NO175362B - Fremgangsmåte for termisk omdanning av metan, samt reaktor for fremgangsmåtens utförelse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse har befatning med en fremgangsmåte for termisk omdanning av metan til hydrokarboner av høyere molekylvekt, samt en anordning for utførelse av fremgangsmåten. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for omdanning eller termisk spalting av metan i en reaktor som har elektrisk varmesystem og hvori acetylen, etylen, benzen og en mindre koksmengde kan fremstilles ved dehydrerende, termisk kopling av molekyler.

Alle metankilder av kjente typer kan benyttes. Naturgass er en meget vanlig metankilde. En ufullstendig liste over disse kilder er gjengitt eksempelvis i europeisk patentsøknad EP-A-323 287. I de fleste tilfeller vil metanholdig gass som innføres i reaktoren, inneholde 1 til 90 % av minst én annen gass, og iblandt ennå mer.

I EP-A-323 287 er det beskrevet en fremgangsmåte for termisk omdanning av metan til hydrokarboner av høyere molekylvekt, ved anvendelse av elektriske oppvarmingsmidler hvis varme overføres til gassblandingen som inneholder metanet som skal omdannes, gjennom impermeable vegger av keramisk mantel-materiale som isolerer oppvarmingsmidlene mot den metanholdige gassblanding. Ved denne fremgangsmåte blir varmesonen oppvarmet ved hjelp av elektriske motstandselementer, og varmen som grunnet joule-effekten frigjøres i motstandselementene overfø-res, hovedsakelig ved stråling, til de keramiske mantler som er anordnet i avstand rundt motstandselementene. Gassmengden som sirkulerer stort sett perpendikulært mot aksen for de oppvarmete mantler, oppvarmes stort sett ved konveksjon og stråling. For utøving av denne fremgangsmåte er det avgrenset to kamre i reaktoren, nemlig

for det første, et reaksjonskammer eller prosesskammer utenfor mantlene som beskytter motstandselementene, hvori

den metanholdige gassblanding sirkulerer,

for det andre, et motstandskammer som dannes av rommet mellom selve motstandselementene og isolasjonsmantlene, og hvori det fortrinnsvis innføres en inert gass, dvs en gass uten metan eller hydrokarbon som vil kunne gjennomgå en termisk omdanningsreaksjon, eller en sammensetning som

vil kunne reagere voldsomt med metan eller hydrogen. Gassen er også slik valgt at den ikke vil beskadige de anvendte motstandselementer eller påskynde aldringen av disse.

En av de største vanskeligheter i forbindelse med termisk omdanning av metan skyldes koksdannelsen. Hvis koks dannes i for store mengder, oppstår risiko for at ovnen beskadiges innen avkoksingsprosessen er gjennomført, og fra et økonomisk synspunkt representerer koksdannelse et betydelig tap, både når det gjelder forbruk av elektrisk strøm og av metan som medgår ved koksdannelsen. Dette velkjente problem kan delvis løses ved tilsetting av hydrogen i den metanholdige gassblanding som skal omdannes, hvorved hydrogenet utgjør 1 til 90 volumprosent av den totale gassmengde. Denne forholdsregel er imidlertid ikke tilstrekkelig til helt å forhindre koksdannelse, hovedsakelig på mantelveggene og andre høytemperaturflater i kontakt med den metanholdige gassblanding.

Dette forklarer hvorfor det, ved utøving av denne fremgangsmåte for omdanning av metan i en elektrisk oppvarmet hydrolyseovn, er ønskelig: å ha en relativt stor mengde av hydrogen i behandlings- sonen,

å ha elektriske motstandselementer som kan avgi en stor energimengde pr flateenhet pr tidsenhet ved høy temperatur,

og

å ha forhold som muliggjør tilfredsstillende varmeover-føring, slik at temperaturen av oppvarmingsmidlene og av mantelflåtene i kontakt med den metanholdige gassblanding ikke ligger for høyt over den temperatur som kreves for omdanning av metanet.

Det er beskrevet som fordelaktig, ved utøving av fremgangsmåten, at motstandskammeret er fylt med et fluid i gassform, såsom nitrogen, karbondioksyd eller luft. Anvendelsen av luft kan bare komme i betraktning dersom mantlene danner en perfekt avtetning mellom behandlingskammeret og motstandskammeret. I motsatt fall vil det oppstå en alvorlig risiko for dannelse av en gassblanding av meget høy temperatur inneholdende oksygen, metan og hydrogen, med deravfølgende eksplo-sjonsfare. Opprettelsen av et fullstendig impermeabelt system er ytterst vanskelig og nødvendiggjør dessuten bruk av høy-impermeable keramiske materialer av meget høy kvalitet, dvs keramiske materialer hvis tetthet ligger tett opptil den teo-retiske tetthet uten noen åpne porer.

Slike keramiske materialer er meget kostbare i bruk, hvilket er en stor ulempe ved fremgangsmåten. Det er derfor nødvendig å godta bruken av mantler som ikke er fullstendig impermeable, og enten av nitrogen eller karbondioksyd. Hvis nitrogen benyttes ved motstandselementet av silisiumkarbid, vil dette medføre risiko for dannelse av silisiumnitrid, og dette er et faremoment som ikke kan neglisjeres i betraktning av motstandselementenes yttertemperatur. Teoretisk har dette ingen innvirkning på motstandselementenes mekaniske styrke, men det endrer oppvarmingsmidlenes motstandsevne og påskynder følgelig elementenes aldring, særlig fordi deres temperatur er høyere og de avgir mer energi. I forbindelse med karbondioksyd vil det, selv om det ikke er særlig stor lekkasje fra motstandskammeret til behandlingskammeret, uunngåelig oppstå vanskeligheter ved utskilling av de produkter som er frembrakt under termisk omdanning av metanet, idet utskillingen vil kompliseres a) på grunn av det tilstedeværende karbondioksyd og b) på grunn av det tilstedeværende karbonmonoksyd som uunngåelig vil dannes mellom karbondioksyd, metan, koks og hydrogen i prosesskammeret.

Et av formålene med oppfinnelsen er å avhjelpe de ovennevnte ulemper. Målene som foreslås oppnådd og som vil løse problemene i forbindelse med den kjente teknikk, er følgende: å begrense koksdannelsen i størst mulig grad, særlig på varme flater såsom mantelveggene som omgir motstandselementene ,

å benytte, i motstandskammeret, en gass eller en gassblanding inneholdende en gass som allerede er tilstede i gassblandingen som sirkulerer i prosesskammeret, og der-

ved muliggjøre bruk av mantler som ikke nødvdendigvis er

meget impermeable,

å forbedre varmevekslingen mellom den metanholdige gassblanding og de varme flater i kontakt med blandingen,

og

å øke systemets pålitelighet.

