DE2309821C2

DE2309821C2 - Verfahren und Brenner zur Herstellung einer hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gasmischung

Info

Publication number: DE2309821C2
Application number: DE19732309821
Authority: DE
Inventors: Charles Parker Mamaronek N.Y. Marion; Blake Riverside Conn. Reynolds
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1973-02-28
Filing date: 1973-02-28
Publication date: 1983-05-26
Also published as: DE2309821A1

Description

a) eine zentrale, axiale, rohrförmige Leitung (17) mit einer Eingabeeinrichtung (18) am Aufstromende und einer zentralen Abgabedüse (20) am Abströmende aufweist, wobei die Abgabedüse (20) sich innen zur Austrittsöffnung kin verjüngt, außen kegelstumpfförmig gestaltet ist und einen ungehinderten zylindrischen Abgabedurchgang (46) besitzt, der in einer kreisförmigen Düsenöffnung (47) mündet,

b) eine mittlere, koaxiale, konzentrisch zur Leitung (17) angeordnete, rohrförmige Leitung (44) aufweist, die radial über der Außenfläche der zentralen Leitung (17) längs derselben angeordnet ist und am Aufstromende mit einer Eingabeeinrichtung (16) und am Abströmende mit einer mittleren, koaxialen, konzentrischen, sich innen zur Austrittsöffnung hin verjüngenden, kegelstumpfförmig gestalteten Abgabedüse (23) mit ringförmigem Mundstück (22) versehen ist, wobei Einrichtungen (19) zur räumlichen Ausrichtung der zentralen axialen Leitung (17) und der zentralen Abgabedüse (20) in bezug zur mittleren Leitung (44) und zur mittleren Abgabedüse (23) vorgesehen sind,

c) eine äußere, koaxiale, konzentrische, rohrförmige Leitung (48) aufweist, die radial über der Außenfläche der mittleren, koaxialen, konzentrisehen Leitung (44) längs derselben angeordnet ist und die am Aufstromende mit einer Eingabeeinrichtung (14) und am Abströmende mit einer äußeren, koaxialen, konzentrischen, sich innen zur Austrittsöffnung hin verjüngenden, kegelstumpfförmig gestalteten Abgabedüse (26) mit ringförmigem Mundstück (50) versehen ist, wobei Einrichtungen (53) zur räumlichen Ausrichtung der äußeren Leitung (48) und der äußeren Abgabedüse (26) in bezug zur mittleren, konzentrischen Leitung (44) und zur mittleren Abgabedüse (23) vorgesehen sind,

d) eine ringförmige Kühlkammer (32) am Brennermundstück aufweist, die der Außenwand der kegelstumpfförmig gestalteten Abgabedüse (26) unmittelbar benachbart ist und nach außen von der konvex geformten Brennerstirnfläche (36) und einem Ringbereich (38) begrenzt wird, und

e) Einlaß- und Auslaßeinrichtungen (33,35) für das durch die Kühlkammer (32) zirkulierende Kühlmittel sowie damit verbundene Leitungen (D) aufweist

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Oberfläche der mittleren Abgabedüse (23) so ausgebildet ist, daß die Verlängerung ihrer Fluchtlinien mit der Längsachse des Brenners einen Winkel von 10 bis 55° bilden.

4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Oberfläche der äußeren Abgabedüse (2i>) so ausgebildet ist, daß die Verlängerung ihrer Fluchtlinien mit der Längsachse des Brenners einen Winkel von etwa 15 bis 60° bilden.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel M des Brenners, dessen Schenkel durch zwei Fluchtlinien gebildet werden, die vom Zentrum der kreisförmigen Düsenöffnung (47) der zentralen Abgabedüse (20) ausgehen und die konvexen Stirnflächen (36) tangential berühren, etwa 70 bis 140° beträgt.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Brennermundstück (22) gegenüber dew 'zentralen Brennermundstück (47) in Strömungsrichtung hervorragt

7. Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Brennermundstück (22) gegenüber dem zentralen Brennermundstück (47) zurückgesetzt ist

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gasmischungen durch Partialoxidation eines bei Raumtemperatur flüssigen Kohlenwasserstoffs mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in Gegenwart eines gasförmigen Temperaturmoderators sowie einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem System von drei koaxialen, konzentrisch zueinander angeordneten Leitungen.

Bekanntlich können Kohlenwasserstoffe durch eine gesteuerte Reaktion mit einem Oxidierungsmittel, das molekularen Sauerstoff, Wasserdampf und CO_? enthält, im wesentlichen in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt werden. Die Reaktion mit dem Sauerstoff erfolgt exotherm, während die Reaktion mit dem Wasserdampf und CO2 endotherm verläuft. Zur Durchführung einer selbsttätig ablaufenden Reaktion wird daher ein freien Sauerstoff enthaltendes Gas verwendet. Als Gas, das diese Bedingungen erfüllt, kann vorzugsweise

Luft, im wesentlichen reiner Sauerstoff (95-Mo|% O₂ oder höher) oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, z, B. ein Luft/Sauerstoff-Gemisch mit einem Gehalt an molekularem Sauerstoff von über 21% verwendet werden. Es ist vorteilhaft, die Partialverbrennung bei einem erhöhten Druck von über 14 bar, wie z, B, in einem Bereich zwischen 28 bar und 276 bar, durchzuführen. Es kann aber auch bei niedrigem Druck gearbeitet werden, wie z.B.beil oder2bar.

Die nichtkatai/tische partielle Oxidationsreaktion er- ι ο folgt vorzugsweise in einem Strömungshindernisfreien, feuerfest ausgekleideten Stahl-Druckgefäß unter relativ turbulenten Bedingungen. Weder die Zeitdauer der Reaktion noch der Druck, der Reaktion hat jedoch hier eine kritische oder prozeßsteuernde Funktion. Fig. 1 der US-PS 28 38 105 stellt einen solchen typischen Synthesegasgenerator dar mit einem in Längsrichtung des Generators im oberen Kopfteil angeordneten Gasbrenner.

