DE1214215B - Process and device for the production of unsaturated hydrocarbons by thermal cracking of strong saturated hydrocarbons - Google Patents
Process and device for the production of unsaturated hydrocarbons by thermal cracking of strong saturated hydrocarbonsInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. α.:Int. α .:
C07cC07c
Deutsche KL: 12 ο-19/01 German KL: 12 o -19/01
Nummer: 1214215Number: 1214215
Aktenzeichen: S 72318IV b/12 οFile number: S 72318IV b / 12 ο
Anmeldetag: 1. Februar 1961Filing date: February 1, 1961
Auslegetag: 14. April 1966Opening day: April 14, 1966
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pyrolyse oder thermischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere zur Erzeugung von Acetylen und/oder Äthylen in einem Pyrolysereaktor durch die Verbrennung von gasförmigen Brennstoffen und Sauerstoff, wobei die getrennt zugeführten Brennstoff- und Sauerstoffströme unter einem Winkel aufeinanderstoßen, sich im Pyrolysenreaktor mischen und darin eine pyrolysierende Flamme bilden.The invention relates to a method and an apparatus for pyrolysis or thermal decomposition of hydrocarbons, in particular for production of acetylene and / or ethylene in a pyrolysis reactor through the combustion of gaseous Fuels and oxygen, with the separately supplied fuel and oxygen flows below meet at an angle, mix in the pyrolysis reactor and in it a pyrolysis reactor Form flame.
Es ist bekannt, daß die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen, wie Bezin, in ungesättigte gasförmige Kohlenwasserstoffe wie Acetylen oder Mischungen von Acetylen und Äthylen durch Einspritzen des aufzuspaltenden Kohlenwasserstoffs in den Pyrolysereaktor erzielt werden kann, in welchem eine Flammenreihe oder ein Flammenkranz von hoher Temperatur aufrechterhalten wird, wie sie bei der Verbrennung von gasförmigen Brennstoffen mit Luft oder Sauerstoff entsteht. Wegen der in der Reaktionsoder Spaltkammer gewünschten hohen Spalttemperatur kann kein optimaler Wirkungsgrad erzielt werden ohne angemessene Berücksichtigung der besonderen Anordnungen oder Umstände zum Mischen, Einführen und Verbrennen der gasförmigen Brennstoffe und Brenngase, um die gewünschte Hitze zur Pyrolyse zu erzeugen.It is known that the pyrolysis of hydrocarbons, such as gasoline, into unsaturated gaseous Hydrocarbons such as acetylene or mixtures of acetylene and ethylene by injecting what is to be split Hydrocarbon can be achieved in the pyrolysis reactor, in which a series of flames or a ring of flames of high temperature is maintained, as is the case with combustion from gaseous fuels with air or oxygen. Because of the high cleavage temperature desired in the reaction or cleavage chamber no optimal efficiency can be achieved without adequate consideration of the special Arrangements or circumstances for mixing, introducing and burning the gaseous fuels and fuel gases to generate the desired heat for pyrolysis.
Beispielsweise kann bei genügend hohen Pyrolysetemperaturen Acetylen fast augenblicklich durch thermische Zersetzung von Benzin erzeugt werden. Es wird aber auch schnell zu wertlosen kohleartigen Produkten zersetzt, wenn die sehr heiße Flamme nicht örtlich begrenzt ist. Gleichermaßen kann ein guter Wirkungsgrad nicht ohne eine verhältnismäßig gleichmäßig stabile Flammenfront im Pyrolysereaktor erzielt werden, die davon abhängt, welche Brenneroder Verteilereinrichtung zum Mischen des Brennstoffs und der Brenngase im Reaktor verwendet wird. Insbesondere trifft dies auf solche Spaltreaktionen zu, bei denen der zu spaltende Kohlenwasserstoff eine andere Zusammensetzung besitzt, als der die Wärme liefernde Brennstoff, weil es nicht erwünscht ist, den umzusetzenden Kohlenwasserstoff zu verbrauchen, sondern ihn in der Hitze der Reaktionsflamme zu zersetzen. For example, if the pyrolysis temperatures are high enough, acetylene can almost instantly be replaced by thermal Decomposition of gasoline can be generated. But it also quickly turns into worthless coal-like ones Products will decompose if the very hot flame is not localized. Likewise, a good efficiency not without a relatively uniformly stable flame front in the pyrolysis reactor can be achieved, which depends on which burner or distributor device for mixing the fuel and the fuel gases are used in the reactor. This applies in particular to such cleavage reactions to, in which the hydrocarbon to be split has a different composition than the the heat supplying fuel because it is undesirable to add the hydrocarbon to be converted consume, but decompose it in the heat of the reaction flame.
