DE1115881B

DE1115881B - Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von Kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE1115881B
Application number: DEH36852A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Giovanni Hilgers
Original assignee: GIOVANNI HILGERS DR ING
Current assignee: GIOVANNI HILGERS DR ING
Priority date: 1959-07-07
Filing date: 1959-07-07
Publication date: 1961-10-26
Also published as: GB944845A; FR1338853A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von Kohlenwasserstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere zur Vergasung von Leicht- oder Schwerölen, zwecks Erzeugung eines Kohlenmonoxyd (CO) als wesentlichen brennbaren Bestandteil enthaltenen Gases.
Die Vergasung von Kohlenwasserstoffen erfolgt mit Hilfe von Vergasungsmitteln, wie Sauerstoff in Form von Luft oder reinem Sauerstoff, sowie gegebenenfalls Wasserdampf. Durch die Vergasung wird ein Gas erzeugt, welches sich im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd, Wasserstoff, gasförmigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf sowie bei der Verwendung von Luft als Vergasungsmittel aus Stickstoff zusammensetzt. Der eigentlichen Vergasung geht eine Spaltung der Kohlenwasserstoffe voraus, bei der Kohlenstoff frei wird. Dieser Kohlenstoff wird mit Hilfe der Vergasungsmittel oxydiert und dadurch vergast. Bei der Oxydation entsteht so viel Wärme, daß diese für die Spaltung der Kohlenwasserstoffe und gegebenenfalls der Vergasungsmittel ausreicht und keine Wärme von außen zugeführt zu werden braucht.
Es wurde bereits ein Verfahren zur Vergasung von Kohlenwasserstoffen vorgeschlagen, bei dem mit Hilfe eines im Gaserzeuger vorgesehenen Flügelrades ein Teil der erzeugten Nutzgase in den Reaktionsbereich des Gaserzeugers zurückgeführt wird. Die rückgeführten Gase bewirken eine Dämpfung des Vergasungsvorganges, d. h. einen Reaktionsablauf bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur und bei gleichmäßiger Temperaturverteilung.
Durch die Erfindung werden solche Verfahren zur Vergasung von Kohlenwasserstoffen unter Rückführung eines Teiles der erzeugten Gase dadurch verbessert, daß den rückgeführten Gasen und den Vergasungsmitteln eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit erteilt und ihre Strömungsrichtungen so gewählt werden, daß die Gase und die Vergasungsmittel mit Winkeln zwischen etwa 90 und 180° zusammenstoßen, und daß in das entstehende Turbulenzzentrum die zu vergasenden bzw. zu spaltenden Kohlenwasserstoffe eingedüst werden.
Es hat sich gezeigt, daß bei dem Verfahren gemäß der Erfindung eine besonders gute Durchmischung der Reaktionsteilnehmer, d. h. der rückgeführten Gase, Vergasungsmittel und Kohlenwasserstoffe, bewirkt wird. Dadurch werden Temperaturspitzen, die bei den bekannten Verfahren gelegentlich auftreten und zu unerwünschten Spaltungsvorgängen führen können, vermieden. Es erübrigt sich dadurch, Abrißkanten, Spoiler u. dgl. vorzusehen.
Es ist bereits ein Verfahren zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen bekannt, bei dem die Kohlenwasserstoffe in einen überhitzten Wasserdampfstrom von hoher Geschwindigkeit eingebracht werden. Bei diesem Verfahren handelt es sich aber, wie erwähnt, nur um eine Spaltung von Kohlenwasserstoffen, wobei der Wasserdampf als Wärmeträger dient. Diese Spaltung stellt einen endothermen Vorgang dar, so daß das der Erfindung zugrunde liegende Vergasungsproblem, insbesondere die Vermeidung von Temperaturspitzen, nicht auftreten kann.
Die Mengen und Geschwindigkeiten der beiden Gasströme werden in vorteilhafter Weise so aufeinander abgestimmt, daß das Turbulenzzentrum innerhalb des halben Reaktordurchmessers liegt. Die Kohlenwasserstoffe können dann in besonders einfacher Weise durch eine zentrale Düse in die Turbulenzzone eingebracht werden.
