DE2203648C3 - Vorrichtung zum Einleiten eines ersten Gasstromes in einen zweiten - Google Patents

Vorrichtung zum Einleiten eines ersten Gasstromes in einen zweiten

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Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs I.
Da die Tendenz von Gemischen, die einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff enthalten, zur Bildung explosiver oder entflammbarer Zusammensetzung bekannt ist, muß in der Mischvorrichtung die Bildung von detonationsfähigen Gemischen aus Sauerstoff und Kohlenwasserstoff vermieden werden. Bei bekannten Vorrichtungen wurde das Mischen sehr großer Gasströme, wie sie bei großtechnischen Verfahren auftreten, z. B. dadurch erzielt, daß der erste Gasstrom mittels eines Rohrbündels in einen fließenden StFom des zweiten Gases unter Entstehen einer turbulenten Strömung eingeblasen bzw. injiziert wurde und ein gründliches Vermischen der beiden Gasströme in einer Mischkammer stromabwärts vom Rohrbündel bewirkt wurde. In dieser Mischkammer entstehen gelegentlich örtliche und vorübergehende Zusammensetzungen, die innerhalb der explosionsgefährdeten Grenzen liegen, obwohl infolge der Turbulenz die Zusammensetzung des Gasgemisches, welches schließlich an das Oxydationsgefäß weitergegeben wird, außerhalb der explosionsgefährdeten Grenzen liegt. Es war und ist daher ratsam, ein vollständiges Vermischen so schnell wie möglich zu erzielen.
Bei einer bekannten Vorrichtung (FR-PS 11 73 207) wird der zweite Gasstrom zunächst von einem Schaufelleitwerk in eine Drallströmung versetzt. Für die Einleitung des ersten Gasstromes in die Dralls? römung ίο des zweiten Gasstromes vor einer sich konisch erweiternden Mischkammer sind zwei Alternativen vorgesehen:
a) Zur Einleitung des ersten Gasstromes dient ein zentraler Konus mit Einblasöffnungen, die teils unter einem rechten Winkel zur Rohrachse, teils unter einem sehr steilen Winkel von etwa 70° zur Rohrachse orientiert sind (Fig. 1 und 2 der FR-PS 11 73 207).
b) Zur Einleitung des ersten Gasstromes dient ein am Innenmantel des Rohres angeordneter Einblasring, dessen Injektoren in einem steilen Winkelbereich zwischen 45 und 60° zur Rohrachse auf diese zu orientiert sind (Fig. 3 der FR-PS 11 73 207). Diese Art der Einblasung des ersten Gasstromes in eine Drallströmung des zweiten Gasstromes soll einen Zustand hoher Turbulenz bzw. Verwirbelung zur Vermischung beider Gasströme in der anschließenden konisch erweiterten Mischkammer schaffen; dies birgt wiederum erhöhte Gefahr örtlicher und/oder vorüber-
gehender Zusammensetzungen außerhalb
explosionsungefährlicher oder anderer erwünschter Grenzen.
Ausgehend von der Alternative b) der letztgenannten bekannten Vorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den ersten Gasstrom so in den zweiten Gasstrom einzuleiten, daß der Bildung unerwünschter, im Falle der Vermischung explosionsgefährlicher Gasströme, der Bildung explosionsgefährlicher Zusammensetzungen möglichst vorgebeugt wird.
4c Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine gattungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 ausgebildet Hiernach ist als Anfangsbedingung des zweiten Gasstroms statt dessen Drallströmung, wie bei der bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung, ein vollständig ausgebildetes Strömungsprofil des zweiten Gasstroms vorgesehen. Mittel zur Ausbildung eines derartigen vollständig ausgebildeten Strömungsprofils sind an sich bekannt (vergleiche z.B. Lueger, »Lexikon der Technik«, Bd. 1, Stuttgart 1960, S. 439, 440).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet zur Verwendung bei Oxidationsverfahren, bei denen ein sauerstoffhaltiger erster Gasstrom einem zweiten Gasstrom zugemischt wird, der einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe aufweist Beispiele solcher Oxydationsyerfahren sind die Gewinnung von Acetaldehyd aus Äthylen oder Äthanol, die Gewinnung von Acetaldehyd und Essigsäure aus Äthan, die Gewinnung von Isopropanol und Aceton aus Propan, die Gewin nung von Methanol, Formaldehyd und Acetaldehyd aus Butan, die Gewinnung von Äthylenoxyd aus Äthylen und die Gewinnung von Phthalsäureanhydrid aus Naphthalin oder Orthoxylol. Bei all diesen Oxydationsverfahren werden die beiden Gasströme im gewünsch-
r.<; ten Verhältnis gemischt und anschließend einem Reaktionsgefftß zugeführt, wo eine katalytische oder thermische Umsetzung unter sorgfältig gesteuerten Bedingungen bewirkt wird, um eine maximale Ausbeute
an gewünschten Produkten zu erzielen und Ausbeuteverluste, die zu Nebenprodukten, Kohlendioxyd und Wasser, führen, zu vermeiden.
