DE102004030112A1 - Process for mixing two fluid streams in a mixing zone comprises feeding the fluid streams parallel to each other via concentric feeding lines of the mixing zone - Google Patents

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Abstract

Process for mixing two fluid streams in a mixing zone comprises feeding the fluid streams parallel to each other via concentric feeding lines of the mixing zone.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von zwei Fluidströmen in einer Mischzone, ohne dass die Fluidströme chemisch miteinander reagieren, wobei zumindest einer der Fluidströme in Rotation versetzt wird.The The invention relates to a method for mixing two fluid streams in one Mixing zone without the fluid streams reacting chemically, wherein at least one of the fluid streams is rotated.

Größere Erdgasmengen werden aus Umwelt- und Kostengründen in unterirdischen Speichern oder Kavernen unter hohem Druck gelagert. Bei der Entnahme des eingespeicherten Erdgases ist eine Reduzierung des Kavernendrucks auf den Druck in der Transportleitung notwendig. Zur Vermeidung von Betriebsproblemen muss das Erdgas vor der Druckreduzierung soweit vorgewärmt werden, dass die durch den Joule-Thomson-Effekt verursachte Abkühlung kompensiert wird. Ansonsten treten Probleme, wie zum Beispiel vereiste Rohrleitungen, auf.Larger quantities of natural gas are for environmental and cost reasons stored in underground storage or caverns under high pressure. When removing the stored natural gas is a reduction Cavern pressure on the pressure in the transport line necessary. To avoid operational problems, the natural gas must be before the pressure reduction so far preheated will compensate for the cooling caused by the Joule-Thomson effect becomes. Otherwise problems occur, such as iced pipelines, on.

In der DE 196 33 674 C2 wird zu diesem Zweck eine sogenannte In-Line Gasvorwärmung eingesetzt, wobei ein Teil des der unterirdischen Lagerstätte entnommenen Gases direkt in der Transportleitung mit reinem Sauerstoff verbrannt wird. Hierzu wird der Sauerstoff über eine Rohrleitung in die Erdgastransportleitung eingeführt, mit einem Teilstrom des Erdgases gemischt und die Mischung zur Reaktion gebracht.In the DE 196 33 674 C2 For this purpose, a so-called in-line gas preheating is used, wherein a portion of the gas taken from the underground reservoir is burned directly in the transport line with pure oxygen. For this purpose, the oxygen is introduced via a pipeline into the natural gas transport line, mixed with a partial stream of the natural gas and the mixture is reacted.

Sollen Fluidströme, wie Erdgas und Sauerstoff, gemischt werden, in denen Reaktionskomponenten enthalten sind, die während der Mischung gefährliche Konzentrationsbereiche durchlaufen, besteht die Gefahr, dass bei Auftreten einer Zündquelle die Fluidströme unkontrolliert miteinander reagieren und es zu einer Explosion kommt.Should Fluid streams, such as natural gas and oxygen, are mixed in which reaction components are included during the the mixture dangerous Passing through concentration areas, there is a risk that at Occurrence of a source of ignition fluid streams Uncontrolled react with each other and it comes to an explosion.

Zur Vermischung zweier Gasströme sind verschiedene statische Mischer bekannt, die die Herstellung gleichmäßiger Konzentrationen erlauben. Diese haben sich insbesondere bei der Vermischung kleinerer Gasmengen bis etwa 100.000 m3/h bewährt. Im Hinblick auf die oben genannte Anwendung haben statische Mischer jedoch den Nachteil, dass diese aufgrund ihrer großen inneren Oberfläche selbst als Katalysatoren für explosionsartige Reaktionen dienen können. Außerdem erwärmen sie sich, wenn eine Reaktion beginnt und werden dadurch selbst zu einer Zündquelle.For mixing two gas streams, various static mixers are known, which allow the production of uniform concentrations. These have proven particularly useful when mixing smaller amounts of gas up to about 100,000 m 3 / h. However, in view of the abovementioned application, static mixers have the disadvantage that, owing to their large internal surface, they can themselves serve as catalysts for explosive reactions. In addition, they heat up when a reaction begins and thereby become a source of ignition itself.

Es sind auch dynamische Mischer bekannt, die beispielsweise dann eingesetzt werden, wenn kleinere Mengen eines Gases in einen großen Hauptgasstrom eindosiert werden sollen. Hierbei werden schnelle Gasstrahlen in den Hauptgasstrom eingestrahlt, so dass durch Impulsübertrag eine Durchmischung der Gasströme bewirkt wird.It are also dynamic mixer known, for example, then used when smaller amounts of a gas into a large main gas stream should be metered. Here are fast gas jets in irradiated the main gas stream, so that by momentum transfer a mixing of the gas streams is effected.

