Reaktionsorgans ist, kann die Querschnittsfläche am Ende des divergenten Teils des Venturirohrs im wesentlichen konstant und gleich S5 über eine Länge L3 derart gehalten werden, daß die Summen der Längen L1 + L9 + L3 gleich der Länge L des Reaktionsorgans wird. Man verläßt nicht den Rahmen der Erfindung, wenn man den Wert S5 der Querschnittsfläche am Ende des Venturirohrs über eine Länge L4 konstant hält und dann, indem man den Querschnitt allmählich abnehmen oder zunehmen läßt, bis dieser einen Wert S6 derart hat, daß das Verhältnis dieser Flächen S5 : S6 beispielsweise etwa 0,2 : 1 bis etwa 5 : 1 beträgt, wobei diese Veränderung über eine Länge L5 vorgenommen wird, wobei die Summe der Längen L4 + L5 üblicherweise gleich der vordefinierten Länge L3 ist. Es ist manchmal wünschenswert, am Austritt aus dem Reaktionsorgan Gase zu erhalten, die eine relativ erhöhte Geschwindigkeit haben und in diesem Fall kann man die Querschnittsfläche des Reaktionsorgans benachbart dem Abzugsorgan der Reaktionsprodukte vermindern, was dazu führt, daß ein zweiter konvergenter Teil realisiert wird, der direkt in das Abzugsorgan der Reaktionsprodukte mündet, oder sich über eine Länge L6 mit einer im wesentlichen konstanten Querschnittsfläche bis zum Abzugsorgan für die Reaktionsprodukte verlängert, wobei diese Länge L6 üblicherweise derart ist, daß die Summe der Längen L4 + L5 + L6 gleich der vordefinierten Lange L3 wird. Es ist auch möglich wie bei der vorhergehenden Ausführungsform wenigstens einen Katalysator beispielsweise in wenigstens einem Teil des Reaktionsvolumens des Reaktionsorgans einzuführen und insbesondere über wenigstens einen Teil der Länge L8 und/oder über wenigstens einen Teil der Länge L9 und/oder L3.
Wie vorher präzisiert, ist es vorteilhaft, sowohl im Falle der Düse wie im Falle des Venturirohrs, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum unter einer Entfernung des Mischorgans erreicht wird, die im wesentlichen wenigstens gleich dem 0,8 fachen des Werts der Länge L1 ist und in noch bevorzugter Weise, daß dieses Maximum bei einer Entfernung erreicht wird, die im wesentlichen zwischen dem 0,8 und 1 fachen des Wertes dieser Länge L1 liegt. Tatsächlich bietet diese Wahl mehrere Vorteile:
- Der Temperaturpeak wird im allgemeinen relativ weit vom Mischer zurückgeschoben, insbesondere, wenn die Querschnittsfläche der Reaktionszone relativ gering ist und damit die Gasgeschwindigkeit relativ groß ist,
- was den Temperaturpeak angeht, so hat man auf diese Weise eine Dicke der zweiten einen Mantel (10) bildenden Auskleidung mit Hilfe eines feuerfesten und thermisch isolierenden relativ dikken Materials realisiert, wodurch die Wärmeverluste auf diesem Niveau minimiert werden,
- da schließlich der Duchlassquerschnitt in Höhe des Temperaturpeaks eingschnürt ist, wird die zu speichernde Wärmemenge vermindert, die Gase nehmen ein Maximum hiervon gegen den nachfolgenden Teil des Reaktors für die Gleichgewichtsrückreaktionen ein.
In Figur 8 ist nach einer ersten Realisierung der zweiten neuen Ausführungsform der Erfindung ein vertikaler zylindrischer Reaktor R längerlicher Gestalt von der Achse XX' dargstellt, der eine äußere Wand 8 aus Stahl, einen Mantel aus feuerfestem Beton 9 und einen Mantel aus feuerfester Faser 10 und im wesentlichen in seiner Mitte ein Mischorgan 3 umfaßt, daß von einer metallischen dichten Hülle 13 umgeben ist und ein Speisemittel mit oxidierbarer Charge und ein Mittel 1 zum Speisen mit oxidierbarer Charge und ein Mittel 2 zum Speisen mit oxidierbarem Gas aufweist, wobei diese Mischzone gebildet wird durch eine Stapelung einer Reihe von Monolithen 6 geringer Dicke, aus harter Keramik, mit versetzten Maschen und gekreuzten Kanälen; dieser Reaktor umfaßt ein Reaktionsorgan 4, desseii mittige Zone über ihre gesamte Länge eine Querschnittsfläche und im wesentlichen konstante Form besitzt und in dem in dieser Figur schematisierten Fall die allgemeine Form eines rechtwinkeligen Parallelepipeds besitzt, das durch die Überlagerung von drei aufeinanderfolgenden Auskleidungen gebildet ist, die je mit Hilfe einer Reihe von Monolithen 7 geringer Dicke gebildet wurden, wobei jedes eine Vielzahl von Kanälen im wesentlichen quadratischen Querschnitts umfaßt, wobei die Monolithe derart überlagert sind, daß man in jeder Auskleidung eine Vielzahl von Kanälen 12 bildet, die nebeneinander angeordnet und im wesentlichen parallel sind, von denen wenigstens ein Teil in das Abzugsorgan der Reaktionsprodukte über die Leitung 11 mündet. Die erste Auskleidung auf der Seite des Mischorgans von der Länge L1 umfaßt eine Vielzahl von Kanälen, die je eine Querschnittsfläche S1 haben. Die zweite Auskleidung, die auf diese erste Auskleidung von der Länge L2 folgt, umfaßt eine Vielzahl von Kanälen, die je eine Querschnittsfläche S2 größer S1 haben. Die dritte und letzte Auskleidung umfaßt auf der Seite des Abzugsorgans, von der Länge L3, eine Vielzahl von Kanälen, die je eine Querschnittsfläche S3 größer S2 umfaßt.
