MXPA99008136A - Reactor de gas caliente y proceso para usar el mismo - Google Patents

Abstract

La invención comprende un reactor que tiene una fuente de un primer gas reactivo caliente, una cámarade mezclado en la cual el primer gas reactivo caliente se mezcla con un segundo gas reactivo para formar una mezcla de gases reactivos, pero que en donde sustancialmente no se lleva a cabo una reacción y una zona de reacción en donde la mezcla se somete a la reacción de fase de vapor. También se describe un proceso para usar el reactor.

Description

REACTOR DE GAS CALIENTE Y PROCESO PARA USAR EL MISMO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere al campo de reacciones químicas en fase vapor. Más particularmente, la invención se refiere a un diseño de reactor y proceso de reacción particulares para tales reacciones.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Muchos productos químicos materias primas, tal como óxido de etileno, acrilonitrilo, cianuro de hidrógeno, y dióxido de titanio son producidos vía reacciones en fase vapor. Las economías de estos procesos son determinadas grandemente por la selectividad del reactivo (las moles de producto formado divididas entre las moles de reactivo que sufren la reacción), conversión de reactivos (las moles de reactivos que reaccionan divididas entre las moles de reactivos que entran al reactor), y el costo de capital del reactor. Los reactores de fase vapor convencionales son diseñados y operados de una manera para maximizar la selectividad y conversión dentro de una ventana angosta de parámetros de operación. Principales entre estos parámetros operacionales son concentraciones de reactivos, presión, temperatura, y velocidad, con ios límites en estos parámetros fijados principalmente por la inflamabilidad de reactivos o productos y restricciones del costo de capital. En particular, las concentraciones de alimentación de reactivos deben ser mantenidas con frecuencia por debajo del límite inferior de inflamabilidad y la relación resultante oxígeno a hidrocarburo controla la selectividad y conversión de oxidación. En casos en donde se usa oxígeno puro solo en la relación óptima oxígeno a hidrocarburo, la mezcla alimentación-oxígeno es cercana a la estequiométrica, y por lo tanto muy inflamable. Así, es necesario un gas de lastre agregado tal como metano, CO2 o vapor como un diluyente. La adición de un gas diluyente separado no es necesaria en procesos con base en aire, ya que el nitrógeno en el aire actúa como el diluyente. Desafortunadamente, sin embargo, el uso de ya sea aire u oxígeno diluido resulta en eficiencias de reacción reducidas y tamaño de reactor incrementado. En el presente, hay tres categorías amplias de diseños de reactores comerciales que tienen como base la forma en que hacen contacto los reactivos. Estas categorías son de pre-mezclado, mezclado in situ, y de contacto indirecto. Los reactores de pre-mezclado incluyen cama catalítica fija, cama catalítica de gasa y monolito catalítico. En los sistemas de pre-mezclado, los reactivos son transportados por separado a un dispositivo que mezcla las dos corrientes. El tiempo de residencia dentro de esta zona de mezclado está típicamente en el orden de segundos. La mezcla de reacción puede ser pre-calentada suministrando energía térmica a la mezcla o a cualquiera de los reactivos o a ambos antes de interactuar. La mezcla uniforme fluye a una zona de reacción en donde la reacción es iniciada. En la mayoría de los casos, la zona de reacción contiene un catalizador heterogéneo. El tiempo de residencia dentro de la zona de reacción está en el orden de un segundo para reactores de cama fija y 0.01 segundos para reactores de cama de gasa y de monolito. En algunos casos, la reacción se realiza homogéneamente sin la ayuda de un catalizador. En estos casos, la zona de reacción puede contener una fuente de ignición o algún mecanismo de estabilización de flama, y el tiempo de residencia en la zona de reacción está en el orden de 