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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aktivruß Die Erfindung
betrifft die Herstellung von Aktivruß aus Kohlenwasserstoffen, bei der diese Kohlenwasserstoffe
in einem Strom heißer Flammengase bei einer Temperatur dispergiert werden, die über
der Zersetzungstemperatur der Kohlenwasserstoffe liegt, so daß die Kohlenwasserstoffe
durch die von den heißen Gasen aufgenommene Wärme unter Bildung einer gasförmigen
Suspension von Aktivruß zersetzt werden. .
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Die Erfindung wird besonders auf solche Verfahren angewendet, bei
denen der für die Zersetzung vorgesehene Kohlenwasserstoff in den getrennt davon
erzeugten, durch ein längeres, wärmeisoliertes Reaktionsgefäß hindurchtretenden
Strom heißer Flammengase unter hohem Druck direkt hineingesprüht und dadurch mit
ihm praktisch sofort vermischt wird.
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Verfahren dieser allgemeinen Art sind früher schon vorgeschlagen worden.
So ist z. B. schon ein Verfahren bekannt, bei dem der Strom der Flammengase dadurch
erzeugt wird, daß ein brennbares Gemisch aus einem Kohlenwasserstoff als Brennmaterial
und einem Sauerstoff enthaltenden Gas (Luft) mit hoher Geschwindigkeit auf einer
Seite in ein Reaktionsgefäß von zylindrischem Querschnitt tangential zur inneren
zylindrischen Wand des Gefäßes eingeführt wird und das Gemisch bei seinem Eintritt
in das Gefäß unter Bildung heißer Flammengase verbrennt, die auf ihrer spiralförmigen
Bahn durch die Länge des Reaktionsgefäßes mit hoher Geschwindigkeit herumgewirbelt
werden, und bei dem der zu zersetzende Kohlenwasserstoff praktisch radial in das
Gefäß eingespritzt wird, und zwar hinter der Zone, in die das brennbare Gemisch
eingeführt wird.
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Die Erfindung betrifft nun Verbesserungen für Verfahren dieser allgemeinen
Art.
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Um genügend rasche Wärmeentwicklung herbeizuführen und um Flammengase
geeigneter Temperatur und in ausreichender Menge zu erzeugen, so daß der gebildete
wirbelnde Gasstrom die gewünschte Geschwindigkeit erhält, ist es notwendig, das
brennbare Gemisch in das Reaktionsgefäß mit außerordentlich hoher Geschwindigkeit
ein- und die Verbrennung mit sehr hoher Geschwindigkeit durchzuführen. Sofern der
als Brennstoff dienende Kohlenwasserstoff im gasförmigen Zustand eingeführt ,wird,
läßt sich dies im allgemeinen in zufriedenstellender Weise erreichen; dies bedingt
j edoch gewisse unerwünschte Einschränkungen bezüglich der Arbeits- und Beschikkungsbedingungen.
Wenn versucht wird, flüssige Brennstoffe durch Versprühen in das Reaktionsgefäß
einzuführen, treten diese Schwierigkeiten in verstärktem Maße auf, wobei durch die
Bildung von Koks und dessen Ablagerung auf den Wänden des Reaktionsgefäßes weitere
ernst zu nehmende Schwierigkeiten hinzukommen.
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Unter den gegenwärtigen Bedingungen stehen gasförmige Brennstoffe,
wie z. B. Erdgas, oder flüssige Brennstoffe, die leicht verdampft werden können,
oft nicht hinreichend preisgünstig zur Verfügung, so daß die Verwendung schwererer
flüssiger Brennstoffe, z. B. schwerer Petroleumrückstände, zunehmend dringlicher
erscheint.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren der beschriebenen Art,
das die Verwendung derartiger flüssiger Brennstoffe erlaubt, ohne daß sich auf den
Wänden des Reaktionsgefäßes Koks ablagert und ohne daß dadurch die Ausbeute und
die Qualität des erzeugten Aktivraßes vermindert werden, sowie eine zur Durchführung
des neuen Verfahrens geeignete Vorrichtung.
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Gemäß der Erfindung werden die heißen Flammengase für sich außerhalb
des Reaktionsgefäßes erzeugt und mit hoher Geschwindigkeit praktisch tangential
zur Innenwand an einem Ende in das Reaktionsgefäß eingeführt, wodurch der bereits
beschriebene wirbelnde Strom heißer Gase zustande kommt. Die Temperatur, das Volumen,
die Zusammensetzung und die Geschwindigkeiten der so dem Reaktionsgefäß zugeführten
heißen Gase werden genauestens kontrolliert und so einreguliert, daß im Reaktionsgefäß
selbst optimale Reaktionsbedingungen herrschen.