In der US 5,356,213 wird ein solcher Mischer beschrieben. Das in einen Hauptgasstrom einzudüsende zweite Gas wird über eine koaxial mit der Hauptleitung angeordnete Injektionsleitung zugeführt. Am Ende der Injektionsleitung wird das zweite Gas radial nach außen abgelenkt und mit einer tangentialen Bewegungskomponente versehen, um eine Rotationsbewegung zu erzielen. Die radiale und tangentiale Strömung des injizierten zweiten Gases in Kombination mit der axialen Strömung des Hauptgasstromes soll zu einer schnellen Mischung der beiden Gasströme führen.In the US 5,356,213 Such a mixer is described. The second gas to be injected into a main gas stream is supplied via an injection line arranged coaxially with the main line. At the end of the injection line, the second gas is deflected radially outward and provided with a tangential component of motion to achieve a rotational movement. The radial and tangential flow of the injected second gas in combination with the axial flow of the main gas stream should lead to a rapid mixing of the two gas streams.

Solche dynamischen Mischer, bei denen ein Stoffstrom schräg oder senkrecht in einen anderen Stoffstrom eingedüst wird, sind zwar effizient, besitzen aber zwei grundsätzliche Probleme:
Zum einen kann das Mischverhältnis der beiden Stoffströme nicht beliebig eingestellt werden. Das Verhältnis des einzudüsenden Stroms zu dem Hauptstrom sollte in der Regel mindestens 1 zu 10 betragen, da ansonsten keine effiziente Mischung mehr erzielt werden kann.Such dynamic mixers, in which one stream is injected obliquely or vertically into another stream, are efficient, but have two fundamental problems:
First, the mixing ratio of the two streams can not be set arbitrarily. The ratio of the stream to be injected to the main stream should generally be at least 1 to 10, otherwise no more efficient mixing can be achieved.

Zweitens kann der Strahl des einzudüsenden Stroms die gegenüber der Eindüsestelle liegende Wand erreichen und dort zu Schäden führen. Außerdem kann eine zu schnelle Umlenkung des einzumischenden Stroms, insbesondere bei relativ kleinen einzumischenden Mengen, unerwünschte Reaktionen direkt an der Einmischstelle bewirken.Secondly can the jet of einzudüsenden Strom's opposite the injection point reach the wall and cause damage there. In addition, too fast Deflection of the stream to be mixed in, especially for relatively small einzumischenden Quantities, unwanted Cause reactions directly at the mixing point.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren aufzuzeigen, welches die schnelle Vermischung gefährlicher Fluidströme miteinander erlaubt, ohne dass diese chemisch miteinander reagieren.task It is therefore an object of the present invention to provide a method which is the fast mixing of dangerous fluid streams with each other allowed, without them reacting chemically.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei die beiden Fluidströme im Wesentlichen parallel zueinander über konzentrische Zufuhrleitungen der Mischzone zugeführt werden.These The object is achieved by a method of the type mentioned, wherein the two fluid streams essentially parallel to one another via concentric supply lines supplied to the mixing zone become.

Erfindungsgemäß werden die beiden zu mischenden Fluidströme. über zwei konzentrische Zufuhrleitungen oder Lanzen getrennt der Mischzone zugeführt. Beide Fluidströme verlassen die jeweilige Zufuhrleitung in axialer Richtung, das heißt, in Richtung der Achse der konzentrischen Zufuhrleitungen. Mindestens einer der beiden Fluidströme wird in Rotation versetzt. Dadurch werden die Fluidströme am Austritt aus den Zufuhrleitungen auf sehr kurzer Strecke effizient miteinander gemischt.According to the invention the two fluid streams to be mixed. via two concentric supply lines or lances separately supplied to the mixing zone. Leave both fluid streams the respective supply line in the axial direction, that is, in the direction the axis of the concentric supply lines. At least one of the two fluid streams is set in rotation. As a result, the fluid flows at the outlet from the supply lines on a very short distance efficiently with each other mixed.

Auf diese Weise wird es möglich, Fluidströme miteinander zu mischen, die zwar nach dem Mischvorgang in einem ungefährlichen Endzustand außerhalb des Explosionsbereichs vorliegen, aber während des Mischens den Explosionsbereich durchlaufen. Aufgrund der effektiven und schnellen Vermischung der beiden Fluidströme wird die Gefahr einer ungewollten Reaktion minimiert. Zudem ist die Zone, in der die beiden Fluidströme in einem explosiven Verhältnis vorliegen, sehr klein und die Gefährdung folglich auf ein kleines Gebiet beschränkt.In this way it is possible to mix fluid streams with each other, although after the mixing process in a safe final state outside the blast area, but go through the blast area during blending. Due to the effective and rapid mixing of the two fluid streams, the risk of an unwanted reaction is minimized. In addition, the zone in which the two fluid streams are in an explosive ratio, very small and the risk is therefore limited to a small area.