0.1 segundos. El reactor catalítico de pre-mezclado más común es un reactor de cama fija. En este tipo de reactor, un catalizador sólido está empacado dentro de tubos largos los cuales están colocados dentro de un fluido circulante de transferencia de calor el cual se usa para remover el calor de reacción. Productos tales como anhídrido ftálico, anhídrido maleico, ácjdo acrílico, óxido de etileno y acetato de vinilo se fabrican usando estos reactores. Otro reactor catalítico de pre-mezclado comercializado es un reactor de gasa. En estos reactores, el catalizador es un fardo muy delgado (del orden de un centímetro) de malla de alambre a través de la cual fluye la mezcla de reacción. No se hace ningún intento para remover el calor de reacción de la cama de catalizador. Cianuro de hidrógeno y óxido nítrico se fabrican usando este tipo de reactor. Un reactor de monolito catalítico es una estructura sólida porosa a través de la cual puede fluir un gas. Los monolitos catalíticos han sido usados comercialmente para efectuar reacciones de oxidación total en combustión catalítica y en convertidores catalíticos automotrices. Típicamente, con estos reactores, no se hace intento para remover el calor de reacción del reactor mismo. Adicionalmente, este tipo de reactor ha sido empleado en escala de bancos de trabajo para efectuar reacciones de oxidación parcial. Los reactores de mezclado in situ incluyen reactores de cama catalítica fluida y quemadores homogéneos. En sistemas de mezclado in situ, los reactivos se juntan por la primera vez dentro del reactor. El reactor comercial principal de mezclado in situ es un reactor de cama fluida. En reactores de cama fluida, los reactivos se inyectan separadamente a un recipiente que contiene una masa grande de partículas sólidas circulantes. Los gases de reactivos causan el movimiento de las partículas sólidas. Típicamente, estas partículas actúan como catalizadores. Estos reactores están equipados típicamente con serpentines internos de vapor para remover el calor de reacción dentro del reactor. El tiempo de residencia en estos reactores está típicamente en el orden de 10 segundos. Ejemplos de producto producidos en camas fluidas incluyen acrilonitrilo y anhídrido maleico. Ocasionalmente son conducidas también reacciones homogéneas no-catalíticas en sistemas mezclados in situ, como se describe en las Patentes de E. U. , Nos. 2,559,638, 2, 934,410, 3, 172, 729, 3,403,001 . En estos reactores, los reactivos son transportados separadamente a una zona sencilla en donde experimentan simultáneamente mezclado y reacción. La tercera clase de reactores son reactores de contacto indirecto, tal como un reactor de cama de transporte catalítico. Con reactores de contacto indirecto, los reactivos no son llevados nunca realmente a juntarse. En cambio, la fuente de oxígeno y reactivo están aislados uno de otro en el reactor ya sea espacialmente o temporalmente. El único reactor conocido comercialmente de este tipo es el de cama de transporte. En este tipo de reactor, el catalizador sólido es transportado entre dos secciones aisladas diferentes del reactor. Un reactivo es inyectado a una sección mientras el segundo reactivo es inyectado a la otra. Una versión de tal reactor ha sido comercializado recientemente para la producción de anhídrido maleico. Aunque se han propuesto otros diseños de reactor de fase vapor, aun queda una necesidad en la técnica para desarrollar un reactor de bajo costo de capital, seguro con el potencial de alcanzar selectividades elevadas y conversiones altas de manera única para reacciones en fase vapor.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto un objetivo de la invención proporcionar un reactor de fase vapor que asegure reacciones que tienen selectividad y conversión altas. Es un objetivo adicional de la invención proporcionar tal reactor que es seguro y tiene costos de capital y operación bajos. Es un objetivo más de la invención proporcionar un proceso para usar tal reactor.

