JPWO2020030598A5 - - Google Patents

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本発明は、少なくとも1つの所定の圧力を担う装置ジャケット部と、該装置ジャケット部(シェル)の内部に配置され且つセラミック繊維複合材料から構成される、少なくとも1つのモジュール式骨組体系物とから構成される装置、モジュール式骨組体系物に加えて耐火レンガを含むモジュール式モジュールライニング装置、及びこの装置を高温反応器、特に電気加熱式高温反応器のため使用する方法に関する。 The invention consists of at least one device jacket part carrying a predetermined pressure and at least one modular framework system arranged inside the device jacket part ( shell) and made of a ceramic fiber composite material. The present invention relates to a modular modular lining device comprising refractory bricks in addition to a modular framework system , and a method of using this device for high temperature reactors, in particular electrically heated high temperature reactors.

高吸熱反応は、例えば鉱物油留分の分解、天然ガス又はナフサの改質、プロパンの脱水素、ベンゼンへのメタンの脱水素芳香化、又は炭化水素の熱分解など、化学工業における価値創造チェーンの開始時に頻繁に発生する。工業的及び経済的利益を達成するためには、500℃から1700℃の温度が要求される。このことの主な理由は、平衡変換の熱力学的限界にある。 Highly endothermic reactions are used in the value creation chain in the chemical industry, for example in the cracking of mineral oil fractions, in the reforming of natural gas or naphtha, in the dehydrogenation of propane, in the dehydroaromatization of methane to benzene, or in the pyrolysis of hydrocarbons. Occurs frequently at the beginning of. To achieve industrial and economic benefits, temperatures of 500°C to 1700°C are required. The main reason for this is the thermodynamic limit of equilibrium transformation.

化学工業における基礎製品の調製のための吸熱反応は、高温のため、反応器を環境から効果的に断熱する必要がある。しかも、いくつかの反応では耐圧性の反応ゾーンが必要であり、したがって、反応チャンバは、所定の入口及び出口に至るまで環境から気密的に密閉されなければならない。さらに、上述した吸熱反応のいくつかは、還元条件下で行われる。しかも、吸熱反応は、熱の供給のための効果的な構想を必要とする。直接電気加熱の場合、反応器内部、例えば床は、さらに、横方向の反応器シェルから電気的に絶縁されていなければならない。 Endothermic reactions for the preparation of basic products in the chemical industry require effective insulation of the reactor from the environment due to the high temperatures. Moreover, some reactions require a pressure-tight reaction zone, and therefore the reaction chamber must be hermetically sealed from the environment up to the designated inlets and outlets. Furthermore, some of the endothermic reactions mentioned above are performed under reducing conditions. Moreover, endothermic reactions require efficient schemes for heat supply. In the case of direct electrical heating, the reactor interior, eg the bed, must additionally be electrically insulated from the lateral reactor shell.

DE8714113U1は、モジュール圧力容器を記載しており、その所定の圧力を担うジャケット部は、互いに重ね合わされた平坦な金属リングで構成されており、それらは垂直に配置された張力要素によって任意に一緒に保持される。容器ベース及び/又は蓋は、任意で、容器壁から軸に向かって星形に延びる近接した隣接の個別のリブ要素から形成可能である。内側の容器壁にセラミックの平坦な絶縁層があってもよく、さらに、この絶縁層は、「ベスト」と呼ばれる薄い金属層によって保護されてもよいことが記載されている。この先行技術の欠点は、セラミック絶縁層が、所定の圧力を担うジャケット部に固定的に結合されていることである。さらに、セラミック層を反応ボリュームから分離する金属ベストは、導電性であり、セラミックライニングよりも熱安定性が低い。その結果、この解決策は、電気加熱可能なパッキングを有する反応器には適用できない。さらに、所定の圧力を担うジャケット部、セラミック絶縁層及び金属ベストからなるユニットがどのように熱膨張を補償するかについては開示されていない。 DE 8714113U1 describes a modular pressure vessel, the jacket part of which carries a given pressure consists of flat metal rings superimposed on each other, which can be held together at will by vertically arranged tension elements. is maintained. The container base and/or lid can optionally be formed from closely adjacent individual rib elements extending star-shaped from the container wall toward the axis. It is stated that there may be a ceramic flat insulating layer on the inner container wall, and that this insulating layer may furthermore be protected by a thin metal layer called the "vest". A disadvantage of this prior art is that the ceramic insulating layer is fixedly connected to the jacket part, which carries a predetermined pressure . Furthermore, the metal vest separating the ceramic layer from the reaction volume is electrically conductive and has less thermal stability than the ceramic lining. As a result, this solution is not applicable to reactors with electrically heatable packings. Furthermore, it is not disclosed how the unit consisting of the jacket part, the ceramic insulation layer and the metal vest, which carries a given pressure, compensates for thermal expansion.

US2,982,622は、吸熱反応の電気加熱に関する概念を開示している。これは、導電性粒子を流動床として反応チャンバに通すことを含む。 US 2,982,622 discloses the concept of electrical heating of endothermic reactions. This involves passing conductive particles as a fluidized bed through a reaction chamber.

電極は粒子床に電流を誘導するのに使われ、該電極はこのようにして抵抗加熱器として機能し、反応チャンバに直接加熱をもたらす。ガス流及び粒子流の対向流は、装置内で効率的な熱統合を実現し、高温領域が反応チャンバの中央部に位置し、一方反応器の上縁部と下縁部が冷たいままになる。この原理は、工業関連の多くの重要な吸熱反応に適用できる。出願番号PCT/EP2019/051466のPCT出願は、電気加熱の実行を具体化し、及び吸熱反応を実行するための加熱可能なパック型装置を開示し、そこでは垂直に配置された電極が導電性固体パッキング内に配置され、及び電極が反応器の上部ドーム又は下部ドームの全体を介して接続され、電流伝導性接続要素が電極との大きな接触面積を有する。 Electrodes are used to induce electrical current through the particle bed, and the electrodes thus function as resistance heaters, providing direct heating to the reaction chamber. The counterflow of gas and particle streams provides efficient heat integration within the device, with the hot region located in the center of the reaction chamber, while the top and bottom edges of the reactor remain cool. . This principle can be applied to many important endothermic reactions of industrial relevance. The PCT application with application number PCT/EP2019/051466 discloses a heatable pack-type device for implementing electrical heating and for performing endothermic reactions, in which vertically arranged electrodes are connected to conductive solids. Arranged within the packing and with the electrode connected through the entire upper or lower dome of the reactor, the current-conducting connecting element has a large contact area with the electrode.

高温反応用の反応器では、反応器の所定の圧力を担う金属ジャケット部を高温の影響から保護し、熱損失を低減し、及び/又は金属ジャケット部を電力から保護するためのライニングが典型的に使用される。これらのライニングは、部分的に、非常に高い温度及び圧力、化学的な腐食攻撃、粒子による浸食、及び熱サイクル応力に耐えなければならない。熱サイクル応力は、例えば、バッチ式運転モードや低温プロセス材料の導入によって生じる可能性がある。 Reactors for high temperature reactions typically have a lining to protect the metal jacket , which carries the given pressure of the reactor, from the effects of high temperatures, to reduce heat losses, and/or to protect the metal jacket from electrical power. used for. These linings must withstand , in part, very high temperatures and pressures, chemical corrosion attacks, particle erosion, and thermal cycling stresses. Thermal cycling stresses can be caused by, for example, batch mode of operation or the introduction of low temperature process materials.

化学高温反応のための耐火ライニングに要求されるものは、したがって多様であり、その中には相反するものもある。第一に高い断熱容量と低い見掛け密度/高い気孔率が要求され、第二に十分な機械的強度と同様に良好な加工性が要求される。また、様々な雰囲気下での高い熱安定性が要求される。 The requirements for refractory linings for chemical high temperature reactions are therefore diverse , some of them contradictory. Firstly, high thermal insulation capacity and low apparent density/high porosity are required, and secondly, good processability as well as sufficient mechanical strength are required. Furthermore, high thermal stability is required under various atmospheres.

熱ライニングを必要としない反応器概念、例えばルージ圧力ガス化炉は、水による強制冷却を有する二重壁圧力ジャケット(シェルを有する。この概念の利点は、構築が簡易であり及び反応器の質量が軽く、反応器ジャケットへの熱応力が低いことである。しかし、この概念の欠点は、構造と制御技術が複雑であり、冷却システムの停止保証(フェイルセーフ作動がないことである。さらに、この概念は、電流を床に通さなければならない直接電気加熱の反応器には適さない。この場合、床と所定の圧力を担う装置ジャケット部(圧力定格反応器シェルの間に短絡が発生する。 Reactor concepts that do not require thermal lining, such as the Rouge pressure gasifier, have a double-walled pressure jacket ( shell ) with forced cooling by water. The advantages of this concept are simple construction, low reactor mass, and low thermal stress on the reactor jacket . However, the disadvantage of this concept is that the structure and control technology are complex, and there is no guarantee that the cooling system will stop ( fail-safe operation ) . Furthermore, this concept is not suitable for directly electrically heated reactors where electrical current must be passed through the bed. In this case, a short circuit occurs between the bed and the device jacket (pressure rated reactor shell ) carrying the given pressure .

典型的には、耐火レンガがライニングに使用される。当然に、これらの焼成された耐火物は、例えば、体積比で13%から20%の範囲の開放気孔率を有する。スラグ、溶融物又はガスのようなプロセス物質は、これらの開いた気孔に侵入し、化学反応によってレンガを破壊し、及び/又は構造の熱力学的特性を完全に変化させる可能性がある。周期的な化学的攻撃や周期的な熱応力及び熱力学的応力は、摩耗の促進及び損傷、例えば数ミリの厚さを有する可能性のある大きな断片の剥離をもたらす。したがって、寿命は限られており、特定の摩耗度に達した場合には、それぞれのライニングを交換する必要があり、これには高い不便さとコストが伴う。 Typically, firebrick is used for the lining. Naturally, these calcined refractories have an open porosity ranging from 13% to 20% by volume, for example. Process substances such as slags, melts or gases can penetrate these open pores and destroy the bricks by chemical reactions and/or completely change the thermodynamic properties of the structure. Cyclic chemical attacks and cyclic thermal and thermodynamic stresses lead to accelerated wear and damage, such as the delamination of large pieces that may have a thickness of several millimeters. Therefore, the service life is limited, and when a certain degree of wear is reached, the respective lining must be replaced, which is accompanied by high inconvenience and costs.

これらの多孔質材料のさらなる欠点は、約10バール以上の比較的高い反応圧力でレンガ内に(熱)対流が存在し得ることであり、これは管壁への熱の伝達を高め、したがって断熱性能を低下させ得る。 A further disadvantage of these porous materials is that (thermal) convection can exist within the brick at relatively high reaction pressures of about 10 bar and above, which increases the transfer of heat to the tube wall and thus reduces the thermal insulation. May degrade performance.

先行技術で開示されている耐火レンガ材料としては、Al(コランダム)、リン酸塩結合Al、セメント結合Al、クロムコランダムAl-Cr(「オーレックス75」及び「オーレックス90」、レーデックス-BCF)、MgO-Cr、Cr、Al-Cr-ZrO(「ジクロム60」)、Cr-ZrO(「ジクロム90」)、AlPO、CrPO(「オーレックス95P」)[Gehre,P.(2013)]が含まれる。Korrosions-und thermoschockbestaendige Feuerfestmaterialien fuer Flugstromvergasungsanlagen auf Al-Basis-Werkstoffentwicklung und Korrosionsuntersuchungen[Alに基づくエントレインドフローガス化プラントのための耐食性及び耐熱衝撃性の耐火材料-材料開発及び腐食研究]Thesis,Technische Universitaet Bergakademie Freiberg,第2.3.1章]。耐火性材料として知られているのは、炭化ケイ素及び炭素、好ましくはグラファイトの形態のものである。特定の耐熱衝撃性を有するものとして開示されている耐火レンガ材料は、6質量%のZrO-Cr-Alである。 Firebrick materials disclosed in the prior art include Al 2 O 3 (corundum), phosphate-bound Al 2 O 3 , cement-bound Al 2 O 3 , chromium corundum Al 2 O 3 -Cr 2 O 3 (“ Aurex 75" and "Aurex 90", Radex-BCF), MgO-Cr 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Al 2 O 3 -Cr 2 O 3 -ZrO 2 ("Dichrome 60"), Cr 2 O 3 -ZrO 2 (“Dichrome 90”), AlPO 4 , CrPO 4 (“Aurex 95P”) [Gehre, P.; (2013)]. Corrosions-und thermoschock bestaendige Feuerfest materialien fuer Flugströmvergasungsanlagen auf Al 2 O 3 -Basis-Werkstoff [Corrosion-resistant and thermal shock-resistant refractory materials for entrained flow gasification plants based on Al 2 O 3 - Materials development and corrosion research] Thesis , Technische Universitaet Bergakademie Freiberg, Chapter 2.3.1]. Known as refractory materials are silicon carbide and carbon, preferably in the form of graphite. A refractory brick material disclosed as having specific thermal shock resistance is 6% by weight ZrO 2 -Cr 2 O 3 -Al 2 O 3 .

また、DE102015202277及びWO89/5285に耐火レンガ材料として開示されているのは、発泡セラミックで構成されたレンガ材料である。耐火レンガのみからなるライニングの構造の欠点は、水平方向の力、例えば床の荷重を吸収するために支持しなければならないことである。さらに、耐火レンガのみからなるライニングは、構造物の熱膨張に起因する亀裂が生じやすい。支持がなければ、レンガはライニングから外れる可能性がある。その結果、ライニングは構造的に弱くなり、崩壊及び/又はその断熱作用を喪失して、装置のシェルに損傷を与える可能性がある。 Further, DE 102015202277 and WO 89/5285 disclose a brick material made of foamed ceramic as a refractory brick material. The disadvantage of the construction of linings consisting only of firebrick is that they must be supported to absorb horizontal forces, for example floor loads. Furthermore, linings made only of firebrick are prone to cracking due to thermal expansion of the structure. Without support, the bricks can become detached from the lining. As a result, the lining becomes structurally weak and can collapse and/or lose its insulating effect, causing damage to the shell of the device.

熱的に安定した支持構造の探索は、部品の熱処理のためのプロセスの分野でも知られている。WO2011/18516及びWO2004/11562は、フレームワーク要素としてブリッジ状の繊維セラミック、例えば炭素繊維強化炭素複合材料からなる平面的なモジュール製品支持部材を開示している。これらの支持体の欠点は、それらが支持基材上に緩く支承されているだけだということである。しっかりした固定なしに、例えば床の荷重から生じるような水平方向の力を吸収することができない。さらに、製品支持部材は、熱的及び電気的に絶縁層としての機能を有していない。 The search for thermally stable support structures is also known in the field of processes for heat treatment of components. WO 2011/18516 and WO 2004/11562 disclose planar modular product supports consisting of bridge-like fiber ceramics, for example carbon fiber reinforced carbon composites, as framework elements. A disadvantage of these supports is that they are only loosely supported on the support substrate. Without solid anchorage, it is not possible to absorb horizontal forces, such as those resulting from floor loads. Furthermore, the product support member does not function as a thermally or electrically insulating layer.

US8,211,524は、金属基板をセラミック絶縁層に接続するセラミック繊維複合材料からなるアンカー構造を開示している。セラミック繊維複合材料の構造体は、金属層とセラミック層に突出し、それらに形状嵌合的な方法で接合されている。このアンカー構造の欠点は、セラミック層と金属層の両方に強固に接合されていることである。この接続は、構造体を破壊せずには分離することができない。 US 8,211,524 discloses an anchor structure consisting of a ceramic fiber composite material connecting a metal substrate to a ceramic insulating layer. The ceramic fiber composite structure projects onto the metal layer and the ceramic layer and is joined thereto in a form-fitting manner. The disadvantage of this anchor structure is that it is strongly bonded to both the ceramic and metal layers. This connection cannot be separated without destroying the structure.

ライニングは現在、例えば、高炉プロセス、合成ガスへの炭化水素の部分酸化、冶金(炭化物プロセス)などで商業的に使用されている。例えば、高炉はゾーンごとに適切な材料:(i)39~42質量%のAl(従来品)又はより新材料の超耐火レンガを含む耐火レンガを用いた、炉頂部、(ii)39~42質量%のAl(従来品)又はより新材料のコランダム、SiC-Siを含む耐火レンガを用いた、シャフト、(iii)62質量%のAl、ムライト(従来品)又はより新材料のSiSiCを含む耐火レンガを用いた、胴部、(iv)42~62質量%のAl、ムライト、カーボン(従来)又はより新材料であるSiC、クロムコランダムを含む耐火レンガを用いた、ボッシュ、(v)42~62質量%のAl、ムライト、カーボン(従来)又は超微細孔を有するより新材料であるカーボン/グラファイトを含む炉床、でライニングされている。 Linings are currently used commercially in, for example, blast furnace processes, partial oxidation of hydrocarbons to synthesis gas, metallurgy (carbide processes), etc. For example, blast furnaces have suitable materials for each zone: (i) the furnace top with refractory bricks containing 39-42% by mass Al 2 O 3 (conventional product) or newer materials super refractory bricks; (ii) Shaft with refractory brick containing 39-42% by weight Al 2 O 3 (conventional product) or newer materials corundum, SiC-Si 3 N 4 , (iii) 62% by weight Al 2 O 3 , mullite (iv) 42-62% by mass of Al 2 O 3 , mullite, carbon (conventional) or newer materials SiC, chromium; Bosch, with refractory bricks containing corundum, (v) hearths containing 42-62% by weight of Al 2 O 3 , mullite, carbon (conventional) or carbon/graphite, a newer material with ultra-fine pores; It is lined with.

先行技術は、ライニング用の取り付け具の様々な実施を開示している(Deutsche Gesellschaft Feuerfest-und Schornsteinbau e.V.[耐火物及び煙突建設ドイツ協会]からの「Feuerfestbau」[耐火物構造]):工業用装置では、耐火材料は、典型的には、アンカーによって支持構造、例えば鋼構造物に接続されている。アンカーは、セラミック材料又は金属材料からなることができる。セラミック製アンカーは、常に金属製保持要素によって鋼構造物に接合される。保持(アンカー)レンガは、高温側(内側)の材料と同じ品質である必要がある。タイプ及び材料の選択は、構成要素の構造及び熱応力及び腐食応力から生じる要件に依存する。耐火レンガを用いて壁を構築し、特定の間隔で、特定の鋼製アンカーで金属製の壁に固定することも記載されている。レンガ構造を固定し、熱膨張を制御するために、特定の間隔でレンガを支持する耐熱鋼の金属製コンソールの配置が必要である。レンガは従来のレンガとほぼ同じ大きさであり、通例の方法でモルタルで結合されている。また、全てのレンガは、保護すべきパイプ壁にプレート状の取付具で固定されていることが記載されている。例えば、全てのプレートは、一方面ではパイプ壁に溶接されピンによって支持されており、及び壁方向に保持されており、及び他方面ではSiCモルタルによってパイプ壁に接合されている。あるいは、全てのプレートは、パイプ壁から斜め上方に突出するプレート固定ピンに懸架されている。また、耐火ブロックと鋼製アンカーを備えた工業用オーブンの断熱ライニングも開示されており、そこでは鋼製アンカーが先端部でブロックの溝に噛み合い、ブロックが硬化した耐火物組成物によって円周方向に形状嵌合的な方法で固定されるように、円周方向の溝が各レンガの奥行部分に形成されている。 The prior art discloses various implementations of fittings for linings ("Feuerfestbau" [refractory construction] from Deutsche Gesellschaft Feuerfest-und Schornsteinbau e.V. [German Association of Refractories and Chimney Construction]): In industrial equipment, refractory materials are typically connected to supporting structures, such as steel structures, by anchors. The anchor can be made of ceramic or metal material. Ceramic anchors are always joined to steel structures by metal holding elements. The retaining (anchor) brick must be of the same quality as the material on the hot side (inside). The choice of type and material depends on the structure of the components and the requirements arising from thermal and corrosive stresses. It is also described that walls are constructed using refractory bricks and fixed to metal walls with specific steel anchors at specific intervals. To secure the brick structure and control thermal expansion, it is necessary to arrange metal consoles of heat-resistant steel that support the bricks at specific intervals. The bricks are approximately the same size as conventional bricks and are held together with mortar in the customary manner. It is also stated that all bricks are fixed to the pipe wall to be protected with plate-like fittings. For example, all the plates are supported and held in the wall direction by pins welded to the pipe wall on one side , and are joined to the pipe wall by SiC mortar on the other side . Alternatively, all plates are suspended on plate fixing pins that project obliquely upward from the pipe wall. Also disclosed is an insulating lining for an industrial oven with a refractory block and a steel anchor, in which the steel anchor engages a groove in the block at its tip and the block is circumferentially secured by a hardened refractory composition. A circumferential groove is formed in the depth of each brick so that it is secured in a form-fitting manner.

先行技術に記載されている全てのライニングは、通常は金属製の壁である所定の圧力を担う反応器ジャケット部上に支持されている。ライニングの支持体として所定の圧力を担う壁を使用する選択は、この建設ユニットの簡単な構造において利点を有する。 All linings described in the prior art are supported on a reactor jacket part, usually a metal wall, which carries a certain pressure . The choice of using a wall that bears a certain pressure as a support for the lining has advantages in the simple construction of this construction unit.

ライニングの弱点は、金属製アンカーとアンカーレンガの間の接続にある。材料の膨張係数が異なることと、温度差及び機械的応力の組み合わせの結果、これらの接続は分離してしまう可能性がある。その結果、ライニングは広い範囲で定着を失う可能性がある。そのため、ブロックがライニングから脱落することがある。結果として生じる隙間は、結果的に損傷につながる可能性がある。例えば、反応ゾーンと所定の圧力を担う反応器壁との間の断熱が弱くなり、したがって所定の圧力を担う反応器壁が過熱する。また、例えば、反応ゾーンの床からの粒子が隙間に入り込み、床と所定の圧力を担う反応器壁の間の電気的短絡を引き起こす可能性もある。 The weak point of the lining lies in the connection between the metal anchor and the anchor brick. As a result of the different coefficients of expansion of the materials, combined with temperature differences and mechanical stress, these connections can become separated. As a result, the lining can lose its hold over large areas. Therefore, the blocks may fall off the lining. The resulting gap can eventually lead to damage. For example, the insulation between the reaction zone and the reactor wall carrying the given pressure is weakened, so that the reactor wall carrying the given pressure overheats. It is also possible for particles, for example from the floor of the reaction zone, to get into the gaps and cause an electrical short between the bed and the reactor wall carrying a given pressure .

ライニングシステムで頻繁に発生する問題は、例えば、ライニングと所定の圧力を担う反応器壁は熱膨張係数が異なり、さらに異なる速度で加熱されるため、温度が過度に急激に変化した場合にライニングが損傷しやすいということである。個々のレンガの動きの自由度は固定具によって制限されているため、急激な温度変化があった場合には、レンガの応力のかからない変形又は動きが阻害され、レンガが破損するか又は固定具が損傷することがある。これは、例えば過ち(故障)の結果として、温度の急激な局所的変化のたった1度の発生でも起こり得る。 A frequently encountered problem in lining systems is that, for example, the lining and the reactor wall , which carries a given pressure , have different coefficients of thermal expansion and are also heated at different rates, so if the temperature changes too rapidly, the lining This means that it is easily damaged. The freedom of movement of the individual bricks is limited by the fixtures, so if there is a sudden temperature change, the unstressed deformation or movement of the bricks will be inhibited and the bricks will break or the fixtures will fail. Damage may occur. This can occur even with a single occurrence of a sharp local change in temperature, for example as a result of a fault .

