(57)【要約】  ２つの流体（２、３）の間での反応を、触媒床（４）上で流体出発物質（２、３）の前混合を伴なって触媒床への供給前に１５０ｍｓ未満の遅延時間で混入装置（５）中で実施するための反応器（１）が提案されており、この反応器（１）は、混入装置（５）が本質的に第１の流体出発物質流（２）の進入流方向に対して横方向に配置されている次の要素：第１の流体出発物質流（２）のための漏出断面積を１／２〜１／１０に狭隘化する、２つまたは３つの連続配置された一連の管（６）の外側に乱流発生装置を備えた、２つまたは３つの連続配置された一連の管（６）、この場合前記管（６）の内部空間には、第２の流体出発物質流（３）が導通され、この第２の流体出発物質流（３）は、前記管（６）中の開口（７）を介して第１の流体出発物質流（２）中に噴入され、ならびに管（６）に前接続された穿孔薄板（１０）および管（６）に後接続された穿孔薄板（１１）から形成されていることによって特徴付けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの流体出発物質（２、３）の間での反応を、触媒床（４）上で流体出発物質（２、３）の前混合を伴なって触媒床への供給前に１５０ｍｓ未満の遅延時間で混入装置（５）中で実施するための反応器（１）において、混入装置（５）が本質的に第１の流体出発物質流（２）の進入流方向に対して横方向に配置されている次の要素：
第１の流体出発物質流（２）のための漏出断面積を１／２〜１／１０に狭隘化する、２つまたは３つの連続配置された一連の管（６）の外側に乱流発生装置を備えた、２つまたは３つの連続配置された一連の管（６）、この場合前記管（６）の内部空間には、第２の流体出発物質流（３）が導通され、この第２の流体出発物質流（３）は、前記管（６）中の開口（７）を介して第１の流体出発物質流（２）中に噴入され、ならびに
前記管（６）に前接続された穿孔薄板（１０）および
前記管（６）に後接続された穿孔薄板（１１）
から形成されていることを特徴とする、２つの流体出発物質（２、３）の間での反応を実施するための上記反応器（１）。
【請求項２】
同じ管の外側に乱流発生装置を備えた管（６）は、フィン付き管（１２）であり、この場合乱流発生器は、フィン（９）として構成されており、管（６）中の開口（７）は、フィン（９）間のフィンピッチ（８）中に開口している、請求項１記載の反応器（１）。
【請求項３】
フィン付き管（１２）が第１の流体出発物質流（２）のための自由漏出断面積を同じ自由漏出断面積の１／３〜１／６に狭隘化する、請求項１または２記載の反応器（１）。
【請求項４】
フィン付き管（１２）がフィン基部（１４）の切欠を備えたセグメント（１３）の形成下に切り込みを入れられた、螺旋状に円筒状の外周上にストリップ長手縁部に沿って溶接された、長手方向のストリップからなるフィン（９）を備えた、円筒状の外周を有する管（６）から形成されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項５】
セグメント（１３）が、フィン基部（１４）に対して角度をもってねじ曲げられている、請求項４記載の反応器（１）。
【請求項６】
フィン付き管（１２）が、管の長さ１ｍ当たり１００〜３００個のフィン（９）の円弧を有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項７】
２５〜１５０ｍｍの範囲内、有利に２０〜５０ｍｍの範囲内の管（１２）の外径を有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項８】
１／１０〜１／２の範囲内のフィン（９）の高さと管（１２）の外径との比を有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項９】
０．３〜１．５ｍｍの範囲内のフィン（９）の厚さおよび３〜１２ｍｍの範囲内、有利に４〜８ｍｍの範囲内のセグメント幅を有する、請求項１から８までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項１０】
フィン付き管（６）の第２の列がフィン付き管（６）の第１の列に対する間隙上に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項１１】
