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Gasbrenner Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner zur Durchführung
chemischer Reaktionen mit einer das koaxial angeordnete Brennerrohr konzentrisch
umgebenden Brennkammer, welche selbst wiederum von einem Gehäusemantel konzentrisch
umgeben ist, so daß zwischen Brennkammermantel und Gehäusemantel ein Ringspalt gebildet
ist, über welchen ein gasförmiges Kühlmedium innerhalb einer vom Gehäusemantel hinter
der stromab liegenden stirnseitigen Brennkammeröffnung umschlossenen Kammer zum
Rauchgasstrom geleitet wird.
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Bei Gasbrennern, d. h. bei Brennereinrichtungen, die zur direkten
Wärmezuführung in ein Medium eingetaucht werden, besteht die erhebliche Gefahr,
daß eine örtliche Überhitzung durch die heißen Verbrennungsgase und die heiße Wandung
der Brennkammer eintritt. Dies ist insbesondere bei der Behandlung von Stoffen mit
einer bestimmten kritischen Maximaltemperatur der Fall, die nicht überschritten
werden darf. Werden z. B. Gasbrenner zum Oxydieren von Asphaltmassen verwendet,
darf die Temperatur der Asphaltmasse an keiner Stelle einen bestimmten, relativ
niedrigen Wert überschreiten, da sonst freier Kohlenstoff abgeschieden wird.
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Um eine örtliche Z7berhitzung zu vermeiden, ist es bekannt, die Brennkammer
mit einem oder mehreren in Abstand liegenden Mänteln zu umgeben, durch die Kühlluft
geblasen wird, welche gegebenenfalls als Zweitluft im letzten Teil der Brennkammer
zugeführt wird bzw. am Brennerausgang mit den Verbrennungsgasen gemischt wird. Diese
bekannten Brenner lassen sich jedoch nicht ohne weiteres zur Durchführung beliebiger
chemischer Reaktionen verwenden, da die Zusammensetzung der Brenngase weitgehend
brennstoffabhängig ist. Ein Zusatz von chemischen Reaktionsstoffen zu den Verbrennungsgasen
ist nicht ohne weiteres möglich, da die Gefahr besteht, daß diese Reaktionsstoffe
mit den Verbrennungsgasen nicht gewünschte Reaktionen eingehen.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, den Gasbrenner
so auszubilden, daß in weiten Grenzen eine beliebige Zusammensetzung und Temperatur
des Gemisches aus Verbrennungsgasen und Reaktionsstoffen einstellbar ist. Gemäß
der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß in dieser Kammer Düsen, die mit voneinander
getrennten Zuleitungen verbunden sind, angeordnet sind, über welche chemische Reaktionsstoffe
in die durch das Kühlmedium rückgekühlten Verbrennungsgase eingeleitet werden.
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Gemäß der Erfindung wird also am Ausgang des Brenners eine besondere
Mischkammer geschaffen, die eindeutig definierte Bereiche unterschiedlicher Temperaturen
aufweist, um für jeden der Reaktionsstoffe einen entsprechenden definierten Zuführpunkt
zu erhalten.
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Bei bekannten, mit Luftüberschuß durch Zuführung von Zusatzluft am
Austritt der Brennkammer arbeitenden Brennern sind derartige genau definierte Temperaturbereiche
nicht vorhanden, da die Mischung von außen nach innen durch Randdurchwirbelung erfolgt
und der Übergang zwischen kalter Zusatzluft und heißen Verbrennungsgasen nur in
einem sehr schmalen Wirbelbereich erfolgt.
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Die zu den Düsen führenden Leitungen liegen vorzugsweise derart im
Gehäusespalt, daß die Wärme aus der Brennkammer eine Vorwärmung der chemischen Reaktionsstoffe
vor dem Austritt aus den Düsen auf eine gewünschte Temperatur bewirkt.
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Der erfindungsgemäße Gasbrenner ist insbesondere zur Erhitzung, Verdampfung
oder sonstigen Behandlung von Zuckerlösungen und Lösungen von anderen Stoffen verwendbar,
welche bei hohen Temperaturen zur Verkohlung oder Karamelbildung neigen. Er kann
auch zum Erhitzen einer Flüssigkeit dienen, um die Molekularstruktur und/oder die
physikalischen Eigenschaften des erhitzten Materials zu ändern oder
einige
Teile einer Zusammensetzung zu entfernen und auszuscheiden, ohne die anderen zu
beeinflussen, z. B. um den Stickstoffanteil aus der Bierwürze od. dgl. zu entfernen.
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Die Erfindung stellt eine Einrichtung dar, die sowohl zur Ausnutzung
der fühlbaren Wärme als auch der Verbrennungsprodukte des Brenners zur Oxydierung
von Asphalt, Sättigung von Zuckerlösungen, Abscheidung von stickstoffhaltigen Substanzen
aus der Bierwürze und für beliebige andere Zwecke (yeeignet ist.
