NO166844B - Fremgangsmaate ved oksydasjon av en oksyderbar charge i gassfase og reaktor for gjennomfoering av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for oksydasjon av en oksyderbar charge i gassfase med en blanding av gass som inneholder minst én oksyderende gass, og en reaktor for utførelse av denne fremgangsmåten.

Den gjelder mer spesielt en langsom og delvis oksydasjon av oksyderbare charger som for eksempel hydrokarboner, med henblikk på fremstilling av syntesegass omfattende i det vesentlige karbonmonooksyd og hydrogen, for syntese av eksempelvis metanol og høyere alkoholhomologer. Den kan også eksempelvis gjelder oksydasjon av utløp fra omdannelse av damp, benzen, eller for ammonoksydasjonsreaksjoner.

Selv om de oksyderende gassene særlig kan være oksygen, ozon eller halogener, anvendes i eksemplet bare reaksjoner med oksygen.

Det er kjent å utføre en delvis oksydasjon av metan, som angitt.eksempelvis i US patent 2.621.117.

Reaksjonen foregår i en flamme, hvor blandingen av gassen aldri er perfekt. Under disse betingelser oppnås raskt høye temperaturer i de soner som er rike på oksygen.

Den gass som er produsert ved høy temperatur, blandes så i en sone som er rik på en charge som skal oksyderes og fremmer cracking av molekylene med dannelse av karbon som eksempelvis er tilbøyelig til å forurense katalysatorene i resten av fremgangsmåten og således minske utbyttet ved reaksjonen.

Når det gjelder metan, observeres en produksjon av karbon og syntesegassen må senere renses før dens anvende]se, for eksempel for syntese av metanol utgående fra karbonoksyd og hydrogen.

Foruten dannelse av kjønnrøk kan det oppstå en for stor overoppheting i sonen der kontakten mellom reaksjonsgassene gjennomføres og i en lang rekke tilfeller, kan disse uønskede effektene tilbakeføres til blandingsanordningen for reaksjonsgassene ved innløpet til reaktoren, idet blandingen av gass gjennomføres med en .hastighet som er for langsom i forhold til reaksjonshastigheten i gassfase.

Dette er tilfelle når oksygenet innføres gjennom en eneste kanal som forøvrig burde ha et tilstrekkelig tverrsnitt til å slippe inn hele mengden og, skjønt gassen injiseres med stor hastighet gjennom dette tverrsnittet, er dispersjonshastigheten for oksygenmolekylene, langsom, sammenlignet med reaksjonshastigheten. Dessuten! er strålen av oksygen i det området hvor den forlater denne åpningen, generelt i området for den gassen som skal oksyderes og som sirkulerer med lav hastighet i reaktoren, hvilket ikke er fordelaktig for en rask dispergering av oksygenmolekylene.

EPO patent 1.946 beskriver en reaktor hvor oksygenet, under forutsetning av en stor mengde, injiseres i prosessgassen ved hjelp av en rekke, parallelle kanaler, idet hver av disse kanalene avsluttes med en utløpsåpning av hvilke minst én har meget redusert størrelse, som for eksempel en spalte hvis bredde fortrinnsvis er mindre enn 8 mm.

For å øke dispergeringshastigheten for oksygenet i prosessgassen gis denne derfor en kraftig spiralformet bevegelse omkring disse kanalene, oppnådd ved en tangensiell injeksjon av denne gassen mot innerveggene i apparatet.

US patenter 4.381.187 og 3.741.533 illustrerer dessuten teknikkens stand på området.

Forøvrig er det velkjent, særlig fra boken til G. de Soete og A. Feugier: "Aspects physiques et chimique de la combustion" Editions Technip, sider 87 til 93, å anvende denne veggeffekten for å minske reaksjonshastigheten og unngå forplantning av flammen.

I foreliggende tilfelle impliserer nærværet av rent oksygen og høy temperatur en høy varmestrøm som nødvendiggjør anordninger for å stanse flammen.slik at reaksjonen kan foregå uten eksplosjon, skjønt man er innenfor eksplosjonsgrensene (særlig når det gjelder delvis oksydasjon av metan).

De formål som foreslås oppnådd og som gir svar på de problemer som er understreket i tidligere kjent teknikk er i det vesentlige følgende: - en fordeling av oksygen og av charge som er egnet til å oppnå en kvasihomogen blanding/, under full' kontroll» mellom oksygenet og deni charge som skal oksyderes. Denne fordeling bør være spesielt egnet for rask. dispergering av oksygenmolekylene. - en "stans eller oppbremsing av flammen", hvorved eksplosj.ani unngås og det likevel gjøres mulig å arbeide ved temperaturer som kan nå over 1000°C, med tanke på å beskytte reaktoren og blandeanordningen mot for stor varme som avgis under den delvise oksydasjonen.

