DE102006007506A1 - Injector with adjustable pressure loss - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Eindüsen eines ersten Fluids in ein zweites Fluid, wobei ein Strom des zweiten Fluids in einer Hauptleitung (1) geführt und das erste Fluid über eine Zuführung (11) in eine Injektorkammer (4) geführt und durch mindestens eine Austrittsöffnung (8) in die Hauptleitung (1) gedüst wird. Erfindungsgemäß wird der Druckverlust des ersten Fluids in der Injektorkammer (4) verstellt.The invention relates to a device and a method for injecting a first fluid into a second fluid, a flow of the second fluid being conducted in a main line (1) and the first fluid being fed into and through an injector chamber (4) via a feed (11) at least one outlet opening (8) is injected into the main line (1). According to the invention, the pressure loss of the first fluid in the injector chamber (4) is adjusted.
Description
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Eindüsen eines ersten Fluids in ein zweites Fluid, welches in einer Hauptleitung strömt, mit einer Injektorkammer, welche zumindest eine Zuführung für das erste Fluid und mindestens eine Austrittsöffnung für das erste Fluid besitzt, wobei der Injektor zumindest teilweise durch einen Anschlussstutzen in die Hauptleitung einbringbar ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Eindüsen eines ersten Fluids in ein zweites Fluid, wobei ein Strom des zweiten Fluids in einer Hauptleitung geführt und das erste Fluid über eine Zuführung in eine Injektorkammer geführt und durch mindestens eine Austrittsöffnung in der Injektorkammer in die Hauptleitung gedüst wird.The The invention relates to an injector for injecting a first fluid into a second fluid flowing in a main conduit, with an injector chamber having at least one supply for the first fluid and at least an outlet opening for the has first fluid, wherein the injector at least partially through a connection piece in the main line can be introduced. Further The invention relates to a method for injecting a first fluid into a second fluid, wherein a flow of the second Passed fluids in a main line and the first fluid over a feeder led into an injector and through at least one outlet opening in the injector chamber into the main line becomes.
Bei vielen Oxidationsprozessen in chemischen Reaktoren wird mit Sauerstoff angereicherte Luft als Oxidationsmittel eingesetzt. Der Sauerstoff wird hierzu mittels eines Injektors in den Luftstrom eingedüst, wobei eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Sauerstoffs in dem Luftstrom erreicht werden muss. Anderenfalls könnten lokal erhöhte Sauerstoffkonzentrationen bei der anschließenden chemischen Reaktion zu lokalen Temperaturüberhöhungen, so genannten "hot spots", führen, welche sich negativ auf die durchzuführende Reaktion auswirken können oder gar zu Schäden am Reaktor führen können.at Many oxidation processes in chemical reactors are oxygenated enriched air used as an oxidizing agent. The oxygen becomes injected for this purpose by means of an injector in the air stream, wherein one possible even distribution of the oxygen in the air stream must be achieved. Otherwise, could increased locally Oxygen concentrations in the subsequent chemical reaction to local temperature peaks, so called "hot spots ", which lead negative for the one to be carried out Reaction can affect or even damage on the reactor can.
In
der
Katalytische Festbettreaktoren werden teilweise auch durch direkte Kühlung mit einem Kühlmittelstrom abgekühlt. Der Kühlmittelstrom selbst wird hierbei mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Mit Hilfe eines Injektors wird an geeigneter Stelle in die Rohrleitung, in der der Kühlmittelstrom fließt, der flüssige Stickstoff eingedüst. Als Injektor verwendet man ein unten geschlossenes Rohrstück, welches in einen Anschlussstutzen der Rohrleitung für den Kühlmittelstrom eingeführt wird. Aus seitlich angebrachten Austrittsöffnungen wird der flüssige Stickstoff in den Kühlmittelstrom entgegen dessen Strömungsrichtung eingedüst.catalytic Fixed bed reactors are also partly by direct cooling with a coolant flow cooled. The coolant flow itself is here with liquid Nitrogen cooled. With the help of an injector at a suitable place in the pipeline, in the coolant flow flows, the liquid nitrogen injected. As injector to use a down closed pipe section, which is introduced into a connecting piece of the pipe for the coolant flow. From laterally attached outlet openings of the liquid nitrogen in the coolant flow contrary to its direction of flow injected.