フィン付き管（６）の３つの列を有し、この場合フィン付き管（６）の第３の列は、フィン付き管（６）の第２の列に対する間隙上に配置されている、請求項１０記載の反応器（１）。
【請求項１２】
フィン付き管（６）の第２の列および場合によってはフィン付き管（６）の第３の列が、熱媒体によって貫流されているかまたは任意の断面積の完全材料から構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項１３】
フィン付き管列中でそれぞれ隣接したフィン付き管（６）に対して最も少ない間隔を有する、フィンピッチ（８）の直径方向に対向した個所でフィン付き管（６）のフィン（９）間のフィンピッチ（８）１つ当たりそれぞれ２つの開口（７）を有する、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項１４】
前接続された穿孔薄板（１０）が、第１の流体出発物質（２）によるフィン付き管（６）の第１の列の進出流面に対して距離を置いて、前接続された穿孔薄板（１０）中の開口（１５）の直径の７倍ないし２０倍に相当するように配置されている、請求項１から１３でのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項１５】
前接続された穿孔薄板（１０）中の開口（１５）の直径が、２つの重なり合って続く円弧間のフィンの内径間隔の半分よりも短い、請求項１から１４までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項１６】
混入装置（５）への第１の流体出発物質流（２）の供給方向に対して垂直方向に全横断面積に対する穿孔薄板中の開口（１５）の自由面積の総和として定義された前接続された穿孔薄板（１０）中の開口比が０．５以下、有利に０．３以下である、請求項１から１５までのいずれか１項に記載の反応器（１）
【請求項１７】
穿孔薄板厚と穿孔薄板（１０、１１）中の開口（１５、１６）の直径との比が０．７５〜２．０の範囲内にある、請求項１から１６までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項１８】
後接続された穿孔薄板（１１）が、フィン付き管（６）の進出流平面からフィン付き管（６）の最後の列のフィン付き管（６）の直径の０．５〜２倍で意図的に配置されている、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項１９】
後接続された穿孔薄板（１１）中の開口（１６）の直径が前接続された穿孔薄板（１０）中の開口（１５）の直径より大きいかまたはこの直径に等しい、請求項１から１８までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項２０】
触媒床（４）の反応混合物の入口に対する後接続された穿孔薄板（１１）の間隔が後接続された穿孔薄板（１１）中の開口（１６）の直径の５〜２０倍に相当する、請求項１から１９までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項２１】
管（６）および穿孔薄板（１０、１１）のための材料として、高められた温度で耐酸化性および場合によっては耐炭化性である材料が使用されている、請求項１から２０までのいずれか１項に記載の反応器（１）。
【請求項２２】
請求項１から２１までのいずれか１項に記載の反応器（１）のための混入装置（５）。
【請求項２３】
請求項１から２１までのいずれか１項に記載の反応器（１）中の触媒床（４）に接して２つの流体出発物質（２、３）間の化学反応を実施するための方法において、殊にオキシデヒドロ法の実施のために、第１の流体出発物質流（２）が反応ガス混合物であり、第２の流体出発物質流（３）が酸素含有ガス流であることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか１項に記載の反応器（１）中の触媒床（４）に接して２つの流体出発物質（２、３）間の化学反応を実施するための方法。
【請求項２４】
２つまたはそれ以上の流体のための静的混合装置において、
この静的混合装置が本質的に第１の流体（２）の進入流方向に対して横方向に配置されている、請求項２２記載の混入装置（５）の次の要素：