Dies ermöglicht es, das relativ kleine Reaktionsgebiet, in dem gefährliche Konzentrationsverhältnisse herrschen können, gegen die Gefährdung zu schützen. Dies kann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass das kleine Mischgebiet gekühlt wird – zum Beispiel indem ein Kühlwasser-Mantel vorgesehen wird. Bei einer eventuell auftretenden, beginnenden Reaktion des Fluidstrom-Gemischs wird die entstehende Wärme durch die Kühlung abgeführt, so dass keine weitere Erwärmung des Fluidstrom-Gemischs stattfindet. Eine solche Erwärmung könnte nämlich selbst eine neue Zündquelle darstellen.This allows it, the relatively small reaction area in which dangerous concentration ratios can rule against the danger to protect. This can preferably take place in that the small mixing area chilled will - to Example by a cooling water jacket is provided. In case of a possibly occurring, beginning reaction the fluid flow mixture, the resulting heat is dissipated by the cooling, so that no further warming the fluid flow mixture takes place. Such a warming could be a self new ignition source represent.

Es ist auch möglich, den Mischapparat in diesem kleinen Gebiet auf Explosionsdruck auszulegen. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass der Mischapparat bei einer Explosion nicht bricht, sondern höchstens irreversibel gedehnt wird. Bei einer etwaigen Explosion kommt in diesem Fall nur der Mischapparat zu Schaden, während für Personen oder Apparate in der Umgebung keine Gefahr besteht.It is possible, too, to design the mixing apparatus in this small area for explosion pressure. in this connection However, make sure that the mixer in an explosion does not break, but at most is stretched irreversibly. In case of any explosion comes in In this case, only the mixing apparatus to harm, while for persons or apparatus in the environment is no danger.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Mischung zweier unterschiedlich großer Fluidströme. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die Mischenergie von dem größeren der beiden Fluidströme aufgebracht wird. Dazu wird vorwiegend der größere Fluidstrom in Rotation versetzt. Auf diese Weise wird selbst dann, wenn relativ kleine Mengen eines zweiten Fluidstroms in den ersten größeren Fluidstrom eingemischt werden sollen, eine gute und schnelle Durchmischung beider Fluidströme erreicht. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Mengenverhältnis der miteinander zu mischenden Fluidströme zwischen 1 zu 30 und 30 zu 1 eine effiziente Mischung bewirkt. So wurde beispielsweise bei einem Versuch Sauerstoff mit Methan im Verhältnis 1 zu 1,3, bei einem anderen Versuch im Verhältnis 1 zu 27 gemischt. Beide Experimente zeigten sehr gute Ergebnisse.The Invention is particularly suitable for mixing two different greater Fluid streams. In In this case, it is particularly advantageous if the mixing energy from the larger of the two fluid streams is applied. This is mainly the larger fluid flow in rotation added. This way, even if relatively small Amounts a second fluid stream in the first larger fluid stream to be mixed, a good and fast mixing both fluid streams reached. It has been found that the inventive method at a quantitative ratio the fluid flows to be mixed between 1 to 30 and 30 to 1 causes an efficient mixture. For example, at one experiment oxygen with methane in the ratio of 1 to 1.3, in another Try in proportion Mixed 1 to 27. Both experiments showed very good results.

Die Erfindung ist sowohl zur Vermischung kleinerer Fluidstrommengen als auch zur Vermischung großer Mengenströme geeignet und hat sich insbesondere zur Vermischung von Fluidstrommengen bis zu 300.000 Nm3/h bewährt. Besonders bevorzugt wird die Erfindung bei einem Gesamtdurchsatz der beiden zu vermischenden Fluidströme von mehr als 10.000 Nm3/h, ganz besonders bevorzugt mehr als 50.000 Nm3/h eingesetzt. Bei dem oben erwähnten Versuchen zur Vermischung von Erdgas mit Sauerstoff bei einem Druck von mehr als 50 bar und erhöhten Temperaturen wurden effektive Durchsätze zwischen 100 und 10.000 m3/h erreicht.The invention is suitable both for mixing smaller amounts of fluid flow and for mixing large flow rates and has proven particularly for mixing amounts of fluid flow up to 300,000 Nm 3 / h. The invention is particularly preferably used with an overall throughput of the two fluid streams to be mixed of more than 10,000 Nm 3 / h, very particularly preferably more than 50,000 Nm 3 / h. In the above-mentioned attempts to mix natural gas with oxygen at a pressure of more than 50 bar and elevated temperatures, effective flow rates of between 100 and 10,000 m 3 / h were achieved.

