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DE1905604A1 - Verfahren zum Betrieb eines Brenners fuer die partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen zu Synthesegas - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines Brenners fuer die partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen zu Synthesegas

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DE1905604A1
DE1905604A1 DE19691905604 DE1905604A DE1905604A1 DE 1905604 A1 DE1905604 A1 DE 1905604A1 DE 19691905604 DE19691905604 DE 19691905604 DE 1905604 A DE1905604 A DE 1905604A DE 1905604 A1 DE1905604 A1 DE 1905604A1
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oxygen
hydrocarbons
water vapor
synthesis gas
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Dr Werner Auer
Dr Karl Buschmann
Dipl-Ing Dr Heinz Hauser
Dr Walter Knobloch
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BASF SE
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Description

Badische Anilin- & Soda-*abrik AG 1QfI ^RfIZi
Unser Zeichen: O.Z. 26 009 Gr/Km
67OO Ludwigshafen, 3.2.1969
Verfahren zum Betrieb eines Brenners für die partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen zu Synthesegas
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners für die Herstellung von Synthesegas (Kohlenoxid und Wasserstoff) durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von flüssigen Kohlenwasserstoffen,in Gegenwart von Wasserdampf und/oder Kohlendioxid mit reinem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft bei erhöhtem Druck.
Die bei der teilweisen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft in Gegenwart von Wasserdampf und/oder Kohlendioxid herrschenden Temperaturen stellen an die Konstruktion und das Material eines Brenners besondere Anforderungen. Bei der teilweisen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen werden Temperaturen zwischen 1 1000C und 1 5000C erzeugt. Bei dieser Temperatur ist die Reaktionsfreudigkeit des Sauerstoffs gegen Metalle, aus denen die Brenner hergestellt sind, außerordentlich hoch. Es ist deshalb wichtig, eine Brenneranordnung zu wählen, bei der die hohen Temperaturen nicht in unmittelbarer Nähe der Brennerdüse entstehen. Man erreicht dies dadurch, daß man die Kohlenwasserstoffe erst außerhalb der Brennermündung mit dem Sauerstoff umsetzt, z.B. indem man als Brenner eine konzentrische Anordnung von zwei Rohren verwendet, wobei im Außenrohr die Kohlenwasserstoffe mit Dampf und/oder Kohlensäure vermischt werden und durch das Innenrohr der Sauerstoff zugeführt wird.
Weitere Schwierigkeiten können dadurch auftreten, daß bei einem Brenner an der Brennerdüse Wirbelströme auftreten, wodurch die Reaktion an die Austrittsöffnung zurückverlegt und das Brennermaterial unzulässig erhitzt wird. Man hat versucht, diese und andere Schwierigkeiten durch die Anbringung einer Kühlvorrichtung zu-beheben. Da hierdurch mit einfachen Mitteln aber nur das Außenrohr geschützt werden konnte, mußte man das dem Sauerstoffangriff weiterhin ausgesetzte Innenrohr zumindest so gestalten, daß es
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- 2 - O.Z. 2β 009
schnell auswechselbar war.
Durch diese Maßnahmen ist es gelungen, eine Erosion oder einen Sauerstoffangriff auf das äußere Brennerrohr zu vermeiden und die Betriebszeit des Brenners beträchtlich zu erhöhen. Es ist jedoch nicht gelungen, den Verschleiß des Sauerstoff führenden Innenrohrs zu beseitigen. Dieser Verschleiß des Innenrohres macht sich durch eine verhältnismäßig rasche Verkürzung, z.B. 0,5 bis I9O mm/Tag bemerkbar.
Ist der Abstand des Innenrohres von der Brenneröffnung zu groß geworden, dann sind diejenigen Geschwindigkeiten für die einzelnen Reaktionspartner nicht mehr gegeben, die notwendig sind, um die Reaktion außerhalb der Brenneröffnung zu halten. Ein Zurückschlagen der Flamme in die Brenneröffnung führt zu einem noch schnelleren Verschleiß des Brennermaterials, wobei dann auch, die Kühlung nicht mehr zum Schutz des Außenrohres ausreicht.
Es wurde nun gefunden, daß man die Machteile der bisherigen Arbeitsweise beim Betrieb eines Bi^enners für die partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen zur Herstellung von Synthesegas unter» erhöhtem Druck in einem Brenner, bestehend aus zwei konze/ntriseh angeordneten Rohren, vermeidet, wenn man das Gemisch von Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf und/oder Kohlensäure durch das Außenrohr des Brenners und den Sauerstoff bzw. das Sauerstoff enthaltende Gas durch das konzentrische Innenrohr des Brenners in die Brennkammer einführt und dabei dem Sauerstoff 0,5 bis 5j0 Gewichtsprozent Wasserdampf beimischt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist allgemein anwendbar in den für die partielle Oxydation von Wasserstoff mit Sauerstoff bekannten Brennerkonstruktionen. Diese Brenner bestehen im allgemeinen aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren, wobei durch das äußere Rohr die Kohlenwasserstoffe vorgemischt mit dem für die Reaktion erforderlichen Wasserdampf und durch das innere Rohr der für die partielle Verbrennung benötigte Sauerstoff zugeführt wird. Geeignet ist beispielsweise ein Brenner, wie er in den deutsehen Patentschriften 1 051 303 und 1 080 079 beschrieben wiisd.