熱膨張の差の補償は、先行技術では、ライニングのレンガ間の伸縮継手(伸縮目地)の使用によって達成される。これらの伸縮継手の弱点は、ライニングの構造に隙間が形成されることであり、その隙間へ粒子及びガスが反応ゾーンから侵入する可能性がある。これは、定められていない望ましくないバイパス流を発生させる可能性がある。起動時にこの問題を回避するためには、通常3K/分より低い非常に遅い加熱速度を選択する必要がある。結果として生じる長い起動時間は、高温反応器の有効キャパシティーを著しく損なう可能性がある。 Compensation for differences in thermal expansion is achieved in the prior art by the use of expansion joints between the bricks of the lining. A weakness of these expansion joints is the formation of gaps in the structure of the lining into which particles and gases can enter from the reaction zone. This can create undefined and undesirable bypass flow. To avoid this problem during start-up, it is necessary to choose a very slow heating rate, usually less than 3 K/min. The resulting long start-up times can significantly impair the effective capacity of the high temperature reactor.

所定の圧力を担う壁へのライニングの機械的接続は、装置の組み立て、アクセス性、及び修理の容易性を制限する。例えば、反応器ベースから反応器ジャケット部ち上げることができない。さらに、破損した個々のレンガは、ライニングを完全に撤去することによってのみ、修理又は交換することができる。 Mechanical connection of the lining to a wall that carries a given pressure limits the ease of assembly, accessibility, and repair of the device. For example, it is not possible to lift the reactor jacket from the reactor base. Moreover, damaged individual bricks can only be repaired or replaced by complete removal of the lining.

先行技術に開示されたライニングでは、要約すると、以下の要求が未解決のままである:
ライニングの電気的絶縁性が十分に確保されていない。
In summary, with the linings disclosed in the prior art, the following requirements remain open:
The electrical insulation of the lining is not sufficiently ensured.

反応器ジャケット部の能動的冷却は、安全性の観点から危険である(フェイルセーフ作動、反応器内容物の汚染、望ましくない副反応)。 Active cooling of the reactor jacket is dangerous from a safety point of view (fail-safe operation, contamination of reactor contents, undesired side reactions).

温度及び/又は圧力の変動は、ライニングを破壊し、続く反応器構造の損傷を引き起こす可能性がある。 Fluctuations in temperature and/or pressure can destroy the lining and cause subsequent damage to the reactor structure.

ライニングの質量が大きいため、反応器の取り扱いが困難である。 Due to the large mass of the lining, handling of the reactor is difficult.

例えば故障後の組み立て及び分解が困難かつ複雑である。 For example, assembly and disassembly after failure is difficult and complicated.

起動及びシャットダウン特性、たとえば障害発生時の冷却などが、遅くて鈍い。 Startup and shutdown characteristics, such as cooling in the event of a fault, are slow and sluggish.

その結果、高温圧力反応に対しては、高温域でのライニングの良好な断熱性及び低いガス透過性、並びにライニングと所定の圧力を担うジャケット部との間の機械的及び電気化学的分離のための解決策が不足している。 As a result, for high-temperature pressure reactions, due to the good thermal insulation properties and low gas permeability of the lining in the high temperature range, as well as the mechanical and electrochemical separation between the lining and the jacket part carrying the given pressure. There is a lack of solutions.

DE8714113U1DE8714113U1 US2,982,622US2,982,622 PCT/EP2019/051466PCT/EP2019/051466 DE102015202277DE102015202277 WO89/5285WO89/5285 WO2011/18516WO2011/18516 WO2004/11562WO2004/11562 US8,211,524US8,211,524 US8,211,524US8,211,524

Korrosions-und thermoschockbestaendige Feuerfestmaterialien fuer Flugstromvergasungsanlagen auf Al2O3-Basis-Werkstoffentwicklung und Korrosionsuntersuchungen[Al2O3に基づくエントレインドフローガス化プラントのための耐食性及び耐熱衝撃性の耐火材料-材料開発及び腐食研究]Thesis,Technische Universitaet Bergakademie Freiberg,第2.3.1章]Corrosions-und thermoschock bestaendige Feuerfest materialien fuer Flugströmvergasungsanlagen auf Al2O3-Basis-Werkstoffentw [Corrosion-resistant and thermal shock-resistant refractory materials for entrained flow gasification plants based on Al2O3 - Materials development and corrosion research] Thesis, Technische Universitaet Bergakademie Freiber g, Chapter 2.3.1] Deutsche Gesellschaft Feuerfest-und Schornsteinbau e.V.[耐火物及び煙突建設ドイツ協会]からの「Feuerfestbau」[耐火物構造])」Deutsche Gesellschaft Feuerfest-und Schornsteinbau e. V. "Feuerfestbau" [Refractory Structures] from [German Association of Refractories and Chimney Construction]

したがって、基本的な目的は、電気的及び/又は熱的な絶縁材として機能し、かつ、所定の圧力を担う反応器ジャケット部から機械的に分離されるモジュール式自立装置を開示することであった。さらなる目的は、反応器ジャケット部からのライニングの機械的分離を達成するために、高温反応のライニングのためのモジュール式自立型骨組(フレームワークを開示することであった。さらなる目的は、反応器内の反応ゾーンと所定の圧力を担う反応器ジャケット部(圧力定格反応器シェルとの間の装置に関して簡単な電気的絶縁を可能にするライニングを開示することであった。さらなる目的は、60バールまでの反応圧力に耐え、同時にその断熱効果を確実に保持するライニングを開示することであった。さらなる目的は、高められた化学的耐食性、高められた熱サイクル安定性、及び材料の剥離に対する高められた抵抗性により、長寿命を示すライニングを開示することであった。 The basic objective was therefore to disclose a modular, self-supporting device which acts as electrical and/or thermal insulation and is mechanically separated from the reactor jacket section which carries a given pressure. Ta. A further objective was to disclose a modular self-supporting framework for high temperature reaction linings in order to achieve mechanical separation of the lining from the reactor jacket . A further aim was to disclose a lining that allows simple electrical isolation for the device between the reaction zone in the reactor and the reactor jacket part (pressure rated reactor shell ) carrying a given pressure. . A further aim was to disclose a lining that withstands reaction pressures of up to 60 bar and at the same time reliably retains its thermal insulation effect. A further aim was to disclose a lining that exhibits a long service life due to increased chemical corrosion resistance, increased thermal cycling stability and increased resistance to delamination of the material.

驚くべきことに、少なくとも1つの所定の圧力を担う装置ジャケット部と、該装置ジャケット部の内部に配置された少なくとも1つのモジュール式骨組体系物から構成され、該モジュール式骨組体系物は、2つの異なるブリッジ種類から構成されている装置システムが示されたが、該装置システムは、複数の横向きブリッジが少なくとも1つの角柱又は円柱を形成し、及び複数の側方ブリッジが、前記角柱又は前記円柱の内部に突出し、前記横向きブリッジ及び前記側方ブリッジが、相互に入り込んだ状態に差込可能であり、及び/又は1つ以上の接続要素の助けを借りて接続可能であり、前記ブリッジの材料はセラミック繊維複合材料を含むことを特徴とするものである。 Surprisingly , it consists of at least one device jacket part carrying a predetermined pressure and at least one modular framework system arranged inside the device jacket part , said modular framework system comprising: A device system has been shown that is comprised of two different bridge types , wherein the plurality of lateral bridges form at least one prism or cylinder, and the plurality of lateral bridges form at least one prism or cylinder. Projecting into the interior of the cylinder, said transverse bridge and said lateral bridge are pluggable into each other and/or connectable with the aid of one or more connecting elements, said bridge The material is characterized in that it includes a ceramic fiber composite material.

さらに開示されているのは、発泡セラミック材料を含む耐火レンガを有する、セラミック繊維複合材料を含む自立型骨組体系物(フレームワークシステムであり、ここでレンガは本発明のモジュール式骨組体系物によって支持されている。 Further disclosed is a self-supporting framework system comprising a ceramic fiber composite material having refractory bricks comprising a foamed ceramic material, wherein the bricks are provided by a modular framework system of the present invention. Supported.

内部に配置されたモジュール式骨組体系物の説明は次のとおりである:
好ましくは、横向きブリッジは、底面が多角形である正多角柱、又は底面がである均質な円柱を形成する。
A description of the internally arranged modular framework system is as follows:
Preferably, the transverse bridge forms a regular polygonal prism with a polygonal base or a homogeneous cylinder with a circular base.

好ましくは、切欠きは、スロット又は穴の形態をとり、有利には、DIN24041に記載されているような穴の形状、例えば、長孔、好ましくは角張った長孔、又は丸みを帯びたコーナーを有する長孔の形態をとる。 Preferably, the cutout takes the form of a slot or a hole, advantageously having the shape of the hole as described in DIN 24041, for example a slotted hole, preferably an angular slotted hole, or a rounded corner. It takes the form of a long hole.

使用される接続要素は、有利には、横向きブリッジ及び側方ブリッジとの間の形状嵌合接続及び/又は粘着接続であってよく、例えば、組合わせプラグ接続及び接着剤接合、好ましくは、ほぞ継ぎ、さねはぎ又はあり継ぎである。 The connecting elements used may advantageously be form-fit connections and/or adhesive connections between the transverse bridge and the lateral bridges , such as mating plug connections and adhesive connections, preferably mortise and tenon connections. It is a seam, tongue and groove or dovetail joint.

本発明における「骨組(フレームワーク」は、好ましくは、互いに交差して接続され、可能なライニングの側方力を受け入れる(吸収することができる垂直ブリッジ(vertikale Stege:ドイツ語)を意味すると理解される。骨組は、有利にはライニングを、放射(半径方向及び円周方向に境界を定め得るセグメントに分割することができる。 A " framework " according to the invention preferably comprises vertical bridges (vertikale Stege: German) which are connected crosswise to each other and are able to accept ( absorb ) possible lateral forces of the lining in their planes. understood to mean. The framework can advantageously divide the lining into segments that can delimit radially and circumferentially .

本発明における「自立型」は、60MPaまでの圧力であっても、いかなる支持体、特に壁によるいかなる側方向の支持体も必要としない骨組を意味するものと理解される。骨組内では、流動損失及び可能な床のサイロ力と呼ばれるものによって、約0.5MPaの応力を支配できる。 "Freestanding" in the present invention is understood to mean a framework that does not require any support, in particular any lateral support by walls, even at pressures up to 60 MPa. Within the framework , stresses of approximately 0.5 MPa can dominate due to flow losses and what are called possible bed silo forces.

所定の圧力を担う装置ジャケット部又は所定の圧力を担う反応器ジャケット部」とは、容器の内部と環境との間の圧力差に耐える容器の境界を意味するものと理解される。所定の圧力を担う反応器ジャケット部は、本質的には3つの部分:容器の下端部、上端部及び側壁を備える。 "Apparatus jacket part carrying a given pressure or reactor jacket part carrying a given pressure " is understood to mean the boundary part of the container which withstands the pressure difference between the interior of the container and the environment. The reactor jacket , which carries a given pressure , essentially comprises three parts: the lower end of the vessel, the upper end and the side walls.

「ライニング」とは、モルタル又はセメントにより接着可能なシート、レンガ又はモールディングからなる防護を意味するものと理解され、これらは気密性又は遮断性の中間層を含み、さらに、施された及びセラミック製の内装物は、熱的、機械的及び化学的な影響に対して十分に抵抗力を有するものと理解される(DIN 28060及びDIN 28071)。1986年以降、ドイツ語のAusmauerung[レンガ-ライニング]はAuskleidung[ライニング]に置き換えられている(DIN 28071)。 "Lining" is understood to mean a protection consisting of a sheet, brick or molding that can be adhered by mortar or cement, which includes an air-tight or barrier intermediate layer and further includes applied layers and Ceramic interiors are understood to be sufficiently resistant to thermal, mechanical and chemical influences (DIN 28060 and DIN 28071). Since 1986, the German word Ausmauerung [brick-lining] has been replaced by Auskleidung [lining] (DIN 28071).

「セグメント」は、円周方向の骨組のモジュールユニットを意味すると理解される。横向きブリッジは、放射方向(半径方向におけるセグメントの区切りを定義する。側方ブリッジは、円周方向におけるセグメントの位置を定義し、円周方向の隣接する横向きブリッジ間の隙間、又はこれらの隙間に挿入される分離ブリッジが、セグメントを円周方向に境界付ける(図2~図4参照)。 "Segment" is understood to mean a modular unit of the circumferential framework . The transverse bridges define the separation of segments in the radial direction . The lateral bridges define the position of the segment in the circumferential direction, and gaps between circumferentially adjacent lateral bridges , or separating bridges inserted into these gaps, bound the segment in the circumferential direction ( (See Figures 2 to 4).

「ボックス」とは、放射方向に見て、2つの隣接して平行な、又は中心を同じくする楕円円弧の、好ましくは平行な、又は中心を同じくする円曲線状の横向きブリッジ、対応する側方ブリッジ及び場合により、周囲方向に隣接する上記横向きブリッジの間の間隙部、ないしは有利なことには、この間隙に差し込まれた前記分離ブリッジによって囲まれた領域を意味すると理解される(図2~図4参照)。 "Box" means, seen in the radial direction, two adjacent parallel or concentric elliptical arc -shaped , preferably parallel or concentric circular curve-shaped transverse bridges , corresponding lateral bridges and, optionally, the gap between the circumferentially adjacent said lateral bridges or advantageously the area surrounded by said separating bridges inserted into this gap. (See Figures 2 to 4).

「正面」又は「前側」という言葉は、反応器の内部に向けられた領域を意味するものと理解される。「後面」、「外側」又は「裏側」という言葉は、反応器の外円周に向けられた領域を意味するものと理解される。「頂部」、「底部」、及び「側面」という言葉は、直立した反応器に関するものであると理解される。「下」、「中央」、「上」という言葉は、測地学的な意味で使用される。 The words "front side" or "front side" are understood to mean the area directed toward the interior of the reactor. The words "rear side", "outside" or "back side" are understood to mean the area directed towards the outer circumference of the reactor. The words "top", "bottom" and "side" are understood to refer to an upright reactor. The words "lower", "center" and "upper" are used in a geodetic sense.

「セラミック繊維複合材料」は、繊維強化セラミック、特に酸化物セラミックを意味するものと理解され、例えば、M.Schmuecker,「Faserverstaerkte oxidkeramische Werkstoffe」[繊維強化酸化物セラミック材料],Materialwissenschaften und Werkstofftechnik,2007年,38,No.9,698~704頁に記載されているような材料を意味する。セラミック繊維複合材料は、繊維骨組(フレームワーク、織物、不織布スクリム、セラミック繊維編物及び/又は組紐、並びに焼結セラミック粉末のフィラーマトリックスを含む。 "Ceramic fiber composites" are understood to mean fiber-reinforced ceramics, in particular oxide ceramics, such as, for example, M. Schmuecker, “Fiber-reinforced oxide ceramic materials”, Materialwissenschaften und Werkstofftechnik, 2007, 38, No. 9, pages 698-704. Ceramic fiber composites include a fibrous framework , a woven fabric, a nonwoven scrim, a ceramic fiber knit and/or braid, and a filler matrix of sintered ceramic powder.

したがって、繊維複合材料は、セラミック粒子のマトリックスであって、該セラミック粒子の間はセラミック繊維、特に50mmより長い繊維長を有する連続繊維が巻線形態又は織物として埋め込まれた、セラミック粒子のマトリックスによって特徴付けられる。これらは、繊維強化セラミック、複合セラミック、又は繊維セラミックと呼ばれている。マトリックス及び繊維は、原則として、公知の任意のセラミック材料から構成されていてもよく、カーボンもこれに関連してセラミック材料として扱われる。 The fiber composite material is therefore a matrix of ceramic particles in which ceramic fibers, in particular continuous fibers with a fiber length greater than 50 mm, are embedded in the form of a winding or as a fabric. characterized. These are called fiber reinforced ceramics, composite ceramics, or fiber ceramics. The matrix and the fibers may in principle consist of any known ceramic material, carbon also being treated as a ceramic material in this connection.

「酸化繊維複合セラミック又は酸化繊維複合材料」は、セラミック、酸化繊維及び/又は非酸化繊維を含む酸化セラミック粒子のマトリックスを意味すると理解される。 "Oxidized fiber composite ceramic or oxidized fiber composite material" is understood to mean a matrix of oxidized ceramic particles comprising ceramic, oxidized fibers and/or non-oxidized fibers.

繊維及び/又はマトリックスの好ましい酸化物は、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、希土類、Th、U、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、B、Al、Ga、Si、Ge、Sn、Li、Na、K、Rb、Cs、Re、Ru、Os、lr、Pt、Rh、Pd、Cu、Ag、Au、Cd、In、Tl、Pb、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、の群からの元素の酸化物及びこれらの酸化物の混合物である。 Preferred oxides of the fiber and/or matrix include Be, Mg, Ca, Sr, Ba, rare earth, Th, U, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co. , Ni, Zn, B, Al, Ga, Si, Ge, Sn, Li, Na, K, Rb, Cs, Re, Ru, Os, lr, Pt, Rh, Pd, Cu, Ag, Au, Cd, In , Tl, Pb, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, and mixtures of these oxides.

混合物は、有利には、繊維及びマトリックスの双方の材料として適している。繊維とマトリックスは一般的に同じ材料で作られる必要はない。 The mixture is advantageously suitable as both fiber and matrix material. The fibers and matrix generally do not need to be made of the same material.

原則として、二成分混合物だけでなく、三成分混合物及びそれ以上の混合物も適切であり、重要である。混合物において、個々の成分は等モル量で存在してもよいが、有利な混合物は、ドーピングを含む一成分が1%未満の濃度で存在する、混合物の個々の成分の濃度が著しく異なるものである。 In principle, not only binary mixtures, but also ternary and higher mixtures are suitable and of interest. In a mixture, the individual components may be present in equimolar amounts, but advantageous mixtures are those in which the concentrations of the individual components of the mixture differ significantly, with one component, including the doping, being present at a concentration of less than 1%. be.

特に有利な混合物は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム及び酸化イットリウムの二元混合物及び三元混合物(例えば酸化ジルコニウム強化酸化アルミニウム);炭化ケイ素と酸化アルミニウムの混合物;酸化アルミニウムと酸化マグネシウムの混合物(MgOスピネル);酸化アルミニウムと酸化ケイ素の混合物(ムライト);ケイ酸アルミニウムとケイ酸マグネシウムの混合物、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び酸化マグネシウムの三元混合物(コーディエライト);ステアタイト(ケイ酸マグネシウム);酸化ジルコニウム強化酸化アルミニウム;安定化酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)又は酸化イットリウム(Y)の形態の安定剤、使用される他の安定剤には、酸化セリウム(CeO)、酸化スカンジウム(ScO)又は酸化イッテルビウム(YbO)が含まれ;さらにチタン酸アルミニウム(酸化アルミニウム及び酸化チタンの化学量論的混合物);窒化ケイ素及び酸化アルミニウム(シリコンアルミニウム酸窒化物(silicon aluminum oxynitride)SIALON)。 Particularly advantageous mixtures are binary and ternary mixtures of aluminum oxide, zirconium oxide and yttrium oxide (for example zirconium oxide reinforced aluminum oxide); mixtures of silicon carbide and aluminum oxide; mixtures of aluminum oxide and magnesium oxide (MgO spinel). ; mixture of aluminum oxide and silicon oxide (mullite); mixture of aluminum silicate and magnesium silicate, ternary mixture of aluminum oxide, silicon oxide and magnesium oxide (cordierite); steatite (magnesium silicate); zirconium oxide Reinforced aluminum oxide; stabilizers in the form of stabilized zirconium oxide (ZrO 2 ), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO) or yttrium oxide (Y 2 O 3 ); other stabilizers used include oxidized Contains cerium (CeO 2 ), scandium oxide (ScO 3 ) or ytterbium oxide (YbO 3 ); also aluminum titanate (a stoichiometric mixture of aluminum oxide and titanium oxide); silicon nitride and aluminum oxide (silicon aluminum oxide). nitride (silicon aluminum oxynitride) SIALON).

使用される酸化ジルコニウム強化酸化アルミニウムは、有利には10~20mol%のZrOを有するAlである。ZrOは、有利には、10~20mol%、好ましくは16mol%のCaO、10~20mol%、好ましくは16mol%のMgO、又は5~10mol%、好ましくは8mol%のY(「完全に安定化された酸化ジルコニウム」)、又は1~5mol%、好ましくは4mol%のY(「部分的に安定化された酸化ジルコニウム」)を用いて安定化させることができる。有利な三元混合物は、例えば、80%のAl、18.4%のZrO、及び1.6%のYである。 The zirconium oxide-reinforced aluminum oxide used is preferably Al 2 O 3 with 10 to 20 mol % ZrO 2 . ZrO 2 advantageously contains 10-20 mol%, preferably 16 mol% CaO, 10-20 mol%, preferably 16 mol% MgO, or 5-10 mol%, preferably 8 mol% Y 2 O 3 (“completely or with 1 to 5 mol %, preferably 4 mol % Y 2 O 3 (“partially stabilized zirconium oxide”). A preferred ternary mixture is, for example, 80% Al 2 O 3 , 18.4% ZrO 2 and 1.6% Y 2 O 3 .

前述の材料(混合物及び個々の成分)と同様に、酸化セラミックマトリックス中の玄武岩(basalt)、窒化ホウ素、炭化タングステン、窒化アルミニウム、二酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛及び/又は炭化ホウ素の繊維も考えられる。 Similar to the aforementioned materials (mixtures and individual components), basalt, boron nitride, tungsten carbide, aluminum nitride, titanium dioxide, barium titanate, lead zirconate titanate and/or boron carbide in an oxidized ceramic matrix. Fibers are also considered.

有用な繊維は、酸化繊維、炭化繊維、窒化繊維又はC繊維(C fiber)、及びSiBCN繊維のクラスで覆われた補強繊維を含む。より具体的には、セラミック複合材料の繊維は、酸化アルミニウム、ムライト、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム及び/又は炭素繊維である。ムライトは、酸化アルミニウムと酸化ケイ素の固溶体からなる。酸化物セラミック(Al、SiO、ムライト)又は非酸化物セラミック(C、SiC)の繊維を使用が好ましい。 Useful fibers include oxidized, carbonized, nitrided or C fibers, and reinforcing fibers coated with the SiBCN fiber class. More specifically, the fibers of the ceramic composite are aluminum oxide, mullite, silicon carbide, zirconium oxide and/or carbon fibers. Mullite consists of a solid solution of aluminum oxide and silicon oxide. Preference is given to using fibers of oxide ceramics (Al 2 O 3 , SiO 2 , Mullite) or non-oxide ceramics (C, SiC).