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Beim Arbeiten in dieser Weise, wobei also die zu zersetzenden Kohlenwasserstoffströme
direkt in den wirbelnden Strom der heißen Gase eingespritzt «erden, so daß sie rasch
zerteilt und mit den heißen Gasen vermischt werden, wurde gefunden, daß es besonders
vorteilhaft ist, wenn die Verbrennung des Heizmaterials praktisch vollständig
geworden
ist, bevor die heißen Gase in Berührung mit dem zu zersetzenden Kohlenwasserstoff
kommen. Auch die Ausbeute wird erhöht, was offenbar durch die bessere Kontrolle
von zu Verlusten führenden Nebenreaktionen verursacht wird. Gemäß der Erfindung
wird eine derartige, praktisch vollständige Verbrennung unabhängig von den anderen
Arbeitsbedingungen erreicht, wodurch eine bessere Lenkung des Verfahrens ermöglicht
wird. Um die heißen Gase dem Reaktionsgefäß mit einer zur Erzeugung der notwendigen
Wirbel beim Eintritt in das Reaktionsgefäß ausreichend hohen Geschwindigkeit zuzuführen,
werden diese Gase in einer oder mehreren längeren Verbrennungskammern von verhältnismäßig
kleinem Querschnitt, z. B. mit einem Durchmesser, der ein Viertel ihrer Länge nicht
übersteigt, dadurch erzeugt, daß das als Brennstoff dienende Öl als Sprühnebel
und ein Sauerstoff enthaltendes Gas, z. B. Luft, am äußeren Ende der Verbrennungskammer
eingeführt werden. Bei derartigen Verbrennungsbedingungen und besonders bei Verwendung
eines schweren Petroleumrückstandes als Brennstoff beobachtet man normalerweise
eine rasche Koksabscheidung auf der Innenwand der Verbrennungskammer, wodurch der
Arbeitsgang unterbrochen wird.
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Mit der Erfindung ist im wesentlichen beabsichtigt, mit Hilfe geeigneter
Mittel und Wege eine derartige Koksabscheidung zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht,
daß der Sprühnebel des Heizöls axial in die Verbrennungskammer eingeblasen und zugleich
in ihr verteilt wird, während entlang deren Seitenwänden eine spiralig strömende
Schutzschicht aus Sauerstoff enthaltendem Gas erzeugt wird. Vorteilhafterweise wird
also am äußeren Ende der Verbrennungskammer eine Schutzschicht von Luft eingeblasen,
die unmittelbar an den Ölnebel grenzt und diesen umhüllt, so wie es weiter unten
ausführlich beschrieben wird.
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Für eine derartige Erzeugung der heißen Verbrennungsgase ist die verbesserte
Vorrichtung, wie bereits bemerkt, mit einer oder mehreren längeren Verbrennungskammern
versehen. Diese Kammern münden praktisch tangential in der Nähe der Eingangsseite
in die Reaktionskammer. Die Längsachsen dieser Verbrennungskammern liegen in einer
Ebene senkrecht zur Längsachse des Reaktionsgefäßes. Diese Kammern sind auf ihrer
ganzen Länge von praktisch gleichem Querschnitt, nur an ihren äußeren Enden sind
sie etwas erweitert, um Raum für das tangentiale Einblasen der Luftströme zu gewinnen.
Die inneren Enden dieser Verbrennungskammern stehen in direkter, unbehinderter Verbindung
mit dem Reaktionsgefäß. Die äußeren Enden der Kammern sind verschlossen. Das erweiterte
äußere Ende jeder Verbrennungskammer ist mit einer oder mehreren Luftzuführungen
versehen, die so angeordnet sind, daß die Luft praktisch tangential zur Innenwand
des erweiterten Bereiches in die Verbrennungskammern eintritt. Jede Verbrennungskammer
ist am äußeren Ende mit einer axial angeordneten Heizölzuführung versehen, die in
der verbreiterten Zone der Kammer mit einer Zerstäuberdüse, vorteilhafterweise in
der Ebene der tangentialen Luftzuführungen, endet und die geeignet ist, das Heizöl
in äußerst feinen Tröpfchen einzusprühen. Die Zerstäuberdüse ist vorteilhafterweise
von einer ringförmigen, koaxial angeordneten Luftzuführung umgeben.
