WO2002087739A1 - Verfahren zur chemischen umsetzung eines fluiden mediums unter erhöhtem druck und erhöhter temperatur - Google Patents

Verfahren zur chemischen umsetzung eines fluiden mediums unter erhöhtem druck und erhöhter temperatur Download PDF

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Hans Schmidt
Valentin Casal
Alexander Krämer
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Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the chemical conversion of a fluid medium under elevated pressure and elevated temperature, in particular for the decomposition of organic pollutants by means of oxidation in supercritical water. This means that pollutants contained in technical waste water can be broken down below the detection limit.
  • the operating conditions required for this are usually at pressures of 500 - 700 bar and temperatures of 420 - 500 ° C.
  • the device used to carry out the method essentially consists of an outer pressure tube which is not very corrosion-resistant, an inner reaction tube, a feed head and an outlet head.
  • the internal reaction tube is made of corrosion-resistant but not very pressure-resistant material and contains the corrosive, water, pollutant and
  • the reaction tube is divided into two coaxially arranged intermediate tubes, one of which is fastened in the feed head and the other in the outflow head.
  • the two intermediate tubes are fixed in an axially movable manner, with a small gap remaining between the two tubes. This gap creates the connection between the annular space between the pressure tube and the reaction tube and the reaction space inside the reaction tube.
  • the pollutant stream is heated to supercritical temperatures by the process for adjusting the reaction temperature, for which purpose electric heating elements are provided in the inflow area of the pipe system, while in the outflow area there is a cooling device for cooling the medium after the substance conversion reaction.
  • the known method has a number of disadvantages that prevent its implementation on an industrial scale.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned that can be used on an industrial scale under economically reasonable conditions.
  • this object is achieved by means of a method of the type mentioned in the introduction, in which the fluid medium is passed through a heating zone in which the medium supplied under pressure is heated and a subsequent reaction zone in which the chemical reaction takes place, and in which a barrier fluid serving to relieve pressure on the inner wall is passed between an inner wall which is reaction-resistant at least in the area of the reaction zone and an outer wall surrounding the inner wall, and the converted medium is discharged from the reaction zone through the heating zone with heat transfer to the medium supplied becomes.
  • the medium to be converted is obtained by introducing and mixing an oxidant and pollutant stream, which can be done in different ways:
  • This invention is based on the finding that the outlay on equipment for carrying out the process can be substantially reduced if the medium converted in the chemical reaction is removed from the reaction zone through the heating zone with heat transfer to the supplied medium.
  • This allows the heating rods required for heating to be dimensioned much smaller, and the entire device can be made more compact, since the outflow zone is integrated into the heating zone and separate cooling elements are unnecessary.
  • This makes it possible to design the geometry of the device designed to carry out the method much more favorably in terms of a compact design, which, in addition to the reduced energy costs for heating the inflowing medium, leads to a considerable reduction in operating costs and thus enables the method to be used on an industrial scale.
  • the converted medium is discharged in the flow direction of the supplied medium in the opposite flow direction. This enables an efficient return of the medium to and through the heating zone on the shortest flow path. This enables a compact and cost-efficient construction of an arrangement designed to carry out the method.
  • the acid which is formed in the medium can be neutralized by the chemical reaction by feeding an appropriate amount of alkali into the reaction zone or into the heating zone. Damage to the inner wall of the reaction zone by the acid formed and to a heat exchanger which conducts the converted medium through the heating zone can thus be avoided.
  • the medium supplied reaches the reaction zone through at least one opening in a partition between the heating zone and the reaction zone and the alkali is fed into the reaction zone in the region of the opening.
  • a partition with at least one passage opening between the heating zone and the reaction zone can be advantageous in order to mix the fluid again before entering the reaction zone, which can be of particular importance if alkali is added to the fluid in the region of the opening after or in the heating zone , Since all of the medium flowing from the heating zone into the reaction zone is forced through this opening, feeding the alkali into the medium in the region of the at least one partition wall opening permits optimal mixing of the alkali with the medium supplied.
  • the barrier fluid is supplied under a pressure which is slightly higher than the pressure of the medium and a partial flow of the barrier fluid which is caused thereby is discharged into the medium.
  • the pressure of the barrier fluid thus adjusts to the pressure of the medium in the event of pressure fluctuations in the medium. This ensures that the pressure difference between the barrier fluid and the medium is only very small, as a result of which the pressure load on the inner wall is kept to a minimum. Without draining the barrier fluid into the medium, a very complex pressure balancing mechanism would have to be created to balance the pressure of the barrier fluid with that of the medium. Since a constant flow of the same into the medium is ensured by the slightly increased pressure of the barrier fluid, a flow in another direction is avoided. This ensures that the medium, which usually has corrosive properties, does not come into contact with the outer wall, as a result of which corrosion of this outer wall is avoided.
  • Pressure fluctuations in the medium equalize the pressure of the barrier fluid in a very short time interval, since the barrier fluid can flow into the medium over the shortest possible connection path through the small opening in the inner wall.
  • the partial flow is fed to the medium through a circuit running outside the outer wall.
  • a circuit running outside the outer wall there can be an opening in the outer wall, which is connected via a pipeline to a return flow pipe which serves to discharge the converted medium. It is also possible to establish a direct connection between an inflow line of the barrier fluid in the reaction container and to produce the return flow tube of the converted medium. With such a solution, the inner container can remain intact.
  • thermal energy can be transferred from the barrier fluid in the circuit to the medium before it is supplied.
  • the hot barrier fluid discharged through the outer wall can be cooled via a heat exchanger before entering the return flow tube.
  • the heat dissipated in this heat exchanger can be used to preheat the inflowing pollutant stream and / or the oxidant stream.
  • the heat removed from the barrier fluid can be used to heat the incoming material flows, which leads to an energy optimization of the overall system.
  • the invention further relates to a device for the chemical conversion of a fluid medium under elevated pressure and elevated temperature.
  • existing devices result in a high expenditure on equipment with an unfavorable geometry.
  • heating by means of electric heating rods causes considerable energy costs and requires a voluminous construction of the reactor, which is why such a reactor cannot be used on an industrial scale under economically sensible conditions.
  • the object of the invention is therefore to provide a device of the type mentioned which can be used on an industrial scale under economically sensible conditions.
  • the object is achieved by a reaction vessel of the type mentioned at the outset, with an inner wall delimiting an inner wall which at least in the area of a heating zone in which the medium supplied under pressure can be heated and in which the chemical reaction predominantly takes place
  • Reaction zone is formed from a reaction-resistant material, a pressure-resistant outer wall surrounding the inner wall with the formation of a space for the flow of a barrier fluid, from which the inner wall is supported by the barrier fluid against the pressure prevailing therein, and a heat exchanger device designed in the heating zone, through which the converted medium can be removed from the reaction zone with heat transfer to the medium supplied to the heating zone.
  • the reaction container according to the invention is based on the knowledge that the outlay on equipment can be significantly reduced if the medium converted in the chemical reaction with heat transfer to the medium fed to the heating zone from the reaction zone is dissipatable. It is considered to be expedient according to the invention if the reaction container in the region of the reaction zone has a design which causes the direction of flow of the converted medium to be deflected before it enters the heat exchanger device in the direction opposite to the direction of flow of the medium supplied. This enables an efficient return of the medium to and through the heating zone on the shortest flow path. This allows the reaction vessel to be designed in a compact and therefore cost-effective form.
  • the inner wall in the area of the heating zone and the heat exchanger device in the area in contact with the supplied medium have a material which is resistant to reaction to the pH of the supplied medium. It is also expedient according to the invention if the inner wall in the area of the reaction zone and the heat exchanger device in the area in contact with the converted medium have a material which is resistant to reaction at the pH of the converted medium.
  • alkali-resistant materials such as metallic materials are used (e.g. nickel-based alloys or titanium).
  • Acid-resistant materials such as oxide ceramics are used for media with an acidic property.
  • the reaction container has a feed device, by means of which an appropriate amount of alkali can be fed into the reaction zone or into the heating zone in order to neutralize the acid formed during the chemical reaction. Damage to the boundary surfaces of the reaction container which are in contact with the converted medium can thus be prevented by chemical reaction, even if these boundary surfaces do not consist of acid-resistant material.
  • reaction vessel has a partition between the heating zone and the reaction zone with at least one opening through which both the medium supplied and the
  • Alkali can be introduced into the reaction zone. Since this has at least one partition opening is the only connection between the heating zone and the reaction zone, the entire medium flowing from the heating zone into the reaction zone is forced through this opening. By feeding the lye into the medium in the area of the partition opening, the lye is optimally mixed with the supplied medium.
  • the barrier fluid has a slightly higher pressure than the pressure of the medium, and there is a connection between the barrier fluid and the medium.