In Figur 9 ist nach einer zweiten Realisierung ein vertikaler zylindrischer Reaktor R länglicher Gestalt von der Achse XX' dargestellt, der ein Reaktionsorgan 4 umfaßt und die allgemeine Gestalt einer Düse besitzt und durch die Überlagerung von drei aufeinanderfolgenden Auskleidungen gebildet ist, die je mit Hilfe einer Reihe von Monolithen 7 geringer Dicke gebildet sind und je eine Vielzahl von Kanälen im wesentlichen quadratischen Querschnitts umfassen, wobei die Monolithe derart überlagert sind, daß man in jeder Auskleidung eine Vielzahl von Kanälen 12 bildet, die nebeneinander angeordnet und im wesentlichen parallel sind, von denen wenigstens ein Teil in das Abzugsorgan 5 der Reaktionsprodukte über die Leitung 11 mündet. Die erste Auskleidung umfaßt auf der Seite des Mischorgans von der Länge - im wesentlich gleich der Länge Lg1 des Halses der Düse - eine Vielzahl von Kanälen, die je eine Querschnittsfläche S1 haben. Die zweite an diese erste Auskleidung anschließende Auskleidung von der Länge L2, die etwas größer als die Länge Lg2 des divergenten Teils der Düse ist, umfaßt eine Vielzahl von Kanälen, die je eine Querschnittsfläche S2 größer S1 haben. Die dritte und letzte Auskleidung umfaßt auf der Seite des Abzugsorgans - von der Länge L3 - eine Vielzahl von Kanälen, die je eine Querschnittsfläche S3 größer 52 haben. Die globale Gestalt der Düse des Reaktionsorgans verleiht diesem Reaktor mit Druckverlustgradienten und progressiver Regelung der Oxidationskinetiken durch progressive Erhöhung der Abmessung der freien Räume im Reaktionsorgan ausgehend vom Eintritt der Charge in die mittige Zone des Organs (4) bis zum Austritt der gebildeten Reaktionsprodukte auf dem Niveau (5) des Abzugs dieser Produkte die Qualität auch von einem Gasgeschwindigkeitsgradienten zu sein.
In Figur 10 ist gemäß einer dritten Ausführungsform ein vertikaler Reaktor, zylindrisch, von länglicher Gestalt mit der Achse XX' dargestellt, der über ein Reaktionsorgan 4 von der allgemeinen Gestalt einer Düse verfügt und durch die Überlagerung von drei aufeinanderfolgenden Auskleidungen gebildet ist. Diese Anordnung unterscheidet sich von der in Figur 3 dargestellten nur durch die Tatsache, daß die erste Auskleidung eine Länge L1 hat, die kleiner als die Länge des Halses der Düse ist. In dieser Ausführungsform ist die Summe der Längen der beiden ersten Auskleidungen im wesentlichen gleich der Länge des Halses der Düse; die dritte Auskleidung erstreckt sich vom Beginn des divergenten Teils der Düse bis in Höhe des Organs (5) zum Abzug der Reaktionsprodukte.
In den in Figuren 9 und 10 schematisierten Ausführungsformen hat die zentrale Zone des Reaktionsorgans benachbart dem Mischorgan die Form einer Düse, deren Querschnitt in Höhe des Anschlusses an das Mischorgan (3) und über eine Länge Lg1 eine Fläche Sg1 hat, die geringer oder gleich etwa der Fläche S des Querschnitts des Mischorgans in Höhe dieses Anschlusses ist, dann nimmt über eine Länge Lg2 die Fläche des Querschnitts der im wesentlichen gleichmäßig bis auf einen Wert Sg2 gleich etwa 1,5 bis 500 mal Sg1, vorzugsweise 2 bis 200 mal Sg1 zu und meist zwischen 5 und 100 mal Sgl und wird dann im wesentlichen konstant über eine Länge Lg3 gehalten, wobei die Summe Lg der Längen Lg1, Lg2 und Lg3 vorzugsweise im wesentlichen gleich der Länge dieser zentralen Zone dieses Reaktionsorgans ist. Mark verläßt nicht den Rahmen der vorliegenden Erfindung für den Fall, daß die Länge Lg3 gleich null wäre. Üblicherweise hat die erste Auskleidung des Reaktionsorgans Charakteristiken von der Länge L1 und der Fläche S1 von Durchgangsquerschnitten derart, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum unter einer Entfernung des Mischorgans erreicht ist, die wenigstens im wesentlichen gleich dem Wert der Länge L1 unabhängig vom Wert der Länge Lg1 ist, vorzugsweise wird dieses Maximum unter einer Entfernung erreicht, die zwischen dem Wert der Länge L1 und dem Wert der Summen L1 + L2 liegt. Die Länge Lg2 ist im übrigen derart, daß der Winkel Alpha (α) der Düse etwa 15 bis etwa 120 Winkelgrad ausmacht; dieser Winkel beträgt meist etwa 20 bis 90 Winkelgrad und vorzugsweise zwischen 30 und etwa 60 Winkelgrad. Die Länge Lg3 wird vorzugsweise derart gewählt, daß die Gesamtverweilzeit im Reaktionsorgan ausreichend ist, um das Gleichgewicht zu erreichen. Es ist möglich, die Querschnittsfläche der Düse über eine Länge Lg4 konstant und gleich Sg2 zu halten, dann allmählich diesen Querschnitt zu vermindern oder zu erhöhen bis er einen Wert Sg3 derart erreicht hat, daß das Verhältnis dieser Flächen Sg2 : Sg3 beispielsweise etwa 0,2 : 1 bis etwa 5 : 1 ausmacht, wobei diese Veränderung über eine Länge Lg5 vorgenommen wird. Die Summe der Längen Lg4 + Lg5 ist üblicherweise gleich der vordefinierten Länge Lg3. Es ist manchmal wünschenswert, am Austritt aus dem Reaktionsorgan Gase mit einer relativ erhöhten Geschwindigkeit zu haben; in diesem Fall kann man die Querschnittsfläche der Düse benachbart dem Abzugsorgan der Reaktionsprodukte vermindern und man in diesem Kall gegebenenfalls wählen, dann diesen Querschnitt beispielsweise über eine Länge Lg6 derart konstant zu halten, daß die Summe der Längen Lg4 + Lg5 + Lg6 gleich der vordefinierten Länge Lg3 wird.
Indem man so ein Reaktionsorgan mit mehreren aufeinanderfolgenden Auskleidungen verwendet, die je Kanäle mit zunehmendem Flächeneinheitsquerschnitt in Zirkulationsrichtung der Charge haben und, indem man einen Gesamtdurchgangsquerschnitt annimmt, der relativ schmal bei Beginn der Reaktionszone ist, einen Gesamtflächenquerschnitt beispielsweise der in etwa äquivalent dem des Mischorgans in Höhe seines Anschlusses an das Reaktionsorgan ist oder dem des Ejektororgans (in den Figuren nicht dargestellt) der Gase außerhalb des Mischers und indem man dann allmählich diesen Innenteil erweitert, wie in den Figuren 9 und 10 dargestellt, entfernt man in sehr großem Maße den Ort des Temperaturpeaks im Reaktor und man minimiert die Risiken der Erwärmung des Mischorgans und man vermindert so die Risiken der Verformung dieses Organs und die der Beschädigung der ihn bildenden Materialien. Die Konzeption des Reaktionsorgans gemäß der Erfindung ermöglicht es, daß man die Gase mehr erwärmen kann, die man in das Mischorgan einführt, und zwar ohne übermäßige Gefahr für dieses, da der Temperaturpeak dank dieser Konzeption in der Spitze begrenzt wird und relativ weit vom Ende des Mischorgans entfernt ist, was eine verbesserte Umwandlung ermöglicht, indem man eine ausreichend breite Sicherheitsmarge aufrechterhält. Das Ausstoß- oder Ejektororgan kann ein beliebiges Organ sein, daß unter den dem Fachmann bekannten gewählt wird. Meist ist dieses Ejektororgan ein einfaches Gitter und es hat einen Flächenquerschnitt, der in etwa äquivalent dem des Mischorgans in Höhe seines Anschlusses hiermit hat.