Ifølge oppfinnelsen foreslås en fremgangsmåte og en anordning for utøving av fremgangsmåten som, jevnført med hittil kjente anordninger, vil medføre betydelig forbedringer, såsom lettere, mer fleksibel og bedre kontrollert gjennomfø-relse og lavere kostnad i forbindelse med kapitalutgifter og funksjoner.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte termisk omdanning av metan til hydrokarboner av høyere molekylvekt, i en rekasjonssone av langstrakt form i en retning og omfattende en oppvarmingssone og en etterfølgende avkjølings-sone, hvor en metanholdig gassblanding bringes i sirkulasjon i oppvarmingssonen i en strømningsretning stort sett parallelt med retningen for reaksjonssonen, hvor oppvarmingssonen omfatter et antall elektriske oppvarmingsmidler som er anordnet i stort sett parallelle sjikt som danner en bunt med triangulær, kvadratisk eller rekatangulær deling, sett i sideriss, hvor oppvarmingsmidlene er gruppert i innbyrdes påfølgende tverrseksjoner stort sett vinkelrett på retningen for reaksjonssonen, hvor seksjonene er uavhengige av hverandre og forsynes med elektrisk strøm, idet det i oppvarmingssonen opprettes minst to deler hvorav den første del gjør det mulig å oppvarme gasstrømmen til 1500°C, og en andre del i tilslutning til den første, som gjør det mulig å holde gasstrømmen på stort sett samme temperatur som maksimumstemperaturen i den første del, og hvor utløpsstrømmen fra oppvarmingssonen avkjøles ved inn-føring av et kjølefluid i avkjølingssonen, hvoretter hydrokarboner av høyere molekylvekt oppsamles ved enden av reaksjonssonen, karakteriert ved at de elektriske oppvarmingsmidler isoleres mot direkte kontakt med den metanholdige gassblanding ved hjelp av mantler som tilføres en hydrogenholdig gass og har en passende permeabilitet, og at gassen innføres i mantlene ved et slikt trykk at ihvertfall en del av hydrogenet vil diffundere fra mantlenes innerside til yttersiden, i det minste i visse punkter.

Oppvarmingssonen opphetes ved tilføring av elektrisk strøm gjennom oppvarmingsmidler, såsom motstander, idet varmen som frigjøres i motstandene grunnet joule-effekten overføres, hovedsakelig ved stråling, til mantlene som er anordnet i avstand rundt motstandselementene. Mantlene er vanligvis fremstilt av keramikk eller annet varmebestandig materiale som vil tåle de nødvendige temperaturer og omgivelsens reduserende og oksyderende atmosfære, eksempelvis noen nye metallegerin-ger, fremstilt av Kanthal SA, såsom Kanthal AF, eller Kanthal APM. Den metanholdige gassblanding som sirkulerer i oppvarmingssonen stort sett vinkelrett mot mantelaksen, oppvarmes hovedsakelig ved konveksjon og ved stråling.

Dehydrerende, termisk kopling av metan er en meget endo-termisk reaksjon som nødvendiggjør oppretting av en varmestrøm av meget høy tetthet og av en høy temperatur av størrelse 1100 til 1500°C. Maksimumsvarmemengden må være tilstede i den sone hvori de endotermiske spaltings- og dehydreringsreaksjoner gjennomføres. Grunnet reaktiviteten hos de frembrakte produkter, såsom acetylen eller etylen, er det også nødvendig med en kontrollert og relativt kort kontakttid etterfulgt av rask bråkjøling, slik at det oppnås en temperaturprofil av "kvad-rat-type" og overdreven koksdannelse unngås.

Varmeveksling er et av grunnelementene i en meget endo-termisk reaksjon av denne type, hvorved store energimengder må overføres fra motstandselemnentene til den metanholdige gassblanding, i det etterfølgende benevnt prosessgassen. Under et foreløpig forsøk med varmeveksling i en pyrolyseovn, konstru-ert i overensstemmelse med den modell som ble benyttet i forbindelse med oppfinnelsen, er det konstatert at varmeveksling fra motstandselement til mantel foregår hovedsakelig ved stråling, mens det derimot praktisk talt ikke forekommer varmeveksling ved stråling mellom mantel og prosessgass. Normalt består prosessgassen i hovedsak av en blanding av hydrogen og metan som absorberer meget lite eller praktisk talt intet av utstrålingen fra mantlene. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil derfor varmeoverføringen mellom pro-sessgassene og mantlene hovedsakelig foregå ved konveksjon. Kvaliteten av varmevekslingen vil isåfall ha direkte tilknytning til den tilgjengelige varmevekslingssone og flate/volum-forholdet.

Hvis varmevekslingssonen er relativt liten, må derfor manteltemperaturen økes for å oppnå en gitt prosessgasstemperatur motsvarende et forutvalgt omdanningstempo. Jo mindre varmevekslingssonen er, dessto mer må manteltemperaturen økes, hvilket medfører større risiko for koksdannelse samt et behov for øking av motstandselementenes temperatur. Dette vil påskynde motstandselementenes aldringsprosess eller, dersom det forutvalgte omdanningstempo er meget høyt, energimengden som skal overføres, kan også bli meget stor hvorved faren for ødeleggelse av motstandselementene øker i stor grad.

Under varmeveksling spiller veggene en betydelig rolle, da de kan absorbere utstrålingen fra mantlene, og mantlenes og veggenes temperaturer vil følgelig tilstrebe å balansere hverandre. Varmevekslingssonen kan derfor økes betraktelig og i realiteten fordobles ved å endre systemets utforming, som angitt i det etterfølgende: Mens mantlene som beskytter motstandselementene og mulig-gjør varmeoverføring til prosessgassen, fortrinnsvis var anordnet innbyrdes forskjøvet i den opprinnelige utforming, vil de ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis flukte med hverandre slik at n rekker eller sjikt av m motstandselementer kan anordnes i langsgående retning (ved motstandselementer i et totalantall av n x m), og hvert sjikt vil være adskilt fra det neste gjennom en vegg av varmebestandig materiale.

Temperaturen i visse vegger økes ved stråling til samme nivå som i sjiktene som omgir motstandselementene. Veggene vil følgelig medvirke til oppvarming av prosessgassen ved konveksjon. Ved denne utførelsesform hvor varmevekslingssonen i realiteten er fordoblet, kan samme prosessgasstemperatur oppnås ved en relativt lavere temperatur av sjiktene og veggene, hvilket reduserer koksdannelsen.

I dette tilfelle vil varmevekslingen ved konveksjon mellom prosessgassen og veggene økes betydelig ved at gassen holdes i bevegelse med høye hastigheter og derved skaper turbulenssoner. Økningen i gasshastigheten kan oppnås ved anvendelse av veggutforminger som vil medvirke til en slik økning, og ved opprettelsen av turbulenssoner. Et ikke-begrensende eksempel på spesialutformete vegger er vist i figur 1C.

Veggene vil vanligvis være fremstilt av varmebestanding materiale. Til veggene kan det anvendes ethvert varmebestandig materiale hvorav, som ikke-begrensende eksempler, kan nevnes sirkon, silikon, karbid, mullitt og forskjellige, varmebestandige betonger.

Da det ikke er nødvendig at veggene er impermeable, fordi gassammensetningen i realiteten er identisk på begge sider av veggene, vil denne utførelsesform bare øke prisen for ovnen i liten grad. Dels er det ikke nødvendig å anvende spesielt tykke vegger eller en særlig komplisert plassering, og dels vil ovnens totale dimensjoner økes meget lite, fordi bredden i hovedsak er avhengig av sjiktbredden. Sjiktene kan f.eks. ha en bredde av ca. 150 mm ved en veggtykkelse av ca. 50 mm, og dette vil bare øke ovnens totalbredde med ca. 30 %.

