FI64056B - FOERFARANDE FOER UTFOERANDE AV EN VID HOEG TEMPERATUR SKEENDE KEMISK REAKTION OCH REAKTOR FOER UTFOERANDE AV FOERFARANDET - Google Patents

FOERFARANDE FOER UTFOERANDE AV EN VID HOEG TEMPERATUR SKEENDE KEMISK REAKTION OCH REAKTOR FOER UTFOERANDE AV FOERFARANDET Download PDF

Info

Publication number
FI64056B
FI64056B FI752737A FI752737A FI64056B FI 64056 B FI64056 B FI 64056B FI 752737 A FI752737 A FI 752737A FI 752737 A FI752737 A FI 752737A FI 64056 B FI64056 B FI 64056B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
reactor
tube
reaction
gas
reactor tube
Prior art date
Application number
FI752737A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI752737A (en
FI64056C (en
Inventor
Edwin Matovich
Original Assignee
Thagard Technology Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thagard Technology Co filed Critical Thagard Technology Co
Priority to FI752737A priority Critical patent/FI64056C/en
Publication of FI752737A publication Critical patent/FI752737A/fi
Publication of FI64056B publication Critical patent/FI64056B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI64056C publication Critical patent/FI64056C/en

Links

Description

t--- -Γ~—1 Γβ1 .... KUULUTUS] U LK A! SU r λ r\ r. f ^ '11' UTLÄGGNLINGSSKRSFT 6405.6 ^ (si) Kv.ik.3/int.ct.3 B 01 J 19/08 SUOMI—FINLAND <**) Patenttlhakmnui — PKantamAknlnf 7 527 37 Q2) HakemiipiM—AneMinlnpdif 30.09.75 ίΡΠ ' s> (23) AlkupOM—GHtlghetadag 30.09.75 (11) Tullut JulklMkai — Bllvlt offumllg 21.03.77t --- -Γ ~ —1 Γβ1 .... ADVERTISEMENT] U PAGE A! SU r λ r \ r. f ^ '11' UTLÄGGNLINGSSKRSFT 6405.6 ^ (si) Kv.ik.3 / int.ct.3 B 01 J 19/08 FINLAND — FINLAND <**) Patenttlhakmnui - PKantamAknlnf 7 527 37 Q2) HakemiipiM — AneMinlnpdif 30.09.75 ίΡΠ 's> (23) AlkupOM — GHtlghetadag 30.09.75 (11) Tullut JulklMkai - Bllvlt offumllg 21.03.77

Patentti-Ja rekisterihallitus (44) Nihtiviksipanor ia ><uuL|ulkai«in pvm.— η(ς onNational Board of Patents and Registration (44) Nihtiviksipanor ia> <uuL | foreign date— η (ς is

Patent- och re^isterstyreisen Ansdfcan utlagd och utl.*krlften pubflceratf J ‘ ' 3 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikuu* — Begird prlorltet (71) Thagarö Technology Company, 2712 Kelvin Avenue, Irvine, California 92705, USA(US) (72) Edvin M.alovich, Brea, California, USA(UC) (7·+) Bt-'rggren Oy Ab ,(5'4) Menetelmä korkeassa lämpötilassa tapahtuvan kemiallisen reaktion suorittamiseksi ja reaktori menetelmän suorittamiseksi -Förfarande för utförande av en vid hög temperatur skeende kemisk reaktion och reaktor för utförande av förfarandetPatent- and re-registered Ansdfcan utlagd och utl. * Krlften pubflceratf J '' 3 (32) (33) (31) Requested Interest * - Begird prlorltet (71) Thagaro Technology Company, 2712 Kelvin Avenue, Irvine, California 92705, USA (US) (72) Edvin M.alovich, Brea, California, USA (UC) (7 · +) Bt-'rggren Oy Ab, (5'4) Method for carrying out a high temperature chemical reaction and a reactor for carrying out the process -Förfarande för the reaction time and temperature of the chemical reaction and the reactor for the reaction

Esillä oleva keksintö koskee kaasu- tai nesteseinäreaktoreita korkealämpötilaisia kemiallisia reaktioprosesseja varten sekä eri prosesseja, joita voidaan toteuttaa näissä reaktoreissa, joista prosesseista monet aikaisemmin ovat olleet mahdottomia tai vain teoreettisesti mahdollisia. Sekä kaasu- tai neste-seinäreaktoreissa että näissä reaktoreissa käytetyissä prosesseissa käytetään säteilykytkentää lämmönlähteenä, suunnitellut kemialliset reaktiot ylläpidetään eristettyinä suojaavan kaasu- tai nestepeitteen taikka kuoren sisällä irti kosketuksesta reaktorin pintoihin ja täten aikaansaadaan lämpö-suojavaippa, joka olennaisesti sulkee sisäänsä säteilykuumen-nusvälineet ja reaktiovyöhykkeen määrittäen "mustan kappaleen ontelon". Tässä käytettynä tarkoitetaan termillä "mustan kappaleen ontelo" tilaa, joka on olennaisesti ympäröity pinnalla tai pinnoilla, ja josta, ideaalisesti, mitään säteilyä ei voi poistua. Esillä olevan reaktorin ollessa kysymyksessä lämpösuojauksen muodostaa "mustan kappaleen onteloa" ympäröivä pinta tai pinnat ja aine, josta lämpö3Uojus on valmistettu, toimii eristeenä estäen lämmön siirtoa mustan kappaleen ontelon sisältä ja sen täytyy pystyä kestämään niitä lämpötiloja, joita säteiiykytkentäinen lämmönlähde synnyttää.The present invention relates to gas or liquid wall reactors for high temperature chemical reaction processes, as well as to the various processes that can be carried out in these reactors, many of which processes have previously been impossible or only theoretically possible. Both gas or liquid wall reactors and the processes used in these reactors use radiation coupling as a heat source, the planned chemical reactions are kept isolated inside a protective gas or liquid cover or shell from contact with the reactor surfaces, thus providing a heat shield, "black body cavity". As used herein, the term "cavity of a black body" refers to a space that is substantially surrounded on a surface or surfaces and from which, ideally, no radiation can escape. In the case of the present reactor, the thermal shield is formed by the surface or surfaces surrounding the "black body cavity" and the material from which the heat shield is made acts as an insulator to prevent heat transfer from inside the black body cavity and must be able to withstand

2 640562 64056

Korkealämpötilaisia reaktoreita käytetään nykyisin pyrolyysi-, termo-lyysi-, dissosiaatio-, hajottamis- ja palamisreaktioissa sekä orgaanisten että epäorgaanisten yhdisteiden yhteydessä. Olennaisesti kaikki tällaiset reaktorit siirtävät lämmön reagoiviin aineisiin konvektiolla ja/tai konduktiolla, mutta tämä ominaisuus luontaisesti aiheuttaa kaksi suurta probleemaa, jotka rajoittavat toteutettavien reaktioiden luonnetta ja piiriä. Molemmat probleemat johtuvat siitä seikasta, että tavanomaisessa reaktorissa, joka siirtää lämmön reagoiviin aineisiin konvektiolla, järjestelmän korkein lämpötila väistämättömästi on reaktorin sisäpinnan ja reaktanttivirtauksen välisellä rajapinnalla.High temperature reactors are currently used in pyrolysis, thermolysis, dissociation, decomposition and combustion reactions with both organic and inorganic compounds. Substantially all such reactors transfer heat to the reactants by convection and / or conduction, but this property inherently causes two major problems that limit the nature and scope of the reactions to be performed. Both problems are due to the fact that in a conventional reactor that transfers heat to reactants by convection, the highest temperature in the system is inevitably at the interface between the inner surface of the reactor and the reactant flow.

Ensimmäisenä probleemana on käytettävissä olevien reaktiolämpötilojen rajoitukset, jotka johtuvat tunnettujen reaktoriseinäaineiden lujuudesta korotetuissa lämpötiloissa. Näiden aineiden aleneva kyky säilyttää koossapysyvyytensä kasvavassa lämpötilassa on luonnollisesti hyvin tunnettu. Kuitenkin koska on tarpeen, että näitä aineita kuumennetaan, jotta lämpöenergiaa voitaisiin siirtää reaktanttivirtauk-seen, on käytettyjä reaktiolämpötiloja rajoittanut se lämpötila, johon reaktorin seinä turvallisesti voidaan kuumentaa. Tämä seikka on erityisen kriitillinen tapauksissa, jolloin suunnitellun reaktion täytyy tapahtua korkeissa paineissa taikka sen täytyy tuottaa korkeita paineita.The first problem is the limitations of the available reaction temperatures due to the strength of known reactor wall materials at elevated temperatures. The decreasing ability of these substances to maintain their cohesiveness at increasing temperatures is, of course, well known. However, because it is necessary for these materials to be heated in order to transfer thermal energy to the reactant stream, the reaction temperatures used have been limited by the temperature to which the reactor wall can be safely heated. This is particularly critical in cases where the intended reaction must take place at high pressures or must produce high pressures.

Toinen probleema luontaisesti johtuu siitä, että tavanomaisen reaktorin seinä on järjestelmän korkeimmassa lämpötilassa ja että konvek-tioon/konduktioon perustuva lämmönsiirto vaatii kosketuksen seinän ja reaktanttivirtauksen välille. Ollessaan tällaisessa korotetussa lämpötilassa reaktorin seinä on ideaalinen joskaan ei toivottavin reaktio-kohta järjestelmässä ja monissa tapauksissa reaktiotuotteet kasaantuvat seinälle. Tällainen kasaantuminen huonontaa järjestelmän kykyä siirtää lämpöä reaktantteihin ja tämä yhä kasvava terminen impedanssi vaatii lämmönlähteen lämpötilan nostamista progressiivisesti ylläpitämään alkuperäistä lämmönsiirtonopeutta reaktanttivirtaukseen. On ilmeistä, että kun kasaantuminen kasvaa, vaadittu lämmönlähteen lämpötila saattaa ylittää reaktorin seinäaineen kyvyn kestää lämpöä. Lisäksi, kun lisäenergiaa tarvitaan reaktion ylläpitämiseen, prosessi tulee vähemmän tehokkaaksi sekä teknillisesti että taloudellisesti. Täten kohdassa, jossa suunniteltua reaktiota ei enää voida ylläpitää joko lämmönsiirron, aineiden lujuuden taikka taloudellisten seikkojen 3 64056 vuoksi, järjestelmä täytyy pysäyttää ja puhdistaa.Another problem is inherent in the fact that the wall of a conventional reactor is at the highest temperature in the system and that convection / conduction heat transfer requires contact between the wall and the reactant flow. At such an elevated temperature, the reactor wall is an ideal although not the most desirable reaction point in the system and in many cases the reaction products accumulate on the wall. Such accumulation degrades the ability of the system to transfer heat to the reactants and this increasing thermal impedance requires a progressive increase in the temperature of the heat source to maintain the initial heat transfer rate to the reactant flow. It is apparent that as the accumulation increases, the required heat source temperature may exceed the reactor wall material's ability to withstand heat. In addition, when additional energy is needed to maintain the reaction, the process becomes less efficient both technically and economically. Thus, at a point where the planned reaction can no longer be maintained due to either heat transfer, material strength, or economic considerations 3 64056, the system must be stopped and cleaned.

Puhdistaminen suoritetaan tavallisesti kaapimalla reaktorin seinää taikka kemiallisesti polttamalla kerrostumat pois. Joissakin jatkuvissa prosesseissa on yritetty kaapia reaktorin seinää reaktion aikana. Itse kaapimistyökalu tulee kuitenkin kuumaksi, muodostuu reaktion tapahtumako hdak s i ja tämän jälkeen se täytyy puhdistaa. Joka tapauksessa tämä seisonta-aika merkitsee huomattavaa taloudellista menetystä. Monissa tapauksissa asennetaan toinen järjestelmä tarkoituksella minimoida menetetty tuotantoaika. Tällainen lisälaitteisto kuitenkin yleensä merkitsee huomattavaa pääomainvestointia. Joihinkin korkealäm-pötilaisiin kemiallisiin reaktoreihin sisältyy putki, joka kuumennetaan lämpötilaan, jossa sen sisäseinät emittoivat riittävästi säteily-energiaa reaktion aloittamiseksi ja ylläpitämiseksi. Kuitenkin kuten kysymyksen ollessa konduktioon ja konvektioon perustuvista reaktoreista, reaktioissa, joissa saaliina on kiinteitä aineita, yleensä esiintyy tuotteen ei-toivottavaa kasaantumista putken seinille, mikä johtaa alennettuun lämmönsiirtoon ja jopa putken tukkeutumiseen.Purification is usually accomplished by scraping the reactor wall or chemically burning off the deposits. Some continuous processes have attempted to scrape the reactor wall during the reaction. However, the scraping tool itself becomes hot, a reaction takes place and then needs to be cleaned. In any case, this downtime represents a significant financial loss. In many cases, another system is installed to minimize lost production time. However, such additional equipment usually involves a significant capital investment. Some high-temperature chemical reactors include a tube that is heated to a temperature at which its inner walls emit sufficient radiant energy to initiate and maintain the reaction. However, as in the case of conduction and convection-based reactors, reactions in which solids are captured usually result in an undesirable accumulation of product on the pipe walls, leading to reduced heat transfer and even clogging of the pipe.

US-patentissa 2 926 073 esitetty reaktori on suunniteltu tuottamaan hiilimustaa ja vetyä luonnonkaasun pyrolyysillä. Prosessi selitetään jatkuvaksi, mutta käytännössä konvektioon perustuva lämmönsiirtoperi-aate, jolla reaktori toimii, aiheuttaa vaikeita pulmia sekä reaktion ylläpidossa että valvonnassa. Koska reaktorin kuumennetut putket ovat ideaalisia reaktiokohtia, hiili usein kasaantuu ja silloin tällöin tukkeaa järjestelmän. Vaikeampi pulma on kuitenkin termisen ryöstäy-tymisen pulma, josta voi olla seurauksena räjähdyksiä. Tämän tilan suhteen on todettu, että luonnonkaasun pyrolyysin kuluessa kaasu-faasin terminen johtokyky äkillisesti nousee noin viisikertaiseksi-kolmikymmenkertaiseksi, riippuen kaasun koostumuksesta. Koska lämpötilaa tavanomaisessa konvektioreaktorissa ei voida säätää riittävällä nopeudella ja tarkkuudella tämän ilmiön kompensoimiseksi, joissakin tapauksissa järjestelmä tulee epästabiiliksi ja seurauksena voi olla räjähdyksiä. Tällaiset tilat ovat luontaisia tavanomaisissa reaktoreissa ja tähän asti ei ole löydetty mitään keinoa tämän pulman välttämiseksi .The reactor disclosed in U.S. Patent 2,926,073 is designed to produce carbon black and hydrogen by pyrolysis of natural gas. The process is explained as continuous, but in practice the convection-based heat transfer principle with which the reactor operates causes difficult problems both in the maintenance and control of the reaction. Because the heated tubes in the reactor are ideal reaction sites, carbon often accumulates and occasionally clogs the system. However, a more difficult problem is the problem of thermal robbery, which can result in explosions. With respect to this condition, it has been found that during the pyrolysis of natural gas, the thermal conductivity of the gas phase suddenly rises to about five-fold to thirty-fold, depending on the composition of the gas. Because the temperature in a conventional convection reactor cannot be controlled with sufficient speed and accuracy to compensate for this phenomenon, in some cases the system becomes unstable and explosions can result. Such conditions are inherent in conventional reactors and so far no way has been found to avoid this dilemma.

US-patentti 3 565 766 edustaa viimeaikaista yritystä parantaa kivihiilen laatua pyrolyysillä. Esitettyyn järjestelmään kuuluu joukko onttoja teräsastioita, jotka toimivat monivaiheisina juoksevina kerros- „ 64056 tumina peräkkäisesti nousevin lämpötiloin aina noin 871°C saakka. Juoksevaksi tekeminen alemmissa lämpötiloissa toteutetaan inertillä kaasulla, joka voi sinänsä syöttää lämpöä, vaikkakin ulkopuolinen kuumennus on suunniteltu. Korkeammissa lämpötiloissa juoksevaksi tekeminen toteutetaan yläpuolisella kaasulla, joka saadaan lopullisesta vaiheesta; ja lopullisessa vaiheessa lämpötila ylläpidetään hiilen sisäisellä palamisella ilmassa tai hapessa. Koska järjestelmä perustuu pääasiassa lämmön siirtoon kovektiolla, sillä on monia niitä puutteita ja epäkohtia, joita edellä jo käsiteltiin.U.S. Patent 3,565,766 represents a recent attempt to improve the quality of coal by pyrolysis. The disclosed system includes a plurality of hollow steel vessels that act as multi-stage flowable beds at successively rising temperatures up to about 871 ° C. Fluidization at lower temperatures is accomplished with an inert gas that can in itself supply heat, although external heating is designed. At higher temperatures, the fluidization is carried out with the overhead gas obtained from the final stage; and in the final step, the temperature is maintained by internal combustion of the carbon in air or oxygen. As the system is mainly based on heat transfer by covalence, it has many of the shortcomings and disadvantages already discussed above.

US-patentissa 2 0β2 358 esitettyyn laitteistoon hiilimustan valmistamiseksi sisältyy huokoinen putki, joka on sijoitettu kuumennuskammioon. Kuuma kaasu suunnataan ulkopuolisesta uunista kammioon ja pakotetaan sen jälkeen huokoisen putken seinän lävitse sekoittumaan reaktantteihän. Täten käytetään vain lämmön konvektiosiirtoa juoksevasta aineesta reaktantteihin. Tämä yhdessä sen seikan kanssa, että puuttuu "mustan kappaleen ontelo", tekee tarpeelliseksi juoksevan aineen suuren tilavuusmäärän virtaamisen läpi kuumennuskammion lämpöhäviöiden korvaamiseksi.The apparatus for producing carbon black disclosed in U.S. Patent 2,032,358 includes a porous tube disposed in a heating chamber. The hot gas is directed from the external furnace to the chamber and is then forced through the wall of the porous tube to mix with the reactants. Thus, only the convection transfer of heat from the fluid to the reactants is used. This, together with the fact that there is no "black body cavity", makes it necessary for a large volume of fluid to flow through the heating chamber to compensate for the heat loss.

US-patentissa 2 769 772 selitetään reaktori juoksevien aineiden kuten hiilivetyjen lämpökäsittelyä varten, johon reaktoriin sisältyy kaksi samankeskistä putkea, jotka on sijoitettu liekkikuumennettuun uuniin. Reaktantit virtaavat aksiaalisesti läpi läpäisevän sisemmän konsentri-sen putken. Lämpöäkuljettava kaasu, joka virtaa reangasmaisessa kammiossa samankeskisten putkien välissä, kuumennetaan kosketuksella ulkoseinään. Juoksevat aineet sisemmässä putkessa kuumennetaan konvek-tiolla, kun lämpöä kuljettava kaasu kulkee läpäisevän seinän lävitse ja sekoittuu niihin. Tosiasiassa on mahdotonta kuumentaa sisempää putkea kuumentamatta samanaikaisesti ulompaa putkea vähintään yhtä korkeaan lämpötilaan.U.S. Patent 2,769,772 discloses a reactor for the heat treatment of fluids such as hydrocarbons, which reactor includes two concentric tubes placed in a flame-heated furnace. The reactants flow axially through a permeable inner concentric tube. The heat-transfer gas flowing in the reangas-like chamber between the concentric tubes is heated by contact with the outer wall. The fluids in the inner tube are heated by convection as the heat-carrying gas passes through the permeable wall and mixes with them. In fact, it is impossible to heat the inner tube without simultaneously heating the outer tube to at least the same high temperature.

US-patentin 2 ^36 282 mukaisessa pintapalamis-krakkausuunissa käytetään samanlaista konvektioon perustuvaa lämpöä kuljettavan kaasun periaatetta kuin US-patentissa 2 769 772. Uuni sisältää huokoisen, tulenkestävän putken, joka on ympäröity vaipalla. Palava juokseva aine rengasmaisesta kammiosta pakotetaan huokoisen seinän lävitse putken sisäpuolelle, missä se sytytetään. On kuitenkin ilmeistä, että palava juokseva aine rengasmaisessa kammiossa räjähtää ellei sitä pakoteta huokoisen seinän lävitse suuremmalla nopeudella kuin mitä on 5 64056 liekin kulkunopeus taaksepäin seinän lävitse. Samalla tavoin on lämpötila reangasmaisessa kammiossa pidettävä kaasu/ilmaseoksen syttymislämpötilan alapuolella. Palamistuotteet pintaliekistä sekoittuvat uunin reaktantteihin saastuttaen ne ja mahdollisesti reagoiden niiden kanssa. Lämpö annetaan reaktanteille konven-tiosekoittamalla palamistuotteet ja reaktantit.The surface combustion cracking furnace of U.S. Pat. No. 2,634,282 uses a similar convection-based heat transfer gas principle as U.S. Pat. No. 2,769,772. The furnace includes a porous, refractory tube surrounded by a jacket. The combustible fluid from the annular chamber is forced through a porous wall inside the tube where it is ignited. However, it is apparent that the combustible fluid in the annular chamber will explode unless forced through the porous wall at a rate greater than the rate at which the flame travels back through the wall. Similarly, the temperature in the reangasmic chamber must be kept below the ignition temperature of the gas / air mixture. Combustion products from the surface flame mix with the furnace reactants, contaminating them and possibly reacting with them. Heat is applied to the reactants by conventional mixing of the combustion products and reactants.

us-patentit 2 670 272, 2 670 275, 2 750 260, 2 915 367, 2 957 753 ja 3 ^99 730 esittävät palamiskammioita titaanidioksidipigmentin tuottamiseksi polttamalla titaanitetrakloridia hapessa. Patentissa 2 670 275, joka on edustava tälle ryhmälle, titaanitetrakloridi poltetaan huokoisessa tulenkestävässä putkessa. Inerttiä kaasua diffusoidaan jatkuvasti huokoisen putken lävitse palamiskammioon, missä se muodostaa suojaavan verhon putken sisäpinnalle. Tämä kaasuverho alentaa olennaisesti titaanidioksidiosasten taipumusta tarttua reaktorin seiniin. Koska titaanitetrakloridin palaminen on eksoterminen reaktio, mitään keinoja ei ole varattu lämmön syöttämiseksi reaktioseokseen kun tämä kulkee putken lävitse. Tosiasiassa patentin 2 670 275 mukaan on edullista poistaa lämpöä reaktorikammiosta joko tekemällä huokoinen putkilaitteisto paljaaksi ulkoilmalle tai kierrättämällä juoksevaa jäähdytysainetta läpi kierukan, joka on sijoitettu huokoisen putken ympärille.U.S. Patents 2,670,272, 2,670,275, 2,750,260, 2,915,367, 2,957,753 and 3,997,730 disclose combustion chambers for producing titanium dioxide pigment by burning titanium tetrachloride in oxygen. In Patent 2,670,275, which is representative of this group, titanium tetrachloride is fired in a porous refractory tube. The inert gas is continuously diffused through the porous tube into the combustion chamber, where it forms a protective curtain on the inner surface of the tube. This gas curtain substantially reduces the tendency of the titanium dioxide particles to adhere to the reactor walls. Since the combustion of titanium tetrachloride is an exothermic reaction, no means are reserved for supplying heat to the reaction mixture as it passes through the tube. In fact, according to patent 2,670,275, it is advantageous to remove heat from the reactor chamber either by exposing the porous tubing to the outside air or by circulating liquid coolant through a coil placed around the porous tube.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä korkeassa lämpötilassa tapahtuvan kemiallisen reaktion suorittamiseksi johdetaan reaktantit keskeisesti reaktioputken läpi, jonka sisäseinämää suojaamaan on muodostettu kaasuverhous johtamalla sen huokoisen seinämän läpi reak-tiokammion puolelle inerttiä, säteilyä olennaisesti läpäisevää kaasua, ja kuumennetaan reaktioputkessa olevaa ainetta tai aineita suurtehosäteilyn avulla reaktion käynnistämiseksi ja ylläpitämiseksi, ja keksintö on tunnettu siitä, että tulenkestävää ainetta olevaa reaktioputkea kuumennetaan ainakin osalla sen pituutta, jolloin säteilyenergiaa heijastetaan yleensä reaktioputkea kohti sitä välimatkan päässä ympäröivästä lämpökilvestä, jolloin reaktioputkessa olevat aineet kuumenevat absorboimalla reaktioputken emittoimaa säteilylämpöä.In the process of the invention for carrying out a high temperature chemical reaction, the reactants are passed centrally through a reaction tube having a gas cladding formed to protect its inner wall by passing an inert gas substantially permeable to the reaction chamber , and the invention is characterized in that the reaction tube of refractory material is heated for at least a part of its length, the radiant energy being generally reflected towards the reaction tube at a distance from the surrounding heat shield, the substances in the reaction tube being heated by absorbing the radiant heat emitted by the reaction tube.

Siinä tapauksessa, että itse reaktantit ovat läpäiseviä säteily-energialle, viedään absorboivaa kohtioainetta reaktanttivirtauk-seen. Kohtioaine absorboi riittävästi säteilyenergiaa nostamaan sydämen lämpötilan halutulle tasolle. Kuitenkin joissakin 6 6405 β tapauksissa, vaikka reaktantit ovat läpäiseviä säteilylle, yksi tai useampia reaktiotuotteista voi olla absorboivana aineena. Tällaisesssa tapauksessa sen jälkeen kun reaktio on pantu alkuun, kohtioaine voidaan ottaa pois ja reaktio jatkuu. Esimerkki tällaisesta reaktiosta on metaanin pyrolyysi hiileksi ja vedyksi.In the event that the reactants themselves are permeable to radiant energy, an absorbent target substance is introduced into the reactant stream. The target substance absorbs enough radiant energy to raise the heart temperature to the desired level. However, in some 6,6405 β cases, although the reactants are permeable to radiation, one or more of the reaction products may be an absorbent. In such a case, after the reaction is initiated, the target substance can be removed and the reaction continues. An example of such a reaction is the pyrolysis of methane to carbon and hydrogen.

Jotkut reaktiot palautuvat joko osittain tai täydellisesti ellei reaktiotuotteita jäähdytetä välittömästi ja nopeasti. Näissä tapauksissa on edelleen ajateltu, että reaktiotuotteiden ja mahdollisesti jäljellejääneiden kohtioaineiden jäähdyttäminen toteutetaan välittömästi halutun reaktion tultua loppuun viedyksi.Some reactions recover either partially or completely unless the reaction products are cooled immediately and rapidly. In these cases, it is further contemplated that cooling of the reaction products and any remaining target materials will be accomplished immediately upon completion of the desired reaction.

Esillä olevan keksinnön mukainen korkealämpötilainen kaasu- tai nesteseinäreaktori siirtää olennaisesti kaiken tarvittavan lämmön reaktantteihin säteilykytkennällä.The high temperature gas or liquid wall reactor of the present invention transfers substantially all of the required heat to the reactants by radiation coupling.

Reaktoriin kuuluu (A) reaktoriputki, jossa on sisääntulopää ja ulostulopää ja jonka sisätila muodostaa reaktorikammion, joka reaktoriputki on valmistettu huokoisesta tulenkestävästä aineesta, joka pystyy emittoimaan säteilyenergiaa, jonka tulenkestävän aineen huokosilla on sellainen halkaisija, joka mahdollistaa riittävän inertin juoksevan aineen tasaisen virtauksen putken seinän lävitse muodostamaan suojaava verho reaktoriputken säteettäisesti sisäänpäin olevalle pinnalle; (B) juoksevaa ainetta pitävä, putkimainen paineastia, joka ympäröi reaktoriputkea ja rajoittaa inertin juoksevan aineen ko-koojakammion reaktoriputken ja paineastian väliin, jolloin reaktoriputken sisääntulo- ja ulostulopäät on tiiviisti suljettu kokoojakammiosta, jolloin paineastiassa on sisääntulo inertin juoksevan väliaineen sisäänpäästämiseksi, (C) reaktiokomponenttien syöttövälineet, jotka on sijoitettu ja sovitettu syöttämään ainakin yhtä reaktiokomponenttia reak-tiokammioon reaktioputken sisääntulopäästä, ja reaktori on tunnettu siitä, että reaktoriin sisältyy (D) sähkölämmitin, joka sijaitsee kokoojakammiossa ja säteen suunnassa välimatkan päässä reaktoriputkesta, ja (E) kehän suuntainen lämpökilpi, joka sijaitsee paineastiassa säteen suunnassa lämmittimen ulkopuolella, joka lämpökilpi on sovitettu heijastamaan säteilyenergiaa reaktoriputkeen.The reactor comprises (A) a reactor tube having an inlet end and an outlet end, the interior of which forms a reactor chamber made of a porous refractory capable of emitting radiant energy, the pores of the refractory material having a diameter of the tube which allows sufficient inert flow to form a protective curtain on the radially inward surface of the reactor tube; (B) a fluid-bearing tubular pressure vessel surrounding the reactor tube and delimiting an inert fluid collection chamber between the reactor tube and the pressure vessel, the inlet and outlet ends of the reactor tube being tightly closed from the manifold chamber; supply means arranged and adapted to supply at least one reaction component to the reaction chamber at the inlet end of the reaction tube, the reactor comprising (D) an electric heater located in the collector chamber and radially spaced from the reactor tube, and (E) circumferentially heated located in a pressure vessel radially outside the heater, a heat shield adapted to reflect radiant energy to the reactor tube.

7 640567 64056

Toisin kuin tavanomaiset konvektiosektorit, esillä oleva keksintö perustuu säteilykytkentään lämmön siirtämiseksi reak-tanttivirtaukseen. Siirretyn lämmön määrä on riippumaton sekä fysikaalisesta kosketuksesta reaktorin seinän ja virtauksen välillä että pyörteisen sekoittumisen määrästä virtauksessa. Päätekijä lämmön siirrossa esillä olevassa järjestelmässä on reaktanttien säteilyn absorptiokerroin (a). Inertin juoksevan aineen muodostama verho, joka suojaa reaktorin seinää, on edullisesti olennaisen läpäisevä säteilylle ja siten sillä on varsin alhainen kertoimen (a) arvo. Tämä mahdollistaa energian siirron verhon lävitse reaktanttivirtaukseen vähäisin tai olemattomin energiahäviöin. Ideaalisesti joko itse reaktantit tai kohtioaine omaavat suuret kertoimen (a) arvot ja absorboivat täten suuria määriä energiaa taikka vaihtoehtoisesti, reaktantit voivat olla hienojakoisia, kuten sumussa, siten, että säteily absorboituu jäämällä loukkuun osasten väliin. Koska aineet, jotka ovat hyviä absorbereita, yleensä ovat hyviä säteilyn emittereitä, kun reaktantit tai kohtioaineet nostetaan riittävän korkeaan lämpötilaan, ne tulevat sekundäärisäteilijöiksi, jotka uudelleensäteilevät energiaa kautta koko reagoivan tilavuuden ja edelleen parantavat järjestelmän lämmönsiirto-ominaisuuksia. Tämä tapahtuu melkein hetkellisesti ja sitä voidaan valvoa nopeasti ja tarkasti. Lisäksi uudelleensäteily-ilmiö, joka varmistaa reaktanttien nopean ja tasaisen kuumentamisen, on täysin riippumaton sen pyörteisen sekoittumisen määrästä, jota voi esiintyä reaktanttivirtauksessa.Unlike conventional convection sectors, the present invention is based on radiation coupling to transfer heat to a reactant stream. The amount of heat transferred is independent of both the physical contact between the reactor wall and the flow and the amount of vortex mixing in the flow. The main factor in heat transfer in the present system is the radiation absorption coefficient (a) of the reactants. The curtain of inert fluid which protects the reactor wall is preferably substantially permeable to radiation and thus has a rather low value of the factor (a). This allows energy to be transferred through the envelope to the reactant flow with little or no energy loss. Ideally, either the reactants themselves or the target material have high values of the factor (a) and thus absorb large amounts of energy, or alternatively, the reactants may be finely divided, such as in fog, so that the radiation is absorbed by being trapped between the particles. Because substances that are good absorbers are generally good emitters of radiation when the reactants or target substances are raised to a sufficiently high temperature, they become secondary emitters that re-radiate energy throughout the reactive volume and further improve the heat transfer properties of the system. This happens almost momentarily and can be monitored quickly and accurately. In addition, the re-radiation phenomenon, which ensures rapid and uniform heating of the reactants, is completely independent of the amount of turbulent mixing that can occur in the reactant flow.