耐クリープ性繊維、すなわちクリープ範囲内(1400℃以下の温度範囲内)で、残留する変形、つまりクリープ伸びが経時的に増加しないか、最小である繊維を使用することが有利に可能である。3M社は、NEXTEL繊維について、70MPaの引張荷応力で1000時間後の1%の持続伸び(残留伸び)について、以下の限界温度:NEXTEL440:875℃、NEXTEL550及びNEXTEL610:1010℃、NEXTEL720:1120℃(参照:Nextel(商標)Ceramic Textiles Technical Notebook、3M、2004年)を報告している。 It is advantageously possible to use creep-resistant fibers, ie fibers whose residual deformation, ie creep elongation, does not increase over time or is minimal within the creep range (in the temperature range below 1400° C.). 3M has established the following limit temperatures for NEXTEL fibers for 1% sustained elongation (residual elongation) after 1000 hours at a tensile stress of 70 MPa: NEXTEL 440: 875°C, NEXTEL 550 and NEXTEL 610: 1010°C, NEXTEL 720: 1120°C. (Reference: Nextel™ Ceramic Textiles Technical Notebook, 3M, 2004).

繊維は、有利には1~50μm、好ましくは5~20μm、より好ましくは8~15μmの直径を有する。それらは、有利には、通常平織り又はサテン織りで織り込まれ、繊維シート(textile sheet)を得、ホースを形成するために編まれ、又は繊維束(fiber bundle)としてフォーム(形状物)の周りに巻き付けられる。セラミック複合システムの製造のために、繊維束又は織布は、例えば、後のセラミックマトリックスの成分、有利にはAl又はムライトを含むスリップ(slip)で含浸される(Schmuecker,M.(2007),Faserverstaerkte oxidkeramische Werkstoffe,Materialwissenschaft und Werkstofftechnik,38(9),698~704頁)。700℃超で熱処理すると、有利には50MPa超、好ましくは70MPa超、さらに好ましくは100MPa超、特に120MPa超の引張強度を有する、セラミック繊維及びセラミックマトリックスで構成される高強度の複合構造最終的に得られる。 The fibers advantageously have a diameter of 1 to 50 μm, preferably 5 to 20 μm, more preferably 8 to 15 μm. They are advantageously woven, usually in a plain or satin weave, to obtain a textile sheet, knitted to form a hose, or as a fiber bundle around a form. Can be wrapped around. For the production of ceramic composite systems, fiber bundles or woven fabrics are impregnated with slips containing, for example, components of the subsequent ceramic matrix, preferably Al 2 O 3 or mullite (Schmuecker, M. 2007), Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 38(9), pp. 698-704). Heat treatment above 700° C. results in a high-strength composite structure composed of ceramic fibers and a ceramic matrix, advantageously having a tensile strength of more than 50 MPa, preferably more than 70 MPa, more preferably more than 100 MPa, especially more than 120 MPa. can be obtained.

好ましくは、使用されるセラミック繊維複合材料は、SiC/Al、SiC/ムライト、C/Al、C/ムライト、Al/Al、Al/ムライト、ムライト/Al及び/又はムライト/ムライトである。ここで、スラッシュの前の材料は繊維の種類を示し、スラッシュの後の材料はマトリックスの種類を示す。セラミック繊維複合構造に使用されるマトリックス系はまた、シロキサン、Si前駆体、及び例えば酸化ジルコニウムを含む多様な異なる酸化物であってもよい。好ましくは、セラミック繊維複合材料は少なくとも99質量%のAl及び/又はムライトを含む。 Preferably, the ceramic fiber composites used are SiC/ Al2O3 , SiC/mullite, C / Al2O3 , C/mullite , Al2O3 / Al2O3 , Al2O3 /mullite . , mullite/Al 2 O 3 and/or mullite/mullite. Here, the material before the slash indicates the type of fiber, and the material after the slash indicates the type of matrix. The matrix systems used in ceramic fiber composite structures may also be siloxanes, Si precursors, and a variety of different oxides including, for example, zirconium oxide. Preferably, the ceramic fiber composite material comprises at least 99% by weight of Al 2 O 3 and/or mullite.

本発明では、酸化物セラミック繊維に基づく繊維複合材料、例えば3M(商標)NEXTEL(商標)312、NEXTEL(商標)440、NEXTEL(商標)550、NEXTEL(商標)610、NEXTEL(商標)720、又はメーカーWalter E.C.Pritzkow SpezialkeramikからのMvM 1415N、MvM 1415N-2220、AvM 1415N、AvM 1415N-3000、FW12及び/又はFW30製品を使用することが好ましい。NEXTEL610、NEXTEL720、及びAVM1415N-3000、及び/又はFW12及び/又はFW30の製品を使用すること特に好ましい。さらに、日本のNitivyからの繊維を使用することが有利に可能である。 In the present invention, fiber composite materials based on oxide ceramic fibers, such as 3M(TM) NEXTEL(TM) 312, NEXTEL(TM) 440, NEXTEL(TM) 550, NEXTEL(TM) 610, NEXTEL(TM) 720, Manufacturer Walter E. C. Preference is given to using the MvM 1415N, MvM 1415N-2220, AvM 1415N, AvM 1415N-3000, FW12 and/or FW30 products from Pritzkow Spezialkeramik. Particular preference is given to using the products NEXTEL610, NEXTEL720 and AVM1415N-3000 and/or FW12 and/or FW30. Furthermore, it is advantageously possible to use fibers from Nitivy, Japan.

マトリックスは、有利には、繊維の充填レベル(複合構造の繊維の体積による割合)を20%~40%で有し;複合構造の全固形分は、有利には、50%~80%である。酸化物セラミック繊維に基づく繊維複合セラミックは、酸化ガス雰囲気中及び還元ガス雰囲気中で化学的に安定であり(すなわち、1200℃の空気中で15時間以上保存しても質量変化がなく(参考:Nextel(商標)Ceramic Textiles Technical Notebook,3M,2004年))、1300℃を超える温度で熱的に安定である。繊維複合セラミックは、準延性変形特性を有する。そのため、熱サイクルに対して安定しており、準延性破壊特性を有する。したがって、破壊が起きる前に成分の不具合の前兆が示される。 The matrix advantageously has a fiber loading level (volume proportion of fibers in the composite structure) of 20% to 40%; the total solids content of the composite structure is advantageously 50% to 80%. . Fiber composite ceramics based on oxide ceramic fibers are chemically stable in oxidizing and reducing gas atmospheres (i.e., there is no mass change even when stored in air at 1200 °C for more than 15 hours (reference: Nextel™ Ceramic Textiles Technical Notebook, 3M, 2004)), is thermally stable at temperatures above 1300°C. Fiber composite ceramics have quasi-ductile deformation properties. Therefore, it is stable against thermal cycles and has quasi-ductile fracture characteristics. Therefore, there is an indication of component failure before failure occurs.

繊維複合材料は、有利には20%~50%の多孔度を有する;したがってそれはDIN 623-2の定義による気密ではない。繊維複合材料は、有利には1500℃まで、好ましくは1400℃まで、より好ましくは1300℃までの長期使用温度を有する。繊維複合材料は、有利には、50MPa超、好ましくは70MPa超、より好ましくは100MPa超、特に120MPa超の強度を有する。繊維複合材料は、有利には、0.2%~1%の弾性変形の降伏点を有する。繊維複合材料は、有利には、DIN EN 993-11に従った熱サイクル安定性を有する。繊維複合材料は、有利には、4~8.5の熱膨張係数[ppm/K]を有する。繊維複合材料は、有利には

Figure 2020030598000001
の熱伝導率を有する。 The fiber composite material advantageously has a porosity of 20% to 50%; it is therefore not airtight according to the definition of DIN 623-2. The fiber composite material advantageously has a long-term service temperature of up to 1500°C, preferably up to 1400°C, more preferably up to 1300°C. The fiber composite material advantageously has a strength of more than 50 MPa, preferably more than 70 MPa, more preferably more than 100 MPa, especially more than 120 MPa. The fiber composite material advantageously has a yield point of elastic deformation of 0.2% to 1%. The fiber composite material advantageously has thermal cycling stability according to DIN EN 993-11. The fiber composite material advantageously has a coefficient of thermal expansion [ppm/K] of 4 to 8.5. Fiber composite materials are advantageously
Figure 2020030598000001
It has a thermal conductivity of

セラミック繊維複合材料は、有利には、CVI(化学蒸気浸透)法、熱分解、特にLPI(液体ポリマー浸透)法、又はLSI(液体シリコン浸透)法などの化学反応によって製造することができる。 Ceramic fiber composites can advantageously be produced by chemical reactions such as the CVI (chemical vapor infiltration) method, pyrolysis, especially the LPI (liquid polymer infiltration) method or the LSI (liquid silicon infiltration) method.

骨組(フレームワークは、有利には、円周方向でモジュール式に構成されている(図2~図4参照)。骨組は、有利には、上向き方向でモジュール式に構成されている(図5及び図6参照)。円周方向におけるモジュールユニットは、セグメントと呼ばれる。垂直方向におけるモジュールユニットは、層と呼ばれる。モジュール式骨組は、少なくとも2つの異なるタイプのブリッジ種類を有する。このブリッジの第1の種類、セグメント、好ましくはライニングセグメンントの区切り(境界)半径方向に定義する。これらのブリッジ(Steg)は、横向きブリッジと呼ばれる。ブリッジの第2の種類は、円周方向におけるセグメント、好ましくはライニングセグメントの位置を定義する。これらのブリッジは、側方ブリッジと呼ばれる。 The framework is advantageously designed modularly in the circumferential direction (see FIGS. 2 to 4). The skeleton is advantageously constructed modularly in the upward direction (see FIGS. 5 and 6). Modular units in the circumferential direction are called segments. Modular units in the vertical direction are called layers. The modular framework has at least two different types of bridge types . This first type of bridge radially defines the delimitation (boundary) of a segment , preferably a lining segment. These bridges (Steg) are called lateral bridges . The second type of bridge defines the position of the segment, preferably the lining segment, in the circumferential direction. These bridges are called lateral bridges .

有利には、骨組は、さらなるブリッジ状の要素を含んでいてもよい。このような要素は、有利には、円周方向に隣接する2つの横向きブリッジの間の隙間に挿入される(図5参照)。これらの要素は、分離ブリッジとも呼ばれる。あるいは、セグメントの横方向の決定は、有利には、追加の側方ブリッジによって達成され得る。 Advantageously, the skeleton may include further bridge-like elements. Such an element is advantageously inserted into a gap between two circumferentially adjacent transverse bridges (see FIG. 5). These elements are also called isolation bridges . Alternatively, the lateral determination of the segments may advantageously be achieved by additional lateral bridges .

さらなる要素、有利には、横向きブリッジの互いに重なり合う2つの層の間に水平に挟み込まれてよい(図7参照)。これらの要素は、平面ブリッジと呼ばれる。平面ブリッジは、有利には、可能なライニングの多孔質構造における大面積対流クラスターの形成に対する障壁を形成し得る。さらに、平面ブリッジは、有利には、骨組全体を分解することなく、ライニングの可能なレンガの局所的に限定された交換を可能にする。 Further elements may advantageously be sandwiched horizontally between two mutually overlapping layers of the transverse bridge (see FIG. 7). These elements are called planar bridges . Planar bridges may advantageously form a barrier to the formation of large area convective clusters in the porous structure of the possible lining. Furthermore, the planar bridge advantageously allows locally limited replacement of the bricks capable of lining without disassembling the entire framework .

横向きブリッジは、有利には、平面状若しくは角度付き長方形の板、又は円柱シェルの形態をとる(「円柱とは、閉じた母線を有する円柱面と2つの平行な平面によって拘束される図形、円柱の主表面である」、Bronstein、251頁、図2.49)。 The transverse bridge advantageously takes the form of a planar or angled rectangular plate or a cylindrical shell (a cylinder is a figure bounded by a cylindrical surface with a closed generatrix and two parallel planes; Bronstein, p. 251, Figure 2.49).

さらに、横向きブリッジ(トランスバース要素は、波形シートの形態をとってもよい。波形は正弦波状又は三角形であってよい。振幅は、有利には、1mm~100mm、好ましくは2mm~50mm、特に3mm~20mmである。波長は、有利には、2mm~500mm、好ましくは5mm~200mm、特に10mm~100mmである。 Additionally, the transverse bridge ( transverse element ) may take the form of a corrugated sheet. The waveform may be sinusoidal or triangular. The amplitude is advantageously between 1 mm and 100 mm, preferably between 2 mm and 50 mm, especially between 3 mm and 20 mm. The wavelength is advantageously between 2 mm and 500 mm, preferably between 5 mm and 200 mm, especially between 10 mm and 100 mm.

上面図では、横向きブリッジは、1つ以上の多角形、好ましくは正多角形、又は1つ以上の同心楕円形、好ましくは1つ以上の同心円を形成する。上面図における波形の横向きブリッジは、周期関数又はトロコイドの形状を有する。側方ブリッジ(ラテラル要素は、有利には星形に配置されている(図2~図5参照)。 In top view, the transverse bridge forms one or more polygons, preferably regular polygons, or one or more concentric ellipses, preferably one or more concentric circles. The wavy transverse bridge in top view has the shape of a periodic function or trochoid. The lateral bridges ( lateral elements ) are preferably arranged star-shaped (see FIGS. 2 to 5).

多角形の基底面を有する角柱は、有利には、3~60個の横向きブリッジ、好ましくは4~40個の横向きブリッジ、特に6~24個の横向きブリッジを有する。楕円形、特に円形の基底面を有する円柱は、有利には、好ましくは円弧の形で、3~60個の楕円形の横向きブリッジ、好ましくは4~40個の横向きブリッジ、特に6~24個の横向きブリッジを有する。好ましくは楕円、特に円を基底面とする円柱の直径、又は多角形、好ましくは正多角形の対角線は、有利には、0.2m~20mの間、好ましくは0.5m~15mの間、特に1m~10mの間である。 The prisms with polygonal bases advantageously have from 3 to 60 transverse bridges , preferably from 4 to 40 transverse bridges , in particular from 6 to 24 transverse bridges . The cylinder with an oval, in particular circular, base surface advantageously has 3 to 60 oval transverse bridges , preferably 4 to 40 transverse bridges, in particular 6 to 24 transverse bridges , preferably in the form of an arc. It has a horizontal bridge . The diameter of a cylinder, preferably an ellipse, in particular a circle, or a diagonal of a polygon, preferably a regular polygon, is advantageously between 0.2 m and 20 m, preferably between 0.5 m and 15 m, Especially between 1m and 10m.

円周方向に隣接する2つの横向きブリッジ間の隙間の大きさは、有利には、0~200mm、好ましくは1~100mm、さらに好ましくは2~50mm、特に3~20mmである。 The size of the gap between two circumferentially adjacent transverse bridges is advantageously between 0 and 200 mm, preferably between 1 and 100 mm, more preferably between 2 and 50 mm, especially between 3 and 20 mm.

任意に、円周方向に隣接する横向きブリッジの端部は重なってもよい(図8参照)。重なりの大きさは、有利には200~20mmである。重ね継手は、有利には、熱安定性の高いセメントで充填され、及び/又は、有利にはセラミック繊維複合材料、例えばOCMCから製造されるリベットで接合される。 Optionally, the ends of circumferentially adjacent transverse bridges may overlap (see FIG. 8). The size of the overlap is advantageously between 200 and 20 mm. The lap joints are advantageously filled with a highly thermostable cement and/or joined with rivets, which are advantageously made from a ceramic fiber composite material, for example OCMC.

シート状又は円柱状の横向きブリッジは、有利には、100mm~5m、好ましくは200mm~3m、特に500mm~2mの高さ(要素高)を有する。横向きブリッジは、有利には、100mm~5m、好ましくは250mm~3m、特に500mm~2mの長さを有する。横向きブリッジは、有利には、0.2mm~20mm、好ましくは0.5mm~10mm、特に1mm~5mmの厚さを有する。 The sheet-like or cylindrical transverse bridge advantageously has a height (element height) of from 100 mm to 5 m, preferably from 200 mm to 3 m, in particular from 500 mm to 2 m. The transverse bridge advantageously has a length of 100 mm to 5 m, preferably 250 mm to 3 m, in particular 500 mm to 2 m. The transverse bridge advantageously has a thickness of 0.2 mm to 20 mm, preferably 0.5 mm to 10 mm, in particular 1 mm to 5 mm.

有利には、上面視で多角形、好ましくは正多角形、又は楕円形、好ましくは円形を形成する横向きブリッジは、同じ高さ、幅、及び厚さを有する。有利には、モジュール式骨組(モジュールフレームワークは、横向きブリッジから形成され、均一な角柱又は円柱の形で、互いに重ねて配置された複数の層を有し、有利には、1層から100層、好ましくは2層から50層、特に3層から30層である(図4及び5を参照)。 Advantageously, the transverse bridges forming a polygon, preferably a regular polygon, or an ellipse, preferably a circle in top view have the same height, width and thickness. Advantageously, the modular framework is formed from transverse bridges and has a plurality of layers arranged on top of each other in the form of a uniform prism or cylinder, advantageously from 1 to 100 layers. layers, preferably 2 to 50 layers, especially 3 to 30 layers (see Figures 4 and 5).

重ね合わせた要素の全高は、有利には100mm~50m、好ましくは200mm~20m、特に500mm~10mである。 The overall height of the superimposed elements is advantageously between 100 mm and 50 m, preferably between 200 mm and 20 m, in particular between 500 mm and 10 m.

モジュール式骨組体系物(モジュールフレームワーク)では、すべての相互に重ね合わされる層の横向きブリッジの高さは、有利には同一である(ブリッジ)。 In a modular framework , the transverse bridge heights of all mutually superposed layers are advantageously the same ( bridge height ).

有利には、上面視で、同心の多角形、好ましくは正多角形、又は同心の楕円形、好ましくは円として配置される、平行な横向きブリッジ又は同心楕円弧状の横向きブリッジ、好ましくは平行な横向きブリッジ又は同心円弧状の横向きブリッジを使用することができる(図2~5参照)。有利には、2~20個の平行な横向きブリッジ又は同心楕円弧状の横向きブリッジ、好ましくは、平行横向きブリッジ又は同心円弧状の横向きブリッジが使用され、好ましくは2~5個である。横向きブリッジで構成される、放射方向(半径方向で隣接する多角形、好ましくは正多角形、又は隣接する楕円形、好ましくは円形の間の距離は、好ましくは10mm~1000mm、好ましくは20mm~500mm、より好ましくは40mm~250mmである。有利には、この距離は、半径方向で隣接するすべての横向きブリッジについて同じである。 Advantageously, parallel transverse bridges or concentric elliptical arc-shaped transverse bridges, preferably parallel transverse bridges , arranged in top view as concentric polygons , preferably regular polygons, or concentric ellipses, preferably circles Bridges or concentric arc-shaped transverse bridges can be used (see Figures 2-5). Advantageously, 2 to 20 parallel transverse bridges or concentric elliptical arc transverse bridges are used, preferably 2 to 5 parallel transverse bridges or concentric arc transverse bridges . The distance between radially adjacent polygons, preferably regular polygons , or adjacent ellipses, preferably circular shapes, consisting of transverse bridges is preferably between 10 mm and 1000 mm, preferably between 20 mm and 20 mm. 500 mm, more preferably 40 mm to 250 mm. Advantageously, this distance is the same for all radially adjacent transverse bridges .

側方ブリッジは、有利には、平面状又は波状の長方形(矩形)シートの形態をとる。 The lateral bridges advantageously take the form of flat or corrugated rectangular (rectangular) sheets.

波形は正弦波又は三角形であってよい。振幅は、有利には、1mm~100mm、好ましくは2mm~50mm、特に3mm~20mmである。波長は、有利には、2mm~500mm、好ましくは5mm~200mm、特に10mm~100mmである。 The waveform may be sinusoidal or triangular. The amplitude is advantageously between 1 mm and 100 mm, preferably between 2 mm and 50 mm, especially between 3 mm and 20 mm. The wavelength is advantageously between 2 mm and 500 mm, preferably between 5 mm and 200 mm, especially between 10 mm and 100 mm.

側方ブリッジは、有利には横向きブリッジに直交して配置される。 The lateral bridges are advantageously arranged perpendicular to the lateral bridges .

側方ブリッジは、有利には、100mm~5m、好ましくは200mm~3m、特に500mm~2mの高さ(ブリッジ)を有する。側方ブリッジは、有利には、50mm~2m、好ましくは100mm~1m、特に200mm~500mmの幅を有する。側方ブリッジは、有利には0.2mm~20mm、好ましくは0.5mm~10mm、特に1mm~5mmの厚さを有する。 The lateral bridges advantageously have a height ( bridge height ) of from 100 mm to 5 m, preferably from 200 mm to 3 m, in particular from 500 mm to 2 m. The lateral bridges advantageously have a width of 50 mm to 2 m, preferably 100 mm to 1 m, in particular 200 mm to 500 mm. The lateral bridges advantageously have a thickness of 0.2 mm to 20 mm, preferably 0.5 mm to 10 mm, in particular 1 mm to 5 mm.

相互に重ね複数の側方ブリッジの場合、中間側方ブリッジは、高さ、幅及び厚さが同じである(図6参照)。中間層の側方ブリッジの高さは、有利には、横向きブリッジブリッジの90%~110%、好ましくは横向きブリッジブリッジの95%~105%、より好ましくは横向きブリッジブリッジの98%~102%に相当し、特に横向きブリッジブリッジと同一である。最下層と最上層のブリッジは、中間層のブリッジと異なっていてもよい。有利には、最下層のブリッジは、中間ブリッジブリッジよりも10%~90%、好ましくは20%~75%、より好ましくは30%~60%、低いか高い。有利には、最上層のブリッジは、中間ブリッジブリッジよりも10%~90%、好ましくは20%~75%、より好ましくは30%~60%、低いか高い。最下層の側方ブリッジが中間側方ブリッジよりも低い場合、最上層のブリッジは、有利には、中間側方ブリッジよりも同じ比率だけ高い。最下層の側方ブリッジが中間側方ブリッジよりも高い場合、最上層のブリッジは、有利には、中間側方ブリッジよりも同じ比率だけ低い。有利には、側方ブリッジの上縁は、最上層の横向きブリッジの上縁と面一で終わっており、これは、上向き又は下向き方向の垂直のオフセット(ズレ)が、有利には、ブリッジの5%未満、好ましくは2%未満であることを意味する。最下の側方ブリッジと、最上の側方ブリッジの幅及び厚さは、有利には、中間側方ブリッジと同一である。 In the case of multiple lateral bridges stacked on top of each other , the intermediate lateral bridges have the same height, width and thickness (see FIG. 6). The height of the lateral bridges of the intermediate layer is advantageously between 90% and 110% of the bridge height of the lateral bridges , preferably between 95% and 105% of the bridge height of the lateral bridges , more preferably between 95% and 105% of the bridge height of the lateral bridges . It corresponds to 98% to 102% of the height , in particular the same as the bridge height of the transverse bridge . The bridge heights of the bottom and top layers may be different from the bridge heights of the middle layer. Advantageously, the bridge height of the bottom layer is 10% to 90% lower or higher than the bridge height of the intermediate bridges , preferably 20% to 75%, more preferably 30% to 60%. Advantageously, the bridge height of the top layer is 10% to 90% lower or higher than the bridge height of the middle bridge , preferably 20% to 75%, more preferably 30% to 60%. If the lateral bridge of the bottom layer is lower than the middle lateral bridge , the bridge of the top layer is advantageously higher than the middle lateral bridge by the same proportion. If the lateral bridges of the bottom layer are higher than the middle lateral bridges , the bridges of the top layer are advantageously lower by the same proportion than the middle lateral bridges . Advantageously, the upper edge of the lateral bridge ends flush with the upper edge of the uppermost lateral bridge , which means that a vertical offset in the upward or downward direction advantageously reduces the bridge height. This means less than 5%, preferably less than 2% of the diameter. The width and thickness of the lowermost lateral bridge and the uppermost lateral bridge are advantageously the same as the intermediate lateral bridge .