Es kann sich auch ergeben, daß die hohe Temperatur oder Stärke der gewünschten Flamme eine
rasch zerstörende Wirkung auf die Auskleidung jder Innenwandungen der Brennkammer oder des Reaktors
ausübt und insbesondere, wenn das Brennstoff-Brenngas-Gemisch eine solche Ausrichtung der Hitze
erzeugenden Flamme bewirkt, daß diese auf die Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung
ungesättigter Kohlenwasserstoffe durch
thermische Spaltung starker gesättigter
KohlenwasserstoffeIt may also happen that the high temperature or strength of the desired flame has a rapidly destructive effect on the lining of the inner walls of the combustion chamber or the reactor, and especially when the fuel-fuel gas mixture causes the heat-generating flame to be oriented in such a way that this on the method and device for generating
unsaturated hydrocarbons
thermal cleavage more saturated
Hydrocarbons
Anmelder:Applicant:
Societe Beige de l'Azote et des Produits
Chimiques du Marly S. Α., Lüttich (Belgien)Societe Beige de l'Azote et des Produits
Chimiques du Marly S. Α., Liège (Belgium)
Vertreter:Representative:
Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,
Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg
und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte,
Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,
Dipl.-Ing. GEM Dannenberg
and Dr. V. Schmied-Kowarzik, patent attorneys,
Frankfurt / M., Große Eschenheimer Str. 39
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Reiichi Kondo,Reiichi Kondo,
Kazumi Takagi, Niihama-Shi, Ehime (Japan)Kazumi Takagi, Niihama-Shi, Ehime (Japan)
Beanspruchte Priorität·:Claimed priority:
Japan vom 3. Februar 1960 (3425)Japan February 3, 1960 (3425)
feuerfesten Reaktorwände auftrifft. Gleichermaßen kann ohne sorgfältige Kontrolle und Einstellung der Fließgeschwindigkeiten der entsprechenden Gase ein maximaler thermischer und/oder Reaktionswirkungsgrad nicht erzielt werden, wenn der Brennstoff und das Brenngas getrennt zur Mischung in die Pyrolysekammer eingeblasen werden. Beispielsweise gilt dies für eine Kontrolle und Einstellung der Bewegungsgrößen und daher der jeweiligen stöchiometrisehen Mengen bzw. dem Ausmaß der Verbrennung, so daß ein maximaler Wirkungsgrad eine dauernde Kontrolle der jeweiligen Fließgeschwindigkeiten der Gase und/oder sogar ein Auswechseln der Mischoder Brenndüsen gegen solche anderer Größe erfordem würde, wenn aus wirtschaftlichen oder anderen Umständen ein anderer Brennstoff und/oder verschiedene Strömungsbedingungen gewünscht sind.refractory reactor walls. Likewise, without careful control and adjustment of the Flow rates of the corresponding gases a maximum thermal and / or reaction efficiency cannot be achieved if the fuel and the fuel gas are separately mixed in the pyrolysis chamber be blown in. For example, this applies to a control and adjustment of the movement sizes and therefore the respective stoichiometric quantities or the extent of combustion, so that a maximum efficiency a permanent control of the respective flow rates of the Gases and / or even a replacement of the mixing or burning nozzles with those of a different size is necessary would if, for economic or other circumstances, a different fuel and / or different Flow conditions are desired.
Im Gegensatz dazu, ist erfindungsgemäß zur Pyrolyse oder thermischen Zersetzung von Kohlenwasser-In contrast, according to the invention for the pyrolysis or thermal decomposition of hydrocarbons
stoffen in weniger gesättigte Kohlenwasserstoffe (wie Acetylen und/oder Äthylen) ein Pyrolysereaktor vorgesehen, der die Hitze einer Brennflamme, die vonsubstances in less saturated hydrocarbons (such as acetylene and / or ethylene) a pyrolysis reactor is provided, of the heat of a burning flame that of
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einem in den Reaktor eingeblasenen Brennstoff und Brenngas erzeugt wird, verwendet, wobei das Einblasen des Brennstoffs und des Brenngases so eingestellt wird, daß die in der Brennkammer unter solchen Umständen aufeinandertreffen, daß trotz möglicher Schwankungen der eingeführten Gasvolumina oder -mengen (Bewegungsgrößen) und/oder selbst trotz Änderungen in der Zusammensetzung oder Art des Brennstoffs eine stabile und heiße Flamme in der Vorrichtung aufrechterhalten wird, und wobei weiterhin ein zu starker Wärmeverlust vermieden und eine bestmögliche Regelung der stattfindenden Pyrolyse ermöglicht wird, indem eine ziemlich kurze, jedoch stabile Flamme zur Durchführung der Pyrolyse bei einem kleinstmöglichen Volumen in der Brennkammer oder dem Reaktor vorgesehen ist, ohne daß die hitzeerzeugende Flamme direkt oder nachteilig auf die Auskleidung des Reaktors auftrifft.a fuel blown into the reactor and fuel gas is generated, the blowing of the fuel and the fuel gas is adjusted so that the in the combustion chamber under such Circumstances clash that despite possible fluctuations in the gas volumes introduced or amounts (movement variables) and / or even despite changes in the composition or Type of fuel a stable and hot flame is maintained in the device, and where Furthermore, excessive heat loss is avoided and the best possible control of the pyrolysis that takes place is made possible by having a fairly short but stable flame to carry out the pyrolysis is provided at the smallest possible volume in the combustion chamber or the reactor without the heat generating flame impinges directly or adversely on the lining of the reactor.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung ungesättigter Kohlenwasserstoffe durch thermische Spaltung gasförmiger, stärker gesättigter Kohlenwasserstoffe, bei dem getrennt zugeführte Gasströme von Brennstoff und einem die Verbrennung unterhaltenden Gas in einer der Spaltzone vorgelagerten Verbrennungszone verbrannt werden und in die parallele zur Längsachse der Verbrennungszone strömenden Verbrennungsgase der zu spaltende Kohlenwasserstoff eingespritzt wird, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß man den einen Gasstrom praktisch parallel zur Achse der Verbrennungszone einführt und den anderen Gasstrom in einem Winkel von etwa 10 bis 60° zum ersten Gasstrom durch mindestens zwei einander gegenüberliegende, von der Einführungsstelle des ersten Gasstroms gleichweit entfernt liegende Öffnungen einführt.The inventive method for producing unsaturated hydrocarbons by thermal Splitting of gaseous, more saturated hydrocarbons, in which separately supplied gas streams of fuel and a gas that maintains the combustion in an upstream of the cracking zone Combustion zone are burned and flowing into the parallel to the longitudinal axis of the combustion zone Combustion gases the hydrocarbon to be split is injected is now characterized by that one introduces one gas stream practically parallel to the axis of the combustion zone and the other gas stream at an angle of about 10 to 60 ° to the first gas stream through at least two opposite one another, equidistant from the point of introduction of the first gas stream introduces distant openings.
