DD229982A5 - METHOD FOR PRODUCING SYNTHESEGAS FROM A HYDROCARBON FUEL - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas durch Teilverbrennung eines in fluessiger Form oder als Aufschlaemmung vorliegenden Kohlenwasserstoffbrennstoffes mit einem aus Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas bestehenden Oxidationsmittel, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Brenner verwendet wird, welcher aus einem Gehaeuse besteht, das einen zentralen Auslasskanal (8) fuer mit niedriger Geschwindigkeit stroemenden Oxidationsmittel einschliesst, welcher von einem ersten ringfoermigen Auslasskanal (9) fuer mit hoher Geschwindigkeit stroemendes Oxidationsmittel umgeben ist, wobei dieser erste ringfoermige Auslasskanal von einem zweiten ringfoermigen Auslasskanal (10) fuer den Kohlenwasserstoffbrennstoff umfasst wird und dieser zweite ringfoermige Auslasskanal (10) einen aeusseren Teil aufweist, welcher gegen den ersten ringfoermigen Auslasskanal (9) hin geneigt ist. Fig. 1The invention relates to a process for the production of synthesis gas by partial combustion of a present in liquid form or slurried hydrocarbon fuel with an oxidizing agent consisting of oxygen or an oxygen-containing gas, which is characterized in that a burner is used, which consists of a Gehaeuse, the one central exhaust passage (8) for low velocity oxidant surrounded by a first annular high velocity oxidant outlet passage (9), said first annular exhaust passage being surrounded by a second annular hydrocarbon fuel outlet passage (10); this second ring-shaped outlet channel (10) has an outer part, which is inclined towards the first ring-shaped outlet channel (9). Fig. 1
Description
16 246 5816 246 58
Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas aus einem Kohlenwasserstoff brennstoffProcess for the production of synthesis gas from a hydrocarbon fuel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas durch Teilverbrennung eines in flüssiger Form oder als Aufschlämmung vorliegenden Kohlenwasserstoffbrennstoffs mit einem aus Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas bestehenden Oxidationsmittel.The invention relates to a process for the production of synthesis gas by partial combustion of a hydrocarbon fuel present in liquid form or as a slurry with an oxidant comprising an oxygen or an oxygen-containing gas.
Kohlenwasserstoffbrennstoffe können durch kontrollierte Reaktion mit einer unterstöchiometrischen Menge an Sauerstoff oder an einem sauerstoffhaltigen Gas, wie Luft, in Synthesegas umgewandelt werden, welches im wesentlichen eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid darstellt. So erzeugte Gase können beispielsweise als Ausgangsmaterial für die Herstellung von chemischen Produkten, als reduzierende Mittel und als ein reiner Brennstoff Anwendung finden.Hydrocarbon fuels can be converted to synthesis gas by controlled reaction with a substoichiometric amount of oxygen or on an oxygen-containing gas such as air, which is essentially a mixture of hydrogen and carbon monoxide. Gases produced in this way can be used, for example, as starting material for the production of chemical products, as reducing agents and as a pure fuel.
Ein Haupterfordernis bei Verfahren zur Erzeugung von Synthesegasen, welche auch als Vergasungsverfahren bezeichnet werden, besteht darin, daß der zugeführte Kohlenwasser-· stoff innig und gleichförmig während der Vergasung mit dem Oxidationsmittel vermischt ist. Wenn die Vermischung unzureichend ist, kann die Qualität des gebildeten Synthese-A major requirement in processes for producing synthesis gases, also referred to as gasification processes, is that the hydrocarbon feed is intimately and uniformly mixed with the oxidant during gasification. If the mixing is insufficient, the quality of the synthesized
gases in demjenigen Teil des Ausgangsmaterials, welches unvollständig vergast ist, sehr stark beeinträchtigt sein, während ein anderer Teil vollständig in weniger wertvolle Produkte, wie z.B. Kohlendioxid und Wasserdampf, umgewandelt wird. Um dem vorstehenden Erfordernis zu entsprechen, ist es wesentlich, daß der Kohlenwasserstoffbrennstoffstrom in Fragmente aufgebrochen wird, welche ausreichend klein sind, um bei der Einführung des Oxidationsmittels in den Brennstoffstrom eine praktisch'vollständig homogene Mischung von Kohlenwasserstoffbrennstoff und Oxidationsmittel zu bilden.gases in that part of the starting material which is incompletely gasified, to be severely impaired, while another part is completely transformed into less valuable products, e.g. Carbon dioxide and water vapor, is converted. To meet the above requirement, it is essential that the hydrocarbon fuel stream be broken up into fragments which are sufficiently small to form a substantially homogeneous mixture of hydrocarbon fuel and oxidant upon introduction of the oxidant into the fuel stream.