Ohne daß dies als begrenzend anzusehen ist, wird man die Form der Düse vorzugsweise derart wählen, daß zum Beginn der Reaktionszone ihr Querschnitt eine Durchgangsfläche Sg1 hat, der in etwa gleich der Fläche des Ausstossorgans der Gase aus dem Mischer ist, und dies, um maximal die Turbulenzen auf diesem Niveau zu begrenzen.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform kann der Reaktor beispielsweise in wenigstens einem Teil seines Volumens und über wenigstens eines Teils seiner Länge Lg2 und/oder über wenigstens einen Teil der Länge Lg3 wenigstens einen Katalysator umfassen, beispielsweise einen der dem Fachmann wohl bekannten Katalysatoren, um die endothermen Gleichgewichtsrückreaktionen zu begrenzen.
Nach einer vierten Realisierungsform der zweiten neuen Ausführungsform der Erfindung, dargestellt in Figur 11, hat der mittige Teil des Reaktionsorgans wenigstens in einem ersten benachbart dem Mischorgan angeordneten Teil die vorm eines Venturis mit einem konvergenten und einem divergenten Teil, die durch einen im wesentlichen geradlinigen Hals getrennt sind. Dieses Venturirohr umfaßt drei Auskleidungen, die durch die Überlagerung einer Reihe von Monolithen 7 geringer Dicke geformt sind, die je eine Vielzahl von Kanälen im wesentlichen quadratischen Querschnitts umfassen, wobei diese Monolithe derart überlagert sind, daß man eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Kanälen 12, die im wesentlichen parallel sind, bildet und von denen wenigstens ein Teil in das Abzugsorgan 5 für die Reaktionsprodukte über die Leitung 11 mündet. Diese Monolithe haben je einzeln einen globalen Flächenquerschnitt, der ausgehend von einem Oberflächenwert, der im wesentlichen gleich der Fläche S des Mischorgans in Höhe seines Anschlußorgans an das Reaktionsorgan ist, bis zu einem Wert Sg4 sich vermindert, der kleiner als S ist. Die Verminderung des Gesamtoberflächenquerschnitts wird über eine Länge Lg7 derart vorgenommen, daß der Winkel Beta (β) des konvergenten Teils vorzugsweise etwa 30 bis 120 Winkelgrad ausmacht. Der Hals des Venturirohrs hat vorzugsweise einen Gesamtflächenquerschnitt der im wesentlichen konstant und gleich Sg4 über eine Länge Lg8 derart ist, daß die Summe der Länge Lg7 + Lg8 im wesentlichen gleich der vordefinierten Länge Lg1 ist. Man verläßt nicht den Rahmen der Erfindung für den Fall, wo die Länge Lg7 im wesentlichen gleich der Länge Lg1 wurde, die Länge Lg8 ist dann im wesentlichen gleich null. Der divergente Teil des Venturirohrs hat üblicherweise an seinem Ende einen Gesamtquerschnitt, dessen Fläche Sg5 größer als die dieses Halses und vorzugsweise wenigstens gleich der des Mischorgans in Höhe seines Anschlusses an das Reaktionsorgan ist. Die Erhöhung des Gesamtflächenquerschnitts erfolgt über eine Länge Lg9 derart, daß der Winkel Gamma (γ) des divergenten Teils vorzugsweise etwa 15 bis 120 Winkelgrad ist. Die Summe der Längen Lg1 + Lg9 kann gleich oder kleiner der Länge Lg des Reaktionsorgans sein. Für den Fall, daß die Summen der Längen L1 + Lg9 kleiner als die Länge Lg des Reaktionsorgans ist, kann die Fläche des Gesamtquerschnitts am Ende des divergenten Teils des Venturis im wesentlichen konstant und gleich Sg5 über eine Länge Lg3 derart gehalten werden, daß die Summe der Längen Lg1 + Lg9 + Lg3 gleich der Länge Lg des Reaktionsorgans wird. Man verläßt nicht den Rahmen dieser anderen Ausführungsform, wenn man den Wert Sg5 der Fläche des Gesamtquerschnitts am Ende des Venturis über eine Länge Lg4 konstant hält und dann abnehmen läßt oder allmählich diese Fläche zunehmen läßt, bis sie einen Wert Sg6 derart hat, daß das Verhältnis der Flächen Sg5 : Sg6 beispielsweise etwa 0,2 : 1 bis eta 5 : 1 hat, wobei diese Veränderung über eine Länge Lg5 vorgenommen wird. Die Summe der Längen Lg4 + Lg5 ist üblicherweise gleich der vordefinierten Länge Lg3. Es ist manchmal wünschenswert am Austritt aus dem Reaktionsorgan Gase mit einer relativ erhöhten Geschwindigkeit zu erhalten und in diesem Fall kann man die Fläche des Gesamtquerschnitts des Reaktionsorgans benachbart dem Abzugsorgan der Reaktionsprodukte vermindern, was dazu führt, einen zweiten konvergenten Teil zu realisieren, der direkt im Abzugsorgan für die Reaktionsprodukte mündet, oder sich über eine Länge Lg6 mit einem Flächengesamtquerschnitt verlängert, der im wesentlichen konstant bis zum Abzugsorgan der Reaktionsprodukte ist, wobei diese Länge Lg6 üblicherweise derart ist, daß die Summe der Längen Lg4 + Lg5 + Lg6 gleich der vordefinierten Länge Lg3 wird. Genauso ist es möglich wie bei der vorhergehenden Ausführungsform wenigstens einen Katalysator beispielsweise in wenigstens einen Teil des Reaktionsvolumens der mittigen Zone des Reaktionsorgans und insbesondere über wenigstens einen Teil der Länge Lg8 und/oder über wenigstens einen Teil der Länge Lg9 und/oder Lg3 einzuführen.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung hat das Reaktionsorgan einen Querschnitt beliebiger Gestalt, der durch eine geschlossene Kurve beispielsweise einen Kreis, eine Ellipse oder ein Polygon wie ein Rechteck oder ein Quadrat definiert ist. Für den Fall, wo dieses Organ die Form einer Düse hat, hat diese einen Gesamtquerschnitt, deren Fläche Sg1 geringer benachbart dem Mischorgan als benachbart dem Abzugsorgan ist, wo sie gleich Sg2 ist. In den in den Figuren 9 und 10 schematisierten Ausführungsformen hat die Düse einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt.