Es ist bereits bekannt, Sauerstoff und Wasserstoff tangential und senkrecht zur Achse der Verbrennungszone einzuspritzen. Dadurch entsteht eine Wirbelströmung und es kann nicht vermieden werden, daß die gebildeten Flammen auch mit den Wandungen der Verbrennungskammer in Berührung kommen. Dies bedeutet, daß nicht nur ein Teil der Wärme unnötigerweise verlorengeht, sondern daß auch das Material der Verbrennungkammer sehr hoch beansprucht wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden dagegen Flammen gebildet, die parallel zur Achse der Verbrennungskammer liegen. Bei einer solchen Anordnung der Flammen kommen die Wände der Verbrennungskammer mit den Flammen nicht in direkte Berührung, und die obengenannten Nachteile treten nicht auf.It is already known that oxygen and hydrogen are tangential and perpendicular to the axis of the combustion zone inject. This creates a vortex flow and it cannot be avoided that the flames formed also come into contact with the walls of the combustion chamber come. This means that not only part of the heat is unnecessarily lost, but that the material of the combustion chamber is also very highly stressed. When the invention Processes, on the other hand, create flames that are parallel to the axis of the combustion chamber. With such an arrangement of the flames, the walls of the combustion chamber come with the flames not in direct contact, and the above-mentioned disadvantages do not occur.
Es ist auch bereits bekannt, daß Brennstoffgas, z. B. Wasserstoff, und das Brenngas, z. B. Sauerstoff, durch einander gegenüberliegende, gegenüber der Längsachse der Verbrennungskammer geneigte Einführungsöffnungen in die Verbrennungskammer einzuführen. Beim Aufeinandertreffen dieser beiden Gasströme bildet sich ebenfalls eine parallel zur Längsachse der Verbrennungskammer liegende Flamme, und auch in einem solchen Falle wird es vermieden, daß die Flammen mit den Wänden der Verbrennungskammer in direkte Berührung kommen. Bei Durchführung dieses bekannten Verfahrens in technischem Maßstab ist es jedoch sehr schwierig, die Bewegungsgrößen der beiden Gasströme ständig auf dem gleichen Wert zu halten, damit eine tatsächlich parallel zur Längsachse der Verbrennungskammer liegende Flamme gebildet wird. Wird bei einem solchen Verfahren unbeabsichtigterweise, z. B. durch die Änderung der Geschwindigkeit bzw. der Menge eines der zugeführten Gasströme, die Bewegungsgröße nur eines dieser Gasströme geändert, so liegt die gebildete Flamme nicht mehr parallel zur Längsachse der Verbrennungskammer und kann somit je nach den gegebenen Bedingungen auch mit den Wänden der Verbrennungskammer in Berührung kommen.It is also already known that fuel gas, e.g. B. hydrogen, and the fuel gas, e.g. B. Oxygen, by opposite insertion openings inclined with respect to the longitudinal axis of the combustion chamber to be introduced into the combustion chamber. When these two gas flows meet a flame is also formed parallel to the longitudinal axis of the combustion chamber, and even in such a case it is avoided that the flames hit the walls of the combustion chamber come into direct contact. When carrying out this known method in technical However, it is very difficult to keep the magnitudes of motion of the two gas streams constantly on the same scale To hold a value so that it is actually parallel to the longitudinal axis of the combustion chamber Flame is formed. If in such a process inadvertently, z. B. by the change the speed or the amount of one of the supplied gas streams, the movement size only If one of these gas flows is changed, the flame that is formed is no longer parallel to the longitudinal axis of the Combustion chamber and can therefore, depending on the given conditions, also with the walls of the Come into contact with the combustion chamber.
Dieser mögliche Nachteil des bekannten VerfahrensThis possible disadvantage of the known method
ίο wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch verhindert, daß das eine Gas parallel zur Längsachse der Verbrennungskammer eingeführt wird, während das andere Gas durch mindestens jeweils zwei einander gegenüberliegende, mit der Längsachse der Verbrennungskammer einen bestimmten Winkel bildende Einführungsöffnungen zugeführt wird. Tritt bei dem beanspruchten Verfahren eine Änderung der Bewegungsgröße einer der Gasströme auf, so bleibt die Flamme trotzdem parallel zur Längsachse der Verbrennungskammer bestehen.ίο is thereby achieved by the method according to the invention prevents the one gas from being introduced parallel to the longitudinal axis of the combustion chamber while the other gas by at least two opposite, with the longitudinal axis of the Combustion chamber is fed at a certain angle forming introduction openings. Joins the claimed method on a change in the amount of movement of one of the gas streams remains the flame still exist parallel to the longitudinal axis of the combustion chamber.
Hinsichtlich des oben Gesagten sowie anderer Einzelheiten wird die Erfindung nachstehend ausführlicher mit Hilfe der Zeichnung erläutert, woraus sich auch weitere Einzelheiten und Vorteile ersehen lassen.In view of the foregoing, as well as other details, the invention will be further elaborated below explained with the help of the drawing, from which further details and advantages can be seen.
In der Zeichnung bedeutetIn the drawing means
Fig. 1 einen schematischen lotrechten oder axialen Schnitt durch einen Pyrolysereaktor, wie er für die
Ausführung der Erfindung geeignet ist,
F i g. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung der F i g. 1 entlang der Linie Π-Π,1 shows a schematic vertical or axial section through a pyrolysis reactor, as it is suitable for carrying out the invention,
F i g. 2 shows a cross section through the device of FIG. 1 along the line Π-Π,
F i g. 3 einen schematischen lotrechten oder axialen Teilschnitt durch den Pyrolysereaktor undF i g. 3 shows a schematic vertical or axial partial section through the pyrolysis reactor and
F i g. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.F i g. 4 shows a cross section along the line IV-IV in FIG. 3.