Foreliggende oppfinnelse foreslår en ny fremgangsmåte hvorved ulempene ved den tidligere kjente teknikken unngås. Den gjelder mer spesielt en fremgangsmåte for oksydasjon av en oksyderbar charge i gassfase med en gassblanding inneholdende minst én oksyderende gass, ifølge hvilken følgende trinn utføres i rekkefølge: a) den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen sirkuleres samtidig i en fordelingssone av keramisk materiale, omfattende minst én rad kanaler av en første type, slik at én av de to gassene som utgjør henholdsvis den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen, sirkulerer adskilt i det indre av den nevnte raden, mens den andre av de to gassene sirkulerer adskilt utenfor denne raden, idet den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen i det minste i en del av den nevnte sonen gjennomstrømmer et antall rom som representerer passasjer og som har en dimensjon i det minste i én retning som er høyst lik 10 mm, svarende til lengden av den reduserende del av flammen som dannes ved oksydasjon av den nevnte chargen med den oksyderende gassen,

b) deretter blandes den oksyderbare gassen og den oksyderende gassen som på denne måten er fordelt i en blandesone av

keramisk materiale som danner et antall rom som representerer passasjer som har i det minste i én retning en dimensjon som er sammenlignbar med dimensjonen til passasjene i trinn a) og

c) blandingen av produktene fra trinn b) omsettes i en reaksjonssone av keramisk materiale, omfattende et antall rom

som representerer passasjer og som i det minste i én retning har en dimensjon som er sammenlignbar med dimensjonen til de passasjene som er definert i trinnene a) og

b), idet avstanden mellom fordelingssonen og blandesonen for det første og mellom blandesonen og reaksjonssonen for det andre, er minst lik lengden av den reduserende del av flammen.

Kanalene i den nevnte raden kan være tett ved siden av hverandre. Yttersiden av den nevnte raden kan ifølge en utfør-elsesform omfatte en første keramisk kledning som kan omfatte enten minst én rad av kanaler av en andre type, eller partikkelformige elementer.

Ifølge disse to utførelsesformene sirkulerer en av de to gassene (f.eks. den oksyderbare chargen) gjennom kanalene av den første typen, mens den andre gassen (f.eks. den oksyderende gassen) sirkulerer gjennom kledningen.

Overflatene vis-a-vis blandesonen og fordelingssonen, for det første, og overflaten vis-a-vis blandesonen og reaksjonssonen, for det andre, er fordelaktig dimensjonert slik at overflaten til blandesonen minst er lik overflaten til fordelingssonen og høyst lik overflaten til reaksjonssonen.

Dimensjonen for de nevnte passasjene som fordelaktig tilsvarer oppbremsingslengden for flammen, er høyst lik 5 mm og foretrukket mellom ca. 0,1 til 2 mm.

Fordelingssonen, blandesonen og reaksjonssonen er fordelaktig av ildfast keramisk materiale, som kan velges fra gruppen bestående av mullit, kordieritt, silisiumnitrider som for eksempel Si3N4, jordalkalioksyder, overføringsmetalloksyder og silisiumkarbid.

Foreliggende fremgangsmåte fører til forbedrede utbytter, eksempelvis av syntesegass, i forhold til kjente fremgangsmåter.

Oppfinnelsen gjelder også en reaktor for oksydasjon av en oksyderbar charge i gassfase med en gassblanding som inneholder minst én oksyderende gass. Reaktoren omfatter midler for tilførsel av oksyderende gass, midler for tilførsel av oksyderbar charge og midler for uttømming av reaksjonsproduktene.

Den er dessuten særpreget ved å omfatte i kombinasjon på i det minste en del av sitt tverrsnitt, fordelingsorganer av keramisk materiale bestående av i det minste én rad av i det minste én kanal av en første type forbundet med tilførselsmidler for én av de to gassene (oksyderbar charge eller oksyderende gass) og i hvis indre den nevnte gassen sirkulerer, idet de nevnte fordelingsmidler omfatter en første fylling forbundet med tilførselsmidler for den andre av de to gassene utenfor den nevnte kanalen, det indre av den nevnte kanalen er dessuten fylt med en andre fylling, idet de nevnte fyllinger er tilpasset slik at de definerer i det minste i en del av fordelingsmidlene et antall rom som har passasjer som i det minste langs én retning, har en dimensjon som er høyst lik 10 mm, det nevnte området og den nevnte første fylling er særlig tilpasset til å fordele oppdelte strømmer av den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen i et blandeorgan av keramisk materiale gjennom deres ende som er nærmest det nevnte blandeorganet, idet blandeorganet er tilpasset til å blande den nevnte chargen og den nevnte oksyderende gassen og å definere langs hele blandeorganet et antall rom som representerer passasjer som ifølge minst én retning, har en dimensjon som er høyst lik 10 mm, idet det nevnte blandeorganet befinner seg på en avstand som er høyst lik 10 mm for det første fra ende av den nevnte raden av kanaler og den nevnte første fylling og for det andre fra et reaksj.onsorgan av keramisk materiale, omfattende den nevnte andre fylling av keramisk materiale som er tilpasset til å avgrense i det minste i en del av reaksjonsorganet et antall rom som representerer passasjer som langs i det minste én retning, har en dimensjon som er høyst 10 mm, takket være hvilke reaksjonsproduktene kanaliseres mot de nevnte uttømmings-midler.

Med uttrykket "i minst én del" av fordelings- eller reak-sjonsmidlene, menes i det minste i umiddelbar nærhet av blandeorganet, ved siden av fordelingsmidlene og ved siden av reak-sj onsmidlene.

Ifølge en første utførelsesform omfatter blandeorganet mange sjikt med masker som er betydelig forskjøvet i forhold til hverandre og fylt med den nevnte andre fylling av keramisk materiale.

Ifølge en andre utførelsesform omfatter blandeorganet mange plater, fortrinnsvis i det vesentlige loddrette, som hver av dem omfatter en rekke utspring og kanaliseringer som heller mot hver plate, idet platene er anbragt slik at utspringene og kanaliseringene krysser hverandre.