Esillä oleva korkealämpötilainen kemiallinen prosessi ja laitteisto muodostavat ratkaisun probleemoihin, jotka ovat vaivanneet alan ämmättiväkeä ja siten ne sallitvat sellaisten reaktioiden toteuttamisen, jotka tähän asti ovat olleet mahdottomia tai vain teoreettisesti mahdollisia. Koska lämpö syötetään säteilykytkennällä eikä konvektiolla ja/tai konduk-tiolla, voi reaktanttivirtauksen lämpötila olla riippumaton sekä reaktorin seinän lämpötilasta että olosuhteista reaktanttivirtauksessa ja vaikea aineiden lujuuspulma vältetään.The present high-temperature chemical process and equipment provide a solution to the problems that have plagued the industry and thus allow reactions to be carried out which have hitherto been impossible or only theoretically possible. Since the heat is supplied by radiation coupling and not by convection and / or conduction, the temperature of the reactant flow can be independent of both the reactor wall temperature and the conditions in the reactant flow, and a difficult strength problem of materials is avoided.

Vaikka käytetään kuumennettua seinää säteilyenergian lähteenä, ei käytetä suuria paineita, jotka normaalisti edistävät monenlaisia reaktioita. Tästä syystä voidaan menestyksellisesti käyttää 8 64056 sellaisia tulenkestäviä aineita kuin hiiltä tai toriumoksidia, jotka eivät ole sopivia käytettäviksi seinäaineena tavanomaisessa reaktorissa. Verrattuna eniten lämpötilaa kestäviin seoksiin, jotka sulavat noin 1590°C:n lämpötilassa, esimerkiksi toriumoksidi on käyttökelpoinen yli noin 2930°C lämpötiloissa. Tämä ominaisuus sallii paljon suuremmat reaktiolämpötilat kuin mitä tähän asti on ollut saavutettavissa ja reaktiot, jotka ovat olleet vain teoreettisesti toteutettavissa, voidaan toteuttaa.Although a heated wall is used as a source of radiant energy, high pressures are not used, which normally promote a wide variety of reactions. For this reason, 8,64056 refractories such as carbon or thorium oxide which are not suitable for use as a wall material in a conventional reactor can be successfully used. Compared to the most temperature resistant alloys that melt at about 1590 ° C, for example, thorium oxide is useful at temperatures above about 2930 ° C. This property allows much higher reaction temperatures than have hitherto been achievable, and reactions which have only been theoretically feasible can be carried out.

Hiilikangas, edullinen tulenkestävä aine yhtä esillä olevan reaktoriputken suoritusmuotoa varten, on suhteellisen huokeaa, helposti saatavissa olevaa ja se voidaan muodostaa olennaisesti suuremmiksi reaktoriputkiksi kuin valetusta huokoisesta hiilestä valmistetut, joita nykyisin on saatavissa. Koska hiilikangas normaalisti on taipuisaa, yritykset pakottaa inert-ti kaasu säteittäisesti sisäänpäin läpi tällaista ainetta olevan reaktoriputken aiheuttaisivat putken kokoonsortumisen. Tämän mukaisesti esillä olevan keksinnön mukaan on ajateltu kerrostaa kerros pyrolyyttistä grafiittia kankaalle sen jäykistämiseksi riittävästi kestämään paine-eroa, joka ylläpidetään inerttiä juoksevaa ainetta sisältävän kokoojakammion ja reaktiovyöhykkeen välillä. Pyrolyyttisen grafiittikerrok-sen sijoittaminen kankaalle myös mahdollistaa kudoksen huokoisuuden säätämisen.Carbon fabric, a preferred refractory for one embodiment of the present reactor tube, is relatively inexpensive, readily available, and can be formed into substantially larger reactor tubes than those currently available from cast porous carbon. Because carbon fabric is normally flexible, attempts to force an inert gas radially inwardly through a reactor tube of such a material would cause the tube to collapse. Accordingly, in accordance with the present invention, it is contemplated to deposit a layer of pyrolytic graphite on the fabric to stiffen it sufficiently to withstand the pressure difference maintained between the inert fluid-containing collector chamber and the reaction zone. Placing a pyrolytic graphite layer on the fabric also allows the porosity of the fabric to be adjusted.

Suojaavan inerttistä juoksevaa ainetta olevan verhon käyttäminen, joka on tehty mahdolliseksi suuresti sillä, että käytetään säteilykytkentää, eristää reaktorin seinän reak-tanttivirtauksesta ja tekee mahdottomaksi normaaleissa toimintaolosuhteissa minkään saostuman tai muun kerrostuman kerääntymisen ja näiden aiheuttaman järjestelmän tukkeutumisen. Siinä tapauksessa, että käytetään syövyttävää juoksevaa ainetta kuten höyryä verhona, reaktioputken, kuumen-nuselementtien ja lämpösuojan pinnat, jotka pidetään korkeissa lämpötiloissa ja kosketuksessa verhokaasuun kun reaktori on toiminnassa, voidaan päällystää ohuella kerroksella tulenkestävää oksidia, kuten toriumoksidia, magnesiumoksidia tai sirkoniumoksidia. Tulenkestävä oksidi voidaan kerrostaa 9 64056 näille pinnoille kuumentamalla reaktori haihtuvan, metallia sisältävän yhdisteen dissosiaatiolämpötilan yläpuolelle, tuomalla tämä yhdiste reaktorikammioon ja antamalla sen dissosioitua, kerrostaen metallikerroksen kuumennetuille pinnoille. Sen jälkeen kaasua tai jotakin muuta sopivaa ainetta kuten esimerkiksi molekulaarista happea voidaan viedä reaktiokammioon hapettamaan metallikerros, niin että muodostuu haluttu tulenkestävä oksidi. Vaihtoehtoisesti tulenkestävä päällyste voidaan saada aikaan yhdessä vaiheessa, jos haihtuvaa metallia sisältävää yhdistettä, joka pyrolysoituu suoraan oksidiksi, käytetään tulenkestävänä kerrostamisaineena.The use of a protective inert fluid curtain, made possible by the use of radiation coupling, isolates the reactor wall from the reactant flow and makes it impossible under normal operating conditions for any precipitate or other deposit to accumulate and cause the system to become clogged. In the case of using a corrosive fluid such as steam as a curtain, the surfaces of the reaction tube, heating elements and heat shield kept at high temperatures and in contact with the curtain gas while the reactor is operating can be coated with a thin layer of refractory oxide such as thorium oxide or magnesium oxide. The refractory oxide can be deposited on these surfaces by heating the reactor above the dissociation temperature of the volatile metal-containing compound, introducing this compound into the reactor chamber and allowing it to dissociate, depositing the metal layer on the heated surfaces. A gas or other suitable substance such as molecular oxygen can then be introduced into the reaction chamber to oxidize the metal layer to form the desired refractory oxide. Alternatively, a refractory coating can be provided in one step if a volatile metal-containing compound that pyrolyzes directly to an oxide is used as the refractory deposition agent.

Säteilykytkennän käyttäminen tekee edelleen mahdolliseksi lämmönsiirtonopeuksien tarkan ja melkein hetkellisen säädön, mikä on mahdotonta saavuttaa tavanomaisessa konvektioreak- torissa. Yhdessä keksinnön suoritusmuodossa, joka on sopiva suurikaavaisiin kaupallisiin tarkoituksiin, on saavutettu 2 tehotiheys noin 180 W/cm . Tämä luku merkitsee suurta pa- 2 rannusta verrattuna 2-3 W/cm , mikä tavallisesti saavutetaan tavanomaisissa reaktoreissa. Ja lämpösuojan käyttäminen muodostamaan pinta tai pinnat mustan kappaleen ontelossa, jonka sisällä reaktiot tapahtuvat, mahdollistaa epätavallisen edullisten termisten tehokkuuksien saavuttamisen.The use of radiation coupling still makes it possible to precisely and almost instantaneously control the heat transfer rates, which is impossible to achieve in a conventional convection reactor. In one embodiment of the invention, which is suitable for large scale commercial purposes, a power density of about 180 W / cm has been achieved. This figure represents a large improvement over 2-3 W / cm, which is usually achieved in conventional reactors. And the use of a heat shield to form the surface or surfaces in the cavity of the black body within which the reactions take place makes it possible to achieve unusually advantageous thermal efficiencies.

Reaktiot, joita voidaan toteuttaa esillä olevan keksinnön mukaisella prosessilla ja reaktorilla, ovat monet ja moninaiset. Esimerkiksi orgaanisia yhdisteitä, erityisesti hiilivetyjä voidaan pyrolysoida tuottamaan hiiltä ja vetyä ilman kasaantumis- ja termisiä- ryöstäytymisongel-mia, joita esiintyy tunnetussa tekniikassa. Tyydytettyjä hiilivetyjä voidaan osittain pyrolysoida tyydyttämättömien hiilivetyjen 10 64056 saamiseksi; täten esimerkiksi propaania ja etaania voidaan dehydrata propyleeniksi ja etyleeniksi. Tyydyttämättömät hiilivedyt voidaan osittain pyrolysoida vedyn läsnäollessa muodostamaan tyydytettyjä hiilivetyjä ja erityisesti, maaöljytuotteita voidaan termisesti krakata.The reactions that can be carried out with the process and reactor of the present invention are many and varied. For example, organic compounds, especially hydrocarbons, can be pyrolyzed to produce carbon and hydrogen without the accumulation and thermal robbery problems encountered in the prior art. Saturated hydrocarbons can be partially pyrolyzed to give unsaturated hydrocarbons; thus, for example, propane and ethane can be dehydrated to propylene and ethylene. Unsaturated hydrocarbons can be partially pyrolyzed in the presence of hydrogen to form saturated hydrocarbons and, in particular, petroleum products can be thermally cracked.

Täten kaasuöljy voidaan helposti muuttaa dieselöljyksi, paloöljyksi (keroseeni), bensiinijakeiksi tai jopa metaaniksi. Halogeenilisäai-neita voidaan lisätä osittain pyrolysoituihin hiilivetyihin tuottamaan suuremman molekyylipainon omaavia yhdisteitä. Hiilivedyt voidaan täydellisesti tai epätäydellisestä pyrolysoida vesihöyryn läsnäollessa muodostamaan hiilimonoksidia ja vetyä; lisää vetyä voidaan sitten lisätä ja jatkaa reaktiota muodostamaan alkaanisarjän hiilivetyjä, jotka ovat suuren polttoarvon omaavia polttoainekaasuja.Thus, gas oil can be easily converted to diesel oil, fuel oil (kerosene), gasoline fractions or even methane. Halogen additives can be added to partially pyrolyzed hydrocarbons to produce higher molecular weight compounds. Hydrocarbons can be completely or incompletely pyrolyzed in the presence of water vapor to form carbon monoxide and hydrogen; more hydrogen can then be added and the reaction continued to form alkane series hydrocarbons, which are high calorific fuel gases.

Epäorgaanisia yhdisteitä voidaan samoin pyrolysoida. Esimerkiksi muiden muassa raudan, elohopean, volframin ja tantaalin suoloja tai oksideja voidaan dissosioida puhtaiden metallien saamiseksi. Raudan, nikkelin, koboltin, kuparin ja hopean oksidit, muutamia mainitaksemme, voidaan suoraan pelkistää vedyn läsnäollessa samoin tuloksin. Tämä luettelo ei missään nimessä ole tarkoitettu tyhjentäväksi.Inorganic compounds can also be pyrolyzed. For example, salts or oxides of iron, mercury, tungsten, and tantalum, among others, can be dissociated to obtain pure metals. Oxides of iron, nickel, cobalt, copper, and silver, to name a few, can be directly reduced in the presence of hydrogen with the same results. This list is by no means intended to be exhaustive.

Uusia sekatuotteita voidaan myös valmistaa esillä olevalla prosessilla. Voidaan esimerkiksi saada hiili- tai talkkiosasia, jotka on päällystetty piikarbidilla. Tämä tuote toimii erinomaisena hankausaineena, koska, sellaisena kuin sitä käytetään, se jatkuvasti murenee ja muodos- 235 taa uusia teräviä pintoja. Tiettyjen alkuaineiden, kuten esim. U osaset voidaan myös kapseloida kemiallisesti tiiviiseen, toista ainetta kuten hiiltä olevaan kuoreen; erityisesti viimeksimainittu tuote on hyödyllinen ydinreaktorin polttoaine-elementtinä.New mixed products can also be made by the present process. For example, carbon or talc particles coated with silicon carbide can be obtained. This product acts as an excellent abrasive because, as used, it constantly crumbles and forms new sharp surfaces. Certain elements, such as, for example, U particles, may also be encapsulated in a chemically sealed shell of another substance, such as carbon; in particular, the latter product is useful as a fuel element for a nuclear reactor.

Olemme edelleen ajatelleet, että esillä oleva keksintö voi muodostua päätevaiheeksi tavanomaisessa jätteiden ja jätevesien aerobisessa polttamisessa. Suhteellisen alhaiset lämpötilat, joita esiintyy nykyisessä polttamistekniikassa, sallivat typen orgaanisten peroksidien ja oksidien muodostumisen, jotka ovat päätekijöitä valokemiallisen smogin ja muunlaisen ilmansaastumisen aiheuttamisessa. Koska tällaiset yhdisteet eivät ole stabiileja niissä korkeammissa prosessilämpö-tiloissa, joita saadaan aikaan esillä olevalla keksinnöllä, voidaan saada aikaan jätteiden poltosta poistuvia aineita, jotka ovat hyvin vähän saastuttavia.We have further contemplated that the present invention may form the final step in conventional aerobic incineration of waste and wastewater. The relatively low temperatures that occur in current combustion technology allow the formation of organic nitrogen peroxides and oxides, which are major factors in causing photochemical smog and other types of air pollution. Because such compounds are not stable at the higher process temperatures provided by the present invention, waste incineration materials that are very low in contamination can be obtained.

11 6405611 64056

Edelleen, esillä olevaan keksintöön sisältyy korkealämpötilainen anaerobinen jätteiden tislaus ja/tai disassosiaatio, jolloin saaliiksi saadaan hyödyllisiä tuotteita, kuten hiilimustaa, aktiivi-hiiltä, vetyä ja lasimurskaa, muutamia mainitaksemme. Vesihöyryn lisääminen tällaiseen jätteeseen tuottaa hiilimonoksidia ja vetyä, joita sitten voidaan prosessoida tavanomaiseen tapaan polttokaa-sujen tuottamiseksi. Lopuksi, vedyn lisäämisellä tällaiseen jätteeseen tuotetaan maaöljyekvivalentteja raskaita öljyjä ja muita maaöljytuotteita. Täten olennainen väheneminen ilman saastumisessa sekä merkittäviä taloudellisia voittoja voidaan toteuttaa näillä esitetyillä esillä olevan keksinnön sovellutuksilla.Further, the present invention includes high temperature anaerobic distillation and / or disassociation of wastes to yield useful products such as carbon black, activated carbon, hydrogen and broken glass, to name a few. The addition of water vapor to such waste produces carbon monoxide and hydrogen, which can then be processed in a conventional manner to produce combustion gases. Finally, the addition of hydrogen to such waste produces petroleum equivalents of heavy oils and other petroleum products. Thus, a substantial reduction in air pollution as well as significant economic gains can be achieved with these disclosed embodiments of the present invention.

Esillä oleva keksintö merkitsee suurta läpimurtoa alan tekniikassa. Koska se ensimmäisen kerran tekee mahdolliseksi käyttää termisen energian lähdettä, jota ei koskaan aikaisemmin ole valjastettu tällä tavoin, sen mahdolliset sovellutukset ovat lukuisat ja vaih-televat. Lisäksi väistämällä ne materiaalin lujuusongelmat, jotka ovat rajoittaneet tekniikkaa monia vuosia, tämä keksintö tekee mahdolliseksi käytännöllisessä mielessä monia hyödyllisiä kemiallisia reaktioita, jotka ovat kauan olleet tunnettuja mutta joita ei ole voitu toteuttaa johtuen lämpötilarajoituksista, jotka ovat luontaisia reaktoreille, jotka riippuvat konvektioon ja/tai konduk-tioon perustuvasta lämmönsiirrosta.The present invention represents a major breakthrough in the art. Because it makes it possible for the first time to use a source of thermal energy that has never been harnessed in this way before, its potential applications are numerous and varied. In addition, by avoiding the material strength problems that have limited the technique for many years, the present invention enables in practice many useful chemical reactions that have long been known but could not be performed due to the temperature limitations inherent in convection and / or conductivity reactors. heat transfer.

Seuraavassa selitetään keksintöä oheisiin piirustuksiin liittyen.The invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

Kuvio IA esittää leikkausta esillä olevan keksinnön mukaisen reaktorin sisääntulopäästä.Figure 1A shows a section of the inlet end of a reactor according to the present invention.

Kuvio IB esittää leikkausta reaktorin ulostulopäästä; kuviot IA ja IB esittävät puolikkaita yhtenäisestä rakenteesta, joka on jaettu pitkin viivaa A-A tarkoituksella tehdä kuviot riittävän suuriksi tiettyjen rakenteellisten yksityiskohtien selvää kuvaamista varten. Kuvio 1C on osittain leikattu perspektiivikuva reaktorista, kuviosta on poistettu muutamia osia tai joitakin osia on kuvattu kaaviollisesti tarkoituksella selvemmin kuvata reaktorin toimintaa. Kuvio 2 esittää leikkausta olennaisesti pitkin viivaa 3-3 kuviossa IA.Figure 1B is a sectional view of the reactor outlet; Figures 1A and 1B show halves of a unitary structure divided along line A-A for the purpose of making the figures large enough to clearly illustrate certain structural details. Figure 1C is a partially sectioned perspective view of the reactor, with some parts removed or some parts schematically illustrated to more clearly illustrate the operation of the reactor. Figure 2 shows a section substantially along line 3-3 in Figure 1A.

Kuvio 3 esittää leikkausta olennaisesti pitkin viivaa 4-4 kuviossa IB.Figure 3 shows a section substantially along line 4-4 in Figure 1B.

i2 64056i2 64056

Kuvio 4 esittää leikkausta olennaisesti pitkin viivaa 5-5 kuviossa IA.Figure 4 shows a section substantially along line 5-5 in Figure 1A.

Kuvio 5 esittää perspektiivikuvana osaa reaktoriputken kuumennus-välineistä esillä olevan keksinnön toisessa suoritusmuodossa.Figure 5 is a perspective view of a portion of the reactor tube heating means in another embodiment of the present invention.

Kuviot 6A, 6B, 6C ja 6D yhdessä muodostavat osittain leikatun edestä päin katsotun kuvan esillä olevan keksinnön mukaisesta reaktorista; reaktorin yhtenäinen rakenne on jaettu pitkin viivoja A-A, B-B ja C-C tarkoituksella saada mittakaava riittävän suureksi tiettyjen rakenteelisten yksityiskohtien selvää esittämistä varten. Kuvio 7 esittää leikkausta olennaisesti pitkin viivaa 8-8 kuyiossa 6A.Figures 6A, 6B, 6C and 6D together form a partially sectioned front view of a reactor according to the present invention; the unitary structure of the reactor is divided along lines A-A, B-B and C-C in order to make the scale large enough to clearly show certain structural details. Figure 7 shows a section substantially along line 8-8 in pattern 6A.

Kuvio 8 esittää leikkausta olennaisesti pitkin viivaa 9-9 kuviossa 6B.Figure 8 shows a section substantially along line 9-9 in Figure 6B.

Kuvio 9 esittää leikkausta olennaisesti pitkin viivaa 10-10 kuyiossa 6B.Figure 9 shows a section substantially along line 10-10 in pattern 6B.

Kuvio 10 esittää leikkausta olennaisesti pitkin viivaa 11-11 kuyiossa 6C.Figure 10 shows a section substantially along line 11-11 in pattern 6C.

Kuvio 11 esittää leikkausta olennaisesti pitkin viivaa 12-12 kuviossa 6C.Figure 11 shows a section substantially along line 12-12 in Figure 6C.

Kuvio 12 esittää pystyleikkauksena reaktion jälkikäsittelylaitelkaa esillä olevan keksinnön mukaisen reaktorin vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa.Figure 12 shows a vertical section of a reaction finishing apparatus in an alternative embodiment of a reactor according to the present invention.

Kuviot 13A ja 13B yhdessä muodostavat osittain leikkauksena esitetyn kuvan keksinnön vaihtoehtoisen suoritusmuodon sisäänmeno-koostumuksesta; sisäänmenokoostumuksen yhtenäinen rakenne on jaettu pitkin viivaa D-D tarkoituksella saada mittakaava riittävän suureksi tiettyjen rakenteellisten yksityiskohtien selvää esittämistä yarten.Figures 13A and 13B together form a partially sectioned view of an input composition of an alternative embodiment of the invention; the uniform structure of the input composition is divided along the line D-D in order to make the scale large enough for the clear presentation of certain structural details.

Kuvio 14 on kaaviokuva keksinnön mukaisesta reaktorista yhdessä laitteiston kanssa, jolla esikäsitellään ja viedään kiinteät reaktantit keksinnön mukaisen reaktorin sisäänmenokoostumukseen. Kuyio 15 on kaaviollinen esitys, joka kuvaa keksinnön mukaisen reaktorin tulenkestävää päällystys- ja syövytysjärjestelmää.Figure 14 is a schematic diagram of a reactor according to the invention together with an apparatus for pretreating and introducing solid reactants into the inlet composition of the reactor according to the invention. Kuyio 15 is a schematic representation illustrating a refractory coating and etching system for a reactor according to the invention.

Kuyio 16 on kaavio keksinnön mukaisen reaktorin lämpötilansäätö-piiristä.Figure 16 is a diagram of the temperature control circuit of a reactor according to the invention.

Kuvio 17 on graafinen esitys keksinnön mukaisen reaktorin lämmi-tyselementin sähkövastuksesta lämpötilan funktiona ja siitä riippuen, kuinka monta kerrosta tulenkestävää kudosta muodostaa elementin.Fig. 17 is a graphical representation of the electrical resistance of the heating element of a reactor according to the invention as a function of temperature and depending on how many layers of refractory fabric form the element.

Kuvio 18 esittää kaavallisesti keksinnön mukaisen reaktorin eri ohjausjärjestelmien toimintaa.Figure 18 schematically shows the operation of different control systems of a reactor according to the invention.

i3 64 05 6i3 64 05 6

Keksinnössä pidetään pääenergianlähteenä, jolle suunnittelun on perustuttava, mustan kappaleen säteilyä tai muuta sähkömagneettista säteilyä, erityisesti aallonpituusalueella noin 100-0,01 mikronia.The invention considers black radiation or other electromagnetic radiation, in particular in the wavelength range of about 100 to 0.01 microns, to be the main energy source on which the design must be based.

Kuvioissa IA-5 ja erityisesti kuvioissa 1A-1C on kuvattu keksinnön mukaista reaktoria 60, johon kuuluu reaktoriputki 61, jossa on tulopää 62 ja lähtöpää 63; putken 61 sisätila määrittää reak-torikammion 65· Reaktoriputki 61 on tehty huokoisesta aineesta, joka pystyy emittoimaan säteilyenergiaa; huokoshalkaisija on edullisesti noin 0,02-0,5 mm, jotta mahdollistettaisiin tasainen virtaus riittävän inerttiä juoksevaa ainetta putken seinän lävitse muodostamaan asianmukainen suojaava verho. Kuita seinäkonstruktioi-ta, kuten verkkoa, sihtiä taikka eri tyyppisiä rei’ityksiä voidaan myös käyttää aikaansaamaan haluttu tulos. Reaktoriputki 61 -yoi olla tehty sellaisista aineista kuin grafiitti, hiili, sintrattu ruostumaton teräs, sintrattu volframi taikka sintrattu molybdeeni ja epäorgaanisista aineista, kuten muun muassa tcriumin, magnesiumin, sinkin, alumiinin taikka sirkoniumin oksideista. Volframi, nikkeli ja molybdeeni ovat myös sopivia käytettäviksi verkkoina tai sihteinä.Figures IA-5, and in particular Figures 1A-1C, illustrate a reactor 60 according to the invention, comprising a reactor tube 61 having an inlet end 62 and an outlet end 63; the interior of the tube 61 defines a reactor chamber 65 · The reactor tube 61 is made of a porous material capable of emitting radiant energy; the pore diameter is preferably about 0.02 to 0.5 mm to allow a uniform flow of sufficiently inert fluid through the wall of the tube to form a suitable protective curtain. Fiber wall constructions such as mesh, strainers or different types of perforations can also be used to achieve the desired result. Reactor tube 61 may be made of materials such as graphite, carbon, sintered stainless steel, sintered tungsten or sintered molybdenum, and inorganic materials such as oxides of sodium, magnesium, zinc, aluminum, or zirconium, among others. Tungsten, nickel and molybdenum are also suitable for use as nets or screens.

Juoksevaa ainetta pitävä paineastia 70, joka edullisesti on tehty ruostumattomasta teräksestä, sulkee sisäänsä reaktoriputken 61. Astian 70 yhtenäisyys on ylläpidetyy joukolla tiivistyslaippoja 71, 72; 73, 74; ja 75, 76, jotka liittävät reaktorin 60 eri osia toisiinsa. Laipat 72, 73 ja 76 on lisäksi urattu vastaanottamaan ruostumatonta terästä olevat 0-renkaat 77* 78 ja 79* jotka toimivat painetiivisteinä. Reaktoriputki 61 on liukuvasti asennettu siten, että toinen pää on grafiittiholkissa 8l, joka sallii putken 6l mahdollisen pitenemisen toiminnan aikana korotetuissa lämpötiloissa.A fluid pressure vessel 70, preferably made of stainless steel, encloses the reactor tube 61. The integrity of the vessel 70 is maintained by a plurality of sealing flanges 71, 72; 73, 74; and 75, 76 connecting the various parts of the reactor 60 to each other. Flanges 72, 73 and 76 are further grooved to receive stainless steel O-rings 77 * 78 and 79 * which act as pressure seals. The reactor tube 61 is slidably mounted so that the other end is in a graphite sleeve 8l, which allows the tube 6l to be possibly elongated during operation at elevated temperatures.

Paineastiaan 70 kuuluu lisäksi sisääntulo 83 inertin juoksevan aineen sisäänpäästämiseksi, joka aine 6405 6 on olennaisesti läpäisevää säteilyenergialle. Inertti juokseva aine on olennaisesti läpäisevää säteilylle, koska sillä on alhainen (a) arvo. Juokseviin aineisiin, jotka ovat sopivia tähän tarkoitukseen, kuuluvat yksinkertaiset kaasut, kuten helium, neon, argon, krypton ja ksenon; teknilliset kaasut, jotka eivät hajoa muodostaen kiinteää tuotetta, kuten vety, typpi, happi ja ammoniakki; ja nestemäinen tai kaasumainen vesi. Tässä käytettynä sisältyy termiin ’’inertti" kaksi tekijää: juoksevan aineen kyky reagoida kemiallisesti reaktoriputken 11 aineen kanssa ja juoksevan aineen kyky reagoida kemiallisesti niiden aineiden kanssa, jotka ovat mukana prosessissa. Täten inertin verhon juoksevan aineen valinta riippuu kussakin tapauksessa juuri siinä vallitsevasta ympäristöstä. Ellei nimenomaan toisin ole suunniteltu, on toivottavaa, että juokseva aine on inerttiä reaktoriputkeen nähden ja tavallisesti on toivottavaa, että juokseva aine on inerttiä sen reaktion suhteen, jota toteutetaan. Voidaan kuitenkin ajatella, että joissakin tapauksissa suojaavan verhon "inertti” juokseva aine myös ottaa osaa reaktioon, kuten esimerkiksi silloin, kun rauta- tai hiilihiukkaset saatetaan reagoimaan höyryverhon läsnäollessa tuottamaan rautaoksidia ja vettä taikka hiilimonoksidia ja vettä. Inertti juokseva aine suunnataan ensin paineisena kokoojakammioon 85, joka rajoittuu reaktoriputken 6l ja paineastian seinän 70 väliin. Tämän jälkeen tämä juokseva aine suunnataan putken 61 huokoisen seinän lävitse reaktorikammioon 65 muodostamaan suojaava verho reaktoriputken 6l säteettäiselle sisäpuoliselle pinnalle.The pressure vessel 70 further includes an inlet 83 for introducing an inert fluid, which material 6405 6 is substantially permeable to radiant energy. The inert fluid is substantially permeable to radiation because it has a low (a) value. Fluids suitable for this purpose include simple gases such as helium, neon, argon, krypton, and xenon; technical gases which do not decompose to form a solid product such as hydrogen, nitrogen, oxygen and ammonia; and liquid or gaseous water. As used herein, the term "inert" includes two factors: the ability of the fluid to chemically react with the material in the reactor tube 11 and the ability of the fluid to chemically react with the materials involved in the process. Thus, the choice of fluid in an inert curtain in each case depends on the environment. unless otherwise specifically designed, it is desirable that the fluid be inert to the reactor tube and it is usually desirable that the fluid be inert to the reaction being carried out, however, in some cases it may be thought that the "inert" fluid of the protective curtain also participates in the reaction. , such as when iron or carbon particles are reacted in the presence of a steam curtain to produce iron oxide and water or carbon monoxide and water. The inert fluid is first directed under pressure into a collector chamber 85 bounded between the reactor tube 6l and the pressure vessel wall 70. This fluid is then directed through the porous wall of the tube 61 into the reactor chamber 65 to form a protective curtain on the radial inner surface of the reactor tube 6l.

Välineisiin paineastian 70 jäähdyttämiseksi kuuluvat jäähdytys-kierukat 87, jotka sijaitsevat paineastian säteettäisesti ulkopuolisen pinnan ympärillä. Kierukat 87 on edullisesti peitetty liekkisuihkutetulla alumiinipäällysteellä, mikä parantaa termistä kosketusta astian 70 ja kierukoiden 87 välillä jäähdytystehok-kuuden lisäämiseksi. Näitä kierukoita 87 on sijoitettu myös tarkastusaukon 88 ympärille, jolla paineastian seinä on varustettu.The means for cooling the pressure vessel 70 includes cooling coils 87 located around the radially outer surface of the pressure vessel. The coils 87 are preferably covered with a flame-sprayed aluminum coating, which improves thermal contact between the vessel 70 and the coils 87 to increase cooling efficiency. These coils 87 are also placed around the inspection opening 88 with which the wall of the pressure vessel is provided.

Kuten parhaiten nähdään kuvioista IA ja 2, roaktantit viedään reaktorikammioon 65 reaktoriputken 61 tulopään 62 kautta. Välineisiin, joilla reaktantit viedään sisään, kuuluu tulo-osa 90, joka on asennettu juoksevaa ainetta pitävästä laipoilla 71, 72 15 64056 putken 6l tulopään 62 vieressä. Reaktantit kuljetetaan kaasuvir-tauksessa läpi sisääntulon 91» ohi tangentiaalisen ohjauslevyn 92 ja kokoojakammioon 93» joka rajoittuu uLkoseinän 94 ja diffuu-serin 95 väliin. Sopiviin aineisiin diffuuseria 95 varten, jonka tehtävänä on minimoida pyörteily virtauksessa, kuuluvat huokoinen hiili, teräsvilla ja verkkosihti. Reaktantit suunnataan ennaltamäärätylle kulkutielle aksiaalisesti reaktoriputkeen 6l ja suojaava verho olennaisesti rajoittaa ne keskelle reaktori-kammiota 65 ja irti kosketuksesta reaktoriputken sisäseinään.As best seen in Figures 1A and 2, the roactants are introduced into the reactor chamber 65 through the inlet end 62 of the reactor tube 61. The means for introducing the reactants include an inlet portion 90 mounted on a fluid retaining flange 71, 72 154056 adjacent the inlet end 62 of the tube 6l. The reactants are conveyed in a gas flow through the inlet 91 »past the tangential baffle 92 and to the collector chamber 93» bounded between the outer wall 94 and the diffuser 95. Suitable materials for the diffuser 95, which is designed to minimize turbulence in the flow, include porous carbon, steel wool, and a mesh screen. The reactants are directed to a predetermined path axially to the reactor tube 61 and are substantially bounded by a protective curtain in the middle of the reactor chamber 65 and away from contact with the inner wall of the reactor tube.