Gemäß den Zeichnungen, die denen für gleiche Teile zusammengehörender Figuren gleiche Bezugszeichen angewendet sind, ist ein Pyrolysereaktor
wiedergegeben, in dem die Pyrolyseflamme in einer Brennkammer erzeugt wird, in die der gasförmige
Brennstoff und das Brenngas in getrennten Strömen eingeblasen werden. Der Strom eines der Gase wird
dabei im wesentlichen axial oder parallel zur Achse der Vorrichtung eingeblasen, während der Strom des
anderen Gases in der Brennkammer unter einem Winkel im Bereich von etwa 10 bis 60° auf das erste
Gas auftrifft, um die gewünschte — bezüglich ihrer axialen Ausdehnung verhältnismäßig kurze — Brennflamme
erhöhter Stabilität zu bilden, die von der Innenwandung der Brennkammer oder dem oberen
Verteiler oder Mischende, durch den die Gase eingeblasen werden, entsprechend weit entfernt ist oder
so isoliert ist, daß sie nicht auf die Innenwandung direkt auftrifft.
Beispielsweise ist in F i g. 1 eine Brennkammer 10 in der Vorrichtung vorgesehen,- die in einer wärmefesten
Auskleidung 11 eingebettet und am oberen Ende von einem Brennerteil 12 abgedeckt ist. Dieses
Brennerteil 12 wird durch den Umlauf eines Kühlmittels durch den Kanal 13 gekühlt, der einen Einlaß
14 und einen Auslaß 15 für das Kühlmittel aufweist. Zum Einblasen von Sauerstoff (oder Luft oder einem
anderen Brenngas) in die Brennkammer 10 durch das Brennerteil 12 ist eine Einblasdüse 20 vorgesehen.
Die,se Einblasdüse 20 (vgl. F i g. 1 und 2) umgeben mit Abstand eine Anzahl Einlaßdüsen oder -rohre
21, die durch das Brennerteil 12 hindurchführen, wobei die unteren oder inneren Teile 22 davon radial
nach innen geneigt sind, so daß die BrennstoffströmeAccording to the drawings, which are given the same reference numerals as those for the same parts of figures belonging together, a pyrolysis reactor is shown in which the pyrolysis flame is generated in a combustion chamber into which the gaseous fuel and the fuel gas are blown in separate streams. The flow of one of the gases is blown in essentially axially or parallel to the axis of the device, while the flow of the other gas in the combustion chamber strikes the first gas at an angle in the range of about 10 to 60 ° to the desired - with respect to their Axial extension relatively short - to form the combustion flame of increased stability, which is correspondingly far removed from the inner wall of the combustion chamber or the upper distributor or mixing end through which the gases are blown or is isolated so that it does not hit the inner wall directly.
For example, in FIG. 1 a combustion chamber 10 is provided in the device, - which is embedded in a heat-resistant lining 11 and covered at the upper end by a burner part 12. This burner part 12 is cooled by the circulation of a coolant through the channel 13 which has an inlet 14 and an outlet 15 for the coolant. An injection nozzle 20 is provided for blowing oxygen (or air or another fuel gas) into the combustion chamber 10 through the burner part 12. Said injection nozzle 20 (see FIGS. 1 and 2) surround at a distance a number of inlet nozzles or pipes 21 which pass through the burner part 12, the lower or inner parts 22 thereof being inclined radially inward so that the fuel flows
von den inneren Teilen 22 der Düsen 21 aufeinandertreffen und mit dem durch die Düse 20 in die Brennkammer 10 eintretenden Brenngas unter einem Winkel im Bereich von etwa 10 bis 60° gemischt werden. Auf diese Weise wird etwa an der Stelle 25 mit Abstand von dem Brenner 12 und den umgebenden Wandungen 11 eine Flamme in der Brennkammer gebildet. Selbstverständlich bewirkt ein unter dem gewünschten Winkel angeordneter (schräger) Ringspalt an Stelle der Vielzahl einzelner Brennstoffleitungen oder -düsen 21-22 ebenfalls befriedigende Ergebnisse.from the inner parts 22 of the nozzles 21 meet and with the through the nozzle 20 into the combustion chamber 10 entering fuel gas are mixed at an angle in the range of about 10 to 60 °. In this way, approximately at the point 25 at a distance from the burner 12 and the surrounding Walls 11 formed a flame in the combustion chamber. Of course, one effects under that desired angle arranged (inclined) annular gap instead of the large number of individual fuel lines or nozzles 21-22 also give satisfactory results.
Vorzugsweise ist auch eine Vielzahl Einblasdüsen oder ein Ringspalt 26 vorgesehen, um eine im wesentlichen umhüllende und kontinuierliche Hülle oder Wand aus Dampf zwischen die Flamme 25 und die inneren Auskleidungenil der Brennkammer in diese einzublasen und um die Flamme zu umhüllen und zu begrenzen, wenn die heißen Verbrennungsgase der Flamme 25 und der Dampf aus dem Spalt A plurality of injection nozzles or an annular gap 26 is preferably also provided in order to substantial enveloping and continuous envelope or wall of steam between the flame 25 and to blow the inner linings of the combustion chamber into it and to envelop the flame and to limit when the hot combustion gases of the flame 25 and the steam from the gap
26 sich vereinigen und in die verengte Mischkammer26 unite and into the narrowed mixing chamber
27 gelangen, um sich dort mit dem zu pyrolysierenden Kohlenwasserstoff zu vermischen.27 arrive in order to mix there with the hydrocarbon to be pyrolyzed.