Eine Rohrströmung mit gleichmäßiger Verteilung der Geschwindigkeit und des statischen Drucks ist schwer zu erreichen, wenn nicht besondere Einlaßvorrichtungen und Vorrichtungen zum Ausrichten des Stroms vorgesehen sind. Beide erfordern aber besondere Konstruktion- und Herstellungstechniken, Allerdings können einige Prozent an schlechter Verteilung der Geschwindigkeit und eine geringe Schwankung der statischen Druckverteilung auf Kosten des zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Strömung durch alle Einblasöffnungen nötigen Druckabfalls an der Einblasöffnung und auf Kosten einer höheren Strömungsgeschwindigkeit eines zum Spülen einer abgeschalteten Durchblaseinrichtung nötigen Inertgases hingenommen werden. Es stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, um die größtmögliche Gleichmäßigkeit der Gasgeschwindigkeit und des statischen Drucks herzustellen Im allgemeinen gehört zu diesen Verfahren ein zeitweiliges Ändern der Gasströmung, die msn anschließend ungestört durch eine im wesentlichen zylindrische Leitung strömen läßt Die Gasströmung wird durch das eine oder andere von zwei allgemein angewandten Verfahren geändert:
1) durch Erhöhen der Geschwindigkeit beispielsweise dadurch, daß die Querschnittsfläche der Leitung, in der das Gas strömt, in Strömungsrichtung verkleinert wird, z. B. in einer konvergierenden Übergangszone, oder
2) durch Einfügen eines Strömungswiderstandes beispielsweise dadurch, daß mindestens ein Umlenkglied oder eine gelochte Trennwand, beispielsweise eine Sieb- oder Wabenkonstruktion, in der Strömungsbahn des Gases angeordnet wird.
Die Länge der zylindrischen Leitung stromabwärts von der Einrichtung zum Ändern der Strömung ist in erster Linie von dem Grad abhängig, um den die Gasströmung geändert worden ist Insgesamt sind Leitungslängen annehmbar, die dem Drei- bis Zwanzigfachen des Durchmessers der Stabilisierungszone für die Gasgeschwindigkeit und den statischen Druck entsprechen.
Speziell kann die im vollständig ausgebildeten Strömungsprofil angestrebte Stabilität der Gasgeschwindigkeit und des statischen Drucks dadurch erzielt werden, daß der zweite Gasstrom einem Strömungswiderstand unterworfen wird, wobei er durch ein Knie geleitet wird, welches die Strömungsrichtung in einem Bereich zwischen 5° bis 180°, insbesondere um etwa 90°, ändert In der Praxis läßt sich das durch Verwendung eines Krümmers oder Knies mit einer Krümmung von etwa 90° mit stromabwärts anschließender gerader Rohrlänge auf der relativ kurzen Entfernung von drei bis elf Rohrdurchmessern erzielen, wobei das Verhältnis zwischen Radius und Durchmesser des rechtwinkligen Knies etwa 1 :1 beträgt, jedoch von 1 :1 bis 20 :1 schwanken kann. Unter dem Verhältnis Radius zu Durchmesser ist das Verhältnis des Krümmungsradius des Knies zum Innendurchmesser des Knies zu verstehen.