第１の流体（２）のための漏出断面積を１／２〜１／１０に狭隘化する、２つまたは３つの連続配置された一連の管（６）の外側に乱流発生装置を備えた、２つまたは３つの連続配置された一連の管（６）、この場合前記管（６）の内部空間には、第２の流体または他の流体（３）が導通され、この第２の流体または他の流体（３）は、前記管（６）中の開口（７）を介して第１の流体出発物質流（２）中に噴入され、ならびに
前記管（６）に前接続された穿孔薄板（１０）および
前記管（６）に後接続された穿孔薄板（１１）
から形成されていることを特徴とする、２つまたはそれ以上の流体のための静的混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混入装置中での流体出発物質（die fluide Edukte）の前混合を伴なって触媒床で２つの流体出発物質の間で反応を実施するための反応器、反応器のための混入装置ならびに使用に関する。
【０００２】
化学的処理技術においては、一連の方法が存在し、それによれば、２つの流体出発物質は、前混合され、引続き触媒床上で反応される。この場合、むらのない反応経過には、しばしば１５０ｍｓ未満または５０ｍｓ未満のしばしば極めて短く許容される滞留時間でできるだけ均一な前混合が必要とされ、その後に反応混合物は、触媒と接触し、この触媒は、反応の推移による制御を受ける。
【０００３】
要求の多い課題を解決するために、極めて短い時間でできるだけ高度な混合物が達成される、即ちできるだけ僅かな構造高さＬ／Ｄが達成される混入装置が必要とされ、この場合Ｌは、主要流体の流動方向での混入装置の長さを示し、Ｄは、主要流体の流動方向に対して垂直方向での触媒床の進入流面を示す。
【０００４】
軸線方向、即ち混入装置の長手軸の方向に貫流される反応器のための公知の混入装置は、有利な場合には４の構造高さＬ／Ｄが達成される。この種の装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０２４９５７号明細書の記載から公知であり、それによれば、触媒床が配置されている軸線流反応器中で反応ガスは、軸線方向に、即ち反応器の長手方向にガス貫流管の管束上に噴入され、このガス貫流管は、管底面の両端面に固定されており、酸素用の入口開口が備えられており、この酸素は、ガス貫流管を包囲する中間空間内に導入される。
【０００５】
これとは異なり、本発明の課題は、２つの流体出発物質の間での前混合工程で同じ流体出発物質の供給前に触媒床上で殆んど１００％の混合物を、主要流体の流れ方向に混入装置の著しく減少された長さで、ひいては極めて短い滞留時間の維持下に提供する、１つの反応器および１つの混入装置を提供することであった。
【０００６】
この課題は、混入装置が本質的に第１の流体出発物質流の進入流方向に対して横方向に配置されている次の要素：
第１の流体出発物質流のための漏出断面積を１／２〜１／１０に狭隘化する、２つまたは３つの連続配置された一連の管の外側に乱流発生装置を備えた、２つまたは３つの連続配置された一連の管、この場合前記管の内部空間には、第２の流体出発物質流が導通され、この第２の流体出発物質流は、前記管中の開口を介して第１の流体出発物質流中に噴入され、ならびに
前記管を前接続した穿孔薄板および
前記管を後接続した穿孔薄板
から形成されていることによって特徴付けられる、２つの流体出発物質の間での反応を、触媒床上で流体出発物質の前混合を伴なって触媒床への供給前に１５０ｍｓ未満の遅延時間で混入装置中で実施するための反応器によって解決される。
【０００７】
１つの好ましい実施態様において、熱交換器として公知で市販のフィン付き管を使用することにより、フィン間のフィンピッチ（Rippengaenge）中に開口を設けて同じフィン付き管を僅かに変形することによって、第１の流体出発物質流が本質的にフィン付き管に対して横方向に噴入されかつ第２の流体出発物質流がフィン付き管の内部空間を通じてフィンピッチ中の開口を経て第１の流体出発物質流中に噴入されて、フィン間のフィンピッチの中間空間を高い乱流を有する殆んど理想的な混合室として利用することが可能であることが見い出された。
【０００８】
周知のように、非固体の連続体の流動技術的原則に従う全ての液体、蒸気およびガスは、流体と呼ばれる。流体出発物質は、本明細書中では殊にガス状または液体の出発物質、有利にガス状の出発物質である。流体出発物質は、それぞれ１つまたはそれ以上の物質を含むことができる。