Der zu pyrolysierende Kohlenwasserstoff wird bei 30 in einen ringförmigen Verteilungskopf 31 eingeführt, von dem er durch eine Vielzahl von Einblasdüsen (oder einem kontinuierlichen Schlitz) 32 in die Mischkammer 27 eingeblasen wird. Vorzugsweise werden der Verteilungskopf 31 und die Einblasdüsen 32 durch Wasser oder ein anderes Kühlmittel gekühlt, das durch einen Kühlmantel 33 strömt, der mit Ein- und Auslaßanschlüssen 34, 35 versehen ist. Vorzugsweise wird der zu pyrolysierende Kohlenwasserstoff zur Erzeugung eines höheren Wirkungsgrades vorerhitzt, bevor er mit hoher Geschwindigkeit durch den Verteilungskopf 31 und die Düsen 32 eingeblasen wird.The hydrocarbon to be pyrolyzed is introduced at 30 into an annular distribution head 31, from which it passes through a plurality of injection nozzles (or a continuous slot) 32 is blown into the mixing chamber 27. Preferably, the distribution head 31 and the injection nozzles 32 cooled by water or another coolant, which is through a cooling jacket 33 flows, which is provided with inlet and outlet connections 34, 35. Preferably the one to be pyrolyzed is Hydrocarbon preheated to produce higher efficiency before going at high speed is injected through the distribution head 31 and the nozzles 32.
Nach der Vermischung des zu pyrolysierenden Kohlenwasserstoffes mit dem Dampf sowie den heißen Verbrennungsgasen aus der Brennkammer 10 in der Mischkammer 27 gelangt der Kohlenwasserstoff in die Reaktions- oder Spaltkammer 40, wo er durch die heißen Verbrennungsgase thermisch zersetzt wird. Vorzugsweise werden die Innenwandungen 41 der Spaltkammer 40 gekühlt und/oder von einem im wesentlichen kontinuierlichen Film oder einer Wand aus Wasser bedeckt, so daß eine bewegte Wasserwand gebildet wird, um eine Ablagerung oder Anhäufung von kohlehaltigen Reaktionsprodukten zu vermeiden. Wie dargestellt, ist eine solche bewegte Flüssigkeitswand dadurch vorgesehen, daß Wasser durch den Wassereinlaß 42 in einen ringförmigen Behälter 43 eingeführt wird und über die Oberkante der Wände 40 durch einen ringförmigen Schlitz 44 fließt. Wenn der zu pyrolysierende Kohlenwasserstoff, vermischt mit den aus der Brennkammer 10 kommenden heißen Verbrennungsgasen und dem Wasserdampf, in die Reaktionskammer 40 gelangt, findet die gewünschte Pyrolyse statt. Sie wird ausreichend am unteren Ende der Reaktionskammer 40 durch kaltes Wasser 47 beendet, das durch ringförmig verteilte Öffnungen oder einen Schlitz 48 von einem Verteiler 49, in den von Einlaß 50 Wasser eingefüllt wird, eingespritzt wird. Das abgeschreckte Gasprodukt wird nach vollzogener Reaktion aus der Vorrichtung durch den Auslaß 51 im unteren Teil der Vorrichtung unterhalb der Abschreckbrausen 47 abgezogen. After mixing the hydrocarbon to be pyrolyzed with the steam and the The hydrocarbon reaches hot combustion gases from the combustion chamber 10 into the mixing chamber 27 into the reaction or cracking chamber 40, where it is thermally decomposed by the hot combustion gases will. The inner walls 41 of the gap chamber 40 are preferably cooled and / or by a substantially continuous film or wall of water covered so that a moving Wall of water is formed around a deposit or accumulation of carbonaceous reaction products to avoid. As shown, such a moving liquid wall is provided in that water is introduced through the water inlet 42 into an annular container 43 and over the top edge of walls 40 flows through an annular slot 44. If the hydrocarbon to be pyrolyzed, mixed with the hot combustion gases coming from the combustion chamber 10 and the water vapor, reaches the reaction chamber 40, the desired pyrolysis takes place. It will be sufficient terminated at the lower end of the reaction chamber 40 by cold water 47, which is distributed through annular Openings or a slot 48 from a manifold 49 into which water is filled from inlet 50 is injected. The quenched gas product is discharged from the device after the reaction is complete withdrawn through the outlet 51 in the lower part of the device below the quenching shower 47.
