发明名称 流体壁反应器及其在高温化学反应方法中之利用
摘要
申请公布号 TW022944 申请公布日期 1978.04.01
申请号 TW06412025 申请日期 1975.10.01
申请人 塞加工艺公司 发明人 EDWIN MATOVICH
分类号 B01L7/00 主分类号 B01L7/00
代理机构 代理人 陈长文 台北巿敦化北路二○一号七楼
主权项 1﹒一个高温流体壁反应器,在其中实质上全部之热量为由辐射偶供给,其特点为:(A)具有入口端及出口端之一个反应器管,此管之内部限制成反应器室,此反应器管系由实质上可穿透辐射之材料制成,并包括有一个内壁及一个外壁而于彼等之间限定成一个环状槽,一种实质上可穿透辐射之流体媒质循环整个槽内以冷反应器管;(B)配置于反应器管入口端附近之一个扩散器,实质上可穿透辐射之惰性气体在压力下通过此扩散器,及随后实质上使该气体成层状而轴向流过反应器室以在反应器管之内壁上造成保护层;(C)将至少一种反应物经过反应器管之入口端导入反应器室之设施,此等反应物系以反应器管之轴向预定路导入,并被此保护层大体上限制在反应器室之中央及不与反应器管之内壁接触;及(D)一个配置于一个反射器内之辐射能源,此反射器位在反应器管外,辐射能被反射器收集及集中焦点,并导入反应器室内与反应物预定路之至少一部份相合者。2﹒一个高温流体壁反应器,在其中实质上全部之热量为由辐射偶所供给,其特点为:(A)具有入口端及出口端之一个反应器管,此管之内部限制成反应器室,此反应器管系由多孔之耐火材料制成,此种材料能射出充分之辐射能以升高反应器管内反应物之温度至足以引发及维持所要化学反应之大小;此耐火材料之孔隙之直径得使实质上可穿透辐射能之充分惰性流体均匀流过此管壁以在反应器管之沿径向内表面上构成一个保护层;(B)一个包围住反应器管之不漏流体之管状耐压器,在反应器管及耐压器中间限定成惰性流体高压室,反应器管之入口端及出口端系与高压室密封隔绝;耐压器有得使惰性流体在压力下导入高压室及通过多孔管壁进入反应器室之一个入口;(C)将至少一种反应物经反应器管之入口端导入反应器室之设施,此等反应系以反应器管之轴向预定路导入,并被保护层限制于大体上在反应器室之中央及不与反应器管之内壁接触;(D)配置于高压室内及在反应器管之沿径向外而间隔开之电热设施,用以将反应器管加热至可射出充分之辐射能以引发及维持所要化学反应之温度大小,辐射能系被导入反应器管之中央而实质上与反应物路之至少一部份相合;及(E)一个成圆周之挡热物,配置于耐压器之内并在加热设施之沿径外部,此挡热物将辐射能反射朝向反应器管。3﹒一个高温流体壁反应器,在其中实质上全部之热量为由辐射偶所供给,其特点为:(A)具有入口端及出口端之一个反应器管,此管之内部限制成反应器室,此反应器管系由实质上可穿透辐射作用之材料所制成;(B)将在压力下之惰性流体经过多孔管壁导入反应器室之设施,用以在反应器管之沿径向内表面上构成一个保护层,此惰性流体实质上系可穿透辐射能;(C)将至少一种反应物经反应器管之入口端导入反应器室之设施,此等反应物系以反应器管轴向之预定路导入,并被保护层限制于大体上在反应器室之中央及不与反应器管之内壁接触;及(D)一个配置于反射器内之辐射能源,此反射器位在反应器管之外部,辐射能被反射器收集及集中焦点并导入反应器室内以与反应物路之至少一部份相合者。