174984. lajstromszámú szabadalom • Üzemeljárás magas hőmérsékletű vegyi reakcióknak reaktorban való lefolytatására és az üzemelhjáráshoz használható reaktor
39 174984 40 ból kilépő sűrű fekete füst könnyű szürke köddé változott át, jelezve hogy az alacsonyabb hőmérsékleten a a gázolaj csak részlegesen disszociálódott, feltehetően könnyebb szénhidrogén frakciókká és kis mennyiségű szénné. D) Maradékolaj és aszfalt A találmány szerinti reaktorba 0,00316 1/sec sebességgel vezetett, aszfaltot tartalmazó maradékolaj teljesen gázkorommá és hidrogénné disszociálódott akkor, amikor a reaktorcső hőmérséklete 1869,2 °C volt. A kilépő áram gáznemű komponensének hővezetőképességre végzett elemzése azt mutatta, hogy abban a hidrogén a 98 mól%-ot meghaladta. III. példa: Kőszén termikus disszociációja Utah-beli puha kőszén mintát analizáltunk és azt találtuk, hogy az 0,58 súly% ként és 8,55 súly% hamut (tufát) tartalmaz. A kőszenet -50-es porrá aprítottuk és mintegy 15,87 kg/óra mennyiséggel a reaktorba tápláltuk. A 61 reaktorcsövet 1649 °C hőmérsékletre hevítettük és belső fala mentén védő nitrogén réteget, köpenyt hoztunk létre, melynek nitrogén anyagát a reaktorcső porózus falán át scfm időegységenkénti átfolyási sebességgel áramoltattuk. A kőszén gázkorommá, gáznemű termékké és könnyű koksszá disszociálódott. A gázkorom az I példában kapott terméktől abban különbözött, hogy a részecskék elég nagyok voltak ahhoz, hogy víz hozzáadása nélkül szűrhetők legyenek. Azt találtuk, hogy a gázkorom 8,63 súly% hamut és 0,54 súly% ként tartalmazott. A gáznemű termék hidrogén és nitrogén keveréke volt (nitrogén a védőrétegből, köpenyből származott), és csak 0,02 mól% ként tartalmazott, amely hidrogénszulfid formájában volt jelen. A kiinduló anyagnak körülbelül 62 súly%-a alakult át koksszá. Ez a koksz rendkívül könnyű és nyitott szerkezetű volt. Sűrűsége mindössze 35%-a volt annak a szénnek, amelyből nyertük. Frissen gyártva a koksz levegőben spontán módon, 12 óránál nem hosszabb időtartam alatt hamuvá oxidálódott jelezve, hogy nagy volt a felületi aktivitása. Amikor a kokszot egy éjszakán át szobahőmérsékleten, nitrogénatmoszférában tartottuk, nem volt jele a felületi aktivitásnak, és amikor levegő hatásának tettük ki, spontán oxidáció nem következett be. A koksz mikroszkopikus vizsgálata kimutatta, hogy az üveghez hasonló szubsztanciájú, kis, üreges, szférikus testecskéket, golyócskákat tartalmazott. A vegyi elemzés azt mutatta, hogy a koksz 8,27 súlyszázalék hamut és 0,7 súlyszázalék ként tartalmazott. IV. példa: Kőszén gőzzel történő reformálása és elgázosítása Egy magas mészkőtartalmú hamut (tufát) tartalmazó kőszén mintát vizsgáltunk meg, amelyben 0,60 süly% ként találtunk. A szenet -50-es porrá aprítottuk és mintegy 4,96 kg/óra mennyiségben a reaktorba tápláltuk. Egyidejűleg 121 °C hőmérsékletű gőzt vezettünk mintegy 9,07 kg/óra mennyiségben a reaktorba. A reaktorcsövet 1853 °C hőmérsékletre hevítettük és belső felülete mentén hidrogén réteget hoztunk létre, amelynek hidrogén anyagát 5 scfm időegységenkénti átfolyási sebességgel kényszerítettük keresztül a porózus falon. Megfigyeltük, hogy a reaktor kibocsátónyílásán gőzzel keveredett sűrű anyag áramlott ki. Nem találtuk nyomát annak, hogy gázkorom vagy nehéz maradványok képződtek volna. Nem találtunk hamut (tufát) vagy más szilárd anyagot a közvetlenül a reaktor kibocsátó végrésze alatt elhelyezett tölcsérben, ami azt mutatta, hogy a szénben levő valamennyi szilárd maradvány anyagot a gáznemű termék vitte magával. A kilépő áramból a szilárd termékeket kiszűrtük és a maradék gázt kiszárítottuk, még mielőtt az analízist egy tömegspektrométerrel végrehajtottuk volna. Az analízis eredményei — a levegőt elhanyagolva — a következők voltak. Nitrogén 0,051%, szénmonoxid 7,563%, hidrogénszulfid 0,0%, széndiszulfid 0,0%, széndioxid 0,277%, hidrogén 89,320%, metán 1,537%, más szénhidrogének, például benzol, acetilén stb. 1,253%. A koncentrációkat mól%-ban adtuk meg. Az ebből a reakcióból származó gáznemű termék tüzelőanyagként használható. Az analízis során kéntartalmú komponenseket nem észleltünk, noha a tömegspektrométer alkalmas volt olyan kénvegyületek kimutatására is, amelyek olyan kis koncentrációban vannak jelen, mint 10 ppm. Ez azt mutatja, hogy lényegében minden kén, ami kezdetben a kőszénben volt, eltávozott azokban a szilárd részecskékben, amelyeket a kilépő áramból kiszűrtünk. V. példa: Olajpala gőzzel történő reformálása és elgázosítása Egy olajpala mintát -100-as szemcseméretű porrá aprítottunk. A mintát analizáltuk azokra a különféle széntartalmú anyagokra, amelyek az olajpalában vannak. Az olajpalából szobahőmérsékleten 0,93 súly%ban metilénkloridot extraháltunk. A mintát úgy analizáltuk, hogy egy részét levegőben hevítettük és ennek során a hőmérséklet függvényében súlycsökkenést észleltünk. Ennek a további analízisnek eredménye a következő volt: Hőmérséklet-SúlyMegjegyzések tartomány veszteség 20 °C- 500 °C 11,60 illékony anyagok desztillációja 500 °C- 780 °C 2,50 szénoxidáció 780 °C—1200 °C 12,00 CaC03 dekarb oxilozódása Ezekből a mérésekből becsléssel megállapítottuk, hogy az olajpala 15 súly% szerves anyagot és 27,3 súly% mészkövet, például CaC03-ot tartalmazott. A fennmaradt 57,7 súly%-nyi anyagot kovasavtartalmú anyagnak tételezzük föl. A por halmazállapotú mintát mintegy 17,25 kg/óra mennyiségben tápláltuk a reaktorba. Egyidejűleg mintegy 9,25 kg/óra mennyiségben gőzt is vezettünk be. A gőz hőmérséklete a reaktor bebocsátó végrészénél 121 °C volt. A reaktorcsövet 1687 °C hőmérsékleten tartottuk és védőréteg anyagaként hidrogént használtunk, amelyet 5 scfm időegységenkénti átfolyási 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 20