In F i g. 3 und 4 ist eine etwas größere Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung wiedergegeben. In dieser Ausführungsform ist eine etwas größere Brennkammer 55 vorgesehen, die von feuerfesten Wänden 56 umgeben ist und ein Brenner- oder Verteilerteil 57 am oberen Ende davon aufweist. Durch den Brenner 57 ragt eine Vielzahl Einblasdüsen 60 zum Einblasen des Brenngases in die Brennkammer 55. In der gezeigten Ausführungsform sind die Einblasdüsen 60 im wesentlichen kreisförmig über den Querschnitt der Brennkammer 55 verteilt und so angeordnet, daß Ströme von Brenngasen im wesentlichen parallel zur Achse der Brennkammer 55, und zwar mit Abstand voneinander und von den Wandungen 56 der Brennkammer 55 entsprechend den Fig. 3 und 4 eingeblasen werden. Jede der Einblasdüsen 60 wird im wesentlichen kreisförmig (es kann beispielsweise auch ein Ringspalt sein) von einer Vielzahl Einlaßkanäle 61 für den Brennstoff umgeben, deren untere Teile in bezug auf die verschiedenen Einblasdüsen 60 radial nach innen geneigt sind, so daß die in die Brennkammer durch die verschiedenen Einblasdüsen 61 eintretenden Brennstoffströme aufeinandertreffen und sich mit dem durch die Einblasdüsen 60 eintretenden Brenngasstrom unter einem Winkel im Bereich von 10 bis 60° mischen und eine Vielzahl von einzelnen Flammen 65 bilden, die mit Abstand unterhalb des Brennerstückes 57 und im wesentlichen kreisförmig über den Querschnitt der Brennkammer 55 angeordnet sind.In Fig. 3 and 4 is a somewhat larger embodiment of the apparatus for carrying out the invention reproduced. In this embodiment, a slightly larger combustion chamber 55 is provided, which is surrounded by refractory walls 56 and a burner or distributor part 57 at the top thereof having. A plurality of injection nozzles 60 for injecting the fuel gas protrude through the burner 57 into the combustion chamber 55. In the embodiment shown, the injection nozzles 60 are essentially circularly distributed over the cross section of the combustion chamber 55 and arranged so that flows of Combustion gases essentially parallel to the axis of the combustion chamber 55, at a distance from one another and are blown in from the walls 56 of the combustion chamber 55 according to FIGS. 3 and 4. Each of the injection nozzles 60 is essentially circular (it can also be an annular gap, for example be) surrounded by a plurality of inlet channels 61 for the fuel, the lower parts of which in relation on the various injection nozzles 60 are inclined radially inward, so that the into the combustion chamber through the various injection nozzles 61 entering fuel streams meet and each other with the fuel gas flow entering through the injection nozzles 60 at an angle in the range of Mix 10 to 60 ° and form a large number of individual flames 65 which are spaced below the Burner piece 57 and arranged essentially in a circle over the cross section of the combustion chamber 55 are.
Entsprechend der obigen Beschreibung zu den F i g. 1 und 2 wird das Brennerteil 57 vorzugsweise wassergekühlt, wobei das Kühlmittel von dem Einlaß 67 durch Kanäle 66 zum Auslaß 68 strömt. In der dargestellten Ausführungsform wird der Wasserdampf vorzugsweise durch Einlaßstutzen 70 in einen ringförmigen Verteiler 71 eingeführt, von wo aus er nach unten entlang dem inneren Umfang der Wände 56 der Brennkammer 55 durch den Spalt 72 eingeblasen wird. Er verbindet sich dabei in der Brennkammer 55 mit den heißen Verbrennungsgasen, die durch den Ring oder Kreis der Flammen 65 gebildet werden.Corresponding to the above description of FIGS. 1 and 2, the burner part 57 is preferred water-cooled, the coolant flowing from inlet 67 through channels 66 to outlet 68. In In the illustrated embodiment, the water vapor is preferably introduced through inlet ports 70 in an annular manifold 71 is introduced, from where it descends along the inner periphery of the Walls 56 of the combustion chamber 55 is blown through the gap 72. He connects in the Combustion chamber 55 with the hot combustion gases formed by the ring or circle of flames 65 will.
Der zu pyrolysierende Kohlenwasserstoff wird an der Stelle 75 vorzugsweise vorerhitzt und mit hoher Geschwindigkeit in einen ringförmigen Verteilungskopf 76 eingeführt, von wo aus er durch eine Anzahl von Einblasöffnungen 77 in eine Mischzone eintritt, um sich mit den heißen Verbrennungsgasen und dem Wasserdampf aus der Brennkammer 55 zu mischen. Wie in der oben beschriebenen Ausführungsart ist für den ringförmigen Verteilungskopf 76 vorzugsweise ein Kühlmantel 78 vorgesehen, der einen Einlaß-79 und einen Auslaßstutzen 80 für das Kühlmittel aufweist. Der zu pyrolysierende Kohlenwasserstoff gelangt, nachdem er sich mit den heißen Verbrennungsgasen und dem Wasserdampf vermischt hat, nach unten durch die Spaltkammer 85, deren Wandungen 86 vorzugsweise mit einer beweglichen Wasserwand versehen sind, wobei das Wasser durch einen Wassereinlaßstutzen 88 in einen ringförmigen Behälter 87 gefüllt wird und durch Spalte 89 über die Oberkante der Wandungen 86 fließt. Bei dieser Ausführungsform wird die Pyrolyse genauso wie bei derjenigen der F i g. 1 und 2 nach Beendigung im (nicht gezeigten) unteren Teil der Reaktionskammer 85 durch eine Querbesprühung mit Wasser ab-The hydrocarbon to be pyrolyzed is preferably preheated at point 75 and at a higher rate Velocity is introduced into an annular distribution head 76, from where it passes through a number from injection openings 77 enters a mixing zone in order to deal with the hot combustion gases and the Mix water vapor from the combustion chamber 55. As in the embodiment described above for the annular distribution head 76, a cooling jacket 78 is preferably provided, which has an inlet 79 and an outlet port 80 for the coolant. The hydrocarbon to be pyrolyzed after it mixes with the hot combustion gases and water vapor has, down through the gap chamber 85, the walls 86 preferably with a movable Water wall are provided, the water through a water inlet port 88 in an annular Container 87 is filled and flows through column 89 over the upper edge of the walls 86. At this Embodiment, the pyrolysis is the same as that of FIG. 1 and 2 after finishing in (not shown) the lower part of the reaction chamber 85 by cross-spraying with water.