Wie oben präzisiert wird der Temperaturpeak üblicherweise in der die zweite Auskleidung umfassenden Zone erreicht, sowohl für den Fall der Düse wie für den Fall des Venturis. Man kann so beispielsweise für den Fall der Düse zwei Ausführungsformen unterscheiden: Die erste, bei der der Teil mit dem geringeren Querschnitt der Düse über seine gesamte Länge eine oder mehrere Auskleidungen mit Charakteristiken von Abmessungen, Flächendurchgangsquerschnitten und Längen derart hat, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum in diesem Teil erreicht wird und die zweite, bei der der Teil mit dem geringsten Querschnitt der Düse über seine gesamte Länge eine oder mehrere Auskleidungen mit Charakteristiken von Abmessungen, Durchgangsquerschnittsflächen und Längen derart hat, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum in einem der aufeinanderfolgenden Teile dieses Teils erreicht wird und somit in diesem Teil nicht erreicht wird.
Im Falle des Venturis umfaßt dieses vorzugsweise über seine gesamte Länge eine oder mehrere Auskleidungen mit Charakteristiken von Abmessungen, Durchlassquerschnitten und Längen derart, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum an einer Stelle erreicht wird, die nach der Mitte des Halses in Zirkulationsrichtung der in Reaktion versetzten Charge und vorzugsweise an einer Stelle angeordnet ist, die unter einer Entfernung von mehr als dem 0,8 fachen der Länge des Halses ausgehend von dessen Beginn in Zirkulationsrichtung der Charge erreicht wird.
So hat auch sowohl im Falle des Venturis wie dem der Düse die mittige Zone (4) dieses Reaktionsorgans eine Form derart, daß in wenigstens einem Teil dieser mittigen Zone, die benachbart dem Mischorgan (3) angeordnet ist, die Geschwindigkeit der höher liegt als in wenigstens einem nachfolgenden Teil dieser mittigen anströmseitig in Bewegungsrichtung der Gase befindlichen Zone des Abzugsorgans (5) der Reaktionsprodukte.
Sowohl im Falle der Düse wie in dem des Venturirohrs kann es vorteilhaft sein gemäß den Charakteristiken von Längen und Flächendurchlassquerschnitten der beiden ersten Auskleidungen wie für die betrachtete Oxidationsreaktion, daß das Temperaturmaximum unter einer Entfernung vom Mischorgan erreicht wird, die im wesentlichen höchstens gleich dem 0,8 fachen Wert der Länge Lg1 ist. Tatsächlich bietet diese Wahl zahlreiche Vorteile:
- Der Temperaturpeak wird im allgemeinen relativ weit vom Mischer weggeschoben, insbesondere, wenn die Fläche des gesamten Querschnitts der Reaktionszone relativ gering und damit die Geschwindigkeit der Gase relativ hoch liegt
- auf dem Niveau des Temperaturpeaks hat man so eine Dicke der zweiten einen Mantel (10) bildenden Auskleidung, realisiert mit Hilfe eines feuerfesten und thermisch isolierenden Materials, die relativ hoch liegt, wodurch so die thermischen Verluste auf diesem Niveau minimiert werden,
- schließlich wird der Durchlaß in Höhe des Temperaturpeaks zurück- und zusammengeschoben, die zu speichernde Wärmemenge wird vermindert; die Gase nehmen ein Maximum hiervon gegen den folgenden Teil des Reaktors für die Gleichgewichtsrückreaktionen mit.
Global ist die Verwendung des Reaktors gemäß der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft. So geht man beim Reaktor gemäß der Erfindung, wenn man von der Mischzone zur Reaktionszone übergeht, vom Standpunkt der Kinetik der Oxidationsreaktionen einer praktisch vollständigen Blockierungsreaktion des Fortschritts der Oxidationsreaktionen, insbesondere für den Fall der Pulvermischer über, da das Pulver kontrollierter Granulometrie genau diese Rolle bei einer kontrollierten Fortschrittssituation dieser Reaktionen hat. Dies ermöglicht es einerseits durch das Vorhandensein selbst dünner Kanäle bei Beginn des Reaktionsorgans den Druckverlust der Anordnung zu begrenzen und andererseits von einem Kinetikstandpunkt aus werden die Oxidationsreaktionen begrenzt sogar vollständig kontrolliert durch Wandeffekte, was viel weniger der Fall bei Gleichgewichtsrückreaktionen vom Typ thermischer Dampfreformierung ist. Man sieht also wohl, daß es möglich ist, partiell die exothermen Oxidationsreaktionen zu begrenzen, indem man insbesondere die Wandeffekte vervielfacht, da die mittlere Abmessung der Kanäle gering ist und gleichzeitig mehr Zeit den endothermen Gleichgewichtsrückreaktionen zu lassen. So geht man, was den freien Raum angeht, von einer Situation, wo die mittlere Abmessung der Räume (ausgedrückt als mittlerer Durchlassquerschnitt) üblicherweise in der Größenordnung von etlichen zehn Quadratmicron liegt, zu einer Situation über, wo die mittlere Abmessung der Räume in der Größenordnung von etlichen Quadratmillimetern liegt. Der Reaktor der vorliegenden Erfindung ermöglicht also eine Regelung der Kinetiken der Oxidationsreaktionen in der Reaktionszone, indem man zu Beginn dieser Zone freie Räume von relativ geringen Abmessungen hat und indem man die Abmessungen dieser Räume entlang dieser gesamten Zone erhöht. Eine solche Realisierung ermöglicht es, daß man, was eine progressive Ent-Einschnürung der Kinetiken der Oxidationsreaktionen hat.
Üblicherweise verbleibt die Abmessung der verschiedenen Durchlässe in der mittigen Zone des Reaktionsorgans unterhalb etwa 10&supmin; ² Meter (m), wobei diese Abmessung meist bei etwa 5x10&supmin;&sup5; bis etwa 2x10&supmin;³ m und vorzugsweise etwa 10&supmin;&sup4; bis etwa 10&supmin;&sup5; m beträgt. Als Flächenquerschnitt ausgedrückt haben diese Räume so eine Oberfläche von etwa 0,0025 bis etwa 100 mm² und weist etwa 0,01 bis etwa 4 mm².
Im übrigen ist es durchaus möglich, um maximal den Temperaturpeak vom Mischer zu entfernen, diese Aktion des "progressiven Ent-Einschnürens" mit einem Geschwindigkeitseffekt zu kummulieren, indem man ein Reaktionsorgan verwendet, dessen mittige Zone die globale Form einer Düse oder eines Venturi hat.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu begrenzen.

