JPH07482B2 - 気体原料を酸化する方法および装置 - Google Patents

気体原料を酸化する方法および装置

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JPH07482B2
JPH07482B2 JP61245666A JP24566686A JPH07482B2 JP H07482 B2 JPH07482 B2 JP H07482B2 JP 61245666 A JP61245666 A JP 61245666A JP 24566686 A JP24566686 A JP 24566686A JP H07482 B2 JPH07482 B2 JP H07482B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、少なくとも一種の酸化用ガスからなるガス混
合物によって、酸化すべき気体原料を気相で酸化させる
ための新しい反応装置（リアクトル）と、該装置によっ
て酸化を行う方法に関するものである。
更に詳しく言えば、本発明は例えばメタノールやその高
級同族アルコールを合成する場合のように、一酸化炭素
と水素を含むガスを合成するために、炭化水素のような
気体原料をおだやかに又は部分的に酸化させることに適
用されるものである。また本発明は、例えば蒸発性原料
の酸化即ち、ベンゼンの酸化やアンモニア酸化の反応に
も適用できるものである。
酸化用のガスとは主として酸素、オゾンまたはハロゲン
を挙げることができるが、ここでは例として酸素との反
応にのみ言及することにする。
［従来技術］ メタンを部分的に酸化させる技術は、例えば米国特許第
2,621,117号に開示されているように公知なものであ
る。反応は、先ずガスの混合が未だ完全でない火焔の中
で行われる。この条件では、酸素が豊富に存在するので
急速に高い温度となる。高温のガス生成物は、次に気体
原料の豊富な区域で混合されて、酸化されるが、工程中
汚染した触媒の炭素の生成と、分子の分割を引起こし、
反応の効率が低下する。メタンの生成の時、カーボンが
生成されると、例えば一酸化炭素および水素からメタノ
ールを合成する場合のように、生成されたガスから汚染
物を取り除いてから使用しなければならない。
このようなカーボンブラックの発生以外に、反応すべき
ガスが酸素と接触する区域では過熱状態になり易く、多
くの場合にこの過熱はその入口近くでガスを混合する反
応装置に帰因するもので、このような場合ガスは気相で
の反応速度に比して遅すぎる速度で混合される。
このような現象は、酸素が単一の通路から反応装置内に
送り込まれる場合に起こるもので、この通路は必要量の
酸素を流すため十分に大きくなければならないので、高
速でガスを噴射しても、酸素分子が分散される速度は反
応速度と比べて遅くなる。
更に、酸素が噴射される開口部は反応装置内の酸化させ
るべきガスが低速度で循環している所にあるのが普通な
ので、酸素分子の急速な分散には支障となる。
前述した従来技術は、特に西ドイツ特許第1,804,093号
並びにフランス特許第1,395,256号に開示されている。
また米国特許第2,772,149号によれば、反応ガスの混合
は孔の面積比の小さい多孔質の隔膜の表面で行なわれ、
酸素と炭化水素が同一方向に向けて噴射されるので、反
応ガスを速く混合できるという利点を有している。
然し乍ら、かかる技術で反応ガスを混合する場合でも、
ガスは隔膜の気孔を遅い速度で通過するため、反応は実
質的に隔膜の気孔をガスが通過する出口側の表面上で行
なわれるため、隔膜自体が高温に耐えるような材料で作
成されなければならない。容量の大きな反応装置では、
隔膜の表面もそれだけ広げなければならないので、結果
的に製造コストも割高になってしまい実用的でない。
ヨーロッパ特許第0,001,046号には酸素の流量が大きい
ので、酸素を複数の平行な通路から噴出する反応装置が
開示されている。この通路の出口の寸法の少なくとも１
つは非常に小さくしてあって、その幅が8mm以下の溝と