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Der zu Aktivruß zu ersetzende Kohlenwasserstoff wird in einem auf
die Zone, in die die heißen Flammengase eingeführt werden, folgenden Abschnitt radial
in das Reaktionsgefäß eingesprüht. Der Abschnitt, in dem dieser Kohlenwasserstoff
eingeführt wird, und der darauffolgende Teil des Reaktionsgefäßes sollten von praktisch
gleichmäßigem Querschnitt und praktisch glatt sein. Die Zone des Gefäßes, in die
die heißen Verbrennungsgase eintreten, besitzt vorteilhafterweise einen wesentlich
größeren Durchmesser, um das Abströmen der heißen Verbrennungsgase aus den Verbrennungskammern
in das Reaktionsgefäß zu erleichtern.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen weiter beschrieben und erläutert.
Diese stellen in der üblichen, etwas schematischen Weise die bevorzugte Ausführungsform
der zur Durchführung des Verfahrens angewendeten Vorrichtung dar. Es zeigt Fig.
1 einen Längsschnitt der Vorrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt in der Ebene 2-2
der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt in der Ebene 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 einen Querschnitt
in der Ebene 4-4 der Fig. 1 und Fig. 5, zur besseren Verdeutlichung etwas vergrößert,
den Längsschnitt einer Einspritzvorrichtung für den zu zersetzenden Kohlenwasserstoff,
wie sie mit Vorteil angewendet wird.
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In Fig. 1 ist der längere, zylindrische Reaktionsraum mit 1 bezeichnet;
er wird durch die hochschmelzende Ofenausfütterung 2 gebildet, die von mehreren
Schichten wärmeisolierenden Materials 3, 4 und 5 umgeben ist. Das Ganze befindet
sich in einem Metallgehäuse 6. Das auf der rechten Seite der Zeichnung befindliche
Ende des Reaktionsraumes führt zu denüblichen Kühl-, Abscheidungs-und Sammelvorrichtungen,
die hier nicht näher zu beschreiben sind. Das entgegen der Strömungsrichtung gelegene
Ende des Reaktionsgefäßes ist durch die hochschmelzenden und wärmeisolierenden Wände
7 und 8 abgeschlossen. Auf der äußeren Seite dieser Verschlußwand befindet sich
der Kühlwassermantel 9. Der Stutzen 10, der axial durch die Verschlußwand
hindurchführt, erlaubt die Beobachtung der im Reaktionsgefäß sich abspielenden Vorgänge.
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Das äußere, entgegen der Strömungsrichtung gelegene Ende des Reaktionsraumes
besitzt einen bedeutend größeren Durchmesser, wie bei 11 zu erkennen ist. Dadurch
wird ein Raum geschaffen, in dem Überreste brennbaren Materials, die in den hier
eintretenden Verbrennungsgasen noch enthalten sein könnten, auch noch verbrennen
können. In der Strömungsrichtung etwas weiter sind mehrere radial angeordnete Einspritzvorrichtungen
für den zu zersetzenden Kohlenwasserstoff in symmetrischer Verteilung angebracht,
wie aus den Fig. 4 und 5 genauer zu ersehen ist.
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Die gesondert erzeugten heißen Verbrennungsgase werden in der erweiterten
Zone des Reaktionsgefäßes im wesentlichen tangential zu deren Innenwänden eingeblasen,
wie bei 13 zu erkennen ist. Der Teil der Vorrichtung, in dem diese heißen Gase gebildet
werden, ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt.
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In Fig.2 sind zwei symmetrisch angeordnete Verbrennungskammern mit
14 bezeichnet; sie münden bei 13 tangential in die erweiterte Zone 11 des Reaktionsgefäßes.
Jede dieser Verbrennungskammern ist an ihrem äußeren Ende etwas erweitert, wie bei
15 zu erkennen ist. Dieser erweiterte Raum 15 wird nach außen durch die Wand 16
aus hochschmelzendem Material abgeschlossen.