【０００９】
しばしば、２つの流体出発物質の体積流は、著しく異なり、このことは、混合の課題を相応して困難にする：第２の流体出発物質の量的流れは、殊に、第１の流体出発物質の量的流れの１〜３０％であってもよいか、または同じ第１の流体出発物質の量的流れの５〜２０％であってもよい。
【００１０】
触媒床は、触媒固体粒子から形成されており、即ち流体出発物質に関連して不均一な触媒が重要である。触媒固体粒子は、有利に触媒固定床を形成することができるか、またはもう１つの好ましい実施態様において触媒移動床を形成することができる。
【００１１】
触媒床ならびに触媒堆積物は、円筒状で垂直に立つ反応器中で水平方向の位置または垂直方向の位置に導入されていてよい。この場合には、多数の触媒床も重要である。一般に流動能を有する（rieselfaehige）成形体としての触媒は、保持装置、例えば触媒用かご中に導入されていてよい。更に、好ましくは、保持装置は、担持格子（Tragrosten）、スクリーン用織物、エッジ溝付きスクリーン（Kantenspaltsieben）等から形成されていてよい。
【００１２】
反応ガス混合物は、触媒床を同じ触媒床の進入流面の側から進入し、進出流面を経て触媒床を離れる。
【００１３】
本発明によれば、触媒床の進入流面の前方には、反応させるべき流体出発物質のための混入装置が設けられており、この混入装置は、次の要素を含む：
２つまたは３つの連続配置された一連の管の外側に乱流発生装置を備えた、２つまたは３つの連続配置された一連の管ならびに
前記管を前接続した穿孔薄板および
前記管を後接続した穿孔薄板。
【００１４】
混入装置中で、流体出発物質は、前混合される。前混合は、本明細書中では触媒床への進入までの混合である。
【００１５】
管の外側に配置された乱流発生装置は、多種多様の幾何学的形状の造形物であることができ、この場合、この乱流発生装置が管の周囲を流れる流体中で乱流を増大させることは、本質的なことである。好ましくは、静的混合装置のために公知であるか、または蒸留塔のパッキング要素としても公知である要素が重要であるか、或いは例えば交差された薄板ストリップが重要である。
【００１６】
同じ管の外側に乱流発生装置を備えた管は、有利にフィン付き管である。
【００１７】
フィン付き管は、化学的処理技術的に公知であり、殊に熱交換管として使用される。フィン付き管およびその製造は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５０２４６号明細書またはドイツ連邦共和国特許出願公開第２１３１０８５号明細書中に記載されている。
【００１８】
フィン付き管は、円筒状の外周を備え、一般に同じ管の長手縁部に沿って溶接することによって前記外周上に施こされた長手方向のストリップ、即ちフィン、を備えた管、一般に金属管から形成されている。フィンは、しばしば渦巻き状または螺旋状に管の外周上に存在するが、しかし、同じ管の長手方向に取り付けられていてもよい。このフィンは、通常、一貫して平滑な表面を有するが、しかし、穿孔されていてもよい。このフィンは、一貫しているが、しかし、好ましくは、セグメントの形成下にフィンの基部にまで切り込みが入っていてもよい。切り込みが入れられたフィンは、乱流の増大に特に好適である。この場合、セグメントは、例えば長方形、台形等の形の異なる幾何学的形状を有することができる。セグメント間での切り込みは、材料損失を有するかまたは材料損失なしに実施されてよい。特に有利には、セグメントは、フィン基部に対して角度をもってねじ曲げられていてもよいし、傾斜して形成されていてもよく、始動角度により乱流は、殊にフィン間の範囲内、即ちフィンピッチで増大され、相応して混合作用は、改善される。
【００１９】
管の長手方向に亘るフィンの緻密な配置は、好ましく、殊に管の長さ１ｍ当たり１００〜３００個のフィンの円弧が設けられていてよい。
【００２０】
好ましくは、２５〜１５０ｍｍ、殊に２０〜５０ｍｍの範囲内の外径を有する管が使用される。
【００２１】
管の外径に対するフィンの高さは、有利に１／１０〜１／２の範囲内にある。
【００２２】
フィンの厚さは、有利に０．３〜１．５ｍｍであることができる。
【００２３】
切り込みが入れられたフィンの場合には、３〜１２ｍｍ、有利に４〜８ｍｍの幅を有するセグメントを形成させることは、有利である。
【００２４】
