DE2351051A1 - Reaktor fuer plasmachemische verfahren - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL. ING. H. STROHSCHÄNK

8000 MÜNCHEN 60 · MUSÄUSSTRASSE 5 . TELEFON (0811) 881608

11.1O.1973-SK(4) 19O-1O94P

Reaktor für plasmachemische Verfahren

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor für plasmachemische Verfahren, wie zum Kracken von Kohlenwasserstoffen "beispielsweise zur Acetylengewinnung, der zwei Elektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens und eine Einrichtung aufweist, um ein Gas, z.B. Wasserstoff, oder eine geeignete Gasmischung zur Bildung eines Plasmagasstrahles durch den Lichtbogen und einen anschliessenden Reaktionsbereich zu leiten.

Beim Durchführen chemischer Reaktionsverfahren in einem vorgenannten Reaktor wird es angestrebt, eine bestmögliche Vermischung zwischen dem Plasmagasstrahl, der mit Hilfe eines im Reaktor erzeugten Lichtbogens gewonnen wird, und den in den Reaktor eingeführten Reaktionsstoffen herbeizuführen. Ein weite-, res Erfordernis besteht darin, den Strom des Reaktionsproduktes, der sich aus der Mischung ergeben hat, in kürzest möglicher Zeit oder entsprechend einer gewünschten Charakteristik wirksam abzukühlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Reaktor so zu vervollkommnen, dass die vorgenannten Erfordernisse besonders vorteilhaft erfüllt werden können.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine den Plasmagasstrahl umgebende Wandung des Reaktions-

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bereichs mit einer Vorrichtung zum Einspritzen eines ResJctiona- und/oder Kühlmittels, z.B. von Kohlenwasserstoffen, in den Plasmagasstrahl versehen ist.

Gemäss bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sind die Einspritzvorrichtungen gruppenweise entlang dem Plasmagaeetreiil aufeinanderfolgend angeordnet, wobei die der Anode nächst gelegene Gruppe zum Zuführen eines oder mehrerer Reaktionsmittel dient, die mit dem Plasmagasstrahl reagieren, während di· weitere Gruppe zum Zuführen eines Kühlmittels zum Abkühlen de· Stromes des Reaktionsproduktes dient.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Heaktionsbereich.es des Reaktors in einem Axialschnitt;

Fig. 2 eine Reaktionskammer des Reaktionsbereiches gemäss Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 vergrössert dargestellten Querschnitt.

Der in Fig. 1 dargestellte Reaktionsbereich weist eine über eine Rohrleitung 1 an die Lichtbogenkammer eines (nicht dargestellten) Reaktors angeschlossene Reaktionskammer 2 auf· Gemäss Fig. 2 besteht die Reaktionskammer aus einer zylindrischen Aussenwand 5 und einem inneren Ringkörper 8, in dem sich entlang dessen Umfang gleichmässig verteilt eine Anzahl von Einspritzdüsen 9 befindet, durch welche ein Reaktionsmittel in den Innenraum 12 des Reaktionsbereichs eingespritzt werden kann. Weiterhin ersichtlich ist aus Fig. 2, dass der Einspritzkanal 10 jeder. Einspritzdüse 9 innerhalb der Ebene des Ringkörpers 8 derart schräg zur zugeordneten Radialrichtung verläuft, dass der den inneiiraum 12 axial durchströmende Plasmagasstrahl vom Reaktions-

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mittel in seinem äusseren Umfangsbereich mit einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente gestreift wird. Dabei ist die Anzahl der Einspritzdüsen 9 je Ringkörper 8 so gewählt, dass der Plasmagasstrahl 11 entlang seinem ganzen Umfang von gleichsinnig tangential einwirkenden Geschwindigkeitskomponenten der eingespritzten Reaktionsmittel gestreift wird. Dabei können die Einspritzdüsen 9 »ο ausgelegir sein, dass entweder ein konvergenter oder ein koniecher Strahl entsteht, der eine mehr oder weniger grosse Ausbreitling erfährt. Die Aussenwand 5 bildet entlang ihrer Innenwandung einen Ringkanal 6, der nach aussen an eine die Innenwand 5 durchsetzende Zuleitung 7 angeschlossen ist und nach innen zur Verteilung des durch die Zuleitung 7 .zugeführten Reaktionsmittels in die einzelnen Einspritzdüsen 9 dient.

