DE2136735B2

DE2136735B2 -

Info

Publication number: DE2136735B2
Application number: DE2136735A
Authority: DE
Inventors: William B. Dumas Crull; Burton F. Houston Latham Jun.
Original assignee: Continental Carbon Co
Current assignee: Continental Carbon Co
Priority date: 1970-07-31
Filing date: 1971-07-22
Publication date: 1974-10-31
Also published as: NL7110557A; CA921389A; ES392638A1; GB1339447A; US3669628A; DE2136735A1; DE2136735C3; JPS5122473B1; FR2099412A5

Description

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die arial an der Außenwand des dritten Rohres in Strömungsrichtung geführte Luft nicht unmittelbar an die Mündung des Zentralrohres herangeführt wird, um eine optimale Rußbildung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Gasführungseinrichtung kegelförmig mit einem Öffnungswinkel von eiwa 120 bis 170° ausgebildet ist, daß die Öffnungen für den Austritt des Brennstoffs im Raum zwischen den Abschlußenden des Zentralrohres und des dritten Rohres angeordnet sind und daß in diesen Öffnungen Sprühdüsen angeordnet sind die gegenüber der Längsachse des Brenners unter einem Winkel von etwa 15 bis 45° geneigt angeordnet sind.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

An Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung gemäß der Erfindung, »5

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

F i g. 3 eine Längsschnittansicht einer Ausbildungsform eines Rußreaktors, der mit der bevorzugten Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung versehen ist, und

F i g. 4 eine Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rußreaktors mit der bevorzugten Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung.

Zunächst wird an Hand der F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung 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 in 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 3 annähernd bündig. Das Axialrohr 3 ist in der Anordnung 1 verschiebbar gelagert, und zwar mit Hilfe des Verschlusses 7, der in der dargestellten Weise mit Dichtungen versehen ist.

Es wurde vorstehend schon angegeben, daß der Luftstrom in dem Axialrohr 3 ein Überhitzer· 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.

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 Ringkammer 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 F i g. 1 gezeigt ist. Diese Heizölrohre 12 sind in dem Ringraum zwischen dem Axial- oder Luftrohr 3 und dem dieses umgebenden äußeren Rohr 8 der Anordnung 1 angebracht

Die Rohre 12 sind an ihren stromabwärtigen Enden durch den Ring 13 mit der Anordnung verbunden. An dem Ring 13 ist ein Ring 14 befestigt, der von mehreren geneigten Bohrungen durchsetzt ist, die je einem der Heizölrohre 12 zugeordnet und mit je einer Sprühdüse 15, vorzugsweise einer Schlitzdüse, verbunden sind, welche gegenüber der Achse des Mittelrohrs unter einem Winkel von etwa 15 bis 45°, vorzugsweise 15 bis 25°, geneigt ist. Man erkennt, daß die Ringe 14 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 16, die das Ende des Rohrs 8 konzentrisch umgibt und sich zum Innern des Reaktors hin unter einem Winkel von etwa 5 bis 30 , vorzugsweise 10 bis 15°, gegenüber der Vertikalen aus·..uns ^weiten. 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 Flammenhalter oder Luftverteiler und bewirkt mindestens zwei wichtige Vorteile. Sie dient erstens zur Steuerung wenigstens eines Teils der längs des 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 vorzugsweise ferner einen Lufteintrittsstutzen 18 und einen Ringkanal 19, so daß zu dem Reaktor ein Luftstrom durch die Ringräume 19 und 20 geführt wird, der das Kühlen der Sprühdüsen 15 unterstützen kann.

F i g. 3 und 4 zeigen eine bevorzugte Möglichkeit des Einbaus der Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung 1 in dem stromaufwärtigen Ende eines langgestreckten, rohrförmigen Rußreaktors 22. Die Anordnung ist vorzugsweise in dem Reaktor "erschiebbar 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 F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen bevorzugt. Die Ausführungsform nach Fig. 3 eignet sich besonders für die Erzeugung von Laufflächenruß, während die Ausführungsform nach F i g. 4 vor allem für die Erzeugung von Karkassen ruß geeignet ist.

Gemäß F i g. 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 ein. Ein Teil der Verbrennungsluft gelangt durch den Ringspalt 28 in den Reaktor. Dessen stromaufwärtiges Ende kann

jede geeignete Ausbildung haben, beispielsweise gemäß der Fig. 1 der USA.-Patentschrift 3 256 065 oder gemäß Fig. 1 der USA.-Patentschrift 3 256 066.

