DE102004041815A1 - Process and apparatus for the evaporation of liquid fuels - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdampfung von Flüssigbrennstoff (O) mit folgenden Schritten: DOLLAR A a) Bereitstellen eines Reaktors (8) mit einem darin aufgenommenen Mittel (1) zur Erhöhung der inneren Oberfläche, DOLLAR A b) Zuführen von Flüssigbrennstoff (O) und sauerstoffhaltigem Gas (L) in den Reaktor (8), DOLLAR A c) Durchführen einer exothermen Reaktion zwischen dem sauerstoffhaltigen Gas (L) und dem verdampfenden Flüssigbrennstoff (O), wobei der Flüssigbrennstoff (O) lediglich teilweise oxidiert wird, und DOLLAR A d) Abführen des bei der exothermen Reaktion gebildeten Produkts aus dem Reaktor (8).The invention relates to a process for the evaporation of liquid fuel (O) comprising the following steps: DOLLAR A a) providing a reactor (8) with a means (1) received therein for increasing the internal surface, DOLLAR A b) supplying liquid fuel (O) and oxygen-containing gas (L) in the reactor (8), DOLLAR A c) performing an exothermic reaction between the oxygen-containing gas (L) and the evaporating liquid fuel (O), wherein the liquid fuel (O) is only partially oxidized, and DOLLAR A d) removing the product formed during the exothermic reaction from the reactor (8).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdampfung von Flüssigbrennstoff.The The invention relates to a method and apparatus for evaporation from liquid fuel.
Nach dem Stand der Technik ist aus der WO 00/06948 ein Verfahren zum Verdampfen von Flüssigbrennstoff nach dem "Prinzip der kalten Flamme" bekannt. Unter dem "Prinzip der kalten Flamme" wird eine teilweise exotherme Oxidation von Kohlenwasserstoffen bei atmosphärischem Druck bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 500° C verstanden. Bei dieser exothermen Reaktion werden etwa 10 bis 15% der gespeicherten chemischen Energie freigesetzt. Bei der Reaktion nach dem "Prinzip der kalten Flamme" kommt es nicht zur Ausbildung einer sichtbaren Flamme.To The prior art is known from WO 00/06948 a method for Vaporizing liquid fuel according to the principle the cold flame ". Under the "principle the cold flame "becomes one partial exothermic oxidation of hydrocarbons at atmospheric Pressure at a temperature in the range of 300 to 500 ° C understood. at This exothermic reaction is stored about 10 to 15% of the chemical energy released. The reaction according to the "principle of the cold flame" does not happen Training a visible flame.
Bei dem aus der WO 00/06948 bekannten Verfahren werden Flüssigbrennstoff und Luft in einen Reaktor geleitet, der elektrisch oder durch Rezirkulation heißer Gase beheizt wird. Die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens hat sich in der Praxis in vielfacher Hinsicht als problematisch erwiesen.at the method known from WO 00/06948 are liquid fuel and air are passed into a reactor, either electrically or by recirculation hot Gases is heated. The implementation of the proposed method has in practice in many cases Regard as problematic.
Um das vom Reaktor eingeschlossene Reaktionsvolumen gleichmäßig auf einer zur Durchführung der exothermen Reaktion geeigneten Temperatur zu halten, ist ein hoher apparativer und regelungstechnischer Aufwand erforderlich. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass die Temperatur infolge von sich im Reaktionsvolumen ausbildenden Strömungen nicht homogen über das Reaktionsvolumen verteilt ist. Um dem entgegenzuwirken wird nach dem Stand der Technik die in einer Reaktionszone freigesetzte Energie in Bereiche zurückgeführt, in denen der Brennstoff noch in flüssiger Form vorliegt.Around the reaction volume enclosed by the reactor evenly one for implementation keeping the exothermic reaction suitable temperature is a high equipment and control engineering effort required. In practice, it has been shown that the temperature due to In the reaction volume forming flows are not homogeneous over the Reaction volume is distributed. To counteract this is after In the prior art, the energy released in a reaction zone attributed to areas in which the fuel is still in liquid Form is present.