En annen fordel ved dette system med vegger er at ovnen kan være av en enklere konstruksjon, fordi de vertikale vegger både understøtter ovnstaket og forbedrer varmeoverføringen ved konveksjon.

Det er et særtrekk ved oppfinnelsen at de elektriske motstandselementer som leverer varme til oppvarmingssonen, tilføres elektrisk strøm uavhengig, enten separat eller i små grupper, og derved danner varmeseksjoner langs oppvarmingssonen og muliggjør modulering av energimengden som leveres direkte langs denne sone.

Oppvarmingssonen vil normalt omfatte 2 til 2 0 og fortrinnsvis 5 til 12 varmeseksjoner. I den første del av sonen blir den metanholdige gassblanding som på forhånd er oppvarmet til 750°C, vanligvis brakt til en temperatur ikke over 1500°C og fortrinnsvis av 1000 til 1300°C (oppvarmingssonens inn-gangsende er der hvor gassblandingen innføres).

Varmeseksjonen moduleres på konvensjonell måte, idet motstandselementene i motsvarighet til seksjonene generelt forsynes gjennom moduleringsenheter av tyristor-type. Spen-ningene kan eventuelt tilpasses på forhånd ved hjelp av trans-formatorer, mens modulatorer sørger for nøyaktig, kontinuerlig regulering av inngangsstrømmen.

For regulering av hele enheten kan hver varmeseksjon være forsynt med et innføringspyrometer med et termoelement som er tilpasset temperaturnivået, hvor pyrometrene anbringes i de kamre hvori gassmengden sirkulerer, og informasjonen overføres til regulatoren som styrer modulatoren av tyristortype.

I den første del av oppvarmingssonen anvendes elektrisi-tet nesten utelukkende for oppvarming av reaksjonsblandingen fra dens utgangstemperatur (eksempelvis 750°C) til den temperatur hvorved de endotermiske reaksjoner for dehydrerende kopling av metan finner sted (eksempelvis 1200°C). Maksimums-energien må derfor tilføres reaksjonsmediet ved inngangsenden av oppvarmingssonens andre del, hvilket lettvint kan gjennom-føres ved modulering av én eller flere varmeseksjoner.

Den første del av oppvarmingssonen vil vanligvis ha en lengde som utgjør 20 til 80 % og fortrinnsvis 30 til 70 % av sonens totallengde.

Den elektriske strøm som overføres til denne første del av oppvarmingssonen, er av slik styrke at den frembringer en tydelig temperaturgradient, vanligvis av 0,5 til 25°C/cm og fortrinnsvis av 1 til 20°C/cm.

I den andre del av oppvarmingssonen blir den elektriske strøm som leveres til de ulike varmeseksjoner i sonen, modu-lert slik at temperaturvariasjonen direkte langs sonen blir liten vanligvis mindre enn 50°C (+ eller -25°C over eller under indeksverdien) og fortrinnsvis mindre enn 20°C.

Videre vil anvendelsen av de forskjellige, uavhengige varmetverrseksjoner gjøre det mulig å levere den maksimale varmeenergi på det sted hvor størstedelen av de endotermiske reaksjoner finner sted, nemlig i den andre del av oppvarmingssonen, og å opprettholde en nærmest jevn temperatur i resten av oppvarmingssonen.

Oppvarmingssonens lengde utgjør vanligvis 50 til 90 % av reaksjonssonens totallengde.

En meget sterk varmestrøm opprettes ved et høyt tempera-turnivå, særlig under de ovennevnte oppvarmingsforhold. Dette forutsetter vanligvis et spesielt valg av materiale for motstandselementene: som, bortsett fra å motstå den reduserende atmosfære under de rådende driftstemperaturforhold, også må kunne levere en relativt stor spenning pr flateenhet. Som eksempel på egnet materiale for motstandselementene kan nevnes molybden bisilisid (MoSi2) . Oppvarmingsmidler av dette materiale har mange fordeler, anvendt ved høye temperaturer: de kan tåle en stor belastning (kraft avgitt pr flate enhet) av opp til 20 W/cm<2>,

de kan drives ved meget høy temperatur,

de aldres ubetydelig med tiden,

de kan uten videre tåle reduserende atmosfære ved høye temperaturer.

For utøving av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er oppvarmingssonen etterfulgt av en avkjølings- (eller bråkjø-lings-) sone slik at temperaturen av utløpsstrømmen fra oppvarmingssonen kan nedbringes meget hurtig, eksempelvis til ca 300°C.

Ved én utføringsform gjennomføres direkte bråkjøling, idet utløpsstrømmen fra reaksjonen forlater oppvarmingssonen og avkjøles meget brått ved å bringes i direkte kontakt med et kjølefluid som injiseres i utløpsstrømmen ved hjelp av minst én injektor, vanligvis av keramikk, ved reaktorperiferien. Kjølefluidet kan bestå av fortettete petroleumsgasser, propan, hydrokarbonoljer eller vann. Propan er den foretrukne brå-kjølingsgass, fordi den også kan spaltes delvis og derved bidra til dannelsen av produkter såsom etylen. Hele utløps-strømmen fra blandingen oppsamles deretter og separeres.

Ved en foretrukket utførelesform avkjøles reaksjons-utløpsstrømmen fra oppvarmingssonen ved å bringes i direkte kontakt med et kjølefluid, som eksempelvis sirkulerer i for-seglete rør i kjølesonen.

Sett under ett, vil fremgangsmåten resultere i termisk omdanning av metan til acetylen, etylen og benzenprodukter, med et godt omdanningstempo og høy selektivitet for disse produkter.

Hydrokarbonladninger som kan anvendes ifølge oppfinnelsen, er i gassform under normale temperatur- og trykkforhold, og inneholder vanligvis minst 10 volumprosent metan, eksempelvis 10 til 99 %, oftere 20 til 99 % og fortrinnsvis 30 til 80 %. Som tidligere nevnt, vil resten av gassmengden nesten alltid inneholde en andel av hydrogen som vanligvis utgjør 1 til 90 volumprosent. Det kan også inngå andre gasser, såsom mettet eller umettet, alifatisk hydrokarbon med et atomantall lik 2 eller mer, såsom etylen, etan, propan eller propylen. Ladningen kan også inneholde nitrogen, karbondioksyd eller karbonmonoksyd.

Fortynnende vanndamp kan tilsettes i de ovennevnte lad-ninger, uten at det avvikes fra oppfinnelsens ramme, og vekt-forholdet mellom fortynnende vanndamp og hydrokrabonladningen er generelt av størrelsesorden 0,1:1 til 1:1.

Ladningene som skal behandles, har vanligvis en oppholdstid av 2 millisekunder til ca 1 sekund og fortrinnsvis 30 til 400 millisekunder i reaksjonssonen.