なっている。
更に、酸化させるべきガスの中への酸素の分散速度を増
すために、このガスが前記複数の酸素の通路の回りで旋
回運動するように、これを反応装置の内壁に向かって切
線方向に吹き付けている。
その他、酸化反応の速度を遅くして火焔の伝播を抑制す
るために壁面の効果を利用する技術は、エディション・
テクニップ社（Editions Technip）発行のジェ・ド・ソ
エット（G.de Soete）並びにア・フージィエ（A.Feugie
r）著「燃焼の物理的および化学的形態」（Aspects phy
siques et chimiques de la combustion）第87頁〜第93
頁に記載されている。
純粋な酸素を供給して燃焼を行う場合、高温で酸化反応
が起り高温の熱流が発生する場合、爆発の危険を避けな
がら、反応を継続させてゆくためには火焔抑制装置を使
用する必要がある。（特にメタンを部分的に酸化させる
場合等） ［発明の目的］ 叙上の従来技術が提起する問題に対処するために、下記
に掲げるような目標が必要となる。
‐酸素と酸化すべき気体を殆ど均一に混合するために、
各々を完全にコントロールして供給すること。特に酸素
分子が急速に放散されるような供給方法でなければなら
ない。
‐爆発の危険を避け、1000℃以上に達する可能性のある
高い温度で反応が行われ、部分的酸化の際生じる過熱か
ら、反応装置および混合装置を保護するために、「火焔
の発生を阻止するか、またはその波及を止める」こと。
これによって本発明は従来技術の欠点を克服する新しい
方法を提供するものである。特に本発明は、少なくとも
一つの酸化ガスを含むガス混合物によって、酸化すべき
原料を気相で酸化させる方法に関するものである。
［発明の構成］ 前述の目的を達成するために本発明に従えば、酸化すべ
き気体が流れる少なくとも１つの第１区域と、得られた
酸化反応生成物が流れる少なくとも１つの第２区域との
間に位置する接触混合域で酸化用のガス混合物と酸化す
べき気体とを接触させて酸化を行うもので前記第１区域
および第２区域は気体の通路となる多くの多方向に向く
小空間を画成し、該通路が少なくとも１つの方向に対し
ては、最大限10ミリメートルの寸法をもつことを特徴と
する方法である。この寸法は前記気体の酸化反応により
生ずる可能性のある火焔を阻止する発焔阻止距離に相当
する。前記接触混合域は多孔質な壁を有する複数の互い
に平行なパイプからなる酸化ガス混合物供給手段を有
し、この供給手段は前記第１区域および第２区域から発
焔阻止距離より短い距離しか離れないで位置するもので
ある。
複数の多方向に向く小空間を含む前記第１区域と第２区
域とは、前記接触混合域に直接隣接して位置しているこ
とが有利である。
また本発明は、前述した手法を実施するための反応装置
（リアクタ）にも関する。
この反応装置は、酸化ガスおよび気体原料を供給する手
段と、反応生成物を取り出す手段を含む。更に本装置
は、下記の構成要素の組合せを含むものである。即ち ‐酸化用ガス供給手段に連結されていて、他端をセラミ
ック製の多くの孔を有する壁をもつ複数の平行なパイプ
に連結されている少なくとも１個の酸化用ガス分配器
と、 ‐少なくとも１つの方向に対して、酸化による発焔阻止
距離である10ミリメートル以下の寸法をもつ多方向性の
空間を画成するセラミックの素子を含む容器であって、
酸化すべき気体を供給するための手段に接続されている
少なくとも１個の第１の室と、 ‐少なくとも１つの方向に対して、酸化による発焔阻止
距離である10ミリメートル以下の寸法であり、通過する
気体に対して多方向の小空間を画成するセラミックの素
子を多数含む容器であって、反応による生成物を取り出
すための手段に接続されている少なくとも１個の第２の
室と、 ‐前記第１の室と第２の室との間に位置しそれらの室と
は前記発焔阻止距離以下の距離しか離れていない多孔質
のパイプを含む酸化混合のための手段と、 を含んでいる。
前記の発焔阻止距離は0.05〜10mmであるが、実際には0.