Abgesehen davon kann es im Reaktionsvolumen zu lokalen Überhitzungen und damit zur Zündung des Gemischs und zur Explosion des Reaktors kommen.apart of which it may be in the reaction volume to local overheating and thus to ignition of the mixture and to the explosion of the reactor.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, mit denen auf möglichst einfache, sichere und kostengünstige Weise eine Verdampfung und exotherme Reaktion nach dem Prinzip der kalten Flamme durchführbar sind. Darüber hinaus soll mit der Vorrichtung auch die Durchführung des Verfahrens der "partiellen Oxidation" möglich sein.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. It is intended in particular a method and a device be specified, with the simplest, most secure and inexpensive Way an evaporation and exothermic reaction on the principle of cold Flame feasible are. About that In addition, with the device, the implementation of the method of "partial oxidation" should be possible.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 19 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 18 und 20 bis 33.These The object is solved by the features of claims 1 and 19. Advantageous embodiments result from the features of claims 2 to 18 and 20 to 33.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Verdampfung von Flüssigbrennstoff mit folgenden Schritten vorgesehen:
- a) Bereitstellen eines Reaktors mit einem darin aufgenommenen Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche,
- b) Zuführen von Flüssigbrennstoff und sauerstoffhaltigem Gas in den Reaktor,
- c) Durchführen einer exothermen Reaktion zwischen dem sauerstoffhaltigen Gas und dem verdampfenden Flüssigbrennstoff, wobei der Flüssigbrennstoff lediglich teilweise oxidiert wird und
- d) Abführen des bei der exothermen Reaktion gebildeten Produkts aus dem Reaktor.
- a) providing a reactor having a means for increasing the inner surface received therein,
- b) supplying liquid fuel and oxygen-containing gas into the reactor,
- c) performing an exothermic reaction between the oxygen-containing gas and the evaporating liquid fuel, wherein the liquid fuel is only partially oxidized and
- d) removing the product formed during the exothermic reaction from the reactor.
Unter einem "Reaktor wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Behälter verstanden, der ein freies Volumen umschließt.Under a "reactor For the purposes of the present invention, a container understood that a free Enclosing volume.
Es kann sich dabei beispielsweise um ein zylindrisches Rohr handeln.It may be, for example, a cylindrical tube.
Nach einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist im Reaktor ein Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche aufgenommen. Das erfindungsgemäß vorgesehene Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche trägt zur einer Erhöhung der effektiven Wärmeleitfähigkeit und/oder des volumetrischen Wärmeaustauschkoefizienten im Reaktor bei. Infolgedessen kann ein vom Reaktor umgebenes und auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheiztes Reaktionsvolumen im Reaktor überall, d.h. auch quer zur einer Strömungsrichtung, nahezu homogen auf einer geeigneten Temperatur zur Durchführung der exothermen Reaktion gehalten werden. Das bei der exothermen Reaktion neben der freigesetzten Energie entstehende Produkt, z. B. ein Gemisch aus verdampften und teilweise chemisch umgesetzten Flüssigbrennstoff und Luft, ist besonders homogen.To An essential aspect of the invention is a means in the reactor to increase the inner surface added. The inventively provided Means to increase the inner surface contributes to an increase the effective thermal conductivity and / or the volumetric heat exchange coefficient in the reactor. As a result, a reactor surrounded and heated to a predetermined temperature reaction volume in Reactor everywhere, i.e. also transverse to a flow direction, almost homogeneous at a suitable temperature for carrying out the be kept exothermic reaction. That in the exothermic reaction in addition to the released energy resulting product, eg. B. a mixture from vaporized and partially chemically converted liquid fuel and air, is particularly homogeneous.
Bei der erfindungsgemäßen exothermen Reaktion handelt es sich um eine Reaktion, die ohne Zündung und Ausbildung einer sichtbaren, offenen Flamme abläuft. Es wird dabei der Flüssigbrennstoff lediglich teilweise oxidiert. Es kann sein, dass bereits ein vorreagiertes Gemisch dem Reaktor zugeführt oder ein teilweise reagiertes Gemisch aus dem Reaktor abgeführt wird. Zu diesem Zweck können geeignete Einrichtungen zur Erzeugung eines vorreagierten Gemischs oder zur Weiterführung der Reaktion eines teilweise reagierten Gemischs dem Reaktor vor-/oder nachgeschaltet sein. Die bei der exothermen Reaktion erzeugte Wärme wird z. T. auf den Reaktor übertragen. Dieser dient u.a. als Wärmespeicher. Bei einer geeigneten Verfahrensführung ist es lediglich erforderlich, die exotherme Reaktion zu starten.at the exothermic invention Reaction is a reaction without ignition and Training a visible, open flame expires. It is the liquid fuel only partially oxidized. It may be that already a pre-reacted Mixture fed to the reactor or a partially reacted mixture is discharged from the reactor. For this purpose can suitable means for producing a prereacted mixture or for continuation the reaction of a partially reacted mixture before the reactor / or be downstream. The heat generated in the exothermic reaction is z. T. transferred to the reactor. This serves u.a. as a heat storage. In a suitable process management it is only necessary to start the exothermic reaction.