In den Reaktor gemäß F i g. 4 tritt die vorerhitzte Verbrennungsluft in der gezeigten Weise ein. An seinem stromabwärtigen Ende kann der Reaktor gemäß F i g. 4 jede zweckmäßige Ausbildung haben, z. B. entsprechend Fig. 1 der USA.-Patentschrift 2 976127.

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 od. dgl.

Die in dem Trägermedium suspendierten Brennstofftröpfchen werden an der Düse weiter zerstäubt.

Ausführungsbeispiele

In der nachstehenden Tabelle sind typische Betriebsbedingungen angegeben, die mit gutem Erfolg im technischen Betrieb unter Verwendung der Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung nach F i g. 1 und 2 angewendet wurden. Als normalerweise flüssiger Brennstoff wurde Naphtha mit einem spezifischen Gewicht von etwa 0,685 g/cm^a verwendet. Das Einsatzgut war ein hocharomatischer Teer, der in einer thermischen Crackanlage angefallen war und ein spezifisches Gewicht von etwa 1,85 g/cm³ hatte.

	1	2	3	Versuch Nr.	5	6	7	8
	HAF	HAF-HS	HAF-LS	4	ISAF-HS	ISAF-LS	SRF	FEF
Rußqualität	Fig. 3	Fig. 3	Fio.3	ISAF	Fig. 3	Fig. 3	Fig 4	Fig 4
Reaktor				Fig. 3	M. Ag. ~t	A lg· ~J
Verbrennungsluft	4500	4200	4200		5100	5100	3400	4200
menge, Nm³ h				4200
Temperatur der vor	346	355	288		315	201	323	329
erhitzten Luft, ⁰C..				355
Naphthamenge,	328	264	272		332	336	290	274
L/h bei 15,6°C ....	280	280	280	262	280	280	280	280
Axialluftmenge, Nm'/h				280
Einsatzölmenge,	1080	880	1010		940	835	995	1010
L/h, Durchschnitt ..			720

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung für einen langgestreckten, im wesentlichen rohrförmigen Rußreaktoi mit einem Zentralrohr zum Einleiten von Einsatzgut in einen Reaktorraum, einer am Mündungsende des ZentraLrohres angeordneten Sprühdüse, einem das Zentralrohr konzentrisch umgebenden zweiten Rohr, das mit dem Zentralrohr am stromabwärts liegenden Ende bündig abschließt und zum Führen von Kühlmittel dient, einem das zweite Rohr konzentrisch umgebenden dritten Rohr, das stromaufwärts vor dem Ende des Zentralrohres endet und im Bereich dieses Endes mit geeigneten Öffnungen zum Austritt des in dem Mantelraum zwischen dem zweiten und dritten Rohr geführten Kohlenwasserstoff-Brennstoffs sowie mit einer konzentrisch angeordneten und radial über das dritte Rohr überstehenden Gasführungseinrichtung versehen ist, und mit einer die drei Rohre umgebenden Vorrichtung, mit der Reaktionsiuft stromabwärts entlang der Außenfläche des dritten Rohres führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführungseinrichtung (16) kegelförmig mit einem öffnungswinkel von etwa 120 bis 170" ausgebildet ist, daß die Öffnungen für den Austritt des Brennstoffs im Raum zwischen den Abschlußenden des Zentralrohres (2) und des dritten Rohres (8) angeordnet sind und daß in diesen Öffnungen Sprühdüsen (15) angeordnet sind, die gegenüber der Längsachse des Brenners unter einem Winkel von etwa 15 bis 45° geneigt sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfiihrungseinrichtung (16) mehrere Flügel aufweist, die an ihren äußeren Enden um jeweils einen Winkel von etwa 10 bis 25' verdreht sind.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum zwischen dem zweiten und dritten Rohr (3 bzw. 8) axial geführte und an den Sprühdüsen (15) endende Rohre (12) für den Brennstoff vorgesehen sind.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (15) für den Brennstoff als Schlitz-Sprühdüsen ausgebildet sind.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei um jeweils 120^c versetzt angeordnete Sprühdüsen (15) für den Brennstoff vorgesehen sind.