BREVE DECRI PCION DE LA INVENCIÓN Una modalidad preferida de la invención comprende un reactor que incluye una fuente de un primer gas reactivo que está a una temperatura mayor que 500° C, una cámara o zona de mezclado en la cual dicho primer gas reactivo se mezcla con un segundo gas reactivo para formar una mezcla homogénea substancialmente de gases reactivos, pero en donde no tiene lugar ninguna reacción substancialmente y una cámara o zona de reacción en donde dicha mezcla sufre reacción en fase vapor. La invención incluye también un proceso químico de reacción en vapor. Los pasos de un proceso preferido incluyen: (a) alimentar un gas reactivo o gas inerte a una primera presión a una primera cámara; (b) calentar dicho gas reactivo o gas inerte; (c) pasar dicho gas calentado a través de una o más boquillas a una segunda cámara que está a presión inferior que dicha primera cámara; (d) inyectar un segundo reactivo que está o en un estado gaseoso o supercrítico a dicha segunda cámara; (e) mantener dicho primer gas reactivo y dicho segundo reactivo en dicha cámara de mezclado por un tiempo suficiente para formar una mezcla substancialmente uniforme de dicho primer gas reactivo y dicho segundo reactivo pero en donde no tiene lugar substancialmente ninguna reacción entre dicho primer gas reactivo y dicho segundo reactivo; (f) inyectar dicha mezcla substancialmente uniforme a una tercera cámara en donde ocurre la reacción de dicha mezcla. BREVE DECRIPCION DE LOS DIBUJOS Otros objetivos, aspectos y ventajas se le ocurrirán al experto en la técnica partir de la siguiente descripción de modalidades preferidas y los dibujos adjuntos, en los cuales: La Fig. 1 es un diagrama esquemático de un reactor de acuerdo con la invención. La Fig. 2 es una gráfica de perfiles de concentración medidos experimentalmente para oxígeno, dióxido de carbono, agua y propano a la salida de la cámara de mezclado de un reactor de acuerdo con la invención. La Fig. 3 es una gráfica del tiempo para iniciar la reacción de fase gas homogénea para varias mezclas diferentes de gases reactivos.

DESCRI PCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención puede ser efectuada mediante un reactor de gas caliente ("HGR") que tiene la estructura general ilustrada en la Figura 1 . Debemos notar que por el término "caliente" queremos decir un gas a una temperatura mayor que aproximadamente 500° C, de preferencia mayor que aproximadamente 530° C. Un rango preferido de temperaturas es de preferencia de aproximadamente 500° C a aproximadamente 2800° C, y más preferiblemente de aproximadamente 500° C a aproximadamente 1700° C. El primer componente del reactor es una fuente 1 de gas reactivo caliente (referido como reactivo A). El reactivo A es de preferencia oxígeno, pero no está limitado como tal. Una fuente 1 preferida es vía el uso del método térmico de combustión por boquilla descrito en la Patente de E. U . , 5,266,024 a Anderson. El reactor comprende además una cámara 2 de mezclado donde el reactivo A y otro gas reactivo (referido en ésta como Reactivo B) sufren mezclado extremadamente rápido, pero no experimentan reacción substancialmente. El reactivo A es inyectado a la cámara 2 de mezclado como un chorro 3 en expansión. El chorro 3 en expansión puede ser formado colocando una restricción 4 (tal como una boquilla para flujo) entre la fuente 1 de gas caliente y la cámara 2 de mezclado. La presión absoluta del gas caliente antes de ser inyectado a la cámara de mezclado es de preferencia por lo menos 1.2 veces, más preferiblemente por lo menos 1.5 veces, y lo más preferiblemente por lo menos 2 veces la presión absoluta en la cámara de mezclado. La presión en la cámara de mezclado fluctuaría de preferencia desde 200 a 0.01 atmósferas (atm), más preferiblemente 100 a 0.01 atm, y lo más preferiblemente 10 a 1 atm. Todas las presiones a las que se hacen referencia aquí son presiones absolutas. Correr el HGR a las presiones descritas ofrece por lo menos tres ventajas. La primera es que habrá mejoras en por lo menos uno de entre selectividad, conversión, productividad, y formación reducida de subproductos. La segunda es que el reactor puede hacerse más pequeño para el mismo régimen de flujo de masa, lo que mantendrá los tiempos de mezclado a regímenes de flujo de pequeño a muy grande y reducirá el costo de capital del reactor. Tercera, la operación del HGR a alta presión y la descarga subsecuente de los productos de reacción a alta presión puede permitir la operación ventajosa de operaciones unitarias corriente abajo del HGR. Estas operaciones unitarias incluyen, pero no están limitadas a, reacción adicional, separación de producto, y recuperación de producto. El reactivo B es inyectado a la cámara de mezclado