Im Verlauf des Abkühlungsprozesses des Festbettreaktors ist es in der Regel erforderlich, den Volumenstrom an flüssigem Stickstoff zu variieren, das heißt, in bestimmten Phasen wird mehr, in anderen Phasen weniger Stickstoff zugeführt. Da die Anzahl und die Größe der Austrittsöffnungen des Injektors feststehen, kommt es bei Änderungen des Stickstoff-Volumenstroms zwangsläufig zu Druckänderungen und damit zu Veränderungen des Ausströmverhaltens. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass nicht verdampfter, flüssiger Stickstoff an die Wandung der Rohrleitung gelangt und sich "cold spots" bilden, welche zu Schäden an der Rohrleitung führen können.in the Course of the cooling process of the fixed bed reactor, it is usually necessary to control the volume flow on liquid Nitrogen to vary, that is, in certain phases more, in other phases less nitrogen supplied. Because the number and the Size of the outlet openings of the injector, it comes with changes in the nitrogen flow rate inevitably to pressure changes and thus to change the outflow behavior. This can, for example, cause that not evaporated, more fluid Nitrogen gets to the wall of the pipeline and form "cold spots", which too damage can lead to the pipeline.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die die Injektion eines ersten Fluids in ein zweites Fluid erlauben, so dass sich bei Änderungen des Volumenstroms an erstem Fluid dessen Ausströmverhalten nicht oder nur wenig ändert.task It is therefore a method and an apparatus to develop the injection of a first fluid into a second Allow fluid so that changes in volume flow on the first fluid whose outflow behavior is not or only slightly changes.
Diese Aufgabe wird vorrichtungsseitig durch einen Injektor zum Eindüsen eines ersten Fluids in ein zweites Fluid, welches in einer Hauptleitung strömt, gelöst, wobei der Injektor eine Injektorkammer umfasst, welche zumindest eine Zuführung für das erste Fluid und mindestens eine Austrittsöffnung für das erste Fluid besitzt, und wobei die Injektorkammer zumindest teilweise durch einen Anschlussstutzen in die Hauptleitung einbringbar ist, und welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass Mittel vorgesehen sind, um den Druckverlust des ersten Fluids zwischen der Zuführung und der Austrittsöffnung zu verändern.These Task is on the device side by an injector for injecting a first fluid in a second fluid flowing in a main line, dissolved the injector comprises an injector chamber, which at least one feed for the has first fluid and at least one outlet opening for the first fluid, and wherein the injector chamber at least partially through a connecting piece into the main line can be introduced, and which characterized is that means are provided to reduce the pressure loss of the first Fluids between the feeder and the exit opening to change.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Eindüsen eines ersten Fluids in ein zweites Fluid, wobei ein Strom des zweiten Fluids in einer Hauptleitung geführt und das erste Fluid über eine Zuführung in eine Injektorkammer geführt und durch mindestens eine Austrittsöffnung in die Hauptleitung gedüst wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der Druckverlust des ersten Fluids in der Injektorkammer verstellt wird.The inventive method for injecting a first fluid into a second fluid, wherein a flow of the second Passed fluids in a main line and the first fluid over a feeder led into an injector and through at least one outlet opening in the main line jetted is distinguished by the fact that the pressure loss of the first Fluid is adjusted in the injector.
Erfindungsgemäß wird der Druckverlust des ersten Fluids im Injektor direkt beeinflusst. Das erste Fluid wird über eine Zuführung in die Injektorkammer eingeleitet. Die Injektorkammer besitzt ein oder mehrere Austrittsöffnungen, aus denen das erste Fluid austreten und in das zweite Fluid eingedüst werden kann. Der Injektor wird hierzu vorzugsweise so in die das zweite Fluid transportierende Hauptleitung eingebracht, dass sich die Austrittsöffnungen in dem Strom des zweiten Fluids befinden.According to the invention Pressure loss of the first fluid in the injector directly influenced. The first fluid is over a feeder introduced into the injector. The injector chamber has a or several outlet openings, from which the first fluid can escape and be injected into the second fluid. For this purpose, the injector is preferably in the second fluid transporting main pipe introduced that the outlet openings located in the flow of the second fluid.
