DE2509861A1 - Brenner - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

DIPL.-INQ.

H. KINKELDEY

DB.-INO.

W. STOCKMAIR

DR.-INO. · AeE (CALTECH)

K. SCHUMANN

. DR, RER. NAT. · DIPL.-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPL.-INQ.

■ G. BEZOLD

DR. RER. NAT. · DIPL.-CHEM.

MÜNCHEN E. K. WEIL

DR. RER. OEC. INS.

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

p 9051 6.3.1975

KUEESEH SAWGIO KABUSHIKI KAISHA

No. 2-15, Nishi Chuo 2-Ghome,

Kure City, Hiroshima Pref., / Japan

Brenner

Die Erfindung betrifft einen Brenner. Dabei beschäftigt sich die Erfindung insbesondere mit einem Brenner, der für verschiedene Arten von öfen und dgl. verwendet werden kann.

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(O6O) 22Oa 62 TELEX OS-SO 3QO TELEGRAMME MONAPAT

Es ist "bisher allgemein üblich gewesen, flüssige Brennstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis mit Hilfe von Luftsauerstoff zu verbrennen, der dem Brennstoff mit der zugeführten Luft zugefügt wird. Luft ist ein Gasgemisch, welches zu 23 Gew.-% aus Sauerstoff, 75 > 5 Gew.-% aus Stickstoff und einem äußerst kleinen Gehalt an anderen Stoffen besteht. Das hat zur Folge, daß dem Brennstoff dreimal so viel Stickstoff als Wasserstoff gleichzeitig zugegeben wird, wenn dem Brennstoff der zu seiner Verbrennung erforderliche Sauerstoff hinzugesetzt wird.

Es ist gefunden worden, daß ein Mechanismus der "Verbrennungsreaktion zwischen dem Brennstoff und dem zugeführten Sauerstoff derart besteht, daß der durch thermisches Kracken oder Spalten vergaste Kohlenwasserstoff einer Anzahl von komplexen Reaktionen in einer kettenreaktionsartigen Weise unterzogen und dann oxydiert wird. In diesem Falle verursachen die Bedingungen zur Steuerung der Reaktion und dgl. eine Dehydrierungsreaktion unter Erzeugung von Kohlenstoffatomen. Die derart erzeugten Kohlenstoffatome werden "polymerisiert" und unter Ausbildung eines mehr oder weniger festen Rußes aggregiert.

Um eine derartige wegen des freien Kohlenstoffs Ruß produzierende Reaktion zu verringern, ist es bis jetzt üblich gewesen, eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes dadurch herbeizuführen, daß die oben genannten Reaktionen bei einer hohen Temperatur ausgeführt werden und daß hochkonzentrierter Sauerstoff verwendet wird. Derartige Maßnahmen führen jedoch nachteiligerweise zu der Gefahr einer Verschmutzung oder gar Vergiftung der Atmosphäre, da sich ein Stickoxid bildet, wenn sich überschüssiger Sauer-

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7. _

stoff, der nicht an der Verbrennung teilgenommen hat, bei einer hohen Temperatur mit Stickstoff umsetzt.

Die Erfindung bezweckt das Schaffen eines Brenners, der dazu imstande ist, ein Dampfkracken flüssiger Brennstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis vor deren Verbrennung zu erzielen, um den Vasserstoffant'eil des Brennstoffs in Wasserstoff umzuwandeln und dann die Verbrennung des Brennstoffes vorzunehmen.

Der erfindungsgemäße Brenner ist durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches aufgeführten Merkmale gekennzeichnet.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Brenners ist es möglich geworden, die dem Stand der Technik innewohnenden oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und eine ideale Wärmeerzeugung sowie ideale Verbrennungsbedingungen zu schaffen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausfühfungsform der Erfindung und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsfoim der Erfindung.

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Brenner für einen Ofen dargestellt. Wie Figur 1 zu entnehmen, ist eine Ofenwandung 1 an ihrer Innenoberfläche mit einem Gehäuse 2 versehen, welches eine Reaktionskammer ausbildet. An seiner vorderen Oberfläche ist das Gehäuse 2 mit einer Anzahl von Gasdüsen 3 ' versehen, die beispielsweise auf einem Kreis angeoi'dnet

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sind und sich zu einem Ofenraum 4- öffnen. Außerdem sind eine Speiseleitung 5 für flüssigen Brennstoff und eine Speiseleitung 6 für Dampf vorgesehen, wobei die Speiseleitungen aus Metall bestehen und nebeneinander verlaufend ausgebildet sind, wobei sie sich von der Außenseite der Ofenwandung 1 zu deren Innenseite erstrecken. An die Speiseleitung 5 für den flüssigen Brennstoff ist ein Mechanismus angeschlossen, mit dessen Hilfe flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff, wie Schweröl und dgl. zuführbar ist. An die Speiseleitung ξ> für den Dampf ist eine gleichfalls nicht dargestellte Einrichtung zur Zufuhr von Dampf angeschlossen. Mit dem Bezugszeichen 10 ist "Verbrennungsluft bezeichnet und das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Hilfsbrenner zum Erhitzen der Leitungen 5 und 6.

Mit Hilfe des wie oben beschrieben aufgebauten Brenners nach der Erfindung ist es möglich, den durch die Leitung 5 zugeführten flüssigen Brennstoff mit Hilfe des durch die Leitung 6 zugeführten Dampfes außerhalb des Ofens vorzuwärmen und/oder mit Hilfe des Hilfsbrenners 11 sowohl den durch die Leitung 5 zugeführten,Brennstoff als auch den durch die Leitung 6 zugeführten Dampf zu erhitzen. Der Brennstoff und der auf eine hohe Temperatur erwärmte Dampf werden im Gehäuse 2 miteinander vermischt und als Folge erfährt der den Brennstoff bildende Kohlenwasserstoff ein Dampfkracken gemäß der folgenden Gleichung:

€. H + mH_o0 > mCO + (m + S) H₀

mn d cL d.