Es ist aber auch günstig, beide Fluidströme in Rotation zu versetzen. Die Rotationsrichtungen der beiden Fluidströme können auch entgegengesetzt gerichtet sein, bevorzugt ist jedoch eine gleichgerichtete Rotation. Bei einer gleichgerichteten Rotation der beiden Fluidströme verstärken sich die beiden Rotationsströmungen im Kontakt- d.h. Mischbereich, so dass eine relativ hohe Gesamtdrallzahl erreicht wird. Die Strahlgeschwindigkeit in axialer Richtung verringert sich und es entsteht eine relativ kleine Mischzone. Sollte es in der Mischzone zu einer unerwünschten Reaktion kommen, so bleibt diese Reaktion auf die kleine Mischzone begrenzt und breitet sich nicht bis an die Wände des Mischapparats aus. Schäden am Mischapparat durch erhöhte Temperaturen oder Flammen werden so vermieden.It is also cheap, both fluid streams in To rotate. The directions of rotation of the two fluid streams can also be directed opposite, but preferred is a rectified Rotation. In a rectified rotation of the two fluid streams increase the two rotational flows in contact - i. Mixing range, so that a relatively high total swirl number is reached. The jet velocity in the axial direction is reduced itself and it creates a relatively small mixing zone. Should it be in the mixing zone to an undesirable Reaction come, this reaction remains on the small mixing zone limited and does not spread to the walls of the mixing apparatus. Damage to the mixing apparatus through increased Temperatures or flames are avoided.

Zudem kann durch geeignete Einstellung der Rotationsstärke der Fluidströme sichergestellt werden, dass die beiden Fluidströme nicht in der Nähe der Austrittsöffnungen der Zufuhrleitungen beziehungsweise Lanzen zur Reaktion kommen. Dadurch werden Schäden an den Zufuhrleitungen durch überhöhte Temperaturen verhindert.moreover can be ensured by suitable adjustment of the rotational strength of the fluid streams be that the two fluid streams not near the outlet openings the supply lines or lances come to the reaction. This will cause damage on the supply lines due to excessive temperatures prevented.

Die Rotationsstärke oder Drallzahl des Fluidstroms oder der Fluidströme ist bevorzugt verstellbar. Die Rotation kann von Vorteil durch ebene Bleche erzeugt werden, die innerhalb einer oder beider Zufuhrleitungen angeordnet sind und die parallel zur Achse der konzentrischen Zufuhrleitungen, aber geneigt zur Normalen auf die Zufuhrleitungsoberfläche orientiert sind. Eine solche Drall- oder Rotationserzeugung ist relativ einfach und kostengünstig zu fertigen.The rotation strength or swirl number of the fluid stream or the fluid streams is preferably adjustable. The Rotation can be advantageously produced by flat sheets, the are arranged within one or both supply lines and which are parallel to the axis of the concentric supply lines, but inclined to the normal on the supply line surface are oriented. Such spin or rotation generation is relatively simple and economical to manufacture.

Grundsätzlich ist es günstig, wenn durch die Drallerzeugung geringe Druckverluste von weniger als 100 mbar hervorgerufen werden. Bei der Anwendung der Erfindung zur Vermischung von Hochdruckströmen, wie zum Beispiel Erdgas mit Sauerstoff, spielt der Druckverlust jedoch nur eine untergeordnete Rolle.Basically it cheap, if due to the swirl generation low pressure losses of less than 100 mbar are caused. In the application of the invention to Mixing of high pressure streams, such as natural gas with oxygen, the pressure loss plays but only a minor role.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entsteht eine relativ kleine Mischzone, die sich weder bis an die Wände des Mischapparats noch bis in die unmittelbare Nähe der Zufuhrleitungen erstreckt. Selbst wenn die Fluidströme in der Mischzone miteinander reagieren sollten und eine Flamme entsteht, wird diese wieder verlöschen, sobald die Zündquelle, die zur Zündung geführt hat, verschwunden ist. Da die Flamme die Wände des Mischapparats nicht berührt, entstehen in der Nähe der Mischzone keine heißen Oberflächen, die als neue Zündquelle dienen könnten.at the method according to the invention creates a relatively small mixing zone, which is not up to the Walls of the Mixing apparatus still extends into the immediate vicinity of the supply lines. Even if the fluid flows should react with each other in the mixing zone and a flame is created, will this go out again, once the ignition source, to the ignition guided has disappeared. Since the flame is not the walls of the mixer touched, arise nearby the mixing zone no hot surfaces, the as a new ignition source could serve.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Kühlung der Zufuhrleitungen und der Mischzone durch die zugeführten Fluidströme selbst. Auf eine Wasserkühlung der Zufuhrleitungen, wie sie bei den bekannten Mischvorrichtungen mitunter vorgesehen ist, kann verzichtet werden.at the method according to the invention the cooling takes place the supply lines and the mixing zone by the supplied fluid streams themselves. On a water cooling the supply lines, as in the known mixing devices is sometimes provided, can be dispensed with.

Bei besonders hohen Sicherheitsanforderungen oder großem Gefahrenpotential ist es aber zusätzlich möglich, die in der Nähe der Mischzone befindlichen Oberflächen, wie zum Beispiel die Wände des Mischapparats, und/oder die Zufuhrleitungen für die Fluidströme zu kühlen, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Zündung und Erhaltung einer Flamme weiter reduziert wird.at particularly high safety requirements or high risk potential but it is additional possible, the nearby the mixing zone surfaces, such as the Walls of the Mixing apparatus, and / or the supply lines for the fluid flows to cool, thereby the probability of ignition and maintaining a flame is further reduced.