For å lette forståelsen beskrives i utførelseseksemplet i beskrivelsen en reaktor hvor fordelingsmidlene fordelaktig omfatter en monolitt med flere kanaler tett ved hverandre omfattende minst én rad av minst én kanal av den første typen som er forbundet med tilførselsmidlene for den oksyderbare chargen, idet denne raden alternerer med en rad av minst én kanal av den andre typen som er forbundet med tilførselsmidlene for oksyderende gass, idet hver kanal er fylt med en fylling som er tilpasset til å avgrense de nevnte mange rom.

Fortrinnsvis er den første raden og den siste raden reservert for den oksyderbare chargen.

Dimensjonene ovenfor og avstanden fra blandeorganet til utløpsenden for fordelingsmidlene og avstanden fra blandeorganet til innløpet for reaksjonsorganet eller reaksjonssonen fordelaktig er høyst lik 5 mm og foretrukket ligger mellom 0.1 og 2 mm.

Ifølge en utførelsesform defineres rommene av fyllinger av keramikk som kan omfatte minst én monolitt bestående av mange tett inntil hverandre liggende kanaler, som fordelaktig ligger i det vesentlige parallelt med hverandre, idet hver av kanalene har et tverrsnitt mellom 0,0025 oglOO mm<2>.

Foretrukket har kanalene i fordelingsmonolitten eller de i reaksjonssonemonolitten et tverrsnitt som ligger mellom. 0,01 og 25 mm<2>. Dette tverrsnittet kan ha en hvilken som helst form, men er fortrinnsvis polygonal og mest foretrukket kvadratisk eller rektangulær.

Når blandeorganet omfatter mange sjikt med masker som er forskjøvet i forhold til hverandre, har kanalene i monolitten som er anbragt i maskene i blandeorganet et tverrsnitt som fortrinnsvis er mellom 0,01 og 25 mm<2.> Likedan er tverrsnittet i kanaliseringene i blandeorganet, når platene er anbragt i det vesentlige i gassens strømningsretning, målt når de platene som ligger tett inntil hverandre er forenlige med oppbremsingslengden for flammen og følgelig ligger mellom 0,0025 og 100 mm<2> og fortrinnsvis mellom 0,01 og 25 mm<2>.

Dette tverrsnittet i kanalene kan ha en hvilken som helst form, eksempelvis polygonal og er fortrinnsvis kvadratisk eller rektangulær.

Kanalene har generelt en varierende helling og hellings-graden kan variere noen grader i forhold til vertikalen til noen grader i forhold til horisontalen. Fortrinnsvis ligger den mellom 30 og 50 grader.

Platene har generelt en liten tykkelse for å forbedre blandingen. De ligger generelt tett ved hverandre, men de kan eventuelt ha en avstand som opp til nivået for det indre av de kryssede kanalene, og forblir forenlig med oppbremsingslengden.

Rommene kan også defineres, ifølge en annen utførelsesform av fyllinger omfattende partikkelformige elementer som for eksempel kuler og staver av keramikk.

I en spesielt fordelaktig utførelsesform, er monolittene ikke tomme, men minst én av dem kan omfatte minst en fylling med elementer som f.eks. kuler og staver av keramikk, med dimensjoner som er i det vesentlige mindre enn dimensjonene til en enkelt kanal, idet disse materialene holdes på nivå med forskjellige soner av gittere av keramisk materiale.

Generelt sirkulerer chargen og den oksyderende gassen gjennom fyllingene og/eller fyllingen i retning av blandesonen.

De tre sonene som utgjør reaktoren ifølge oppfinnelsen og særlig fordelingssonen med minst én rad av minst én kanal, kan være fylt med partikkelformige elementer beskrevet ovenfor, men det kan tenkes bare å fylle en av de tre sonene, helt eller delvis, dersom dimensjonen av hver enkelt kanal i en bestemt sone forøvrig er forenlig med oppbremsingslengden for flammen.

Eksempelvis kan bare monolitten i reaksjonssonen fylles med kuler eller også den sistnevnte og monolitten i fordelingssonen.

Disse partiklers dimensjon ligger generelt mellom 0,01 og 10 mm.

Fyllingene kan likeledes, ifølge enda en annen utførelses-form, være bare en katalysator eller kombinert med den ovennevnte fylling. Katalysatoren kan f.eks. være kobberklorid eller kaliumklorid avsatt på aluminiumoksyd, vanadiumoksyd avsatt på aluminiumoksyd eller med tilsetning av kaliumsulfat avsatt på silisiumdioksyd, cerium eller lantan avsatt på silisiumdioksyd, bismut-fosfomolybdat eller kobolt-molybdat avsatt på silisiumdioksyd, metalloksyder (eksempelvis Ag og Cu) og porøst silisiumkarbid dekket med sølv.

De ovenfor nevnte fyllinger og fyllingen gjør det mulig å minske lengden av flammens reduserende del til en verdi som er vanskelig å oppnå ved hjelp av kjent teknologi, uten å risikere dårlig virkning og følgelig, å gjennomføre oksydasjonsreaksjonene i nærvær av rent oksygen.

I fordelingssonen gjennomstrømmes radene av kanaler av den første typen eksempelvis av størrelsesorden n-2, n, n+1, n+3, n+5 av den oksyderende gassen, idet n er et hvilket som helst helt tall.

Det kan også anbringes rader av kanaler ....n-2, n-1, n+2, n+3, n+6, n+7... for chargen og rader ...n, n+1, n+4, n+5, n+8, n+9 for den oksyderende gassen.

