DK167426B1 - Fremgangsmaade til oxydation af en oxiderbar charge i gasfase med en gasblanding og reaktor til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

i DK 167426 Bl

Den foreliggende opfindelse angår en ny reaktor, dens anvendelse og en fremgangsmåde til oxydation af en oxiderbar charge i gasfase med en gasblanding, som mindst indeholder én oxydationsgas.

5 Opfindelsen angår nærmere bestemt langsom og delvis oxydation af oxiderbare charger, såsom f.eks. carbonhydrider med henblik på fremstilling af syntesegas, der i alt væsentligt omfatter carbon-monoxid og hydrogen, f.eks. til syntese af methanol og homologe højere alkoholer. Opfindelsen kan også anvendes ved f.eks. oxydation 10 af afgangsstrømme fra reformering af benzendamp eller ved ammonium-oxydationsreaktioner.

Skønt oxydationsgasserne kan være især oxygen, ozon eller halogener, vil der som eksempel kun blive set på reaktioner med oxygen. Det er 15 kendt at frembringe en delvis oxydation af methan, som det f.eks. er angivet i US patentskrift nr. 2.621.117. Reaktionen foregår i en flamme, hvor blandingen af gasser aldrig er fuldkommen. Under disse forhold opnås der hurtigt forhøjede temperaturer i zoner, der er rige på oxygen.

20

De ved høj temperatur frembragte gasser blandes derefter i en zone, der er rig på charge, som skal oxideres, og forårsager krakning af molekyler under dannelse af carbon, som er tilbøjeligt til f.eks. at tilsode katalysatorerne i den fortløbende proces og derved formind-25 ske udbyttet af omsætningen.

Når der er tale om methan, iagttages der en frembringelse af kulstof, og syntesegasserne må efterfølgende befris for støv inden deres anvendelse til f.eks. syntese af methanol ud fra carbonoxid og 30 hydrogen.

Ud over dannelse af carbon black kan der frembringes en ekstrem overophedning i den zone, hvor kontakten mellem reaktionsgasserne frembringes, og i et stort antal tilfælde kan disse uønskede virk-35 ninger i alt væsentligt tilskrives blandingsorganet for reaktionsgasserne ved indføringen i reaktoren, idet blandingen af gasserne frembringes med en hastighed der er alt for langsom i forhold til reaktionshastigheden i gasfase.

2

Dette er tilfældet, når oxygen injiceres gennem en enkelt kanal, som desuden må have et tværsnit, der er tilstrækkeligt til at indlade den samlede gennemløbsmængde, og skønt gassen injiceres med stor hastighed gennem dette tværsnit, er oxygenmolekylernes dispersions-5 hastighed langsom i sammenligning med reaktionshastigheden.

Envidere befinder oxygenstrålen sig almindeligvis på det sted, hvor den forlader udmundingen for den, i et miljø af gas, som skal oxideres, og som cirkulerer med langsom hastighed i reaktoren, 10 hvilket ikke er gunstigt for en hurtig dispergering af oxygenmolekylerne.

Den kendte teknik illustreres især af patentskrifterne DE-A nr.

1.804.093 og FR-A nr. 1.395.256.

15

Ifølge US patentskrift nr. 2.772.149 udføres blandingen af reaktionsgasserne på overfladen af en porøs membran med ringe overflade, hvor oxygen og carbonhydrider injiceres i samme retning, hvilket frembyder den fordel, at reaktionsgasserne blandes hurtigt.

20 På grund den langsomme hastighed, hvormed gassen passerer gennem membranens porer, finder reaktionen ikke desto mindre i alt væsentligt sted på overfladen ved afgangen fra membranen, der følgelig må være fremstillet til at kunne modstå høje temperaturer. I enheder 25 med stor kapacitet nødvendiggør denne indretning anvendelse af en stor membranoverflade, hvilket gør den bekostelig og upraktisk.

I EP patentskrift nr. 1.946 er der beskrevet en reaktor, hvori oxygenet, hvis gennemløbsmængde er vigtig, injiceres i procesgassen 30 gennem flere parallelle kanaler, som hver slutter med en afgangsåbning, af hvis dimensioner mindst den ene er stærkt reduceret, såsom en til spalte, hvis størrelse fortrinsvis er mindre end 8 mm.

Til forøgelse af oxygenets dispergeringshastighed i procesgassen 35 fremmes denne endvidere af en kraftig spiralformet bevægelse rundt om kanalerne, hvilket opnås ved en tangentiel injektion af gassen langs apparatets indervægge.

I øvrigt er det velkendt, især fra G. de Soete og A. Feugier's bog: 3 "Aspects physiques et chimiques de la combustion", Editions Techniq, side 87-93, at udnytte indervægsvirkningen til nedsættelse af reaktionshastigheden og undgå spredning af flammen.

