DE102017204583A1 - Brennerkopf zur Anordnung im Kopf eines Vergasers zur Primäroxidation gasförmiger Vergasungsstoffe in Vergasern nach dem Prinzip der autothermen Reformierung (ATR) oder der nichtkatalytischen Partialoxidation (POX) - Google Patents

Brennerkopf zur Anordnung im Kopf eines Vergasers zur Primäroxidation gasförmiger Vergasungsstoffe in Vergasern nach dem Prinzip der autothermen Reformierung (ATR) oder der nichtkatalytischen Partialoxidation (POX) Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Brennerköpfe zur Anordnung im Kopf eines Vergasers zur Primäroxidation gasförmiger Vergasungsstoffe in Vergasern nach dem Prinzip der autothermen Reformierung oder der nichtkatalytischen Partialoxidation. Die Brennerköpfe sind bis zu größten Leistungseinheiten ökonomisch günstig bereitstellbar. Dazu ist ein erstes Rohr mit einem Zentralraum einer ersten Kammer zur Zuführung von Vergasungsmittel verbunden, wobei die Grundfläche des ersten Rohres kleiner als die Grundfläche der ersten Kammer ist. Das erste Rohr und die erste Kammer sind von einem zweiten Rohr und einer zweiten Kammer gleicher Geometrie unter Ausbildung eines Zwischenraumes zur Zuführung von Wasserdampf und/oder einem Schutzgas umgeben. Das zweite Rohr und die zweite Kammer sind von einem dritten Rohr und einer dritten Kammer gleicher Geometrie unter Ausbildung eines Außenraumes zur Zuführung von Vergasungsstoff umgeben. Weiterhin sind der Zentralraum über erste Düsen, der Zwischenraum über zweite Düsen und der Außenraum über dritte Düsen mit dem Reaktionsraum verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft Brennerköpfe zur Anordnung im Kopf eines Vergasers zur Primäroxidation gasförmiger Vergasungsstoffe in Vergasern nach dem Prinzip der autothermen Reformierung (ATR) oder der nichtkatalytischen Partialoxidation (POX), wobei der Brennerkopf wenigstens eine erste Zuführung mit ersten Düsen für Vergasungsmittel und eine zweite Zuführung für Vergasungsstoff aufweist und die Strahlen des Vergasungsmittels im Reaktionsraum des Vergasers Flammen des Vergasungsmittels ausbilden.
  • Gasförmiger Vergasungsstoff, wie zum Beispiel Erdgas oder Erdölbegleitgase, wird in Vergasungsreaktoren partiell oxidiert, in dem dieser mit Vergasungsmittel bei Temperaturen bis 1.500 °C und Drücken bis 100 bar chemisch umgesetzt wird. Beim nichtkatalytischen Prozess der Partialoxidation (POX-Modus), der bei Temperaturen bis 1.500 °C abläuft, werden als Vergasungsmittel hauptsächlich Sauerstoff und untergeordnet Wasserdampf eingesetzt. Demgegenüber ist beim katalytisch unterstützten Prozess des Autothermreformings (ATR-Modus), bei dem die partielle Oxidation bei nur ungefähr 1.200 °C durchgeführt wird, der Wasserdampfanteil stark erhöht. Die Produktgase der Partialoxidation, die sogenannten Vergasungsgase, werden entweder direkt weiterverwendet (nichtkatalytischer POX-Modus) oder katalytisch reformiert (ATR-Modus). Die Temperaturen beziehen sich auf die Produktgase am Austritt des Vergasungsreaktors (POX-Modus) oder dem Eintritt in den Kataysator (ATR-Modus).
  • Eine partielle Oxidation wird bekannterweise mit einem oder wenigen Diffusionsbrennern am Kopf des Vergasungsreaktors durchgeführt. Vor den Brennern bilden sich Brennerflammen mit Temperaturen weit über 2000°C aus, in denen sich die Reaktanten vermischen und chemisch umsetzen. Die Brennerflammen erzeugen eine starke axiale Rezirkulationsströmung gemäß dem Reaktorprinzip eines Rührkesselreaktors. Das Rührkesselprinzip hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen den Flammen und den inneren Umfassungswänden des Vergasungsreaktors ausreichend groß ist, so dass diese thermisch nicht überbeansprucht werden. Andererseits bilden sich im Vergasungsreaktor, und zwar außerhalb der Flammen, Zonen mit deutlich geringerem Reaktionsumsatz und Zonen, in denen der gasförmige Vergasungsstoff ohne schnellen Kontakt zu dem Vergasungsmittel verweilen (Totgebiete), aus. Es wird also nur ein kleiner Teil des Vergasungsraumes effektiv genutzt, das bedeutet der überwiegende Teil des Vergasungsraumes ist für den Reaktionsumsatz nicht erforderlich oder wie in den Totgebieten sogar schädlich, da dort Ruß gebildet wird. Die Baugröße der Vergasungsreaktoren beträgt das Mehrfache des reaktionstechnisch erforderlichen, so dass die Investitionskosten sehr hoch sind.