Lite betyr det fluidum som velges for den første raden, det er generelt interessant å ta hensyn til skifting og fortrinnsvis, at en rad av kanaler reservert for oksyderende gass ligger mellom de rader som er reservert for chargen når det eksempelvis gjelder en monolitt i fordelingssonen. Dette gir den fordel at all

oksyderende gass forbrukes.

Fordelingssonen med flere kanaler gir den fordel at. den oksyderbare chargen.og den oksyderende gassen strømmer i form av jevne plugger og unngår retur av flammen forutsatt at oksyda-sjonsreaksj onen injiseres ved sammenblanding av fluidene som innføres varme i reaktoren.

Blandeorganet er fordelaktig anbragt i et plan som er i det vesentlige loddrett på gass-strømmen, men den kan være orientert annerledes.

Et høyt tall N av blandesjikt forårsaket eksempelvis av nærvær av N skiver med liten tykkelse, av masker som er forskjøvet eller desentrert, med hvilket som helst polygonalt tverrsnitt, men fordelaktig kvadratisk eller rektangulært,

deler strømmen. Blandesonen gjør det derfor mulig å oppnå en kvasihomogen mikro-blanding under perfekt kontroll der oksygenet eksempelvis dispergeres raskt, og en oksydasjonsreaksjon hvor flammens forplantning stanses, hvorved det unngås risiko for eksplosjon.

Endelig tillater den egentlige reaksjonssonen at oksyda-sjonsreaksj onen foregår under kontroll av det varmenivå som oppnås og at reaksjonsproduktene uttømmes.

På grunn av det lille tverrsnittet av kanalene og maskene

i de forskjellige sjiktene der kanaliseringene av blandeorganet og likeledes på grunn av avstanden mellom de forskjellige midlene som er kombinert i reaktoren, oppnås endelig en ny fremgangsmåte og reaktor for oksydasjon hvor det ikke foregår noen tilbake-blanding, eller eksplosjoner (eller retur av flamme).

Da hele anordningen er av ildfast materiale (keramikk), er

bruken av den nøytral vis-a-vis chargen, den oksyderende gassen og reaksjonsproduktene. Den kan funksjonere ved veggtemperaturer som når 1.200 til 1.500°C.

Kanalene i monolitten har et enhetstverrsnitt som ligger

mellom 0,0025 og 100 mm<2> og er fortrinnsvis i det vesentlige like. De kan på fordelaktig måte oppta hele reaktorens overflate og har for eksempel en sylindrisk form når reaktoren er rørformet, men monlittene kan også ha et kvadratisk, rektangulært eller et hvilket som helst annet tverrsnitt.

Lengden på hver enkelt kanal kan eksempelvis være fra 10 til

3000 mm.

Antallet sjikt av skiver som oppdeler gass-strømmen av den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen, kan eksempelvis ligge mellom 6 og 50 og fortrinnsvis mellom 20 og 40. Tykkelsen på hver enhet varierer fra 1 til 10 mm og er fortrinnsvis lik 5 mm.

Det oppnås spesielt interessante resultater uten eksempelvis avsetning av koks og med et maksimalt utbytte når de overflater som ligger like overfor blandesonen og fordelingssonen og overflatene like overfor blandesonen og reaksjonssonen er i det vesentlige like.

Ankomsten av den oksyderbare chargen i radene av den første

type av kanaler som skal fordele den i fordelingssonen foregår i det vesentlige loddrett på aksen til disse radene, på et midlere punkt som befinner seg på en avstand fra blandesonen som ligger mellom 40 og 95% av fordelingssonens totale lengde.

I motsetning til dette kan inntaket av oksyderende gass i

radene av den andre typen av kanaler (første fylling) som skal

fordele den i fordelingssonen, gjennomføres langs aksen til disse kanalene.

Det er forøvrig mulig å snu inntakene av de gassformige fluidene, f.eks. kan den oksyderbare chargen innføres langs kanalaksen, mens den oksyderende gassen kan føres inn i det vesentlige loddrett som i det tilfelle som er beskrevet ovenfor.

En av de følgende formene på kanaltverrsnittet kan velges: kvadratisk, rektangulært, sylindrisk, eleptisk, sirkelformig eller triangulært.

Den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen sirkulerer i det vesentlige i samme retning mot blandesonen, f.eks. nedenfra og oppover eller ovenfra og nedover når reaktoren er formet som et rør som står loddrett.

Den oksyderbare chargen som kan anvendes ifølge oppfinnelsen omfatter eksempelvis mettede, alifatiske hydrokarboner, som f.eks. metan og utløpene fra omdannelsesfremgangsmåten i dampform, ortoxylen, naftalen, benzen, metanol, blandingen metan-toluen og blandingen etylen-saltsyre.

Oppfinnelsen vil forstås bedre ved hjelp av beskrivelsen av noen utførelsesformer, som bare skal illustrere og ikke begrense, slik det kan gjøres nedenfor ved hjelp av de medfølgende figurer: figur 1 representerer skjematisk en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved hjelp av et

lengdesnitt,

figurene 2A og 2B illustrerer forskjellige utførelsesformer av fordelingssonen for den oksyderbare chargen og den

oksyderende gassen,

figurene 3A, 3B, 3C og 3D viser skiver av blandeorganet

ifølge tre forskjellige utførelsesformer sett ovenfra, figur 4 illustrerer et blandeorgan av plater,

figur 5 representerer skjematisk en annen monolitt fra

reaksjonssonen og

figurene 6 og 7 viser to andre utførelsesformer ifølge oppfinnelsen.