adyacente a donde el reactivo A es inyectado mediante algún medio 5 adecuado tal como orificios de inyección múltiple dispuestos de preferencia perpendiculares al eje del chorro de expansión del reactivo A. La velocidad del reactivo A debe ser de preferencia mayor que aproximadamente 60 metros/ segundo (m/s), más preferiblemente mayor que aproximadamente 150 m/s, y lo más preferiblemente mayor que aproximadamente 300 m/s. Un elemento crítico de la invención es que el uso de un chorro de reactivo caliente permite a los reactivos mezclarse extremadamente rápidamente. El tiempo de contacto de los reactivos en la zona de mezclado debe ser suficientemente corta para evitar que ocurra cualquier reacción significativa en la sección de mezclado. El tiempo requerido antes de que ocurra una reacción significativa depende de los reactivos y condiciones de reacción particulares. El tiempo de contacto del reactivo A el reactivo B en la cámara de mezclado debe ser de preferencia menor que aproximadamente 10 milisegundos, más preferiblemente menor que aproximadamente 1 milisegundo, y lo más preferiblemente menor que aproximadamente 0.5 milisegundos. La mezcla de reactivo A y reactivo B sufre una reacción en fase vapor en la zona 6 de reacción. La reacción de fase vapor puede ser catalítica y/o no-catalítica. En el caso de una reacción catalítica, la zona de reacción está diferenciada de la zona de mezclado por la presencia de un catalizador tal como un monolito, cama empacada, o un paquete de gasa. En el caso de una reacción homogénea, la zona de reacción está diferenciada de la zona de mezclado por la presencia de un gradiente químico preciso o un dispositivo de estabilización de flama. El uso de una corriente de gas caliente en el paso de mezclado es crítico para esta invención. El calentamiento de reactivo A corriente arriba de la cámara 2 de mezclado mejora el mezclado entre los reactivos en dos aspectos. Primero, la velocidad del gas caliente (reactivo A) que entra a la cámara 2 de mezclado aumenta conforme un incremento en la temperatura del gas caliente. Por ejemplo, si el reactivo A fuera oxígeno suministrado a 21° C y 1 .8 atm y descargado a 1 atm, la velocidad de salida del gas desde la boquilla 4 sería de 290 m/s. En comparación, si el oxígeno fuera calentado hasta 1090° C, la velocidad de salida a la misma presión de suministro sería de 625 m/s. Puesto que la relación de mezclado de gases es una función directa de velocidad del gas, la ventaja de calentar el reactivo A es substancial. Segundo, de acuerdo con la teoría del chorro, la cantidad de mezclado entre un chorro de gas (v. g. , Reactivo A) y un gas ambiental (v. g. , Reactivo B) aumenta conforme disminuye la densidad del gas del chorro. La densidad del gas es inversamente proporcional a la temperatura absoluta. Así para un diámetro de chorro inicial dado, la cantidad de arrastre (y por lo tanto mezclado) de reactivo B al chorro sobre una longitud dada de chorro sería duplicada conforme la temperatura del gas de chorro se incrementara desde 21 ° C hasta 904° C. La invención difiere de reactores del arte anterior, tales como reactores no-catalíticos de pre-mezclado, en que el mezclado en la cámara 2 de mezclado tiene lugar bajo condiciones reactivas. La invención difiere de reactores del arte anterior, tales como reactores no-catalíticos de mezclado in situ, en que es formada una mezcla de reactivos homogénea substancialmente dentro de la cámara 2 de mezclado antes de que ocurra cualquier reacción substancial. El régimen rápido de mezclado permite que se forme una mezcla homogénea substancialmente dentro de la cámara 2 de mezclado antes de la iniciación de reacción substancial aun cuando el mezclado ocurre bajo condiciones reactivas. En contraste con la invención descrita en el presente, en diseño de rectores de pre-mezclado convencionales, con el fin de evitar reacción y explosión corriente arriba de la sección de reacción, es necesario usualmente reducir la temperatura de pre-calentamiento y/o la concentración de los reactivos a un nivel bajo relativamente (v. g. , en el orden de 2001 C o menos). Como resultado, la selectividad y rendimiento de producto para el proceso se reducen. Debido al mezclado extremadamente rápido en el HGR, las limitaciones de temperatura, presión, y concentraciones de reactivos que han sido impuestas sobre diseños de reacción convencionales son innecesarias. Puede ser usado con seguridad un rango de condiciones de operación ampliado significativamente. Así, las condiciones de operación pueden ser establecidas para obtener conversión y selectividad mejoradas en comparación con los reactores convencionales. El HGR permite el mezclado de reactivos sin la necesidad de diluyente (v. g. , gas de lastre).

