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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbrennung eines
Brennstoff/Oxidationsmittelgemisches in stark exothermer Reaktion.
Diese besteht aus einem Reaktor mit einem Brennraum, der mindestens
ein erstes poröses
Material und mindestens ein zweites poröses Material in getrennten Zonen
enthält,
wobei die Zonen so gestaltet sind, dass eine exotherme Reaktion
lediglich in der zweiten Zone stattfinden kann und mit einer oder
mehreren Zuführungsleitungen
für den
Brennstoff sowie für das
Oxidationsmittel versehen ist.
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Das
brennbare Gasgemisch durchströmt
danach zunächst
eine Region, im folgenden mit Zone A bezeichnet, die derart kleine,
effektive Porendurchmesser aufweist, die keine stationäre Flammenausbreitung
ermöglichen,
d. h. die erste poröse
Zone ist einer Flammenrückschlagsperre
wirkungsmässig ähnlich.
Die nachfolgende, eigentliche Verbrennungsregion, im Folgenden als
Zone C bezeichnet, weist jedoch Porengrößen auf, die groß genug
sind, um eine stationäre
Verbrennung zuzulassen. Als Kriterium für die Flammenausbreitung im
Inneren einer porösen
Matrix wird in der Fachliteratur (beispielsweise Babkin et al. in ”Combustion
and Flame”,
Vol. 87, S. 182–190,
1991) eine kritische Péclet-Zahl
von Pe > 65 angegeben.
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Als
poröse
Brennraumfüllung
von Porenreaktoren für
chemische Industrieanlagen können
Materialien, wie z. B. Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumkarbid
u. a., verwendet werden, die neben hoher Temperaturbeständigkeit
auch eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Vorzugsweise verwendet
man zur Herstellung des porösen
Brennraumes Schüttungen
aus temperaturbeständigen, keramischen
Kugeln, Sattelkörpern
und ähnlichen Körpern, wie
sie beispielsweise als ungeordnete Packung für thermische Trennverfahren
verwendet werden. Schüttungen
werden deshalb bevorzugt, weil sie eine einfache Reinigung von Ablagerungen,
beispielsweise bei der Chlorwasserstoffsynthese entstehende Salzrückstände, ermöglichen,
die aus den Brenngasen stammen. Auch für Porenbrenner werden zur Erzeugung
von Chlorwasserstoff Zonen unterschiedlicher Porenstruktur bzw.
-größe gemäss
DE 43 22 109 C2 angeordnet.
Dies geschieht durch die Verwendung unterschiedlich großer Füllkörper für die Zonen
A und C. Darüber
hinaus können
auch strukturierte Packungen und Schäume in den Zonen A und B eingesetzt
werden.
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Gemäß dem Dokument
DE 199 39 951 C2 kann
zwischen den mit Füllkörpern ausgebildeten, porösen Strukturen
der zwei Zonen mit unterschiedlicher Porengröße vorzugsweise ein weiterer
Tragrost angeordnet werden, welcher den Austrag kleinerer Füllkörper der
Zone A in die Zwischenräume
der größeren Füllkörper der
Zone C verhindert. Auch am Gasaustritt aus der Zone C wird bei Brennern,
bei denen die Gase nicht senkrecht nach oben austreten, ein weiterer,
gasdurchlässiger
Tragrost angeordnet, welcher den Brennraum abschließt. Dadurch
wird es möglich,
den Reaktor trotz loser Schüttung
der Füllkörper im
Brennraum in beliebiger Lage anzuordnen.
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Der
poröse
Reaktionsraum ist bevorzugt von einer korrosionsfesten, gekühlten Wand
umgeben, die beispielsweise aus kunstharzimprägniertem Graphit besteht. Die
Kühlung
kann durch Kühlwasser, Luft
oder die Brenngase selbst erfolgen. Zwischen der gekühlten Wand
und dem Brennraum befindet sich dann vorzugsweise eine isolierende
Zwischenschicht aus hochtemperaturbeständigen, korrosionsbeständigen und
thermisch isolierenden Werkstoffen, welche Wärmeverluste verhindert und
sicherstellt, dass im Brennraum an jeder Stelle die gewünschte Brennraumtemperatur
herrscht. Gemäß dem Dokument
DE 199 39 951 C2 wird
durch eine starke Isolierung eine nahezu adiabate Prozessführung ermöglicht,
bei der kein Temperatureinfluss durch die gekühlte Wand auf den Verbrennungsprozess
erfolgt. Die adiabate Prozessführung
erlaubt beispielsweise ein einfaches Scale-Up solcher chemischen
Reaktoren, da die Wärmetransporteigenschaften
zu den gekühlten
Wänden
irrelevant sind und der gesamte Prozess in Strömungsrichtung nahezu eindimensional betrachtet
werden kann.