1〜5mmが好ましい。また前記パイプは、その表面全体が
多孔質なものがよい。前記第１の室および第２の室に含
まれる前記多方向性の空間は、１つの寸法が0.1〜0.5mm
の間にあることが好ましく、それぞれの空間が均一であ
ることが望ましい。
温度条件（例えばメタンを部分的に酸化させるためには
1400℃）並びに好ましくは純粋な酸素の存在を念頭に入
れて、前記の原料気体と酸化生成物をセラミック材料の
壁面で囲まれた前記空間を通し、前記酸化用のガス混合
物をセラミック材料の壁面を有するパイプを通してい
る。
耐火性の材料としては、ムライト、シリコンカーバイド
（炭化珪素）、菫青石、アルミナ、珪石、例えばSi3N4
のような窒化珪素、酸化アルカリ土類、酸化遷移金属お
よびこれらの混合物を用いることができる。
優れた熱伝導性を有しているために熱を均一に分散させ
るという点からするとシリコンカーバイドを選択するこ
とが好ましい。更にこの材料は押出し加工が容易である
ため、前述のような素子を実現するのに最適である。
前記した各室（第１室および第２室）は、多孔質な材料
でなる前記パイプ群に隣接する部分が、これらパイプ群
によって占められる面と略同様な表面の形になってい
る。すなわち、原料気体の通路端と、反応生成物の流れ
入る空間の端で形成される面が、多孔質なパイプによっ
て実際に形成される面と対面し対応するガスの流れがあ
ることが好ましいのである。
例えば酸化用ガス分配器のパイプの壁の穴の開いてない
部分すなわち酸化ガスが滲み出てこない部分に向き合
う、前記第１区室および第２室の対応部分は焼成したセ
ラミックのペーストで蓋をした状態になっているため、
この対応部分の間にはガスの流れは起こらない。
前記分配器は、完全に多孔質な複数本の導通パイプを備
えるものであるが、一実施例においては前記の室の壁一
杯まで蓋うように配置されている。（第３図）いずれに
せよ、これら複数本のパイプ群によって蓋われるセクシ
ョンは反応装置の縦軸と垂直な関係、換言すれば原料気
体の流れる方向と垂直に広がっている場合に優れた結果
が得られるものである。しかし前記パイプ群によって蓋
われるセクションが、このように必ず反応装置の縦軸に
対して垂直でなく、傾斜していてもよい。
多孔質な前記パイプ群は、ガスの流れを阻止しないよう
に、隣接したパイプが交互にずれて配置され、１本おき
に同一平面上に配置される。酸化用ガス（酸素）を供給
するための分配器を２個具備した反応装置が好ましい
が、その場合、各分配器は複数の平行な多孔質パイプに
接続され、前述したようにパイプ群は１本おきにずらし
て配置されているから、互いに接触しない第１の層およ
び第２の層を画成する訳である。このようにパイプ群を
２層構造にすることは、流束に従ってスムーズにガスを
流しながら反応を熱学的にコントロールするために有用
である。尚、同一層で隣接する２本の平行なパイプの間
隔は、最大限でパイプ自体の太さと同一とする。
例えば酸素を含有する酸化用混合ガスを流通させるパイ
プが隣接している場合に、パイプ群の縦軸を含む面の両
側に、複数の孔をあけてある。これらの孔は、ガスの流
れを流すと同時に発焔を阻止するために0.05〜10mmの寸
法（発焔阻止距離）となっている。
単一の分配器のみを具備する場合、下段のパイプ群の上
側の縁は、上段のパイプ群の下側の縁よりも高い位置に
なるように配置されている。また多孔質なパイプの各々
の太さは、反応装置本体の大きさに従って可変である。
例えば５〜50mmのものが用いられるが、諸条件は鑑みた
場合、10〜20mmのものが最適である。
一方、これら多孔質のパイプの長さも実施例の態様に従
って可変のものであるが、反応装置の形式いかんによら
ず、反応装置の断面が完全におおえるような長さでなけ
ればならない。反応装置が円筒形状で円形断面のもので
は、複数の平行な多孔質パイプ群によって形成される層
が、反応装置の内壁面にぴったりとつくような円形にな
る長さである。（第３図）すなわち、このようなタイプ
のものでは短いものから徐々に長いものが必要である。
然し乍ら、反応装置の縦軸に対して垂直ではない傾斜し
た層をパイプ群が形成するような場合には、当然の帰結
としてこの層は楕円形になるから、全体としてパイプ群
が楕円になるように個々の長さを決定する。こうして反
応装置の有効断面積の全てに亘って酸素を極めて均一に
供給できる層が完成される訳であるが、この層を後述す
る構造によって矢張り均一に分散される酸化すべき気体
原料が吹き抜ける。この動作によって２つの室と酸素供
給分配器の間に画成される区域で優れた微細混合（マイ
クロミキシング）と共に、急速な分散が達成されるので