5 I det foreliggende tilfælde medfører tilstedeværelsen af rent oxygen og forhøjede temperaturer en forstærket varmestrøm, hvilket nødvendiggør flammestandsningsorganer, som tillader reaktionen at fortsætte uden eksplosion, selv om man befinder sig inden for eksplosionsgrænserne (især når der er tale om delvis oxydation af 10 methan).

Formålet med opfindelsen er løsningen af ovennævnte problemer ved den kendte teknik og består i det væsentlige af følgende: 15 - En fordeling af oxygen og afpasset charge ved at tilstræbe en kvasihomogen blanding, som er under fuldstændig kontrol, af oxygen og den charge, der skal oxideres. Denne fordeling må især være tilpasset hurtig dispergering af oxygenmolekylerne.

20 - En "flammestandsning eller -blokering" til undgåelse af eksplosion, og som dog tillader at arbejde ved temperaturer, der vil kunne nå op på mere end 1000°C, samtidig med omhyggelig beskyttelse af reaktoren og blandingsorganet mod den 25 ved den partielle oxydation frigjorte ekstreme varme.

Den foreliggende opfindelse angår en ny fremgangsmåde, som afhjælper ulemperne ved den kendte teknik. Opfindelsen angår nærmere bestemt en fremgangsmåde til oxydation af en oxiderbar charge i gasfase med 30 en gasblanding, der indeholder mindst én oxiderbar gas, og ved hvilken reaktionsprodukterne indvindes.

Nærmere bestemt bringes gasblandingen og den oxiderbare charge i kontakt med hinanden i en kontaktzone, som er beliggende mellem 35 mindst én første gennemstrømningszone for chargen og mindst én anden gennemstrømningsszone for de ved oxydationen opnåede reaktionsprodukter, i hvilken første og hvilken anden zone, der er afgrænset kanaler, som tilvejebringer passager, der i mindst én retning har en dimension, som højst er lig med 10 mm, hvilken dimension svarer til u iv i υ / *t/iu d i 4 blokeringsafstanden for den flamme, der vil kunne fremkomme ved oxydationen af chargen, at kontaktzonen omfatter en fordeler, hvortil der føres oxydationsgas, hvilken fordeler, består af en flerhed af i alt væsentligt parallelle rør med porøse vægge og er 5 beliggende i en afstand fra den første zone og fra den anden zone, som højst er lig med blokeringsafstanden.

Denne flerhed af rum i den første og den anden zone er fordelagtigt beliggende i umiddelbar nærhed af kontaktningszonen.

10

Opfindelsen angår også en reaktor til udøvelse af fremgangsmåden.

Denne reaktor omfatter midler til fødning af oxydationsgas og oxiderbar charge samt midler til fjernelse af reaktionsprodukter.

15 Reaktoren omfatter desuden en kombination af: - mindst én oxydationsgasfordel er, som dels er forbundet med fødemidlerne for oxydationsgas og dels med flere parallelle rør med porøse vægge af keramisk materiale, 20 - mindst ét første volumen, der omfatter en fyldning med keramisk materiale, som fastlægger en flerhed af rum, der tilvejebringer passager, som i mindst én retning har en dimension, der højst er lig med 10 mm, hvilken dimension 25 svarer til blokeringsafstanden for den flamme, der vil kunne fremkomme ved oxydationen af chargen, hvilket første volumen er forbundet med midlerne til fødning af oxiderbar charge, og 30 - mindst ét andet volumen, der omfatter en fyldning med keramisk materiale, som fastlægger en flerhed af rum, der tilvejebringer passager, som i mindst én retning har en dimension, der højst er lig med 10 mm, hvilken dimension svarer til blokeringsafstanden for den flamme, der vil kunne 35 fremkomme ved oxydation af chargen, hvilket andet volumen er forbundet med midlerne til fjernelse af reaktionsprodukterne, hvorhos det første og det andet volumen er beliggende på hver sin side af de porøse rør i en afstand, der højst er lig med blokeringsafstanden.

5

Afstanden er fordelagtigt på mellem 0,05 og 10 mm, fortrinsvis mellem 0,1 og 5 mm.

Rørene er fordelagtigt porøse over hele deres overflade.

5

De relative afstande til det første og det andet volumen har fordelagtigt en længde på mellem 0,1 og 5 mm.

Den således tilvejebragte afstand er fortrinsvis ensartet.

10 I overensstemmelse med de termiske niveauer, der opnås (f.eks. 1.400°C ved partiel oxydation af methan), og tilstedeværelsen af fortrinsvis rent oxygen lader man chargen og reaktionsprodukterne strømme i mellemrum, der omgives af skillevægge af keramisk materials le, og oxydationsblandingen i kanaler, hvis vægge udgøres af keramisk materiale.

