DE1227185B - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gasgemischen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden GasgemischenInfo
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- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
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Description
- Verf ahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gasgemischen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltender Gasgemische durch unvollständigeVerbrennungvonKohlenwasserstoffe enthaltenden Materials mit einem sauerstoffhaltigen Gas.
- Solche Verfahren sind bekannt, z. B. aus der britischen Patentschrift 780 120. Nach dieser Patentschrift werden Kohlenwasserstoffe unter Druck in eine Verbrennungskammer besonderer Form zu-sammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas eingeführt, wobei besondere Vorrichtungen zur Sicherstellung einer innigen Vermengung der Ausgangsstoffe vorgesehen sind, Ahnliche Verfahren erfordern auch spezielle Anordnungen zur Sicherung einer zufriedenstellenden Umwandlung des Kohlenwasserstoffes, zur Verhütung der Entstehung unzulässiger Mengen Ruß und auch zur Veimeidung schädlicher Wirkungen auf die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung, wie Korrosion, Erosion oder Schmelzen des feuerfesten Materials, z. B. infolge ungleicher Wärmeverteilung unter Auftreten heißer Stellen oder infolge schlechter Verteilung der Reaktionsmedien.
- Es ist ein Verfahren zur Verbrennung eiiies fließfähigen Brennstoffs für die Erzeugung eines Schutzgases, das sich für Wärmebehandlungsöfen eignet, bekanntgeworden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Teil des in der Brennkammer anfallenden Gasgemisches zu dem Brenner rückgeführt wird und vorzugsweise zuerst heiß dem Brennstoff beigegeben und dann erst der für die Verbrennung erforderliche Sauerstoff zugesetzt wird. Beim Starten dieser Anlage wird der Hauptbrennkammer zuerst Kohlenwasserstoff und Verbrennungsluft zugeführt. Das Abgas geht dann in die Luftvorwärmung. Erst bei eingefahrener Anlage wird ein Teil des Abgases abgezweigt und dieser in den Brenner rückgeführt. Gleichzeitig wird frischer Kohlenwasserstoff eingespeist, der mit einem kalten Zerstäubungsmittel fein verteilt wird. Die Brennstoffzerstäubung erfolgt in einem Gasraum, in dem das Abgas aus der Brennkammer abwärts steigt. Der Brenner fördert also ein Gemisch von Abgas und frischen Kohlenwasserstoffen sowie Zerstäubungsmittel für die Kohlenwasserstoffe.
- Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben gegenüber bekannten Verfahren den besonderen Vorteil, daß Gasgemische in verhältnismäßig kleinen Mengen in Vorrichtungen geringerer Größe als den bekannten hergestellt werden können. Die Erfindung kann vorteilhafterweise dort angewendet werden, wo die erzeugten Gase direkt verbraucht werden sollen, z. B. in gasbeheizten öfen, z. B. in Hochöfen, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung ganz nahe an der gasverbrauchenden Anlage installiert sein kann. Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich auch für die Erzeugung brennbaren Gases für andere Zwecke geeignet.
- Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gasgemischen durch unvollständige Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigem Material im Gemisch mit heißen Abgasen mit einem sauerstoffhaltigen Gas und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit einem sauerstoffhaltigen Gas erzeugtes Abgas mit frischem Kohlenwasserstoff versetzt und dieses Gasgemisch in einem langgestreckten Reaktionsraum in Form eines Strahls mit sehr hoher Geschwindigkeit zentral eingeführt und diesem Gasstrahl tangential ein gegebenenfalls vorgewärmtes sauerstoffhaltiges Gas zur teilweisen Verbrennung zugeleitet wird und der Gasstrahl nach scharfer Umlenkung am Ende des Reaktionsraumes im Gegenstrom zurückgeführt und ausgetragen wird. Die Reaktion wird vorzugsweise bei überdruck ausgeführt. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß der heiße Gasstrom in den Reaktionsraum mit Schallgeschwindigkeit eingeführt wird. Dadurch werden Druckunterschiede in dem Reaktionsraum vermieden, die die Stabilität in der mit dem Reaktionsraum kommunizierenden Verbrennungskammer, in der die heißen Gase erzeugt werden, beeinflussen.
- Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Brennereinheit mit Zuführung für Brennstoff und Verbrennungsluft, eine Brennkanirner und an deren oberen Ende eine Mschdüse mit Zuführung für frischen Kohlenwasserstoff, gegebenenfalls Zuführungen für Wasser oder Wasserdampf und einen Reaktionsraum mit zentraler Einführung für das mit hoher Geschwindigkeit aus der Mischdüse der Verbrennungskammer austretende Gasgemisch, sowie mindestens eine Zuführung zur tangentialen Einführung von Luft knapp über der Eintrittsstelle des Gasgpmisches in den Reaktionsraum und mindestens eine Ableitung für das gebildete Gasgemisch, die sich an dem Ende des Reaktionsraumes befindet, an dem die Einführung für das Gasgemisch angeordnet ist.