Unter dem Begriff "Injektorkammer" wird jedweder Hohlraum im Inneren des Gasinjektors verstanden, der zur Aufnahme und Weiterleitung eines Fluids dienen kann. Häufig ist diese Injektorkammer als zylindrischer oder rechteckiger Rohrabschnitt ausgeführt.Under The term "injector chamber" is any cavity understood inside the gas injector, which is for receiving and forwarding a fluid can serve. Often This injector is designed as a cylindrical or rectangular pipe section.
In der Injektorkammer sind Mittel vorgesehen, die den Druckverlust des durch die Injektorkammer strömenden ersten Fluids beeinflussen. Diese Mittel sind verstellbar, so dass der Druckverlust, den das erste Fluid erleidet, geändert werden kann.In The injector chamber is provided with means for reducing the pressure of the flowing through the injector influence first fluid. These funds are adjustable, so that the pressure loss suffered by the first fluid can be changed can.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Injektorkammer ein Drosselkörper verstellbar angeordnet, um den Druckverlust des ersten Fluids zwischen der Zuführung und der Austrittsöffnung zu verändern. Der Drosselkörper und/oder das Innere der Injektorkammer sind so ausgestaltet, dass sich durch Verstellen der Lage des Drosselkörpers innerhalb der Injektorkammer der Strömungsweg für das erste Fluid ändert, insbesondere dass der Strömungsweg verengt wird oder dass die Strömung umgelenkt wird.In a preferred embodiment a throttle body is adjustably arranged in the injector chamber, to the pressure loss of the first fluid between the supply and the outlet opening to change. The throttle body and / or the interior of the injector chamber are designed so that by adjusting the position of the throttle body within the injector the flowpath for the first fluid changes, in particular that the flow path is narrowed or that the flow is diverted.
Es ist ferner möglich, mehr als einen Drosselkörper in der Injektorkammer vorzusehen. In diesem Fall können die einzelnen Drosselkörper entweder gemeinsam, in Teilgruppen oder jeweils separat verstellt werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel der Druckverlust für die Teilströme des ersten Fluids, die durch Austrittsöffnungen am Rande des Injektors strömen, anders eingestellt werden als für die Teilströme, die zentrale Austrittsöffnungen durchströmen. Die Möglichkeit, gezielt Teilströme des ersten Fluids unterschiedlich stark zu drosseln, erlaubt es, definierte Ausströmcharakteristiken einzustellen.It is also possible more than one throttle body to provide in the injector chamber. In this case, the single throttle body either together, in subgroups or separately adjusted become. In this way, for example, the pressure loss for the partial flows of the first Fluids passing through orifices on the edge of the injector, be set differently than for the partial flows, the central outlet openings flow through. The possibility, targeted partial flows throttling the first fluid differently allows it to be defined Ausströmcharakteristiken adjust.
Form und Abmessungen des oder der Drosselkörper können an die Anzahl, Form, Größe und/oder Anordnung der Austrittsöffnungen und/oder der Injektorkammer angepasst werden. Auch die Art des einzudüsenden ersten Fluids, beispielsweise dessen Viskosität, kann bei der Auslegung des Drosselkörpers und/oder der Injektorkammer in Betracht gezogen werden.shape and dimensions of the throttle body or the number, shape, size and / or Arrangement of the outlet openings and / or the injector chamber. Also the type of first to be injected Fluids, such as its viscosity, in the interpretation of the throttle body and / or the injector chamber are taken into consideration.
Bevorzugt ist ein Teil der Injektorkammer als Düsenvorkammer ausgebildet. Der Drosselkörper ist so in der Injektorkammer verstellbar angeordnet, dass der freie Strömungsquerschnitt zwischen der Düsenvorkammer und der restlichen Injektorkammer variiert werden kann. Durch Verstellung des Drosselkörpers kann der freie Strömungsquerschnitt vergrößert oder verkleinert werden, wodurch der Druckverlust für das durch diesen Strömungsquerschnitt strömende erste Fluid verringert bzw. erhöht wird. Der Drosselkörper in Kombination mit der Düsenvorkammer wirkt dabei wie eine Blende.Prefers a part of the injector is designed as a nozzle prechamber. Of the throttle body is arranged so adjustable in the injector chamber that the free Flow area between the nozzle prechamber and the remaining injector chamber can be varied. By adjustment of the throttle body can the free flow cross section enlarged or be reduced, whereby the pressure loss for through this flow cross-section flowing first fluid decreases or increases becomes. The throttle body in combination with the nozzle prechamber acts like a diaphragm.
