KR800000526B1 - 고온의 화학 반응공정용 유체-벽 반응기 - Google Patents

Abstract

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Description

고온의 화학 반응공정용 유체-벽 반응기

제1도는 본 발명 반응기의 한 실시예의 부분적 단면의 입면도이고,

제2a도는 본 발명반응기의 둘째 실시예의 입구 첨단 단면의 입면도이고,

제2b도는 본 발명 반응기의 둘째 실시예의 출구첨단 단면의 입면도인데 제2a 및 2b도는 구조를 상세히 나타내도록 충분한 크기로 설명하기 위하여 선 A-A에 따라 나눈 전체구조의 절반을 나타낸 것이고,

제2c도는 어떤 부품을 제거하거나 반응기의 작용을 보다 명확히 설명하기 위하여 본 발명 반응기의 둘째 실시예의 부분적 단면의 사시도이고,

제3도는 제2a도의 선 3-3에 따라 취한 단면이고,

제4도는 2b도의 선 4-4에 따라 취한 단면이며,

제5도는 제2a도의 선 5-5에 따라 취한 단면이고,

제6도는 본 발명의 두 번째 실시예의 반응관 가열장치 일부의 투시도이고,

제7a,7b,7c 및 7d는 모두 본 발명 반응기의 부분적 단면의 혼합입면도이고 반응기의 전체구조는 충분한 크기를 설명하며 구조를 상세히 나타내기 위하여 선 A-A, B-B 및 C-C에 따라 나누었으며,

제8도는 제7a도의 선 8-8에 따라 취한 단면이고,

제9도는 제7b도의 선 9-9에 따라 취한 단면이고,

제10도는 제7b도의 선 10-10에 따라 취한 단면이고,

제11도는 제7c도의 선 11-11에 따라 취한 단면이며,

제12도는 제7c도의 선 12-12에 따라 취한 단면이고,

제13도는 본 발명 반응기의 변형 실시예의 반응 후 처리 장치 단면의 입면도이고,

제14a 및 14b도는 본 발명의 변형 실시예의 입구 조립 장치의 부분적 단면의 혼성 입면도이고 충분한 크기를 설명하여 구조를 상세히 나타내기 위하여 입구 조립 장치의 전체 구조를 선 D-D에 따라 나누었으며,

제15도는 예비 처리 및 고체 반응물을 본 발명 반응기의 입구 장치내로 도입하기 위한 장치와 연결된 본 발명 반응기의 입면도이고,

제16도는 본 발명 반응기의 내열성 코팅 및 부식 시스템을 설명한 도표이고,

제17도는 본 발명 반응기의 온도 조절 회로의 계통도이고,

제18도는 온도 및 가열소자를 구성하는 내화섬유층 수의 함수로서 본 발명 반응기의 가열소자의 전기저항을 나타낸 그라프이며,

제19도는 본 발명 반응기의 여러 가지 제어 시스템의 작동을 설명한 계통도이다.

본 발명은 고온 화학반응 공정 뿐만 아니라 반응기내에서 실시될 수 있는 여러 가지 공정을 위한 유체-벽 반응기에 관한 것으로 이러한 공정은 이전에는 불가능하였고 단지 이론적으로만 가능하였다. 유체-벽 반응기와 그 반응기내에 사용된 공정은 가열원으로서 방사선 카프링울 아용하며 원하는 화학 반응을 반응기의 용기 표면과 접촉하여 보호 유체함내에 분리하여 유지하고 방사에너지 가열장치와 “흑체강(黑體腔)”으로 정의된 반응대역을 둘러싼 열 보호벽을 제공한다. 본 발명명세서에 사용된 “흑체강”이란 용어는 일반적으로 한 표면 또는 여러 표면으로 둘러싸인 한 공간을 칭하며 이것으로부터 방사선이 탈출할 수 없다. 본 발명 반응기에 있어서 열 보호벽은 “흑체강”의 둘러싼 표면 또는 표면들로 구성 되었으며 이로 인하여 열 보호벽은 절연체로서의 기능을 갖고 있어 “흑체강”내로부터의 열 전달을 방지하며 방사선 카프링 열원에 의하여 발생된 온도를 견디여 낼 수 있어야 한다.

고온 반응기는 유기 및 무기화합물의 열분해, 해리 및 연소 반응을 실시하는데 사용된다. 이러한 모든 반응기는 대류나 전도에 의하여 열을 반응물에 전달하나 이러한 특성은 실시되고자 하는 반응의 성질 및 범위를 제한하는 두가지 중요한 문제를 야기시킨다. 이 두 문제들은 열을 대류에 의하여 반응물에 전달하는 종래의 반응기에서 시스템내 최고 온도는 반드시 반응기의 내벽과 반응물류 사이의 내면에 있게 된다는 사실로부터 결과된다.

첫 번째 문제는 고온에서 공지된 반응기 벽 물질의 강도에 부여된 반응의 이용할 수 있는 온도상에 한 개를 내포한다. 증가된 온도 조건하에 그들의 완전성을 유지하기 위하여 반응기 벽 물질을 감소된 능력은 공지 되었으나 열적 에네지를 반응물류에 전달하기 위하여 반응기 벽 물질을 가열한 필요가 있으므로 이용할 수 있는 반응온도는 반응기 벽이 안전하게 가열될 수 있는 온도로 한정된다. 이러한 요소는 시도하는 반응이 고압에서 실시하는 경우 특히 위험하다.

두 번째 문제는 종래 반응기의 벽이 시스템에서 최고 온도하에 있게 되고 대류 전도에 의한 열 전달은 벽과 반응물류 사이의 접촉을 요하기 때문에 야기된다. 고온하에서 반응기 벽은 시스템내에서 가장원하는 반응 위치가 아니라면 이성적이나 대부분의 경우 반응 생성물이 벽상에 축적되어 싸인다. 그러한 축적은 열을 반응물에 전달하는 시스템의 능력을 저하시키고 이러한 증가된 열적 임피이던스는 반응물류내로 열전달의 초기 속도를 유지하기 위하여 열원 온도를 점차적으로 상승시켜야만 한다. 축적이 증가할 때 필요한 열원의 온도는 반응기 벽 물질의 능력을 초과하게 된다. 또한 반응을 유지하기 위하여 부가적인 에너지가 필요하게 되므로 공정을 기술적 및 경제적 면에서 비효과적이다. 그러므로 시도하는 반응이 열전달, 물질의 강도 또는 경제적으로 고려되어야 할 사항중 어느것에라도 기준을 두어 더 유지될 수 없는 시점에서 시스템을 중지하고 소제해야 한다.

소재는 보통 반응기 벽을 긁어내는 기계적 방법이나 퇴적물을 연소시키는 화학적 방법으로 실시한다. 어떤 연속공정에서는 반응이 진행되는중 반응기 벽을 긁어내도록 시도하고 있으나 뜨겁게된 긁어내는 도구 자체가 반응부위가 된후 청소를 해야만 한다.

어떤 경우 이러한 시간적 소비는 실질적인 경제적 손실을 나타낸다. 많은 예에서 두 번째 시스템은 제조시간의 손실을 최소로 하기 위하여 설치되나 이러한 부가적인 장치는 실질적인 자본 투자의 증가를 나타낸다. 어떤 고온의 화학 반응기는 이것의 내부 벽이 충분한 방사선 에너지를 방출하여 반응을 시작하여 유지할 수 있는 온도로 가열된 관을 포함한다. 그러나 전도 및 대류 반응기의 경우에서와 같이 반응 수득 고체 생성물은 관벽상에 원하지 않는 축적을 초래하여 관의 열 전달의 감소를 초래한다.

미국 특허 2,926,073호에 기술된 반응기는 천연 가스의 열분해에 의하여 카본브랙 및 수소를 제조하기 위하여 설계되어있다. 공정은 연속적 공정이나 실제로 반응기가 작동하는 대류적 열전달 원리는 반응을 유지 및 조절상에 여러 가지 문제가 있다. 반응기의 가열된 관이 이상적 반응부위이므로 탄소가 축적되어 점점 시스템이 마비된다. 그러나 보다 심각한 것은 폭팔을 초래할 수 있는 열적 이탈의 문제다. 이러한 조건하에서 천연가스의 열분해중 가스 상의 열전도는 가스의 조성에 따라 갑자기 5-30배로 증가한다는 것이 측정되었다. 종래의 대류적 반응기내 온도는 이러한 현상을 보상하기에 충분한 속도 및 정확도로 조절될 수 없으므로 어떤 경우계가 불안정하게 되어 폭발이 일어난다. 상술한 조건들은 종래 반응기의 특징들인데 아직까지 이러한 문제를 극복하는 방법이 발견되지 않았다.

미국 특허 3,565,766호는 열분해에 의하여 석탄의 품질을 개선하기 위한 최근의 시도를 열거하였다. 발명된 시스템은 약 1,600℉까지 연속적으로 증가하는 온도에서 다단계 유동층으로 작용하는 일련의 속이빈 강철용기를 포함한다. 저온에서의 유체화는 비록 외부적 가열이 시도될지라도 자체가 열을 공급하는 불활성 기체에 의하여 이루어 진다. 보다 높은 온도에서 유체화는 최종단계에서 얻은 상층 기체에 의하여 이루어지며 최종단계에서 온도는 공기 또는 산소내에서 탄화물의 내부연소에 유지된다. 이것은 근본적으로 대류에 의하여 열전달이 이루어지기 때문에 이 시스템은 상술되었든 많은 결함과 단점들을 갖는다.

미국특허 2,062,358에 기술된 카본브랙의 제조장치는 가열실내에 배열된 구멍이 뚫린 관을 포함한다. 뜨거운 기체가 원격로로부터 실로 주입된후 소공성 관의 벽을 통하여 가압되어 반응물과 혼합된다. 함유체로부터 반응물로의 대류만으로의 열전달이 사용된다. 이것은 “흑체강”의 부재와 함께 열손실을 방지하기 위하여 가열실을 통하여 다량 유체의 유동을 필요로 한다.

미국특허 2,769,772호는 탄화수소 같은 유체물질을 가열처리하기 위하여 염가열로내에 배열된 두 개의 동심관을 포함한 반응기를 발명하였다. 반응물은 통과시키는 내부 동심관을 통하여 축 방향으로 흐른다. 동심관사이의 환상실내 흐르는 열-운반 기체는 외부 벽과의 접촉에 의하여 가열된다. 내부 관내의 유체는 열-운반기체가 통과 시킬수 있는 벽을 통과하여 그들과 혼합될 때 대류에 의하여 가열되었고, 방사선 열 전달은 회피하였다. 실제로 외부관을 고온으로 동시에 가열 시키지 않고 내부관을 가열하는 것은 불가능하다.

미국특허 2,436,282호의 표면-연소열분해로는 미국 특허 2,769,772호의 것과 유사한 대류적 열-운반 기체원리를 사용하였다.

로는 자켓으로 둘러싸인 소공의 내화성 관을 포함하고 환상실로부터의 연소성 유체가 구멍이 뚫린 벽을 통하여 발화된 관의 내부로 주입된다. 그러나 벽을 통하여 불꽃이 전파되는 속도보다 빠른 속도로 구멍뚫린 벽을 통하여 연소성 유체를 주입하지 않는다면 환상실내의 연소성 유체는 폭팔될 것이라는 것은 확실하다. 또한 환상실내의 온도는 기체공기 혼합물의 발화 온도 이하로 유지되어야만 한다. 표면 불꽃으로부터의 연소 생성물은 로내에서 반응물과 혼합되어 가능하다면 그들과 반응한다. 연소생성물과 반응물의 대류적 혼합에 의하여 열을 반응물에 준다.

미국특허 2,670,272, 2,670,275, 2,750,260, 2,915,367, 2,957,753 및 3,499,780호는 산소내에서 사염화 티타니움을 연소시킴에 의하여 색소제의 이산화 티타니움을 제조하기 위한 연소-실을 기술하였다. 이러한 류의 대표적인 2,670,275 특허에서는 사염화티타니움을 소공성의 내화성 관내에서 연소시킨다. 불활성 기체를 소공성 관을 통하여 연소실내로 연속적으로 확산시켜 관의 내부 표면상에 보호 브라켓을 형성한다. 이 기체의 브라켓은 이산화티타니움 입자가 반응기의 벽에 부착되는 경향을 감소시킨다. 사염화 티타니움의 연소는 발열반응임으로 이것이 관을 통과할 때 반응혼합물에 열을 공급할 장치는 필요치 않다.

실제로 275특허는 소공성 관장치를 대기중에 노출시키든가 소공성 관에 배열된 코일을 통하여 냉각 유체를 회전시킴에 의하여 반응실로부터의 열을 제거하는 장점을 제공한다.

본 발명의 고온 화학 반응 공정에서 방사선에 투명한 불활성 유체의 환상 밀폐 용기를 만들고 밀폐용기는 축의 길이로 갖는다. 적어도 한 개의 반응물이 밀폐 용기의 축과 일치하는 사전 결정된 통로에 따라 밀폐용기의 중심을 통과한다. 이때 반응물들은 밀폐 용기내에 감금된다.

반응물 유체가 출발한후 반응물 통로의 일부의 부합되도록 강력한 방사선 에너지를 밀폐용기를 통과 시킨다. 충분한 방사선 에너지가 중심에 흡수되면 반응물의 온도가 원하는 화학반응을 시발시키는데 요하는 준위까지 상승한다.

반응물 자체 방사선 에너지에 투명한 경우에는 흡수 목표물을 반응물 흐름으로 도입한다. 목표물은 충분한 방사선 에너지를 흡수하여 중심내의 온도를 원하는 준위까지 상승시킨다. 그러나 어떤 실예에서 반응물이 방사선에 투명한 동안의 하나나 그 이상의 반응 생성물이 흡수제가 될 수도 있다. 그러한 경우 일단 반응이 시작되었다면 목표물은 회수되고 반응은 계속될 것이다. 그러한 반응의 예로는 탄소의 수소로의 메탄 열분열이다.

어떤 반응은 반응 생성물이 즉시 그리고 빨리 냉각되지 않는다면 부분적으로 또는 완전히 역전될 수도 있다. 그러한 경우 원하지 않는 화학반응을 방지하기 위하여 반응생성물 및 어떤 남은 목적물의 냉각을 즉시 실시하여 원하는 반응의 완결을 시도한다.

본 발명의 고온 유체-벽 반응기는 모든 필요한 열을 방사선 카프링에 의하여 반응물에 전달한다. 반응기의 어떤 실시예는 입구 및 출구 첨단을 갖인 관을 포함하며 관의 내부는 반응기 실이다. 불활성 유체를 반응기실내로 도입하는 장치는 반응기관의 내부표면을 위한 보호 브란켓이 부착되었다. 한 반응물을 입구 첨단을 통하여 반응기실내로 도입하기 위한 장치는 반응물이 반응기관의 사전 결정된 통로로 축방향으로 인도되도록 한다. 불활성 유체 브란켄은 반응물을 반응기실내에 그리고반응기관과의 접촉한 외부쪽으로 봉쇄시킨다. 강력한 방사선 에너지가 발생하여 반응물 통로의 일부와 부합하도록 반응기실내로 향한다.

충분한 방사선 에너지가 흡수되어 반응물의 온도를 원하는 화합반응을 시발 시키는데 필요한 준위까지 상승시킨다. 반응기의 다른 실시예는 입구단과 출구단을 갖인 관을 포함하며 관내부의 적어도 일부는 반응 대역이다. 반응기 관은 반응 대역내 반응물의 온도를 원하는 화학 반응을 시발하여 유지하는데 요하는 준위까지 상승시키기에 충분한 방사선 에너지를 방출시킬수 있는 섬유로된 내화성 물질의 직물로 제조되었다. 직물은 반응기관의 내부 표면상에 보호 브란켓을 구성하도록 관벽을 통하여 방사선 예너지를 투과하는 충분한 불활성 유체의 균일한 흐름을 허용할 수 있는 직경으로된 다수의 구멍들을 갖는다. 유체-충만관 형태의 압력용기는 반응기관을 둘러싸서 반응기관과 압력용기 사이에 불활성 유체로 충만된 공간을 이룬다. 반응기관의 입구 및 출구 첨단은 프레늄(plenum)이로부터 봉쇄되였다. 압력용기는 압력하에 프레늄으로 향하고 구멍뚫린 관벽을 통하여 반응대역내로 불활성 유체를 주입하기 위한 적어도 한 개의 입구를 갖는다. 또한 반응기는 반응기관의 입구단을 통하여 적어도 한 개의 반응물을 반응대역에 도입하기 위한 장치를 포함한다. 반응물이 반응기관의 사전 결정된 통로로 인도되여 반응대역내의 중심으로 또 반응기관의 내벽과 접촉된 외부로 보호 브란켓에 의하여 감금된다. 적어도 한 개의 전기적 가열 소자가 반응기관의 외부쪽으로 떨어져서 프레늄내에 배열되어 반응 기관을 원하는 화학 반응을 시작하여 유지하기에 충분한 방사선 에너지를 방출하는 온도 준위까지 가열시킨다.