  • Die Brennerflammen werden im einfachsten Falle dadurch verbreitert, indem durch entsprechende Gestaltung der Austrittsöffnungen und Einbau von Drallvorrichtungen für den ausströmenden Vergasungsstoff und das ausströmende Vergasungsmittel diese verdrallt und tangential nach außen abströmen. Derartige Lösungen mit Drallvorrichtungen im Brennerzentralkanal und Brennerringkanal zur Verwirbelung und Aufweitung des Stromes des Vergasungsmittels und des Vergasungsstoffes sind beispielsweise durch die Druckschriften US 4,704,971 , DE 31 23 866 A1 , WO 01/081509 A , WO 02/42686 A1 , US 2004/0067461 A1 , WO 2005/017411 A1 , US 2007/0134608 A1 , US 7,267,809 B2 und WO 2011/095274 A2 bekannt.
  • Flächenhaft ausgebildete Brenner, sogenannte Brennerblöcke, mit mindestens drei Brennern sind beispielsweise aus den Druckschriften EP 1 182 181 A1 , DE 37 26 875 C2 und EP 1 717 295 B1 bekannt.
  • Die Druckschrift EP 1 182 181 A1 offenbart einen Vormisch-Brennerblock für partielle Oxidationsprozesse. Der Vorschlag ist für Vergasungsreaktoren, die bei hohen Drücken betrieben werden, nicht geeignet, da die geforderten, sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten am Austritt aus dem Brennerblock unter erhöhten Drücken nicht realisiert werden können. Des Weiteren ist der Brennerblock für Temperaturen im Vergaser von kleiner 1.400°C begrenzt. Diese Temperaturen werden in Vergasern in der Regel überschritten.
  • Die Druckschrift DE 37 26 875 C2 beinhaltet einen wassergekühlten Mehrdüsen-Brenner, bei dem die Reaktanten in Form des Vergasungsstoffes Erdgas und des exotherm reagierenden Vergasungsmittels, durch Kühlwasser führende Zwischenräume voneinander getrennt sind. Diese Lösung ist für die technische Ausführung von Vergasungsbrennern, die die hohe Vorwärmung des Vergasungsmittels bis ungefähr 400°C und des Vergasungsstoffes bis ungefähr 650°C erfordern, nicht geeignet. Durch die Kompaktheit der Bodenplatte würde diese aufgrund der hohen thermischen Spannungen schnell zerstört werden. Ebenso können die Längsdehnungen der nicht gekühlten Zuführungsrohre mechanisch nicht abgefangen werden.
  • Die Druckschrift EP 1 717 295 B1 beschreibt einen flächenhaften Vergasungsinjektor für Kohleslurry und Vergasungsmittel in Form von Sauerstoff. Die flächenhafte Verteilung des Vergasungsstoffes und die Zumischung von Sauerstoff an der gekühlten Frontplatte sind apparate- und betriebstechnisch extrem aufwändig. Es bestehen massive sicherheitstechnische Bedenken gegenüber einem mit Sauerstoff beaufschlagten Druckraum, bei dem es bei erhöhten Temperaturen (hot spots) zu Sauerstoffbränden mit den umgebenden drucktragenden metallischen Wänden kommen kann. Dies wäre beispielsweise der Fall, wenn eines der Slurry-Einspritzrohre im Durchfluss gestört ist und sich durch Rückzündung in den Sauerstoff-Druckraum hinein erwärmt. Eine aufwändige Temperaturüberwachung der gesamten Frontplatte im Sauerstoff-Druckraum ist unumgänglich.