Bei der exothermen Reaktion im Sinne der vorliegenden Erfindung kann es sich um eine exotherme Reaktion nach dem "Prinzip der kalten Flamme" handeln. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Temperatur im Reaktor so geregelt, dass eine untere Temperaturgrenze von 220°C nicht unter- und eine obere Temperaturgrenze von 600°C nicht überschritten wird. Die Luftzahl λ eines aus dem Flüssigbrennstoff und dem sauerstoffhaltigen Gas gebildeten Gemischs kann dabei beliebige Werte annehmen. Bei der Luftzahl λ handelt es sich um das Verhältnis zwischen der tatsächlich vorhandenen und der theoretisch zur vollständigen Verbrennung erforderlichen Luftmenge. Unter Verwendung der vorgeschlagenen Regelung kann eine exotherme Reaktion nach dem "Prinzip der kalten Flamme" kontinuierlich durchgeführt werden.at the exothermic reaction in the context of the present invention can it is an exothermic reaction according to the "cold flame principle". After a advantageous embodiment of the method, the temperature is in the The reactor is controlled so that a lower temperature limit of 220 ° C is not and an upper temperature limit of 600 ° C is not exceeded. The air ratio λ one out the liquid fuel and the mixture containing oxygen-containing gas may be any Accept values. The air ratio λ is it's about the relationship between the actual existing and theoretically required for complete combustion Air volume. Using the proposed scheme, a exothermic reaction according to the "principle the cold flame "continuously carried out become.
Nach einer alternativen Verfahrensführung wird die Temperatur im Reaktor zweckmäßigerweise so geregelt, dass eine untere Temperaturgrenze von 600°C nicht unter- und eine obere Temperaturgrenze von 1500°C nicht überschritten wird. Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Luftzahl λ eines aus dem Flüssigbrennstoff und dem sauerstoffhaltigen Gas gebildeten Gemischs < 1. Unter Verwendung der vorgeschlagenen Regelung kann eine exotherme Reaktion nach dem Prinzip der "partiellen Oxidation" kontinuierlich durchgeführt werden.To an alternative procedure the temperature in the reactor expediently so that a lower temperature limit of 600 ° C is not and an upper temperature limit of 1500 ° C is not exceeded. After a Another embodiment, the air ratio λ is one of the liquid fuel and the oxygen-containing gas formed mixture <1. Using The proposed scheme may have an exothermic reaction after Principle of "partial Oxidation "continuously carried out become.
Die beiden vorgenannten alternativen Verfahrensvarianten können vorteilhafterweise in ein und derselben Vorrichtung durchgeführt werden. Außerdem ist es möglich, die Leistung der Vorrichtung in einem weiten Bereich zu modulieren. – Die vorerwähnten Temperaturbereiche gelten für atmosphärischem Druck. Bei einer Änderung der Druckparameter ist das angegebene Temperaturfenster entsprechend anzupassen.The Both aforementioned alternative process variants can advantageously be performed in one and the same device. Besides that is it is possible to modulate the performance of the device in a wide range. - The aforementioned temperature ranges apply to atmospheric Print. In case of a change the print parameter is the specified temperature window accordingly adapt.
Vorteilhafterweise wird der Flüssigbrennstoff höchstens zu 90%, vorzugsweise höchstens zu 50%, oxidiert. Das ermöglicht z. B. eine nachträgliche Verbrennung des verdampften Gemischs.advantageously, the liquid fuel is at most to 90%, preferably at most to 50%, oxidized. This allows z. B. a subsequent Combustion of the vaporized mixture.
Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal wird der Flüssigbrennstoff beim Eintritt in den Reaktor zerstäubt. Dazu kann der Reaktor stromaufwärts einen Mischungsabschnitt aufweisen, in welchem ein aus dem zerstäubten Flüssigbrennstoff und dem sauerstoffhaltigen Gas gebildetes Gemisch hergestellt wird. Im Mischungsabschnitt können Mittel zur strömungsmechanischen Stabilisierung aufgenommen sein. Es kann sich dabei um Strömungsleitbleche und dgl. handeln. Damit wird erreicht, dass in einem großen Modulationsbereich eine homogene Gemischbildung im Mischungsabschnitt gewährleistet ist. Das Gemisch wird durch die vorgeschlagenen Mittel zur strömungsmechanischen Stabilisierung stets innerhalb des Mischungsabschnitts erzeugt und homogenisiert.To Another design feature is the liquid fuel at the entrance atomized into the reactor. This can be done upstream of the reactor have a mixing section in which a from the atomized liquid fuel and the oxygen-containing gas formed mixture is produced. In the mixing section can Means for fluid mechanics Stabilization be included. It may be flow baffles and the like. act. This ensures that in a large modulation range ensures a homogeneous mixture formation in the mixing section is. The mixture is by the proposed means for fluid mechanical Stabilization always generated and homogenized within the mixing section.