방사선 에너지는 반응물 통로의 적어도 일부와 일치하는 반웅 대역 내로 향한다. 열 보호 장치가 가열 소자와 흑체강으로 정의된 반응 대역을 둘러싼 압력 용기내에 배열되었다. 열 보호 장치는 방사선 에너지를 반응 대역 쪽으로 반사시킨다.

종래의 대류 반응기와 대조적으로 본 발명은 열을 반응 물류에 전달하는데 방사선 카프링을 이용한다.

전달된 열의 양은 반응기 벽과 반응물 흐름의 물리적 접촉과 반응물 흐름 내의 혼합도에 따른다. 본 발명 시스템 내 열 전달에 대한 첫 번째 고려는 반응물의 방사선 흡수 계수(α)이다. 반응기 벽을 보호하는 불활성 유체 브란켓은 방사선을 투과하여 (α)의 대단히 낮은 값을 나타낸다. 이것은 방사선 에너지가 브란켓을 통하여 에너지의 손실없이 반응 물류에 전달되도록 한다. 반응물 자체나 목표물 매체가 높은 (α)값을 나타내면 다량의 에너지를 흡수하게 되고 또는 방사선이 입자들 사이에 갇히게 됨에 의하여 흡수되어 반응물은 세분된다(안개에서와 같이). 좋은 흡수체인 물질은 일반적으로 방사선의 좋은 방출체이므로 반응물 또는 목표물이 충분히 고열로 상승되었을 때 그들은 전체 반응 용량을 통하여 에너지를 재방사시키는 이차적인 방사체가 되어 시스템의 열 전달 특성을 강화시킨다. 이것은 순간적으로 일어나며 정확하고 신속한 조절을 받는다. 반응물의 신속하고 균일한 가열을 일으키는 재-방사 현상은 반응 물류 내에 존재하는 혼합 정도에 따른다.

본 발명의 고온 화학 공정 및 장치는 당해 분야를 괴롭히는 문제들을 해결하여 지금까지 불가능하고 이론적으로만 가능하였든 반응을 실시할 수 있도록 한다. 열은 대류나 전도에 의한 것보다 방사선 카프링에 의하여 공급되기 때문에 반응물로의 온도는 반응기 벽의 온도와 반응 물류의 조건에 따르므로 물질의 심각한 강도 문제가 극복되었다. 본 발명 반응기의 두 실시예는 반응기 벽을 냉각시키는 것을 시도하였으며 세 번째 및 네 번째 실현에는 가열된 벽을 방사선 에너지원으로서 장치하였을지라도 많은 종류의 반응에 부수하는 고압을 받지 않는다. 이러한 이유로 종래 반응기에서는 벽 물질로 사용할 수 없었든 탄소나 산화토리움 같은 내화성 물질을 성공적으로 사용할 수 있다. 약 2,900℉에서 용융하는 최상 온도-저항성 합금과 비료할 때 예컨대 산화토리움은 5,400℉ 이상의 온도에서도 사용할 수 있다.

이의 특징은 현재 이룩할 수 있는 이상의 반응 온도를 허용하며 단지 이론적으로만 가능했던 반응을 실시할 수 있다.

본 발명 반응 기관의 한 실현예에서 적당한 내화성 물질인 탄소 직조물은 비교적 싸고 쉽게 사용할 수 있으며 현재 사용하는 주조 소공성 탄소의 것보다 큰 반응 기관으로 형성할 수 있다. 탄소 직물은 보통 유동성이 있으므로 불활성 기체를 그 물질의 반응 기관을 통하여 내부쪽으로 주입하는 어떠한 시도도 관을 붕괴시키게 된다. 따라서 본 발명은 탄소 직물 상에 열 분해 흑연의 층을 입혀 불활성 유체 프레늄과 반응 대역 사이에 유지되는 압력차를 충분히 견디어 내도록 강화시킨다. 탄소 직물 상에 열분해된 흑연 층의 적층은 또한 직물의 다공도를 조절한다.

방사선 카프링의 사용에 의하여 가능한 크게 제조된 보호 불활성 유체 브란켓의 설치는 반응기벽을 반응물류로부터 분리시켜 통상 조작 조건하에 어떤 침전이나 다른 퇴적물의 축적을 불가능케 한다. 증기와 같은 부식성 브란켓 유체를 사용할 경우 반응기가 작동할 때 고온에서 브란켓 기체와 접촉되는 반응기관의 표면, 가열소자 및 열보호 장치는 산과토리움, 산화마그네늄 또는 산화지르코니움 같은 내화성 산화물의 박층으로 피복시킨다. 내화성 산화물은 휘발성 금속 함유 화합물의 분해온도까지 반응기를 가열하여 이 화합물을 반응기실내에 주입하고 이것이 해리되도록 방치하여 금속의 층이 가열된 표면상에 퇴적 되도록 한다음 분자성 산소 같은 기체나 다른 적당한 물질을 반응기실에 주입하여 금속층을 산화시켜 원하는 내화성 산화물을 형성케하여 표면상에 코팅시킨다.

또한 직집 산화물로 열분해되는 휘발성 금속-함유 화합물이 내화성코팅제로 사용된다면 내화성 코팅은 단일 단계로 이루어질 수 있다

방사선 카프링의 사용은 또한 종래의 대류식 반응기에서는 불가능하였든 열 전달속도를 정확하게 순간적으로 조절할 수 있다. 또한 본 발명 반응기는 반응 부위에서 출력 밀도를 10,000왓트/cm²을 초과한다.

대규모 공업용에 적당한 한 실현에는 180왓트/cm²의 출력밀도를 이룩한다. 낮은 형태일지라도 보통 종래의 반응기에서 얻었든 2-3왓트/cm²이상의 큰 개량을 나타낸다. 모든 반응이 일어나는 부위내에 있는 함유 표면 또는 흑체강의 표면 또는 흑체강의 표면을 제공하기 위한 열 보호장치의 사용은 특히 적당한 열적 효과를 이룩할 수 있다.

본 발명의 공정에 의하여 실시할 수 있는 반응은 많고 다양하다. 예를들면 유기화합물 특히 탄화수소를 열분해하여 종래의 당해 분야가 봉착되였는 부수물의 축척 및 열적 유출의 문제가 없이 탄소와 수소를 제조할 수 있다. 포화 탄화수소는 부분적으로 열분해되어 불포화된 탄화수소를 얻을 수 있는데 예를들면 프로판과 에탄올 프로피렌과 에티렌으로 각각 탈 수소화시킨다. 불포화된 탄화수소는 수소의 존재하에 부분적으로 열분해시켜 포화탄화수소를 제조하며 특히 석유제품을 열 분해시킬 수 있다. 기체 오일은 디젤오일, 케로센, 가솔린 유분 또는 메탄으로 쉽게 전환시킬 수 있으며 할로겐 중간체를 부분적으로 열분해 된 탄화수소에 첨가하여 고분자량 화합물을 생성한다.

탄화수소는 증기의 존재하에 완전히 또는 불완전하게 열분해되어 일산화탄소와 수소를 생성하며 부가적인 수소를 첨가시켜 높은 BTU-가의 연료기체인 알칸계 탄화수소를 제조한다.

무기 화합물로 유사하게 열분해 시킬 수 있다. 예를들면 철, 수은, 은, 탕그스텐 및 탄타름의 염이나 산화물을 분해시켜 순수한 금속을 얻을 수 있다. 철, 니켈, 코발트, 동 및 은의 산화물은 수소의 존재하에 동일한 결과로 환원될 수 있다. 이러한 열거는 설명만을 위한 것이다.

신규 조성물이 또한 본 발명의 공정에 의하여 제조될 수 있다. 예를 들면 시리콘 카바이드로 코팅된 탄소나 활석입자를 얻을 수 있다. 이 제품은 이것이 연속적으로 깨져서 새로운 표면을 형성하기 때문에 우수한 광택을 제공한다.

U²³⁵같은 어떤 원소의 입자는 탄소 같은 다른 물질의 화학적으로 단단한 봉함으로 캡슐화시킬 수 있는데 이러한 특별 제품은 헥 반응기 연료 원소로서 유용하다.

본 발명은 쓰레기와 하수오물 같은 것의 종래의 공기 소각으로 최종처리를 하게 되는 것으로 생각된다.

현재의 소각처리에서 생기는 비교적 저온은 광화학적 스모크나 공기오염의 다른 형태에 기여하는 유기과산화물과 질소의 산화물을 생성하게 한다. 이러한 화합물들은 본 발명에 의하여 제공되는 보다 높은 처리 온도에서는 불안정하기 때문에 오염도가 낮은 폐물 소각효과 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 고온에서 폐물의 공기 부재 파괴 증류 및 분해를 시도하여 카본브랙, 활탄, 수소 및 유리 같은 유용한 제품을 수득할 수 있다. 상기 폐물에 수증기의 첨가는 종래의 방법으로 처리할 수 있는 일산화탄소와 수소를 발생시켜 연료 기체를 얻는다. 그리고 폐물에 수소의 첨가는 석유에 해당하는 중질 오일 및 기타 석유 제품을 생산할 수 있다. 공기 오염의 감소 뿐만 아니라 상당한 경제적 수득을 본 발명의 상기와 같이 시도된 조작을 이용함을 통해서 실현시킬 수 있다.

본 발명은 당해 분야의 한 중요 약진을 나타낸다. 이 방법에서 동력화 시킬 수 없었든 열적 에너지 원을 처음 이용할 수 있기 때문에 이것의 이용은 다양하게 변화시킬 수 있다. 수년간 당해 분야가 봉착하였든 물질의 강도 문제. 극복하여 본 발명은 대류 및 전도적 열 전달에 따른 반응기에 온도한계 때문에 오랫동안 공지되였으나 실용될 수 없었든 많은 유용한 화학 반응을 실제로 가능하게 만들었다.

제1도를 참조하면 본 발명의 고온 화학 반응기의 첫 번째 실현에는 입구단 12와 출구단 14을 갖인 반응기관 11을 포함한다. 반응기관 11은 2 사이에 환상통로를 만드는 내벽 15와 외벽 16을 포함하며 관 11의 내부는 반응기실 17을 구성한다. 관 11은 방사선을 투과하는 물질로 만들어졌으며 대단히 낮은 흡수 계수(α)을 나타내는 성질의 적당한 물질은 유리, 석영, 소결(燒結)된 산화알루미늄 소결된 산화이트륨, 파이렉스(보로시리케이트 유리), 비코르(시리케이트 유리) 및 사파이어: 플래스틱 유리(아크릴), 투명합성 수지(아크릴), 폴리에티렌, 폴리프로프렌 및 폴리스티렌 같은 유기 중합체 : 나트륨, 칼륨, 리튬이나 납의 할로겐화물 같은 무기염을 포함한다.

본 명세서에 사용된 “방사선 에너지” 및 “방사선”이란 용어는 고에너지 또는 충격 핵 입자를 포함한 모든 형태의 방사선을 포함한다. 그러한 방사선의 실제 사용은 당해 분야의 현재 상태 하에서는 불가능하기 때문에 약 100-0.01마이크 범위의 파장을 갖인 흑체 또는 다른 전자기 방사선이 일차적 에너지 원으로서 고려된다.

반응기 10의 작동중 방사선을 투과하는 유동매체를 입구 18을 통하여 도입하여 환상통로를 순환시켜 반응기관 11을 냉각시킨 다음 출구 19을 통하여 배출된다. 그러한 유동매체는 기체나 액체이며 낮은 흡수계수(α)을 갖인 대표적인 유체로는 액 또는 액 또는 기체성 물, 중질 물, 질소, 산소 또는 공기를 포함한다.

입구 20을 통하여 불활성 유체를 반응기실 17에 도입하기 위한 장치는 각각 관 11의 입구 단 12에 인접하여 배치된 첫 번째와 두 번째 적층분산기 21과 22을 포함한다. 이러한 분산기 21,22는 봉소심(蜂巢心)의 형태 또는 압력하에 유체가 증류로 흐르도록하는 다른 적당한 배열로 되었다. 이와같이 불활성 유체는 축 방향으로 반응기실 17에 도입되어 반응기관 11의 내부 표면에 대한 보호 브란켓을 제공한 다음 출구 23을 통하여 배출되여 재순환을 위하여 회수된다. 불활성 유체는 투과하며 이것은 낮은 (α)치를 갖는다. 이러한 목적에 적당한 유체는 헤리움, 네온, 아르곤, 크리프톤 및 크세논 같은 단일기체, 수소, 질소,산소 및 암모니아 같이 분해되여 고체 생성물을 생성하지 않는 복합기체, 액체 또는 기체성 물 등을 포함한다. 본 명세서에 사용된 “불활성”이란 용어는 두가지 요소 즉 반응기관 11의 물질과의 화학적으로 반응하는 유체의 능력과 처리되고자 하는 물질과 화학적으로 반응하는 유체의 능력을 포함한다. “불활성”브란켓 유체의 선택은 각 실시예에서의 특별한 환경에 따른다.

다른 특별한 고려를 제외한다면 유체는 반응기관에 대하여 불활성이고 실시되는 반응에 대하여 불활성이면 적당하다. 그러나 어떤 예에서 보호 브란켓의 “불활성”유제는 예컨제 철이나 탄소 입자들은 수증기 브란켓의 존재와 반응하여 산화철, 수소나 탄소의 일산화물 및 수소를 발생시키는 것과 같이 반응에 참여 할 수도 있다.

반응물은 반응기관 11의 입구단 12에 있는 24을 통하여 반응기실 17에 잠입한다. 반응물은 반응기관 11의 사전 결정된 통로 25에 따라 축으로 인도되어 반응기의 관 11과 접촉되어 외부쪽으로 반응기실 17내에 보호 불활성 유체 브란켓의 의하여 봉쇄된다.

강력한 방사선 에너지원(표시되지 않았음)이 반응기관 11의 외부쪽 골조 32상에 부착된 반사체 31내에 배열되었다. 방사선 에너지원은 플라스마 아아크, 가열된 필라멘트, 시딩(seeding)된 불꽃, 펄스된 플래쉬 램프 또는 기타 적당한 장치이며 레이저도 또한 에너지 원으로써 사용할 수 있으나 현재까지 레이저 기술은 본 발명을 실시하는 목적에 실용할 수 있는 정도까지 충분히 개발되지 못하였다. 에너지 원에 의하여 발생된 방사선 에너지는 반사체 31에 의하여 수집되어 관 11을 통하여 반응기실 17에 인도되어 반응물의 통로 25의 일부와 부합시킨다. 이와같이 하여 충분한 방사선 에너지가 흡수되어 반응물의 온도를 원하는 화학반응을 시발하여 유지시키기에 요하는 준위까지 상승시킨다. 상술한 바와같이 관 11, 냉각유체 및 불활성 브란켓은 모두 방사선 에너지를 투과시킨다. 따라서 이들은 반응물 흐름으로 에너지 전달을 거의 방해하지 않고 비교적 냉각된 상태로 남는다. 반응기관 11은 적당한 열의 응력을 받지않고 보통 축적되는 침전물 및 기타 퇴적물로부터 유리된 상태로 남는다.

상기 기술은 반응물 자체가 비교적 높은 방사선 흡수계수(α)을 나타낸다고 가정한다. 만일 그렇지 않다면 방사선 에너지 흡수물을 반응물의 통로 25에 따라 일치하게 반응기실 17에 도입시켜야 한다. 제1도의 실현예에서 목적 매체는 입구 24을 통하여 반응물과 함께 반응기실 온도를 원하는 준위까지 상승시킨다. 고체 또는 기타 적당한 물질로서 충분한 방사선을 흡수하여 반응물의 온도를 원하는 준위까지 상승시킨다.

목표물은 타르, 아스팔트, 아마유나 디젤오일 같은 액체일 수도 있으며 특별한 요구에 적당하게 이용할 수 있는 물질로부터 쉽게 선택한 여러 가지로 만든 용액, 분산, 겔 및 혼탁액을 포함한다.

