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Verf ahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd
enthaltenden Gasgemischen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltender Gasgemische durch
unvollständigeVerbrennungvonKohlenwasserstoffe enthaltenden Materials mit einem
sauerstoffhaltigen Gas.
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Solche Verfahren sind bekannt, z. B. aus der britischen Patentschrift
780 120. Nach dieser Patentschrift werden Kohlenwasserstoffe unter Druck
in eine Verbrennungskammer besonderer Form zu-sammen mit einem sauerstoffhaltigen
Gas eingeführt, wobei besondere Vorrichtungen zur Sicherstellung einer innigen Vermengung
der Ausgangsstoffe vorgesehen sind, Ahnliche Verfahren erfordern auch spezielle
Anordnungen zur Sicherung einer zufriedenstellenden Umwandlung des Kohlenwasserstoffes,
zur Verhütung der Entstehung unzulässiger Mengen Ruß und auch zur Veimeidung schädlicher
Wirkungen auf die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung, wie Korrosion,
Erosion oder Schmelzen des feuerfesten Materials, z. B. infolge ungleicher Wärmeverteilung
unter Auftreten heißer Stellen oder infolge schlechter Verteilung der Reaktionsmedien.
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Es ist ein Verfahren zur Verbrennung eiiies fließfähigen Brennstoffs
für die Erzeugung eines Schutzgases, das sich für Wärmebehandlungsöfen eignet, bekanntgeworden,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Teil des in der Brennkammer anfallenden
Gasgemisches zu dem Brenner rückgeführt wird und vorzugsweise zuerst heiß dem Brennstoff
beigegeben und dann erst der für die Verbrennung erforderliche Sauerstoff zugesetzt
wird. Beim Starten dieser Anlage wird der Hauptbrennkammer zuerst Kohlenwasserstoff
und Verbrennungsluft zugeführt. Das Abgas geht dann in die Luftvorwärmung. Erst
bei eingefahrener Anlage wird ein Teil des Abgases abgezweigt und dieser in den
Brenner rückgeführt. Gleichzeitig wird frischer Kohlenwasserstoff eingespeist, der
mit einem kalten Zerstäubungsmittel fein verteilt wird. Die Brennstoffzerstäubung
erfolgt in einem Gasraum, in dem das Abgas aus der Brennkammer abwärts steigt. Der
Brenner fördert also ein Gemisch von Abgas und frischen Kohlenwasserstoffen sowie
Zerstäubungsmittel für die Kohlenwasserstoffe.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
haben gegenüber bekannten Verfahren den besonderen Vorteil, daß Gasgemische in verhältnismäßig
kleinen Mengen in Vorrichtungen geringerer Größe als den bekannten hergestellt werden
können. Die Erfindung kann vorteilhafterweise dort angewendet werden, wo die erzeugten
Gase direkt verbraucht werden sollen, z. B. in gasbeheizten öfen, z. B. in Hochöfen,
wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung ganz nahe an der gasverbrauchenden Anlage
installiert sein kann. Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich auch für die Erzeugung
brennbaren Gases für andere Zwecke geeignet.
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Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff
und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gasgemischen durch unvollständige Verbrennung von
kohlenwasserstoffhaltigem Material im Gemisch mit heißen Abgasen mit einem sauerstoffhaltigen
Gas und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Verbrennung von Kohlenwasserstoffen
mit einem sauerstoffhaltigen Gas erzeugtes Abgas mit frischem Kohlenwasserstoff
versetzt und dieses Gasgemisch in einem langgestreckten Reaktionsraum in Form eines
Strahls mit sehr hoher Geschwindigkeit zentral eingeführt und diesem Gasstrahl tangential
ein gegebenenfalls vorgewärmtes sauerstoffhaltiges Gas zur teilweisen Verbrennung
zugeleitet wird und der Gasstrahl nach scharfer Umlenkung am Ende des Reaktionsraumes
im Gegenstrom zurückgeführt und ausgetragen wird.