Der kan som ildfast materiale anvendes keramik, såsom mull it, siliciumcarbid, cordierit, aluminiumsil iciumoxid, siliciumnitrid som 20 f.eks. Si^N^, alkaliske jordartsoxider, oxider af overgangsmetaller og blandinger heraf.

Fortrinsvis vælges siliciumcarbid, eftersom det har en god varmeled-ningsevne og derved begunstiger en bedre temperaturensartethed. Da 25 dette materiale endvidere er let at ekstrudere, er det let at anvende sådanne enheder.

Hvert volumen (det første eller det andet) har i nærheden af rørene med de porøse vægge en gennemstrømningsoverflade, som i alt væsent-30 ligt er lig med den, der optages af rørene. Fortrinsvis ligger gennemstrømningsoverfladen for chargen henholdvis reaktionsprodukterne i alt væsentligt lige over for den overflade, som faktisk optages af de porøse rør, således at der vil være forbindelse mellem gasstrømmene.

35

Ud for de dele af zonen for oxydationsgasfordeleren, som ikke er porøse, befinder der sig således i de tilsvarende zoner i det første og det andet volumen kanaler, der er tætnet med en brændt keramisk masse, og hvori der ikke er gennemstrømning.

6

Fordeleren omfatter en tilførselsledning, til hvilken der er fastgjort flere porøse rør, som ifølge en udførelsesform dækker fuldstændigt eller i det mindste en del af det tværsnit i reaktoren, der ligger lige over for voluminerne og deres fyldninger. Der er blevet 5 opnået gode resultater, når det tværsnit, der dækkes af de porøse rør, i alt væsentligt er vinkelret på aksen for de monolitiske enheder og reaktoren og altså på gennemstrømningsretningen for chargen. I stedet for at være lige kan det tværsnit, der dækkes af rørene, imidlertid være lettere skrå og altså skråtstillet i forhold 10 til et plan, som i alt væsentligt er vinkelret på reaktorens akse.

De porøse rør kan være anbragt i lag, som er forskudt i forhold til hinanden i fordeleren med hensyn til samme plan, for at lette gennemstrømningsfl uxen.

15 I det særligt fordelagtige tilfælde, hvor reaktoren omfatter to oxydationsgasfordelere, er hver af dem forbundet til en flerhed af rør med porøse vægge, der i alt væsentligt er parallelle og således definerer et første og et andet lag af rør, som er indbyrdes for-20 skudt uden at berøre hinanden. Denne udførelsesform fremmer en bedre styring, navnlig termisk, af reaktionen samtidig med, at den tillader gennemstrømningsfluxen. Adskillelsen mellem to rør i samme radiale plan i samme lag er højst lig med bredden af et rør.

25 Når rørene for oxydationsblandingen, f.eks. oxygen, grænser op til hinanden, kan mindst ét af dem være gennembrudt flere steder af huller i et længdeplan, der passerer gennem dets akse, hvilke huller har en dimension på mellem 0,05 og 10 mm (blokeringsafstand), således at gennemstrømningsfluxen og "blokeringen" af flammen 30 muliggøres.

Når der er tale om en enkelt fordeler, befinder den øverste kant af rør, der er anbragt nederst, sig højere oppe end den nederste kant af rør, som er anbragt øverst.

Bredden af hvert porøst rør er variabel alt efter reaktorens størrelse. Den ligger f.eks. mellem ca. 5 og 50 mm, fortrinsvis mellem ca. 10 og 20 mm.

35 DK 167426 B1 7 Længden af hvert porøst rør vælges ifølge en udførelsesform på en sådan måde, at hele reaktorens tværsnit er fuldstændigt dækket af rørene, uanset reaktorens geometri. Når der er tale om en reaktor med i alt væsentligt cylindrisk form, i hvilken et tværsnit har 5 cirkulær form, er længden af de i alt væsentligt parallelle rør med de porøse vægge indskrevet i en cirkel, der er koaksial med den cirkel, som defineres af et cirkulært snit i indersiden af reaktoren.

10 Hvis rørene imidlertid befinder sig i et plan, der har hældning i forhold til et plan, som i alt væsentligt er vinkelret på reaktorens akse, er længden af rørene indskrevet i en ellipse, der defineres af et snit i den cylindriske reaktor med planet for rørene.

15 Der frembringes herved et meget ensartet lag af oxygen over hele det anvendelige tværsnit af reaktoren, hvilket lag fordrives af den charge, der skal oxideres, og som selv fordeles ensartet, som beskrevet nedenfor, hvilket begunstiger en mi krobi ånding i den zone, der afgrænses mellem vol uminerne og oxygenrørene, samt en hurtig 20 dispersion.

o

Porøsiteten vælges således, at for en given gennemløbsmængde vil tryktabet være tilstrækkeligt til, at alle de porøse rør kan fødes med oxygen fra tilførselsfordeleren.