Ein unzureichender Kontakt zwischen den Reaktanten, welche durch den Kohlenwasserstoffbrennstoff und das Oxidationsmittel gebildet werden, kann ferner zur Beschädigung der in dem Verfahren verwendeten Vorrichtungen führen. Wenn die Reaktanten nicht innig miteinander in Berührung gebracht werden, dann bewegen sich Oxidationsmittel und Brennstoff auf mindestens zum Teil unabhängigen Bahnen innerhalb des Reaktors, in welchem das Verfahren durchgeführt wird. Da der Reaktor mit im wesentlichen hocherhitztem, bereits gebildetem Kohlenmonoxid und Wasserstoff angefüllt ist, führt dies dazu, daß das Oxidationsmittel rasch mit diesen Gasen anstelle mit dem Brennstoff reagiert. Wenn das Oxidationsmittel aus Sauerstoff oder einem freien Sauerstoff enthaltenden- Gas besteht, ist diese Reaktion exotherm und daher haben die Verbrennungsprodukte, welche aus Kohlendioxid und Wasserdampf bestehen-, eine sehr hohe Temperatur. Auch diese Verbrennungsprodukte bewegen sich auf unabhängigen Bahnen, was zu einem schlechten Kontakt mit dem verhältnismäßig kalten Brennstoffstrom im Reaktor führt. Dieser Sachverhalt hat zum Ergebnis, daß sich im Reaktor lokale heiße Stellen (hot spots) bilden, wodurch die Möglichkeit einer Beschädigung der aus feuerfestem Material bestehenden Innenauskleidung des Reaktors und des bzw.Inadequate contact between the reactants formed by the hydrocarbon fuel and the oxidizing agent may further damage the devices used in the process. If the reactants are not intimately contacted, then oxidant and fuel will move on at least partially independent trajectories within the reactor in which the process is carried out. As the reactor is filled with substantially highly heated, already formed carbon monoxide and hydrogen, this causes the oxidizer to react rapidly with these gases rather than with the fuel. When the oxidizing agent is oxygen or a free-oxygen containing gas, this reaction is exothermic and therefore the combustion products consisting of carbon dioxide and water vapor have a very high temperature. These combustion products also move on independent tracks, resulting in poor contact with the relatively cold fuel flow in the reactor. This situation has the result that in the reactor local hot spots (hot spots) form, whereby the possibility of damage to the lining made of refractory material of the reactor and the or
der verwendeten Brenner führt. Diese Gefahr einer Beschädiaung der Verfahrensvorrichtung wird noch grö&er, wenn relativ schwere Kohlenwasserstoffbrennstoffe verarbeitet werden müssen, weil eine relativ große Menge an Reaktionswärme freigesetzt wird, wenn derartige Brennstoffe mit freiem Sauerstoff vergast werden.the burner used leads. This risk of damage to the process apparatus becomes even greater when relatively heavy hydrocarbon fuels must be processed because a relatively large amount of heat of reaction is released when such fuels are gasified with free oxygen.