4﹒一个高温流体壁反应器,在其中实质上全部之热能为由辐射偶所供给,其特点为:(A)具有入口端及出口端之一个反应器,此管内部之至少一部份限制成一个反应带,此反应器管系由纤维状耐火材料之织物所制成,此种织物能射出充分之辐射能以将反应带之反应物温度升高至足以引发及维持所要化学反应之大小;此织物有多个孔隙,孔隙之直径得使实质上可穿透辐射能之充分惰性流体均匀流过管壁以在反应器管之沿径向内表面上构成一个保护层;(B)一个不漏流体之管状耐压器,包围住反应器管以在反应器与耐压器之间限定成一个惰性流体高压室,反应器管之入口端及出口端系与高压室密封隔绝;耐压器有得使惰性流体在压力下导入高压室及经过多孔之管壁进入反应带之至少一个入口;(C)将至少一种反应物经过反应器管之入口端导入反应带之设施,此等反应物系以反应器管之轴向预定路导入,并被保护层限制于大体上在反应带之中央及不与反应器管之内壁接触;(D)配置于高压室内及在反应器管之沿径朝外而间隔开之电热设施,用以将反应器管加热至可射出充分之辐射能以引发及维持所要化学反应之温度大小,辐射能系以实质上与反应物路之至少一部份相合而导入反应带;及(E)一个配置于耐压器内之挡热物,实质上包围住此等加热元件及反应带以限定成一个黑体空腔,此挡热物将辐射能反射向内至反应带者。5﹒根据上述请求专利部份第1项至第4项中任何一项之高温流体壁反应器,又包括将一种能吸收辐射能之靶体导入反应器室而与沿反应物路之至少一处相合,充分之辐射能被靶体吸收以升高反应物之温度至足以引发所要化学反应之大小者。6﹒根据上述请求专利部份第5项之高温流体壁反应器,在其中此靶体为一种液体者。7﹒根据上述请求专利部份第5项之高温流体壁反应器,在其中此靶体为在约一00微米至0﹒0一微米之电磁波谱内显示有吸收作用之一种气体者。8﹒根据上述请求专利部份第5项之高温流体壁反应器,在其中此靶体为经过反应器之入口端引入而沿与反应物路相合之路之细分炭粉者。9﹒根据上述请求专利部份第5项之高温流体壁反应器,在其中此靶体为在反应器室内沿反应物之至少一部份路配置之一种固体元件者。10﹒根据上述请求专利部份第9项之高温流体壁反应器,在其中此固体元件系由炭制成者。11﹒根据上述请求专利部份第1项至第4项中任何一项之高温流体壁反应器,又包括配置于反应器室内且与反应物路之至少一部份相合而用以将反应物之温度升高至足以引发所要化学反应之大小之设施者。12﹒根据上述请求专利部份第11项之高温流体壁反应器,在其中用以升高反应物温度之设施包括一种电热元件者。13﹒根据上述请求专利部份第11项之高温流体壁反应器,在其中用以升高反应物温度之设施包括一种电弧者。14﹒根据上述请求专利部份第1项之高温流体壁反应器,在其中用以升高反应物温度之设施包括一种火焰者。15﹒根据上述请求专利部份第1项或第3项之高温流体壁反应器,在其中反应器管系由玻璃,石英,热烧结之氧化铝或热烧结之氧化钇制成者。16﹒根据上述请求专利部份第1项或第3项之高温流体壁反应器,在其中此流体媒质为一种气体者。17﹒根据上述请求专利部份第1项或第3项之高温流体壁反应器,在其中此流体媒质为液体或气态之水,重水,氮,空气或氧者。18﹒根据上述请求专利部份第1项或第3项之高温流体壁反应器,在其中辐射能源为电、浆、弧(Plasmaarc),加热丝或加种火焰(seededflame)者。19﹒根据上述请求专利部份第1项至第4项中任何一项之高温流体壁反应器,又包括配置邻近于反应器管之出口端之反应产物冷设施者。20﹒根据上述请求专利部份第2项之高温流体壁反应器,在其中孔隙直径为在约0﹒00一至0﹒0二0寸之范围内者。21﹒根据上述请求专利部份第2项之高温流体壁反应器,在其中多孔物为石墨,炭,烧结之不锈钢,烧结之钨,或烧结之钼者。22﹒根据上述请求专利部份第2项之高温流体壁反应器,在其中此多孔物为氧化钍,氧化镁,氧化锌,氧化铝或氧化锆者。23﹒根据上述请求专利部份第2项或第4项之高温流体壁反应器,又包括用以冷耐压器之设施者。24﹒根据上述请求专利部份第2项之高温流体壁反应器,在其中耐压器冷设施包括围绕耐压器之沿径向外配置之冷旋转器者。