代替的に、各層において、横向きブリッジ及び側方ブリッジの上縁は、有利には面一で終わっており、これは、上向き又は下向き方向の垂直のオフセット(ズレ)が、有利には、ブリッジの5%未満、好ましくは2%未満であることを意味する。各層において、横向きブリッジ側方ブリッジの高さは有利には同一である。この構成は、平面ブリッジの使用に特に適している。 Alternatively, in each layer, the upper edges of the lateral bridges and lateral bridges advantageously end flush , which means that a vertical offset in the upward or downward direction advantageously reduces the bridge height. This means less than 5%, preferably less than 2% of the diameter. In each layer, the heights of the lateral bridges and the lateral bridges are advantageously the same. This configuration is particularly suitable for use with planar bridges .

有利には、モジュール式骨組では、相互に重なる側方ブリッジの数相互に重なる横向きブリッジの数の差は2未満でり、その数は、好ましくは同一である。 Advantageously, in the modular framework , the difference between the number of mutually overlapping lateral bridges and the mutually overlapping lateral bridges is less than two, and the numbers are preferably the same.

任意の分離ブリッジは、有利には、長方形のシートの形態をとる。 Any separating bridge advantageously takes the form of a rectangular sheet.

分離ブリッジは、有利には、角柱、好ましくは正角柱又は、円柱、好ましくは直円柱状態で、円周方向に隣接する横向きブリッジの間に配置される(図4及び5参照)。有利には、分離ブリッジは、角柱、好ましくは均一な角柱(正角柱)、又は円柱、好ましくは円柱状態で、円周方向で隣接する横向きブリッジの間に形成された隙間に挿入される。 The separating bridges are advantageously arranged between circumferentially adjacent transverse bridges in the form of a prism, preferably a right prism , or a cylinder, preferably a right cylinder (see FIGS. 4 and 5). Advantageously, the separating bridge is inserted into the gap formed between circumferentially adjacent transverse bridges in the form of a prism, preferably a uniform prism (regular prism), or a cylinder, preferably a regular cylinder. .

分離ブリッジは、有利には、100mmから5m、好ましくは200mmから3m、特に500mmから2mの高さを有する。分離ブリッジは、有利には50mmから2m、好ましくは100mmから1m、特に200mmから500mmの長さを有する。分離ブリッジは、有利には0.2mmから20mm、好ましくは0.5mmから10mm、特に1mmから5mmの厚さを有する。 The separating bridge advantageously has a height of 100 mm to 5 m, preferably 200 mm to 3 m, in particular 500 mm to 2 m. The separating bridge advantageously has a length of 50 mm to 2 m, preferably 100 mm to 1 m, in particular 200 mm to 500 mm. The separating bridge advantageously has a thickness of 0.2 mm to 20 mm, preferably 0.5 mm to 10 mm, in particular 1 mm to 5 mm.

分離ブリッジ側方ブリッジの長さの比は、有利には0.9~1.25である。分離ブリッジ側方ブリッジの高さの比は、有利には0.5~50、好ましくは0.75~10、より好ましくは0.9~5である。有利には、分離ブリッジの上縁は、最上層の横向きブリッジの上縁と面一で終わっており、これは、上向き又は下向き方向の垂直のオフセット(ズレ)が、有利には、要素高の5%未満、好ましくは2%未満であることを意味している。有利には、最上層で、分離ブリッジの上縁は、側方ブリッジの上縁と面一で終わっており、これは、上向き又は下向き方向の垂直のオフセット(ズレ)が、有利にはブリッジの5%未満、好ましくは2%未満であることを意味している。 The ratio of the lengths of the separating bridge and the lateral bridges is advantageously between 0.9 and 1.25. The ratio of the heights of the separating bridge and the lateral bridges is advantageously between 0.5 and 50, preferably between 0.75 and 10, more preferably between 0.9 and 5. Advantageously, the upper edge of the separating bridge ends flush with the upper edge of the transverse bridge of the top layer, which means that a vertical offset in the upward or downward direction advantageously reduces the element height. This means less than 5%, preferably less than 2%. Advantageously, on the top layer, the upper edge of the separating bridge ends flush with the upper edge of the lateral bridge , which means that a vertical offset in the upward or downward direction advantageously prevents the bridge height. This means less than 5%, preferably less than 2%.

任意の平面ブリッジは、横向きブリッジの形状に依存し、有利には、台形シート(長方形の横向きブリッジの場合)又は環状セグメントの形のシート(円弧形状の横向きブリッジの場合)である。 Any planar bridge depends on the shape of the transverse bridge , which is advantageously a trapezoidal sheet (in the case of a rectangular transverse bridge ) or a sheet in the form of annular segments (in the case of an arc-shaped transverse bridge ).

平面ブリッジは、有利には、相互に重ねた横向きブリッジの2つの層の間に水平に挿入される(図7参照)。平面ブリッジは、有利には、これらが側方ブリッジに挿入され得るように、切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットを有する。有利には、平面ブリッジは、横向きブリッジの上縁の上に横たわっている。 The planar bridge is advantageously inserted horizontally between two layers of transverse bridges superimposed on each other (see FIG. 7). The planar bridges advantageously have cutouts, preferably slots or openings, especially slots, so that they can be inserted into the lateral bridges . Advantageously, the planar bridge overlies the upper edge of the transverse bridge .

台形平面ブリッジは、有利には、100mm~5m、好ましくは200mm~3m、特に500mm~2mの底辺の長さを有する。さらに、台形平面ブリッジは、有利には、50mm~2m、好ましくは100mm~1m、特に200mm~500mmの高さを有する。台形角度、すなわち、正台形の底辺と等脚との間の鋭角な内角は、有利には30°~88°、好ましくは45°~86°、特に60°~84°である。例として、60セグメントに対して87°が有利であり、40セグメントに対して85.5°が有利であり、24セグメントに対して82.5°が有利である。さらに、台形平面ブリッジは、有利には0.2mm~20mm、好ましくは0.5mm~10mm、特に1mm~5mmの厚さを有する。 The trapezoidal planar bridge advantageously has a base length of from 100 mm to 5 m, preferably from 200 mm to 3 m, in particular from 500 mm to 2 m. Furthermore, the trapezoidal planar bridge advantageously has a height of between 50 mm and 2 m, preferably between 100 mm and 1 m, in particular between 200 mm and 500 mm. The trapezoidal angle, ie the acute internal angle between the base of the regular trapezoid and the isosceles, advantageously ranges from 30° to 88°, preferably from 45° to 86°, in particular from 60° to 84°. By way of example, 87° is advantageous for 60 segments, 85.5° is advantageous for 40 segments, and 82.5° is advantageous for 24 segments. Furthermore, the trapezoidal planar bridge advantageously has a thickness of between 0.2 mm and 20 mm, preferably between 0.5 mm and 10 mm, in particular between 1 mm and 5 mm.

環状セグメントの形態の平面ブリッジは、有利には、0.1m~10m、好ましくは0.25m~7.5m、特に0.5m~5mの外半径を有する。さらに、環状セグメントの形態の平面ブリッジは、有利には、50mm~2m、好ましくは100mm~1m、特に200mm~500mmの幅を有する。さらに、環状セグメントの形態の平面ブリッジは、6°~120°、好ましくは9°~90°、より好ましくは15°~60°の角度セクタ(Winkelausschnitt:ドイツ語)を有する。さらに、台形の平面ブリッジは、有利には、0.2mm~20mm、好ましくは0.5mm~10mm、特に1mm~5mmの厚さを有する。 The planar bridge in the form of annular segments advantageously has an outer radius of 0.1 m to 10 m, preferably 0.25 m to 7.5 m, in particular 0.5 m to 5 m. Furthermore, the planar bridge in the form of annular segments advantageously has a width of from 50 mm to 2 m, preferably from 100 mm to 1 m, in particular from 200 mm to 500 mm. Furthermore, the planar bridge in the form of annular segments has an angular sector (Winkelausschnitt: German) of 6° to 120°, preferably 9° to 90°, more preferably 15° to 60°. Furthermore, the trapezoidal planar bridge advantageously has a thickness of between 0.2 mm and 20 mm, preferably between 0.5 mm and 10 mm, in particular between 1 mm and 5 mm.

平面ブリッジと分離ブリッジは、同様に、有利には、1つの要素に結合されていてもよい(図11参照)。 The planar bridge and the separating bridge may also advantageously be combined into one element (see FIG. 11).

骨組(フレームワークは、有利には、切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットを介して互いに挿入することができるブリッジ(Steg:ドイツ語)からなる。横向きブリッジ及び側方ブリッジは、有利には交差する方式で互いに挿入される(図4及び図5参照)。 The framework advantageously consists of bridges (Steg: German) which can be inserted into one another via cutouts, preferably slots or openings, in particular slots. The transverse bridge and the lateral bridge are preferably inserted into each other in a crosswise manner (see FIGS. 4 and 5).

モジュール式に構成された骨組は、有利には、セグメント及び層ごとに、半径方向に1~20個の隣接する横向きブリッジ、好ましくは2~10個の横向きブリッジ、より好ましくは2~5個の横向きブリッジを含む。モジュール骨組は、有利には、セグメント及び層ごとに、1~10個の側方ブリッジ、好ましくは1~5個の側方ブリッジ、より好ましくは1~3個の側方ブリッジを含む(図2参照)。 The modularly constructed skeleton advantageously has 1 to 20 radially adjacent transverse bridges , preferably 2 to 10 transverse bridges , more preferably 2 to 5 transverse bridges per segment and layer. Includes horizontal bridge . The modular framework advantageously comprises 1 to 10 lateral bridges , preferably 1 to 5 lateral bridges , more preferably 1 to 3 lateral bridges per segment and layer ( (see Figure 2).

最下層及び中間層の側方ブリッジ及び横向きブリッジは、有利には、高さに関して互いにズレている。一層内の側方ブリッジの上縁と横向きブリッジの上縁との間の垂直ズレ(Versatz)は、ブリッジの-90%~+90%、好ましくはブリッジの-75%~75%、より好ましくはブリッジの-60%~+60%である。有利には、最上層で、分離ブリッジの上縁は、横向きブリッジの上縁と面一で終わっており、これは、上向き又は下向き方向の垂直ズレが、有利にはブリッジの5%未満、好ましくは2%未満であることを意味する。その結果、それらは有利には互いに支持し、複数のセグメントからなる剛性のある自立形状を形成する。横向きブリッジは、半径方向(放射方向)のセグメントの区切りを定義し、側方ブリッジは、円周方向のセグメントの区切りを定義する。 The lateral bridges and lateral bridges of the bottom layer and the middle layer are advantageously offset from one another in terms of height. The vertical deviation (Versatz) between the upper edge of the lateral bridge and the upper edge of the transverse bridge in one layer is between -90% and +90% of the bridge height , preferably between -75% and 75% of the bridge height ; More preferably, it is -60% to +60% of the bridge height . Advantageously , on the top layer, the upper edge of the separating bridge ends flush with the upper edge of the transverse bridge , which means that the vertical deviation in the upward or downward direction is advantageously less than 5% of the bridge height . , preferably less than 2%. As a result, they advantageously support each other and form a rigid, self-supporting shape consisting of a plurality of segments. Transverse bridges define radial segment separations, and lateral bridges define circumferential segment separations.

有利には、層ごとに3~60個、好ましくは4~40個、より好ましくは6~24個の、同一のセグメントが形成される。セグメントは、有利には、全高にわたって分離ブリッジによって互いに分離される(図5参照)。 Advantageously, 3 to 60, preferably 4 to 40, more preferably 6 to 24 identical segments are formed per layer. The segments are advantageously separated from each other over their entire height by separation bridges (see FIG. 5).

横向きブリッジは、有利には、同一セグメントの同一層に配置された各側方ブリッジのための切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットを有する。単一の側方ブリッジの場合には、切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットは、横向きブリッジの中央に配置される。複数の側方ブリッジの場合、切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットは、横向きブリッジの中央に対称に配置され、それらの間の距離は、有利には5mm~2m、好ましくは10mm~1m、特に好ましくは20mm~500mmである。 The lateral bridges advantageously have cutouts, preferably slots or openings, in particular slots, for each lateral bridge arranged on the same layer of the same segment. In the case of a single lateral bridge , the cutout, preferably the slot or opening, in particular the slot, is arranged in the middle of the lateral bridge . In the case of multiple lateral bridges , the cutouts, preferably slots or openings, in particular the slots, are arranged symmetrically in the center of the lateral bridge , the distance between them being advantageously between 5 mm and 2 m, preferably between 10 mm and 1 m, particularly preferably 20 mm to 500 mm.

中間層の側方ブリッジは、有利には、同一セグメントの同一層に有利に配置された各横向きブリッジのための、切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットを有する。単一の横向きブリッジの場合には、切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットは、有利には、反応器ジャケット部に面した側方ブリッジの縁から5mm~2m、好ましくは10mm~1m、特に20mm~500mm後方に配置されている。複数の横向きブリッジの場合、隣接する2つの切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットの間の距離は、有利には、10mm~2m、好ましくは20mm~1m、特に30mm~500mmである。 The lateral bridges of the intermediate layer advantageously have cutouts, preferably slots or openings, in particular slots, for each lateral bridge advantageously arranged on the same layer of the same segment. In the case of a single transverse bridge , the cutout, preferably a slot or opening, in particular the slot, advantageously lies between 5 mm and 2 m, preferably between 10 mm and 1 m, from the edge of the lateral bridge facing the reactor jacket. , especially located 20mm to 500mm behind . In the case of multiple transverse bridges , the distance between two adjacent cutouts, preferably slots or openings, in particular slots, is advantageously between 10 mm and 2 m, preferably between 20 mm and 1 m, in particular between 30 mm and 500 mm.

有利には、すべての横向きブリッジの切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットは、下方向に開口している。一つのセグメントのすべての横向きブリッジ及び一つのセグメントの中間層の側方ブリッジの切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットの長さは、有利には、ブリッジの10%~90%、好ましくはブリッジの25%~75%、より好ましくはブリッジの40%~60%、特にはブリッジの半分に対応する。 Advantageously, all transverse bridge recesses, preferably slots or openings, in particular slots, open downwardly. The cutouts, preferably slots or openings, in particular the length of the slots, of all lateral bridges of one segment and of the lateral bridges of the intermediate layer of one segment are advantageously between 10% and 90% of the bridge height . , preferably corresponds to 25% to 75% of the bridge height , more preferably 40% to 60% of the bridge height , in particular half of the bridge height .

有利には、中間層の側方ブリッジの切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットは、下方向に開口している。中間層の側方ブリッジの切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットの長さは、有利には、ブリッジ横向きブリッジの切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットの長さの間の差の90%~110%、好ましくはブリッジ横向きブリッジの切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットの長さの間の差の95%~105%、より好ましくは要素高と横向きブリッジの切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットの長さの間の差の98%~102%に対応し;特に、要素高と横向きブリッジの切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットの長さの間の差と同一である。 Advantageously, the recesses, preferably slots or openings, in particular the slots, in the lateral bridges of the intermediate layer open downwardly. The length of the lateral bridge cutouts, preferably slots or openings, in particular the slots, of the intermediate layer is advantageously the same as the bridge height and the length of the lateral bridge cutouts, preferably slots or openings, especially the slots. 90% to 110% of the difference between, preferably 95% to 105% of the difference between the bridge height and the transverse bridge cutout, preferably the slot or opening, especially the length of the slot, more preferably the element Corresponding to 98% to 102% of the difference between the length of the height and the transverse bridge cutout , preferably the slot or opening, in particular the slot; in particular the element height and the transverse bridge cutout, preferably the slot or opening , especially the difference between the lengths of the slots.

有利には、側方ブリッジは、最下層に切欠きを有していない。その高さは、有利には、横向きブリッジの切欠きの高さの90%~110%、好ましくは、横向きブリッジの切欠きの高さの95%~105%、より好ましくは、横向きブリッジの切欠きの高さの98%~102%に対応し;特に、横向きブリッジの切欠きの高さと同一である。最上層の側方ブリッジは、上縁及び下縁に、切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットの対をなす配置を有する。切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットの長さは、中間層の側方ブリッジの切欠き、好ましくはスロット又は開口部、特にスロットの長さに対応している。 Advantageously, the lateral bridge does not have a cutout in the bottom layer. Its height is advantageously between 90% and 110% of the height of the transverse bridge notch , preferably between 95% and 105% of the height of the transverse bridge notch , more preferably between 95% and 105% of the height of the transverse bridge notch . Corresponding to 98% to 102% of the notch height; in particular, it is the same as the notch height of the transverse bridge . The lateral bridges of the top layer have cutouts, preferably slots or openings, in particular paired arrangements of slots, on the upper and lower edges. The length of the cutout, preferably the slot or opening, in particular the slot, corresponds to the length of the cutout, preferably the slot or opening, in particular the slot, of the lateral bridge of the intermediate layer.

ボックスは、半径方向に隣接する2つの平行な、又は同心楕円弧の形態の、好ましくは平行な、又は同心楕円弧の形態の横向きブリッジ、及び対応する側方ブリッジ、及び円周方向に隣接する横向きブリッジ間の間隙又は該隙間に有利に挿入された分離ブリッジ、によって囲まれた領域を意味すると理解される(図2のハッチングされた領域部分5a~b;図3のハッチングされた領域部分5a~d;図4及び図5のハッチングされた領域部分5a~f)。上面図では、ボックスは、有利には、四つ角の断面を有するか、又は環状セグメントの形態の断面を有する(図2~5参照)。各セグメントは、有利には1~50個のボックス、好ましくは2~25個のボックス、特に3~15個のボックスを有する。 The box has two radially adjacent transverse bridges in the form of parallel or concentric elliptical arcs, preferably parallel or concentric elliptical arcs, and corresponding lateral bridges, and circumferentially adjacent lateral bridges . is understood to mean the area surrounded by a gap between or a separating bridge advantageously inserted into said gap (hatched area parts 5a-b in FIG. 2; hatched area parts 5a-d in FIG. 3). ; hatched area portions 5a to 5f in FIGS. 4 and 5). In a top view, the box advantageously has a four-sided cross section or a cross section in the form of an annular segment (see FIGS. 2 to 5). Each segment advantageously has 1 to 50 boxes, preferably 2 to 25 boxes, especially 3 to 15 boxes.

本発明のこのモジュール式骨組体系物(モジュールフレームワークシステムは、有利には、ライニング、特に150℃~1900℃、好ましくは400℃~1700℃、特に600℃~1500℃の温度範囲の高温プロセス用化学反応器のライニングのための骨組支持体として使用することができる。 This modular framework system of the invention advantageously comprises lining, especially high temperature processes in the temperature range from 150°C to 1900°C, preferably from 400°C to 1700°C, especially from 600°C to 1500°C. It can be used as a skeleton support for the lining of industrial chemical reactors.

本発明のこのモジュール式骨組体系物はまた、触媒、特にモノリス触媒(すなわち、軸流又は半径流を有する固定床反応器で使用される触媒バスケット)のための支持構造としても有利であり得る。 This modular framework system of the invention may also be advantageous as a support structure for catalysts, particularly monolith catalysts (ie catalyst baskets used in fixed bed reactors with axial or radial flow).

さらに、本発明のモジュール式骨組体系物は、電気絶縁、特に反応器内部の電気絶縁として使用することができる。 Furthermore, the modular framework system of the present invention can be used as electrical insulation, particularly inside a reactor.

さらに、本発明のモジュール式骨組体系物は、放射線遮蔽として使用することができる。 Furthermore, the modular framework system of the present invention can be used as a radiation shield.

上面図では、本発明のモジュール式骨組体系物は、ライニングによって占有される反応器の断面を、長方形、台形、又は環状セグメント形状のボックスプロファイルに分割する。ボックスは、有利には、耐火レンガ及び/又は触媒、特にモノリス触媒で充填される。あるいは、ボックスは充填されていないままである。 In top view, the modular framework system of the present invention divides the cross-section of the reactor occupied by the lining into box profiles in the shape of rectangular, trapezoidal, or annular segments. The box is advantageously filled with refractory bricks and/or a catalyst, in particular a monolithic catalyst. Alternatively, the box remains unfilled.

ボックスの上面図における断面は、有利には、1~2000個のレンガ、好ましくは2~500個のレンガ、より好ましくは3~200個のレンガで充填されており、それらは互いに並んで及び/又は連続して配置されている。ボックス内のレンガの合計は、パッキングと呼ばれる。上面図におけるパッキングは、有利には、長方形、台形又は環状セグメント状の断面を有し、半径方向に向けられた側面は有利には互いに平行であり、狭い辺は有利には内側に向けられている。 The cross section in top view of the box is advantageously filled with 1 to 2000 bricks, preferably 2 to 500 bricks, more preferably 3 to 200 bricks, which are placed next to each other and/or or are arranged consecutively. The sum of bricks in the box is called packing. The packing in top view preferably has a rectangular, trapezoidal or annular segment-like cross section, the radially oriented sides are preferably parallel to each other and the narrow base is preferably oriented inwardly. ing.

耐火レンガは、有利には六面体、好ましくは角柱状の形状を有する。有利には、上面と下面、及び前面と後面は、それぞれ互いに平行である。有利には、上面及び下面は、六面体の他の面に対して直角である。 The refractory brick advantageously has a hexahedral, preferably prismatic shape. Advantageously, the upper and lower surfaces and the front and rear surfaces are each parallel to each other. Advantageously, the top and bottom surfaces are at right angles to the other sides of the hexahedron.

レンガは、有利には、半径方向(放射方向)に層状に配置される。半径方向において、パッキングは、有利には、1~40層、好ましくは1~20層、より好ましくは1~10層を含む。レンガは、有利には、垂直方向に層状に配置されている。高さに関して、パッキングは、1~1000層、好ましくは1~500層、より好ましくは2~200層、特に3~100層を含む。 The bricks are advantageously arranged in layers in the radial direction . In the radial direction, the packing advantageously comprises 1 to 40 layers, preferably 1 to 20 layers, more preferably 1 to 10 layers. The bricks are advantageously arranged vertically in layers. Regarding the height, the packing comprises 1 to 1000 layers, preferably 1 to 500 layers, more preferably 2 to 200 layers, especially 3 to 100 layers.

円周方向には、有利には、1~200個、好ましくは2~150個、特に3~100個のレンガがボックスの中に並んで配置されている。 Circumferentially, 1 to 200, preferably 2 to 150 and especially 3 to 100 bricks are arranged side by side in the box.

有利には、パッキング内のレンガ間の継目は、モルタル又は接着剤で充填されるか、又は乾式継目として実行される。好ましくは、レンガ間の継目は乾式継目として実行され、これは、成形レンガの接合にモルタル又は接着剤を使用しないことを意味する。 Advantageously, the seams between the bricks in the packing are filled with mortar or adhesive or are carried out as dry seams . Preferably, the seams between the bricks are carried out as dry seams , which means that no mortar or adhesives are used for joining the molded bricks.