25

Uden at dette er begrænsende vælges fortrinsvis et tryktab på mellem 0,05 og 10 bar.

Fyldningen kan omfatte mindst én monolitisk enhed, som udfylder 30 hvert af voluminerne. Denne monolitiske enhed omfatter en flerhed af kanaler, som er anbragt ved siden af hinanden, fortrinsvis i alt væsentligt indbyrdes parallelt og parallelt med reaktorens akse, og 2 som i tværsnit er på mellem 0,0025 og 100 mm , fortrinsvis på mellem 2 0,1 og 20 mm . Fortrinsvis er overfladen af hver kanal i alt væsent-35 ligt lige.

Denne udførelsesform har især den fordel, at chargen fordeles homogent i den monolitiske enheds akseretning.

8

Fyldningen kan ifølge en anden udføre!sesform omfatte partikel-formige, keramiske elementer, f.eks. i form af små kugler eller små stave med en størrelse på mellem 0,01 og 10 mm, fortrinsvis mellem 0,1 og 5 mm.

5

Fortrinsvis anvendes små kugler, som i kontakt med hinanden har en maksimal længdeafstand, der højst er lig med deres radius, hvilket gør det muligt at vælge størrelsen af disse kugler som funktion af den tilsigtede blokeringsafstand.

10

Under disse betingelser er de af de parti kel formige elementer afgrænsede mellemrum navnlig så meget desto mindre, som de par-tikelformige elementer f.eks. har en størrelse med lille dimension. Man kan derfor tilvejebringe oxydationsreaktioner ved tryk og 15 støkiometri i nærværelse af i alt væsentligt rent oxygen, der nødvendiggør meget små flammeblokeringslængder, hvilket vanskeligt opnås med den monolitiske teknologi.

Faktisk er fremstilling af en monolitisk enhed med meget små tvær-20 snitsenheder vanskelig at realisere og skrøbelig at håndtere ved samling og adskillelse.

Tilstedeværelse af en fyldning i form af parti kel formige elementer letter desuden fyldnings- og tømningsoperation i voluminerne såvel 25 som regenerering af disse partikler ved calcinering af aflejret kulstof eller med kemiske midler (f.eks. syre), især hvis man behandler tunge charger, der indeholder metaller, såsom nikkel og vanadium.

30 Ifølge en anden udførelsesform indeholder mindst ét af voluminerne en fyldning, der omfatter mindst én monolitisk enhed, som har en flerhed af kanaler, der er anbragt ved siden af hinanden, fortrinsvis i alt væsentligt parallelt med hinanden og med reaktorens akse. Disse kanaler kan almindeligvis have en overflade på mellem o 35 ca. 0,025 og 100 mm , men de kan også have en større overflade, som 2 f.eks. kan nå op på 25 cm , hvilket tillader ruminddeling af i det mindste én af voluminerne.

I de to ovennævnte tilfælde omfatter desuden mindst én af kanalerne DK 167426 Bl 9 mindst en delvis fyldning i form af parti kel formige, keramiske elementer med en størrelse på mellem 0,01 og 10 mm og fortrinsvis på mellem 0,1 og 5 mm. På denne måde kanaliseres den oxiderbare charge godt, hvilket tillader en i alt væsentligt ensartet fordeling af 5 chargen i niveau med oxydationsgasfordeleren og en styret gennemløbsmængde over hele reaktorens tværsnit, eftersom der i dette tilfælde ikke er mulighed for præferencestrømme. Generelt kan de partikelformige elementer omfatte en katalysator.

10 Partiklerne kan have en hvilken som helst regelmæssig eller u- regelmæssig form. Det er udelukkende de mellemrum, der afgrænses mellem deres vægge, som er vigtige, og størrelsen af partiklerne, navnlig diameteren af små kugler, vælges som funktion af denne parameter.

15 Når der er tale om en monolitisk enhed, er f.eks. længden af det første og det andet volumen eller hver enhedskanal på fra 10 mm til 3000 mm. Fortrinsvis kan længden af det volumen, der ligger over oxygenkontaktningszonen, være mindre end den for det volumen, der 20 ligger nedenunder, og være på fra 20 mm til 500 mm for det førstes vedkommende og på fra 100 mm til 2000 mm for det andets vedkommende.

Inden den charge, der skal oxideres, ankommer til niveauet for oxygenfordeleren i gasform, kanaliseres den og bringes til at 25 strømme i alt væsentligt i reaktorens akseretning som følge af fyld ningen i det første volumen, hvis ene ende ligger lige over for fordeleren.