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Bei
einem Porenreaktor wird die Reaktion innerhalb einer porösen Matrix
aus temperaturbeständigem
Material durchgeführt.
Abweichend von konventionellen Reaktorvorrichtungen ist es nicht
erforderlich, den Reaktor in einer voluminösen Brennkammer anzuordnen
oder eine solche nachzuschalten. Aus dem Reaktor selbst strömen die
heißen
Reaktionsprodukte ohne direkte Flammenbildung.
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In
der
DE 43 22 109 C2 wird
vorgeschlagen, für
die erste Zone eine deutlich niedrigere und für die Verbrennungszone eine
deutlich höhere
als die kritische Péclet-Zahl von Pe = 65
zu verwenden.
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Wird
der Porenreaktor gezündet,
so stabilisiert sich die Verbrennung an der Schnittstelle zwischen
den zwei Zonen. Durch die kleinen Porenabmessungen in der ersten
Zone kommt es in dieser Region im stationären Zustand nicht zu einer
Verbrennung sondern lediglich zu einer Vorwärmung des Gasgemisches. Diese
Eigenschaft erfüllt
auch die strengen Sicherheitsanforderungen bezüglich einer Rückzündungsgefahr
bei chemischen Anlagen.
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Aufgrund
der exzellenten Wärmeübertragung
zwischen Gas- und Festkörperphase
innerhalb der porösen
Matrix stehen diese annähernd
in thermischem Gleichgewicht. Das annähernd thermische Gleichgewicht
zwischen Gas- und Festkörperphase und
die intensive Vermischung innerhalb des Porenkörpers bewirkt wesentlich das
Verschwinden von freien Flammen in der mit größeren Poren ausgestatteten
Brennzone. Der Verbrennungsprozess vollzieht sich nun in einem ausgedehnten
Reaktionsgebiet, das eher als Verbrennungsreaktor denn als Brennraum
mit freien Flammen charakterisiert werden kann.
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Gemäß dem Dokument
DE 199 39 951 C2 ist die
Vormischkammer Bestandteil und sicherheitsrelevante Komponente der
beschriebenen Vorrichtung.
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Ein
Nachteil der bekannten Bauformen besteht in der lokal begrenzten
Temperaturerfassung in der Reaktionszone durch Thermoelemente. Ein
weiterer Nachteil von Porenreaktoren, deren poröse Schichten aus Schüttkörpern aufgebaut
sind, besteht darin, dass die Schüttkörper bei einem größeren oder schlagartig
erhöhten
Gasdurchsatz vom Gasstrom mitgerissen werden und damit zu Veränderungen
der Schüttdichte
sowie der Peclet-Zahl führen.
Eine sichere Verfahrensführung
unter stark wechselnden Gasdurchsatzbedingungen insbesondere für das kontrollierte
Verbrennen von größeren Mengen
halogenhaltiger Gase bei Störfällen ist
nur in einem stark begrenzten Umfang möglich.