  • the pressure of the barrier fluid thus adjusts to the pressure of the medium in the event of pressure fluctuations in the medium. This ensures that the pressure difference between the barrier fluid and the medium is only very small, as a result of which the pressure load on the inner wall is kept to a minimum. Without draining the barrier fluid into the medium, a very complex pressure balancing mechanism would have to be created to balance the pressure of the barrier fluid with that of the medium. Since a constant flow of the same into the medium is ensured by the slightly increased pressure of the barrier fluid, a flow in another direction is avoided. This ensures that the medium, which usually has corrosive properties, does not come into contact with the outer wall, as a result of which corrosion of this outer wall is avoided.
  • a small opening in the inner wall serves as a connection between the barrier fluid and the medium. This means that the pressure of the barrier fluid can change in a very short time if the medium fluctuates in pressure
  • a line running outside the outer wall serves as a connection between the barrier fluid and the medium.
  • the line can have a heat exchanger device by means of which heat energy can be transferred from the barrier fluid in the line to the medium before it is fed into the heating zone.
  • the hot barrier fluid discharged through the outer wall can be cooled via a heat exchanger before entering the return flow tube.
  • the one in this heat exchanger Dissipated heat can be used to preheat the inflowing pollutant stream and / or the oxidant stream.
  • the heat removed from the barrier fluid can be used to heat the incoming material flows, which leads to an energy optimization of the overall system.
  • the heat exchanger device consists of a tube arranged in the heating zone, in particular a winding tube.
  • the heat exchanger device has an annular space between a cylinder through which the supplied medium flows and the inner wall of the reaction container.
  • the heat exchanger device has a flow channel formed on the outside of a hollow cylindrical body, which is covered by a cylindrical casing arranged thereon.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a reaction container according to the invention for a chemical running under increased pressure and elevated temperature
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a reaction container according to the invention for a chemical running under elevated pressure and elevated temperature
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a reaction container according to the invention for a chemical conversion of a fluid medium which takes place at elevated pressure and elevated temperature
  • FIG. 4 shows an embodiment according to the invention of a heat exchanger having a coiled tubing arrangement
  • 5 shows an embodiment according to the invention of a heat exchanger having a flow channel formed on the outside of a hollow cylindrical body
  • Fig. 6 shows an embodiment of a heat exchanger having a reverse flow annulus.
  • FIG. 1 a first embodiment of a reaction container for the chemical conversion of a fluid medium under increased pressure and elevated temperature, in particular for the conversion of substances by means of oxidation in supercritical water, is described with reference to FIG. 1.
  • the container material consists of a commercially available heat-resistant stainless steel.
  • the inclusion of the chemical reaction takes place in a corrosion-resistant and impervious inner container 3.
  • This inner container 3 is made of metallic materials, such as. As nickel-based alloys (Inconel) or titanium, manufactured and resistant to basic liquids.
  • the gap space 4 between the wall of the pressure container 1 and that of the inner container 3 is flowed through with non-corrosive barrier fluid 2, such as water, and establishes the connection with respect to pressure between the inner and outer containers, i.e. H. the wall of the inner container 3 is supported by the barrier fluid 2 against the pressure prevailing in its interior.
  • barrier fluid 2 such as water
  • the inner container 3 can have a small inflow opening 5.
  • This inflow opening 5 establishes a connection between the gap space 4 and the reaction space 7 in the interior of the inner container 3.
  • the first pipeline 28 also has a heat exchanger 30, by means of which heat energy is extracted from the hot barrier fluid 2 flowing in the pipeline. This thermal energy can then be used to preheat the inflowing pollutant stream and / or the oxidant stream before it is introduced into the pressure vessel 1.
  • a second pipeline 29 can establish a connection between an inflow line of the barrier fluid 2 into the pressure container 1 and the return flow pipe 8.
  • the medium 11 supplied to the reaction container consists, for example, of a pollutant and an oxidant stream, which are each pumped to system pressure before being introduced into the reaction container and then mixed, for example, with one another.
  • the supplied medium 11 then passes through a heating zone 6, in the course of which it is brought to the reaction temperature by means of an electrical heater 15 and by heat exchange with the outflowing medium, into a reaction zone 7, in which the chemical reaction, such as a decomposition of pollutants, takes place.
  • the medium 12 converted from the chemical reaction now flows out of the reaction zone 7 again via an annular return flow tube 8, which is centered in the concentric inner container.
  • a reversal of the flow of the medium takes place in such a way that the outflow direction 14 of the converted medium 12 through the return flow pipe 8 is opposite to the inflow direction 13 of the supplied medium 11.
  • the double-walled heat exchanger 10 consists of a double-walled tube made of heat-conducting material, which has an annular cross-sectional shape, which is arranged centrally in the heating zone 6 of the concentric inner container 3 and passes through the heating zone 6 in a straight line in the direction of its axis of symmetry, while in the case of the tubular spiral heat exchanger 9, a heat-conducting tube Single wall is present, which has a coil-shaped winding in the direction of the axis of symmetry of the heating zone 6 to maximize the contact area with the input medium, which increases the heat exchange efficiency.
  • the converted medium 12 leaves the inner container 3 after it has passed through the reaction zone 7 in the return pipe 8, depending on the embodiment, through one of the two heat exchangers.
  • the heat exchanger When passing through the heat exchanger, there is excess heat energy from the supplied medium 11 contained in the heating zone 6, which in addition to the heating by the electric heater 15 is thereby additionally heated.
  • Both the backflow pipe 8 and the heat exchanger, like the inner container 3, are made of metallic materials, such as nickel-based alloys (Inconel) or titanium. These devices are therefore resistant to reaction to basic liquids. is ie if the medium 11 supplied is basic and if the pH shifts during the reaction to at most the neutral range, then none of the materials in contact with the medium is chemically attacked.
  • metallic materials such as nickel-based alloys (Inconel) or titanium.
  • the acid formed can be neutralized by injection of alkali 16.
  • a caustic injection device 17 is provided, by means of which caustic 16, such as NaOH, can be fed into the reaction zone or into the heating zone.
  • the feed takes place, for example, in the region of a partition opening 19 which is located in the center of a partition 18 arranged between heating zone 6 and reaction zone 7.
  • the at least one partition opening 19 is the only connection between the heating zone 6 and the reaction zone 7, so that the entire medium flowing from the heating zone 6 into the reaction zone 7 is forced through this opening 19.
  • a second embodiment of a reaction container for the chemical conversion of a fluid medium under increased pressure and elevated temperature, in particular for the conversion of substances by means of oxidation in supercritical water, is described with reference to FIG. 2.
  • This embodiment is particularly suitable in the event that the medium supplied is basic and the acid formed by the chemical reaction cannot be neutralized by injecting alkali in accordance with the first embodiment.
  • Pressure vessel 1 added.
  • the container material consists of a commercially available heat-resistant stainless steel.
  • the chemical conversion reaction is enclosed in an impermeable inner container 3.
  • the gap 4 between the wall of the pressure container 1 and that of the inner container 3 is flowed through with non-corrosive barrier fluid 2, such as water, and provides the connection with respect to pressure between the inner and outer containers stove.
  • barrier fluid 2 such as water
  • the inner container 3 can have a small inflow opening 5.
  • This inflow opening 5 provides a connection between the gap space 4 and the reaction space 7 inside the
  • the first pipeline 28 also has a heat exchanger 30, by means of which heat energy is extracted from the hot barrier fluid 2 flowing in the pipeline. This thermal energy can then be used to preheat the inflowing pollutant stream and / or the oxidant stream before it is introduced into the pressure vessel 1.
  • a second pipeline 29 can establish a connection between an inflow line of the barrier fluid 2 into the pressure vessel 1 and the return flow pipe 8.
  • the pressure difference between the barrier fluid 2 in the gap space 4 and the medium in the interior of the inner container 3 is only very small, as a result of which the pressure load on the inner container 3 is reduced to a minimum.
  • the barrier fluid 2 in the gap space 4 is under slightly higher pressure than the medium in the reaction zone 7. In this way, a constant flow of the barrier fluid 2 into the medium is ensured and a flow through in another direction is avoided. This ensures that the medium, which usually has corrosive properties, does not come into contact with the pressure container 1 in the interior of the inner container 3, as a result of which corrosion of the pressure container 1 is avoided.
  • the medium 11 supplied to the reaction vessel consists, for example, of a pollutant and an oxidant stream, which streams are each pumped to system pressure before being introduced into the reaction vessel and then mixed with one another.
  • the supplied medium 11 then passes through a heating zone 6, in the course of which it is brought to the reaction temperature by means of an electric heater 15, into a reaction zone 7 in which the chemical conversion, such as a decomposition of pollutants, takes place.
  • the inner container 3 has an alkali-resistant reaction wall 20, which is made, for example, of metallic materials (eg Inconel) in order to be resistant to the basic property of the medium 11 supplied.
  • the inner container 3 has an acid-resistant reactor wall 21, which consists of acid-resistant material, such as oxide ceramics (eg Al 2 O 3 ).
  • the reactor wall in the area of the reaction zone 7 is thus resistant to the acid property of the medium 12 converted from the chemical reaction.