Vorzugsweise wird mindestens ein Fluidstrom, vorzugsweise beide Fluidströme, mit einer Geschwindigkeit zwischen 4 m/s und 200 m/s der Mischzone zugeführt. Besonders günstig ist es, wenn die Geschwindigkeit mindestens eines Fluidstromes, vorzugsweise beider Fluidströme, größer als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des chemischen Reaktionsproduktes der beiden Fluidströme gewählt wird. Eine eventuell entstehende Flamme bleibt dann auf die Mischzone begrenzt und breitet sich nicht weiter aus.Preferably is at least one fluid flow, preferably both fluid streams, with a speed between 4 m / s and 200 m / s supplied to the mixing zone. Especially Cheap it is when the velocity of at least one fluid stream, preferably both fluid streams, greater than the rate of propagation of the chemical reaction product the two fluid streams chosen becomes. Any resulting flame then remains on the mixing zone limited and does not spread further.

Sofern es doch zu einer unerwünschten Zündung der beiden Fluidströme in der Mischzone kommen sollte, ist es günstig, wenn durch eine oder beide Zufuhrleitungen ein Inertgas, Wasserdampf oder ein anderes geeignetes Löschmedium der Mischzone zugeführt wird. Insbesondere bei der selektiven Oxidation von Kohlenwasserstoffen hat es sich bewährt, Benzol oder andere höhere Kohlenwasserstoffe zuzugeben, um Sauerstoff zu verbrauchen und die Flamme so zum Erlöschen zu bringen.Provided it's an undesirable one ignition the two fluid streams should come in the mixing zone, it is favorable if by one or both supply lines an inert gas, water vapor or another suitable extinguishing medium supplied to the mixing zone becomes. Especially in the selective oxidation of hydrocarbons it has proven itself, benzene or other higher ones Add hydrocarbons to consume oxygen and the flame so to extinguish bring to.

Es ist weiterhin günstig, in einer der Zufuhrleitungen die Strömung durch einen Flügel zu stabilisieren und/oder definiert zu beeinflussen. In dem Kanal zwischen dem Flügel und der Wand der Zufuhrleitung wird die Strömungsgeschwindigkeit erhöht und damit die Strömung stabilisiert. Das Ablösen von Strömungsfäden und die Entstehung von Wirbeln beim Zusammentreffen der Gasströme unmittelbar vor dem Austritt aus den Zufuhrleitungen wird verhindert. Die intensive Durchmischung mit Wirbelbildung erfolgt verzögert, d.h. in einer gewissen Entfernung von den Zufuhrleitungen. Eine Schädigung der Zufuhrleitungen durch mit den Wirbeln eingesaugte heiße Reaktionsprodukte wird verhindert.It is still cheap, in one of the supply lines to stabilize the flow through a wing and / or defined to influence. In the channel between the wing and The wall of the supply line increases the flow rate and thus the flow stabilized. The detachment of flow threads and the formation of vortices at the confluence of the gas streams immediately before the exit from the supply lines is prevented. The intense Blending with vortex formation is delayed, i. in a certain Distance from the supply lines. Damage to the supply lines by sucked with the vertebrae hot reaction products is prevented.

Die Erfindung eignet sich besonders zum Mischen eines Brenngasstroms mit einem sauerstoffhaltigen Gasstrom, wobei das stöchiometrische Verhältnis von Sauerstoff zu Brenngas zwischen 0,7 und 1,0, bevorzugt zwischen 0,7 und 0,9 liegt.The Invention is particularly suitable for mixing a fuel gas stream with an oxygen-containing gas stream, the stoichiometric relationship from oxygen to fuel gas between 0.7 and 1.0, preferably between 0.7 and 0.9.

Eine besonders bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung stellt die Aufheizung von Erdgas bei der Ausspeicherung aus Kavernen dar. Hierbei wird ein Teilstrom des Erdgases abgezweigt, mit Sauerstoff gemischt, einem Katalysator zugeführt und katalytisch verbrannt. Die entstehende Wärme wird genutzt, um den Erdgashauptstrom zu erwärmen.A Particularly preferred application of the invention provides the heating of natural gas during the withdrawal from caverns dar. This is a Partial flow of the natural gas branched off, mixed with oxygen, a Catalyst supplied and catalytically burned. The resulting heat is used to power the main gas to warm up.

Das erfindungsgemäße Mischverfahren erlaubt ein schnelles und effizientes Vermischen zweier Fluidströme innerhalb einer relativ kleinen Mischzone. Dadurch wird es möglich, auch Fluide miteinander zu mischen, die während der Mischphase Konzentrationsbereiche durchlaufen, in denen die Gefahr einer unkontrollierten, explosionsartigen Reaktion besteht. Das erfindungsgemäße Verfahren hat einen breiten Einsatzbereich, so dass beispielsweise Fluidströme bis zu 300.000 Nm3/h miteinander gemischt werden können.The mixing method according to the invention allows a fast and efficient mixing of two fluid streams within a relatively small mixing zone. This makes it possible to mix fluids that pass through concentration ranges during the mixing phase, in which there is a risk of uncontrolled, explosive reaction. The inventive method has a wide range of applications, so that, for example, fluid flows up to 300,000 Nm 3 / h can be mixed together.