ある。
前記多孔質の気光率（孔の面積と全体面積の比）は、全
ての多孔質パイプの端まで酸素導入分配器からの酸素が
行き渡るように適当な圧力損失を与えるように選択され
る。この圧力損失は限定的なものではないが、0.05〜10
バールが好ましい。
それぞれ少なくとも１つのハネカム状の柱が第１、第２
の室をそれぞれ充している。この柱はほぼ、反応装置の
軸に平行な複数の通路を含んでいて、各通路の断面は、
0.0025〜100mm2であるが、0.1〜20mm2の大きさが好まし
い。また各通路の表面はほぼ同じであることが望まれ
る。
このような方法は気体原料を通路の軸に沿って均一に分
散させる利点をもっている。
別の実施例のようにハネカム状の柱の代わりに、例えば
球状のセラミック粒子で両室内を充填することもでき
る。（第７図）その場合、ガスは粒子の隙間を流れる
が、セラミック粒子の大きさは0.01〜10mmの範囲である
ことが必要で、特に0.1〜5mmのものが好ましい。
球状粒子を充填した場合、粒子間には最大限でも粒子自
体の半径に等しい長さの空間しかできないので、粒子の
直径は所要の発焔阻止距離に従って選択すべきである。
粒子の大きさが小さい程ガス流の流れる前記隙間の大き
さも小さくなる。これによってハネカム状の柱では困難
な短い発焔阻止距離の通路を作ることができるので、純
粋酸素の存在のもとで加圧酸素反応を遂行することが可
能となる。
実際のところ前述したハネカム状の柱の場合一様に細く
することは至難の技であって、更にこれを反応装置に着
脱する際に取扱いに十分の注意が必要になる。
更に、粒子状のセラミック材の特徴としては、室への充
填および排出が簡単に行え、またニッケルおよびバナジ
ウムの如き金属を含有する重い原料気体を取扱う場合
に、析出したカーボンを焙焼するか、或は化学的な方法
（例えば酸を用いる）で処理することによって粒子を再
生するのに便利である。
その他の実施例によれば、少なくとも一つの室が複数の
隣接する通路を内包するハネカム状の柱を含むパッキン
グをもつものであって、内包される隣接する通路は全て
互いに平行であり且つ反応装置の中心軸とも平行である
ことが好ましい。これらの通路の１本の断面積は一般に
0.025〜100mm2であるが、例えば25cm2に達するような大
きなものとすることも可能である。この場合、更に仕切
るとか、粒子を入れるとかが必要である。
また前述した２つの実施例において、これらの通路の少
なくとも部分的に粒子の直径が0.01〜10mm、好ましくは
0.1〜5mmの大きさのセラミック粒を充填することもでき
る。このような構成にすることによって、酸化すべき気
体原料に対して適当な通路ができ、酸化ガス（酸素）が
供給される分配器のある位置での反応装置の断面全体に
亘って、該気体を均一に分散させることができる。この
場合、粒子として触媒を含んでいてもよい。
充填する粒子の形状はどんなものであってもよく、また
一様なものでも不揃いのものでもよいが、粒子間に形成
される空間が重要であるので、粒子の大きさ、特に球状
の場合にはその直径をこの基準から選択する必要があ
る。
例えば、ハネカム状の柱の場合、第１および第２の室の
長さ、即ち通路の長さは10〜3,000mmの間であって、酸
素に接触混合される区域よりも上流にある室の長さは、
下流の室の長さよりも短くすることが好ましく、このた
め上流の第１室の長さは20〜500mm、下流の第２室は100
〜2,000mmになる。
気体原料は酸素を供給する分配器のある位置に達するま
では、第１室内の通路を反応装置の中心軸に略平行に流
れて行く。
この通路の断面形状は、多角形、正方形、長方形、円筒
状、楕円形、円形あるいは三角形などどれでもよい。ハ
ネカム状の柱の内部に形成された通路の場合、その断面
は正方形であることが好ましい。
気体原料は、堅型反応装置の場合では上から下に向って
流れて行き、酸素が滲み出す多孔質のパイプ群と前記通
路を含むハネカム状の柱の終端によって画成される区域
で酸素と接触する。このため酸素を供給する分配器の上
流（第１室）および下流（第２室）に位置するハネカム
状の柱の終端は、前記分配器およびパイプ群の形状に対
応して凹状を呈し、多孔質なこれらパイプ群との間に、
好ましくは均等な凹状の空間を形成する。この空間の深
さは最大限10mm（発焔阻止距離）に抑えられ、0.1〜5mm
が適当である。即ち凹部の形状は、これらのパイプの周
面に平行な薄い円筒形の殻のようなものである。
第１室内を導かれた気体原料は、通路の開口末端がパイ
プの表面と接触せんばかりの所まで出来る限り近接して