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Aus
DE 102 28 411 C2 ist
ein Porenbrenner mit verringerter Startemission bekannt und aus
DE 197 29 718 A1 ein
Brennerkörper
für einen
Brenner für
gasförmige
Brennstoffe bekannt. In diesen beiden Dokumenten erfolgt jedoch
keine Kühlung
des Rostes und keine Kühlung
der Vorrichtung von unten.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Reaktor bereitzustellen, der
die oben genannten, exothermen, chemischen Reaktionen unter Verminderung
der oben näher
beschriebenen Nachteile gestattet.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
dazu sind in den weiteren Patentansprüchen genannt. Ausgehend von
der einleitend genannten Vorrichtung zur Verbrennung eines Brennstoff/Oxidationsmittelgemisches
in stark exothermer Reaktion ist vorgesehen, die aus einem Reaktor
mit einem Brennraum, der mindestens ein erstes poröses Material
und mindestens ein zweites poröses
Material in getrennten Zonen enthält, wobei die Zonen so gestaltet
sind, dass eine exotherme Reaktion lediglich in der zweiten Zone
stattfinden kann und mit einer oder mehreren Zuführungsleitungen für den Brennstoff
sowie für
das Oxidationsmittel versehen ist, besteht, wobei die aus dem ersten
porösen
Material bestehende Zone A durch einen Abstand von 10 mm bis 4000
mm, vorzugsweise 20 mm bis 500 mm, einer Zone B von der aus dem
zweiten porösen
Material bestehende Zone C getrennt und in Strömungsrichtung des Brennstoff/Oxidationsmittelgemisches vor
der Zone C angeordnet ist.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen,
dass der Brennraum und die porösen
Materialien aus Werkstoffen bestehen, die einer Temperatur von 1000°C bis 2400°C standhalten.
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Vorteilhafter
Weise sind in der Zone B eine Temperaturüberwachungsvorrichtung und
eine Zündvorrichtung
angeordnet. Die Temperaturüberwachungsvorrichtung
ist vorzugsweise ein Infrarot-Sensor, der einen Bereich von 2 bis
200 cm2 an der Grenzfläche zur Zone C erfasst. Eine
Erfassung über
den angegebenen Bereich ist nach dem bekannten Stand der Technik
nicht möglich.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Vorrichtung besteht darin, dass sie
vertikal angeordnet ist und sich die Zone A oberhalb der Zonen B
und C befindet. Dabei sind die Schüttkörper der Zonen A und C auf
Tragrosten angeordnet. Eine Lockerung oder Aufwirbelung der Schüttkörper und
eine Veränderung des
Strömungswiderstandes
und damit der Peclet-Zahl wird durch das Eigengewicht der Schüttkörper und
die Tragroste verhindert. Zudem wird durch das Anordnen der Zone
A oberhalb der Zone C eine Auflockerung der Schüttschicht prinzipiell vermieden, weil
die Schüttung/Zone
C dadurch in Richtung der Schwerkraft gegen den Tragrost gepresst
wird.
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Gemäss einer
anderen Weiterbildung der Erfindung ist beim Verfahren vorgesehen,
dass das Brennstoff/Oxidationsmittelgemisch und das zusätzlich zugeführte Gas
zumindest teilweise in einer Vormischeinrichtung gemischt werden,
die dem Reaktor vorgeschaltet ist. Eine entsprechende Vorrichtung gemäss dieser
Weiterbildung besteht darin, dass sie eine Vormischkammer für das Brennstoff/Oxidationsmittelgemisch
aufweist, aus der dieses Brennstoff/Oxidationsmittelgemisch in die
Brennkammer strömt.
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Die
hier nun gemäss
Weiterbildung eingesetzte Vormischkammer ermöglicht eine wesentlich bessere
Durchmischung und einen effektiveren Umsatz der Reaktanden, was
beispielsweise eine Verringerung des benötigten Methananteils bei der Chlorwasserstoffsynthese
ermöglicht.
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Insbesondere
ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen,
dass die Vormischkammer so ausgelegt ist, dass die in Richtung auf
den Brennraum bezogene Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches
in der Vormischkammer größer als
die Flammengeschwindigkeit im Brennraum ist.
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Dadurch
wird die Vormischkammer so dimensioniert, dass eine eventuell in
der Vormischkammer entstehende Flamme im Fall einer unbeabsichtigten
Zündung
im gesamten Betriebsbereich, beispielsweise beim Anfahren, ausgeblasen
wird.
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Eine
weitere, diesbezügliche
Verbesserung wird bei einer Weiterbildung der Erfindung mittels
einer Kühlung
der Vormischkammer erreicht.
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Gemäss einer
anderen, vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass in der
Brennkammer ein poröses
Material mit zusammenhängenden,
für eine Flammenentwicklung
genügend,
großen
Hohlräumen
vorgesehen ist.
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Insbesondere ändert sich
die Porosität
des porösen
Materials mit zusammenhängenden
Hohlräumen
in Richtung der Flammenentwicklung zu größeren Poren, wobei sich an
einer inneren Grenzfläche
für die
Porengröße eine
kritische Péclet-Zahl ergibt, oberhalb
der die Flammenentwicklung erfolgt und unterhalb der sie unterdrückt ist.