Den Vergasungsmitteln kann, z. B. durch entsprechende Düsenstellung od. dgl., vor dem Zusammentreffen ein dem Drall der rückgeführten Gase gleich oder entgegengesetzter Drall mit Bezug auf die Längsachse des Reaktors erteilt werden. Bei entgegengesetztem Drall wird eine besonders hohe Turbulenz erzielt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung, in der als Beispiel dienende Gaserzeuger zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt sind, näher erläutert. Der Erläuterung sind weitere Merkmale der Erfindung zu entnehmen. Es zeigt Fig.1 einen Schnitt durch einen Gaserzeuger zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Gaserzeuger zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in einer anderen Ausführungsform.
Der in Fig. 1 dargestellte Gaserzeuger weist einen im Querschnitt kreisförmigen Mantel 1 auf, der innen mit einer nicht dargestellten Auskleidung aus feuerfestem Material versehen ist. Im Inneren des Gaserzeugers ist ein im wesentlichen zylindrischer Einsatz 2 angeordnet, der den eigentlichen Reaktionsraum umschließt. In seinem unteren Teil ist der Gaserzeuger mit einem Ring- oder Sammelkanal 3' versehen, der von dem Innenraum des Gaserzeugers mit Hilfe der schrägen Wand 3 getrennt ist. Die Wand 3 ist in vorteilhafter Weise als ein in Richtung auf den Reaktionsraum sich verbreiternder Kegelmantel ausgebildet. Wie in Fig.2 dargestellt ist, kann die Wand 3 zusätzlich mit einer Stufe zur Erhöhung der Turbulenz versehen sein. In der Wand 3 sind die Düsen 4 für den Eintritt des oder der Vergasungsmittel in das Innere des Gaserzeugers vorgesehen. Wie weiter unten erläutert, sind die Düsen 4 im Axialschnitt des Gaserzeugers gesehen senkrecht zur Strömungsrichtung der rückgeführten Gase gerichtet. Ferner weist der Ringkanal 3' einen Stutzen 5 für die Einleitung der Vergasungsmittel in den Ringkanal auf.
Durch den Boden 6 des Gaserzeugers ragt eine Düse 7 für die Einführung der Kohlenwasserstoffe in das Innere des Gaserzeugers. Die Düse ist so ausgebildet, daß die Kohlenwasserstoffe durch mehrere Einzeldüsen, Tellerdüsen, insbesondere Mehrfach-Tellerdüsen, wie sie aus dem Schweröl- oder Großdieselmotorenbau bekannt sind, oder über rotierende Scheiben verteilt eingebracht werden. Die Zuführung von Luft oder Sauerstoff insbesondere zum Anheizen des Gaserzeugers kann auch über den Stutzen 10 und den Verteilerraum 9 durch Öffnungen 8 im Boden des Gaserzeugers erfolgen.
Der zylindrische Einsatz 2 im Inneren des Gaserzeugers verjüngt sich in seinem oberen Teil 11 kegelförmig und weist eine obere Öffnung auf, in der ein Flügelrad 12 vorgesehen ist. Das Flügelrad wird mit Hilfe eines Motors 13 in schnelle Umdrehung versetzt. Etwa in der Höhe des Flügelrades ist der Abzugsstutzen 14 für die im Gaserzeuger erzeugten Nutzgase vorgesehen.