吹き当てられる。粒子充填型のものでも同様で、下端部
の粒子群は直接これらの酸素供給パイプに接触している
ので、極めてパイプに近い所まで来て混合する。ボール
の直径が発焔阻止距離以下であれば、空間もそれ以下の
距離となる。
前述した構造により酸化すべき気体原料は、逆行して混
合されることなく、酸素を供給する位置で室の断面積全
体に亘って、しかも均一にむらなく分散される。また前
記パイプ群の周囲に形成される空間が微小なものである
ため、所謂発焔阻止現象によって爆発（或いはさか火）
が阻止される。
酸素と均一に混合された後、反応生成物は第２室内を前
述したものと同様な形状および断面を有する通路または
粒子の間を通って行く。
処理すべき気体原料は、反応域を２〜10,000ミリ秒の逗
留時間で通過する。50〜1,000ミリ秒であることが好ま
しい。
以下、本発明に係る幾つかの実施例が示された図面に沿
って詳説するが、図示の実施例にのみ本発明が限定され
るものではないことを予め付言する。
［実施例］ 第１図には細長い円筒形の堅型反応装置（リアクトル）
（１）が示されているが、この反応装置は供給される酸
素の分配器（２）および（20）を有しており、これら２
個の分配器は、全表面に亘って多孔質で中空な複数本の
パイプ（３）と（４）でなる層に連結されている。これ
らのパイプは互いに平行に配置されている。例えば直径
が1cmの円筒管である。
第3A図はパイプを上方から見た場合を示しているが、多
孔質表面を有するパイプ（３と４）とは図上、前記酸素
分配器（２）の上と下の２つの半長方形部分（21および
22）に分けられている。反応装置に入れられて酸化ある
いは燃焼されるべき気体原料が通るべきこれらの多孔質
の穴の総面積は約100cm2程であり、孔の面積の全表面積
に対する比（気孔率）は圧力損失がほぼ0.5バールに等
しくなるように選択される。
ライン（12）から酸素の供給を受ける分配器並びにパイ
プは反応装置の中心縦軸に対して垂直に配置されてお
り、反応装置の上下の中心より上方の区域に位置してい
る。第２図および第2A図に示される如く、一連のパイプ
（３）と（４）は分配器の両側に重なり合わないように
交互に配置されている。気体原料を通過させるための同
じ層の隣接する２本の多孔質パイプの間隔△（第２図）
は、パイプの幅Ｌよりも狭いか或いは最大で幅Ｌと等し
い程度にしてある。この実施例では間隔△は1cmであ
り、層（２）と層（20）の隔たりは6mm前後である。
（第2A図） 第３図には別の実施例が示されている。すなわち多孔質
なパイプが、前述した第3A図のように長方形部分に限ら
れているのではなく、酸素分配器（２と20）の両側か
ら、反応装置の内壁につき当たるように断面全体に広が
っている。それ故、パイプの長さは反応装置の円筒壁に
接するように長いものから序々に短いものまで用意する
必要がある。
酸素の供給は前述したライン（12）から分配器（２およ
び20）を経て行われるが、この供給ライン（12）は第4A
図に示される如く反応装置の中心軸に沿う方向に配置さ
れていたり、第4B図のもののように側方向から分配器に
接続されたり、更には第4C図に示すように分離した分配
器（２）に夫々両方向から接続されていてもよいもので
あって、これらは例示に過ぎずどれかに限定されるもの
ではない。
予め約450℃に加熱された酸化すべき気体原料は、パイ
プ（６）を介してこの反応装置内の第１室（27）に送り
込まれる。気体原料は第１室（27）の上部から下部に流
れ込み、室（27）の下部に達する。この第１室には長さ
が20cm程度の第１のハネカム状の柱状構造（７）が収容
されており、反応装置の中心軸と平行に配置された複数
の通路（13）を形成している。通路（13）の構成は第５
図に示すとおり、ハネカム状となっており全体として円
筒状になっている。パイプ（６）から送り込まれた気体
原料が通る通路は、反応装置の中間部に位置する前述し
た分配器（２）から入れた酸素が流れ出す一連の多孔質
パイプの孔に対応する。そのため第3A図に示されるよう
な配置のパイプ群を用いる場合には、第5A図のように、
通路がパイプの孔に対応するように、第3A図の２つの半
長方形部分に対応する部分だけに通路を作り、他はセラ
ミックのペーストで埋めた後、焼成してこれを製造す
る。中央の埋めた部分は分配器（２および20）に対応す
るものである。この実施例では気体原料が流れる通路
（13）の断面積は100cm2であり、ライン（12）より送り
込まれる酸素が流れ出るパイプの孔の総面積と一致する
ものである。
前記通路（13）の各々は、1mm2の断面となっており、反
