DE2351051B2 - Reaktor fuer plasmachemische verfahren - Google Patents

Description

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 entlang dem Lichtbogen und in einen anschließenden Reaktionsbereich zu leiten, der entlang dem Plasmagasstrahl gruppenweise aufeinanderfolgend nächst den Elektroden mindestens eine Reaktionskammer mit je einer Vorrichtung zum Einspritzen eines mit dem Plasmagasstrahl reagierenden Reaktionsmittels, z. B. von Kohlenwasserstoffen, und anschließend mindestens eine Kühlkammer mit je einer Vorrichtung zum Einspritzen eines Kühlmittels in den Strom des Reaktionsproduktes aufweist.

Bei einem solchen bekannten, in der OE PS 2 22 625 beschriebenen Reaktor werden das Reaktions- und das Kühlmittel in die Reaktions- bzw. Kühlkammer im wesentlichen radial einwärts nach dem zentral geführten Plasmagasstrahl hin eingeführt. Dabei kann die Einströmungsrichtung dieser Mittel gegenüber der quer zum Plasmagasstrahl verlaufenden Ebene der zugeordneten Einspritzvorrichtung auch etwas in oder entgegen der Strömungsrichtung des Plasmagasstrahles entsprechend kegelförmig vorgesehen sein. Durch die FR-PS 15 49 593 ist es weiterhin bekannt, den Plasmagasstrahl selbst in den Reaktionsbereich des Reaktors entlang dem Grunde einer Ringnute etwa tangential einzuspritzen, deren Durchmesser ein Vielfaches des Durchmessers des eigentlichen Lichtbogenkanals beträgt Wenn sich durch solche, insbesondere miteinander kombinierten Maßnahmen auch eine gewisse Verbesserung der Durchmischung des Plasmagasstrahles mit dem zuerst eingespritzten Reaktionsmittel erzielen läßt, so ist doch nachteilig, daß die Drallkomponente des Plasmagasstrahles nicht nur infolge dessen Wandreibung an den zugeordneten Kammerwandungen, sondern zusätzlich auch an jeder Einspritzstelle eines Reaktions- und Kühlmittels gebremst und entsprechend verringert wird, so daß schließlich an den der Einströmungsstelle des Plasmagasstrahles am weitesten abgelegenen Einspritzstellen kaum noch eine tangentiale Durchmischungskomponente zur Verfugung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Reaktor so zu vervollkommnen, daß auf einfache Weise an möglichst allen Einführungsstellen von Reaktions- und/oder Kühlmitteln in den Plasmagasstrahl eine intensive Durciimischung und insbesondere auch noch an den der Einströmungsstelle des Plasmagasstrahles abgelegenen Einspritzstellen eines Kühlmittels eine möglichst schnelle und intensive Kühlung des Reaktionsproduktes erzielt wird.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer an sich bekannten Ausbildung jeder Einspritzvorrichtung mit einem axial zum Reaktor angeordneten Ringkörper mit einer Anzahl von eine tangentiale Einspritzkomponente aufweisenden Einspritzdüsen 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, und dadurch, daß die tangentialen Einspritzkomponenten an den Einspritzdüsen je Ringkörper in deren axialer Aufeinanderfolge in gegensätzlichem Drehsinn gerichtet sind.

Durch die erfindungsgemäße Einspritzung der Reaktions- und Kühlmittel in den Plasmagasstrahl mit einer Tangentialkomponente, die in Strömungsrichtung des Plasmagasstrahles jeweils wechselt, ergibt sich an allen Einspritzstellen der Reaktions- und Kühlmittel eine sehr wirksame, d. h. sowohl schnelle als auch vollständige Durchmischung des Plasmagasstrahtes mit dem eingespritzten Mittel, so daß insbesondere auch an den der Einströmungsstelle des Plasmagasstrahles am weitesten abgelegenen Einspritzstellen eines Kühlmittels eine sehr schnelle Abkühlung des Reaktionsproduktes sichergestellt werden kann.

Damit der für eine gewünschte Reaktion des Plasmagasstrahles mit einem Reaktionsmittel erforderliche Zeitbedarf von Fall zu Fall optimal berücksichtigt werden kann, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung axial zwischen jeder Reaktionskammer und jeder Kühlkammer noch ein den Plasmagasstrahl umgebendes Abstandsrohr angeordnet, dessen Lär^e entsprechend der gewünschten Kühlcharakteristik gewählt ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktionsbereiches des Reaktors in einem Axialschnitt,

Fig.2 eine Reaktionskammer des Reaktionsbereiches gemäß F i g. 1 in einem gegenüber F i g. 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 Reakx.onskammer 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 F i g. 2, daß der Einspritzkanal 10 jeder Einspritzdüse 9 innerhalb der Ebene des Ringkörpers 8 derart schräg zur zugeordneten Radialrichtung verläuft, daß der den innenraum 12 axial durchströmende Piasmagasstrahl vom Reaktionsmittel 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 Geschwindigkeits komponenten der eingespritzten Reaktionsmiuei gestreift wird. Dabei können die Einspritzdüsen 9 so ausgelegt sein, daß entweder ein konvergenter oder ein konischer Strahl entsteht, der eine mehr ocler weniger große Ausbreitung 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 Piasmagasstrahl eine Turbulenz und damit eine wirksame Mischung mit dem Reaktionsmittel erreicht wird. Wenn das Reaktionsmittel aus einer Flüssigkeit besteht, müssen die einzelnen Flüssigkeitstropfen eine ausreichende Geschwindigkeit und Größe aufweisen, damit sie in den Plasmagasstrom eir.dringen können. Die Tropfen dürfen jedoch höchstens nur gerade so groß sein, daß sie nach ihrem Eindringen in den Plasmagasstrahl in eine^r 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 zweckmäßig so angeordnet, daß die im Umfangsbereich 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 8 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 Reaktionsmitte! kommen beispielsweise alle geeigneten Kohlenwasserstoffe infrage, die im übrigen ebenso auch als Kühlmittel geeignet sind. Der erfindungsgemäße Reaktionsbereich mit Reakiions- 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 Geschwindigkeitskomponeme eingespritzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Reaktor für plasmachemisch 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 entlang dem Lichtbogen und in '° einen anschließenden Reaktionsbereich zu leiten, der entlang dem Plasmagasstrahl gruppenweise aufeinanderfolgend nächst den Elektroden mindestens eine Reaktionskammer mit je einer Vorrichtung zum Einspritzen eines mit dem Plasmagasstrahl reagierender. Reaktionsmittels, z. B. von Kohlenwasserstoffen, und anschließend mindestens eine Kühlkammer mit je einer Vorrichtung zum Einspritzen eines Kühlmittels in den Strom des Reaktionsproduktes aufweist, dadurch gekennzeich- net, daß bei einer an sich bekannten Ausbildung jeder Einspritzvorrichtung mit einem axial zum Reaktor angeordneten Ringkörper (8) mit einer Anzahl von eine tangentiale Einspritzkomponente aufweisenden Einspritzdüsen (9) 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, und dadurch, daß die tangentialen Einspritzkomponenten an den Einspritzdüsen je Ringkörper (8) in deren axialer Aufeinanderfolge in gegensätzlichem Drehsinn gerichtet sind.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß axial zwischen jeder Reaktionskammer (2) und jeder Kühlkammer (4) noch ein den Plasmagasstrahl umgebendes Abstandsrohr (3) angeordnet ist, dessen Länge entsprechend der gewünschten Kühlcharakteristik gewählt ist.