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In dem in Fig. 2 dargestellten Vorrichtungsteil wird das Heizöl unter
Druck und vorteilhafterweise etwas vorgewärmt, um es dünnflüssiger und damit für
das Versprühen geeigneter zu machen, durch das Rohr 17 der Mischkammer 18 zugeführt,
in der es mit einem Hilfsgas, z. B. Luft oder Wasserdampf, vermischt wird, das durch
die Leitung 19 in die Mischkammer gelangt. Das Öl-Gas-Gemisch gelangt von der Mischkammer
durch die Leitung 20, die axial durch das Verschlußstück 16 geführt ist, in die
erweiterte Zone 15 der Verbrennungskammer. Die Leitung 20 endet mit einer Düse,
durch die das Öl-Gas-Gemisch in feinzerstäubter Form in die Verbrennungskammer gelangt.
An
Stelle dieser Anordnung zur Erzielung eines Gemisches aus dem Heizöl und einem Hilfsgas
kann auch ein Zweistromzerstäuber angewendet werden, wie er in Fig. 5, wiedergegeben
ist. Diesem werden, wie bekannt, das Öl und das Hilfsöas getrennt zugeführt. Für
gewöhnlich zeigte es sich jedoch, daß mit Hilfe der in Fig: 2 wiedergegebenen Anordnung,
die auf dem Prinzip des Vormischens beruht, das 01 wirkungsvoller zerstäubt
werden kann.
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Das Einspritzrohr 20 und die an seiner Mündung befindliche Düse sind
von dem koaxial angeordneten Rohr 21 umeben, wodurch eine ringförmige Leitung für
die Zufuhr von Luft als Schutzschicht um den Sprühstrahl des Heizöls gebildet wird;
die Luft wird diesem Rohr 21 von einer geeigneten Quelle durch das Rohr 22 zugeführt.
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Wie aus Fig. 3 genauer zu entnehmen ist, wird die Luft in den Abschnitt
15 der Verbrennungskammer-durch die Leitungen 23 tangential eingeführt. Bei dem
abgebildeten Vorrichtungsteil sind zwei dieser Luftleitungen 23 vorgesehen, womit
sich für gewöhnlich recht zufriedenstellend arbeiten läßt. Unbedingt erforderlich
ist jedoch nur eine solche Leitung; gegebenenfalls können auch mehr als zwei dieser
Leitungen angewendet werden. Es liegt also im Bereich der Erfindung, daß eine derartige
Anlage mit nur einer oder auch mit mehreren Verbrennungskammern ausgestattet sein
kann, obwohl bei der besonderen, in den Zeichnungen wiedergegebenen Vorrichtung
nur zwei derartige Verbrennungskammern vorgesehen sind.
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Zum Einspritzen des zu Ruß zu zersetzenden Kohlenwasserstoffs in das
Reaktionsgefäß können verschiedene Arten von Zerstäubungsvorrichtungen angewendet
werden Es erwiesen sich für diesen Zweck für gewöhnlich Zerstäuber vom Zweistromtyp
als besonders geeignet. Angesichts der hohen Temperatur, auf der sich das Ofenfutter
in dem Bereich befindet, in dem der zu zersetzende Kohlenwasserstoff eingespritzt
wird, ist es im allgemeinen erwünscht, den Ölstrom beim Durchtritt durch die Ofenwand
thermisch abzuschirmen, um Koksablagerungen in den Ölzuleitungen zu vermeiden.
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Eine für den vorliegenden Zweck gut geeignete Zerstäubungsvorrichtung
ist in Fig. 5 wiedergegeben. Sie besteht in der Hauptsache aus dem zylindrischen,
beiderseits geschlossenen Außenmantel 24, der so lang ist, daß er durch die Wand
des Reaktionsgefäßes hindurchführt und noch darüber hinausragt. Die Zerstäuberdüse
25 führt durch das innere Ende dieses Mantels, mit dem es dicht verschweißt ist,
um ein Eindringen der Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, in den Ofen zu vermeiden. Diese
Flüssigkeit gelangt durch das Rohr 26 an das innere Ende des Mantels und verläßt
diesen durch die Leitung 27. Das Hilfsgas, z. B. Wasserdampf oder Luft, wird der
Zerstäuberdüse durch das Rohr 28 zugeführt, und der zu zersetzende Kohlenwasserstoff
gelangt durch die ringförmige Zuleitung 29 in flüssiger Form zur Zerstäuberdüse.