Das im Reaktor aufgenommene Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche dient ebenfalls dazu, die Reaktionszonen im Reaktor über einen weiter Modulationsbereich hinweg relativ zur axialen Erstreckung des Reaktors in einem vorgegebenen Bereich ortsfest zu halten. Damit kann über den gesamten Modulationsbereich hinweg stets ein Verdampfungsprodukt mit vorgegebenen Eigenschaften hergestellt werden.The used in the reactor means for increasing the inner surface serves also to the reaction zones in the reactor over a wide modulation range relative to the axial extent of the reactor in a given Keep the area stationary. This allows over the entire modulation range always an evaporation product with predetermined properties getting produced.
Als Mittel zur strömungsmechanischen Stabilisierung kann beispielsweise eine Luftdüse zum Eintritt der Luft in den Mischungsabschnitt mit einem Drallerzeuger versehen sein. Es kann damit ein verdrallter oder auch unverdrallter Freistrahl erzeugt werden. Ferner kann ein Austrittsdurchmesser der Luftdüse und ein Abstand der Luftdüse zum Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche variiert werden. Durch den Freistrahl wird innerhalb des Mischungsabschnitts eine Rezirkulation der Energie und der chemischen Radikale bewirkt. Infolgedessen können die im Mischungsabschnitt auftretenden Reaktionen in einem weiten Modulationsbereich ortsfest gehalten werden. Das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche bewirkt also eine Festlegung bestimmter Reaktionszonen innerhalb des Reaktors. Die Grenzen der Reaktionszonen hängen von der Leistung ab, mit welcher die Vorrichtung betrieben wird. In Abhängigkeit des Modulationsbereichs variieren sie innerhalb eines vorgegebenen axialen Bereichs. Durch das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche ist aber sichergestellt, dass die Reakti onszonen als solche über den gesamten Modulationsbereich erhalten bleiben und damit stets das vorgegebenen Verdampfungsprodukt erzeugt wird.When Means for fluid mechanics Stabilization, for example, an air nozzle for the entry of air in the mixing section be provided with a swirl generator. It can be generated with a twisted or untwisted free jet. Further, an exit diameter of the air nozzle and a distance of the air nozzle to the center to increase the inner surface be varied. Through the free jet is within the mixing section causes a recirculation of energy and chemical radicals. As a result, the occurring in the mixing section reactions in a wide modulation range be held stationary. The means for increasing the inner surface causes So a determination of certain reaction zones within the reactor. The boundaries of the reaction zones hang from the power with which the device is operated. Dependent on of the modulation range they vary within a given range axial area. By the means of increasing the inner surface is but ensure that the reaction zones as such are above the entire modulation range and thus always the predetermined evaporation product is generated.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird der Reaktor vor dem Schritt lit. b beheizt. Das Vorheizen des Reaktors dient dem Start und/oder der Aufrechterhaltung der exothermen Reaktion. Dazu kann der Reaktor beispielsweise durch Verbrennung eines aus dem Flüssigbrennstoff und dem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel gebildeten Gemischs vorgeheizt werden. In diesem Fall ist das Gemisch so eingestellt, dass eine Verbrennung stattfinden kann. Sobald der Reaktor auf Betriebstemperatur ist, wird die Verbrennung gestoppt. Anschließend wird dann ein Gemisch aus Flüssigbrennstoff und sauerstoffhaltigem Gas ohne die Ausbildung einer sichtbaren Flamme im Reaktor exotherm teilweise oxidiert und damit verdampft. Durch die bei der exothermen Reaktion freigesetzte Wärme wird das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche zweckmäßigerweise beheizt.To In another embodiment, the reactor before the step lit. heated b. The preheating of the reactor is the start and / or the Maintaining the exothermic reaction. For this purpose, the reactor for example, by burning one from the liquid fuel and the mixture containing the oxygen-containing oxidizing agent be preheated. In this case, the mixture is adjusted that combustion can take place. Once the reactor is at operating temperature is, the combustion is stopped. Subsequently, then a mixture from liquid fuel and oxygen-containing gas without the formation of a visible Flame exothermic partially oxidized in the reactor and thus evaporated. By the heat released in the exothermic reaction is the means of increase the inner surface expediently heated.
Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal wird der Reaktor mit einem elektrischen Heizelement beheizt. Ein solches Heizelement dient insbesondere beim Anfahren des Reaktors zum Starten der exothermen Reaktion. Kommt es beim Betrieb des Reaktors zu einer zu starken Abkühlung des Reaktors, so kann mittels des elektrischen Heizelements wieder Wärme zugeführt werden. Es ist aber auch möglich, beispielsweise das aus dem Reaktor austretende heiße Produkt zu rezirkulieren und zum Aufheizen des Reaktors zu verwenden. Anstelle des Produkts können selbstverständlich auch heiße Abgase rezirkuliert werden, welche beispielsweise durch eine Verbrennung des Produkts gebildet werden. Zu diesem Zweck kann stromabwärts des Reaktors eine Kammer vorgesehen sein, von der eine Rezirkulationsleitung zum Rezirkulieren des Produkts abzweigt. In ähnlicher Weise kann dem Reaktor auch ein Brenner mit einer Brennkammer nachgeschaltet sein, von der eine Rezirkulationsleitung zur Rezirkulation heißer Abgase abzweigt. Derartige Rezirkulationsleitungen können beispielsweise an den vorerwähnten Mischungsabschnitt angeschlossen sein. Das sauerstoffhaltige Gas kann auch indirekt über einen Wärmetauscher erwärmt werden, der mit den heißen Abgasen oder dem heißen Produkt erwärmt wird.According to a further embodiment feature, the reactor is heated with an electric heating element. Such a heating element is used in particular when starting the reactor for starting the exothermic reaction. If, during operation of the reactor, excessive cooling of the reactor occurs, then heat can be supplied again by means of the electrical heating element. However, it is also possible, for example, to recirculate the hot product leaving the reactor and to use it for heating the reactor. Of course, instead of the product, it is also possible to recirculate hot exhaust gases which are formed, for example, by combustion of the product. For this purpose, a chamber may be provided downstream of the reactor, from which a recirculation line branches off to recirculate the product. Similarly, the reactor may also be followed by a burner having a combustion chamber from which a recirculation line branches off to recirculate hot exhaust gases. Such recirculation lines may be connected, for example, to the aforementioned mixing section. The oxygen-containing gas may also be heated indirectly via a heat exchanger which is heated with the hot exhaust gases or the hot product.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann es auch sein, dass als Heizelement das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche verwendet wird. In diesem Fall ist das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche zweckmäßigerweise als ein Widerstandsheizelement ausgeführt. Es kann dazu beispielsweise aus Metall, Siliziumcarbid oder dgl. hergestellt sein.To Another embodiment may also be that as a heating element the means of increase the inner surface is used. In this case, the means of increasing the inner surface expediently designed as a resistance heating element. It can do this, for example made of metal, silicon carbide or the like.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist es aber auch möglich, den Reaktor durch heißes Gas zu beheizen. Derartiges Gas kann ein Abfallprodukt eines anderen Prozesses sein.To In a further embodiment, it is also possible, the reactor by hot gas to heat. Such gas can be a waste product of another Be a process.
Die Temperatur des Reaktors kann zweckmäßigerweise durch eine Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur des zugeführten sauerstoffhaltigen Gases geregelt werden. Es ist auch möglich, die Temperatur des Reaktors durch eine Erhöhung oder Erniedrigung des Massestroms des sauerstoffhaltigen Gases durch den Reaktor zu regeln. In diesen Fällen kann u. U. auf ein Heizelement zum Beheizen des Reaktors verzichtet werden.The Temperature of the reactor may conveniently by increasing or Lowering the temperature of the oxygen-containing gas supplied be managed. It is also possible that Temperature of the reactor by increasing or decreasing the Mass flow of the oxygen-containing gas through the reactor to regulate. In these cases can u. U. waived a heating element for heating the reactor become.
Als sauerstoffhaltiges Gas kann Luft und als Flüssigbrennstoff Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise leichtes Heizöl oder Diesel, verwendet werden. Grundsätzlich eignet sich für die Durchführung der exothermen Reaktion nach dem "Prinzip der kalten Flamme" und/oder der "partiellen Oxidation" jegliches sauerstoffhaltiges Gas in Verbindung mit allen oxidierbaren kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen.When oxygen-containing gas can be air and as liquid fuel hydrocarbons, preferably light fuel oil or diesel. Basically suitable for carrying out the exothermic Reaction according to the "principle the cold flame "and / or the "partial Oxidation "any oxygen-containing gas in conjunction with all oxidizable hydrocarbon-containing Fuels.
Das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche ist zweckmäßigerweise ein durchströmbares, poröses Medium und kann aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: Porenkörper, z. B. mit einer Schaumstruktur aus Keramik oder Metall, statische Mischer, Draht- oder Fasergewirk, Röhrenanordnung, Schüttung, Anordnung von Lochplatten. Zweckmäßigerweise ist das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche aus einer Keramik, einem Glas, einem Bindemittel oder auch aus Metall hergestellt. In jedem Fall handelt es sich bei dem Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche um ein Mittel, welches temperaturbeständig ist. Es kann sein, dass das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist.The Means to increase the inner surface is expediently a flow-through, porous Medium and can be selected from the following group: Porous body, z. B. with a foam structure made of ceramic or metal, static mixer, wire or Fasergewirk, tube arrangement, bulk, Arrangement of perforated plates. Conveniently, the means for increase the inner surface from a ceramic, a glass, a binder or metal produced. In any case, the means of increasing the inner surface an agent that is temperature resistant. It may be that the means of increase the inner surface provided with a catalytic coating.