Itse reaktoriputki 61 synnyttää suurtehoisen säteilyenergian, joka suunnataan sen keskelle olennaisesti osumaan ainakin osaan reaktanttien kulkutietä. Kuumennus saadaan aikaan useilla hiili-elektrodeilla 100a-100f, jotka sijaitsevat säteettäisesti putken 6l ulkopuolella ja välin päässä sen kehästä; elektrodeilla 100 synnytetty lämpö siirretään putkeen 6l säteilyllä. Kuten parhaiten nähdään kuvioista IA, 4 ja 5, esimerkiksi elektrodit 100a ja 100b on yhdestä päästä upotettu kaarevaan poikittaishiilielement-tiin 101a; elektrodit 100c ja lOOd on upotettu poikittaiselement-tiin 101b; ja elektrodit lOOe ja lOOf on samalla tavoin upotettu poikittaiselementtiin 101c. Putkimaisilla alumiinioksidisilla välielimillä 101a-102c on kaksoistehtävä ensiksikin keskeittää huokoinen reaktoriputki 6l ja toiseksi jakaa kolme virtapiiriä. Kuten erityisesti nähdään kuvioista IB ja 3» kukin hiilielektrodi on toisesta päästään asennettu kupariseen kokoojaelektrodiin 104. Vaikka reaktorissa on kuusi tällaista elektrodia 104, on niistä kuviossa 3 selvyyden vuoksi esitetty vain yksi. Kuhunkin kupariseen kokoojaelektrodiin 104 kuuluu fenolilaippa 105 ja keraaminen eristin 106. Elektrodi 104 on jäähdytetty vedellä, joka kiertää sisäpuolisessa kanavassa 107, tullen sisään tuloaukosta 108 ja poistuen lähtöaukon 109 kautta. Suurvirtasähkökytkentää on merkitty viitenumerolla 110. Polytetrafluoroeteenitiiviste 111 auttaa estämään vuotoa paineastiasta 70. Tässä esitetty sähköjärjestelmä on erityisen sopiva käytettäväksi kolmivaiheteholähteestä. Muitakin järjestelmiä voidaan kuitenkin käyttää olosuhteiden niin vaatiessa. Lisäksi on ajateltu, että huokoista putkea 6l itseään voidaan kuumentaa suoraan sähkövastuksella; tässä tapauksessa elektrodit 100 voidaan jättää pois.The reactor tube 61 itself generates high power radiant energy which is directed to its center to substantially hit at least a portion of the reactor path. Heating is provided by a plurality of carbon electrodes 100a-100f located radially outside the tube 6l and spaced from its circumference; the heat generated by the electrodes 100 is transferred to the tube 6l by radiation. As best seen in Figures 1A, 4 and 5, for example, the electrodes 100a and 100b are embedded at one end in a curved transverse carbon element 101a; electrodes 100c and 100d are embedded in the transverse element 101b; and the electrodes 100e and 100f are similarly embedded in the transverse element 101c. The tubular alumina spacers 101a-102c have the dual function of firstly interrupting the porous reactor tube 6l and secondly dividing the three circuits. As can be seen in particular from Figures 1B and 3, each carbon electrode is mounted at one end on a copper collector electrode 104. Although the reactor has six such electrodes 104, only one of them is shown in Figure 3 for clarity. Each copper collector electrode 104 includes a phenolic flange 105 and a ceramic insulator 106. The electrode 104 is cooled by water circulating in the inner channel 107, entering through the inlet 108 and exiting through the outlet 109. The high current electrical connection is indicated by reference numeral 110. The polytetrafluoroethylene gasket 111 helps to prevent leakage from the pressure vessel 70. The electrical system shown here is particularly suitable for use with a three-phase power supply. However, other systems may be used if circumstances so require. In addition, it is thought that the porous tube 6l itself can be heated directly by an electric resistor; in this case, the electrodes 100 may be omitted.

16 6405616 64056

Putkenkuumennusvälineiden termistä tehokkuutta on edelleen parannettu käyttämällä molybdeenistä lämpösuojakilpeä 120, joka muodostaa rajoittavan pinnan ’’mustan kappaleen ontelolle’’, heijastaen sähkömagneettista säteilyä hiilielektrodeista 100 kohti huokoista putkea 6l. Sen johdosta, että lämpökilpi 120 heijastaa eikä siirrä lämpöä, se toimii eristeenä ja täten voidaan valmistaa mistä tahansa aineesta, jolla on tämä ominaisuus ja joka pystyy kestämään niitä lämpötiloja, joita elektrodit 100 synnyttävät. Lämpökilpi 120 on sijoitettu paineastian 70 sisään säteettäisesti ulospäin elektrodeista ja edullisesti se muodostuu suorakulmaisen poikkileikkauksen omaavasta litteästä kaistaleesta, joka on kierretty paikalleen useina kierukkamaisina kierroksina. Tällainen konstruktio sallii inertin kaasun tulemisen sisääntulon 83 kautta ja sallii kaasun kiertää vapaasti kautta koko kokoojakammion 85.The thermal efficiency of the tube heating means has been further improved by using a molybdenum heat shield 120 which forms a limiting surface for the “black body cavity” reflecting electromagnetic radiation from the carbon electrodes 100 toward the porous tube 6l. Because the heat shield 120 reflects and does not transfer heat, it acts as an insulator and thus can be made of any material that has this property and is capable of withstanding the temperatures generated by the electrodes 100. The heat shield 120 is positioned within the pressure vessel 70 radially outward from the electrodes and preferably consists of a flat strip of rectangular cross-section twisted into place in a plurality of helical turns. Such a construction allows inert gas to enter through inlet 83 and allows gas to circulate freely through the entire collection chamber 85.

Kohtioainetta tai muita alkuunpanovälineitä tai -keinoja voidaan käyttää tarvittaessa. Jos itse reaktiokomponenteilla ei ole suhteellisen suurta säteilynabsorptiokomponenttia, kohtioainetta voidaan tuoda reaktorikammioon 65 sisääntulon 121 kautta. Kohtioaineena voi olla hienojakoinen kiinteä aine, kuten esimerkiksi hiilijauhe tai jokin muu sopiva aine, joka tulee reaktori-kammioon 65 yhdessä reaktanttien kanssa sisääntulon 62 kautta ja absorboi riittävästi säteilyenergiaa nostamaan reaktanttien lämpötilan vaaditulle tasolle. Vaihtoehtoisesti kohtioaineena voi olla neste, kuten terva, asfaltti, pellavansiemenöljy taikka dieselöljy ja se voi sisältää liuoksia, dispersioita, geelejä ja suspensioita eri tavoin valmistettuina ja helposti valittuina käytettävissä olevista aineista kulloinkin kysymyksessä oleviin vaatimuksiin sopiviksi. Kohtioaineena voi olla kaasu, jolla edullisesti on absorptio sähkömagneettisen säteilyspektrin alueella noin 100-0,01 mikronia] tällaisia kaasuja ovat esimerkiksi eteeni, propeeni, typen oksidit, bromi, kloori, jodi ja etyylibromidi. Kohtiona voi myös olla kiinteä elementti, joka on tehty sellaisesta aineesta kuin esimerkiksi hiili, joka on sijoitettu reaktorikammioon 65 pitkin ainakin osaa reaktanttien kulkutiestä.The targeting agent or other initiating means or means may be used as needed. If the reaction components themselves do not have a relatively large radiation absorption component, the target substance can be introduced into the reactor chamber 65 via inlet 121. The target material may be a finely divided solid, such as carbon powder or other suitable material, which enters the reactor chamber 65 together with the reactants through inlet 62 and absorbs sufficient radiant energy to raise the temperature of the reactants to the required level. Alternatively, the target material may be a liquid such as tar, asphalt, linseed oil or diesel oil and may contain solutions, dispersions, gels and suspensions prepared in a variety of ways and readily selected from available materials to suit the particular requirements. The target substance may be a gas which preferably has an absorption in the range of about 100 to 0.01 microns of the electromagnetic radiation spectrum] such gases include, for example, ethylene, propylene, oxides of nitrogen, bromine, chlorine, iodine and ethyl bromide. The target may also be a solid element made of a material such as carbon placed in the reactor chamber 65 along at least a portion of the reactor path.

17 6405617 64056

Muihin keinoihin reaktion lämpötilan nostamiseksi tarvittavalle tasolle voivat kuulua sähkölämpöelementti, sähkövalokaari taikka liekki, joka on sijoitettu reaktorikammioon 65 osumaan yhteen reaktanttien kulkutien ainakin osan kanssa. Näissä tapauksissa alkulämmönlähde on itseään ylläpitävä, eikä ole johdettu sätei-lyenergiaa synnyttävistä välineistä. Tällaiset välineet ovat erityisen käyttökelpoisia silloin, kun itsereaktantit ovat läpäiseviä säteilylle, mutta ainakin yksi reaktiotuotteista on absor-beri. Täten sen jälkeen kun suunniteltu reaktio on alkanut, lämpötilan nostamisvälineet voidaan deaktivoida, koska reaktio-tuotteet absorboivat riittävästi säteilyenergiaa reaktion ylläpitämiseksi. Samalla tavoin, jos käytetään kohtioainetta, sen käyttö voidaan keskeyttää tai se voidaan vetää pois sen jälkeen kun reaktio on alkanut, katkaisu voi tapahtua esimerkiksi ohjausvälineillä 35. Esimerkkinä reaktiosta, jossa kohtioainetta tai muita alkuunpanovälineitä tarvitaan vain alussa, on metaanin pyrolyysi, joka tuottaa hiiltä ja vetyä. Myös voidaan käyttää reaktiotuotteiden jäähdytysvälineitä 125, joiden konstruktio on sellainen kuin edellä selitettiin tai jokin muu sopiva konstruktio, estämään ei-haluttuja kemiallisia reaktioita, joita saattaisi tapahtua, ellei reaktiotuotteita jäähdytettäisi välittömästi niiden muodostumisen jälkeen.Other means for raising the reaction temperature to the required level may include an electric heating element, an electric arc, or a flame disposed in the reactor chamber 65 to coincide with at least a portion of the reactant path. In these cases, the initial heat source is self-sustaining and is not derived from radiant energy generating means. Such devices are particularly useful when the self-reactants are permeable to radiation, but at least one of the reaction products is an absorber. Thus, once the intended reaction has begun, the temperature raising means can be deactivated because the reaction products absorb sufficient radiant energy to maintain the reaction. Similarly, if a target is used, its use can be stopped or withdrawn after the reaction has begun, the cleavage can take place, for example, by control means 35. An example of a reaction in which the target or other initiator is only needed initially is pyrolysis of methane to produce carbon and hydrogen. Cooling means 125 for reaction products having a construction as described above or some other suitable construction may also be used to prevent undesired chemical reactions that could occur if the reaction products were not cooled immediately after their formation.

18 6405618 64056

Koska säteittäinen verhon sisääntuonti ei vaadi verhon juoksevan aineen laminaarista virtausta, voidaan saavuttaa suhteellisen suuria reaktiokammion aksiaalisia pituuksia. Kaikki mitä pitää tehdä on pitää inertin juoksevan aineen absoluuttinen painetaso suurempana kuin absoluuttinen painetaso reak-tanttivirtauksessa tarkoituksella estää reaktantteja ja/tai reaktiotuloksia törmäämästä reaktoriputkeen 6l. Tämä piirre auttaa tekemään tämän suoritusmuodon sopivammaksi suurikaa-vaiseen kaupalliseen toimintaan.Since the radial introduction of the curtain does not require laminar flow of the curtain fluid, relatively large axial lengths of the reaction chamber can be achieved. All that must be done is to keep the absolute pressure level of the inert fluid higher than the absolute pressure level in the reactant flow in order to prevent the reactants and / or reaction results from colliding with the reactor tube 6l. This feature helps to make this embodiment more suitable for large-scale commercial operations.

Kuvion 1 putkea 6l täytyy kuumentaa ja se voi toimia lämpötiloissa yli 2930°C kuten esimerkiksi tapauksessa, jolloin huokoinen toriumoksidi on perusaineena. Vaikka viileä seinä paremmin pystyy kestämään painetta, koska se ei ole termisen rasituksen alaisena, niin kuuma seinä 61 ei ole painegradien-tin vaikutuksen alaisena paitsi ehkä suhteellisen pienen juoksevan aineen verhon ja reaktanttivirtauksen välisen ero-tuspaineen alaisena. Paineen ottaa vastaan ruostumatonta terästä oleva paineastian 70 seinä, joka luonnollisesti on jäähdytetty kierukoilla 87 eikä täten ole termisten rasitusten alaisena. Tämän mukaisesti tulenkestävää ainetta, kuten hiiltä tai toriumoksidia, jotka pystyvät kestämään lämpötiloja paljon yli niiden joita tavanomaiset reaktoriseinäaineet kestävät, mutta jotka ovat sopimattomia käytettäviksi tavanomaisessa konvektioreaktorissa, voidaan nyt ensimmäisen kerran käyttää aikaansaamaan käytännöllinen, ultrakorkealämpötilainen järjestelmä.The tube 61 in Fig. 1 must be heated and can operate at temperatures above 2930 ° C, as in the case of porous thorium oxide, for example. Although the cool wall is better able to withstand pressure because it is not under thermal stress, the hot wall 61 is not under the influence of a pressure gradient except perhaps under a relatively small difference between the fluid curtain and the reactant flow. The pressure is received by the wall of the stainless steel pressure vessel 70, which is naturally cooled by the coils 87 and is thus not subjected to thermal stresses. Accordingly, a refractory material, such as carbon or thorium oxide, which can withstand temperatures well above those that conventional reactor wall materials can withstand, but which are unsuitable for use in a conventional convection reactor, can now be used for the first time to provide a practical, ultra-high temperature system.

Kuvioissa 6A-14 on esitetty esillä olevan keksinnön mukaisen korkealämpötilaisen kemiallisen reaktorin suoritusmuoto, jossa on parannus edelliseen suoritusmuotoon verrattuna ja johon kuuluu sisääntulokoostumus 200, elektrodikoostumus 300, pää-koostumus 400 ja reaktion jälkikäsittelykoostumus 500. Tämän reaktorin pääelementteihin kuuluvat: 19 64056 (A) Reaktoriputki *101, jossa on tulopää 402 ja lähtöpää 403; ainakin osa putken 401 sisäosasta määrittää reaktiovyöhyk-keen 4o4. Reaktoriputki 401 on valmistettu kuituista tulenkestävää ainetta olevasta kudoksesta, joka pystyy emittoimaan riittävästi säteilyenergiaa nostamaan reaktanttien lämpötilan reaktiovyöhykkeessä 404 tasolle, joka vaaditaan halutun kemiallisen reaktion alkuunpanemiseen ja ylläpitämiseen. Kudoksessa voi olla useita huokosia, joilla on sellainen halkaisija, että kudos sallii lävitseen tasaisen virtauksen riittävän inerttiä juoksevaa ainetta, joka on olennaisesti läpäisevää säteilyenergialle, muodostamaan suojaava verho reaktoriputken 401 säteettäisesti sisäpuoliselle pinnalle.Figures 6A-14 show an embodiment of a high temperature chemical reactor according to the present invention with an improvement over the previous embodiment, comprising an inlet composition 200, an electrode composition 300, a main composition 400 and a reaction post-treatment composition 500. The main elements of this reactor include: 19 64056 (A) * 101 having an input end 402 and an output end 403; at least a portion of the interior of the tube 401 defines a reaction zone 4o4. The reactor tube 401 is made of a fibrous refractory fabric capable of emitting sufficient radiant energy to raise the temperature of the reactants in the reaction zone 404 to a level required to initiate and maintain the desired chemical reaction. The fabric may have a plurality of pores of a diameter such that the fabric allows a uniform flow of a sufficiently inert fluid substantially permeable to radiant energy to form a protective curtain on the radially inner surface of the reactor tube 401.

(B) Juoksevaa ainetta pitävä, putkimainen paineastia (jossa on sisääntulo-osa 201, elektrodiosa 301, pääosa 405 ja reaktion jälkeisen käsittelyn osa 501) sulkee sisäänsä reaktoriputken 4.01 määrittäen inertin juoksevan'aineen kokoojakammion 406 reaktoriputken 401 ja paineastian väliin. Reaktoriputken 401 tulo- ja lähtöpäät 402 ja 403 on tiiviisti suljettu kokoojakammiosta 2o 64 05 6 406. Paineastiassa on ensimmäinen sisääntulo 4o8 ja toinen sisääntulo 409 inertin juoksevan aineen päästämiseksi sisään, joka aine paineisena suunnataan kokoojakammioon 406 ja huokoisen putkiseinän 401 lävitse reaktiovyöhykkeeseen 404.(B) A fluid-containing tubular pressure vessel (having an inlet portion 201, an electrode portion 301, a main portion 405, and a post-reaction treatment portion 501) encloses the reactor tube 4.01 defining an inert fluid collection chamber 406 between the reactor tube 401 and the pressure vessel. The inlet and outlet ends 402 and 403 of the reactor tube 401 are hermetically sealed from the manifold chamber 206 64 05 6 406. The pressure vessel has a first inlet 4o8 and a second inlet 409 to allow inert fluid to enter the manifold chamber 406 and the porous tube wall 401 under pressure.

(C) Välineet reaktanttien, kaasumaisten, nestemäisten tai kiinteiden viemiseksi reaktiovyöhykkeeseen 404 reaktoriputken 401 tulopään 402 kautta. Reaktantit suunnataan ennaltamäärättyä, reaktoriputken 401 aksiaalista kulkutietä pitkin ja ne sulkee sisäänsä suojaava verho, ja ne ovat olennaisesti keskeisesti reaktiovyöhykkeessä 404 ja irti kosketuksesta reaktoriputken 401 sisäseinään.(C) Means for introducing reactants, gaseous, liquid or solid into the reaction zone 404 through the inlet end 402 of the reactor tube 401. The reactants are oriented along a predetermined axial path of the reactor tube 401 and are enclosed by a protective curtain, and are substantially central in the reaction zone 404 and away from contact with the inner wall of the reactor tube 401.

(D) Sähkövälineet, joihin kuuluu kuumennuselementit 302a, 302b ja 302c, jotka sijaitsevat kokoojakammion 406 sisällä ja ovat säteettäi-sen välin päässä ulospäin reaktoriputkesta 401 reaktoriputken lämmittämiseksi lämpötilatasolle, jolla se emittoi riittävästi säteilyener-giaa halutun kemiallisen reaktion alkuunpanemiseksi ja ylläpitämiseksi. Säteilyenergia suunnataan reaktiovyöhykkeeseen 404 olennaisesti osumaan ainakin osaan reaktanttien kulkutietä.(D) Electrical means including heating elements 302a, 302b and 302c located within the collector chamber 406 and radially spaced outward from the reactor tube 401 to heat the reactor tube to a temperature level at which it emits sufficient radiant energy to initiate and maintain the desired chemical reaction. The radiant energy is directed to the reaction zone 404 to substantially hit at least a portion of the reactor path.

(5) Lämpökilpi 410, joka sijaitsee paineastian sisällä olennaisesti sulkien sisäänsä kuumennuselementit 302a, 302b ja 302c ja reaktiovyö-hykkeen 404 määrittäen mustan kappaleen ontelon. Lämpökilpi 410 heijastaa säteilyenergian sisäänpäin kohti reaktiovyöhykettä 404.(5) A heat shield 410 located within the pressure vessel substantially enclosing the heating elements 302a, 302b and 302c and the reaction zone 404 defining a cavity of the black body. The heat shield 410 reflects the radiant energy inwardly toward the reaction zone 404.

A. Sisääntulo-osaA. Entrance section

Erikoisesti kuvioissa 6A ja 7 on esitetty paineastian sisääntulokoos-tumusosa 201, joka on putkimainen elin, jonka päissä on ensimmäinen ja toinen laippa 202 ja 203. Rengasmainen suutinlohko 204 on kiinnitetty rengasmaiseen tiivistyslaippaan 205, joka vuorostaan on juoksevaa ainetta pitävästi kiinnitetty paineastian sisääntulokoostumusosan 201 ensimmäiseen laippaan 202. Pääsumutuskaasunsisääntuloputki 206 ulottuu rengasmaisen suutinlohkon 204 lävitse ja on tukilaipalla 207 kiinteästi kiinnitetty tähän. Tiivistysrengas 209 tukilaipassa 207 varmistaa juoksevaa ainetta pitävän tiivistyksen pääsumutuskaasunsi-sääntuloputken 206 ja laipan 207 välillä. Sisääntuloliitin 210 on kiinnitetty pääsumutuskaasunsisääntuloputken 206 yhteen päähän, kuten on esitetty kuviossa 6A. Sumutuskaasu tulee kokoojakammioon 211 sisääntulon 212 kautta.In particular, Figures 6A and 7 show a pressure vessel inlet assembly 201 which is a tubular member having first and second flanges 202 and 203 at its ends. An annular nozzle block 204 is attached to an annular sealing flange 205 which in turn is fluidly attached to the first pressure vessel outlet 201. 202. The main atomizing gas inlet pipe 206 extends through the annular nozzle block 204 and is fixedly attached thereto by a support flange 207. A sealing ring 209 in the support flange 207 ensures a fluid-tight seal between the main atomizing gas inlet pipe 206 and the flange 207. The inlet fitting 210 is attached to one end of the main atomizing gas inlet pipe 206, as shown in Figure 6A. The atomizing gas enters the collector chamber 211 through the inlet 212.

21 6405621 64056

Nestemäisen reaktantin pääsisääntuloputki 214 sijaitsee pääsumutus-kaasunsisääntuloputken 206 sisällä ja on olennaisesti koaksiaalinen tämän kanssa. Nestemäinen pääreaktantti tulee putkeen 214 liittimen 210 sisääntulon 215 kautta.The main inlet tube 214 of the liquid reactant is located inside the main atomizing gas inlet tube 206 and is substantially coaxial therewith. The main liquid reactant enters the tube 214 through the inlet 215 of the connector 210.

Kuten parhaiten nähdään kuviosta 6b, sumutussuutin 216 on kiinnitetty ulostulopäähän sekä pääsumutuskaasunsisääntuloputkessa 206 että nestemäinen reaktantin pääsisääntuloputkessa 214. Sumutussuuttimeen 216 kuuluu putkimainen kuori 217, joka on kiinnitetty ja sijaitsee säteettäisesti ulospäin suuttimesta kuten kuviossa on esitetty. Kuoren 217 akseli on olennaisesti yhdensuuntainen reaktoriputken 401 akselin kanssa. Toiminnassa nestemäinen reaktantti ja sumuttava kaasu suunnataan paineisena putkien 214 ja 206 lävitse ja paineisena ne sekoitetaan suuttimessa 216. Nestemäinen reaktantti tulee täten dispergoituna suuttimen ulostulosta sumuna, joka absorboi säteilyener-giaa. Putken 217 tehtävänä on auttaa sitä, että nestemäinen reaktantti· sumu pysyy keskeisesti reaktoriputken 401 esireaktiovyöhykkeen 411 sisällä.As best seen in Figure 6b, the spray nozzle 216 is attached to the outlet end of both the main spray gas inlet tube 206 and the liquid reactant main inlet tube 214. The spray nozzle 216 includes a tubular shell 217 mounted and located radially outward from the nozzle as shown. The axis of the shell 217 is substantially parallel to the axis of the reactor tube 401. In operation, the liquid reactant and atomizing gas are directed under pressure through tubes 214 and 206 and mixed under pressure in nozzle 216. The liquid reactant thus disperses from the outlet of the nozzle as a mist which absorbs radiant energy. The purpose of the tube 217 is to help the liquid reactant · mist remain centrally within the pre-reaction zone 411 of the reactor tube 401.

Kuten parhaiten on esitetty kuvioissa 6A ja 7, esillä olevan reaktorin edullisen suoritusmuodon sisääntulorosaan voi edelleen kuulua joukko sekundäärisiä sisääntuloputkia 2l8a, 2l8b ja 2l8c, jotka mahdollistavat nestemäisten lisäreaktanttien tuonnin. Välineet sekundääristen nestemäisten reaktanttien tuomiseksi ovat rakenteellisesti ja toiminnallisesti samanlaisia kuin edellä kuvatut välineet primäärisen nestemäisen reaktantin tuomiseksi ja täten käsittävät edelleen sekundääriset sumutuskaasun sisääntuloputket 219a, 219b ja 219c ja sumutussuuttimet kuten 220a (lisäsumutussuuttimia ei ole esitetty). Tyypillinen sisääntulo nestemäiselle sekundääriselle reaktantille ja tyypillinen sisääntulo sekundääriselle sumutuskaasulle on merkitty viitenumeroilla 221 ja 222.As best shown in Figures 6A and 7, the inlet portion of the preferred embodiment of the present reactor may further include a plurality of secondary inlet tubes 218a, 218b and 218c that allow the introduction of additional liquid reactants. The means for introducing the secondary liquid reactants are structurally and functionally similar to the means for introducing the primary liquid reactant described above and thus further comprise secondary atomizing gas inlet tubes 219a, 219b and 219c and atomizing nozzles such as 220a (no additional atomizing nozzles shown). A typical inlet for a liquid secondary reactant and a typical inlet for a secondary atomizing gas are denoted by reference numerals 221 and 222.

Edellä esitetyssä on oletettu, että itse reaktanteilla joko on suhteellisen suuri säteilyn absorptiokerroin (a) tai ne voidaan muuttaa sumuksi, joka absorboi säteilyenergiaa. Jos kuitenkaan näin ei ole laita, täytyy säteilyenergiaa absorboivaa kohtioainetta, esimerkiksi sellaista kuin edellä aikaisemmin selitettiin, viedä reaktorivyöhykkeeseen 404 yhteensattuvasti ainakin osan reaktanttien kulkutietä kanssa. Erityisesti kuviosta 6a havaitaan, että pyyhkäisykaasu auttaa suuntaamaan nestemäisen reaktanttisumun kohti reaktiovyöhykettä 404.In the above, it has been assumed that the reactants themselves either have a relatively high radiation absorption coefficient (a) or can be converted into a mist that absorbs radiation energy. However, if this is not the case, a radiant energy absorbing target material, such as that previously described, must be introduced into the reactor zone 404 in coincidence with at least a portion of the reactant pathway. In particular, it can be seen from Figure 6a that the sweep gas helps to direct the liquid reactant mist towards the reaction zone 404.

22 6 4 0 5 622 6 4 0 5 6

Pyyhkäisykaasu tulee suutinlohkoon 204 läpi pyyhkäisykaasun tuloliit-timen 225» kulkee läpi kanavan 227 ja suunnataan reaktoriputken 401 akselin suuntaisesti kohti esireaktiovyöhykettä 4ll.The sweep gas enters the nozzle block 204 through the sweep gas inlet 225 »passes through the channel 227 and is directed axially towards the pre-reaction zone 411 of the reactor tube 401.

Kuten on esitetty kuvioissa 6A ja 7, reaktion katseluaukko 226 antaa aksiaalisen näkymän reaktiovyöhykkeeseen 404.As shown in Figures 6A and 7, the reaction viewing aperture 226 provides an axial view of the reaction zone 404.

B. ElektrodiyhdistelmäB. Electrode combination

Erityisesti kuvioista 6B, 8, 9 ja 10 havaitaan, että putkimaisessa paineastian elektrodiosassa 301 on ensimmäiset ja toiset laippa-osat 303 ja 304 (kuvio 6A). Paineastian elektrodiosa 301 on ensimmäisellä laipallaan 303 kiinnitetty paineastian sisääntulo-osan 201 toiseen laippaan 203 juoksevaa ainetta pitävästi. Jäähdytys-ainekanava 305 rajoittuu paineastian elektrodiosan 301 ja elektro-diosan jäähdytysvaipan 306 väliin. Jäähdytysaine tulee kanavaan 305 sisääntulon 307 kautta ja poistuu ulosmenon 308 kautta.In particular, it can be seen from Figures 6B, 8, 9 and 10 that the tubular pressure vessel electrode portion 301 has first and second flange portions 303 and 304 (Figure 6A). The electrode part 301 of the pressure vessel is fixed by its first flange 303 to the second flange 203 of the inlet part 201 of the pressure vessel in a fluid-tight manner. The coolant passage 305 is bounded between the electrode portion 301 of the pressure vessel and the cooling jacket 306 of the electrode portion. Coolant enters channel 305 through inlet 307 and exits through outlet 308.

Kuten parhaiten nähdään kuvioista 6B ja 8, kupariset kokooja-elektrodit 309a-309f on asennettu paineastian putkimaisen elektrodi-osan 301 laipalle 304 ja ulottuvat tämän lävitse. Vaikka kaikkiaan on kuusi tällaista elektrodia 309, on niistä selvyyden vuoksi vain yksi kuvattu kuviossa 6B. Kuhunkin kupariseen kokoojaelektroditan-koon 309 kuuluu fenolilaippa 310 ja keraaminen eristin 311. Kukin tällainen elektrodi 309 on jäähdytetty juoksevalla aineella, edullisesti etyleeniglykolilla, joka kiertää sisäpuolisessa kanavassa 312, tullen sisään sisääntulon 313 kautta ja poistuen ulostulon 314 kautta. Sähköinen kytkentä on merkitty viitenumerolla 315· Polytetrafluo-roetyleenitiiviste 316 autaa estämään vuodon inertin juoksevan aineen kokoojakammion 406 sisältä. Vaikka, kuten on esitetty kuviossa 16, esillä olevan reaktorin yhteydessä käytetty sähköjärjestelmä on 3-vaihe-Y-kytkentätyyppiä, myös muita järjestelmiä voidaan käyttää olosuhteiden niin vaatiessa.As best seen in Figures 6B and 8, the copper collector electrodes 309a-309f are mounted on and extend through the flange 304 of the tubular electrode portion 301 of the pressure vessel. Although there are a total of six such electrodes 309, for clarity only one is illustrated in Figure 6B. Each copper collector electrode size 309 includes a phenolic flange 310 and a ceramic insulator 311. Each such electrode 309 is cooled by a fluid, preferably ethylene glycol, circulating in the inner channel 312, entering through inlet 313 and exiting through outlet 314. The electrical connection is denoted by reference numeral 315 · The polytetrafluoroethylene seal 316 helps to prevent leakage from inside the inert fluid collection chamber 406. Although, as shown in Fig. 16, the electrical system used in connection with the present reactor is of the 3-phase Y-coupling type, other systems may be used if conditions so require.

Erityisesti kuvioista 6B ja 6C nähdään, että kukin kuparielektrodi 309 on kiinnitetty kieli- ja urakytkennällä jäykän hiilielektrodi-jatkeen 317 ensimmäiseen äärimmäiseen päähän. Elektrodiosan 412 jatkeet 317 työntyvät läpi lämpökilven 410 ensimmäisen osan 412 mutta eivät ole kosketuksessa tähän ja ovat kiinnitetyt toisessa äärimmäisessä päässään kaarevaan kuumennuselementin tukeen 318. Kuten parhai- 23 6 4 0 5 6 ten nähdään kuviosta 10, kuumennuselementit 302a-302c on kiinnitetty ensimmäisestä päästä yhteen kaarevista lämmityselementtien tuista 318 ja ne ovat kehän suunnassa välien päässä toisistaan reaktoriputken 401 ympärillä inertin juoksevan aineen kokoojakammion 406 sisällä. Kuu-mennuselementit on toisessa päässä kiinnitetty 3-vaiheiseen tähtipiste-renkaaseen 319, kuten on esitetty kuvioissa 6C ja 10. Kukin sähköinen vastuslämmityselementti 302 on edullisesti valmistettu kuituista tulenkestävää ainetta kuten grafiittia tai hiiltä olevasta kudoksesta. Kuumennuselementtien tuet 318 ja keskeinen kytkinrengas 319 voivat olla valmistetut sähköä johtavasta tulenkestävästä aineesta kuten hiilestä.In particular, it can be seen from Figures 6B and 6C that each copper electrode 309 is attached by a tongue and groove connection to the first extreme end of the rigid carbon electrode extension 317. The extensions 317 of the electrode portion 412 protrude through the first portion 412 of the heat shield 410 but are not in contact therewith and are attached at their other extreme end to a curved heating element support 318. As best seen in Figure 10, the heating elements 302a-302c are attached from the first end together. curved heating element supports 318 and are circumferentially spaced around the reactor tube 401 within the inert fluid collection chamber 406. The heating elements are attached at one end to a 3-stage star point ring 319, as shown in Figures 6C and 10. Each electric resistance heating element 302 is preferably made of a fibrous refractory material such as graphite or carbon. The support elements 318 of the heating elements and the central clutch ring 319 may be made of an electrically conductive refractory material such as carbon.