有利には、パッキングのレンガは、ヘッダーコースとして、ストレッチャーコースとして、ソルジャーコースとして、ローロックコースとして、フラットコースとして、ストレッチャーボンドとして、ヘッダーボンドとして、ブロックボンドとして、又はクロスボンドとして敷設される(Deutsche Gesellschaft Feuerfest-und Schornsteinbau e.V.からの「Feuerfestbau」、76頁参照)。好ましくは、パッキングのレンガは、ストレッチャーボンド、ヘッダーボンド、ブロックボンド又はクロスボンドとして敷設される。より好ましくは、パッキングのレンガは、ブロックボンド又はクロスボンドとして敷設される。 Advantageously, the packing bricks are laid as a header course, as a stretcher course, as a soldier course, as a low rock course, as a flat course, as a stretcher bond, as a header bond, as a block bond or as a cross bond. (See "Feuerfestbau" from Deutsche Gesellschaft Feuerfest- und Schornsteinbau e.V., p. 76). Preferably, the packing bricks are laid as stretcher bonds, header bonds, block bonds or cross bonds. More preferably, the bricks of the packing are laid as block bonds or cross bonds.

半径方向に層から層への敷設モードの組み合わせも可能である。例えば、2つの層を有するパッキングの場合、有利には、半径方向に内層はクロスボンド(十字積み)を、及び外層は有利には、てき弾層(Grenadierschicht:ドイツ語)として実行することが可能である。この組み合わせは、パッキングのレンガ間の継目を相対してずらすことを達成する。このようにして、隣接するレンガ間に形成される可能性のある隙間が遮られる。このようにして、ライニングを通るガス状の反応媒体の不適切な流れを効果的に減少させることができる。 A combination of radial layer-to-layer laying modes is also possible. For example, in the case of a packing with two layers, the radially inner layer can advantageously be implemented as a cross-bond and the outer layer as a grenadier layer (Grenadierschicht (German)). It is. This combination achieves relative offset of the seams between the bricks of the packing. In this way, gaps that may form between adjacent bricks are blocked. In this way, undesired flow of gaseous reaction medium through the lining can be effectively reduced.

レンガとブリッジの間、又はモジュール式骨組体系物の異なるパッキングのレンガ間に、有利には、1つの隙間が存在する。レンガと隣接するブリッジとの間の間隙、又はパッキンの円周方向に隣接するレンガ間の間隙は、有利には1~50mm、好ましくは1~25mm、より好ましくは1~10mmである。この隙間の効果は、個々のレンガが互いに移動できることである。この隙間はまた、ライニングの構築におけるレンガの挿入を容易にする。さらに、隙間は、パッキングが妨げられることなく、すなわち応力のない方法で熱膨張するために必要な空間を提供する。 There is advantageously one gap between the bricks and the bridge or between the bricks of different packings of the modular framework system . The gap between a brick and an adjacent bridge or between circumferentially adjacent bricks of the packing is advantageously between 1 and 50 mm, preferably between 1 and 25 mm, more preferably between 1 and 10 mm. The effect of this gap is that the individual bricks can move relative to each other. This gap also facilitates the insertion of bricks in the construction of the lining. Furthermore, the gap provides the necessary space for the packing to thermally expand in an unhindered, ie, stress-free, manner.

任意に、ブリッジとパッキングとの間の隙間、又はパッキングの円周方向の隣接するレンガ間の隙間は、後述するように断熱マットによって埋めることができる。 Optionally, the gap between the bridge and the packing, or between adjacent bricks in the circumferential direction of the packing, can be filled by an insulating mat, as described below.

有利には、パッキングの上縁と骨組の上縁との間の垂直ズレは、50mm未満、好ましくは20mm未満、より好ましくは10mm未満であり;パッキングの上縁は、特に骨組の上縁と面一で終わって、すなわち、上向き又は下向きの方向の垂直ズレは、有利には、横向きブリッジの高さの5%未満、好ましくは2%未満である。これは、例えば、パッキングの1層でレンガを適当な大きさに切断することによって達成することができる。 Advantageously, the vertical deviation between the upper edge of the packing and the upper edge of the skeleton is less than 50 mm, preferably less than 20 mm, more preferably less than 10 mm; The vertical deviation , ie in the upward or downward direction, is advantageously less than 5%, preferably less than 2%, of the height of the transverse bridge . This can be achieved, for example, by cutting the bricks to size in one layer of packing.

一般に、パッキングの層継目部と、及び重ねて配置された骨格の下層と中間層の横向きブリッジの間の継目部との間には、垂直ズレが存在する。直接重ねて配置された2つの横向きブリッジとパッキングの次の層の継目部との間の垂直ズレは、有利には、1つのレンガ高の0%~50%、好ましくは、1つのレンガ高の20%~50%である。平面ブリッジが使用される特定の場合には、重ねて配置された2つの横向きブリッジ間の継目部は、重ねて配置されたレンガの2列間の層の結合部の高さにある。重ねて配置された2つの横向きブリッジ間の継目部と、重ねて配置されたレンガの2列間の最も近い層の継目部との間の垂直方向のズレは、有利には10mm以下、好ましくは5mm以下、より好ましくは3mm以下である。 Generally, there is a vertical offset between the layer seams of the packing and the seams between the lateral bridges of the superimposed framework lower and intermediate layers. The vertical deviation between two transverse bridges placed directly one on top of the other and the seam of the next layer of packing is advantageously between 0% and 50% of one brick height, preferably between 0% and 50% of one brick height. It is 20% to 50%. In the particular case where planar bridges are used, the seam between two transverse bridges placed one on top of the other is at the level of the joining of the layers between two rows of bricks placed on top of each other. The vertical deviation between the seam between two superimposed transverse bridges and the seam of the nearest layer between two superposed rows of bricks is advantageously less than 10 mm, preferably It is 5 mm or less, more preferably 3 mm or less.

レンガの側面は、有利には平面であってよい。あるいは、側面は、適切な形状の付属物(スプリング/バネ)及び凹部(溝)を有していてもよく、したがって、バネと溝の接続(DIN 1057を参照)によって形状嵌合的な方式で接合することができる。 The sides of the brick may advantageously be flat. Alternatively, the side surfaces may have suitably shaped appendages ( springs/springs ) and recesses (grooves), thus forming a form-fitting manner by means of a spring -groove connection (see DIN 1057). Can be joined.

パッキングの内層は、有利には前側で反応ゾーンと接触しており、有利には本発明の骨組によって横方向及び裏側面境界付けられている。 The inner layer of the packing is advantageously in contact with the reaction zone on the front side and is advantageously bounded on the lateral and rear sides by the framework of the invention.

本発明における「耐火レンガ」とは、セラミック製品及び600℃以上の使用温度を有する材料を意味するものと理解される。定義(DIN 51 060)では、SK 17(=ISO 150)よりも大きいコーンドロップポイント(約1500℃に対応)を有する材料のみが、耐火物と呼ばれることができる。この限界温度は鉄の融点にほぼ対応しており、関税や鉱業法の目的で重要な意味がある。 "Refractory bricks" in the context of the present invention are understood to mean ceramic products and materials with a service temperature of 600° C. or higher. According to the definition (DIN 51 060), only materials with a cone drop point (corresponding to approximately 1500° C.) greater than SK 17 (=ISO 150) can be called refractories. This critical temperature roughly corresponds to the melting point of iron and has important implications for customs and mining law purposes.

レンガライニングの内側(内壁)のレンガは、有利には、以下の特性プロファイルを有する:(i)1000℃~1700℃の温度範囲で良好な断熱性、(ii)高強度、(iii)耐摩耗性、(iv)低開放気孔率、(v)熱サイクル安定性、(vi)電気絶縁性。断熱性は、熱伝導率が2W/m/K未満、好ましくは1W/m/K未満で良好である。高い強度は、冷間圧縮強度が5MPa、好ましくは10MPa超に与えられる。耐摩耗性が高いことは、材料の硬度と相関がある。セラミック発泡体の開放気孔率は、閉気孔の割合が1%以上、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上の場合、低い。材料がDIN V ENV 820-3に従ったテストに合格している場合、熱サイクルの安定性が高い。電気絶縁性は、比電気抵抗が109Ωm以上、好ましくは1011Ωm以上であれば良好である。 The bricks on the inside (inner wall) of the brick lining advantageously have the following property profile: (i) good thermal insulation in the temperature range from 1000°C to 1700°C, (ii) high strength, (iii) wear resistance. (iv) low open porosity, (v) thermal cycle stability, (vi) electrical insulation. The heat insulation properties are good when the thermal conductivity is less than 2 W/m/K, preferably less than 1 W/m/K. High strength is provided by a cold compressive strength of more than 5 MPa, preferably more than 10 MPa. High wear resistance is correlated with the hardness of the material. The open porosity of the ceramic foam is low when the proportion of closed pores is 1% or more, preferably 5% or more, more preferably 10% or more. If the material passes the test according to DIN V ENV 820-3, it has a high thermal cycle stability. The electrical insulation is good if the specific electrical resistance is 10 9 Ωm or more, preferably 10 11 Ωm or more.

レンガの特性、特に組成、強度、形状、及び寸法については、DIN 1057(自立煙突用レンガ)、1081(耐火物製品:長方形耐火レンガ)、1082(耐火物製品:アーチレンガ)に規定されている。 The properties of bricks, in particular their composition, strength, shape and dimensions, are specified in DIN 1057 (bricks for free-standing chimneys), 1081 (refractory products: rectangular firebricks), 1082 (refractory products: arch bricks). .

耐火レンガは、有利には、耐火材料から作られた成形レンガである。耐火レンガの材料は、有利には、プロセス温度及びプロセス条件に応じて選択されるべきである。さらに、材料の選択は、有利には、ライニング内の半径方向の位置(層)に応じて選択されるべきである。 Refractory bricks are advantageously molded bricks made from refractory material. The material of the refractory brick should advantageously be selected depending on the process temperature and process conditions. Furthermore, the choice of material should advantageously be chosen depending on the radial position (layer) within the lining.

好ましくは、媒体と接触する内層の材料は、DIN EN12475分類に従ったセラミック発泡体又は耐火材料、特にアルミナ-シリカ製品、例えば耐火レンガ、コランダム、ムライト、コーディエライト、又は塩基性製品、例えばマグネシア、マグネシア-酸化クロム、マグネシアスピネル、マグネシア-ジルコン、又は炭素結合した塩基性レンガ、特にコランダム、ムライト、コーディエライトから作られる。セラミック発泡体は、例えば、DE102015202277及びWO07/22750に記載されている。特に好適なのは、Halfoam Alumina(商標)の商品名が与えられている閉気孔発泡セラミック材料である。 Preferably, the material of the inner layer in contact with the medium is a ceramic foam according to the DIN EN 12475 classification or a refractory material, in particular an alumina-silica product, such as refractory brick, corundum, mullite, cordierite, or a basic product, such as magnesia. , magnesia-chromium oxide, magnesia spinel, magnesia-zircon, or carbon-bonded basic bricks, especially corundum, mullite, cordierite. Ceramic foams are described, for example, in DE 102015202277 and WO 07/22750. Particularly suitable is the closed pore foam ceramic material given the trade name Halfoam Alumina™.

最も好ましくは、内層の成形レンガは、Halfoam Alumina(商標)の商品名を与えられた発泡セラミック材料からなる。 Most preferably, the molded bricks of the inner layer consist of a foamed ceramic material given the trade name Halfoam Alumina™.

本発明はさらに、セラミック発泡体、特に閉気孔発泡体を含む成形レンガに関する。有利には、本発明の成形レンガは、アルミナ-シリカ製品、例えば耐火レンガ、コランダム、ムライト、コーディエライト、又は塩基性製品、例えばマグネシア、マグネシア-酸化クロム、マグネシア-スピネル、マグネシア-ジルコン、又は炭素結合した塩基性レンガ、特にコランダム、ムライト、コーディエライトから作られるセラミック発泡体を含む。 The invention further relates to molded bricks comprising ceramic foams, in particular closed-cell foams. Advantageously, the shaped bricks of the invention are made of alumina-silica products, such as refractory bricks, corundum, mullite, cordierite, or basic products, such as magnesia, magnesia-chromium oxide, magnesia-spinel, magnesia-zircon, or Carbon-bonded basic bricks, especially ceramic foams made from corundum, mullite, cordierite.

本発明は、さらに、半径方向に連続して配置された複数のレンガパッキングの層を含むレンガアセンブリに関する。 The invention further relates to a brick assembly comprising a plurality of layers of brick packing arranged in radial succession.

内側からの第2の層の材料は、有利には、以下の特性プロファイルを有する:1500℃以上の熱安定性、1W/m/K以下、好ましくは0.5W/m/K以下の熱伝導率、1MPa以上、好ましくは2MPa以上の冷間圧縮強度。この特性プロファイルは、発泡体及び鋳造又は押出成形された軽量耐火レンガが有するものである。例として、この層には、Halfoam、Carath FL(登録商標)、PROMATON(登録商標)などの市販品が使用される。 The material of the second layer from the inside advantageously has the following property profile: thermal stability above 1500° C., thermal conductivity below 1 W/m/K, preferably below 0.5 W/m/K. cold compressive strength of 1 MPa or more, preferably 2 MPa or more. This property profile is that of foams and cast or extruded lightweight refractory bricks. By way of example, commercially available products such as Halffoam, Carath FL®, PROMATON® are used for this layer.

内側からの第3の層の材料は、有利には、以下の特性のプロファイルを有する:1200℃以上の熱安定性、0.5W/m/K以下、好ましくは0.2W/m/K以下の熱伝導率、0.5MPa以上、好ましくは1MPa以上の冷間圧縮強度。この特性のプロファイルは、有利には、真空成形された繊維板が有するものである。例として、この層には、PROMATON(登録商標)又はALTRA(登録商標)のような市販品が使用される。 The material of the third layer from the inside advantageously has the following profile of properties: thermal stability above 1200 °C, below 0.5 W/m/K, preferably below 0.2 W/m/K Thermal conductivity of 0.5 MPa or more, preferably 1 MPa or more of cold compressive strength. This profile of properties is advantageously possessed by vacuum formed fibreboards. By way of example, commercial products such as PROMATON® or ALTRA® are used for this layer.

内側からの第4の層の材料は、有利には、以下の特性のプロファイルを有する:1000℃以上の熱安定性、0.2W/m/K以下、好ましくは0.05W/m/K以下の熱伝導率、0.1MPa以上、好ましくは0.2MPa以上の冷間圧縮強度。この特性のプロファイルは、有利には、真空成形された繊維板又は微孔質ヒュームドシリカの板が有するものである。この層には、例えば、ALTRA(登録商標)又はMICROTHERM(登録商標)のような市販品が使用される。 The material of the fourth layer from the inside advantageously has the following profile of properties: thermal stability above 1000 °C, below 0.2 W/m/K, preferably below 0.05 W/m/K thermal conductivity of 0.1 MPa or more, preferably 0.2 MPa or more. This profile of properties is advantageously possessed by vacuum formed fiberboard or microporous fumed silica boards. For this layer, commercial products such as ALTRA® or MICROTHERM® are used, for example.

本発明はさらに、半径方向に連続して配置され、(i)発泡セラミック、(ii)焼結鋳造又は押出セラミック、又は、(i)発泡セラミック、(ii)焼結鋳造又は押出セラミック及び(iii)圧縮セラミック繊維、又は、(i)発泡セラミック、(ii)焼結鋳造又は押出セラミック、(iii)圧縮セラミック繊維及び(iv)真空成形された繊維板又は微孔質ヒュームドシリカを含む板で構成される複数のレンガパッキングを含むレンガアセンブリに関する。 The present invention further provides that the invention further provides for the formation of radially sequentially arranged (i) foamed ceramic, (ii) sintered cast or extruded ceramic, or (i) foamed ceramic, (ii) sintered cast or extruded ceramic and (iii) ) compressed ceramic fibers, or (i) foamed ceramics, (ii) sintered cast or extruded ceramics, (iii) compressed ceramic fibers, and (iv) vacuum formed fiberboards or boards comprising microporous fumed silica. The present invention relates to a brick assembly including a plurality of brick packings configured.

成形レンガ、好ましくはセラミック発泡体からなるライニングの内層の表面は、未処理であってもよいし、コーティングされていてもよい。コーティングは、有利には、ライニングの表面を密封し、摩耗保護として機能する。コーティング、例えば保護層は、有利には、端面(前面:Stirnseite:ドイツ語)及び/又は裏面及び/又は上端面及び/又は下端面及び/又は左右の側面に塗布され、好ましくは、端面及び/又は裏面及び/又は上端面及び/又は下端面に塗布され、より好ましくは、端面及び/又は裏面に塗布され、特に、端面に塗布される。端面(前面)とは、反応器の内部に面する成形レンガの面を指す。保護層は、有利には耐火性セラミック、例えばZrO、YO、Si、Al、好ましくはAlからなる。保護層の厚さは、有利には100μm~2mm、好ましくは200μm~1mmである。コーティングの気孔率(空隙含有率)は、有利には50%未満、好ましくは25%未満、より好ましくは10%未満、特に5%未満である。コーティングは、当業者に知られたコーティング方法、例えば、塗装法、ディップコーティング、フレーム溶射、プラズマ溶射によって、成形レンガに塗布することができる。 The surface of the inner layer of the lining made of molded brick, preferably ceramic foam, may be untreated or coated. The coating advantageously seals the surface of the lining and acts as an abrasion protection. A coating, for example a protective layer, is advantageously applied to the end face (front side: Stirnseite: German) and/or the back side and/or the top side and/or the bottom side and/or the left and right sides, preferably on the end side and/or on the left and right sides. Or it is applied to the back surface and/or the top end surface and/or the bottom end surface, more preferably it is applied to the end surface and/or the back surface, and in particular it is applied to the end surface. End face (front face) refers to the side of the molded brick facing the interior of the reactor. The protective layer advantageously consists of a refractory ceramic, for example ZrO 2 , YO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , preferably Al 2 O 3 . The thickness of the protective layer is advantageously between 100 μm and 2 mm, preferably between 200 μm and 1 mm. The porosity (void content) of the coating is advantageously less than 50%, preferably less than 25%, more preferably less than 10%, especially less than 5%. The coating can be applied to the molded brick by coating methods known to those skilled in the art, such as painting, dip coating, flame spraying, plasma spraying.

有利には、コーティングは、多層構造、例えば、非多孔性セラミックの1つの薄層及び多孔性セラミックの1つ以上のより厚い層とからなる。 Advantageously, the coating consists of a multilayer structure, for example one thin layer of non-porous ceramic and one or more thicker layers of porous ceramic.

好適なコーティング材料の例としては、Aremco Coatings(コーティングスリップ)が挙げられる:PP-634-AL、634-SIC、634-YO、634-ZO、Oerlikon Metco(フレーム溶射及びプラズマ溶射)、LWK PlasmaCeramic(プラズマコーティング)、Polytec Cotronics(コーティングスリップ、キャスティングコンパウンド)などが挙げられる。 Examples of suitable coating materials include Aremco Coatings (coating slips): PP-634-AL, 634-SIC, 634-YO, 634-ZO, Oerlikon Metco (flame and plasma spraying), LWK PlasmaCeramic ( (plasma coating), Polytec Cotronics (coating slip, casting compound), etc.

成形レンガは、有利には、長方形のレンガについてはDIN 1081 (1988)に、アーチレンガ又はウェッジレンガについてはDIN 1082 (1988)に従って、当業者に周知の寸法を有している。任意に、レンガを個々の寸法に切断することが可能である。 The shaped bricks advantageously have dimensions known to the person skilled in the art according to DIN 1081 (1988) for rectangular bricks and DIN 1082 (1988) for arch or wedge bricks. Optionally, it is possible to cut the bricks to individual dimensions.

垂直方向において、耐火レンガは、1コース(Schicht:ドイツ語)の異なる層(Lage)で異なる高さを有していてもよい。これは、例えば、成形レンガをてき弾層ランナー層(Laeuferschicht:ドイツ語)として交互に敷設することで達成することができる。このようにして、(i)軸方向温度勾配が低い領域での過剰な継目、又は(ii)軸方向温度勾配が高い領域での個々のレンガ内の高い機械的応力を回避することが可能となる。 In the vertical direction, the refractory bricks may have different heights in different tiers of a course (Schicht: German) . This can be achieved, for example, by laying shaped bricks alternately as bullet and runner layers (Laeuferschicht (German)) . In this way, it is possible to avoid (i) excessive seams in areas of low axial temperature gradients or (ii) high mechanical stresses within individual bricks in areas of high axial temperature gradients. Become.

耐火レンガのパッキングの縁部は、有利には、隣接するブリッジ又は隣接するブリッジ間の隙間に平行である。レンガと隣接するブリッジとの間の隙間、又は円周方向でレンガに隣接するパッキング間の隙間は、有利には1mm~50mm、好ましくは1mm~25mm、より好ましくは1mm~10mmである。これらの隙間は、有利には、鉱物繊維からなる断熱マットで少なくとも部分的に充填される。 The edges of the refractory brick packing are advantageously parallel to adjacent bridges or to the gaps between adjacent bridges . The gap between a brick and an adjacent bridge or between packings circumferentially adjoining a brick is advantageously between 1 mm and 50 mm, preferably between 1 mm and 25 mm, more preferably between 1 mm and 10 mm. These gaps are advantageously at least partially filled with an insulating mat made of mineral fibres.

断熱マットは、ブリッジの平坦な側面に任意で固定される。設置の間、断熱マットは、有利には、フィルムに真空気密に溶接され、排気される。こうして調製されたマットは、有利には、横向きブリッジ及び/又は側方ブリッジ及び/又は分離ブリッジ及び/又は横向きブリッジに、好ましくは横向きブリッジ及び/又は側方ブリッジに、より好ましくは横向きブリッジに接合される。設置後、フィルムは有利には穿孔される。その結果、マットは膨張し、レンガを支える。この手順は、例えばWO2014/125024に記載されている。 Insulating mats are optionally fixed to the flat sides of the bridge . During installation, the insulation mat is advantageously vacuum-tightly welded to the film and evacuated. The mat thus prepared is advantageously joined to transverse bridges and/or lateral bridges and/or separation bridges and/or transverse bridges , preferably to transverse bridges and/or lateral bridges , more preferably to transverse bridges . be done. After installation, the film is advantageously perforated. As a result, the mat expands and supports the bricks. This procedure is described, for example, in WO2014/125024.

断熱マットには、以下に記載の商品名を有する材料が適している:ALSIFLEX-1600、ALSIFLEX-1600ペーパー、PROMAFELT-1600、SILCAFELT-160、THERMOFRAXブランケット(フレキシブルマット)、THERMOFRAXボード(真空成形)又はTHERMOFRAXフェルト/ペーパー(セラミックペーパー及びフェルト)。 Materials with the following trade names are suitable for the insulation mat: ALSIFLEX-1600, ALSIFLEX-1600 paper, PROMAFELT-1600, SILCAFELT-160, THERMOFRAX blanket (flexible mat), THERMOFRAX board (vacuum forming) or THERMOFRAX felt/paper (ceramic paper and felt).

有利には、本発明の骨組(フレームワークは、基礎、例えば基礎プレートによって支持される。基礎プレートは、有利には、モジュール式の骨組を固定し、耐火物パッキングの質量を受け取るのに役立つ。基礎プレートは、代替的に、一パート又はセグメント化された形態であってもよい。基礎プレートは、好ましくはセグメント化されており、各要素は、有利には、本発明のモジュール式骨組体系物のセグメントを支える。 Advantageously, the framework of the invention is supported by a foundation, for example a foundation plate. The base plate advantageously serves to secure the modular framework and to receive the mass of the refractory packing. The base plate may alternatively be in one-part or segmented form. The base plate is preferably segmented, with each element advantageously supporting a segment of the modular framework system of the invention.

