DE1905006A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Oxydation von Kohlenwasserstoffen in einer Brennkammer mit Gegenstrom-Turbulenz - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Oxydation von Kohlenwasserstoffen in einer Brennkammer mit Gegenstrom-Durbulenz.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur partiellen oder vollständigen Oxydation von gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen in einer rotationssymmetrischen Brennkammer mit Gegenstrom-Turbulenz sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Bei der Oxydation von Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen muß berücksichtigt werden, daß für die verschiedenen Gemische und auch für die einzelnen Gemisch-Anteile unterschiedliche Reaktionszeiten gelten.
• Die Dauer der Verweilzeit in der Xeaktionskammer ist daher entscheidend für den Ablauf der Reaktion. Bei gleicher Verweilzeit in einer Kammer mit den gleichen geometrischen Abmessungen kann z.B. Eropan/Butan unter Beachtung der notwendigen Reaktionstemperatur ohne Rußbildung in Kohlenmonoxyd und Wasserstoff umgewandelt werden, wogegen ein schwereres Kohlenwasserstoffgemisch, wie Heizöl ES, bei den gleichen Bedingungen wegen seiner leichteren Zerfallbarkeit zu Rußbildung neigt. Diese Rußbildung kann vermieden werden, wenn man die Verweilzeit in der gleichen Reaktionskammer verringert, d.h. wenn man die für den Ablauf der Reaktion notwendige Druckdifferenz und damit den Durchsatz durch die Kammer in der Zeiteinheit entsprechend erhöht.
• Ein derartiges Verfahren zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen ist unter dem Aktenzeichen P ib 67 610.1 zum Patent angemeldet.
• Wenn man das angemeldete Verfahren jedoch für schwere Kohlenwasserstoffe anwendet, wird zur Erzeugung der erforderlichen hcheren Durchsatzgeschwindigkeit ein Gebläse entsprechend größerer Leistung benötigt, das beim Betrieb mit leichteren Kohlenwasserstoffen nicht ausgelastet ist. Mit dem stärkeren Gebläse sind außerdem nicht nur höhere iital- und Betriebskosten verbunden, sondern auch Geräusche und Vibrationen, die oft als störend und nachteilig empfunden werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches eine höhere Durchsatzgeschwindigkeit durch die Reaktionskammer onne steigerung der Sebläseleistung una die damit verbundenen nachteile ermöglicht.
• Zur Lösung wird vorgeschlagen, den Volumenstrom durch die Brennkammer zu erhöhen, indem ein geeigneter Teil heißer Verbrennungsgase in der zweiten Hälfte oder der zweiten Hälfte der ersten Stufe der Brennkammer abgezvieigt, rückgeführt und dem eintretenden Sauerstoffträger bzw. der Verbrennungsluft am Beginn der Brennkammer zugemischt wird, wobei die Rückfünrung so erfolgt, dab zwischen den rückgefünrten Verbrennungsgasen und dem Sauerstoffträger bzw. aer Verbrennungsluft entlang metallischen @änden ein Wärmetausch mit kontinuierlichem Wärmegefälle stattfindet.
• Durch die Rückführung der heißen Verbrennungsgase wird der Volumenstrom durch die Brennkammer um aen anteil des rückgeführten Verbrennungsgases erhöht. Eine weitere Erhöhung aes Voluinenstromes tritt dadurch ein, daß das rückgeführte hei3e Verbrennungsgas aen Sauerstofftrager bzw. die Verbrennungsluft vor dem eintritt in die Brennkammer aufwärmt. sie Aufwärmung erfolgt in doppelter Weise, einmal durch Wärmeaustausch entlang metallischen Wänden und zweitens durch Mischung der beiden Medien.
• Durch die Absaugung der Verbrennungsgase ergibt sich bei gleicher Temperatur und Kammergröße eine Erhöhung der Druckdifferenz in dem Brennkammerteil zwischen Eintritt und Abzugsstelle der Verbrennungsgase.