  • the converted medium 12 now flows out of the reaction zone 7 again via a rectilinear return pipe 8 arranged in the inner container.
  • the medium is reversed in such a way that the outflow direction of the converted medium 12 through the return flow pipe 8 is opposite to the inflow direction of the supplied medium 11.
  • the backflow tube 8 is like the acid-resistant reaction wall 21 made of acid-resistant material, such as. B. oxide ceramic.
  • the return flow tube 8 is then followed by a composite heat exchanger 22, which consists of a tortuous tube and passes through the heating zone 6 in the longitudinal direction.
  • the composite heat exchanger 22 On its outer wall exposed to the basic medium 11 supplied to the heating zone 6, the composite heat exchanger 22 is made of alkali-resistant material, such as metallic materials (eg Inconel).
  • the inner wall of the composite heat exchanger 22 is made of an acid-resistant material, such as oxide ceramic.
  • the converted medium finally leaves the inner container 3 through the composite heat exchanger 22 after it has passed through the reaction zone in the backflow pipe 8.
  • a third embodiment of a reaction container for the chemical conversion of a fluid medium under elevated pressure and elevated temperature, in particular for converting materials by means of oxidation in supercritical water, is described below with reference to FIG. 3.
  • This embodiment is particularly suitable if the medium supplied is neutral or acidic and the acid contained in the converted medium cannot be neutralized because, for. B. the injection of lye leads to salt precipitation.
  • the container material consists of a commercially available heat-resistant stainless steel.
  • the inclusion of the chemical reaction takes place in an impermeable inner container 3.
  • This inner container 3 is made of an acid-resistant material, such as. B. oxide ceramic AI 2 O 3 , manufactured.
  • the gap space 4 between the wall of the pressure container 1 and that of the inner container 3 is flowed through with non-corrosive barrier fluid 2, such as water, and establishes the connection with regard to pressure between the inner and outer containers, ie the wall of the inner container is against the barrier fluid 2 against pressure prevailing in the interior.
  • the inner container 3 can have a small inflow opening 5.
  • This inflow opening 5 establishes a connection between the gap space 4 and the reaction space 7 in the interior of the inner container 3.
  • the first pipeline 28 also has a heat exchanger 30, by means of which heat energy is extracted from the hot barrier fluid 2 flowing in the pipeline. This heat Energy can then be used to preheat the inflowing pollutant stream and / or the oxidant stream before it is introduced into the pressure vessel 1.
  • a second pipeline 29 can establish a connection between an inflow line of the barrier fluid 2 into the pressure container 1 and the return flow pipe 8.
  • the medium 11 supplied to the reaction container consists, for example, of a
  • Pollutant and an oxidant stream each of which is pumped to system pressure before being introduced into the reaction vessel and then mixed, for example, with one another.
  • the supplied medium 11 then passes through a heating zone 6, in the course of which it is brought to the reaction temperature by means of a large number of electrical heaters 15, in particular heating elements, into a reaction zone 7, in which the chemical reaction, such as a decomposition of pollutants, takes place.
  • the electrical heaters 15 are arranged, for example, in a concentric circular shape around a displacer 23 located in the center of the heating zone 6.
  • the displacer 23 has the purpose of forcing the supplied medium 11 along the electrical heaters 15, which increases the heating efficiency.
  • the medium 12 converted from the chemical reaction now flows out of the reaction zone 7 again via a large number of return flow tubes 8 arranged in a concentric circular shape.
  • a flow reversal of the medium takes place in such a way that the outflow direction of the converted medium 12 through the return flow pipes 8 is opposite to the inflow direction of the supplied medium 11.
  • the backflow pipes 8 are made entirely of acid-resistant material, such as oxide ceramics.
  • the return flow tubes 8 extend beyond the reaction zone 7 through the heating zone 6 and take over the function of a heat exchanger there.
  • the converted medium 12 now leaves the inner container 3 after it has passed through the reaction zone 7 and the heating zone 6 in the return flow tubes 8. There are run the Aufheizzo ⁇ e 6 excess thermal energy to the supplied medium 11 contained therein, which thereby experiences an additional heating in addition to the heating by the electrical heaters 15.
  • the heat exchange in the heating zone 6 can also take place via specially designed heat exchange devices, as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the return flow pipe 8 opens into such a heat exchange device at the transition between reaction zone 7 and heating zone 6.
  • this can be a tubular coil heat exchanger 9 made of oxide ceramic, which consists of a heat-conducting tube which has a coil-shaped winding in the direction of the axis of symmetry of the heating zone 6 in order to maximize the contact area with the input medium.
  • the device shown in FIG. 5 can also be used as a heat exchanger. This has an oxide ceramic hollow cylinder 24.
  • spiral-like channels are screwed into its outer wall while the material is still soft.
  • a thin-walled, likewise oxide-ceramic hollow tube 26 is then pushed onto the hollow cylinder 24, so that it lies flush against the outer surface of the hollow cylinder 24.
  • the converted medium can thus flow down through the spiral channels along the outer surface of the inner cylinder 24 and in the process release excess thermal energy to the supplied medium 11 flowing in the heating zone 6.
  • the converted medium 12 releases excess thermal energy to the supplied medium 11 flowing in the hollow cylinder 24 in the region of the heating zone 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur und einen Reaktionsbehälter zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß wird das fluide Medium durch eine Aufheizzone, in der das unter Druck zugeführte Medium aufgeheizt wird, und eine daran anschließende Reaktionszone, in der die chemische Umsetzung stattfindet, hindurchgeleitet. Zwischen einer die Aufheizzone sowie die Reaktionszone begrenzenden, mindestens im Bereich der Reaktionszone reaktionsbeständigen Innenwand und einer die Innenwand umgebenden Außenwand wird ein der Druckabstützung der Innenwand dienendes Sperrfluid hindurchgeleitet. Weiterhin wird das umgesetzte Medium durch die Aufheizzone hindurch unter Wärmeübergang auf das zugeführte Medium aus der Reaktionszone abgeführt.

Description

VERFAHREN ZUR CHEMISCHEN UMSETZUNG EINES FLUIDEN MEDIUMS UNTER ERHÖHTEM DRUCK UND ERHÖHTER TEMPERATUR
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, insbesondere zur Zersetzung organischer Schadstoffe mittels Oxidation in überkritischem Wasser. Damit können in technischen Abwässern enthaltene Schadstoffe bis unter die Nachweisgrenze abgebaut werden. Die dazu benötigten Betriebsbedingungen liegen in der Regel bei Drücken von 500 - 700 bar und Temperaturen von 420 - 500 °C.
Ein Verfahren dieser Art wird beispielsweise in DE 44 43 078 A1 beschrieben. Mit diesem wird der Schutz innerer Behälterwandungen vor dem Angriff korrosiver Medien bei der überkritischen Naßoxidation gewährleistet. Dazu besteht die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung im wesentlichen aus einem nicht sehr korrosionsbeständigen äußeren Druckrohr, einem innenliegenden Reaktionsrohr, einem Einspeisekopf und einem Ausströmkopf. Das innenliegende Reaktionsrohr ist aus korrosionsbeständigem, aber nicht sehr druckfestem Material gefertigt und enthält das korrosive, aus Wasser, Schadstoff und
Oxidationsmittel bestehende Reaktionsmedium. Das Reaktionsrohr ist in zwei koaxial angeordnete Zwischenrohre unterteilt, deren eines im Einspeisekopf und deren anderes im Ausströmkopf befestigt ist. Die beiden Zwischenrohre sind axialbeweglich fixiert, wobei zwischen den beiden Rohren ein kleiner Spalt freibleiben soll. Dieser Spalt stellt die Verbindung vom Ringraum zwischen Druckrohr und Reaktionsrohr und dem Reaktionsraum im Inneren des Reaktionsrohrs her. Im Ringraum befindet sich nichtkorrosives Sperrfluid und steht unter leicht höherem Druck als die schadstoffbelastete Flüssigkeit im Reaktionsraum. Auf diese Weise wird ein ständiger Fluß des Sperrfluids in den Reaktionsraum sichergestellt und eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden, wodurch das Druckrohr nicht mit dem korrosiven Reaktionsmedium in Kontakt kommt und das innenliegende Reaktionsrohr keine nennenswerte Druckbelastung erfährt. Der Schadstoffstrom wird nach dem Verfahren zum Einstellen der Reaktionstemperatur auf überkritische Temperaturen aufgeheizt, wozu im Einströmbereich des Rohrsystems angebrachte elektrische Heizstäbe vorgesehen sind, während sich im Abströmbereich eine Kühlvorrichtung zur Abkühlung des Mediums nach der Stoffumwandlungsreaktion befindet.
Das bekannte Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf, die die Umsetzung in den großtechnischen Maßstab verhindern. Die in Reihe geschalteten Verfahrensstufen Aufheizung,
Reaktion und Abkühlung ergeben einen hohen apparativen Aufwand mit ungünstiger Geometrie. Weiterhin verursacht die Aufheizung mittels elektrischer Heizstäbe beträchtliche
Energiekosten und macht einen voluminösen Aufbau des Reaktors erforderlich.