Die Reaktion wird
vorzugsweise bei überdruck ausgeführt. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin,
daß der heiße Gasstrom in den Reaktionsraum mit Schallgeschwindigkeit eingeführt
wird. Dadurch werden Druckunterschiede in dem Reaktionsraum vermieden, die die Stabilität
in der mit dem Reaktionsraum kommunizierenden Verbrennungskammer, in der die heißen
Gase erzeugt werden, beeinflussen.
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Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung
ist gekennzeichnet durch eine Brennereinheit mit Zuführung für Brennstoff und Verbrennungsluft,
eine Brennkanirner und an deren oberen Ende eine Mschdüse mit Zuführung für frischen
Kohlenwasserstoff, gegebenenfalls Zuführungen für Wasser oder Wasserdampf und einen
Reaktionsraum mit zentraler Einführung für das mit hoher Geschwindigkeit aus der
Mischdüse der Verbrennungskammer austretende Gasgemisch, sowie mindestens eine Zuführung
zur tangentialen Einführung von Luft knapp über der Eintrittsstelle des Gasgpmisches
in den Reaktionsraum und mindestens eine Ableitung für das gebildete Gasgemisch,
die sich an dem Ende des Reaktionsraumes befindet, an dem die Einführung für das
Gasgemisch angeordnet ist.
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Das kohlenwasserstoffhaltige Material besteht vorzugsweise aus-einem
flüssigen Kohlenwasserstoff (bei Normaltemperatur von ungefähr 201' C und
Atmosphärendruck), und das sauerstoffhaltige Gas kann Luft oder mit Sauerstoff angereicherte
Luft oder sogar reiner Sauerstoff sein. Die heißen Gase können durch Verbrennen
eines _gasförm.igen oder flüssigen Kohlenwasserstoffes mit Luft, vorzugsweise in
stöchiom#trischen Verhältnissen, in einer Verbrennungsvorrichtung gewonnen werden.
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Die Luft oder angereicherte Luft kann zur Erhöhung des Wärmewirkungsgrades
vorgewärmt werden. In manchen Fällen - insbesondere, wenn die erzeugten Gase
nicht -direkt verbraucht werden sollen - können diese Gase als wärineabgebende
Stoffe -verwendet werden, -wodurch hoher Nutzeffekt erzielt wird, da die Gase abgekühlt
uijd gleichzeitig die Luft vorgewärmt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine Zufälirung
m* dem Reaktionsraum zur zentralen Einführung der heißen Abgase im Gemisch mit den
Kohlenwasserstoffen auf. Für die Erzeugung der heißen Abgase dient eine im wesentlichen
zylindrische Verbrennungskammer axial zu der zentralen Einführung mit verengtem
Querschnitt im Hinblick auf die Gasabführung und einer Brennerdüse am anderen Ende
der zylindrischen Kammer mit Zuführungen für Kohlenwasserstoffe und Luft. Die Ableitung
weist ringförmige Ausnehmungen für die Einführung der Kohlenwasserstoffe in den
Abgasstrom auf.
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In dieser öffnung kann sich ein zweiter ringförmiger Kanal für
- die Einführung von Wasser oder Wasserdampf befinden.
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Es ist zweckmäßig, die Verbrennungskammer außen mit einem Wassermantel
und innen mit einer feuerfesten Auskleidung zu versehen. Der Düsenteil besteht zweckmäßigerweise
aus Nichteisenmetall, abhängig von der Anwendung von Luft oder Sauerstoff für die
Verbrennung.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist eine längliche Reaktionsk2mmer mit rechteckigem Querschnitt auf, sie ist an
dem einen Ende geschlossen, und an dem anderen Ende befinden sich ein oder mehrere
Zuführungen, wobei sich die Gasableitungen in der Seitenwand nahe den Ecken befinden.
Die Zuführungen und Abführungen liegen jeweils an derselben Schmalseite des länglichen
Reaktionsraumes. Nach einer bevorzugten Ausführungsform hat der Reaktor quadratischen
Querschnitt, und die Gaszuführung erfolgt an dem einen Ende zentraL Die Erfindung
wird an den Zeichnungen näher erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform zeigen.