Tværsnittet af mellemrum (f.eks. kanalerne i de monolitiske enheder) 30 og rør har fortrinsvis en af følgende former, som dog ikke er begrænsende: Polygonalt, kvadratisk, rektangulært, cylindrisk, elliptisk, cirkulært eller triangulært. I de monolitiske enheder er tværsnittet af kanalerne fortrinsvis kvadratisk. 1

Den gasformige charge strømmer i alt væsentligt nedefra og op eller ovenfra og ned, når der er tale om en lodret reaktor, og kommer i kontakt med oxygenet i den zone, der afgrænses mellem fyldningen og de porøse rør.

10

Til dette formål er den eller de monolitiske enheder, der ligger over henholdsvis under oxygenfordeleren, udhulet på en sådan måde, at der tilvejebringes et fortrinsvis ensartet mellemrum mellem de porøse rør og den første og den anden monolitiske enhed med en dybde 5 på højst 10 mm (flammeblokeringslængde) og fortrinsvis på fra 0,1 til 5 mm, hvilket mellemrum afgrænser en samling af i alt væsentligt parallelle hulrum mellem disse og de porøse rør.

Chargen indføres på denne måde så tæt som muligt ved de porøse 10 oxygenfordelingsrør i samme forhold som de åbne ender af de monolitiske enheder antager form af rørene. Det samme er tilfældet for partiklerne, som endog kan have direkte kontakt med oxygenrørene, for så vidt som diameteren af de små kugler f.eks. er kompatibel med f1 ammebi okeri ngslængden.

15

Takket være dette arrangement fordeles den charge, der skal oxideres, på ensartet måde over hele voluminets tværsnit i niveau med oxygenfordeleren, uden at der dér forekommer tilbageblanding. På den anden side undgås eksplosion (eller flammetilbageslag) som følge af 20 mellemrummenes ringe tværsnit takket være flammeblokeringsfænomenet.

Efter homogen blanding med oxygenet kanaliseres reaktionsprodukterne på ny via mindst ét andet volumen, som omfatter en flerhed af rum med form og tværsnit som defineret ovenfor.

25

De charger, der skal behandles, har en opholdstid i reaktionszonen på mellem 2 og 10.000 ms og mere fortrinsvis på mellem 50 og 1000 ms.

30 Opfindelsen vil bedre kunne forstås ved beskrivelse af nogle udførelsesformer, der meddeles til illustration og uden at være begrænsende, og som fremgår af det følgende i forbindelse med den tilhørende tegning, hvor: 1

Fig. 1 viser et aksialt snit gennem en reaktor ifølge op findelsen,

Fig. 2 og 2A viser et tværsnit i et oxygenfødeorgan med én fordeler (Fig. 2) eller to fordel ere (2A),

Fig. 3 og 3A viser et billede af dette fødeorgan set fra oven, DK 167426 B1 π

Fig. 4A, 4B og 4C viser indføringsmåder for oxygenet,

Fig. 5 og 5A viser en monolitisk cellestrukturenhed,

Fig. 6 og 6A er et detail bi Ilede af en oxygenfødeanordning (enkelt eller dobbelt), som er anbragt omgivet af en monolitisk 5 enhed ovenover og nedenunder, og

Fig. 7 viser en anden udførelsesform for reaktoren med voluminer, der omfatter en fyldning af parti kel formige elementer.

I Fig. 1 er der illustreret en udførelsesform for en lodret, cylin-10 drisk reaktor 1 af aflang form, som omfatter to oxygenfordelere 2 og 20, som hver er forbundet med et lag bestående af en flerhed af mull i trør 3 og 4, som er parallelle og i alt væsentligt porøse over hele deres overflade, hvorhos hvert rør har en f.eks. rund form med en diameter på 1 cm.

15

Set fra oven har den porøse overflade (af oxygenfordeleren 2) i alt væsentligt form af et geometrisk kvadrat (Fig. 3A), der er delt i to i alt væsentligt lige store halvrektangler 21 og 22.

2 20 Den porøse overflade, som herved tilbydes chargen, er ca. 100 cm , og porøsiteten vælges således, at tryktabet i chargen er af størrelsesordenen 0,5 bar.

Fordeleren såvel som de porøse rør, der fødes af en ledning 12, er 25 anbragt i alt væsentligt vinkelret på reaktorens længdeakse i en zone, der i alt væsentligt ligger i et radial pi an i reaktoren. De to lag 3 og 4 af rør er forskudt i forhold til hinanden og grænser ikke nødvendigvis op til hinanden i fordeleren, således som det er vist i Fig. 2 og 2A.

30

Adskillelsen Δ mellem to porøse rør i et og samme lag, som tillader en gennemstrømning, der højst er lig bredden L af rørene, er ca. 1 cm, og afstanden mellem de to lag er ca. 6 cm. 1

Ifølge Fig. 3, der viser en anden udførelsesform, dækker de porøse rør i alt væsentligt hele reaktorens tværsnit ved vekslen mellem forskudte lag af rør 3 og 4, som ikke grænser op til hinanden og er anbragt indbyrdes forskudt i oxygenfordeleren 2, 20.

