174984. lajstromszámú szabadalom • Üzemeljárás magas hőmérsékletű vegyi reakcióknak reaktorban való lefolytatására és az üzemelhjáráshoz használható reaktor
174984 36 megindításhoz betáplált elnyelő közeg betáplálását megszüntetjük. A találmány szerinti üzemeljárás folyamán a reakciótermékeket, a maradék reagenseket és/vagy elnyelő közegeket a reakció befejeződése után közvetlenül hűteni is lehet. A hűtés célja, hogy a reakciót megszüntesse és bármilyen további, nemkívánatos reakció bekövetkezését meggátolja. A termékek, elnyelő közegek és maradék reagensek egyszerűen és hatékonyan hűthetők le olyan módon, hogy a hőt sugárzó energiát elnyelő hideg felületre sugározzuk. A folyadékszerű közegből kialakított réteggel, köpennyel, illetve fallal működő reaktorokban a következőképpen üzemeltetjük: A találmány szerinti, folyadékszerű közegből levő réteggel, illetve fallal dolgozó reaktorok gyakorlatilag minden magas hőmérsékletű vegyi reakció lefolytatásához alkalmazhatók, sok olyan reakcióhoz is, amelyeket eddig gyakorlatilag megvalósíthatatlannak, illetve csak elméletileg megvalósíthatónak tekintettek. Az ilyen folyadékszerű közegből levő köpennyel, fallal dolgozó reaktorok használatának valamely igen magas kémiai reakcióhoz legfontosabb feltétele, hogy a reakció az adott feltételek között termodinamikailag lehetséges legyen. A találmány szerinti reaktorokban mintegy 3312 °C hőmérsékletig végezhetők kémiai reakciók azáltal, hogy (1) a porózus reaktorcső belsejében semleges hatású, folyadékszerű közegből álló, gyűrű alakú köpenyt hozunk létre, amely a sugárzó energiát lényegében átbocsátja és a reaktorcső belső felülete számára védőréteget alkot, amely esetben a gyűrű alakú köpeny tengelyirányú hosszúsága nagy, és a köpeny belseje reakciókamrát képez, (2) legalább egy szilárd vagy cseppfolyós vagy gáznemű halmazállapotú reagenst a köpeny tengelyével lényegében egybeeső, előre meghatározott pálya mentén keresztüláramoltatunk a reakciókamrán úgy, hogy a reagensek a reakciókamrán belül maradnak, (3) nagyintenzitású sugárzó energiát bocsátunk a reakciókamrába úgy, hogy a reagensek előre meghatározott pályájának legalább egy részével egybeessen, minek eredményeként a reakciókamrán belül elegendő sugárzó energia nyelődik el ahhoz, hogy a reagensek hőmérséklete olyan szintre emelkedjen, amely elegendő a megvalósítani kívánt vegyi reakció megindításához és fenntartásához. * A következőkben a találmány szerinti reaktorral megvalósítható néhány magas hőmérsékletű reakciót ismertetünk. Szénhidrogének és különféle szénhidrogéntartalmú anyagok, például kőszén és különböző ásványolaj frakciók disszociációja hidrogénné és gázkorommá. Kőszén, kőolaj frakciók, olajtartalmú pala, szurokföld, lignit és bármilyen más széntartalmú vagy szénhidrogént tartalmazó alapanyag gőzzel való reformálása szintézisgáz keverékké, amely üzemeljárásban használhatunk egy vagy több szervetlen karbonátot (például mészkövet vagy dolomitot) vagy szervetlen oxidot, amelyek kéntartalmú szennyező anyagokkal vegyileg reakcióba lépnek és amelyek a kapott szintézisgáz keverékekből eltávdíthatók. Szénhidrogének és szénhidrogén tartalmú anyagok részleges disszociációja alacsonyabb molekulasúlyú vegyületekké. Telített szénhidrogének részleges pirolízise telítetlen szénhid35 18 rogénekké, például etilénné, propilénné és acetilénné. Szerves hulladékanyagok, például szennyvíziszap vagy lignittartalmú melléktermékek átalakítása éghető gázzá. Kéntartalmú szénhidrogént tartalmazó alapanyagok teljes vagy részleges kéntelenítése. Ásványi ércek vagy szervetlen vegyületek redukciója alacsonyabb vegyértékű állapotúvá, éspedig hidrogénnel, szénnel, szintézisgázzal vagy más redukálószerrel. Szervetlen elem vagy vegyület teljes vagy részleges reakciója valamilyen széntartalmú anyaggal, hogy így megfelelő szervetlen kafbidot nyerjünk. Az ilyen magas hőmérsékletű vegyi reakciós üzemeljárásokban a reakció meggyorsítására vagy a megkívánt reació-sorrend biztosítására — ha szükséges - egy vagy több katalizátort is alkalmazhatunk. Ha az ilyen üzemeljárásokban széntartalmú vagy szénhidrogén tartalmú reagensek szerepelnek, a megfelelő katalizátornak adagolása arra szolgálhat, hogy elősegítse olyan szabad gyökök, szénionok vagy karbóniumionok képződését, amelyek a reakció lefolyását befolyásolják. Természetesen a műveleti körülményeknek nem lehet egy olyan sorozata, amely a találmány szerinti reaktorban lefolytatható valamennyi reakcióhoz egyformán optimális, vagy akár megfelelő lenne. A műveleti körülmények, például hőmérsékletek, nyomások, időegységenként átfolyt anyagmennyiségek, a reaktorcsőben való tartózkodási idők változhatnak attól függően, hogy az adott reakció milyen követelményeket támaszt. Azok között a tényezők között, amelyek egy szénhidrogén pirolízisével nyert termékeket befolyásolják, megemlíthetjük például a hőmérsékletet, amelyre a szénhidrogént hevítjük, valamint azt az időtartamot, amelyen át a szénhidrogént e hőmérsékleten tartjuk. Ismert például, hogy a metánt mintegy 1232 °C-ra kell hevítenünk ahhoz, hogy acetilánt kapjunk. Etánból etilén képződése alacsonyabb hőmérsékleten, mintegy 829 °C-on kezdődik. Szénhidrogének tipikus pirolízise eredményeként acetilént, etilént, hidrogént, olajkormot, valamint szénhidrogén olajokat kapunk. A maximális acetilén hozamot millszekundum nagyságrendű reakcióidők esetén kapjuk, mivel az 1 millszekundumnál nagyobb reakcióidők általában kedveznek az etilén és más termékek keletkezésének az acetilén rovására, az 1 millszekundumnál rövidebb reakcióidők pedig általában mind az etilén, mind az acetilén hozamot csökkentik. A nagyon magas, például 1649 °-ot meghaladó hőmérsékletek általában kedveznek a gázkorom és hidrogén keletkezésének, az acetilén és etilén rovására. A találmány szerinti reaktorokban a reakcióidők a reaktorcső megrövidítésével és az ebbe vezetett reagensek időegységenkénti átfolyási sebességének növelésével csökkenthetők. Nagyon rövid reakcióidők eléréséhez előnyös lehet egy sugárzást elnyelő közegnek, például gázkoromnak reagensekkel való összekeverése annak érdekében, hogy elősegítsük a sugárzás felvételének hatékonyságát, miáltal megkönnyítjük a reagensek gyors fölmelegedését. A következőkben példákkal támasztjuk alá azt a megállapításunkat, hogy a találmány szerinti, folyadékszerű közegfalat alkalmazó reaktorban különféle magas hőmérsékletű kémiai reakciós folyamatok hajthatók végre. Valamennyi következő példában a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