Bei der Partialoxidation eines Kohlenwasserstoffbrennstoffes mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas treten sehr hohe Temperaturen auf, und zwar von 649°C und höher. Während der Brenner notwendigerweise eine sehr schnelle und vollständige Vermischung der Reaktionskomponente bewirken soll, ist jr einer starken Temperatur- und Druckbelastung sowie, bedingt durch die turbulente Zirkulation der Verbrennungsgase, erosiven und korrosiven Einwirkungen ausgesetzt Eine ungleichmäßige Vermischung der Reaktanden etwa führt zu hohen Sauerstoffkonzentrationen in bestimmten Bereichen. Dort tritt sodann eine vollständige Verbrennung eines Teils des Brennstoffs unter Freisetzen großer Wärmemengen ein. Infolge der Reaktion von Sauerstoff und Schwefel mit dem Metall, aus welchem der Brenner gefertigt ist, erfolgt schnell eine oxidative Korrosion und ein Zerfall des Brennermaterials. Weiterhin wird durch die Zirkulation der brennbaren Gase zurück an das Brennermundstück und nachfolgende Verbrennung nahe der Brenneroberfläche das Brennermundstück überhitzt und angegriffen. Schließlich können die Brennerelemente durch Wärmestrahlung erhitzt werden, und auf den Brenneroberflächen kann sich Kohlenstoff ablagern. Diese Wärmestrahlung kann ebenfalls zur Überhitzung des Brenneis und zu dessen Zerstörung führen. Dies gilt insbesondere, wenn die Reaktionskomponenten in hocherhitztem Zustand eingeführt werden, um den Sauerstoffbedarf zu senken und die Produktgasausbeute zu steigern. Es ist daher erforderlich, den Brenner vor Überhitzung und insbesondere vor korrosivem Angriff zu schützen.

Die DE-PS 9 68 064 offenbart eine Methode, nach der das Kohlenwasserstofföl in Form eines dünnen Films in den Reaktionsraum eingeführt wird, gegen den Sauersloffströme gerichtet werden, wobei der Ölfilm zerrissen und ein Öi/Sauerstoff-Gemisch erzeugt v/ird. Hierzu wird ein sogenannter Verblasekopf verwendet, der aus einer zentralen, ringförmigen Düse besteht, die durch eine Reihe von Einsätzen unterteilt ist, so daß der flüssige Brennstoffstrom beim Austreten aus der Düse in einzelne Ströme zergliedert wird, wobei diesen Strömen eine schraubenförmige Bewegung erteilt wird. Konzentriseh zu dieser ringförmigen Düse wird durch zwei weitere, der Düse innen und außen benachbarte Düsen der Sauerstoff zugeführt. In einem größeren Abstand von der Brennstoffdüse und den Sauerstoffdüsen ist schließlich noch eine weitere konzentrische, ringförmige Düse vorgesehen, durch die gegebenenfalls Wasserdampf unter einem bestimmten Winkel in den Reaktionsraum eingeblasen werden kann. Dieser bekannte Brenner hat einen komplizierten Aufbau, und es fehlt die zentrale, axiale Leitung mit der zentralen Abgabedüse, Statt eines kompakten zentralen Stromes werden mit der bekannten Vorrichtung dünne, schraubenförmig sich bewegende Einzelströme erzeugt, was verbrennungstechnisch unvorteilhaft ist

Die US-PS 25 78 422 offenbart einen Brennertyp, der für flüssige Brennstoffe unter geringem Luft- und Brennstoffdruck entwickelt wurde. Der Brenner besteht aus einer zentralen Zuführungsleitung mit einer Düse und zwei konzentrisch um diese Leitung angeordneten weiteren Leitungen, die in jeweils einer ringförmigen Düse enden. Die Düsenöffnungen sind mit schraubenförmigen Blättern versehen, die dem jeweils austretenden Gas- oder Flüssigkeitsstrom eine kreiseiförmige Bewegung erteilen. Durch die zentrale- kreisförmige und die äußere ringförmige Düse treten Luftströme aus, während durch die mittlere ringförmige Düse der flüssige Brennstoffstrom in den Reaktionsraum geführt wird, wo er auf die beiden Luftströme trifft und wo die Vermi- - schung und Zerstäubung erfolgt. F .Jm Brenner der US-PS 25 78 422 ist die zentrale und äuBe e Leitung für die Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr vorgesehen, so daß der durch die mittlere ringförmige Düse austretende flüssige Brennstoff sogleich innen und außen von dem Reaktionsparuier umgeben wird. Der Einsatz eines Temperaturmoderators z.B. in Form von Wasserdampf oder CO2 ist nicht vorgesehen.

Gemäß dem deutschen Patent 22 49 961 werden die drei Reaktionskomponenten getrennt voneinander durch drei koaxiale, konzentrisch angeordnete Zuleitungen eines Brenners zum Brennermundstück geführt und gleichzeitig in die Reaktionszone injiziert Nach diesem älteren Recht tritt das freien Sauerstoff enthaltende Gas durch die zentrale Düse des Brenners in den Reaktionsraum aus. Durch die mittlere ringförmige Düse, die die zentrale Düse konzentrisch umgibt, wird ein Gemisch von flüssigem Kohlenwasserstoff und Moderatorgas in den Reaktionsraum injiziert, und durch die äußere ringförmige Düse tritt als dritter Strom ein Moderatorgas aus.

D: j Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, wodurch eine hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltende Gasmischung in selbständiger Partialoxydation von Kohlenwasserstoffen unter Beherrschung der bei diesem Verfahren freiwerdenden hohen Temperaturen und größtmöglicher Schonung des Brennermundstückes hergestellt werden kann.

Ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung einer hauptsächlich H2 und CO enthaltenden Gasmischung durch Partialoxydation eines bei Raumtemperatur flüssigen Kohlenwasserstoffes mit einem freien Sauerstoff 'inthaltenden Gas in Gegenwart eines temperatursteuernden Gases in der Reaktionszone eines nichtkatalytischen, strönvi/igshindernisfreien Gasgenerators bei erhöhtem Druck und einer Temperatur von 649 bis 1930°C, wobei die drei Stoffkomponenten getrennt voneinander durch drei koaxiale, konzentrisch angeordnete Zuleitungen eines Brenners zum Brennermundstück geführt und gleichzeitig in die Reaktionszone injiziert werden, besteh! die Problemlösung darin, daß der Kohlenwasserstoffstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3,05 bis 30,5 m/s entweder aus der zentralen Abgabedüse oder aus der mittleren koaxialen Abgubedüse und das freien Sauerstoff enthaltende Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von über 33,5 m/s bis Schallgeschwindigkeit jeweils aus der entsprechenden