목표물은 약 100-0.01마이크론의 전자기 스펙트럼에서 흡수를 나타내는 기체일 수도 있는데 이러한 기체는 에티렌, 프로피렌, 질소의 산화물, 브롬, 염소, 요오드 및 에틸브로마이드을 포함한다. 목표물은 또한 반응물의 통로 25의 일부에 따라 반응기실 17내에 배열된 탄소 같은 물질로 만들어진 고체 원이다.

반응물의 온도를 원하는 준위까지 상승시키는 다른 장치는 반응물의 통로 25의 일부와 부합시켜 반응기실 17내에 배열한 전기적으로 가열하는 소자, 전기적 아크나 불꽃을 포함한다. 이러한 예에서 시발하는 열원을 자체-함유하며 방사선에너지 발생 장치로부터 유도되지 않는다. 이러한 장치는 특히 반응물 자체가 방사선을 투과시키나 반응 생성물의 일부가 흡수체인때 유용하다. 시도하는 반응이 시발되었다면 반응 생성물이 충분한 방사선 에너지를 흡수하여 반응을 유지하기 때문에 온도 상승 장치는 작용이 약화된다. 목표물 매체를 사용한다면 조절 장치 35의 조작에 의하여 반응이 시작된 후 불연속되거나 회수된다. 목표물이나 기타 시발장치가 외부 셋트에서만이 요하는 반응의 예로는 탄소와 수소를 제조하기 위한 메탄의 열분해이다.

상술한 바와 같이 어떤 반응은 만일 반응 생성물이 즉시 그리고 신속하게 냉각되지 않는다면 부분적으로 또는 완전히 역전된다. 이러한 목적을 위하여 반응 생성물 냉각 장치 40을 반응기관 11의 출구단 14에 인접한 반응기실 17내에 장치한다. 그러한 장치 40의 한 실현예를 반응기실 17내에 배치하여 내부 통로 42를 갖인 관상(管狀) 멤버 41을 포함시켜 이것을 통하여 물 같은 냉각제를 순환시킨다. 관 41의 방사상 내부 표면이 방사선 에너지 흡수체로 구성되도록 설계되었다. 반응 생성물, 남은 반응물 및 목표물이 냉각관 41내를 통과할 때 열이 방사선 카프링에 의하여 신속히 전달되고 시스템은 효과적으로 급냉되어 더 원하지 않는 어떤 화학 반응도 방지한다.

제2a-6 특히 제2a-2c도를 참조하면 본 발명 반응기 60의 둘째 실현에는 입구단 62와 출구단 63을 갖인 반응기관 61을 포함하며 관 61의 내부가 반응기실 65이다. 반응기관 61은 방사선 에너지를 방출시킬 수 있는 다공성 물질로 제작되며 구멍의 직경은 관벽을 통하여 충분한 불활성 유체의 균일한 흐름을 허용하여 적당한 보호 브란켓을 제공하도록 0.001-0.002인치 범위가 적당하다. 메쉬, 스크린 또는 여러 가지 형태의 바늘 구멍 같은 다른 벽 구조가 사용되여 원하는 결과를 얻는다. 반응기관 61은 흑연, 탄소, 소결된 스텐레스 강철, 소결된 탕그스텐이나 소결된 보리브덴늄 같은 물질과 토리움, 마그네슘, 아연 알루미늄이나 지르코니움의 산화물 같은 무기 물질로 만든다. 탕그스텐, 닉켈 및 모르브덴늄이 메쉬나 스크린용으로 적당하다.

스텐레스 강철로 제작된 유체-충만 관상 압력용기 70은 반응기관 61을 둘러싼다. 용기 70의 단일체는 반응기 60의 수개 부분을 연결하는 일련의 봉합 플란즈 71,72 : 73,74 및 75,76에 의하여 유지된다. 플란즈 72,73 및 76은 홈이 파여 스텐레스 강철 0-고리 77,78 및 79을 각각 받아서 압력을 봉합할 때 작용한다. 반응기관 61은 흑연 스리브 81내의 한 첨단에 미끄러질 수 있게 부착되며 상승 온도에서 작동중 일어나는 61의 신장을 허용한다.

압력 용기 70은 또한 제1도의 실현예의 경우와 같이 방사선 에너지를 투과하는 불활성 유체를 받아들이기 위한 입구 83을 포함한다. 불활성 유체는 압력하에 먼저 반응기관 61과 압력 용기 벽 70 사이로 정의된 프레늄 85내로 인도된 다음 유체는 관 61의 다공성 벽을 통하여 반응기실 65로 주입되여 반응기관 61의 방사상 내부 벽을 위한 보호 브란켓을 구성한다.

압력 용기 70을 냉각하기 위한 장치는 압력 용기 70의 방사상으로 외부 표면에 배열된 냉각 코일 87을 포함한다. 코일 87은 용기 70과 코일87사이의 열적 접촉을 강화시키는 불꽃으로 분무시킨 알루미늄 코팅으로 덮혀 냉각 효과를 증가시킨다. 이러한 코일 87은 또한 압력 용기 벽에 장치된 관점 88에 배열되였다.

제2a 및 3도에 가장 잘 나타난 바와 같이 반응물은 반응기관 61의 입구단 62를 통하여 반응기실 65에 도입된다. 반응물을 도입하기 위한 장치는 관 61의 입구단 62와 입접하여 플란즈 71,72에 의하여 유체-층만 관계로 부착되었다. 반응물은 입구 91을 통하여 기체류내에 편승시켜 접한 배플 92을 통하여 외벽 94와 확산기 95 사이로 한정된 프레늄 93내로 보낸다. 흐름내 요동을 최소로 하는 기능을 가진 확산기 95를 위하여 적당한 물질을 다공성 탄소, 강철 섬유 및 메쉬 스크린을 포함한다. 제1도 실현예의 경우와 같이 반응들은 반응기관 61의 사전 결정된 통로내로 유도되어 반응기실 65내에 그리고 반응기관의 내부 벽과 접촉하여 외부쪽으로 감금된다.

두 번째 실현예에서 반응기관 61 자체가 반응물 통로의 일부와 일치하여 인도되는 강력한 방사선 에너지를 발생한다다. 방사상으로 외부쪽으로 배열되고 관 61과 떨어진 다수의 탄소 전극 100a-100f에 의하여 가열이 이루어지고 전극 100에 의하여 발생된 열은 방사선에 의하여 관 61로 전달된다. 제2a, 5 및 6도에 가장 잘 나타낸 바와 같이 두 번째 실현예에서 예컨데 전극 100a와 100b는 궁형의 탄소 교배(交配) 소자 101a내의 한 첨단에 깊숙히 박히였고 전극 100c 및 100d는 교배 101b내에 박히였으며 전극 100e와 100f도 또한 교배 101c내에 깊숙히 박히였다. 관상의 알루미나 스페이서(spacer) 102a-102c는 다공성 반응기관 61을 중심으로 보내고 3회로를 나누는 이중 기능을 갖는다. 특히 제2B 및 4도를 참조하면 각 탄소 전극 100a-100f가 동모선 전극 104내의 다른 첨단에 부착되였다. 6개의 그러한 전극 104가 있으나 단지 한 개만을 제4도에 표시하였다. 각 동 모선 전극 104는 석탄산의 플랜즈 105와 도자기 절연체 106을 포함한다. 전극 104는 입구 108을 통하여 들어가서 출구 109을 통하여 나오는 내부 통로 107내에 순환되는 물로 냉각된다. 고전류 농도가 110에 설명되었다. 폴리테트라폴루오로에티렌 봉합 111은 압력 용기 70으로부터 어떤 연결을 방지한다. 여기에 설명된 전기 시스템은 특히 삼상전원((三相電原)과의 사용에 적당하나 다른 시스템은 환경을 정상화하는데 사용한다. 다공성 관 61 자체가 직접 전기적 저항에 의하여 가열되도록 시도하였는데 이런 경우 전극 100은 생략한다.

관 가열 장치의 열적 효과는 “흑체강”의 함유 표면을 구성하고 전자기 방사선을 탄소 전극 100으로부터 다공성 관 61쪽으로 반사시키는 모르브데늄 열 보호장치의 설치에 의하여 개선되였다. 열보호 장치 120이 열을 전달하는 것 보다 반사할 때 이것은 절연체로서의 기능을 갖이며 이것의 특징을 나타내고 전극 100에 의하여 발생된 열을 회수시킬수 있는 어떤 물질로 제작된다. 열 보호장치 120은 전극 100의 외부쪽으로 압력 용기 70내에 배열되었고 일련의 나선형으로 감긴 직사각형 단면을 갖인 프라트스트립을 포함한다. 그러한 구조는 불활성 브란켓 기체가 입구 83을 통하여 들어가서 프레늄 85를 통하여 자유로히 회전하도록 한다.

제1도 실현예의 경우에서와 같이 목표물 매체나 기타 시발 장치가 필요에 따라 부착되며 목표물 매체는 입구 121을 통하여 반응기실 65내로 도입된다. 상술한 바와 같은 구조 또는 어떤 다른 구조의 반응생성물 냉각 장치 125는 반응 생성물이 생성된 후 즉시 냉각되지 않는다면 일어나는 원하지 않는 화학적 반응을 방지하기 위하여 장치한다.

첫 번째 실현예에 대하여 두 번째 실현예의 근본적 장점은 전자에서는 불활성 유체 브란켓을 방사상 내부 방향으로 실 65내로 도입하는 반면 후자에서는 브란켓의 축 방향으로 실 17내에 도입한다는 것이다. 엷은 층류(層流)는 난류가 내부 혼합을 일으키고 브란켓의 보전을 파괴하기 전 비교적 짧은 거리간에만 유지될 수 있다. 방사상 브란켓 도입이 브라켈 유체의 층류를 요하지 않기 때문에 보다 큰 축상의 반응기실의 길이를 얻을 수 있다.

둘째 실현예에서 행한 모든 것은 어떤 반응물과 반응 생성물이 반응기실 61상에서 충돌하는 것을 방지 하기 위하여 반응물류내의 절대 압력 준위보다 큰 불활성 유체의 절대 압력 준위를 유지하기 위한 것이다. 이런한 형태는 두 번째 실현예를 대규모 공장 조작에 적당하도록 만드는데 도움을 준다.

각 실시예들 사이의 다른 구별은 제1도의 반응기관 11이 냉각되여야 하는 반면 제2도의 관 61은 가열되여 산화토리움이 염기 물질인 경우와 같이 5,400℉를 초과하는 온도에서 조작할 수있다는 것이다. 냉각 벽은 열응력을 받지 않기 때문에 압력을 견뎌 내는 데는 더 좋으나 가온 벽 61은 유체 브란켓과 반응물류 사이의 비교적 작은 차 이외에는 압력을 받지 않는다. 압력은 코일 87에 의하여 냉각되는 스텐레스 강철 압력 용기 벽 70에 의하여 지탱되며 열은 받지 않는다. 따라서 종래의 반응기벽 물질로는 허용될 수 없어 종래의 대류 반응기에는 사용될 수 없는 탄소나 산화토리움 같은 내화성 물질을 이제 사용할 수 있게 되어 제일 먼저 실제적인 초고온 시스템을 제공한다.

본 발명은 또한 첫 번째 두 개의 형태를 결합한 세 번째 실현예를 시도하였다. 따라서 반응기관은 방사선을 투과하는 다공성 물질로 구성되었다. 적당한 벽 물질은 예컨데 다공성 석영, 다공성 유리 및 다공성 사파이어을 포한한다. 방사선을 투과하는 불활성 유체는 첫 번째 실현예에서 기술한 바와 같이 축방향으로의 적층 형태 보다 다공성 반응기벽을 통하여 방사상으로 반응기 실내로 도입한다. 첫 번째 실현예에서와 같이 방사선 에너지를 발생시켜 수집한 다음 반응기 실내로 도입한다.

세 번째 실현에는 첫 번째 실현예 보다 높은 동력 밀도와 두 번째 실현예의 방사상으로 주입된 유체 브란켈을 제공한다. 개발의 현단계에서 두 번째 실현예는 이것의 방사선 에너지원이 통상의 전기 저항 가열로부터 유도되므로 대규모 공장 사용에 가장 적당하다. 그러므로 두 번째 실현예가 보다 쉽게 제공되고 유지 될 수 이다. 또한 두 번째 실현예는 단지 반응기실내에 반응물의 체류 시간을 조절함에 의하여 보다 낮은 동력 밀도를 보충시켜 본 발명에 의하여 실시되는 모든 공정 및 반응을 실시하도록 만들어졌다.

제7a-15도을 참조하면 두 번째 실현예의 개량을 나타내는 본 발명의 고온 화학 반응기의 네 번째 실현예는 일반적으로 입구 장치 200, 전극장치 300, 주장치 400 및 반응후 처리장치 500을 포함한다. 이 반응기의 기본 부품은 다음을 포함한다. 즉

(A) 입구단 402와 출구단 403을 갖인 반응기관 401 ; 관 401내부의 적어도 일부는 반응 대역 404임. 반응기관 401은 반응대역 404내의 반응물의 온도를 원하는 반응을 시발시켜 유지하기에 요하는 준위까지 상승시키기에 충분한 방사선 에너지를 방출시킬 수 있는 섬유로 된 내화성 물질을 직물로 제작하였다. 직물은 관벽을 통하여 방사선 에너지를 투과시키는 충분한 불활성 유체의 균일한 흐름을 허용하여 반응기관 401의 방사상 내부 표면에 대한 보호 브란켓을 구성시킬수 잇는 직경을 갖인 다수의 구멍들을 가즌다.

(B) 유체-충만한 관상의 압력 용기(입구 조립부분 201, 전극 조립 부분 301, 주 조립 부분 405 및 반응 후 처리 조립 부분 501을 갖인)는 반응기관 401을 둘러싸서 반응기관 401과 압력 용기 사이에 불활성유체 프레늄 406을 형성한다. 반응기관 401의 입구 및 출구단 402와 403을 프레늄 406으로부터 봉하였다. 압력용기는 압력하에 프레늄 406으로 인도되여 다공성관벽 401을 통하여 반응대역 404내로 불활성 유체를 받아들이기 위한 첫 번째 입구 408과 두 번째 입구 409를 갖는다.

(C) 반응물과 기체, 액체나 고체중 어느것을 반응기관 401의 입구단 402을 통하여 반응 대역 404내로 도입시키기 위한 장치, 반응물은 반응기관 401의 사전 결정된 통로내에 인도되여 반응 대역 404내 그리고 반응기관 401의 내벽과 접촉한 외부쪽으로 보호 브란켈에 의하여 봉쇄된다.

(D) 충분한 방사선 에너지가 방출되어 원하는 화학반응을 시발시켜 유지할 수 있는 온도 준위까지 반응기관을 가열하기 위하여 반응기관 401의 방사상 외부쪽으로 떨어져 프레늄 406내에 배열된 가열 소자302a,302b 및 302c을 포함하는 전기 장치, 방사선 에너지는 반응물 통로의 일부와 부합되게 반응대역 404로 인도된다.

(e) 가열소자 302a, 302b 및 302c와 흑체강으로 정의된 반응대역 404를 둘러싼 압력 용기내에 배열된 열 보호 장치 410, 열 보호 장치 410은 방사선 에너지 반응대역 404 안쪽으로 반사한다.

A. 입구 조립 장치

제7a 및 8도를 참조하면 압력 용기 입구 조립 부분 201은 이것의 각 첨단에 첫 번째와 두 번째 플란즈 202와 203을 갖인 관상 구성물이다. 환상의 노즐 블록 204는 유제-충만 관계로 입구 조립 압력 용기 부분 201의 첫 번째 플란즈 202에 차례로 고정된 환상 봉합 플란즈 205에 고정되었다. 중요한 원자화 기체 입구관 206은 환상 노즐블륵 204을 통하여 연강되여지지 플란즈 207에 의하여 그곳에 가동될 수 없게 고정되였다.

지지 플란즈 207내 0-고리 209는 중요한 원자화 기체 입구관 206과 플란즈 207 사이에 유체-충만 봉합을 이루도록 한다. 입구 취부 210은 제7a도에 나타낸 바와 같이 중요한 원자화 기체 입구관 206의 한 첨단에 고정되였고 원자화 기체는 입구 212을 통하여 프레늄 211에 들어간다.

중요한 액체 반응물 입구관 214는 중요한 원자화기체 입구관 206내에 배열되여 이것과 함께 연장된 형태로 연장되였다. 중요한 액체 반응물은 취부(取付) 210내의 입구 215을 통하여 관 214에 들어간다.