25﹒根据上述请求专利部份第2项或第4项之高温流体壁反应器,在其中用以加热反应器管之电热设施包括在反应器管之沿径外面及围绕此管成圆周间隔开之多个电阻加热元件者。26﹒根据上述请求专利部份第4项之高温流体壁反应器,在其中此纤维状耐火材料为石墨或炭者。27﹒根据上述请求专利部份第4项之高温流体壁反应器,又包括将一种耐火涂料沉积于反应器管(配置在黑体腔内)之纤维状耐火材料之部份上以增加织物之刚硬度之设施者。28﹒根据上述请求专利部份第27项之高温流体壁反应器,在其中此耐火涂料沉积设施包括测量高压室与反应带中间之压力差之感应器,分配一种耐火沉积剂于惰性气体流内之计量设施,及反应器管出口关闭设施。使含有沉积剂之惰性气机流导入反应带及沿径向外通过反应器管壁进入惰性流体高压室者。29﹒根据上述请求专利部份第4项之高温流体壁反应器,又包括将织物中之孔隙直径增大以增加惰性流体通过管壁流速之设施者。30﹒根据上述请求专利部份第29项之高温流体壁反应器,在其中用以增大孔隙直径之设施包括测量高压室与反应带中间之压力差之感应器及用以分配一种浸蚀剂于惰性气体流内之计量设施者。31﹒根据上述请求专利部份第4项之高温流体壁反应器,又包括用以减少织物中孔隙直径以减低惰性流体通过管壁流速之设施者。32﹒根据上述请求专利第31项之高温流体壁反应器,在其中用以减小孔隙直径之设施包括测量高压室与反应带中间之压力差之感应器及用以分配一种耐火沉积剂于惰性气体流内之计量设施者。33﹒根据上述请求专利部份第32项之高温流体壁反应器,在其中此耐火沉积剂为一种含碳气体者。34﹒根据上述请求专利部份第32项之高温流体壁反应器,在其中此耐火沉积剂为一种挥发性含金属之化合物者。35﹒根据上述请求专利部份第4项之高温流体壁反应器,在其中被加热及暴露于惰性流体内之纤维状耐火材料之部份具有耐火性氧化物之涂层者。36﹒根据上述请求专利部份第35项之高温流体壁反应器,在其中此耐火性氧化物为氧化钍,氧化镁,氧化锌,氧化铝或氧化锆者。37﹒根据上述请求专利部份第4项之高温流体壁反应器,又包括配置于耐压器之入口装配段内之一个管状伸缩器,此伸缩器之入口端系以不漏流体之方式固定至入口装配段之入口,及伸缩器之出口端系以不漏流体之方式藉一个反应器管入口支载环固定至反应器管之入口端,由伸缩器系可对应反应器管之轴向膨胀及收缩而变形者。38﹒根据上述请求专利部份第4项之高温流体壁反应器,又包括将一个轴向张力加至反应器管之设施者。39﹒根据上述请求专利部份第1项至第4项中任何一项之高温流体壁反应器,在其中将液体反应物导入反应器管之反应带之设施包括配置于反应器管内而邻近于反应带之入口之一个雾化喷嘴,此液体反应物及雾化气体在压力下导入及在喷嘴内混合,液体反应物从喷嘴出口分散成可吸收辐射能之雾者。40﹒根据上述请求专利部份第39项之高温流体壁反应器,在其中此雾化喷嘴包括有固定至喷嘴及作喷嘴之沿径外面配置之一个管状覆盖物,此覆盖物之轴实质上系与反应器管之轴平行者。41﹒根据上述请求专利部份第39项之高温流体壁反应器,包括有配置于反应器管内而邻近于反应器管之入口端之多个雾化喷嘴者。42﹒根据上述请求专利部份第39项之高温流体壁反应器,在其中将液体反应物导入反应带之设施又包括用以引入一种扫除气体于反应器管之入口端之设施,此扫除气体使液体反应物雾导向反应带者。43﹒根据上述请求专利部份第2项至第4项中任何一项之高温流体壁反应器,在其中于反应器管之入口端与反应带间之反应器管内部之一部份限定成一个反应前带,使惰性流体导入其中以形成有助于使反应物大体上限制在反应带之中央及不与反应器管之内壁接触之一个保护层者。