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Zerstäubungsvorrichtungen der eben beschriebenen Art können mit Vorteil
auch zum Versprühen des Heizöls angewendet werden. Für gewöhnlich ist in diesem
Fall allerdings die Wasserkühlung nicht notwendig. Zur Erzielung bester Ergebnisse
sollten jedenfalls, wie bereits erwähnt, Einrichtungen vorgesehen sein, um den Sprühstrahl
des Heizöls durch einen ringförmigen Luftstrom nach außen hin abzuschirmen.
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Beim Arbeiten nach dem vorliegenden Verfahren wird in jede der längeren
Verbrennungskammern im äußeren, erweiterten Abschnitt ein feinzerstäubter Heizölstrahl
axial eingespritzt. Die Zerstäuberdüse für das Heizöl kann mit Vorteil mit der Innenfläche
des Verschlußstückes 16 bündig abschließen; sie kann aber auch etwas in die Verbrennungskammer
hineinragen. Vorzugsweise endet diese Zerstäuberdüse dann ungefähr in der Ebene
der Achsen der Luftzuführungen 23.
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Bei Verwendung eines verhältnismäßig schweren und viskosen Heizöls
kann es oft von Vorteil sein, das Öl so weit vorzuwärmen, daß es praktisch vollständig
und gleichmäßig zerstäubt werden kann, wofür Temperaturen von etwa 200 bis 230°
C gewöhnlich ausreichen. Es können jedoch auch höhere Temperaturen bis zu 315°C
angewendet werden. Das Öl wird mit verhältnismäßig niedrigem Druck, etwa im Bereich
von ungefähr 0,14 bis ungefähr 0,70 atü, zugeführt. Als Hilfsgas läßt sich mit Vorteil
gesättigter oder überhitzter Wasserdampf verwenden. Dampftemperaturen von etwa 100
bis 150°C erwiesen sich als ausreichend. Luft ist als Hilfsgas vorzuziehen, und
bei ihrer Verwendung in derartiger Weise wird sie mit Vorteil vorerhitzt, um die
Zerstäubung des Öls zu begünstigen. Der Druck, mit dem sie zur Anwendung gelangt,
sollte nicht unter 2,8 atü liegen. Der optimale Anteil des Hilfsgases schwankt,
in erster Linie von der Art des Heizöls bestimmt, innerhalb verhältnismäßig weiter
Grenzen.
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Die Hauptmenge der für die vollständige Verbrennung erforderlichen
Luft wird durch die Leitungen 23 tangential eingeführt. Der Anteil der in dieser
Weise zugeführten Luft kann etwas schwanken, wie weiter unten erläutert wird; die
gesamte Luftmenge indessen, die durch die Leitungen 23 und 22 eingeführt wird, sollte
die Menge etwas übersteigen, die zur vollständigen Verbrennung des in die Kammer
eingeführten Öles theoretisch erforderlich ist.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die durch die Leitungen
23 zugeführte Verbrennungsluft vorteilhafterweise unter verhältnismäßig niedrigem
Druck angewendet wird, der um nicht mehr als 0,14 atü über dem Atmosphärendruck
liegt, so daß es möglich ist, diese Luft mit Hilfe der verhältnismäßig wohlfeilen,
handelsüblichen Zentrifugalgebläse unter Vermeidung der Kosten für eine Luftkompressionsanlage
zuzuführen.
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Die durch die Leitung 23 eingeführte Luft nimmt unter Bildung einer
langsam rotierenden Luftschicht einen spiralförmigen Weg entlang der Innenwand der
Verbrennungskammer, bis sie sich endlich mit dem zerstäubten Heizöl vermischt. Die
koaxial eingeführte Luft unterstützt die Führung des Ölnebels zu der spiralig rotierenden
äußeren Luftschicht, wodurch vermieden wird, daß Öltröpfchen von dem rotierenden
Luftstrom aufgenommen und durch die Zentrifugalkraft an die Wand der Kammer geworfen
werden und so die Bildung einer Koksschicht verursachen. Sie dient auch zur Auffüllung
der Zone niedrigen Drucks, die sich der Achse der Kammern anschließt, und zur Steigerung
der Turbulenz entlang der Wand der Kammer besonders in dem Bereich, in dem sich
der koaxiale Luftstrom so weit ausgebreitet hat, daß er mit dem äußeren spiralförmigen
Luftstrom in Berührung kommt. Diese Wirkung unterstützt weiterhin die Vermeidung
der Koksbildung an den Wänden der Verbrennungskammer. Der koaxiale Luftstrom verhindert
auch eine zu starke Erwärmung der Zerstäuberdüse.