基礎の代わりに、本発明の骨組を屋根に固定してもよい。 Instead of a foundation, the framework of the invention may be fixed to the roof.

基礎プレートは、有利には、下部ドーム上に緩く又はしっかりと支持されている。好ましくは、基礎プレートは、下部ドームのフランジに着脱可能に接続されている。より好ましくは、基礎プレートは下部ドームのフランジにねじ止めされている。 The base plate is advantageously loosely or firmly supported on the lower dome. Preferably, the base plate is removably connected to the flange of the lower dome. More preferably, the base plate is screwed to the flange of the lower dome.

有利には、基礎プレートは環状である。有利には、基礎プレートの頂面及び底面は平面であり、互いに平行である。基礎プレートの厚さは、1mm~500mm、好ましくは2mm~300mm、より好ましくは3mm~200mmである。リングの幅は、50mm~2m、好ましくは100mm~1m、特に200mm~500mmである。 Advantageously, the base plate is annular. Advantageously, the top and bottom surfaces of the base plate are planar and parallel to each other. The thickness of the base plate is between 1 mm and 500 mm, preferably between 2 mm and 300 mm, more preferably between 3 mm and 200 mm. The width of the ring is between 50 mm and 2 m, preferably between 100 mm and 1 m, especially between 200 mm and 500 mm.

上面視において、基礎プレートの外縁は、有利には、OCMC骨組の外側横向きブリッジを越えて突出している。外側横向きブリッジに対する基礎プレートの外縁の超過分は、有利には0mm~200mm、好ましくは5mm~100mm、より好ましくは10mm~50mmである。上面視において、基礎プレートの内縁は、有利には、ライニングの内層によって覆われている。基礎プレートの内縁に対するライニングの内縁の超過分は、有利には0mm~100mm、好ましくは0mm~50mm、より好ましくは0mm~20mmである。基礎プレートは、有利には頂面に溝を有する。溝は、有利には、骨組の最下層にある横向きブリッジ側方ブリッジ、及び任意の分離ブリッジを支持し、案内するための台座として機能する。溝の配置は、有利には、骨組の上面視におけるブリッジのパターンに対応している。溝は、有利には1mm~500mm、好ましくは2mm~300mm、より好ましくは3mm~200mmの深さを有する。溝は、有利には0.2mm~20mm、好ましくは0.5mm~10mm、特に1mm~5mmの幅を有する。溝は、使用されるブリッジの厚さよりも、有利には1%~100%、好ましくは2%~50%、より好ましくは5%~20%広い。有利には、骨組の最下層の側方ブリッジ及び横向きブリッジは、基礎プレートに固定的な方法で接合される。接合は、例えば、ねじ接続による圧入法で、ダボによる形状嵌合法で、又は接着剤による粘着接合法で確立することができる。有利には、基礎プレートは、金属、プラスチック及び/又はセラミック、好ましくは金属、より好ましくは鋼からなる。任意に、基礎プレートの表面は、電気的に導電性又は電気的に絶縁性である。金属製基礎プレートの場合、電気絶縁表面層は、有利には、エナメル、セラミック及び/又はプラスチックからなる。好ましくは、基礎プレートの表面は、領域的に電気的に絶縁性である。より好ましくは、基礎プレートの上面及び外周は電気的に絶縁されている。 In top view, the outer edge of the base plate advantageously projects beyond the outer transverse bridge of the OCMC skeleton . The excess of the outer edge of the base plate over the outer transverse bridge is advantageously between 0 mm and 200 mm, preferably between 5 mm and 100 mm, more preferably between 10 mm and 50 mm. In top view, the inner edge of the base plate is advantageously covered by an inner layer of the lining. The excess of the inner edge of the lining over the inner edge of the base plate is advantageously between 0 mm and 100 mm, preferably between 0 mm and 50 mm, more preferably between 0 mm and 20 mm. The base plate advantageously has a groove on the top surface. The groove advantageously serves as a pedestal for supporting and guiding the transverse bridges , lateral bridges and any separation bridges in the lowest layer of the framework . The arrangement of the grooves advantageously corresponds to the pattern of the bridges in a top view of the skeleton . The groove advantageously has a depth of 1 mm to 500 mm, preferably 2 mm to 300 mm, more preferably 3 mm to 200 mm. The groove advantageously has a width of 0.2 mm to 20 mm, preferably 0.5 mm to 10 mm, in particular 1 mm to 5 mm. The groove is advantageously 1% to 100% wider, preferably 2% to 50%, more preferably 5% to 20% wider than the thickness of the bridge used. Advantageously, the lowermost lateral bridges and transverse bridges of the framework are joined in a fixed manner to the base plate. The connection can be established, for example, by a press-fit method with a threaded connection, a form-fit method with a dowel or an adhesive bond method with an adhesive. Advantageously, the base plate consists of metal, plastic and/or ceramic, preferably metal, more preferably steel. Optionally, the surface of the base plate is electrically conductive or electrically insulating. In the case of metal base plates, the electrically insulating surface layer advantageously consists of enamel, ceramic and/or plastic. Preferably, the surface of the base plate is electrically insulating in areas. More preferably, the top surface and outer periphery of the base plate are electrically insulated.

基礎プレートは、有利には、それによってライニング全体又はセグメントごとに反応器から持ち上げて組み立てることができるリフティング装置のための固定要素を有している。 The base plate advantageously has fixing elements for a lifting device with which the entire lining or segments can be lifted and assembled from the reactor.

有利には、多機能基礎プレートと呼ばれるものを使用することが可能である。この基礎プレートは、任意に、以下の特徴のうちの1つ以上を有する。(i)基礎プレートは、有利には、反応器の中央まで連続している。反応ゾーンの領域において、基礎プレートは、有利には、ガス及び固体の流れのための開口部を有する。(ii)基礎プレートは、有利には、下部ドームのフランジとして構成されている。(iii)基礎プレートは、有利には、電気加熱移動床反応器又は固定床反応器の下部電極を担持する。 Advantageously, it is possible to use what are called multifunctional base plates. The base plate optionally has one or more of the following features. (i) The base plate is advantageously continuous to the middle of the reactor. In the region of the reaction zone, the base plate advantageously has openings for the flow of gases and solids. (ii) The base plate is advantageously configured as a flange of the lower dome. (iii) The base plate advantageously carries the lower electrode of an electrically heated moving bed reactor or a fixed bed reactor.

有利な組み合わせは、反応器ジャケット部の内側に断熱材を有するものであり;例えば、金属シェル内に封入された断熱ボードを用いる。断熱ボードは、有利には、総気孔率が45%以上99%未満、好ましくは60%以上99%未満、より好ましくは70%以上99%未満の多孔質である。有利には、断熱ボードは、ケイ酸カルシウム、バーミキュライト、ロックウール、グラスウール又はヒュームドシリカを含む。有利には、断熱ボードは、閉鎖された金属シェルに収容されている。金属シェルは、有利には、折り目をつけたり、溶接したり、又は半田付けしたりすることによって閉鎖シェルとなったシートから構成される。シェルは、有利には、その裏面に固定要素、好ましくはフック及び/又はループを備えている。これらの固定要素によって、それらは、有利には、圧力定格反応器シェル上の対応する固定具に吊り下げられる。 An advantageous combination is to have insulation on the inside of the reactor jacket ; for example, using an insulation board encapsulated within a metal shell. The insulation board is advantageously porous with a total porosity of 45% or more and less than 99%, preferably 60% or more and less than 99%, more preferably 70% or more and less than 99%. Advantageously, the insulation board comprises calcium silicate, vermiculite, rock wool, glass wool or fumed silica. Advantageously, the insulation board is housed in a closed metal shell. The metal shell advantageously consists of sheets that are folded, welded or soldered into a closed shell. The shell is advantageously provided with fastening elements, preferably hooks and/or loops, on its back side. By means of these fixing elements they are advantageously suspended in corresponding fixtures on the pressure rated reactor shell.

本発明はさらに、装置、好ましくは本発明のモジュール式骨組体系物(モジュールフレームワークシステム及び所定の圧力を担う装置ジャケット部を有する反応器、好ましくは本発明のモジュール式骨組体系物、ライニング及び所定の圧力を担う反応器ジャケット部に関する。 The invention furthermore provides a reactor having an apparatus, preferably a modular framework system according to the invention, and an apparatus jacket carrying a predetermined pressure , preferably a modular framework system according to the invention , a lining and It relates to a reactor jacket section that carries a predetermined pressure .

反応器の断面積は、有利には0.005m~200m、好ましくは0.05m~100m、より好ましくは0.2m~50m、特に1m~20mである。反応器ジャケット部の高さは、有利には0.1m~100mの間、好ましくは0.2m~50mの間、より好ましくは0.5m~20mの間、特に1m~10mの間である。反応器ジャケット部の等価直径に対する高さの比は、有利には0.01から100、好ましくは0.05から20、より好ましくは0.1から10、最も好ましくは0.2から5である。反応器ジャケット部の壁厚は、有利には1mm~300mm、好ましくは5mm~200mm、より好ましくは10mm~100mmである。 The cross-sectional area of the reactor is advantageously between 0.005 m 2 and 200 m 2 , preferably between 0.05 m 2 and 100 m 2 , more preferably between 0.2 m 2 and 50 m 2 and especially between 1 m 2 and 20 m 2 . The height of the reactor jacket is advantageously between 0.1 m and 100 m, preferably between 0.2 m and 50 m, more preferably between 0.5 m and 20 m, especially between 1 m and 10 m. The ratio of height to equivalent diameter of the reactor jacket is advantageously from 0.01 to 100, preferably from 0.05 to 20, more preferably from 0.1 to 10, most preferably from 0.2 to 5. . The wall thickness of the reactor jacket is advantageously between 1 mm and 300 mm, preferably between 5 mm and 200 mm, more preferably between 10 mm and 100 mm.

反応器ジャケット部のための好ましい材料は、例えば材料番号1.4541、1.4571の鋼合金である。 Preferred materials for the reactor jacket are, for example, steel alloys with material numbers 1.4541, 1.4571.

有利には、モジュール式骨組体系物所定の圧力を担う反応器ジャケット部との間には、連続的な隙間が存在する。隙間幅は、有利には0mm~100mm、好ましくは2mm~50mm、より好ましくは5mm~50mmである。 Advantageously, there is a continuous gap between the modular framework and the reactor jacket which carries the predetermined pressure . The gap width is advantageously between 0 mm and 100 mm, preferably between 2 mm and 50 mm, more preferably between 5 mm and 50 mm.

モジュール式骨組体系物所定の圧力を担うジャケット部との間の隙間は、任意に、緩い(バラの)粒子の床で満たされてもよい。粒子は、セラミック又は金属であってよい。粒子は、形状が規則的、例えば、球状、円柱状、角柱状であってもよく、又は不規則であってもよい。粒子は、中実、多孔質又は中空であってもよい。粒子は、同じサイズであっても異なったサイズであってもよい。床の粒子は、有利には0.05mm~100mm、好ましくは0.1mm~50mm、より好ましくは0.5mm~10mmの等価直径を有する。粒子の等価直径は、粒子と等しい体積の球の直径である。 The gap between the modular framework structure and the jacket part carrying the predetermined pressure may optionally be filled with a bed of loose particles. The particles may be ceramic or metallic. The particles may be regular in shape, such as spherical, cylindrical, prismatic, or irregular. Particles may be solid, porous or hollow. The particles may be of the same size or of different sizes. The particles of the bed advantageously have an equivalent diameter of 0.05 mm to 100 mm, preferably 0.1 mm to 50 mm, more preferably 0.5 mm to 10 mm. The equivalent diameter of a particle is the diameter of a sphere of equal volume to the particle.

モジュール式骨組体系物所定の圧力を担うジャケット部との間の隙間は、任意に、有向ガス流によってパージされてもよい。使用されるパージガスは、有利には、CO、HO、N、H、N、希薄空気(Nで希釈された空気)及び/又はArである。パージガス流は、有利には、上部ドームを介して環状に導入され、ライニングの基礎プレートを介して引き抜かれる。あるいは、パージガス流は、ライニングの基礎プレートを介して環状に導入され、ドームを介して引き抜かれる。パージガス流は、有利には、反応ゾーンを所定の圧力を担う反応器ジャケット部から分離するガスカーテンを形成する。これにより、所定の圧力を担う反応器ジャケット部の内部に堆積物が形成されるのを防止することができ;さらに、所定の圧力を担うジャケット部を冷却することができる。 The gap between the modular framework system and the jacket part carrying the predetermined pressure may optionally be purged by a directed gas flow. The purge gases used are advantageously CO 2 , H 2 O, N 2 , H 2 , N 2 , diluted air (air diluted with N 2 ) and/or Ar. The purge gas flow is advantageously introduced annularly through the upper dome and withdrawn through the base plate of the lining. Alternatively, the purge gas flow is introduced annularly through the base plate of the lining and withdrawn through the dome. The purge gas flow advantageously forms a gas curtain that separates the reaction zone from the reactor jacket carrying the predetermined pressure . This makes it possible to prevent the formation of deposits inside the reactor jacket section that carries the predetermined pressure ; furthermore, it is possible to cool the jacket section that carries the predetermined pressure .

任意に、モジュール式骨組体系物は、所定の圧力を担うジャケット部の側壁に対して支持されていてもよい。支持体は、OCMC、モノリシックセラミック、セラミックファイバーからなる織物、金属、又はこれらの材料の組み合わせで構成されてよい。それらは、骨組所定の圧力を担うジャケット部の側壁との間に緩く(バラで)案内されてもよいし、OCMC骨組又は反応器壁の所定の圧力を担うジャケット部に固定的に接合されてもよい。接合は、粘着性又は形状嵌合であってよい。これらの支持物は、好ましくは、モジュール式骨組体系物所定の圧力を担うジャケット部の間で緩く(バラで)支持される。 Optionally, the modular framework structure may be supported against the side walls of the jacket section, which carry a predetermined pressure . The support may be constructed of OCMC, monolithic ceramic, woven ceramic fibers, metal, or a combination of these materials. They may be loosely guided between the framework and the side wall of the jacket section carrying the predetermined pressure , or they can be rigidly joined to the jacket section of the OCMC framework or the reactor wall carrying the predetermined pressure. You can. The bond may be adhesive or form-fitting. These supports are preferably loosely supported between the modular framework system and the jacket section that carries the predetermined pressure .

軸方向温度勾配が大きい反応器においては、専ら高い熱安定性を有し反応ボリュームの熱的及び電気的絶縁区切りとしての機能が要求される反応器の領域のみに、モジュール式骨組体系物を配置することが有利であり得る。この場合、所定の圧力を担うジャケット部の縁部領域は、有利には絶縁されていないままにすることができる。 In reactors with large axial temperature gradients, modular framework systems are placed only in those areas of the reactor where high thermal stability and function as thermally and electrically insulating delimitation of the reaction volume are required. It may be advantageous to do so. In this case, the edge region of the jacket part which bears a certain pressure can advantageously remain uninsulated.

有利には、反応器は電気的に加熱される(PCT/EP2019/051466参照)。 Advantageously, the reactor is heated electrically (see PCT/EP2019/051466).

有利には、本発明の装置は、上部、中間及び下部装置部を有し、そこでは、垂直配置の少なくとも1つの電極対が中間部に設置/配置され、全ての電極が有利には導電性固体パッキング内に配置/埋め込まれている。有利には、上部装置部及び下部装置部は、ドームの形態であり、10S/m~10S/mの比導電率を有する。中間装置部は、有利には固体パッキングから電気的に絶縁されている。有利には、上部装置部及び下部装置部は、同様に、中間装置部から電気的に絶縁されている。有利には、上部電極は上部装置部を介して接続され、下部電極は下部装置部を介して接続され、又は電極はそれぞれこれらの部分と電気的に接触している1つ以上の接続要素を介して接続されている。有利には、対応する電流導通要素の断面積に対する上部電極及び/又は下部電極、好ましくは上部電極及び下部電極の断面積の比、又は接続要素を使用しない場合、対応する電流導通装置部に対する上部電極及び/又は下部電極、好ましくは上部電極及び下部電極の断面積の比は、0.1~10、好ましくは0.3~3、特に0.5~2である。 Advantageously, the device of the invention has an upper, middle and lower device part, in which at least one pair of electrodes in a vertical arrangement is installed/arranged in the middle part, all electrodes being advantageously electrically conductive. Placed/embedded within solid packing. Advantageously, the upper device part and the lower device part are in the form of a dome and have a specific conductivity of between 10 5 S/m and 10 8 S/m. The intermediate device part is preferably electrically insulated from the solid packing. Advantageously, the upper device part and the lower device part are likewise electrically insulated from the intermediate device part. Advantageously, the upper electrode is connected via the upper device part, the lower electrode is connected via the lower device part, or the electrodes each have one or more connecting elements in electrical contact with these parts. connected via. Advantageously, the ratio of the cross-sectional area of the upper electrode and/or the lower electrode, preferably the upper electrode and the lower electrode, to the cross-sectional area of the corresponding current-conducting element or, if no connecting element is used, the ratio of the cross-sectional area of the upper electrode and/or the lower electrode to the cross-sectional area of the corresponding current-conducting device part; The ratio of the cross-sectional areas of the electrode and/or the lower electrode, preferably the upper electrode and the lower electrode, is between 0.1 and 10, preferably between 0.3 and 3, especially between 0.5 and 2.

本発明の装置、特に反応器において、以下の高温反応を行うことが好ましい:
・炭化水素を水蒸気及び/又は二酸化炭素で改質する合成ガスの調製、炭化水素の熱分解による水素と熱分解炭素の同時生成。好適な担体材料は、特に炭素質顆粒、炭化ケイ素含有顆粒、ニッケル含有金属顆粒である。
・メタン及びアンモニアから、又はプロパン及びアンモニアからのシアン化水素の調製。好適な担体材料は、特に炭素質顆粒である。
・炭化水素の蒸気分解によるオレフィンの調製。好適な担体材料は、特に炭素質顆粒、炭化ケイ素含有顆粒である。
・メタンのカップリングによるエチレン、アセチレン、ベンゼンの調製。
・アルカンの触媒脱水素によるオレフィンの調製、例えばプロパンからのプロピレン又はブタンからのブテンの調製。好適な担体材料は、特に、脱水素触媒で被覆された炭化ケイ素含有顆粒、又は鉄含有成形体である。
・エチルベンゼンの触媒脱水素によるスチレンの調製。好適な担体材料は、特に脱水素触媒で被覆された炭化ケイ素含有顆粒、又は鉄含有成形体である。
・アルカン又はオレフィンの触媒脱水素によるジオレフィンの調製、例えばブテンから又はブタンからのブタジエンの調製。好適な担体材料は、特に、脱水素化触媒で被覆された炭化ケイ素含有顆粒、又は鉄含有成形体である。
・アルコールの触媒脱水素によるアルデヒドの調製、例えばメタノールからの無水ホルムアルデヒドの調製。好適な担体材料は、特に、脱水素触媒で被覆された銀含有顆粒又は炭化ケイ素含有顆粒、又は鉄含有成形体である。
・COと炭素からBoudouard反応によるCOの調製。適当な担体材料は、特に炭素質顆粒である。
・触媒上での触媒水熱分解による水素及び酸素の調製。好適な担体材料は、特に、開裂触媒、例えばフェライトで被覆された炭化ケイ素含有顆粒又は鉄含有顆粒である。
In the apparatus of the invention, in particular in the reactor, it is preferred to carry out the following high temperature reactions:
・Preparation of synthesis gas by reforming hydrocarbons with steam and/or carbon dioxide, simultaneous production of hydrogen and pyrolytic carbon by thermal decomposition of hydrocarbons. Suitable carrier materials are in particular carbonaceous granules, silicon carbide-containing granules, nickel-containing metal granules.
- Preparation of hydrogen cyanide from methane and ammonia or from propane and ammonia. Suitable carrier materials are in particular carbonaceous granules.
- Preparation of olefins by steam cracking of hydrocarbons. Suitable carrier materials are in particular carbonaceous granules, silicon carbide-containing granules.
-Preparation of ethylene, acetylene, and benzene by coupling methane.
- Preparation of olefins by catalytic dehydrogenation of alkanes, for example propylene from propane or butene from butane. Suitable support materials are in particular silicon carbide-containing granules coated with dehydrogenation catalysts or iron-containing moldings.
- Preparation of styrene by catalytic dehydrogenation of ethylbenzene. Suitable support materials are in particular silicon carbide-containing granules coated with dehydrogenation catalysts or iron-containing moldings.
- Preparation of diolefins by catalytic dehydrogenation of alkanes or olefins, for example the preparation of butadiene from butene or from butane. Suitable support materials are in particular silicon carbide-containing granules or iron-containing moldings coated with dehydrogenation catalysts.
- Preparation of aldehydes by catalytic dehydrogenation of alcohols, for example the preparation of anhydrous formaldehyde from methanol. Suitable support materials are in particular silver- or silicon carbide-containing granules coated with dehydrogenation catalysts or iron-containing moldings.
- Preparation of CO from CO 2 and carbon by Boudouard reaction. Suitable carrier materials are in particular carbonaceous granules.
- Preparation of hydrogen and oxygen by catalytic hydrothermal decomposition on a catalyst. Suitable support materials are in particular silicon carbide-containing granules or iron-containing granules coated with a cleavage catalyst, for example ferrite.