La invención ha sido reducida a la práctica haciendo reaccionar una corriente de oxígeno caliente con hidrocarburo en un HGR de pequeña escala. La corriente de oxígeno caliente fue obtenida quemando continuamente una cantidad pequeña de combustible usando una boquilla térmica como se describe en la Patente de E. U . , 5,266,024. El diseño de cámara de mezclado de laboratorio tenía cuatro entradas de gas de alimentación separadas igualmente cerca de la boquilla de entrada de oxígeno caliente. La cámara de mezclado fue tubo de aproximadamente 9 cm de largo y 1 .9 cm de diámetro, y no tenía deflectores internos. La zona de reacción era del mismo diámetro que el diámetro de la zona de mezclado, permitiendo así una construcción muy simple. Esto permitió también que la corriente de la mezcla de reacción fuera entregada a la zona de reacción con un perfil de velocidad casi uniforme. El HGR de laboratorio empleó catalizador homogéneo en la zona de reacción. La información expuesta en la Tabla 1 y en las Figs. 2 y 3, ilustra que en este HGR a pequeña escala el mezclado de los reactivos es muy rápido y hecho sin la ocurrencia de cualquier reacción homogénea. La Tabla 1 presenta resultados calculados para el arrastre de metano a un chorro de oxígeno caliente para un diámetro de chorro de 0.16 cm y una relación de metano a oxígeno de 10: 1 . La información muestra que el tiempo de mezclado esperado alcanzado con el HGR de laboratorio está en el orden de 0.2 mseg o menos.

Estos cálculos están basados en la relación de la ecuación de arrastre de Ricou y Spalding, y reportados en: M. A. Field et al, Combustión de Carbón Pulverizado, British Utilization Research Association (1967) 46. La Fig. 2 es un perfil de concentración de gas experimental observado en el HGR de laboratorio al final de la cámara de mezclado. En este ejemplo, fueron enviados aproximadamente 1 1 litros estándar por minuto (SLPM) de gas natural y aproximadamente 137 SLPM de oxígeno a una boquilla térmica (ver 5,266,024 de EU) donde todo el gas natural fue quemado completamente para producir una corriente de oxígeno reactivo caliente conteniendo aproximadamente 1 15 SLPM de oxígeno, 1 1 SLPM de dióxido de carbono, y 22 SLPM de vapor de agua. Esta mezcla sirvió como el reactivo A caliente para el HGR. Aproximadamente 90 SLPM de propano fueron enviados a la cámara de mezclado para servir como reactivo B. La Figura 2 muestra la concentración de oxígeno, dióxido de carbono y vapor de agua medida a la salida de la cámara de mezclado en cinco puntos diferentes a lo largo del diámetro de la cámara de mezclado. Las concentraciones calculadas de propano como se derivaron de un balance de especies se muestran también en la Figura 2. No se detectaron otras especies químicas. Las concentraciones de todas las especies químicas fueron uniformes a través del diámetro de la salida de la zona de mezclado. Así los resultados ilustrados en la Figura 2 verifican que por el final de la cámara de mezclado los dos reactivos (Reactivo A: el gas oxígeno caliente de la boquilla térmica y Reactivo B: el propano) estaban bien mezclados. Adicionalmente, las concentraciones medidas de oxígeno, dióxido de carbono y vapor de agua fueron las que se esperaban suponiendo un mezclado completo del gas oxígeno caliente y propano en la zona de mezclado sin cualquier reacción acompañante. Así los resultados ilustrados en la Figura 2 verifican que no ocurrió reacción apreciable entre los dos reactivos (Reactivo A: gas oxígeno caliente de la boquilla térmica y Reactivo B: propano) dentro de la cámara de mezclado. La Figura 3 ilustra que bajo muchas