Der in Fig. 1 dargestellte Gaserzeuger arbeitet in folgender Weise. Im Innern des Einsatzes 2 des Gaserzeugers steigt ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, Vergasungsmitteln und rückgeführtem Nutzgas empor. Dabei findet eine Spaltung der Kohlenwasserstoffe und eine anschließende Vergasung des bei der Spaltung frei werdenden Kohlenstoffes mit Hilfe der Vergasungsmittel statt. Im oberen Bereich 11 des Einsatzes unterliegen die aufwärts strömenden Gase der Wirkung des schnell umlaufenden Flügelrades 12. Sie werden in Rotation versetzt und durch die auftretenden Zentrifugalkräfte an die Wandung des Gaserzeugers gedrängt, wo ein Teil der Gase durch den Stutzen 14 abgezogen wird, während die übrigen Gase in dem Raum zwischen dem Einsatz 2 und der Wandung l des Gaserzeugers abwärts strömen. Unterhalb des Einsatzes 2 werden die abwärts strömenden, rückgeführten Gase nach innen abgelenkt. Diese Strömung ist in Fig.1 durch entsprechende Stromlinien veranschaulicht. Die Gase strömen zunächst etwa parallel der schrägen Wandung 3, bis sie mit den Vergasungsmitteln, die etwa senkrecht zur Strömung der rückgeführten Gase mit hoher Geschwindigkeit aus den Düsen 4 austreten, zusammenstoßen. Durch das Zusammentreffen der beiden Gasströme unter einem Winkel von etwa 90° entsteht im unteren Teil des Gaserzeugers ein Turbulenzzentrum, das ebenfalls durch Strömungslinien in Fig. 1 veranschaulicht ist. In dieses Turbulenzzentrum werden die Kohlenwasserstoffe durch die Düse 7 in vorteilhafter Weise etwa kegelförmig eingedüst. Es findet hierbei eine sehr gute Durchmischung von Kohlenwasserstoffen, Vergasungsmitteln und rückgeführtem Gas statt, so daß irgendwelche Temperaturspitzen nicht auftreten, sondern sich vielmehr eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung über den ganzen Querschnitt des eigentlichen Reaktionsraumes im Inneren des Einsatzes 2 ergibt.
Durch Einstellung der Drehzahl des Flügelrades, womit Menge und Strömungsgeschwindigkeit der rückgeführten Gase verändert werden, oder durch entsprechende Wahl der Strömungsgeschwindigkeit des oder der Vergasungsmittel kann die Lage des Turbulenzzentrums verändert werden, so daß es möglich ist, das Turbulenzzentrum mehr in Düsen- oder Wandnähe zu bringen. Als zweckmäßig hat es sich, insbesondere bei einem Verhältnis von Rückführgasmenge zur Vergasungsmittelmenge bzw. zur Produktionsgasmenge von etwa 5 bis 10 erwiesen, wenn das Turbulenzzentrum innerhalb des halben Reaktordurchmessers liegt.
Der in Fig. 2 dargestellte Gaserzeuger entspricht in seinem oberen Teil dem Gaserzeuger gemäß Fig. 1. Die entsprechenden Teile.dieses Gaserzeugers sind deshalb mit den gleichen Ziffern gekennzeichnet worden wie diejenigen des in Fig. 1 dargestellten Gaserzeugers.
Der Gaserzeuger gemäß Fig. 2 weist ebenfalls einen sich nach oben kegelig erweiternden Boden 15 auf. Die Leitung der Düse 7' für die Zuführung der Kohlenwasserstoffe ist umgeben durch eine im Boden des Gaserzeugers vorgesehene Düse 19 für die Einleitung der Vergasungsmittel. Unterhalb der Düse 19 ist ein Verteilerraum 20 vorgesehen, welcher einen Stutzen 21 für die Zuführung der Vergasungsmittel aufweist. Die Vergasungsmittel werden vorteilhaft mit einem Drall, d. h. mit einer Rotationsströmung, um die Längsachse des Gaserzeugers eingebracht. Hierzu können in der Düse 19 schräggestellte Drallbleche eingebaut sein. Es kann aber dadurch eine kotationsströmung der Vergasungsmittel erzielt werden, daß der Stutzen 21 tangential in den Verteilerraum 20 mündet.
