DE1501965A1 - Krackvorrichtung fuer Kohlenwasserstoffe - Google Patents

Krackvorrichtung fuer Kohlenwasserstoffe

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DE1501965A1 DE1966A0052321 DEA0052321A DE1501965A1 DE 1501965 A1 DE1501965 A1 DE 1501965A1 DE 1966A0052321 DE1966A0052321 DE 1966A0052321 DE A0052321 A DEA0052321 A DE A0052321A DE 1501965 A1 DE1501965 A1 DE 1501965A1
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Description

Es sind bereits zahlreiche Verfahren zum Kracken gasförmiger Kohlenwasserstoffe, insbesondere von Naturgas, in Industriebrennern bekannt, die für thermische Anlagen bestimmt sind, abgesehen von Verfahren, welche doppelte Verbrennung anwenden.
Bei diesen Verfahren ist man bestrebt, eine Temperaturerhöhung rtes Gases zu erreichen, die seine teilweise Krackung vor der Verbrennung gestattet, um freie Kohlenstoffteilchen freizusetzen und so die Leuchtkraft der Flammen bei der Nachverbrennung zu erhöhen. Bei diesen Verfahren besitzen jedoch die Flammen, die man bei der Verbrennung des vorgekrackten Gases erhält, keine sehr befriedigende Leuchtkraft im Hinblick darauf, dass der gebildete Kohlen-
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BAD
stoff sehr schwierig zu befördern ist und in der Hauptsache auf den Wänden des Eeaktionsgefässes verbleibt. Die Verwendung von Wirbelschichten oder katalytischen Schichten gestattet keine Lösung dieses Problems; denn der freie Kohlenstoff verbleibt auf den Teilchen, aus denen diese Schichten bestehen.
Andererseits ist es bekannt, dass man zur Erzielung grosser Ausgangsgeschwindigkeiten von Kohlenwasserstoffflammen, insbesondere von Naturgasflammen, an der Brennernase die Plammen entweder durch eine mechanische, einen Deflektor bildende Vorrichtung, welche abstromseitig eine stabile Zone des rezyklierten Gases erzeugt, oder durch eine Zündflamme stabilisiert.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Krakken und Verbrennen von Kohlenwasserstoffen insbesondere von Naturgas, die am Ausgang der Brennernase eine mechanische Stabilisiereinrichtung, z.B. eine Scheibe, einen Zylinder oder dergleichen, besitzt, welche stromabwärts eine stabile Zone der rezyklierten Gase erzeugt, und diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einführungseinrichtung für die Einleitung von Brennstoffen in das Innere der stabilisierten Rezirkulierungszone besitzt.
Die Einführungseinrichtung besteht aus einem Hilfskanal, der in der Mitte der mechanischen Stabilisierungseinrichtung mündet und so einen Teil des Brennstoffes stromabwärts von der mechanischen Stabilisierungsvorrichtung führt. Der Brennstoff, der in der Tiefe der stabilisierten Rezirkulationszone verbrennen soll, kann entweder in Gasform oder in flüssiger Form dort zugeführt werden. Er kann aus demselben Brengas wie der Hauptbrennstoff bestehen, der in der Vormischkamner verbrannt werden soll, oder er kann aus einem anderen Brennstoff bestehen.
Aus Vorstehendem ergibt sich, dass der Hilfskanal, der in der Mitte der metallischen Stabilisiereinrichtung mün-
BAD ORIGINAL 909 8 8 3/0563
det, entweder ein vom Hau pt kanal für den onl-'onmenden, in der Vormisorkammer zu verbrennenden Gasfl^sR unabhängiger' Kanal oder ein Hilfskanal sein Va'in, d^r an diesen T'ani.-t"-kanal angeacMossen ist.