Das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche ist zweckmäßigerweise in einem zylindrisch ausgebildeten Reaktorgehäuse aufgenommen. Es ist in jedem Fall so ausgebildet, dass eine Strömung durch den Reaktor von einem Einlass zu einem Auslass möglich ist und gleichzeitig die bei der exothermen Reaktion freigesetzte Wärme zu deren weiterer Aufrechterhaltung effektiv vom Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche gespeichert wird.The Means to increase the inner surface is expediently received in a cylindrically shaped reactor housing. It is in everyone Case designed so that a flow through the reactor of an inlet to an outlet possible is and released at the same time in the exothermic reaction Heat too their further maintenance effectively by the means to increase internal surface is stored.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung, ist eine Vorrichtung zur Verdampfung von Flüssigbrennstoff vorgesehen, mit einem Reaktor, in dem ein Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche aufgenommen ist, einem Mittel zum Zuführen von Flüssigbrennstoff und sauerstoffhaltigem Gas in den Reaktor, und einem Mittel zum Regeln der Temperatur des Reaktors derart, dass eine exotherme Reaktion zwischen dem sauerstoffhaltigen Gas und dem verdampfenden Flüssigbrennstoff so durchführbar ist, dass der Flüssigbrennstoff lediglich teilweise oxidiert wird.To further requirement of the invention is a device for the evaporation of liquid fuel provided with a reactor in which a means of increasing the inner surface a means for supplying liquid fuel and oxygenated Gas in the reactor, and a means of regulating the temperature of the reactor such that an exothermic reaction between the oxygen-containing Gas and the evaporating liquid fuel so feasible is that the liquid fuel only partially oxidized.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ist einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar. Indem die Reaktion in einem Reaktor durchgeführt wird, in dem ein Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche vorgesehen ist, kann sicherer und zuverlässiger eine unerwünschte Zündung des Gemischs unter Ausbildung einer freien, sichtbaren Flamme im Reaktor vermieden werden. Abgesehen davon, kann durch die durch das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche geschaffene zusätzliche Wärmekapazität ausreichend Wärme im Reaktor gespeichert werden, so dass die exotherme Reaktion ohne Weiteres aufrechterhalten werden kann.The proposed device is simple and inexpensive to produce. By carrying out the reaction in a reactor in which a medium to increase the inner surface provided is safer and more reliable an unwanted ignition of the Mixture to form a free, visible flame in the reactor be avoided. Apart from that, by the means of to increase the inner surface created additional Heat capacity sufficient Heat in Be stored reactor, so that the exothermic reaction without More can be maintained.
Zweckmäßigerweise ist mit dem Mittel zum Regeln die Temperatur im Reaktor so regelbar, dass eine untere Temperaturgrenze von 220°C nicht unter- und eine obere Temperaturgrenze von 1500°C nicht überschritten wird. Damit kann die Temperatur im Reaktor einerseits beispielsweise in einem Temperaturbereich von 220°C bis 600°C konstant gehalten werden, so dass in diesem Temperaturbereich eine exotherme Reaktion nach dem Prinzip der "kalten Flamme" durchführbar ist. Andererseits ist es aber auch möglich, den Reaktor auf einer Temperatur im Bereich von 600 bis 1500°C zu halten, so dass in diesem Temperaturbereich eine "partielle Oxidation" des zugeführten Gemischs stattfindet. Mit der vorgeschlagenen Regelung kann also die Leistung der Vorrichtung in einem weiten Bereich moduliert werden. Mit der Regelung ist es möglich, die Vorrichtung entweder nach dem Prinzip der "kalten Flamme" in einem ersten Temperaturbereich oder nach dem Prinzip der "partiellen Oxidation" in einem zweiten Temperaturbereich zu betreiben. Es ist dazu lediglich eine einzige konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung notwendig. Sie eignet sich zur Durchführung beider vorerwähnter Verfahrensvarianten.Conveniently, the temperature in the reactor can be controlled with the means for controlling that a lower temperature limit of 220 ° C is not undershot and an upper temperature limit of 1500 ° C is not exceeded. Thus, the temperature in the reactor on the one hand, for example, in a temperature range of 220 ° C to 600 ° C are kept constant, so that in this temperature range, an exothermic reaction according to the principle of "cold Flam On the other hand, it is also possible to keep the reactor at a temperature in the range from 600 to 1500 ° C., so that a "partial oxidation" of the supplied mixture takes place in this temperature range With the control it is possible to operate the device either on the principle of the "cold flame" in a first temperature range or according to the principle of "partial oxidation" in a second temperature range For this purpose, only a single constructive embodiment of the device is necessary, and it is suitable for carrying out both of the abovementioned method variants.