제7b도에 가장 잘 나타낸 바와 같이 연무 노즐 216은 중요한 원자화 기체 입구관 206과 중용한 액체 반응물 입구 관 206과 중용한 액체 반응물 입구반 214의 출구단에 고정되였다. 연무 노즐 216은 표시된 바와 같이 노즐의 방사상 외부쪽으로 배열되여 고정된 관상의 첨벽(遮壁) 217을 포함한다. 첨벽 217의 축은 반응기 관 401의 축과 평행한다. 작동시 액체 반응물과 원자화기체는 압력하에 관 214와 206을 통하여 도입되여 압력하에 노즐 216내에 혼합된다. 액체 반응물은 안개와 같이 노즐 출구로부터 분산되여 방사선 에너지를 흡수한다. 보호벽 217은 반응기 관 401의 예비 반응 대역 411내에 액체 반응물 안개를 함유 하도록 한다.

제7a 및 8도에 가장 잘 나타낸 바와 같이 본 발명 반응기의 적당한 실현예의 입구 조립 장치는 또한 부가적인 액체 반응물을 도입할 수 있도록 다수의 이차적 입구관 218a, 218b 및 218c을 포함한다. 이차적 액체 반응물을 도압하기 위한 장치는 상술한 주요 액체 반응물을 도입하기 위한 장치와 구조적 및 기능적으로 유사하며 또한 이차적인 원자화 기체 입구관 219a,219b 및 219c와 220a 같은 연무 노즐을 포함한다(부가적인 연무 노즐은 표시되지 않았음). 이차적인 액체 반응물을 위한 대표적인 입구와 이차적 원자화기체를 위한 대표적인 입구는 각각 참고 숫자 221과 222로 표시되었다.

상기 서술을 반응물 자체가 비교적 높은 방사성 흡수계수(α)을 나타내거나 방사성 에너지를 흡수한 안개로 전환시킬 수 있음을 전제로 한 것이다. 그러나 상기와 같이 않을 경우 상술한 바와 같이 방사성 에너지 흡수 목표물을 반응물의 통로에 따라 적어도 한점에 부합되도록 반응 대역 404내에 도입하여야 한다.

제7a도를 참조하면 인출 기체는 액체 반응물 안개를 반응 대역 404쪽으로 인도하는데 도움을 주며 인출기체는 입구 취부 225을 통하여 노즐 브럭 204에 들어간 다음 통로 227을 통과하여 반응기관 401의 축방향으로 예비-반응대역 411로 인도된다.

제7a 및 8도에 나타낸 바와 같이 반응 관점 226은 반응 대역 404내의 축적 관찰을 제공한다.

B. 전극 조립 장치

제7b, 7, 10 및 11도을 참조하면 관상의 전극 조립장치 압력 용기 부분 301은 각각 첫 번째 및 두 번째 플란즈 부분 303(제7a도에 나타냄)와 304을 갖는다. 전극 조립 장치 압력 용기 부분 301은 이것의 첫 번째 플란즈 303에서 유체-충만 관계로 입구 조립 압력 용기 부분 201의 둘째 플란즈 203에 고정되였다. 냉각제 통로 305는 전극 조립 압력 용기 부분 301과 전극 조립 냉각 쟈켓 306사이로 한정되였고 냉각제는 입구 307을 통하여 통로 305로 들어가고 출구 308로 통하여 배출된다.

제7b와 9도에 가장 잘 나타낸 바와 같이 동 모선 전극 309a-309f는 관상의 전극 조립 압력 용기 부분 301의 둘째 플란즈 304상에 부착되여 이것을 통하여 연장되였다. 6개의 이러한 전극 309가 있으나 편의상 한 개만을 제7b도에 상세히 표시하였다. 각 동모선 전극 309는 석탄산의 플란즈 310과 도자기 절연체 311을 포함한다. 이러한 전극 309는 입구 313을 통하여 들어가서 출구 314을 통하여 배출되는 내부 통로 312내에 순환하는 유체 특히 에티렌 글리골에 의하여 냉각된다. 전기적 연결은 315에 설명되였다. 폴리테트라플루오로에티렌 봉합 316은 불활성 유체 프레늄 406의 내부로부터의 어떤 연결을 방지하도록 한다. 제17도에 설명된 바와 같이 본 발명 반응기와의 연결에 사용한 전기 시스템이 3-상 “Y”연결 형태일지라도 다른 시스템은 환경을 정상화하는데에 사용할 수 있다.

제7b와 7c도를 참조하면 각 동전극 309는 홈이온에 의하여 단단한 탄소 전극 연장 317의 첫 번째 첨단에 고정되였다. 전극 연장 317은 돌출되였으나 열 보호 장치 410의 첫 번째 첨단부분 412와는 접촉되지 않았고 둘째 첨단에서 궁형의 가열 소자 지지체 318에 고정되었다. 제10도에 잘 나타낸 바와 같이 가열 소자 302a-302c는 첫 번째 첨단에서 궁형의 가열 소가 지지체 318에 고정되었고 불활성 유체 프레늄 406내의 반응기관 401과는 떨어져 있다. 가열소자는 제7c와 11도에 나타낸 바와 같이 둘째 첨단에서 3-상 중심 연결 고리 319에 고정되었다. 특히 전기적 저항성의 가열 소자 302는 흑연이나 탄소같은 섬유로 된 내화성 물질의 직물로 제작되었다. 가열 소자 지지체 318과 중심 연결 고리 319는 탄소 같은 전기-전도성인 내화 물질로 제작된다.

C. 주 조립 장치

제7b,7c 및 10도를 참조하면 관상의 주 조립 압력 용기 부분 405는 첫 번째와 두 번째 플란즈 부분 414와 415을 갖는다. 부분 405는 유체-충만 관계로 이것의 첫 번째 플란즈 414에서 전극 조립 압력 용기 부분 301의 둘째 플란즈 304에 고정시켰다. 주 조립 냉각제 통로 416은 주조립 압력 용기 부분 405와 주 조립 냉각 쟈켓 417 사이로 한정되었다. 통로 416은 또한 나선형 배플 418에 의하여 한정되었다. 냉각제는 입구 419을 통하여 나선형 통로 416에 들어가서 출구 420을 통하여 배출된다.

반응기관 401은 3가지 대역 즉 예비 반응 대역 411, 반응 대역 404와 반응후 대역 422을 포함한다. 상술한 바와 같이 반응기관 401은 탄소나 흑연 같은 섬유로 된 내화성 물질의 직물로 제작되었다. 직물은 편직, 직조 또는 부직으로 되었다. 반응기관 401은 이것의 출구단 403에서 반응기관 앵커 브럭 425에 의하여 위치에 고정된 반응기관 출구지지 고리 424에 고정되었다. 반응기관 401은 이것의 입구단 402에서 유체-충만 관계로 압력 용기 입구 조립 부분 201내에 배열된 관상 풀무 427에 연결된 반응기관 입구지지 고리 426에 고정 되었다.

풀무 427의 입구만은 유체-충만 형태로 압력 용기 입구 조립 부분 210의 첫 번째 플란즈 202와 환상의 봉합 플란즈 205사이에 고정되어 반응기관 401의 입구단이 프레늄 406으로부터 봉합된 채로 남도록 한다. 풀무 427은 반응기관 401의 축방향 팽창과 수축을 할 수 있도록 형태를 변형시킬 수 있다. 반응기관 401에 축방향 인장력을 제공하는 장치는 압력 용기 입구 조립 부분 201의 주위 표면에 동일한 거리로 떨어진 3개의 동일한 조립 장치를 포함한다. 편의상 제7a도에 설명된 조립 장치 428만을 기술하고자 한다. 각조립 장치 428은 한 첨단에서 반응기관 입구지지 고리 426에 고정되었고 반대 첨단에서 환상판 430에 고정된 변형시킬 수 있는 밀어내는 봉 429을 포함한다. 각 밀어내는 봉 429는 유체-충만 방법으로 0-고리 432에 의하여 봉해진 축수 431로 지지되었다. 환상판 430에 고정된 아이-볼트(eye-bolt) 433은 일반적으로 반응기의 종축에 평행하게 활차 장치 435상을 연장하는 케이블 434을 지탱해 준다. 케이블 434의 반대 첨단에 고정된 중량체 436은 반응기관 401을 축방향 장력을 유지하는 힘을 제공한다.

제7b와 7c도를 참조하면 열 보호 장치 410은 압력 용기 주 조립 부분 405내에, 가열소자 302a, 302b 및 302c 의 방사상 바깥쪽으로 그리고 열보호 장치 410의 첫 번째 첨단부분 412와 두 번째 첨단 부분 439사이에 배열된 첫 번째 주위 부분 438을 포함한다. 제7c도에 나타낸 바와 같이 열 보호 장치 410의 첫 번째 주위부분은 438은 탄소로 제작된 좌환(座環) 437내에 위치한다. 필요에 따라 열 보호 장치 410의 첫 번째 주위부분은 전극 조립장치 300쪽으로 연장되어 제7b도에 나타낸 바와 같이 둘째 주위 부분 440을 포함한다. 모리브데늄이 본 발명고온 화학반응에 요구되는 형태의 열보호 장치의 재료로 선택되어 만족스러운 물질 이라는 것이 입증되었으나 본 실현에의 열 보호 장치 410은 열분해된 흑연 같은 물질 또는 유니온 카바이드 큐피레이숀에서 제조되어 “그라포일”의 상표로 판매되는 물질로 제작하는 것이 좋다.

복사계 관점(觀點) 441과 442를 주 조립 부분 400내에 장치한다. 관점 442는 반응기관 401의 반응 대역 404내의 온도를 관찰 및 측정할 수 있고 관점 441은 가열 소자 302c의 온도를 관찰 및 측정할 수 있다.

D. 후-반응 처리 조립 장치

제7c도에 나타낸 바와 같이 후-반응처리조립 압력 용기 부분 501의 첫 번째 플란즈 부분 302가 유체-충만 방법으로 유체-냉각 내면 플란즈 503에 고정되어 차례로 유체-충만 방법으로 둘째 압력 용기 주조립 부분 플란즈 415에 고정되었다. 냉각 제통로 504는 후-반응 처리 조립 냉각 쟈켓 505와 후 -반응처리조립 압력 용기 부분 501사이로 한정되었다. 냉각제는 입구 506을 통하여 통로 504내로 흘러 들어가며 출구 507을 통하여 배출된다. 복사계 관점 509는 반응기관 401의 후-반응대역 422내의 관찰 및 온도 측정을 할 수 있도록 장치 되었다.

제7도의 실현예에 나타낸 반응기관 401의 출구단 463으로부터 배출되는 반응 생성물은 열 신크(Sink) 511의 첫 번째 부분 510내로 절단된다. 제7c와 7d에 나타낸 바와 같이 열신크 511의 첫 번째 부분 510은 내부 관상벽 512와 외부 관상벽 513을 포함하고 이들 사이에 냉각 통로 514가 있다. 나선상 냉각제 배플 515는 입구 516을 통하여 들어가 출구 517을 통하여 배출되는 냉각제를 인도한다. 열 신크 511의 첫 번째 부분 510내로 연장된 첫 번재 섬머커플 탐침 518은 들어가는 반응 생성물의 온도를 측정할 수 있다. 열 신크 511의 첫 번째 부분 510내로 연장된 두 번째 섬머커플 519는 배출되는 반응 생성물의 온도를 측정할수 있다.

제7d도는 참조하면 열 신크 511의 첫 번째 부분 510은 플란즈 521과 522에 의하여 둘째 부분 520에 결합되었다. 둘째 부분 520은 냉각제통로 526의 그 사이에 한정된 내벽 524와 외벽 525을 포함한다. 냉각제는 입구 527을 통하여 통로 526에 들어가 출구 528을 통하여 배출된다. 섬머커플 탐침 530과 531은 각각 둘째 부분 520에 들어가고 들째 부분 520으로부터 배출되는 반응 생성물의 온도를 측정할 수 있다.

제13도의 실현예에서 후-반응 처리 조립 장치 500a는 유체-충만 방법으로 제7c도에 설명된 플란즈 503같은 유체-냉각된 내면 플란즈에 고정된 플란즈 부분 502a를 갖인후 - 반응 처리 조립압력 용기부분 501a을 포함한다. 냉각제 통로 504는 후-반응 처리 조립 냉각 505a와 후-반응 처리 조립 압력 용기 부분 501a사이로 한정 되었다. 냉각제는 입구 506a을 통하여 통로 504a로 들어가 출구 507a를 통하여 배출된다. 복사계 관점 509a는 반응기관 401의 후-반응 대역 422내를 관찰 및 온도 측정할 수 있다.

고온에서 제13도의 실현예에 나타낸 반응기관 401의 출구단 403으로부터 배출되는 반응 생성물은 이것의 입구단 533에서 반응기 출구 403과 접한 가변형 역류 열교환기 532로 보낸다. 열교환기 532는 내화성 물질의 내부 관벽 534, 내벽 534로부터 외부 쪽으로 떨어진 내화 물질의 외부 관벽 534 및 나선상의 환상 냉각제 통로 537을 만드는 벽 534와 535에 배열된 내화성 물질의 사선 형 배플 536을 포함한다. 내부 관상벽 534, 외부 관상벽 535 및 나선형 배플 536은 함께 열교환기 압력 용기 부분 547의 첨단판 456상에 배열된 탄력성 탄소 펠트 쿠숀 545에 위치한 고온의 나선형 열 교환기 조립 장치 544을 구성한다. 냉각제 입구 538,539 및 540은 나선형 냉각제통과 537과 연관되어 외부관벽 535을 통하여 연장되었다.

제13도에서 설명한 특별 실현예에서 사전 선택할 수 있고, 변화시킬 수 있으며 조절할 수 있는 방법으로 나선형 냉각제 통로 537을 통하여 순환 시킨후 냉각제는 열교환기 532의 입구단 533에 인접한 나선형 환상 통로 537의 출구 541에서 토출된다. 토출된후 냉각제는 반응기관 앵커브럭 425a 내 입구 부분 542을 통하여 불활성 유체프레늄 406내로 순환시킨다. 그러한 경우 사용된 냉각제는 프레늄 406내에 존재하는 불활성 유체와 동일 하거나 적어도 양립할 수 있어야 한다. 그러나 열 교반기 532의 조작은 냉각제가 프레늄 406내로 순환될 필요가 없으므로 가변성 순환형태 및 수단이 실행 될 수 있다. 그러한 예로서 냉각유체의 선택은 상술한 범위에 의하여 제한되지 않는다. 주쥐의 열 교환기 냉각 쟈켓 458이 방사상으로 열교환기 압력 용기 부분 547과 외부 쪽으로 떨어져서 그 사이가 환상 통로 549을 형성한다. 냉각제는 입구 550을 통하여 통로 549내로 도입되여 출구 551을 통하여 배출된다.

E. 고체 반응물용 입구 조립 장치

제14a와 14b도의 실현예의 입구 조립 장치 200a는 입구 조립장치 200a의 고체 반응물 도입하기 위한 장치를 입구 조립 장치 200의 액체 반응물을 도입하기 위한 장치로 대치한 것 이외에는 제7a와 7b도의 입구 조립장치 200과 동일하다. 편의상 제7a와 7b도의 실현예의 해당하는 형태로부터 상이한 제14a와 14b도의 실현예의 형태만을 기술하고자 한다.

고체 반응물 입구관 232는 환상 노즐 브럭 204을 통하여 연장되여지지 플란즈 235에 의하여 그곳에 움직일 수 없게 고정되었다. 특히 세분된 중요고체 반응물은지지 플란즈 235내의 입구 233을 통하여 입구관 232내로 들어가 예비 반응 대역 411에 인접한 반응기관 401로 배출된다. 출구 234의 외부쪽으로 배열되여 고정되었다면 이것의 축은 반응기관 401의 축과 평행하다. 측판 217은 반응기 관 401의 예비 반응대역 411내에 함유한 세분된 고체 반응물을 도와 준다.

제15도를 참조하면 고체 반응물 주입 시스템 238을 제14a와 14b도에 나타낸 형태의 입구 조립 장치 200을 갖인 고온 반응기와 연결하여 나타냈다. 고체 주입물을 받치기 위한 지지 빈(bin) 240은 분쇄기 241을 주입하고 차례로 시브(Sieve) 242를 주입한다. 시브 242의 거친 생성물 245는 분쇄기 241로 재순환되고 고온 생성물 243은 긴 관형 하우싱 246에 고정된 호퍼 244에 주입한다. 나선형의 주입나사 247이 하우싱 246내에 회전할 수 있도록 부착되어 모타 248에 의하여 구동된다. 압력 봉합 유체는 호퍼 244로부터 하류점에 위치한 입구 노즐 249을 통하여 하우싱 246에 도입되며 반응기관 401 내부는 대기로부터 봉쇄되었다. 고체 반응물과 봉합 유체는 하우싱 246으로부터 출구 250을 통하여 반응기 내로 토출된다.

