DE1165618B

DE1165618B - Vorrichtung zum Abschrecken heisser Gase

Info

Publication number: DE1165618B
Application number: DESCH26479A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gerhard Kruelle; Dr-Ing Fritz Schoppe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-08-05
Filing date: 1959-08-05
Publication date: 1964-03-19

Description

Vorrichtung zum Abschrecken heißer Gase Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abschrecken heißer Gase mit mindestens einer am Ausgang einer konischen oder zylindrischen Gaskammer konzentrisch zu dieser angeordneten Ringdüse für eine Abschreckflüssigkeit.
Kohlenwasserstoffe, insbesondere gasförmige Kohlenwasserstoffe, werden häufig - beispielsweise zur Erzeugung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen - derart gespalten, daß man den gasförmigen Kohlenwasserstoff in einer Mischkammer mit einem Wärmeträger mischt und mit diesem zu einer begrenzten Reaktion bringt. Nach vollzogener Mischung und dem Beginn der begrenzten Reaktion gilt es, zwecks Erzielung einer möglichst hohen Ausbeute nach Ablauf einer genau definierten Verweil- oder Kontaktzeit, während der Kohlenwasserstoff und gasförmiger Wärmeträger aufeinander einwirken können, die Temperatur des entstandenen Gemisches schlagartig und gleichmäßig abzuschrecken, um die erwähnte Reaktion, die durch das Inkontaktbringen der beiden Reaktionspartner eingeleitet wurde, in einem gewünschten Stadium abzubrechen. Dieses Abbrechen der Reaktion erfolgt in der Regel dadurch, daß in die heiße Gasströmung eine kalte Flüssigkeit eingespritzt wird, wodurch eine plötzliche Temperatursenkung des Gasgemisches bewirkt wird.
Üblicherweise erfolgt die Mischung des Wärmeträgers mit dem gasförmigen Kohlenwasserstoff in einer Mischkammer, die in ein Austrittsrohr mündet. Am Umfang des Austrittsrohres sind meistens eine Anzahl von Einspritzdüsen angeordnet, die die Abschreckflüssigkeit schräg in die Strömung hinein, spritzen. Solche Anordnungen haben den Nachteil, daß die Mischung zwischen dem abzuschreckenden Gas und der abschreckenden Flüssigkeit Strähnen aufweist und daß die Abschreckung der einzelnen Stromfäden des heißen Kohlenwasserstoffgemisches nicht gleichzeitig, d. h. zeitlich konform, vor sich geht. Hierunter leidet die Ausbeute des betreffenden Spaltverfahrens, da unerwünschte Nebenreaktionen auftreten.
Es ist auch eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und Gasen vorgeschlagen worden, bei der das beizumischende Gas etwa senkrecht auf den Flüssigkeitsstrom treffen soll. Die Ausmischung soll längs des weiteren Strömungsweges in Achsrichtung des Apparates erfolgen. Eine hochturbulente Strömung kann sich demnach nicht ausbilden, so daß eine optimale Vermischung von Gas und Abschreckflüssigkeit hier nicht eintreten kann.
Auch mit einem weiterhin bekanntgewordenen Einspritzkondensator ist eine solche optimale Vermischung nicht möglich. Bei dieser Vorrichtung sollen die aus ringförmigen Düsenmündungen austretenden Wasserstrahlen durch ringförmige Wände zerstäubt und nach dem Mittelpunkt der Kondensationskammer abgelenkt werden. Sie treffen dabei auf den Gasstrahl, der aus ebenfalls ringförmigen Düsenmündungen, die stufenförmig unter den erstgenannten angeordnet sind, austritt und durch ringförmige Wände gleichfalls nach dem Mittelpunkt abgelenkt werden soll. Die Zerstäubung wird also bei dieser bekannten Vorrichtung vorwiegend mechanisch durch Prallwirkung erzielt.
Demgegenüber wird beim Erfindungsgegenstand aerodynamisch zerstäubt, wobei die Zerstäuberflüssigkeit von sehr schnell strömenden Gasen mitgerissen und so eine wesentlich intensivere Wirkung herbeigeführt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung erreicht, die so ausgebildet ist, daß der Gasausgang die Form eines radialen Ringspaltes aufweist, in welchen die Ringdüse mündet, und daß dem Ringspalt ein torusförmiger Ringraum nachgeschaltet ist.
Bei einer solchen Vorrichtung ist die Mischkammer zweckmäßig von einem Sammelraum für die Abschreckflüssigkeit als Kühlmantel umschlossen4 der in die Ringdüse mündet.
In einer derart ausgebildeten Vorrichtung verlaufen der Flüssigkeits- und der Gasstrom im Berührungspunkt parallel, während sich die Ausmischung in dem torusförmigen Ringraum vollzieht, in dem sich unter Einwirkung der Zentrifugalkraft eine hochturbulente Strömungszone ausbildet. Dadurch ist die Durchmischung erheblich intensiver als bei den bisher bekannten Vorrichtungen, was sowohl eine Erhöhung der Ausbeute als auch die Ausschaltung unerwünschter und störender Nebenreaktionen zur Folge hat. Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung in etwas vereinfachter Darstellung an Hand von Ausführungsbeispielen. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch die Vorrichtung und F i g. 2 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.
