DE2136735A1

DE2136735A1 - Brenner und Einsatzgut Einspritzen Ordnung für einen Rußreaktor

Info

Publication number: DE2136735A1
Application number: DE19712136735
Authority: DE
Inventors: Burton F Houston Crull William B Dumas Tex Latham jun (V St A)
Original assignee: Continental Carbon Co, Houston, Tex (VStA)
Priority date: 1970-07-31
Filing date: 1971-07-22
Publication date: 1972-02-03
Also published as: NL7110557A; ES392638A1; US3669628A; GB1339447A; DE2136735C3; DE2136735B2; FR2099412A5; JPS5122473B1; CA921389A

Description

4120 Southwest Freeway, Houston, Texas 77027, USA

Drenner-und Einsatzgut-Einspritzanordnung für einen Rußreaktor

Die Erfindung betrifft eine Brenner^ und Einsatzgut-"* Einspritzanordnung für einen langgestreckten, im wesentlichen rohrförmigen Rußreaktor, dessen stromaufwärtiges Endteil die Anordnung konzentrisch aufnimmt.

T-" ' Γ

Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von Ruß durch Einspritzen eines geeigneten Kohlenwasserstoff-Einsatzgutes in eine langgestreckte Reaktions- oder Verbrennungskammer, die auf hoher Temperatur befindliche Flammen und Gase enthält, und Schafft insbesondere eine Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung zum Verbrennen eines normalerweise flüssigen Kohlenwasserstoffs als Brennstoff und damit zum Erzeugen der Wärme, die für die Pyrolyse des Einsatzgutes zu Ruß erforderlich ist. Die genannte Anordnung besitzt auch eine Einrichtung zum Zuführen von Einsatzgut in den Reaktor.

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In vielen Fällen wird dem Brenner als Brennstoff ein Gas zugeführt. Wenn jedoch Gas nicht oder nicht zu einem wirtschaftlichen Preis zur Verfügung steht, ist ein Brenner eririinscht, mit dem ein normalerweise flüssiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff verbrannt werden kann.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Brenners, der statt Gas einen normalerweise flüssigen Kraftstoff einwandfrei verbrennen kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt drei konzentrische Rohre, nämlich für das Einsatzgut ein Mittelrohr, das von einem zweiten Rohr umgeben ist, welches sich seinerseits in einem dritten Rohr befindet. Ferner sind mehrere, vorzugsweise drei, Heizölrohre in dem₅Ringraum zwischen dem zweiten und dem dritten· Rohr angeordnet und an ihren Enden mit je einer Sprühdüse versehen, die gegenüber de'f Achse "des Mittelrohrs geneigt ist. Diese Heizölrohre dienen zum Einleiten von Brennstoff in den Reaktor. Die Anordnung enthält ferner vorzugsweise einen im wes entlich en kegelförmigen Flamine-nhalter,, der das dritte Rohr an seinem einen Ende konzentrisch umgibt, sich zum Innern des Reaktors hin auswärts erweitert und von mehreren Flügeln gebildet wird, die jeweils an ihrem äußeren Ende verdrillt sind.

Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Mittelrohr, das zum Einleiten von Einsatzgut in den Reaktor dient und dessen eines, in dem Reaktor mündendes Ende mit einer Sprühdüse versehen ist, durch ein zweites Rohr, welches das Mittelrohr konzentrisch umgibt

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und dessen eines Ende im wesentlichen mit dem im Reaktor angeordneten Ende des Mittelrohrs bündig ist, durch ein drittes Rohr, welches das zweite Rohr konzentrisch unigibt und ein Ende besitzt, das in dem Reaktor stromaufwärts von dem Ende des Mittelrohrs endet, durch mehrere Ileizölrohre, die in dem Ringraum zwischen dem zweiten und dem dritten Rohr angeordnet sowie zu diesen Rohren parallel sind und in dem Reaktor stromabwärts von dem Ende des dritten Rohrs, aber stromaufwärts von dem Ende des Mittelrohrs enden und an ihren Enden mit mehreren Spriihdüsen verseilen sind, welche jeweils unter einem Winkel von etwa 15 bis 45 gegenüber der Achse des Mittelrohrs geneigt a.nd, durch eine Einrichtung zum Zuführen von Ruß-Einsatzgut in das Mittel- rohr, durch eine 'Einrichtung zum. Zuführen von Kühlmittel in den Ringraum zwischen .dem ersten»und dem zweiten Röhr, durch eine Einrichtung zum Zuführen*'eines normalerweise flüssigen -Kohlenwasserstoff-Brennstoffs in die Heizölrohre, durch eine Einrichtung zum Einleiten eines Behandlungsluftstroms in den Reaktor und durch eine Einrichtung zum Führen des Behandlungsluftstroms stromabwärts längs der Außenseite" des' dritten Rohrs.