44﹒根据上述请求专利部份第1项至第4项中任何一项之高温流体壁反应器,在其中将固体反应物引入反应器管之反应带之设施包括装在伸长之管状罩套内而可转动之直螺旋形送料螺旋,转动送料螺旋之传动设施,将压碎之固体反应物引入罩套内之加料漏斗,在加料漏斗下流之一处将一种加压密封流体导入罩套内之设施,及用以使反应物及封密流体从罩套内流入反应器入口之出口设施者。45﹒根据上述请求专利部份第4项之高温流体壁反应器,在其中电设施包括环绕反应器管成圆周隔开而由纤维状耐火材料之织物制成之多个电阻加热元件者。46﹒根据上述请求专利部份第45项之高温流体壁反应器,在其中此纤维状耐火材料为石墨或炭者。47﹒根据上述请求专利部份第2项或第4项之高温流体壁反应器,在其中挡热物系以钼或一种石墨性材料制成者。48﹒与高温流体壁反应器配合而具有入口端及出口端之一个可变图型逆流热交换器,此热交换器系在其入口端固定至反应器出口用以接受高温反应产物,此热交换器包括有耐火材料制之管状内壁,与内壁之外面成同心隔开而以耐火材料制之管状外壁,及在内壁与外壁中间配置以耐火材料制之螺状挡板以限定成一个螺旋环状之冷剂槽;及有至少一个冷剂入口经过外壁伸入与冷剂槽相通,此冷剂系在邻近于热交换器入口端之螺旋环状槽之出口泄出者。49﹒根据上述请求专利部份第48项之热交换器,又包括将冷剂从螺旋环状槽之出口导入反应器之惰性气体高压室内之设施者。50﹒根据上述请求专利部份第4项之高温流体壁反应器另外包括一个反应产物控制系统,包括有:(i)采取从反应器流出之反应产物样品之设施;(ii)包括有样品入口及信号输出之反应产物分析器,此分析器将反应产物之化学组成与一个预先选定之组成比较及在其输出处产生相对于分析样品之化学组成中之偏差之一个电信号;及(iii)一个反应器温度控制器,包括有连接至分析器信号输出之控制信号输入,及连接至将反应器管加热之电热设施之加热电力输出,此反应器管之温度系对应于分析器信号之变化而改变以减低偏差者。51﹒根据上述请求专利部份第50项之一种高温流体壁反应器,在其中反应产物分析器包括有连接至数字电子计算机之一个气体色层分析器者。52﹒根据上述请求专利部份第50项之一种高温流体壁反应器,在其中采取样品之设施包括以预先选定之时间间隔将样品输送至反应产物分析器之样品入口之设施者。53﹒根据上述请求专利部份第50项之一种高温流体壁反应器,在其中反应器温度控制器包括与三相电力线串联之一个SCR路者。54﹒一种高温化学反应方法,其特点包括下列各步骤:(i)在一种可反射辐射能之耐火材料之壳内,造成实质上辐射能可穿透之一种惰性流体之环状封套,由壳所包住之容积构成一个黑体空腔,此封套具有实质上之轴向长度及在封套之内部构成一个反应室;(ii)将至少一种反应物通入黑体空腔,及沿大体上与封套之纵轴相合之预定路通过反应室,此等反应物系被限制于该反应室内;及(iii)将高强度之辐射能导入反应室以与反应物预定路之至少一部份相合,充份之辐射能遂在反应室内被吸收以升高反应物之温度至足以引发及维持所要化学反应之程度者。55﹒应用在其中实质上全部之热量为由辐射偶所供给之高温流体壁反应器之一种方法,该反应器包括有:(A)具有入口端及出口端之一个反应器管,此管之内部限定成反应器室,反应器管系由能发出充分辐射能而将在反应器管内之反应物温度升高至足以引发及维持所要化学反应之大小之一种多孔耐火材料制成;耐火材料之孔隙直径得使实质上可穿透辐射能之充分惰性流体均匀通过管壁以在反应器管之沿径内部表面上构成一个保护层;(B)一个不漏流体之管状耐压器,包围反应器管以在反应器管与耐压器之间限定成一个惰性流体高压室;反应器之入口端及出口端系与高压室密封隔绝;耐压器有一入口得许在压力下之惰性流体导入高压室及通过管壁进入反应器室;(C)将至少一种反应物经过反应器管之入口端导入反应器室之设施,此等反应物以反应器管轴向之一个预定路导入并被保护层限制于反应器室之中央及不与反应器管之内壁接触;