- Das kohlenwasserstoffhaltige Material besteht vorzugsweise aus-einem flüssigen Kohlenwasserstoff (bei Normaltemperatur von ungefähr 201' C und Atmosphärendruck), und das sauerstoffhaltige Gas kann Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder sogar reiner Sauerstoff sein. Die heißen Gase können durch Verbrennen eines _gasförm.igen oder flüssigen Kohlenwasserstoffes mit Luft, vorzugsweise in stöchiom#trischen Verhältnissen, in einer Verbrennungsvorrichtung gewonnen werden.
- Die Luft oder angereicherte Luft kann zur Erhöhung des Wärmewirkungsgrades vorgewärmt werden. In manchen Fällen - insbesondere, wenn die erzeugten Gase nicht -direkt verbraucht werden sollen - können diese Gase als wärineabgebende Stoffe -verwendet werden, -wodurch hoher Nutzeffekt erzielt wird, da die Gase abgekühlt uijd gleichzeitig die Luft vorgewärmt werden.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine Zufälirung m* dem Reaktionsraum zur zentralen Einführung der heißen Abgase im Gemisch mit den Kohlenwasserstoffen auf. Für die Erzeugung der heißen Abgase dient eine im wesentlichen zylindrische Verbrennungskammer axial zu der zentralen Einführung mit verengtem Querschnitt im Hinblick auf die Gasabführung und einer Brennerdüse am anderen Ende der zylindrischen Kammer mit Zuführungen für Kohlenwasserstoffe und Luft. Die Ableitung weist ringförmige Ausnehmungen für die Einführung der Kohlenwasserstoffe in den Abgasstrom auf.
- In dieser öffnung kann sich ein zweiter ringförmiger Kanal für - die Einführung von Wasser oder Wasserdampf befinden.
- Es ist zweckmäßig, die Verbrennungskammer außen mit einem Wassermantel und innen mit einer feuerfesten Auskleidung zu versehen. Der Düsenteil besteht zweckmäßigerweise aus Nichteisenmetall, abhängig von der Anwendung von Luft oder Sauerstoff für die Verbrennung.
- Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine längliche Reaktionsk2mmer mit rechteckigem Querschnitt auf, sie ist an dem einen Ende geschlossen, und an dem anderen Ende befinden sich ein oder mehrere Zuführungen, wobei sich die Gasableitungen in der Seitenwand nahe den Ecken befinden. Die Zuführungen und Abführungen liegen jeweils an derselben Schmalseite des länglichen Reaktionsraumes. Nach einer bevorzugten Ausführungsform hat der Reaktor quadratischen Querschnitt, und die Gaszuführung erfolgt an dem einen Ende zentraL Die Erfindung wird an den Zeichnungen näher erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform zeigen.
- F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch die Reaktionseinheit und F i g. 2 ein Längsschnitt durch die Brennereinheit. Die Reaktionseinheit nach F i g. 1 enthält eine Re-aktionskammer 1 in langgestreckter quadratischer Form, die Wände sind mit feuerfester Auskleidung versehen und mit einem Stahlmantel umgeben. Der Boden weist eine zentrale öffnung 2 für die Einführung des Gemisches von Kohlenwasserstoffen und Verbrennungsgasen auf. Das Gasgemisch wird in Form eines Strahls 3 hoher Geschwindigkeit durch den Reaktionsraum 4 geleitet, die Einspeisung geschieht über die zentrisch angeordnete Zuführung 5, die über die Leitung 6 mit der Brennereinheit in Verbindung steht. Der Strahl aus dem Gasgemisch wird umgeben von einem Strom aus sauerstoffhaltigem Gas - z. B. Luft - der tangential über die Zuführung 7 eingeleitet wird. Die Ableitung des gebildeten Gases geschieht über eine Anzahl von Ab- leitungen 8 an den Ecken des quadratischen Reaktionsraumes 4, und zwar am Boden, also an dem gleichen Ende, an dem die Einführung geschieht.
- Bei Betrieb der Vorrichtung steigt das Gasgemisch in dem Strahl 3 auf, wird an der Decke des Reaktionsraumes 4 umgelenkt und streicht entlang der Wände abwärts. Während dieser Abwärtsbewegung findet eine- innige Berührung mit dem aufsteigenden Gasstrahl statt. Durch diese Gegenbewegung wird der Wärmeaustausch begünstigt und eine Vermischung der Reaktionspartner unterstützt. Ein Reaktionsraum mit quadratischem Querschnitt bietet den Vorteil, daß in den Kantenbereichen ein im wesentlichen ungestörter Strom der gebildeten Gase abwärts und zu den Ableitungen streicht.