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Eine
Verbrennungsstabilisierung wird durch Zunahme der Porengröße in Strömungsrichtung
erreicht, wobei sich in einer Zone des porösen Materials für die Porengröße eine
kritische Péclet-Zahl
ergibt, oberhalb der die Flammenentwicklung erfolgt und unterhalb
der sie unterdrückt
ist.
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Die
Anwendung dieser Technik zur Herstellung von chemischen Produkten,
wie beispielsweise Chlorwasserstoff, oder zur Nachverbrennung von Schadgasen,
wie beispielsweise halogenhaltigen Gasen, wirkt sich nicht nur auf
die Verbrennung selbst vorteilhaft aus, sondern ermöglicht es
auch, diejenigen Anlagenteile, in die der Porenreaktor integriert
ist, vorteilhaft zu gestalten und anzuordnen.
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Die
Vormischkammer ist vorzugsweise aus korrosionsfesten Werkstoffen,
z. B. aus kunstharzimprägniertem
Graphit, hergestellt. Emaillierte oder Fluorkunststoff ausgekleidete
Stahlteile können
ebenfalls zum Bau einer Mischkammer verwendet werden. Aus der Vormischkammer
treten die vorgemischten Gase bevorzugt durch einen Rost aus korrosionsbeständigem Material,
beispielsweise Siliziumkarbid, Aluminiumoxid o. a., in die Zone
A des Porenreaktors ein. Wie vorher schon angesprochen wurde, neigen
mehrere chemische Reaktanden, wie z. B. Chlor und Methan, unter
dem Einfluss von UV-Strahlung zur Selbstentzündung. Die Selbstentzündung in
der Vormischkammer sollte aber aus Sicherheitsgründen vermieden werden. Ein
Rost und die Auslegung der Zone A wird so gewählt, dass von der Zone A bzw.
C keine oder nur sehr wenig UV-Strahlung in die Vormischkammer gelangt,
die zur Zündung
des Gasgemisches aus Chlor und Methan in die Vormischkammer führen könnte.
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Besonders
ist die Stabilität
der Verbrennung bei dem beschriebenen Porenreaktor hervorzuheben.
Gegenüber
den nach dem Stand der Technik ausgeführten Chlorwasserstoffreaktoren,
die sehr empfindlich auf Druck- und Mengenschwankungen der Gase
reagieren, bei denen also die Flamme leicht erlöschen kann, wird die Verbrennungsreaktion
im Porenreaktor dagegen durch die Wärmekapazität der Füllkörper in Zone C sogar bei kurzzeitigem
Ausfall der Gase sofort wieder gezündet. Aus Sicherheitsgründen ist
es jedoch zweckmäßig, bei
Ausfall eines der Gase auch das andere Gas abzustellen und eine Inertgasspülung anzuschließen. Selbst
nach mehreren Minuten kann der Reaktor dann ohne erneute Anfahrprozedur
auch nach einer Inertgasspülung
verzögerungsfrei
wieder in Betrieb genommen werden.
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Die
Zündung
und Vorwärmung
des Reaktors kann mit einem Brenngas (Wasserstoff, Methan o. a.) und
Luft erfolgen. Allerdings kann hierfür auch eine konventionelle
Zündvorrichtung,
die für
solche chemischen Reaktoren üblich
ist, genutzt werden. Nach völliger
Durchwärmung
der Zone C kann nach und nach oder auch sofort auf die Reaktanden,
wie beispielsweise Chlor, Methan und Luft, umgestellt werden.
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Plötzliche
Lastschwankungen bis zu 50% der Nennlast, die in solchen Anlagen
auftreten können,
sind mit den beschriebenen Porenreaktoren ohne Schwierigkeiten zu
beherrschen.
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Das
Scale-Up für
technische Anlagen wird aufgrund der technischen Lehre für die Dimensionierung
von Porenreaktoren, insbesondere bei der im vorherigen beschriebenen,
adiabaten Prozessführung,
nach der unabhängig
von der Baugröße definierte
Strömungsbedingungen
in den Zonen A und C eingehalten werden müssen, überraschend einfach.