Die Anordnung weist vorzugsweise ferner einen im \fesent-1ichen kegelförmigen Flammenhalter oder Luftverteiler auf, der das dritte Rohr an seinem Ende konzentrisch umgibt und sich zu dem Innern des Reaktors hin unter einem Winkel von etwa 5 bis 30 , vorzugsweise 10 bis 25 , von der Vertikalen auswärts erweitert und von mehreren Flügeln gebildet wird, die jeweils an ihrem äußeren Ende um einen Winkel von etwa 10 bis 25 verdrillt sind.

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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ..sieht ferner eine Einrichtung zum Zuführen von Luft in den Ringraum zwischen dem zweiten und dem dritten Rohr vor, sowie einen zwischen dem Außenumfang des zweiten Rohrs und den Düsenenden der Heizölrohre angeordneten RingkanaJ., der den Ringraum mit dem Innern des Reaktors verbindet.

_y. Brenner zum Verbrennen von Öl anstatt von Gas sind zwar in Rußreaktoren an sich bekannt. Geeignete Ileizölbrenner- und * Einspritzsysteme für Rußreaktoren sind beispielsweise in den USA-Patentschriften 3 OO3 8^4, 3 O6O OO3, 3 290*120 und 3 5OI 274 angegeben. Die Anordnung nach der USA-Patentschrift 3 443 76I weist zwar gewisse Ähnlichkeiten mit der Erfindung hinsichtlich einzelner Merkmale bzw. Bestandteile auf, doch unterscheidet sich die in dieser ₍Patentschr,if t beschriebene Anordnung von der -erfindungsgemäßen'im Gesamtäufbau wesentlich,., und sie kann nur mit gasförmigem" Kraftstoff betrieben werden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung;.' von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansieht einer bevorzugten Ausführungsform der Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 eine Längsschnittansieht einer Ausbildungsform eines Rußreaktors, der mit der bevorzugten Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung versehen ist, und

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Fig. k eine Seitenschnittansicht einer weiteren Auöführung.sform eines Rußreaktors mit der bevorzugten Brennerund Einsatzgut-Einspritzanorndnung.

Zunächst wird anhand der Fig. 1 die Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung nach der Erfindung beschrieben. Das Einsatzgut wird über das Mittelrohr 2 zugeführt, das verschiebbar in dem axialen Rohr 3 gelagert und gegenüber diesem mit geeigneten Dichtungen abgedichtet ist, die in 'dem Verschluß 4 angeordnet sind. Das Mittelrohr 2 ist mit den gezeigten .Führungen versehen, die es in dem Axialrohr 3 in der richtigen Stellung festlegen. An seinem stromabwärtigen Ende hat das Mittelrohr 2 eine geeignete Sprühdüse 5, die aus jeder beliebigen, im Handel erhältlichen Düse bestehen kann und vorzugsweise hohlkegelig ist.

Das Axialrohr 3 ist an seinem stromaufwärtigen Ende mit einem T-Stück 6 ausgestattet, über das Luft in den Ringraum zwischen dem Mittelrohr und dem Axialrohr eingeleitet werden kann .

Die Mündung der Düse 5 ist mit dem Ende des Axialrohres annähernd bündig. Das Axialrohr 3 ist in der Anordnung 1 verschiebbar gelagert, und zwar mit Hilfe des Verschlusses 7, der in der dargestellten Wei.se mit Dichtungen versehen ist.

Es wurde vorstehend schon angegeben, daß der Luftstrom in dem Axialrohr 3 ein Überhitzen der Düse 5 verhindert. Im Rahmen der Erfindung kann man das Rohr 3 mit einem Kühlwassermantel umgeben, so daß dann die Brenneranordnung mit Wasser anstatt mit Luft gekühlt wird. Eine Anordnung mit einem Kühl-

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wassermantel ist in der gleichzeitig mit der Prioritätsanmeldunc; eingereichten USA-Patentanraeldung Ser.Nr. 59 9^2 angegeben.

Das Axialrohr 3 ist konzentrisch von einem Rohr 8 umgeben, das vorzugsweise in der Nähe seines stromaufwärtigen Endes mit einer Ausgleichseinrichtung 9 versehen ist. Diese ist an der Begrenzung einer Ringkamrner 10 befestigt, die mit einem Rohr 11 verbunden ist, das in der nachstehend beschriebenen Weise zum Einleiten von Brennstoff dient.

Mit der Kammer 10 sind mehrere, vorzugsweise drei Heizölrohre 12 verbunden, von denen eines in Fig. 1 gezeigt ist. Diese Heizölrohre 12 sind in dem Ringraum zwischen dem Axialoder Luftrohr 3 und dem dieses umgebenden äußeren Rohr 8 der Anordnung 1 angebracht.