UIV 10/^0 D I

12 Længden af hvert rør er valgt således, at rørets yderste endepunkt i det væsentlige berører den cirkel, der svarer til reaktorens omkreds, hvilken cirkels diameter i alt væsentligt er lig med den indre diameter af reaktoren, i hvilken fordeleren er anbragt.

5

Oxygenfødningen udføres ved hjælp af en ledning 12, som er forbundet til fordelerne 2 og 20, f.eks. langs reaktorens akse (Fig. 4A) eller fra siden (Fig. 4B) eller også med to semi-fordelere (Fig. 4C), uden at disse udførelsesformer skal anses for at være de eneste mulige.

10

Den oxiderbare gascharge, der forinden forvarmes til ca. 450°C, indføres via en ledning 6, og føder fra oven og nedad et første volumen 27, der omfatter en første monolitisk enhed 7 med en længde på ca. 20 cm med et antal mull itkanal er 13, der er anbragt indbyrdes 15 parallelt og parallelt med reaktorens akse.

Denne struktur fremstår som en cellestruktur (Fig. 5), der i et tværsnit af enheden vil være cirkulær.

20 Derfor svarer den samlede overflade, gennem hvilken chargen strømmer, i alt væsentligt til den porøse overflade, gennem hvilken oxygenet undslipper. Til sikring heraf tilstopper en brændt keramisk masse som vist i Fig. 5A de gennemstrømningsdele 13 af en monolitisk enhed, der ligger lige ud for ikke porøse overflader i oxygen-25 fordelingszonen 2, 20, f.eks. i den centrale zone af denne, se fig.

3A, eller som ligger i de perifere "lukkede" kantområder af de monolitiske enheder 7,8 ved den på fig. 5A viste cellestruktur for kanalerne 13. Følgelig bliver den overflade, der er reserveret til gennemstrømningen, i alt væsentligt den samme som den, hvorfra 2 30 oxygenet undslipper, dvs. ca. 100 cm .

2

Hvert kanaltværsnit er lig med 1 mm og kanaliserer chargen i alt væsentligt parallelt med reaktorens akse, og fordeler den på ensartet måde i et mellemrum 15 mellem oxygenfordelingsrørene 3,4 og 35 den ene monolitiske enhed 7, henholdsvis den anden monolitiske enhed 8, beliggende under disse rør, se fig. 6 og 6A.

Dette mellemrum er ca. 1 mm. Under disse forhold minimeres tilbage-blandingsfænomer.

DK 167426 Bl 13

De gasformige fluider strømmer mellem de porøse rør.

På den anden side af oxygenfordeleren befinder der sig et andet volumen 28, der omfatter en monolitisk enhed 8, som har en flerhed 5 af siliciumcarbidkanaler 13, der er anbragt parallelt ved siden af hinanden og tillige parallelt med reaktorens akse, idet den første og den anden monolitiske enhed er vinkelret på det radiale plan, der indeholder oxygenfødeanordningens porøse rør.

2 10 De enkelte kanalers kvadratiske tværsnitsform er ca. 1 mm , og længden af hver kanal er ca. 60 cm.

Disse kanaler 13 er på den ene side beregnet til at lede reaktionsprodukterne til en produktudtømningsledning 9 og på den anden side 15 beregnet til at "blokere flammen" som følge af deres ringe størrelse og ved hjælp af den indre væg, hvilket muliggør reaktionens forløb uden eksplosion.

I praksis er det muligt at anbringe to monolitiske halvskaller, som 20 hver især udhules i oxygenfordelingszonen, på en sådan måde, at der frembringes en samling ensartede hulrum 15 (Fig. 6 og 6A), som er parallelle med hinanden og med de porøse rør og er vinkelret på kanalerne 13 i de monolitiske enheder 7 og 8, hvilke hulrumsdimensioner svarer til "blokerings-"afstanden.

25

Halvskallerne samles derefter, og den samlede enhed (de monolitiske enheder og oxygenfordelerne) sammenholdes ved hjælp af f.eks. afstandsorganer 14 af keramisk materiale i en stål kappe 10, som er beskyttet på sædvanlig måde af lag 11 af ildfast beton og/eller 30 ildfast beton og ildfaste, isolerende sten ifølge de inden for det faglige område kendte regler for arbejde ved høj temperatur og under tryk.

Med dette arrangement og med de benyttede materialer er det muligt 35 at udføre oxydationsreaktioner ved meget høje temperaturer af størrelsesordenen 1300°C uden kulstofaflejring og med opholdstider i reaktoren, som ikke overstiger 1000 ms.

