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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei einer solchen Vorrichtung ist die Mischkammer zweckmäßig von einem
Sammelraum für die Abschreckflüssigkeit als Kühlmantel umschlossen4 der in die Ringdüse
mündet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.