geschreckt, worauf die gasförmigen Endprodukte in bekannter Weise gesammelt werden.quenched, whereupon the gaseous end products are collected in a known manner.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei bemerkt, daß befriedigende Ergebnisse erzielt wurden, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach den F i g. 1 und 2, wenn 10,2 Nm3/h Sauerstoff (mit einem Reinheitsgrad von 97,5 °/o) mit einer Geschwindigkeit von etwa 39,7 m/s durch die Düse 20 eingeblasen wurden, deren Durchmesser etwa 10 mm betrug, während 12,0Nm3/h Kohlengas mit einer Geschwindigkeit von 84,5 m/s durch die Brennstoffdüsen 21 eingeblasen wurden, die einen Innendurchmesser von 2,6 mm hatten und in regelmäßigen Abständen um die Einblasdüse 20 angeordnet waren. Dabei waren die Brennstoffdüsen 21 oder die unteren, geneigten Teile 22 davon so angeordnet, daß der dadurch geleitete Brennstoffstrom auf den durch die Düse 20 zugeführten Sauerstoffstrom in einem Winkel von etwa 25° (zwischen beiden Strömen gemessen) auftraf. Auf diese Weise wurde auf befriedigende Art eine lotrechte und erwünscht kurze Flamme entlang der Achse der Brennkammer 10 erzielt, die eine Temperatur von mehr als 3050° C erzeugte. In diesen Verbrennungszustand wurden durch die Dampfeinblasanordnung 26 10,5 kg/hüberhitzter Wasserdampf von etwa 800° C eingeblasen. In die vereinigten, erhitzten Verbrennungsgase wurde ein auf etwa 600° C erhitzter Benzin-Kohlenwasserstoff (Kp. = 43 bis 138° C; in einem Verhältnis von etwa 24,0 kg/h Benzin zu 7,2 kg/h mit Wasserdampf gemischt) durch den Kohlenwasserstoffeinlaß 30 mit einer (an den Öffnungen 32 errechneten) Strömungsgeschwindigkeit von etwa 58 m/s eingespritzt. Die Pyrolyse des Benzins fand in der Spaltkammer 40 während einer Kontaktzeit von 0,0018 Sekunden zwischen dem Einspritzen durch die Öffnungen 30 und dem Abschrecken an den Wasserbrausen 47 statt, wobei 47,1 Nm3/h Gas mit einem Gehalt von 8,7% Acetylen und 16,2% Äthylen erhalten wurden. Auf der beschriebenen Grundlage betrug die erhöhte, auf das Benzin berechnete Ausbeute 19,8 Gewichtsprozent für Acetylen und 39,7 Gewichtsprozent für Äthylen oder eine Gesamtausbeute von 59,5% brauchbares Endprodukt. Selbst nach einem ziemlich langen, kontinuierlichen Betrieb wurde keine erkennbare Zerstörung der aus Siliciumcarbid bestehenden Auskleidung 11 der Brennkammer 10 und der Mischkammer 27 festgestellt. Auch fand keine wahrnehmbare Ablagerung oder Anhäufung von kohleartigen Stoffen an den Innenwandungen der Spaltkammer 40 statt.To further explain the invention, it should be noted that satisfactory results have been achieved, in particular using a device according to FIGS. 1 and 2, when 10.2 Nm 3 / h oxygen (with a degree of purity of 97.5%) were blown through the nozzle 20 at a speed of about 39.7 m / s, the diameter of which was about 10 mm, while 12.0 Nm 3 / h of coal gas was blown in at a speed of 84.5 m / s through the fuel nozzles 21, which had an inner diameter of 2.6 mm and were arranged around the injection nozzle 20 at regular intervals. The fuel nozzles 21 or the lower, inclined parts 22 thereof were arranged so that the fuel flow guided through them impinged on the oxygen flow supplied through the nozzle 20 at an angle of about 25 ° (measured between the two flows). In this way, a vertical and desirably short flame along the axis of the combustion chamber 10 was achieved in a satisfactory manner, which flame generated a temperature of more than 3050 ° C. In this combustion state, 10.5 kg / h of superheated water vapor of about 800 ° C. were blown in by the steam injection arrangement 26. A petrol hydrocarbon heated to about 600 ° C (bp = 43 to 138 ° C; mixed with water vapor at a ratio of about 24.0 kg / h petrol to 7.2 kg / h) was added to the combined, heated combustion gases. injected through the hydrocarbon inlet 30 at a flow rate (calculated at the openings 32) of about 58 m / s. The pyrolysis of the gasoline took place in the gap chamber 40 during a contact time of 0.0018 seconds between the injection through the openings 30 and the quenching at the water showers 47, with 47.1 Nm 3 / h of gas with a content of 8.7%. Acetylene and 16.2% ethylene were obtained. On the basis described, the increased gasoline calculated yield was 19.8 percent by weight for acetylene and 39.7 percent by weight for ethylene, or an overall yield of 59.5 percent usable end product. Even after a fairly long, continuous operation, no noticeable destruction of the silicon carbide lining 11 of the combustion chamber 10 and the mixing chamber 27 was found. There was also no perceptible deposit or accumulation of carbon-like substances on the inner walls of the gap chamber 40.
Aus vorstehendem ergibt sich, daß erfindungsgemäß jeweils der Brennstoff oder das Brenngas entweder durch die axial gerichteten oder die geneigten Düsen eingeblasen werden kann. Die verbesserten Ergebnisse werden hauptsächlich dadurch erzielt, daß die getrennten Gasströme unter einem Winkel aufeinandertreffen, wobei mindestens einer der getrennten Gasströme praktisch axial zur Brennkammer gerichtet ist, so daß eine stabile Flamme von kurzer axialer Ausdehnung erzeugt und aufrechterhalten wird, und zwar trotz der hohen Einblasgeschwindigkeiten der Gase, insbesondere des axial eingeführten Gases.From the above it follows that according to the invention either the fuel or the fuel gas can be injected through the axially directed or inclined nozzles. The improved Results are mainly achieved by having the separated gas streams at an angle meet, with at least one of the separate gas streams practically axially to the combustion chamber is directed so that a stable flame of short axial extent is generated and maintained despite the high injection speeds of the gases, especially the axially introduced Gas.
