174984. lajstromszámú szabadalom • Üzemeljárás magas hőmérsékletű vegyi reakcióknak reaktorban való lefolytatására és az üzemelhjáráshoz használható reaktor
3 174984 4 minimálisra csökkentsék. Az ilyen járulékos berendezés azonban nagy beruházási költséget igényel. Egyes vegyi reaktoroknál egy magas hőmérsékletre hevített csövet alkalmaznak, amelynek belső fala a reakció fenntartásához elegendő sugárzó energiát bocsát ki. Azoknál a konduktív és konvektiv reaktoroknál azonban, amelyeknél a reakciók szilárd termékeket eredményeznek, a cső falán nem kívánatos termékleTakódás lép föl, ami a hőátadás csökkenéséhez, esetleg a cső eltömődéséhez vezet. A 2 926 073 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett reaktor földgáz pirolízise útján gázkorom és hidrogén előállítására szolgál. A leírás szerint az eljárás folyamatos, azonban a reaktorban alkalmazott konvektiv hőátadás mind a reakció fenntartása, mind ennek szabályozása során súlyos problémákat okoz. Mivel a reaktor hevített csövei ideális reakcióhelyek, a szén változatlan alakban rakódik le és a rendszert eltömheti. Ennél is súlyosabb a hő hirtelen megnövekedésének problémája, ami robbanást is okozhat. E problémát próbálták úgy megoldani, hogy a földgáz pirolízise során a*gáz összetételének változtatásával a gázfázis hővezetőképességét hirtelen három-ötszörösre növelték. Mivel a hagyományos konvektiv reaktorban a hőmérsékletek elegendő sebességgel és pontossággal nem szabályozhatók, bizonyos körülmények között a rendszer instabillá válhat és robbanás következhet be. Ezek a hátrányos jelenségek az ismert reaktoroknál nem küszöbölhetőkki. A 3 565 766 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás egy szén pirolízisére vonatkozó eljárást ismertet. A rendszerben egy sorozat üreges acél edény van, amelyek többfokozatú fluidizált ágyként dolgoznak. A hőmérsékletek fokozatosan nőnek, a legmagasabb hőmérséklet mintegy 871 °C. Alacsonyabb hőmérsékleteken a fluidizációt inert gázzal érik el, amely maga is vihet be hőt, noha külső hevítéssel dolgozik a rendszer. Magasabb hőmérsékleten a fluidizációt a végső fázisban nyert, fölül levő gáz segítségével érik el, és e végső fázisban (utolsó lépcsőben) a hőmérsékletet a szénnek levegő vagy oxigén atmoszférában való elégetése révén érik el, illetve tartják fenn. Mivel e rendszer is elsősorban konvekciós hőátadáson alapul, itt is megtalálhatók mindazok a hátrányos jelenségek és tulajdonságok, amelyeket már ismertettünk. A gázkorom előállítására szolgáló, 2 062 358 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett berendezésnek hevítőkamrában elhelyezett porózus csöve van. Egy külön kemencéből forró gázt táplálnak a hevítőkamrába, ezt a porózus cső falán való áthaladásra kényszerítik és így ez a reagenssel keveredik. Ezáltal a hőt a közegből csak konvektiv úton adják át a reagensekre. Ez a tény, valamint az a körülmény, hogy nincs a rendszerben „fekete testként viselkedő üreg” szükségessé teszi, hogy a hőveszteségek pótlására a közeg nagy mennyisége áramoljon át a hevítőkamrán. A 2 769 772 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás cseppfolyós anyagok, például szénhidrogének hőkezelésére szolgáló reaktort ismertet, amelynek két, lánggal hevített kemencében elhelyezett koncentrikus csöve van. A reagensek a porózus belső csövön tengelyirányban áramlanak keresztül. A csövek közötti gyűrű alakú téren hőt hordozó gázt áramoltatnak át, amelyet a külső fallal való érintkeztetés révén hevítenek. A belső csőben levő közeget konvekciós úton hevítik, mert a hőt hordozó gáz áthatol a porózus falon és a belső csőben levő közeggel keveredik. E berendezésnél sugárzó hőközlés nincs. A belső csövet nem lehet anélkül hevíteni, hogy a külső cső is ne hevüljön legalább a belső csővel azonos hőmérsékletre. A 2 436 282 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás felületi égésű krakkolókemencéje a 2 769 772 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás tárgyához hasonlóan konvektiv hőhordozó gázt alkalmaz. A kemencét porózus tűzálló anyagú cső alkotja, amelyet köpeny vesz körül. A porózus falon egy gyűrű alakú kamrából éghető gázt kényszerítenek keresztül a cső belsejébe és itt elégetik. E rendszer hibája, hogy a gyűrű alakú kamrában az éghető anyag föl fog robbanni akkor, ha a porózus falon kisebb sebességgel kényszerítjük át, mint a lángnak a porózus falon keresztüli, visszafelé való teijedési sebessége. A hőmérsékletet a gyűrű alakú kamrában a gáz—levegő keverék gyulladási értéke alatt kell tartani. A felületi lángból származó égéstermékek a kemencében keverednek a reagensekkel, ezeket felhígítják és ezekkel esetleg reakcióba is lépnek. A reagensekre való hőátadás az égéstermékek és reagensek konvektiv keverésével történik. A 2 670 272, a 2 670 275, a 2 750 260, és 2 915 367, a 2 957 753 és a 3 499 730 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások színezékként használt titándioxid előállítására szolgáló égetőkamrákat ismertetnek, amelyeknél a titándioxidot titántetrakloridnak oxigénben való égetése révén állítják elő. E szabadalmi leírások jellemző egyedének tekinthető 2 670 275 számú szabadalmi leírás szerint a titántetrakloridot porózus, tűzálló csőben égetik. A porózus csövön keresztül folyamatosan semleges hatású gáz diffundál az égetőkamrában, ahol a cső fala belső felületén védőréteget alkot. Ez a gáznemű réteg lényegesen csökkenti a titándioxid részecskéknek azt a törekvését, hogy a reaktor falain megtapadjanak. Mivel a titántetraklorid égése exoterm reakció, nincs olyan intézkedés, hogy a csövön való áthaladás közben a reakció keverékbe hőt tápláljanak. A 2 670 275 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásból valójában az a következtetés vonható le, hogy előnyös hőt elvonni a reaktorkamrától akár úgy, hogy a porózus cső egységét atmoszferikus hőmérsékleten (szabadban) helyezik el, akár úgy, hogy a porózus cső körül levő csavarvonal alakú csővezetékben hűtőközeget áramoltatnak. A találmány feladata magas hőmérsékletű vegyi reakcióknak reaktorban való lefolytatására olyan üzemeljárás és reaktor létrehozása, amelyek révén az eddigieknél lényegesen magasabb hőmérsékleten lefolyó reakció folyamatok is végezhetők a reaktor falának vagy egyéb részeinek károsodási veszélye nélkül, a reaktor részei nem dugulhatnak el, a reaktort csak nagyon ritkán vagy egyáltalán nem kell tisztítani, továbbá robbanás nem fordulhat elő. A találmány a kitűzött feladatot olyan üzemeljárás létrehozása révén oldja meg, amelynek jellemzője, hogy feketetestnek tekinthető üreget körülfogó, tűzálló anyagú és sugárzást visszaverő fal belsejében kialakított reaktorkamrában gyakorlatilag sugárzást át5. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