6. Brenner nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18) zum Einführen von Luft in den Raum (20) zwischen dem zweiten und dritten Rohr (3 bzw. 8) und einen zum Innenraum des Reaktors offenen Ringkanal (19) zwischen dem Außenumfang des zweiten Rohres und den mit den Sprühdüsen (15) versehenen Enden des Rohres (12) für den Brennstoff.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführungseinrichtung (16) einen Öffnungswinkel von etwa 130 bis 160° aufweist und daß die Sprühdüsen (15) für den Brennstoff gegenüber der Längsachse des Brenners unter einem Winkel von etwa 15 bis 25° geneigt angeordnet sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brenner- und Einsatzgut-Einspritzanordnung für einen langgestreckten, im wesentlichen rohrförmigen Rußreaktor mit einem Zentralrohr zum Einleiten von Einsatzgut in einen Reaktorraum, einer am Mündungsende des Zentxalrohres angeordneten Sprühdüse, einem das Zentralrohr konzentrisch umgebenden zweiten Rohr, das mit dem Zentralrohr am stromabwärts liegenden Ende bündig abschließt und zum Führen von Kühlmittel dient, einem das zweite Rohr konzentrisch umgebenden dritten Rohr, das stromaufwärts vor dem Ende des Zentralrohres endet und im Bereich dieses Endes mit geeigneten Öffnungen zum Austritt des in dem Mantelraum zwischen dem zweiten und dritten Rohr geführten Kohlenwasserstoff-Brennstoffs sowie mit einer konzentrisch angeordneten und radial über das dritte Rohr überstehenden Gasführungseinrichtung versehen ist, und mit einer die drei Rohre umgebenden Vorrichtung, mit der Reaktionsluft stromabwärts entlang der Außenfläche des dritten Rohres führbar ist.

Derartige Einspritzanordnungen dienen zur Herstellung von Ruß durch Einspritzen eines geeigneten Kohlenwasserstoff-Einsatzgutes in eine langgestreckte Reaktions- oder Verbrennungskammer, die auf hoher Temperatur befindliche Flammen und Gase enthält. Als Brennstoff dient normalerweise flüssiger Kohlenwasserstoff, der genügend Wärme entwickelt, um die bei der Pyrolyse erforderlichen Temperaturen zu erzeugen. Eine derartige Brenneranordnung ist aus der US-PS 3 256 066 bekannt. Diese Anordnung enthält drei konzentrisch angeordnete Rohre. Das innen angeordnete Zentralrohr ist dazu bestimmt, das Einsatzgut in den Innenraum des Reaktors zu leiten. Am Mündungsende dieses Rohres ist eine Sprühdüse zum Zerstäuben des Einsatzgutes angeordnet. Das zweite Rohr schließt mit dem Zentralrohr bündig ab und dient dazu, Kühlluft bis an die Sprühdüse des Zentralrohres zu leiten. Das dritte außenliegende Rohr dient zur Führung von Brennstoff und endet bereits ein Stück vor den Mündungsenden der ersten beiden Rohre. Die ringförmige Öffnung des dritten Rohres ist durch eine ringförmige Platte abgeschlossen, die über den Außenrand des dritten Rohres radial übersteht.

Der überstehende Randbereich dieser Platte dient der Führung der Verbrennungsgase während des Betriebs. Unmittelbar hinter dieser Platte sind am Umfang des dritten Rohres verteilt einzelne öffnungen zum Austritt des zwischen dem zweiten und dritten Rohr geführten Brennstoffes angeordnet.

Ähnliche Brenneranordnungen sind aus den US-PS 3 290 120 und 3 501 274 bekannt. Im Gegensatz zu dem bereits beschriebenen Brenner ist die Gasführungseinrichtung dort als radiales Metallteil ausgebildet, das unmittelbar auf das zweite Rohr aufgesetzt ist und mit diesem an der Stirnseite bündig abschließt. Das dritte Rohr endet bereits in kurzem Abstand vor der rückwärtigen Fläche dieser Gasführungseinrichtung und ist zum zweiten Rohr hin durch eine ringförmige Platte abgeschlossen. Auf dieser ringförmigen Platte sind radial schräg nach außen gerichtete Sprühdüseo für den Brennstoff angebracht. Diese bekannten Brenner weisen sämtlich den Nachteil auf, daß die Luft während des Betriebs zu nahe an die Mündung des Axialrohres herangeführt wird und in den Sprühkegel des Einsatzgutes bläst. Dadurch kann keine optimale Rußbildung erzeugt werden.