応装置の縦軸と平行に気体原料を均一に送り込む流路を
形成し、ライン（12）から供給される酸素が流れ出す多
孔質パイプ（３、４）群と分配器（20）の上方の柱状構
造（７）、および下方の柱状構造（８）のそれぞれとの
間にできる空間に均一に気体を分散させる。これらの柱
状構造とパイプとの間の隙間は同じく1mmであり、これ
によって逆行による再混合現象を最小限に留めることが
できる。
気体原料は多孔質パイプの間を通過する。酸素供給を行
う分配器を境にして下半分の第２の室（28）には、反応
装置の中心軸と平行に隣接して炭化珪素の通路が形成さ
れていて、これらは多孔質の酸素供給パイプを含む平面
に垂直である。各通路の断面積は1mm2で、その長さは上
半分のものよりも長く、約60cmの長さである。
これら通路の役割りは第１に酸素と反応した反応生成物
を取出口（９）に導くことであるが、第２にはその狭い
断面積とその壁面の作用によって「発焔を防ぐ」ことで
ある。これによって、気体原料の酸素との反応は、急激
な爆発の危険なしに継続することが可能になる訳であ
る。
第６図および第6A図のように酸素供給パイプの回りに均
一な空洞部（15）を形成するために２つの半円筒の貝を
使うこともできる。これらの貝は、多孔質パイプと平行
で、多孔質パイプとの間の距離は前述の発焔阻止距離以
下になっている。
この２つの半円筒の貝は組合わされ、酸素供給パイプと
の間はセラミックのくさび（14）で支えられている。こ
のユニットのそれぞれは反応装置の鋼製本体（10）の内
壁のコンクリート層又は耐火絶縁煉瓦（11）によって支
えられ、高温、高圧下でも動作し得るようにしてある。
以上説明したような構造と、構成材料とによって、1300
℃前後の非常に高い温度で酸化反応を行うこと、しかも
カーボンの析出を伴わずに気体原料が反応装置中を1000
ミリ秒を超えない逗留時間で通過することが可能であ
る。例えば、パイプ（６）から予め450℃前後に加熱さ
れたメタンと水蒸気をH2/CH4のモル比が約0.8で送り込
む場合には、ライン（12）から150℃前後に熱せられた
酸素を0.55モル供給する。
O2/CH4のモル比は例えば0.5〜0.75が推奨される。本実
施例の場合には0.55であるが、H2/COのモル比が２に近
い合成ガスを、約1080℃の取出口温度で得ることができ
る。この時反応装置内部の圧力は20バール前後である。
気体原料の導入口および反応生成物の取出口の高さ、す
なわち導入パイプ（６）と取出口（９）を反応装置本体
のどの高さに取り付けるかは、適宜選択できることであ
る 第７図には本発明による別の実施例が示されているが、
この実施例においても反応装置（１）は上半分の第１室
（27）と下半分の第２室（28）を含み、その間に、反応
装置本体の直径10cmにほぼ等しい長さの酸素供給分配器
（２および20）が具備されている。然し乍ら、この実施
例が先に説明したものと異なるのは、両室のシリコンカ
ーバイド（炭化珪素）の球（24）で満たされている点に
ある。シリコンカーバイドの粒子の直径は発焔阻止距離
を考慮して、この実施例では直径0.5mmとなっている。
シリコンカーバイドの粒子は、粒子相互間の間隙並びに
粒子間の接触点と分配器との間の間隙が粒子の半径0.25
mm以下となる状態で酸素分配器と接触する。これらの間
隙は発焔阻止距離以下になっている。
酸素を供給するための分配器（２および20）の上流に位
置する第１室（27）の高さは0.40m程度であり、下流に
位置する第２室（28）の高さは約1mである。火格子（2
3）がシリコンカーバイド粒子を保持している。
このようなシリコンカーバイド粒子を包含する反応装置
では、内部気圧は80バール以下で機能し、H2O/CH4のモ
ル比が1.04に等しいメタンと水蒸気からなる酸化すべき
気体燃料を予め400℃に加熱した後、パイプ（６）から
導入する。一方、酸素の供給ライン（12）からは、O2/C
H4のモル比が0.66に等しい割合の酸素を150℃で送り込
む。酸化反応した後の気体原料は反応により1190℃で、
次の組成となって取り出される。（モル％） CH4:0.30％ CO:19.8％ H2:44.7％ CO2:5.8％ H2O:29.3％ 以上説明した実施例は本発明を説明するためのものであ
って、これらの例にのみ本発明の範囲が限定される訳で
はなく、例えば上半分の反応室を「蜜蜂の巣」状に形成
したり粒子を充満したり、下半分の反応室内にシリコン
カーバイド粒子を充填した構造にしたり、或はその逆の
構造にすることも勿論可能であり且つ本発明の枠から逸
脱しない。
［発明の効果］ 本発明に従った方法並びに反応装置によれば、酸化反応