  • In der Druckschrift CN 202 080 879 U wird ein Brenner vorgeschlagen, bei dem der Vergasungssauerstoff nicht in einer zentralen Rohrdüse, sondern in einer Ringdüse, die von gekühlten Wänden umgeben ist, in den Vergasungsreaktor eingedüst wird. Die Ringdüse für Sauerstoff ist von einer Ringdüse für Vergasungsstoff umgeben. Die konzentrische Ringanordnung ermöglicht jedoch nur eine geringe Verbreiterung der Brennerflamme, da bei einer größeren Ausdehnung der Brennerringe die gleichmäßige Verteilung der Reaktanten über den Ringquerschnitt nicht mehr gewährleistet ist und bei einer stärkeren Ausdehnung der Brennerringe sich die Zirkulationsströmung von außen nach innen verlegen würde. Der um die Sauerstoff-Ringdüse außen herum austretende Vergasungsstoff strömt in einer geringeren Strahlstärke in den Reaktionsraum. Dies führt zu einer stärkeren Verdünnung des Vergasungsstoffes durch Einmischung der umgebenden Produktgase, wodurch sich die Reaktionsraten mit Sauerstoff verringern und der Methanschlupf steigt.
  • Zum Ausfüllen des Vergaserquerschnitts mit Brennerflammen sind Brennerplatten mit mehreren Brennern bekannt. Derartige Lösungen sind beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2014 211 755 A1 als Vergaserkopf und Verfahren für die Partialoxidation von gasförmigem und flüssigem Vergasungsstoff und in der Druckschrift DE 10 2014 211 757 A1 als Brennervorrichtung für die Partialoxidation von gasförmigem Vergasungsstoff beschrieben. Die Anordnungen der Brenner am Brennerkopf und damit die Verteilung des Vergasungsmittels und des Vergasungsstoffes soll zu einer überwiegenden Kolbenströmung im Vergaserinnenraum führen. Bei den Brennern besteht jedoch die Möglichkeit, dass sich die Rezirkulationsströmungen nunmehr um die getrennt stehenden Brennerflammen herum ausbilden, die die gewünschte Kolbenströmung beeinträchtigen und das Prinzip des Rührkesselreaktors auf kleinere Skalen hin verlagert wird. Hinter jeder Brennerflamme kann sich eine eigene Wirbelstrecke mit geringer Quervermischung zur Umgebung ausprägen.
  • Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brennerkopf für einen Brenner für einen nach dem POX- oder ATR-Prinzip arbeitenden Vergaser bis zu größten Leistungseinheiten ökonomisch günstig bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
  • Die Brennerköpfe zur Anordnung im Kopf eines Vergasers zur Primäroxidation gasförmiger Vergasungsstoffe in Vergasern nach dem Prinzip der autothermen Reformierung (ATR) oder der nichtkatalytischen Partialoxidation (POX), wobei der Brennerkopf wenigstens eine erste Zuführung mit ersten Düsen für Vergasungsmittel und eine zweite Zuführung für Vergasungsstoff aufweist und die Strahlen des Vergasungsmittels im Reaktionsraum des Vergasers Flammen des Vergasungsmittels ausbilden, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Brennerköpfe bis zu größten Leistungseinheiten ökonomisch günstig bereitstellbar sind.
  • Dazu ist ein erstes Rohr mit einem ersten Raum in Form einer Kugelkappe, einer Ellipsoidkappe oder einer zylinderförmigen Kammer als Zentralraum einer ersten Kammer zur Zuführung von Vergasungsmittel verbunden, wobei die Grundfläche des ersten Rohres kleiner als die Grundfläche der ersten Kammer ist und die Wölbung der Kugelkappe oder Ellipsoidkappe in Richtung Reaktionsraum weist. Das erste Rohr und die erste Kammer sind von einem zweiten Rohr und einer zweiten Kammer gleicher Geometrie unter Ausbildung eines Zwischenraumes zur Zuführung von Wasserdampf und/oder einem Schutzgas umgeben. Das zweite Rohr und die zweite Kammer sind von einem dritten Rohr und einer dritten Kammer gleicher Geometrie unter Ausbildung eines Außenraumes zur Zuführung von Vergasungsstoff umgeben. Weiterhin sind der Zentralraum über erste Düsen, der Zwischenraum über zweite Düsen und der Außenraum über dritte Düsen mit dem Reaktionsraum verbunden, wobei sich die erste Düse für Vergasungsmittel in der zweiten Düse unter Ausbildung einer ersten Ringspaltdüse für Wasserdampf und/oder Schutzgas und die dritte Düse in der zweiten Düse unter Ausbildung einer zweiten Ringspaltdüse für Vergasungsstoff befinden und die Düsen so angeordnet sind, dass die sich ausbildenden Flammen des Vergasungsmittels einen kreiskegelförmigen Raum im Reaktionsraum sind.