På figur 1 vises ifølge en utførelsesform en loddrett, sylindrisk oksydasjonsreaktor 1 med avlang form omfattende en fylling bestående av en første monolitt 2 med sylindrisk form, men hvis nytte-tverrsnitt eksempelvis er kvadratisk, i hvilken det er anordnet kanaler 7 av silisiumkarbid, som er i det vesentlige parallelle med hverandre og med reaktoraksen og en blander 3, eksempelvis av mullit bestående av en rekke skiver 8a, 8b, 8c... med sylindrisk form, liten tykkelse og forskjøvne masker 9.

Under denne blanderen er det vist en andre monolitt 4, med sylindrisk form, men med et nytte-tverrsnitt som er lik det i monolitt 2, som respresenterer reaksjonssonen (fig.5) av mullit og omfattende en rekke nær hverandre liggende kanaler 10, som er i det vesentlige parallelle med hverandre og med reaktoraksen. Det enkelte tverrsnittet i hver kanal 10, som i hver kanal 7, eksempelvis med kvadratisk form, er ca. 1 mm<2> og deres lengde er eksempelvis omkring 50 cm.

Kanalene 10 skal for det første kanalisere reaksjonsproduktene til en uttømmingsledning 13 og for det andre på grunn av deres lille bredde og av vegg-effekten, og "oppbremse flammen", hvilket muliggjør at reaksjonen kan foregå uten eksplosjon.

I dette utførelseseksempel kommer den oksyderbare chargen som på forhånd er oppvarmet til omkring 400°C, inn gjennom en ledning 5 og mates ovenfra og nedover i mange rader 11 av en første type av kanaler 7a (fig. 2A).

Chargen fordeles på denne måten i form av jevne strømmer som er i det vesentlige parallelle med hverandre og med aksen til reaktoren 1.

Den oksyderende gassen som eksempelvis er forhåndsoppvarmet til 150°C fordeles likeledes i form av jevne strømmer som er i det vesentlige parallelle med hverandre og med aksen til reaktoren 1 og sirkulerer ovenfra og nedover i radene 12 til kanalene 7b av den andre typen som er anbragt alternerende med radene 11 i kanalene 7a.

Den øvre enden av kanalene 7b er tettet med en pasta av keramisk materiale. Matingen av gass fra disse radene 12 gjennom-føres eksempelvis ved å følge en retning som er i det vesentlige loddrett på aksen til disse kanalene 7b, takket være en tilfør-selsledning 6, og et midlere punkt på i det minste en generatrise av reaktoren som befinner seg i en avstand fra blandesonen 3 som ligger mellom 40 og 95% av totallengden til den første monolitten 2.

For å nå radene 12 (fig. 2A) er det klippet i monolitten 2 på to motsatte sider, i aksen for tilførselsledningen 6 for oksyderende gass (ikke vist på figuren), for å komme loddrett på radene 12 før gassen fordeles.

Veggene som på. denne måten er gjort synlig, er gjennomhullet av spalter, slik at kanalene 7b frigjøres og hele dybden av hver rad 12 for å tillate passasje av oksyderende gass.

Ved hjelp av en keramisk pasta lukkes de unødvendige kanalene på nivå med utskjæringen, som hverken tjener for passasje av oksyderende gass eller for oksyderbar charge.

Dersom den første monolitten 2 ikke har kvadratisk tverrsnitt, tettes kanalene igjen eksempelvis ved hjelp av en keramisk pasta rundt kantene ved reaktorens yttervegg, men i motsetning, dersom de ifølge en annen utførelsesform opptar hele overflaten av reaktoren som det vises i fig. 2B, er det mulig bare å hule ut veggen i reaktoren på nivå for de rader 12 som er bestemt for fordeling av den oksyderende gassen, og forbinde disse sistnevnte med ledningen 6 for inntak av gass.

Bredden på den spalten som fremstilles på denne måten, er høyst lik med bredden på hver rad 12. Bredden av hver rad kan tilsvare bredden på én, to eller tre kanaler avhengig av dimensjonen på maskene i blanderen.

Strømmene av oksyderende gass og oksyderbar charge viser seg alternerende og bringes i kontakt i blanderen 3.

Oksydasjonsreaksjonen initieres på dette stadium, så mye mer som fluidene er forhåndsoppvarmet. For å unngå enhver medrivning av reaksjonen, og som følge av dette enhver eksplosjon, er tverrsnittet i hver enkelt kanal ikke hvilken som helst, men lik en verdi som ligger mellom 0,0025 og 100 mm<2> og tilsvarer lengden av den reduserende del av flammen.

Likedan bør tverrsnittet for hver maske eller kanal i monolitten 9 på nivå med hver skive 2 i blanderen 3 være slik at det tilsvarer en dimensjon som høyst er lik lengden av den reduserende del av flammen. Endelig er avstanden mellom den første monolitten og blanderen høyst lik 10 mm, en avstand som også gjenfinnes av samme grunner mellom blanderen 3 og den andre monolitten 4.

Fordelaktig er overflatene vis-a-vis blandesonen og fordelingssonen for det første og overflatene vis-a-vis blandesonen og reaksjonssonen for det andre i det vesentlige like.

Disse overflatene bestemmes av et plan som er loddrett på strømningsretningen eller på kanalene.

De er foretrukket i det vesentlige lik tverrsnittet for reaktoren i et radialplan, slik at enhver overflate i reaktoren anvendes med full kapasitet (fig. 2B).