耐火レンガを充填したOCMC骨組の周りの所定の圧力を担う反応器ジャケット部で構成された反応器セグメントの図である。 凡例: 1=3つの横向きブリッジで構成されるパッキング 2a=中間層の側方ブリッジ 2b=最下層の側方ブリッジ 2c=最上層の側方ブリッジ 6=OCMC骨組のボックスに挿入された耐火レンガのパッキング(一包) 8=所定の圧力を担う反応器ジャケット部 1 is a diagram of a reactor segment consisting of a reactor jacket carrying a predetermined pressure around an OCMC framework filled with refractory bricks; FIG. Legend: 1 = Packing consisting of 3 lateral bridges 2a = Lateral bridges in the middle layer 2b = Lateral bridges in the bottom layer 2c = Lateral bridges in the top layer 6 = Packing of refractory bricks inserted in the box of the OCMC framework Packing (one package) 8 = Reactor jacket part that bears the specified pressure 1層あたり4つの横向きブリッジと3つの側方ブリッジとを有する、横向きブリッジ(1)と側方ブリッジ(2)から形成されたセグメント化された骨組のセグメントの上面図である。横向きブリッジは円柱シェルとして、側方ブリッジは平面シートとして仕上げられている。FIG. 4 is a top view of a segment of a segmented framework formed from transverse bridges (1) and lateral bridges (2), with four transverse bridges and three lateral bridges per layer; The transverse bridges are finished as cylindrical shells and the side bridges as flat sheets. 1層あたり横向きブリッジ、1つの横向きブリッジを有する側方ブリッジから形成されたセグメント化された骨組の上面図である。 左側:12のセグメント、平面シートとして仕上られた横向きブリッジ横向きブリッジごとに1つの側方ブリッジ 中央:18のセグメント、円弧状として仕上げられた横向きブリッジ横向きブリッジごとに1つの側方ブリッジ 右側:12のセグメント、角度付き(曲げられた)シェルとして構築される横向きブリッジ横向きブリッジごとに2つの側方ブリッジ それぞれの場合のハッチングされた領域は、セグメントの範囲を表す。5a,5b,5c...とラベル付けされた部分は、セグメント内のブリッジによって形成されるボックスである。FIG. 3 is a top view of a segmented skeleton formed from lateral bridges with one lateral bridge per layer ; Left side: 12 segments, lateral bridge finished as flat sheet, 1 lateral bridge per lateral bridge Center: 18 segments, lateral bridge finished as arc, 1 lateral bridge per lateral bridge Right side: 18 segments, lateral bridge finished as arc, 1 lateral bridge per lateral bridge : 12 segments, lateral bridges constructed as angled (bent) shells, 2 lateral bridges per lateral bridge . The hatched area represents the extent of the segments. 5a, 5b, 5c. .. .. The part labeled is the box formed by the bridges within the segment. 1層あたり横向きブリッジと、2つの横向きブリッジを有する側方ブリッジから形成されたセグメント化された骨組の上面図である。 左側:12のセグメント、平面シートとして仕上げられた横向きブリッジ横向きブリッジごとに1つの側方ブリッジ 中央:18のセグメント、円弧状として仕上げられ横向きブリッジ横向きブリッジごとに1つの側方ブリッジ 右側:12のセグメント、角度付きシェルとして構築される横向きブリッジ横向きブリッジごとに2つの側方ブリッジ それぞれの場合のハッチングされた領域は、セグメントの範囲を表す。5a,5b,5c...とラベル付けされた部分は、セグメント内のブリッジによって形成されるボックスである。FIG. 3 is a top view of a segmented skeleton formed from lateral bridges with lateral bridges per layer and lateral bridges with two lateral bridges . Left side: 12 segments, transverse bridges finished as flat sheets, one lateral bridge per transverse bridge Center: 18 segments, transverse bridges finished as arcs, one lateral bridge per transverse bridge Right side: 18 segments, transverse bridges finished as arcs, one lateral bridge per transverse bridge : 12 segments, lateral bridges constructed as angled shells, 2 lateral bridges per lateral bridge . The hatched area represents the extent of the segment. 5a, 5b, 5c. .. .. The part labeled is the box formed by the bridges within the segment. 1層あたり横向きブリッジ側方ブリッジ及び1つの横向きブリッジを有する分離ブリッジから形成されたセグメント化された骨組の上面図である。 左側:12のセグメント、平面シートとして仕上げられた横向きブリッジ横向きブリッジあたり1つの側方ブリッジ、セグメント間の各隙間に1つの緩い(バラの)分離ブリッジ 中央:18のセグメント、円弧状として仕上げられた横向きブリッジ横向きブリッジごとに1つの側方ブリッジ、セグメント間の各隙間に1つの緩い(バラの)分離ブリッジ 右側:12のセグメント、角度付き(曲げられた)シェルとして構築される横向きブリッジ、横向きブリッジごとに2つの側方ブリッジ、セグメント間の各隙間に1つの緩い(バラの)分離ブリッジ それぞれの場合のハッチングされた領域は、セグメントの範囲を表す。5a,5b,5c...とラベル付けされた部分は、ブリッジによって形成されるセグメント内のボックスである。FIG. 3 is a top view of a segmented skeleton formed from lateral bridges , lateral bridges and isolated bridges with one lateral bridge per layer ; Left side: 12 segments, transverse bridges finished as flat sheets, one lateral bridge per transverse bridge , one loose (loose) separation bridge in each gap between segments Center: 18 segments, finished as arcs transverse bridge , one lateral bridge per transverse bridge , one loose (loose) separation bridge in each gap between segments Right side: 12 segments, transverse bridge constructed as an angled (bent) shell, The hatched area represents the extent of the segments in the case of two lateral bridges per transverse bridge, one loose separation bridge in each gap between the segments. 5a, 5b, 5c. .. .. The part labeled is the box within the segment formed by the bridge . シート状の横向きブリッジ側方ブリッジからなる骨組内のセグメントの斜視図である。半径方向(放射方向)には、3つの横向きブリッジが連続して配置され、中央の側方ブリッジによって接続されている。骨組は6つの層からなる。 中央:骨組-要素、上側にスロットを有する横向きブリッジ(1、高さh)、中間層の側方ブリッジ(2a、高さh)、下層の側方ブリッジ(2b、高さ1.5h)及び上層の側方ブリッジ(2c,高さ0.5h)。下部と上部の側方ブリッジの異なる高さの結果として、異なる層のブリッジは相互にかみ合っている。 右側:横向きブリッジ側方ブリッジ、及び断熱マットに埋め込まれた耐火レンガのパッキングからなるセグメントの断面の斜視図である。 凡例: 1=3つの横向きブリッジで構成されるパッキング 2a=中間層の側方ブリッジ 2b=最下層の側方ブリッジ 2c=最上層の側方ブリッジ 6=OCMC骨組のボックスに挿入された耐火レンガのパッキング(一包) 8=OCMC骨組の耐火レンガのパッケージを固定するための断熱マットFIG. 3 is a perspective view of a segment in a framework consisting of sheet-like transverse bridges and lateral bridges ; In the radial direction , three transverse bridges are arranged in series and connected by a central lateral bridge . The skeleton consists of six layers. Center: Skeleton- element, transverse bridge with slot on the upper side (1, height h), lateral bridge of the middle layer (2a, height h), lateral bridge of the lower layer (2b, height 1.5h) and Upper layer side bridge (2c, height 0.5h). As a result of the different heights of the lower and upper lateral bridges , the bridges of different layers are interdigitated. Right side: perspective view of a cross-section of a segment consisting of a transverse bridge , a lateral bridge and a packing of refractory bricks embedded in an insulating mat. Legend: 1 = Packing consisting of 3 lateral bridges 2a = Lateral bridges in the middle layer 2b = Lateral bridges in the bottom layer 2c = Lateral bridges in the top layer 6 = Packing of refractory bricks inserted in the box of the OCMC framework Packing (one package) 8 = Insulation mat for fixing the OCMC frame firebrick package シート状の横向きブリッジ側方ブリッジ及び平面ブリッジからなる骨組内のセグメントの斜視図である。半径方向には、3つの横向きブリッジが連続して配置され、中央の側方ブリッジによって接続されている。骨組は4つの層からなる。横向きブリッジは層の間に挿入されている。 右側:骨組-要素、下面にスロットを有する横向きブリッジ(1、高さh)、頂部にスロットを有する側方ブリッジ(2、高さh)、内側にスロットを有する平面ブリッジ(3)。 凡例: 1=3つの横向きブリッジで構成されるパッキング 2=側方ブリッジ 3=平面ブリッジ FIG. 3 is a perspective view of a segment in the framework of sheet-like transverse bridges , lateral bridges and planar bridges ; Radically, three transverse bridges are arranged in series and connected by a central lateral bridge . The skeleton consists of four layers. Lateral bridges are inserted between the layers. Right side: Skeleton- element, transverse bridge with slot on the underside (1, height h), lateral bridge with slot on the top (2, height h), planar bridge with slot on the inside (3). Legend: 1 = Packing consisting of 3 lateral bridges 2 = Lateral bridges 3 = Planar bridges (実施例「一列の横向きブリッジを有する骨組」に対応):一列の横向きブリッジを有する例示的な骨組の上面図である。隣接する横向きブリッジ間の重ね継手の詳細を示す拡大図である。 凡例: 9=リベット 10=結合セメント(Corresponding to the example " Scaffold with one row of lateral bridges "): FIG. 2 is a top view of an exemplary skeleton with one row of lateral bridges ; FIG. 3 is an enlarged view showing details of a lap joint between adjacent transverse bridges ; Legend: 9=Rivet 10=Binding cement (実施例「放射線遮蔽として多数の横向きブリッジを有する骨組」に対応。) 左側:半径方向に多数の横向きブリッジの列を有する例示的な骨組の上面図。 右側:側方ブリッジ(2)と、側方ブリッジに挿入される横向きブリッジ(1)の束の詳細側面図。(Corresponding to the example " Scaffold with multiple transverse bridges as radiation shielding.") Left side: Top view of an exemplary skeleton with a radial row of multiple transverse bridges . Right side: Detailed side view of the lateral bridge (2) and the bundle of lateral bridges (1) inserted into the lateral bridge. (プロファイル化された側方ブリッジを有する骨組): 左側:多数のプロファイル化された側方ブリッジ及び分離ブリッジを有する例示的な骨組のセグメントの上面図 中央:重ねて配置された複数の層の正面図 右側:重ねて配置された複数の層の側面図 凡例: 1=横向きブリッジ 2=プロファイルされた側方ブリッジ 4=分離ブリッジ ( Scaffolding with profiled lateral bridges ): Left: Top view of an exemplary framework segment with multiple profiled lateral bridges and isolated bridges . Center: Front view of multiple layers arranged one on top of the other. Figure Right side: Side view of several layers placed one on top of the other Legend: 1 = Lateral bridge 2 = Profiled lateral bridge 4 = Separate bridge :複雑な(複合化した)ブリッジ形態の斜視図である。 頂部:平面ブリッジと分離ブリッジの組み合わせ 中央:平面ブリッジ、分離ブリッジ、及び横向きブリッジ(外側)の組み合わせ。 底部:平面ブリッジ、分離ブリッジ、及び2つの横向きブリッジ(内側及び外側)の組み合わせ。: A perspective view of a complex (compounded) bridge configuration. Top: Combination of planar bridge and separation bridge.Middle : Combination of planar bridge , separation bridge , and transverse bridge (outside). Bottom: combination of planar bridge , separation bridge and two transverse bridges (inner and outer). 所定の圧力を担うジャケット部の長さに対して部分的に切り取った骨組体系物を有する反応器の図である。FIG. 1 : is a diagram of a reactor with a framework structure partially cut away for the length of the jacket section carrying a given pressure ;

繊維強化酸化物セラミック、特にOCMCは、高い熱安定性と高い強度、延性及び熱衝撃安定性を兼ね備えている。材料は、1200℃を超えるまでこれらの特性を定常的に保持する。より高い温度になると、材料は徐々に脆くなるが、形状を維持し、顕著な残留強度を維持する。また、これらの材料は、低い熱伝導率と低い電気伝導率を有し、これにより、これらの材料絶縁体として適格である。OCMCで作られた骨組(フレームワークは、反応器のパッキング、高温固定床、又は流動床(移動床又は流動床)を所定の圧力を担う反応器の壁から隔てるバリアを形成する。電流が反応器パッキングを通って導かれる場合、OCMC骨組はまた、反応器パッキングと所定の圧力を担うジャケット部の間の効果的な電気絶縁を形成する。ブリッジ間の形状嵌合接合により、骨組の応力のない熱膨張が可能になる。これにより、高温及び場所及び時間に関する顕著な温度勾配特徴的な反応器内の運転条件を制御することが可能になるFiber-reinforced oxide ceramics, especially OCMC, combine high thermal stability with high strength, ductility and thermal shock stability. The material consistently retains these properties up to temperatures above 1200°C. At higher temperatures, the material gradually becomes brittle, but retains its shape and maintains significant residual strength. These materials also have low thermal conductivity and low electrical conductivity , which makes them suitable as insulators . A framework made of OCMC forms a barrier separating the reactor packing , hot fixed bed, or fluidized bed (moving bed or fluidized bed ) from the reactor walls carrying a given pressure . When electrical current is conducted through the reactor packing, the OCMC framework also forms an effective electrical insulation between the reactor packing and the jacket section carrying the predetermined pressure . The form-fit connection between the bridges allows for stress-free thermal expansion of the skeleton . This makes it possible to control the operating conditions within the reactor, which are characterized by high temperatures and significant temperature gradients with respect to location and time.

発泡セラミック及び繊維強化酸化物セラミック、特にHalfoam及びOCMCの新規材料の特性は、以下の利点をもたらす:発泡セラミック、特にHalfoamは、特に1000°Cを超える高温で良好な断熱作用を伴う高強度と形状の真正性を兼ね備えている。この材料は1700℃まで使用可能である。繊維強化酸化物セラミック、特にOCMCは、高い熱安定性と高強度及び延性を兼ね備えている。材料は、1200℃を超えるところまでこれらの特性を定常的に保持する。より高い温度になると、材料は徐々に脆くなるが、形状を維持し、顕著な残留強度を維持する。 The properties of the new materials of foamed ceramics and fiber-reinforced oxide ceramics, especially Halffoam and OCMC, offer the following advantages: Foamed ceramics, especially Halffoam, have high strength and good thermal insulation properties, especially at high temperatures above 1000 °C. It combines authenticity of form. This material can be used up to 1700°C. Fiber-reinforced oxide ceramics, especially OCMC, combine high thermal stability with high strength and ductility. The material consistently retains these properties up to temperatures above 1200°C. At higher temperatures, the material gradually becomes brittle, but retains its shape and maintains significant residual strength.

2つの材料を組み合わせることにより、圧力反応器の自立型軽量ライニングを実現することができる。ライニングに作用する力は、OCMC骨組によって吸収される。これにより、成形レンガを、熱膨張の際に互いに柔軟に動くことができるように緩く配置することができる。OCMC骨組と耐火物パッキングの純粋な形状嵌合結合は、著しい温度変化(場所や時間に関して)の場合に、低い応力で変形することができる柔軟な構造を可能にする。 By combining the two materials, a self-supporting lightweight lining of a pressure reactor can be realized. Forces acting on the lining are absorbed by the OCMC skeleton . This allows the shaped bricks to be loosely arranged so that they can flexibly move relative to each other during thermal expansion. The pure form-fitting connection of the OCMC framework and the refractory packing allows for a flexible structure that can be deformed with low stress in case of significant temperature changes (with respect to location and time).

Halfoamレンガの断熱効果により、薄い層で1500℃(反応ゾーン温度)から1200℃未満への温度低下を可能にする。その結果、複数の利点がある:ライニングは、より薄くすることができ、先行技術と比較してはるかに軽量である。OCMC製の支持骨組ブリッジは、エイジングから効果的に保護される。OCMCは熱伝導率が低いため、支持骨組のフィン作用により熱橋(伝熱経路:Kaeltebruecke:ドイツ語)が解消される。 The insulating effect of Halffoam bricks allows temperature reduction from 1500 °C (reaction zone temperature) to below 1200 °C with a thin layer. As a result, there are several advantages: the lining can be made thinner and is much lighter compared to the prior art. The support framework bridge made of OCMC is effectively protected from aging. Due to the low thermal conductivity of OCMC, the fin action of the support framework eliminates thermal bridges (heat transfer path: Kaeltebruecke: German) .

発泡セラミックと繊維強化酸化物セラミック、特にAlOをベースにしたHalfoamとOCMCは、熱膨張係数が同一である。その結果、ライニングの隙間は、全温度範囲にわたって変化せず、ライニングを通る不定の漏れの流れを防ぐことができる。OCMCフレームワークにおいて断熱マット耐火物パッキング埋め込むことで、継ぎ目がなく柔軟性があり、温度変化に対して安定した接続が可能になる。 Foamed ceramics and fiber-reinforced oxide ceramics, especially AlOx- based Halffoam and OCMC, have identical coefficients of thermal expansion. As a result, the gap in the lining does not change over the entire temperature range, which prevents irregular leakage flow through the lining. The embedding of refractory packing in the insulation mat in the OCMC framework allows for a seamless, flexible, and temperature-stable connection.

達成された固有の安定性の結果として、ライニングは、所定の圧力を担う反応器ジャケット部による支持を必要としない。その結果、ライニングと反応器ジャケット部との間に連続した隙間を形成することが可能となる。ライニングは、反応器ジャケット部とは別に組立及び分解が可能である。その結果、反応器の組み立てや摩耗しやすい要素の修理及び交換が簡単になる。より具体的には、ライニングは、反応器の外側に予め組み立てられ、反応器内に完全に吊り込まれる。その結果、ライニングの修理又は更新の際に、反応器の停止時間を最小限に抑えることができる。 As a result of the inherent stability achieved, the lining does not require support by the reactor jacket , which carries a given pressure . As a result, it becomes possible to form a continuous gap between the lining and the reactor jacket . The lining can be assembled and disassembled separately from the reactor jacket . As a result, reactor assembly and repair and replacement of wear-prone elements is simplified. More specifically, the lining is preassembled on the outside of the reactor and suspended completely within the reactor. As a result, reactor downtime can be minimized during lining repairs or renewals.

電気加熱反応器の場合、ライニングの材料は電気絶縁体であり、反応ゾーンの床と所定の圧力を担う反応器ジャケット部との間の効果的な絶縁層を構成する。ライニングと反応器ジャケット部の間の隙間は、床と反応器ジャケット部の間の、追加の信頼性が高い、温度に依存しない電気絶縁を確実にする。 In the case of electrically heated reactors, the material of the lining is an electrical insulator and constitutes an effective insulating layer between the floor of the reaction zone and the reactor jacket , which carries the predetermined pressure . The gap between the lining and the reactor jacket ensures an additional reliable, temperature-independent electrical insulation between the bed and the reactor jacket .

非多孔質で滑らかな外層によるライニングの内側のコーティングは、プラスの付随効果がある:外層は、例えば移動床の粒子による摩耗に対して効果的な保護を与える。外層の滑らかな表面は、壁の上に固体堆積物が形成されることを困難にする。堆積物は表面に緩く付着しているだけで、移動床の粒子の動きによって剥離され得る。反応ゾーンからのガスのバイパスのために起こる壁への透過性は低下する。非多孔質セラミックの薄層と、多孔質セラミックの1層以上の厚層とからなる多層構造は、熱衝撃の結果としての亀裂に耐性がある。 Coating the inside of the lining with a non-porous, smooth outer layer has a positive concomitant effect: the outer layer provides effective protection against abrasion by particles of moving beds, for example. The smooth surface of the outer layer makes it difficult for solid deposits to form on the walls. The deposits are only loosely attached to the surface and can be dislodged by the movement of particles in the moving bed. Permeability through the wall due to bypass of gas from the reaction zone is reduced. Multilayer structures consisting of a thin layer of non-porous ceramic and one or more thick layers of porous ceramic are resistant to cracking as a result of thermal shock.

ライニングのレイヤーバイレイヤー構造は、個々の層に、断熱効果と熱安定性に関する最適なそれぞれの特性をする断熱材料を使用することを可能にする。OCMC骨組の平行又は同心の横向きブリッジによるライニングの半径方向の分割は、不具合に対して寛容な構造方式を可能にする:耐火物パッキングの一部が破損しても、層は無傷のままであり、これらは、反応ゾーンから所定の圧力を担う反応器ジャケット部まで温床の破過を防ぎ、したがって、破損した反応器の制御された停止を可能にする。 The layer-by-layer construction of the lining makes it possible to use insulating materials in the individual layers with optimal respective properties with respect to insulation effectiveness and thermal stability. The radial division of the lining by parallel or concentric transverse bridges of the OCMC framework allows for a fault-tolerant construction scheme : even if part of the refractory packing breaks, the layer remains intact. , these prevent breakthrough of the hotbed from the reaction zone to the reactor jacket section carrying the predetermined pressure , thus allowing a controlled shutdown of a damaged reactor.

特に圧力反応器の場合に関連性がある:OCMCシート及び/又は耐火レンガの表面の任意のシールは、ライニングの断熱効果を明確に低下させる大面積の対流サイクルの形成を抑制することができる。 Particularly relevant in the case of pressure reactors: any sealing of the surface of the OCMC sheets and/or refractory bricks can suppress the formation of large-area convective cycles, which clearly reduces the thermal insulation effect of the lining.

実施例:
先行技術:
工業用反応器に耐火コンクリートの多層ライニングを施した。反応ゾーンの直径は3000mmであった。ベッドに電気を供給するための電極は、3000mm間隔で離れて垂直に配置されていた。ライニングは以下の層で構成されていた:

Figure 2020030598000002
Example:
Prior art:
The industrial reactor was lined with multiple layers of fireproof concrete. The diameter of the reaction zone was 3000 mm. The electrodes for supplying electricity to the bed were vertically spaced 3000 mm apart. The lining consisted of the following layers:
Figure 2020030598000002

ライニングはアンカーによって反応器ジャケット部に固定されていた。所定の圧力を担う反応器ジャケット部の内径は3640mmであった。設計では、ライニングの熱伝達係数は2.14W/(mK)であった。設計によると、反応器からの電力損失は、反応器長さで32kW/m、反応器側の温度75℃であった。最高温度1400℃,絶対圧力1.6barでの反応器運転では、熱損失は84kW/mまで上昇し、反応器側の温度は局所的に300℃まで上昇した。反応器を開くと、ライニングに亀裂が見つかった。反応器壁の内側の目に見える亀裂は不規則に走っており、大きさや程度(広がり)にばらつきがあった。測定された最も長い亀裂は1000mm;測定された最も大きい亀裂幅は3mmであった。ライニングは所々で破損していた。これにより、ライニングに面積500cm及び5cmまでの深さを有する凹みが生じていた。この損傷は、ライニングの断熱効果の低下によって説明される。その結果、反応器の性能及びプロセスのエネルギー消費量が低下した。さらに、所定の圧力を担う反応器ジャケット部は、過剰な温度上昇により弱体化した。これらの理由により、反応器の安全な運転を継続することができなかった。 The lining was secured to the reactor jacket by anchors . The inner diameter of the reactor jacket section, which carries the predetermined pressure, was 3640 mm. In the design, the heat transfer coefficient of the lining was 2.14 W/(m 2 K). According to the design, the power loss from the reactor was 32 kW/m over the reactor length, and the temperature outside the reactor was 75°C. In reactor operation at a maximum temperature of 1400° C. and an absolute pressure of 1.6 bar, the heat loss increased to 84 kW/m and the temperature outside the reactor locally increased to 300° C. When the reactor was opened, cracks were found in the lining. Visible cracks inside the reactor walls ran irregularly and varied in size and extent . The longest crack measured was 1000 mm; the largest crack width measured was 3 mm. The lining was damaged in some places. This resulted in depressions in the lining having an area of 500 cm 2 and a depth of up to 5 cm. This damage is explained by a reduction in the thermal insulation effect of the lining. As a result, reactor performance and process energy consumption decreased. Furthermore, the reactor jacket section , which carries the given pressure , was weakened due to excessive temperature rise. For these reasons, safe operation of the reactor could not be continued.