Angesichts dieser Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das in großtechnischem Maßstab unter wirtschaftlich sinnvollen Bedingungen verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Verfahrens der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem das fluide Medium durch eine Aufheizzone, in der das unter Druck zugeführte Medium aufgeheizt wird, und eine daran anschließende Reaktionszone, in der die chemische Umsetzung stattfindet, hindurchgeleitet wird und bei dem zwischen einer die Aufheizzone sowie die Reaktionszone begrenzenden, mindestens im Bereich der Reaktionszone reaktionsbeständigen Innenwand und einer die Innenwand umgebenden Außenwand ein der Druckabstutzung der Innenwand dienendes Sperrfluid hindurchgeleitet wird, und das umgesetzte Medium durch die Aufheizzone hindurch unter Wärmeübergang auf das zugeführte Medium aus der Reaktionszone abgeführt wird. Insbesondere wird das umzusetzende Medium durch Einleiten und Mischen eines Oxidationsmittel- und Schadstoffstromes erhalten, was auf verschiedene Weisen erfolgen kann:
• Mischen der beiden Ströme bei Raumtemperatur, Einleiten der Mischung in einem Reaktor und anschließendes Aufheizen der Mischung
• Mischen der beiden Ströme bei Raumtemperatur, Vorheizen der Mischung vor Eintritt in den Reaktor, Einleiten der Mischung in den Reaktor und gegebenenfalls weiteres Aufheizen der Mischung
• getrenntes Einleiten von Schadstoffstrom und Oxidationsmittelstrom, Mischen und Aufheizen im Reaktor
• getrenntes Einleiten von Schadstoffstrom und Oxidationsmittelstrom, wobei der Schadstoffstrom vorgeheizt ist, Mischen und Restaufheizung im Reaktor.
Diese Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der apparative Aufwand zur Ausführung des Verfahrens wesentlich reduziert werden kann, wenn das bei der chemischen Reaktion umgesetzte Medium durch die Aufheizzone hindurch unter Wärmeübergang auf das zugeführte Medium aus der Reaktionszone abgeführt wird. Damit können die zur Auf eizung benötigten Heizstäbe wesentlich kleiner dimensioniert werden, und die gesamte Vorrichtung kann kompakter ausgeführt werden, da die Abströmzone in die Aufheizzone integriert wird und eigene Kühlelemente überflüssig werden. Dadurch wird es möglich, die Geometrie der zur Ausführung des Verfahrens konzipierten Vorrichtung wesentlich günstiger im Sinne kompakter Bauweise zu gestalten, was neben der reduzierten Energiekosten zur Aufheizung des einströmenden Mediums zu einer erheblichen Reduzierung der Betriebskosten führt und damit den großtechnischen Einsatz des Verfahrens ermöglicht.
Als erfindungsgemäß vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das umgesetzte Medium in der Flußrichtung des zugeführten Mediums entgegengesetzter Strömungsrichtung abgeführt wird. Dies ermöglicht eine effiziente Rückführung des Mediums zu und durch die Aufheizzone auf kürzestem Flußweg. Dadurch wird eine kompakte und kosteneffiziente Konstruktion einer zur Ausführung des Verfahrens konzipierten Anordnung möglich.
In zweckmäßiger Ausführungsform kann durch die chemische Umsetzung im Medium entstehende Säure durch Einspeisen von Lauge entsprechender Menge in die Reaktionszone oder in die Aufheizzone neutralisiert werden. Damit kann eine Beschädigung der Innenwand der Reaktionszone durch die entstehende Säure sowie eines das umgesetzte Medium durch die Aufheizzone leitenden Wärmetauschers vermieden werden. Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn das zugeführte Medium durch mindestens eine Öffnung in einer zwischen Aufheizzone und Reaktionszone befindlichen Trennwand in die Reaktionszone gelangt und die Lauge im Bereich der Öffnung in die Reaktionszone eingespeist wird. Das Vorsehen einer Trennwand mit mindestens einer Durchtrittsöffnung zwischen Aufheizzone und Reaktionszone kann vorteilhaft sein, um das Fluid vor Eintritt in die Reaktionszone nochmals zu durchmischen, was von besonderer Bedeutung sein kann, wenn nach oder in der Aufheizzone dem Fluid im Bereich der Öffnung Lauge zugesetzt wird. Da das gesamte von der Aufheizzone in die Reaktionszone fließende Medium durch diese Öffnung gezwungen wird, erlaubt eine Einspeisung der Lauge ins Medium im Bereich der mindestens einen Trennwandöffnung eine optimale Durchmischung der Lauge mit dem zugeführten Medium.
In vorteilhafter Ausführungsform wird das Sperrfluid unter einem gegenüber dem Druck des Mediums geringfügig erhöhten Druck zugeführt und ein dadurch bedingter Teilstrom des Sperrfluids in das Medium hinein abgeleitet. Somit gleicht sich der Druck des Sperrfluids bei Druckschwankungen des Mediums dem Druck des Mediums an. Damit wird sichergestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Sperrfluid und dem Medium nur sehr gering ist, wodurch die Druckbelastung der Innenwand auf einem Minimalmaß gehalten wird. Ohne ein Ableiten des Sperrfluids in das Medium hinein müßte ein sehr aufwendiger Druckabgleichmechanismus zum Abgleich des Drucks des Sperrfluids mit dem des Mediums geschaffen werden. Da durch den geringfügig erhöhten Druck des Sperrfluides ein ständiger Fluß desselben ins Medium sichergestellt wird, wird eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden. Damit wird gewährleistet, daß das gewöhnlich korrosive Eigenschaften aufweisende Medium nicht mit der Außenwand in Kontakt kommt, wodurch eine Korrosionszersetzung dieser Außenwand vermieden wird.
Als erfindungsgemäß zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn der Teilstrom dem Medium durch eine kleine Öffnung der Innenwand zugeführt wird. Damit kann sich bei
Druckschwankungen des Mediums der Druck des Sperrfluids diesem in einem sehr kurzen Zeitintervall angleichen, da durch die kleine Öffnung in der Innenwand das Sperrfluid auf dem kürzest möglichen Verbindungsweg ins Medium strömen kann.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Ausführungsform wird der Teilstrom dem Medium durch einen außerhalb der Außenwand verlaufenden Kreislauf zugeführt. Dabei kann sich eine Öffnung in der Außenwand befinden, die über eine Rohrleitung mit einem dem Abführen des umgesetzten Mediums dienenden Rückströmrohr verbunden ist. Ebenso ist es möglich, eine direkte Verbindung zwischen einer Einströmleitung des Sperrfluids in den Reaktionsbehälter und dem Rückströmrohr des umgesetzten Mediums herzustellen. Bei einer solchen Lösung kann der Innenbehälter unversehrt bleiben.
Weiterhin kann in erfindungsgemäß zweckmäßiger Ausführungsform vom Sperrfluid im Kreislauf Wärmeenergie auf das Medium vor dessen Zuführung übertragen werden. Dabei kann das heiße, durch die Außenwand abgeführte Sperrfluid vor dem Eintreten in das Rückströmrohr über einen Wärmeaustauscher gekühlt werden. Die in diesem Wärmeaustauscher abgeführte Wärme kann zur Vorheizung des einströmenden Schadstoffstroms beziehungsweise / und des Oxidationsmittelsstroms verwendet werden. Somit kann zum Aufheizen der eintretenden Stoffströme gegebenenfalls die aus dem Sperrfluid abgeführte Wärme genutzt werden, was zu einer Energieoptimierung des Gesamtsystems führt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur. Wie bereits oben erwähnt, ergeben existierende Vorrichtungen einen hohen apparativen Aufwand mit ungünstiger Geometrie. Weiterhin verursacht die Aufheizung mittels elektrischer Heizstäbe beträchtliche Energiekosten und macht einen voluminösen Aufbau des Reaktors erforderlich, weshalb ein solcher Reaktor nicht unter wirtschaftlich sinnvollen Bedingungen in großtechnischem Maßstab einsetzbar ist.
Die Erfindung stellt sich mithin die Aufgabe, eine Vorrichtung der genannten Art bereitzustellen, die in großtechnischem Maßstab unter wirtschaftlich sinnvollen Bedingungen verwendet werden kann. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch einen Reaktionsbehälter der eingangs genannten Art gelöst mit einer eine Aufheizzone, in der das unter Druck zugeführte Medium aufheizbar ist, und eine daran anschließende Reaktionszone, in der die chemische Umsetzung vorwiegend stattfindet, begrenzenden Innenwand, die mindestens im Bereich der Reaktionszone aus einem reaktionsbeständigen Werkstoff ausgebildet ist, einer die Innenwand unter Bildung eines dem Durchfluß eines Sperrfluids dienenden Zwischenraums umgebenden druckfesten Außenwand, von der die Innenwand über das Sperrfluid gegen den in ihr herrschenden Druck abgestützt ist, und einer in der Aufheizzone ausgebil- deten Wärmetauschereinrichtung, durch die das umgesetzte Medium unter Wärmeübergang auf das der Aufheizzone zugeführte Medium aus der Reaktionszone abführbar ist.