Beispiel 1

Man stellt gemäß Figur 2 einen Reaktor R vertikaler Gestalt mit einem metallischen Außenmantel 8 her, der Druck aushält und mit zwei Eingängen 1 und 2 für die Gase und einem Ausgang 11 für die Abströme.
Im Innern dieses Mantels und im wesentlichen in seiner Mitte ordnet man einen Gasmischer an, der selbst von einem metallischen dichten Mantel 13, der zylindrisch ist und 10&supmin;¹ m Höhe und 4x10&supmin;² in Durchmesser hat (das ganze bildet die Mischzone 3). Dieser Mischer wird gebildet durch sechs Scheiben 6, die aufeinander gestapelt sind und gekreuzte Kanäle vom Typ SULZER umfassen; diese Scheiben und der freie sie überragende Raum werden mit Aluminiumoxidpulver einer Ganulometrie gefüllt, die zwischen 5x10&supmin;&sup5; m und 10&supmin;&sup4; m (50 bis 100 um (Mikrometer)) liegen.
In der Mischzone an ihrem oberen Ende ermöglichen zwei Leitungen es, die beiden Fluide (Methan + Wasserdampf einerseits über die Leitung 1, Luft andererseits über die Leitung 2) zuzuführen.
Der zylindrische den Mischer umgebende Mantel endet in einem Trichter, der das Aluminiumoxidpulver zurückhält, das auf einem Gitter aufgegeben ist (in Figur 2 nicht dargestellt) und 16 Löcher von 4x10&supmin;&sup5; m Durchmesser hat, die im Innern eines mittigen Quadrats von 10&supmin;² m Seitenlänge angeordnet sind.
Die aus dem Mischer austretenden Gase dringen in das Innere des mittigen Gitters im Reaktionsteil 4 ein, der durch die Stapelung von 50 quadratischen Einheitsteilen aus Zirconmullit gebildet ist. jedes Einheitsteil hat 10&supmin;² in Dicke, 4x10&supmin;² m Seitenlänge und umfaßt 841 quadratische Löchei von 10&supmin;³ in Seitenlänge. Dieses Gitter spielt die Rolle eines Ejektionsorgans der Gase aus dem Mischorgan in das monolithische Reaktionsorgan.
Der metallische den Mischer und die Stücke 7 des Reaktionsteils 4 umgebende Mantel 13 werden in einen Mantel aus Aluminiumoxidfasern von einem Außendurchmesser von 14x10&supmin;² m eingeschlossen. Dieser Mantel 10 besteht aus Fasern und ist von einem Mantel 9 aus feuerfestem Beton umgeben, der die Verbindung mit der metallischen Wand 8 herstellt, die den Außenmantel des Reaktors R bildet. Die verwendeten Aluminiumoxidfasern zur Herstellung der Hülse haben einen mittleren Durchmesser von 3x10&supmin;&sup6; m und eine mittlere Länge von 150x10&supmin;&sup6; m. Die scheinbare Dichte des Mantels, gemessen nach 10 Arbeitsstunden des Reaktors liegt bei 0,3 und die mittlere Abmessung der Zwischenfaserräuine bei 6x10&supmin;&sup6; m.
In dem vorstehend beschriebenen Reaktor und der unter 4 MPa arbeitet führt man über die Leitung 1 Methan und Wasserdampf und über die Leitung 2 Luft in Anteilen derart ein, daß das Gasgemisch die folgende Molzusammensetzung hat:
CH&sub4; = 450
H&sub2;O = 900
O&sub2; = 290
N&sub2; = 1130
Die Temperatur des Gasgemisches am Eintritt der Mischzone liegt bei 400ºC. Am Austritt 11 aus dem Reaktor gewinnt man ein Gas bei einer Temperatur von 855ºC, dessen Molzusammensetzung nach Kondensierung des Wassers die folgende ist:
CH&sub4; = 28
N&sub2; = 1330
O&sub2; = 0
H&sub2; = 875
CO = 233
CO&sub2; = 189
Nach 5 Arbeitsstunden sind die thermischen Bedingungen stabilisiert und die Reaktion hat 300 Stunden lang ohne jedes Problem stattfinden können. Das nach 5 Stunden Betrieb gemessene Druckverlustdifferential liegt bei 0,1 MPa. Während dieses Betriebs hat die Temperatur der metallischen Wand des Reaktors, gemessen auf ihrer Außenfläche 150ºC nicht überschritten. Nach Beendigung des Tests und der Demontage der verschiedenen den Reaktor bildenden Elemente hat man keine Risse in dei Betonschicht noch irgendeine Verschlechterung auch nicht des Fasermantels noch der verschiedenen Bauteile aus Keramik festgestellt. Im übrigen hat man während dieses Testes einen Koksgehalt gleich etwa 10 Milligramm Koks pro Kubikmeter Gas (zurückgeführt auf Normaltemperaturen und Normaldruck) am Austritt 11 des Reaktors festgestellt.

Beispiel 2

Der Reaktor ist der des Beispiels 1, nur daß die aus dem Mischorgan austretenden Gase durch das mittige Gitter im Reaktionsteil 4 (Figur 5) bringen, das gebildet wird durch die Stapelung von 50 quadratischen Einheitsstücken aus Zirkoniumoxid- Mullit variablen Querschnitts, jedoch der gleichen Dicke von 10&supmin;² in. Man trifft zunächst auf einen Stapel von 12 Stücken von 10&supmin;² in Seitenlänge mit 49 quadratischen Löchern von 10&supmin;³ m Seitenlänge, dann auf 10 Stücke von variablein Querschnitt, der von 1,2 bis 4,8x10&supmin;² m Seitenlänge mit einer Teilung von 0,4x10&supmin;² m geht, dann auf 28 Stücke von 5x10&supmin;² m Seitenlänge, die 1296 quadratische Löcher von 10&supmin;³ in Seitenlänge umfassen.
Die Zusammensetzung des eingeführten Gases ist identisch dem des Beispiels 1. Die Temperatur des Gasgemisches am Eintritt in das Mischorgan liegt bei 450ºC. Am Austritt 11 des Reaktors gewinnt man ein Gas bei einer Temperatur von 870ºC, dessen Molzusammensetzung nach Kondensation des Wassers die folgende ist:
CH&sub4; = 19
N&sub2; = 1130
O&sub2; = 0
H&sub2; = 894
CO = 248
CO&sub2; = 182
Nach einem Betrieb von 5 Stunden werden die thermischen Bedingungen stabilisiert und die Reaktion hat 450 Stunden lang ohne jedes Problem stattfinden können. Das Druckverlustdifferential, gemessen nach 5 Stunden Betrieb liegt bei 0,1 MPa. Während dieses Betriebs hat die Temperatur der metallischen Wand des Reaktors, gemessen auf seiner Außenfläche, 150ºC nicht überschritten. Nach Beendigung des Testes und Demontage der verschiedenen den Reaktor bildenden Elemente hat man keine Risse in der Betonschicht noch irgendeine Beschädigung weder des Fasermantels noch der verschiedenen Bauteile aus Keramik feststellen können. Im übrigen hat man während dieses Testes einen Koksgehalt gleich etwa 8 Milligramm Koks pro Kubikmeter Gas (zurückgeführt auf Normaltemperatur und Normaldruck) am Austritt 11 aus dem Reaktor messen können. Diese Ergebnisse zeigen, daß man ohne größeres Problem mit Gasen arbeiten kann, die eine erhöhte Eintrittstemperatur haben und eine bessere Umwandlung mit einer Verminderung der Koksbildung bezogen auf das erhalten kann, was man mit dem Reaktor gemäß Beispiel 1 hätte erhalten können.