管は、例えば円形、卵形または多角形、例えば三角形の全ての横断面を有することができる。
【００２５】
フィン付き管は、列をなして互いに平行に配置されており、この場合フィン付き管の列は、１つの平面内に存在してもよいし、円の半径に沿って配置されていてもよい。
【００２６】
フィン付き管の配置は、殊に反応器中で意図される流れの操作に依存する：
しばしば円筒状の反応器の長手方向の軸線の方向に反応混合物の貫流を有する軸方向の流れの装置の場合には、単数の触媒床または複数の触媒床は、水平方向に反応器の横断面に沿って配置されている。相応して、混入装置の一部分を形成するフィン付き管の列は、本質的に触媒床に対して平行に反応器の横断面の平面内に配置されていなければならない。
【００２７】
反応ガス混合物の半径方向への流動方向を有する半径方向流反応器の場合、１つまたはそれ以上の触媒床は、前記床の厚さに相当する肉厚を有する中空円筒体の形で適当な収容装置中、例えばかご中に配置されている。内側での外側でもよい、触媒床の進入流側には、触媒床に対して同心的な円形リングに沿ってフィン付き管が配置されている。
【００２８】
２つまたは３つの列のフィン付き管は、本発明による混合の課題に適していることが判明した。
【００２９】
１つの好ましい実施態様において、第２の流体出発物質流の組成は、個々のフィン付き管の列において異なっていてよい。殊に、第１のフィン付き管列には、特定の組成を有する第２の流体出発物質流が導入されてよく、フィン付き管の第２の列には、それとは異なる組成を有する第２の流体出発物質流が導入されてよい。
【００３０】
この場合、フィン付き管の第２の列を第１の列に対して間隙をおいて配置し、ならびに３つのフィン付き管列の場合には、第３のフィン付き管列を間隙をおいて第２のフィン付き管列に対して配置することは、有利である。フィン付き管の第２の列および場合によってはフィン付き管の第３の列は、有利に熱媒体によって貫流されていてよい。また、フィン付き管の第２の列および場合によってはフィン付き管の第３の列を任意の断面積の完全材料から構成することは、可能である。
【００３１】
フィン付き管列の内部には、同じ幾何学的形状のフィン付き管を使用すべきであるが、しかし、この幾何学的形状は、フィン付き管列の内部で変化してもよい。
【００３２】
フィン付き管は、このフィン付き管を形成する管の外周でフィンピッチ１個当たりのフィン間のフィンピッチにおいて、フィン付き管列中でそれぞれ隣接したフィン付き管に対して最も少ない間隔を有する個所でそれぞれ２つの直径方向に対向した開口を有する。この開口を通じて、第２の流体出発物質は、フィン付き管の間のフィンピッチにおいて第１の流体出発物質中に噴入される。従って、フィンピッチには、殊にセグメント状に切り込みを入れられたフィンの場合に高度な乱流を有する、数多くの微細な目盛りを有する混合室が使用され、この場合この効果は、フィンセグメントの制限された適用によってなお増大させることができる。それによって、顕著な混合物がミクロ範囲内で達成される。
【００３３】
フィン付き管の内部空間内には、適当な間隔をもって同じ差込管の外周に配置された流出開口を有する同心の差込管がそれぞれ有利に設けられており、第２の流体出発物質流の予めの分配が管長に亘って保証され、ひいては同じ第２の流体出発物質流の十分な温度平衡も保証される。
【００３４】
有利に、第２の流体出発物質流は、主要分配器としてのリング状導管を介して、特に有利には２つのリング状導管を介して主要分配器のそれぞれの端部でフィン付き管中に均一に供給される。
【００３５】
更に、有利には、上記のリング状導管は、その側で有利に上記のリング状導管の外側のよりいっそう大きな直径および装置を有するそれぞれ他の付加的なリング状導管を介して供給されることができる。
【００３６】
フィン付き管列には、同様に殊に軸方向流反応器の場合には、第１の流体出発物質流の進出流方向に対して横方向に、ひいては本質的にフィン付き管列から形成された平面に対して平行に穿孔薄板が前接続されているか、或いは殊に半径方向流反応器の場合には、フィン付き管列に対して同心の円形リング上に穿孔薄板が前接続されている。
【００３７】
前接続された穿孔薄板は、開口を有し、この開口の全面積は、有利に第１の流体出発物質流の供給管の横断面積に対して０．５未満であるかまたは０．５に等しく、殊に０．３未満であるかまたは０．３に等しい。
【００３８】