condiciones no ocurre reacción homogénea apreciable en la cámara de mezclado del HGR. En la Figura 3, el "Thermochemistry Calculator" (disponible del California Institute of Technology y basado en CHEMKIN (un programa de computadora desarrollado por Sandia Livermore National Laboratory para calcular cinéticas de reacciones homogéneas conocidas) fue usado para calcular la fracción por ciento de propano reaccionado versus tiempo para varias mezclas oxígeno-propano diferentes. Para los cálculos se usó el mecanismo de reacción por Konnov, (mecanismo de reacción en detalle para combustión de hidrocarburos pequeños. Reléase 0.1 http://homepages.vub.ac.be/~akonnovO/, 1996). La composición inicial de cada mezcla de reacción diferente fue establecida en la relación estequiométrica para la producción de CO, v. g. , propano:oxígeno 2:3. La temperatura inicial fue calculada suponiendo mezclado completo e instantáneo entre oxígeno a las temperaturas indicadas en la Figura 3 y propano a 25° C. Típicamente, el tiempo de residencia dentro de la zona de mezclado será menor que 0.5 milisegundos (mseg). Así, la información presentada en la Figura 3 demuestra que a varias temperaturas los dos reactivos pueden ser mezclados completamente y entregados con seguridad a la zona de reacción antes que se inicie la reacción homogénea. La Tabla 2 enlista los límites de operación para la oxidación parcial en fase vapor de butano a anhídrido maleico (un proceso para el cual han sido usados los tres tipos de reactores catalíticos comerciales) para diseño de reactor convencional y el HGR. La información de laboratorio para la oxidación de butano en un reactor de monolito se incluye también. Esta tabla demuestra el mayor rango de condiciones de operación alcanzables con el HGR en comparación con tecnología convencional.

Tabla 2. Comparación de HGR con diseños de reactores heterogéneos convencionales.

Entradas de hidrocarburo y oxígeno separadas. Como es aparente de la discusión anterior, el HGR permite la reacción segura de alimentación y gas reactivo (v. g. , oxígeno) a concentraciones, temperaturas y presiones que eran inalcazables previamente debido al riesgo de inflamabilidad. En casos de oxidación, el HGR permite el uso de oxígeno sin un diluyente, resultando así en reducción de tamaño y mejora de la eficiencia de operaciones de recuperación corriente abajo y en reducción grande del volumen de la corriente de cola del proceso. Debe notarse que el tiempo real de mezclado en el HGR se esperaría ser menor que el mostrado en la Tabla 1 porque el reactivo B es introducido típicamente como chorros forzados orientados perpendicular al chorro de gas caliente. Por eso el momentum de reactivo B no es insignificante y puede promover mezclado. En diseños de reactores de pre-mezclado homogéneo convencionales, los reactivos son pre-mezclados bajo condiciones no-reactivas y transportados entonces a una zona de reacción donde las condiciones son tales para iniciar la reacción. Con el fin de asegurar que no ocurra reacción incontrolada dentro de la zona de mezclado de estos tipos de reactores, o deben ser empleados diseños de cámaras de mezclado muy complicados o las concentraciones de alimentación, temperatura y presión deben ser tales que la reacción no ocurre. Los diseños de cámaras de mezclado complicados son indeseables debido a sus altos costos de construcción asociados. Limitar las condiciones de alimentación es indeseable porque esto conduce a selectividades y capacidad menores. Adicionalmente pueden ocurrir reacciones indeseables conforme la mezcla reactiva es elevada a la temperatura de reacción .