C. Reaktorin pääosaC. Reactor main

Kuvioista ββ, 6C ja 9 nähdään, että paineastian putkimaisessa pääT osassa 405 on ensimmäinen ja toinen laippaosa 414 ja 415. Osa 405 on ensimmäisellä laipallaan 4l4 juoksevaa ainetta pitävästi kiinnitetty paineastian elektrodiosan 301 toiseen laippaan 304. Pääosan jäähdytyskanava 416 rajoittuu paineastian pääosan 405 ja pääosan jäähdytysvaipan 417 väliin.Kanavaa 4l6 rajoittaa lisäksi spiraali-ohjauslevy 4l8. Jäähdytysaine tulee spiraalikanavaan 4l6 sisääntulon 419 kautta ja poistuu ulostulon 420 kautta.It can be seen from Figures ββ, 6C and 9 that the tubular end portion 405 of the pressure vessel has first and second flange portions 414 and 415. The portion 405 is securely attached to the second flange 304 of the pressure vessel electrode portion 301 by its first flange 414. Flow duct 416 abuts the main vessel cooling flange 417. The channel 416 is further limited by a helical guide plate 418. The coolant enters the spiral duct 416 through inlet 419 and exits through outlet 420.

ll

Reaktoriputkeen 401 sisältyy kolme vyöhykettä; esireaktiovyöhyke 411, reaktiovyöhyke 404 ja reaktion jälkeinen vyöhyke 422. Kuten edellä jo mainittiin, reaktoriputki 401 on valmistettu kuituista tulenkestävää ainetta kuten esimerkiksi hiiltä tai grafiittia olevasta kudoksesta. Kudos voi olla neulottu, kudottu tai ei-kudottu. Reaktioputki 401 on ulostulopäässään 403 kiinnitetty reaktoriputken ulostulopään tukirenkaaseen 424, joka vuorostaan on kiinnitetty paikalleen reakto-riputken kiinnityslohkoon 425· Reaktoriputki 401 on sisääntulopääs-tään 402 kiinnitetty reaktoriputken sisääntulon tukirenkaaseen 426, joka vuorostaan on juoksevaa ainetta pitävästi liitetty putkimaisiin palkeisiin 427, jotka sijaitsevat paineastian sisääntulo-osan 201 sisällä. Palkeiden 427 sisääntulöpää on juoksevaa ainetta pitävästi kiinnitetty paineastian1sisääntulo-osan 201 ensimmäisen laipan 202 ja rengasmaisen tiivistyslaipan 2U5 väliin sen varmistamiseksi, että reaktoriputken 401 sisääntulöpää pysyy tiiviisti erotettuna kokoojakammiosta 406. Palkeiden 427 muoto voi muuttua tekemään mahdolliseksi reaktoriputken 401 aksiaalisen pitenemisen ja lyhenemisen.Reactor tube 401 includes three zones; pre-reaction zone 411, reaction zone 404 and post-reaction zone 422. As already mentioned above, the reactor tube 401 is made of a fibrous refractory material such as carbon or graphite fabric. The fabric may be knitted, woven or non-woven. The reaction tube 401 is attached at its outlet end 403 to the reactor tube outlet end support ring 424, which in turn is secured in place to the reactor tube attachment block 425. inside section 201. The inlet end of the bellows 427 is fluidly secured between the first flange 202 of the pressure vessel inlet portion 201 and the annular sealing flange 2U5 to ensure that the inlet end of the reactor tube 401 remains tightly separated from the manifold chamber 406. The bellows 427 may change

2Η 64056 Välineisiin aksiaalisen vetovoiman aiheuttamiseksi reaktoriputkeen 401 kuuluu kolme identtistä osaa, jotka ovat tasavälein paine-kammion sisääntulo-osan 201 kehäpinnan ympärillä. Yksinkertaisuuden vuoksi selitetään seuraavassa osa 428, joka on kuvattu kuviossa 6A. Kuhunkin osaan 428 kuuluu siirrettävä työntö-tanko 429, jonka toinen pää on kiinnitetty reaktoriputken sisääntulo-tukirenkaaseen 426 ja vastakkainen pää rengasmaiseen levyyn 430. Kukin työntötanko 429 on tuettu laakeriin 431, joka on juoksevaa ainetta pitävästi tiivistetty O-renkaalla 432. Silmukkarengas 433, joka on kiinnitetty rengasmaiseen levyyn 430, ankkuroi köyden 434, joka kulkee yleisesti yhdensuuntaisena reaktorin pituusakselin kanssa ja köy-sipyörälaitteiston 435 ylitse. Paino 436 on kiinnitetty köyden 434 vastakkaiseen päähän aiheuttamaan voima, joka pitää reaktoriputkea 401 aksiaalisen vetojännityksen alaisena.2 to 64056 The means for generating axial attraction in the reactor tube 401 include three identical portions spaced evenly around the circumferential surface of the pressure chamber inlet portion 201. For simplicity, section 428, illustrated in Figure 6A, will be explained below. Each member 428 includes a movable push rod 429, one end of which is attached to the reactor tube inlet support ring 426 and the opposite end of the annular plate 430. Each push rod 429 is supported by a bearing 431 which is fluidly sealed with an O-ring 432. is attached to an annular plate 430, anchors a rope 434 that runs generally parallel to the longitudinal axis of the reactor and over the rope pulley assembly 435. A weight 436 is attached to the opposite end of the rope 434 to cause a force to hold the reactor tube 401 under axial tensile stress.

Erityisesti kuvioista 6B ja 6C havaitaan, että lämpökilpeen 410 kuuluu ensimmäinen kehäosa 438, joka sijaitsee paineastian pääkoostumusosan 405 sisällä, säteettäisesti ulospäin kuumennuselementeistä 302a, 302b ja 302c ja lämpökilven 410 ensimmäisen päätyosan 412 ja toisen pääte-osan 439 välissä. Kuten kuviosta 6C nähdään, lämpökilven 410 ensimmäinen kehäosa 438 nojaa istuinrenkaaseen 437, joka edullisesti on valmistettu hiilestä. Haluttaessa voidaan lämpökilven 410 ensimmäistä kehäosaa jatkaa kohti elektrodi osaa 300 sisältämään toinen kehä-osa 440, kuten on esitetty kuviossa 6B. Vaikka molybdeeni oli alkuperäinen valinta ja vaikka se on todettu tyydyttäväksi aineeksi sen tyyppiselle lämpökilvelle jota tarvitaan esillä olevassa suurlämpö-tilaisessa kemiallisessa reaktorissa, on edullista, että esillä olevan suoritusmuodon lämpökilpi 410 valmistetaan grafiittiaineesta, kuten esimerkiksi pyrolyyttisestä grafiitista taikka aineesta, jota valmistaa Union Carbide Corporation ja jota myydään kauppanimellä "Grafoil".In particular, it can be seen from Figures 6B and 6C that the heat shield 410 includes a first circumferential portion 438 located within the pressure vessel main assembly portion 405, radially outwardly between the heating elements 302a, 302b and 302c and the heat shield 410 between the first end portion 412 and the second end portion 439. As shown in Figure 6C, the first circumferential portion 438 of the heat shield 410 rests on a seat ring 437, which is preferably made of carbon. If desired, the first circumferential portion of the heat shield 410 may be extended toward the electrode portion 300 to include a second circumferential portion 440, as shown in Fig. 6B. Although molybdenum was the initial choice and has been found to be a satisfactory material for the type of heat shield required in the present high temperature chemical reactor, it is preferred that the heat shield 410 of the present embodiment be made of a graphite material such as pyrolytic graphite or Union Carbide Corporation and which is sold under the trade name "Grafoil".

Säteilymittariaukot 44l ja 442 on sijoitettu pääosaan 400.Radiation meter openings 441 and 442 are located in the main body 400.

Aukko 442 mahdollistaa reaktoriputken 401 tarkkailun ja reaktiovyöhyk-keen 404 lämpötilan mittaamisen ja aukko 44l mahdollistaa lämmitys-elementtien 302c lämpötilan mittaamisen ja tarkkailun.The opening 442 allows the reactor tube 401 to be monitored and the temperature of the reaction zone 404 to be measured, and the opening 441 allows the temperature of the heating elements 302c to be measured and monitored.

D. Reaktion jälkeinen käsittelylaitteistoD. Post-reaction treatment equipment

Kuten nähdään kuviosta 6C, paineastian reaktion jälkeisen käsittely-yksikköosan 501 ensimmäinen laippaosa 30? ori juoksevaa ainetta pitävästä kiinnitetty juoksevalla aineella jäähdytettyyn välipintalaippaan 25 6 4 0 5 6 503, joka vuorostaan on juoksevaa ainetta pitävästi kiinnitetty astian pääosan toiseen laippaan 415. Jäähdytysainekanava 504 F ajoittuu reaktion jälkeisen käsittelyosan jäähdytys vaipan 505 ja paineastian reaktion jälkeisen osan 501 väliin. Jäähdytysaine virtaa kanavaan 504 sisääntulon 506 kautta ja poistuu ulosmenon 507 kautta. Sä-teilymittausaukon 509 tarkoituksena on mahdollistaa tarkkailu ja lämpötilan mittaus reaktoriputken 401 reaktion jälkeisessä vyöhykkeessä 422.As can be seen in Fig. 6C, the first flange portion 30 of the post-reaction treatment unit portion 501 of the pressure vessel? a fluid-retaining attachment to a fluid-cooled intermediate flange 25 6 4 0 5 6 503, which in turn is a fluid-retaining attachment to the second flange 415 of the main body of the vessel. The coolant passage 504 F is timed between the reaction of the post-reaction treatment section 501 and the pressure vessel. Coolant flows into channel 504 through inlet 506 and exits through outlet 507. The purpose of the radiation measuring port 509 is to enable monitoring and temperature measurement in the post-reaction zone 422 of the reactor tube 401.

Reaktiotuotteetj jotka poistuvat kuvion 6 suoritusmuodon reaktoriputken 401 ulostulopäästä 403, menevät kuuma-altaan 511 ensimmäiseen osaan 510. Kuten on esitetty kuvioissa 60 ja 6D, kuuma-altaan 511 ensimmäiseen osaan 510 kuuluu sisempi putkimainen seinä 512 ja ulompi putkimainen seinä 513, joiden väliin rajoittuu jäähdytyskanava 514. Kierukkamainen jäähdytysaineohjauslevy 515 suuntaa jäähdytysaineen, joka tulee sisääntulon 516 kautta ja poistuu ulosmenon 517 kautta. Ensimmäinen lämpöparikoetin 518, joka ulottuu kuuma-altaan 511 ensimmäiseen osaan 510, mahdollistaa saapuvien reaktiotuotteiden lämpötilan mittaamisen. Toinen lämpöparikoetin 519,' joka ulottuu kuumaaltaan 511 ensimmäiseen osaan 510 mittaa reaktiotuotteiden lämpötilan ulostulossa.The reaction products leaving the outlet end 403 of the reactor tube 401 of the embodiment of Figure 6 enter the first portion 510 of the hot tub 511. As shown in Figures 60 and 6D, the first portion 510 of the hot tub 511 includes an inner tubular wall 512 and an outer tubular wall 513 bounded by a cooling port. 514. The helical coolant guide plate 515 directs the coolant that enters through the inlet 516 and exits through the outlet 517. The first thermocouple probe 518, which extends into the first portion 510 of the hot tub 511, allows the temperature of the incoming reaction products to be measured. A second thermocouple probe 519 extending from the heat bath 511 to the first portion 510 measures the temperature of the reaction products at the outlet.

Kuten nähdään erityisesti kuviosta 6D, kuuma-altaan 511 ensimmäinen osa 510 on liitetty toiseen osaan 520 laipoilla 521 ja 522. Toiseen osaan 520 kuuluu sisäseinä 524 ja ulkoseinä 525, jotka väliinsä rajoittavat jäähdytysainekanavan 526. Jäähdytysaine tulee kanavaan 526 sisääntulon 527 kautta ja poistuu ulosmenon 528 kautta. Lämpöparikoet-timet 530 ja 531 mahdollistavat lämpötilan mittaamisen reaktiotuotteissa, jotka tulevat toiseen osaan 520 ja poistuvat toisesta osasta 520.As seen in particular in Figure 6D, the first portion 510 of the hot tub 511 is connected to the second portion 520 by flanges 521 and 522. The second portion 520 includes an inner wall 524 and an outer wall 525 defining a coolant passage 526. Coolant enters the passage 526 through. Thermocouple probes 530 and 531 allow the temperature to be measured in the reaction products entering and leaving the second section 520.

Kuvion 12 esittämässä suoritusmuodossa kuuluu reaktion jälkeisen käsittelyn laitteistoon 50Öa paineastian reaktion jälkeisen käsittelyn osa 501a, jossa on laippaosa 502a, joka on juoksevaa ainetta pitävästä kiinnitetty juoksevalla aineella jäähdytettyyn välipinta-laippaan, kuten esimerkiksi kuviossa 6C esitettyyn laippaan 503. Jäähdytysainekanava 504a rajoittuu reaktion jälkeisen käsittelyn laitteiston jäähdytysvaipan 505a ja paineastian reaktion jälkeisen käsit-telylaitteisto-osan 501a väliin. Jäähdytysaine virtaa kanavaan 504a sisääntulon 506a kautta ja poistuu ulostulon 507a kautta. Säteily-mittariaukko 509a mahdollistaa tarkastelun ja lämpötilan mittauksen reaktoriputken 401 reaktion jälkeisessä vyöhykkeessä 422.In the embodiment shown in FIG. between the cooling jacket 505a and the post-reaction treatment apparatus section 501a of the pressure vessel. Coolant flows into channel 504a through inlet 506a and exits through outlet 507a. The radiation meter opening 509a allows inspection and temperature measurement in the post-reaction zone 422 of the reactor tube 401.

26 6405626 64056

Reaktiotuotteet, jotka poistuvat kuvion 12 suoritusmuodon reaktori-putken 401 ulostulopäästä 403 korkeassa lämpötilassa menevät profiililtaan muuttuvaan vastavirtalämmönvaihtimeen 532, jonka sisäänmeno-pää 533 rajoittuu reaktorin ulostuloon 403. Lämmönvaihtimeen 532 kuuluu tulenkestävää ainetta oleva sisäpuolinen putkimainen osa 534, tulenkestävää ainetta oleva ulkopuolinen putkimainen seinä 535, joka on samankeskinen sisäseinän 534 kanssa ja välin päässä tästä ja kie-rukkamainen ohjauslevy tulenkestävää ainetta 536, joka sijaitsee seinien 534 ja 535 välissä määrittäen spiraalimaisen jäähdytysaine-kanavan 537. Sisäpuolinen putkimainen seinä 534, ulkopuolinen putkimainen seinä 535 ja spiraalimainen ohjain 536 yhdessä muodostavat korkealämpötilaisen kierukkamaisen lämmönvaihdinosan 544, joka nojaa hiilihuopapatjaan 545j joka sijaitsee paineastian lämmönvaihdinosan 547 päätelevyllä 546. Jäähdytysaineen sisäänmenot 538, 539 ja 540 ulottuvat läpi ulkopuolisen putkimaisen seinän 535 ja ovat yhteydessä kierukkamaiseen jäähdytysainekanavaan 537*The reaction products leaving the outlet end 403 of the reactor tube 401 of Figure 12 at high temperature go to a countercurrent heat exchanger 532 with a variable profile, the inlet end 533 of which is limited to the reactor outlet 403. The heat exchanger 532 comprises an inner tubular part 534 concentric with and spaced from the inner wall 534 and a helical baffle 536 located between the walls 534 and 535 defining a helical coolant passage 537. The inner tubular wall 534, the outer tubular wall 535 and the helical guide 536 together form a helical guide 536. a heat exchanger section 544 resting on a carbon felt mattress 545j located on the end plate 546 of the pressure vessel heat exchanger section 547. The coolant inlets 538, 539 and 540 extend through the outer tubular wall 535 and are in connection with helical refrigerant duct 537 *

Kuvion 12 esittämässä suoritusmuodossa, sen jälkeen kun jäähdytysaine on kiertänyt läpi kierukkamaisen jäähdytysainekanavan 537 ennaltavalit-tavalla, muuteltavalla ja ohjattavalla tavalla, jäähdytysaine poistetaan kierukkamaisen rengasmaisen kanavan 537 ulostulosta lämmönvaihtimen 532 sisääntulopään 533 lähellä. Sen jälkeen jäähdytysaine kiertää läpi sisääntuloaukon 542 reaktoriputken kiinnityslohkossa 425a inertin juoksevan aineen kokoojakammioon 4θβ. Tässä tapauksessa on ilmeistä, että käytetyn jäähdytysaineen tulee olla juoksevaa ainetta, joka on samaa taikka ainakin yhteensopivaa sen inertin juoksevan aineen kanssa, jota on kokoojakammiossa 406. Kuitenkin, koska lämmönvaihtimen 532 toiminta ei vaadi sitä, että jäähdytysaine kierräetään kokoojakammioon 406, myös muut kiertomuodot ja keinot ovat mahdollisia. Näissä tapauksissa juoksevan jäähdytysaineen valintaa eivät rajoita edellä asetetut kriteerit. Lämmönvaihtimen kehällä oleva jäähdytysvaippa 548 on säteettäisesti välin päässä paineastian lämmönvaihdinosan 547 ulkopuolella määrittäen tähän väliin rengasmaisen kanavan 549· Jäähdytys-aine viedään kanavaan 549 sisääntulon 550 kautta ja poistuu ulostulon 551 kautta, E. Sisääntulolaitteisto kiinteitä reaktantteja varten Kuvien 13A ja 13B suoritusmuodon sisääntulolaitteisto 200a on olennaisesti identtinen kuvioiden 6A ja 6B mukaisen sisääntulolaitteiston kanssa paitsi että sisääntulolaitteiston 200a välineet ensisijaisen 27 6 4 0 5 6 kiinteän reaktantin tuomiseksi korvaavat sisääntulolaitteiston 200 välineet ensisijaisen nestemäisen reaktantin sisääntuomiseksi. Lyhyyden vuoksi selitetään seuraavassa kuvioiden 13A ja 13B suoritusmuodon vain niitä piirteitä, jotka eroavat vastaavista piirteistä kuvioiden 6A ja 6b mukaisessa suoritusmuodossa.In the embodiment shown in Figure 12, after the coolant has circulated through the helical coolant passage 537 in a preselected, variable and controllable manner, the coolant is removed from the outlet of the helical annular passage 537 near the inlet end 533 of the heat exchanger 532. The coolant then circulates through the inlet 542 in the reactor tube mounting block 425a to the inert fluid collection chamber 4θβ. In this case, it is obvious that the refrigerant used must be a fluid which is the same or at least compatible with the inert fluid present in the collector chamber 406. However, since the operation of the heat exchanger 532 does not require the refrigerant to be recirculated to the collector chamber 406, means are possible. In these cases, the choice of fluid coolant is not limited by the criteria set forth above. The cooling jacket 548 on the periphery of the heat exchanger is radially spaced outside the heat exchanger portion 547 of the pressure vessel, defining an annular passage 549 therein. identical to the inlet apparatus of Figures 6A and 6B except that the means of the inlet apparatus 200a for introducing the primary solid reactant 27 replaces the means of the inlet apparatus 200 for introducing the primary liquid reactant. For the sake of brevity, only those features of the embodiment of Figs. 13A and 13B that differ from the corresponding features in the embodiment of Figs. 6A and 6b will be described below.

Kiinteän reaktantin tuloputki 232 ulottuu läpi rengasmaisen suutinloh-kon 204 ja on kiinteästi kiinnitetty tähän tukilaipalla 235· Ensisijainen kiinteä reaktantti, edullisesti hienojakoisena, tulee tuloput-keen 232 läpi tukilaipassa 235 olevan sisääntulon 233 ja poistuu reak-toriputkeen 401 esireaktiovyöhykkeen 4ll vieressä. Ulostuloon 234 on kiinnitetty siitä säteettäisesti ulospäin oleva putkimainen kuori 217, jonka akseli on olennaisesti yhdensuuntainen reaktoriputken 401 akselin kanssa. Kuori 217 auttaa pitämään hienojakoiset kiinteät reak-tantit keskeisesti reaktoriputken 401 esireaktiovyöhykkeen 411 sisällä.The solid reactant inlet tube 232 extends through the annular nozzle block 204 and is fixedly attached thereto by a support flange 235. · The primary solid reactant, preferably finely divided, enters the inlet tube 232 through the inlet 233 in the support flange 235 and exits the reactor tube 401. Attached to the outlet 234 is a tubular shell 217 radially outwardly therein, the axis of which is substantially parallel to the axis of the reactor tube 401. Shell 217 helps to keep the finely divided solid reactants centrally within the pre-reaction zone 411 of the reactor tube 401.

Kuviossa 14 on esitetty kiinteän reaktantin syöttöjärjestelmä 238 yhdistettynä korkealämpötilaiseen reaktoriin, jossa on kuvioissa 13A ja 1.3B esitettyä tyyppiä oleva sisääntulolaitteisto 200a. Syöttöbunk-keri 240 kiinteää reaktanttia varten syöttää rouhinta 24l, joka vuorostaan syöttää sihtiä 242. Karkean tuotteen ulostulo 245 sihdistä 242 kierrätetään takaisin rouhimeen ja hienon tuotteen ulostulo 243 syötetään syöttösuppiloon 244, joka on kiinnitetty pitkänomaiseen putkimaiseen koteloon 246. Kierukkamainen syöttöruuvi 247 on pyöritettävästä asennettu koteloon 246 ja sitä käytetään moottorilla 248. Painetiivistävää juoksevaa ainetta voidaan viedä koteloon 246 tulo-suuttimen 249 kautta, joka sijaitsee kohdassa, joka on alavirtaan syöttösuppilosta 244; reaktoriputken 401 sisätila on täten tiiviisti suljettu ulkoilmasta. Kiinteä reaktantti ja tiivistävä juokseva aine poistetaan kotelosta 246 reaktoriin ulosmenon 250 kautta.Fig. 14 shows a solid reactant feed system 238 connected to a high temperature reactor having an inlet apparatus 200a of the type shown in Figs. 13A and 1.3B. The feed bunker 240 for the solid reactant feeds the grinder 241, which in turn feeds the screen 242. The coarse product outlet 245 from the screen 242 is recycled back to the grinder and the fine product outlet 243 is fed to a hopper 244 attached to an elongate tubular housing 246. A helical feeder 246 and is driven by a motor 248. The pressure-sealing fluid may be introduced into the housing 246 through an inlet nozzle 249 located at a point downstream of the hopper 244; the interior of the reactor tube 401 is thus tightly closed to the outside air. The solid reactant and sealing fluid are removed from the housing 246 to the reactor through the outlet 250.

F. Tulenkestävät päällystys- ja syövytysjärjestelmät Alempana annetuista syistä on suunniteltu, että tulenkestävä päällyste voidaan sijoittaa reaktoriputken 401, kuumennuselementtien 302 ja lämpökilven 410 pinnoille, jotka ovat alttiina verhokaasulle ja korkeille lämpötiloille reaktorin toiminnan aikana. Tällaisena tulenkestävänä päällysteenä voi olla esimerkiksi pyrolyyttinen hiili tai tulenkestävä oksidi kuten toriumoksidi, magnesiumoksidi, sinkkioksidi, alumiinioksidi tai sirkoniumoksidi. On edelleen ajateltu, että osat reaktoriputken 401 pinnasta voivat valinnaisesti olla syövytetyt tai syöpyneet.F. Refractory Coating and Etching Systems For the reasons set forth below, it is contemplated that a refractory coating may be applied to the surfaces of reactor tube 401, heating elements 302, and heat shield 410 that are exposed to envelope gas and high temperatures during reactor operation. Such a refractory coating may be, for example, pyrolytic carbon or a refractory oxide such as thorium oxide, magnesium oxide, zinc oxide, alumina or zirconia. It is further contemplated that portions of the surface of the reactor tube 401 may optionally be etched or corroded.

28 6 4 0 5 628 6 4 0 5 6

Kuviossa 15 on kaaviollisesti esitetty tulenkestävä päällystys- ja syövytysjärjestelmä, johon kuuluu ensimmäinen tulenkestävän kerrostus-aineen mittausjärjestelmä 601, jossa on hiilipitoisen kaasun syöttö 602 kytkettynä hiilipitoisen kaasun mittausjohtoon 603. Mittausjohdossa 603 on on/ei-venttiili 604, joka on kytketty neulaventtiiliin 605 ja virtausmittariin 606. Ensimmäinen syöttöjohto 608 kytkee hiilipitoisen kaasun mittausjohdon 603 seoskaasun syöttöjohtoon 607.Figure 15 is a schematic representation of a refractory coating and etching system including a first refractory deposition material measurement system 601 having a carbonaceous gas supply 602 connected to a carbonaceous gas measurement line 603. The measurement line 603 has an on / off valve 604 connected to a needle 60 606. The first supply line 608 connects the carbonaceous gas measurement line 603 to the mixed gas supply line 607.

Toiseen tulenkestävän kerrostusaineen mittausjärjestelmään 610 kuuluu kuljetuskaasun syöttö 611, joka on kytketty kuljetuskaasun mittaus-johtoon 6l2, jossa on on/ei-venttiili 613, neulaventtiili 6l4 ja virtausmittari 615· Kuljetuskaasun mittausjohto 612 on kytketty kupla-putkeen 6l6, joka sijaitsee tankissa 617, joka sisältää haihtuvan, metallia sisältävän yhdisteen liuosta. Tankin 617 lämpötilaa säädetään lämpötilansäätimellä 6l8, joka tuntee tankin lämpötilan lämpöpa-rilla 619 ja tarvittaessa syöttää lämpöä tankkiin sähköllä kuumennetulla vaipalla 620. Kuplaputken 6l6 ulostulopää 621 on upotettu tankin 6l7 sisältämään liuokseen. Tankin 617 ulosmeno 622 kytkee toisen syöttöjohdon 623 tankkiin liuoksen pinnan yläpuolella olevassa kohdassa. Toinen syöttöjohto 623 on myös kytketty seoskaasun syöttöjohtoon 607.The second refractory deposit measuring system 610 includes a transport gas supply 611 connected to a transport gas measurement line 612 having an on / off valve 613, a needle valve 614 and a flow meter 615 · The transport gas measurement line 612 is connected to a bubble tube 617 located in a tank 617 contains a solution of a volatile metal-containing compound. The temperature of the tank 617 is controlled by a temperature controller 618, which senses the temperature of the tank with a thermocouple 619 and, if necessary, supplies heat to the tank by an electrically heated jacket 620. The outlet end 621 of the bubble tube 6l6 The outlet 622 of the tank 617 connects the second supply line 623 to the tank at a point above the surface of the solution. The second supply line 623 is also connected to the mixed gas supply line 607.

Syövytysaineen mittausjärjestelmässä 625 syövytysaineen syöttö 626 on kytketty syövytysaineen mittausjohtoon 627, johon sarjassa kuuluvat on/ei-venttiili 628, neulaventtiili 629 ja virtausmittari 630. Syövytysaineen mittausjohtoon 627 on kytketty kolmas syöttöjohto 631, joka on kytketty seoskaasun syöttöjohtoon 607.In the etchant measuring system 625, the etchant supply line 626 is connected to the etchant measurement line 627, which in series includes an on / off valve 628, a needle valve 629 and a flow meter 630. A third supply line 631 is connected to the etchant measurement line 627.

Kaikki kolme johtoa 608, 623 ja 631 syöttävät seoskaasun syöttöjohtoa 607, joka haarautuu T-liitoksessa 632. Ensimmäiseen johtohaaraan 633 kuuluu ensimmäisen johtohaaran venttiili 634 ja se on kytketty ensimmäiseen sisäänmenoon inertin juoksevan aineen sekoituskokoojajohdossa 635. Toiseen johtohaaraan 636 kuuluu toisen johtohaaran venttiili 637 ja seon kytketty ensimmäiseen sisäänmenoon pyyhkäisykaasun sekoituskokooj ajohdossa 638.All three lines 608, 623 and 631 supply a mixed gas supply line 607 branching at a T-connection 632. The first line 633 includes a first line valve 634 and is connected to a first inlet in an inert fluid mixing manifold 635. The second line 636 includes a second line 637 connected to the first inlet in the sweep gas mixing manifold in line 638.

Inertin juoksevan aineen syöttö 640 on kytketty inertin juoksevan aineen mittausjohtoon 64l, johon kuuluu on/ei-venttiili 642, neula-venttiili 643 ja virtausmittari 644, joka on kytketty toiseen sisäänmenoon inertin juoksevan aineen sekoituskokoojajohdossa 635. Sekoitus- 29 6 4 0 5 6 kokoojajohdon 635 ulostulo on kytketty inertin juoksevan aineen syöttö-johtoon 645, joka vuorostaan on kytketty paineastian sisäänmenoihin 4o8 ja 409 inertin juoksevan aineen suuntaamiseksi inertin juoksevan aineen kokoojakammioon 406. Kokoojakammion paineen tuntoelin 646 on kytketty inertin kaasun syöttöjohtoon 645 ja on yhteydessä kokoojakammioon 4θβ inertin juoksevan aineen paineen mittaamiseksi kammiossa. Kokoojakammion poistoventtiili 647 on myös kytketty inertin juoksevan aineen syöttöjohtoon 645 ja muodostaa ulosmenon juoksevan aineen poistamiseksi kokoojakammiosta.The inert fluid supply 640 is connected to an inert fluid measurement line 641, which includes an on / off valve 642, a needle valve 643, and a flow meter 644 connected to a second inlet in the inert fluid mixing manifold 635. The mixing line 29 6 4 0 5 6 The outlet 635 is connected to an inert fluid supply line 645, which in turn is connected to pressure vessel inlets 4o8 and 409 for directing inert fluid to an inert fluid collection chamber 406. A collector chamber pressure sensor 646 is connected to the inert gas supply line 645 to measure in the chamber. The collector chamber outlet valve 647 is also connected to the inert fluid supply line 645 and forms an outlet for discharging fluid from the collector chamber.

Pyyhkäisykaasun syöttö 648 on kytketty mittausjohtoon 649, joka sisältää on/ei-syöttöventtiilin 650, neulaventtiilin 651 ja virtausmittarin 652, joka on kytketty toiseen sisäänmenoon pyyhkäisykaasun sekoitus-kokoojajohdossa 638. Sekoituskokoojajohdon 638 ulostulo on kytketty pyyhkäisykaasun syöttöjohtoon 653, joka vuorostaan on kytketty pyyhkäisykaasun sisäänmenoliittimeen 225 pyyhkäisykaasun viemiseksi reaktio-putken 401 sisälle. Reaktiovyöhykkeen paineen tuntoelin 654, joka kytkeytyy pyyhkäisykaasun syöttöjohtoon 653 ja on yhteydessä reaktoriput-ken 401 sisätilaan, mittaa paineen reaktorin reaktiovyöhykkeessä.The sweep gas supply 648 is connected to a measurement line 649 including an on / off supply valve 650, a needle valve 651 and a flow meter 652 connected to a second inlet in the sweep gas mixer manifold line 638. The output of the mixer line 638 is connected to to introduce a sweep gas inside the reaction tube 401. The pressure sensor 654 of the reaction zone, which connects to the scrub gas supply line 653 and communicates with the interior of the reactor tube 401, measures the pressure in the reaction zone of the reactor.

Kuten on esitetty kuviossa 6D, reaktoriputken ulostulon sulkuventtiili 655 on kiinnitetty kuuma-altaan 511 toiseen osaan 520 laipoilla 555 ja 656.As shown in Figure 6D, the shut-off valve 655 at the outlet of the reactor tube is attached to the second portion 520 of the hot tub 511 by flanges 555 and 656.

Kun reaktori on toiminnassa on paine-ero ylläpidettävä kokoojakammios-sa 406 olevan inertin juoksevan aineen ja reaktoriputkessa 401 olevan kaasun välillä, jotta aikaansaataisiin inertin juoksevan aineen tasainen virtaus säteettäisesti sisäänpäin läpi putken 401 huokoisen seinän. Täten on edullista, että kudosaineinen putki 401 on riittävän jäykkä, niin että paine-ero voidaan ylläpitää ilman putken 401 ko-koonromahtamista sisäänpäin. Tämän mukaisesti on suunniteltu, että tulenkestävä päällyste esimerkiksi pyrolyyttistä hiiltä kerrostetaan osalle reaktoriputken 401 kuituista tulenkestävää ainetta, joka sijaitsee mustan kappaleen ontelon sisällä, kudoksen jäykkyyden tai mittastabiliteetin lisäämiseksi.When the reactor is operating, a pressure difference must be maintained between the inert fluid in the collector chamber 406 and the gas in the reactor tube 401 to provide a uniform flow of inert fluid radially inward through the porous wall of the tube 401. Thus, it is preferred that the tissue tube 401 be sufficiently rigid so that the pressure difference can be maintained without the tube 401 collapsing inward. Accordingly, it is designed that a refractory coating of, for example, pyrolytic carbon is deposited on a portion of the refractory material of the reactor tube 401 located within the cavity of the black body to increase tissue stiffness or dimensional stability.