Den hydrogenholdige gass som innføres i mantlene som omgir motstandselementene, kan bestå av stort sett rent hydrogen, industrielt hydrogen eller en blanding av hydrogen med annen inert gass, eksempelvis nitrogen, helium, argon, vanndamp eller karbondioksyd. Det foretrekkes å benytte rent eller industrielt hydrogen eller en blanding av helium og hydrogen, eller en blanding av argon og hydrogen, eller en blanding av vanndamp og hydrogen vanligvis inneholdende minst 5 og fortrinnsvis minst 10 vektprosent hydrogen. Hvis det anvendes en blanding av nitrogen og hydrogen, vil denne vanligvis inneholde minst 25 og fortrinnsvis minst 50 volumprosent hydrogen.

Mantlene må være tilstrekkelig permeable til at ihvertfall en del av hydrogeninnholdet i gassen som innføres i motstandskammeret, kan diffundere til prosesskammeret, i det minste i noen punkter. Innenfor oppfinnelsens ramme kan mantlene ha slik permeabilitet at samtlige gassformete forbin-delser i gassen som innføres i motstandskammeret, kan diffundere til prosesskammeret. Permeabiliteten kan skyldes den bevisste anvendelse av en ufullstendig avtetning på hver mantel og/eller at mantlene er fremstilt av et materiale med åpne porer som slipper gjennom hydrogen, eller med andre ord fremstilt av et materiale som gjennomtrenges av hydrogen. Det er vanligvis tilrådelig å benytte et permeabelt materiale.

I den foretrukne versjon ifølge oppfinnelsen er derfor mantlene som beskytter de elektriske oppvarmingsmidler mot direkte kontakt med den metanholdige gassblanding, fremstilt av et porøst materiale som er tilstrekkelig porøst til at hydrogen kan diffundere gjennom mantlene. Følgelig er mantlene fortrinnsvis tilvirket av porøst, keramisk materiale med minst 1 til høyest 40 og vanligvis 5 til 30 volumprosent åpen porøsitet i forhold til veggvolumet.

Anvendelsen av stort sett rent hydrogen som, ihvertfall delvis, diffunderer til prosesskammeret, har mange fordeler. Separeringsprosessen bakenfor hydrolyseovnen vil ikke kompliseres, fordi gassen som skal spaltes, vanligvis består av en blanding av metan eller naturgass og hydrogen, fortrinnsvis med et hydrogeninnhold av 10 til 80 og vanligvis 3 0 til 70 volumprosent.

Grunnet innføringen av hydrogen direkte langs pyrolyseovnen, kan ovnens totalstørrelse reduseres. Hvis det tilsik-tes å oppnå en viss andel av hydrogen i den spaltete gass ved utløpet, vil andelen ved ovnens innløp være mindre og, hvis oppholdstiden skal være uforandret, vil reaksjonsvolumet og følgelig ovnens nødvendige størrelse reduseres. Derved vil en økende andel av nitrogen føres langs pyrolyseovnen, hvilket er en fordel med henblikk på spaltingskinetikken og produktets stabilitet, idet for meget hydrogen ved ovnens innløpsende vil hemme spaltingsreaksjonene i for stor grad, men ved ovnens utløpsende, hvor en betydelig mengde produkter er dannet, særlig etylen og acetylen, er det fordelaktig med mer hydrogen, for å unngå koksdannelse. Den ønskete effekt kan således oppnås ved at hydrogen som innføres i prosessonen i nivå med hver avtetning (minst én pr mantel) på hver mantel som beskytter motstandselementene, og/eller som diffunderer gjennom mantelveggene.

Da det i overensstemmelse med oppfinnelsen ikke lenger er ønskelig å ha de best mulige avtetninger mellom prosesskammeret og motstandskammeret, vil prisen for ovnen og dessuten de termomekaniske påkjenninger i mantelskjøtene reduseres, hvilket øker hele systemets drifssikkerhet.

En annen fordel er valgmuulignetene i forbindelse med de oppvarmingsmiddelbeskyttende mantler som adskiller prosesskammeret fra motstandskammeret. Som tidligere nevnt flere ganger, er det nødvendig, dersom nitrogen eller C02 anvendes som tetningsgass, at forbruket av denne gass, dvs lekkasjen av denne gass fra motstandskammeret til prosesskammeret, begren-ses av mange grunner. Det har vist seg at dette kan gjøres ved å forsøke å oppnå maksimal gasstetthet, særlig der hvor mantlene er forbundet med resten av ovnen. Det kan også gjennomføres ved bruk av mantler som er fremstilt av keramisk materiale, særlig silisiumkarbid, som er mest mulig gasstett, dvs av meget høy kvalitet og følgelig meget kostbar.

Det vil være kjent for fagkyndige at det finnes mange varianter av keramisk materiale, særlig silisiumkarbid, som er fremstilt av meget forskjellige pulverkvaliteter og under meget forskjellige sintringsbetingelser. Uten å gå i detalj kan det imidlertid påpekes at et av kvalitetskriteriene har tilknytning til den laveste residualporøsitet etter sintring. Det er velkjent at hvis en del av porøsiteten er lukket, dvs uten innvirkning på materialets totale impermeabilitet, vil en annen del, en mer enn ubetydelig andel særlig med den siste silisiumkarbid, ha åpen porøsitet, og særlig at hydrogen diffunderer gjennom dette materiale ved høy temperatur. Det er derfor åpenbart at når en gass, såsom nitrogen eller C02, benyttes som tetningsgass, må det brukes silisiumkarbid av meget høy kvalitet, av tilnærmet samme tetthet som den teore-tiske tetthet og følgelig praktisk talt uten åpne porer, a) for å unngå at gassen unnviker fra motstandssonen til prosesskammeret og b) for å unngå at hydrogeninnholdet i prosessgassen diffunderer til motstandskammeret, fordi differansen i hydrogenets partialtrykk er positiv i prosess-motstandsretnin-gen.

Ifølge oppfinnelsen vil derimot det som har vært en skadelig ulempe, bli en avgjort fordel.

Anvendelsen av mantler tilvirket av keramikk av middel-kvalitet, særlig silisiumkarbid med minst ca 1 volumprosent (f.eks. ca 20 volumprosent) åpen porøsitet er derfor ikke bare mulig men også ønskelig, et faktum som vil senke ovnens pro-duksjonspris. I tillegg vil den åpne porøsitet, bare ved sin eksistens, skape et partialtrykk i hydrogen ved den keramikk-mantelside som er vendt mot prosesskammeret, og dette vil så og si isolere keramikksiden mot prosessgassen. Uten ønske om å bindes til noen spesiell teori, vil dette forklare den mar-kerte reduksjon i koksdannelse, fordi koks normalt dannes hovedsakelig på mantelyttersiden, mens derimot produktene i dette tilfelle vil dannes i en lokal atmosfære som er rikere på hydrogen og følgelig mindre gunstig for koksdannelse.

"Åpen porøsitet" betegner i beskrivelsen en porøsitet bestående av mikrohulrom som er innesluttet i angjeldende, massive keramikkdeler, og adjektivet "åpen" angir at det er fri passasje a) mellom størstedelen av mikrohulrommene og b) mellom mikrohulrommene og inner- og yttersidene av de angjeldende deler. Idéen med fri passasje må følgelig betraktes i overensstemmelse med arten av miljøet og de fysiske forhold som påvirker keramikken. Fri passasje vil være lett, særlig for små molekyler som hydrogen eller helium, særlig hvis det råder en trykkforskjell mellom de to sider av keramikkdelen. I dette tilfelle er delen beskrevet som gjennomtrengelig, eksempelvis for hydrogen, eller ikke gasstett.