Ein ausreichendes Vermischen der Reaktanten kann im Brenner selbst erfolgen. Ein Nachteil einer solchen Maßnahme besteht jedoch darin - insbesondere bei den üblicherweise angewendeten hohen Vergasungsdrücken -, daß die Konstruktion und der Betrieb des Brenners außerordentlich kritisch werden. Ein Grund hierfür ist darin zu sehen, daß der Zeitabschnitt zwischen dem Augenblick des Mischens und dem Augenblick, in welchem die Brennstoff-Sauerstoffmischung in die Reaktionszone eintritt, unbedingt kürzer sein muß als die für die Verbrennung erforderliche Induktionszeit der Mischung, Darüber hinaus sollte die Geschwindigkeit der Mischung innerhalb des Brenners höher sein als die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme, um ein Zurückschlagen zu vermeiden. Hierbei ist jedoch zu bedenken, aaß sich die Induktionszeit für den Verbrennungsvorgang verkürzt und die Falmmenausbreitungsgeschwindigkeit erhöht, wenn der Vergasungsdruck ansteigt. Wenn daher der Brenner bei relativ geringer Brennstoffbeladung betrieben wird, d.h. mit anderen Worten, wenn die Geschwindigkeit der Brennstoff-Sauerstoffmischung in dem Brenner relativ niedrig ist, dann kann die Induktionszeit für die Verbrennungsreaktion und/oder die Bedingung für ein Rückschlagen der Flamme sehr leicht innerhalb des 3renners selbst erreicht werden, was dann zu einer Überhitzung und einem möglicherweise ernsthaften Schaden des Brenners führt.A sufficient mixing of the reactants can take place in the burner itself. However, a disadvantage of such a measure is that, especially with the commonly used high gasification pressures, the design and operation of the burner become extremely critical. One reason for this is that the period of time between the moment of mixing and the instant at which the fuel-oxygen mixture enters the reaction zone must be necessarily shorter than the induction time of the mixture required for combustion of the mixture inside the burner should be higher than the speed of propagation of the flame to avoid repulsion. It should be noted , however, that the induction time for the combustion process is shortened and the mold expansion rate increases as the gasification pressure increases. Therefore, if the burner is operated at relatively low fuel loading, in other words, when the velocity of the fuel-oxygen mixture in the burner is relatively low, then the induction time for the combustion reaction and / or the flashback condition may very easily be within of the burner itself, which then leads to overheating and possibly serious damage to the burner.
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Die vorstehend erläuterten Gefahren einer vorzeitigen Verbrennung und eines Rückschiagens der Flamme lassen sich ausschalten, wenn der Brennstoff und das Oxidationsmittel außerhalb des Brenners in der Reaktionszone vermischt werden. In diesem Fall sind jedoch spezielle Maßnahmen erforderlich, um sicherzustellen, daß eine gute Durchmischung der Reaktanten erfolgt , damit die Vergasung des. Brennstoffes mit dem erforderlichen Wirkungsgrad stattfindet, wie vorstehend bereits erläutert. Eine weitere Erschwerung beim Vermischen von Brennstoff und Oxidationsmittel in der Reaktionszone außerhalb des Brenners beSiteht in der Gefahr einer Überhitzung der Stirnseite des Brenners, welche der Reaktionszone benachbart ist, und zwar infolge einer heißen Flamme, welche durch einen vorzeitigen Kontakt von Sauerstoff mit bereits in der Reaktionszone vorliegendem gebildeten Synthesegas erzeugt wird. Um die innige Vermischung von Brennstoff mit Oxidationsmittel zu fördern, wurde bereits vorgeschlagen, das Oxidationsmittel in Form von Strahlen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in einen zentralen Kern des Brennstoff stromes zu injizieren. Obwohl solche mit hoher Geschwindigkeit sich fortbewegende Strahlen sehr vorteilhaft sind, um den Brennstoffstrom aufzubrechen, können sie trotzdem eine nachteilige Wirkung auf die Brennerstirnseite ausüben, da sie sehr leicht die heißen Reaktorgase längs der Brennerstirnseite anziehen -können.The above-described dangers of premature combustion and flameback of the flame can be eliminated by mixing the fuel and the oxidant outside the burner in the reaction zone. In this case, however, special measures are required to ensure that a thorough mixing of the reactants takes place so that the gasification of the fuel takes place with the required efficiency, as already explained above. Further aggravating the mixing of fuel and oxidant in the reaction zone outside the burner involves the risk of overheating of the face of the burner adjacent the reaction zone due to a hot flame resulting from premature contact of oxygen with already in the Reaction zone present synthesis gas generated is generated. In order to promote the intimate mixing of fuel with oxidant, it has already been proposed to inject the oxidant in the form of high-velocity jets into a central core of the fuel stream. Although such high velocity traveling jets are very advantageous for breaking up the fuel stream, they can still exert a detrimental effect on the burner face since they can very easily attract the hot reactor gases along the burner face.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas aus in flüssiger Form oder als Aufschlämmung vorliegendem Kohlenwasserstoffbrennstoff zur Verfügung zu stellen, welches bei hohen Brennstoffbeladungen durchgeführt werden kann und bei welchem die Gefahr einer Verschlechterung des Produktes oder einer Beschädigung der verwendeten Ausstattung praktisch behoben ist.It is therefore an object of the present invention to provide a process for producing synthesis gas from liquid or slurry hydrocarbon fuel which can be carried out at high fuel loadings and at which the risk of deterioration of the product or damage to the equipment used is virtually eliminated.