Figurene 3A, 3B, 3C og 3D representerer forskjellige utførelsesformer av blanderen 3. Denne omfatter faktisk en rekke sylindriske skiver 8a, 8b, 8c med diameter som fortrinnsvis er lik diameteren til reaktoren, og en tykkelse som ligger mellom 1 og 10 mm. Hver skive 8 er utstyrt med et nett av kanaler (monolitt) med individuelt tverrsnitt som ligger mellom 0,0025 og 100 mm<2> og som tilsvarer overflaten til et kvadrat hvor i det minste én av dimensjonene er lik lengden av den reduserende del av flammen.

Nettet i hver skive er forskjøvet i retningene x og y i planet, fortrinnsvis med a dersom a er siden i et kvadrat.

2

Skivene er stablet opp og holdes eksempelvis på plass av en barett som ikke er vist på figuren, og som er plassert i et skår 14 som er laget for dette formål. Det ender således i en vandring av fluidstrømmer vist i figur 3D, som muliggjør en homogen blanding hvor risikoen for forplantning og eksplosjon ved oksydasjonsreaksjonen helt unngås.

Ifølge én annen fremgangsmåteform som er representert ved figur 3B, kan skivene 8a, 8b eksempelvis med kvadratisk tverrsnitt når monolitten 2 har et kvadratisk tverrsnitt, være anbragt alternerende slik at en av skivene har maskene eller kanalene orientert etter diagonalen til den andre o.s.v.

Stablingen av skivene kan eksempelvis fordelaktig gjennom-føres med en veksling på 45° med størrelse på maskene a for en skive og en størrelse på masken b = a\/ 2 for den andre anbragt i

2

45°.

Kanalene ifølge figur 3C kan også være runde og kanalene i en skive kan eksempelvis være forskjøvet ifølge en eneste planakse eller ifølge de to aksene (fig.3C).

Figur 4 viser et annet eksempel på utførelse av blandeorganet. Det omfatter et antall plater 21 som er anbragt generelt ifølge gassstrømmen og fordelaktig loddrett og parallelt på aksen til kanalene 7a.

Hver plate, hvis dimensjoner eksempelvis er 200 x 50 x 3 mm, er hulet ut fra begge kanter av kanaliseringene 23 i omtrent 1 mm bredde og 1 mm dybde.

Fremspringene 22 som er bestemt på denne måten, har i det vesentlige samme dimensjoner. Kanaliseringene 23 har en helling på omtrent 4 5° i forhold til reaktorens akse eller til fluid-strømmen på en av deres faser og i det vesentlige med samme vinkel, men i en retning motsatt på den andre siden. De kan være tett ved siden av hverandre, slik at de sider som er i kontakt med to nærliggende plater, oppviser kryssede kanaliseringer, hvilket favoriserer effektiv blanding av fluidene.

I det eksempel som er vist på figur 4, er det imidlertid fjernet to plater for bedre å illustrere kryssingen av kanaliseringene 23. Ved utløpet av blanderen fortsetter oksydasjonsreak-sj onen av gassblandingen i reaksjonssonen som representeres av den andre monolitten 4 beskrevet ovenfor og som er i en avstand på høyst 10 mm fra blanderen 3 for å unngå enhver risiko for forplantning av reaksjonen.

Den beskrevne sammenstillingen av midlene eller organene 2, 3, 4 holdes i en muffe 15, eksempelvis av mullit, og er innført i en rørring 16 av stål dekket med ildfast betong 18 ifølge en kjent teknikk. Forbindelsene 17 av ildfaste fibre er anbragt på begge sider av uthulningen og gjør det mulig å isolere den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen.

Oppnåelsen av tetthet i de trange forbindelsene mellom monolitten og metallringen dekket med ildfast betong er en interessant teknikk fordi det derved unngås forbindelser mellom keramiske og metalliske ledere som på grunn av varmespenninger under oppvarmingen eller avkjølingen forårsaker brudd i det keramiske materialet.

Denne teknikken gjør det likeledes mulig å forbinde flere monolitter uten å måtte bruke et lim mellom monolittene eller en keramisk-keramisk forbindelse med flenser hvorved det oppnås tetthet ved fastskruing av flensene.

Når det gjelder oksydasjonsreaksjoner under trykk og støkiometrier som nødvendiggjør meget små oppbremsingslengder for flammen, noe som er vanskelig gjennomførbart på det teknologiske planet, er det mulig ifølge en annen fremgangsmåte som er vist i figur 6, å fylle reaktoren 1 minst delvis, eksempelvis blandesonen og spesielt reaksjonssonen 4, med keramiske kuler 19 eller med hvilke som helst andre former av fyll-legemer omfattende eksempelvis keramikkstaver, med dimensjoner som velges som funksjon av lengden til flammens reduserende del, og som tilbakeholdes av et gitter 20 eller en katalysator.

Ifølge en annen utførelsesmåte av fordelingssonen illustrert i figur 7, kan reaktoren omfatte minst én rad 11 bestående av minst én kanal 7a og forbundet med tilførselsmidlene 5 og rundt hele raden 11 en fylling 12a forbundet med tilførselsmidlene 6 og omfattende partikkelformige elementer med størrelse mellom 0,01 og 10 mm som gir rom hvis passasjer har en dimensjon høyst lik 10 mm .

Et gitter 20 tilbakeholder de partikkelformige elementene

i reaktoren. Radene 11 av kanaler er fylt med partikkelformige elementer 25 dersom kanalenes dimensjoner ikke er forenlige med lengden av den reduserende del av flammen.