F. 내화성 코팅 및 식각시스템

하술한 이유로 반응기의 조작 중브란켓 기체와 고온에 노출된 반응기 관 401, 가열소자 302 및 열보호 장치 410의 표면상에 내화성 코팅을 실시한다. 이러한 내화성 코팅은 예컨데 열분해 시킨 탄소 또는 산화 토리움, 산화마그네슘, 산화아연, 산화알루미늄이나 산화지르코니움 같은 내화성 산화물이 있다. 또한 반응기관 401의 표면 부분들을 선택적으로 식각하거나 침식 시킬 수도 있다.

제16도를 참조하면 내화성 코팅 및 식각 시스템을 도식적으로 나타냈으며 탄소질 기체 측정 배선에 연결된 탄소질 기체 공급 602을 갖인 첫 번째 내화성 용착제(溶着劑) 측정 시스템 601을 포함한다. 측정 배선 603은 침상밸브 605와 유량계 606에 연결된 개폐발브 604를 갖는다. 첫 번째 주입 배선은 탄소질 기체 측정 배선 603을 혼합 기체 공급 배선 607에 연결되었다.

두 번째 내화성 용착제 측정 시스템 610은 개폐 밸브 613, 침상 밸브 614 및 유량계 615을 갖인 캐리어 기체 측정 배선 612에 연결된 캐리어 기체 공급처 611을 포함한다. 캐리어 기체 측정 배관 612는 휘발성 금속-함유 화학물의 용액은 포함한 탱크 617내에 배열된 수준관(水準管) 616에 연결되었다. 탱크 617의 온도는 섬머커플 619에 의하여 탱크의 온도를 알아내고 필요에 따라 전기적 가역 맨틀 620에 의하여 열을 탱크에 공급하는 온도 조절기 618에 의하여 조절된다. 수준관 616의 출구단 621은 탱크 617내에 함유된 용액내에 담기여 있고 탱크 617의 출구 622는 상기 용액 표면에서 둘째 주입 배선 623을 탱크 617에 연결한다.

식각재 측정 시스템 625에서 식각제 공급기 626은 계폐 밸브 628, 침상 밸브 629 및 유량계 630을 일련으로 포함한 식각제 측정 배선 627에 연결되었다. 식각제 측정 배선 627은 세 번째 주입 배선 631에 연결되었고 이것은 혼합기체 공급 배선 607에 연결 되었다.

3개의 배선 608, 623 및 631은 모두 혼합기체 공급 배선 607내에 주입되었고 T-접점 632에서 갈라졌다. 첫 번째 분지 배선 633은 첫 번째 분지배선 밸브 634을 포함하고 불활성 유체 혼합 분기관 635의 첫 번째 입구에 연결되었다. 두 번째 분지 배선 636은 두 번째 분지 배선밸브 637을 포함하고 인출기체 혼합 분기관 638의 첫 번째 입구에 연결되었다.

불활성 유체 공급기 640은 개폐 밸브 642, 침상 밸브 643 및 유량계 644을 포함하고 불활성 유체 혼합 분기관 635의 둘째 입구에 연결된 불활성 유체 측정 배선 641에 연결되었다. 혼합 분기관 635의 출구는 불활성 유체 공급배선 645에 연결되었고 차례로 압력 용기 입구 408과 409에 연결되어 불활성 유체를 불활성 유체 프레늄 406에 인도한다. 프레늄 압력 감지기 646은 불활성 유체 공급배선 645에 연결되어 프레늄 406과 연관을 갖고 프레늄불활성 유체의 압력을 측정한다. 프레늄 배출 밸브 647은 또한 불활성 유체 공급 배선 645에 연결되었고 프레늄으로부터 유체를 토출시키기 위한 출구를 갖는다.

인출 기체 공급기 648은 개폐 공급 밸브 650, 침상밸브 651 및 유량계 652을 포함하고 인출기체 혼합분기관 638의 둘째 입구에 연결된 측정 배선 649에 연결되었다. 혼합 분기관 638의 출구는 인출 기체 공급 배선 653에 연결되고 차례로 인출 기체 입구 피팅(fitting) 225에 연결되어 인출기체를 반응관 401의 내부로 도입한다. 인출기체 공급배선 653에 연결되었고 반응기관 401의 내부와 연결된 반응 대역 압력 감지기 654는 반응기의 반응 대역내 압력을 측정한다.

제7d도에 가장 잘 나타낸 바와 같이 반응기 관출구 폐쇄 밸브 655는 플란즈 555와 656에 의하여 열 신크 511의 둘째 부분 520에 고정되었다.

반응기가 작용할 때 관 401의 다공벽을 통하여 내부 쪽으로 불활성 유체의 균일한 흐름이 일어나도록 프레늄 406내의 불활성 유체와 기체 사이에 압력차가 유지되어야 한다. 관 401의 직물은 관 401의 붕괴없이 압력차를 유지할 수 있을 만큼 단단하다는 장점이 있다. 따라서 열분해된 탄소 같은 내화 코팅을 흑체강내에 배열된 반응기관 401의 섬유성 내화물질 상에 실시하여 직물의 강도 또는 견고성을 증가 시킨다.

그러한 코팅을 실시하기 위하여 반응기 관출구 폐쇄밸브 655을 닫고 반응기 관 401을 3,450℉로 가열한다. 인출 기체 측정 배선 649내의 개폐 밸브 650를 열은 다음 불활성유체 측정 배선 641내의 개폐 밸브를 닫고 프레늄 배출 밸브 647을 열은후 인출 기체가 반응기관 401의 내부로 흘러들어 오도록한 다음 관 401의 다공성 벽을 통하여 프레늄내로 그리고 압력 용기 입구 408 및 409와 프레늄 배출 밸브 647을 통하여 흐르게 한다. 이것은 관 401을 이것의 최대 직경으로 팽창시키는 경향이 있다. 그 후 탄소질 기체 측정 배선 603내의 개폐밸브 604를 개방한다. 침상 밸브 605와 651은 유량계 606과 652상에 지시된 바와같은 적당한 밸브로 탄소질 기체와 인출 기체의 흐름 속도를 정하여 조절한다. 첫 번째 분지 배선 밸브 634을 닫고 둘째 분지 배선 밸브 637은 열어서 탄소질 기체가 첫 번째 주입 배선 608, 혼합 기체 공급 배선 607, T-접점 632, 둘째 분지 재선 636을 통하여 인출기체 혼합 분기관 638에 흘러 보내 그곳에서 탄소질 기체와 혼합되어 인출기체 공급 배선 653과 인출기체 입구 피팅 225을 통하여 반응기관 401의 내부로 흘러 들어간다.

탄소질 기체는 이것이 열분해된 흑연 코팅과 접촉하는 가열된 표면상에서 분해한다. 열분해된 흑연은 일반적으로 흑강체내에 있는 반응기관 401, 가열 소자 302 및 열 보호장치 410의 부분 상에 코팅되었다.

예비-반응 대역 411내에 놓인 반응기관 401의 부분은 흑체강의 외부쪽에 있고 탄소질 기체의 분해 온도 이상의 온도까지 가열되지 않으므로 비록 다공성 직물상의 증기된 장력은 동일 결과를 이룩하지만 제7a와 7b에 나타낸 스텐레스 강철 스크린 450을 장치하여 유동성 반응기관 401을 불활성 유체의 압력차에 의한 붕괴를 방지한다.

반응기관 401의 벽을 통하여 불활성 유체의 흐름 속도를 조절하기 위한 내화성 코팅제나 식각제가 불활성 유체와 혼합함에 의하여 반응기가 작용하는 동안 관내의 구멍의 크기를 작게 하거나 크게한다. 프래늄과 반응대역 사이의 압력차는 압력 감지기 646과 654에 의하여 감시되고 벽을 통한 불활성 유체의 흐름 속도는 유량계 644에 의하여 감시된다.

압력차가 불활성 브란켈 기체의 원하는 흐름 속도에 대하여 너무나 낮게 되었을 때 개폐 밸브 604을 열고 침상 밸브 605을 조절함에 의하여 반응기 벽의 관내 구멍의 직경을 감소시켜 탄소질 기체 공급기 602로부터 탄소질 기체를 탄소질 기체 측정 배선 603을 통하여 흐르도록 한다. 둘째 분지 배선밸브 637을 닫고 첫 번재 분지 배선 밸브 634을 열어 탄소질 기체를 불활성 유체 혼합 분기관 634내로 인도한 다음 불활성 유제 공급 배선 645와 압력 용기 입구 408 및 409을 통하여 프레늄 406내로 도입한다. 반응기의 정상 작용중 프레늄 배출 밸브 647은 닫친채로 남아있고 반응기관 출구 밀폐 밸브 655는 열린채로 남는다. 탄소질 기체는 이것이 접촉된 반응기내의 가열된 표면상에서 분해된다. 따라서 반응기관 401의 벽에 직물구멍으로 흐르는 탄소질 기체는 구멍 직경을 감소하는 열분해된 흑연의 코팅을 분해시킨다. 반응기관에 걸친 압력차가 불활성 유체의 일정한 유속에 대하여 증가함으로 관내 다공도의 감소가 흑연이 퇴적될 때 압력 감지기 654와 646 및 유량계 644로 감시된다. 압력차가 사전 결정된 값을 초과할 때 탄소질 기체 측정 배선 603내 개폐 밸브 604을 밀폐 시킴에 의하여 흑연 코팅의 증가를 정지 시킨다. 반응기관내 구멍의 직경을 감소시키는 전체 공정은 반응기의 작동을 방해하지 않고 실시할 수 있다.

반대로 반응기관 401의 구멍의 직경을 증가 시킬 필요가 있다. 이러한 경우 식각제 공급기 626으로부터 수증기나 분자성 산소 같은 식각제을 밸브 628을 열고, 식각제 측정 배선 627내의 침상 밸브 629을 조절하고, 둘째분지배선 밸브 637을 닫으며 첫 번째 분지 배선밸브 634을 열에 의하여 불활성 유체와 혼합한다. 식각제는 불활성 유체 혼합분기관 635내의 불활성유체와 혼합하여 압력 용기입구 408 및 409을 통하여 프레늄 406내로 흐른다. 식각제는 이것이 접촉하는 가열된 표면을 공격함에 의하여 반응기관 401의 가열된 부분의 구멍의 직경을 증가시킨다. 유량계 644에 의하여 감시하였을 때 압력 감지기 654와 646이 불활성 유체의 원하는 유속에 대하여 반응기관 401에 걸쳐 충분히 낮은 압력차를 나타낼때까지 식각제의 흐름을 계속한다. 구멍의 직경이 탄소질 기체로 감소되었을 때 이 공정은 반응기가 가동하는 동안 이행되어 진다.

어떤 용도에서는 불활성 유체로서 처리될 물질과 화학적으로 반응하는 수증기나 다른 매체를 사용하는 것이 좋다. 반응기를 이루고 있는 물질의 부식을 방지 또는 지연 시키기 위하여 산화토리움, 산화마그네슘, 산화아연, 산화알루미늄이나 산화지르코니움 같은 내화성 산화물을 불활성 유체와 접촉하고 고온에서 가동되는 반응기관 401, 가열소자 302 및 열 보호 장치 410의 부분상에 피복시킨다. 내화성 산화물의 코팅물을 피복 시키기 위하여 메틸마그네슘크로라이드, 마그네슘에톡사이드나 지르코니움-n-아밀옥사이드 같은 휘발성 금속을 함유한 화합물인 내화성 피복제를 사용한다. 예를들면 메틸마그네슘 크로라이드는 약 1,100℉로 가열된 표면상에서 분해되어 마그네슘 금속의 코팅을 피복시킨다. 뜨거운 마그네슘 금속은 수증기나 분자성 산소를 프레늄 406내로 도입시킴에 의하여 산화시킨다. 지르코니움-n-아밀옥사이드와 마그네슘 에톡사이드도 일반적으로 가열된 표면상에서 분해되어 산화지르코니움과 산화마그네슘이 형성된다.

제6도를 참조하면 휘발성 금속-함유 화합물은 공급기 611로부터 캐리어 기체를 개폐 밸브 613을 열에 의하여 측정 배선 612을 통하여 흐르게 함에 의하여 프레늄 406내로 도입된다. 침상 밸브 614는 유량계 615로 측정할 때 캐리어 기체 유속을 적당한 값으로 조절한다. 탱크 617을 예컨데 디에틸에테르내에 용해한 메틸 마그네슘 크로라이드나 테트라하이드로푸란에 용해한 지르코니움-n-아밀옥사이드 같은 휘발성 금속을 함유한 화합물의 용액을 포함한다. 캐리어 기체는 버블 튜브 616을 통하여 탱크 617의 용액내로 흐른다. 캐리어 기체, 용매 증기 및 금속-함유 화합물 증기가 탱크 617 출구 622, 둘째 주입배선 623, 혼합기체 공급배선 607과 첫 번째 분지 배선 633을 통하여 불활성 유체 혼합 분기관 635내로 인도되어 그곳에서 그들은 불활성 유체와 혼합된 다음 불활성 유체 공급 배관 645을 거쳐 압력 용기 입구 408과 409을 통하여 프레늄 406으로 운반시키기 위하여 둘째 분지 배선 밸브 637은 닫친채로 남고 첫 번재 분지배선 밸브 634는 열린체로 남는다. 휘발성 금속-함유 화합물은 반응기내에서 이것이 접촉하는 뜨거운 표면상에서 분해한다. 만일 순수한 금속으로 분해 한다면 산소나 수증기를 프레늄 406에 도입시켜 산화물로 만든다.

G. 공정 변화 조절 시스템

제17도는 반응기 온도 조절시스템 700을 설명하였다. 가열 소자 302a, 302b 및 302c를 “y” 배열회로내에 연결된 도해식 형태로 기술하였는데 각 가열 소자의 한 첨단은 타이 포인트(tiepoint)701에 연결 되었고 다른 첨단은 3-상 동력배선 702의 분지 702a, 702b 이나 702c에 연결되었다.

타이 포인트 701은 제7c의 3-상 연결 고리 319에 해당한다. 동력배선 702는 동력 조절기 704의 가열기 출력 703에 연결되었고, 이것은 차례로 중요 삼상 동력 배선 705와 화이어링회로 706에 연결되었다. 중요 3-상 동력배선 705는 반응기를 가열하기 위하여 전류를 440볼트에 공급한다. 제7b도의 관점 441내에 배열된 라디오메터 708은 가열 소자 302c상에 초점이 맞추어지고 가열소자의 온도에 해당하는 일반적으로 미리볼트 범위내의 시그날을 발생한다. “MV/”전화기 709는 라이오메터 시그날을 진폭시켜 이것을 전류로 전환시킨다. 셋트 포인트(setpoint) 조절기 707, 전자계산기(나타내지 않았음)에 연결 시키기 위한 출력 시그날 배선 712 및 라디오메터 708에 의하여 측정된 온도의 영구적 결과표를 만드는 기록기 710은 모두 전환기 709에 연결되었다. 입력시그날 배선 713은 셋트포인트 조절기 707의 조절 시그날 입력 711을 전자 계산기(나타내지 않았음)에 연결시킨다. 전류계 750a, 750b 및 750c을 각각 분지 702a, 702b 및 702c내에 삽입시켜 가열소자 302a-c에 공급된 전류를 측정하고 전압계 751a, 751b 및 751c를 분지 702a-c에 부착시켜 가열 소자내의 전압을 측정한다. 가열소자에 소비된 동력과 가열 소자의 전기저항은 상기 전압과 전류 측정치로부터 계산할 수 있다. 각 가열 소자의 전기저항의 인식은 전기 소자가 침식할 때 이것의 전기적 저항은 증가함으로 그의 물리적 완전성으로서 얻는다.