Wie bereits oben unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren detailliert erläutert, beruht der erfindungsgemäße Reaktionsbehälter auf der Erkenntnis, daß der appa- rative Aufwand wesentlich reduziert werden kann, wenn das bei der chemischen Reaktion umgesetzte Medium unter Wärmeübergang auf das der Aufheizzone zugeführte Medium aus der Reaktionszone abführbar ist. Als erfindungsgemäß zweckmäßig wird angesehen, wenn der Reaktionsbehälter im Bereich der Reaktionszone eine die Umlenkung der Strömungsrichtung des umgesetzten Mediums vor Eintritt in die Wärmetauschereinrichtung in die der Flußrichtung des zugeführten Mediums entgegengesetzte Richtung bewirkende Ausbildung aufweist. Hiermit ist eine effiziente Rückführung des Mediums zu und durch die Aufheizzone auf kürzestem Flußwege möglich. Damit kann der Reaktionsbehälter in einer kompakten und damit kosteneffizienten Form ausgeführt werden.
In vorteilhafter Ausführungsform weist die Innenwand im Bereich der Aufheizzone und die Wärmetauschereinrichtung im mit dem zugeführten Medium in Kontakt stehenden Bereich ein beim pH-Wert des zugeführten Mediums reaktionsbeständiges Material auf. Weiterhin ist erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn die Innenwand im Bereich der Reaktionszone und die Wärmetauschereinrichtung im mit dem umgesetzten Medium in Kontakt stehenden Bereich ein beim pH-Wert des umgesetzten Mediums reaktionsbeständiges Material aufweist. Für den Fall, daß das entsprechende Medium basischen Charakter besitzt, werden laugenbeständige Materialien wie metallische Werkstoffe benutzt (z. B. Nickel-Basis-Legierungen oder Titan). Für Medien mit saurer Eigenschaft werden säurebeständige Materialien wie Oxidkeramiken herangezogen. Hiermit wird eine Beschädigung der mit den entsprechenden Medien in Kontakt stehenden Begrenzungsflächen des Reaktionsbehälters durch chemische Reaktion verhindert, was die Lebensdauer der Vorrichtung wesentlich erhöht. Die Problematik der während der Reaktion stattfindenden pH-Wert-Verschiebung wird damit konstruktiv berücksichtigt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß manche Stoffströme, die vor der Reaktion stark basischen Charakter aufweisen (pH-Wert > 10), nach der Reaktion in den stark sauren Bereich (pH- Wert < 3) umschlagen.
In zweckmäßiger Ausführungsform weist der Reaktionsbehälter eine Einspeisevorrichtung auf, mittels welcher Lauge in entsprechender Menge in die Reaktionszone oder in die Aufheizzone zur Neutralisierung von bei der chemischen Umsetzung entstehender Säure zuführbar ist. Damit kann eine Beschädigung der mit dem umgesetzten Medium in Kontakt stehenden Begrenzungsflächen des Reaktionsbehälters durch chemische Reaktion verhindert werden, selbst wenn diese Begrenzungsflächen nicht aus säurebeständigem Material bestehen.
Weiterhin kann es sich als erfindungsgemäß vorteilhaft erweisen, wenn der Reak- tionsbehälter eine zwischen Aufheizzone und Reaktionszone befindliche Trennwand mit mindestens einer Öffnung aufweist, durch die sowohl das zugeführte Medium als auch die
Lauge in die Reaktionszone einleitbar ist. Da diese mindestens ein Trennwandöffnung die einzige Verbindung zwischen der Aufheizzone und der Reaktionszone darstellt, wird das gesamte von der Aufheizzone in die Reaktionszone fließende Medium durch diese Öffnung gezwungen. Durch Einspeisung der Lauge ins Medium im Bereich der Trennwandöffnung wird so eine optimale Durchmischung der Lauge mit dem zugeführten Medium erreicht.
In vorteilhafter Ausführungsform weist das Sperrfluid gegenüber dem Druck des Mediums geringfügig höheren Druck auf, und zwischen dem Sperrfluid und dem Medium besteht eine Verbindung. Somit gleicht sich der Druck des Sperrfluids bei Druckschwankungen des Mediums dem Druck des Mediums an. Damit wird sichergestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Sperrfluid und dem Medium nur sehr gering ist, wodurch die Druckbelastung der Innenwand auf einem Minimalmaß gehalten wird. Ohne ein Ableiten des Sperrfluids in das Medium hinein müßte ein sehr aufwendiger Druckabgleichmechanismus zum Abgleich des Drucks des Sperrfluids mit dem des Mediums geschaffen werden. Da durch den geringfügig erhöhten Druck des Sperrfluides ein ständiger Fluß desselben ins Medium sichergestellt wird, wird eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden. Damit wird gewährleistet, daß das gewöhnlich korrosive Eigenschaften aufweisende Medium nicht mit der Außenwand in Kontakt kommt, wodurch eine Korrosionszersetzung dieser Außenwand vermieden wird.
Als erfindungsgemäß zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn eine kleine Öffnung in der Innenwand als Verbindung zwischen dem Sperrfluid und dem Medium dient. Damit kann sich bei Druckschwankungen des Mediums der Druck des Sperrfluids diesem in einem sehr kurzen
Zeitintervall angleichen, da durch die kleine Öffnung in der Innenwand das Sperrfluid auf dem kürzest möglichen Verbindungsweg ins Medium strömen kann.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Ausführungsform dient eine außerhalb der Außenwand verlaufende Leitung als Verbindung zwischen Sperrfluid und dem Medium. Dabei kann sich eine Öffnung in der Außenwand befinden, die über eine Rohrleitung mit einem dem Abführen des umgesetzten Mediums dienenden Rückströmrohr verbunden ist. Ebenso ist es möglich, eine direkte Verbindung zwischen einer Einströmleitung des Sperrfluids in den Reaktionsbe- hälter und dem Rückströmrohr des umgesetzten Mediums herzustellen. Bei einer solchen Lösung kann der Innenbehälter unversehrt bleiben.
Weiterhin kann in erfindungsgemäß zweckmäßiger Ausführungsform die Leitung eine Wärmeaustauschervorrichtung aufweisen, mittels welcher Wärmeenergie von dem Sperrfluid in der Leitung an das Medium vor dessen Zuführung in die Aufheizzone übertragbar ist. Dabei kann das heiße, durch die Außenwand abgeführte Sperrfluid vor dem Eintreten in das Rückströmrohr über einen Wärmeaustauscher gekühlt werden. Die in diesem Wärmeaustauscher abgeführte Wärme kann zur Vorheizung des einströmenden Schadstoffstroms beziehungsweise / und des Oxidationsmittelsstroms verwendet werden. Somit kann zum Aufheizen der eintretenden Stoffströme gegebenenfalls die aus dem Sperrfluid abgeführte Wärme genutzt werden, was zu einer Energieoptimierung des Gesamtsystems führt.
Weiterhin hat es sich als erfindungsgemäß zweckmäßig erwiesen, wenn die Wärmetauschereinrichtung aus einem in der Aufheizzone angeordneten Rohr, insbesondere einem gewundenen Rohr, besteht. Zudem ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die Wärmetauschereinrichtung einen Ringraum zwischen einem von dem zugeführten Medium durchström- ten Zylinder und der Innenwand des Reaktionsbehälters aufweist. In besonders vorteilhafter Ausführungsform weist die Wärmetauschereinrichtung einen an der Außenseite eines hohlzy- lindrischen Körpers ausgebildeten Strömungskanal auf, welcher von einer darauf angeordneten zylindrischen Ummantelung abgedeckt ist. Mittels dieser Ausführungsformen wird die Wärmeaustauscheffizienz zwischen umgesetztem und zugeführtem Medium optimiert, indem sichergestellt wird, daß die mit dem Medium in Kontakt stehende Oberfläche des Wärmetauschers möglichst groß ist.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die hinsichtlich aller erfindungswesentlichen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktionsbehälters für eine unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ablaufende chemische
Umsetzung eines fluiden Mediums,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktionsbehälters für eine unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ablaufende chemische
Umsetzung eines fluiden Mediums,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktionsbehälters für eine unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ablaufende chemische Umsetzung eines fluiden Mediums,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines eine Rohrwendelanordnung aufweisenden Wärmetauschers, Fig. 5 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines einen an der Außenseite eines hohlzylindrischen Körpers ausgebildeten Strömungskanal aufweisenden Wärmetauschers, und
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines einen Rückströmringraum aufweisenden Wärmetauschers.