- 3 009834/0980
- % - O.Z. 26 009
Die Ausgangsstoffe sind gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffe, z.B. Methan, Benzin, insbesondere aber Rohöl oder schweres Heizöl, die in einer geeigneten Vorrichtung gemischt und gegebenenfalls nach einer Vorerhitzung auf 250 bis 5000C dem Außenrohr des Brenners zugeführt werden. Der für die Erhitzung und Tei!verbrennung erforderliche Sauerstoff wird,nach dem er zweckmäßigerweise vorgewärmt worden ist, durch das Innenrohr des Brenners eingeführt. Anstelle von reinem Sauerstoff kann man aber auch eine mit Sauerstoff angereicherte Luft verwenden. Der erfindungsgemäß dem Säuerstoffstrom beizumischende Wasserdampfanteil kann unter dem erforderlichen Druck und der erforderlichen Temperatur von vornherein dem Sauerstoff zugegeben werden. Man kann aber auch so verfahren, daß man den Wasserdampf über eine unmittelbar vor der Einführung der Sauerstoffleitung in den Brenner mündende Zweigleitung zuführt, so daß die Möglichkeit gegeben ist, den Wasserdampf erst nach erfolgter Zündung einzuspeisen .■ Die erfindungsgemäße Maßnahme ist ohne größeren Aufwand möglich und kann daher auch in bestehende Anlagen verhältnismäßig leicht eingebaut werden. Der erforderliche Wasserdampf kann aus der Hauptmenge des Wasserdampfes, die mit den Ausgangskohlenwasserstoffen vermischt wird, abgezweigt werden, ohne daß hierfür eine Erhöhung der Gesamtwasserdampfmenge erforderlich wäre.
Dem Sauerstoff werden 0,5 bis 5 Gewichtsprozent, insbesondere 1,0 bis 3jO Gewichtsprozent, Dampf zugemischt. Die Arbeitsweise bietet auch die einfache Möglichkeit, bei oder nach Abstellen das Innenrohr des Brenners mit Wasserdampf freizuspülen. Bei der bisherigen Arbeitsweise war im Mittel bei einer Laufzeit von 20 bis 30 Tagen, abhängig von der jeweiligen Belastung des Brenners, ein Rückbrand von 10 bis 25 mm am Innenrohr aufgetreten. Diese Abbrände zwingen bereits zum Auswechseln des Sauerstoffrohres. Nach der Zumischung der oben angegebenen Wasserdampfmenge zürn Sauerstoff wurden auch nach einer Laufzeit von 30 Tagen am Innenrohr keinerlei Veränderungen an der Brennermündung mehr festgestellt.
Beispiel
In einem Brenner einer Synthesegasanlage, wie er in der Abbildung schematisch dargestellt ist, werden 13 700 kg/h schweres Heizöl
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O.Z. 2β 009
in einer Vorheizschlange mit 6 800 kg/h Wasserdampf unter einem Druck von 85 at bei 320 C vorgemischt und durch das Außenrohr 1, das mit einer Kühlung 2 versehen ist, der Brennkammer zugeführt. Gleichzeitig werden durch das Innenrohr 3 11 200 Nm /h Sauerstoff, der auf l60°C vorgewärmt ist, mit 300 kg/h Wasserdampf vermischt, zugeführt. Das sind 1,87 Gewichtsprozent Wasserdampf, bezogen auf Sauerstoff. Die Reaktionskomponenten werden bei 1 35O0C in der dem Brenner nöc'hgeschalteten Reaktionskammer umgesetzt.
Der Brenner arbeitet störungsfrei, und man erhält 49 000 Nm /h Synthesegas mit 47,7 % H3; 45,5 % CO; 5,1 % CO3 und 1,7 % Inerten. Nach einer Laufzeit von 30 Tagen zeigt das Innenrohr 3 keinerlei Veränderungen an der Brennermündung.
Arbeitet man dagegen in gleicher Weise, jedoch ohne Wasserdampfzusatz, so stellt man nach 25 Tagen Laufzeit eine Verkürzung des Innenrohres 3 um 15 mm durch Verschleiß fest. Diese Verkürzung führt bereits zu Unregelmäßigkeiten bei der Verbrennung, z.B. kurzfristigen, raschen Änderungen des Druckverlustes im Brenner.
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Claims (1)

  1. ■ - 5 - C.Z. 26 009
    Patentanspruch
    Verfahren zum Betrieb eines Brenners für die partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen zur Herstellung von Synthesegas in Gegenwart von Wasserdampf und/oder Kohlendioxid unter erhöhtem Druck in einem Brenner, bestehend aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch von Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf und/oder Kohlensäure durch das Außenrohr des Brenners und den Sauerstoff bzw. das Sauerstoff enthaltende Gas durch das konzentrische Innenrohr aea Brenners in die Brennkammer einführt und dabei dem Sauerstoff 0,5 bis 5>0 Gewichtsprozent Wasserdampf beimischt.
    Zeichn. Badische Anilin- & Soda-Pabrik AG
    009834/0980
    Le e rs e
    Ϊ te
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