Die bestmögliche Anordnung für die Einblaseinrichtung stromabwärts vom rechtwinkligen Knie wird von zwei Faktoren bestimmt. Einmal ist dabei die Gewinnung gleichmäßiger Profile der Geschwindigkeit und des statischen Drucks vor dem Einblasen des ersten Gasstroms in den zweiten zu bedenken. Dieser Faktor legt den Mindestabstand zwischen dem Knie und der (ersten) Durchblaseinrichtung stromabwärts von demselben fett Im allgemeinen hat sich gezeigt, daß eine gerade Leitungslänge, die mindestens dreimal so lang ist wie der Leitungsdurchmesser, im wesentlichen gleichmäßigere Strömungsbedingungen in dem fließenden zweiten Gasstrom ermöglicht Dieser Abstand ist nicht starr, er kann sich entsprechend von Faktoren wie dem Verhältnis von Radius zu Durchmesser des Knies und
ίο der dem zweiten Gasstrom zugehörigen Reynolds-Zahl (Nκ) ändern.
Der maximale Abstand der Einblaseinrichtung stromabwärts hängt vom Außendurchmesser der Gasleitung und der Zuordnung der Mischvorrichtung zu in der
is Nähe angeordneten Einrichtungen ab. Insgesamt sollte die (erste) Einblaseinrichtung höchstens in einem Abstand von elfmal dem Gasleitungsdurchmesser stromabwärts vom rechtwinkligen Knie angeordnet sein. Es hat sich gezeigt daß die optimale Anordnung für die Einblaseinrichtung an einer Stelle ist, die fünf- bis siebenmal dem Gasleitungsdurchrr.»~;ser stromabwärts entspricht
Durch die gattungsgemäße Anordnung der Einblasöffnungen in der stromabwärts liegenden Oberfläche mindestens einer Einblaseinrichtung wird der erste Gasstrom dem gleichmäßigen Strömungsprofil des zweiten Gasstroms so zugeführt, daß der Bildung von unerwünschten, z. B. explosiven, lokalen und/oder vorübergehenden Zusammensetzungen weitgehend vorgebeugt wird, indem das Ausmaß unvermeidlicher Verwirbelung beider zusammentreffender Gasströme minimal gehalten wird. Dabei sind die durch die Bewegung des zweiten Gasstroms verursachten fluidtechnischen Probleme, teils aufgrund der Geometrie, in der der zweite Gasstrom strömt, teils aufgrund der Geometrie der Einblaseinrichtung, welche die Verteilung von Geschwindigkeit und statischem Druck ändert, auf ein Minimum eingeschränkt. Es kann eine rasche Dispersion der beiden Gasströme ineinander erreicht und einer Rückdiffusion (»Rückstrom«) von Bestandteilen des ersten Gasstroms in die Einblaseinrichtung entgegengewirkt werden. Hiermit wird die zugrundeliegende Aufgabe auf zugleich einfache und wirksame Weise gelöst. Die Einblasöffnungen können dabei sogar koaxial mit der den zweiten Gasstrom führenden Rohrleitung ausgerichtet in Richtung des zweiten Gasstroms weisen; sie können aber auch im Rahmen von Toleranzen, die vom praktischen Einzelfall abhängen, in gewissem Ausmaß gegenüber der Leitungsachse geneigt sein.
Die Einblaseinrichtung ist dabei zweckmäßig jeweils so konstruiert, daß sie um jede Einblasöffnung in derselben die gleichen Veränderungen in der Geschwindigl.iitä- und Druckverteilung erzeugt, so daß gewährleistet ist, daß der statische Druck und die Geschwindigkeit in der Nähe jeder öffnung nahezu gleich ist.
Je größer der Unterschied in der Geschwindigkeit zwischen dem ersten und zweiten Gasstrom ist, um so rascher erfolgt der Übergang des Moments und der Masse über das Rohr hinweg und um so kürzer ist folglich die benötigte Mischstrecke. Wenn im zweiten Gasstrom vernünftigerweise Änderungen ?u erwarten sind, so muß die Mischvorrichtung entsprechend der geringsten Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den
(15 beiden Strömen bemessen sein. Der Extremfall ist der, bei dem die beiden Geschwindigkeiten gleich sind und ein Diffundieren der Stoffe nur von dem Ausmaß der Turbulenz in der Zone abhängt.