anderen Abgabediise austreten, während das temperatursteuernde Gas aus der äußeren koaxialen Abgabedüse mit einer Strömungsgeschwindigkeit von über 16,7 m/s bis Schallgeschwindigkeit austritt die aus der mittleren und der äußeren konzentrischen Zuleitung austretenden Ströme im spitzen Winkel gegen den aus der zentralen Zuleitung austretenden Strom gerichtet sind und die Ströme in einem Abstand vom Brennermundstück zusammengeführt werden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Brenner zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus einem System von drei koaxialen, konzentrisch zueinander angeordneten Leitungen, welcher dadurch gekennzeichnet ist daß er

a) eine zentrale, axiale, rohrförmige Leitung mit einer Eingabeeinrichtung am Aufstromende und einer zentralen Abgabedüse am Abströmende aufweist, wobei die Abgabedüse sich innen zur Austrittsöffnung hin verjüngt außen kegelstumpfförmig gestaltet ist und einen ungehinderten zylindrischen Abgabedurchgang besitzt der in einer kreisförmigen Düsenöffnung mündet

b) eine mittlere, koaxiale, konzentrisch zur zentralen, axialen Leitung angeordnete, rohrförmige, mittlere Ringleitung aufweist die radial über der Außenfläche der zentralen Leitung längs derselben angeordnet ist und am Aufstromende mit einer Eingabeeinrichtung und am Abströmende mit einer mittleren, koaxialen, konzentrischen, sich innen zur Austrittsöffnung hin verjüngenden, kegelstumpfförmig gestalteten Abgabedüse mit ringförmigem Mundstück versehen ist, wobei Einrichtungen zur räumlichen Ausrichtung der zentralen axialen Leitung und der zentralen Abgabedüse in bezug zur mittleren Ringleitung und zur mittleren Abgabedüse vorgesehen sind,

c) eine äußere, koaxiale, konzentrische, rohrförmige Ringleitung aufweist die radial über der Außenfläche der mittleren, koaxialen, konzentrischen Ringleitung längs derselben angeordnet ist und die am Aufstromende mit einer Eingabeeinrichtung und am Abströmende mit einer äußeren, koaxialen, konzentrischen, sich innen zur Austrittsöffnung einer äußeren, koaxialen, konzentrischen, sich innen zur Austrittsöffnung hin verjüngenden, kegelstumpfförmig gestalteten Abgabedüse mit ringförmigem Mundstück versehen ist wobei Einrichtungen zur räumlichen Ausrichtung der äußeren Ringleitung und der äußeren Abgabedüse in bezug zur mittleren, konzentrischen Ringleitung und zur mittleren Abgabedüse vorgesehen sind,

d| eine ringförmige Kühlmittelkammer am Brennermundstück aufweist, die der Außenwand der kegelstumpfförmig gestalteten Abgabedüse unmittelbar benachbart ist und nach außen von der konvex geformten Brennerstirnfläche und einem Ringbereich begrenzt wird, und

e) Einlaß- und Auslaßeinrichtungen für das durch die Kühlkammer zirkulierende Kühlmiuel sowie damit verbundene Leitungen aufweist

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die beiden Reaktandcnströme und der Strom des temperatursteuernden Gases mittels eines Brenners dem Reaktionsraum zugeführt Der Brenner weist drei konzentrische Düsen auf, die so ausgebildet sind und arbeiten, daß einer Zerstörung, wie vorn beschrieben, weitgehend ausgeschlossen wird. Gemäß einer Ausbildung des Brenners werden die flüssigen Kohlenwasserstoffe durch die zentrale Düse zugeführt. Gleichzeitig fließt ein freien Sauerstoff enthaltender Gasstrom aus der s ringförmigen Düse, die die zentrale Düse umgibt mit linearer Geschwindigkeit die wesentlich größer als die der flüssigen Kohlenwasserstoffe ist. Dieser Gasstrom wird in einem spitzen konischen Winkel auf die Strömungsachse des Kohlenwasserstoffstroms geführt.

to Hierdurch wird der Kohlenwasserstoffstrom einer Abscherwirkung ausgesetzt und zunächst aufgeteilt und dann in feinste Tröpfchen zerrissen. Die Tröpfchen bilden einen Nebel, tier in dem freien Sauerstoff enthaltenden Gasstrom so fein verteilt wird, daß ein inniger Kon-

is takt für die nachfolgende Partialoxidation hergestellt wird. Gleichermaßen können die beiden Ströme auch aus der jeweils anderen Düse strömen, d. h. das den freien Sauerstoff enthaltende Gas strömt durch die zentrale Düse, und die flüssigen Kohlenwasserstoffe strö- men durch die ringförmige Düse, sofern die Teile des Brenners so angeordnet sind, daß in einer vorbestimmten Entfernung abstromseitig vom Brennermundstück eine Feinverteilung der Reaktionskomponenten erfolgt Hierbei sollte die Geschwindigkeit des nachfolgend noch näher beschriebenen temperatursteuernden Gasstroms die Geschwindigkeit des aus der ringförmigen Düse austretenden flüssigen Kohlenwasserstoffstroms um mindestens 30,5 m/s übersteigen. Ein dritter äußerer Strom eines temperatursteuern-

ao den Gases oder Moderators, z. B. Dampf oder Wassertropfen, wird gleichzeitig durch eine äußere ringförmige Düse, die die mittlere ringförmige Düse umgibt geführt und strömt mit einer linearen Geschwindigkeit die gleich oder wesentlich geringer ist als die Geschwindig keit des den molekularen Sauerstoff enthaltenden Stroms der mittleren Düse, etwa mit der halben Geschwindigkeit Ist z. B. die Geschwindigkeit des temperatursteuernden Gasstroms geringer, ist auch der turbulente Strom der heißen Gase an der Oberfläche der äußeren Düse geringer und die chemischen und physikalischen Beeinträchtigungen dieses Düsenteils herabgesetzt

Die Reaktandenströme werden separat voneinander aufrecht gehalten, und keiner kann sich vor Austritt aus der entsprechenden Düse mit dem anderen vermischen. Erst im Reaktionsraum erfolgt die Vermischung mit den angrenzenden Strömen in einer geringen aber definierten Entfernung vom Ende des Brennermundstücks. Demgemäß haben weder die flüssigen Kohlenwasser-

stoffe, ζ. B. Öl, noch das freien Sauerstoff enthaltende Gas, z. B. Sauerstoff, nocii das temperaturst»uernde Gas, z. B. Dampf, noch die Endbereiche ihrer Zuführungen direkten Kontakt mit dem Reaktionsgeschehen. Dieser Umstand rührt auch daher, daß die Ströme der Reaktionskomponenten und speziell der Sauerstoffstrom durch den eine äußere ringförmige Hülle bildenden Moderatorstrom, wie z. B. Wasserdampf, abgeschirmt sind. Der Sauerstoff wird also an einen Kontakt mit dem zurückwirbelndem Reaktionsgas gehindert, bis er eine wesentliche Strecke stromabwärts des Brennermundstücks entfernt ist