"Lukket porøsitet" betegner i beskrivelsen en porøsitet bestående av mikrohulrom som ikke står i forbindelse med

delens ytterside. I dette tilfelle vil lukket porøsitet bare forårsake en total reduksjon i delens tetthet.

Oppfinnelsen vedrører også anordningen for utøving av fremgangsmåten. Anordningen kan også anvendes for gjennomfø-ring av andre, endotermiske reaksjoner som normalt finner sted ved temperaturer over 600°C, eksempelvis 700 til 1450°C, med oppholdstider av 2 millisekunder til 1 sekund.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en anordning for utøving av fremgangsmåten, og omfattende en reaktor av langstrakt form langs en akse, fortrinnsvis av kvadratisk eller rektangulær tverrsnittsform og utstyrt med midler for tilfø-ring av gassblanding i en første ende, midler for avleding av den frembrakte utløpsstrøm i den motsatte ende og midler for tilføring av kjølefluid mellom de to ender, hvor det i en første del av reaktoren (mot den første ende) er innmontert et antall elektriske oppvarmingsmidler som omsluttes av mantler og som er anordnet stort sett parallelt og i praktisk talt parallelle sjikt vinkelrett på reaktoraksen, for å danne kamre eller kanaler for sirkulerende gassblandinger og/eller utløps-strømmer mellom mantlene og/eller sjiktene som dannes av mantlene, hvor oppvarmingsmidlene og mantlene er tilpasset for oppvarming av kanalene gjennom innbyrdes påfølgende, separate tverrseksjoner stort sett vinkelrett mot reaktoraksen, og hvor reaktoren videre omfatter varmeregulering og -moduleringsmid-ler som er forbundet med oppvarmingsmidlene og midler, i den andre del (mot den motsatte ende) tilknyttet den første del, for avleding av kjølefluid, som er forbundet med midlene for .tilføring av kjølefluid, karakterisert ved at det er anordnet midler for innføring av hydrogenholdig gass av passende trykk i mantlene, og at mantlene har tilstrekkelig permeabilitet til at i det minste endel av hydrogenet kan diffundere fra mantelinnersiden til -yttersiden, ihvertfall i visse punkter.

Midlene for tilføring av gass ved passende trykk er kjent i seg selv. De kan også innbefatte midler for regulering og kontrollering av trykkene som oppstår på innersiden og yttersiden av mantlene.

Kjølemidlene er tilpasset for avkjøling av utløpsstrømmen fra den første sone, ved direkte eller indirekte kontakt.

Mantlene som omgir motstandselementene, vanligvis i avstand, kan være anordnet ovenfor hverandre eller innbyrdes forskjøvet og danne en bunt av triangulær eller kvadratisk stigning, sett i sideriss.

Det totale antall oppvarmingsmiddelmantler og antallet oppvarmingsmidler pr mantel er ikke et avgjørende trekk ved fremgangsmåten, idet de åpenbart vil avhenge av dimensjonene, varmelementene, mantlene som omgir disse og veggene (dersom disse finnes) som adskiller mantlene. Oppvarmingsmidlene kan være identiske eller innbyrdes forskjellige, både i dimensjoner og varmeeffekt.

Antallet varmelementer er bestemmende for den maksimale elektriske kraft som behøves for en gitt reaksjonsmengde og innvirker også på ladningens oppholdstid, som bør velges i overensstemmelse med den tillatelige ladningsgjennomgang, under hensyntaking til disse parametre.

Ifølge oppfinnelsen kan hele reaktoren, oppvarmingssonen og bråkjølingssonen enten være fremstilt i ett stykke eller ved sidestilling og sammenføying av ulike elementer av samme form og montering av disse på egnet måte f.eks. ved hjelp av stropper eller flenser. De elektriske oppvarmingsmidler som kan benyttes ifølge oppfinnelsen, er fortrinnsvis i form av varmemotstander som er egnet for anvendelse ved temperaturer opp til 1500°C i en fullstendig reduserende atmosfære, og det foretrekkes motstandselementer, eksempelvis tappformete, av molybdenbisilisid-materiale.

Mantlene som omgir motstandselementene, for å forebygge direkte kontakt mellom disse og gassblandingene i ladningen, er fortrinnsvis rørformet. Mantlene vil vanligvis være fremstilt av varmebestandig materiale, såsom keramikk. Keramikk, f.eks. mullitt, cordieritt, silisiumnitrid, silisiumkarbid, silisiumoksyd eller alumina kan anvendes, og silisiumkarbid foretrekkes på grunn av sin gode varmeledingsevne. I tilfelle av at sjiktene er adskilt med vegger, kan det for veggene velges samme materiale som for mantlene, men vil ofte være for-skjellig, særlig av hensyn til ovnens fremstillingspris.

Avstanden mellom oppvarmingsmidlene og mantlene avhenger av oppvarmingsmiddelets tverrsnitt. For oppvarmingsmidler hvis omskrivende sirkel har maksimumsdiameteren d, vil mantlene som benyttes vanligvis være rørformet eller sylindrisk med en diameter D som normalt tilsvarer 1,2 x d til 8 x d, og vanligvis 1,5 x d til 4 x d.

Oppvarmingsmidlene er plassert i stort sett parallelle sjikt perpendikulært mot ladningens (prosessgassens) strøm-ningsretnng og forløper fortrinnsvis i flukt med hverandre slik at avstanden mellom to tilgrensende mantler blir minst mulig og kompenserer det tillatelige tap av nødvendig trykk. Avstanden mellom mantlene i to tilgrensende sjikt eller mellom mantlene i et sjikt og den nærmeste vegg, dersom sjiktene er adskilt med vegger, er vanligvis den samme som avstanden mellom to innbyrdes påfølgende mantler i et gitt sjikt. Denne avstand vil vanligvis være slik at passasjene som dannes mellom mantlene eller mellom mantlene og den nærmeste vegg og hvori den metanholdige gassblanding sirkulerer, vil ha en dimensjon av 1 til 100 mm og oftest 5 til 40 mm.

Ved en utførelsesform ifølge oppfinnelsen er de ovennevnte tomrom eller passasjer som er bestemt for sirkulering av prosessgassen, ihvertfall delvis utfylt med foringer, vanligvis av keramikk og fortrinnsvis varmeledende. For en gitt reaktortype kan ladningens oppholdstid i reaktoren således forkortes, mens gassblandingsstrømmen homogeniseres og forde-lingen av den avledende varme forbedres. Foringene kan f.eks. være ringformet (Raschig, Lessing eller Pall), sadelformet (Berl saddles), stangformet eller av lukket sylinderrørform.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende i tilknytning til de medfølgende tegninger, hvor identiske deler er betegnet med samme henvisningstall og -bokstaver og hvori: Figur IA, IB og 1C viser lengdesnitt av en reaktor, sett vinkelrett mot mantelaksen. Reaktoren ifølge figur IB er forsynt med en foring. Reaktoren ifølge figur 1C har vegger som adskiller innbyrdes påfølgende mantelsjikt. Figur ID og 1E viser lengdesnitt, langs mantelaksen, av en reaktor. Figur 2 viser en detalj av oppvarmingssonen, sett i samme plan som figur IB og 1E.