Tällaisen päällysteen aikaansaamiseksi reaktoriputken ulostulon sulku-venttiili 655 suljetaan ja reaktoriputki kuumennetaan noin 1900°c lämpötilaan. Sen jälkeen avataan on/ei-venttiili 650 pyyhkäisykaasun mittausjohdossa 649, on/ei-venttiili 642 inertin juoksevan aineen 30 6 4 05 6 mittausjohdossa 64l suljetaan ja kokoojakammion poistoventtiili 647 avataan, jolloin pyyhkäisykaasu pääsee virtaamaan reaktoriputken 401 sisälle, sitten säteettäisesti ulospäin putken 401 huokoisen seinän lävitse kokoojakammioon 406 ja lopuksi läpi paineastian sisäänmenojen 408 ja 409 ja kokoojakammion poistoventtiilin 647. Sen jälkeen avataan on/ei-venttiili 604 hiilipitoisen kaasun mittausjohdossa 603· Neula-venttiilit 605 ja 651 on aseteltu saattamaan hiilipitoisen kaasun ja pyyhkäisykaasun virtausnopeudet sopiviin arvoihin, jotka on rekisteröity virtausmittareihin (-annostelijoihin) 606 ja 652. Ensimmäisen johtohaaran venttiili 634 suljetaan ja toisen haarajohdon venttiili 637 avataan, niin että hiilipitoinen kaasu virtaa läpi ensimmäisen syöttöjohdon 608, seoskaasun syöttöjohdon 607, T-liitoksen 632, toisen johtohaaran 636 ja pyyhkäisykaasun sekoituskokoojajohtoon 638, jossa se sekoittuu pyyhkäisykaasuun ja virtaa reaktoriputken 401 sisälle pyyhkäisykaasun syöttöjohdon 653 ja pyykäisykaasun sisääntulo-liittimen 225 kautta.To provide such a coating, the shut-off valve 655 at the outlet of the reactor tube is closed and the reactor tube is heated to a temperature of about 1900 ° C. Thereafter, the on / off valve 650 in the sweep gas measurement line 649 is opened, the on / off valve 642 in the inert fluid measurement line 641 is closed, and the collector chamber outlet valve 647 is opened, allowing the sweep gas to flow out of the reactor tube 401. through the wall to the collector chamber 406 and finally through the pressure vessel inlets 408 and 409 and the collector chamber outlet valve 647. The on / off valve 604 is then opened in the carbonaceous gas measurement line 603. registered to the flow meters (dispensers) 606 and 652. The valve 634 of the first line branch is closed and the valve 637 of the second branch line is opened so that carbonaceous gas flows through the first supply line 608, the mixed gas supply line 607, the T-connection 632, the second line branch 636 and the to a collector line 638, where it mixes with the sweep gas and flows inside the reactor tube 401 through the sweep gas supply line 653 and the purge gas inlet connector 225.

Hiilipitoinen kaasu dissosioituu niillä kuumennetuilla pinnoilla, joita se koskettaa, kerrostaen näille pinnoille pyrolyyttisen grafiit-tipäällysteen. Täten pyrolyyttinen grafiitti kerrostuu yleensä niille osille reaktoriputkea 401, kuumennuselementtejä 302 ja lämpökilpeä 410, jotka ovat mustan kappaleen ontelon sisällä.The carbonaceous gas dissociates on the heated surfaces it contacts, depositing a pyrolytic graphite drop coating on these surfaces. Thus, the pyrolytic graphite is generally deposited on those parts of the reactor tube 401, the heating elements 302 and the heat shield 410 which are inside the cavity of the black body.

Koska se osa reaktoriputkea 401, joka on esireaktiovyöhykkeessä 411, on ulkopuolella mustan kappaleen ontelon eikä sitä täten voida mukavasti lämmittää lämpötiloihin, jotka ovat hiilipitoisen kaasun hajoamis-lämpötilan yläpuolella, on suunniteltu, että ruostumatonta terästä oleva verkko 450, joka nähdään kuvioissa 6a ja 6B, sijoitetaan estämään taipuisaa reaktoriputkea 401 romahtamasta kokoon sisäänpäin iner-tin juoksevan aineen paine-eron vaikutuksesta, vaikkakin on huomattu, että lisääntynyt jännitys huokoisessa kudoksessa aikaansaa olennaisesti saman tuloksen.Since the part of the reactor tube 401 in the pre-reaction zone 411 is outside the black body cavity and thus cannot be comfortably heated to temperatures above the decomposition temperature of the carbonaceous gas, it is designed that the stainless steel mesh 450 shown in Figures 6a and 6B is placed to prevent the flexible reactor tube 401 from collapsing inwardly due to the pressure difference of the inert fluid, although it has been found that increased tension in the porous tissue produces substantially the same result.

Inertin juoksevan aineen virtausnopeuden säätelemiseksi läpi reaktori-putken 401 seinien voidaan putken seinän huokosia pienentää tai suurentaa reaktorin ollessa toiminnassa sekoittamalla tulenkestävää kerros-tumisainetta taikka syövyttämisainetta inerttiin juoksevaan aineeseen. Paine-eroa kokoojakammion ja reaktiovyöhykkeen välillä voidaan tarkkailla paineen tuntoelimillä 646 ja 654 ja inertin juoksevan aineen virtausnopeutta seinän lävitse voidaan tarkkailla virtausmittarilla 644.To control the flow rate of the inert fluid through the walls of the reactor tube 401, the pores of the tube wall can be reduced or enlarged while the reactor is operating by mixing the refractory deposit or etchant with the inert fluid. The pressure difference between the collector chamber and the reaction zone can be monitored by pressure sensors 646 and 654, and the flow rate of inert fluid through the wall can be monitored by a flow meter 644.

31 6405631 64056

Kun paine-ero tulee liian alhaiseksi inertin verhokaasun halutulle virtausnopeudelle, voidaan reaktoriputken seinän huokosten halkaisijaa pienentää avaamalla on/ei-venttiili 604 ja asettelemalla neulaventtii-li 605 päästämään hiilipitoista kaasua hiilipitoisen kaasun syötöstä 602 virtaamaan hiilipitoisen kaasun mittausjohdon 603 kautta. Toisen johtohaaran venttiili 637 suljetaan ja ensimmäisen johtohaaran venttiili 634 avataan hiilipitoisen kaasun suuntaamiseksi inertin juoksevan aineen sekoituskokoojajohtoon 635 ja täältä kokoojakammioon 406 läpi inertin juoksevan kaasun syöttöjohdon 645 ja paineastian sisäänmenojen 408 ja 409- Kokoojakammion poistoventtiili 647 pysyy suljettuna ja reaktoriputken ulostulon sulkuventtiili pysyy avoinna reaktorin normaalin toiminnan aikana. Hiilipitoinen kaasu dissosioituu niillä kuumennetuilla pinnoilla reaktorissa, joita se koskettaa. Tämän mukaisesti hiilipitoinen kaasu, joka virtaa reaktoriputken 401 seinäkudok-sen huokosiin, dissosioituu kerrostaen pyrolyyttisen grafiittipäällys-teen, joka pienentää huokoshalkaisijaa. Koska paine-ero reaktoriputken seinän poikki kasvaa kiinteällä inertin juoksevan aineen virtauksella, putken huokoisuuden pienentymistä voidaan tarkkailla paineen tuntoelimillä 654 ja 646 ja virtausmittarilla 644, kun grafiittia kerrostuu. Kun paine-ero ylittää ennaltamäärätyn arvon, voidaan gra-fiittipäällysteen kasvu pysäyttää sulkemalla on/ei-venttiili 604 hiilipitoisen kaasun mittausjohdossa 603- Koko prosessi reaktoriputken seinän huokosten pienentämiseksi voidaan toteuttaa keskeyttämättä reaktorin toimintaa.When the pressure difference becomes too low for the desired inert envelope gas flow rate, the pore diameter of the reactor tube wall can be reduced by opening the on / off valve 604 and positioning the needle valve 605 to allow carbonaceous gas from the carbonaceous gas supply 602 to flow through the carbonaceous gas measurement line 603. The second line branch valve 637 is closed and the first line branch valve 634 is opened to direct carbonaceous gas to the inert fluid mixing manifold 635 and from there to the manifold 406 through the inert running gas supply line 645 and the pressure vessel inlet outlet. during. The carbonaceous gas dissociates on the heated surfaces in the reactor it contacts. Accordingly, the carbonaceous gas flowing into the pores of the wall tissue of the reactor tube 401 dissociates by depositing a pyrolytic graphite coating which reduces the pore diameter. As the pressure difference across the reactor tube wall increases with a fixed flow of inert fluid, the decrease in tube porosity can be monitored by pressure sensors 654 and 646 and a flow meter 644 as graphite deposits. When the pressure difference exceeds a predetermined value, the growth of the graphite coating can be stopped by closing the on / off valve 604 in the carbonaceous gas measuring line 603. The whole process of reducing the pores in the reactor tube wall can be carried out without interrupting the reactor operation.

Päinvastoin, voi olla tarpeen suurentaa huokosten halkaisijaa reaktori-putkessa 401. Tässä tapauksessa syövyttävää ainetta, kuten esimerkiksi höyryä taikka molekulaarista happea syövyttävän aineen varastosta 626 sekoitetaan inerttiin juoksevaan aineeseen avaamalla venttiili 628, asettelemalla neulaventtiili 629 syövyttävän aineen mittaus-johdossa 627, sulkemalla toisen johtohaaran venttiili 637 ja avaamalla ensimmäisen johtohaaran venttiili 634. Syövyttävä aine sekoittuu inerttiin juoksevaan aineeseen inertin juoksevan aineen sekoituskokoo-jajohdossa 635 ja virtaa kokoojakammioon 406 läpi paineastian sisääntulojen 408 ja 409· Syövyttävä aine syövyttää niitä kuumennettuja pintoja, joita se koskettaa, siten lisäten reaktoriputken 401 kuumennetun osan huokosten halkaisijaa. Syövyttävän aineen virtausta voidaan jatkaa kunnes paineen tuntoelimet 654 ja 646 osoittavat riittävän alhaista paine-eroa reaktoriputken 401 seinän poikki halutulle inertin juoksevan aineen virtausnopeudelle, jota tarkkaillaan virtausmittarilla 644. Kuten huokoshalkaisijoiden pienentäminen hiilipitoisella kaa- 32 64056 sulia myös tämä prosessi voidaan toteuttaa reaktorin ollessa toiminnassa.Conversely, it may be necessary to increase the pore diameter in the reactor tube 401. In this case, a corrosive such as steam or molecular oxygen from the corrosive reservoir 626 is mixed with the inert fluid by opening the valve 628, 637 and opening the valve of the first line 634. The corrosive material mixes with the inert fluid in the inert fluid mixing manifold 635 and flows into the collection chamber 406 through the inlet 408 and 409 of the pressure vessel. diameter. The flow of the corrosive may be continued until the pressure sensors 654 and 646 show a sufficiently low pressure difference across the wall of the reactor tube 401 for the desired inert fluid flow rate monitored by the flow meter 644. As with pore size reduction,

Joissakin sovellutuksissa voi olla edullista käyttää inerttinä juoksevana aineena höyryä tai jotakin muuta ainetta, jotka reagoivat kemiallisesti käsiteltävien aineiden kanssa. Jotta estettäisiin tai ainakin hidastettaisiin niiden aineiden korroosiota, joista reaktori on rakennettu, on suunniteltu, että päällyste tulenkestävää oksidia, kuten toriumoksidia, magnesiumoksidia, sinkkioksidia, alumiinioksidia tai sirkoniumoksidia kerrostetaan reaktoriputken 401, kuumennusele-menttien 302 ja lämpökilven 410 niille osille, jotka tulevat kosketukseen inert in juoksevan aineen kanssa ja toimivat korkeissa lämpötiloissa. Tulenkestävän oksidipäällysteen kerrostamiseksi voidaan käyttää tulenkestävää kerrostusainetta, joka on haihtuvaa metalliasisältävää yhdistettä, kuten metyylimagnesiumkloridia, magnesiumetoksidia tai sirkonium-n-amyylioksidia. Esimerkiksi metyylimagnesiumkloridi hajoaa pinnalla, joka on kuumnennettu noin 590°C lämpötilaan, kerrostaen magnesiummetallipäällysteen. Kuuma magnesiummetalli oksidoi-daan sen jälkeen viemällä höyryä tai molekulaarista happea kokooja-kammioon 406. Sirkonium-n-amyylioksidi ja magnesiumetoksidi molemmat yleensä hajoavat kuumennetuilla pinnoilla muodostaen sirkoniumoksidia ja vastaavasti magnesiumoksidia.In some applications, it may be advantageous to use as an inert fluid a vapor or other substance that reacts with the chemically treated substances. In order to prevent or at least slow down the corrosion of the materials from which the reactor is built, it is designed that a coating of refractory oxide such as thorium oxide, magnesium oxide, zinc oxide, alumina or zirconia is applied to the reactor tube 401, heating elements 302 and heat shield 4 in fluid and operate at high temperatures. A refractory coating agent which is a volatile metal-containing compound such as methylmagnesium chloride, magnesium ethoxide or zirconium n-amyloxide can be used to deposit the refractory oxide coating. For example, methylmagnesium chloride decomposes on a surface heated to about 590 ° C, depositing a magnesium metal coating. The hot magnesium metal is then oxidized by introducing steam or molecular oxygen into the collector chamber 406. Zirconium n-amyloxide and magnesium ethoxide both generally decompose on heated surfaces to form zirconia and magnesium oxide, respectively.

Kuvion 15 esittämässä tapauksessa haihtuva metalliasisältävä yhdiste voidaan viedä kokoojakammioon 406 saattamalla kuljetuskaasu syöttöva-rastosta 611 virtaamaan mittausjohdon 612 kautta avaamalla on/ei-venttiili 6l3· Neulaventtiili 6l4 säätää kuljetuskaasun virtausnopeuden sopivaan arvoon mitattuna virtausmittarilla 615· Tankki 617 sisältää esimerkiksi liuoksena haihtuvaa metalliasisältävää yhdistettä kuten metyylimagnesiumkloridia liuotettuna dietyylieetteriin taikka sirkonium-n-amyylioksidia liuotettuna tetrahydrofuraaniin. Kuljetus-kaasu virtaa kuplaputken 616 kautta ja tankissa 617 olevaan liuokseen. Toisen johtohaaran venttiili 637 pysyy suljettuna ja ensimmäisen joh-tohaaran venttiili 634 pysyy avoimena siinä tarkoituksessa, että kul-jetuskaasu, liuotinhöyry ja metalliasisältävän yhdisteen höyry suunnataan peräkkäisesti läpi tankin 617 ulostulon 622, toisen syöttöjohdon 623, seoskaasun syöttöjohdon 607 ja ensimmäisen johtohaaran 633 ja inertin juoksevan aineen kokoojajohtoon 635» missä ne sekoittuvat inerttiin juoksevaan aineeseen ja sitten tulevat siirretyiksi kokooja-kammioon 406 läpi inertin juoksevan aineen syöttöjohdon 645 ja paine- 33 64056 astian sisääntulojen 408 ja 409· Haihtuva, metalliasisältävä yhdiste hajoaa kuumilla pinnoilla, joita se koskettaa reaktorin sisällä. Jos se hajoaa puhtaaksi metalliksi, viedään sen jälkeen happea tai vesihöyryä kokoojakammioon 406 oksidin muodostumisen aikaansaamiseksi.In the case shown in Figure 15, the volatile metal-containing compound can be introduced into the collecting chamber 406 by causing the transport gas from the supply reservoir 611 to flow through the measuring line 612 dissolved in diethyl ether or zirconium n-amyloxide dissolved in tetrahydrofuran. The transport gas flows through the bubble tube 616 and into the solution in the tank 617. The valve 637 of the second line remains closed and the valve 634 of the first line remains open for the purpose of sequentially directing the carrier gas, solvent vapor and metal-containing compound vapor through the outlet 622 of the tank 617 to the first line 623 of the second feed line 623. to the collector line 635 »where they mix with the inert fluid and then pass to the collector chamber 406 through the inert fluid supply line 645 and the pressure vessel inlet 408 and 409 · The volatile metal-containing compound decomposes inside the reactor on the hot surfaces it contacts. If it decomposes into pure metal, oxygen or water vapor is then introduced into the collection chamber 406 to cause oxide formation.

G. Prosessimuuttujien ohjausjärjestelmäG. Process Variable Control System

Kuvio 16 kuvaa reaktorin lämpötilansäätöjärjestelmää 700. Kuviossa on kuumennuselementit 302a, 302b ja 302c kuvattu kaaviollisesti kytkettynä tähdenmuotoiseen piiriin, jolloin kunkin kuumennuselementin toinen pää on kytketty tähtipisteeseen 701 ja toinen pää on kytketty kolmivaiheisen voimajohdon 702 yhteen johtimeen 702a, 702b tai 702c. Tähtipiste 701 vastaa kuvion 6C kolmivaiheyhdistämisrengasta 319· Voimajohto 702 yhdistää kuumentimen tehoulostulon 703 tehonsäätimeen 704, joka vuorostaan kytkeytyy pääkolmivaihetehojohtoon 705 ja liipai-supiiriin 706. Kolmivaiheinen päävoimajohto 705 syöttää tehoa, edullisesti 440 V jännitteisenä, reaktorin kuumentamiseen. Säteilymittari 708, joka sijaitsee kuvion 6B katseluaukossa 441, on fokusoitu kuu-mennuselementtiin 302c ja tuottaa signaalin, yleensä millivolttialueel-la, joka vastaa kuumennuselementin lämpötilaa. MV/I-muuttaja 709 vahvistaa säteilysignaalin ja muuttaa sen sähkövirraksi. Asettelupis-teen ohjain 707, ulostulosignaalijohto 712 tietokoneeseen tai laskimeen yhdistämistä varten ja rekisteröintilaite 710, joka tekee pysyvän login säteilymittarilla 708 mitatusta lämpötilasta, on kaikki yhdistetty muuttajaan 709. Tulosignaalijohto 713 yhdistää asettelupisteen ohjaimen 707 ohjaussignaali-sisääntulon tietokoneeseen (ei esitetty). Virtamittarit 750a, 750b ja 750c on sijoitettu kolmeen haaraan 702a, 702b ja 702c mittaamaan kuumennuselementteihin 302a-c syötettyä virtaa; ja volttimittarit 751a, 751b ja 751c on liitetty haaroihin 702a-c mittaamaan kuumennuselementteihin vaikuttavia jännitteitä. Kuumennus-elementtien kuluttama teho ja niiden sähkövastus voidaan laskea näistä virta- ja jännitemittauksista. Tieto kuumennuselementin sähkövastuksesta antaa tietoa sen fysikaalisesta eheydestä, koska kuumennuselementin syöpyessä sen sähkövastus kasvaa.Figure 16 illustrates a reactor temperature control system 700. The figure shows heating elements 302a, 302b and 302c schematically connected to a star-shaped circuit, one end of each heating element being connected to a star point 701 and the other end connected to one conductor 702a, 702b or 702 of a three-phase power line 702. The star point 701 corresponds to the three-phase connection ring 319 in Fig. 6C. The radiation meter 708, located in the viewing aperture 441 of Figure 6B, is focused on the heating element 302c and produces a signal, generally in the millivolt range, corresponding to the temperature of the heating element. The MV / I converter 709 amplifies the radiation signal and converts it into an electric current. The setpoint controller 707, the output signal line 712 for connection to a computer or calculator, and the recording device 710, which makes a permanent log of the temperature measured by the radiation meter 708, are all connected to the converter 709. The input signal line 713 connects the setpoint controller 707 to a control signal input (not shown). Current meters 750a, 750b and 750c are disposed in three branches 702a, 702b and 702c to measure the current supplied to the heating elements 302a-c; and voltmeters 751a, 751b and 751c are connected to branches 702a-c to measure voltages acting on the heating elements. The power consumed by the heating elements and their electrical resistance can be calculated from these current and voltage measurements. Information about the electrical resistance of a heating element provides information about its physical integrity, because as the heating element corrodes, its electrical resistance increases.

Kuvio 17 on graafinen esitys grafiittikangasnäytteen myydään kauppanimellä "WCA Graphite Cloth", myyjä Union Carbide Corporation, sähköisestä levyvastuksesta kankaan lämpötilan funktiona. Kangas on jäykistetty pyrolyyttisellä grafiitilla kuumentamalla ja saattamalla se hiilipitoisen atmosfäärin vaikutuksen alaiseksi olennaisesti siten kuin edellä on selitetty. Kuvion 17 graafisen esityksen pystyakseli ^ 64056 antaa levyvastuksen yksiköissä "ohmia/neliö", koska tunnetusti vastus mitattuna tietyn paksuisen vastusaineen neliön vastakkaisten reunojen välillä on riippumaton neliön mitoista. Täten lämmityselementin, joka on muodostettu yhdestä suorakulmaisesta kaistasta "WCA Graphite Cloth": ia, vastus tietyssä lämpötilassa voidaan saada ajattelemalla kaistale tehdyksi kangasneliöistä, jotka on kytketty sarjaan. Esimerkiksi kaistaleen, jonka koko on 15,3 cm kertaa 128 cm, vastus 1500 K lämpötilassa mitattuna kahden 15 cm:n reunan väliltä saadaan kertomalla (128/15,3) kertaa 0,135 ohmia, kuviossa 17 annettu levyresistanssi lämpötilassa 1500 K. Lämmityselementin, joka on tehty useammasta kuin yhdestä kerroksesta kudosta, jolloin jokaisella kerroksella on samat mitat ja sen vuoksi sama vastus, kokonaisvastus saadaan jakamalla yhden kerroksen vastus kerrosten lukumäärällä. Mukavuuden vuoksi on kuvion 17 graafiseen esitykseen laskettu levyvastukset yksiköissä "ohmia/neliö" myös jäykistetyn "WCA Graphite Cloth" näytteille, jotka on valmistettu 2, 3 ja 4 kerroksesta.Figure 17 is a graphical representation of a graphite fabric sample sold under the tradename "WCA Graphite Cloth", sold by Union Carbide Corporation, from an electronic plate resistor as a function of fabric temperature. The fabric is stiffened with pyrolytic graphite by heating and exposing it to a carbonaceous atmosphere substantially as described above. The vertical axis ^ 64056 of the graph of Fig. 17 gives the plate resistance in "ohms / square" units, because it is known that the resistance measured between opposite edges of a square of a given thickness of resistance is independent of the dimensions of the square. Thus, the resistance of a heating element formed of a single rectangular strip of "WCA Graphite Cloth" at a given temperature can be obtained by thinking of the strip made of fabric squares connected in series. For example, the resistance of a strip of 15.3 cm by 128 cm, measured at 1500 K between two 15 cm edges, is obtained by multiplying (128 / 15.3) times 0.135 ohms, the plate resistance at 1500 K given in Fig. 17. is made of more than one layer of fabric, each layer having the same dimensions and therefore the same resistance, the total resistance is obtained by dividing the resistance of one layer by the number of layers. For convenience, the plate resistances in "ohms / square" units have also been calculated for the graphical representation of Figure 17 for samples of stiffened "WCA Graphite Cloth" made of 2, 3 and 4 layers.

Toiminnassa, sen jälkeen kun asettelupisteen ohjain 707 on aseteltu tiettyyn lämpötilaan joko manuaalisesti tai tietokoneella, se vertaa tätä lämpötilaa elektrodin 302c mitattuun lämpötilaan ja tuottaa ero-tussignaalin (virhesignaalin), joka riippuu algebrallisesta erotuksesta mitatun lämpötilan ja asetellun lämpötilan välillä. Asettelu-pisteen ohjain 707 ohjaa liipaisupiiriä 706, joka erosignaalista riippuvaisesti aiheuttaa sen, että tehonsäädin 704 lisää tai vähentää tehoa, joka syötetään lämmityselementteihin pienentääkseen tarvittaessa erosignaalin suuruutta, mikä saa lämmityselementin 302c lämpötilan lähenemään aseteltua lämpötilaa. Koska lämmityselementti 302c on mustan kappaleen ontelon sisällä, jota 'ympäröi lämpökilpi 410, sen lämpötila yleensä edustaa pintojen lämpötilaa kautta koko ontelon. Lämpötilan säätöön voidaan kuitenkin myös käyttää säteilymittareita, jotka on fokusoitu muihin pintoihin mustan kappaleen sisällä.In operation, after the setpoint controller 707 is set to a certain temperature either manually or by computer, it compares this temperature with the measured temperature of the electrode 302c and produces a difference signal (error signal) depending on the algebraic difference between the measured temperature and the set temperature. The setpoint controller 707 controls the trigger circuit 706, which, depending on the difference signal, causes the power controller 704 to increase or decrease the power supplied to the heating elements to reduce the magnitude of the difference signal as needed, bringing the temperature of the heating element 302c closer to the set temperature. Because the heating element 302c is within the cavity of the black body surrounded by the heat shield 410, its temperature generally represents the temperature of the surfaces throughout the cavity. However, radiation meters focused on other surfaces within the black body can also be used to control the temperature.

Kuten on esitetty kuviossa 18, lämpötilan lisäksi voidaan prosessi-muuttujia säätää takaisinkytkentäohjausjärjestelmillä, kuten esimerkiksi nestemäisen pääreaktantin syöttönopeuden säätöjärjestelmä 714, johon sisältyy syöttövarasto 715> joka on yhteydessä mittausjärjestelmän 716 kanssa syöttöjohdon 717 kautta. Mittausjärjestelmä 716 ohjaa pääreaktantin virtausnopeutta ja siihen voi kuulua esimerkiksi muutettavanopeuksinen pumppu ja pumpun ohjain taikka muutettava-aukkoinen venttiili ja venttiilin ohjain. Pääreaktantin mittausjärjes- 35 64056 telmän 716 ulostulo 718 on kytketty virtausnopeustransduktoriin 719, joka tuottaa sähkösignaaliulostulon 720, joka vastaa pääreaktantin virtausnopeutta. Pääreaktantin virtausnopeustransduktorin 719 ulostulo 721 on kytketty nestemäisen pääreaktantin tulojohtoon 215. Signaaliulostulo 722 reaktiovyöhykkeen paineen tuntoelimestä 654 ja signaaliulostulo 720 virtausnopeustransduktorista 719 on vastaavasti kytketty pääreaktantin mittausjärjestelmän 716 ensimmäiseen ja toiseen signaalisisäänmenoon. Tietokonejärjestelmän 723 ulostulo on kytketty mittausjärjestelmän 716 kolmanteen sisäänmenoon.As shown in Figure 18, in addition to temperature, process variables can be controlled by feedback control systems, such as a liquid main reactant feed rate control system 714, which includes a feed storage 715> communicating with the measurement system 716 via a feed line 717. The metering system 716 controls the flow rate of the main reactant and may include, for example, a variable speed pump and pump controller or a variable orifice valve and valve controller. The output 718 of the main reactant measuring system 716 is connected to a flow rate transducer 719 which produces an electrical signal output 720 corresponding to the flow rate of the main reactant. The output 721 of the main reactant flow rate transducer 719 is connected to the liquid main reactant input line 215. The signal output 722 from the reaction zone pressure sensor 654 and the signal output 720 from the flow rate transducer 719 are connected to the second signal of the main reactant measurement system 716, respectively. The output of the computer system 723 is connected to the third input of the measuring system 716.

Nestemäisen pääreaktantin syöttönopeuden säätöjärjestelmän 714 eräässä toimintatavassa tietokonejärjestelmä 723 antaa sekä pääreaktantin virtausnopeuden ennalta-asetellun arvon että reaktiovyöhykkeen paineen ylärajan pääreaktantin mittausjärjestelmälle 716, joka vertaa ennalta-valittua virtausnopeutta transduktorilla 719 mitattuun ja asettelee virtausnopeuden lähenemään valittua arvoa kuitenkin edellyttäen, että reaktiovyöhykkeen paine on määrätyn ylärajan alapuolella. Jos reak-tiovyöhykkeen paine ylittää tämän ylärajan, mittausjärjestelmä 716 alentaa painetta pienentämällä pääreaktantin virtausnopeutta.In one mode of operation of the liquid main reactant feed rate control system 714, the computer system 723 provides both a preset value for the main reactant flow rate and an upper limit of the reaction zone pressure for the main reactant measurement system 716 . If the pressure in the reaction zone exceeds this upper limit, the measuring system 716 reduces the pressure by reducing the flow rate of the main reactant.

Nestemäinen sekundäärisen reaktantin virtausnopeuden säätöjärjestelmä 724 on toinen takaisinkytkentäsäätöjärjestelmä, johon sisältyy syöttö-varasto 725, joka on syöttöjohdon 727 kautta yhteydessä mittausjärjestelmään 726. Sekundäärisen reaktantin mittausjärjestelmä 726 voi olla samaa tyyppiä kuin pääreaktantin mittausjärjestelmä 716. Sekundäärisen reaktantin mittausjärjestelmän 726 ulostulo 728 on kytketty virtausnopeustransduktoriin 729, joka tuottaa signaalin, joka vastaa sekundäärisen reaktantin virtausnopeutta. Transduktorin 729 ulostulo 731 on kytketty sekundäärisen reaktantin sisääntuloon 221. Signaaliulostulo 722 reaktiovyöhykkeen paineen tuntoelimestä 654 ja signaaliulostulo 730 sekundäärisen reaktantin virtausnopeustranduktorista 729 on kytketty erillisiin signaalisisäänmenoihin sekundäärisen reaktanssin mittausjärjestelmässä 726 ja tietokonejärjestelmän 723 ulostulo on kytketty kolmanteen sisäänmenoon. Nestemäisen sekundäärisen reaktantin virtausnopeuden säätöjärjestelmää 724 voidaan käyttää samalla tavoin kuin edellä selitettiin nestemäisen pääreaktantin säätöjärjestelmään 714 liittyen.The liquid secondary reactant flow rate control system 724 is a second feedback control system that includes a supply reservoir 725 connected to the measurement system 726 via the supply line 727. The secondary reactant measurement system 726 may be of the same type as the main reactant measurement system 716. which produces a signal corresponding to the flow rate of the secondary reactant. The output 731 of the transducer 729 is connected to the secondary reactant input 221. The signal output 722 from the reaction zone pressure sensor 654 and the signal output 730 from the secondary reactant flow rate reducer 729 are connected to separate signal inputs. The liquid secondary reactant flow rate control system 724 can be used in the same manner as described above in connection with the liquid main reactant control system 714.

Inertin juoksevan aineen virtausnopeuden säätöjärjestelmässä 73^ on inertin juoksevan aineen syöttö 640 kytketty neulaventtiiliin 643, 36 64056 joka vuorostaan on kytketty on/ei-venttiiliin 642. Venttiili 642 on kytketty inertin juoksevan aineen virtausnopeustransduktoriin 735· Transduktorin 735 signaaliulostulo 736 on kytketty ensimmäiseen sisäänmenoon inertin juoksevan aineen neulaventtiilin ohjaimessa 737-Neulaventtiilin ohjaimen 737 toinen sisäänmeno on kytketty tietokonejärjestelmään 723 ja kolmas sisäänmeno on kytketty kokoojakammion paineen tuntoelimeen 646. Inertin juoksevan aineen ulostulo transduk-torista 735 on kytketty reaktorin paineastian sisäänmenoihin 408 ja 409· Mukavuuden vuoksi ei kokoojakammion poistoventtiiliä 647, virtaus-mittaria 644 ja inertin juoksevan aineen sekoituskokoojajohtoa kuviosta l6 ole esitetty kuviossa 18 ja kuvion 18 inertin juoksevan aineen virtausnopeustransduktoria 735 ei ole esitetty kuviossa 15·In the inert fluid flow rate control system 73, the inert fluid supply 640 is connected to a needle valve 643, 36 64056 which in turn is connected to an on / off valve 642. Valve 642 is connected to an inert fluid flow rate transducer 735 · Transducer 735 in substance needle valve controller 737-The second inlet of needle valve controller 737 is connected to computer system 723 and the third inlet is connected to collector chamber pressure sensor 646. Inert fluid outlet from transducer 735 is connected to reactor pressure vessel inlets 648 and 409 · For convenience the meter 644 and the inert fluid mixing manifold of Fig. 16 are not shown in Fig. 18 and the inert fluid flow rate transducer 735 of Fig. 18 is not shown in Fig. 15 ·

Toiminnassa avataan on/ei-venttiili 642, mikä päästää inerttiä juoksevaa ainetta virtaamaan transduktorin 735 kautta ja sisäänmenoihin 408 ja 409· Neulaventtiilin ohjain 737 vertaa transduktorin 735 virtausnopeussignaalia tietokonejärjestelmällä 723 määrättyyn virtausnopeuteen ja säätää neulaventtiiliä 643 vastaavasti, edellyttäen kuitenkin, että paineen tuntoelimellä 646 tunnettu kokoojakammion paine ei ylitä ylärajaa, joka myös on määrätty tietokonejärjestelmällä 723·In operation, an on / off valve 642 is opened, which allows inert fluid to flow through the transducer 735 and into the inlets 408 and 409. · The needle valve controller 737 compares the flow rate signal the pressure does not exceed the upper limit also determined by the computer system 723 ·

Jos paine on liian suuri, neulaventtiilin ohjain 737 alentaa virtausnopeutta paineen alentamiseksi.If the pressure is too high, the needle valve guide 737 lowers the flow rate to reduce the pressure.