前接続された穿孔薄板は、有利に第１のフィン付き管列の進出流面に対して、前接続された穿孔薄板中の開口の直径の７倍ないし２０倍であることが意図されている。
【００３９】
前接続された穿孔薄板中の開口の直径は、有利には、２つの重なり合って続く円弧間のフィンの内径間隔の半分よりも短い。
【００４０】
殊に、軸方向流反応器の場合、ガス流が反応器の横断面に亘って十分に均一に分配されることが保証されている場合には、前接続された穿孔薄板は省略することができる。
【００４１】
混入装置は、同じ混入装置の進出流方向で、直径が前接続された穿孔薄板の直径より大きいかまたはこの直径と等しい開口を備えた、後接続された第２の穿孔薄板を有する。
【００４２】
穿孔薄板としては、主に任意の横断面を有する平坦な構成部材が挙げられる。
【００４３】
穿孔薄板中の開口の直径に対する、２つの穿孔薄板、即ち前接続された穿孔薄板と後接続された穿孔薄板の厚さの比は、有利に０．７５〜２．０の範囲内にある。
【００４４】
後接続された穿孔薄板は、有利にフィン付き管の最後の列の進出流平面からフィン付き管列の最後のフィン付き管の直径の０．７５〜２倍で意図的に配置されている。
【００４５】
後接続された穿孔薄板は、有利に触媒床への入口に対して同じ触媒床の開口の直径の５〜２０倍の間隔で離れている。
【００４６】
フィン付き管および穿孔薄板のための材料は、有利に特殊鋼であり、高められた温度で耐酸化性および場合によっては耐炭化性である材料は、特に有利である。
【００４７】
混入装置は、本質的に第１の流体出発物質流の流動方向に対して横方向に配置されている。それについては、第１の流体出発物質流は、混入装置の主要面に対して法線の方向に供給され、この主要面は、軸線流反応器の場合と同様に平坦であることができるか、または半径方向流反応器の場合と同様に湾曲していてもよいものと理解される。しかし、本質的には、横方向に、法線のずれは、±５゜または±１０゜、または±３０゜である。
【００４８】
混入装置は、構造深さで、即ち１００〜２００ｍｍの範囲内の前接続された穿孔薄板と後接続された穿孔薄板との間の間隔で、２０ミリバールの程度の大きさの第１の流体出発物質流、しばしば反応ガスの圧力損失および約５０〜１００ミリバールの範囲内の第２の流体出発物質流、しばしば安全性の理由から或る程度の過圧でなければならない酸素含有流の圧力損失で殆んど１００％の混合物を達成することができる。
【００４９】
第１の流体出発物質流中への第２の流体出発物質流の極めて多数の噴入個所は、１ｍ2当たり１００００個の噴入個所の程度の大きさで達成される。
【００５０】
また、本発明の対象は、前記の要素：乱流発生装置を備えた、２つまたは３つの一連の管、殊にフィン付き管、前接続された穿孔薄板および後接続された穿孔薄板から形成されている、前記反応器のための混入装置である。
【００５１】
前記の反応器および混入装置は、殊に第１のガス状反応混合物と酸素含有ガス流、例えば空気との反応の実施、殊に炭化水素、例えばプロパンまたはブタンのオキシデヒドロ法の実施、天然ガスと空気との部分酸化、脱硫、接触分解または一般に化学変換として公知の反応に適している。
【００５２】
また、本発明の対象は、本質的に第１の流体の進出流方向に対して横方向に配置された、上記の混入装置の次の要素：
第１の流体出発物質流のための漏出断面積を１／２〜１／１０に狭隘化する、２つまたは３つの連続配置された一連の管の外側に乱流発生装置を備えた、２つまたは３つの連続配置された一連の管、この場合前記管の内部空間には、第２の流体または他の流体が導通され、この第２の流体または他の流体は、前記管中の開口を介して第１の流体出発物質流中に噴入され、ならびに
前記管に前接続された穿孔薄板および
前記管に後接続された穿孔薄板
から形成されている、２つまたはそれ以上の流体のための静的混合装置である。
【００５３】
混合装置は、混合すべき流体の種類に制限されていない。流体は、殊にガスまたは液体、有利にガスであることができる。混合すべき流体は、それぞれ１つまたはそれ以上の物質を含むことができる。これらの物質は、化学的に互いに反応する必要はない。
【００５４】
混合装置は、混入装置に対して前記した全ての実施態様を有することができる。
【００５５】