Die durch den Lichtbogen im Reaktor erhitzten Gase, die beispielsweise aus teilweise ionisiertem Wasserstoffgas bestehen können, durchströmen den Rohrteil 1 in Form eines Plasmagasstrahles in die Reaktionskammer 2 hinein. In diese Kammer werden in der vorgenannten Weise die Reaktionsmittel eingespritzt, die mit dem Plasmagasstrahl reagieren. Hierbei muss das Reaktionsmittel mit einer angemessenen Geschwindigkeit und in einer solchen Richtung eingespritzt werden, dass im Plasmagasstrahl eine Turbulenz und damit eine wirksame Mischung mit dem tteaktionsmittel erreicht wird. Wenn das Reaktionsmittel aus einer Flüssigkeit besteht, müssen die einzelnen Flussigkeitstropfen eine ausreichende Geschwindigkeit und Grösse aufweisen, damit sie in den Plasmagasstrom eindringen können. Die Tropfen dürfen jedoch höchstens nur gerade so gross sein, dass sie nach ihrem Eindringen in den Plasmagasstrahl in einer noch geeigneten Zeit verdampfen. Um eine noch wirksamere Durchmischung zwischen dem Plasmagasstrom und den Reaktionsmitteln zu erzielen, können auch mehrere Reaktionskammern 2 unmittelbar hintereinander vorgesehen sein. In diesem Falle sind die Einspritzdüsen 9 in den Ringkörpern 8 der aufeinanderfolgenden Reaktionskammern zweck-

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massig so angeordnet, dass die im Umfängsbereich des Plasmagasstrahles erzeugten tangentialen Geschwindigkeitskomponenten in den aufeinanderfolgenden Reaktionskammern 2 gerade in jeweils gegensätzlichem Drehsinn wirken.

Nach der Durchmischung des Plasmagasstrahles mit dem Reaktionsmittel wird der Strom des Reaktionsproduktes durch ein axial anschliessendes Abstandsrohr 3 hindurch in eine Kühlkammer 4 geleitet. Dabei ist die Länge des Abstandsrohres 3 so bemessen, dass in diesem Bereich eine gewünschte. Abkühlungscharakteristik erreicht wird. Falls etwa eine schnellstmögliche Abkühlung des Reaktionsproduktstromes gewünscht sein sollte, kann das Abstandsrohr 3 auch entfallen.

Die Kühlkammer 3 ist ganz analog der beschriebenen Reaktionskammer 2 ausgebildet. Sie weist innerhalb einer Aussenwandung 5 ebenfalls einen Ringkörper ö auf, der von einer Anzahl Einspritzdüsen 9 in gleicher Weise durchsetzt ist, wie es in Verbindung mit der Reaktionskammer 2 beschrieben wurde. Dabei ist der Ringkanal 6 der Aussenwandung 5 an eine Zuleitung 7 angeschlossen, durch welche ein geeignetes Kühlmittel zugeführt wird. Dabei ist auch in der Kühlkammer 4 eine bestmögliche Durchmischung des Reaktionsproduktstromes mit dem Kühlmittel unter Turbulenzbildung angestrebt. Um eine noch wirksamere Kühlung zu erreichen, können im übrigen mehrere Kühlkammern 4 axial aufeinanderfolgend angeordnet sein, in denen die Dralleinwirkung des Kühlmittels auf den Reaktionsproduktstrom jeweils in gegensätzlichem Drehsinn erfolgt. Das abgekühlte Reaktionsprodukt wird schliesslich aus dem Bereich der Kühlkammern durch, eine Rohrleitung 13 zur weiteren Behandlung abgeleitet.