Die Rohre 12 sind an ihren,stropabwärtigen Enden durch den Ring 13 mit dar Anordnung verbunden. An dem Ring 13 ist ein Ring lk befestigt, der von mehreren geneigten Bohrungen durchsetzt ist, die je einem der Meizölrohre 12 zugeordnet

und mit je einer Sprühdüse 15, vorzugsweise -einer Schlitz- | düse, verbunden sind, welche gegenüber der Achse des Mittelrohrs unter einem Winkel von etwa 15 bis k5 , vorzugsweise 15 bis 25 , geneigt ist. Man erkennt, daß die Ringe lk und 13 durch einen Ring mit einer Ringnut ersetzt werden könnten, so daß die Anzahl der Heizölrohre 12 kleiner sein kann als die der Düsen 15·

Die Anordnung besitzt vorzugsweise eine im wesentlichen kegelförmige Einrichtung l6, die das Ende des Rohrs 8 konzentrisch umgibt und sich zum Innern des Reaktors hin unter

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einem Winkel von etwa 5 bis 30 , vorzugsweise 10 bis 15 » gegenüber der Vertikalen auswärts erweitert. Diese Einrichtung hat mehrere Flügel, die jeweils an ihrem äußeren Ende um einen Winkel von etwa 10 bis 25 verdrillt sind. Diese Einrichtung 16 ist ein Flarmnenhalter oder Luftverteiler und bewirkt mindestens zwei wichtige Vorteile. Sie dient erstens zur Steuerung wenigstens eines Teils der längs de-s-'-Außenumfanges des Rohrs 8 stromabwärts strömenden Verbrennungsluft, indem die Einrichtung 16 verhindert, daß die Luft die Flamme zu nahe zu dem Axialrohr 3 und dem Einsatzgut-Sprühkegel hinbläst. Zweitens erteilen die verdrillten Flügel der Luft einen Drall und unterstützen daher die gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs in der Verbrennungszone.

Die Anordnung umfaßt vo-rzugsweise »ferner einen Lufteintrittsstutzeh 18 und einen 'Ringkanal 1,9, so daß zu dem · -Reaktor ein' Luftstrom durch die, Ringräume 19 und 20 geführt wird, der das Kühlen der Sprühdüsen 15 unterstützen kann.

Fig. 3 und h zeigen eine bevorzugte Möglichkeit des Einbaus der Brenner- und Einsatzgut-Einsrpitzanordnung 1 in dem stromaufwärtigen Ende eines langgestreckten, rohx-förmigen Rußreaktors 22. Die Anordnung ist vorzugsweise in dem Reaktor verschiebbar gelagert, so daß die Stellung der Anordnung in dem Reaktor veränderbar ist. Auf diese Weise kann man die Eigenschaften des Rußes einstellen, insbesondere den Modul und die Struktur des Rußes.

Die Ausbildung des langgestreckten, rohrförmigen Rußreaktors ist für die Anwendung der Erfindung nicht kritisch, doch werden die in Fig. 3 und k gezeigten Ausführungsformen

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bevorzugt. Die Ausführungsform nach Fig. 3 eignet sich besonders für die Erzeugung von Laufflächenruß, während die Ausführungsform nach Fig· dvor allem für die Erzeugung von Karkassenruß geeignet ist.

Gemäß Fig. 3 strömt vorerhitzte Luft durch den Ringraum 23 zwischen dem Mantel 24 und dem Innenrohr 25· Teile der. Luft treten zwischen den Leitflächen 26 der Verbrennungs-Unterstützungseinrichtung 27 in das Innere des Reaktors ψ ein. Ein Teil der Verbrennungsluft gelangt durch den Ringspalt 28 in den Reaktor. Dessen stromaufwärtigös Ende kann jede geeignete"Ausbildung haben, beispielsweise gemäß der Fig. 1 der USA-Patentschrift 3 256 Ο65 oder gemäß Fig. 1 der USA-Patentschrift 3 256 Ο66.

In den Reaktor gemäß Fig.« 4 -tritt die'vorerhitzte Verbrennungsluf t in der gezeigten Vieise ein.'An seinem stromabwärtigen Ende kann der Reaktor gemäß Fig. 4 jede zweckmäßige Ausbildung haben, z.B. entsprechend Fig. 1 der USA-Patentschrift 2 976 127 · '■/-,"

f I

- Der flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoff wird normalerweise außerhalb des Reaktors zerstäubt, ehe dieses Heizöl dem Rohr 11 zugeführt wird. Dazu kann jedes geeignete Trägermedium verwendet werden, z.B. Dampf. Luft, Erdgas, Wasserstoff oder dgl. Die in dem Trägermedium suspendierten Brennstofftropfchen werden an der Düse weiter zerstäubt.