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht demgemäß die Verwendung mindestens eines Brenners vor, welcher aus einem Gehäuse besteht, das einen zentralen Auslaßkanal für einen Strom des Oxidationsmittels mit niedriger Geschwindigkeit einschließt, wobei dieser Kanal umgeben ist durch einen ersten ringförmigen Auslaßkanal für ein mit hoher Geschwindigkeit strömenden Oxidationsmittel, welcher erste ringförmige Auslaßkanal wiederum umschlossen ist von einem zweiten ringförmigen Auslaßkanal für einen Kohlenwasserstoffbrennstoff mit der Maßgabe, daß der zweite ringförmige Auslaßkanal einen äußeren Teil aufweist, der gegen den ersten ringförmigen Auslaßkanal hin geneigt ist.The method according to the invention accordingly provides for the use of at least one burner consisting of a housing including a central outlet passage for a stream of the low-speed oxidant, this passage being surrounded by a first annular outlet passage for a high-velocity oxidant, which first annular outlet channel is in turn enclosed by a second annular outlet channel for a hydrocarbon fuel, with the proviso that the second annular outlet channel has an outer part which is inclined towards the first annular outlet channel.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas durch Teilverbrennung eines in flüssiger Form oder als Aufschlämmung vorliegenden Kohlenwasserstoffbrennstoffes mit einem Oxidationsmittel, welches aus Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas besteht, zur Verfugung gestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein mit niedriger Geschwindigkeit fließender Strom des Kohlenwasserstoffbrennstoffs , ein mit hoher Geschwindigkeit fließender Strom des Oxidationsmittels und ein mit niedriger Geschwindigkeit fließender Strom des Oxidationsmittels über einen zweiten ringförmigen Auslaßkanal, einen ersten ringförmigen Auslaßkanal bzw. einen zentralen Auslaßkanal einer oder mehrerer Brenner in eine Reaktions- ' zone eingespeist werden, und daß dort der Kohlenwasserstof fbrennstof f mit dem Oxidationsmittel umgesetzt wird.According to the invention, there is provided a process for producing synthesis gas by partial combustion of a liquid or slurry hydrocarbon fuel with an oxidant consisting of oxygen or an oxygen-containing gas, characterized in that a stream flowing at low velocity of the hydrocarbon fuel, a high-velocity stream of oxidant, and a low-velocity stream of oxidant are fed into a reaction zone via a second annular outlet channel, a first annular outlet channel, or a central outlet channel of one or more burners there the hydrocarbon fbrennstof f is reacted with the oxidizing agent.
Der aus dem zweiten ringförmigen Auslaßkanal eines erfindungsgemäß anzuwendenden Srenners mit niedriger Geschwindigkeit ausfließende Kohlenwasserstoffbrennstoffst rom wird mittels des aus dem ersten ringförmigen AuslaßkanalThe hydrocarbon fuel stream flowing out of the second annular outlet passage of a low-speed driver of the present invention is mixed by means of the first annular exhaust passage
mit hoher Geschwindigkeit ausströmenden Oxidationsmittelstroms aufgebrochen und bildet tatsächlich eine Art Schutzschild um das Oxidationsmittel, wodurch ein vorzeitiger Kontakt des Oxidationsmittels mit dem bereits gebildeten Synthesegas verhindert wird.broken high-velocity oxidant stream actually forms a kind of protective shield around the oxidizing agent, whereby premature contact of the oxidizing agent is prevented with the synthesis gas already formed.
Da der zweite ringförmige Auslaßkanal erfindungsgemäß einen äußeren Teil aufweist, der gegen den ersten ringförmigen Auslaßkanal hin geneigt ist, und da der Brennstoff mit niedriger Geschwindigkeit, welche vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 5 und 15 m/sec liegt, in die Reaktionszone eingespeist wird, während der aus dem ersten ringförmigen Auslaßkanal austretende Strom des Oxidationsmittels mit einer beträchtlich höheren Geschwindigkeit in die Reaktionszone eingespeist wird, entsteht eine hohe Gleitgeschwindigkeit zwischen dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel und der Strom des Kohlenwasserstoff brennstoff es kann dadurch 'wirksam aufgebrochen und mit dem Oxidationsmittel vermischt werden. Die Geschwindigkeit des aus dem ersten ringförmigen Auslaßkanal austretenden Stroms des Oxidationsmittels wird vorzugsweise im Bereich von etwa 50 bis 90 m/sec gewählt. Für die Optimierung des Vermischungsvorgangs zwischen dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel sollte der Brennstoff und daher der äußere Teil des zweiten ringförmigen Auslaßkanals vorzugsweise in einem Winkel zwischen etwa 20 und etwa 40 in bezug auf den ersten ringförmigen Auslaßkanal angeordnet sein.According to the present invention, since the second annular exhaust passage has an outer part inclined toward the first annular exhaust passage, and the low-speed fuel which is preferably in the range between about 5 and 15 m / sec is fed to the reaction zone during the stream of oxidant leaving the first annular exhaust passage is fed into the reaction zone at a considerably higher rate, a high sliding velocity between the fuel and the oxidant and the hydrocarbon fuel stream is thereby effectively broken and mixed with the oxidant. The velocity of the stream of oxidant leaving the first annular outlet channel is preferably selected in the range of about 50 to 90 m / sec. To optimize the mixing action between the fuel and the oxidant, the fuel, and therefore the outer portion of the second annular exhaust passage, should preferably be disposed at an angle of between about 20 and about 40 with respect to the first annular exhaust passage.