Erfindungsgemäß wurden befriedigende Ergeb- 6g nisse erzielt, wenn die Geschwindigkeit der beiden Gasströme am Auslaß der Einblasdüsen im Bereich von 10 bis 200 m/s gehalten wurden, obgleich weite Änderungen innerhalb dieses Bereiches den erhöhten Wirkungsgrad nicht zu beeinträchtigen schienen. Es ist außerdem verständlich, daß bei Betrachtung derartiger Strömungsgeschwindigkeiten für die durch die axial gerichteten Düsen 20 oder 60 oder die sie umgebende Vielzahl von geneigten Düsen 22 oder 62 eingeblasenen Gase eine ziemlich stabile Flamme von hoher Intensität an der Stelle aufrechterhalten wird, wo die verschiedenen Gasströme sich mischen oder überschneiden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die geneigten Düsen 22 oder 62 gleichförmig die Achse der axial gerichteten Düsen 20 oder 60 umgeben, um Flammen 25 oder 65 zu erhalten, von denen jede im wesentlichen axial gerichtet ist, um einen größtmöglichen Wirkungsgrad und Intensität der Wärmeerzeugung zu erzielen und eine Beschädigung der Innenwandungen zu vermeiden.Satisfactory results were obtained according to the invention nisse achieved when the speed of the two gas streams at the outlet of the injection nozzles in the area of 10 to 200 m / s were maintained, although wide changes within this range increased the rate Didn't seem to affect efficiency. It is also understandable that when viewed such flow rates for the axially directed nozzles 20 or 60 or for them surrounding plurality of inclined nozzles 22 or 62 injected gases produce a fairly stable flame of high intensity is maintained at the point where the various gas streams mix or overlap. This is especially true when the inclined nozzles 22 or 62 are uniform surround the axis of the axially directed nozzles 20 or 60 to obtain flames 25 or 65 from each of which is directed essentially axially for the greatest possible efficiency and intensity to achieve heat generation and to avoid damage to the inner walls.
Bei dieser Anordnung von einer Vielzahl von getrennten und geneigten, einen primären Gasstrom umgebenden Gasströmen (gleichgültig, ob es sich dabei um eine durch die Düsen 20 und 22 in F i g. 1 oder die Düsen 60 und 62 in F i g. 2 dargestellte Anordnung handelt) wird die zulässige Änderung in den Bewegungsgrößen der Ströme des Brennstoffes bzw. Brenngases wesentlich erhöht, selbst wenn sie so eingestellt sind, daß die gewünschten stabilen und kurzen Flammen aufrechterhalten werden, und es tritt praktisch keine Störung oder Neigung der Flamme ein, selbst wenn der Impuls des einen Gases stark von dem des anderen differiert.With this arrangement of a plurality of separate and inclined, one primary gas flow surrounding gas streams (regardless of whether it is a gas flow through the nozzles 20 and 22 in FIG. 1 or the nozzles 60 and 62 in FIG. 2) the permissible change in the quantities of movement of the flows of fuel or fuel gas increased significantly, even if they are adjusted so that the desired stable and short flames are maintained, and it there is practically no disturbance or inclination of the flame, even if the momentum of one gas occurs very different from that of the other.
Im Zusammenhang mit den hierdurch zu erzielenden Vorteilen sei festgestellt, daß eine Änderung oder Auswechslung der Brenner 12 oder 57 (oder eine Änderung bzw. Auswechslung der Düsengrößen oder ihrer Lage) nicht erforderlich sind, selbst wenn das Verhältnis von Brennstoff zu Brenngas oder die Art oder die Menge dieser Gase von Zeit zu Zeit geändert werden, so daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung derartige übliche wirtschaftliche Änderungen durchgeführt werden können, sogar in der gleichen Vorrichtung, während trotzdem noch ein erwünschter höherer Wirkungsgrad im Vergleich z. B. zu anderen Sonderausführungen von Brennervorrichtungen, bei denen die Größen der Öffnungen oder Strömungsmengen für verschiedene Brennstoffe oder unterschiedliche Betriebsbedingungen grundsätzlich verändert werden müssen, erzielt wird. Weiterhin bewirken die neuen Vorrichtungen, daß die Flammen in einem gewissen Abstand von sowohl den Brennerstücken 12 oder 57 als auch den Innenwandungen der Brennkammern 10 oder 55 erzeugt und aufrechterhalten werden, wodurch natürlich eine wünschenswert größere Lebensdauer und geringere thermische Beschädigung derselben erzielt wird.In connection with the advantages to be achieved in this way, it should be noted that a change or replacement of the burners 12 or 57 (or a change or replacement of the nozzle sizes or their location) are not required, even if the ratio of fuel to fuel gas or the Kind or the amount of these gases can be changed from time to time, so that with the invention Such usual economic changes can be made, even in the device same device, while still having a desired higher efficiency in comparison z. B. to other special versions of burner devices in which the sizes of the openings or flow rates for different fuels or different operating conditions in principle must be changed is achieved. Furthermore, the new devices cause the Flames at a certain distance from both the burner pieces 12 or 57 and the inner walls of the combustion chambers 10 or 55 are generated and maintained, thereby of course a desirably longer life and less thermal damage thereof is achieved.
Claims (6)
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österreichische Patentschriften Nr. 200 567,Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1070 620;
Austrian patents No. 200 567,
5th Symposium on Combustion, Reinhold625, 201 573;
5 th Symposium on Combustion, Reinhold
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