  • Damit wird vorteilhafterweise ein kegelförmiger, geschlossener und dreidimensionaler Flammenraum im Reaktionsraum geschaffen. Die partielle Oxidation des gasförmigen Vergasungsstoffs erfolgt auf einfache und rußarme Art und Weise mit der Möglichkeit der Steigerung der Leistung des Vergasungsreaktors bezogen auf den Querschnitt des Reaktorinnenraums (Leistungsdichte). Weiterhin wird eine Senkung der Gasverweilzeit ermöglicht.
  • Außerhalb des Flammenraums im Reaktionsraum und der sich nach unten hin erweiternden Kernströmung bildet sich eine Rezirkulationszone aus, die so gestaltet werden kann, dass „heiße“ oder „kalte“ Produktgase in den Flammenraum eingemischt werden.
  • Die vom Flammenraum sich nach unten hin fortsetzende Kernströmung im zylindrischen Teil des Reaktorinnenraums ist näherungsweise eine Kolbenströmung, die sich nach unten hin erweitert und sich spätestens am unteren Ende des Reaktorinnenraums vor dem Gasaustritt an die Wand des Reaktorinnenraums anlehnt und dieser folgt. Zwischen der Kernströmung und der Wand wird eine ringförmige Rezirkulationszone ausgebildet. In der Rezirkulationszone strömen die „kälteren“ Produktgase entgegen der Kernströmung nach oben und mischen sich in diese und in den Flammenraum ein. Die Rezirkulationszone kann in ihrer Länge variiert werden. Vereinfacht kann sie durch das Verhältnis der Querschnittsflächen der größten Querschnittsausdehnung des Flammenraums zum Querschnitt des Reaktorraums und der Länge des Flammenraums bestimmt werden. Wenn sich die Kernströmung an die Wand anlehnt, wenn sie noch sehr heiß ist, wird die Rezirkulationszone heiße Gase in den Flammenraum zurückvermischen, der Flammenraum ist sehr heiß. Im anderen Fall wird sich die Kernströmung erst dann an die Wand anlehnen, wenn sie durch endotherme Reaktionen weiter abgekühlt ist. Eine solche lange Rezirkulationszone wird dann angewendet, wenn die sehr hohen Maximaltemperaturen bei der Partialoxidation heizwertreicher, höherer Kohlenwasserstoffe moderiert werden sollen.
  • Es werden so viele Düsenflammen erzeugt und entsprechend ausgerichtet, dass sich spätestens am unteren Ende des Flammen-Reaktionsraums eine Flammenfront ausbildet. Diese Flammenfront besteht zu mindesten 30% des Querschnitts des Flammenraums aus Düsenflammen, die sich mit einem Abstand von wenigen Zentimetern bis ungefähr einem Dezimeter nahe kommen und sich im Extremfall berühren oder überlagern. Die Flammenausrichtung kann vorteilhafterweise einer sich nach oben hin konisch vejüngenden Kontur des Reaktorraums folgen, indem im verjüngten Vergaserkopf ein kleiner Düsenkopf angeordnet ist, von dem aus die Düsenflammen strahlenförmig vertikal nach unten und seitlich nach außen gerichtet eine sich nach unten verbreiternde Zentralströmung im Konus bewirken. Damit wird das Prinzip der eingeengten Diffusionsflammen mit überwiegender Kolbenströmung über den Querschnitt des Flammenraums auch für große Vergaserleistungen realisiert. Auf diese Weise kann im POX-Modus eine auf den Reaktorquerschnitt bezogene spezifische Leitung von beispielsweise 650 MWth/m2 und mehr erreicht werden.
  • Die dem Konusprofil folgende Geometrie des Flammenraumes hat den Vorteil, dass es bei einer abweichungsbedingten, zu starken Annäherung einer oder mehrerer Düsenflammen an die keramische Innenwand nicht zu einer zu starken Wärmebelastung des äußeren Druckmantels des Vergasers kommt, da die Wandstärke der keramischen Ausmauerung stärker als im zylindrischen Teil des Reaktionsraums ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 angegeben.
  • Der Zentralraum, der Zwischenraum und der Außenraum sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 der Düsenkopf des Brennerkopfs.