Vorteilhafterweise ist ein Mittel zum Zerstäuben des Flüssigbrennstoffs vorgesehen. Damit kann ein besonders homogenes Gemisch erzeugt werden. Das daraus hergestellte verdampfte Produkt ist ebenfalls besonders homogen.advantageously, is a means of atomising of the liquid fuel intended. Thus, a particularly homogeneous mixture can be produced. The Vaporized product made from it is also particularly homogeneous.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ein Mittel zum Zuführen heißer Gase zum Reaktor vorgesehen. Es kann sich dabei um das vom Reaktor abgeführte Produkt oder auch um Abgase aus einem nachgeschalteten Verbrennungsprozess oder auch um sonstige heiße Abgase handeln.To Another embodiment is a means for supplying hot gases provided to the reactor. It may be the product discharged from the reactor or also exhaust gases from a downstream combustion process or other hot Exhaust gases act.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Einrichtung zum Einspritzen des Flüssigbrennstoffs unter einem Druck im Bereich von 3 bis 100 bar vorgesehen sein. Eine Variation des Drucks ermöglicht einen Betrieb der Vorrichtung mit einer vorgegebenen Leistung. Insbesondere im Bereich geringer Leistungen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass ein Mittel zum Einspritzen des Flüssigbrennstoffs mit einer vorgegebenen Taktfrequenz vorgesehen ist. Bei dem Mittel kann es sich um schnell schließende Ventile handeln. Derartige Ventile können mit einer Frequenz im Bereich von 5 bis 70 Hz betrieben werden. Die Menge des einzuspritzenden Flüssigbrennstoffs kann durch die Schließzeit derartiger Ventile gesteuert werden.To In an advantageous embodiment, a device for injecting of the liquid fuel be provided under a pressure in the range of 3 to 100 bar. A variation of the pressure allows an operation of the device with a predetermined power. Especially In the area of low performance, it has proved expedient that a means for injecting the liquid fuel with a predetermined Clock frequency is provided. The remedy can be fast closing Valves act. Such valves can with a frequency in the Range from 5 to 70 Hz. The amount of injected liquid fuel can through the closing time controlled such valves.
Nach einer weiteren Ausgestaltung, ist ein elektrisches Heizelement zum Beheizen des Reaktors vorgesehen. Es kann sich dabei um eine den Reaktor umgebende Heizwendel oder dgl. handeln. Des Weiteren kann ein Mittel zum Beheizen des zugeführten sauerstoffhaltigen Gases vorgesehen sein. Die Einrichtung zum Zuführen kann ferner ein Gebläse zum Zuführen des sauerstoffhaltigen Gases in den Reaktor umfassen. Das Mittel zum Beheizen des zugeführten sauerstoffhaltigen Gases kann beispielsweise in das Gebläse integriert sein und ebenfalls aus Heizwendeln bestehen, durch welche das sauerstoffhaltige Gas geführt wird.To a further embodiment, is an electric heating element for Heating the reactor provided. It can be a the Reactor surrounding heating coil or the like act. Furthermore, can a means for heating the supplied oxygen-containing gas be provided. The means for supplying may further include a fan for supplying the oxygen-containing gas into the reactor. The means to Heating the supplied oxygen-containing gas, for example, integrated into the fan and also consist of heating coils through which the oxygen-containing Gas guided becomes.
Zweckmäßigerweise ist des Weiteren mindestens ein Sensor zur Messung der im Reaktor herrschenden Temperatur vorgesehen. Es kann sich dabei um ein herkömmliches Thermoelement handeln. Selbstverständlich ist es auch möglich, entlang des Strömungswegs mehrere Sensoren zur Messung der Temperatur vorzusehen. Damit ist eine verfeinerte Regelung der im Reaktor herrschenden Temperatur und/oder die Einstellung eines vorgegebenen Temperaturprofils entlang des Strömungswegs im Reaktor möglich.Conveniently, Furthermore, at least one sensor for measuring the in the reactor prevailing temperature provided. It can be a conventional one Act thermocouple. Of course it is also possible along of the flow path to provide several sensors for measuring the temperature. This is a refined control of the temperature prevailing in the reactor and / or the setting of a given temperature profile along the flow path possible in the reactor.
Nach einer weiteren Ausgestaltung steuert das Mittel zum Regeln der Temperatur in Abhängigkeit der von dem Sensor gemessenen Temperaturwerte auf der Grundlage eines vorgegebenen Algorithmus die Leistung des elektrischen Heizelements und/oder des Mittels zum Beheizen des zugeführten sauerstoffhaltigen Gases und/oder des Gebläses. Dazu kann das Mittel zum Regeln der Temperatur eine herkömmliche Regelung mit einem Mikroprozessor umfassen, welcher die Regelung der Temperatur gemäß einem vorgegebenen Regelalgorithmus bewirkt.To In another embodiment, the means controls the temperature dependent on the temperature values measured by the sensor based on a predetermined algorithm, the performance of the electric heating element and / or the means for heating the supplied oxygen-containing gas and / or the blower. To The means of regulating the temperature can be a conventional one Control with a microprocessor, which includes the scheme the temperature according to one predetermined control algorithm causes.