実施例1:反応器内部の電気絶縁体としての本発明のモジュール式骨組の使用
本実施例は、本発明の解決策の最も簡単な構成を示すものである。抵抗加熱床を有する移動床反応器は、例えば炭化水素の熱分解に使用される。反応ゾーンの直径は3000mmである。床に電力を供給するための電極は、互いに3000mmの間隔をおいて垂直に配置されている。所定の圧力を担う反応器ジャケット部は、内径3100mmを有する。反応器シェルの外側には冷却コイルが設置されており、ジャケット部温度は最高50°Cに制御されるように冷却コイルには水が流される。反応ゾーンはモジュール式骨組で囲まれている。骨組ブリッジは、OCMCで作られている。骨組は、横向きブリッジの列で構成されており、それぞれが側方ブリッジによって支持されている。すべてのブリッジの厚さは3mmである。骨組は、6つのセグメントと互いに重なった5つの層を有している。隣接するセグメントの横向きブリッジは、円周方向に互いに重なり合っている。重ね継手は、熱安定性の高いセメントで充填され、リベットで接続されている。その結果、骨組は、骨組所定の圧力を担う反応器ジャケット部の間の環状空間から反応ゾーンの防塵閉鎖を形成する。CO 骨組所定の圧力を担う反応器ジャケット部との間の環状空間内に、パージガスとして流れる。反応ゾーンの中心部の温度は1400℃である。骨組の温度は425℃である。この解決策は、コンパクトで軽量な設計が注目に値する。反応ゾーンは、所定の圧力を担うジャケット部で囲まれた断面積の93.5%を占めている。OCMCブリッジで構成される骨組の質量は250kgである。さらに、骨組は、所定の圧力を担う反応器の壁に対する反応ゾーンの電気絶縁としての機能を果たす。同時に、骨組は、わずかな断熱効果を有している。その結果、骨組の内部では十分な低温が確立され、炭素質堆積物に対して骨組が清潔に保たれる。これにより、プロセスの信頼性の高い定常運転モードが可能となる。
Example 1: Use of the modular framework of the invention as an electrical insulator inside a reactor This example shows the simplest configuration of the solution of the invention. Moving bed reactors with resistance heated beds are used, for example, for the pyrolysis of hydrocarbons. The diameter of the reaction zone is 3000 mm. The electrodes for powering the floor are arranged vertically with a distance of 3000 mm from each other. The reactor jacket , which carries the predetermined pressure , has an internal diameter of 3100 mm. A cooling coil is installed on the outside of the reactor shell, and water is flowed through the cooling coil so that the jacket temperature is controlled at a maximum of 50°C. The reaction zone is surrounded by a modular framework . The skeletal bridge is made of OCMC. The framework consists of rows of transverse bridges , each supported by a side bridge . The thickness of all bridges is 3mm. The skeleton has six segments and five layers overlapping each other . The transverse bridges of adjacent segments overlap each other in the circumferential direction. The lap joints are filled with thermostable cement and connected with rivets. As a result, the skeleton forms a dust-tight closure of the reaction zone from the annular space between the skeleton and the reactor jacket part carrying the predetermined pressure . CO 2 flows as a purge gas into the annular space between the skeleton and the reactor jacket carrying the predetermined pressure . The temperature in the center of the reaction zone is 1400°C. The temperature of the skeleton is 425°C. This solution is notable for its compact and lightweight design. The reaction zone occupies 93.5% of the cross-sectional area surrounded by the jacket section which carries the predetermined pressure . The mass of the framework composed of OCMC bridges is 250 kg. Furthermore, the skeleton serves as electrical insulation of the reaction zone with respect to the walls of the reactor , which carry a given pressure . At the same time, the framework has a slight thermal insulation effect. As a result, a sufficiently low temperature is established inside the skeleton to keep it clean from carbonaceous deposits. This enables a reliable steady-state operation mode of the process.

実施例2:放射線遮蔽としての本発明のモジュール式骨組としての使用
本実施例は、OCMCブリッジからなる骨組を想定した本発明の解決策の構成を示している。抵抗加熱床を有する移動床反応器は、例えば炭化水素の熱分解に使用される。反応ゾーンの直径は3000mmである。床に電力を供給するための電極は、互いに3000mmの間隔をおいて垂直に配置されている。所定の圧力を担う反応器ジャケット部は、内径3700mmを有する。反応器ジャケット部は、外側が絶縁されていない。反応ゾーンは、OCMCブリッジ骨組で囲まれている。骨組は、円周方向に12個のセグメントと、重ねて配置された10個の層を含んでいる。各セグメント内の各層は、側方ブリッジによってそれぞれ支持された60列の横向きブリッジを含んでいる。反応ゾーンと直接接触する内側の列の横向きブリッジの厚さは3mmである。これらの横向きブリッジの内側は、プラズマ溶射された保護層でコーティングされている。内側の列の隣接するセグメントの横向きブリッジは、円周方向に互いに重なり合っている。重ね継手は、熱安定性の高いセメントで充填され、リベットで接続されている。他の列では、横向きブリッジの厚さはそれぞれ1mmであり、半径方向に互いに2mmの距離にある。これらの横向きブリッジの端部は固定されていない。側方ブリッジの厚さは3mmである。COは、骨組所定の圧力を担う反応器ジャケット部の間の環状空間内にパージガスとして流れる。この解決策は、比較的軽量で機械的堅牢性に優れた設計が注目に値する。骨組全体は、延性があり熱衝撃に耐性のあるOCMCで構成されている。互いに挿入されたブリッジは、熱応力から生じる変形を同時に補償できる機械的に安定な骨組を形成する。骨組の質量は、反応器長さで約1.6tn/mである。さらに、骨組は、所定の圧力を担う反応器の壁に対する反応ゾーンの電気絶縁としての機能を果たす。さらに、骨組は、内側から外側に向かって一列に配置され放射線遮蔽として機能する横向きブリッジによって、断熱材料としても有効である。横向きブリッジ間の距離が狭いため、ガス層が滞留し、断熱作用が助長されている。反応ゾーンの中心温度は1350℃である。骨組の内側の温度は1200℃である。断熱による熱損失は、反応器長さで45kW/mである。所定の圧力を担う反応器ジャケット部の温度は85℃である。
Example 2: Use of the invention as a modular framework as a radiation shield This example shows the construction of the solution of the invention assuming a framework consisting of OCMC bridges . Moving bed reactors with resistance heated beds are used, for example, for the pyrolysis of hydrocarbons. The diameter of the reaction zone is 3000 mm. The electrodes for powering the floor are arranged vertically with a distance of 3000 mm from each other. The reactor jacket , which carries the predetermined pressure , has an internal diameter of 3700 mm. The reactor jacket is not insulated on the outside. The reaction zone is surrounded by a framework of OCMC bridges . The framework includes 12 circumferential segments and 10 superimposed layers. Each layer within each segment includes 60 rows of lateral bridges , each supported by a lateral bridge . The thickness of the inner row of transverse bridges in direct contact with the reaction zone is 3 mm. The inside of these lateral bridges is coated with a plasma sprayed protective layer. The transverse bridges of adjacent segments of the inner row overlap each other in the circumferential direction. The lap joints are filled with thermostable cement and connected with rivets. In the other rows, the transverse bridges are each 1 mm thick and radially spaced from each other at a distance of 2 mm. The ends of these lateral bridges are not fixed. The thickness of the lateral bridges is 3 mm. The CO 2 flows as a purge gas into the annular space between the skeleton and the reactor jacket carrying the predetermined pressure . This solution is notable for its relatively lightweight and mechanically robust design. The entire framework is constructed from OCMC , which is ductile and resistant to thermal shock. The bridges inserted into each other form a mechanically stable framework that can simultaneously compensate for deformations resulting from thermal stresses. The mass of the framework is approximately 1.6 tn/m over the reactor length. Furthermore, the skeleton serves as electrical insulation of the reaction zone with respect to the walls of the reactor , which carry a given pressure . Additionally, the framework is effective as a thermal insulator due to the transverse bridges arranged in a row from the inside to the outside and serving as a radiation shield. The narrow distance between the lateral bridges allows a layer of gas to stagnate, promoting insulation. The center temperature of the reaction zone is 1350°C. The temperature inside the skeleton is 1200°C. The heat loss due to insulation is 45 kW/m over the length of the reactor. The temperature of the reactor jacket, which carries the predetermined pressure, is 85°C.

実施例3(Halfoamと軽量耐火レンガ)
本実施例は、基本構成と直接比較できる本発明の解決策を示したものである。これは、半径方向に3層からなる厚さ320mmのライニングである。内層は、製造元Morgan Advanced Materials Haldenwanger GmbHからのHALFOAMで構成されている。2層目は、製造元Etex Building Performances GmbHからのPROMATON 28タイプの成形レンガで構成されている。3層目は、同じ製造者からのPROMATON 26タイプの成形レンガで構成されている。レンガはストレッチャーボンドとして敷設されている。OCMC骨組は、円形断面を有する18個のセグメントで構成されている。1個のセグメントは、1つの側方ブリッジと2つの横向きブリッジから構成されている。内側横向きブリッジは3.63mの直径を有し、ライニングの内層を取り囲んでいる。外側横向きブリッジは4.09mの直径を有し、ライニングの2つの外層を取り囲んでいる。ライニングの質量は約3.35tn/mである。外側横向きブリッジと反応器壁の間には、幅20mmの隙間が形成されている。移動床の中心温度は約1500℃である。表は、ライニングの半径方向の温度進行を示している。
Example 3 (Halfoam and lightweight firebrick)
This example shows a solution of the invention that can be directly compared with the basic configuration. This is a 320 mm thick lining consisting of three layers in the radial direction. The inner layer is composed of HALFOAM from the manufacturer Morgan Advanced Materials Haldenwanger GmbH. The second layer consists of molded bricks of the PROMATON 28 type from the manufacturer Etex Building Performances GmbH. The third layer consists of PROMATON 26 type molded bricks from the same manufacturer. The bricks are laid as stretcher bonds. The OCMC skeleton is composed of 18 segments with circular cross-sections. One segment consists of one lateral bridge and two transverse bridges . The inner transverse bridge has a diameter of 3.63 m and surrounds the inner layer of the lining. The outer transverse bridge has a diameter of 4.09 m and surrounds the two outer layers of the lining. The mass of the lining is approximately 3.35 tn/m. A gap with a width of 20 mm is formed between the outer transverse bridge and the reactor wall. The center temperature of the moving bed is approximately 1500°C. The table shows the radial temperature progression of the lining.

Figure 2020030598000003
Figure 2020030598000003

反応器の中心温度1500℃での長さに基づく熱損失は15.2kW/mであった。 The heat loss based on length at a reactor center temperature of 1500° C. was 15.2 kW/m.

この構成では、ライニングの内層が温度を大幅に低下させた:T=244K。その結果、温度は内側横向きブリッジまで、OCMC材料が顕著なエイジングを受けない程度まで低下した。 In this configuration, the inner layer of the lining significantly reduced the temperature: T = 244K. As a result, the temperature was reduced to such an extent that the OCMC material did not undergo significant aging up to the inner lateral bridge .

本発明のライニングは、実施例1の参考構成よりもかなり軽量である。参考構成に対する本発明の構成のさらなる利点は、第1ライニング層の熱絶縁効果から明らかである。
1.移動床断面にわたる温度場は、軸と壁の温度差ΔT=73Kより均質である。
2.第1ライニング層の外側の温度は、OCMC材料で作られた支持骨組が定常的にその有利な機械的特性を保持するように、1200℃を十分下回る温度にまで低下する。さらなる利点は、反応器壁の温度が低いことである。これらの利点は、K99アルミナ製の耐火レンガと比較して、HALFOAMの優れた断熱特性に帰趨させることができる。
The lining of the invention is significantly lighter than the reference configuration of Example 1. A further advantage of the inventive arrangement over the reference arrangement is evident from the thermally insulating effect of the first lining layer.
1. The temperature field across the moving bed cross-section is homogeneous due to the shaft-wall temperature difference ΔT=73K.
2. The temperature outside the first lining layer is reduced to a temperature well below 1200° C. so that the supporting framework made of OCMC material constantly retains its advantageous mechanical properties. A further advantage is the low temperature of the reactor walls. These advantages can be attributed to the superior thermal insulation properties of HALFOAM compared to refractory bricks made of K99 alumina.

実施例4(Halfoam、軽量耐火レンガ、超断熱材)
本実施例は、断熱効果及び質量に関して本発明の解決策の最適化されたバージョンを示している。これは、半径方向に4層からなる厚さ320mmのライニングである。2つの内層は、製造元Morgan Advanced Materials Haldenwanger GmbHからのHALFOAMで構成されている。3層目は、製造元Etex Building Performances GmbHからのPROMATON 28タイプの成形レンガで構成されている。第4の層は製造元Etex Building Performances GmbHからのMICORTHERM PANELで構成され、これらは外側の横向きブリッジの外側に接合されている。レンガはストレッチャーボンドとして敷設されている。OCMCフレームワークは、円形の断面を有する18個のセグメントで構成されている。1個のセグメントは、1つの側方ブリッジと2つの横向きブリッジから構成されている。内側の横向きブリッジは3.63mの直径を有し、ライニングの2つの内層を取り囲んでいる。外側の横向きブリッジは4.03mの直径を有し、ライニングの第3層を取り囲んでいる。ライニングの質量は約3.2tn/mである。外側の横向きブリッジと反応器壁の間には、幅20mmの隙間が形成されている。移動床の中心温度は約1500℃である。表は、ライニングの半径方向の温度進行を示している。
Example 4 (Halfoam, lightweight firebrick, super insulation material)
This example shows an optimized version of the inventive solution with respect to insulation efficiency and mass. This is a 320 mm thick lining consisting of four layers in the radial direction. The two inner layers are composed of HALFOAM from the manufacturer Morgan Advanced Materials Haldenwanger GmbH. The third layer consists of molded bricks of the PROMATON 28 type from the manufacturer Etex Building Performances GmbH. The fourth layer consists of MICORTHERM PANEL from the manufacturer Etex Building Performances GmbH, which are bonded to the outside of the outer transverse bridge . The bricks are laid as stretcher bonds. The OCMC framework consists of 18 segments with circular cross sections. One segment consists of one lateral bridge and two transverse bridges . The inner transverse bridge has a diameter of 3.63 m and surrounds the two inner layers of the lining. The outer transverse bridge has a diameter of 4.03 m and surrounds the third layer of lining. The mass of the lining is approximately 3.2 tn/m. A gap with a width of 20 mm is formed between the outer transverse bridge and the reactor wall. The center temperature of the moving bed is approximately 1500°C. The table shows the radial temperature progression of the lining.

超断熱材は反応器壁にカセットで固定された。 The superinsulation material was fixed to the reactor wall with a cassette.

Figure 2020030598000004
Figure 2020030598000004

熱損失は9.15kW/mであり、すなわち、実施例1及び2の構成よりも大幅に低い。この構成では、ライニングの2つの内層は、OCMC材料が顕著なエイジングを受けない程度にまで温度を低下させる。第3層は、非常に強い絶縁効果を有するが熱安定性が約1000℃に制限されている超断熱材を使用することができる程度に温度を低下させる。 The heat loss is 9.15 kW/m, ie significantly lower than the configurations of Examples 1 and 2. In this configuration, the two inner layers of the lining reduce the temperature to such an extent that the OCMC material does not undergo significant aging. The third layer reduces the temperature to such an extent that superinsulating materials can be used which have a very strong insulating effect but whose thermal stability is limited to about 1000°C.

本発明のライニングは、本発明の実施例2の構成よりも軽量である。実施例2の構成に対して本発明の構成のさらなる利点は、移動床の断面にわたるより均一な温度場(温度差:ΔT=36K)及び反応器壁におけるより低い温度(T=58℃)である。その結果、反応器の外側の接触保護を不要にすることができ、コスト削減と反応器へのアクセス性の向上を図ることができる。 The lining of the present invention is lighter than the configuration of Example 2 of the present invention. Further advantages of the configuration of the invention over the configuration of Example 2 are a more uniform temperature field across the cross-section of the moving bed (temperature difference: ΔT=36 K) and a lower temperature at the reactor wall (T=58 °C). be. As a result, it is possible to eliminate the need for contact protection on the outside of the reactor, thereby reducing costs and improving accessibility to the reactor.

Claims (16)

少なくとも1つの所定の圧力を担う装置ジャケット部と、該装置ジャケット部の内部に配置された少なくとも1つのモジュール式骨組体系物から構成され、該モジュール式骨組体系物は、2つの異なるブリッジ種類から構成されている装置であって、
複数の横向きブリッジが少なくとも1つの角柱又は円柱を形成し、及び複数の側方ブリッジが、前記角柱又は前記円柱の内部に突出し、前記横向きブリッジ及び前記側方ブリッジが、相互に入り込んだ状態に差込可能であり、及び/又は1つ以上の接続要素の助けを借りて接続可能であり、前記ブリッジの材料はセラミック繊維複合材料を含むことを特徴とする装置。
consisting of an apparatus jacket section carrying at least one predetermined pressure and at least one modular framework system disposed inside the apparatus jacket section , the modular framework system consisting of two different bridge types : A device that is
A plurality of lateral bridges form at least one prism or cylinder, and a plurality of lateral bridges protrude into the interior of the prism or cylinder, and the lateral bridges and the lateral bridges interdigitate. Device characterized in that the material of the bridge comprises a ceramic fiber composite material, which can be embedded and/or connectable with the help of one or more connecting elements.
前記モジュール式骨組体系物は自立型であることを特徴とする請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the modular framework is self- supporting . 前記ブリッジの材料は、維複合酸化材料を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の装置。 3. Device according to claim 1 or 2 , characterized in that the material of the bridge comprises a fiber composite oxidized material. 前記横向きブリッジが、波形、角度付き若しくは平面状のシートの形態、又は円柱のシェルの形態をとり、及び前記側方ブリッジが、波形又は平面状のシートの形態をとることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の装置。 Claim characterized in that the transverse bridges take the form of corrugated, angled or planar sheets or of cylindrical shells, and the lateral bridges take the form of corrugated or planar sheets. The device according to any one of items 1 to 3. 前記装置は、前記横向きブリッジから形成され、相互に重ねて配置されている複数の層を有することを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の装置。 Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the device has a plurality of layers formed from the transverse bridges and arranged one on top of the other . 放射方向に見て、複数の平行な、又は中心を同じくする楕円円弧状の横向きブリッジが使用され、該横向きブリッジが上面視において、相互に内側に配置された多角形又は相互に内側に配置された楕円形として配置されていることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の装置。 A plurality of parallel or concentric elliptical arc-shaped transverse bridges are used in radial direction, which transverse bridges are polygonal or mutually disposed in top view. Device according to any one of claims 1 to 5 , characterized in that it is arranged as an ellipse. 周方向に隣接する前記横向きブリッジの間の隙間に、分離ブリッジが差込み可能であることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の装置。 7. Device according to claim 1 , characterized in that a separation bridge can be inserted into the gap between the circumferentially adjacent transverse bridges . 横向きブリッジの相互に重なって配置された2つの層の間に、平面ブリッジが挿入可能であることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の装置。 Device according to one of the preceding claims, characterized in that a planar bridge can be inserted between two mutually arranged layers of the transverse bridge . 前記装置が、基礎によって支持されており及び解除可能な接続手段によって前記基礎部に接続されていることを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の装置。 Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the device is supported by a base part and is connected to the base part by releasable connection means . 前記装置は、前記モジュール式骨組体系物内に配置された耐火レンガのライニングを有することを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の装置。 Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the device has a refractory brick lining arranged within the modular frame system . 前記骨組体系物は複数のボックスに分割されることができ、1つの前記ボックスは、放射方向に見て、2つの隣接して平行な、又は中心を同じくする楕円円弧横向きブリッジ、及び対応する側方ブリッジ、及び周囲方向に隣接する前記横向きブリッジの間の間隙部、ないしは有利なことには、この間隙部に差し込まれた前記分離ブリッジによって囲まれており、及び
前記ボックスはそれぞれ1~2000個の耐火レンガ又は触媒で充填され、及び前記レンガは垂直及び水平方向に層状に配置され、及び
前記レンガと前記ボックスの間の境界を付けるブリッジが、間隙であることを特徴とする請求項10に記載の装置。
The framework structure can be divided into a plurality of boxes, one of which, viewed in the radial direction, comprises two adjacent parallel or concentric elliptical arc- shaped transverse bridges and corresponding and a gap between said circumferentially adjacent lateral bridges , or advantageously surrounded by said separating bridge inserted into said gap, and
each box is filled with 1 to 2000 refractory bricks or catalysts, and the bricks are arranged in layers vertically and horizontally, and
11. Device according to claim 10 , characterized in that the bridge demarcating the brick and the box is a gap.
前記耐火レンガの前記ライニングは、放射方向に連続して配置され、
(i)発泡セラミック、
(ii)焼結鋳造又は押出セラミック、又は、
(i)発泡セラミック、(ii)焼結鋳造又は押出セラミック及び(iii)圧縮セラミック繊維、又は、
(i)発泡セラミック、(ii)焼結鋳造又は押出セラミック、(iii)圧縮セラミック繊維及び(iv)真空成形された繊維板又は微孔質ヒュームドシリカ
を含む板から構成された複数のレンガパッキングを含むレンガアセンブリを含むことを特徴とする請求項10又は11に記載の装置。
the lining of the refractory bricks is arranged in radial succession;
(i) foamed ceramic;
(ii) sintered cast or extruded ceramic; or
(i) foamed ceramics, (ii) sintered cast or extruded ceramics, and (iii) compressed ceramic fibers, or
A plurality of brick packings constructed from (i) foamed ceramic, (ii) sintered cast or extruded ceramic, (iii) compressed ceramic fibers, and (iv) vacuum formed fiberboard or board containing microporous fumed silica. 12. Apparatus according to claim 10 or 11 , characterized in that it comprises a brick assembly comprising a brick assembly.
前記レンガと前記隣接するブリッジとの間の隙間、及び/又は周囲方向隣接する前記レンガパッキングの間の隙間は、断熱マットで少なくとも部分的に充填されていることを特徴とする請求項10~12のいずれか1項に記載の装置。 Claims 10 to 10 , characterized in that the gap between the brick and the adjacent bridge and/or the gap between the circumferentially adjacent brick packings is at least partially filled with an insulating mat. 13. The device according to any one of 12. 前記モジュール式骨組体系物と前記所定の圧力を担う装置ジャケット部との間には、連続的な隙間が存在することを特徴とする請求項1~13のいずれか1項に記載の装置。 Device according to any one of the preceding claims, characterized in that a continuous gap exists between the modular framework system and the device jacket part carrying the predetermined pressure . 前記隙間は、有向ガス流によってパージされることを特徴とする請求項14に記載の装置。 15. Apparatus according to claim 14, characterized in that the gap is purged by a directed gas flow. 求項1~15のいずれか1項に記載の装置の使用であって、
- 炭化水素を水蒸気及び/又は二酸化炭素で改質することによる合成ガスの調製
- 炭化水素の熱分解による副産物としての水素と炭素の調製
- メタン及びアンモニアから、又はプロパン及びアンモニアからのシアン化水素の調製
- 炭化水素の蒸気分解によるオレフィンの調製
- メタンのカップリングによるエチレン、アセチレン、及び/又はベンゼンの調製
- アルカンの脱水素によるオレフィンの調製
- エチルベンゼンの脱水素によるスチレンの調製
- アルカン又はオレフィンの脱水素によるジオレフィンの調製
- アルコールの脱水素によるアルデヒドの調製
- 二酸化炭素と炭素からのBoudouard反応による一酸化炭素の調製
- 触媒上の水熱分解による水素及び酸素の調製
のための使用。
Use of a device according to any one of claims 1 to 15, comprising:
- Preparation of synthesis gas by reforming hydrocarbons with steam and/or carbon dioxide - Preparation of hydrogen and carbon as by-products from the thermal decomposition of hydrocarbons - Preparation of hydrogen cyanide from methane and ammonia or from propane and ammonia - Preparation of olefins by steam cracking of hydrocarbons - Preparation of ethylene, acetylene and/or benzene by coupling of methane - Preparation of olefins by dehydrogenation of alkanes - Preparation of styrene by dehydrogenation of ethylbenzene - Dehydration of alkanes or olefins - Preparation of aldehydes by dehydrogenation of alcohols - Preparation of carbon monoxide from carbon dioxide and carbon by the Boudouard reaction - Use for the preparation of hydrogen and oxygen by hydrothermal decomposition over catalysts.
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