Die Bedeutung dieser Vorrichtung >">·Ί Verwt-n^ur.g flüssigem 3rennptoff l:.egt darin, das·1? n«n eine prhfV-i·3 W-"rmeabgabeleistung bei nur teilw^iper Speisung mit s aus flüssigem Erdöl erreichen kann, ohne lass es notwen dig wäre, die flüssige Einspeisung zn veriantft-r.. To^h gro'ssere Bedeutung ha+ di^-se Vorrichtung bei der Verv/er.-lur.g von Butan; denn aufgrund der Tatsache, 3a3B es in flüssiger Phase verwendet werden kann, is4 -nan aller Schwierigkeiten enthoben, die Ublicherwei ne mit der TTatur ^ic-ses Gases verbunden siiii, rjv:nlich dessen Verdau^-*unj und A1^fν'·-·ι?ν.1-^ν:.:>1-tung der Gasphase in 1^n Ta;i":lpn.
Sohlieseiich 'τ-"!neidet nan i"."ifolg>:- ier iins^ritsit des Kohlenwass^^stoffos in fliisniger»For·:, in-'.'.e "o».p Ver heissen re2y1rlierten Gase st"onnl-v" .<4-r vor ;ρίγ. S^abill .τ&χογ die Vereisunj infolge Sev Verda~p^r'ng vn f.'issigerr: 7-h"1.«jnwasscrstoff.
Di·. V.iatri*' ""f fr.-ir o '· ? S^V .:.ndv.r>r-- i. r is^ der Tlatur des verwendeter. rre::u3tor'-»s ar.gepan.-it. Ihre Abmessungen k?nnoü in v^1Jr--r Rahmen von Irr Xi.ndesit'-'ffnur.ci .johwan
riilspiren Zu^tatri gestattet. "M · ?1 i^save^l/il^ni.-.-c. -^s Prenngase^ Ae- Frim-;rf -\:nr~ 'ml '-s I'lüsai^-^ öler -asfr'rrd jeir Brennntoffflusse^ -1·?.« Hilft'?"1'.-nhle^ werden gere^el+, uti die g3v.-tjnsohte I"r.^e aid gewin-cr Α-. IruoVtkraft der ?τ ?>^ae
Nach-=* Λ\βη"ί werfen e: rlj^ Ausf-hrungsbeip von Brennern gf.xves .var Frri.:du-i£; un 1 vcn verwenötare-n Speisungsarter: bei diesen Brennern beschrieben.
De-" in Pig. 1 schematise!· dargestellte Brenner besteht aus einer sogenannten Priin^rvormi scheinrichtung .mit getrennter Einf'ihrur.g von Prinär- und Selcunä-^-brennstoff.
909883/056 3 BAD oniGlMAL
Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Brenner ist eine Primärvormischvorrichtung mit einheitlicher Brennstoffeinspeisung. %
Der in Pig. 3 dargestellte Brenner ist eine söge» nannte Injektionsvorrichtung mit getrennter Einspeisung von Priraärbrennstoff und Sekundärbrennstoff.
Der in Pig. 4 dargestellte Brenner iet eine Injektionsvorrichtung mit einheitlicher Brennetoffeinspeisung.
Die in Pig. 1 dargestellte Krack- und Verbrennungsvorrichtung besitzt eine Vormischkammer 1, in welcher ein Zuführungskanal 2 für Primärbrenngae und ein Zuführungskanal 3 für die Einblasung von Säuerstoffträger münden. Ein Hilfskanal 4· für die Zuleitung von Brennstoff ist parallel sur Vormischkammer 1 angeordnet und mündet in der Mitte einer Scheibe 5» die mit einem Loch 6 versehen und am Auegang der. Vormischkammer 1 angeordnet ist.
Das Primärbrenngas und der Sauerstoffträger werden in 3er Vormischkammer vermischt und verbrennen normalerweise an der Brennernase mit einer stabilisierten Primärflawie 7. Der Sekundärstrahl für Brennstoff mündet durch die öffnung 6 des Stabilisators und steht in Berührung mit den in der Primärflamme verbrannten Gasen; er wird verdampft, teilweise dissoziiert und dann gekrackt.
Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weiset Ein Teil des Brennstoffes wird in die Vormischkammer eingeführt, wo er sich mit einem Sauerstoffträger, wie z.B. Luft, vermischt, letzterer wird in die Vormischkammer mittels des Kanals 3 eingeführt. Der in diese Kammer eingeführte Teil des Brennstoffes wird mit dem Sauerstoffträger in annähernd stöchiometrischen Kengenverhältnissen oder in solchen Anteilen vermischt, dass die Mischung schwach oxydierend ist. Diese Mischung brennt normalerweise unter Lieferung einer stabilisierten Flamme, die man als Primärflamme bezeichnet. Der andere Teil des Brenngasflusses, der im allgemeinen der grSssere
909883/0563 bad or,Q1nal
Teil ist, wird vermittels des Kanales stromabwärts von dem Stabilisator in die Zone der rezyklisierten Gase eingeführt. Dieser Brenngasstrahl, den man den Sekundärstrahl nennt, befindet sich in inniger Berührung mit den verbrannten Gasen aus der Primärflamme. Er wird auf eine ausreichend hohe Temperatur und angemessene chemische Bedingungen gebracht, um seine teilweise Dissoziierung und Krackung sicherzustellen, um freie Kohlenstoffteilchen zu liefern und damit hinter der Rezyklisierungszone eine Flamme zu ergeben, die eine hohe Leuchtkraft besitzt.
Bei der Krackvorrichtung für Kohlenwasserstoffgase nach der Erfindung entflammt die Primärmischung am Umfang des Stabilisators und erzeugt stromabwärts von diesem eine Zone heisser rezyklisierter Gase; der Sekundärstrahl gelangt in diese Zone, wo er erhitzt und auf Krackbedingungen gebracht wird; dieser Strahl kann sich zunächst auf Umgebungstemperatur befinden oder vorgeheizt werden.
Es ist zn betonen, dass ein Gefälle zwischen der Einführungstemperatur des Strahles in die Rezirkulierungszone der Gase und der Endtemperatur der Flamme besteht, das zwischen 1000 und 1800° C je nach c\en Bedingungen liegen kann, die man dem Sekundärgas erteilt, wie Druck, Temperatur usw., sowie je nach den Versuchsbedingungen.
Hinter der vom Stabilisator erzeugten Rezirkulierungszone erhält man eine Flamme von hoher Leuchtkraft. Beispielsweise erreicht man die folgenden Ergebnisse mit einem Brenner, dessen Vormischkammer einen Durchmesser von 35 mm, dessen Stabilisierscheibe vor ler Stirnseite dieser Kammer einen Durchmesser von 25 mm und dessen Loch in der Stabilisierscheibe 2 mm besitzt: Speisung mit gasförmigem Primärbrennstoff von der Art von Propangas 5 kg/h, Speisung mit Sekundärbrennstoff von der Art von flüssigem Propan 35 kg/h, Verbrennungsluft von Umgebungstemperatur.
Es wurde eine Temperatur von monochromatischer Brillanz T™ von 1350° 0 und ein monochromatischer Emissionsfaktor von 0,32 gemessen bei einer Flammendicke von ungefähr 0,4 m festgestellt,
. 909883/0563 bad owginm-
Der in Fig. 2 dargestellte Brenner-ist eine
lung des Gerätes nach Fig. 1. Er besitzt anstelle ier getrennten Brennstoff Zuleitungen eine einzige Zuleitung 8,' eine Abzweigung 9, die einen Teil des Stromes aufnimmt, um in die Mitte des Stabilisators 10 zu leiten.
Der in Pig. 3 dargestellte Brenner ist eine Abwandlung des Brenners nach Fig. 1. Er besitzt anstelle der Ιοτ,τ, , mischkammer eine Injektoreinrichtung. Die Primärmisohung wird in der Vormischkammer 11 durch Ansaugung von luft 12 infolge der Ansaugung mittels eines Injektors 13 an. der Austrittsöffnung des Zuführungskanals 14 für Brenngas erzielt. Im übrigen entspricht der Brenner in seiner Ausführung dem vorstehenden.