Das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche ist zweckmäßigerweise aus einem der folgenden Materialien hergestellt: Keramik, Glas, Bindemittel, Metall. Des Weiteren kann das Mittel zur Erhöhung der inneren Oberfläche aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: Porenkörper, z. B. Schaum oder Schwamm, Draht- oder Fasergewirk bzw. -gestrick oder -geflecht, Röhrenanordnung, Schüttung, Anordnung von Lochplatten und dgl.The Means to increase the inner surface is expediently made from one of the following materials: ceramic, glass, Binder, metal. Furthermore, the means of increasing the inner surface selected from the following group his: pore body, z. As foam or sponge, wire or Fasergewirk or -knit or -braid, tube arrangement, bulk, Arrangement of perforated plates and the like.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:following is an embodiment of Invention with reference to the drawing explained. Here in demonstrate:
In
Die Luft L kann dabei durch eine entsprechend ausgestaltetet Zuführung, z. B. mittels einer Luftdüse, in das freie Volumen derart geführt werden, das sich ein Freistrahl ausbildet.The Air L can by a suitably designed feeder, z. B. by means of an air nozzle, guided in the free volume such become, which forms a free jet.
Durch
entsprechende Maßnahmen
und Einbauten in der Luftzuführung
ist es auch möglich,
diesen Freistrahl als verdrallten Freistrahl auszubilden. Die Brennstoffzufuhr
erfolgt in der Nähe
der Achse des Freistrahls durch Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs
mittels einer zentrisch angeordneten Düse, wodurch eine sehr große Oberfläche des
Brennstoffes generiert wird und eine intensive Vermischung des Brennstoffes
mit der Luft stattfindet. Im dem vorgelagerten freien Volumen werden
durch den Freistrahl Rezirkulationsströmungen verursacht, deren Größe u. a.
durch das Verhältnis
von Reaktordurchmesser zum Durchmesser des Luftaustritts und durch
den Abstand zwischen Luftaustritt und dem Porenkörper
Ein
hier schematisch gezeigtes Heizelement
Der
Porenkörper
Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird beispielsweise Luft L einer ersten Temperatur T1 von 300°C und Flüssigbrennstoff
O in den dem Porenkörper
Durch
die vor, im und nach dem Porenkörper
Das
bei der exothermen Reaktion gebildete Produkt, z. B. ein aus Luft
L und Flüssigbrennstoff
O bestehender Dampf sowie Produktgase, wird am Ausgang des Porenkörpers
Wie
aus den
Das vorgeschlagen Verfahren sowie die Vorrichtung lassen sich einfach handhaben. Sie sind kostengünstig verfügbar. Die vorgeschlagene Vorrichtung lässt sich mit herkömmlichen Komponenten, z. B. Brennern, chemischen Anlagen, Motoren und dgl. ohne Weiteres kombinieren.The proposed method and the device can be easily handle. They are inexpensive available. The proposed device leaves yourself with conventional Components, e.g. As burners, chemical plants, engines and the like. combine easily.
Die
Vorrichtung kann nicht nur in der vorgenannten Betriebsweise nach
dem Prinzip der "kalten Flamme", sondern auch in
der weiteren Betriebsweise der "partiellen
Oxidation" betrieben
werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, die Tempera tur im Reaktor
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung kann ohne konstruktive Änderung in beiden Betriebsweisen betrieben werden. Damit ist eine besonders hohe Modulation der Leistung der Vorrichtung möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Betrieb von Brennern mit einer hohen Leistungsmodulation.The proposed according to the invention Device can without constructive change in both modes operate. This is a particularly high modulation of performance the device possible. The device according to the invention is suitable in particular for the operation of burners with a high power modulation.
- 11
- Porenkörperporous body
- 22
- Gebläsefan
- 33
- Heizeinrichtungheating
- 44
- Pumpepump
- 55
- Heizelementheating element
- 66
- Thermoelementthermocouple
- 77
- Regeleinheitcontrol unit
- 88th
- Reaktorreactor
- 99
- Mischungsabschnittmixing section
- 1010
- Luftzufuhrdüseair supply nozzle
- 1111
- Flüssigbrennstoffdüseliquid fuel nozzle
- dd
- Durchmesser des Austrittsverschnittsdiameter the outlet section
- LL
- Luftair
- OO
- FlüssiggasLPG
- SS
- Abstanddistance
- T1T1
- erste Temperaturfirst temperature
- T2T2
- zweite Temperatursecond temperature
Claims (33)
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