제18도는 직물의 온도의 함수로서 흑연 직물시료(유니온 카바이드 큐퍼레이손에 의하여 “WCA 윽연직물”의 상품명으로 판매되는)의 전기 쉬트저항의 그라프이다. 직물은 일반적으로 상술한 공정에 따라 직물을 탄소질 기체의 대기내에 가열 및 노출 시킴에 의하여 열분해된 흑연으로 견고히 한다. 공지된 바와같이 주어진 두께의 저항 물질의 평방의 반대편 사이에 측정된 저항은 평방의 칫수에 독립적이므로 제18도 그라프의 수직축은 “평방당오옴”의 단위로된 쉬트 저항을 나타낸다. “WCA흑연 직물”의 단일 사각형 스트립으로 형성된 가열 소자의 특별한 온도하의 저항은 일련으로 연결된 직물의 평방으로 만들어진 스트립을 고려함에 의하여 발견할 수 있다. 예를 들면 두 개의 6-인치 측면사이에 측정된 2,500℉에서 6×51인치 스트립의 저항은(51/6)와 0.123오옴을 곱하여 찾는데 2,500℉에서의 쉬트 저항은 제18도상에 주어졌다. 각층은 동일 칫수를 가지므로 동일한 저항을 가질 때 직물의 하나 이상의 층으로 만들어진 가열 소자의 저항은 단일 층의 저항을 층의 수로 나눔에 의하여 발견한다. 편의상 2,3 및 4층으로 제작된 강화된 “WCA흑연 직물”의 시료에 대한 “평당 당 오옴”으로 계산된 쉬트 저항은 제18도상에 그라프되었다.

가동중 셋트 포인트 조절기 707을 수동적 또는 전자 계산기에 의하여 특정 온도로 고정시킨후 그 온도를 전극 302c의 측정된 온도와 비교하고 측정된 온도와 특정 온도 사이의 대수학적 차이에 따른 오차 시그날을 산출한다. 셋트 포인트 조절기 707은 화이어링 회로 706을 조절하고 그것은 오차 시그날에 대하여 동력 조절기 704가 필요에 따라 오차 시그날의 크기를 감소시키기 위하여 가열소자에 공급된 동력을 증가 또는 감소시켜 가열 소자 302c의 온도를 특정 온도에 접근시킨다. 가열 소자 302c가 열보호 장치 410에 의하여 둘러싸인 흑체강내에 있기 때문에 이것의 온도는 일반적으로 강(腔) 표면의 온도를 대표하는 흑체강내의 다른 표면상에 초점을 맞춘 라디오 메터도 또한 온도 조절에 사용할 수 있다. 제19도에 나타난 바와같이 온도에 부가하여 변할 수 있는 공정은 예컨대 주입 배선 717에 걸쳐 측정시스템 716과 연결된 공급기 715을 포함한 주요 액체 반응물 주입속도 조절 시스템 714로서 귀환 조절시스템에 의하여 조절된다. 측정 시스템 716은 중요 반응물의 유속을 조절하고 예컨데 변화시킬수 있는 속도 펌프와 펌프 조절기 또는 변화시킬 수 있는 구멍 밸브와 밸브 조절기을 포함한다. 중요 반응물 측정 시스템 716의 출력 718은 중요 반응물의 유속에 해당하는 전기적 시그날 출력 720을 발생하는 유속 변환기 719에 연결되었다. 중요반응물 유속변환기 719의 한 출력 721은 중요 액체 반응물 입구 파이프 215에 연결되었으며 반응대역 압력 감지기 654의 시그날 출력 722와 유량 변화기 719의 시그날 출력 720은 각각 중요반응물 측정시스템 716의 첫 번째와 두 번째 시그날 입력에 연결 되었다. 전자 계산기 시스템 723의 출력은 측정 시스템 716의 세번째 입력에 연결되였다.

중요 액체 반응물 주입 속도 조절 시스템 714의 한조작 방법에서 전자 계산기 시스템 723은 중요 반응물 유속에 대한 사전 선택한 값과 반응대역 압력에 대한 상한(上限)을 사전 선택한 유속을 변환기 719에 의하여 측정한것과 비교한 중요 반응물 측정 시스템 716에 연결하여 만일 반응대역 압력이 지시될 상한 이하라면 선택한 값에 가깝도록 유속을 조절한다. 만일 반응 대역 압력이 이상한을 초과한다면 중요 반응물의 유속을 감소시킴에 의하여 측정 시스템 716은 압력을 낮춘다.

이차 액체 반응물 유속 조절 시스템 724는 주입배선 727에 걸쳐 측정시스템 726과 연결된 공급기 725를 포함한 다른 귀환 조절 시스템이다. 이차 반응물 측정 시스템 726은 중요 반응물 측정 시스템 716과 동일 형태이며 이차 반응물 측정 시스템 726의 출력 728은 이차 반응물의 유속에 해당하는 시그날을 발생하는 유속 변환기 729에 연결되었다. 변환기 729의 출력 731은 이차 반응물 입구 221에 연결되었고 반응대역 압력감지기 654의 시그날 출력 722와 이차 반응물 유속 변환기 729의 시그날 출력 730은 이차 반응물 측정 시스템 726의 분리된 시그날 입력에 연결되었으며 전자 계산기 시스템 723의 출력은 세 번째 입력에 연결되었다. 이차 액체반응물 유속 조절 시스템 724는 중요반응물 조절 시스템 714에 대하여 상술한 것과 유사한 방법으로 작용한다.

불활성 유체 유속 조절 시스템 734내에서 불활성 유체공급기 640의 출력은 침상 밸브 643에 연결되었고 이것은 차례로 개폐밸브 642에 연결되었다. 밸브 642는 불활성 유체 유속 변환기 735에 연결되었고 변환기 735의 시그날 출력 736은 불활성 유체 침상 밸브 조절기 737의 첫 번째 입력에 연결되었다. 침상 밸브 조절기 737의 둘째 입력은 전자 계산기 시스템 723에 연결되었고 세 번째 입력은 프레늄 압력 감지기 646에 연결되었다. 침상밸브 643의 열림은 조절기 737에 의하며 변환기 735의 불활성 유체 출력은 반응기의 압력 용기 입구 408과 409에 연결되었다. 편의상 제16도의 프레늄 배출밸브 647, 유량계 644 및 불활성 유체 혼합 분기관 635는 제19도에 나타나지 않았고 제19도의 불활성 유체 유속 변환기 735는 제16도에는 나타나지 않았다.

가동중 개폐 밸브 642가 열리어 불활성 유체 변환기 735를 통하여 입구 408과 409로 흐르도록 한다. 침상밸브 조절기 737은 변환기 735로부터의 유속 시그날을 전자계산기 시스템 723에 의하여 특정된 상한을 초과하지 않는다면 침상 밸브 조절기 737은 유속을 감소시켜 압력을 강화시킨다.

제17도에 상세히 나타내고 제19도에 도해적으로 기술한 반응기 온도 조절 시스템 700은 제17도에 나타낸 동력 조절기 704, 화이어링 회로 706, 셋트 포인트 조절기 707, 전환기 709, 기록기 710 및 메터 750과 751을 포함한 반응기 온도 조절기 738을 포함한다. 라디오메터 708(제19도에는 나타내지 않았음)은 관점 441내에 수용되어 조절기 738에 연결되었다. 삼 상동력 배선 702는 반응기 온도 조절기 738의 가열기 출력 703을 전극 309을 통하여 가열 소자 302(제19도에는 나타내지 않았음)에 연결되었다. 가열기 출력 703에 연결된 전력 준위는 반응기 관 401의 온도를 결정한다. 조절 시그날 입력 711과 반응기 온도 조절기 738의 출력은 입력 시그날 배선 713과 출력 시그날 배선 712에 의하여 전자 계산기 시스템 723에 연결되었다.

반응기 출구 밀폐 밸브 655에 인접하여 위치한 출입구 741에 연결된 반응기 생성물 샘플터(Sampler) 740은 사전 결정된 시간 동안 반응 생성물의 시료를 가스-크로마토그라피 743의 시료 입구 742내로 전달한다. 크로마토그라프 743의 출력 744에서의 전기적 시그날은 시료의 화학적 조성물내 변화를 나타낸다. 예를들면 반응 생성물 샘플러 740과 연결된 깨스 크로마토그라프는 탄화수소의 부분적 열분해에 대한 공정에서 에티렌의 농도에 해당하는 시그날을 발생시킨다.

가스 크로마토그라프 743의 출력은 기록기 749와 전자 계산기 시스템 723에 연결되었고 전자 계산기 시스템 723의 입력 745는 데이터 정보통로 746에 의하여 변할 수 있는 공정을 위하여 변환기에 연결되었고 이것은 유속변환기 719,729 및 735, 압력감지기 646 및 654, 온도조절나 738 및 가스 크로마토그라피 743에 연결된 시그날 배선을 포함한다. 다른 변환기들은 필요에 따라 데이터 버스 746에 매어져 있고 전자 계산기 시스템 723의 출력 747은 중요 반응물 측정 시스템 716, 이차적 반응물 측정 시스템 726, 반응기 온도 조절기 738 및 불활성 유체 침상 밸브 조절기 737에 매여진 시그날 배선을 포함한 지휘선 748에 연결되었다. 전자 계산기 시스템 723은 수동적 전자 계산기, 변환기의 유사 시사시그날을 전자 계산기를 위한 수동적 데이터로 전환시키기 위한 아날로그-투-디지털(analoy-to-digital) 전환기, 전자계산기로부터의 수동적 시그널을 유사조절 시그널로 전환시키기 위한 디지털-투-아날로그 전환기 및 데이터 버스 746과 지휘선 748 내의 시그널 배선 사이에 스위치 작용을 위한 복합기를 포함한다.

공정중 전자계산기 시스템 723은 지휘선 748과 데이터 버스 746에 연결된 시그날에 의하여 가변성 공정을 특정화 및 감시한다. 전자 계산기 시스템 723은 반응기의 작동을 감독하여 공정이 특정 범위 내에 남도록 한다. 또한 전자 계산기는 프로그래밍하여 반응기의 출력을 크로마토그라피 743과 함께 감시하는 동안 가변성 공정 내에 대한 계통적 변화를 일으킴에 의하여 특정 공정에 대한 최적의 조작 조건을 찾아낸다. 예를들면 전자계산기를 프로그래밍 하여 특별한 탄화수소 원료에 대한 배출물 내 에티렌 용도를 최대로 하는 반응기 온도와 원료물 유속을 찾아낸다. 전자계산기 시스템 723은 도한 전자 계산기 시스템 723에 부가하여 반응 생성물 샘플러 740, 가스크로마토그라피 743, 반응기 온도조절기 738 및 가열소자 302에 연결된 3-상 동력 배선 702를 포함하는 반응 생성물 조절시스템 같은 주입물 조절 시스템과 협동한다. 반응 생성물 조절시스템에서 전자계산기 시스템은 반응기로부터 회수한 반응 생성물 시료의 화학적 조성을 사전 선택한 조성물과 비교하여 시료의 화학적 조성물 내의 범위에 해당하는 이것의 출력 747에서 전기식 시그날을 일으킨다. 전자계산기 시스템 723의 출력 747은 반응기 온도 조절기의 입력 711에 연결되어 전자 계산기 시스템으로부터의 시그날 변화에 대응하는 반응기관의 온도를 변화시키고 반응 생성물의 화학적 조성물 내의 편차를 감소시킨다. 선택한 반응물의 주입율과 반응 대역내 압력같은 것을 변화시킬 수 있는 기타 공정은 유사한 주입물 조절 시스템에 의하여 조절될 수 있다.

공정 매개 변수

본 발명에 따라 실시되는 고 온화학 반응 공정들은 방사선을 투과하는 불활성 유체의 환상 봉쇄 또는 브란켈의 사용을 필요로 한다. 봉쇄는 실제로 축상의 길이를 가지며 환상 봉쇄는 일반적으로 이것의 축에 대하여 평행 방향이나 이것의 축에 대하여 수직 방향 및 이것의 외부 주위 표면의 방사상 내부 쪽으로 발생된다.

본 발명 반응기의 첫 번째 실현예에 대하여 상술한 바와 같이 전자의 예에서 봉쇄 유체는 층류를 유지하여 반응물과의 혼합을 방지하여야 한다. 이러한 요구는 층류기 때문에 봉쇄의 축 길이상에 어떤 한계성을 부과하며 브란켓의 동체성은 특히 강열한 반응을 시도할 때 명확한 길이를 유지할 수 없다. 따라서 봉쇄를 시키는 본 방법은 소규모 및 실험실용에 가장 적당하다.

본 발명의 두 번째, 세 번째 및 네 번째 실현예에 대하여 상술한 바와같이 후자의 예에서 유체 봉쇄의 동체성은 어떤 흐름의 고려에 관계없고 축으로 주입된 적층 봉쇄의 경우 얻을 수 있는 것보다 큰축 거리를 유지할 수 있다. 근본적인 요구는 불활성 유체의 흐름을 반응물류의 것보다 큰 압력을 유지하여 반응물을 “펀칭 스로우(punchingthrough) ”또는 봉쇄내 감금을 파괴됨으로부터 방지하고자 한 것이다.

봉쇄가 이루어진 후 적어도 한 반응물이 봉쇄축과 일치하는 사전 결정된 통로에 따라 이것의 중심을 통과한다. 봉쇄는 반응물을 반응기내에 그리고 반응기 실의 함유 표면과 접촉이 안되게 감금한다.

강력한 방사선 에너지를 봉쇄 중심에 조사하여 반응물의 사전 결정된 통로의 일부와 부합시킨다. 그러한 방사선 에너지는 첫 번째 및 세 번째 실현예에서와 같이 반응물의 통로에 따라 한점에 조사(照射)되거나 둘재 및 세째 실현에 의하여 설명된 바와 같이 통로의 한정된 길이에 따라 조사된다. 어떤 경우이든 간에 충분한 방사선 에너지가 중심에 흡수되어 반응물의 온도를 원하는 화학 반응을 시발시키는데 요하는 준위까지 상승시킨다. 반응물 자체가 방사선 에너지를 흡수하지 않을 경우 방사선 에너지를 중심에 조사하기 전에 흡수체를 반응물의 통로에 도입하여야 한다. 이때 흡수체는 충분한 방사선 에너지를 흡수하여 중심의 온도를 원하는 화학 반응을 시발시키에 필요한 준위까지 상승시킨다. 상술한 바와 같이 시도하는 반응이 투명한 반응물이 방사선 에너지를 흡수하는 생성물을 생성시키는 것이라면 반응이 시작된 후 흡수체를 탈성화 시킨다.

시도된 공정은 또한 원하는 반응이 완결된 즉시 반응생성물과 어떤 남은 반응물 또는 흡수체의 냉각 단계를 포함한다. 이러한 공정의 목적은 원하는 반응을 종식시키고 어떤 원하지 않는 반응의 발생을 방지하기 위한 것이다. 생성물 흡수체 및 남은 반응물을 냉각된 방사선 에너지 흡수 표면에 방사선 열 전달에 의하여 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

유체-벽 반응기의 이용

발명의 유체-벽 반응기는 고온 화학 반응에 사용할 수 있는데 그러한 반응의 대부분은 종전에는 불가능하고 이론적으로만 가능한 것으로 간주되었다. 특별한 고온 화학 반응에 이 유체-벽 반응기를 사용하기 위한 가장 중요한 기준은 그 반응이 반응조건 하에 열역학적으로 가능한가 가능하지 아니한가에 있다. 이러한 유체-벽 반응기를 이용할 때 ⑴ 방사선 에너지를 투과하는 불활성 유체로 구성된 환상 봉쇄를 다공성 반응기관의 내부에 발생시켜 반응기관의 내면을 위한 보호브란켓을 형성시키는데 환상봉쇄는 축상의 길이를 갖고 봉쇄의 내면은 반응실임⑵ 적어도 한 반응물(고체, 액체 또는 기체상태인)을 봉쇄의 종축에 일치하는 사전 결정된 통로에 따라 반응실을 통과시키는데 반응물은 반응실내에 감금되며⑶ 강력한 방사선 에너지를 반응실에 조사시켜 반응물의 사전 결정된 통로의 일부와 부합시켜 충분한 방사선 에너지가 반응실 내에 흡수되어 반응물의 온도가 원하는 화학 반응을 시발하여 유지하는데 요하는 준위까지 상승시킴에 의하여 본 발명의 고온 화학 반응공정은 약 6,000℉ 이상의 온도에서 실시할 수 있다.

본 발명의 유체-벽 반응기 내에서 실시할 수 있는 반응들은 석탄과 여러 가지 석유 유분 같은 탄화수소와 탄화수소질 물질을 수소와 브랙으로의 분해, 석탄 석유유분, 오일혈암, 타아르샌드, 갈탄 및 기타탄소질 또는 탄하수소질 원료를 합성기체 혼합물로의 수증기 개질 : 이 공정들은 생성된 합성기체 혼합물로부터 제거될 어떤 유황-함유 오염물과 화학적 반응을 시키기 위하여 하나나 그 이상의 무기탄산물(라임스톤이나 도로마이트 같은) 또는 무기 난화물의 활용을 포함함 : 탄화수소와 탄화수소 물질을 저분자량 화합물로의 부분적 분해 : 포화된 탄화수소를 에테렌, 프로피렌 및 아세티렌같은 불포화 탄화수소로의 부분적 열분해 : 쓰레기나 리그닌-함유부산물과 같은 유기 폐물을 연료기체로의 전환 : 유황-함유탄화수소질 원료유의 완전 또는 부분적 탈황화 : 광석이나 부기 화합물들을 수소, 탄소, 합성 개스나 기타 환원제로서 낮은 원자가 상태로 환원 : 무기원소나 화합물들을 탄소질물과 부분적 또는 완전반응시켜 해당하는 무기카바이드 제조등이 있다.