Zunächst wird eine erste Ausführungsform eines Reaktionsbehälters zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, insbe- sondere zur Stoffumwandlung mittels Oxidation in überkritischem Wasser, anhand von Fig. 1 beschrieben. In einer konzentrischen Anordnung werden Druck und Temperatur durch einen äußeren Druckbehälter 1 aufgenommen. Der Behälterwerkstoff besteht aus einem handelsüblichen warmfesten Edelstahl. Der Einschluß der chemischen Umsetzungsreaktion erfolgt in einem korrosionsfesten und undurchlässigen Innenbehälter 3. Dieser Innenbehälter 3 ist aus metallischen Werkstoffen, wie z. B. Nickel-Basis-Legierungen (Inconel) oder Titan, gefertigt und gegenüber basischen Flüssigkeiten reaktionsbeständig. Der Spaltraum 4 zwischen der Wandung des Druckbehälters 1 und der des Innenbehälters 3 ist mit nichtkorrosivem Sperrfluid 2, wie etwa Wasser, durchströmt und stellt die Verbindung bezüglich Druck zwischen Innen- und Außenbehälter her, d. h. die Wandung des Innenbehälters 3 wird über das Sperr- fluid 2 gegen den in seinem Innenraum herrschenden Druck abgestützt.
Der Innenbehälter 3 kann eine kleine Einflußöffnung 5 aufwiesen. Diese Einflußöffnung 5 stellt eine Verbindung zwischen dem Spaltraum 4 und dem Reaktionsraum 7 im Inneren des Innenbehälters 3 her. Als erste Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann sich auch eine Öffnung im Druckbehälter 1 befinden, die über eine erste Rohrleitung 28 mit dem dem Abführen des umgesetzten Mediums 12 dienenden Rückströmrohr 8 verbunden ist. Die erste Rohrleitung 28 weist weiterhin einen Wärmeaustauscher 30 auf, mittels welchem dem in der Rohrleitung fließenden heißen Sperrfluid 2 Wärmeenergie entzogen wird. Diese Wärmeenergie kann dann zur Vorheizung des einströmenden Schadstoffstroms und / oder des Oxida- tionsmittelstroms vor deren Einführung in den Druckbehälter 1 genutzt werden. Als zweite Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann eine zweite Rohrleitung 29 eine Verbindung zwischen einer Einströmleitung des Sperrfluids 2 in den Druckbehälter 1 und dem Rückströmrohr 8 herstellen. Mit allen drei Varianten wird sichergestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 und dem Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nur sehr gering ist, wodurch die Druckbelastung des Innenbehälters 3 auf ein Minimalmaß reduziert wird. Das Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 steht allerdings unter leicht höherem Druck als das Medium in der Reaktionszone 7. Auf diese Weise wird ein ständiger Fluß des Sperrfluids 2 ins Medium sichergestellt und eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden. Damit wird gewährleistet, daß das gewöhnlich korrosive Eigenschaften aufweisende Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nicht mit dem Druckbehälter 1 in Kontakt kommt, wodurch eine Korrosionszersetzung des Druckbehälters 1 vermieden wird.
Das dem Reaktionsbehälter zugeführte Medium 11 besteht beispielsweise aus einem Schadstoff- und einem Oxidationsmittelstrom, welche jeweils vor deren Einleitung in den Reaktionsbehälter auf Systemdruck gepumpt und dann beispielsweise miteinander gemischt werden. Das zugeführte Medium 11 gelangt dann über eine Aufheizzone 6, bei deren Durch- laufen es mittels einer elektrischen Heizung 15 und durch Wärmetausch mit dem ausströmenden Medium auf Reaktionstemperatur gebracht wird, in eine Reaktionszone 7, in der die chemische Umsetzung, wie etwa eine Schadstoffzersetzung, stattfindet.
Das aus der chemischen Reaktion umgesetzte Medium 12 strömt nun über ein ring- förmiges, zentriert im konzentrischen Innenbehälter angeordnetes Rückströmrohr 8 wieder aus der Reaktionszone 7 heraus. Hierbei findet eine Strömungsumkehr des Mediums in der Weise statt, daß die Abströmrichtung 14 des umgesetzten Mediums 12 durch das Rückströmrohr 8 der Einströmrichtung 13 des zugeführten Mediums 11 entgegengesetzt ist.
An das Rückströmrohr 8 schließt sich entweder ein jeweils in der Aufheizzone 6 angeordneter Doppelwandwärmetauscher 10 oder ein Rohrwendelwärmetauscher 9 an. Der Doppelwandwärmetauscher 10 besteht aus einem aus wärmeleitendem Material gefertigten, im Querschnitt ringförmige Gestalt aufweisenden doppelwandigen Rohr, welches zentriert in der Aufheizzone 6 des konzentrischen Innenbehälters 3 angeordnet ist und die Aufheizzone 6 geradlinig in Richtung ihrer Symmetrieachse durchläuft, während beim Rohrwendelwärmetauscher 9 ein wärmeleitendes Rohr mit Einfachwandung vorliegt, welches eine spulenförmige Wicklung in Richtung der Symmetrieachse der Aufheizzone 6 zur Maximierung der Kontaktfläche mit dem Eingangsmedium aufweist, was die Wärmeaustauscheffizienz erhöht. Das umgesetzte Medium 12 verläßt den Innenbehälter 3, nachdem es die Reaktionszone 7 im Rückströmrohr 8 durchlaufen hat, je nach Ausführungsform durch einen der beiden Wärmetauscher. Dabei gibt es beim Durchlaufen des Wärmetauschers überschüssige Wärmeenergie an das in der Aufheizzone 6 enthaltene zugeführte Medium 11 ab, welches dadurch neben der Erwärmung durch die elektrische Heizung 15 eine zusätzliche Aufheizung erfährt.
Sowohl das Rückströmrohr 8 als auch der Wärmetauscher ist, wie der Innenbehälter 3, aus metallischen Werkstoffen, wie Nickel-Basis-Legierungen (Inconel) oder Titan, gefertigt. Damit sind diese Vorrichtungen gegenüber basischen Flüssigkeiten reaktionsbeständig. Ist also das zugeführte Medium 11 basisch und verschiebt sich der pH-Wert aber während der Reaktion bis höchstens in den neutralen Bereich, so wird keine der mit dem Medium in Kontakt stehenden Materialien chemisch angegriffen.
Für den Fall, daß das zugeführte Medium 11 basisch ist und sich der pH-Wert während der Reaktion in den sauren Bereich verschiebt, kann die gebildete Säure durch Injektion von Lauge 16 neutralisiert werden. Dazu ist eine Laugeninjektionsvorrichtung 17 vorgesehen, mittels welcher Lauge 16, wie etwa NaOH, in die Reaktionszone oder in die Aufheizzone eingespeist werden kann. Die Einspeisung erfolgt beispielsweise im Bereich einer Trenn- wandöffnung 19, welche sich im Zentrum einer zwischen Aufheizzone 6 und Reaktionszone 7 angeordneten Trennwand 18 befindet. Die mindestens eine Trennwandöffnung 19 stellt die einzige Verbindung zwischen der Aufheizzone 6 und der Reaktionszone 7 dar, so daß das gesamte von der Aufheizzone 6 in die Reaktionszone 7 fließende Medium durch diese Öffnung 19 gezwungen wird. Durch Einspeisung der Lauge ins Medium im Bereich der Trennwand- Öffnung wird so eine optimale Durchmischung der Lauge 16 mit dem zugeführten Medium 11 erreicht.
Eine zweite Ausführungsform eines Reaktionsbehälters zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, insbesondere zur Stoffum- Wandlung mittels Oxidation in überkritischem Wasser, wird anhand von Fig. 2 beschrieben. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für den Fall, daß das zugeführte Medium basisch ist und durch die chemische Umsetzung gebildete Säure nicht durch Injektion von Lauge entsprechend der ersten Ausführungsform neutralisiert werden kann.
In einer konzentrischen Anordnung werden Druck und Temperatur durch einen äußeren
Druckbehälter 1 aufgenommen. Der Behälterwerkstoff besteht aus einem handelsüblichen warmfesten Edelstahl. Der Einschluß der chemischen Umsetzungsreaktion erfolgt in einem undurchlässigen Innenbehälter 3. Der Spaltraum 4 zwischen der Wandung des Druckbehälters 1 und der des Innenbehälters 3 ist mit nichtkorrosivem Sperrfluid 2, wie etwa Wasser, durch- strömt und stellt die Verbindung bezüglich Druck zwischen Innen- und Außenbehälter her, d. h. die Wandung des Innenbehälters wird durch das Sperrfluid 2 gegen den im Innenraum herrschenden Druck abgestützt.