Falls schwere Kohlenwasserstoffbrennstoffe zu verarbeiten sind, kann es von Vorteil sein, den Brennstoff vor dem Kontakt mit dem aus dem ersten ringförmigen Auslaßkanal austretenden Oxidationsmittel einer Vorverstäubung zu unterwerfen, um damit das Aufbrechen des BrennstoffStroms durch das mit hoher Geschwindigkeit austretende Oxidationsmittel zu fördern. Diese Vorverstäubung des Brennstoffes wird vor-If heavy hydrocarbon fuels are to be processed, it may be advantageous to pre-atomize the fuel prior to contact with the oxidant emanating from the first annular exhaust port to thereby promote break-up of the fuel stream by the high-velocity oxidant. This pre-atomization of the fuel is
zugsweise erreicht, indem man dem Brennstoff vor Eintritt in die Reaktionszone ein verstäubend wirkendes Fluid, wie Wasserdampf oder Kohlendioxid, zusetzt.Preferably, by adding a dusting fluid, such as water vapor or carbon dioxide, to the fuel before entering the reaction zone.
Während des Betriebes des im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden Brenners wird der seitwärts gelegene Raum, welcher von dem aus dem ersten ringförmigen Auslaßkanal austratenden Strom des Oxidationsmittels umschlossen wird, erfüllt von dem aus dem zentralen Auslaßkanal austretenden, mit niedriger Geschwindigkeit sich 'fortbewegenden Oxidationsmittel. Hierdurch wird die Ausbildung von Wirbeln verhindert, welche ein Anhaften der Flamme an die Stirnseite des Brenners bewirken könnten. Dieser zentrale Strom des Oxidationsmittels hat vorzuasweise eine niedrige Geschwindigkeit im Bereich von etwa 10 bis 30 m/sec. Die aus dem ersten und zweiten ringförmigen Auslaßkanal austretenden Ströme des Brennstoffs bzw. des Oxidationsmittels können seitwärts von einem Strom eines Moderierungsgases mit' niedriger Geschwindigkeit eingeschlossen sein, wozu geeigneterweise Wasserdampf oder Kohlendioxid verwendet werden. Dieser Strom des Moderisrungsgases erfüllt zwei unterschiedliche Funktionen, nämlich einmal hebt er die nach dem Entzünden des Brennstoff-Oxidationsmittelgemisches gebildete Flamme von der Stirnseite des Brenners ab und ausserdem verringert er die Wärmeströmungen an der Stirnseite des Brenners.During operation of the burner to be used in the process according to the invention, the sideways space enclosed by the stream of oxidant exiting the first annular outlet channel is filled by the low velocity oxidant exiting the central outlet channel. This prevents the formation of vortices which could cause the flame to adhere to the face of the burner. This central stream of oxidant preferably has a low velocity in the range of about 10 to 30 m / sec. The streams of fuel and oxidant leaving the first and second annular exhaust passages, respectively, may be trapped sideways by a stream of low velocity moderating gas, suitably using steam or carbon dioxide. This stream of moderating gas fulfills two different functions, namely, once it lifts the flame formed after the ignition of the fuel-oxidizing agent mixture from the end face of the burner and also reduces the heat flows at the end face of the burner.