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Au sführungsb eisp ic1e

In der nachstehenden Tabelle sind typische Betriebsbedingungen angegeben, die mit gutem Erfolg im technischen Betrieb unter Verwendung der Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung nach Fig. 1 und 2 angewendet wurden. Als normalerweise flüssiger Brennstoff wurde Naphtha mit einem spezifischen Gewicht von etwa 75 API verwendet. Das Einsatzgut war ein hocharoniatischer Teer, der in einer thermischen Crackanlage angefallen war und ein spezifisches Gewicht von etwa - 1,5 API hatte.

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Tabelle

Versuch Nr.

Rußqualitat

Reaktor

Verbrennung sluT einen ge Nm³ h

Temperatur der vorerhitzten Luft, °C

Naphthamenge
Vh bei 15,6°C

AxialIuftmenge Nm /h

Einsatzölmenge
L/h, Durchschnitt

HAF Fig.

4500 346

328 280

1080

HAF-HS HAF-LS ISAF

ISAF-HS

Fi_S. 3 Fi_g. 3 Fig. 3 Fig.

4200

28 O

4200

355

or? 0 · .	if	1010	- 262
28 0.	280

720

5100

315

332 280.

940

ISAF-LS	SRF
Fig- 3	Fig.i
5100	34()O
201	323
336	29Ο
28Ο	2oO

835

995

Die vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung können im Bedarfsfälle abgeändert werden. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensscliritten, können soa\^to1i1 für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

Patentansprüche

1. Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung für einen langgestreckten, im wesentlichen rohrförmigen Rußreaktor, dessen stromaufwärtiges Endteil die Anordnung konzentrisch aufnimmt, gekennzei chnet durch ein Mittelrohr (2), das zum Einleiten von Einsatzgut in den Reaktor dient und dessen eines, in dem Reaktor mündendes Ende mit einer Sprühdüse (5) versehen ist, durch ein zweites Rohr (3),

W welches das Mittelrohr (2) konzentrisch umgibt und dessen eines Ende im wesentlichen mit dem im Reaktor angeordneten Ende des Mittelrohrs (2) bündig ist, durch ein drittes Rohr (8), welches das zweite Rohr (3) konzentrisch umgibt und ein Ende besitzt, das in dem Reaktor stromaufwärts von dem Ende des Mittelrohrs (2) endet, durch mehrere Hei^zölrohre (12), die in dem Ringraum zwischen dem* zweiten und dem' dritten Rohr (3,-. 8) angeordnet sowie'zu diesen Roftreh parallel sind und in dem Reaktor stromabwärts von dem Ende des dritten Rohrs (8), aber stromaufwärts von dem Ende des Mittelrohrs.(2) enden und an ihren Enden mit mehreren Sprühdüsen (15) vergehen-sind, welche jeweils unter einem Winkel von etwa 15 bis 45 gegenüber der

k Achse des Mittelrohrs (2) geneigt sind, durch eine Einrichtung zum Zuführen von Ruß-Einsatzgut in das Mittelrohr, durch eine Einrichtung zum Zuführen von Kühlmittel in den Ringraum zwischen dem ersten und dem zweiten Rohr, durch eine Einrichtung (10,11) zum Zuführen eines normalerweise flüssigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffs in die Heizölrohre (12), durch eine Einrichtung (24,25) zum Einleiten eines Behandlungsluftstroms in den Reaktor und durch eine Einrichtung (27) zum Führen des Behandlungsluftstroms stromabwärts längs der Außenseite des dritten Rohrs (8).

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei ebnet, daß die Brennstoffsprühdüsen (15) Schlitz-Sprühdüsen sind.

3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen kegelförmige Einrichtung (l6) die das Ende des dritten Rohrs (8) umgibt und sich zu dem Innern des Reaktors hin unter einem Winkel von etwa 5 bis 30 gegenüber der Vertikalen erweitert und aus mehreren Flügeln besteht, die jeweils an ihrem äußeren Ende um einenWinkel von etwa 10 bis 25 verdrillt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3j gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18) zum Zuführen von Luft in den Ringraum (20) zwischen dem zweiten und dem dritten Rohr (3>8) und dureli einen Ringkanal (19 )_t -der zwischen dem. Außenumfang des zweiten Rohrs (3) und den mit den, Püserf (15) versehenen Enden der Heizölrohre (12) angeordn'et ist und den Ringraum (20) mit dem Innern des Reaktors verbindet.

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5· Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet , daß drei Heizöldüsen (15) vorgesehen und in Abständen von etwa 120 voneinander angeordnet sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5t dadurch ^gekennzeichnet , daß sich die kegelförmige.Einrichtung (l6) unter einem Winkel von etwa 10 bis 25 gegenüber der Vertikalen auswärts erweitert und daß die Schlitz-Sprühdüsen (15) einen Neigungswinkel von etwa 15 bis 25° haben.

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