Beispiel 3

Der Reaktor ist identisch dem des Beispiels 2, nur daß die aus dem Mischorgan austretenden Gase durch das mittige Gitter im Reaktionsteil 4 (Figur 9) eindringen, das gebildet wird durch Stapelung von 50 quadratischen Einheitsstücken aus Zirkoniumoxid-Mullit eines variblen Gesamentflächenquerschnitts, jedoch von der gleichen Dicke gleich 10&supmin;² m. Man trifft zunächst auf eine Stapelung von 12 Stücken von 10&supmin;² m Seitenlänge mit 100 quadratischen Löchern von 0,25x10&supmin;³ m Seitenlänge, dann auf 10 Stücke von variablem Globalabmessungen, die von 1,2 bis 4,8x10&supmin;² in Seitenlänge gehen, mit einer Teilung von 0,4x10&supmin;² m, mit einer zunehmenden Anzahl von Löchern, proportional zu den allgemeinen Abmessungen, wobei diese Löcher 0,5x10&supmin;³ m 5eitenlänge haben, dann auf 28 Stücke von 5x10&supmin;² m 5eitenlänge mit 1296 quadratischen Löchern von 10&supmin;³ m Seitenlänge.
Die Zusammensetzung des eingeführten Gases ist identisch der des Beispiels 1.
Der Gesamtdurchsatz der Gase bei Eintrittsbedingungen in den Reaktor liegt bei 4,1 m ³ x h &supmin;¹ (Kubikmeter pro Stunde). Unter diesen Bedingungen liegt die Geschwindigkeit der Gase berechnet (unter Berücksichtigung des Durchsatzes und der gesamten Durchgangsfläche) in Höhe des Eintritts der Gase in die mittige Zone des Reaktionsorgans bei 23,3 mxs&supmin;¹ (Meter pro Sekunde) und die Gase haben im wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit am Ende des Halses der Düse. Die Gasgeschwindigkeit, berechnet in Höhe des Austritts aus der inittigen Zone des Reaktionsorgans liegt bei 1,4 m/s&supmin;¹.
Die Temperatur des gasförmigen Gemisches am Eintritt in das Mischorgan liegt bei 480ºC. Am Austritt 11 des Reaktors gewinnt man ein Gas bei einer Temperatur von 890ºC, dessen Molzusammensetzung nach Kondensation des Wassers die folgende ist:
CH&sub4; = 15
N&sub2; = 1130
O&sub2; = 0
H&sub2; = 903
CO = 256
CO&sub2; = 179
Nach einem Betrieb von 5 Stunden sind die thermischen Bedingungen stabilisiert und die Reaktion hat 600 Stunden lang ohne irgendein Problem durchgeführt werden können. Das Druckverlustdifferential, gemessen nach 5 Stunden Betrieb liegt bei 0,1 MPa. Während dieses Betriebs hat die Temperatur der metallischen Wandung des Reaktors, gemessen auf der Außenfläche, 150ºC nicht überschritten. Nach Beendigung des Testes und Demontage der verschiedenen den Reaktor bildenden Elemente hat man keine Risse in der Betonschicht noch irgendeine Beschädigung weder des faserigen Mantels noch der verschiedenen Bauteile aus Keramik feststellen können. Im übrigen hat man während dieses Testes einen Wert des Kokses gleich etwa 8 Milligramm Koks pro Kubikmeter Gas (zurückgeführt auf Normtemperatur und Normdruck) am Austritt 11 des Reaktors feststellen können. Diese Ergebnisse zeigen, daß man ohne größeres Problem mit Gasen arbeiten kann, die eine erhöhtere Eintrittstemperatur haben und eine bessere Umwandlung der Koksbildung bezüglich auf das erhalten kann, was man mit dem Reaktor gemäß Beispiel 1 hätten erhalten können.

Claims

1. Oxidationsreaktor (R) länglicher Form, in Kombination umfassend:

- wenigstens ein Mischorgan (3), das Mittel zur Speisung (2) mit oxidierendem Gas und Mittel zur Speisung (1) mit oxidierbarer Charge umfaßt,

- wenigstens ein Reaktionsorgan (4), das sich an das Mischorgan anschließt und unter einem Abstand hiervon angordnet ist, der höchstens gleich dem Abstand der Flammeneinschnürung ist und

- wenigstens ein Abzugsorgan (5) für die Reaktionsprodukte, das mit diesem Reaktionsorgan verbunden ist, wobei das Reaktionsorgan eine mittige Zone umfaßt, die auf wenigstens einem Teil ihres Querschnitts wenigstens eine erste Auskleidung umfaßt, die so ausgelegt ist, daß sie eine Vielzahl von Räumen definiert, welche Durchlässe bilden, die in wenigstens einer Richtung eine Abmessung höchstens gleich der Einschnürungsentfernung der Flamme aufweisen, die aus der Oxidation dieser Charge resultieren kann, wobei der Oxidationsreaktor dadurch gekennzeichnet ist, daß er wenigstens eine Umfangszone einschließt, die auf wenigstens einem Teil ihres Querschnitts wenigstens eine Auskleidung umfaßt, die aus keramischen Fasern besteht, die eine Hülse (10) bilden, die diese erste Auskleidung umschließt, wobei die Hülse eine Porosität hat, welche wenigstens 50% ihres Volumens darstellt und so ausgelegt ist, daß sie eine Vielzahl von Räumen definiert, die Durchlässe haben, die längs wenigstens einer Richtung eine Abmessung haben, die 2 bis 1000 mal kleiner als die Abmessung der Durchlässe der mittigen Zone ist, derart, daß der Druckverlust dieser zweiten Auskleidung größer als der dieser ersten Auskleidung ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung der Durchlässe der Umfangszonen 5 bis 100 mal kleiner als die der Durchlässe der mittigen Zone ist.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Auskleidung der mittigen Zone auf wenigstens einem Teil ihres Querschnitts wenigstens einen Monolithen umfaßt, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Kanälen von Achsen im wesentlichen parallel untereinander und im wesentlichen parallel zur Achse des Reaktors umfaßt, der in wenigstens einer Richtung eine Abmessung hat, die höchstens gleich der Einschnürungsentfernung der Flamme ist, die aus der Oxidation dieser Charge resultieren kann.