Der außerhalb der Öffnung herrschende Druck ist wichtig, da er die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids aus der Einblaseinrichtung beeinflußt. Das Verhältnis zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und den Drücken wird normalerweise durch folgende Gleichung (I) ausgedrückt:
i/ Co -In 2g,(/», I' )>(·. (Il
in welcher bei einer ringförmigen Einblaseinrichtung
Ao = Öffnungsfläche,
q = Sekundärgasstrom durch eine öffnung,
Co = Öffnungskoeffizient,
P1 = statischer Druck innerhalb der Einblaseinrich-
tung in der Nähe der Einblasöffnung,
Pn = Druck unmittelbar außerhalb der öffnung.
e = Gasdichte,
g, = Erdbeschleunigung.
Eine gleichmäßige Verteilung des aus der Ringleitung abgegebenen Fluids kann nur durch richtigen Ausgleich von Drücken und Geschwindigkeiten erzielt werden.
Wenn die Schwankungen von P1, sehr klein sind im Vergleich zum Druckabfall an der Einblasöffnung (P1 - Pn), kann ein gleichbleibender Strom des abgegebenen Fluids dadurch erzielt werden, daß der Rohrdurchmesser der Einblaseinrichtung, der gesamte Öffnungsbereich und der Abstand zwischen den Einblasöffnungen entsprechend bemessen wird. Der Fluiddruck P, innerhalb der Einblaseinrichtung ändert sich aufgrund von Wandreibung und aufgrund des sich wandelnden Fluidmoments. Die Wandreibung hat die Tendenz, den Druck zum Absinken zu bringen, während die Geschwindigkeitsverminderung innerhalb der Einblaseinrichtung, die eintritt, wenn aufeinanderfolgende Teile des Stroms die Einblaseinrichtung verlassen, den Fluiddruck der Einblaseinrichtung erhöht. Wenn das Verhältnis zwischen dem Rohrdurchmesser der Einblaseinrichtung und der gesamten öffnungsströmungsfläche so ist. daß sowohl die kinetische Energie des Einlaßstroms in die ringförmige Einblaseinrichtung als auch der Reibungsverlust in der Einblaseinrichtung weniger als 10% des Druckabfalls an der Einblasöffnung betragen, dann ist die Unzulänglichkeit der Verteilung des Stroms geringer als 5%, was sich als annehmbarer Wert erwiesen hat.
Vorzugsweise hat gemäß Anspruch 2 der Teil der Vorrichtung, in dem die mindestens eine Einblaseinrichtung angeordnet ist, denselben Durchmesser wie z. B. eine unmittelbar stromaufwärts davon liegende zylindrische Zuleitung des zweiten Gasstroms. Dann kann der erste Gasstrom dem zweiten an einer Anzahl von Punkten längs einer gleichmäßigen, im wesentlichen zylindrischen Gasleitung durch eine Vielzahl von Einblasöffnungen injiziert werden, die in der stromabwärts liegenden Oberfläche der mindestens einen Einblaseinrichtung vorgesehen sind. Die Einblasöffnungen können dabei insbesondere konzentrisch über eine gewisse Länge der Gasleitung angebracht sein. Stromaufwärts von dieser Länge ist die Verteilung des statischen Drucks und der Geschwindigkeit im wesentlichen gleichmäßig.
Wenn der stromabwärts von der Mischvorrichtung erfolgende chemische Prozeß aller Wahrscheinlichkeit nach in verhältnismäßig stetiger Weise abläuft, braucht nur eine Einblaseinrichtung innerhalb der Gasleitung vorgesehen zu sein. Im allgemeinen wird jedoch dieser
Idealzustand nicht vorherrschen. Zum Beispiel können bei chemischen Konvertern Störungen auftreten. Ferner muß die Vorrichtung unweigerlich periodisch zur Inspektion und Wartung abgeschaltet und danach wieder in Gang gesetzt werden. Unter diesen variierenden Bedingungen ist es nötig, die Strömung der gasförmigen Reaktionsteilnehmer zu variieren.
Zu Beginn und am Ende, bei einer Unterbrechung oder Störung, z. B. eines Oxydationsverfahrens, ergeben sich Situationen, in denen die vorherrschenden Bedingungen sich grundlegend von der normalen Situation unterscheiden. Beispielsweise nimmt die Strömung des sauerstoffhaltigen Gases allmählich zu oder ab. Ferner ist es normalerweise wichtig, den Katalysator im Reaktionsgefäß über mehrere Stunden hin zu konditionieren, währenddessen die Sauerstoffströmung und Konzentration allmählich zunehmen, bis der für die Oxydation nötige stetige Strom erreicht ist.