(D)配置于高压室内及在反应器管之沿径外面隔开之电热设施,用以将反应器管加热至可射出充分之辐射能以引发及维持所要化学反应之温度大小,辐射能系导向反应器管之中央而实质上与反应物路之至少一部份相合;及(E)一个成圆周之挡热物,配置于耐压器之内及在加热设施之沿径外面,此挡热物将辐射热反射至反应器管,此高温化学反应方法包括:(i)在多孔反应器管之内部造成由实质上可穿透辐射能之惰性流体构成之环状封套以在反应器管之沿径向内表面上形成一个保护层,此环状封套有大体上轴向之长度及封套之内部限定成一个反应室;(ii)将至少一种反应物沿大体上与封套之纵轴相合之预定路通过反应室,此等反应物被限制于反应室内;及(iii)将高度之辐射能带入反应室内以与反应物预定路之至少一部份相合;充分之辐射能在反应室内被吸收以升高反应物之温度至足以引发及维持所要化学反应之大小者。56﹒根据上述请求专利部份第54项或第55项之高温化学反应方法,在其中环状封套一般系以垂直于封套之轴及在封套之外部圆周表面之沿径向内造成者。57﹒根据上述请求专利部份第54项或第55项之高温化学反应方法,在其中能吸收辐射能之靶体系于将反应物引入反应器管以前沿反应物之路线导入,充分之辐射能被靶体所吸收以在中心升高温度至足以引发所要化学反应之大小者。58﹒根据上述请求专利部份第57项之高温化学反应方法,在其中能吸收辐射能之靶体于所要之反应已引发后被钝化者。59﹒根据上述请求专利部份第54项或第55项之高温化学反应方法,在其中辐射能系被导引至反应物预定路线之有限长度者。60﹒根据上述请求专利部份第54项或第55项之高温化学反应方法,又包括紧接于反应物从反应器管内流出后将反应产物及任何剩余反应物冷以终止所要之化学反应及防止再有任何不要之化学反应者。61﹒根据上述请求专利部份第60项之高温化学反应方法,在其中反应产物及剩余之反应物藉辐射传热至冷之辐射能吸收面而冷者。62﹒根据上述请求专利部份第60项之高温化学反应方法,又包括于将反应物引入反应器管前,沿反应物之路线导入一种能吸收辐射能之靶体,此等吸收性之靶体随后系立即被冷者。63﹒根据上述请求专利部份第54至第62项中任何一项之方法,在其中将烃类或含碳氢材料解离成氢或炭黑者。64﹒根据上述请求专利部份第54项或62项中任何一项之方法,在其中煤,石油馏份,油页岩,焦油砂,褐媒或任何其他含碳或含碳氢之原料被蒸汽重组为含有一氧化碳及氢之合成气混合物者。65﹒根据上述请求专利部份第64项之方法,在其中将一种或多种之无机碳酸盐或氧化物加至反应物内以与含硫之污染物起化学反应,因此污染物可从所得之合成气混合物内除去者。66﹒根据上述请求专利部份第64项之方法,在其中烃类及含碳氢材料系部份解离为较低分子量之化合物者。67﹒根据上述请求专利部份第54项至第62项中任何一项之方法,在其中使饱和之烃类进行部份热解作用成为非饱和之烃类者。68﹒根据上述请求专利部份第54项至第62项中任何一项之方法,在其中使有机废物转变为一种燃料气者。69﹒根据上述请求专利部份第54项至第65项中任何一项之方法,在其中将一种触媒加至反应物内以在反应期中促进游离基,阳碳离子或阴碳离子之形成者。70﹒根据上述请求专利部份第54项至第62项中任何一项之方法,在其中使含硫之含碳氢原料进行完全或部份之脱硫作用者。71﹒根据上述请求专利部份第54项至第62项中任何一项之方法,在其中使矿石或无机化合物用氢,炭,合成气或其他还原剂还原为较低价位之化合物者。72﹒根据上述请求专利部份第54项至第62项中任何一项之方法,在其中使无机之元素或化合物与含碳物部份或完全反应以形成相对应之无机碳化物者。
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