生成物を得るために、酸化すべき気体原料に酸素を供給
して酸化反応させるに当たり、急激な酸化で発焔させる
ことなしに部分的に酸化させたり、おだやかに反応させ
たりすることができる。
この方法は例えばメタノールや同族の高級アルコールの
合成や蒸発性流体の酸化や、アンモニア化の反応等に使
用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による反応装置全体を示す縦断面図、第
２図は単一の酸素供給分配器の場合、第2A図は分配器が
２つのものからなる場合の横からみた図、第３図および
第3A図は分配器を夫々上から見た場合の平面図、第4A
図、第4B図並びに第4C図は酸素供給の種々の方法を示し
た説明図、第５図は「蜜蜂巣」タイプの柱状通路を構造
を示す斜視図、第5A図はその変形例を示す斜視図、第６
図および第6A図は半円筒貝で構成される酸素供給路を詳
細に示した説明図、第７図は粒状の素子で反応室を充填
した他の実施例についての反応装置全体を示す断面図で
ある。 １……反応装置（リアクトル） ２、20……酸化用ガス分配器 ３、４……多孔質パイプ ６……気体原料を導入するためのパイプ ７、８……ハネカム状の柱状構造（通路を形成するため
の） ９……排出口 10……鋼製本体 11……本体の内側の被覆層 12……酸化用ガス供給ライン 13……（気体の）通路 14……くさび 15……空洞部 23……火格子（暖炉の火床のようなもの） 24……（シリコンカーバイド）の球又は粒子状素子 27……第１反応室 28……第２反応室 Ｌ……多孔質パイプの幅 △……多孔質パイプ間の間隔

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】酸化すべき気体原料を少なくとも１つの酸
    化用ガスを含むガス混合物によって酸化し、反応生成物
    を収集する方法において、 該気体原料が通過すべき少なくとも１つの第１区域と、
    反応により酸化された生成物が通過すべき少なくとも１
    つの第２区域との間に位置する接触混合区域において、
    該酸化用ガスと該酸化すべき気体原料とが接触すること
    と、 該第１および第２区域が、気体の通路を形成する多数の
    多方向性の空間を画成することと、 該空間が少なくとも１つの方向に対して、最大でも該気
    体原料の酸化の結果起こり得る発焔を阻止する距離に対
    応する10mmに等しい短い寸法をもつことと、 前記接触混合区域が多孔質の壁をもちほぼ平行に並んで
    いる複数のパイプから成る酸化用ガス混合物供給手段を
    含み、該手段が、前記第１および第２区域から最大で前
    記発焔阻止距離に等しい短い距離しか離れていないこと
    と、 を特徴とする、気体原料を酸化する方法。
  2. 【請求項２】前記酸化すべき気体原料、反応による生成
    物、および酸化用ガスを、それぞれ前記第１区域、第２
    区域およびセラミックの壁を有するパイプを通って流す
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】酸化用ガスを供給する手段（12）と、酸化
    すべき気体原料を供給する手段（６）と、反応生成物を
    取り出す手段（９）とを含む反応装置（１）において、
    該反応装置が、 一方で酸化用ガス供給手段（12）と連結し、他方でほぼ
    平行で、セラミックの多孔質の壁を有する、複数のパイ
    プ（３、４）と連結する、少なくとも１つの酸化用ガス
    分配器（２）と、 少なくとも１つの方向に対する寸法が前記気体原料の酸
    化の結果起こり得る発焔を阻止する、所謂発焔阻止距離
    である10mm以下であり、該気体の通路を形成する、多方
    向性の空間を複数個画成するパッキング（７、８又は2
    4）を含み、前記酸化すべき気体原料を供給する手段
    （６）と連結されている、少なくとも１つの第１区域で
    ある室（27）と、 少なくとも１つの方向に対する寸法が、前記気体原料の
    酸化の結果起こり得る発焔を阻止する、所謂発焔阻止距
    離である10mm以下であるような通路を形成する多方向性
    の空間を複数個画成するパッキングを含み、前記反応物
    を取り出す手段（９）に連結されている、少なくとも１
    つの第２区域である室（28）と、 を含み、前記第１および第２の室が前記多孔質のパイプ
    （３、４）の両側に最大で発焔阻止距離しか離れていな
    い所に位置していることを特徴とする、気体原料を酸化