Via ledning 6 indføres f.eks. en oxiderbar charge, der omfatter 14 methan og vanddamp, som er forvarmet til ca. 450°C, i et mol forhold HgO/CH^ på ca. 0,8. Der indføres 0,55 mol oxygen via en ledning 12 og med en temperatur på ca. 150°C.

5 Og/CH^-Molforholdene, der kendes forud, på f.eks. 0,5 til 0,75 og i dette eksempel 0,55 muliggør opnåelse af en syntesegas, hvori mol forholdet Og/CO er f.eks. tæt ved 2, med en gasafgangstemperatur på ca. 1080°C, idet reaktoren holdes på et tryk på ca. 20 bar.

10 Det er indlysende, at indføringsniveauet for chargen og aftap ningsniveauet for reaktionsprodukterne kan vælges til såvel en høj som lav position i reaktoren.

Ifølge en anden udførelsesform, der er illustreret i Fig. 7, inde-15 holder reaktoren 1, såsom den, der er vist i Fig. 1, et første volumen 27 og et andet volumen 28, som er anbragt på hver sin side af oxygenfordelere 2 og 20, der har en længde, som stort set er lig med reaktorens diameter, dvs. 10 cm.

20 Vol umi nerne er i dette tilfælde opfyldt af små siliciumcarbidperler 24 med sfærisk form og en diameter på 0,5 mm, der vælges som funktion af flammens blokeringsafstand.

De små kugler klæber sig til oxygenfordelerne på en sådan måde, at 25 de mellemrum, der afgrænses mellem kuglernes vægge henholdsvis mellem fordeleren og kuglernes kontaktpunkt højst er lig med kuglernes radius (0,25 mm), hvilket bliver afstanden for blokering af f1 ammen.

30 Højden af fyldningen 27 over fordelerne 22 er f.eks. af størrelsesordenen 0,40 m, medens den for fyldningen nedenunder, som udgør den behørige reaktionszone 28, er ca. 1 m.

En rist 23 tilbageholder fyldningen.

35

Nedenstående eksempel meddeles som en illustration.

I en kuglereaktor, der drives ved 80 bar, indføres via ledning 5 en oxiderbar charge, som omfatter methan og vanddamp, der er forvarmet 15 til 400°C, i et molforhold på H20/CH4 = 1,04.

Via fødeledning 12 indføres oxygen i et molforhold på O^/CH^ = 0,66 med en temperatur på ca. 150°C.

5

Efter omsætning har gasserne en temperatur på 1190°C og følgende sammensætning i mol procent: CH4 : 0,30% 10 CO : 19,8% H2 : 44,7% C02 : 5,8% H20 : 29,3% 15 Man vil ikke befinde sig uden for den foreliggende opfindelses rammer, hvis man f.eks. konstruerer en reaktor, der omfatter et første volumen med mindst én monolitisk enhed og en fyldning af partikelformige elementer, og et anden volumen, som indeholder en fyldning af partikelformige elementer, eller omvendt.

20 25 30 35

Claims (13)

1. Fremgangsmåde til oxydation af en oxiderbar charge i gasfase med en gasblanding, der indeholder mindst én oxydationsgas, og 5 indvinding af reaktionsprodukterne, kendetegnet ved, at gasblandingen og den oxiderbare charge bringes i kontakt med hinanden i en kontaktzone, som er beliggende mellem mindst én første gennemstrømningszone (27) for chargen og mindst én anden gennem-strømningsszone (28) for de ved oxydationen opnåede reaktionsproduk-10 ter, i hvilken første og hvilken anden zone der er afgrænset kanaler (13), som tilvejebringer passager, der i mindst én retning har en dimension, som højst er lig med 10 mm, hvilken dimension svarer til blokeringsafstanden for den flamme, der vil kunne fremkomme ved oxydationen af chargen, at kontaktzonen omfatter en fordeler (2 15 og/eller 20), hvortil der føres oxydationsgas, hvilken fordeler består af en flerhed af i alt væsentligt parallelle rør (3,4) med porøse vægge og er beliggende i en afstand fra den første zone og fra den anden zone, som højst er lig med blokeringsafstanden.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at chargen, reaktionsprodukterne og oxydationsblandingen bringes til at strømme i en første zone, henholdsvis i en anden zone i kanaler, hvis vægge er af keramisk materiale.