殊に、混合装置は、規格部品で構成されており、即ち２つまたは３つの順次に配置された列での管の数は、必要に応じて実際に任意に拡張することができ、したがって数ｃｍ2ないし任意の大きさ、例えば数１００ｍ2の進出流面積を使用することができる。
【００５６】
静的混合装置は、安価にエネルギー的に有利に市販の要素から製造可能である。この静的混合装置は、２つまたはそれ以上の流体の超短い混合時間、５０ｍｓ未満、を有する高度に均一な（９９．９％を上廻る混合物）混合に対して僅かな構造高さを有する。
【００５７】
本発明を次に図面および実施例を用いてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】内側から外向きの第１の流体出発物質流の流れ方向を有する本発明による半径方向流反応器を円形セグメント状の扇形で示す略図。
【図１Ｂ】図１Ａと同様の図であるが、しかし、外側から内向きの第１の流体出発物質流の流れ方向を有する略図。
【図２Ａ】フィン付き管を示す詳細図。
【図２Ｂ】フィン付き管の構成に対してフィンおよび作業ピッチを示す詳細図。
【図２Ｃ】フィン付き管の横断面を示す略図。
【図３】フィン付き管を示す斜視図。
【図４Ａ】フィン付き管の好ましい実施態様を長手方向の断面図で示す略図。
【図４Ｂ】フィン付き管を断面図で示す略図。
【図５Ａ】内側から外向きの流れの操作を有する本発明による半径方向流反応器の好ましい実施態様を示す略図。
【図５Ｂ】図５Ａの半径方向流反応器の断面図を示す略図。
【図５Ｃ】外側から内向きの流れの操作を有する本発明による半径方向流反応器の他の実施態様を示す略図。
【図６】本発明による半径方向流反応器の他の好ましい実施態様を示す略図。
【図７Ａ】本発明による軸方向流反応器の好ましい実施態様を示す略図。
【図７Ｂ】混入装置の一部を示す略図。
【図８】混合物を測定するための試験モジュールを示す長手方向の断面図。
【００５９】
図において、同じ符号は、それぞれ同じかまたは相当する特徴を示す。
【００６０】
図１Ａは、反応器の内部空間を介する第１の流体の流れ２の供給および反応器外被での前記反応器の進入流を有する、本発明による半径方向流反応器１の第１の実施態様による円形セグメントを横断面で示す。第１の流体出発物質流２は、２列のフィン付き管１２を含む混入装置５に対して垂直方向に衝突し、この場合このフィン付き管は、間隙に配置され、流れ方向に第１の穿孔薄板１０を前接続しかつ第２の穿孔薄板１１を後接続している。２列のフィン付き管１２ならびに前接続された穿孔薄板１０および後接続された穿孔薄板１１は、それぞれ同心の円形リング上に配置されている。混入装置５中で前混合される反応混合物は、引続き触媒床４を貫流する。
【００６１】
図１Ｂには、もう１つの本発明による半径方向流反応器の円形セグメントが断面で示されているが、しかし、図１Ａとは異なっており、外側から内向きに第１の流体出発物質流２の流れの操作を有している。相応して、２列のフィン付き管１２ならびに前接続された穿孔薄板１０および後接続された穿孔薄板１１を含む混入装置５が存在し、それというのも、この混入装置は、触媒床４の上流で触媒床４に対して大きな半径を有する円形リングに沿って配置されているからである。
【００６２】
図２Ａ〜２Ｃは、フィン付き管１２のフィン９間のフィンピッチ８中に直径方向に対向配置された開口７を備えたフィン付き管１２の詳細図を示す。この中で図２Ｂは、フィン基部１４にまでセグメント１３中に切り込みを入れることによって分割されたフィン９を示し、図２Ｃは、管６、フィンピッチ８およびセグメント１３を有するフィン付き管１２の横断面図を示す。
【００６３】
図３は、管６および螺旋状に取り付けられたフィン９を備えたフィン付き管１２の斜視図を示し、この場合このフィンは、直行するフィン基部１４の切欠を有するセグメント１３に分割されている。
【００６４】
図４Ａは、フィン付き管１２のフィン９間のフィンピッチ８中に開口７を備えた、管６およびフィン９を有するフィン付き管２の長手方向の断面図を示す。管の内部には、図４Ｂ中の平面Ｂ−Ｂの横断面図で明らかな開口１８を備えた、中心の差込管１７が同心的に設けられており、この場合この開口を介して第２の流体出発物質流３は、フィン付き管１２の長手方向に分配される。図４Ａには、フィン付き管１２上に第２の流体出発物質流３のためのリング状分配器１９を備えたフィン付き管１２の一端が図示されている。
【００６５】