Wenn die Strömung des zweiten Gasstroms über einen breiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiter hinweg schwankt, kann die Einblaseinrichtung nur dann wenn sehr hohe Geschwindigkeiten oder starke Druckabfälle bei den hohen Strömungsgeschwindigkei ten toleriert werden können, so konstruiert sein, daß sie den zweiten Gasstrom bei allen Strömungsgeschwindig keiten gleichmäßig verteilt.
Unter solchen zeitweilig herrschenden unstetiger Bedingungen kann jedoch die zu oxydierende organi sehe Zusammensetzung die Tendenz haben, durch die Rohre zurückzudiffundieren, so daß explosive Zusam mensetzungen auftreten können. Das bisher angewand te Verfahren zum Verhindern eines Zurückströmen; organischer Stoffe bestand darin, die Geschwindigkeii des durch die Rohre fließenden Gasstroms dadurch aul ausreichender Höhe zu halten, daß ein Inertgas oder eir Gemisch aus Inertgasen, insbesondere Stickstoff, Argon Kohlendioxyd oder Kombinationen derselben, züge führt wurde. Jedoch sind insbesondere während de1 Konditionierens, das einige Stunden bis einige Tage dauern kann, ungeheure Mengen an derartigen inerter Stoffen nötig.
Es wäre daher von Vorteil, eine einfache unc wirksame Vorrichtung zu schaffen, mit der bei zeitweilig herrschenden unstetigen Bedingungen erstens dit Gefahr, daß sich explosive Zusammensetzungen bilden und zweitens die benötigten Mengen an inerter Spülstoffen auf ein Minimum eingeschränkt werden Eine solche Vorrichtung sieht Anspruch 3 vor. Du genannten Schwierigkeiten bei zeitweilig herrschender Bedingungen lassen sich nämlich umgehen, wenn r~ar eine Maßnahme zum Variieren der Gesamtanzahl dei Einblasöffnungen trifft. Der Zustrom des erster Gasstromes zu jeder einzelnen der nach Anspruch I vorgesehenen mindestens zwei Einblasetnrichtunger kann hierzu unabhängig gesteuert werden.
Eine Mehrfachinjektion bzw. -einblasung erforder eine sorgfältige Auslegung der Einblaseinrichtung, un einen annähernd gleichmäßigen Strom des eingeblase nen ersten Gasstroms durch sämtliche Einblasöffnungei zu erreichen.
Es ist demgemäß zweckmäßig, wenn mindestens zwe Einblaseinrichtungen innerhalb der Gasleitung vorgese hen sind, die eine unterschiedliche Größe unc unterschiedliche Öffnungsbereiche haben. Die Groß« dieser Eir.blaseinrichtungen hängt in erster Linie vo! dem normalerweise erwarteten Durchsatz des Reaktor und zweitens von den normalerweise erwartetei Schwankungen dieses Durchsatzes, d.h. von eine
Null-Strömung zu mischender Gase bis zu vollem Durchsatz der zu mischenden Gase, ab.
Zweckmäßig, aber nicht notwendig, ist die jeweilige Einblaseinrichtung ringförmig und haben verschiedene Einblaseinrichtungen die gleiche allgemeine Gestalt, jedoch verschiedene Größe und verschiedene Gesamtöfc.ungsströmungsflächen. Bei geringer Strömung wird also nur diejenige öffnungsströmungsfläche in Betrieb gesetzt, die für den gewünschten Strom des ersten Gases nötig ist. Durch diese wahlweise Verkleinerung oder Vergrößerung der öffnungsströmungsfläche können die in Betrieb bleibenden Einblaseinrichtungen gezwungen werden, in der Nähe ihrer Soll-Bedingungen zu arbeiten. Dies gewährleistet, daß ein beträchtlicher Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem ersten und zweiten Gasstrom eingehalten wird, während die Notwendigkeit für ein zur gleichen Zeit eingeführtes und entsprechender Leitungen ist, wie bereits erwähnt, die Strömung des jeder Einblaseinrichtung zugeführten ersten Gases unabhängig steuerbar. Die in dem stromabwärts angeordneten chemischen Reaktionsgefäß herrschenden Bedingungen und/oder der Ausfluß aus diesem Reaktionsgefäß können beispielsweise durch entsprechende Meßinstrumente für die Temperatur, den Druck und die Zusammensetzung überwacht werden, wobei entsprechende Korrektursignale an Steuerventile weitergegeben werden, die in Leitungen vorgesehen sind, durch die das erste Gas zu den verschiedenen Einblaseinrichtungen fließt. Die Sammelleitungen für die Einblaseinrichtungen enthalten normalerweise Ventile, durch die ein inertes Gas bzw. ein Spülgas, beispielsweise Stickstoff, Argon, Kohlendioxyd oder Gemische derselben, jeder Einblaseinrichtung bei Inbetriebnahme oder Stillegung zugeführt werden kann.