• Der Volumenstrom durch die Kammer erhöht sich gleichzeitig in der Zeiteinheit und zwar sowohl durch Üie Zumischung der @eißen Brenngase zum eintretenden Sauerstoffträger als auch durch die Erwärmung des Sauerstoffträgers. Die heißen Verbrennungsgase werden vorteilhaft an einer Stelle entnommen, an der sie noch nicht vollständig aus@ebrannt sind, so daß der Sauerstoffgehalt des Brennstoff-@uft-Gemisches am Eintritt in die Brennkammer durch die Zumischung des rückgefUhrten Verbrennungsgases @raktisch nicht vermindert wird.
• @ei richtiger Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung kann der Reaktionsablauf in der Brennkammer ständig und genauestens unter Kontrelle gehalten werden.
• Die Menge des rückgeführten Verbrennungsgases kann durch genaue Berechnung der Auslegungsdaten für die Brennkammer exakt bestimmt werden, wobei es verteilhaft ist, sie in einer Grö@e@@rdnung zw@@@@en 15 und 45 vol.% bezogen auf die @enge des eintretenden Sauerstoffträgers anzusetzen.
• lt der Vergrö@erung des Volumenstromes in der Leiteinneit erhöht sich die @urchsatzgeschwindigkeit und die Verweilzeit wird verringert, ohne daß ein stärkeres Gebläse benötigt wird. Versuche haben gezeigt, daß die Ersparnis in der Gebläseleistung proportional dem Quadrat der Menge des rückgeführten Verbrennungsgases abzüglich er Verluste durch Wandreibung ist, die praktisch vernachlässigbar sind. Die Minderung der Gebläseleistung kann bis zu 6@ @ betragen. jie für die Rückführung benötigte Energie resultiert aus der umgesetzten Energie des Brennstoffes, die eine Volumenzunahme und iabit eine Erhöhung der kinetischen Energie in Durchsatzrich@ung bewirkt.
• Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, an Hand derer die Erfindung im folgenden näher beschrieben wird.
• Mit 1 ist eine rotationssymmetrische Brennkammer bezeichnet, die aus dem zylindrischen Teil 1' und dem konischen Teil 1" besteht. Die dargestellten Teile der Brennkammer 1 können auch nur die erste Stufe einer aus mehreren Stufen bestehenden Brennkammer sein. In dem zylindrischen Teil 1' der dargestellten Brennkammer oder auch der ersten Stufe einer Brennkammer befindet sich ein längerer, sich erweiternder, schlanker Kegel 2, der mittels nicht eingezeichneter Streben mit dem ihn umgebenden inneren Zylinder 5 verbunden sein kann. Das eine Ende des inneren Zylinders 5 wird durch eine Begrenzungsplatte mit einer ringförmigen Leitvorrichtung 4 für die Zuführung des Sauerstoffträgers bzw. der Verbrennungsluft L abgeschlossen. Am anderen Ende schließt sich der konische Teil 1", der durch den sich in Durchsatzrichtung verjüngenden Gegenkegel begrenzt ist, an. An der Grenze zwischen dem inneren Zylinder 5 und dem Gegenkegel 3 wird durch das Ende des schlanken Kegels 2 ein Ringspalt 7 gebildet, der z.B. mit Hilfe eines verstellbaren Schürzenbleches erweitert oder verkleinert werden kann. Der innere Zylinder 5 ist von einem äußeren Zylinder 6 umgeben. Durch den dadurch entstehenden Ringraum wird der SaueraoQfträger bzw. die Verbrennungsluft L der Brennkammer 1 über die Beitvorrichtung 4 mit Drall zugeführt, vermischt sich mit den rückgefülirten Verbrennungsgasen C und strömt wandler Innenseite des schlanken Kegels 2 entlang. Dieser Heißgasstrom A an der Innenseite- des schlanken Kegels 2 ist der sauerstoffhaltigste Bereich in der Brennkammer.