Die gemäß der oben wiedergegebenen Reaktion erzeugten gekrackten Gase, d.h. Kohlenmonoxidgas und Wasserstoffgas,

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werden durch die Gasdüsen 3 des Gehäuses 2 emittiert und werden dann im Ofen verbrannt.

Die o"ben wiedergegebene Reaktion ist eine endotherme Reaktion, die bei einer Temperatur von 800 bis 900⁰C abläuft. Wegen der endothermen Natur dieser Reaktion ist es erforderlich, eine geeignete Erhitzungseinrichtung vorzusehen. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck von der Verbrennungswärme der vorstehend genannten gekrackten Gase Gebrauch gemacht. Es versteht sich, daß größere als stöchiometrische Dampfmengen erforderlich sind, um ein befriedigendes Dampfkracken des Brennstoffes zu gewährleisten.

Die oben erwähnten gekrackten Gase werden mit Hilfe von Luft im Ofen verbrannt und das Kohlenmonoxidgas sowie der gasförmige Wasserstoff werden durch den Luftsauerstoff oxydiert.

In diesem Fall wird eine ausreichend große Wärmemenge erzeugt. Außerdem wird jedoch dann, wenn der Kohlenwasserstoff dem Dampfkracken unterworfen wird, kein freier Kohlenstoff erzeugt. Es ist somit möglich, beim Einstellen der Luftmenge die Zufuhr von Sauerstoff im Überschuß zu vermeiden und es besteht keine Gefahr, daß schädliche Stickoxyde im Abgas enthalten sind.

Bei dem Brenner nach der Erfindung kann in der Reaktionskammer ein Nickelkatalysator, wie ein MgO-Nickel-Katalysator, vorgesehen sein, um das Dampfkracken zu beschleunigen.

Die Verwendung eines derartigen Katalysators gewährleistet die Beschleunigung der nach der folgenden Gleichung ablaufenden Wassergasreaktion:

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CO + H₀O _s » CO₀ + H

Die Anwendung eines derartigen Katalysators hat die Folge, daß die stöchiometrisclie Menge gasförmigen Wasserstoffs in den gekrackten Gasen vergrößert wird. Dieses führt einerseits zu einer Verringerung des Heizwertes des Gases, doch andererseits zu einer Vergrößerung der erzeugten Gasmenge. Demzufolge kann eine Flammenbildung mit örtlich hohen Temperaturen verhindert werden, während oder wohingegen der Gesamtheizwert vergrößert wird, wodurch ideale Verbrennungsbedingungen und ideale Abgase erzeugt werden.

In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Leitungen 5 "und 6 konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die Leitung 5 beispielsweise als inneres Rohr und die Leitung 6 beispielsweise als Außenrohr ausgebildet sind. Die Speiseleitung 6 für den· Dampf ist mit dem Gehäuse 2 verbunden,welches die Reaktionskammer bildet. In der Reaktionskammer ist ein für Gas durchlässiger Katalysator 7 vorgesehen, welcher so angeordnet ist, daß die Gas-Strömungsbahn verschlossen ist. Die Reaktionskammer ist von einer Hochfrequenzmagnetspule 8 umschlossen, die zur Erwärmung des Katalysators 7 dient. Eine derartige Bauweise beinhaltet ein äußeres Erhitzungssystem, aber durch die Verwendung einer induktiven Heizung wird es möglich, den Brenner als solchen beträchtlich klein zu dimensionieren. Außerdem dienen die Wärmeerzeugung durch den Katalysator 7 und das Erhitzen des Reaktionsgases zu einer beträchtlichen Steigerung der Katalysatorwirkung. Mit dem Bezugszeichen 9 ist eine Auslaßöffnung bezeichnet, die in der Speiseleitung 5 für den Flüssigbrennstoff vorgesehen ist.

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Gegebenenfalls können die Speiseleitung 5 für den flüssigen Brennstoff und die Speiseleitung 6 für den Dampf dadurch erhitzt werden, daß dieselben im Ofenraum 4- angeordnet werden.

Wie "bereits erwähnt, führt die Erfindung zu dem wichtigen Vorteil, daß der Brenner sehr einfach aufgebaut ist, daß keine Gefahr einer Stickoxydbildung besteht und daß der Brenner auf vielfältigen technischen Gebieten verwendet werden kann.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Brenner, gekennzeichnet durch eine mit Gasdüsen (3) versehene Reaktionskammer, eine Einrichtung (5) zum Zuführen eines flüssigen Kohlenwasserstoff "brennstoff es in die Reaktionskammer, eine Einrichtung (6) zum Zuführen von Dampf oder Wasser in die Reaktionskammer und durch eine Erhitzungseinrichtung (8,11), mit deren Hilfe der Dampf oder das V/asser und/oder der Brennstoff derart erhitzbar sind, daß der Brennstoff bei einer vorgegebenen hohen Temperatur in der Reaktionskammer einem Dampfkracken zur Erzeugung eines gekrackten Gases unterzogen wird, welches dann mit Hilfe der Gasdüsen emittierbar ist.
2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung des Dampfkrackens in der Reaktionskammer ein Katalysator (7) vorgesehen ist.
3. 3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungseinrichtung einen Katalysator (7) für das Dampfkracken und eine Einrichtung zur Nutzbarmachung der vom Katalysator erzeugten Wärme umfaßt, wobei der Katalysator in der Reaktionskammer angeordnet ist.

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