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Die
nachfolgend beschriebenen und für
chemischen Prozesse modifizierten Porenreaktoren sind Teile verfahrenstechnischer
Anlagen zur Erzeugung von Salzsäure
oder zur Nachverbrennung halogenhaltiger, vorzugsweise chlorhaltiger
Verbindungen.
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Eine
solche Anlage weist beispielsweise einen modifizierten Porenreaktor,
einen Wärmetauscher
für die
Kühlung
der Reaktionsprodukte bzw. zur Nutzung von deren Wärmeinhalt
und je nach Anlagetyp auch einen Absorber, Scrubber oder Abgaswäscher an Übergangsstücken zwischen
den Apparaten, Pumpen, Rohrleitungen und die üblichen Sicherheits-, Mess-
und Regeleinrichtungen auf. Aufgrund der Reaktionsführung und
der guten Durchmischung der Gase im Porenreaktor ist im Vergleich zum
Stand der Technik eine voluminöse
Brennkammer nicht erforderlich. Der Reaktor kann direkt an die nachfolgenden
Apparate, z. B. einen Wärmetauscher,
eine Quenche mit Absorber oder andere Apparate angeschlossen werden.
Nach Abkühlung
der aus dem Reaktor strömenden
Reaktionsprodukte in einem Wärmetauscher
oder nach einer Quenche wird ein Teilstrom des gekühlten Gases
bzw. Gasgemisches, wie oben beschrieben, wieder dem Reaktor zugeführt. Alternativ
dazu kann, wie beschrieben, auch ein anderes Gas, z. B. Wasserdampf,
zugesetzt werden.
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Je
nach Anforderungen an das Produkt können auch nur Teile der verfahrenstechnischen
Anlage benötigt
werden, z. B. Reaktor und Gaskühler
oder Reaktor und Quenche, je nachdem, ob das Produkt gasförmig oder
in Wasser gelöst
als Salzsäure
benötigt
wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
einer Anlage zur Erzeugung von Chlorwasserstoff benutzt als Wasserstofflieferant
Kohlenwasserstoffgase, z. B. Erdgas, Methan, Propan usw., Chlor
und Luft. Die Verbrennung erfolgt nach den stark vereinfacht dargestellten
Reaktionsgleichungen (1) und (2): CH4 + O2 + Cl2 → CO
+ 2HCl + H2O (1), CO + 1/2O2 → CO2 (2).
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Diese
Verbrennung ist in Anlagen gemäss Stand
der Technik schwierig zu führen,
da bei ungünstigen
Randbedingungen Russ entstehen kann, der die Anlage und die Säure verschmutzt.
Die beschriebenen, besonderen Eigenschaften des Porenreaktors ermöglichen
unerwarteterweise auch für diese
kritische Anwendung eine stabile, russfreie Verbrennung.
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Porenreaktoren
für die
Nachverbrennung von halogenhaltigen Abgasen oder verdampfbaren oder
gasförmigen,
halogenhaltigen, organischen Verbindungen werden, wie später anhand
von Ausführungsbeispielen
noch deutlicher wird, so ausgeführt, dass
Oxidationsmittel und Brenngas vorzugsweise vorgemischt in die Vormischkammer
eingeblasen werden. Durch die hohe Reaktionsenthalpie von Oxidationsmittel
und Brenngas wird in der Brennzone C eine stabile Stützflamme
erzeugt. Das nachzuverbrennende Gas oder Gasgemisch wird über ein
Einleitrohr in die Vormischkammer vorzugsweise über einen Tragrost vor der
Zone A des Porenreaktors eingeblasen und mit dem Brennstoff/Oxidationsmittelgemisch
gemischt. Zur Temperaturregelung des Nachverbrennungsprozesses verwendet
man vorzugsweise einen entsprechenden Überschuss des Oxidationsmittels,
insbesondere Luft. Zur Regelung der Temperatur in der Zone C des
Porenreaktors wird die Temperatur beispielsweise mittels Infrarotpyrometer gemessen
und das Signal für
die Oxidationsmittelregelung weiterverarbeitet. Die nachfolgenden
Einrichtungen bei Nachverbrennungen unterscheiden sich abhängig vom
Halogengehalt der Abgase von den oben beschriebenen Anlageteilen.