• Von ihm wird durch den Ringspalt 7 das rückgeführte Verbrennungsgas C abgezweigt, das dann durch den Ringraum zwischen dem schlanken Kegel 2 und dem inneren Zylinder 5 zurückströmt, wobei es über die Wand des inneren Zylinders 5 im Wärmeaustausch mit dem zugeführten Sauerstoffträger L steht, Der sauerstoffhaltige Heißgasstrom A steht über das Wirbelfeld D der Gegenstrom-Turbulenz im Stoff- und Wärmeaustausch mit der inneren Verbrennungsgasrückführung E. Die Zufuhr des Brennstoffes B ist nicht dargestellt, sie kann in der für Brennkammern mit Gegenstrom-Turbulenz geeigneten Weise erfolgen.
• Das Verfahren läßt sich zur Oxydation von Kohlenwasserstoffen bzw. Kohlenwasserstoffgemischen mit den unterschiedlichsten Eigenschaften anwenden. Es ist wirtschaftlich und eignet sich sowohl für Anlagen, in denen imnier Kohlenwasserstoffe der gleichen Zusammensetzung behandelt werden, als auch für solche, in denen die Art der zu oxydierenden Kohlenwasserstoffe Schwankungen unterliegt. Ohne weiteres kann zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung auch eine Brennkammer dienen, die nicht in allen Einzelheiten der in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Kammer entspricht. Da die Rückführung der heißen Verbrennungsgase sich bei Anordnung der Brennkammerteile gemäß der Erfindung durch den herrschenden Druckunterschied von selbst einstellt, kann die entstehende kinetische Energie vorteilhaft ausgenutzt werden. Es ergibt sich dadurch eine bei den bisher bekannten Anlagen nicht- mögliche Ersparnis in den Anlageund-Betriebskosten. Außerdem werden die mit Gebläsen großer Leistung verbundenen störenden Geräusche und Vibrationen vermieden.
• Patentansprüche

Claims (5)

1. Patentansprüche W Verfahren zur partiellen oder vollständigen Oxydation yon Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen in einer rotationssymmetrischen Brennkammer mit Gegenstrom-'l'urbulenz, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom durch die Brennkammer erhöht wird, indem heiße Verbrennungsgese (C) in der zweiten Hälfte oder der zweiten Hälfte der ersten Stufe einer Brennkammer (1) abgezweigt, rückgeführt und dem eintretenden Sauerstoffträger bzw. der Verbrennungsluft L am Beginn der Brennkammer (1) zugemischt werden, wob-ei die Rückführung so erfolgt, daß zwischen den rückgeführten Verbrennungsgasen (C) und dem-Sauerstoffträger (L) entlang den metallischen Wänden des inneren Zylinders (5) ein tärmeaustausch mit kontinuierlichem Wärmegefälle stattfindet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rückgeführten Verbrennungsgase (C) in einem Bereich der Brennkammer (1) abgezogen werden, in dem die Brennkammergase noch viel sauerstoff enthalten.
3. 3. Verfahren nach Anspruch @ oder den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der rückgeführten Verbrennungsgase (C), bezogen auf die enge des eintretenden bauerstoffträgers (L), zwischen 15 und 45 vol. % beträgt.
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einer beliebigen Kombination der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine rotatíonssymmetrische Brennkammer (1) mit einemzylindrischen Teil (1'), der von einem inneren Zylinder (5) umschlossen ist, an welchen sich ein in Durchsatzrichtung verjüngender Gegenkegel (3) anschließt und einen konischen Teil (1") der Brennkammer (1) umfaßt, einem längeren, sich erweiternden schlanken Kegel (2) im Inneren des zylindrischen Teiles (1'), einer Begrenzungsplatte mit Leitvorrichtung (4) für den -Eintritt des Sauerstoffträgers an dem einen Ende des zylindrischen Teiles (1') und einem Ringspalt (7) am anderen Ende des zylindrischen Teiles (1') zwischen dem schlanken Kegel (2) und dem inneren Zylinder (5), sowie einem äußeren Zylinder (6), der den inneren Zylinder (5) umgibt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekeniizeichnet, daß der Querschnitt des Ringspaltes (7) der Brennkammer (1) kontinuierlich oder stufenweise während des Betriebes oder vor Inbetriebsetzung verändert werden kann.

   L e e r s e i t e