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Eine weitere wichtige Forderung vorliegender Erfindung ist, daß die
Verbrennung des Heizöls vollständig oder doch nahezu vollständig sein muß, bevor
die Gase die Verbrennungskammer verlassen. Die spiralförmig entlang der Kammerwände
strömende Luftschicht verhindert erfahrungsgemäß das Abscheiden von Koks in der
Verbrennungskammer. Wenn jedoch diese Kammer nicht die für die vollständige Verbrennung
erforderliche Länge besitzt, so bewirken die diese Kammer verlassenden Gase eine
rasche Koksabscheidung an der Wand des Reaktionsgefäßes. Es zeigte sich, daß zur
Vermeidung einer derartigen Koksabscheidung im Reaktionsgefäß die Verbrennung mindestens
zu 90 % abgelaufen sein muß,
bevor die heißen Gase aus der Verbrennungskammer
austreten. Um dies beim praktischen Arbeiten zu erreichen, sollte die Verbrennungskammer
mindestens etwa @0 cm, vorzugsweise ungefähr 122 cm lang sein. Wenn die Verbrennung
bis zu diesem Ausmaß in der Verbrennungskammer vor sich geht, kann sie im erweiterten
Ende der Reaktionskammer, bevor die Gase mit dem zu zersetzenden Kohlenwasserstoff
zusammentreffen, vollständig werden.
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Auf Grund dieser Anordnung ist es möglich, bei dem vorliegenden Verfahren
verl.ältni:rräßig preisgünstige Rückstände der Petroleumraffination, z. B. Schwer-
cder Bunkeröle, ohne Schwierigkeiten als Heizmaterial zu verwenden. Derartige Heizmaterialien
konnten bisher bei den Prozessen der vorliegenden Art nicht verwendet werden, da
sie zu einer übermäßigen Koksbildung und zu einer Minderung der Qualität des hergestellten
Aktivrußes führten.
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Wie schon bemerkt, kann auch für das Versprühen des Heizöls ein Zweistromzerstäuber,
ähnlich dem nach Fig. 5, verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es in
den meisten Fällen vorteilhafter ist, eine Zerstäubungsvorrichtung der in Fig. 2
gezeigten Art zu verwenden, bei der das Heizöl und das Hilfsgas vor dem Einführen
in die Verbrennungskammer miteinander vermischt werden, da bei dieser Anordnung
die Zerstäubung sowohl mit Luft als auch mit Wasserdampf als Hilfsgas zufriedenstellender
vor sich geht. Jedenfalls ist es im allgemeinen erwünscht, das Heizöl zu filtrieren,
bevor es der Mischkammer oder der Zerstäuberdüse zugeführt -wird, um einem Verstopfen
vorzubeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren sei durch die folgenden typischen Arbeitsbeispiele
weiter erläutert, die in einer Vcrrichtung durchgeführt werden, die im wesentlichen
der in den Zeichnungen wiedergcgcbenen Anlage entsprach.
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Bei der besonderen Verrichturg, die zur Eurchführung der zur Erläuterung
dienenden Probeläufe verwendet wurde, war das Mittelstück des Reaktionsgefäfes ungefähr
20 cm weit und ungefähr 213cm lang und dessen erweiterteZone auf der derStrömung
entgegengesetzten Seite ungefähr @0 cm weit und ungefähr 18 cm lang. Die heißen
Gase wurden in zwei symmetrisch angeordneten Verbrennungskammern (s. Zeichnung)
erzeugt. Deren Mittelstück war ungefähr 15 cm weit und ungefähr 122 cm lang, die
erweiterte äußere Zone dieser Kammern hatte bei einem Durchmesser von ungefähr 25
cm eine Länge von ungefähr 10 cm. Das Heizöl wurde durch ein Rohr von 0,635 cm Weite
eingespritzt, nachdem es mit Preßluft vermischt worden war. Dieses Rohr war an seiner
Mündung mit einer Zerstäuberdüse der üblichen Art versehen, und Rohr und Düse waren
von einem ringförmigen Luftstrom umgeben, der durch ein 3,8 cm weites Rohr der Verbrennungskammer
zugeführt wurde. Der zu zersetzende Kohlenwasserstoff wurde, wie aus der Zeichnung
zu entnehmen ist, durch sechs symmetrisch angeordnete Zweistromzerstäubungsvorrichtungen
eingespritzt, die so angeordnet waren, daß ihre Achsen in einer gemeinsamen Ebene
lagen, die 40,6 cm hinter der verbreiterten Zone des Reaktionsgefäßes lag.