Det er i figur IA vist en versjon av en vertikal reaktor 1 av langstrakt form og rektangulært tverrsnitt, og omfattende en fordeler 2 som gjør det mulig å forsyne reaktoren med reak-sjonsblanding i gassform gjennom en innløpsåpning 5. Reaksjonsblandingen som eksempelvis inneholder 50 % metan, er forvarmet i en konvensjonell forvarmingssone (ikke vist fortrinnsvis ved konveksjon. Reaktoren har et antall elektriske oppvarmingsmidler 3 som omgis av mantler 4 som er anordnet i parallelle sjikt og danner en bunt med kvadratisk stigning i ett plan (figurplanet). Sjiktene avgrenser varme-tverrseksjoner stort sett vinkelrett mot reaktoraksen som forløper i gassblandingens strømningsretning.

Varmeseksjonene forsynes separat med elektrisk strøm gjennom et par elektroder (6a, 6b ifølge fig. ID og 1E). Pyrometrisk termoelement-sonder (7 i fig. ID og 1E) er innmontert i de kamre hvori ladningen passerer mellom mantlene 4. Sondene muliggjør automatisk temperaturregulering i hver varmeseksjon ved hjelp av en konvensjonell regulerings- og moduleringsanordning (ikke vist).

I den første del av oppvarmingssonen opphetes mantlene slik at gasstrømmens temperatur hurtig øker fra 750°C (for-varmingstemperatur) til ca. 1200°C. Denne sone for gradvis oppvarming utgjør generelt ca. 65 % av oppvarmingssonens totalmengde. Gassblandingen sirkulerer deretter i den andre del av oppvarmingssonen, hvor temperaturen generelt holdes konstant på stort sett samme nivå som den oppnådde temperatur, ca. 1200°C, ved enden av den første oppvarmingssone. Dette gjennomføres ved modulering av den elektriske strøm som over-føres til et antall varmeseksjoner som danner den andre del av oppvarmingssonen. Temperaturen vil på denne måte ikke variere mer enn ca 10°C over eller under indeksverdien. Lengden av den andre oppvarmingssone utgjør ca 35 % av hele oppvarmingssonen .

Etter å ha forlatt oppvarmingssonen, blir utløpsstrømmen fra reaksjonen avkjølt i en kjølesone 8. Utløpsstrømmen bringes i kontakt med et bråkjølingsmiddel, såsom propan, som inn-føres gjennom bråkjølingsinjektorer 9 som er anbrakt ved peri-ferien av reaktoren 1 og forbundet med en utvendig propankilde (ikke vist). Alle utløpsgasser avkjøles til en temperatur av ca 500°C og oppsamles gjennom en utløpsåpning 10 i enden av reaksjonssonen 1.

I en annen utførelsesform (ikke vist) kan utløpsstrømmen avkjøles ved å bringes i sirkulasjon gjennom impermeable rør-ledninger som er anordnet i en sone 8 og gjennomstrømmes av bråkjølingsmiddelet, hvor rørledningene er forubundet med en ytre bråkjølingsmiddel-kilde.

Reaktorversjonen ifølge figur IB, som er identisk med den skjematisk viste i figur IA, har en foring 20 i det kammer hvori gassmengden sirkulerer. Foringen kan med fordel være fremstilt av keramikk og fastholdes av et gitter 21 ved enden av oppvarmingssonen. Mantlene 4 er anordnet i parallelle sjikt og danner en bunt med triangulær stigning (forskjøvet plassering) i ett plan (figurplanet). Figur 1C viser en versjon av en horisontal reaktor 1 av langstrakt form og rektangulært tverrsnitt. Den eneste for-skjell fra reaktoren ifølge figur IA er at den førstnevnte reaktor er stort sett horisontal, at den har mantler som er anordnet i parallelle sjikt og danner en bunt med kvadratisk stigning i ett plan (figurplanet) og at sjiktene er adskilt av vegger 22, fortrinnsvis av keramikk. Veggene er utformet for å skape turbulens, med celler i nivå med hver mantel 4. Figur ID viser de samme komponenter som i figur IA for en horisontal reaktor, og viser dessuten et beskyttende hylster 11 med en åpning 12 hvorigjennom den hydrogenholdige gass inn-strømmer, og en åpning 13 med en ventil 24 for regulering av den hydrogenholdige gasstrøm. Hylsteret 11 er fastgjort på reaktorens 1 metallforsterkning og omslutter samtlige elektriske motstandselementer med omgivende mantler, bortsett fra den ende av motstandselementene som forsynes med elektrisk strøm. Motstandselementene 3 er tappformet og innmontert i mantlene ved hjelp av ringer 18, eksempelvis av keramikkfibre, og innbefatter kanaler 23 hvorigjennom den hydrogenholdige gass kan innstrømme i rommet mellom motstandselementene og mantlene.

Figur 1E viser samme komponenter som beskrevet i tilknytning til figur IA. Figuren viser også beskyttelseshylstrene 11 med sine åpninger 12 og 13 som muliggjør sirkulering av den hydrogenholdige gass i hylstrene, idet gassen innstrømmer i motstandskammeret gjennom åpningene 23 i ringene 18 for- montering av motstandselementene. Åpningene 13 er forbundet med ventiler 24 som gjør det lettere å regulere den hydrogenholdige gasstrøm. Hylstrene 11 er fastgjort på reaktorens metallforsterkning og omslutter gruppen av elektriske motstandselementer med omgivende mantler, bortsett fra den ende av motstandselementene som forsynes med elektrisk strøm. Den hydrogenholdige gasstrøm vil vanligvis sirkulere med trykk som er litt høyere enn hos prosessgassen i reaktoren, hvorved det opprettes en perfekt kontrollert atmosfære og en bedre diffu-sjon av gassens hydrogeninnhold til prosesskammeret.

Trykket kan i realiteten være likt trykket i prosessgassen og det vil isåfall, som i tilfellet av et globalt overtrykk, vanligvis foretrekkes at hydrogenets partialtrykk er litt større i mostandskammeret enn i prosesskammeret, for at hydrogenet med sikkerhet skal diffundere tilfredsstillende fra motstandskammeret til prosesskammeret. Forskjellen mellom partialtrykkene i hydrogenet vil generelt være slik, at gasstrykket i motstandskammeret er minst 0,1 % og fortrinnsvis minst 1 % høyere enn trykket av hydrogeninnholdet i prosessgassen. Forskjellen i absolutt trykk mellom motstandskammeret og prosesskammeret, eller overtrykket, vil fortrinnsvis være slik at trykket i motstandskammeret er minst 0,1 % og vanligvis minst 1 % høyere enn trykket i prosesskammeret. Det er ikke nødvendig med et meget stort overtrykk, og trykket i motstandskammeret vil generelt være mindre enn det doble av trykket i prosesskammeret.