Bei kleinem Halogengehalt, bei dem die Gewinnung von Salzsäure nicht
im Vordergrund steht, wird im allgemeinen nur eine Quenche und ein
Wäscher
nachgeschaltet. Andere Begleitstoffe, z. B. Schwefelverbindungen
o. ä., können mit
den beschriebenen Einrichtungen ebenso einer schadlosen Beseitigung
unterzogen werden. Dies gilt grundsätzlich auch für halogenhaltige
oder schwefelhaltige verdampfbaren Reinstoffe oder Gemische. Da
die beschriebenen Nachverbrennungsanlagen mit Porenreaktor keine
Brennkammer im herkömmlichen
Sinn benötigen,
können
solche Anlagen sehr kompakt und kostengünstig ausgeführt werden.
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Aufgrund
der vorstehenden, detaillierten Ausführungen ergeben sich insbesondere
folgende bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung:
- – der
Brennraum weist mindestens zwei Zonen mit Material unterschiedlicher
Porengröße auf, zwischen
denen die Porengröße die kritische
Péclet-Zahl
ergibt;
- – das
Material mit zusammenhängenden
Hohlräumen
weist zumindest teilweise eine Schüttung von Körpern auf, wie sie für Festkörperschüttungen
oder geordnete Packungen bei thermischen Trennverfahren eingesetzt
werden, wie Kugeln oder Sattelkörper;
- – an
der Grenzfläche
für Zonen
unterschiedlicher Porosität
ist ein Gitter, wie ein Tragrost, vorgesehen, um einen Austrag der
Körper
aus einer Zone in die andere zu vermeiden, wobei das Gitter, insbesondere
der Tragrost, auch gekühlt
sein kann;
- – die
Brennkammer ist für
Flammenstabilität
bei Über-
und Unterdruck ausgelegt;
- – die
zugeführten
Produktgase werden alle oder nur zum Teil vorgewärmt, um nach Zumischung von
kühlenden
Dämpfen
wie z. B. Wasserdampf ein Auskondensieren in der Vormischkammer
vermeiden (auskondensierte Bestandteile würden den Reaktionserfolg erheblich
verschlechtern und zur Bildung von unerwünschten Nebenprodukte führen);
- – die
Vormischkammer wird nicht gekühlt,
sondern deren Wände
werden gezielt über
Taupunkttemperatur der Gasmischung gehalten, um so ein Auskondensieren
von Gasbestandteilen zu verhindern.
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Die
Brennkammer kann nun auch für
Flammenstabilität
bei Über-
oder Unterdruck ausgelegt werden, was im vorbekannten Stand der
Technik nur zu ungenügender
Flammenstabilität
geführt
hätte. Aufgrund
der Erfindung und ihrer Weiterbildungen steht aber ein wesentlich
größerer Druckbereich
zur Verfügung,
so dass eine entsprechende Auslegung für einen großen Druckbereich in einer dem
Fachmann geläufigen
Weise, insbesondere auch für Über- oder
Unterdruck, zu einer wesentlichen Erhöhung der Flammenstabilität führen kann.
Regelungen können
dabei weitgehend entfallen.
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Insbesondere
ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung eine Brennkammerisolierung
für eine
annähernd
adiabatische Verbrennungsführung
ohne Wandeffekte vorgesehen. Eine adiabatische Verbrennungsführung ist
insbesondere für
die Erhöhung
der Umsatzrate besonders vorteilhaft.
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Neben
der Verbrennung ist es auch möglich, Reaktionsprodukte
zu gewinnen, beispielsweise bei der Chlorwasserstoffgasverbrennung
zur Chlorwasserstoffsynthese. Dazu ist bei einer bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Einrichtung
zur Gewinnung oder Trennung von Reaktionsprodukten aus dem verbrannten Brennstoff/Oxidationsmittel
aufweist. Insbesondere für
die Chlorwasserstoffsynthese ist vorgesehen, dass die Vorrichtung
für eine
chlorhaltige Verbindung im Brennstoff sowie Methan im Oxidationsmittel
zum Verbrennen des Chlorwasserstoffs ausgelegt ist und dafür eine verfahrenstechnische
Einrichtung zur Gewinnung von Chlorwasserstoff oder Salzsäure hinter dem
Brennraum aufweist. Die genannte Auslegung ist dem Fachmann bekannt.