Der in Fig. 4 dargestellte Brenner ist eine Abwandlung des in Fig. 2 und 3 dargestellten Brenners. Die Primärmischung wird in der Voraischkammer 15 durch Ansaugung von Luft 16 erreicht. Die Ansaugung beruht auf dem Vorhandensein eines Injektors 17 am Ausgang des Zufuhrungskanals 18 für Brenngas. Eine Abzweigung 19 an dieser Leitung 18 leitet Brennstoff in die Mitte des Stabilisators 20.
Beispielsweise sind mit verschiedenen Kohlenwasserstoffen die folgenden Ergebnisse erhalten worden. Die Verbren nungsluft hatte Umgebungstemperatur,und die Temperaturen der monochromatischen Brillanz Tj1 sowie der monochromatische Emissionsfaktor wurden an einer Flammendicke von ungefähr 0,4m gemessen. .
BAD ORIGINAL
f ,-* r
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Brennstoff- Durchmesser Emis-Brennstoff mengenleistung in mm sione-
arlmär sekundär primär sekundär 1 5 9 P faktor
m3A 90 63 14 1330° C 0,28
3A 55 N m5/h 90 63 14 1300° C 0,22
Propan- Propangas gas 14 kgA 26 kg/h 55 38 8 1330° C 0,41
Propan- flüssi-
gas gee . .
Propan 5 kgA 35 kgA 35 25 2 1350° C 0,32
Die Krackvorrichtung nach der Erfindung bietet zahlreiche Vorteile, insbesondere arbeitet sie sehr wirtschaftlich, weil sie einerseits keine l'ussere Zufuhr,sei es energetischer oder katalytischer Art, erfordert und andererseits als Saueret off träger Luft verwendet. Gleichzeitig gestattet die Vorrichtung nach der Erfindung relativ hohe Gasaustrittsgeschwindigkeit und auch harte Flammen, ohne dass andere Stabilisiereinrichtungen notwendig wären. Ein weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, dass die Vorrichtung nach der Erfindung *.ueserst einfach im Aubau ist und infolgedessen keine besondere Bearbeitung verlangt,
Ee sei hervorgehoben, dass lie Erfindung nicht auf die beschriebenen AusfUhrungsbeisniele beschränkt ist, sondern hieran Abwandlungen vorgenommen werden können.
*) La.q«ea· ist «in, französisches Naturgas aus d·« Bereich von Bordeaux νen folgender Zuoaaaensetsung in Vol.-%i
m oi, ,6 % - 3.2 % 38 . 0.7 *
0Ao - °·2 *
M2 « 1,3 f
Oberer Hei«werti «790 ath (kcal)/Ne3 Dichte bezogen auf Luft ι 0,58
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bad on;e.:NAL

Claims (4)

Patentansprüche
1.j Vorrichtung zum Kracken und Verbrennen von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Naturgas, mit einer Brenneraustrlttsnase, einer mechanischen Stabilisiereinrichtung, s.B. einer Scheibe, einen Zylinder oder dergleichen, die stromabwärts eine stabile Zone der rezyklisierten Gase erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daO die Vorrichtung eine Kinzlchtung zur Einführung von su verbrennendem Brennstoff in die Tiefe der stabilisierten Re ζ i—rkulierungezone besitzt.
2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi die Einfuhrungseinrichtung aus einem Hilfekanal besteht, der in der Mitte der mechanischen Stabilisiereinrichtung mündet und so einen Teil des Brennstoffes stromabwärts von dieser Einrichtung zuführt.
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskatol aus einer Abzweigung des Hauptkanalβ für das Brenngas besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafi der Hilfekanal getrennt vom Hauptkanal angeordnet und an eine vom zu krackenden Kohlenwasserstoff getrennte Brennstoffquell z.B. eine Quelle für flüssigen Brennstoff, angeschlossen ist.
BAD ORIGINAL
90988 3/0563
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