Figur 2 viser en detalj av en versjon av oppvarmingssonen ifølge oppfinnelsen. Sylinderformete motstander 3 anvendes som elektriske oppvarmingsmidler. Motstandene har kaldsoner i hver ende og en del av midtsonen, som er varmsonen, representerer eksempelvis ca 68 % av totallengden (sic).

Det er fremstilt en reaktor med rektangulært tverrsnitt og med vegger av isolerende, varmebestandig betong 14 og metallarmering 15. I to motsatte sidevegger er det anordnet en sirkelformet åpning som opptar en gjennomgående mantel 4, f.eks. av keramikk, med dobbelt så stor diameter som det elektriske motstandselement 3. Mantelen 4 er montert ved hjelp av et glandsystem 16 som virker mot en overdekning av varmebestandig materiale 17, f.eks. et keramisk materiale i et spor i nivå med metallarmeringen. Motstandselementet 3 er innmontert i mantelen 4 ved hjelp av ringer 18, eksempelvis av keramikkfibre, og utstyrt med åpninger 2 3 hvorigjennom den hydrogenholdige gass som innføres i hylsteret 3 gjennom rør-ledningen 12, kan innstrømme i motstandskammeret 24.

Motstandselementets 3 varmsone er slik plassert at den ikke innføres i den gjennomgående åpning i den isolerende betongvegg. Det er ikke ubetinget nødvendig å anvende en overdekning 17 i nivå med glanden, da denne fungerer som en monteringsdel i overensstemmelse med oppfinnelsen, uten at dens hovedformål er å danne den best mulige avtetning mellom innersiden og yttersiden av reaktoren. Glandene kan med fordel erstattes av en enklere innretning, eksempelvis helt enkle ringer av varmebestandig materiale, for plassering av mantlene.

Det er således anordnet et antall mantelforsynte varme-motstandselementer i veggene, eksempelvis av keramisk materiale, i suksessive, horisontale rekker som fortrinnsvis flukter med hverandre og danner en bunt med kvadratisk eller rektangulær stigning langs ovnssideveggene. Et hylster 11, hvorfra bare enden av motstandselementene og/eller deres strømledning 6 rager utad, gjennomstrømmes av hydrogenholdig gass.

Eksempel 1

Det ble anvendt en horisontal, indirekte bråkjølings-reaktor med en totaHengde av 6,1 m og et rektangulært tverrsnitt av dimensjoner 1,4 x 3,2 m. For oppvarming ble det benyttet tappformete, elektriske motstandselementer av varemerket Kanthal, tilvirket av molybdenbisilisid (MoSi2) av Superkanthal-type, motstandselementene var omgitt av keramiske mantler som var anordnet konsentrisk med sin omskrivende sirkel.

Mantlene som var fremstilt av silisiumkarbid, produsert av Norton, var av KRYSTON-typen med 15 volumprosent åpen porøsitet. Hver mantel var lukket i én ende og omsluttet to tappformete motstandselementer (figur ID). Mantlene var anordnet normalt mot ladningens fremføringsretning (vertikalt) , i parallelle sjikt og dannet en bunt av kvadratisk stigning, sett i sideriss. Hver gren av det tappformete, elektriske motstandselement hadde en lengde av 1,4 m, og motstandselementets diameter var 9 mm. De keramiske mantler hadde en lengde av 1,4 m, en ytterdiameter av 150 mm og en innerdiameter av 130 mm, og avstanden mellom tilgrensende mantler utgjorde 10 mm.

Oppvarmingssonens første del, med lengde 3,7 m, omfattet 23 sjikt av motstandselementer, hvert sjikt med 20 mantler, og i denne sone ble gasstrømmen som var forvarmet til 800°C, oppvarmet til 1200°C. Oppvarmingen av sonen ble regulert med termoelementer som var innmontert i de kamre hvori gasstrømmen sirkulerte.

Oppvarmingssonens andre del i tilgrensning til den første del, er 2,4 m lang, omfatter 15 sjikt, hvert med 20 mantler, som er anordnet på samme måte som i den første del. I sonen inngår 5 varmeseksjoner som reguleres separat og som gjør det mulig å holde temperaturen i sonen på 1200°C pluss eller minus 10°C.

Utløpsgassene avkjøles til 800°C i det første trinn ved indirekte varmeveksling med gassene i ladningen, hvoretter ytterligere varmevekslinger bringer temperaturen ned til ca. 300°C.

Ladningen som benyttes inneholder metan fortynnet med hydrogen i et volumforhold av 1:1. Blandingen forvarmes til 800°C og spaltes i den ovennevnte reaktor. Det absolutte trykk av gassblandingen i reaktoren holdes stort sett konstant på 0,125 MPa. Hovedsakelig rent hydrogen innføres i motstandskammeret, hvorved det opprettes et stort sett konstant, absolutt trykk av 0,130 MPa som opprettholdes i kammeret.

Etter at blandingen var avkjølt til romtemperatur var hovedproduktene frembrakt i følgende mengder pr 200 mol av en blanding av like deler metan og hydrogen:

Eksempel 2

Det ble anvendt en horisontal, indirekte bråkjølings-reaktor med en totallengde av 4,3 m og et rektangulært tverrsnitt av dimensjoner 1,4 x 3,7 m. Reaktoren ble oppvarmet med tappformete, elektriske motstandselementer av varemerket KANTHAL, fremstilt av molybdenbisilisid (MoSi2) av Superkanthal-typen og omgitt av keramikkmantler som var anordnet konsentrisk med motstandselementenes omskrivende sirkel.

Mantlene som var fremstilt av silisiumkarbid, produsert av Norton, var av Kryston-typen med en åpen porøsitet av 15 volumprosent. Hver mantel var lukket i én ende og omsluttet to tappformete motstandselementer (figur 1C og ID). Mantlene var anordnet vinkelrett mot den retning hvori ladningen sirkulerte (vertikalt), i parallelle sjikt og dannet en bunt av kvadratisk stigning, sett i sideriss. Hver gren av det tappformete, elektriske motstandselement hadde en lengde av 1,4 meter og en diameter av 9 mm. Keramikkmantlene hadde en lengde av 1,4 m, en ytterdiameter av 150 mm og en innerdiameter av 130 mm, og avstanden mellom to tilgrensende mantler (figur 1C) var eksempelvis 20 mm. De sjiktvis anordnete mantler var adskilt gjennom en vegg av varmebestandig betong, basert på elektrisk smeltet alumina. Avstanden Ee (fig. 1C) mellom mantlene og veggen eller kanaldimensjonen var 10 mm. Veggene hadde en tykkelse Ep (fig. 1C) av 15 mm i den tynneste del. Reaktoren omfattet 25 sjikt, hvert med 2 0 mantler, og 19 vegger.

I varmesonens første del av lengde 1,7 m inngikk 10 sjikt av motstandselementer, hvert sjikt med 20 mantler, og i denne sone ble ladningen som var forvarmet til 1000°C, videreopp-varmet til 1200°C. Oppvarmingen i denne sone ble regulert med termoelementer som var innmontert i de kamre hvori ladningen sirkulerte.