Insbesondere ist dabei anzumerken, dass die entsprechenden Sicherheitseinrichtungen
berücksichtigt
werden und die Materialien entsprechend korrosionsbeständig gegen
Chlor sind.
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Wie
vorstehend schon ausgeführt
wurde, ist die Erfindung nicht nur zum Verbrennen und zur Chlorwasserstoffsynthese
einsetzbar, sondern auch als Einrichtung zum Nachverbrennen von
Abgasen und dabei insbesondere zum Reinigen. So ist es beispielsweise
bei einigen in den in der nachfolgenden Beschreibung dargestellten
Ausführungsbeispielen möglich, Anteile
an chlorhaltigen, organischen Verbindungen problemlos nachzuverbrennen
und somit schadlos zu entsorgen.
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Weitere
Maßnahmen
und Besonderheiten bei der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung. Es zeigt:
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1 Teildarstellung
einer Porenreaktor-Anlage
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Für das folgende
Ausführungsbeispiel
wurde der vorstehend schon näher
erläuterte
Reaktor/Porenreaktor 1 ausgewählt, der gegenüber anderen
Reaktortypen, mit dem die Erfindung ausgebildet werden kann, besondere
Vorteile aufweist. Das wesentliche Merkmal bei der Erfindung besteht
darin, dass die Flamme durch Zufuhr eines zusätzlichen Gases zu dem Brennstoff/Oxidationsmittelgemisch
gekühlt wird,
was bei allen denkbaren Reaktortypen verwirklicht werden kann. Deshalb
ist die nachfolgende Beschreibung des Ausführungsbeispiels allein auf
Basis des Porenreaktors 1 nicht als Beschränkung zu
sehen.
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Eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Porenreaktors 1 ist
in 1 dargestellt. Das Gehäuse des Porenreaktors 1 besteht
aus einer dünnwandigen,
hochtemperaturfesten keramischen Innenauskleidung 8 aus
Oxidkeramik mit einer Dicke von 2 mm bis 50 mm, einem Graphitstützmantel 9 und
einem davon beabstandeten äußeren Stahlmantel 10.
Zwischen dem Graphitstützmantel 9 und
dem Stahlmantel 10 wird Kühlwasser geleitet, welches
am Stutzen 12 den Porenreaktor 1 verlässt. Weiter
sind die definierten Zonen A – 2,
die Zone B – 4 und
die Zone C – 3 gezeigt.
Die Zone C – 3 wirkt
dabei als Verbrennungszone, in der die Verbrennung stattfindet.
In der Zone A – 2 wird
durch entsprechende Dimensionierung ein Entflammen vermieden. Die
Verbrennungszone C – 3 ist
zu diesem Zweck mit Füllkörpern gefüllt, die
Zone A – 2 dagegen
mit Porenkörpern,
die als Flammsperre wirken. Die Zone A – 2 und die Zone C – 3 sind
durch die Zone B – 4 beabstandet.
An der Grenzfläche
zwischen der Zone B – 4 und der
Zone C – 3 erfolgt
die großflächige Temperaturüberwachung
durch Zugang eines Temperaturmessfühlers im Temperaturmessstutzen 6. Über die
Vormischkammer 5 wird das Gasgemisch von oben in den Porenreaktor 1 geleitet.
Die Umsetzung des Reaktionsgemisches erfolgt in der Zone C – 3,
die auf dem Tragrost 7 angeordnet ist und zusätzlich durch den
darunter angeordneten Wärmetauscher 11 gekühlt wird.
Die Wandtemperatur der Reaktionszone C – 3 wird durch einen
Wand-Temperaturfühler 13 überwacht.
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- 1
- Porenreaktor
- 2
- Zone
A
- 3
- Zone
C
- 4
- Zone
B
- 5
- Vormischkammer
- 6
- Stutzen
für Temperaturmessfühler/Temperaturüberwachungsvorrichtung
- 7
- Tragrost
- 8
- keramische
Innenauskleidung
- 9
- Graphitwandung/Graphitstützmantel
- 10
- Stahlaußenwandung/Stahlmantel
- 11
- Wärmetauscher
- 12
- Kühlmediumanschluss/Stutzen
- 13
- Wand-Temperaturmessfühler