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F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch die Reaktionseinheit und
F i g. 2 ein Längsschnitt durch die Brennereinheit. Die Reaktionseinheit
nach F i g. 1 enthält eine Re-aktionskammer 1 in langgestreckter
quadratischer Form, die Wände sind mit feuerfester Auskleidung versehen und mit
einem Stahlmantel umgeben. Der Boden weist eine zentrale öffnung 2 für die Einführung
des Gemisches von Kohlenwasserstoffen und Verbrennungsgasen auf. Das Gasgemisch
wird in Form eines Strahls 3 hoher Geschwindigkeit durch den Reaktionsraum
4 geleitet, die Einspeisung geschieht über die zentrisch angeordnete Zuführung
5,
die über die Leitung 6 mit der Brennereinheit in Verbindung steht.
Der Strahl aus dem Gasgemisch wird umgeben von einem Strom aus sauerstoffhaltigem
Gas - z. B. Luft - der tangential über die Zuführung 7 eingeleitet
wird. Die Ableitung des gebildeten Gases geschieht über eine Anzahl von
Ab-
leitungen 8 an den Ecken des quadratischen Reaktionsraumes 4, und
zwar am Boden, also an dem gleichen Ende, an dem die Einführung geschieht.
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Bei Betrieb der Vorrichtung steigt das Gasgemisch in dem Strahl
3 auf, wird an der Decke des Reaktionsraumes 4 umgelenkt und streicht entlang
der Wände abwärts. Während dieser Abwärtsbewegung findet eine- innige Berührung
mit dem aufsteigenden Gasstrahl statt. Durch diese Gegenbewegung wird der Wärmeaustausch
begünstigt und eine Vermischung der Reaktionspartner unterstützt. Ein Reaktionsraum
mit quadratischem Querschnitt bietet den Vorteil, daß in den Kantenbereichen ein
im wesentlichen ungestörter Strom der gebildeten Gase abwärts und zu den Ableitungen
streicht.
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F i g. 2 zeigt nun die der Reaktionseinheit vorgeschaltete
Brennereinheit. Diese ist nach der einen Ausführungsform zylindrisch und besitzt
einen Wassermantel mit der Wand 9, der über die Zuführung 11 gespeist
und das Heißwasser über Ableitung 12 ausgetragen wird.
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Die Verbrennungskammer ist mit einer feuerfesten Auskleidung
13 versehen. Ihre Wärmestrahlung be-
günstigt den Temperaturausgleich
über die ganze Höhe der Brennkammer. An einem Ende der Brennkammer befindet sich
der eigentliche Brenner mit Zuführung für das Brennstoff-Luft-Gemisch mit Düse
15 zur Ausbildung eines kegelförmigen Strahls. Die Brennkammer hat
eine eingezogene Decke 16
und mündet in die Austragleitung 17. Diese
ist versehen mit einer Erweiterung 18, die in Verbindung steht mit der Zuleitung
19 für Kohlenwasserstoffe, sowie mit einer Erweiterung 20, die mit der Zuleitung
21 für Wasser in Verbindun- steht. Die Brennerdüse 15 steht in Verbindung
mit einem zentrisch angeordneten Rohr 22 zur Einführung von Brennstoff
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und ist in Richtung der Brennerdüse mit dem kugelbelasteten Rückschlagventil
24 gesichert. Die Mischkammer
25 für Brennstoff weist eine
Anzahl von öffnungen 26 mit seitlich angeordneten Schlitzen 27
für
den Brennstoffaustritt auf. Die Schlitze 27
münden in den konischen Kanal
28, der der Zufuhr von Verbrennungsluft dient.
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Die mit dieser Vorrichtung durchgeführten Versuche ergaben sehr zufriedenstellende
Resultate.
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Es ist grundsätzlich möglich, diese Vorrichtung in verschiedenster
Hinsicht abzuwandeln. So kann man z. B. einen zylindrischen Reaktionsraum mit mehreren
tangential angeordneten Zuführungen in der Wand vorsehen, wobei eine Brennereinheit
entsprechend F i g. 2 vorgeschaltet ist. Es ist auch möglich, rohrförmige
Reaktionskammern zu verwenden, wobei die Gasabführung dann am entgegengesetzten
Ende der Gaseinleitung stattfindet.