  • Der Endenbereiche der dritten Düse ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 in einer Isolierschicht auf der in Richtung Reaktionsraum weisenden Oberfläche der dritten Kammer angeordnet. Der Brennerkopf weist damit eine Schutzschicht auf.
  • Die Isolierschicht besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 die Form einer Scheibe, einer Kugelkappe oder einer Ellipsoidkappe.
  • Zwischen dem zweiten Rohr und dem dritten Rohr sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ein viertes Rohr und zwischen der zweiten Kammer und der dritten Kammer eine mit dem vierten Rohr verbundene vierte Kammer so angeordnet, dass sich zwischen dem Zentralraum und dem Außenraum der Zwischenraum als ein erster Zwischenraum und ein zweiter Zwischenraum befinden. Der zweite Zwischenraum ist ein Raum für ein Kühlmittel.
  • Im zweiten Zwischenraum ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 wenigstens eine Zwischenwand so angeordnet, dass die Zwischenwand das vierte Rohr und den zweiten Zwischenraum in zwei miteinander verbundene Kühlräume zur Zuführung und Abführung von Kühlmittel teilt.
  • Die Düse ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 ein Brenner mit Schutzgas als Schleiergas zwischen Vergasungsmittel und Vergasungsstoff am Austritt der Düse.
  • Die Düse ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 ein Brenner mit Wasserdampf als ein Kühlmittel zwischen Vergasungsmittel und Vergasungsstoff am Austritt der Düse.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Brennerkopf mit einer Kugelkappe als Düsenkopf zur Anordnung im Kopf eines Vergasers in einer Schnittdarstellung und
    • 2 ein Brennerkopf mit einem zylinderförmigen Düsenkopf zur Anordnung im Kopf eines Vergasers in einer Schnittdarstellung.
  • Ein Brennerkopf 1 zur Anordnung im Kopf eines Vergasers zur Primäroxidation gasförmiger Vergasungsstoffe 3 in Vergasern nach dem Prinzip der autothermen Reformierung (ATR) oder der nichtkatalytischen Partialoxidation (POX), wobei der Brennerkopf 1 wenigstens eine erste Zuführung 4 mit ersten Düsen 7 für Vergasungsmittel 2 und eine zweite Zuführung 5 für Vergasungsstoff 3 aufweist und die Strahlen des Vergasungsmittels 2 im Reaktionsraum 6 des Vergasers Flammen des Vergasungsmittels 2 ausbilden, besteht im Wesentlichen aus einem ersten Rohr 8 mit einer ersten Kammer als Zentralraum 9, einem zweiten Rohr 10 mit einer zweiten Kammer als Zwischenraum 11, einem dritten Rohr 12 mit einer dritten Kammer als Außenraum 13, ersten Düsen 7 für Vergasungsmittel 2, zweiten Düsen 14 für Wasserdampf 17 und/oder Schutzgas und dritten Düsen 15 für Vergasungsstoff 3.
  • Die 1 zeigt einen Brennerkopf 1 mit einer Kugelkappe als Düsenkopf 16 zur Anordnung im Kopf eines Vergasers in einer prinzipiellen Schnittdarstellung.
  • Das erste Rohr 8 ist mit einem ersten Raum in Form einer Kugelkappe als Zentralraum 9 einer ersten Kammer zur Zuführung von Vergasungsmittel 2 verbunden. Die Grundfläche des ersten Rohres 8 ist kleiner als die Grundfläche der ersten Kammer. Die Wölbung der Kugelkappe weist in Richtung Reaktionsraum 6 des Vergasers. Das erste Rohr 8 und die erste Kammer sind von einem zweiten Rohr 10 und einer zweiten Kammer gleicher Geometrie unter Ausbildung eines Zwischenraumes 11 zur Zuführung von Wasserdampf 17 und/oder einem Schutzgas umgeben. Das zweite Rohr 10 und die zweite Kammer sind von einem dritten Rohr 12 und einer dritten Kammer gleicher Geometrie unter Ausbildung eines Außenraumes 13 zur Zuführung von Vergasungsstoff 3 umgeben. Weiterhin sind der Zentralraum 9 über erste Düsen 7, der Zwischenraum 11 über zweite Düsen 14 und der Außenraum 13 über dritte Düsen 15 mit dem Reaktionsraum 6 verbunden. Die erste Düse 7 durchdringt die zweite Kammer und die dritte Kammer. Die zweite Düse 14 durchdringt die dritte Kammer. Weiterhin befinden sich die erste Düse 7 für Vergasungsmittel 2 in der zweiten Düse 14 für Wasserdampf 17 und/oder Schutzgas unter Ausbildung einer ersten Ringspaltdüse für Wasserdampf 17 und/oder Schutzgas und die zweite Düse 14 in der dritten Düse 15 unter Ausbildung einer zweiten Ringspaltdüse für Vergasungsstoff 3. Die Düsen 7, 14, 15 sind darüber hinaus so angeordnet, dass die sich ausbildenden Flammen des Vergasungsmittels 2 einen kreiskegelförmigen Raum im Reaktionsraum 6 ausbilden. Die 1 zeigt hier beispielhaft 2 Düsen 7, 14, 15. Die Kammern sind der Düsenkopf 16 des Brennerkopfs 1. Die Düsen 7, 14, 15 enden in einer Ebene. Weiterhin können die Endenbereiche der dritten Düsen 15 in einer Isolierschicht 18 auf der in Richtung Reaktionsraum 6 weisenden Oberfläche der dritten Kammer angeordnet sein.