図５Ａは、反応器の中心の内部空間を通じての第１の流体出発物質流２の供給管および反応器１の外被での導出管を備えた半径方向流反応器の長手方向断面図を示す。
【００６６】
図５Ｂは、横断面図で触媒床４のリング状配置および混入装置５を示すと共に、第１の流体出発物質流２が貫流される中心の横断面２０を示す。
【００６７】
図５Ｃでの長手方向断面図で示された反応器は、図５Ａからの反応器と同様に構成されているが、しかし、外側から内向きに第１の流体出発物質流２の供給管および相応して触媒床４の外側に混入装置５の装置を備えている。
【００６８】
図６は、外側から内向きに第２の流体出発物質流３の流れの操作を有する、中心の内部空間内および反応器の外被に有利に図示されたように放物線状であってよい排出体２１を備えた、本発明による反応器１のもう１つの好ましい実施態様を表わす。
【００６９】
図７Ａは、図７Ａでの長手方向断面図および図７Ａに図示された、図７Ｂでの平面に対して垂直方向の平面内での長手方向断面の部分図で、平面内に配置された触媒床４および混入装置５を備えた軸方向流反応器の長手方向断面図を示す。図７Ｂの部分図は、開口１８を備えた中心の差込管１７ならびに前接続された穿孔薄板１０および後接続された穿孔薄板１１を介しての他の流体出発物質流３の付加的な前分配器を備えた、フィン付き管１２の内部空間からの第２の流体出発物質流３の流出のための開口７を有する２列のフィン付き管１２を示す。
【００７０】
図８は、２列のフィン付き管６、開口１８を備えた中心の差込管１７、前接続された穿孔薄板１０および後接続された穿孔薄板１１、ならびに交換可能な触媒堆積物４および濃度測定のための引抜き可能な測定ロッド２２を有する、混合物を測定するための試験モジュールの長手方向断面図を示す。
【実施例】
【００７１】
図８に図示された試験モジュールを用いて、主要ガス流と比較して１０分の１の僅かな体積流を有する、モデルのガスと実際に窒素からなる第１の主要ガス流と窒素および二酸化炭素１０体積％からなる第２のガス流との混合物を測定した。混入装置は、それぞれ３１．７ｍｍの外径を有する３つの管６およびセグメント中で４ｍｍの幅および６．４ｍｍの高さで切り込みを入れられた管の周囲に１７個の円弧を備えた螺旋状に取り付けられたフィン９からなる、間隙上に配置された２列のフィン付き管１２を含む。フィン付き管１２の第１の列の進入流平面に対して１５ｍｍの間隔で５％の開口比で、前接続された穿孔薄板１０が配置されており、第２のフィン付き管列の進入流平面から同様に１５ｍｍの間隔で同様に５％の開口比で後接続された穿孔薄板が配置されている。
【００７２】
窒素流中での二酸化炭素の濃度は、赤外吸収によってMaihak社、Hamburg在、の機器UNOR 6Nを用いて測定された。較正の不確実さを排除するために、測定ロッドの端部には、２０ｍの長さのチューブが接続され、このチューブ端部の直前で参照測定のために機器中にガスが導入された。参照測定は、正確に二酸化炭素１体積％を生じた。
【００７３】
フィン付き管、前接続された穿孔薄板および後接続された穿孔薄板を備えた本発明による混入装置によって混合物を測定するために、測定ロッド２２を連続的に装置を通じてそれぞれ２ｍｍの間隔で移動させ、試料を取り出し、同じ試料の濃度を二酸化炭素に対して上記の機器を用いて赤外吸収によって測定した。二酸化炭素０．９９体積％と二酸化炭素１．０１体積％との間の測定値、即ち参照測定の値からの最大±１％のずれ、ひいては装置の全断面に亘っての顕著な混合物を測定した。
【符号の説明】
【００７４】
１  反応器、  ２  第１の流体出発物質、  ３  第２の流体出発物質、  ４  触媒床、  ５  混入装置、  ６  管、  ７  管６中の開口、  ８  フィンピッチ、  ９  フィン、  １０  前接続された穿孔薄板、  １１  後接続された穿孔薄板、  １２  フィン付き管、  １３  セグメント、  １４  フィン基部、  １５  １０中の開口、  １６  １１中の開口、  １７  中心の差込管、  １８  中心の差込管１７中の開口、  １９  リング状分配器、  ２０  第１の流体出発物質流によって貫流される横断面、  ２１  排出体、  ２２  測定ロッド
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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