4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem diese zweite Auskleidung gebildet wird aus Poren oder Räumen mit einer Abmessung von 5 x 10&supmin;&sup8; m bis etwa 5 x 10&supmin;&sup5; m.

5. Reaktor nach Anspruch 3 oder 4, bei dein die Auskleidung der mittigen Zone auf wenigstens einem Teil ihres Querschnitts wenigstens einen Monolithen aus hartem keramischem Material umfaßt.

6. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Auskleidung der mittigen Zone gebildet wird, durch die Überlagerung und ggfs. die Nebeneinanderanordnung einer Vielzahl von Monolithen, wobei die Entfernung zwischen jedem benachbarten Monolith kleiner sowohl in vertikaler Richtung wie in der Horizontal ebene im Fall der Nebeneinanderanordnung mehrerer Monolithen als die Einschnürungsentfernung der Flamme ist.

7. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die mittige Zone in wenigstens einem Teil ihres Volumens einen Katalysator umfaßt.

8. Reaktor nach Anspruch 7, bei dem der Katalysator durch die Wände der Kanäle wenigstens eines Monolithen getragen ist.

9. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die die erste Auskleidung umschließende Hülse über die gesamte Länge des Reaktionsorgans sich erstreckt.

10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die die erste Auskleidung umschließende Hülse sich über die gesamte Länge des Reaktionsorgans und des Mischorgans erstreckt.

11. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die die erste Auskleidung umschließende Hülse in wenigstens zwei Abschnitte gleicher oder ungleicher Länge unterteilt ist, die untereinander derart verbunden sind, daß die maximale Entfernung zwischen ihnen höchstens gleich der 0,5-fachen Entfernung der Flammeneinschnürung ist.

12. Oxidationsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsorgan einen ersten Teil auf der Seite des Mischorgans umfaßt, dessen mittige Zone einen Flächenquerschnitt kleiner als die Fläche des Querschnitts wenigstens eines zweiten Teils dieser mittigen Zone ist, die sich an diesen ersten Teil auf der Seite des Abzugsorgans anschließt.

13. Reaktor nach Anspruch 12, bei dem die mittige Zone des Reaktionsorgans die Form einer Düse hat, deren Querschnittsfläche geringer benachbart dem Mischorgan als in der Nähe des Abzugsorgans ist.

14. Reaktor nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die mittige Zone des Reaktionsorgans, benachbart dem Mischorgan, die Form einer Düse hat, deren Querschnitt in Höhe ihrer Verbindung mit dein Mischorgan (3) und über eine Länge L1 eine Fläche S1 hat, die kleiner oder gleich etwa der Fläche S des Querschnitts des Mischorgans in Höhe dieser Verbindung ist, dann über eine Länge L2 die Querschnittsfläche in im wesentlichen regelmäßiger Weise bis auf einen Wert S2 gleich etwa dem 1,5- bis 500-fachen S1 zunimmt und dann im wesentlichen konstant über eine Länge L3 gehalten wird, wobei die Summe L der Längen L1 und L2 und L3 im wesentlichen gleich der Länge dieser mittigen Zone ist.

15. Reaktor nach Anspruch 14, bei dem die Länge L1 derart ist, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum bei einer Entfernung des Mischorgans erreicht ist, die wenigstens im wesentlichen gleich dem 0,5-fachen dieser Länge L1 ist und die Länge L2 derart ist, daß der Winkel Alpha der Düse in etwa 15 bis etwa 120 Winkelgrad ausmacht.

16. Reaktor nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Länge L1 derart ist, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum bei einer Entfernung des Mischorgans erreicht ist, die im wesentlichen zwischen dein 0,8-fachen und dem 1-fachen des Werts dieser Länge L1 liegt.

17. Reaktor nach Anspruch 12, bei dem die mittige Zone des Reaktionsorgans benachbart dem Mischorgan die Gestalt eines Venturis, das einen konvergenten Teil und einen divergenten Teil, getrennt durch einen Hals hat, aufweist, und über einen Querschnitt in Höhe seiner Verbindung mit dein Mischorgan von einer Fläche im wesentlichen gleich diesem Organ in Höhe dieses Verbindungsorgans verfügt, über einen Querschnitt in Höhe des Halses von einer Fläche kleiner als der des Mischorgans in Höhe seiner Verbindung mit diesem Venturi verfügt und über einen Querschnitt am Ende des divergenten Teils, dessen Fläche größer als die dieses Halses ist.

18. Reaktor nach Anspruch 17, bei dein das Venturi ausgehend von seiner Verbindung mit dem Mischorgan bis zum Ende des mit dem divergenten Teil verbundenen Halses eine Länge L1 derart aufweist, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Maximum an Temperaturmaximum erreicht ist, bei einer Entfernung des Mischorgans, die wenigstens im wesentlichen gleich dem 0,5-fachen des Werts dieser Länge L1 ist, wobei der Winkel Beta des konvergenten Teils etwa 30 bis etwa 120 Winkelgrad und der Winkel Gamma des divergenten Teils etwa 15 bis 120 Winkelgrad ausmacht.

19. Oxidationsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dessen mittige Zone des Reaktionsorgans s auf einanderfolgende Teile umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil auf der Seite des Mischorgans eine Auskleidung umfaßt, die so ausgelegt ist, daß sie eine Vielzahl von Räumen definiert, die Durchlässe darstellen, deren Querschnitt eine Fläche S1 hat, wobei die Durchlässe längs wenigstens einer Richtung eine Abmessung haben, die höchstens gleich der Entfernung der Flammeneinschnürung ist, die aus der Oxidation dieser Charge resultieren kann und deren letzter Teil auf der Seite des Abzugsorgans eine Auskleidung aufweist, die so ausgebildet ist, daß sie eine Vielzahl von Räumen definiert, welche Durchlässe bilden, deren Querschnitt eine Oberfläche Ss hat, die größer S1 ist, wobei die Durchlässe längs wenigstens einer Richtung eine Abmessung haben, die höchstens gleich der Einschnürentfernung der Flamme ist, die aus der Oxidation dieser Charge resultieren kann, wobei s eine ganze positive Zahl größer oder gleich 2 ist.

20. Reaktor nach Anspruch 19, bei dem die mittige Zone des Reaktionsorgans s aufeinanderfolgende Teile umfaßt, die je eine Auskleidung umfassen, die so ausgelegt ist, daß sie eine Vielzahl von Räumen definiert, welche Durchlässe aufweisen, deren Querschnitt eine zunehmende Fläche von einem Teil zum folgenden, ausgehend vom ersten Teil bis zum letzten Teil hat.

21. Reaktor nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die mittige Zone des Reaktionsorgans drei aufeinander folgende Teile umfaßt.