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Die -weiteren Arbeitsbedingungen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
| Betriebsbedingungen der Verbrennungskammer Versuchsnummer |
| 1 1- 2 I 3 |
| Tangential eingeführte Luft, m3/Stunde ............. 1132,7
1118,5 1118,5 |
| Um die Zerstäuberdüse axial eingeführte Luft, m3/Stunde 0 14,2
i 14,2 |
| Heizölzuführung, 1/Stunde . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 75,7 75,7 75,7 |
| Heizöltemperatur, °C .............................. 121,1 176,7
normal |
| Hilfsgas .......................................... Wasserdampf
Luft Luft |
| Hilfsdruck, atü .................................... 6,33 2,81
2,81 |
| Hilfstemperatur, °C ......................... ... .. . 354,4
normal 218,3 |
| Stellung der Zerstäuberdüse - Abstand von der Ein- |
| gangsseite in cm .................... . ...........
1,91 8,9 8,9 |
| Einführung des zu zersetzenden Öls |
| Ölzufuhr, l/Stunde ............................... 189,3 196,8
204,4 |
| Hilfsgas ................... . ....................
gesättigter Wasserdampf |
| Hilfsdruck, atü .................................. 6,33 6,33
3,52 |
| Ausbeuten |
| bezogen auf den Gesamtölverbrauch, kg/1 .......... 0,310 0,344
0,274 |
| bezogen auf das zur Zersetzung vorgesehene Öl, kg/1 . . 0,434
0,476 0,376 |
| Ruß-Eigenschaften |
| Farbe - ABC .................................. 129 124 116 |
| Ölabsorption, l/100 kg ............................ 143,5 128,5
126,9 |
Die vorstehenden Verbrennungs- und Einführungsbedingungen des zu zersetzenden Öls
beziehen sich auf den Gesamtumsatz; die tangential eingeführte Luft verteilt sich
gleichmäßig auf die vier tangentialen Luftzuführungen 23, die axial zugeführte Luft
und die Heizölzufuhr verteilen sich ebenfalls gleichmäßig auf die beiden Verbrennungskammern
14, und das zur Zersetzung vorgesehene Öl verteilt sich auf die sechs hierfür vorgesehenen
Einspritzdüsen. Es ist selbstverständlich, daß sich die Erfindung nicht auf die
oben beschiebene Vorrichtung mit ihren spezieller Dimensionen und Verhältnissen
beschränkt, sondern daß sie auch Vorrichtungen verschiedener Kapazitäten, Größen
und Größenverhältnisse und deren Verwendung im Sinne der Patentansprüche einschließt.
Der Durchmesser des Hauptteils der Verbrennungskammern kann z. B. je nach der Länge
von etwa 10 cm bis ungefähr 30 cm schwanken.
Obwohl diese Erfindung
von besonderem Nutzen ist, wenn der Wunsch oder die Notwendigkeit besteht, einen
schweren Petroleumrückstand als Heizöl zu verwenden, ist ihr besonderer Vorteil
die Anpassungsfähigkeit gegenüber den verschiedenen zur Verwendung gelangenden Heizöltypen.
Sie erlaubt die Verwendung jedes beliebigen Typs flüssiger Öle oder Rückstände.
Das bei den angeführten Versuchen verwendete Heizöl war ein schwerer Petroleumrückstand,
der als Heizöl Nr. 6 im Handel ist und die folgenden Eigenschaften zeigt: Brechungsindex
................... 1,576 Spezifisches Gewicht (15,5°C/15,5°C) 0,9465 (= A.P.I.-Dichte
18,0) Asphaltgehalt ... . . ..... ... . .... ... 8,0 Viskosität Saybolt-Sekunden
bei 37,8°C ..... 4500 Saybolt-Sekunden bei 98,8°C
..... 245 Wenn Luft auch
axial eingeführt wird, so kann das Mengenverhältnis dieser zur tangential eingeführten
Luft innerhalb eines weiten Bereiches schwanken. So war es z. B. möglich, bis zu
einem Drittel der gesamten für die Verbrennung vorgesehenen Luftmenge durch die
ringförmigen Eintrittsöffnungen 21 als Luftstrahl einzuführen, der die eingespritzten
Ölnebel umhüllt.