Reaktorin lämpötilan ohjausjärjestelmään 700, joka yksityiskohtaisesti on esitetty kuviossa 16 ja osoitettu kaaviollisesti kuviossa 18, kuuluu reaktorin lämpötilan säädin 738, johon kuuluu tehon säädin 704, liipaisupiiri 706, asettelupisteen ohjain 707, muuttaja 709, rekisteri 710 ja mittarit 750 ja 751, jotka on esitetty kuviossa 17· Säteilymittari 708 (ei esitetty kuviossa 18) on sijoitettu katseluaukkoon 44l ja kytketty säätimeen 738. Kolmivaiheinen voimajohto 702 yhdistää reaktorin lämpötilansäätimen 738 kuumennustehoulostulon 703 lämmitys-elementteihin 302 (ei esitetty kuviossa 18) elektrodien 309 kautta. Täten sen sähkötehon taso, joka syötetään kuumennustehoulostulosta 703, määrää reaktoriputken 401 lämpötilan. Ohjaussignaalisisäänmeno 711 ja yksi ulostulo reaktorin lämpötilan säätimestä 738 on yhdistetty tietokonejärjestelmään 723 sisäänmenosignaalijohdolla 713 ja vastaavasti ulostulosignaalijohdolla 712.Reactor temperature control system 700, detailed in Figure 16 and shown schematically in Figure 18, includes a reactor temperature controller 738 including a power controller 704, a trigger circuit 706, a setpoint controller 707, a converter 709, a register 710, and meters 750 and 751, shown in Fig. 17 · A radiation meter 708 (not shown in Fig. 18) is located in the viewing aperture 441 and connected to the controller 738. A three-phase power line 702 connects the heating power output 703 of the reactor temperature controller 738 to the heating elements 302 (not shown in Fig. 18) via electrodes 309. Thus, the level of electrical power supplied from the heating power output 703 determines the temperature of the reactor tube 401. The control signal input 711 and one output from the reactor temperature controller 738 are connected to the computer system 723 by an input signal line 713 and an output signal line 712, respectively.

Reaktorin tuotteen näytteenotin 740, joka on kytketty ulostuloon 741, joka sijaitsee lähellä reaktorin ulostulon sulkuventtiiliä 655, siir- 37 640 5 6 tää ennaltavalituin aikavälein näytteitä reaktiotuotteesta kaasukro-matograafin 743 näytesisäänmenoon 742. Sähkösignaali kromatograafin 743 ulostulossa 744 reagoi muutoksiin näytteiden kemiallisessa koostumuksessa. Esimerkiksi kaasukromatograaf! 743 yhdessä reaktiotuotteen näytteenottimen 740 kanssa voi tuottaa signaalin, joka vastaa eteenin konsentraatiota prosessissa hiilivedyn osittaisessa pyrolyysissä.The reactor product sampler 740, connected to the outlet 741 located near the reactor outlet shutoff valve 655, transfers samples from the reaction product to the sample inlet 742 of the gas chromatograph 743 at pre-selected intervals. For example, a gas chromatograph! 743 together with the reaction product sampler 740 can produce a signal corresponding to the ethylene concentration in the process of partial hydrocarbon pyrolysis.

Kaasukromatograafin 743 ulostulot on kytketty tallentimeen 749 ja tietokonejärjestelmään 723· Tietokonejärjestelmän 723 sisäänmeno 745 on kytketty prosessimuuttujien transduktoreihin databussilla 746, johon sisältyy signaalijohdot, jotka on kytketty virtausnopeustransduktorei-hin 719, 729 ja 735, paineen tuntoelimiin 646 ja 654, lämpötilan sääti-meen 738 ja kaasukromatograafiin 743· Muita transduktoreita voi haluttaessa on liitetty databussiin 746. Tietokonejärjestelmän 723 ulostulo 747 on kytetty käs.kybussiin 748, joka sisältää signaalijohdot, jotka on liitetty pääreaktantin mittausjärjestelmään 716, sekundäärisen reaktantin mittausjärjestelmään 726, reaktorin lämpötilan säätimeen 738 ja inertin juoksevan aineen neulaventtiilin ohjaimeen 737· Tietokonejärjestelmään 723 voi sisältyä digitaalitietokone, analogia-digitaali-muutin transduktorin analogiasignaalien muuttamiseksi digi-taalidataksi laskinta varten, digitaali-analogia-muutin laskimen digi-taalisignaalien muuttamiseksi analogia-säätösignaaleiksi ja multiplek-sori databussin 746 ja käskybussin 748 signaalijohtojen kytkemiseksi.The outputs of the gas chromatograph 743 are connected to a recorder 749 and a computer system 723. to the gas chromatograph 743 · Other transducers may be connected to the data bus 746 if desired. The output 747 of the computer system 723 is connected to a command bus 748 containing signal lines · Computer system 723 may include a digital computer, an analog-to-digital converter for converting analog signals from a transducer to digital data for a calculator, a digital-to-analog converter for converting digital signals for a calculator to analog as a control signals and a multiplexer for connecting the signal lines of the data bus 746 and the command bus 748.

Olemme suunnitelleet, että prosessin kulun aikana tietokonejärjestelmä 723 voi määrittää ja tarkkailla prosessimuuttujia signaaleilla, joita siirretään käskybussin 748 ja databussin 746 kautta. Täten tietokonejärjestelmä 723 voi valvoa reaktorin toimintaa sen varmistamiseksi, että prosessimuuttujat pysyvät määritetyissä rajoissa. Lisäksi tietokone voi olla ohjelmoitu hakemaan optimaaliset toimintaolosuhteet tietylle prosessille tekemällä systemaattisia muutoksia prosessimuuttu-jissa samalla tarkkaillen reaktorin ulostuloa kromatograafi11a 743· Esimerkiksi voi tietokone olla ohjelmoitu hakemaan reaktorin lämpötilat ja syöttöaineiden virtausnopeudet, jotka maksimoivat eteenikonsentraa-tion ulostulossa tietyllä hiilivetysyöttöaineella. Tietokonejärjestelmä 723 voi sisältyä myös takaisinkytkentäohjausjärjestelmiin; kuten esimerkiksi reaktiotuotteen valvontajärjestelmään, johon tietokonejärjestelmän lisäksi sisältyy reaktiotuotteiden näytteenotin 740, kaasukromatograafi 743, reaktorin lämpötilan säädin 738 ja kolmivaiheinen voimajohto 702, joka on kytketty lämmityselementteihin 302.We have designed that during the process, the computer system 723 can determine and monitor process variables with signals transmitted through the instruction bus 748 and the data bus 746. Thus, computer system 723 can monitor reactor operation to ensure that process variables remain within specified limits. In addition, the computer may be programmed to obtain optimal operating conditions for a particular process by making systematic changes in process variables while monitoring reactor outlet chromatography. 743 · For example, the computer may be programmed to retrieve reactor temperatures and feedstock flow rates to maximize ethylene concentration at hydrocarbon feed. Computer system 723 may also be included in feedback control systems; such as a reaction product monitoring system that includes, in addition to the computer system, a reaction product sampler 740, a gas chromatograph 743, a reactor temperature controller 738, and a three-phase power line 702 connected to the heating elements 302.

38 64056 Tässä reaktiotuotteen valvontajärjestelmässä tietokonejärjestelmä vertaa reaktorista otettujen reaktiotuotenäytteiden kemiallista koostumusta ennaltavalittuun koostumukseen ja tuottaa ulostuloonsa 7^7 sähkösignaalin, joka vastaa näytteiden kemiallisen koostumuksen poikkeamia. Tietokonejärjestelmän 723 ulostulo 7^7 on kytketty reaktorin lämpötilan säätimen sisäänmenoon 711 tarkoituksella mahdollistaa muutokset reaktoriputken lämpötilassa riippuvaisina muutoksista tietokonejärjestelmän signaalista, täten vähentäen poikkeamisia reaktiotuotteiden kemiallisessa kooostumukses-sa. Muita prosessimuuttujia, kuten valittujen reaktanttien syöttönopeuksia ja painetta reaktiovyöhykkeessä voidaan myös valvoa samanlaisilla takaisinkytkentävalvontajärjes-telmillä.38 64056 In this reaction product monitoring system, a computer system compares the chemical composition of the reaction product samples taken from the reactor with a preselected composition and produces at its output 7 ^ 7 an electrical signal corresponding to deviations in the chemical composition of the samples. The output 7 ^ 7 of the computer system 723 is connected to the reactor temperature controller inlet 711 for the purpose of allowing changes in the reactor tube temperature as a function of changes in the computer system signal, thus reducing deviations in the chemical composition of the reaction products. Other process variables, such as feed rates and pressures of selected reactants in the reaction zone, can also be monitored by similar feedback monitoring systems.

Prosessiparametritprocess parameters

Korkealämpötilaisissa kemiallisissa reaktioprosesseissa, joita johdetaan esillä olevan keksinnön mukaisesti, on tarpeen käyttää rengasmaista kuorta tai verhoa inertistä juoksevasta aineesta, joka on olennaisesti läpäisevä säteilylle. Verholla on olennainen aksiaalinen pituus. Rengasmainen verho voi olla synnytetty suunnassa, joka on yleensä samansuuntainen sen akselin kanssa, taikka suunnassa, joka on yleensä kohtisuora sen akseliin nähden ja säteettäisesti sisäänpäin sen ulkokehäpinnalta.In high temperature chemical reaction processes conducted in accordance with the present invention, it is necessary to use an annular shell or curtain of an inert fluid that is substantially permeable to radiation. The curtain has a substantial axial length. The annular curtain may be generated in a direction generally parallel to its axis, or in a direction generally perpendicular to its axis and radially inwardly from its outer circumferential surface.

Juoksevan aineen muodostaman verhon eheys on riippumaton virtausrajoituksista ja se voidaan ylläpitää aksiaalisesti paljon pitemmälti kuin mitä on saavutettavissa tapauksessa, jolloin käytetään aksiaalisesti suihkutettua laminaarista verhoa. Primäärisenä vaatimuksena on pitää inertin juoksevan aineen virtaus suuremmassa paineessa kuin reaktantti-virtaus, jotta estettäisiin reaktantteja puhkaisemasta 39 6405 6 verhoa tai muulla tavoin murtautumasta ulos verhon sisäänsä sulkemasta tilasta.The integrity of the fluid curtain is independent of flow restrictions and can be maintained axially for much longer than is achievable in the case of an axially sprayed laminar curtain. The primary requirement is to maintain the inert fluid flow at a higher pressure than the reactant flow to prevent the reactants from puncturing the 39 6405 6 envelope or otherwise breaking out of the space enclosed by the envelope.

Sen jälkeen kun verho on synnytetty, ainakin yhtä reaktanttia johdetaan sen sydämen lävitse pitkin ennaltamäärättyä kulkutietä, joka olennaisesti osuu yhteen verhon akselin kanssa.After the curtain is generated, at least one reactant is passed through its core along a predetermined path that substantially coincides with the axis of the curtain.

Verho rajoittaa reaktantit sisäänsä ja pitää ne irti kosketuksesta reaktiokammiota rajoittaviin pintoihin.The curtain confines the reactants within and keeps them from contact with the surfaces bounding the reaction chamber.

Lopuksi suunnataan hyvin voimakasta säteilyenergiaa verhon sydämeen osumaan yhteen reaktanttien ennaltamäärätyn kulkutien ainakin osan kanssa. Tämä säteilyenergia voidaan suunnata pitkin kulkutien äärellistä pituutta. Riittävästi säteilyenergiaa tulee absorboiduksi sydämeen nostamaan reak-tanttien lämpätila tasolle, joka vaaditaan halutun kemiallisen reaktion alkuunpanemiseksi.Finally, very strong radiant energy is directed to the core of the curtain to coincide with at least a portion of the predetermined path of the reactants. This radiant energy can be directed along a finite length of path. Sufficient radiant energy will be absorbed into the core to raise the temperature of the reactants to the level required to initiate the desired chemical reaction.

Siinä tapauksessa, että itse reaktantit eivät absorboi säteilyenergiaa, voidaan absorboivaa kohtioainetta viedä pitkin reaktanttien kulkutietä, edullisesti ennen kuin säteilyenergiaa suunnataan sydämeen. Kohtioaine absorboi silloin riittävästi säteilyenergiaa nostamaan sydämen lämpötila tasolle, joka vaaditaan halutun kemiallisen reaktion alkuunpanemiseksi. Kuten edellä jo mainittiin, jos suunniteltu reaktio on sellainen, että läpäisevät reaktantit tuottavat ainakin yhtä tuotetta, joka absorboi säteilyenergiaa, kohtioaineen syöttö voidaan lopettaa sen jälkeen kun reaktio on pantu alkuun.In the event that the reactants themselves do not absorb the radiant energy, the absorbent target can be introduced along the path of the reactants, preferably before the radiant energy is directed to the core. The target substance then absorbs sufficient radiant energy to raise the heart temperature to the level required to initiate the desired chemical reaction. As already mentioned above, if the planned reaction is such that the permeable reactants produce at least one product that absorbs radiant energy, the feed of the target substance can be stopped after the reaction is started.

Suunniteltuun prosessiin voi lisäksi sisältyä reaktiotuotteiden ja mahdollisesti jäljellä olevien reaktanttien ja/tai kohdeai-neiden jäähdyttämisvaihe välittömästi sen jälkeen kun haluttu reaktio on tullut loppuun suoritetuksi. Tämän menettelyn tarkoituksena on päättää haluttu reaktio ja estää muiden ei-halut-tujen reaktioiden esiintyminen. Tuotteet, kohdeaineet ja jäljellä olevat reaktantit voidaan mukavasti ja tehokkaasti jäähdyttää säteilyyn perustuvalla lämmön siirrolla viileään, säteily-energiaa absorboivaan pintaan.The planned process may further include the step of cooling the reaction products and any remaining reactants and / or target substances immediately after the desired reaction has been completed. The purpose of this procedure is to terminate the desired reaction and prevent the occurrence of other undesired reactions. Products, target substances, and residual reactants can be conveniently and efficiently cooled by radiation-based heat transfer to a cool, radiation-energy-absorbing surface.

6 4 0 5 66 4 0 5 6

Neste- tai kaasuseinäisten reaktoreiden käyttöUse of liquid or gas wall reactors

Keksinnön mukaisia neste- tai kaasuseinäisiä reaktoreita voidaan käyttää periaatteessa missä tahansa korkealämpötilaisessa kemiallisessa reaktiossaj joista monia reaktioita on aikaisemmin pidetty joko mahdottomina tai vain teoreettisesti mahdollisina. Tärkein kriteeri näiden neste- tai kaasuseinäisten reaktoreiden käytölle tietyssä kor-kealämpötilaisessa kemiallisessa reaktiossa on se, onko tällainen reaktio termodynaamisesti mahdollinen reaktio-olosuhteissa. Käyttäen näitä neste- tai kaasuseinäisiä reaktoreita tällaisia korkealämpö-tilaisia kemiallisia reaktioprosesseja voidaan toteuttaa lämpötiloissa aina 330O°C lämpötilaan saakka (1) synnyttämällä huokoisen reak-toriputken sisälle rengasmainen verho tai kuori, joka muodostuu iner-tistä juoksevasta aineesta, joka on olennaisesti läpäisevää säteily-energialle ja muodostaa suojaavan verhon reaktoriputken säteettäisel-le sisäpinnalle ja jolla verholla on olennainen aksiaalinen pituus ja verhon sisätila muodostaa reaktiokammion; (2) johtamalla ainakin yhtä reaktanttia (joka voi olla kiinteässä, nestemäisessä tai kaasumaisessa tilassa) läpi reaktiokammion pitkin ennaltamäärättyä kulkutietä, joka olennaisesti osuu yhteen verhon pituusakselin kanssa, jolloin reaktantit ovat reaktiokammion sisällä; ja (3) suuntaamalla suurtehoista säteilyenergiaa reaktiokammioon osumaan yhteen reaktant-tien ennaltamäärätyn kulkutien ainakin osan kanssa, jolloin riittävästi säteilyenergiaa tulee absorboiduksi reaktiokammioon nostamaan reak-tanttien lämpötila tasolle, joka tarvitaan halutun kemiallisen reaktion aloittamiseen.The liquid or gas wall reactors according to the invention can in principle be used in any high-temperature chemical reaction, many of which have previously been considered either impossible or only theoretically possible. The most important criterion for the use of these liquid or gas walled reactors in a particular high temperature chemical reaction is whether such a reaction is thermodynamically possible under the reaction conditions. Using these liquid or gas walled reactors, such high temperature chemical reaction processes can be carried out at temperatures up to 330 ° C (1) by creating an annular curtain or shell inside the porous reactor tube consisting of an inert fluid substantially radially flowing. energy and forms a protective curtain on the radial inner surface of the reactor tube and the curtain has a substantial axial length and the interior of the curtain forms a reaction chamber; (2) passing at least one reactant (which may be in a solid, liquid, or gaseous state) through the reaction chamber along a predetermined path substantially coinciding with the longitudinal axis of the curtain, the reactants being within the reaction chamber; and (3) directing high power radiant energy into the reaction chamber to coincide with at least a portion of the predetermined path of the reactants, wherein sufficient radiant energy is absorbed into the reaction chamber to raise the temperature of the reactants to the level required to initiate the desired chemical reaction.

Niiden reaktioiden joukossa, jotka voidaan toteuttaa tämän keksinnön mukaisilla neste- tai kaasuseinäisillä reaktoreilla, ovat hiilivetyjen ja hiilivetypitoisten aineiden, kuten kivihiilen ja maaöljyn eri fraktioiden dissosiaatio vedyksi ja hiilimustaksi; kivihiilen, maa-öljyfraktioiden, liuskeöljyn, tervasantojen ja muiden hiilipitoisten tai hiilivetypitoisten syöttöaineiden vesihöyry-reforming synteesi-kaasuseoksiksi, joihin prosesseihin voi sisältyä yhden tai useamman epäorgaanisen karbonaatin (kuten esimerkiksi kalkkikiven tai dolomiitin) taikka epäorgaanisen oksidin valinnainen käyttäminen kemiallisesti reagoimaan rikkiä sisältävien saasteiden kanssa siten, että nämä voidaan poistaa tuloksena olevista synteesikaasuseoksista; hiilivetyjen ja hiilivetypitoisten aineiden osittainen dissosiaatio pienemmän molekyylipainon omaaviksi yhdisteiksi; tyydytettyjen hiilivetyjen osittainen pyrolyysi tyydyttämättömiksi hiilivedyiksi, kuten eteenik- 4i 64 0 5 6 si, propeeniksi ja asetyleeniksi; orgaanisten jäteaineiden kuten vie-märilietteen tai ligniiniä sisältävien sivutuotteiden muuttaminen polttokaasuksi; rikkiä sisältävien hiilivetypitoisten syöttöaineiden täydellinen tai osittainen rikittömäksi tekeminen; mineraalimalmien tai epäorgaanisten yhdisteiden reduktio alempaan valenssitilaan vedyllä, hiilellä, synteesikaasulla tai muulla pelkistävällä aineella; •ja epäorgaanisen alkuaineen tai yhdisteen osittainen tai täydellinen reaktio hiilipitoisen aineen kanssa muodostamaan vastaava epäorgaaninen karbidi.Among the reactions that can be carried out with the liquid or gas wall reactors of this invention are the dissociation of various fractions of hydrocarbons and hydrocarbonaceous substances such as coal and petroleum into hydrogen and carbon black; steam-reforming of coal, petroleum fractions, shale oil, tar sludges and other carbonaceous or hydrocarbonaceous feedstocks into synthesis-gas mixtures, which processes may include one or more inorganic carbonates (such as limestone or dolomite) or an inorganic oxide or an inorganic oxide that these can be removed from the resulting synthesis gas mixtures; partial dissociation of hydrocarbons and hydrocarbonaceous substances into lower molecular weight compounds; partial pyrolysis of saturated hydrocarbons to unsaturated hydrocarbons such as ethylene, propylene and acetylene; conversion of organic waste materials such as sewage sludge or lignin-containing by-products into fuel gas; complete or partial desulphurisation of sulfur-containing hydrocarbon feedstocks; reduction of mineral ores or inorganic compounds to a lower valence state by hydrogen, carbon, synthesis gas or other reducing agent; • and partial or complete reaction of an inorganic element or compound with a carbonaceous substance to form the corresponding inorganic carbide.

Haluttaessa voidaan yhtä tai useampaa katalysaattoria käyttää tällaisissa korkealämpötilaisissa kemiallisissa reaktioprosesseissa kiihdyttämään reaktiota taikka muuttamaan sen kulku halutuksi reaktio-järjestykseksi. Kun tällaiset prosessit käsittävät hiilipitoisia tai hiilivetypitoisia reaktantteja, sopivan katalysaattorin lisäämistä järjestelmään voidaan käyttää edistämään vapaiden radikaalien, kar-boniumionien tai karbanionien muodostumista reaktion kulkuun vaikuttamiseksi.If desired, one or more catalysts may be used in such high temperature chemical reaction processes to accelerate the reaction or to change its course to the desired reaction order. When such processes comprise carbonaceous or hydrocarbonaceous reactants, the addition of a suitable catalyst to the system can be used to promote the formation of free radicals, carbonium ions or carbanions to affect the course of the reaction.

Tietenkään mikään sarja toimintaolosuhteita ei ole optimaalinen tai sopiva kaikille reaktioille, joita voidaan toteuttaa neste- tai kaasu-seinäisessä reaktorissa. Toimintaolosuhteita, kuten lämpötiloja, paineita, syöttönopeuksia, viipymisaikaa reaktoriputkessa ja jäähdy-tysnopeuksia voidaan vaihdella sopiviksi juuri siihen reaktioon, jota kulloinkin toteutetaan. Asian kuvaamiseksi mainittakoon, että niihin tekijöihin, jotka vaikuttavat hiilivedyn pyrolyysin tuotteisiin, kuuluvat lämpötila, johon hiilivety lämmitetään ja sen ajan pituus, jona hiilivetyä kuumennetaan ja ajan pituus, jona se pidetään tässä lämpötilassa. Tiedetään esimerkiksi, että metaani täytyy kuumentaa noin 1230°C lämpötilaan asetyleenin tuottamiseksi. Eteenin muodostuminen etaanista alkaa alemmassa lämpötilassa, noin 830°C lämpötilassa. Tyypillisessä prosessissa hiilivetyjen pyrolysoimi-seksi tuotetaan asetyleeniä, eteeniä, vetyä, hiilimustaa ja hiilivety-öljyjä. Millisekunnin suuruusluokkaa olevat reaktioajat yleensä maksimoivat asetyleenin saannin, koska suuremmat kuin millisekunnin reaktioajat yleensä suosivat eteenin ja muiden tuotteiden tuottamista asetyleenin kustannuksella, kun taas alle millisekunnin olevat reaktio-ajat yleensä vähentävät sekä eteenin että asetyleenin saantia. Hyvin korkeat lämpötilat, esimerkiksi yli l650°C yleensä suosivat hiili-mustan ja vedyn tuottamista asetyleenin ja eteenin kustannuksella.Of course, no set of operating conditions is optimal or suitable for all reactions that can be performed in a liquid or gas-walled reactor. Operating conditions such as temperatures, pressures, feed rates, residence time in the reactor tube, and cooling rates can be varied to suit the particular reaction being carried out. To illustrate, the factors that affect hydrocarbon pyrolysis products include the temperature at which the hydrocarbon is heated and the length of time the hydrocarbon is heated and the length of time it is maintained at that temperature. For example, it is known that methane must be heated to about 1230 ° C to produce acetylene. Ethylene formation from ethane begins at a lower temperature, about 830 ° C. In a typical process for the pyrolysis of hydrocarbons, acetylene, ethylene, hydrogen, carbon black and hydrocarbon oils are produced. Reaction times on the order of milliseconds generally maximize acetylene uptake, as reaction times greater than milliseconds generally favor the production of ethylene and other products at the expense of acetylene, while reaction times less than milliseconds generally reduce both ethylene and acetylene uptake. Very high temperatures, for example above 1650 ° C, generally favor the production of carbon black and hydrogen at the expense of acetylene and ethylene.

1)2 640561) 2 64056

Reaktioaikoja esillä olevan keksinnön mukaisissa neste- tai kaasu-seinäisissä reaktoreissa voidaan lyhentää lyhentämällä reaktoriputkea ja lisäämällä reaktoriputkeen vietyjen reaktanttien virtausnopeutta. Hyvin lyhyitä reaktioaikoja varten voi olla edullista sekoittaa reaktanttien kanssa säteilyä absorboivaa kohtioainetta tarkoituksella edistää tehokasta kytkentää reaktanttivirtauksen ja putken seinän termisen säteilyn välillä ja siten auttaa reaktanttien lämmittämistä nopeasti.The reaction times in the liquid or gas-walled reactors of the present invention can be shortened by shortening the reactor tube and increasing the flow rate of the reactants introduced into the reactor tube. For very short reaction times, it may be advantageous to mix a radiation-absorbing target with the reactants in order to promote efficient coupling between the reactant flow and the thermal radiation of the tube wall and thus help to heat the reactants rapidly.

EsimerkiteXAMPLES

Seuraavat esimerkit kuvaavat helppoutta, jolla erilaisia korkealämpö-tilaisia kemiallisia reaktioprosesseja voidaan toteuttaa esillä olevan keksinnön mukaisesti neste- tai kaasuseinäisissä reaktoreissa. Jokaisessa näistä esimerkeistä käytettiin kuvioissa 1A-5 esitettyä korkealämpötilaista, neste- tai kaasuseinäistä reaktoria toteutettaessa tiettyä korkealämpötilaista reaktiota. Reaktoriputki 61 oli huokoinen grafiittiputki, jonka pituus oli 90 cm, sisähalkaisija 7,5 cm ja ulkohalkaisija 10 cm, keskimääräisen huokoshalkaisijan ollessa 20 mikronia. Huokoinen putki oli suljettu teräksiseen paineastiaan 70, jonka halkaisija oli 25 cm. Reaktoriputkea 6l kuumennettiin hiili-elektrodeilla 100a-100f, jotka oli sijoitettu kokoojakammioon 85. Lämpökilpi 120, joka myös sijaitsi kokoojakammiossa 85, oli valmistettu molybdeenista. Vesijäähdytteinen kaulus 125 oli sijoitettu reaktoriputken 6l ulostulopään läheisyyteen jäähdyttämään reaktiotuotteita, joita oli muodostunut säteilykytkennällä. Sen jälkeen kun kutakin koetta oli ajettu eri pituisia aikoja, reaktoriputki 61 tarkastettiin hiilimustan ja muiden aineiden kasaantumisen toteamiseksi. Mitään ei havaittu.The following examples illustrate the ease with which various high temperature chemical reaction processes can be carried out in liquid or gas walled reactors in accordance with the present invention. In each of these examples, the high temperature, liquid or gas wall reactor shown in Figures 1A-5 was used to carry out a particular high temperature reaction. Reactor tube 61 was a porous graphite tube having a length of 90 cm, an inner diameter of 7.5 cm, and an outer diameter of 10 cm, with an average pore diameter of 20 microns. The porous tube was enclosed in a steel pressure vessel 70 with a diameter of 25 cm. The reactor tube 6l was heated by carbon electrodes 100a-100f placed in the collector chamber 85. The heat shield 120, which was also located in the collector chamber 85, was made of molybdenum. A water-cooled collar 125 was placed near the outlet end of the reactor tube 6l to cool the reaction products formed by the radiation coupling. After each experiment was run for different lengths of time, reactor tube 61 was inspected for the accumulation of carbon black and other substances. Nothing was observed.

Esimerkki 1Example 1

Metaanin terminen dissosiaatioThermal dissociation of methane

Sarja kokeita suoritettiin tarkoituksella määrätä neste- tai kaasusei-näinen reaktorin tehokkuus luonnonkaasun termisessä dissosiaatiossa eri syöttönopeuksilla ja reaktiolämpötiloilla. Jokaisessa näistä kokeista vetyä vietiin kokoojakammioon 85 sisääntulon 83 kautta ja pakotettiin huokoisen reaktoriputken 61 kautta reaktorikammioon vakinaisella nopeudella 140 1/min. Virta hiilielektrodien 100a-100f kautta säädettiin saattamaan reaktoriputken lämpötila välille 1260-l870°C mitattuna optisella pyrometrillä. Luonnonkaasua, joka sisälsi yli 95 % metaania ja loput etaania ja propaania, vietiin reaktoriin sisään- „5 64056 tulon 91 kautta eri virtausnopeuksilla vaihdellen 28-140 1/min. Pieni määrä hiilimustaa vietiin reaktoriin samanaikaisesti sisäänmenon 121 kautta toimimaan absorboivana kohtioaineena tarkoituksella panna alkuun pyrolyyttinen dissosiaatio. Sen jälkeen kun dissosiaatio oli alkanut, ei ollut tarpeen lisätä enää hiilimustaa reaktion ylläpitämiseksi. Tiivis musta savu virtasi reaktoriputken ulostulopäästä ja sen todettiin koostuvan hiilimustasta ja vedystä. Hiilimusta-hiukkaset olivat äärimmäisen hienoja ja vaikeita suodattaa. Suihkuttamalla vettä poistovirtaukseen juuri reaktoriputken 6l ulostulopään alapuolella oli mahdollista iskostaa hiilimustahiukkaset ja koota ne kankaiselle pölysuodattimelle. Taulukossa I on annettu dissosiaatio-prosentti eri virtausnopeuksilla 28-140 1/min. ja dissosiaatiolämpötiloil-la 1260-l870°C, dissosioidun metaanin osuus määrättiin mittaamalla poistokaasun terminen johtavuus sen jälkeen kun hiilimustahiukkaset oli suodatettu näytteestä.A series of experiments were performed to determine the efficiency of a liquid or gas walled reactor in the thermal dissociation of natural gas at different feed rates and reaction temperatures. In each of these experiments, hydrogen was introduced into the collector chamber 85 through inlet 83 and forced through the porous reactor tube 61 into the reactor chamber at a constant rate of 140 rpm. The current through the carbon electrodes 100a-100f was adjusted to bring the temperature of the reactor tube between 1260 and 1870 ° C as measured by an optical pyrometer. Natural gas containing more than 95% methane and the remainder ethane and propane was introduced into the reactor via inlet 91 at various flow rates ranging from 28-140 rpm. A small amount of carbon black was introduced into the reactor simultaneously via inlet 121 to act as an absorbent target to initiate pyrolytic dissociation. After dissociation had begun, it was no longer necessary to add carbon black to maintain the reaction. Dense black smoke flowed from the outlet end of the reactor tube and was found to consist of carbon black and hydrogen. The carbon black particles were extremely fine and difficult to filter. By spraying water into the effluent just below the outlet end of the reactor tube 6l, it was possible to incense the carbon black particles and collect them on a fabric dust filter. Table I gives the percentage dissociation at different flow rates from 28 to 140 1 / min. and at dissociation temperatures of 1260-18870 ° C, the proportion of dissociated methane was determined by measuring the thermal conductivity of the exhaust gas after the carbon black particles were filtered from the sample.

Taulukko ITable I

Dissosiaatioprosentti eri virtausnopeuksilla ja lämpötiloillaPercent dissociation at different flow rates and temperatures

Dissosiaatio- Virtausnopeus lämpötila °C 1/min.Dissociation- Flow rate temperature ° C 1 / min.

28 56 84 112 140 1260 86 74 66 60 54 1370 89 79 72 68 63 1480 91,5 83 78 74,5 70,5 1590 94 88 84,5 82,0 79 1650 95,5 91 88,5 86 83,5 1700 97 94 92,5 91,0 89,5 1760 98,5 98,5 98,5 98,5 98,5 1815 100 100 100 100 100 1870 100 100 100 100 10028 56 84 112 140 1260 86 74 66 60 54 1370 89 79 72 68 63 1480 91.5 83 78 74.5 70.5 1590 94 88 84.5 82.0 79 1650 95.5 91 88.5 86 83 5 1700 97 94 92.5 91.0 89.5 1760 98.5 98.5 98.5 98.5 98.5 1815 100 100 100 100 100 1870 100 100 100 100 100

Esimerkki IIExample II

Nestemäisten hiilivetyjen terminen dissosiaatioThermal dissociation of liquid hydrocarbons

Sarja kokeita suoritettiin tarkoituksella määrätä kaasuseinäisen reaktorin tehokkuus nestemäisten hiilivetyjen dissosiaatiossa. Vetyä käytettiin verhokaasuna vakinaisella virtausnopeudella l4o 1/min. Koesarjaan valitut nestemäiset hiilivedyt olivat tyypillisiä tisleitä, joita saadaan maaöljystä ja niihin kuuluivat nafta (kiehumispiste 37~93°C); keroseeni-diesel (kiehumispiste 104-177°C); kaasuöljy (kiehumispiste 177-315°C); ja jäännösöljy ja asfaltti (kiehumispiste yli 315°C). Näiden kokeiden tulokset olivat seuraavat: ^ 64056 A. Nafta. Naftavirtaus likimain 27°C lämpötilassa syötettiin reakto-riputkeen 6l sisäänmenon 121 kautta nopeudella 0,19 litraa minuutissa. Reaktoriputken lämpötila pidettiin l870°C:ssa. Puhdas nafta kulki reaktorin lävitse vaikuttamattomana, ilmeisesti se oli läpäisevää sille termiselle säteilylle, joka lähti hehkuvasta reaktoriput-kesta. Sitten nafta tehtiin läpinäkymättömäksi sekoittamalla siihen 0,1 painoprosenttia hienojakoista hiilimustaa. Kun tämä läpinäkymätön seos vietiin reaktoriin kuten edellä, oli olemassa erinomainen kytkentä lämpösäteilyyn. Hiilimusta ja vety virtasivat reaktoriputken ulostulosta. Tuotekaasun analyysi lämpöjohtavuuskennolla osoittautui olevan suurempi kuin 98 mooli-% vetyä, mikä osoittaa, että dissosiaa-tio oli lähes täydellinen.A series of experiments were performed with the intention of determining the efficiency of a gas wall reactor in the dissociation of liquid hydrocarbons. Hydrogen was used as the jacket gas at a constant flow rate of 14 ° 1 / min. The liquid hydrocarbons selected for the test series were typical distillates obtained from petroleum and included naphtha (boiling point 37-93 ° C); kerosene diesel (boiling point 104-177 ° C); gas oil (boiling point 177-315 ° C); and residual oil and asphalt (boiling point above 315 ° C). The results of these experiments were as follows: ^ 64056 A. Naphtha. The oil stream at a temperature of approximately 27 ° C was fed to the reactor tube 6l through inlet 121 at a rate of 0.19 liters per minute. The reactor tube temperature was maintained at 1870 ° C. Pure naphtha passed through the reactor unaffected, apparently permeable to the thermal radiation emitted from the glowing reactor tube. The naphtha was then made opaque by mixing with 0.1% by weight of fine carbon black. When this opaque mixture was introduced into the reactor as above, there was excellent coupling to thermal radiation. Carbon black and hydrogen flowed from the reactor tube outlet. Analysis of the product gas by the thermal conductivity cell turned out to be greater than 98 mole percent hydrogen, indicating that the dissociation was almost complete.