필요에 따라 하나나 는 그 이상의 촉매가 고온 화학 반응의 공정에 사용되어 반응을 촉진시키거나 이것의 과정을 원하는 반응 순서로 변화시킬 수 잇다. 공정이 탄소질이나 탄화수소질 반응물을 포함할 때 시스템에 적당한 촉매의 첨가는 유리기, 카보니움 이온이나 카르보옴 이온의 생성을 촉진시켜 반응의 과정에 영향을 준다.

물론 조작 조건의 한 셋트가 유체벽 반응기내에서 실시하는 모든 반응에 대하여 최적 또는 적당한 것은 아니다. 온도, 압력, 주입속도, 반응기내 체류시간 및 냉각속도같은 조작 조건은 실시될 특별한 반응의 요구에 맞도록 변화시킬 수 있다. 설명상 탄화수소의 열분해 생성물에 영향을 주는 요인은 탄화수소가 가열된 온도와 이 온도에 유지된 시간의 길이이다. 에를들면 메탄은 아세티렌을 제조하기 위하여 약 2,250℉로 가열되어져야만 한다. 에탄으로부터 에티렌의 생성은 저온, 약 1,525℉에서 시작한다. 탄화수소를 열분해하는 대표적인 공정에서 아세티렌, 에티렌, 수소, 카본 브랙 및 탄화수소 오일을 생성한다. 일반적으로 1미리초 이상의 반응시간은 아세티렌의 지출에서 에티렌과 기타 생성물의 제조에 적합함으로 1미리초의 반응 시간은 아세티렌의 수율을 최대로 하는 한편 1미리초 이하의 반응시간은 에티렌과 아세티렌의 수율을 감소시킨다. 예컨대 3,000℉을 초과하는 고온은 아세티렌과 에티렌의 지출로 카본 브랙과 수소의 제조에 적당하다. 본 발명의 유체-벽 반응기내 반응 시간은 반응기 관을 짧게 하고 반응기 관에 도입되는 반응물의 유속을 증가시킴에 의하여 단축시킬 수 있다. 반응시간을 짧게 하기 위하여 카본 브랙 같은 방사선-흡수체를 반응물과 혼합시켜 반응물류와 관벽으로부터의 열적 방사선 사이의 효과적인 카프링을 촉진시켜 반응물을 신속히 가열시키는 것이 좋다.

하기에는 그로써 각 양의 고온 화학반응과정이 본 발명에 따라 액체벽 “리액터”에 수행될 수 있다. 본 예중 하나하나에서 6을 통하여 그림 2에 의하여 앞서 예시된 액체벽 “리액터”는 특수 고온 반응을 수행시키기 위하여 사용되었다. 리액터 튜브 61은 내경 3인치 외경 4인치의 길이 36인치가 되는 통기성 흑연튜브이었으며 평균 기공반경은 20미크론이었다. 본 다공성 튜브는 강철압력용기 70에 내장되었으며 그 직경은 10인치였다. “리액터”튜브 61은 100f를 통한 탄소극 100a에 의하여 가열되고 프레늄 85내에서 내장되었다. 열치폐물 120은 역시 프레늄 85에 위치해 있는데 몰리브덴으로 만들어져 있다. 수냉고리 125는 열연결기에 의하여 형성된 반응물질 냉각용 “리액터 튜브” 61의 출구단에 인접하여 위치되어 있다.

각 예가 각 상이한 기간동안 계속적으로 운영된 후 “리액터 튜브”61이 “카본블랙”혹은 기타 물질의 직접이 검사되었다. 그러나 아무것도 발견되지 않았다.

[실시예 1 ]

메탄의 열 해리

일련의 시헙이 각종 원료 공급율과 반응 온도에서 열해리하는 자연 가스에 있어서 액체벽 “리액터”의 효율성을 결정하기 위하여 시행되었다.

본 시험의 하나하나에 있어서 입구 85를 통하여 프레늄 85로 수소가 도입되었으며 5scfm의 정상율로 반응실로 통기성 반응튜브 61을 통하여 강제 송입했다. 탄소극 100a-100f를 통한 전류는 광학 피로미터로 측정된 바 2,300℉ - 3,400℉는 반응튜브의 온도를 설정토록 조정되었다. 자연깨스는 ethane과 propane의 균형을 가진 95% 이상의 methane으로 구성된 것인데, 1-5scfm 범위의 각종 유속을에서 입구 91로 통하여 “리액터”로 도입되었다. 소량의 카본블랙이 열해리를 유발시킬 목적으로의 흡수목표로써 충족하기 위하여 입구 121을 통하여 동시에 “리액터”는 도입되었다. 한번 해리가 시작되면 반응을 계속 시키기 위하여 여분의 카본블랙을 첨가할 필요는 없었다. 짙은 흑색 연기가 “리액터 튜브” 출구단으로 나왔으며 카본블랙과 수소로 구성되었다는 것이 알려졌다. 카본블랙 입자는 극단적으로 미세하고 여과가 곤란하였다. “리액터 튜브”61에 출구 바로 밑 방출물 흐름속으로 물을 분사함으로써 카본블랙 압자로 덩어리를 만들어 포제(布製) 먼지 여과기에 그것들을 모을 수 있다. 제1표는 1-5scfm 범위의 각 유속율에서의 그리고 2,300℉ - 3,400℉범위에 해리온도에서의 해리백분율을 보여주는 것이다. 그리고 해리된 methane입자을 샘플로부터 카본블랙 입자를 여과한 후에 방출가스의 열전도성을 측정함으로서 결정된다.

[표 1]

[실시예 2]

액체 탄화수소의 열해리

일련의 시험이 열해리 액체 탄화수소에 있어서 액체벽 “리액터”의 효율을 결정짓기 위해 이루어졌다. 수소가 5scfm의 계속적 유속율에서 엄폐 가스로서 사용되었다. 일련의 시험을 위하여 선택된 액체 탄화수소는 원유로부터 획득된 전형적 유출물이며 하기 물을 포함한다. 즉 나프타(비등점 100℉-200℉)게로신디젤(비등점(220℉-350℉), 깨스오일(비동점 350℉-600℉),아스팔트(비등점 600℉)이 시험의 결과는 아래와 같다.

A. 나프타

약 80℉에서의 나프타 흐름은 입구 121을 통하여 1분당 0.05갤런의 율로 “리액터 튜브”61로 공급된다. “리액터 튜브”의 온도는 3,400℉로 지탱된다. 순 나프타는 “리액터”를 영향을 받지 않고서 통과한다. 그리고 외견상 백열 “리액터 튜브”로부터 방사하는 열 방출에 투명한 것 같다. 나폭사는 그때 미세하게 쪼개진 카본블랙의 무게로 0.1%를 그것과 혼합함으로써 불투명해진다. 이 불투명 혼합물이 이전처럼 “리액터”속으로 도입되었을 때 열방사와 우수한 결합아 있었다. 카본블랙과 수소는 “리액터 튜브”의 출구로부터 유출한다. 열전도성 전지로서의 생산 가스의 분석은 그것이 수소 98mole%이상이라는 것을 표했으며 해리가 거의 완성되었다는 것을 표시했다.

B. 케로신-디즐

케로신 디즐은 카본블랙 무게 비 0.1%로 혼합되었다. 그리고 그때 분당 0.05갤런의 율로 “리액터”에 공급되었다. “리액터 튜브”는 3,400℉로 지탱되었다. “케로신”은 디즐은 카본블랙과 수소속으로 해리하였다. 열전도성 측정은 유출가스가 98mole%이상의 수소로 구성되었다 라는 것은 표시했다.

C.가스 오일

카본블랙과 혼합된 가스 오일은 분당 0.05갤론의 유속으로 액체벽 “리액터” 로 도입되었다. “리액터 튜브”가 3,400℉로 지탱되었을 때 가스 오일은 카본블랙과 수소 속으로 해리하였다. 그리고 카본블랙으로부터 분리되었을 때 열전도 측정에 입각한 순수소 98mole%로 구성되었다는 것이 알려졌다. “리액터 튜브”의 온도가 2,500℉로 내려갔을 때 “리액터”로부터의 방출물은 진한 흑색 연기로부터 엷은 회색 안개로 변했으며 보다 낮은 반응온도에서 가스 오일은 다만 부분적으로 해리되었다 라는 것을 표시하였다. 아마 더 가벼운 탄화수소 입자 및 소량의 탄소로.

D. 잔류유 및 아스팔트

아스팔트를 함유하는 잔류유는 분당 0.05겔론으로 액체벽 “리액터”로 도입되었다. 그리고 “리액터 튜브”가 3,400℉로 지탱되었을 때 안정히 카본블랙과 수소로 해리했다.

[실시예 3]

석탄의 열해리

Utah 역청탄의 샘플이 분석되고 유황 무게비 0.58%회분 무게비 8.55%를 함유한다는 것이 발견되었다. 석탄은 -50맷슈로 분쇄되고 시가당 약 35파운드를 “리액터”에 공급돼 있다. “리액터 튜브”61은 3,000℉로 지탱되고 질소 엄폐물로 보호되었다. 그리고 그것은 5scfm의 율로 동기성 벽을 통하여 강제 주입되었다. 석탄은 카본블랙과 가스 상 산물과 경코크로 해리했다. 본 카본블랙은 예 1에서 산출된 것과는 다르다. 거기에서는 입작 물을 첨가없이 여과할 수 있으리 만큼 충분히 크다. 본 카본블랙은 회분 무게비 8.63%유황 무게비 0.54가 함유되었다는 것이 알려졌다. 본 가스 상 산물은 수소와 질소의 혼합물이었다(후자는 부란킬 가스로부터 유래했다). 그리고 황화수소로써 존재하고 있는 유황분 0.02mole% 만을 함유하고 있다.

시발물질의 약 무게비로 62%는 코크스로 변환했다. 이 코크스는 극단적으로 가벼웁고 다공성이다. 그것의 밀도는 그로부터 코크스가 만들어지는 석탄의 밀도의 35%였다. 새로 마련되었을 때는 본 코크는 12시간 이내에 즉각적으로 공기중에서 산화하여 회분이 된다. 그리고 그것은 고도의 표면 활성을 가졌다는 것을 보인다.

본 코크스를 실온에서 질소중에서 하루밤 놓아두면 그것은 하등 표면 활성의 조짐을 보이지 않는다. 그리고 후에 대기에 방치했을 때도 자발적으로 산화하지 않는다. 코크스의 현미경 조사는 그것이 작고 옴숙한 유리상 물질의 구상입자로 구성 되었다는 것을 보여주었다. 화학분석으로 본 코크스는 회분 무게비 8.27% 유황 무게비 0.70%가 함유되었다는 것이 밝혀졌다.

[실시예 4]

석탄의 증기(기관용) 개질 및 가스화 Calhon County Utah로부터 석탄 샘플이 그것은 다량의 석회석 성분을 가진 회분을 함유하는 것인데, 분석되어 유황 무게비 0.60%를 함유한다는 것이 알려졌다. 이 석탄이 분쇄되어 -50맷슈로 되고 시간당 약 10.45파운드로 “리액터”내로 공급되었다. 250℉의 온도의 증기가 동시에 시간당 20파운드의 율로 “리액터”로 도입되었다. “리액터” 61은 3, 400℉로 유지되고 5scfm의 율로 통기성 벽을 통해 강제 압동되는 수소 브란킬에 의하여 보호되었다.

진한 백색 증기가 “리액터”의 출구로부터 방출되는 것이 관찰되었다. 여하한 카본블랙이나 중 잔류물이 생성된 흔적은 없었다. 어떤 회분 혹은 기타 고체물질이 “반응기관 출구” 바로 밑에 위치해 있는 호퍼에서 발견되지는 않았다.

그리고 석탄 중에 고체잔류물의 전부가 가스 산물 속에서 불려갔다는 것을 표시했다.

고체산물은 방출하는 흐름으로부터 여과되고 잔유깨스는 질량 스펙트럼 미터로 분석되기 전 건조되었다. 본 분석의 결과는 공기를 무시하면 하기와 같다(농도는 mole penecrt로 되었다), 질소(0.051%) 일산화탄소(7.563%) 황화수소(없음) 황화탄소(없음) 이산화탄소(0.277%) 수소(89.320%) 메탄(1.537%) 기타 탄화수소벤젠, 아세칠렌등(1.253%) 본 반응으로부터 가스 상 산물은 연료로 적합하다. 더구나 10ppm 정도의 낮은 농도엣 질량 스펙트로미터는 황화물을 찾아낼 능력이 있음에도 분석에서 하등 유황함유 성분이 관찰되지 않았다.

이것은 석탄속에 원천적으로 존재하던 유황의 전부가 필연히 방출되는 흐름으로부터 여과된 고체 입자 속에서 유실되었다 라는 것을 보여 주었다.

[실시예 5]

유모혈암의 증기 개조와 가스화

콜로라도 라이훌후지방자료부터 얻은 그린 리버 유모혈암의 샘플을 -100맷슈 크기로 분쇄했다. 본 샘플은 유모혈함에 존재하는 각종 탄소물질에 대하여 분석되었다. 실온에서의 염화메티렌이 혈암의 무게비 0.93%가 추출되었다. 동 샘플은 공기 중에서 그 일부를 가열함으로써 더욱 분석되었다. 그리하여 온도 작용으로써 중량 감소가 알려졌다. 이런 분석의 결과는 아래와 같았다.

본 측정으로부터 유모혈암은 유기물질 무게비 15% CaCO₃로써 석회석 무게비 27.3%로 구성된 것이 추정되었다. 무게로 57.7% 잔유물은 규토질이라고 가정되었다. 분쇄된 샘플은 시간당 38파운드의 율로 반응기에 도입되었다. 동시에 증기는 시간당 약 20파운드로 반응기 속으로 공급되었다. 본 증기는 반응기 입구에서 250℉의 온도였다. 본관은 3,100℉로 유지되었다. 그리고 5scfm의 율로 통기성 벽을 통하여 주입된 수소는 엄폐 깨스로써 작용했다. 백색 수증기가 관 출구단으로부터 흘러나왔다. 본 증기흐름의 온도는 반응기 출구 바로 밑에서 970℉로 측정되었다. 고체 회분물질이 또한 산출되었으며 반응기 관 밑 홉퍼로 들어갔다. 회분은 주로 여러 색깔의 융합된 유리알로 되었다. 본 물질은 그것을 분쇄함으로써 또 원유모혈암에 이루어진 같은 가열 중량 감소 분석을 수행함으로써 잔류 탄소질에 대하여 분석되었다. 932-1,436℉로의 가열에서 어떤 중량 감소도 없었다. 그리고 원 혈암솔에 존재하는 어떤 유기물도 회분중에 남아 있지 않았다. 1,436℉-2,192℉ 사이에서 고체 회분을 가열함에 있어서 14%의 중량감소가 있었다. 그것은 원 샘플에 존재하는 대부분의 탄화칼슘이 회분속에 남았으며 이탄화 칼슘의 약간의 반응 중 탈 카복실화 작용을 받았다. 0.1NHCl로 본 회분의 처리가 황화수소 및 이산화 탄소방출을 결과했다. 그리고 그것은 원샘플에 존재하는 어떤 황분도 회분중에서 또한 적어도 부분적으로 발견되었다는 것을 시사했다.

반응기로부터의 분출물중의 가스상 성분은 건조되고 질량 스펙트럼 미-터로 분석되었다. mole 퍼센트로 보고된 결과는 아래와 같다.

수소(87.86%) 메탄(0.74%) 아세티렌(0.07%) 에티렌(0.39%) 질소(1.24%) 일산화탄소(8.70%) 혼합탄소화수소(0.048%) 이산화탄소(0.016%) 벤젠(0.016%) 톨루엔(0.002%) 황화수소(0.0005%) 이 가스는 저 유황연료로서 사용되기에 적합하다.