El HGR evita todos estos problemas. La cámara de mezclado es muy simple. Los reactivos pueden ser mezclados con seguridad bajo un conjunto amplio de condiciones, y la reacción está suprimida hasta que los reactivos están bien mezclados y a las condiciones óptimas de reacción. En sistemas mezclados in situ homogéneos, los reactivos son mezclados directamente en la zona de reacción bajo condiciones de reacción. Así reacción y mezclado ocurren simultáneamente. Esto significa que el tiempo de reacción y las concentraciones de reactivos varían significativamente con la ubicación. Esto hace que rendimiento, selecciones y calidad varíen bastante. Esta variación es altamente indeseable. El HGR elimina los problemas asociados con sistemas mezclados in situ homogéneos. Mediante el mezclado completo de los reactivos antes que sufran cualquier reacción, el tiempo de reacción y concentración de reactivos están muy bien definidos. Por lo tanto el reactor es operado bajo condiciones óptimas sin experimentar variación en rendimiento, selectividad y calidad de producto. Además, debido al rápido mezclado de reactivos, se reducen los riesgos de inflamabilidad. Como se muestra en la Figura 1 , el diseño del HGR es muy simple. Esta simplicidad en diseño hará la ingeniería, construcción y mantenimiento de un reactor HGR comercial menos caros significativamente que el de los reactores convencionales, ambos homogéneos y heterogéneos. El HGR puede ser usado para una variedad de reacciones químicas, incluyendo reacciones corrientemente efectuadas en fase vapor así como reacciones que no son comerciaimente efectuadas comúnmente. Los ejemplos incluyen, pero no están limitados a: reacciones de deshidrogenación, producción de syn-gas, ammoxidaciones, oxidación de amoniaco, reacciones selectivas de radical libre, formación de negro de humo y producción de partículas de óxidos metálicos, y fraccionamiento térmico con hidrógeno atómico. La invención no está limitada a reactivos de oxígeno e hidrocarburos. Más bien, el primer gas caliente puede incluir gases inertes (es decir, argón, helio, nitrógeno, y dióxido de carbono), u otros gases tales como hidrógeno, monóxido de carbono, cloro, y flúor o mezclas de cualquiera de los gases anteriores. Si el gas es argón, por ejemplo, el argón caliente podría servir para calentar rápidamente el segundo reactivo y proveer una corriente de reactivo diluido, uniforme a la zona de reacción. Diferentes métodos para calentar el primer gas pueden ser utilizados. Estos incluirían combustión, arcos eléctricos, y calentamiento indirecto tal como calentamiento por resistencia. El segundo reactivo puede ser un gas o fluido super-crítico. Puede ser también una mezcla de componentes y fases gaseosas/super-críticas. Con respecto a reactivos particulares el gas puede ser, pero no está limitado a, hidrocarburos gaseosos tales como metano, etano, propano, butano, isobutano, etileno, y propileno, butileno, e isobutileno, un no-hidrocarburo gaseoso tal como amoniaco o tetracloruro de titanio, o una mezcla de estos componentes gaseosos. El fluido super-crítico puede ser, pero no está limitado a , un hidrocarburo puro tal como metano, etano, propano, butano, isobutano, etileno, propileno, butileno, e isobutileno; un no-hidrocarburo puro tal como amoniaco o tetracloruro de titanio, o una mezcla de componentes. Aquellos expertos en la técnica reconocerán que los parámetros operativos para gases discutidos anteriormente serán aplicables también para fluidos super-críticos, y reconocerán también las condiciones necesarias para hacer que un gas particular o mezcla de gases se vuelva un fluido super-crítico (v. g. , el butano es un fluido supercrítico a una presión mayor que 36 atm, y a una temperatura mayor que 153° C). Debemos notar también que el segundo reactivo puede incluir componentes inertes o no reactivos (v. g. , el reactivo puede comprender 50% nitrógeno/50% hidrocarburo). Aunque la modalidad ilustrada muestra una boquilla de gas sencilla, también están contempladas dos o más boquillas para los chorros de gas caliente que entran a la cámara de mezclado. Además, son posibles diseños de cámara de mezclado diferentes. Por ejemplo, se podrían usar los siguientes: un cono truncado expandiéndose o contrayéndose, un