B. Keroseeni-diesel. Keroseeni-dieseliin sekoitettiin 0,1 painoprosenttia hiilimustaa ja syötettiin sitten kaasuseinäiseen reaktoriin nopeudella 0,19 litraa minuutissa. Reaktoriputki pidettiin 1870°C lämpötilassa. Keroseeni-diesel dissosioitui hiilimustaksi ja vedyksi. Lämpöjohtavuusmittaukset osoittivat, että poistuva kaasu käsitti enemmän kuin 98 mooli-$ vetyä.B. Kerosene diesel. Kerosene diesel was mixed with 0.1% by weight of carbon black and then fed to a gas wall reactor at a rate of 0.19 liters per minute. The reactor tube was maintained at 1870 ° C. Kerosene diesel dissociated into carbon black and hydrogen. Thermal conductivity measurements showed that the exhaust gas comprised more than 98 mole- $ of hydrogen.

C. Kaasuöljy. Kaasuöljyä sekoitettuna hiilimustan kanssa vietiin kaasuseinäiseen reaktoriin virtausnopeudella 0,19 litraa minuutissa.C. Gas oil. Gas oil mixed with carbon black was introduced into a gas wall reactor at a flow rate of 0.19 liters per minute.

Kun reaktoriputki pidettiin l870°C lämpötilassa, kaasuöljy dissosioitui hiilimustaksi ja vedyksi, jonka, erotettuna hiilimustasta todettiin muodostuvan 98 mooliprosentista puhdasta vetyä perustuen lämpöjoh-tavuusmittauksiin. Kun reaktoriputken lämpötila laskettiin 1537°C:een, poistokaasu reaktorista muuttui tiheän mustasta savusta vaalean harmaaksi sumuksi, joka osoitti, että alemmassa reaktiolämpötilassa kaasuöljy dissosioitui vain osaksi, todennäköisesti keveämmiksi hiili-vetyjakeiksi ja vähäiseksi määräksi hiiltä.When the reactor tube was maintained at 1870 ° C, the gas oil dissociated into carbon black and hydrogen, which, separated from the carbon black, was found to form 98 mole percent pure hydrogen based on thermal conductivity measurements. When the reactor tube temperature was lowered to 1537 ° C, the exhaust gas from the reactor changed from a dense black smoke to a light gray mist, indicating that at the lower reaction temperature, the gas oil dissociated only partially, probably into lighter hydrocarbon fractions and a small amount of carbon.

D. Jäännösöljy ja asfaltti. Jäännösöljyä joka sisälsi asfalttia, vietiin kaasuseinäiseen reaktoriin nopeudella 0,19 litraa minuutissa, ja se dissosioitui täydellisesti hiilimustaksi ja vedyksi, kun reaktoriputki pidettiin l870°C lämpötilassa. Poistokaasun kaasumaiaen komponentin lämpöjohtavuusanalyysi osoitti, että se oli enemmän kuin 98 mooliprosenttisesti vetyä.D. Residual oil and asphalt. The residual oil containing asphalt was introduced into a gas wall reactor at a rate of 0.19 liters per minute and completely dissociated into carbon black and hydrogen when the reactor tube was maintained at 1870 ° C. Thermal conductivity analysis of the gas component of the exhaust gas showed that it was more than 98 mole percent hydrogen.

45 6405645 64056

Esimerkki IIIExample III

Kivihiilen terminen dissosiaatio Näyte Utahin pehmeätä kivihiiltä analysoitiin ja sen todettiin sisältävän 0,58 paino-? rikkiä ja 8,55 paino-? tuhkaa. Hiili jauhen-nettiin -50 mesh ja syötettiin reaktoriin nopeudella noin 16 kg tunnissa. Reaktoriputki 6l pidettiin lämpötilassa l650°C ja suojattiin typpiverholla, joka pakotettiin huokoisen seinän lävitse nopeudella 140 1/min. Hiili dissosioitui. hiilimustaksi, kaasumaisiksi tuotteiksi ja kevyeksi koksiksi.Coal Thermal Dissociation A sample of Utah soft coal was analyzed and found to contain 0.58 wt. sulfur and 8.55 weight? ash. The carbon was ground at -50 mesh and fed to the reactor at a rate of about 16 kg per hour. The reactor tube 6l was kept at 1650 ° C and protected by a nitrogen curtain forced through a porous wall at a rate of 140 l / min. Carbon dissociated. carbon black, gaseous products and light coke.

Hiilimusta erosi esimerkissä I tuotetusta hiilimustasta siinä, että hiukkaset olivat riittävän suuria suodatettaviksi ilman veden lisäystä. Hiilimustan todettiin sisältävän 8,63 paino-? tuhkaa ja 0,54 paino-? rikkiä. Kaasumainen tuote oli vedyn ja typen seos (viimeksimainittu kaasuverhosta) sisältäen vain 0,02 mooli-? rikkiä, jota oli läsnä rikkivetynä.The carbon black differed from the carbon black produced in Example I in that the particles were large enough to be filtered without the addition of water. Carbon black was found to contain 8.63 wt. ash and 0.54 weight? sulfur. The gaseous product was a mixture of hydrogen and nitrogen (the latter from a gas curtain) containing only 0.02 molar? sulfur present as hydrogen sulfide.

Noin 62 paino-? lähtöaineesta tuli muutetuksi koksiksi. Tämä koksi oli erittäin kevyttä ja avointa; sen tiheys oli vain 35 ? sen hiilen tiheydestä, josta se oli valmistettu. Juuri valmistettuna koksi spontaanisti hapettui ilmassa tuhkaksi vähemmässä ajassa kuin 12 tunnissa, mikä osoittaa, että sillä oli suuri pinta-aktiviteetti. Kun koksin annettiin jäädä huoneen lämpötilassa typpiatmosfääriin yli yön, se ei osoittanut pinta-aktiviteettia eikä spontaanisti hapettunut, kun se sen jälkeen saatettiin ilman vaikutuksen alaiseksi. Koksin mikroskooppinen tutkiminen osoitti, että se sisälsi pieniä, onttoja, pallomaisia rakeita lasinkaltaisesta aineesta. Kemiallinen analyysi osoitti, että koksi sisälsi 8,27 paino-? tuhkaa ja 0,70 paino-? rikkiä.About 62 weight? the starting material became converted to coke. This coke was very light and transparent; its density was only 35? the density of the carbon from which it was made. Freshly prepared coke spontaneously oxidized to ash in air in less than 12 hours, indicating that it had a high surface activity. When coke was allowed to remain at room temperature under a nitrogen atmosphere overnight, it showed no surface activity and did not spontaneously oxidize when subsequently exposed to air. Microscopic examination of the coke showed that it contained small, hollow, spherical granules of glass-like material. Chemical analysis showed that the coke contained 8.27 wt. ash and 0.70 weight? sulfur.

Esimerkki IVExample IV

Hiilen höyryreforming ja kaasuttaminen Näyte hiiltä Carbon Countystä, Utahista, joka sisälsi kalkkikivipi-toista tuhkaa, analysoitiin ja sen todettiin sisältävän 0,60 paino-? rikkiä. Hiili jauhennettiin -50 mesh ja syötettiin reaktoriin nopeudella noin 4,74 kg tunnissa. 120°C lämpötilaista höyryä vietiin samanaikaisesti reaktoriin nopeudella 9 kg tunnissa. Reaktoriputki 6l pidettiin 1870°C lämpötilassa ja suojattiin vetyverholla, joka pakotettiin huokoisen seinän lävitse nopeudella 140 1/min. Tiheän valkoisen höyryn todettiin poistuvan reaktorin ulostulosta. Ei ollut mitään osoi- 46 64 05 6 tusta siitä, että olisi tuotettu hiilimustaa tai raskasta jäännöstä. Tuhkaa tai muuta kiinteätä ainetta ei löydetty suppilosta, joka sijaitsee suoraan reaktoriputken ulostulon alapuolella, mikä osoitti, että hiilen kaikki kiinteä jäännös sisältyi kaasumaiseen tuotteeseen.Coal Steam Reforming and Gasification A sample of coal from Carbon County, Utah containing ash limestone was analyzed and found to contain 0.60 wt.%. sulfur. The carbon was ground to -50 mesh and fed to the reactor at a rate of about 4.74 kg per hour. Steam at 120 ° C was simultaneously introduced into the reactor at a rate of 9 kg per hour. The reactor tube 6l was kept at 1870 ° C and protected by a hydrogen curtain forced through a porous wall at a rate of 140 l / min. Dense white vapor was found to leave the reactor outlet. There was no indication that carbon black or heavy residue had been produced. No ash or other solids were found in the funnel located directly below the outlet of the reactor tube, indicating that any solid residue of carbon was contained in the gaseous product.

Kiinteät aineet suodatettiin poistokaasusta ja jäljelle jäänyt kaasu kuivatettiin ennen analyysiä massaspektrometrillä. Analyysin tulokset jättäen huomioonottamatta ilman ovat seuraavat (konsentraatiot on annettu mooliprosentteina) : typpi 0,051 %>, hiilimonoksidi 7,563 %·, rikkivetyä ei havaittu; hiilidisulfidia ei havaittu; hiilidioksidi 0,277 %i vety 89,320 %; metaani 1,538 %; muita hiilivetyjä kuten ben-seeniä, asetyleeniä jne. 1,253 %· Tästä prosessista saatu kaasumainen tuote on sopivaa polttoaineeksi. Lisäksi mitään rikkiä sisältäviä komponentteja ei havaittu analyysissä, vaikka massaspektrometri pystyi toteamaan rikkiyhdisteet niinkin pieninä konsentraatioina kuin 10 osaa miljoonasta. Tämä osoitti, että olennaisesti kaikki rikki, jota alunperin oli hiilessä, on sisältynyt kiinteisiin hiukkasiin, jotka suodatettiin ulostulokaasuvirtauksesta.The solids were filtered from the exhaust gas and the residual gas was dried on a mass spectrometer before analysis. The results of the analysis, excluding air, are as follows (concentrations are given in molar percentages): nitrogen 0.051%>, carbon monoxide 7.563% ·, no hydrogen sulphide was detected; no carbon disulfide was detected; carbon dioxide 0.277% hydrogen 89.320%; methane 1.538%; other hydrocarbons such as benzene, acetylene, etc. 1.253% · The gaseous product obtained from this process is suitable as a fuel. In addition, no sulfur-containing components were detected in the analysis, although the mass spectrometer was able to detect sulfur compounds at concentrations as low as 10 parts per million. This indicated that substantially all of the sulfur originally present in the carbon was contained in the solid particles that were filtered from the exhaust gas stream.

Esimerkki VExample V

öljyliuskeen höyryreforming ja kaasuttaminen Näyte Green River öljyliusketta, joka saatiin Riflen takaisesta lähteestä Coloradossa, jauhennettiin kokoon -100 mesh. Näyte analysoitiin öljyliuskeessa olevien erilaisten hiilipitoisten aineiden määräämiseksi. Metyleenikloridi huoneen lämpötilassa uutti 0,93 paino-% liuskeesta. Näyte analysoitiin edelleen kuumentamalla osa siitä ilmassa ja havaitsemalla painonmenetys lämpötilan funktiona. Tulokset tästä lisäanalyysistä olivat seuraavat: Lämpötila-alue Painonmenetys % Huomautuksia 20-500°C 11,60 haihtuvien tislautuminen 500-780°C 2,50 hiilen hapettuminen 780-1200°C 12,00 CaCO^rn dekarboksilaatio Näistä mittauksista estimoitiin, että öljyliuske koostui 15 painoprosentista orgaanista ainetta ja 26,3 painoprosentista kalkkikiveä CaCOj. Lopun 57,5 painoprosenttia oletettiin olevan kvartsipitoista ainetta.oil shale steam reforming and gasification A sample of Green River oil shale obtained from a source in Rifle, Colorado, was ground to a size of -100 mesh. The sample was analyzed to determine the different carbonaceous substances in the oil shale. Methylene chloride at room temperature extracted 0.93% by weight of the slurry. The sample was further analyzed by heating part of it in air and observing weight loss as a function of temperature. The results of this additional analysis were as follows: Temperature range Weight loss% Remarks 20-500 ° C 11.60 Volatile distillation 500-780 ° C 2.50 Oxidation of carbon 780-1200 ° C 12.00 Decarboxylation of CaCO 2 R From these measurements it was estimated that oil shale consisted of 15% by weight of organic matter and 26.3% by weight of limestone CaCO 3. The remaining 57.5% by weight was assumed to be a quartz-containing substance.

„ 64056„64056

Jauhennettu näyte vietiin reaktoriin nopeudella 17,25 kg tunnissa. Samanaikaisesti syötettiin höyryä reaktoriin nopeudella noin 9 kg tunnissa. Höyryn lämpötila oli 120°C reaktorin sisäänmenossa. Reak-toriputki pidettiin lämpötilassa 1700°C ja vety, jota suihkutettiin huokoisen seinän lävitse nopeudella 140 Ι/min., toimi verhokaasuna. Väritön höyry virtasi putken ulostulosta. Tämän höyryn lämpötilaksi mitattiin 520°C juuri reaktorin ulostulon alapuolella.The ground sample was introduced into the reactor at a rate of 17.25 kg per hour. At the same time, steam was fed to the reactor at a rate of about 9 kg per hour. The steam temperature was 120 ° C at the reactor inlet. The reactor tube was maintained at 1700 ° C and hydrogen, which was sprayed through the porous wall at a rate of 140 Ι / min, served as the envelope gas. Colorless steam flowed from the pipe outlet. The temperature of this steam was measured to be 520 ° C just below the reactor outlet.

Tuotetuksi tuli myös kiinteää tuhka-ainetta, joka putosi suppiloon reaktoriputken alapuolelle. Tuhka koostui vallitsevasti eri värisistä sulaneista lasihelmistä. Tämä aine analysoitiin hiilipitoisen jään-nösaineen toteamiseksi jauhentamalla se ja toteuttamalla samat lämmitys/ painonputousanalyysit, jotka suoritettiin alkuperäisellä öljyliuskeel-la. Mitään painonmenetystä ei havaittu kuumennettaessa lämpötilasta 500°C lämpötilaan 780°C, mikä osoitti, että mitään alkuperäisessä liuskeessa läsnäollutta orgaanista ainetta ei ollut jäljellä tuhka-aineessa. 14 % painonmenetys havaittiin kuumennettaessa kiinteää tuhkaa lämpötilasta 7ÖO°C lämpötilaan 1200°C, mikä osoitti, että suurin osa alkuperäisessä näytteessä olleesta kalsiumkarbonaatista jäi tuhkaan ja että osa tästä kalsiumkarbonaatista oli tullut dekarboksiloiduksi reaktion aikana. Tuhkan käsittelystä 0,1 N HClrllä seurasi rikkivedyn ja hiilidioksidin kehittyminen, mikä osoitti, että rikki, joka oli ollut alkuperäisessä näytteessä, oli ainakin osaksi löydettävissä myös tuhkasta.Solid ash material was also produced and fell into the funnel below the reactor tube. The ash consisted predominantly of molten glass beads of different colors. This material was analyzed for carbonaceous residue by grinding and performing the same heating / weight loss analyzes as on the original oil shale. No weight loss was observed when heated from 500 ° C to 780 ° C, indicating that no organic matter was present in the ash material in the original slate. A 14% weight loss was observed when the solid ash was heated from 70 ° C to 1200 ° C, indicating that most of the calcium carbonate in the original sample remained in the ash and that some of this calcium carbonate had become decarboxylated during the reaction. Treatment of the ash with 0.1 N HCl resulted in the evolution of hydrogen sulfide and carbon dioxide, indicating that the sulfur that had been present in the original sample was at least partially also found in the ash.

Reaktion poistokaasun kaasumainen komponentti kuivatettiin ja sitten analysoitiin massaspektrometrillä. Tulokset mooliprosentteina ilmaistuina ovat seuraavat: vety 87,86 %i metaani 0,74 %\ asetyleeni 0,07 %\ eteeni 0,39 %'» typpi 1,24 hiilimonoksidi 8,70 I; sekalaiset hiilivedyt 0,04 %'a hiilidioksidi 0,016 %\ benseeni 0,016 %\ tolueeni 0,002 %\ ja rikkivety alle 0,005 %· Tämä kaasu on sopiva käytettäväksi vähärikkisenä polttoaineena.The gaseous component of the reaction off-gas was dried and then analyzed by mass spectrometry. The results, expressed as mol%, are as follows: hydrogen 87.86% methane 0.74% acetylene 0.07% ethylene 0.39% nitrogen 1.24 carbon monoxide 8.70 l; miscellaneous hydrocarbons 0.04% carbon dioxide 0.016% \ benzene 0.016% \ toluene 0.002% \ and hydrogen sulfide less than 0.005% · This gas is suitable for use as a low-sulfur fuel.

Esimerkki VIExample VI

Viemärilietteen höyryreforming ja kaasuttaminen Näyte aktivoitua viemärilietettä, joka käsitti kuivattua ihmisen jätettä sekoitettuna kvartsipitoiseen savisideaineeseen ja muodostettuna hiukkaskokoon likimain 2 mm, analysoitiin ja sen todettiin omaavan seuraavan koostumuksen (konsentraatiot on ilmaistu painoprosentteina): orgaanista hiiltä 33,21 %\ orgaanista vetyä 4,38 %\ orgaanista typpeä 48 640 5 6 6,04 %\ orgaanista rikkiä 0,23 vettä 6,14 % ja epäorgaanista jäännöstä 50 %.Steam reforming and gasification of sewage sludge A sample of activated sewage sludge comprising dried human waste mixed with a quartz-containing clay binder and formed to a particle size of approximately 2 mm was analyzed and found to have the following composition (concentrations expressed as 4% v / v 33.2% \ organic nitrogen 48 640 5 6 6.04% \ organic sulfur 0.23 water 6.14% and inorganic residue 50%.

Liete vietiin reaktoriin nopeudella 24,4 kg tunnissa. Yhteensä 11,3 kg lisättiin. Höyryä lämpötilassa 120°C syötettiin samanaikaisesti reaktoriin nopeudella 24,87 kg tunnissa, joka oli noin kaksinkertainen stökiometrinen nopeus vesi-kaasu-reaktiolle. Vetyä suihkutettiin huokoisen seinän lävitse nopeudella 140 Ι/min.. Reaktorin lämpötila pidettiin 2070°C:ssa.The slurry was fed to the reactor at a rate of 24.4 kg per hour. A total of 11.3 kg was added. Steam at 120 ° C was simultaneously fed to the reactor at a rate of 24.87 kg per hour, which was about twice the stoichiometric rate for the water-gas reaction. Hydrogen was sprayed through the porous wall at a rate of 140 Ι / min. The reactor temperature was maintained at 2070 ° C.

Reaktiotuotteet olivat tiheä valkea sumu ja kiinteä jäännös. Jäännös, joka koottiin kaivoon reaktoriputken alapuolella, painoi 6,8 kg ja vastasi 60 % aktivoidun lietteen painosta. Jäännöksellä oli seuraava koostumus (konsentraatiot on ilmaistu painoprosentteina): orgaanista hiiltä 12,88 %; orgaanista vetyä 1,69 orgaanista typpeä 2,34 %\ orgaanista rikkiä 0,37 %\ vettä (pieni määrä); ja epäorgaanista jäännöstä 83 %·The reaction products were a dense white mist and a solid residue. The residue collected in the well below the reactor tube weighed 6.8 kg and corresponded to 60% of the weight of the activated slurry. The residue had the following composition (concentrations are expressed as weight percent): organic carbon 12.88%; organic hydrogen 1.69 organic nitrogen 2.34% \ organic sulfur 0.37% \ water (small amount); and 83% of inorganic residue ·

Osa reaktorin poistohöyrystä kondensoitiin nestemäisen typen muodostamassa loukussa. Loukkuun koottu näyte saatettiin huoneenlämpötilaan ja sen todettiin omaavan nestemäisiä ja kaasumaisia komponentteja. Nesteen kiehumispiste oli 100°C, mikä osoittaa sen olevan vettä. Kaasumainen komponentti, joka oli sopivaa käytettäväksi vähärikkisenä polttoaineena, analysoitiin massaspektrometrillä ja kaasukromatograa-filla ja sen todettiin omaavan seuraavan koostumuksen (konsentraatiot on ilmaistu mooliprosentteina) : vetyä 60,93 %'» ammoniakkia 0,0005 %\ metaania 1,320 %; vettä 0,083 %\ asetyleeniä 0,463 eteeniä 0,304 %\ etaania 0,102 syaanivetyä 0,28l %\ typpeä 0,990 hiilimonoksidia 34,122 %; happea 0,0005 buteenia 0,173 %’, butaania 0,026 %; hiilidioksidia 0,996 %\ benseeniä 0,100 %\ tolueenia 0,019 %; rikkivetyä 0,0005 %; ja disyaania 0,008 %.Part of the reactor effluent was condensed in a liquid nitrogen trap. The trapped sample was brought to room temperature and found to have liquid and gaseous components. The liquid had a boiling point of 100 ° C, indicating that it was water. The gaseous component suitable for use as a low sulfur fuel was analyzed by mass spectrometry and gas chromatography and found to have the following composition (concentrations are expressed in mole percent): hydrogen 60.93% ammonia 0.0005% methane 1.320%; water 0.083% \ acetylene 0.463 ethylene 0.304% \ ethane 0.102 hydrogen cyanide 0.28%% nitrogen 0.990 carbon monoxide 34.122%; oxygen 0.0005 butene 0.173% ', butane 0.026%; carbon dioxide 0.996% \ benzene 0.100% \ toluene 0.019%; hydrogen sulfide 0.0005%; and dicyanate 0.008%.

Esimerkki VIIExample VII

Kaasuöljyn osittainen pyrolyysiPartial pyrolysis of gas oil

Tarkoituksella esitellä neste- tai kaasuseinäisen reaktorin käyttöä maaöljytisleiden osittaisessa pyrolyysissä pyrolysoitiin kevyttä voiteluöljyä (lube stock) eli "kaasuöljyä" osittain. Tälle maaöljy-tisleelle oli ominaista seuraava tislausanalyysi: 49 64056 Lämpötila °C Tislautui %In order to introduce the use of a liquid or gas wall reactor in the partial pyrolysis of petroleum distillates, light lubricating oil (Lube stock) or "gas oil" was partially pyrolyzed. This petroleum distillate was characterized by the following distillation analysis: 49 64056 Temperature ° C Distilled%

79 O79 O

200 10 220 20 230 30 250 ^0 270 50 278 60 278 70 280 80 280 90200 10 220 20 230 30 250 ^ 0 270 50 278 60 278 70 280 80 280 90

Kaasuöljy vietiin reaktoriputkeen sumun muodossa sumuttamalla se sumu-tussuuttimen kautta. Vetyä käytettiin sumutuskaasuna sekä muodostamaan kaasuseinää. Lisäksi vetyä vietiin reaktoriputken sisääntulo-päähän pyyhkäisykaasu-sisääntulon kautta kaasuöljysumun pyyhkäisemi-seksi läpi putken.The gas oil was introduced into the reactor tube in the form of a mist by spraying it through a spray nozzle. Hydrogen was used as a spray gas and to form a gas wall. In addition, hydrogen was introduced at the inlet end of the reactor tube through the scrub gas inlet to sweep the gas oil mist through the tube.

Reaktoriputki kuumennettiin aluksi lämpötilaan l870OC, jolloin vetyä vietiin kokoojakammioon nopeudella 140 1/min. kaasuseinän muodostamiseksi ja vetyä nopeudella noin 140 1/min. vietiin pyyhkäisy-kaasu-sisäänmenoon. Sitten vietiin kaasuöljyä reaktoriputkeen nopeudella noin 0,95 litraa minuutissa käyttäen noin 140 1/min. vetyä .sumutuskaasuna.Poistokaasuvir-tauksen lämpötila juuri reaktoriputken ulostulon alapuolella aseteltiin noin 438°C:ksi alentamalla reaktoriputken lämpötila l425°C:ksi. Ennen näytteiden ottamista reaktorille annettiin aikaa päästä tasapain tilaan näissä toimintaolosuhteissa.The reactor tube was initially heated to 1870 ° C, at which time hydrogen was introduced into the collector chamber at 140 rpm. to form a gas wall and hydrogen at a rate of about 140 1 / min. was taken to the sweep-gas inlet. Gas oil was then introduced into the reactor tube at a rate of about 0.95 liters per minute using about 140 l / min. hydrogen as a spray gas. The exhaust gas flow temperature just below the outlet of the reactor tube was set at about 438 ° C by lowering the temperature of the reactor tube to 1425 ° C. Prior to sampling, the reactor was allowed time to equilibrate under these operating conditions.

Näytteitä ulostulovirtauksesta koottiin kolmella menetelmällä, nimittäin (1) johtamalla osa poistovirtauksesta läpi nestemäisen typpi-loukun ja kokoamalla näyte jäähdyttämällä se; (2) kokoamalla kaasumaisia näytteitä virtauksesta kohdassa, joka sijaitsee alavirtaan nestemäisestä typpiloukusta^ ja (3) johtamalla osa virtauksesta läpi vesi jäähdytteisen kondensorin ja kokoamalla nestemäinen jae. Aineen, joka koottiin nestemäisellä typpiloukulla, annettiin lämmittää lämpötilaan noin 10°C ja näytteitä tämän aineen nestemäisestä ja höyryfaasista koottiin sitten tässä lämpötilassa.Samples of the effluent were collected by three methods, namely (1) passing a portion of the effluent through a liquid nitrogen trap and collecting the sample by cooling it; (2) collecting gaseous samples from the flow at a point downstream of the liquid nitrogen trap; and (3) passing a portion of the flow through a water-cooled condenser and collecting the liquid fraction. The material collected with a liquid nitrogen trap was allowed to warm to about 10 ° C and samples of the liquid and vapor phases of this material were then collected at this temperature.

Nesteelle, joka koottiin vesijäähdytteisen kondensorin alle, oli ominaista seuraava tislausanalyysi: 50 64056 Lämpötila °C Tislautui %The liquid collected under a water-cooled condenser was characterized by the following distillation analysis: 50 64056 Temperature ° C Distilled%

125 O125 O

255 10 284 19 310 29 325 38 326 48 342 58 352 67 366 77 372 87 390 95255 10 284 19 310 29 325 38 326 48 342 58 352 67 366 77 372 87 390 95

Nestemäinen näyte, joka koottiin nestemäisen typen muodostamasta loukusta, kuivatettiin veden poistamiseksi ja sitten se analysoitiin ja sen havaittiin sisältävän ksyleeniä, styreeniä, tolueenia, bensee-niä, pentaania, pentadieeniä, syklopentadieeniä, buteenia, butadieeniä, propyleeniä metyyliasetyleeniä, metyylinaftaleenia ja suuremman mole-kyylipainon omaavia hiilivetyjä. Nestemäisen typen muodostamaan loukkuun kootun aineen kaasumainen komponentti kuivatettiin ja analysoitiin massaspektrometrillä ja kaasukromatograafilla. Sen jälkeen kun oli suoritettu korjaus ilman läsnäolosta, kahden näytteen tätä kaasumaista komponenttia todettiin omaavan seuraavan keskimääräisen koostumuksen (konsentraatiot on ilmaistu mooliprosentteina): vetyä 88,23 %\ metaania 4,62 %\ eteeniä 3,09 %\ propeenia 1,22 %\ aetyleeniä 0,55 %\ •etaania 0,41 buteenia 0,36 %\ benseeniä 0,35 %'» butadieenia 0,31 %', hiilidioksidia 0,14 %\ pentadieeniä 0,13 %\ penteeniä 0,13 %\ propaania 0,12 %; hiilimonoksidia 0,12 %\ syklopentadieeniä 0,10 %\ metyyli-pentadieeniä 0,06 %·, sykloheksaania 0,03 %\ butaania 0,03 %\ metyyliasetyleeniä 0,02 %i ja tolueenia 0,02 %.The liquid sample, collected from a liquid nitrogen trap, was dried to remove water and then analyzed and found to contain xylene, styrene, toluene, benzene, pentane, pentadiene, cyclopentadiene, cyanophenadiene, butadiene, propylene methylene and methylene methylene hydrocarbons. The gaseous component of the trapped liquid nitrogen was dried and analyzed by mass spectrometry and gas chromatography. After correction for absence, this gaseous component of the two samples was found to have the following average composition (concentrations expressed in mole percent): hydrogen 88.23% \ methane 4.62% \ ethylene 3.09% \ propylene 1.22% \ ethylene 0.55% \ • ethane 0.41 butene 0.36% \ benzene 0.35% '»butadiene 0.31%', carbon dioxide 0.14% \ pentadiene 0.13% \ pentene 0.13% \ propane 0.12%; carbon monoxide 0.12% \ cyclopentadiene 0.10% \ methyl-pentadiene 0.06% ·, cyclohexane 0.03% \ butane 0.03% \ methylacetylene 0.02% and toluene 0.02%.

Esimerkki VIIIExample VIII

Kaasuöljyn osittainen höyryreformingPartial steam reforming of gas oil

Kaasuöljyä, joka oli identtistä sen kaasuöljyn kanssa, jota käytettiin esimerkissä VII, muodostettiin osittain uudelleen (reforming-menetel-mällä) höyryllä kaasuseinäisessä reaktorissa kahdessa olennaisesti identtisessä kokessa. Molemmissa näistä kokeista kaasuöljy vietiin reaktoriin sumun muodossa sumuttamalla se sumutussuuttimen kautta.A gas oil identical to the gas oil used in Example VII was partially reconstituted (by a reforming method) with steam in a gas wall reactor in two substantially identical experiments. In both of these experiments, the gas oil was introduced into the reactor in the form of a mist by spraying it through a spray nozzle.

Vetyä käytettiin juoksevana verhona, pyyhkäisykaasuna ja sumutuskaasu-na nopeudella noin 140 1/min. kutakin tarkoitusta varten.Hydrogen was used as a running curtain, a sweep gas and a spray gas at a rate of about 140 l / min. for each purpose.

6405664056

Molemmissa kokeissa reaktoriputki kuumennettiin aluksi lämpötilaan 1815°C, vetyä vietiin sisään pyyhkäisykaasusisäänmenoon ja kokooja-kammioon likimain niillä nopeuksilla, joita käytettiin kokeen kestäessä. Sitten vietiin kaasuöljyä reaktoriin nopeudella noin 0,95 litraa minuutissa yhdessä höyryn kanssa, jota vietiin nopeudella noin 1,8 kg minuutissa, mikä vastaa hiili/höyry molaarisuhdetta noin 1,0:1,6. Kaasuöljyn ja höyryn lämpökuormituksen alaisena putosi reaktorin lämpötila 1593°C:een. Poistokaasun lämpötila juuri ulostulon alapuolella oli noin A55°C. Näytteitä koottiin ja käsiteltiin samalla tavoin kuin esimerkissä VII.In both experiments, the reactor tube was initially heated to 1815 ° C, hydrogen was introduced into the sweep gas inlet and into the collector chamber at approximately the rates used during the experiment. Gas oil was then introduced into the reactor at a rate of about 0.95 liters per minute along with steam, which was introduced at a rate of about 1.8 kg per minute, corresponding to a carbon / steam molar ratio of about 1.0: 1.6. Under the thermal load of gas oil and steam, the reactor temperature dropped to 1593 ° C. The exhaust gas temperature just below the outlet was about A55 ° C. Samples were collected and processed in the same manner as in Example VII.