Eine für die Erfindung geeignete Vorrichtung kann im Lastbereich zwischen 5% und 100 % des Designwertes der Vorrichtung betrieben werden. Insbesondere ist es auch möglich, das Mengenverhältnis der Fluidströme untereinander in weiten Grenzen zu variieren.A for the Invention suitable device can in the load range between 5% and 100% of the design value of the device. Especially it is also possible the quantity ratio the fluid flows to vary within wide limits.

Durch die Verdrallung oder Rotation mindestens eines der Fluidströme in Kombination mit der kollinearen Zuführung beider Fluidströme wird einerseits die effiziente Vermischung der Ströme bewirkt, andererseits kann die Strömungscharakteristik über die Stärke der Rotation und die Geschwindigkeiten der Fluidströme so eingestellt werden, dass keine Stromlinien aus der Mischzone zu den Austrittsöffnungen der Lanzen bzw. Zufuhrleitungen zurückführen und folglich dort keine besonders hohen Temperaturen auftreten, die Schädigungen der Lanzenspitze verursachen könnten. Die Drallzahl wird hierzu bevorzugt zwischen 0,1 und 1,0, besonders bevorzugt zwischen 0,25 und 0,6 gewählt, die Fluidstromgeschwindigkeiten betragen vorzugsweise 4 m/s bis 200 m/s, besonders bevorzugt 4 m/s bis 20 m/s. Besonders günstig ist es, wenn die Geschwindigkeit mindestens eines der beiden Fluidströme, bevorzugt beider Fluidströme, größer als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des chemischen Reaktionsprodukts der beiden Fluidströme ist.By the twisting or rotation of at least one of the fluid streams in combination with the collinear feeder both fluid streams on the one hand the efficient mixing of the currents is effected, on the other hand Can the flow characteristics over the Strength the rotation and the velocities of the fluid streams are adjusted be that no streamlines from the mixing zone to the outlet openings the lances or supply lines lead back and therefore there is no particularly high temperatures occur, causing damage to the lance tip could. The swirl number is for this purpose preferably between 0.1 and 1.0, especially preferably selected between 0.25 and 0.6, the fluid flow rates are preferably 4 m / s to 200 m / s, more preferably 4 m / s up to 20 m / s. Very cheap it is when the speed of at least one of the two fluid streams, preferably both Fluid streams, greater than the rate of propagation of the chemical reaction product of two fluid streams is.

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:

1 einen Schnitt durch eine für die Erfindung geeignete Vorrichtung und 1 a section through a device suitable for the invention and

2 den Grundriss eines bei der Vorrichtung gemäß 1 eingesetzten Drallkörpers 2 the floor plan of a Vorrich according to 1 inserted swirl body

Der in den Figuren dargestellte Mischer wird zur erfindungsgemäßen Vorwärmung von Erdgas eingesetzt, welches einer unterirdischen Lagerstätte unter hohem Druck entnommen wird.Of the shown in the figures mixer is used for preheating of the invention Natural gas used, which is an underground deposit below high pressure is taken.

Der dargestellte Mischer besitzt eine zentrale Lanze oder Zufuhrleitung 1 für das Erdgas sowie eine die Zufuhrleitung 1 ringförmig umgebende Lanze oder Zufuhrleitung 2 für ein sauerstoffhaltiges Gas. Als sauerstoffhaltiges Gas kommt reiner Sauerstoff, sauerstoffangereicherte Luft, ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff oder Luft in Betracht. Die Sauerstoffmenge wird dabei bevorzugt so gewählt, dass das stöchiometrische Verhältnis von Sauerstoff zu Erdgas größer als 0,7 und kleiner als 1,0 ist, besonders bevorzugt zwischen 0,7 und 0,9 liegt.The mixer shown has a central lance or supply line 1 for the natural gas as well as a supply line 1 annular lance or supply line 2 for an oxygen-containing gas. As the oxygen-containing gas is pure oxygen, oxygen-enriched air, a mixture of nitrogen and oxygen or air into consideration. The amount of oxygen is preferably chosen so that the stoichiometric ratio of oxygen to natural gas is greater than 0.7 and less than 1.0, more preferably between 0.7 and 0.9.