iriersics opuigas ium tciiiiiiuciii ucj nuvmiuaaca ucs zweiten Gasstroms in die Einblaseinrichtung und deren Leitungen wegfällt.
Vorzugsweise entspricht gemäß Anspruch 4 der Abstand zwischen jeweils zwei ringförmigen Einblasrohren dem sechsfachen Durchmesser des Rings. Dieser Abstand ermöglicht es. Störungen im statischen Druckprofil und im Geschwindigkeitsprofil auszuglätten, die dann auftreten, wenn die Mischgase an der oder den stromaufwärts liegenden Einblaseinrichtung(en) vorbeifließen.
Wenn ferner mehr als eine Einblaseinrichtung in der Vorrichtung vorgesehen ist, ist gemäß Anspruch 5 vorgesehen, daß jede stromabwärts angeordnete Einblaseinrichtung kleiner ist als die in Strömungsrichtung unmittelbar vorhergehende Einblaseinrichtung. Bei einer ringförmigen Einblaseinrichtung wird dies dadurch verwirklicht, daß hintereinander Ringe mit kleinerem Durchmesser verwendet werden und möglicherweise jede der aufeinanderfolgenden, ringförmigen Einblaseinrichtungen aus einem Rohr mit kleinerem Durchmesser hergestellt ist. Wenn sukzessive kleinere Einblaseinrichtungen stromabwärts von der ersten Einblaseinrichtung verwendet werden, erfahren die Profile des statischen Drucks und der Geschwindigkeit der Mischgase eine nur geringfügig unzulängliche Verteilung.
Eine Schwierigkeit bei der Anordnung von mindestens zwei mit gegenseitigem axialem Abstand angeordneten Einblaseinrichtungen besteht darin, daß der zweite Gasstrom in die außer Betrieb gesetzten Einblaseinrichtungen zurückfließt. Wenn eine gewisse prozentuale Kombination des Gemisches entflammbar ist, so kann ein gefährlicher Zustand eintreten. Eine Abhilfe hiergegen sieht Anspruch 6 vor. Hiernach kann man eine Einblaseinrichtung, nachdem sie außer Betrieb genommen wurde, mit einem Schuß eines inerten Gases reinigen, um das darin enthaltene erste Gas herauszuspülen, und dann wiederum mit einem Schuß des inerten Gases reinigen, ehe die Einblaseinrichtung erneut in Betrieb gesetzt wird, um das zweite Gas daraus zu entfernen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases muß so groß sein, daß ein Rückstrom des zweiten Gases in die Einblaseinrichtung wahrend des Spülens verhindert wird. Die Dauer des Spülvorgangs muß so bemessen sein, daß die Einblaseinrichtung völlig freigegeben wird Ein gesamtes Spülgasvolumen, welches dem mehrfachen Volumen der Einblaseinrichtung entspricht, ist im allgemeinen zur Erfüllung dieser Aufgabe ausreichend.
Bei der Verwendung mehrerer Einblaseinrichtungen L^lC UIC Oll IfMIUtIg CtIIt-O O}/Ulga9V3 9(LUtI IIUUI TVIIlIIV
sind ihrerseits auch durch stromabwärts herrschende Verfahrensbedingungen gesteuert.
Wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung in Zusammenhang mit einem stromabwärts erfolgenden Oxydationsverfahren verwendet wird, kann das Sauerstoff enthaltende Gas entweder Sauerstoff von kommerziellem Reinheitsgrad, Luft oder einem inerten Gas zugemischter Sauerstoff sein. Vorzugsweise bildet das Sauerstoff enthaltende Gas den ersten Gasstrom, während der organische Träger den zweiten Gasstrom darstellt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von schematischen Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine teilweise schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Einleiten eines ersten Gasstroms in einen zweiten und
F i g. 2 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1 zur Darstellung der Anordnung von Einblaseinrichtungen in einer Vorrichtung gemsß Fig. 1.
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Einlaßsammelleitung 4 für den zweiten Gasstrom 2, ein um 90° gebogenes Knie 5, eine Rohrleitung 6, deren Länge das Drei- bis Zwanzigfache ihres Durchmessers ausmacht und in der sich im zweiten Gasstrom gleichmäßige Profile des statischen Drucks und der Geschwindigkeit ausbilden und eine Mischzone 7, in der zur Veranschaulichung hier drei Einblaseinrichtungen 8, 9 und 10 angeordnet sind, ohne daß eine Beschränkung auf diese Anzahl beabsichtigt ist. Wie aus F i g. 1 hervorgeht, umfaßt die Anlaufstrecke, in der sich ein vollständig ausgebildetes Strömungsprofil unter Stabilisierung von Gasgeschwindigkeit und statischem Druck entwickelt, von dem Knie 5 ausgehend die Rohrleitung 6. Der in den Zufuhrleitungen 12,13 und/oder 14 zu den Einblaseinrichtungen zuströmende erste Gasstrom fließt durch Einlaßflansche 38 (die durch Befestigungsstutzen 39 in ihrer Lage gehalten sind) und durch Einlaßleitungen 37 in die Einblaseinrichtungen 8, 9 und/oder bzw. 10. Die Einblaseinrichtungen 8,9 und 10 sind innerhalb der Mischzone 7 durch die zu den Einblaseinrichtungen führenden Einlaßleitungen 37 im Zusammenwirken mit Zentrierstangen 34, 35 bzw. 36 fest gehalten. Im allgemeinen ist wünschenswert, daß der in der Rohrleitung 6 fließende zweite Gasstrom vor dem Einblasen des ersten Gasstroms in turbulenter Strömung fließt, d. h, daß es eine Reynolds-Zahl von mindestens 2100, vorzugsweise von mehr als 1 -105, hat
Wenn die Vorrichtung gemeinsam mit einem stromabwärts angeordneten chemischen Konverter verwendet ist, läuft der Gesamtbetrieb wie folgt ab: Die die Mischzone 7 verlassenden Mischgase strömen durch ein Rohr 25 zu einer Umsetzungszone 26, in der irgendeine gewünschte thermische oder katalytische Umsetzung bewirkt wird. Das Reaktioneprodukt verläßt die Umsetzungszone 26 durch eine Leitung 27. Eine geringe Menge des Reaktionsprodukts fließt durch eine Probenentnahmeleitung 28 zu einem Probenfühlerglied 29, das aus einer zweckmäßigen Kombination von die Temperatur, den Druck und/oder die Zusammensetzung der Probe messenden Elementen bestehen kann. Der Ausgang des Probenfühlerglieds 29 ist durch ein Übertragungskabel 30 an ein Regelpult 31 angeschlossen, welches die Kalibrierung der Mischvorrichtung regelt. Ie nach den in der Umsetzungszone 26 herrschenden Bedingungen oder der Temperatur, dem
L^IU\.rV UIlU UWl UUUHIIIirit.IIUUll.Ullg UVJ "* **·*■ LJVIlUllg *f fließenden Reaktionsproduktes steuert das Regelpult 31 die Strömung eines ersten Gases 1 und eines Spülgases 3 zu den ringförmigen Einblaseinrichtungen 8,9 und 10.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird zum Steuern der Strömung des ersten Gases 1 zur Einblaseinrichtung 8, 9 und/oder 10 ein Signal vom Regelpult 31 durch Leitungen 32 an Steuerventile 15,16 und/oder 17 abgegeben. Das in einer Sammelleitung It fließende erste Gas 1 wird durch die Betätigung der Steuerventile 15, 16 und/oder 17 den Zufuhrleitungen 12, 13 und/oder 14 sowie den Einblaseinrichtungen 8, 9 und/oder 10 zugeleitet. Je nach den Bedingungen innerhalb der Umsetzungszone 26 oder der Temperatur, dem Druck und/oder der Zusammensetzung des in der Leitung 27 fließenden Reaktionsproduktes, die die Akt vierung oder Desaktivierung einer oder mehrerer Einblaseinrichtungen erfordern, wird ein Regelsignal vom Regelpult 31 durch Steuerventilleitungen 33 an die Steuerventile 19, 20 und/oder 21 abgegeben. Bei einer solchen Zuschaltung oder Aktivierung oder Desaktivierung wird das in einer Sammelleitung 18 fließende Spülgas 3 durch die Steuerventile 19, 20 und/oder 21, Spülgaszufuhrleitungen 22, 23 und/oder 24 und die Zufuhrleitungen 12, 13 und/oder 14 zu den Einblaseinrichtungen 8,9 und/oder 10 geleitet.
Das in Fig. 1 gezeigte spezielle System zum Regeln der Strömung des ersten Gases 1 und des Spülgases 3 zu den Einblaseinrichtungen 8, 9 und 10 läßt sich gegebenenfalls auch durch dem Fachmann bekannte andere Regelsysteme ersetzen.
Wie im einzelnen aus F i g. 2 hervorgeht, sind die Einblaseinrichtungen 8, 9 und 10 innerhalb der Mischzone 7 konzentrisch angeordnet. Die Zentrierstangen 34 halten gemeinsam mit der zur Einblasein-
_:„Ui..„~ tr.u-~~J c-:_i_ni_:...__ iv j:_ c:_ui-._: :_i.
llVlttUII5 IUIlIbIIUbII L^llliaWlbllUllg -Jl UIb l-illlLMaabllll IUII- tung 10 innerhalb der die Mischzone 7 bildenden Kammer fest. In ähnlicher Weise sind die Einblaseinrichtungen 9 und 8 durch hier nicht gezeigte Zentrierstangen und Einlaßleitungen stromaufwärts von der Einblaseinrichtung 10 innerhalb der Mischzone 7 fest gehalten. In der stromabwärts liegenden Oberfläche der Einblaseinrichtungen 8, 9 und 10 ist eine Vielzahl gleichmäßig verteilter Einblasöffnungen 40 vorgesehen, durch die das erste Gas in das zweite Gas injiziert oder eingeblasen wird. Die Anzahl und Anordnung der Einblasöffnungen an der jeweiligen Einblaseinrichtung hängt von dem Ausmaß und den Schwankungen im Ausmaß der chemischen Umsetzung ab, die in der stromabwärts liegenden chemischen Umsetzungszone erfolgt.
llicivu 2 liliill Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Einleiten eines in einer ringförmigen Einblaseinrichtung zuströmenden ersten Gasstroms in einen zweiten, durch eine Rohrleitung geführten Gasstrom, insbesondere eines Sauerstoff enthaltenden ersten Gasstroms in einen Kohlenwasserstoff enthaltenden zweiten Gasstrom, mit einer in der Rohrleitung angeordneten Mischzone, in der die Einblaseinrichtung koaxial zur Rohrleitung liegt und der Strömungsrichtung des zweiten Gasstroms abgewandte Einblasöffnungen aufweist, und mit einer stromaufwärts von der Mischzone in der Rohrleitung vorgesehenen, den Strömungszustand des zweiten Gasstromes einstellenden Anlaufstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufstrecke eine Länge aufweist, die zum Ausbilden eines vollständig ausgebildeten Strömungszustandes im zweiten Gasstrom (2) hr. Bereich der Einblaseinrichtung (8,9,10) einem Mehrfachen des Durchmessers der Rohrleitung (6) entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischzone (7) denselben Durchmesser wie die Anlaufstrecke hat
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei mit gegenseitigem axialem Abstand angeordnete Einblaseinrichtungen (8,9,10) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen je zwei ringförmigen Einblasdnrichtti.igen (8, 9, 10) mindestens dem sechsfachen Durchmesser des Rings entspricht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser bei aufeinanderfolgenden Einblaseinrichtungen (8, 9, 10) stromabwärts abnimmt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß des ersten Gasstroms (1) und/oder eines alternativ einleitbaren Inertgases (3) zu jeder Einblaseinrichtung (8, 9, 1&) unabhängig steuerbar ist.
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