Durch ihren Drall werden die Vergasungsmittel, sobald sie die Düse 19 verlassen haben, nach außen gedrückt, wie das durch entsprechende Stromlinien in Fig.2 veranschaulicht ist. Die Vergasungsmittel strömen also den Gasen, die in der oben mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Weise mit Hilfe des Flügelrades 12' zurückgeführt werden, entgegen, wobei die Strömungsrichtungen beider Gase einen Winkel von etwa 180° einschließen. Beim Zusammenprall der Gasströme bildet sich ein Turbulenzzentrum, in das mit Hilfe der Düse 7' die Kohlenwasserstoffe eingedüst werden. Zur Erhöhung der Turbulenz kann der schräge Boden 15 des Gaserzeugers mit einer Stufe 22 versehen sein.
Eine weitere Erhöhung der Turbulenz ist durch eine entsprechende Wahl der Drallrichtungen des rückgeführten Gases und des Vergasungsmittels zu erzielen. Das rückgeführte Gas erhält, wie oben beschrieben, unter Einwirkung des Flügelrades 12 ebenfalls eine Drallströmung. Die Vergasungsmittel können nun durch die Düse 19 (Fig. 2) oder auch durch die Düsen 4 (Fig. 1) so eingeführt werden, daß sie einem dem Drall des rückgeführten Gases entgegengesetzten Drall aufweisen. Es entstehen dann Wirbel, die den in Fig. 1 und 2 gezeichneten ähnlich sind, deren Rotationsebene aber in bekannter Weise einen Winkel mit der Abbildungsebene einschließt.
Die Vergasungsmittelzufuhr sowie die Zufuhr der zu spaltenden Kohlenwasserstoffe kann auch so erfolgen, daß diese Medien von oben in die zentral aufsteigenden Rückführgase eingebracht werden. Hierzu muß ein entsprechendes Düsensystem oberhalb des Bodens im Gaserzeuger vorgesehen sein, deren Düsenöffnungen nach unten gerichtet sind. Die Zuführung der Vergasungsmittel und der Kohlenwasserstoffe zu diesem Düsensystem erfolgt zweckmäßig über Hohlrippen von außen in dar Innere des Gaserzeugers.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Vergasung von Kohlenwasserstoffen zwecks Erzeugung eines Kohlenmonoxyd (C O) als wesentlichen brennbaren Bestandteil enthaltenden Gases und unter Rückführung eines Teiles der erzeugten Gase, dadurch gekennzeich- net, daß den rückgeführten Gasen und den Vergasungsmitteln eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit erteilt und ihre Strömungsrichtungen so gewählt werden, daß die Gase und die Vergasungsmittel mit Winkeln zwischen etwa 90 und 180° zusammenstoßen, und daß in das entstehende Turbulenz.zentrum die zu vergasenden bzw. zu spaltenden Kohlenwasserstoffe eingedüst werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mengen und Geschwindigkeiten der beiden Gasströme so aufeinander abgestimmt werden, daß das Turbulenzzentrum innerhalb des halben Reaktordurchmessers liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Vergasungsmitteln durch entsprechende Düsenstellung vor dem Zusammentreffen ein dem Drall der zurückgeführten Gase gleich oder entgegengesetzt gerichteter Drall mit Bezug auf die Längsachse des Reaktors erteilt wird.
4. Gaserzeuger zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen zum Einführen der Vergasungsmittel im Axialschnitt des Gaserzeugers gesehen senkrecht zur Strömungsrichtung der rückgeführten Gase gerichtet sind.
5. Gaserzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zentral in einer Stirnwand des Gaserzeugers eine Dralldüse zur Einführung der Vergasungsmittel vorgesehen ist und daß die Stirnwand selbst als ein in Richtung auf den Reaktionsraum breiter werdender Kegelmantel gegebenenfalls mit Abrißkante oder -stufe ausgebildet ist.
6. Gaserzeuger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zentral angeordnete Düse zum Einführen der Kohlenwasserstoffe als Mehrfach-Tellerdüse ausgebildet ist oder rotierende Scheiben zur Verteilung der Kohlenwasserstoffe aufweist.
7. Gaserzeuger nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse zum Einführen der Vergasungsmittel die Zuführungsleitung für die Kohlenwasserstoffe umschließt. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1151561.