Der Innenbehälter 3 kann eine kleine Einflußöffnung 5 aufwiesen. Diese Einflußöffnung 5 stellt eine Verbindung zwischen dem Spaltraum 4 und dem Reaktionsraum 7 im Inneren des
Innenbehälters 3 her. Als erste Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann sich auch eine Öffnung im Druckbehälter 1 befinden, die über eine erste Rohrleitung 28 mit dem dem Abführen des umgesetzten Mediums 12 dienenden Rückströmrohr 8 verbunden ist. Die erste Rohrleitung 28 weist weiterhin einen Wärmeaustauscher 30 auf, mittels welchem dem in der Rohrleitung fließenden heißen Sperrfluid 2 Wärmeenergie entzogen wird. Diese Wärmeenergie kann dann zur Vorheizung des einströmenden Schadstoffstroms und / oder des Oxi- dationsmittelstroms vor deren Einführung in den Druckbehälter 1 genutzt werden. Als zweite Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann eine zweite Rohrleitung 29 eine Verbindung zwischen einer Einströmleitung des Sperrfluids 2 in den Druckbehälter 1 und dem Rückströmrohr 8 herstellen. Mit allen drei Varianten wird sichergestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 und dem Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nur sehr gering ist, wodurch die Druckbelastung des Innenbehälters 3 auf ein Minimalmaß reduziert wird. Das Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 steht allerdings unter leicht höherem Druck als das Medium in der Reaktionszone 7. Auf diese Weise wird ein ständiger Fluß des Sperrfluids 2 ins Medium sichergestellt und eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden. Damit wird gewährleistet, daß das gewöhnlich korrosive Eigenschaften aufweisende Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nicht mit dem Druckbehälter 1 in Kontakt kommt, wodurch eine Korrosionszersetzung des Druckbehälters 1 vermieden wird.
Das dem Reaktionsbehälter zugeführte Medium 11 besteht beispielsweise aus einem Schadstoff- und einem Oxidationsmittelstrom, welche Ströme jeweils vor deren Einleitung in den Reaktionsbehälter auf Systemdruck gepumpt und dann miteinander gemischt werden. Das zugeführte Medium 11 gelangt dann über eine Aufheizzone 6, bei deren Durchlaufen es mittels einer elektrischen Heizung 15 auf Reaktionstemperatur gebracht wird, in eine Reaktionszone 7, in der die chemische Umsetzung, wie etwa eine Schadstoffzersetzung, stattfindet. Der Innenbehälter 3 besitzt im Bereich der Aufheizzone 6 eine laugenbeständige Reaktions- wand 20, die etwa aus metallischen Werkstoffen (z. B. Inconel) gefertigt ist, um gegenüber der basischen Eigenschaft des zugeführten Mediums 11 reaktionsbeständig zu sein. Im Bereich der Reaktionszone jedoch weist der Innenbehälter 3 eine säurebeständige Reaktorwand 21 auf, die aus säurebeständigem Material, wie etwa Oxidkeramik (z. B. AI2Ö3), besteht. Damit ist die Reaktorwand im Bereich der Reaktionszone 7 gegenüber der Säureeigenschaft des aus der chemischen Reaktion umgesetzten Mediums 12 reaktionsbeständig.
Das umgesetzte Medium 12 strömt nun über ein geradliniges, im Innenbehälter angeordnetes Rückströmrohr 8 wieder aus der Reaktionszone 7 heraus. Hierbei findet eine Strömungsumkehr des Mediums in der Weise statt, daß die Abströmrichtung des umgesetzten Me- diums 12 durch das Rückströmrohr 8 der Einströmrichtung des zugeführten Mediums 11 entgegengesetzt ist. Das Rückströmrohr 8 ist wie die säurebeständige Reaktionswand 21 aus säurebeständigem Material, wie z. B. Oxidkeramik, gefertigt. An das Rückströmrohr 8 schließt sich dann ein Verbundwärmetauscher 22, der aus einem gewundenen Rohr besteht und die Aufheizzone 6 in Längsrichtung durchläuft, an. An seiner dem basischen zugeführten Medium 11 der Aufheizzone 6 ausgesetzten Außenwand ist der Verbundwärmetauscher 22 aus laugenbeständigem Material, wie etwa metallischen Werkstof- fen (z. B. Inconel), gefertigt. Da der Innenbereich des Rohres aber vom saure Eigenschaften aufweisenden umgesetzten Medium 12 durchspült wird, besteht die Innenwandung des Verbundwärmetauschers 22 aus säurebeständigem Material, wie etwa Oxidkeramik. Das umgesetzte Medium verläßt schließlich den Innenbehälter 3 durch den Verbundwärmetauscher 22, nachdem es die Reaktionszone im Rückströmrohr 8 durchlaufen hat. Dabei gibt es beim Durchlaufen des Wärmetauschers überschüssige Wärmeenergie an das in der Aufheizzone 6 enthaltene zugeführte Medium 11 ab, welches dadurch neben der Erwärmung durch die elektrische Heizung 15 eine zusätzliche Aufheizung erfährt.
Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform eines Reaktionsbehälters zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, insbesondere zur Stoffumwandlung mittels Oxidation in überkritischem Wasser, anhand von Fig. 3 beschrieben. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, wenn das zugeführte Medium neutral oder sauer ist und sich im umgesetzten Medium enthaltene Säure nicht neutralisieren läßt, weil z. B. die Injektion von Lauge zu Salzausfällungen führt.
In einer konzentrischen Anordnung werden Druck und Temperatur durch einen äußeren Druckbehälter 1 aufgenommen. Der Behälterwerkstoff besteht aus einem handelsüblichen warmfesten Edelstahl. Der Einschluß der chemischen Umsetzungsreaktion erfolgt in einem undurchlässigen Innenbehälter 3. Dieser Innenbehälter 3 ist aus säurebeständigem Werkstoff, wie z. B. Oxidkeramik AI2O3, gefertigt. Der Spaltraum 4 zwischen der Wandung des Druckbehälters 1 und der des Innenbehälters 3 ist mit nichtkorrosivem Sperrfluid 2, wie etwa Wasser, durchströmt und stellt die Verbindung bezüglich Druck zwischen Innen- und Außenbehälter her, d. h. die Wandung des Innenbehälters wird über das Sperrfluid 2 gegen den im Innenraum herrschenden Druck abgestützt.
Der Innenbehälter 3 kann eine kleine Einflußöffnung 5 aufwiesen. Diese Einflußöffnung 5 stellt eine Verbindung zwischen dem Spaltraum 4 und dem Reaktionsraum 7 im Inneren des Innenbehälters 3 her. Als erste Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann sich auch eine Öffnung im Druckbehälter 1 befinden, die über eine erste Rohrleitung 28 mit dem dem Abführen des umgesetzten Mediums 12 dienenden Rückströmrohr 8 verbunden ist. Die erste Rohrleitung 28 weist weiterhin einen Wärmeaustauscher 30 auf, mittels welchem dem in der Rohrleitung fließenden heißen Sperrfluid 2 Wärmeenergie entzogen wird. Diese Wärme- energie kann dann zur Vorheizung des einströmenden Schadstoffstroms und / oder des Oxida- tionsmittelstroms vor deren Einführung in den Druckbehälter 1 genutzt werden. Als zweite Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann eine zweite Rohrleitung 29 eine Verbindung zwischen einer Einströmleitung des Sperrfluids 2 in den Druckbehälter 1 und dem Rückströmrohr 8 herstellen. Mit allen drei Varianten wird sichergestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 und dem Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nur sehr gering ist, wodurch die Druckbelastung des Innenbehälters 3 auf ein Minimalmaß reduziert wird. Das Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 steht allerdings unter leicht höherem Druck als das Medium in der Reaktionszone 7. Auf diese Weise wird ein ständiger Fluß des Sperrfluids 2 ins Medium sichergestellt und eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden. Damit wird gewährleistet, daß das gewöhnlich korrosive Eigenschaften aufweisende Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nicht mit dem Druckbehälter 1 in Kontakt kommt, wodurch eine Korrosionszersetzung des Druckbehälters 1 vermieden wird.
Das dem Reaktionsbehälter zugeführte Medium 11 besteht beispielsweise aus einem
Schadstoff- und einem Oxidationsmittelstrom, welche jeweils vor deren Einleitung in den Reaktionsbehälter auf Systemdruck gepumpt und dann beispielsweise miteinander gemischt werden. Das zugeführte Medium 11 gelangt dann über eine Aufheizzone 6, bei deren Durchlaufen es mittels einer Vielzahl von elektrischen Heizungen 15, insbesondere Heizstäben, auf Reaktionstemperatur gebracht wird, in eine Reaktionszone 7, in der die chemische Umsetzung, wie etwa eine Schadstoffzersetzung, stattfindet. Die elektrischen Heizungen 15 sind beispielsweise in konzentrischer Kreisform um einen im Zentrum der Aufheizzone 6 befindlichen Verdränger 23 angeordnet. Der Verdränger 23 hat den Zweck, das zugeführte Medium 11 an den elektrischen Heizungen 15 entlangzuzwingen, was die Aufheizeffizienz erhöht.