Varmesonens andre del i tilgrensning til den første del og av lengde 2,55 m, omfattet 15 sjikt, hvert med 20 mantler, som var anordnet på samme måte som i den første del. Denne sone innbefattet 3 varmeseksjoner som ble regulert separat og som gjorde det mulig å opprettholde temperaturen i sonen på 1200°C pluss eller minus 10°C.

Utløpsgassene ble avkjølt til 800°C i et første trinn, ved indirekte varmeveksling med gassene i ladningen, hvoretter temperaturen ble brakt ned til ca. 300°C ved ytterligere varmeveks1inger.

Som ladning ble det benyttet metan som var fortynnet med hydrogen i et volumforhold av 1:1. Blandingen ble forvarmet til 1000°C og spaltet i den ovennevnte reaktor. Det absolutte trykk av gassblandingen i reaktoren ble holdt stort sett konstant på 0,125 MPa. Stort sett rent hydrogen ble innført i motstandskammeret, for opprettelse og opprettholdelse av et stort sett konstant, absolutt trykk av 0,130 MPa i kammeret.

Etter at blandingen var avkjølt til romtemperatur, var følgende hovedprodukter frembrakt pr. 2 00 mol av en blanding av like deler metan og hydrogen:

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for termisk omdanning av metan til hydrokarboner av høyere molekylvekt, i en rekasjonssone av langstrakt form i en retning og omfattende en oppvarmingssone og en etterfølgende avkjølingssone, hvor en metanholdig gassblanding bringes i sirkulasjon i oppvarmingssonen i en strøm-ningsretning stort sett parallelt med retningen for reaksjonssonen, hvor oppvarmingssonen omfatter et antall elektriske oppvarmingsmidler som er anordnet i stort sett parallelle sjikt som danner en bunt med triangulær, kvadratisk eller rekatangulær deling, sett i sideriss, hvor oppvarmingsmidlene er gruppert i innbyrdes påfølgende tverrseksjoner stort sett vinkelrett på retningen for reaksjonssonen, hvor seksjonene er uavhengige av hverandre og forsynes med elektrisk strøm, idet det i oppvarmingssonen opprettes minst to deler hvorav den første del gjør det mulig å oppvarme gasstrømmen til 1500°C, og en andre del i tilslutning til den første, som gjør det mulig å holde gasstrømmen på stort sett samme temperatur som maksimumstemperaturen i den første del, og hvor utløpsstrømmen fra oppvarmingssonen avkjøles ved innføring av et kjølefluid i avkjølingssonen, hvoretter hydrokarboner av høyere molekylvekt oppsamles ved enden av reaksjonssonen, karakterisert ved at de elektriske oppvarmingsmidler isoleres mot direkte kontakt med den metanholdige gassblanding ved hjelp av mantler som tilføres en hydrogenholdig gass og har en passende permeabilitet, og at gassen innfø-res i mantlene ved et slikt trykk at ihvertfall en del av hydrogenet vil diffundere fra mantlenes innerside til yttersiden, i det minste i visse punkter.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en første del av oppvarmingssonen oppvarmes til en maksimumstemperatur av 1500°C, for opprettelse av en varme-gradient av 0,5°C/cm til 25°C/cm over en lengde av 20 til 80 % av oppvarmingssonens totallengde, og at den andre del i tilslutning til den første del oppvarmes slik at variasjonene i temperatur direkte langs den andre del av oppvarmingssonen er mindre enn 50°C og fortrinnsvis mindre enn 20°C.

3. Fremangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at gasstrykket i mantlene er minst 0,1 % høyere enn trykket på utsiden.

4. Fremgangsmsåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at mantlene som isolerer de elektriske varmeleementer mot direkte kontakt med den metanholdige gassblanding, er fremstilt av et porøst materiale av tilstrekkelig porøsitet til at hydrogen kan diffundere gjennom mantlene.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at mantlene er fremstilt av porøst, keramisk materiale med en åpen porøsitet av minst 1 og høyst 4 0 volumprosent.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at oppvarmingsmidlene er isolert mot direkte kontakt med den metanholdige gassblanding ved hjelp av sylindriske mantler hvis diameter tilsvarer 1,2 til 4 ganger maksimaldiameteren av oppvarmingsmidlenes omskrivende sirkel.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at dimensjonen av kanalene som gjennomstrømmes av den metanholdige gassblanding, utgjør ca 1 til ca 100 mm.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 - 7, karakterisert ved at hvert sjikt er adskilt fra det neste gjennom en vegg av varmebestandig materiale.

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at de elektriske oppvarmingsmidler består av motstandselementer av molybdenbisilisid.

10. Anordning for utøving av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1-9, og omfattende en reaktor (1) av langstrakt form langs en akse, fortrinnsvis av kvadratisk eller rektangulær tverrsnittsform og utstyrt med midler for tilføring av gassblanding i en første ende, midler for avleding av den frembrakte utløpsstrøm i den motsatte ende og midler for tilføring av kjølefluid mellom de to ender, hvor det i en første del av reaktoren (mot den første ende) er innmontert et antall elektriske oppvarmingsmidler (3) som omsluttes av mantler (4) og som er anordnet stort sett parallelt og i praktisk talt parallelle sjikt vinkelrett på reaktoraksen, for å danne kamre eller kanaler for sirkulerende gassblandinger og/eller utløps-strømmer mellom mantlene og/eller sjiktene som dannes av mantlene, hvor oppvarmingsmidlene og mantlene er tilpasset for oppvarming av kanalene gjennom innbyrdes påfølgende, separate tverrseksjoner stort sett vinkelrett mot reaktoraksen, og hvor reaktoren videre omfatter varmeregulering og -modulerings-midler som er forbundet med oppvarmingsmidlene og midler (9), i den andre del (8) (mot den motsatte ende) tilknyttet den første del, for avleding av kjølefluid, som er forbundet med midlene for tilføring av kjølefluid, karakterisert ved at det er anordnet midler for innføring av hydrogenholdig gass av passende trykk i mantlene (4), og at mantlene har tilstrekkelig permeabilitet til at i det minste endel av hydrogenet kan diffundere fra mantelinnersiden til -yttersiden, ihvertfall i visse punkter.

11. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at de elektriske oppvarmingsmidler omsluttes av sylindriske mantler hvis diameter utgjør 1,2 til 4 ganger maksimaldiameteren av elementenes omskrivende sirkel.

12. Anordning ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at hvert sjikt er adskilt fra det neste gjennom en vegg av varmebestandig materiale som forløper stort sett vinkelrett mot reaktoraksen, hvor veggene er slik plassert at det mellom disse og sjiktene som dannes av mantlene som omslutter oppvarmingsmidlene, avgrenser kamre eller kanaler for sirkulerende gassblandinger og/eller utløps-strømmer.

13. Anordning ifølge et av kravene 10 - 12, karakterisert ved at kanalene mellom mantlene og/eller sjiktene og/eller mellom sjiktene og veggene har en dimensjon av 1 til 100 mm.

14. Anordning ifølge et av kravene 10 - 13, karakterisert ved at kanalene er fylt, ihvertfall delvis, med en foring av keramisk materiale.