Forbindelsene 17 av ildfaste fibre som er anbragt mellom hver rad 11 gjør det mulig å isolere den oksyderbare chargen fra den oksyderende gassen og kan lett fjernes for fylling eller tømming av fyll-legemene.

Takket være disse disposisjonene og de materialer som anvendes, er det oppnådd å gjennomføre oksydasjonsreaksjoner ved meget høye temperaturer av eksempelvis størrelsesorden 1.300°C, uten uheldig avsetning av karbon og med oppholdstider i reaktoren som ikke overstiger eksempelvis 1.000 ms, samtidig som reaktoren beskyttes mot den varmen som avgis under reaksjonen.

Det eksempel som følger skal illustrer oppfinnelsen:

EKSEMPEL:

Det lages en loddrett reaktor 1 med rørform omfattende:

en første monolitt 2 av silisiumkarbid med 170 mm lengde,

rundt tverrsnitt (diameter =40 mm) og hvis tverrsnitt for hver kanal er 0,64 mm<2> (tykkelsen for en skillevegg er 0,1 mm).

På en av monolittens sider som representerer den øvre delen tettes en del av kanalene ved hjelp av en keramisk pasta for å oppnå et kvadrat med en side på 26 mm. I dette kvadratet tettes alternativt to kanalrader av fire.

Deretter uthules 3 0 mm av monolitten 2 fra siden 60 mm tatt fra blanderen 3, på to motsatte sider i aksen for innløpsled-ningen til oksygen forsåvidt som denne brukes som oksyderende gass. Dybden på uthulingen er 7 mm på midten, slik at den befinner seg loddrett på kvadratet som er definert ovenfor.

I de veggene som således fremkommer* lages sprekker hvis plassering tilsvarer de tette kanalradene på oversiden av monolitten. Den oksyderbare chargen og oksygenet fås til å strømme under et trykk på 10 bar.

De kanaler som frigjøres på grunn av uthulingen tettes likeledes for å unngå at oksygenet skal trenge inn i reaktoren gjennom disse kanalene.■

en blander 3 med samme overflate som monolitten 2 dannet av .

monolitter av mullit av samme størrelse som ovenfor, har et tverrsnitt på 0,64 mm<2>, 5 mm tykkelse og limt til den første monolitten. Det alterneres som beskrevet ovenfor med 20

monolitter hvis sentrum tilsvarer kryssingen mellom to kanalvegger og 20 monolitter hvis sentrum tilsvarer med

sentrum i en kanal.

- en andre monolitt 4 av mullit hvis tverrsnitt i hver kanal er 0,64 mm<2>, med en lengde på 450 mm og samme overflate som blanderen 3. Denne monolitten er i kontakt med blanderen. Hele reaktoren 2,3,4 holdes av en muffe av mullit med

635 mm lengde.

I reaktoren slik den er beskrevet ovenfor og som fungerer under 10 bar, innføres gjennom den øvre ledningen 5 en oksyderbar charge omfattende en gassblanding ved 400°C og hvis sammensetning er følgende: ^n:::". «—— 940OC-<p>roauktet har følgende sammensetning:

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for flammeoksydasjon av en oksyderbar charge i gassfase med en gassblanding, inneholdende minst én oksyderende gass, karakterisert ved følgende suksessive trinn: a) den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen sirkuleres samtidig i en fordelingssone av keramisk materiale, omfattende minst én rad kanaler av en første type, slik at én av de to gassene som utgjør henholdsvis den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen, sirkulerer adskilt i det indre av den nevnte raden,mens den andre av de to gassene sirkulerer adskilt utenfor denne raden, idet den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen i det minste i en del av den nevnte sonen gjennomstrømmer et antall rom som representerer passasjer og som har en dimensjon i det minste i én retning som er høyst lik 10 mm, svarende til lengden av den reduserende del av flammen som dannes ved oksydasjon av den nevnte chargen med den oksyderende-gassen, b) deretter blandes den oksyderbare gassen og den oksyderende gassen som på denne måten er fordelt i en blandesone av keramisk materiale som danner et antall rom som representerer passasjer som har i det minste i én retning en dimensjon som er sammenlignbar med dimensjonen til passasjene i trinn a) og c) blandingen av produktene fra trinn b) omsettes i en reaksjonssone av keramisk materiale, omfattende et antall rom som representerer passasjer og som i det minste i én retning har en dimensjon som er sammenlignbar med dimensjonen til de passasjene som er definert i trinnene a) og b), idet avstanden mellom fordelingssonen og blandesonen for det første og mellom blandesonen og reaksjonssonen for det andre, er minst lik lengden av den reduserende del av flammen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre gassen sirkuleres utenfor den nevnte raden gjennom en første fylling.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at tilførselen av den oksyderbare chargen i radene med den første type av kanaler som skal fordele den i fordelingssonen, gjennomføres i en retning som er i det vesentlige loddrett på aksen i et midlere punkt som befinner seg på en avstand fra blandesonen som ligger mellom 40 og 95% av totallengden til fordelingssonen og at tilførselen av oksyderende gass i den nevnte fylling som skal fordele den i fordelingssonen gjennomføres langs aksel til de nevnte rader.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at tilførselen av den oksyderbare chargen i radene av den første typen kanaler som skal fordele' den i fordelingssonen, gjennomføres langs aksen for de nevnte rader og at tilførselen av oksyderende gass i den nevnte fylling som skal fordele den i fordelingssonen, gjennomføres i en retning som er i det vesentlige loddrett på aksen for de nevnte kanaler av første type i et midlere punkt som befinner seg på en avstand fra blandesonen som ligger mellom 40 og 95% av fordelingssonens totallengde.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4 , karakterisert ved at den oksyderende gassen er oksygen.