Das aus der chemischen Reaktion umgesetzte Medium 12 strömt nun über eine Vielzahl von in ebenfalls konzentrischer Kreisform angeordneten Rückströmrohren 8 wieder aus der Reaktionszone 7 heraus. Dabei findet eine Strömungsumkehr des Mediums in der Weise statt, daß die Abströmrichtung des umgesetzten Mediums 12 durch die Rückströmrohre 8 der Einströmrichtung des zugeführten Mediums 11 entgegengesetzt ist. Die Rückströmrohre 8 sind komplett aus säurebeständigem Werkstoff, wie etwa Oxidkeramik, gefertigt.
Weiterhin erstrecken sich die Rückströmrohre 8 über die Reaktionszone 7 hinaus durch die Aufheizzone 6 hindurch und übernehmen dort die Funktion eines Wärmetauschers. Das umgesetzte Medium 12 verläßt nun den Innenbehälter 3, nachdem es die Reaktionszone 7 und die Aufheizzone 6 in den Rückströmrohren 8 durchlaufen hat. Dabei gibt es beim Durch- laufen der Aufheizzoπe 6 überschüssige Wärmeenergie an das dort enthaltene zugeführte Medium 11 ab, welches dadurch neben der Erwärmung durch die elektrischen Heizungen 15 eine zusätzliche Aufheizung erfährt.
Weiterhin kann der Wärmeaustausch in der Aufheizzone 6 in dieser Ausführungsform auch über eigens dafür konzipierte Wärmetauschvorrichtungen, wie in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt, geschehen. In diesem Fall mündet das Rückströmrohr 8 beim Übergang zwischen Reaktionszone 7 und Aufheizzone 6 in eine solche Wärmetauschvorrichtung. Diese kann, wie in Fig. 4 gezeigt, ein aus Oxidkeramik gefertigter Rohrwendelwärmetauscher 9 sein, welcher aus einem wärmeleitenden Rohr besteht, das eine spulenförmige Wicklung in Richtung der Symmetrieachse der Aufheizzone 6 zur Maximierung der Kontaktfläche mit dem Eingangsmedium aufweist. Darüber hinaus kann auch die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung als Wärmetauscher eingesetzt werden. Diese weist einen oxidkeramischen Hohlzylinder 24 auf. Im Herstellungsprozeß des Hohlzylinders 24 werden im noch weichen Materialzustand wendel- artige Kanäle in dessen Außenwand eingedreht. Nach Materialerhärtung wird dann ein dünnwandiges, ebenfalls oxidkeramisches Hohlrohr 26 auf den Hohlzylinder 24 aufgeschoben, so daß dieses schlüssig an der Außenfläche des Hohlzylinders 24 anliegt. Das umgesetzte Medium kann somit durch die spiralförmigen Kanäle an der Außenfläche des Innenzylinders 24 entlang abfließen und dabei überschüssige Wärmeenergie an das in der Aufheizzone 6 fließende zugeführte Medium 11 abgeben.
Fig. 6 zeigt dann noch eine weitere Umsetzung eines oxidkeramischen Wärmetauschers.
Hier wird das umgesetzte Medium 12 durch einen Ringspalt 27 zwischen einem die
Aufheizzone 6 und die Reaktionszone 7 enthaltenden Hohlzylinder 24 und dem Innenbehälter 3 abgeleitet. Dabei gibt das umgesetzte Medium 12 überschüssige Wärmeenergie an das in der im Hohlzylinder 24 im Bereich der Aufheizzone 6 fließende zugeführte Medium 11 ab.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, bei dem das fluide Medium durch eine Aufheizzone (6), in der das unter Druck zugeführte Medium (11 ) aufgeheizt wird, und eine daran anschließende
Reaktionszone (7), in der die chemische Umsetzung stattfindet, hindurchgeleitet wird und bei dem zwischen einer die Aufheizzone sowie die Reaktionszone begrenzenden, mindestens im Bereich der Reaktionszone reaktionsbeständigen Innenwand (3) und einer die Innenwand umgebenden Außenwand (1 ) ein der Druckabstutzung der Innenwand die- nendes Sperrfluid (2) hindurchgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das umgesetzte
Medium (12) durch die Aufheizzone hindurch unter Wärmeübergang auf das zugeführte Medium aus der Reaktionszone abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das umgesetzte Medium in der Flußrichtung (13) des zugeführten Mediums entgegengesetzter Strömungsrichtung (14) abgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die chemische Umsetzung im Medium entstehende Säure durch Einspeisen von Lauge (16) entspre- chender Menge in die Reaktionszone oder in die Aufheizzone neutralisiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Medium durch mindestens eine Öffnung (19) in einer zwischen Aufheizzone und Reaktionszone befindlichen Trennwand (18) in die Reaktionszone gelangt und die Lauge im Bereich der Öffnung in die Reaktionszone eingespeist wird.
5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrfluid unter einem gegenüber dem Druck des Mediums geringfügig erhöhten Druck zugeführt und ein dadurch bedingter Teilstrom des Sperrfluids in das Medium hinein abgeleitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom dem Medium durch eine kleine Öffnung (5) der Innenwand zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom dem Medium durch einen außerhalb der Außenwand verlaufenden Kreislauf (28,29) zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vom Sperrfluid im Kreislauf Wärmeenergie auf das Medium vor dessen Zuführung in die Aufheizzone übertragen wird.
9. Reaktionsbehälter für eine unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ablaufende chemische Umsetzung eines fluiden Mediums, mit einer eine Aufheizzone (6), in der das unter Druck zugeführte Medium (11 ) aufheizbar ist, und eine daran anschließende Reaktionszone (7), in der die chemische Umsetzung stattfindet, begrenzenden Innenwand (3), die mindestens im Bereich der Reaktionszone aus einem reaktionsbeständigen Werkstoff ausgebildet ist, einer die Innenwand unter Bildung eines dem Durchfluß eines Sperrfluids (2) dienenden Zwischenraums (4) umgebenden druckfesten Außenwand (1 ), von der die
Innenwand über das Sperrfluid gegen den in ihr herrschenden Druck abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufheizzone eine Wärmetauschereinrichtung (9, 10, 22) ausgebildet ist, durch die das umgesetzte Medium (12) unter Wärmeübergang auf das der Aufheizzone zugeführte Medium aus der Reaktionszone abführbar ist.
10. Reaktionsbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter im Bereich der Reaktionszone eine die Umlenkung der Strömungsrichtung (14) des umgesetzten Mediums vor Eintritt in die Wärmetauschereinrichtung in die der Flußrichtung (13) des zugeführten Mediums entgegengesetzte Richtung bewirkende Ausbildung aufweist.
11. Reaktionsbehälter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand im Bereich der Aufheizzone und die Wärmetauschereinrichtung im mit dem zugeführten Medium in Kontakt stehenden Bereich ein beim pH-Wert des zugeführten Mediums reaktionsbeständiges Material aufweist.
12. Reaktionsbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand im Bereich der Reaktionszone und die Wärmetauschereinrichtung im mit dem umgesetzten Medium in Kontakt stehenden Bereich ein beim pH-Wert des umgesetzten Mediums reaktionsbeständiges Material aufweist.
13. Reaktionsbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter eine Einspeisevorrichtung (17) aufweist, mittels welcher Lauge (16) in entsprechender Menge in die Reaktionszone zur Neutralisierung von bei der chemischen Umsetzung entstehender Säure zuführbar ist.
14. Reaktionsbehälter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter eine zwischen Aufheizzone und Reaktionszone befindliche Trennwand (18) mit mindestens einer Öffnung (19) aufweist, durch die sowohl das zugeführte Medium als auch die Lauge in die Reaktionszone einleitbar ist.
15. Reaktionsbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrfluid gegenüber dem Druck des Mediums geringfügig höheren Druck aufweist und zwischen dem Sperrfluid und dem Medium eine Verbindung besteht.
16. Reaktionsbehälter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine kleine Öffnung (5) in der Innenwand als Verbindung zwischen dem Sperrfluid und dem Medium dient.
17. Reaktionsbehälter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine außerhalb der Außenwand verlaufende Leitung (28, 29) als Verbindung zwischen dem Sperrfluid und dem Medium dient.
18. Reaktionsbehälter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung eine Wärmeaustauschervorrichtung (30) aufweist, mittels welcher Wärmeenergie von dem Sperrfluid in der Leitung an das Medium vor dessen Zuführung in die Aufheizzone über- tragbar ist.
19. Reaktionsbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschereinrichtung aus einem in der Aufheizzone angeordneten Rohr, insbesondere einem gewundenen Rohr (9), besteht.
20. Reaktionsbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschereinrichtung einen von dem umgesetzten Medium durchflossenen Ringraum (27) zwischen einem von dem zugeführten Medium durchströmten Zylinder (24) und der Innenwand des Reaktionsbehälters aufweist.
21. Reaktionsbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschereinrichtung einen an der Außenseite eines hohlzylindrischen Körpers ausgebildeten Strömungskanal (25) aufweist, welcher von einer darauf angeordneten zylindrischen Ummantelung (26) abgedeckt ist.
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