Vorzugsweise wird ein Teil der Injektorkammer mit einem geringeren Querschnitt ausgeführt und als Düsenvorkammer benutzt. Der oder die Drosselkörper besitzen in diesem Fall günstigerweise eine zumindest teilweise konisch verlaufende Außenform.Preferably becomes a part of the injector chamber with a smaller cross section executed and as a nozzle prechamber used. The throttle body or bodies have a favorable in this case at least partially conical outer shape.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drosselkörper als perforierter Faltenbalg ausgebildet. Der Faltenbalg wird so in die Injektorkammer eingebracht, dass ein Teil des Strömungswegs für das erste Fluid durch die Perforationen hindurch verläuft. Je nachdem wie weit der Faltenbalg auseinandergezogen beziehungsweise zusammengedrückt ist, werden mehr oder weniger der Perforationen in dem Faltenbalg frei und das erste Fluid erleidet beim Durchströmen einen mehr oder weniger starken Druckverlust.In a preferred embodiment is the throttle body designed as a perforated bellows. The bellows will do so placed in the injector chamber that part of the flow path for the first fluid passes through the perforations. ever after how far the bellows pulled apart respectively is compressed, More or less of the perforations in the bellows become free and the first fluid suffers one more or less as it flows through strong pressure loss.
Es hat sich auch als günstig erwiesen, den Drosselkörper so anzuordnen, dass der freie Strömungsquerschnitt der Austrittsöffnungen verstellbar ist. In diesem Fall wird der Druckverlust für das erste Fluid dadurch variabel, dass der Austritt durch einen Teil der Austrittsöffnungen verhindert oder erschwert wird.It has also been considered favorable proved the throttle body to arrange so that the free flow cross section of the outlet openings is adjustable. In this case, the pressure loss for the first fluid Variable in that the outlet through a part of the outlet openings prevented or impeded.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Eindüsen eines technischen Gases, bevorzugt Stickstoff, Sauerstoff, Argon oder Kohlendioxid, in einen zweiten Fluidstrom. Besonders bewährt hat sich die Erfindung zum Zumischen eines kryogenen Gasstroms in einen zweiten Fluidstrom. Spezielle Beispiele sind das Einsprühen von Sauerstoff in einen Luftstrom zur Erzeugung sauerstoffangereicherter Luft oder das Eindüsen eines Flüssigstickstoffstroms in gasförmigen Stickstoff. Letzterer kann beispielsweise zur schnellen Abkühlung von Reaktoren, wie zum Beispiel katalytischen Festbettreaktoren, genutzt werden.The Invention is particularly suitable for injecting a technical gas, preferably nitrogen, oxygen, argon or carbon dioxide, in a second Fluid flow. Especially proven The invention has for admixing a cryogenic gas stream in a second fluid stream. Specific examples are the spraying of Oxygen into an air stream to produce oxygen-enriched air or injecting a liquid nitrogen stream in gaseous Nitrogen. The latter can, for example, for rapid cooling of Reactors, such as catalytic fixed bed reactors used become.
Die Volumenströme, die erfindungsgemäß behandelt werden können, sind grundsätzlich nicht beschränkt. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet ist beispielsweise das Eindüsen eines ersten Fluidstroms mit einem Volumenstrom von mehreren 1000 Nm3/h.The volume flows which can be treated according to the invention are basically not limited. A preferred application is, for example, the injection of a first fluid stream with a volume flow of several 1000 Nm 3 / h.
Ein wichtiger Anwendungsbereich ist das Eindüsen eines ersten Fluids in einen zweiten Fluidstrom, der unter erhöhtem Druck strömt. Bevorzugt wird das erste Fluid mit einem Druck von mehr als 20 bar, besonders bevorzugt mehr als 35 bar, ganz besonders bevorzugt mehr als 50 bar in die Hauptleitung gedüst.One important application is the injection of a first fluid in a second fluid stream flowing under elevated pressure. It is preferred the first fluid with a pressure of more than 20 bar, particularly preferred more than 35 bar, most preferably more than 50 bar in the Main paramedic.