Die Sauerstoffversorgung wird an den Anschlussstutzen 3 angeschlossen, so dass das sauerstoffhaltige Gas über den Stutzen 3 in die ringförmige Zufuhrleitung 2 strömt. In der Nähe der Austrittsöffnung 4 der Zufuhrleitung 2 ist ein Strömungsflügel 5 angeordnet, der so geformt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in dem Spalt zwischen dem Strömungsflügel 5 und der Innenwand der Zufuhrleitung 2 erhöht wird. Unmittelbar vor der Austrittsöffnung 4 der Zufuhrleitung 2 treten keine Wirbel auf, so dass die Zufuhrleitungen 1, 2 durch eventuell auftretende heiße Gaswirbel nicht geschädigt werden.The oxygen supply is to the connection piece 3 connected so that the oxygen-containing gas over the nozzle 3 in the annular supply line 2 flows. Near the outlet 4 the supply line 2 is a flow wing 5 arranged, which is shaped so that the flow velocity of the gas in the gap between the flow wing 5 and the inner wall of the supply line 2 is increased. Immediately in front of the outlet 4 the supply line 2 no vortex occur, so the supply lines 1 . 2 be damaged by any hot gas vortex.

Über den Anschlussstutzen 6 wird ein Teilstrom des der unterirdischen Lagerstätte entnommenen Erdgases in eine ringförmige Kammer 7 eingeleitet. Die Verbindung zwischen der Kammer 7 und der zentralen Zufuhrleitung 1 erfolgt über einen Drallkörper 8. Das Erdgas strömt aus der Kammer 7 in den Drallkörper 8 ein und wird in eine Rotationsbewegung versetzt. Hierzu ist der Drallkörper, wie in 2 zu sehen ist, mit mehreren Leitblechen 9 versehen, die jeweils parallel zur Achse 10 der Zufuhrleitung 1 angeordnet sind, jedoch schräg zu den Senkrechten auf die Oberfläche der Zufuhrleitung 1 orientiert sind. Das Erdgas tritt folglich in einer tangentialen Bewegung in die zentrale Zufuhrleitung 1 ein.Over the connecting piece 6 a partial stream of the natural gas taken from the underground reservoir is transformed into an annular chamber 7 initiated. The connection between the chamber 7 and the central supply line 1 takes place via a swirl body 8th , The natural gas flows out of the chamber 7 in the swirl body 8th and is put into a rotational movement. For this purpose, the swirl body, as in 2 can be seen, with several baffles 9 provided, each parallel to the axis 10 the supply line 1 are arranged, but obliquely to the perpendicular to the surface of the supply line 1 are oriented. The natural gas thus enters the central supply line in a tangential movement 1 one.

In der Zufuhrleitung 1 ist ferner ein zylindrischer Körper 11 vorgesehen, der in axialer Richtung verschiebbar ist. Durch Verschieben des Körpers 11 in den Bereich, in dem das von dem Drallkörper 8 in tangentiale Strömung versetzte Erdgas in die Zufuhrleitung 1 eintritt, kann der Grad der Drallerzeugung variiert werden.In the supply line 1 is also a cylindrical body 11 provided, which is displaceable in the axial direction. By moving the body 11 in the area where that of the swirl body 8th in tangential flow offset natural gas in the supply line 1 occurs, the degree of swirl generation can be varied.

Das in Rotation versetzte Erdgas verlässt die Zufuhrleitung 1 am Austrittsende 12. Das Austrittsende 12 liegt in einer Ebene mit dem Austrittsende 4 der ringförmigen Zufuhrleitung 2 für das sauerstoffhaltige Gas. Das sauerstoffhaltige Gas bildet unmittelbar nach dem Austritt aus der Zufuhrleitung 2 einen umhüllenden Strom um den zentralen Erdgasstrom. Durch die dem Erdgas aufgeprägte Rotationsströmung, die eine tangentiale Bewegungskomponente aufweist, tritt eine schnelle und effiziente Vermischung des Erdgases mit dem Sauerstoff ein.The rotated natural gas leaves the supply line 1 at the exit end 12 , The exit end 12 lies in a plane with the exit end 4 the annular supply line 2 for the oxygen-containing gas. The oxygen-containing gas forms immediately after leaving the supply line 2 an enveloping stream around the central natural gas stream. Due to the natural gas impressed rotational flow, which has a tangential component of motion, occurs a fast and efficient mixing of the natural gas with the oxygen.

Während der Mischphase, in der das Erdgas und der sauerstoffhaltige Strom miteinander gemischt werden, liegen zeitweise Konzentrationsverhältnisse vor, die zu einer explosionsartigen Reaktion führen können. Durch die erfindungsgemäße Zuführung der beiden Ströme über konzentrisch angeordnete Zufuhrleitungen 1, 2 in Kombination mit der dem Erdgasstrom aufgezwungenen Rotationsbewegung wird jedoch dieser Explosionsbereich sehr schnell durchlaufen und schnell ein Mischungsverhältnis erreicht, welches außerhalb des Explosionsbereichs liegt.During the mixing phase, in which the natural gas and the oxygen-containing stream are mixed together, there are temporary concentration ratios that can lead to an explosive reaction. The inventive supply of the two streams via concentrically arranged supply lines 1 . 2 however, in combination with the rotational movement imposed on the natural gas flow, this explosive area is traversed very rapidly and quickly reaches a mixing ratio which is outside the explosion range.