Es ist leicht verständlich, daß ein solcher von dem Moderierungsgasstrom gebildeter Schutzschild besonders zweckmäßig ist, wenn schwerere Kohlenwasserstoffbrennstoffe, welche bei der Vergasung wesentlich mehr Reaktionswärme freisetzen, als Ausgangsmaterial für die Erzeugung von Synthesegas eingesetzt werden. Die Geschwindigkeit des Stroms des Moderierungsgases wird vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis 40 m/sec gewählt. 'Zur Verringerung der Ausflußgeschwindig-It will be readily understood that such a protective shield formed by the moderating gas stream is particularly useful when heavier hydrocarbon fuels, which release significantly more heat of reaction during gasification, are used as the starting material for synthesis gas production. The velocity of the stream of the moderating gas is preferably selected in the range of about 10 to 40 m / sec. 'To reduce the discharge rate
keit des Moderierungsgasstroms weist der Brenner vorzugsweise einen Auslaßkanal für das Moderierungsgas auf, der sich gegen die Stirnseite des Brenners hin aufweitet. Der zentrale Auslaßkanal und der erste Auslaßkanal können über einen gemeinsamen Oxidationsmittelzuführkanal mit dem Oxidationsmittel beschickt werden, welcher praktisch koaxial zu dem zentralen Auslaßkanal angeordnet ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform werden diese-beiden Auslaßkanäle unabhängig über.zwei getrennte Oxidationsmittelbeschickungskanäle beschickt, Bei der ersten Ausführungsform laßt sich die Geschiwndigkeitsdifferenz zwischen dem aus dem zentralen Auslaßkanal und dem aus dem ersten ringförmigen Auslaßkanal austretenden Oxidationsmittelstrom einstellen, wenn man einen zentralen Auslaßkanal verwendet, welcher sich zur Brennerstirnseite hin aufweitet. Die zweite Ausführungsform, bei welcher die Auslaßkanäle für das Oxidationsmittel mit getrennten Zufuhrkanälen verbunden sind, kann gegenüber der-ersten Ausführungsform bevorzugt.sein, wenn der Brenner in einem weiten Bereich bezüglich der Brennstoffoeladung und der Brennstoffbedingungen verwendet werden soll. Die Anwendung, von zwei getrennten Oxidationsmittelzufuhrkanälen ermöglicht eine unabhängige Kontrolls sowohl des Oxidationsmittelstromes mit geringer Geschwindigkeit als auch des Oxidationsmittelstroms mit hoher Geschwindigkeit .The speed of moderating gas flow, the burner preferably has an outlet channel for the moderating gas, which widens towards the front side of the burner. The central outlet channel and the first outlet channel may be fed via a common Oxidationsmittelzuführkanal with the oxidant, which is arranged substantially coaxially with the central outlet channel. According to another embodiment, these two outlet channels are fed independently via two separate oxidant feed channels. In the first embodiment, the difference in gravity between the oxidant flow exiting the central outlet channel and the first annular outlet channel can be adjusted using a central outlet channel expands towards the burner end side. The second embodiment, in which the oxidant outlet passages are connected to separate feed passages, may be preferable to the first embodiment if the burner is to be used in a wide range in terms of fuel charge and fuel conditions. The use of two separate oxidant feed channels allows independent control of both the low velocity oxidant stream and the high velocity oxidant stream.
Um die Gefahr einer Überhitzung des Brenners zu minimieren, sind der zentrale Auslaßkanal sowie der erste und der zweite ringförmige Auslaßkanal vorzugsweise gegenüber der Stirnseite des Brenners etwas zurückgesetzt. Durch eine' solche Anordnung der Inntenteile des Brenners wird erreicht, daß der Wärmefluß in der Nähe dieser Innenteile wesentlich niedriger ist als der Wärmefluß in der Reaktionszone. Der Grad der Zurücknahme sollte vorzugsweise etwa 10 .mm nicht überschreiten.In order to minimize the risk of overheating of the burner, the central outlet channel and the first and the second annular outlet channel are preferably slightly set back from the end face of the burner. By such an arrangement of the internal parts of the burner is achieved that the heat flow in the vicinity of these internal parts is substantially lower than the heat flow in the reaction zone. The degree of withdrawal should preferably not exceed about 10 .mm.
ι - q - ι - q -
Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.The invention will now be explained, for example, with reference to the figures.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Abschnittes eines ersten 3renners, welcher in-dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.Fig. 1 shows a longitudinal section of a portion of a first 3renners, which in the process according to the invention can be used.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines Abschnittes eines zweiten Brenners, der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.Fig. 2 shows a longitudinal section of a section of a second burner which can be used in the method according to the invention.