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In einer Säureausscheidungsanlage von Petroleumraffinerien ist die
Erfindung besonders brauchbar für: a) die Erhitzung der schwachen, ausgeschiedenen
H#,SO4 auf ungefähr 149° C oder mehr zwecks Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes
auf unter 10lo vor der Sättigung; b) zur Erhitzung des sauren Petroleumschlammes,
bevor er in die Umformungsanlage gelangt; c) zur Erhitzung des Paraffinschlammes,
der aus der Paraffinanlage zu den Separatoren gelangt, zur Ausscheidung der Säure;
d) zur Erhitzung der durch die Hydrolyse der verschiedenen Schlamme entstehenden
Substanzen. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Brenners
mit dem umgebenden Flüssigkeitsbehälter.
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Der Gasbrenner gemäß der Zeichnung besteht aus einem zylindrischen,
geschlossenen Behandlungsbehälter 1 mit dem Brennerrohr 2. Eine zylindrische Brennkammer
3 liegt um das untere Ende des Brennerrohres 2. Sie ist von einem Gehäusemantel
4 mit einem Einlaß 5 im Bereich seines oberen Endes umgeben. Der Wandabschnitt 6
des Gehäusemantels 4 verjüngt sich nach unten auf eine Öffnung 7 zu. Die Brennkammer
3 hat eine Öffnung B.
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Durch das Brennerrohr 2 wird ein gasförmiger Brennstoff, z. B. Naturgas,
über eine Hauptgasleitung 9 und eine Gassteuerleitung 10 zugeführt. Durch die Hauptleitung
11 und die Steuerleitung 12 wird Verbrennungsluft eingeführt. Die Verbrennung erfolgt
an der Brennerplatte 13 in der Brennkammer 3. Die Arbeitsweise des Gasbrenners kann
automatisch gesteuert werden.
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Die zu erhitzende Flüssigkeit 14 wird durch die Leitung 15 unter der
Steuerung durch Ventile 16 und 17 zugeführt und nach Behandlung über den Auslaß
18 abgeführt. Sie kann durch eine Leitung 19 mit dem Regelventil 20 zur weiteren
Behandlung rückgeleitet werden. Ein Rohrgehäuse 21 enthält ein Thermometer zur Temperaturmessung
der erhitzten Flüssigkeit. Durch die Leitung 19 können auch für bestimmte Zwecke
zusätzliche Flüssigkeiten eingeführt werden.
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Dem Gehäusemantel 4 wird ein gas- oder dampfförmiges Mittel zur Verminderung
der Temperatur der aus der Öffnung 8 der Kammer 3 austretenden heißen Verbrennungsprodukte
zugeführt. Da der Gehäusemantel 4 im wesentlichen konzentrisch zur Brennkammer
3 liegt, ist der aus dieser austretende heiße Gasstrom von einem Strom kühlerer
Gase oder Dämpfe umgeben. Auf diese Weise wird die hohe Temperatur der heißen Verbrennungsgase
gleichförmig vermindert und eine örtliche Oberhitzung der Flüssigkeit 14 vermieden.
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Der Brenner hat zusätzliche Leitungen 22 und 23 zum Zuführen chemischer
Reagenzien in den Gehäusemantel 4 durch die Düsen 24 und 25, die zwischen der Brennstelle
8 und der Austrittsöffnung 7 liegen. Es können auch mehrere Düsen 24 und 25 vorhanden
sein. Um den Brenner 2 befindet sich eine Öffnung 26, durch die in den Mantel 4
eingedrungene Flüssigkeit nach oben austreten kann.
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Die Flammenhitze bewirkt, daß die durch die Leitungen 22 und 23 zugeführten
chemischen Reagenzien auf die gewünschten Temperaturen erhitzt werden, bevor sie
durch die Öffnung 7 gelangen. Zwecks Steuerung und/oder Verbesserung der Flammentemperatur
wird ein Verdünnungsgas oder -dampf durch die Leitung 5 zugeführt. Wird die Leitung
5 für diesen Zweck nicht benutzt, so kann sie der Entfernung der Reaktionsprodukte
dienen, welche entgegen der gezeigten Pfeilrichtung auf diese Weise aus dem Brenner
gelangen.
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Der beschriebene Brenner kann zur Oxydierung von Schwefel und schwefelhaltigen
Reagenzien in Schwefeltrioxyd und Schwefelsäure benutzt werden. Er kann zur Oxydierung
und Nitrierung organischer Chemikalien für die Erzeugung von Ableitungen solcher
Chemikalien Verwendung finden. Im besonderen kann er zur Behandlung von Braunkohle,
Steinkohle, Ölschiefer, kohlenstoffhaltigen Säuren, Petroleum, zyklischen Verbindungen
od. dgl. benutzt werden.
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Eine andere Art der Verwendung des Brenners ist die, daß schwefelhaltige
Gase und Dämpfe, wie sie vom Petroleum abgeleitet werden, als Brennstoff benutzt
werden, indem sie durch die Gasleitungen 9 und 10 dem Brenner zugeführt werden.
Das hierbei entstehende Schwefeldioxyd und/oder Schwefeltrioxyd wird dann im Wasser
oder in anderen Flüssigkeiten absorbiert, z. B. in Flüssigkeiten, die sulfiert oder
sulfoniert werden sollen, um die Bildung schwefliger Säure oder organischer Schwefelverbindungen
zu erreichen.
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Das Gehäuse 4 kann unterschiedliche Formen aufweisen. Es kann mehrere
Einlässe und Auslässe haben, um die chemischen Reaktionen und Änderungen zu erhalten
und zu steuern.