Als Reaktionsmittel kommen beispielsweise alle geeigneten

Kohlenwasserstoffe infrage, die im übrigen ebenso auch als Kühlmittel geeignet sind« Der erfindungsgemässe Heaktionsbereioli

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mit Reaktions- und Kühlkammern ist nicht an das beschriebene Ausführungsbeispiel gebunden. So können insbesondere die geometrischen Abmessungen der Reaktions- und Kühlbereiche unterschiedlich gewählt werden. Weiterhin kann die Anordnung der Einspritzdüsen anders als dargestellt und die Zuführung des Reaktions- und Kühlmittels in einer anderen als der dargestellten Form vorgesehen sein. Die jeweils angestrebte Mischwirkung kann weiterhin verbessert werden, wenn das jeweilige Mittel mit einer zusätzlichen axialen G-eschwindigkeitskomponente eingespritzt wird.

Patentansprüche^

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Claims (1)

1. /Ώ Reaktor für plasmacliemische Verfahren, wie zum Kracken von Kohlenwasserstoffen beispielsweise zur Acetylengewinnung, der zwei Elektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens und eine Einrichtung aufweist, um ein Gas, z.B. Wasserstoff, oder eine geeignete Gasmischung zur Bildung eines Plasmagasstrahles durch den Lichtbogen und einen anschliessenden Reaktionsbereich zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Plasmagasstrahl (11) umgebende Wandung des Reaktionsbereiches (2 bzw. 4) mit einer Vorrichtung zum Einspritzen eines Reaktions- und/oder Kühlmittels, z.B. von Kohlenwasserstoffen, in den Plasmagasstrahl versehen ist.

   2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsbereich entlang dem Plasmagasstrahl gruppenweise aufeinanderfolgend nächst den Elektroden eine oder mehrere Reaktionsräume (Reaktionskammer 2) mit je einer Vorrichtung zum Einspritzen eines mit dem Plasmagasstrahl reagierenden Reaktionsmittels und anschliessend eine oder mehrere Kühlräume (Kühlkammer 4) mit je einer Vorrichtung zum Einspritzen eines Kühlmittels in den Strom des Reaktionsproduktes aufweist.

   3ο Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einspritzvorrichtung einen den Plasmagasstrahl bzw» Strom des Reaktionsproduktes umgebenden Ringkörper (8) mit einer Einspritzdüse (9) aufweist, deren Strahlrichtung gegen eine Umfangsstelle des Plasmagasstrahles bzw. des Stromes des Reaktionsproduktes gerichtet ist, so dass dieser Strahl mit einer ihn tangential treffenden Geschwindigkeitskomponente des Einspritzstrahles getroffen wird.

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   4. Reaktor nach Anspruch. 3> dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ringkörper (8) entlang seinem Umfang mehrere gleichartig angeordnete Einspritzdüsen (9) aufweist, so dass der Strahl bzw. Strom entlang seinem ganzen Umfang von tangential einwirkenden Geschwindigkeitskomponenten der Einspritzstrahlen getroffen wird.

   5. Reaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass von mehreren im Reaktionsraum und/oder Kühlraum axial aufeinanderfolgenden Ringkörpern (8) mit je einer Gruppe von Einspritzdüsen (9) die aufeinanderfolgenden Gruppen von Einspritzdüsen (9) im Sinne einer jeweils gegensätzlichen tangentialen Einwirkungsrichtung auf den Strom des Reaktionsproduktes angeordnet sind.

   6. Reaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen dem Reaktionsraum (Reaktionskammer 2) bzw. den Reaktionsräumen und dem Kühlraum (Kühlkammer 4) bzw. den Kühlräumen noch ein den Plasmagasstrahl umgebendes Abstandsrohr (3) angeordnet ist, dessen Länge entsprechend der gewünschten Kühlcharakteristik gewählt ist.

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