Gemäß Fig. 1 wird mit 1 ein Brenner für die Vergasung eines in . flüssigerForm oder als Aufschlämmung vorliegenden Kohlenwasserstoff brennstoff es gezeigt, welcher ein zylindrisch gestaltetes hohles Wandelement 2 mit vergrößerten Endteilen aufweist, welche eine Stirnseite 3 bilden, welche praktisch waagerecht zu der Längsachse 4 des Brenners angeordnet ist. Das Innere des hohlen Wandelementes 2 ist mit einer konzentrisch angeordneten Wand 5 versehen, welche das Innere des besagten Wandelementes 2 in zwei Passagen 5 und 7 für ein Kühlfluid unterteilt , welches mittels nicht darges/tellter Leitungen zu- und abgeführt wird. Das hohle Wandelement 2 umfaßt seitwärts eine Mehrzahl von praktisch koaxial angeordneten Kanälen für den Brennstoff und das Oxidationsmittel, nämlich einen·zentralen Auslaßkanal 8 für das mit niedriger Geschwindigkeit strömende Oxidationsmittel, einen ersten ringförmigen Auslaßkanal 9 für das mit hoher Geschwindigkeit strömende Oxidationsmittel und einen zweiten ringförmigen Auslaßkanal 10 für den mit niedriger Geschwindigkeit strömenden Brennstoff. Zwischen der Wand des zweiten ringförmigen Auslaßkanals 10 und der inneren Oberfläche des Wandelementes 2 verbleibt ein ringförmiger Raum, der einen Kanal für ein Moderierungsgas bildet.1 is a burner for the gasification of a in 1. liquid form or present as a slurry hydrocarbon fuel, which has a cylindrically shaped hollow wall member 2 with enlarged end portions which form a front side 3, which is arranged substantially horizontally to the longitudinal axis 4 of the burner. The interior of the hollow wall element 2 is provided with a concentrically arranged wall 5, which divides the interior of said wall element 2 into two passages 5 and 7 for a cooling fluid, which is supplied and removed by means not shown / lines. The hollow wall member 2 comprises laterally a plurality of substantially coaxially disposed channels for the fuel and oxidizer, namely a central outlet passage 8 for the low velocity oxidant, a first annular outlet passage 9 for the high velocity oxidant and a second annular passage Outlet channel 10 for the low-velocity fuel flowing. Between the wall of the second annular outlet channel 10 and the inner surface of the wall element 2 remains an annular space which forms a channel for a moderating gas.
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Wie in Fig« 1 dargestellt ist, ist das äußere Endstück des Brennstoffkanals 10 in einem nach vorne gerichteten Winkel von etwa 30° in bezug auf den Kanal 9 für das Oxidationsmittel, das sich mit hoher Geschwindigkeit fortbewegt, angeordnet, um so das Aufbrechen des aus dem Kanal 10 austretenden BrennstoffStroms während des Betriebes des Brenners zu fördern. Der erste ringförmige Auslaßkanal 9 und der zentrale Auslaßkanal 8 stehen beide in strömender Verbindung mit einem praktisch zentral angeordneten Zufuhrkanal 11 für das Oxidationsmittel. Für die Verringerung der Geschwindigkeit des während des Brennerbetriebes durch den zentralen Auslaßkanal 8 strömenden Oxidationsmittels erweitert sich der Querschnitt des besagten Kanals in Strömungsrichtung. Um das Auftreten von Strömungsturbulenzen zu minimieren, sollte die Aufweitung des Kanals vorzugsweise ganz allmählich erfolgen. Der Grad der Vergrößerung des Querschnittes hängt ab von der erwünschten Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Strom des Oxidationsmittels aus dem zentralen Kanal 8 und dem Strom des Oxidationsmittels aus dem Ringkanal 9. Die Spaltbreite des Brennstoff kanals 10 sollte ziemlich klein sein, etwa in der Größenordnung von 5 mm, um den aus diesem Kanal ausströmenden Brennstoffstrom ausreichend dünn zu halten, damit er leicht durch das mit hoher Geschwindigkeit strömende Oxidationsmittel aufgebrochen werden kann. Der durch das Bezugszeichen 12 gekennzeichnete ringförmige Raum zwischen dem zweiten ringförmigen Kanal 10 und dem hohlen WandgliedAs shown in FIG. 1, the outer end portion of the fuel passage 10 is disposed at a forward angle of about 30 ° with respect to the oxidant passage 9 advancing at a high speed so as to break open the fuel passage 10 the fuel stream exiting channel 10 during operation of the burner. The first annular outlet channel 9 and the central outlet channel 8 are both in fluid communication with a substantially centrally arranged supply channel 11 for the oxidizing agent. In order to reduce the speed of the oxidant flowing through the central outlet channel 8 during burner operation, the cross-section of the said channel widens in the flow direction. To minimize the occurrence of flow turbulence, the widening of the channel should preferably be very gradual. The degree of enlargement of the cross-section depends on the desired speed difference between the flow of the oxidant from the central channel 8 and the flow of the oxidant from the annular channel 9. The gap width of the fuel channel 10 should be quite small, on the order of 5 mm to keep the fuel stream flowing out of this channel sufficiently thin so that it can be easily broken by the high-velocity oxidant. The annular space indicated by the reference numeral 12 between the second annular channel 10 and the hollow wall member
2 zeigt in Strömungsrichtung ein' aufgeweitetes Endteil 13, um einen Ausfluß des Moderierungsgases mit geringer Geschwindigkeit zu fördern.Fig. 2 shows a flared end portion 13 in the flow direction to promote low velocity outflow of the moderating gas.
Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die die Kanäle 8, 9 und 10 bildenden Innenteile des Brenners gegenüber der StirnseiteAs shown in Fig. 1, the channels 8, 9 and 10 forming internal parts of the burner are opposite to the front side
3 leicht zurückgenommen, um diese Innenteile gegen zu hohe3 slightly withdrawn to make these internal parts against high
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Wärmeströmungen zu schützen. Vorzugsweise werden die Innenteile zusätzlich gekühlt, indem man ein Kühlmedium durch einen Kanal 14 passieren läßt, welcher zwischen den ersten und zweiten ringförmigen Auslaßkanälen 9 und IO angeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, daß auch der durch den ersten ringförmigen Kanal 9 fließende Strom des Oxidationsmittels und 'der durch den Ringraum 12 fließende Strom des Moderierungsgases in wesentlicher Weise zum Kühlen der Innenteile des Brenners beitragen.To protect heat flows. Preferably, the internal parts are additionally cooled by passing a cooling medium through a channel 14 which is arranged between the first and second annular outlet channels 9 and 10O. It should be noted that the flow of oxidant through the first annular passage 9 and the stream of moderating gas flowing through the annulus 12 also contribute significantly to the cooling of the internal parts of the burner.
In Fig. 2 ist eine geeignete Variante des vorstehend beschriebenen Brenners wiedergegeben. Es wird darauf hingewiesen, daß identische Brennerlemente in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei der Ausführungsform, welche in Fig. 2 dargestellt ist, wird das Oxidationsmittel durch einen zentralen Kanal 20 und einen ringförmigen Kanal 21 zugeführt, welche jedoch nicht in strömender Verbindung miteinander stehen, wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform des Brenners. Die Kanäle 20 und 21 sind jeweils mit getrennten Sauerstoffquellen für die Zufuhr von Oxidationsmittel mit niedriger Geschindigkeit und für die Zufuhr von Oxidationsmittel mit hoher Geschwindigkeit verbunden, so daß die Oxidationsmittelzufuhr zu jedem der beiden Kanäle kontrolliert und unabhängig voneinander variiert werden kann, Infolge der Abwesenheit eines getrennten Kanals für das Moderierungsgas und des Fehlens eines Kühlkanals zwischen den Kanälen für den Brennstoff und das Oxidationsmittel weist dieser zweite Brenner eine einfachere Konstruktion als der erste Brenner auf. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß dieser zweite Brenner für die Vergasung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen verwendet werden soll-te, welche bei der Vergasung nur mäßige Menge an Reaktionswärme freisetzen.In Fig. 2, a suitable variant of the burner described above is reproduced. It should be noted that identical Brennerlemente are provided in both figures with the same reference numerals. In the embodiment shown in Fig. 2, the oxidant is supplied through a central channel 20 and an annular channel 21, which, however, are not in fluid communication with each other, as in the first described embodiment of the burner. Channels 20 and 21 are each connected to separate oxygen sources for low-speed oxidant feed and high-speed oxidant feed so that the oxidant feed to each of the two channels can be controlled and varied independently due to the absence of oxidant separate channel for the moderating gas and the absence of a cooling channel between the channels for the fuel and the oxidizing agent, this second burner has a simpler construction than the first burner. It should be noted, however, that this second burner should be used for the gasification of hydrocarbon fuels which release only a moderate amount of heat of reaction during gasification.
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