Zur Anpassung an unterschiedliche Volumenströme und Druckverhältnisse bestehen zahlreiche Variationsmöglichkeiten:
- • Außendurchmesser und Länge des Injektors
- • Anzahl, Durchmesser, Form und Anordnung der Austrittsöffnungen
- • Form und Abmessungen des Drosselkörpers
- • Form und Abmessungen der Düsenvorkammer
- • Outer diameter and length of the injector
- • Number, diameter, shape and arrangement of the outlet openings
- • Shape and dimensions of the throttle body
- • Shape and dimensions of the nozzle prechamber
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass der Druckverlust für das erste Fluid direkt von außen verstellt werden kann. Die Verstellung kann manuell erfolgen oder über einen beispielsweise elektrischen oder pneumatischen Antrieb. Auf diese Weise können auch bei verändertem Volumenstrom an erstem Fluid gleiche Ausströmverhältnisse aufrechterhalten werden. Beim Einspeisen eines flüssigen kryogenen Gases in einen zweiten Fluidstrom wird so zum Beispiel stets eine gute Verteilung und schnelle Verdampfung des kryogenen Gases in dem zweiten Fluidstrom in hohem Maße sichergestellt.An essential feature of the invention is that the pressure loss for the first fluid can be adjusted directly from the outside. The adjustment can be done manually or via an example electric or pneumatic drive. In this way, even with a changed volume flow of the first fluid equal outflow conditions can be maintained. When feeding a liquid cryogenic gas into a second fluid stream, for example, a good distribution and rapid evaporation of the cryogenic gas in the second fluid stream is always ensured to a high degree.
Der erfindungsgemäße Injektor ist einfach und robust aufgebaut und kann aufgrund seiner kompakten Ausführung in übliche Anschlussstutzen eingebaut werden. Der Antrieb des Drosselkörpers kann auf konventionelle Art erfolgen. An einen Antrieb können auch mehrere, gegebenenfalls auch unterschiedliche Arten von Injektoren gekoppelt werden.Of the Inventive injector is simple and sturdy and can due to its compact execution in usual Connecting pieces are installed. The drive of the throttle body can on conventional way. To a drive can also several, if necessary Also different types of injectors are coupled.
Vorzugsweise wird der Druckverlust an den Volumenstrom des ersten Fluids angepasst. Diese Anpassung wird besonders bevorzugt automatisch durchgeführt. Der Einsatz entsprechender Messtechnik erlaubt so eine starke Automatisierung der Injektion.Preferably the pressure loss is adapted to the volume flow of the first fluid. This adaptation is particularly preferably carried out automatically. Of the Use of appropriate measurement technology thus allows a strong automation the injection.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:The Invention and further details of the invention are hereinafter explained in more detail with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. in this connection demonstrate:
In
Der
Gasinjektor besitzt eine Injektorkammer
An
das untere Ende der Injektorkammer
Oberhalb
des Flansches
Im
Inneren der Injektorkammer
Der
in den
Der
Druckverlust im Injektor und somit das Ausströmverhalten des flüssigen Stickstoffs
wird direkt durch die Stellung des Drosselkörpers
Muss
während
des Kühlprozesses
die Zufuhr an flüssigem
Stickstoff reduziert werden, das heißt über die Zuführung
Der
in den
Neben der erwähnten Anwendung ist der erfindungsgemäße Injektor ebenso zur Eindüsung anderer Fluide, insbesondere technischer und/oder kryogener Gase, in einen zweiten Fluidstrom geeignet. So hat sich der Injektor zum Beispiel auch zur Zumischung von Sauerstoff in einen Luftstrom bewährt.Next the mentioned Application is the injector according to the invention also for injection other fluids, in particular technical and / or cryogenic gases, suitable for a second fluid flow. So has the injector for Example also proven for the mixing of oxygen in an air stream.
Die
Die
Ausführung
gemäß den
In
den
Schließlich ist
in den
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LINDE AG, 80807 MUENCHEN, DE |
|
| R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20130219 |