In F i g. 1 ist der Sammelraum 1 für die bei F zugeführte Abschreckflüssigkeit so dargestellt, daß er gleichzeitig zur Kühlung der Wand 2 der Kammer K dient. Selbstverständlich können Kühlfunktion und Abschreckfunktion getrennt werden, etwa derart, daß die mit heißen Gasen in Berührung kommende Wand 2 mit einer speziellen Kühlflüssigkeit gekühlt wird, die nicht für den Abschreckvorgang verwendet wird.
Eine Mischkammer, die besonders gute Mischergebnisse liefert, besteht, wie F i g. 1 zeigt, aus einem sich in Strömungsrichtung erweiternden kegeligen Hohlraum, in den der heiße Kohlenwasserstoff durch eine Eintrittsspirale eingeführt wird. Die Abmessungen der Eintrittsspirale, der in ihr erzeugte Drall, sowie die Konizität der sich anschließenden Mischkammer müssen so gewählt werden, daß sich ein Strömungsverlauf nach F i g. 1 einstellt, wobei die frisch eintretenden, unter Umständen vorgewärmten Kohlenwasserstoffe (KW) durch ihre Fliehkraft an die Wand der Mischkammer K gedrückt werden und entlang der Wand zum Austritt streben. Dabei macht sich am Mischkammeraustritt aber der im Zentrum der Eintrittsspirale herrschende hohe Unterdruck bemerkbar, der einen vorausberechenbaren Teil der Kohlenwasserstoffe in das Zentrum der Eintrittsspirale zurücksaugt, so daß sich eine zentrale Rückströmung einstellt. Durchsatz- und Rückströmungskomponente in der Mischkammer sind groß im Verhältnis zur Umfangskomponente, so daß sich zwischen Durchsatz- und Rückströmung eine in F i g. 1 dargestellte Zone intensiver Turbulenz bildet, die sich über die ganze Länge der Mischkammer hin erstreckt und somit das gesamte Strömungsfeld überdeckt.
In dieses Strömungsfeld, und zwar vorzugsweise in die Rückströmung, wird ein gasförmiger Wärmeträger bei W (F i g. 1) eingeführt, der auf die dargestellte Weise mit dem Kohlenwasserstoff gemischt wird. Der bei W eingeführte Wärmeträger kann aus einem heißen Inertgas, aus heißem Sauerstoff oder heißem Wasserstoff bestehen. Heißer Wasserstoff kann bekanntlich dadurch hergestellt werden, daß er in einem Lichtbogen erhitzt wird. Es können dabei Temperaturen von mehreren tausend Grad Kelvin erreicht werden, wobei der Wasserstoff sogar teilweise in Atome dissoziiert. Selbst ein solch extrem heißer Wärmeträger kann die Wand der Mischkammer nicht verbrennen, da er durch eine stabile, sich längs der Wand der Mischkammer K hinziehende Schutzschicht des durch die Eintrittsspirale zugeführten Kohlenwasserstoffes K W zuverlässig von dieser isoliert wird.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Abschreckvorrichtung auch für Mischkammern beliebig anderer Bauart angewendet werden. F i g. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel eine rohrförmige Mischkammer K, in die bei W Wärmeträger und zu spaltender Kohlenwasserstoff KW konzentrisch eingeführt werden. Wärmeträger und Kohlenwasserstoff vermischen sich in der Mischkammer und beginnen miteinander zu reagieren.
Bei beiden Ausführungsformen der beschriebenen Abschreckvorrichtung wird das so entstehende Gasgemisch im weiteren Verlauf seines Strömungsweges durch eine Stirnplatte (P in F i g. 2), die mit der Wand der Mischkammer K einen Ringspalt S bildet, abgelenkt und tritt mit hoher Geschwindigkeit durch den radialen Ringspalt S aus, wobei die durch die konzentrische Ringdüse D austretende Abschreckflüssigkeit F zerstäubt und von dem heißen Gas mitgerissen wird. Dem Ringspalt S ist dann ein torusförmiger Ringraum R nachgeschaltet.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Abschrecken heißer Gase mit mindestens einer am Ausgang einer konischen oder zylindrischen Gaskammer konzentrisch zu dieser angeordneten Ringdüse für eine Abschreckflüssigkeit, d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß der Gasausgang die Form eines radialen Ringspaltes (S) aufweist, in welchen die Ringdüse (D) mündet, und daß dem Ringspalt (S) ein torusförmiger Ringraum (R) nachgeschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen die Mischkammer (K) als Kühlmantel umschließenden Sammelraum (1) für die Abschreckflüssigkeit, der in die Ringdüse (D) mündet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 323 655, 350 992, 893 042, 1008 728.