3. Reaktor til udførelse af fremgangsmåden ifølge krav 1, hvilken reaktor omfatter midler (12) til fødning af en oxydationsgas, midler (6) til fødning af en oxiderbar charge og midler (9) til fjernelse af reaktionsprodukter, kendetegnet ved, at den omfatter en kombination af: 30 - mindst én oxydationsgasfordeler (2), som dels er forbundet med fødemidlerne (12) for oxydationsgas og dels med en flerhed af stort set parallelle rør (3,4) med porøse vægge af keramisk materiale, 35 - mindst ét første volumen (27), der omfatter en fyldning med keramisk materiale, som fastlægger kanaler (13), der tilvejebringer passager, som i mindst én retning har en dimension, der højst er lig med 10 mm, hvilken dimension svarer til blokeringsafstanden for den flamme, der vil kunne fremkomme ved oxydationen af chargen, hvilket første volumen er forbundet med midlerne (6) til fødning af oxiderbar charge, og 5 - mindst ét andet volumen (28), der omfatter en fyldning med keramisk materiale, som fastlægger kanaler (13), der tilvejebringer passager, som i mindst én retning har en dimension, der højst er lig med 10 mm, hvilken dimension svarer 10 til blokeringsafstanden for den flamme, der vil kunne fremkomme ved oxydation af chargen, hvilket andet volumen er forbundet med midlerne (9) til fjernelse af reaktionsprodukterne, hvorhos det første og det andet volumen er beliggende på hver sin side af de porøse rør (3,4) i en af- 15 stand, der højst; er lig med blokeringsafstanden.

4. Reaktor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at mindst ét af voluminerne (27 og 28) indeholder en fyldning i form af parti kelformige elementer med en størrelse på mellem 0,01 og 10 mm. 20

5. Reaktor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at mindst ét af voluminerne (27 og 28) indeholder en fyldning, der omfatter mindst én monolitisk enhed (7 eller 8), som omfatter en flerhed af kanaler (13), der er anbragt indbyrdes parallelt ved siden af hin- 25 anden, hvorhos hver kanal (13) har et tværsnit på mellem 0,0025 mm^ og 100 mm^. 1 2 Reaktor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at mindst ét af voluminerne (27 og 28) indeholder en fyldning, der omfatter 30 mindst én monolitisk enhed (7 eller 8), som omfatter en flerhed af kanaler (13), der er anbragt i alt væsentligt indbyrdes parallelt ved siden af hinanden, hvorhos mindst én af kanalerne omfatter mindst en del med en fyldning i form af parti kelformige elementer (24) med en størrelse på mellem 0,01 og 10 mm. 35 2 Reaktor ifølge et hvilket som helst af kravene 3-6, kendetegnet ved, at hvert volumen (27,28) i et tværsnitsplan har en gennemstrømningsflade for chargen og reaktionsprodukterne, som stort set er lig med den, der optages af de porøse rør (3,4).

8. Reaktor ifølge krav 7, kendetegnet ved, at gennemstrømningsfladerne i det første og det andet volumen (27,28) stort set ligger lige over for gennemstrømningsfladen for oxyda-tionsgasrørene (3,4). 5

9. Reaktor ifølge et hvilket som helst af kravene 3-8, kendetegnet ved, at mindst en del af reaktorens tværsnit er fuldstændigt dækket af porøse rør. 1° 10. Reaktor ifølge et hvilket som helst af kravene 3-9, ken detegnet ved, at de porøse rør (3,4) er anbragt i ikke-tilgrænsende, i forhold til hinanden forskudte lag i oxydationsgas-fordeleren (2).

11. Reaktor ifølge et hvilket som helst af kravene 3-9, ken detegnet ved, at den omfatter to oxydationsgasfordelere (2,20), som hver er forbundet med en flerhed af rør med porøse vægge, der i alt væsentligt er parallelle og ikke grænser op til hinanden, hvorved der fastlægges et første og et andet lag af rør, 20 hvilke i det første lag er forskudt i forhold rørene i det andet lag.

12. Reaktor ifølge et hvilket som helst af kravene 3-11, kendetegnet ved, at bredden af hvert porøst rør ligger mellem 25 ca. 5 mm og 50 mm.

13. Reaktor ifølge et hvilket som helst af kravene 3-12, kendetegnet ved, at adskillelsen mellem to porøse rør i et og samme lag højst er lig med bredden af et porøst rør. 30

14. Reaktor ifølge et hvilket som helst af kravene 3-13, kendetegnet ved, at porøsiteten af rørene vælges således, at oxygentryktabet ligger mellem 0,05 og 10 bar. 1

15. Reaktor ifølge et hvilket som helst af kravene 3-12 og 14, i hvilken de porøse rør er anbragt grænsende op til hinanden, kendetegnet ved, at mindst én af dem er afbrudt her og der af et længdeplan med en flerhed af huller med en dimension på mellem 0,05 og 10 mm. 5

16. Anvendelse af en reaktor ifølge et hvilket som helst af kravene 3-15 til fremstilling af syntesegas omfattende carbonoxider og hydrogen til syntese af methanol og højere homologe alkoholer. 10 15 20 25 30 35