Das gewonnene Erdgas-Sauerstoff-Gemisch wird dann einem Katalysatorbett zugeführt, in dem eine kontrollierte Reaktion des Erdgases mit dem Sauerstoff stattfindet und die zur Vorwärmung des Erdgas-Hauptstromes notwendige Wärme erzeugt wird.The recovered natural gas-oxygen mixture is then a catalyst bed supplied in which a controlled reaction of the natural gas with the oxygen takes place and to preheat the Natural gas mainstream necessary heat is produced.

Der gezeigte Mischer eignet sich insbesondere zum Mischen eines unter einem Druck zwischen 50 und 150 bar vorliegenden Erdgasstromes mit einem sauerstoffhaltigen Strom. Das Mischverfahren wird dabei so geregelt, dass die Temperatur des Erdgas-Sauerstoff-Gemischs zwischen 200 und 400 °C, bevorzugt zwischen 300 und 400 °C, liegt. Das so vorgewärmte Gemisch kann dann über dem Katalysatorbett kontrolliert zur Reaktion gebracht werden.Of the shown mixer is particularly suitable for mixing an under a pressure between 50 and 150 bar present natural gas stream with an oxygen-containing stream. The mixing process will be like this regulated that the temperature of the natural gas-oxygen mixture between 200 and 400 ° C, preferred between 300 and 400 ° C, lies. The so preheated Mixture can then over the catalyst bed to be reacted in a controlled manner.

Claims (8)

Verfahren zum Mischen von zwei Fluidströmen in einer Mischzone, ohne dass die Fluidströme chemisch miteinander reagieren, wobei zumindest einer der Fluidströme in Rotation versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluidströme im Wesentlichen parallel zueinander über konzentrische Zufuhrleitungen der Mischzone zugeführt werden.A method of mixing two fluid streams in a mixing zone without chemically reacting the fluid streams with at least one of the fluid streams being rotated, characterized in that the two fluid streams are fed into the mixing zone substantially parallel to one another via concentric feed lines. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluidströme unterschiedlich groß sind und dass der größere der beiden Fluidströme in Rotation versetzt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the two fluid streams are different in size and that the larger of the two fluid streams is set in rotation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Fluidströme in Rotation, vorzugsweise in gleichgerichtete Rotation, versetzt werden.Method according to one of claims 1 or 2, characterized that both fluid streams in rotation, preferably in rectified rotation, offset become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit mindestens eines Fluidstromes, vorzugsweise beider Fluidströme, größer als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des chemischen Reaktionsproduktes der beiden Fluidströme gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the speed at least one fluid stream, preferably both fluid streams, greater than the propagation speed of the chemical reaction product of the two fluid streams is selected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Zufuhrleitungen ausschließlich durch die Fluidströme gekühlt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that at least one of the supply lines exclusively by the fluid streams are cooled. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brenngasstrom und ein sauerstoffhaltiger Gasstrom gemischt werden, wobei das stöchiometrische Verhältnis von Sauerstoff zu Brenngas zwischen 0,7 und 1,0, bevorzugt zwischen 0,7 und 0,9 liegt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that mixed a fuel gas stream and an oxygen-containing gas stream being the stoichiometric relationship from oxygen to fuel gas between 0.7 and 1.0, preferably between 0.7 and 0.9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Fluidstrom-Gemisch einem Katalysator zugeführt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that the generated fluid stream mixture is fed to a catalyst. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein methanhaltiger Gasstrom, insbesondere Erdgas, und ein sauerstoffhaltiger Gasstrom gemischt werden und das erzeugte Gemisch katalytisch verbrannt wird.Method according to claim 7, characterized in that that a methane-containing gas stream, in particular natural gas, and an oxygen-containing Gas stream are mixed and the mixture produced catalytically burned becomes.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015010943A1 (en) * 2013-07-25 2015-01-29 Basf Se Method for producing high-molecular-weight isobutene homopolymers
CN107213810A (en) * 2016-03-22 2017-09-29 中国石油化工股份有限公司 The method that oxygen is efficient with fuel gas, safety is mixed
CN107213809A (en) * 2016-03-22 2017-09-29 中国石油化工股份有限公司 The method that oxygen is mixed with fuel gas eddy flow

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015010943A1 (en) * 2013-07-25 2015-01-29 Basf Se Method for producing high-molecular-weight isobutene homopolymers
CN107213810A (en) * 2016-03-22 2017-09-29 中国石油化工股份有限公司 The method that oxygen is efficient with fuel gas, safety is mixed
CN107213809A (en) * 2016-03-22 2017-09-29 中国石油化工股份有限公司 The method that oxygen is mixed with fuel gas eddy flow
CN107213809B (en) * 2016-03-22 2023-06-02 中国石油化工股份有限公司 Method for mixing oxygen and combustible gas by rotational flow
CN107213810B (en) * 2016-03-22 2023-06-27 中国石油化工股份有限公司 Method for high-efficiency and safe mixing of oxygen and combustible gas

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