Wie schon oben erläutert, kann die periphere Energie herabgesetzt und die Turbulenz bzw. Rückverwirbelung entsprechend vermindert werden, indem die lineare Ge schwindigkeit des äußeren ringförmigen Moderator stroms relativ ram Sauerstoffstrom verringert wird. Wo hohe Strömungsbewegungen einen hohen Wärmeübergang verursachen und eine korrodierende und/oder

erodierende Wirkung der Gase auf das Brennermundstück ausüben, vermindert eine Verringerung der Geschwindigkeit des Moderatorstroms, die dann wesentlich unter der Geschwindigkeit des Sauerstoffstroms liegt, dementsprechend die Heftigkeit der Wirbelströme des Brenners. Da der Wärmefluß sich mit der Gasgeschwindigkeit ändert, ist auch der Wärmeübergang von der Reaktionszone zum Brennermundstück zusammen mit den korrodierenden und erodierenden Einflüssen der heißen rückzirkulierenden Gase vermindert.

Weiterhin ist festgestellt worden, daß die ringförmige Abschirmung durch den Moderator, z. B. Wasserdampf, in der Nähe des Brennermundstücks einen Bereich schafft, in dem eine endotherme Reaktion mit den Kohlenwasserstoffen erfolgt, wodurch im wesentlichen Wärme absorbiert wird, im Gegensatz zur exothermen Reaktion z. B. mit Sauerstoff.

Der Begriff »Moderator« oder «temperatursteuerndes Gas« umfaßt im vorliegenden Fall Dampf, Wassertropfen sowie jedes gasförmige Medium, das entweder inert oder im wesentlichen inert im Verhältnis zu den anderen zugeführten Bestandteilen ist. Mit dem Begriff »im wesentlichen inert« sind jegliche Komponenten einbezogen, die bei der Bildung des Endprodukts endotherm oder in einem vernachlässigbar kleinen Maß exotherm reagieren.

Im vorliegenden Fall ist der Begriff »Moderator« oder »temperatursteuerndes Gas« auf gasförmige Materialien bezogen, wie z. B. Dampf oder Wassertröpfchen, Kohlendioxid, Inertgas (z. B. Stickstoff), Rauchgas und Abgase einer Erz-Reaktionszone, die einen hohen Gehalt an einem oder mehreren der vorgenannten Moderatoren oder Mischungen derselben aufweisen. Obwohl die Inertgase in weitem Umfang angewendet werden können, mögen sie den Nachteil aufweisen, das Reis aktionsprodukt zu verdünnen. Wo diese Verdünnung unerwünscht und das Verdünnungsmedium schwerer abtrennbar ist, wird Kohlendioxid und Wasser in Form von Dampf oder Wassertröpfchen bevorzugt verwendet.

Die folgende Tabelle führt beispielhaft Strömungsgeschwindigkeiten an, wie sie erfindungsgemäß eingestellt werden:

Geschwindigkeitsbereich (m/s) bevorzugter oberer

Bereich Bereich

möglicher
Bereich

flüssige Kohlenwasserstoffe 3,05 -15,25

freien Sauerstoff 61 -183

enthaltendes Gas

temperatursteuerndes Gas 16,7 — 91,5

3,05-30,5 über 183 bis
Schallgeschwindigkeit

über 91,5

bis Schallgeschwindigkeit

3,05-30,5

mind. 30,5 größer als die

Geschwindigkeit der

FL Kohlenwasserstoffe: 33,55 bis

Schallgeschwindigkeit

größer als die Geschwindigkeit

der

fl. Kohlenwasserstoffe: 16,7 bis

Schallschwindigkeit

Diese Geschwindigkeiten können entsprechend der Reaktorgröße, Jes Druckes und anderer Parameter des Sysicms variiert werden; nur die relative Geschwindigkeit des atomisierenden Stromes, nämlich des freien Sauerstoff enthaltenden Gases, muß wesentlich größer als die des Ölstroms sein, um so dem freien Sauerstoff enthaltenden Gasstrom die nötige Zerstäubung des Öles und dessen Vermischung mit dem Sauerstoff zu einem brennbaren Nebel zu ermöglichen. Da diese Arbeitsbedingungen mit einer Relativgeschwindigkeit des freien Sauerstoff enthaltenden Gasstroms von mindestens 15,25 bis 30,5 m/s erreicht werden, ist es vorteilhaft, die Verdüsung bei einer Geschwindigkeit durchzuführen, die 30,5 m/s (und noch besser bei einer Geschwindigkeit von mehr als 30,5 bis 914 m/s) größer ist als die Geschwindigkeit, mit der der ölstrom aus der Düse austritt, z. B. in einem Geschwindigkeitsbereich von 61 —183 m/ s oder insbesondere in einem Bereich von über 183,0 m/ s bis Schallgeschwindigkeit Die obere Grenze der Geschwindigkeit für den freien Sauerstoff enthaltenden Gasstrom wird dort liegen, wo die Verdüsung und Vermischung vollständig erreicht ist und wo eine weitere Erhöhung der Geschwindigkeit keine Vorteile mehr bringt Auf jeden FaIi führt in diesem Bereich die höhere Sauerstoffgeschwindigkeit, die sich ergebende kleinere öltropfengröBe und innige Vermischung mit dem Sauerstoff letzthin zu einer maximalen Reaktionseffektivität und, wie festgestellt wurde, zu z. B. einer geringeren Rußbildung.