22. Reaktor nach Anspruch 21, bei dein der mittige Teil auf der Seite des Mischorgans über eine Länge L1 eine Auskleidung aufweist, die so ausgelegt ist, daß sie Durchlässe definiert, deren Querschnitt eine Fläche S1 hat, wobei der zweite Teil anschließend an diesen ersten Teil über eine Länge L2 eine Auskleidung umfaßt, die so ausgelegt ist, daß sie Durchlässe definiert, deren Querschnitt eine Fläche S2 hat und wobei der dritte und letzte Teil auf der Seite des Abzugsorgans über eine Länge L3 eine Auskleidung aufweist, die so ausgebildet ist, daß sie Durchlässe definiert, deren Querschnitt eine Fläche S3 hat, wobei die Flächen S1, S2 und S3 derart sind, daß das Verhältnis S3:S1 etwa 100:1 bis 4:1 ist und das Verhältnis S2:S1 etwa 50:1 bis 1,2:1 beträgt.

23. Reaktor nach Anspruch 22, bei dem die Länge L1 und die Fläche S1 derart sind, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum bei einer Entfernung des Mischorgans erreicht ist, die wenigstens im wesentlichen gleich dem Wert der Länge L1 ist.

24. Reaktor nach Anspruch 22 oder 23, bei dem die Längen L1 und L2 und die Flächen S1 und S2 derart sind, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum erreicht wird bei einer Entfernung des Mischorgans, die im wesentlichen zwischen dem Wert der Länge L1 und dem Wert der Summe der Längen L1 + L2 liegt.

25. Reaktor nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem die mittige Zone des Reaktionsorgans über eine gesamte Länge einen Gesamtflächenquerschnitt im wesentlichen konstanter Form hat.

26. Reaktor nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem die mittige Zone des Reaktionsorgans die Form einer Düse hat, deren Gesamtquerschnittsfläche geringer benachbart dem Mischorgan als benachbart dem Abzugsorgan ist.

27. Reaktor nach Anspruch 26, bei dem Teil mit dem geringeren Gesamtflächenquerschnitt der Düse über seine gesamte Länge eine oder mehrere Auskleidungen mit Charakteristiken von Oberflächenabmessungen der Querschnitte der Durchlässe sowie von Längen derart umfaßt, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum in diesem Teil erreicht wird.

28. Reaktor nach Anspruch 26, bei dein der geringere Gesamtflächenquerschnitt der Düse über die Gesamtlänge einer oder mehrerer Auskleidungen mit Charakteristiken von Oberflächenabmessungen der Querschnitte der Durchlässe und von Längen derart umfaßt, daß für die betrachtete Oxidationsreaktions das Temperaturmaximum in einem der nachfolgenden Teile dieses Teils erreicht wird.

29. Reaktor nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem die mittige Zone des Reaktionsorgans benachbart dem Mischorgan die Form eines Venturis hat, das einen durch einen Hals getrennten konvergenten Teil und einen divergenten Teil aufweist und in Höhe seiner Verbindung mit dem Mischorgan einen Globalquerschnitt von einer Fläche im wesentlichen gleich der dieses Mischorgans in Höhe dieser Verbindung hat, einen Globalquerschnitt in Höhe des Flächenhalses hat, der im wesentlichen kleiner als der des Mischorgans in Höhe seiner Verbindung mit diesem Venturi ist, und einen Gesamtquerschnitt am Ende des divergenten Teils hat, dessen Fläche größer als die des Halses ist.

30. Reaktor nach Anspruch 29, bei dem das Venturirohr über seine gesamte Länge eine oder mehrere Auskleidungen mit Charakteristiken von Oberflächenabmessungen der Querschnitte der Durchlässe und von Längen derart umfaßt, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum an einer Stelle erreicht wird, die nach der Mitte des Halses in Zirkulationsrichtung der in Reaktion versetzten Fluide erreicht ist.

31. Verwendung eines Reaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 30 bei einem Oxidationsverfahren einer oxidierbaren Charge in gasförmiger Phase durch ein oxidierbares Gas oder ein Gasgemisch, das wenigstens ein oxidierendes Gas umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß man die oxidierbare Charge und das oxidierende Gas in ein Mischorgan einführt, das gasförmige, aus dem Mischorgan stammende Gemisch in ein Reaktionsorgan einführt, das eine mittige Zone und eine Umfangszone umfaßt, einen Druckverlust ΔP1 in der mittigen Zone sowie einen Druckverlust ΔP2 in der Umfangszone herstellt, wobei diese Druckverluste derart sind, daß man im wesentlichen das gesamte gasförmige Gemisch, das aus dem Mischorgan stammt, in dieser mittigen Zone des Reaktionsorgans reagieren läßt und daß das Druckverlustdifferential ΔP2 - ΔP1 positiv ist und man die gebildeten Reaktionsprodukte gewinnt.

32. Verwendung nach Anspruch 31, bei der das Druckverlustdifferential 10 Pascal bis 0,5 Mpa und vorzugsweise 100 Pascal bis 0,4 Mpa ausmacht.

33. Verwendung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem ersten Teil der mittigen Zone der Reaktionszone auf der Seite der Mischzone man das gasförmige Gemisch bei einer Geschwindigkeit V1 zirkulieren läßt und daß in wenigstens einem anderen, auf den ersten Teil folgenden Teil, auf der Seite der Abzugszone der Reaktionsprodukte man dieses gasförmige aus dieser ersten Zone stammende Gemisch bei einer Geschwindigkeit Vf kleiner als die Geschwindigkeit V1 zirkulieren läßt.

34. Verwendung nach Anspruch 33, bei der die Geschwindigkeit V1 etwa 2 bis etwa 300 mxs&supmin;¹ ist und die Geschwindigkeit Vf etwa 0,05 bis etwa 250 mxs&supmin;¹ ausmacht.

35. Verwendung nach Anspruch 33 oder 34, bei der das Verhältnis der Geschwindigkeiten V1:Vf etwa 2:1 bis etwa 50:1 ist.

36. Verwendung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, bei der man das gasförmige Gemisch in der mittigen Zone der Reaktionszone unter Bedingungen derart zirkulieren läßt, daß für die betrachtete Oxidationsreaktion das Temperaturmaximum in der Zone maximaler Geschwindigkeit an einer Stelle erreicht wird, die sich zwischen der Mitte dieser Zone und ihrem Ende auf der Seite der Abzugszone befindet.

37. Verwendung nach einem der Ansprüche 31 bis 36 für die schonende Oxidation einer Kohlenwasserstoffcharge durch ein Gasgemisch, das Sauerstoff umfaßt, um ein Gasgemisch zu erzeugen, das für die Synthese voin Ammoniak oder die Synthese von Alkoholen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfassend, verwendbar ist.