[실시예 6]

규산질 점토 바인데가 혼합되고 약 2mm 크기의 알맹이로 잔유하는 건조 인분뇨로된 활성화된 하수 침적의 샘플이 분석되어 하기와 같은 조성분을 가진 것이 판명되었다(농도는 중량 100 분율로 표시). 유기탄소(33.21%) 유기수소(4.38%) 유기질소(6.04%) 유기황(0.23%) 수분(6.14%) 무기잔유물(50%) 침적물은 시간당 54파운드의 율로 반응기로 도입되었다. 전량 25파운드가 첨가되었다. 250℉의 증기가 동시에 시간당 55파운드로 반응기로 공급되었다. 그것은 수성 깨스 반응에 대한 화학 양론적 율의 약 2배였다. 수소가 5scfm의 율로 통기성 벽을 통하여 주입되었다. 반응기의 온도로 3,750℉로 유지되었다. 반응산물은 질은 흰 안개와 고체 잔유물이었다. 잔류물, 그것은 반응기관 및 트랩에 모인 것인데 15파운드 중이였으며 활성화된 침적물의 무게비에 해당했다. 본 잔유물은 하기 조성으로 되어 있었다(농도는 중량백분율로 표현): 유기탄소(12.88%) 유기수소(1.68%) 유기질소(2.34%) 유기황(0.37%) 수분(흔적) 무기잔류물(83%).

반응기로부터의 증기 유울물의 일부는 액체 질소응기판에 농축되었다. 응기판에 수집된 샘플은 실온이 되게 해서 젓고 액체 및 깨스 상 성분이 있다는 것이 알려졌다. 본 액체의 비등정 212℉였으며 그것이 물이라는 것을 알린다. 깨스상 성분은 저유황 연료로 사용하기 적합한데, 질량 스펙트로미터 및 가스그로마토그라피로 분석되여 하기 성분을 가졌다는 것이 알려졌다(농도도 모두 퍼센트로 표시). 수소(60.933%) 암모니아(0.0005%) 메탄(1.320%) 수분(0.083%) 아세틸렌(0.463%) 에티렌(0.304%) 에탄(0.102%) 시안화수소(0.281%) 질소(0.990%) 일산화탄소(34.122%) 산소(0.0005%) 알곤(0.0078%) 부텐(0.175%) 부탄(6.026%) 이산화탄소(0.996%) 벤젠(0.100%) 톨로엔(0.019%) 황화수소(0.0005%) 디시아노겐(0.008%)

[실시예 7]

가스오일이 부분 열분해

석유유출물의 부분 열해리에 있어서의 액체벽 반응기의 용기를 증명하기 위하여 경윤활유 혹은 깨스오일이 부분적으로 열분해되었다. 이 특수 석유 유출물은 하기 유출물 분석으로 특징지어졌다.

깨스오일은 분무구를 통하여 무상화함으로써 안개의 형태로 반응기관으로 도입되었다. 수소가 액체벽을 형성함과 동시 무상화 깨스로 채채되었다. 더구나 수소가 관을 통하여 깨스오일 안개를 날려 버리기 위하여 소사 깨스 입구를 통하여 반응기의 입구단으로 도입되었다. 반응기관은 초기에 3,400℉로 가열되었다. 액체벽을 형성하기 위하여 저장실로 도입되는 약 5scfm의 수소와 소사 가스 입구로 도입되는 약 5scfm의 수소를 수반했다. 가스 오일은 가스 무상화를 위하여 약 5scfm의 수소를 사용하면서 분당 0.25 갤론으로 반응기관으로 도입되었다. 반응기 출구 바로 밀 방출 증기온도는 반응기관의 온도를 2, 600℉로 내림으로써 약 820℉로 해 놓았다. 샘플이 취해지기 전 이 조작 조건에 안정토록 반응기에 시간을 주었다. 분출물류(流)의 샘플은 세 가지 방법으로 모아졌다. 즉 (1)액체질소응기판을 통해 유출물류의 일부를 통과시킴으로써 그리고 그것을 냉동함으로써 샘플수집 (2)액체질소응기판으로부터 하류위치에 흐름으로부터 가스상 샘플을 수집으로써 (3)수냉콘덴서를 통해 흐름의 일부를 통과시킴으로써 그리고 액체 분류를 수집함으로써 액체질소응기판에 모인 물질은 약 50℉로 데우도록 허락되었다. 그리고 본 온도에 있어서의 본 물질의 액상 및 증기상의 샘플은 당시 수집되었다. 수냉콘덴서 밑에서 수집된 액체는 하기 유출물 분석에 의하여 특징지어졌다.

액체 질소 응기판으로부터 수집한 액체상 샘풀은 수분을 제거하기 위하여 건조되고 다음 분석되어 하기와 같은 것을 함유한다는 것이 알려졌다.

자이렌, 스티렌, 톨루엔, 벤젠, 펜탄, 펜타디엔, 사이클로펜디엔, 부텐, 부타디엔, 푸로필렌 메틸아세틸렌, 메틸 나푸탈렌, 나푸탈렌, 그리고 고분자 중탄화수소 약체 질소 응기판으로부터 수집된 물질의 깨스상 성분은 건조되고 질량 스펙트로미터와 깨스그라토그라푸로 분석되었다. 공기 존재에 대한 시정을 한 뒤 본 가스상 성분의 두 샘풀은 하기 평균 조성으로 되어 있다는 것이 알려졌다(농도는 모두 퍼센트로 표시). 수소(88.23%) 메탄(4.62%) 에티렌(3.09%) 푸로필렌(1.22%) 아세틸렌(0.55%) 에탄(0.41%) 부텐(0.36%) 벤젠(0.35%) 부타디엔(0.31%) 이산화탄소(0.14%)펜타디엔(0.13%) 펜텐(0.13%) 푸로판(0.12%) 일산화탄소(0.12%) 사이클로펜타디엔(0.10%) 메틸펜타디엔(0.06%) 사이클로헥산(0.03%) 부탄(0.03%) 메틸아세틸렌(0.02%) 그리고 톨루엔(0.02%)

[실시예 8]

깨스오일의 부분적 증기 개질

실시예 7에서 사용된 것과 같은 가스오일을 실제적으로 같은 두 과정에서 액체벽 반응기에서 증기로서 일부 개조하였다. 이들 과정의 하나하나에서 깨스오일은 분무구를 통하여 무상화함에 의하여 안개의 형태로 반응기로 도입되었다. 수소가 각 목적으로 약 5scfm의 율로 액체 엄페, 소사 깨스, 그리고 가스의 무상화를 위하여 사용되었다.

두 과정에 있어 반응기관은 처음에 3,300℉로 가열되었다. 즉 그리고 그것은 수소가 소사깨스 입구 및 본 과정에서 사용된 것이 그런 율로 저장실로 도입된 수소를 가열되었다. 가스오일은 그때 분당 4파운드 가량으로 증기와 더불어 분당 0.25갤론으로 반응된다.

그리고 그것은 약 1.0 : 1.6의 모랄비율인 탄소:증기에 상당한다. 가스오일과 증기열부하 하에서 반응기의 온도가 2,900℉로 하락했다. 출구 바로 밑 방출하름의 온도는 약 850℉였다.

샘풀은 실시예 7에서처럼 수집 처리 되었다.

제1과정 수탱콘덴서 F에서 수집된 액체는 하기 유출물 분석에 의하여 특징지어졌다.

제2과정에서 액체 질소 응기판으로부터 수집된 액체성분의 샘풀은 50℉로 데워졌고 그리고 나서 수분제거를 위하여 건조되고 다음 정성분석을 했다. 결과로 생긴 샘풀은 톨루엔, 벤젠, 펜텐, 펜타디엔, 사이크로펜타디엔부펜, 부타디엔, 나푸탈렌, 자이렌, 스티렌, 고분자중탄화수소를 함유한다는 것이 알려졌다.

50℉에서 휘발하는 액체질소 응기판으로부터의 원 샘풀의 그 부분은 건조되고 가스 크로마토그라피 및 질량 스펙트로미타로 분석되고 공기의 존재를 위하여 시정한 뒤 하기 조성을 하고 있는 것이 판명되었다(농도는 모두 퍼센트로 표시) : 에티렌(36.85%) 푸로피렌(23.22%) 아세티렌(8.56%) 에탄(7.99%) 수소(4.41%) 부텐(4.41%) 부타디엔(3.50%) 푸로판(2.47%) 메탄(2.10%) 메틸아세틸렌(1.98%) 벤젠(1.56%) 펜타디엔(0.62%) 펜텐(0.62%) 사이크로펜타디엔(0.49%) 이산화탄소(0.37%) 부탄(0.25%) 메틸펜타디엔(0.25%) 사이크로헥산(0.13%) 및 톨루엔(0.04%)

[실시예 9]

톱밥의 열해리

톱밥,대표적 리그닌 함유 부산물, 은 5scfm의 율로관의 통기성 벽을 통하여 수소가 강제 주입되는 동안 3,400℉의 온도에서 반응기 관 61내에서 열해리되었다. 톱밥은 시간당 50파운드의 율로 반응기관으로 공급되었다. 본 열분해산물은 메탄의 열분해에 의허여 휘발성 성분의 열분해로부터의 가스상 산물 및 거기에서 원목의 섬유질구조가 본질적으로 그대로 보존된 오푼위-브 차(open weavechar)에 의하여 산출된 것과 같은 미세하게 나뉜 카본블랙으로 구성되었다.

[실시예 10]

실리카로부터의 탄화 규소연마제

-50맷쉬에서 +100맷쉬의 범위의 크기분포의 입자를 가진 규사가 시간당 10파운드의 율로입구 121을 통하여 반응기 관 61 속으로 도입되었다. 메탄이 1scfm의 율로 입구 91을 통하여 반응기 관으로 동시에 첨가되었다. 반응기 관의 온도는 3,400℉로 유지되었다. 액체력을 형성키 위하여 5scfm의 율로 다공성을 벽을 통하여 반응기 관으로 질소가 주입되었다. 홉퍼에서 수집되었다. 분말화된 산물은 유리를 쉽게 긁기에 충분한 연마성이였다. 그리고 그것은 탄화규소를 포함한다는 것을 나타내고 있다. 본 분말의 현미경조사로 비결정 탄소와 얇은 결정성의 탄화규소 혈소판으로 구성된 껍질로 덮인 이산화규소로 구성된 것을 알게되었다.

[실시예 11]

탄화알미늄의 생산

알미늄 분말과 원소카본의 화학양론적 혼합이 예상반응을 목적으로 혼합되었다.

본 혼합물은 시간당 약 10파운드의 율로 반응기에 도입되었다. 반응기 관 61은 3,400℉를 유지되며 수소가 5scfm의 율로 반응기 관의 통기성 벽을 통하여 강제 압송되었다.

본 반응에서 비결정화 갈색물질이 생성되었으며 이것은 반응기 관 및 응기판에 수집되었다. 회갈색 생성물의 샘풀은 0.1NHCl와 혼합되었다.

메탄의 특징적인 노란화염으로 연소한 깨스가 방출했고 그것은 하기 반응기 상기 생성물과 염산사이에 일어났다는 것을 알아주었다.

상기 샘풀은 염산중에서 완전히 용해되어 맑은 용액을 생성했다. 시발물질로 사용된 원소탄소가 0.1NHCl에서 용해도지 않으므로 이것은 알미늄과 카본이 액체벽 반응기속에서 양적으로 반응하여 탄화알미늄을 형성한 것이다. 염화알미늄과 카본으로 액체벽 반응기속에서 탄화알미늄 생산가능성을 시험코저 무수 AlCl₃를 탄소도가니에 놓고 승화할때까지 가열했다. 염화알미늄 증기는 수소흐름속에 혼합되고 결과적으로 생긴 흐름은 그때 카본블랙상(床) 위를 통과했다. 아크아미지 램푸(arc image ramp)로 카본 베드표면에 초점을 모이게 하고 베드면을 가열하여 1,830℉로 한다(광학 피로미터로 측정)

작은 오랜지색 결정이 가열대 바로 하류에 생성되었다. 그리고 그것은 염화알미늄이 탄소와 수소반응으로해서 하기 반응에 따라 탄화알미늄과 염산수소를 생산했다는 것을 알렸다.

오랜지색 결정을 0.1NHCl에 가했을 때 결정은 용해됐고 메탄의 특징적인 노란 불꽃으로 타는 깨스가 발생했다. 본 과정은 탄소와 수소로가 염화알미늄과 반응함으로써 액체벽 반응기에서 성취할 수 있었던 것을 모방했기 때문에(깨스 혹은 액체 탄화수소의 열해리로 산출된) 이것은 (1) 염가의 탄화수로물질을 염화알미늄과 반응시켜 탄화알미늄 염화수소를 형성시키고 (2) 결과적으로 생긴 액체염산이 탄화알미늄을 가수분해하여 차례로 본 과정을 통해 재순환시킬 수 있는 메탄과 염화알미늄을 생성시킴으로써 메탄 제조를 새로운 시도를 암시해 주었다.

[실시예 12]

수소로서의 산화철환원

금속광을 환원하는데 액체벽 반응기의 효능을 증명하기 위하여 순산화철(-100맷슈) 5scfm의 율로 통기성을 통하여 시간당 35.1파운드의 율로 반응기내로 공급되었다. 이렇게 하여 수소는 액체벽을 형성하기 위하여 또 산화철의 환원제로써 사용되었다. 반응기 관은 백열된 관의 내측벽의 광학 피로미터를 초점지음으로써 측정된 바 3,400℉의 온도가 유지되었다. 반응기관 내에서의 반응온도는 광학 피로미터를 측정된 바 2,750℉임이 확정되었다. 반응기관 및 홉퍼에서 수집된 회색가루가 산출되었다. 반응기의 출구 바로밑 방출흐름의 온도는 600℉로 측정되었다. 그 산물은 순수한 철분말이었으며 그것은 새로 마련되었을 때 약 300℉의 온도에서 인화되려 하였다.

현미경으로 이 분말의 관찰은 작은 평면입자로 구성되었으며 그것은 반응기 관을 통하여 통과하는 사이에 용융상태의 쇠가되어왔다는 것을 알렸다.

[실시예 13]

유화수소와 메탄의 열해리

액체벽 반응기를 사용해서 황화수소가 메탄의 열해리에 의하여 형성된 in situ탄소와 반응되었다. 그리하여 이황화탄소와 수소를 형성했다.

과정들은 두 개의 상이한 온도에서 이루어졌다. 즉 2,975℉와 3,200℉에서 두 경우에 있어 온도는 반응기 관내에서 백열반응 물질위에 광학 피로미터로 초점지음으로써 측정되었다. 그리고 해리 메탄으로부터의 탄소알맹이는 반응혼합체의 일차적 백열 구성요소였다.

수소는 브란켓깨스로 사용되기 위하여 5scfm의 율로 반응기 관의 통기성 벽을 통하여 강제 주입되었다.

황화수소는 5scfm의 율로 그리고 메탄은 1scfm의 율로 함께 혼합되었으며 반응기관으로 도입되었다. 가스혼합체는 실온에서 반응기관으로의 입구에 존재했다. 카본블랙 목적물 이 반응을 유발시키기 위하여 첨가되었다. 물론 한번 반응이 유발되면 자기 유지가 되며 더 이상의 카본블랙은 필요없다. 두 과정에 대한 산물의 가스상 성분의 샘풀들은 질량 스펙트로미타로 분석되었다. 분석결과는 아래표에 기재되었다(농도는 몰퍼센트로 보고 되었다).

상기예의 하나하나가 그림 2a-2b에서 표시된 유체벽 반응기에서 조작되었지만 고체주원료를 조작할 적합한 가감(필요한 곳에)을 가하여 그림 7a-7d의 유체벽 반응기를 사용함으로써 더욱 훌륭한 결과가 얻어질 수 있다.

각종 제어장치 공정의 사용은 정확히 위치하여 유지되는 최적조작 조건을 가능케 해야한다. 만약 그러한 제어장치가 계수용 컴퓨터와 결합하면 최적작용 조건에 대한 검색을 자동적으로 수행될 수 있다.

Claims (1)

1. 내부가 혹체강으로 구성된 회벽으로 밀폐되었고 유효한 축길이를 갖고 내부가 반응실이 되는 방사선을 반사하는 내회물질의 벽내에 방사선이 투과하는 불활성 유체의 환상 반응실을 형성시키고: 반응실의 종축과 일치하는 예정된 통로에 따라 적어도 한 반응물을 혹체강을 거쳐 반응실로 강입시키며 고방사 에너지를 반응물의 예정된 통로의 일부와 반응실내에 방사하여 충분한 방사 에너지가 반응실내에 흡수되어 반응물의 온도를 원하는 화학반응이 시작되어 유지시키는데 요하는 준위까지 상승시키는 것을 특징으로 하는 고온 화학반응기.

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