  • Damit sind die Düsen 7, 14, 15 entweder ein Brenner mit Schutzgas als Schleiergas zwischen Vergasungsmittel 2 und Vergasungsstoff 3 am Austritt der Düsen 7, 14, 15 oder ein Brenner mit Wasserdampf 17 als ein Kühlmittel zwischen Vergasungsmittel 2 und Vergasungsstoff 3 am Austritt der Düsen 7, 14, 15.
  • In einer Ausführungsform kann zwischen dem zweiten Rohr 10 und dem dritten Rohr 12 ein viertes Rohr und zwischen der zweiten Kammer und der dritten Kammer eine mit dem vierten Rohr verbundene vierte Kammer angeordnet sein. Dadurch befinden sich zwischen dem Zentralraum 9 und dem Außenraum 13 der Zwischenraum 11 als ein erster Zwischenraum und ein zweiter Zwischenraum, wobei der zweite Zwischenraum ein Raum für ein Kühlmittel ist. Durch wenigstens eine Zwischenwand im zweiten Zwischenraum ist das vierte Rohr und der zweite Zwischenraum in zwei miteinander verbundene Kühlräume zur Zuführung und Abführung von Kühlmittel geteilt.
  • Die 2 zeigt einen Brennerkopf 1 mit einem zylinderförmigen Düsenkopf 16 zur Anordnung im Kopf eines Vergasers in einer prinzipiellen Schnittdarstellung.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die Kammern jeweils als Zylinder mit einem Boden und einer Deckplatte ausgebildet sein. Der Zentralraum 9 ist damit ein Zylinder. Der Außenraum 13 und der Zwischenraum 11 oder die Zwischenräume sind Hohlzylinder. Die Rohre 8, 10, 12 enden jeweils in den Deckplatten der Kammern. Weiterhin kann die den Außenraum 13 bildende dritte Kammer eine Isolierschicht 18 in Form einer Kugelkappe besitzen, in welcherdie Endenbereiche der dritten Düsen 15 angeordnet sind.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennerkopf
    2
    Vergasungsmittel
    3
    Vergasungsstoff
    4
    erste Zuführung Vergasungsmittel
    5
    zweite Zuführung Vergasungsstoff
    6
    Reaktionsraum
    7
    erste Düse Vergasungsmittel
    8
    erstes Rohr Vergasungsmittel
    9
    Zentralraum Vergasungsmittel
    10
    zweites Rohr
    11
    Zwischenraum
    12
    drittes Rohr Vergasungsstoff
    13
    Außenraum Vergasungsstoff
    14
    zweiten Düse Wasserdampf
    15
    dritte Düse Vergasungsstoff
    16
    Düsenkopf
    17
    Wasserdampf
    18
    Isolierschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 4704971 [0004]
    • DE 3123866 A1 [0004]
    • WO 01/081509 A [0004]
    • WO 0242686 A1 [0004]
    • US 2004/0067461 A1 [0004]
    • WO 2005/017411 A1 [0004]
    • US 2007/0134608 A1 [0004]
    • US 7267809 B2 [0004]
    • WO 2011/095274 A2 [0004]
    • EP 1182181 A1 [0005, 0006]
    • DE 3726875 C2 [0005, 0007]
    • EP 1717295 B1 [0005, 0008]
    • CN 202080879 U [0009]
    • DE 102014211755 A1 [0010]
    • DE 102014211757 A1 [0010]

Claims (8)

  1. Brennerkopf (1) zur Anordnung im Kopf eines Vergasers zur Primäroxidation gasförmiger Vergasungsstoffe (3) in Vergasern nach dem Prinzip der autothermen Reformierung (ATR) oder der nichtkatalytischen Partialoxidation (POX), wobei der Brennerkopf (1) wenigstens eine erste Zuführung (4) mit ersten Düsen (7) für Vergasungsmittel (2) und eine zweite Zuführung (5) mit dritten Düsen (15) für Vergasungsstoff (3) aufweist und die Strahlen des Vergasungsmittels (2) im Reaktionsraum (6) des Vergasers Flammen des Vergasungsmittels (2) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, - dass