Wie oben beschrieben, gibt es keine obere Grenze für die Moderatorgeschwindigkeit, wenn die hohen Eingangsgeschwindigkeiten und Wirbelströme in der Reaktionszone keine Probleme aufwerfen. Somit können in einer anderen Ausbildung der Erfindung, bei der es wünschenswert ist die Wirkungen von Druckschwankungen innerhalb des Gasgenerators auf den freien Sauerstoff enthaltenden Gasstrom und den Moderatorstrom zu eliminieren, die Geschwindigkeiten dieser Gasströme so hoch gewählt werden, daß der freien Sauerstoff enthaltende Gasstrom über 183,0 m/s bis Schallgeschwindigkeit und der Moderatorgasstrom über 91,5 m/s bis Schallgeschwindigkeit erreicht Bei einem Gasgenerator, der starken Schwingungen und Schwankungen ausgesetzt ist ist es vorteilhaft den freien Sauerstoff enthaltenden Gasstrom und den Moderatorgasstrom gleichzeitig mit Schallgeschwindigkeit durch den Brenner zu leiten.

Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Brenners hat es sich gezeigt, daß die zentrale Düse relativ unbeeinträchügt von Reaktionseinflüssen bleibt da die Düse physikalisch vom Reaktionsgeschehen abgeschirmt ist und das Öl, auch wenn es vorteilhafterweise vorgeheizt ist als Kühlmittel für das metallene Brennermundstück wirkt Das Ö! verbrennt erst nachdem es in einen gewissen Abstand vom Brennermundstück zerstäubt und möglicherweise verdampft wurde, da Sauerstoff oder freien

Sauerstoff enthaltendes Gas nicht sofort mit unverdampftem bzw. unzerstäubtem Öl verbrennen können.

Die innere ringförmige Brennerdüse ist ebenfalls relativ unbeeinträchtigt vom Reaktionsgeschehen, da sie nicht im Kontakt zur brennbaren Mischung steht. Dampf kann mit Sauerstoff zusammen nicht reagieren. Diese Düse ist daher außer einer möglichen Überhitzung keinem Angriff ausgesetzt, wobei sie vor Überhitzung sowohl durch eine begrenzt freistehende Anordnung als auch durch die Kühlwirkung des Sauerstoffs und des Danipfstroms entlang der inneren und äußeren Oberfläche geschützt ist.

Für die äußere ringförmige Düse gilt das gleiche, da sie ebenfalls nicht im Kontakt mit der brennbaren Mischung steht. Diese Düse hat ausschließlich Kontakt mit dem Moderatorsystem und mit den Wirbelströmen zurückzirkulierenden Produktgases innerhalb des Verbrennungsraumes, wie bereits beschrieben. Der Dampf kann mit dem Synthesegas nicht in einer merklichen exuuieimcM RcäküOi'i icägicicn, vvci'ii'i ei άϋύίΐ bei uei Wassergas-Umwandlung in einer sehr milden exothermen Reaktion reagieren kann.

Wie schon ausgeführt, ist die Geschwindigkeit des Wärmeüberganges vom Reaktionsraum zum äußeren Ende des Brennermundstücks der äußeren ringförmigen Düse durch die Einstellung einer entsprechend geringen Moderatorgeschwindigkeit steuerbar, so daß die kinetische Energie, die dem heißen zurückzirkulierenden Synthesegas erteilt wird, wesentlich herabgesetzt ist. Dieses Verfahren begrenzt den Wärmefluß genausogut wie die thermischen und mechanischen Spannungen sowie die physikalischen und chemischen Korrosions- bzw. Erosionseinflüsse auf das äußere Mantelrohr. Die Widerstandsfähigkeit kann noch erhöht werden, indem eine konkav geformte Wandung in einem relativ dünnwandigen Abschnitt verwendet wird.

Ein Teil des Moderators kann mit dem Sauerstoffstrom in der mittleren Düse vermischt werden, vorzugsweise in einer Menge von weniger als 25 Gew.-% des Sauerstoffs.

Ebenso kann jeder der drei Reaktandenströme, die getrennt zugeführt werden, unabhängig voneinander auf eine gewünschte Temperatur vorgeheizt werden.

Beim erfindungsgemäßen Brenner wird ein Reaktandenstrom, z. B. der Sauerstoffstrom auf einen anderen Strom, z. B. den der flüssigen Kohlenwasserstoffe, geleitet, um diesen zur Feinverteilung der Flüssigkeit in einen Sprühnebel feinster Tropfen zu zerstäuben. So kann der Mischungseffekt dieser Ströme auf der relativen Differenz der Geschwindigkeiten der Ströme basieren und der Sauerstoffstrom eine lineare Geschwindigkeit aufweisen, die größer ist als die Geschwindigkeit des zentralen ölstroms. Außerdem hängt der MischungsefCokt vom Winkel des Aufeinandertreffens beider Ströme ab, z. B. wie der Sauerstoffstrom nach vorne in Strömungs-

MCmüug äugcWifiiCcii iSt üfiu aiii ucpi ZCiiiräiCn \_/Ϊ5ίΓΟϊΤϊ

auftrifft.

Gemäß der Erfindung kann der Winkel zwischen der Längsachse des Brenners und der mittleren und äußeren kegelstumpfförmigen ringförmigen Düse in einem weiten Bereich variieren. Je stumpfer der Winkel ist, desto dichter liegt der Punkt der Verbrennung an dem Brennermundstück, wobei ein weiter entfernter Punkt die Brennerbeständigkeit erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung sind die Winkel der Öffnungen bzw. Düsen zur Längsachse des Brenners wie folgt: Die zentrale Düse liegt vorzugsweise koaxial mit der Längsachse des Brenners, und die zwei ringförmigen Düsen sind nach innen konisch verlaufend ausgebildet, wobei die Winkel mit der Längsachse des Brenners sich im folgenden Bereich befinden:

bevorzugter
Winkelbereich

möglicher
Winkelbereich

Für den Strom, der aus der mittleren Düse austritt 20°-35° 10°-55°

Für den Si₁ ¹Om, der aus der äußeren Düse austritt 25°-45° 15°-60°

Es ist weiterhin wünschenswert, jegliche Unterbrechung des Moderatorgases, das aus der äußeren ringförmigen Düse strömt, etwa durch Unregelmäßigkeiten und Abscheidungen, in der Brenneröffnung zu vermeiden, um einen gleichförmigen, ununterbrochenen Schirm aus Schutzgas sicherzustellen.