cilindro con expansiones o contracciones en cualquiera o ambos extremos, y un ducto rectangular. La invención no está limitada a materiales o arreglos de catalizadores en particular. Por ejemplo, podrían ser usados catalizadores diferentes tales como gasas o camas empacadas. La zona de reacción podría ser no-catalítica también. La zona de mezclado y/o zona de reacción pueden ser enfriadas medíante un medio externo de enfriamiento incluyendo, pero no estando limitado a, una camisa de agua o rociado de agua. Además, pueden ser agregados al HGR inyectores para introducir específicamente reactivo B a la zona de mezclado. Aspectos específicos de la invención están mostrados en uno o más de los dibujos solamente por conveniencia, ya que tal aspecto puede ser combinado con otros aspectos de acuerdo con la invención. Modalidades alternas serán reconocidas por aquellos expertos en la técnica y se pretende que sean incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1 Un reactor que comprende una fuente de un primer gas reactivo que está a una temperatura mayor que 500°C, una cámara de mezclado en al cual el primer gas reactivo se mezcla con un segundo reactivo que está en un estado gaseoso o supercrítico para formar una mezcla substancialmente homogénea de los primero y segundo reactivos, pero en donde substancialmente no se lleva a cabo ninguna reacción y una zona de reacción en donde la mezcla se somete a reacción de fase de vapor 2 El reactor de la reivindicación 1, que comprende además por lo menos un orificio a través del cual el primer reactivo se inyecta en la cámara de mezclado 3 El reactor de la reivindicación 1, en donde la cámara de mezclado incluye por lo menos un orificio a través del cual se inyecta el segundo gas reactivo 4 El reactor de la reivindicación 1, en donde por lo menos un orifico a través del cual se inyecta el primer reactivo, restringe el primer reactivo de manera que incrementa una velocidad a la cual se inyecta el primer reactivo en la cámara de mezclado 5 El reactor de la reivindicación 1 en donde por lo menos un orifico a través del cual se inyecta el primer reactivo y en donde por lo menos un orificio a través del cual se inyecta el segundo reactivo, son perpendiculares uno con respecto al otro 6 El reactor de la reivindicación 1, en donde la zona de reacción incluye un catalizador 7. El reactor de la reivindicación 1, en donde la cámara de mezclado del reactor tiene un diseño seleccionado del grupo que consiste de un cono truncado en expansión, un cono truncado en contracción, un cilindro que se expande en por lo menos un extremo, un cilindro que se contrae en por lo menos un extremo y un conducto rectangular. 8. El proceso de la reivindicación 1, en donde la temperatura del primer gas reactivo es mayor a 530°C. 9. Un proceso de reacción de vapor químico que comprende los pasos de: a) alimentar un gas reactivo o gas inerte a una primera presión a una primera cámara; b) calentar el gas reactivo o gas inerte; c) pasar el gas caliente a través de una o más boquillas a una segunda cámara que está a una presión inferior a la de la primera cámara; d) inyectar un segundo reactivo que está en estado gaseoso o supercrítico en la segunda cámara; e) mantener dicho primer gas reactivo y el segundo reactivo en la cámara de mezclado durante un tiempo suficiente para formar una mezcla substancialmente uniforme del primer gas reactivo y el segundo gas reactivo pero en donde substancialmente no se lleva a cabo una reacción entre el primer gas reactivo y el segundo reactivo; f) inyectar la mezcla substancialmente uniforme en una tercera cámara en donde se presenta la reacción de la mezcla. 10. El proceso de la reivindicación 9, en donde la cámara de mezclado está a una presión entre aproximadamente 200 atm a alrededor de 0.01 atm. R ES U M EN La invención comprende un reactor que tiene una fuente de un primer gas reactivo caliente , una cámara de mezclado en la cual el primer gas reactivo caliente se mezcla con un segundo gas reactivo para formar una mezcla de gases reactivos, pero que en donde substancialmente no se lleva a cabo una reacción y una zona de reacción en donde la mezcla se somete a la reacción de fase de vapor. También se describe un proceso para usar el reactor.