- F i g. 2 zeigt nun die der Reaktionseinheit vorgeschaltete Brennereinheit. Diese ist nach der einen Ausführungsform zylindrisch und besitzt einen Wassermantel mit der Wand 9, der über die Zuführung 11 gespeist und das Heißwasser über Ableitung 12 ausgetragen wird.
- Die Verbrennungskammer ist mit einer feuerfesten Auskleidung 13 versehen. Ihre Wärmestrahlung be- günstigt den Temperaturausgleich über die ganze Höhe der Brennkammer. An einem Ende der Brennkammer befindet sich der eigentliche Brenner mit Zuführung für das Brennstoff-Luft-Gemisch mit Düse 15 zur Ausbildung eines kegelförmigen Strahls. Die Brennkammer hat eine eingezogene Decke 16 und mündet in die Austragleitung 17. Diese ist versehen mit einer Erweiterung 18, die in Verbindung steht mit der Zuleitung 19 für Kohlenwasserstoffe, sowie mit einer Erweiterung 20, die mit der Zuleitung 21 für Wasser in Verbindun- steht. Die Brennerdüse 15 steht in Verbindung mit einem zentrisch angeordneten Rohr 22 zur Einführung von Brennstoff 23 und ist in Richtung der Brennerdüse mit dem kugelbelasteten Rückschlagventil 24 gesichert. Die Mischkammer 25 für Brennstoff weist eine Anzahl von öffnungen 26 mit seitlich angeordneten Schlitzen 27 für den Brennstoffaustritt auf. Die Schlitze 27 münden in den konischen Kanal 28, der der Zufuhr von Verbrennungsluft dient.
- Die mit dieser Vorrichtung durchgeführten Versuche ergaben sehr zufriedenstellende Resultate.
- Es ist grundsätzlich möglich, diese Vorrichtung in verschiedenster Hinsicht abzuwandeln. So kann man z. B. einen zylindrischen Reaktionsraum mit mehreren tangential angeordneten Zuführungen in der Wand vorsehen, wobei eine Brennereinheit entsprechend F i g. 2 vorgeschaltet ist. Es ist auch möglich, rohrförmige Reaktionskammern zu verwenden, wobei die Gasabführung dann am entgegengesetzten Ende der Gaseinleitung stattfindet.
Claims (2)
- Patentasprüche: 1. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gasgemischen durch unvollständige Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigem Material im Gemisch mit heißen Abgasen mit einem sauerstoffbaltigen Gas, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit einem sauerstoffhaltigen Gas erhaltenes heißes Abgas mit frischem Kohlenwasserstoff versetzt und dieses Gasgemisch in einen langgestreckten Reaktionsraums in Form eines Strahls mit sehr hoher Geschwindigkeit zentral eingeführt und diesem Gasstrahl tangential ein gegebenenfalls vorgewärmtes sauerstoffhaltiges Gas zur teilweisen Verbrennung zugeleitet wird und daß der Gasstrahl nach scharfer Umlenkung am Ende des Reaktionsraumes im Gegenstrom zurückgeführt und ausgetragen wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgas- und kohlenwasserstoffhaltige Gasgemisch in Form mehrerer Teilströme in den Reaktionsraum eingeführt und jedem Teilstrom das benötigte sauerstoffhaltige Gas zugeleitet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoff ein unter Normalbedingungen flüssiges Kohlenwasserstoffprodukt verwendet wird. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Brennereinheit mit Zuführung für Brennstoff (23) und Verbrennungsluft (28), einer Brennkammer und einer Mischdüse am Ausgang der Brennkammer mit Zuführung für frischen Kohlenwasserstoff (19) und gegebenenfalls Zuführungen für Wasser oder Wasserdampf (21) und einen Reaktionsraum (4) mit zentraler Einführung für das mit hoher Geschwindigkeit aus der Mischdüse austretende Gasgemisch sowie mindestens eine Zuführung (7) zur tangentialen Einführung von Luft knapp über der Eintrittsstelle des Gasgemisches in den Reaktionsraum und mindestens eine Ableitung (8) für das gebildete Gasgemisch, die sich an dem Ende des Reaktionsraumes befindet, an dem die Einführung für das Gasgemisch angeordnet ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen für die Luft in den Reaktionsraum über den ganzen Umfang angeordnet sind. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer zylindrisch ist und die Ableitung für die Gase in die Mischdüse und den Reaktionsraum axial liegt. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer mit feuerfestem Material (13) ausgekleidet und gegebenenfalls mit einem Wassermantel (10) umgeben ist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum rechteckigen Querschnitt besitzt und an einer der Stimseiten der oder die Eintrittsstellen für das Gasgemisch und in der Nähe der Ecken die Ableitungen (8) angeordnet sind. 9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum quadratischen Querschnitt besitzt und die Zuführung für das Gasgemisch zentral angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1029 521, 1036450.
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- 1963-06-22 LU LU43950D patent/LU43950A1/xx unknown
- 1963-06-24 DE DES85807A patent/DE1227185B/de active Pending
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Also Published As
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