6. Oksydasjonsreaktor for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende midler for tilførsel av oksyderende gass (6), midler for tilførsel av oksyderbar charge (5) og midler for uttømming av reaksjonsprodukter (13), karakterisert ved at den i det minste over en del av sitt tverrsnitt omfatter fordelingsorganer (2) av keramisk materiale, bestående av i det minste én rad (11) av i det minste én kanal av en første type (7, 7a) forbundet med tilførselsmidler (5) for én av de to gassene (oksyderbar charge eller oksyderende gass) og i hvis indre den nevnte gassen sirkulerer, idet de nevnte fordelingsmidler omfatter en første fylling (12a) forbundet med tilførselmidler (6) for den andre av de to gassene utenfor den nevnte kanalen, det indre av den nevnte kanalen er dessuten fylt med en andre fylling (25), idet de nevnte fyllinger (12a, 25) er tilpasset slik at de definerer i det minste i en del av fordelingsmidlene et antall rom som har passasjer som i det minste langs en retning, har en dimensjon i som er høyst lik 10 mm, det nevnte området (11) og den nevnte første fylling (12a) er særlig tilpasset til å fordele oppdelte strømmer av den oksyderbare chargen og den oksyderende gassen i et blandeorgan (3) av keramisk materiale gjennom deres ende som er nærmest det nevnte blandeorganet, idet blandeorganet er tilpasset til å blande den nevnte chargen og den nevnte oksyderende gassen og å definere langs hele blandeorganet (3) et antall rom som representerer passasjer som ifølge minst én retning, har en dimensjon som er høyst lik 10 mm, idet det nevnte blandeorganet (3) befinner seg på en avstand som er høyst lik 10 mm for det første fra ende av den nevnte raden (11) av kanaler og den nevnte første fylling (12a) og for det andre fra et reaksjonsorgan (4) av keramisk materiale, omfattende den nevnte andre fylling av keramisk materiale som er tilpasset til å avgrense i det minste i en del av reaksjonsorganet et antall rom som representerer passasjer som langs i det minste én retning, har en dimensjon som er høyst 10 mm, takket være hvilke reaksjonsproduktene kanaliseres mot de nevnte uttømmings-midler (13).

7. Reaktor ifølge krav 6, karakterisert ved at blandingsorganet (3) omfatter et antall sjikt (8a, 8b, 8c...) av masker som er betydelig forskjøvet i forhold til hverandre og fylt med den nevnte andre fylling av keramisk materiale.

8. Reaktor ifølge krav 7, karakterisert ved at blandeorganet (3) omfatter et antall i hovedsak loddrette plater (21) som hver av dem av et antall fremspring (22) og kanaliseringer (23) som heller i motsatt retning av hver plate, idet de nevnte platene er plassert slik at fremspringene (22) og kanaliseringene (23) er krysset.

9. Reaktor ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 8 , karakterisert ved at blandeorganet (3) har i snitt på et plan som er loddrett på strømningsretningen i kanalen (7a) en overflate som er minst lik overflaten i fordelingsorganet (2) og maksimalt lik overflaten i reaksjonsorganet (4).

10. Reaktor ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 8 , karakterisert ved at blandeorganet (3) har i snitt på et plan loddrett på strømningsretningen i kanalen (7a) en overflate som er i det vesentlige lik vis-a-vis overflaten i fordelingsorganet (2) og vis-a-vis overflaten i reaksjonsorganet (4) •

11. Reaktor ifølge et hvilket som helst av kravene 6-10, karakterisert ved at tilførselsmidlene (5) for oksyderbar charge er forbundet med kanaler av den første typen (7a) på et midlere punkt som befinner seg på minst én av generatrisene for reaktoren på en avstand fra blandeorganet (3) som ligger mellom 40 og 95% av totallengden for fordelingsorganet (2) og ved at tilførselmidlene for oksyderende gass (5) er forbundet med den første fyllingen (12a) i et punkt motsatt den nærmeste enden av blandeorganet (3).

12. Reaktor ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 10, karakterisert ved at tilførselmidlene (5) for oksyderbar charge er forbundet med kanaler av den første typen (7a) i et punkt motsatt den nærmeste enden av blandeorganet (3) og at tilførselmidlene for oksyderende gass (6) er forbundet med den første fyllingen (12a) i et midlere punkt som befinner seg på minst én av generatrisene til reaktoren, på en avstand fra blandeorganet som ligger mellom 40 og 95% av totallengden av fordelingsorganet.

13. Reaktor ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 12 , karakterisert ved at de første og andre fyllingene (12a, 25) omfatter minst én monolitt (2 eller 4) som består av et antall nær hverandre liggende kanaler.

14. Reaktor ifølge krav 13, karakterisert ved at minst monolittene (2 eller 4) dessuten omfatter minst én fylling av elementer som for eksempel keramiske kuler og staver.

15. Reaktor ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 14, karakterisert ved at fyllingene omfatter en katalysator.

16. Reaktor ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 15, karakterisert ved at minst ét av organene (2, 3, 4) omfatter minst delvis en fylling av elementer som for eksempel keramiske kuler og staver.

17. Anvendelse av en reaktor ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 16, spesielt for syntese av metanol og høyere alkoholhomologer utgående fra karbonoksyder og hydrogen.