174984. lajstromszámú szabadalom • Üzemeljárás magas hőmérsékletű vegyi reakcióknak reaktorban való lefolytatására és az üzemelhjáráshoz használható reaktor
37 174984 38 2A—6. ábrák szerinti reaktort alkalmaztuk a különlegesen magas hőmérsékletű reakciók végrehajtásához. A 61 reaktorcsövet porózus grafitból készült, 152,4 cm hosszúságú, 7,62 cm belső átmérőjű és 10,16 cm külső átmérőjű cső képezte, amelyben a pórusok sugarának átlagos mérete 20 mikron volt. A porózus anyagú reaktorcsövet acélból levő 70 nyomástartó edényben helyeztük el, melynek átmérője 25,4 cm volt. A 61 reaktorcsövet 100a—lOOf hevítő elektródokkal hevítettük, amelyek szénből voltak, és amelyeket 85 közbenső térben helyeztünk el. A szintén a 85 közbenső térbe helyezett 120 hőpajzs molibdénből készült. A 61 reaktorcső kibocsátó végrészének közelében vízzel hűtött 125 hűtő szerkezetet helyeztünk el annak érdekében, hogy a sugárzásos hőközléssel nyert reakciótermékeket lehűtsük. Minden példa szerinti reakció lefolytatását követően — amely reakciók időtartama különböző volt — a 61 reaktorcsövet megvizsgáltuk abból a szempontból, nem jött-e létre rajta gázkoromból vagy más anyagból levő lerakódás. Ilyen lerakódást egyetlen esetben sem tapasztaltunk. I. példa: Metán termikus disszociációja Kísérletek sorozatát hajtottuk végre annak megállapítása céljából, hogy milyen a folyadékszerű közegből levő fallal dolgozó reaktor hatékonysága a természetes gáz termikus disszociációjánál, különféle időegység alatti átfolyások és reakcióhőmérsékletek esetén. Minden ilyen kísérlet során 83 csövön keresztül hidrogént vezettünk a 85 közbenső térbe, ezt átkényszeritettük a porózus 61 reaktorcsövön a reaktorkamrába, állandó 5 scfm időegységenkénti átfolyással. A 100a—lOOf hevítő elektródokon átvezetett áramot úgy szabályoztuk, hogy a reaktorcső hőmérséklete — egy optikai pirométerrel mérve — 1260 °C és 1869 °C között legyen. A természetes gázt — amely 95%-ot meghaladó mennyiségű metánt és a fenntartó részben pedig etánt és propánt tartalmazott — 91 bebocsátócsövön keresztül 1—5 scfm közötti, változó időegységenkénti sebességgel vezettük a reaktorba. Ezzel egyidejűleg a 121 csövön keresztül kis mennyiségű gázkormot tápláltunk a reaktorba. A gázkorom a pirolitikus disszociáció megindításához elnyelő közegként szolgált. Mihelyt a disszociáció megkezdődött, a reakció fenntartásához már nem volt szükség további járulékos gázkorom beadagolására. A reaktorcső kibocsátó végrészén sűrű, fekete füst áramlott ki, amely gázkoromból és hidrogénből állt. A gázkorom részecskék rendkívül finomak és nehezen szűrhetők voltak. A kilépő áramba közvetlenül a 61 reaktorcső kibocsátó végrésze előtt vizet permetezve lehetővé vált a gázkorom részecskék agglomerálása és egy szövetanyagú porszűrőn való összegyűjtése. Az I. táblázat 1—5 scfm közötti áramlási, illetve átfolyási sebességeknél, valamint 1260 °C-1869°C hőmérsékletek esetén százalékos disszociáció adatokat mutat. A disszociált metán frakciót a kilépő gáz hővezetőképességének mérésével határoztuk meg, miután a mintából a gázkorom részecskéket kiszűrtük. I. táblázat Disszociációs Időegységenkénti átfolyás (scfm) hőmérséklet (°C) 1 2 3 4 5 1260 86 74 66 60 54 1371 89 79 72 68 63 1482 91,5 83 78 74,5 70,5 1593 94 88 84,5 82,0 79 1649 95,5 91 88,5 86 83,5 1702 97 94 92,5 91,0 89,5 1758 98,5 98,5 98,5 98,5 98,5 1813,7 100 100 100 100 100 1869,2 100 100 100 100 100 II. példa: Folyékony szénhidrogének termikus disszociációja Kísérletek sorozatát hajtottuk végre annak érdekében, hogy megállapítsuk a találmány szerinti reaktor hatékonyságát folyékony szénhidrogének termikus hőbontásánál. A folydékszerű közeg fal, illetve köpeny anyagaként hidrogént használtunk, amelyet 5 scfm-es állandó időegységnyi átfolyási sebességgel tápláltunk be. A kísérletsorozathoz kiválasztott folyékony szénhidrogének nyers kőolajból nyert tipikus desztillátumok voltak, például 38 °C—93 °C forráspontú nafta, 104°C-177°C fonáspontú kerozindiesel, 177°C-316°C forráspontú gázolaj, valamint maradvány olaj és 316 °C-nál nagyobb fonáspontú aszfalt. A kísérletek eredményei a következők voltak: A) Nafta A nafta áramot megközelítően 26,7 °C hőmérsékleten a 121 csövön keresztül mintegy 0,00316 1/sec sebességgel tápláltuk a 61 reaktorcsőbe. A reaktorcsövet 1853 °C hőmérsékleten tartottuk. A tiszta naftát magában vezettük át a reaktoron. Ez az izzó reaktorcsőből kisugárzó hőenergiát átengedte. Ezután a naftát 0,1 súly% finomra őrölt gázkorom bekeverésével át nem bocsátóvá tettük. Amikor az ismertetett módon ezt a keveréket vezettük be a reaktorba, az anyag a sugárzó hőt kiválóan elnyelte. A reaktor kibocsátó végrészén gázkorom és hidrogén áramlott ki. A termékként nyert gázt hővezetőképesség-mérő cellában analizáltuk, ami 98 mól%-nál több hidrogént mutatott ki, jelezve hogy a disszociáció csaknem teljes volt. B) Kerozin-diesel Kerozin-dieselt kevertünk 0,1 súly% gázkorommal, majd mintegy 0,00316 1/sec sebességgel a találmány szerinti reaktorba tápláltuk. A reaktorcsövet 1869,2 °C hőmérsékleten tartottuk. A kerozin-diesel gázkorommá és hidrogénné disszociált. A hővezetőképesség-mérések azt mutatták, hogy a kilépő gáz több mint 98 mól% hidrogént tartalmazott. C) Gázolaj A találmány szerinti reaktorba 0,003161/sec sebességgel gázkorommal kevert gázolajat vezettünk. Amikor a reaktorcső hőmérséklete elérte az 1869,2 °-ot, a gázolaj gázkorommá és hidrogénné disszociált. A hidrogén — amelyet a gázkoromtól elkülönítettünk — a hővezetőképességre végzett mérésekből megállapíthatóan 98 mól% tiszta hidrogént tartalmazott. Amikor a reaktor hőmérséklete 1538 °C-ra süllyedt, a reaktor19 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