ein erstes Rohr (8) mit einem ersten Raum in Form einer Kugelkappe, einer Ellipsoidkappe oder einer zylinderförmigen ersten Kammer als Zentralraum (9) zur Zuführung von Vergasungsmittel (2) verbunden ist, wobei die Grundfläche des ersten Rohres (8) kleiner als die Grundfläche der ersten Kammer ist und die Wölbung der Kugelkappe oder Ellipsoidkappe in Richtung Reaktionsraum (6) weist, - dass das erste Rohr (8) und die erste Kammer von einem zweiten Rohr (10) und einer zweiten Kammer gleicher Geometrie unter Ausbildung eines Zwischenraumes (11) zur Zuführung von Wasserdampf (17) und/oder einem Schutzgas umgeben sind, - dass das zweite Rohr (10) und die zweite Kammer von einem dritten Rohr (12) und einer dritten Kammer gleicher Geometrie unter Ausbildung eines Außenraumes (13) zur Zuführung von Vergasungsstoff (3) umgeben sind, - dass der Zentralraum (9) über erste Düsen (7), der Zwischenraum (11) über zweite Düsen (14) und der Außenraum (13) über dritte Düsen (15) mit dem Reaktionsraum (6) verbunden sind, wobei sich die erste Düse (7) für Vergasungsmittel (2) in der zweiten Düse (14) unter Ausbildung einer ersten Ringspaltdüse für Wasserdampf (17) und/oder Schutzgas und die zweite Düse (14) in der dritten Düse (15) für Vergasungsstoff (3) unter Ausbildung einer zweiten Ringspaltdüse für Vergasungsstoff (3) befinden und die Düsen (7, 14, 15) so angeordnet sind, und - dass die sich ausbildenden Flammen des Vergasungsmittels (2) einen kreiskegelförmiger Raum im Reaktionsraum (6) ausbilden.
  2. Brennerkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralraum (9), der Zwischenraum (11) und der Außenraum (13) der Düsenkopf (16) des Brennerkopfs (1) sind.
  3. Brennerkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endenbereich der dritten Düse (15) in einer Isolierschicht (18) auf der in Richtung Reaktionsraum (6) weisenden Oberfläche der dritten Kammer angeordnet ist.
  4. Brennerkopf nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die Isolierschicht (18) die Form einer Scheibe, einer Kugelkappe oder einer Ellipsoidkappe besitzt.
  5. Brennerkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Rohr (10) und dem dritten Rohr (12) ein viertes Rohr und zwischen der zweiten Kammer und der dritten Kammer eine mit dem vierten Rohr verbundene vierte Kammer so angeordnet sind, dass sich zwischen dem Zentralraum (9) und dem Außenraum (13) der Zwischenraum als ein erster Zwischenraum und ein zweiter Zwischenraum befinden und dass der zweite Zwischenraum ein Raum für ein Kühlmittel ist.
  6. Brennerkopf nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Zwischenraum wenigstens eine Zwischenwand so angeordnet ist, dass die Zwischenwand das vierte Rohr und den zweiten Zwischenraum in zwei miteinander verbundene Kühlräume zur Zuführung und Abführung von Kühlmittel teilt.
  7. Brennerkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (7, 14, 15) ein Brenner mit Schutzgas als Schleiergas zwischen Vergasungsmittel (2) und Vergasungsstoff (3) am Austritt der Düsen (7, 14, 15) ist.
  8. Brennerkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (7, 14, 15) ein Brenner mit Wasserdampf (17) als ein Kühlmittel zwischen Vergasungsmittel (2) und Vergasungsstoff (3) am Austritt der Düsen (7, 14, 15) ist.
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