Nesteelle, joka koottiin vesijäähdytteisen kondensorin alapuolelta ensimmäisessä ajossa, oli ominaista seuraava tislausanalyysi: Lämpötila °C Tislautui % 250 0 305 10 325 20 335 30The liquid collected from below the water-cooled condenser in the first run was characterized by the following distillation analysis: Temperature ° C Distilled% 250 0 305 10 325 20 335 30

335 AO335 AO

3AA 50 356 60 362 70 362 80 380 903AA 50 356 60 362 70 362 80 380 90

Toisessa ajossa näyte nestemäisestä komponentista, joka koottiin nestemäisen typen muodostamasta loukusta, lämmitettiin lämpötilassa 10°C, kuivattiin veden poistamiseksi ja sitten analysoitiin kvalitatiivisesti. Tulosnäytteen todettiin sisältävän tolueeni, benseeniä, penteeniä, pentadieeniä, syklopentadieeniä, buteenia, butadieeniä, nafteenia, ksylee.niä, styreeniä ja suuremman molekyylipainon omaavia hiilivetyjä. Se osa alkuperäisestä näytteestä, nestemäisen typen muodostamasta loukusta, joka oli haihtuva lämpötilassa 10°C, kuivatettiin ja analysoitiin kaasukromtograafilla ja massaspektrometrillä ja sen havaittiin omaavan seuraavan koostumuksen sen jälkeen kun oli tehty ilman läsnäolosta johtuva korjaus (konsentraatiot on ilmaistu mooli-prosentteina): eteeniä 36,85 %; propeenia 23,22 %; asetyleeniä 8,56 %\ etaania 7,99 %’» vetyä A,Ai %; buteenia A,Ai %\ butadieenia 3,50 %; propaania 2,A7 %; metaania 2,10 %, metyyliasetyleeniä 1,98 %; bensee- 52 6 4 0 5 6 niä 1,56 %i pentadieeniä 0,62 %3 penteeniä 0,62 syklopentadieeniä 0,49 %l hiilidioksidia 0,37 %\ butaania 0,25 %3 metyylipentadieeniä 0,25 %\ sykloheksaania 0,13 %\ ja tolueenia 0,04 %.In the second run, a sample of the liquid component collected from the liquid nitrogen trap was heated to 10 ° C, dried to remove water, and then qualitatively analyzed. The result sample was found to contain toluene, benzene, pentene, pentadiene, cyclopentadiene, butene, butadiene, naphthenic, xylene, styrene and higher molecular weight hydrocarbons. The portion of the original sample, the liquid nitrogen trap that was volatile at 10 ° C, was dried and analyzed by gas chromatography and mass spectrometry and found to have the following composition after correction for the presence of air (concentrations are expressed in mole percent): ethylene 36 , 85%; propylene 23.22%; acetylene 8.56% \ ethane 7.99% '»hydrogen A, Al%; butene A, Al% butadiene 3.50%; propane 2, A7%; methane 2.10%, methylacetylene 1.98%; benzene 52 6 4 0 5 6 1.56% i pentadiene 0.62% 3 pentene 0.62 cyclopentadiene 0.49% l carbon dioxide 0.37% \ butane 0.25% 3 methylpentadiene 0.25% \ cyclohexane 0 , 13% and toluene 0.04%.

Esimerkki IXExample IX

Sahajauhon terminen dissosiaatioThermal dissociation of sawdust

Sahajauho, tyypillinen ligniiniä sisältävä sivutuote, dissosioitiin termisesti reaktoriputkessa 6l lämpötilassa l870°C, samalla kun vetyä pakotettiin putken huokoisen seinän lävitse nopeudella 140 1/min. Sahajauhoa syötettiin reaktoriin nopeudella noin 22,7 kg tunnissa. Pyrolyy-situotteet käsittivät hienojakoista hiilimustaa, joka oli samanlaista kuin tuotettiin dissosioitaessa metaania, kaasumaisia tuotteita haihtuvien yhdisteiden dissosiaatiosta ja karkeakudoksista hiiltymää, jossa alkuperäisen puun kuiturakenne oli olennaisesti koskemattomana.Sawdust, a typical lignin-containing by-product, was thermally dissociated in a reactor tube 6l at 1870 ° C while forcing hydrogen through the porous wall of the tube at 140 rpm. Sawdust was fed to the reactor at a rate of about 22.7 kg per hour. The pyrolysis binders comprised a finely divided carbon black similar to that produced when dissociating methane, gaseous products from the dissociation of volatile compounds, and coarse-grained carbonization in which the fibrous structure of the original wood was substantially intact.

Esimerkki XExample X

Piikarbidihankausaineet kvartsistaSilicon carbide abrasives made of quartz

Kvartsihiekkaa, jossa hiukkaskokojakautuma oli alueella -50 mesh -+100 mesh, vietiin reaktoriputkeen 6l sisääntulon 121 kautta nopeudella 4,5 kg tunnissa. Metaania lisättiin samanaikaisesti reaktoriput-keen sisääntulon 91 kautta nopeudella 28 1/min. Reaktoriputken lämpötila pidettiin l870°C:na. Typpeä suihkutettiin reaktoriputkeen huokoisen seinän lävitse nopeudella l4o 1/min. muodostamaan kaasuseinä. Jau-heinen aine pudotettiin reaktoriputkesta ja koottiin allaolevaan suppiloon.Quartz sand with a particle size distribution in the range of -50 mesh to + 100 mesh was introduced into the reactor tube 6l through inlet 121 at a rate of 4.5 kg per hour. Methane was added simultaneously through the inlet 91 of the reactor tube at a rate of 28 l / min. The reactor tube temperature was maintained at 1870 ° C. Nitrogen was sprayed into the reactor tube through a porous wall at a rate of 14 ° 1 / min. to form a gas wall. The powder was dropped from the reactor tube and collected in the funnel below.

Jauheinen tuote oli riittävän hankaavaa naarmuttamaan lasia helposti, mikä osoitti, että se sisälsi piikarbidia. Mikroskooppinen jauheen tutkimus osoitti, että se muodostui piidioksidiosasista, jotka oli peitetty kuorella, joka muodostui amorfisesta hiilestä ja ohuista levyistä kiteistä piikarbidia.The powdered product was abrasive enough to easily scratch the glass, indicating that it contained silicon carbide. Microscopic examination of the powder showed that it consisted of silica particles covered with a shell formed of amorphous carbon and thin plates of crystalline silicon carbide.

Esimerkki XIExample XI

Alumiinikarbidin tuottaminenProduction of aluminum carbide

Stökiometrinen seos alumiinijauhetta ja alkuainehiiltä valmistettiin seuraavaa suunniteltua reaktiota varten: 4 AI + 3 C -^Al^Cj (1) Tätä seosta vietiin reaktoriin nopeudella noin 4,5 kg tunnissa. Reak-toriputki 6l pidettiin l870°C lämpötilassa ja vetyä pakotettiin läpi 53 6 4 0 5 6 reaktoriputken huokoisen seinän nopeudella 140 Ι/min.. Reaktio antoi amorfista, harmaanruskeaa ainetta, joka koottiin loukkuun reaktori-putken alapuolella. Näyte harmaanruskeaa tuotetta sekoitettiin 0,1 N HC1 kanssa. Kehittyi kaasua, joka paloi metaanin luonteenomaisella keltaisella liekillä, mikä osoitti, että seuraava reaktio oli tapahtunut tuotteen ja kloorivetyhapon välillä:A stoichiometric mixture of aluminum powder and elemental carbon was prepared for the following planned reaction: 4 Al + 3 C - ^ Al ^ Cj (1) This mixture was introduced into the reactor at a rate of about 4.5 kg per hour. Reactor tube 6l was maintained at 1870 ° C and hydrogen was forced through the porous wall of the 53 6 4 0 5 6 reactor tube at a rate of 140 Ι / min. The reaction gave an amorphous, gray-brown substance which was trapped below the reactor tube. A sample of the gray-brown product was mixed with 0.1 N HCl. A gas evolved which burned with the characteristic yellow flame of methane, indicating that the following reaction had taken place between the product and hydrochloric acid:

AljjCs) + 12 HCl(aq) -» 3CH4(g) + ^AlCl^aq) (2) Näyte liukeni täydellisesti kloorivetyhappoon antaen kirkkaan liuoksen. Koska alkuainehiiltä käytettiin lähtöaineena ja se on liukenematonta 0,1 N HCl:ään, tämä osoitti, että alumiini ja hiili reagoivat kvantitatiivisesti kaasuseinäisessä reaktorissa muodostaen alumiinikarbidia.Al 2 Cl 2 + 12 HCl (aq) → 3 CH 4 (g) + AlCl 2 aq) (2) The sample was completely dissolved in hydrochloric acid to give a clear solution. Since elemental carbon was used as a starting material and is insoluble in 0.1 N HCl, this indicated that aluminum and carbon reacted quantitatively in a gas-walled reactor to form aluminum carbide.

Alumiinikarbidin tuottamisen toteuttamismahdollisuuden tutkimiseksi kaasuseinäisessä reaktorissa alumiinikloridista ja hiilestä, sijoitettiin vedetöntä AlCl^ hiiliupokkaaseen ja kuumennettiin kunnes se sublimoitui. Alumiinikloridihöyry sekoitettiin vetyvirtaukseen ja tuloksena oleva virtaus johdettiin sitten yli hiilimustakerroksen. Kaarilamppu fokusoitiin hiilikerroksen pintaan ja tämä kuumensi kerroksen alueen lämpötilaan 999°C mitattuna optisella pyrometrillä. Pieniä oranssinvärisiä kiteitä muodostui juuri alavirtaan kuumennetusta vyöhykkeestä, mikä osoitti, että alumiinikloridi oli reagoinut hiilen ja vedyn kanssa muodostaen alumiinikarbidia ja kloorivetyä seuraavan reaktiokaavan mukaan: 4 AlClj + 3C + 6 H2 -» AIjjCj + 12 HC1 (3)To investigate the feasibility of producing aluminum carbide in a gas wall reactor from aluminum chloride and carbon, anhydrous AlCl 2 was placed in a carbon crucible and heated until sublimed. The aluminum chloride vapor was mixed with the hydrogen stream and the resulting stream was then passed over a layer of carbon black. The arc lamp was focused on the surface of the carbon layer and this heated the area of the layer to 999 ° C as measured by an optical pyrometer. Small orange crystals formed just downstream of the heated zone, indicating that the aluminum chloride had reacted with carbon and hydrogen to form aluminum carbide and hydrogen chloride according to the following reaction formula: 4 AlClj + 3C + 6 H2 - »AlIjjCj + 12 HCl (3)

Kun oranssinväriset kiteet lisättiin 0,1 N HCl:yyn, kiteet liukenivat ja kehittyi kaasua, joka paloi metaanille luonteenomaisella keltaisella liekillä.When the orange crystals were added to 0.1 N HCl, the crystals dissolved and a gas evolved which burned with a yellow flame characteristic of methane.

Koska tämä proseduuri simuloi reaktiota, mikä voidaan toteuttaa kaasuseinäisessä reaktorissa saattamalla alumiinikloridi reagoimaan hiilen ja vedyn kanssa (tuotettu kaasumaisen tai nestemäisen hiilivedyn termisellä dissosiaatiolla), tämä tuo mieleen uuden keinon metaanin valmistamiseksi (1) saattamalla alumiinikloridi reagoimaan huokean hiilivetypitoi-sen aineen kanssa muodostamaan alumiinikarbidia ja kloorivetyä ja (2) sammuttamalla reaktiotuote vedessä siten, että tuloksena oleva kloorivetyhappo hydrolysoi alumiinikarbidin tuottaakseen metaania ja alumiinikloridia, joka vuorostaan voidaan uudelleenkierrättää prosessin lävitse.Because this procedure simulates a reaction that can be accomplished in a gas wall reactor by reacting aluminum chloride with carbon and hydrogen (produced by thermal dissociation of a gaseous or liquid hydrocarbon), this brings to mind a new way to produce methane (1) by reacting aluminum chloride with a low hydrocarbon hydrogen chloride and (2) quenching the reaction product in water so that the resulting hydrochloric acid hydrolyzes the aluminum carbide to produce methane and aluminum chloride, which in turn can be recycled through the process.

54 6405654 64056

Esimerkki XIIExample XII

Ferrioksidin pelkistäminen vedylläReduction of ferric oxide with hydrogen

Tarkoituksella esitellä kaasuseinäisen reaktorin käyttökelpoisuutta metallimalmien pelkistämisessä puhdasta ferrioksidia (-100 mesh) syötettiin reaktoriin nopeudella 15,9 kg tunnissa samanaikaisesti kun vetyä pakotettiin huokoisen seinän lävitse nopeudella 140 1/min. Vety toimi tässä sekä kaasuseinän muodostajana että pelkistämisaineena rautaoksidille. Reaktoriputki pidettiin 1870°C lämpötilassa mitattuna fokusoimalla optinen pyrometri putken hehkuvalle sisäseinälle. Reak-tanttien lämpötilan reaktoriputkessa todettiin olevan 1510°C mitattuna optisella pyrometrillä. Muodostui harmaa jauhe, joka koottiin suppiloon reaktoriputken alle. Poistovirtauksen lämpötila juuri reaktori-putken ulostulon alla mitattiin 315°C:ksi.To demonstrate the utility of a gas wall reactor in reducing metal ores, pure ferric oxide (-100 mesh) was fed to the reactor at a rate of 15.9 kg per hour while hydrogen was forced through the porous wall at a rate of 140 l / min. Hydrogen acted here both as a gas wall former and as a reducing agent for iron oxide. The reactor tube was maintained at 1870 ° C as measured by focusing the optical pyrometer on the glowing inner wall of the tube. The temperature of the reactants in the reactor tube was found to be 1510 ° C as measured by an optical pyrometer. A gray powder formed which was collected in a funnel under the reactor tube. The outlet temperature just below the reactor tube outlet was measured to 315 ° C.

Tuote oli puhdasta rautajauhetta, joka pyrki olemaan itsestään syttyvää noin 149°C lämpötilassa juuri valmistettuna. Jauheen tarkastelu mikroskoopilla osoitti, että se muodostui pienistä pallomaisista hiukkasista, joka osoitti, että rauta oli ollut sulassa tilassa reaktoriputken läpikulkunsa aikana.The product was a pure iron powder which tended to be spontaneously flammable at a temperature of about 149 ° C when freshly prepared. Examination of the powder under a microscope showed that it was formed of small spherical particles, which indicated that the iron had been in the molten state during its passage through the reactor tube.

Esimerkki XIIIExample XIII

Rikkivedyn ja metaanin terminen dissosiaatio Käyttäen kaasuseinäistä reaktoria rikkivety saatettiin reagoimaan in situ hiilen kanssa, joka oli muodostettu metaanin termisellä dissosiaatiolla, jolloin muodostui rikkihiiltä ja vetyä. Kokeita suoritettiin kahdessa eri lämpötilassa, nimittäin l635°C ja 1760UC. Molemmissa tapauksissa lämpötilat mitattiin fokusoimalla optinen pyrometri hehkuviin reaktantteihin reaktoriputkessa, jolloin hiilihiukka-set metaanin dissosiaatiosta olivat reaktioseoksen pääasialliset hehkuvat ainekset. Vetyä pakotettiin läpi reaktoriputken huokoisen seinän nopeudella 140 1/min. toimimaan verhokaasuna. Rikkivetyä nopeudella 9,1/min. ja metaania nopeudella 28 1/min sekoitettiin yhteen ja vietiin reaktoriputkeen. Kaasuseos oli huoneenlämpötilassa reaktoriputken sisäänmenossa. Hiilimustaa kohtioaineena lisättiin reaktion alkuunpanemiseksi, vaikka sen jälkeen kun reaktio oli alkanut, se oli itse itseään ylläpitävä eikä enää tarvittu hiilimustaa.Thermal Dissociation of Hydrogen Sulfur and Methane Using a gas wall reactor, hydrogen sulfide was reacted in situ with carbon formed by thermal dissociation of methane to form carbon disulphide and hydrogen. The experiments were performed at two different temperatures, namely 1635 ° C and 1760 ° C. In both cases, temperatures were measured by focusing the optical pyrometer on the incandescent reactants in the reactor tube, with the carbon particles from the dissociation of methane being the main incandescent materials in the reaction mixture. Hydrogen was forced through the porous wall of the reactor tube at a rate of 140 l / min. to act as a curtain gas. Hydrogen sulphide at a rate of 9.1 / min. and methane at 28 rpm was mixed together and introduced into the reactor tube. The gas mixture was at room temperature at the inlet to the reactor tube. Carbon black as a target was added to initiate the reaction, although after the reaction had begun, it was self-sustaining and no more carbon black was needed.

Näytteitä kahden kokeen tuotteiden kaasumaisista komponenteista analysoitiin massaspektrometrillä. Analyysitulokset on annettu seu-raavassa taulukossa, konsentraatiot on ilmaistu mooliprosentteina: 55 64056Samples of the gaseous components of the products of the two experiments were analyzed by mass spectrometry. The analytical results are given in the following table, the concentrations are expressed in molar percentages: 55 64056

Yhdiste ReaktiolämpötilaCompound Reaction temperature

1635°C 1760°C1635 ° C to 1760 ° C

Vetyä 83,974 88,560Hydrogen 83,974 88,560

Metaania 11,379 6,230Methane 11,379 6,230

Asetyleeniä l,68l 2,281Acetylene 1.68l 2.281

Eteeniä 1,397 1,519Ethylene 1,397 1,519

Rikkivetyä 1,021 0,813Hydrogen sulphide 1,021 0,813

Hiilidioksidia 0,296 0,160Carbon dioxide 0.296 0.160

Rikkihiiltä 0,216 0,403Sulfur carbon 0.216 0.403

Benseeniä 0,036 0,034Benzene 0.036 0.034

Vaikka kaikki edellä esitetyt esimerkit toteutettiin kuvioissa 1A-1B esitetyssä kaasuseinäisessä reaktorissa, vielä parempia tuloksia voidaan saavuttaa käyttämällä kuvioiden 6A-6D mukaista kaasu- tai nesteseinäistä reaktoria sopivin modifikaatioin (tarvittaessa) käsittelemään kiinteitä syöttöaineita. Prosessimuuttujien ohjausjärjestelmien käyttäminen mahdollistaa optimaalisten toimintaolosuhteiden tarkan toteamisen ja ylläpitämisen. Jos tällaiseen ohjausjärjestelmään sisältyy digitaalilaskin, voidaan optimikäyttöolosuhteiden etsintä toteuttaa automaattisesti.Although all of the above examples were carried out in the gas-walled reactor shown in Figures 1A-1B, even better results can be obtained by using the gas-walled or liquid-walled reactor of Figures 6A-6D with appropriate modifications (if necessary) to handle solid feeds. The use of process variable control systems makes it possible to accurately identify and maintain optimal operating conditions. If such a control system includes a digital calculator, the search for optimal operating conditions can be performed automatically.

>>

‘I'I

ll

Claims (20)

1. Förfarande för utförande av en vid hög temperatur skeende kemisk reaktion genom att leda reaktanterna centralt genom en reaktortub, tili skydd för vars inre vägg bildats ett gashölje genom att genom dess porösa vägg leda en inert, strälning väsent-ligen genomsläppande gas in i reaktortuben, och genom att upp-hetta materialet eller materialen i reaktortuben med hjälp av strälning av hög intensitet för igängsättande och upprätthällande av reaktionen, kännetecknat av att den av eldfast material bestäende reaktortuben upphettas utmed ätminstone en del av dess längd, varvid strälningsenergi reflekteras mot reaktortuben frän en pä avständ densamma omgivande värmesköld, varvid materialen i reaktortuben upphettas genom att absorbera av reaktortuben emitterat strälningsvärme.A method for carrying out a high temperature chemical reaction by passing the reactants centrally through a reactor tube, to protect the inner wall of which a gas envelope is formed by passing through its porous wall an inert radiation substantially passing gas into the reactor tube and by heating the material or materials in the reactor tube by means of high intensity radiation to initiate and maintain the reaction, characterized in that the refractory tube consisting of refractory material is heated along at least a portion of its length, the radiant energy being reflected against the reactor. at a distance the same surrounding heat shield, wherein the materials in the reactor tube are heated by absorbing radiant heat emitted by the reactor tube. 2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att dä reaktanterna bestär ay strälning genomsläppande material finns i reaktortuben ätminstone tili en början närvarande ett strälning absorberande mälmaterial för höjande av temperaturen inne i tuben.2. A method according to claim 1, characterized in that where the reactants control all the radiation passing material there is in the reactor tube at least initially a radiation absorbing melt material for raising the temperature inside the tube. 3· Förfarande enligt patentkrayet 1 eller 2, kännetecknat ay att det strälningsenergi absorberande mälmaterialet leds utmed reaktanternas rörelsebana innan reaktanterna införs i reaktortuben, yaryid mälmaterialet absorberar tillräckligt strälningsenergi för att höja reaktanternas temperatur tili för igäng-sättning av reaktionen erforderlig nivä.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the radiant energy absorbing melt material is conducted along the reactor's path of travel before the reactants are introduced into the reactor tube, the yaryid melt material absorbs sufficient radiant energy to raise the reactor's temperature to the level required for the reactor to reach the level of reactor. 4. Förfarande enligt patentkravet 2, kännetecknat ay att det strälningsenergi absorberande mälmaterialet deaktiveras sedän den önskade reaktionen blivit igängsatt.4. A process according to claim 2, characterized in that the radiation energy absorbing melt material is deactivated after the desired reaction has been initiated. 5· Förfarande enligt patentkrayet 1 eller 2,kännetecknat av att strälningsenergi riktas mot en begränsad längd av reaktanternas förutbestämda rörelsebana.Method according to claim 1 or 2, characterized in that radiant energy is directed to a limited length of the predetermined path of movement of the reactants. 6. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2,kännetecknat av att reaktionsprodukterna och eventuellt kvarvarande 6i 64056 reaktionskomponenter avkyls omedelbart efter det att reaktions-komponenterna lämnat reaktionskammaren, i ändamäl att avsluta den önskade kemiska reaktionen och förhindra andra icke-önskade kemiska reaktioner.Process according to claim 1 or 2, characterized in that the reaction products and any remaining reaction components are cooled immediately after the reaction components have left the reaction chamber, in order to end the desired chemical reaction and prevent other undesired chemical reactions. 7. HÖgtemperaturreaktor med gas- eller fluidumvägg för ut-förande av förfarandet enligt nägot av patentkraven 1-6, vilken reaktor innefattar (A) en reaktortub (61; 401) med en inloppsände (62; 402) och en utloppsände (63; 403) och vars inre utrymme bildar en reaktions-kammare (65; 411, 4o4, 422), vilken reaktortub (61; 401) är framställd av ett poröst eldfast material, som förmär emittera strälningsenergi, vilket eldfasta materials porer har en diameter, som tilläter ett jämnt tillräckligt flöde av inert fluidum genom tubens vägg för bildande av ett skyddshölje pä reaktortubens (61; 401) radiellt inätyända yta; (B) ett fluidumtätt, rörformigt tryckkärl (70; 201, 301, 405, 501), som omger reaktortuben (61; 401) och begränsar en samlings-kammare (85; 4θβ) för inert fluidum mellan reaktortuben (61; 401) och tryckkärlet (70; 201, 301, 405, 501), yarvid reaktortubens (61; 401) inlopps- och utloppsändar (62, 63; 402, 403) Sr tätt avgränsade frän samlingskammaren (85; 406), varvid tryckkärlet (70; 201, 301, 405, 501) har ett inlopp (83; 4o8) för inledande ay ett inert fluidum; (C) innjatningsanordningar (90; 214, 232) för reaktionskomponenter placerade och anordnade för inmatning av ätminstone en reaktions-komponent i reaktorkammaren (65; 411, 404, 422) genom reaktortubens (61; 401) inloppsände (62; 402), kännetecknad av att reaktorn innefattar (D) en elektrisk upphettare (100a-100f; 317, 318, 302a-302c, 319), som är belägen i samlingskammaren (85; 406) radiellt pä avständ frän reaktortuben (61; 401), och (E) en periferiell värmesköld (120; 410), som är belägen i tryckkärlet (70; 201, 301, 405> 501) i radiell riktning utanför upphettaren (100a-100f; 317, 3-18, 302a-302c, 319) vilken värmesköld (120; 410) är anordnad att reflektera strälningsenergi in i rekatortuben (6l; 401). 62 6 4 0 5 6A gas or fluid wall high temperature reactor for carrying out the process according to any of claims 1-6, which reactor comprises (A) a reactor tube (61; 401) having an inlet end (62; 402) and an outlet end (63; 403). ) and whose inner space forms a reaction chamber (65; 411, 4o4, 422), which reactor tube (61; 401) is made of a porous refractory material which emits radiant energy, the pores of refractory materials having a diameter allowing a uniformly sufficient flow of inert fluid through the wall of the tube to form a protective housing on the radially inert surface of the reactor tube (61; 401); (B) a fluid-tight tubular pressure vessel (70; 201, 301, 405, 501) surrounding the reactor tube (61; 401) and restricting an inert fluid collection chamber (85; 4θβ) between the reactor tube (61; 401) and the pressure vessel (70; 201, 301, 405, 501), the inlet and outlet ends (62, 63; 402, 403) of the reactor tube (61; 401) being closely delimited from the collection chamber (85; 406), the pressure vessel (70; 201 , 301, 405, 501) has an inlet (83; 4o8) for introducing an inert fluid; (C) injection components (90; 214, 232) for reaction components located and provided for feeding at least one reaction component into the reactor chamber (65; 411, 404, 422) through the inlet end (62; 402) of the reactor tube (61; 401), characterized the reactor comprising (D) an electric heater (100a-100f; 317, 318, 302a-302c, 319) located radially spaced from the reactor tube (61; 401), and (E ) a peripheral heat shield (120; 410) located in the pressure vessel (70; 201, 301, 405> 501) in a radial direction outside the heater (100a-100f; 317, 3-18, 302a-302c, 319), which heat shield (120; 410) is arranged to reflect radiant energy into the recuperator tube (6l; 401). 62 6 4 0 5 6 8. Reaktor enligt patentkravet 7,kännetec knad av att reaktortubens (401) eldfasta material utgöres av en fibrös vävnad med ett stort antal porer med sädan diameter, att den tilläter ett tillräckligt flöde av inert fluidum genom tubens vägg för att bilda ett skyddshölje pä reaktortubens (401) radiellt sett inre yta.8. A reactor according to claim 7, characterized in that the refractory material of the reactor tube (401) is a fibrous tissue having a large number of pores of such diameter that it permits a sufficient flow of inert fluid through the wall of the tube to form a protective housing on the reactor tube. (401) radially inner surface. 9. Reaktor enligt patentkravet 7 eller 8,känneteck- n a d av att den innefattar medel för införande av ett strälning absorberande mälmaterial i reaktionskammaren (65; 411, 404, 422) för att sammanfalla med ätminstone ett avsnitt av reaktionskompo-nenternas rörelsebana.9. Reactor according to claim 7 or 8, characterized in that it comprises means for introducing a radiation-absorbing melt material into the reaction chamber (65; 411, 404, 422) to coincide with at least a portion of the reaction path of the reaction components. 10. Reaktor enligt patentkravet 9>kännetecknad av att mälmaterialet är vätskeformigt.10. Reactor according to claim 9, characterized in that the melt material is liquid. 11. Reaktor enligt patentkravet 9,kännetecknad av att mälmaterialet är en gas, som absorberar väglängder av det elektromagnetiska spektret frän ca 100 mikron tili ca 0,01 mikron.11. Reactor according to claim 9, characterized in that the melt material is a gas which absorbs path lengths of the electromagnetic spectrum from about 100 microns to about 0.01 microns. 12. Reaktor enligt patentkravet 9,kännetecknad av att mälmaterialet bestär av finfördelat kolpulver.12. Reactor according to claim 9, characterized in that the milling material consists of atomized coal powder. 15. Reaktor enligt patentkravet 9,kännet ecknad av att mälet utgöres av ett fast element, som är placerat i reaktionskammaren utmed ätminstone en del av reaktanternas rörelsebana.15. Reactor according to claim 9, characterized in that the meter is a fixed element which is placed in the reaction chamber along at least part of the path of movement of the reactants. 14. Reaktor enligt patentkravet 13,kännetecknad av att nämnda fasta element är framställt av koi.Reactor according to claim 13, characterized in that said solid element is made of koi. 15. Reaktor enligt patentkravet 7,kännetecknad av att det porösa materialet utgöres av grafit, koi, sintrat rostfritt stäl, sintrad volfram, sintrad molybden, toriumoxid, magnesiumoxid, zinkoxid', aluminiumoxid eller zirkoniumoxid.15. Reactor according to claim 7, characterized in that the porous material consists of graphite, koi, sintered stainless steel, sintered tungsten, sintered molybdenum, thorium oxide, magnesium oxide, zinc oxide, alumina or zirconia.
FI752737A 1975-09-30 1975-09-30 FOERFARANDE FOER UTFOERANDE AV EN VID HOEG TEMPERATUR SKEENDE KEMISK REAKTION OCH REAKTOR FOER UTFOERANDE AV FOERFARANDET FI64056C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI752737A FI64056C (en) 1975-09-30 1975-09-30 FOERFARANDE FOER UTFOERANDE AV EN VID HOEG TEMPERATUR SKEENDE KEMISK REAKTION OCH REAKTOR FOER UTFOERANDE AV FOERFARANDET

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI752737 1975-09-30
FI752737A FI64056C (en) 1975-09-30 1975-09-30 FOERFARANDE FOER UTFOERANDE AV EN VID HOEG TEMPERATUR SKEENDE KEMISK REAKTION OCH REAKTOR FOER UTFOERANDE AV FOERFARANDET

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI752737A FI752737A (en) 1977-03-31
FI64056B true FI64056B (en) 1983-06-30
FI64056C FI64056C (en) 1983-10-10

Family

ID=8509453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI752737A FI64056C (en) 1975-09-30 1975-09-30 FOERFARANDE FOER UTFOERANDE AV EN VID HOEG TEMPERATUR SKEENDE KEMISK REAKTION OCH REAKTOR FOER UTFOERANDE AV FOERFARANDET

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI64056C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI752737A (en) 1977-03-31
FI64056C (en) 1983-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4056602A (en) High temperature chemical reaction processes utilizing fluid-wall reactors
US4095974A (en) High temperature chemical reaction processes utilizing fluid-wall reactors
US4057396A (en) Fluid-wall reactor for high temperature chemical reaction processes
US4199545A (en) Fluid-wall reactor for high temperature chemical reaction processes
US4059416A (en) Chemical reaction process utilizing fluid-wall reactors
Lahaye et al. Influence of cerium oxide on the formation and oxidation of soot
Chen et al. Catalytic pyrolysis of biomass for hydrogen rich fuel gas production
US8647401B2 (en) Steam reformation system
CN101432065B (en) Internal combustion exchanger reactor for endothermic reaction in fixed bed
Abanades et al. A drop-tube particle-entrained flow solar reactor applied to thermal methane splitting for hydrogen production
US3692862A (en) Method for pyrolyzing hydrocarbons
US5005986A (en) Slag resistant thermocouple sheath
EP2952557B1 (en) Microwave induced plasma cleaning device and method for producer gas
AU2004229151A1 (en) Electrically heated reactor and process for carrying out gas reactions at a high temperature using this reactor
UA79216C2 (en) Method for preparation of motor fuel from coal
US20180237709A1 (en) Device and method for cleaning producer gas using a microwave induced plasma cleaning device
US4234543A (en) Fluid-wall reactor for high temperature chemical reaction processes
FI64056B (en) FOERFARANDE FOER UTFOERANDE AV EN VID HOEG TEMPERATUR SKEENDE KEMISK REAKTION OCH REAKTOR FOER UTFOERANDE AV FOERFARANDET
CA2812916C (en) Method and equipment for producing coke during indirectly heated gasification
Donnot et al. Experimental approach to the catalysed cracking reaction of tar from wood pyrolysis
CA1077684A (en) Fluid-wall reactors and their utilization in high temperature chemical reaction processes
CA1078585A (en) Fluid-wall reactors and their utilization in high temperature chemical reaction processes
KR800000526B1 (en) High temperature chemical reaction processes utilizing fluic-wall reactors
IE41736B1 (en) Fluid-wall reactors and their utilization in high temperature chemical reaction process
CH614132A5 (en) High temp. reactor

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed

Owner name: J. M. HUBER CORPORATION