Wenn Moderatorgas unter Ausbildung eines relativ dichten Schutzschirms aus der äußeren Düse strömt, kann die relative Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem mittleren Strom und dem äußeren Strom erhöht werden. Besteht somit z. B. nur ein dünner Schutzschirm aus Moderatorgas, ist eine größere lineare Geschwindigkeit des Moderatorstroms wünschenswert, um den Sauerstoffstrom zwischen Brennermündung und Reaktionspunkt abzuschirmen. Wenn an Stelle eines Moderatorstroms mit einer Stärke von 1,35 cm und einer Geschwindigkeit von 46 m/s nur ein solcher mit einer radialen Stärke von 0,635 cm oder weniger ausströmt, sollte dessen Geschwindigkeit vorzugsweise im Bereich von 61 m/s liegen.

Die Verhältnisse der Reaktanden und deren Verteilung in den verschiedenen Strömen werden so gewählt wie es das gewünschte Gasprodukt in dem pichtkatalytischen Partialoxidationsreaktor bei einer Reaktionstemperatur in einem Bereich von etwa 649° C bis 1927° C und einem Druck in einem Bereich von etwa 1 bis 270 bar erfordert. In diesem Zusammenhang sei hingewiesen auf »Partial Combustion of Residual Fuels«, W. L Slater und R. M. Dille, Chemical Engineering Progress, November 1965.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Partialverbrennung flüssiger Kohlenwasserstoffe, d.h. solcher Kohlenwasserstoffe, die unter Normalbedingungen flüssig sind.

Erfmdungsgemäß können alle Kohlenwasserstoffe mit einer API-Dichte von -15° bis +150° API verwendet werden sowie auch Schlämme aus festen Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffen.
Die Menge der Oxidationsmittel ist zu begrenzen, da nur eine Partialoxidation zu bewirken ist, mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff entstehen, nicht aber eine vollständige Oxidation, wobei H₂O und CO₂ entstehen.

Die Dimensionierung der Düsenöffnung hängt von dem Durchsatz der Einsatzmaterialien und den gewählten Geschwindigkeiten ab, die durch die nachfolgend beschriebenen Erfordernisse bestimmt werden.

Die Vermischung eines Teiles des Dampfes mit dem Sauerstoffstrom wird gewöhnlich dort bevorzugt, wo

die Tendenz zu einer überstarken lokalen Verbrennung in der Nähe der Brennerdüse vorliegt, z. B. wenn ein flüssiger Kohlenwasserstoff verwendet wird, der zur Verdampfung neigt und sich daher mit dem reinen Sauerstoff sofort vermischt und reagiert. Eine Verdünnung des Sauerstoffs durch Dampf von mehr als 25 Cew.-% des Sauerstoffstroms ist gewöhnlich weder nötig noch ratsam zur angemessenen Steuerung der Aktivität des Sauerstoffstroms. Bei Verwendung eines nicht-flüchtigen flüssigen Öles, das entweder sehr stark verdampft oder fein verteilt werden muß, bevor es der Verbrennung unterworfen werden kann, ist die Einleitung von Dampf in den Sauerstoffstrom in der Regel nicht erforderlich.

Während bei der Verwendung üblicher schwerer flüssiger Kohlenwasserstoffe es angebracht sein kann, 100% des Dampfes für den Schutzschirm zu verwenden, kann sonst ein Teil des Dampfes, bestimmt durch die Auslegung des Brenners, in den Sauerstoffstrom überführt od?r rnit Hen flüssigen Kohlenwasserstoffen vermischt werden.

Zur Veraru.ihaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, welche in den F i g. 1 bis 3 einen bevorzugten erfindungsgemäßen Brenner wiedergegeben.

Fig. 1 stellteine Ansicht des gesamten Brenners dar;

F i g. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Abströmendes des Brenners. Dieser Ausschnitt wird in der F i g. 1 durch das gestrichelte Rechteck angedeutet;

Fig. 3 zeigt, wie der Brenner-inder Reaktionskammer angeordnet ist und gibt das Einströmen der Reaktionskomponenten vom Brennermundstück und den zurückströmenden Produktgasstrom an der Peripherie wieder.

Fig. 1 stellt eine Einrichtung zur Eingabe verschiedener Ströme in eine Reaktionszone eines Synthesegasgenerator:, dar. Durch den Einlaß E wird ein Strom eines temperatursteuernden Gases, wie z. B. Dampf, einer äußeren ringförmigen Leitung 14 zugeführt. Ein freier Sauerstoff enthaltender Gasstrom, wie z. B. reiner Sauerstoff, wird durch den Einlaß Feingegeben und strömt von dort durch eine mittlere ringförmige Leitung 16, während ein Strom flüssiger Kohlenwasserstoffe, wie z. B. öl, über einen Einlaß G in eine zentrale, axial zum Brenner verlaufende Leitung 18 eingeleitet wird.

Das der Hitze des Reaktionsraums zugekehrte Abströmende θ des Brenners ist von konvexer glatter Ausbildung. Die Flanschplatte C wird für die Befestigung des Brenners in der dafür vorgesehenen Öffnung (nicht dargestellt) des Synthesegasgenerators benötigt. Im Bereich des Abströmendes des Brenners ist auf dessen Oberfläche eine Kühlschlange D angeordnet Die Kühlrohre sind mit einer Kühlkammer 32 verbunden, so daß das Kühlmittel durch den Einlaß 33 eingegeben und durch den Auslaß 35 wieder abgezogen werden kann.

F i g. 2 gibt im Schnitt das Abströmende des Brenners wieder. Die zentrale Brennerdüse 20 ist am Ende der zentralen Leitung 17, z. B. durch Schweißen oder Aufschrauben, befestigt Der Brenner ist entlang seiner Längsachse im wesentlichen symmetrisch und konzentrisch aufgebaut

Die zentrale Düse 20 ist charakterisiert durch einen in Strömungsrichtung verjüngend verlaufenden Bereich 45, einen sich daran anschließenden zylindrischen Bereich 46 und durch eine kreisförmige Düsenmündung 47. Vorzugsweise ist der verjüngt ausgebildete Bereich 45 strömungsgünstig ausgebildet in seinem Obergang in den zylindrischen Bereich 46, um ein gleichmäßiges flaches Geschwindigkeitsprofil quer zum zylindrischen Bareich zu erzeugen. Eine Vielzahl von Anschlagnasen 19 als Abstandshalter am Umfang der Brennerdüse 20 fixieren die zentrale Leitung 17 und die Brennerdüse 20 innerhalb der kegelstumpfförmigen Ausbildung der ringförmigen Brennerdüse 23 in Längs- und Querrichtung. Die mittlere Brennerdüse 23 erstreckt sich von einer koaxial zur Leitung 17 verlaufenden Leitung 44 und ist vorzugsweise an die Leitung 44 angeschweißt.