    する装置。
  4. 【請求項４】少なくとも１つの前記の室（27又は28）が
    大きさが0.01mmから10mmまでの粒子から成るパッキング
    を含むことを特徴とする、特許請求の範囲第３項に記載
    の装置。
  5. 【請求項５】少なくとも１つの前記の室（27又は28）
    が、多数のほぼ平行な隣接する通路（13）を含む少なく
    とも１つのハネカム状の柱を含むパッキングを含み、該
    通路（13）の各々が0.0025mm2から100mm2の間の断面積
    をもつものであることを特徴とする、特許請求の範囲第
    ３項に記載の装置。
  6. 【請求項６】少なくとも１つの前記の室（27又は28）が
    多数のほぼ平行な隣接する通路（13）を含む少なくとも
    １つのハネカム状の柱を含むパッキングを含み、該通路
    の少なくとも１つが、0.01mmから10mmの大きさの粒子状
    の阻止（24）を少なくとも部分的に充填したものである
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第３項に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】前記の室（27又は28）の各々が前記気体原
    料および反応生成物の流れに対して、前記多孔質のパイ
    プ（３、４）の占める表面積とほぼ等しい表面積をおお
    うように、該パイプに面する断面を有することを特徴と
    する、特許請求の範囲第３項から第５項までの何れか１
    つに記載の装置。
  8. 【請求項８】前記第１および第２の室（27、28）の中の
    気体の通路の表面が前記パイプからの酸化用ガスの流れ
    出る部分の表面とほぼ相対向するようになっていること
    を特徴とする、特許請求の範囲第７項に記載の装置。
  9. 【請求項９】前記多孔質のパイプが反応装置の断面の少
    なくとも一部を完全におおうようになっていることを特
    徴とする、特許請求の範囲第３項から第８項までの何れ
    か１つに記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記多孔質のパイプ（３、４）が酸化用
    ガス分配器（２）の両側に、隣同志離れていて、上、下
    には相互に食い違った層をなして配置されていることを
    特徴とする、特許請求の範囲第３項から第９項までの何
    れか１つに記載の装置。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第３項から第９項までの
    うちの何れか１つに記載の装置において、該装置が、２
    つの酸化用ガス分配器（２、20）を含み、その各々が多
    孔質の壁をもつ複数個のパイプに連結されていて、該パ
    イプ群がほぼ平行に、隣同志は間隔をおいて配置されて
    いて、第１、第２のパイプの層を形成し、その第１の層
    のパイプ群が第２の層のパイプ群に対して互い違いの位
    置に配置されていることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】前記各多孔質のパイプの幅が5mmから50m
    mの間であることを特徴とする、特許請求の範囲第３項
    から第11項までの何れか１つに記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記パイプの層の２つのパイプの間の距
    離が最大でも前記多孔質のパイプの幅に等しいことを特
    徴とする、特許請求の範囲第３項から第12項までの何れ
    か１つに記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記パイプの気孔率が、酸素圧力の損失
    が0.05バールから10バールの間の値になるように選ばれ
    ていることを特徴とする、特許請求の範囲第３項から第
    13項までに記載の装置。
  15. 【請求項１５】特許請求の範囲第３項から第12項までと
    第14項との中の何れか１つに記載の装置において、多孔
    質のパイプが隣合っていて、少なくともその１つが、そ
    れらのパイプの作る平面の両側に寸法が0.05mmから10mm
    の間の複数の孔で貫通されていることを特徴とする装
    置。
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