ίο Die Leitung 44 ist um die Außenwand der zentralen Leitung 17 angeordnet und bildet auf diese Weise eine ringförmige Passage 16 und eine ringförmige Düsenöffnung 24.
Die mi' lere Brennerdüse 23 verjüngt sich in Strömungsrichtung und weist ein ringförmiges Brennerrw Istück 22 am Abströmende auf. Die innere Oberfläche 29 der mittleren Düse 23 definiert zusammen mit der in Strömungsrichtung sich verjüngenden äußeren Oberfläche 31 der zentralen Brennerdüse 20 die mittlere

?n kegelstumpfförmige Passage mit einer ringförmigen Düsenöffnung 24 am Abströmende. Diese Passnge wird über die ringförmige Leitung 16 mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Strom beaufschlagt, wobei diie Passage so ausgebildet ist, diesen Strom auf eine hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen.

Das ringförmige Brennermund3tück 22 der mittleren Brennerdüse 23 wird vorteilhafterweise in Strömungsrichtung gesehen ein kleines Stück vorverlegt gegenüber der Düsenmündung 47 der Brennerdüse 20. Auf diese Weise wird die Düsenmündung 47 vor Strahlungshitze geschützt, jedoch können die beiden Düsenmündungen in der gleichen Ebene enden, oder das Brennermundstück der mittleren Düse kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wie in F t g. 2 mit gestrichelten Linien 42 angedeutet, ein kurzes Sitück zurückversetzt sein. Diese letztgenannte Lage ermöglicht es, daß sich eine begrenzte Menge Dampf und Sauerstoff vermischen, bevor sie in den Reaktionsraum einströmen. Allerdings darf dann der Moderatorgas-Schutzschirm nicht so dünn sein, daß der Sauerstoff durch den Schutzschirm des Dampfes hindurch diffundiert und zu dicht bei der Brennermündung mit dem Synthesegas verbrennt oder in Verbindung mit anderen Reaktanden die äußere Oberfläche der me'allenen Brennermündung angreift.

Eine Vielzahl von Abstandshaltern 53 am Umfang der mittleren Brennerdüse 23 fixieren die Lage der mittleren Leitung 44 und der mittleren Brennerdüse 23 innerhalb der koaxial am äußeren Umfang der Leitung 44

so angeordneten äußeren Leitung 48, deren Abströmende als kegelstumpfförmige, in Strömungsrichtung verjüngend verlaufende Brennerdüse 26 ausgebildet ist.

Brennerdüse 26 ist ein Teil der äußeren Leitung 48. Die Brennerdüse 26 verjüngt sich bis auf die verbleibende Düsenöffnung 50 und erweitert sich danach wieder. Diese erweiterte Passage ist mit der Bezugszahl 55 gekennzeichnet Die quer zur Längsachse des Brenners gezogene imaginäre Ebene durch die Düsenöffnung 50 befindet sich vorzugsweise in Strömungsrichtung gese-

eo hen vor der imaginären Ebene, die ebenfalls quer zur Längsachse durch die Düsenmündung 47 der Brennerdüse 20 gezogen ist Um die Düsenöffnung 50 herum ist eine Kühlkammer 32 angeordnet durch die ein flüssiges Kühlmittel, wie z. B. Wasser, strömt Die kegelstumpfförmige ringförmige Passage 28 erstreckt sich vom Abströmende der äußeren Leitung 14 und wird begrenzt von der inneren Oberfläche 51 der äußeren Brennerdüse 26 und der äußeren Oberfläche 52 der mittleren Bren-

nerdüse 23. Die Düsenöffnung 50 grenzt an die öffnung der äußeren ringförmigen Passage 28.

Die Kühlkammer 32 wird von der Innenwand 34 begrenzt, die konzentrisch zur Längsachse des Brenners verläuft Gleichzeitig begrenzt die Innenwand 34 die äußere kegelstiunpfförmig ausgebildete Brennerdüse 26. Die Außenwand der Kühlkammer 32 beinhaltet die periphere Wandung der nach außen sich erweiternden Passage 55, die in eine ringförmige Stirnfläche 54 mit konvexer Ausbildung am äußersten Abströmende des to der Reaktorwand zugewandten Brennerendes übergeht. Die Außenwand der Kühlkammer ist vorzugsweise relativ dünnwandig, z. IL 0,1 bis 1,0 cm. Die konvexe Stirnfläche kann z. B-etwa halb-elliptisch im-Querschnitt ausgebildet sein. Die Kühlkammer wird dusch eine ringförmi- !5 ge Wand mittete Schweißnähten am Außenamfang verschlossen.

Eine ttugmäre Ebene tangential durch das äußerste Ende der konvex geformten Stirnfläche gezogen, steht senkrecht zur Längsachse des Brenners. Die imaginären Ebenen durch die Düsenöffnungen liegen somit vorzagsweise paraMel zueinander and sind esiisag der Längsachse des Brenners im Abstand voneinander angeordnet- Die axiale Lage der zentralen Düsenoffnung und die divergierende koaxiale Passage definieren einen Öffnungswinkel M in einem Bereich von etwa 70° bis 140° und vorzugsweise größer als 90° und kleiner ab 135°. Die Spitze des öffnungswinkels M Hegt im Schnittpunkt der Längsachse des. Brenners durch die i.naginäre Ebene quer zur Längsachse im Bereich der Düsenöffnung. Die Schenkel des öffnungswinkels liegen tangential an der konvexen Stirnfläche, wie es aus F i g. 2 zu ersehen ist.

Bei dieser Brennerkonstruktion wird der temperatursteuernde Gasstrom folgendermaßen in die Reaktions- 3s zone geleitet: Von der äußeren ringförmigen Leitung in die sich verjüngende ringförmige äußere Passage, in der der Gasstrom beschleunigt wird und durch die freie ringförmige Düsenöffnung in der Nähe des Abströmendes des Brenners, worauf der Gasstrom durch die freie, sieb erweiternde Passage ausgetragen wird. Die drei koaxial zueinander angeordneten Brennerdüsen bringen gleichzeitig in dem nach außen sich erweiternden Raum im Bereich der Passage ihre Ströme ein, wobei die beiden Reaktandenströme vom temperatursteuernden Moderatorgasstrom umhüllt sind Weiterhin wird ein Schirm nicht-brennbarer Gase in der unmittelbaren Nähe der Brenneroberfläche im Bereich der Düsenöffnung aufrechterhalten, so daß die Düs»nöffnung ständig ausreichend isoliert vom Reaktionsgeschehen ist und da- durch vor einer Zerstörung bewahrt bleibt Weiterhin wird durch Förderung der Vermischung der Ströme im angemessenen Verhältnis die Temperatur auf dem gewünschten Maximum gehalten und die heißen Reaktionsprodukte werden sofort von den Brennerelemen- ten abgezogen.

Die Kühlrohre D sind auf geeignete Weise mit der Kühlkammer verbunden. Das Kühlmittel strömt durch den Einlaß in die Kühlkammer und wird durch den Auslaß wieder abgeleitet Innerhalb der Kühlkammer kön- eo nen Leitbleche angeordnet werden. Durch eine konvexe Ausbildung der Stirnfläche erreicht man im Vergleich zu einer flachen Ausbildung eine größere Druckstabilität und eine bessere Wärmeableitung.

F i g. 3 stellt einen Teil eines Reaktionsraumes eines es Synthesegasgenerators dar, der die Brennereinrichtung als eine äußere Umhüllung wit einer feuerfesten Auskleidung umgibt Der Brenner A roh dem Mündungsbereich B ragt durch eine langgestreckte Durchführung des Reaktionsgefäßes, so daß der Mündungsbereich B dem Reaktionsraum zugewendet ist Fi g. 3 verdeutlicht, wie die tnrbulenten Wirbelströme verlaufen, die sich auf Grund der kinetischen Energie der Hocfigeschwtndigkeits-Reaktandenströme3& baden.

Beispiel

An Hand des folgenden Beispiels soll das erfmdungsgemäße Verfahren unter Verwendung eines, erfmdtragsgemäßen 127 cm-Brenflers erläutert werden: Flüssiges OL und zwar eine PetrofcnmfrafcöOB rak einer Diente voD 5° API wurde mit einer Geschwindigkeit von 24 900 kg pro Stande und einer Temperatur voe M8PC durch die zentrale Brennerdüse des ta der ?rpirfcnfmg dargestellten Brenners gegeben.

Die zentrale Deseaöffnung hatte einen Durchmesser von 3,09 cm, und die Geschwindigkeit des ftesigen Kohlenwasserstoffs sa der Düssr-cifeas= betrag 9,15 m/s.

Der Sauerstoff wurde durch die mittlere ringförmige Düsenoffnung in eraeatt Winkel von durchschntttfich 25° zur Längsachse der zentralen Düsenoffmmg iopziert Es wurden pro Tag 619 U Sauerstoff bei einer Temperatur vonH3°Cztigefa»rt

Der Brenner war aus emer wärme- and oxydatioesbeständigeB Legierung hergesteift.

Der innere Durcnnwsser der mittleren Düsenoffnung für den Sauerstoff txrtrug 3,175 cm und der äußere Durchmesser 4366 cm,, wobei die Durchmesser quer zur Längsachse gemessen sind. Die Strönumgsgeschwindigkeh des Sauerstoffes betrug im Bereich der Düsenoffnung 126^58 m/s.

Durch die äußere ringförmige Düsenöffnung strömen 12 247 kg Dampf mit einer Temperatur voc 399"C pro Stunde. Der innere Durchmeser der äußeren Düsenöffnung betrug 4,64 cm und der äußere Durchmesser 6385 cm. Die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes betrug 46 m/s.

Der Winkel, unter dem sich die äußere Brennerdüse verjüngt betrug 30° in bezug auf die Längsachse der zentralen Brennerdüse, so daß die Außenwand rm wesentlichen abstandgterch zur Innenwand verblieb.

Der Durchmesser der äußeren ringförmigen Düsenöffnung betrug 1346 cm und der Durchmesser der inneren ringförmigen Düsenoffnung 0,686 cm, d h. etwa die Hälfte des erstgenannten Durchmessers. Diese Auslegung ermöglicht in der Praxis eine größere Variation der Relativgeschwindigkeit von Dampf und Sauerstoff als bei Verwendung eines Moderatorgas-Schutzschirmes, von wesentlich geringerer Dicke, der anfällig gegen Unterbrechungen wäre

Die Stärke der konvexen Stirnwand betrug etwa 0318 cm. Bei einer flachen Strinwand müßte diese um 25% stärker ausgelegt werden, um der Druckdifferenz von 75,8 bar zu widerstehen, die zwischen Innen- und Außenseite der Kühlkammer existiert Trotz der verminderten Wandstärke ist die Einsatzzeit des Brenners um 23% gegenüber der Einsatzzeit eines Brenners mit flacher Stirnwand erhöht

Die Arbeitstemperatur im Reaktionsraum betrug 137 TC bei einem Druck von 83,7 bar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

\, Verfahren zur Herstellung einer hauptsächlich H₂ und CO enthaltenden" Gasmischung durch Partialoxidation eines bei Raumtemperatur flüssigen Kohlenwasserstoffs mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in Gegenwart eines temperatursteuernden Gases in der Reaktionszone eines nichtkata-Iytischen, Strömungshindernisfreien Gasgenerators bei erhöhtem Druck und einer Temperatur von 649 bis 1930⁰C, wobei die drei Stoffkomponenten getrennt voneinander durch drei koaxiale, konzentrisch angeordnete Zuleitungen eines Brenners zum Brennermundstück geführt und gleichzeitig in die is Reaktionszone injiziert werden, daduTch gekennzeichnet, daß· der 'Kohlenwasserstoffstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3,05 bis 30,5 m/s entweder aus der zentralen Abgabedüse oder aus der mittleren, koaxialen Abgabedüse und das freien Sauerstoff enthaltende Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit vonüber 33,5 m/s bis Schallgeschwindigkeit jeweils aus der entsprechenden anderen Abgabedüse austreten, während das temperatursteuernde Gas aus der äußeren koaxialen Abgabedüse mit einer Strömungsgeschwindigkeit von über 16,7 m/s bis Schallgeschwindigkeit austritt, die aus der mittleren und der äußeren konzentrischen Zuleitung austretenden Ströme im spitzen Winkel gegen den aus der zentralen Zuleitung austretenden Strom gerichtet sind und die Ströme in einem Abstand vom Brennermundstück zusammengeführt werden.
2. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 aus einem Systerr von drei koaxialen, konzentrisch zueinander angeordneten Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß er