DE3220546C2

DE3220546C2 -

Info

Publication number: DE3220546C2
Application number: DE3220546A
Authority: DE
Inventors: Charles Parker Mamaroneck N.Y. Us Marion; Edward Taylor Tarrytown N.Y. Us Child; George Neal San Marino Calif. Us Richter; William Bernard Chappaqua N.Y. Us Crouch; Blake Riverside Conn. Us Reynolds; Albert Huntington N.Y. Us Brent
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1981-06-10
Filing date: 1982-06-01
Publication date: 1991-10-10
Also published as: CA1172044A; DE3220546A1; NL8202327A; GB2099843B; AU549751B2; NZ200759A; FR2507615B1; IT1151794B; FR2507615A1; GB2099843A; AU8469682A; IT8221788A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Gasgemischen, enthaltend H₂, CO, CO₂, mitgeführte Kohlenstoffteilchen und mindestens eines der Materialien H₂O, N₂, H₂S, COS, CH₄, A_r oder Asche, in einem nichtkatalytischen Freistrom-Partialoxidations-Gaserzeuger unter Verwendung eines Ein- oder Zweikammerbrenners mit mindestens einer ersten Fluidleitung oder Gruppe von Fluidleitungen zur Bildung eines ersten Fluidkanals bzw. erster Fluidkanäle und mindestens einer zugehörigen, radial davon im Abstand angeordneten und die erste Fluidleitung oder Fluidleitungsgruppe umgebenden zweiten Fluidleitung zur Bildung mindestens eines ringförmigen zweiten Fluidkanals dazwischen, wobei entweder eine zentrale oder eine zentrale und eine ringförmige Austrittsöffnung an dem Brennerkopf ausgebildet ist, und unter Umschaltung von einem Reaktions- Einsatzstrom zu einem zweiten ohne Abschaltung oder Druckminderung des Systems.

Zum Einleiten von kohlenwasserstoffreichen Flüssigbrennstoffen in einen Partialoxidations-Gaserzeuger werden ringförmige Brenner verwendet. Z. B. zeigt die US-PS 35 28 930 einen Einzelringbrenner, und die US-PS 37 58 037 und 38 47 564 zeigen Doppelringbrenner. Zur Erzielung einer guten Durchmischung, Zerstäubung und eines gleichmäßigen Betriebs ist ein Brenner für einen spezifischen Durchsatz ausgelegt. Wenn sich die Art des Brennstoffeinsatzes oder der verlangte Produktionsausstoß an Produktgas wesentlich ändern, muß normalerweise das System abgeschaltet werden, so daß der Brenner durch einen anderen Brenner ersetzt werden kann. Das kompliziertere Verfahren zum Vorheizen eines Gaserzeugers durch einen Vorheizbrenner, Entnehmen des Vorheizbrenners aus dem Gaserzeuger und Einsetzen eines gesonderten Produktionsbrenners ist in der US-PS 41 13 445 angegeben.

Wenn im Betrieb eines Partialoxidations-Synthesegaserzeugers der Hauptbrennstoff nicht mehr verfügbar ist oder knapp wird und der Gaserzeuger mit einem Ersatzbrennstoff betrieben werden soll, ist es bisher erforderlich, das System auf Normaldruck zu bringen und den Gaserzeuger abzuschalten, während der Brenner ausgewechselt wird und weitere Justiervorgänge an dem System zur Umstellung auf den neuen Brennstoff vorgenommen werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Partialoxidationsverfahren und ein Steuersystem zur kontinuierlichen Erzeugung von Synthese-, Heiz- oder Reduktionsgas zu entwickeln, bei dem ein Wechsel zwischen verschiedenen Brennstoffen stattfindet, ohne daß der Gaserzeuger abgeschaltet oder auf Normaldruck gebracht werden muß. Es soll eine kostenintensive Abschaltzeit vermieden werden.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte:

(1) Leiten eines ersten Reaktionsstroms aus einer ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder aus einem kohlenwasserstoffreichen Brennstoff, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderator, durch mindestens einen der ersten oder zweiten Fluidkanäle;
(2) gleichzeitiges Leiten eines gesonderten Reaktionsstroms eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderatorgas, durch denjenigen ungenutzten Kanal bzw. diejenigen Kanäle des Brenners, die dem Kanal zugehörig sind, durch den der erste Reaktionsstrom gemäß (1) strömt;
(3) Vermischen der Reaktionsströme gemäß (1) und (2) unter Erzeugung eines wohlverteilten Gemischs und Umsetzen des Gemischs durch Partialoxidation in der Reaktionszone des Gaserzeugers bei einer autogenen Temperatur im Bereich von ca. 926-1927°C, einem Druck im Bereich von ca. 1-295 bar, einem Sauerstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis im Bereich von ca. 0,5-1,7 und einem H₂O/ Brennstoff-Gewichtsverhältnis im Bereich von ca. 0-5,0;
(4) Abbrechen des Stroms aus der ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder dem kohlenwasserstoffreichen Brennstoff, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderator, aus der oder den Fluidkanälen, die er durchströmt, mit einem gleichmäßig abnehmenden Durchsatz, der sich während eines Zeitraums im Bereich von ca. 1-3600 s vom Höchstwert auf Null verringert, und gleichzeitiges Einleiten des Stroms aus der zweiten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder dem kohlenwasserstoffreichen Brennstoff, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderator, in denselben Fluidkanal im Brenner mit einem gleichmäßig steigenden Durchsatz, der sich während desselben Zeitraums von Null auf den Höchstwert ändert, und Vermischen des eingeleiteten Stroms mit dem in dem Fluidkanal strömenden Reststrom der ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder des kohlenwasserstoffreichen Brennstoffs, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderator; und
(5) Einregeln des Durchsatzes des den Brenner durchströmenden Reaktionsstroms des freien Sauerstoff enthaltenden Gases, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderator, und erforderlichenfalls Einleiten von zusätzlichem H₂O in die Reaktionszone zum Einstellen des Atomverhältnisses von freiem Sauerstoff/Kohlenstoff und des H₂O/Brennstoff- Gewichtsverhältnisses in der Reaktionszone auf Auslegungsbedingungen für die Partialoxidations-Reaktion.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Steuermitteln zur Umschaltung zwischen zwei Brennstoffen unter Beibehaltung des kontinuierlichen Betriebs;

Fig. 2 und 3 vertikale Längsansichten von zwei bevorzugten Brennern, die bei dem Verfahren einsetzbar sind;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; und

Fig. 5 eine vertikale Längsansicht eines Zweikammerbrenners, der für das Verfahren nach der Erfindung geeignet ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Gasgemischen, enthaltend H₂, CO, CO₂, Kohlenstoffteilchen und mindestens ein Material, das H₂O, N₂, A_r, CH₄, H₂S, COS oder Asche ist, z. B. Synthese-, Heiz- und Reduktionsgas, durch Partialoxidation eines Reaktions-Brennstoffstroms, der dann ohne Abschalten oder Druckminderung des Gaserzeugers durch einen anderen Reaktions-Brennstoffstrom ersetzt wird. Ferner ergibt sich im wesentlichen keine Änderung der Produktgasmenge. Dieses Vielbrennstoff-Verfahren ist nicht auf einen bestimmten Brennstoff beschränkt. Probleme der Brennstoffverfügbarkeit werden dabei verringert. Die beiden Reaktions- Brennstoffströme sind eine pumpfähige Aufschlämmung von kohlenstoffreichem Festbrennstoff in einem flüssigen Trägermedium, flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoffbrennstoff oder Gemische dieser Brennstoffe, wobei ein Temperaturmoderator beigemischt sein kann. Die Brennstoffe werden durch Partialoxidation mit einem Reaktionsstrom von freien Sauerstoff enthaltendem Gas, dem ein Temperaturmoderator beigemischt sein kann, umgesetzt. Das Produktgasgemisch wird in der Reaktionszone eines nichtkatalytischen, feuerfest ausgekleideten Freistrom-Partialoxidations-Gaserzeugers (z. B. entsprechend der US-PS 28 09 104) bei einer Temperatur im Bereich von ca. 926-1927°C und einem Druck im Bereich von ca. 1-295 bar, etwa ca. 5-245 bar, insbesondere ca. 10-100 bar, erzeugt.

Während des Betriebs des Partialoxidations-Gaserzeugers kann es erforderlich sein, eine Umsetzung von einem Brennstoff auf einen anderen vorzunehmen, ohne den Brenner auszutauschen und ohne den gleichmäßigen Betrieb und Wirkungsgrad aufgeben zu müssen. Das Auswechseln des Brenners bedingt eine teure Abschaltperiode mit daraus resultierenden Verzögerungen. Ferner sollte der Brenner mit einer Vielzahl von flüssigen, festen und gasförmigen Brennstoffen sowie deren Gemischen zu betreiben sein. Bei Verwendung bekannter Brenner für die Vergasung von Flüssigphase-Aufschlämmungen kohlenstoffreicher Festbrennstoffe kann eine instabile Verbrennung und ein schlechter Wirkungsgrad auftreten. Ferner besteht die Gefahr einer ungenügenden Vermischung der Einsatzströme, und Festbrennstoffteilchen können den Gaserzeuger durchsetzen, ohne daß sie mit ausreichenden Sauerstoffmengen in Kontakt gelangen. Nichtumgesetzter Sauerstoff in der Reaktionszone kann dann mit dem Produktgas in Reaktion treten.

Bei dem angegebenen Verfahren ist ein neuer Brenner gemäß Fig. 2 einsetzbar, der aufweist: eine zurückgesetzte zentrale Leitung, die mit der Längsmittenachse des Brenners koaxial ist, einen stromauf befindlichen Einlaß hat, durch den ein erster Einsatzstrom gesondert einführbar ist, und einen stromab befindlichen Auslaß aufweist; eine äußere koaxiale Leitung, die mit der zentralen Leitung konzentrisch ist und einen stromauf befindlichen Einlaß, durch den ein zweiter Einsatzstrom gesondert einleitbar ist, sowie eine konvergierende, mindestens teilweise kegelstumpfförmige Austrittsöffnung aufweist, die die äußere Leitung an dem stromab gelegenen Ende des Brenners beendet; dabei ist der stromab gelegene Auslaß der zentralen Leitung von der stromab gelegenen Endfläche des Brenners um einen Abstand stromaufwärts zurückgesetzt, der dem 3-10fachen Mindestdurchmesser der stromab befindlichen Austrittsdüse der äußeren Leitung entspricht, so daß eine Vormischzone geschaffen wird; und Mittel zum radialen Beabstanden der zentralen und der äußeren Leitung voneinander zur Bildung eines koaxialen Ringkanals, durch den der zweite Einsatzstrom gleichzeitig mit dem ersten Einsatzstrom in die Vormischzone gelangen kann, wo vor dem Austritt durch die Austrittsdüse der äußeren Leitung ein Mehrphasengemisch erzeugt wird.

Ein weiterer neuer Brenner gemäß Fig. 3 ist bei dem Verfahren ebenfalls einsetzbar und umfaßt: eine zentrale Leitung, die mit der Längsmittenachse des Brenners koaxial ist und einen stromauf befindlichen Einlaß, durch den ein erster Einsatzstrom einleitbar ist, sowie einen stromab befindlichen kreisförmigen Auslaß aufweist, wobei die Auslaßöffnung der zentralen Leitung in bezug auf die stromab befindliche Brennerendfläche um einen Abstand stromaufwärts zurückgesetzt ist, der das 3-10fache des Mindestdurchmessers einer stromab befindlichen Austrittsdüse einer äußeren Leitung beträgt, so daß eine Vormischzone geschaffen wird, die 2-5 zylindrische Vormischkammern in Serie aufweist, die mit der Längsmittenachse des Brenners koaxial sind; eine koaxiale Zwischenleitung, die zu der zentralen Leitung konzentrisch ist und einen stromauf befindlichen Einlaß, durch den ein zweiter Einsatzstrom einleitbar ist, und eine konvergierende, mindestens teilweise kegelstumpfförmige, stromab befindliche Austrittsdüse, die die Zwischenleitung beendet, aufweist, wobei die Spitze der Austrittsdüse der Zwischenleitung von der stromab befindlichen Brennerendfläche stromaufwärts um einen Abstand zurückgesetzt ist, der das 1-5fache des Mindestdurchmessers der Austrittsdüse der Außenleitung beträgt; eine mit der zentralen und mit der Zwischenleitung koaxiale äußere Leitung mit einem stromauf befindlichen Einlaß zur Einleitung eines dritten Einsatzstroms und einer konvergierenden stromab befindlichen Austrittsdüse, die die äußere Leitung beendet und einen kegelstumpfförmigen rückwärtigen Abschnitt sowie einen geradzylindrischen vorderen Abschnitt an der stromab befindlichen Brennerspitze aufweist; und Mittel zum radialen Beabstanden der zentralen, der Zwischen- und der äußeren Leitung voneinander zur Bildung eines Zwischen- und eines Außen-Ringkanals, die koaxial sind, wobei der Zwischen-Ringkanal zwischen dem Außendurchmesser der zentralen Leitung und dem Innendurchmesser der Zwischenleitung liegt und den Kanal bildet, durch den der zweite Einsatzstrom gleichzeitig mit dem ersten Einsatzstrom in eine Vormischzone strömen kann, in der ein Mehrphasengemisch aus den beiden Einsatzströmen erzeugt wird, und wobei der äußere Ringkanal zwischen dem Außendurchmesser der Zwischenleitung und dem Innendurchmesser der Außenleitung liegt und den Kanal bildet, durch den der dritte Einsatzstrom gleichzeitig mit dem ersten und dem zweiten Einsatzstrom strömen kann und sich dann mit dem Mehrphasengemisch aus dem ersten und dem zweiten Einsatzstrom stromauf von der stromab befindlichen Brennerendfläche vermischen kann. Fakultativ können die Wandungen der Zwischenleitung eine Mehrzahl Löcher oder Durchgänge mit kleinem Durchmesser in einer Mehrzahl von Umfangsringen über die Länge der Zwischenleitung aufweisen, so daß mindestens ein Teil des dritten, in dem äußeren Ringkanal strömenden Einsatzstroms diese durchsetzen kann und sich mit einem oder mehreren der anderen Materialien vermischen kann, die gleichzeitig mit geringerem Druck durch die anderen Kanäle oder die Vormischzone des Brenners strömen. Fakultativ können am stromab befindlichen Auslaß des äußeren Ringkanals Blockiermittel vorgesehen sein, um diesen Auslaß des äußeren Ringkanals vollständig oder teilweise zu verschließen. Die Blockiermittel können eine ringförmige Platte umfassen, die senkrecht zur Längsmittenachse des Brenners angeordnet ist und eine Mehrzahl Löcher mit kleinem Durchmesser aufweisen oder auch ohne diese Löcher ausgebildet sein kann. Der dritte Einsatzstrom kann ein Temperaturmoderator sein, der H₂O, CO₂, N₂ oder Gemische dieser Stoffe sein kann. Alternativ kann ein im Kreislauf rückgeführter Teil von gekühltem und gereinigtem Produktgas oder ein Strom von freien Sauerstoff enthaltendem Gas den dritten Einsatzstrom bilden.

Bei dieser Ausführungsform des Brenners gemäß Fig. 3 wird also eine Mehrzahl von Hochdruck- und Hochgeschwindigkeits- Strahlströmen des dritten Einsatzstroms durch die Wandungen der Zwischenleitung und in den Ringkanal und die Vormischkammern an verschiedenen Stellen über deren Länge geschickt. Dadurch kann die Zerstäubung des Brennstoffeinsatzstroms und gegebenenfalls dessen Vermischung mit dem Oxidationsmittelstrom erleichtert werden. Z. B. kann der dritte Einsatzstrom durch eine Mehrzahl kleiner Durchgänge oder Löcher mit einem Durchmesser von z. B. 0,8-12,7 mm geschickt werden, die in den Ringkanal und die Vormischkammern führen.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen wurde ein Ringbrenner entsprechend der US-PS 38 74 592 verwendet. Ferner kann die zentrale und/oder die Ringleitung eine Mehrzahl von parallelen oder spiralförmigen Rohren aufweisen.

Paßstifte, Rippen, Zentrierstege, Abstandselemente und weitere konventionelle Mittel werden zum symmetrischen Beabstanden der Brennerleitungen voneinander und dazu verwendet, sie gleichmäßig ausgerichtet zu halten, ohne daß der freie Fluß der Einsatzströme in der zentralen Leitung und den Ringkanälen behindert wird.

Die Austrittsdüse der äußeren und/oder der Zwischenleitung können einen kegelstumpfförmigen rückwärtigen Abschnitt mit einem Konvergenzwinkel im Bereich von ca. 15-90° zur Längsmittenachse des Brenners aufweisen. Der rückwärtige Abschnitt kann in einen normalzylindrischen vorderen Abschnitt übergehen, der an der stromab befindlichen Brennerendfläche endet. Der zylindrische vordere Abschnitt kann eine Höhe aufweisen, die im Bereich des 0-1,5fachen seines Eigendurchmessers liegt. Bei einer Ausführungsform wird die Austrittsdüse der äußeren Leitung durch eine Langradiusdüse entsprechend dem Standard der American Society of Mechanical Engineers gebildet oder hat eine entsprechende Form (vgl. "Thermodynamics Fluid Flow and Heat Transmission" von Huber O. Croft, S. 155, 1. Ausgabe 1938, McGraw-Hill Book Company).

Der Brenner kann auf der Außenseite durch Kühlschlangen gekühlt werden, die den Außenzylinder des Brenners über dessen Länge umgeben. Das stromab befindliche Ende des Brenners kann eine hohle Endplatte aufweisen, durch die ein Kühlmittel im Kreislauf geführt wird. Z. B. kann eine ringförmige Kühlkammer die stromab befindliche Austrittsdüse der Außenleitung umschließen. Die Kühlkammer und die Austrittsdüse der Außenleitung können einstückig aus einem warm- und verschleißfesten Werkstoff wie Wolfram- oder Siliziumcarbid hergestellt sein. Es kann jedes geeignete Kühlmittel, z. B. Wasser, eingesetzt werden. Bevorzugt ist das Unterende der zentralen Leitung stromaufwärts vom Eintritt in die erste Vormischkammer der Serie zurückgesetzt. Z. B. liegt der Betrag der Rücksetzung des Endes der zentralen Leitung in bezug auf den Einlaß in die erste Vormischkammer ungefähr im Bereich des 0,1-2,0fachen Durchmessers der ersten Vormischkammer.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind mit Ausnahme der ersten Vormischkammer in der zentralen Leitung sämtliche Vormischkammern zylindrisch und umfassen einen koaxialen zylindrischen Hauptteil, auf den ein koaxialer, mindestens teilweise konvergenter Auslaßteil folgt. Die erste zylindrische Vormischkammer in der zentralen Leitung umfaßt einen koaxialen normalzylindrischen Hauptteil, der direkt in die nächstfolgende koaxiale zylindrische Vormischkammer austritt. Die konvergenten Auslaßteile der Vormischkammern können zur besseren Verschleißfestigkeit aus Wolfram- oder Siliziumcarbid bestehen.

Die Größenverhältnisse zwischen aufeinanderfolgenden Vormischkammern in den hier betroffenen Brennern können wie folgt ausgedrückt werden: Bei Brennern, deren Vormischkammern in der zentralen Leitung nacheinander mit 1-5 bezeichnet sind, liegt das Verhältnis des Durchmessers jeder der zentralen Kammern zum Durchmesser der nächstfolgenden zentralen Kammer, d. h. D₁ : D₂, D₂ : D₃, D₃ : D₄ oder D₄ : D₅, im Bereich von ca. 0,2-1,2. Das Verhältnis der Länge jeder zentralen Vormischkammer in der zentralen Leitung zur Länge der nächstfolgenden zentralen Vormischkammer in der Reihe, d. h. L₁ : L₂, L₂ : L₃, L₃ : L₄ oder L₄ : L₅, liegt z. B. im Bereich von ca. 0,1-1,0.

Beim Betrieb des Vormischkammern aufweisenden Brenners können Durchsatzregelungsmittel zum Regeln des Durchsatzes der Einsatzströme durch die Kanäle im Brenner verwendet werden. Die in den Brenner eintretenden Einsatzströme, die den Brenner gleichzeitig und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchströmen, treffen in den ersten Vormischkammern aufeinander und vermischen sich miteinander. Das Zusammentreffen eines Reaktionsstroms, z. B. der Flüssigphasen- Aufschlämmung des kohlenstoffreichen Festbrennstoffs in einem flüssigen Trägermedium, gegebenenfalls mit einem beigemischten Temperaturmoderator, mit einem eine höhere Geschwindigkeit aufweisenden weiteren Reaktionsstrom, z. B. einem freien Sauerstoff enthaltenden Gasstrom, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderator, hat zur Folge, daß die Aufschlämmung in feine Tröpfchen aufgebrochen wird. Das erzeugte Mehrphasengemisch durchsetzt dann nacheinander alle übrigen Vormischkammern, wo eine weitere Vermischung erfolgt. Während das Gemisch den hindernisfreien Brenner frei durchströmt, ändert sich seine Geschwindigkeit mehrfach. Z. B. kann an verschiedenen Stellen im Brenner die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs zwischen ca. 6 m/s und 183 m/s betragen. Während das Gemisch aus einer Vormischkammer in die nächste strömt, resultieren die Geschwindigkeitsänderungen hauptsächlich aus Änderungen des Durchmessers des Strömungswegs und der Gemischtemperatur. Dadurch wird ein gründliches Durchmischen der Bestandteile unterstützt. Durch Operation im Wirbelströmungsbereich kann das Vermischen maximiert werden. Ferner findet ein direkter Wärmeaustausch zwischen den Materialien im Brenner statt. Bevor die Einsatzströme den Brenner verlassen, werden 0-100 Vol.-%, z. B. 5-25 Vol.-%, der in den Einsatzströmen enthaltenen Flüssigkeiten verdampft. Mittels konvergenter Austrittsdüsen können die Einsatzströme direkt in die Reaktionszone des Partialoxidations-Gaserzeugers beschleunigt werden.

Die Verbrennung der brennbaren Materialien während des Durchströmens der Vormischzone des Brenners kann dadurch verhindert werden, daß die Mehrphasengemische am Brennerende an der Außenleitungs-Austrittsdüse mit einer Austrittsgeschwindigkeit austreten, die höher als die Flammengeschwindigkeit ist. Flammengeschwindigkeiten sind eine Funktion von Faktoren wie der Zusammensetzung, der Temperatur und des Drucks des Gemischs. Sie können entweder mit konventionellen Methoden berechnet oder experimentell bestimmt werden. Vorteilhafterweise treten bei dem hier angegebenen Brenner die exothermen Partialoxidations-Reaktionen in einem ausreichend großen Abstand stromab von der Brennerendfläche ein, so daß der Brenner vor thermischen Beschädigungen geschützt ist.

Kühlschlangen können den Außenzylinder des Brenners über dessen Länge umschließen; ob sie vorgesehen werden, hängt von Faktoren wie der Temperatur, der Geschwindigkeit, der Verweilzeit und der Zusammensetzung der Einsatzströme, der erwünschten Verdampfungsmenge des flüssigen Trägermediums, der Temperatur und Menge an Kreislaufgasen im Gaserzeuger sowie der erwünschten Standzeit des Brenners ab. Aus ähnlichen Gründen kann der Brenner gegebenenfalls mit einer ringförmigen Kühlkammer an seinem Unterende ausgebildet sein.

Flüssige Kohlenwasserstoff-Brennstoffe und/oder pumpfähige Aufschlämmungen von kohlenstoffreichen Festbrennstoffen mit einem Trockenfeststoffanteil im Bereich von ca. 30-75 Gew.-%, z. B. ca. 40-70 Gew.-%, können durch die Einlaßleitungen des Brenners geschickt werden. Z. B. können die Brennstoffströme - gegebenenfalls unter Beimischung des Temperaturmoderators, also H₂O - durch die zentrale Leitung oder durch die Ringkanäle geschickt werden. Die Eintrittstemperatur des flüssigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffs oder der Aufschlämmung liegt bei ca. 260°C, aber bevorzugt unterhalb der Verdampfungstemperatur des flüssigen Kohlenwasserstoffs bei dem gegebenen Einlaßdruck im Bereich von ca. 1-295 bar, etwa 5-245 bar, z. B. ca. 10-100 bar. Gleichzeitig wird das freien Sauerstoff enthaltende Gas, gegebenenfalls im Gemisch mit dem Temperaturmoderator, durch den entsprechenden nichtbesetzten Kanal des Brenners geschickt.

Wenn also der Hauptbrennstoff bzw. der erste Brennstoff, der durch eine zentrale Leitung des Brenners oder durch den koaxialen Ringkanal des Brenners strömt, nicht mehr verfügbar ist und eine Umschaltung auf einen Ersatz- oder zweiten Brennstoff durchgeführt werden soll, oder wenn aus irgendeinem anderen Grund eine Umschaltung von einer ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder einem kohlenwasserstoffreichen Brennstoff auf eine zweite kohlenstoffreiche Festbrennstoff-Aufschlämmung oder einen zweiten Kohlenwasserstoff-Brennstoff umzuschalten ist, ohne daß eine Abschaltung oder Druckabsenkung des Systems erfolgen soll, kann wie folgt vorgegangen werden:

(1) Die Durchsätze von vier Einsatzströmen 1-4, bei denen es sich um Wasserdampf, Ersatzbrennstoff, Hauptbrennstoff und freien Sauerstoff enthaltendes Gas handelt, werden gesondert erfaßt, und es werden Signale s, m, a und b erzeugt, die jeweils den Ist-Durchsätzen der Einsatzströme 1-4 entsprechen und einer Regeleinheit zugeführt werden.
(2) Die Ist-Durchsatzsignale s, m, a und b werden mit manuell oder automatisch errechneten und eingeführten Eingangssignalen, die den Soll-Durchsatz jedes der vier Einsatzströme für diesen Augenblick bezeichnen, verglichen, und ein entsprechendes Stellsignal wird einer Durchsatzregeleinheit zugeführt, die den Durchsatz jedes Einsatzstroms 1-4 nach Maßgabe des entsprechenden Sollwerts regelt.
(3) Ein Einsatzstrom des Hauptbrennstoffs wird in die Reaktionszone eines nichtkatalytischen Freistrom-Partialoxidations- Gaserzeugers durch einen Brenner geleitet, der eine zentrale Leitung aufweist, die radial von einer konzentrischen koaxialen Außenleitung im Abstand liegt und eine stromab befindliche Austrittsdüse aufweist, wobei zwischen beiden ein koaxialer Ringkanal gebildet ist, und der Hauptbrennstoff- Einsatzstrom wird entweder durch die zentrale Leitung oder durch den koaxialen Ringkanal des Brenners geschickt.
(4) Gleichzeitig wird ein gesonderter Einsatzstrom von freien Sauerstoff enthaltendem Gas, gegebenenfalls in Mischung mit einem gesonderten Dampf-Einsatzstrom, durch den nichtbesetzten Fluidkanal des Brenners geschickt.
(5) Die Reaktionsströme entsprechend (3) und (4) werden vermischt unter Bildung eines gutverteilten Gemischs, und die Gemische werden durch Partialoxidation in der Reaktionszone des Gaserzeugers bei einer autogenen Temperatur im Bereich von ca. 926-1927°C, einem Druck im Bereich von ca. 1-295 bar, einem Sauerstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis im Bereich von ca. 0,5-1,7 und einem H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis im Bereich von ca. 0-5,0, z. B. ca. 0,1-3,0, miteinander umgesetzt.
(6) In der zentralen Leitung oder dem Ringkanal wird der Hauptbrennstoff-Einsatzstrom durch einen Ersatzbrennstoff- Einsatzstrom ersetzt, indem der Hauptbrennstoff-Einsatzstrom, bestehend aus der ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff- Aufschlämmung oder dem Kohlenwasserstoff-Brennstoff, in der Fluidleitung, die er durchströmt, eingestellt bzw. abgebrochen wird, wobei dieser Abbruch mit einem gleichmäßig sich verringernden Durchsatz, der sich vom Maximalwert bis Null ändert, während eines Zeitraums im Bereich von ca. 1-3600 s erfolgt; gleichzeitig wird der Ersatzbrennstoffstrom, bestehend aus einer zweiten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder einem Kohlenwasserstoff- Brennstoff, in den gleichen Fluidkanal mit gleichmäßig steigendem Durchsatz, der sich von Null bis zum Höchstwert während des gleichen Zeitraums ändert, eingeleitet und mit dem restlichen Anteil des ersten Stroms aus kohlenstoffreicher Festbrennstoff-Aufschlämmung oder Kohlenwasserstoff-Brennstoff vermischt bzw. ersetzt diesen; gleichzeitig mit oder nach dem Austausch der Einsatzströme und gleichzeitig mit Schritt 6 oder anschließend an diesen wird;
(7) Der Durchsatz des Einsatzstroms des freien Sauerstoff enthaltenden Gases, das den Brenner durchströmt, eingestellt und erforderlichenfalls zusätzliches H₂O in die Reaktionszone eingeleitet, so daß das freier Sauerstoff/Kohlenstoff- Atomverhältnis und das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone auf die Auslegungsbedingungen der Partialoxidations-Reaktion eingestellt werden.

Mit dem angegebenen Verfahren kann die Temperatur in der Reaktionszone im wesentlichen gleichbleibend gehalten werden, d. h., es kann eine Schwankung von weniger als ±55°C (±100°F) auftreten, und das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis kann im Bereich von ca. 0,1-3,0 gehalten werden.

Bei der Durchsatzregelung wird ein manuell oder automatisch gesteuerter Durchsatz-Schreiber-Regler mit Geber eingesetzt, der Signale an einen Durchsatzregler liefert, der in jeder Speiseleitung positioniert ist. Im Fall von Brennstoffaufschlämmungs- Speiseleitungen wird ein Signal des Durchsatz- Schreiber-Reglers an einen Drehzahlregler für eine Verdrängerpumpe geliefert. Im Fall von Speiseleitungen für flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffbrennstoff oder für Oxidationsmittel wird das Signal des Durchsatz-Schreiber- Reglers einem Durchsatzstellorgan zugeführt. Aufgrund dieses Signals bzw. dieser Signale wird die Drehzahl der Pumpe(n) verstellt oder alternativ der Öffnungsquerschnitt des Durchsatzstellorgans bzw. solcher Organe geändert. Auf diese Weise kann der Durchsatz für jeden durch den Brenner geschickten Brennstoffstrom erhöht oder verringert werden in Abhängigkeit davon, ob der Brennstoffstrom neu eingeführt oder abgebrochen wird.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktionsstroms durch die zentrale Leitung oder den Ringkanal liegt im Bereich von ca. 0,15-30 m/s, etwa 3-15 m/s, z. B. 0,6-6 m/s an der Brennerendfläche, wenn der Reaktionsstrom ein flüssiger Kohlenwasserstoff- Brennstoff oder eine flüssige Aufschlämmung eines kohlenstoffreichen Festbrennstoffs oder ein Gemisch derselben ist, und liegt im Bereich von ca. 26 m/s bis zur Schallgeschwindigkeit, z. B. im Bereich von 30-182 m/s, wenn der Reaktionsstrom ein gasförmiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff oder ein freien Sauerstoff enthaltendes Gas, gegebenenfalls in Mischung mit einem Temperaturmoderator oder einem Temperaturmoderatorgas, ist. Die Strömungsgeschwindigkeit eines Reaktionsbrennstoffstroms oder eines Stroms aus einem Gemisch von Reaktionsbrennstoffen übersteigt die Flammengeschwindigkeit für diesen Brennstoff oder dieses Brennstoffgemisch.

Die Bezeichnung kohlenstoffreiche Festbrennstoffe, die für geeignete kohlenstoffreiche Feststoff-Einsatzmaterialien verwendet wird, umfaßt verschiedene Materialien und Gemische derselben, z. B. Kohle, Koks, Holzkohle, Kohleverflüssigungs- Rückstände, Petrolkoks, Kohlerußteilchen sowie aus Ölschiefer, Teersanden und Pech abgeleitete Feststoffe. Es sind sämtliche Arten von Kohle einschließlich Anthrazit, bituminöse Kohle, subbituminöse Kohle und Braunkohle einsetzbar. Die Kohlenstoffteilchen können als Nebenprodukt des hier betroffenen Partialoxidations-Verfahrens oder durch Verbrennung fossiler Brennstoffe erhalten werden. Die Bezeichnung kohlenstoffreicher Festbrennstoff umfaßt ferner definitionsgemäß Müllteilchen, entwässerten Klärschlamm sowie halbfeste Materialien wie Asphalt, Gummi und gummiähnliche Materialien wie Gummi-Autoreifen, die zur geeigneten Teilchengröße vermahlen oder pulverisiert sind. Zur Überführung der kohlenstoffreichen Festbrennstoffe oder ihrer Gemische in die geeignete Teilchengröße kann jedes geeignete Mahlsystem verwendet werden.

Bevorzugt werden die kohlenstoffreichen Festbrennstoffe auf eine solche Teilchengröße vermahlen, daß 100% des Materials ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,4 mm passiert und mindestens 80% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,43 mm passiert.

Der Feuchtegehalt der kohlenstoffreichen Festbrennstoffteilchen liegt im Bereich von ca. 0-40 Gew.-%, z. B. 2-20 Gew.-%.

Die Bezeichnung flüssiges Trägermedium, das im vorliegenden Zusammenhang als Suspensionsmittel zur Erzeugung pumpfähiger Aufschlämmungen von kohlenstoffreichen Festbrennstoffen verwendet wird, umfaßt verschiedene Materialien wie Wasser, flüssiges kohlenwasserstoffreiches Material und Gemische derselben. Wasser ist jedoch das bevorzugte Trägermedium für die kohlenstoffreichen Festbrennstoffteilchen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das flüssige Trägermedium flüssiges Kohlendioxid. In diesem Fall umfaßt die flüssige Aufschlämmung 40-70 Gew.-% kohlenstoffreichen Festbrennstoff, während der Rest flüssiges CO₂ ist. Die CO₂-Festbrennstoff-Aufschlämmung kann in den Brenner mit einer Temperatur im Bereich von ca. -55°C bis 37,8°C je nach dem Druck eingeführt werden.

Die Bezeichnung flüssiges kohlenwasserstoffreiches Material, das im vorliegenden Fall für geeignete flüssige Trägermedien und Brennstoffe verwendet wird, umfaßt verschiedene flüssige Kohlenwasserstoffe wie Erdölgas, Erdöldestillate und -rückstände, Motorenbenzin, Naphtha, Kerosin, Rohöl, Asphalt, Gasöl, Rückstandsöl, Teersandöl und Schieferöl, aus Kohle erhaltenes Öl, aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol-, Toluol- und Xylolfraktionen), Kohlenteer, Kreislaufgasöl aus FCC-Verfahren, Furfurolextrakt von Kokergasöl und Gemische dieser Materialien.

Die Bezeichnung flüssiges kohlenwasserstoffreiches Material, die zur Beschreibung geeigneter Flüssigbrennstoffe verwendet wird, umfaßt ferner verschiedene sauerstoffhaltige flüssige kohlenwasserstoffreiche organische Stoffe wie etwa Kohlehydrate, Zellulosematerialien, Aldehyde, organische Säuren, Alkohole, Ketone, mit Sauerstoff angereichertes Heizöl, Abfallflüssigkeiten und Nebenprodukte aus chemischen Prozessen zur Erzeugung von mit Sauerstoff angereicherten kohlenwasserstoffreichen organischen Materialien, und Gemische dieser Stoffe.

Z. B. umfaßt bei einer Ausführungsform der Einsatzstrom eine Aufschlämmung von flüssigem kohlenwasserstoffreichem Material und kohlenstoffreichem Festbrennstoff. H₂O in der Flüssigphase kann mit dem flüssigen kohlenwasserstoffreichen Trägermedium z. B. in Form einer Emulsion vermischt werden. Ein Teil des H₂O, z. B. ca. 0-25 Gew.-% der Gesamtmenge an vorhandenem H₂O, kann als Wasserdampf im Gemisch mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas eingeführt werden. Das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis kann im Bereich von ca. 0-5, z. B. ca. 0,1-3, liegen.

Die Bezeichnung gasförmiges kohlenwasserstoffreiches Material, mit dem hier geeignete gasförmige kohlenwasserstoffreiche Brennstoffe gemeint sind, umfaßt einen gasförmigen Einsatz, der z. B. Äthan, Propan, Butan, Pentan, Methan, Erdgas, Koksfengas, Raffineriegas, Azetylenrückstandsgas, Äthylenabgas oder Gemische dieser Gase sein kann.

Gleichzeitig mit dem Brennstoffstrom bzw. der Brennstoffströme wird ein freien Sauerstoff enthaltender Gasstrom durch einen freien Kanal bzw. freie Kanäle des Brenners zugeführt. Das freien Sauerstoff enthaltende Gas kann durch die zentrale und/oder Ringleitung bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis ca. 816°C, bevorzugt von etwa Umgebungstemperatur bis 149°C im Fall von mit Sauerstoff angereicherter Luft und ca. 260-650°C im Fall von Luft, und einem Druck im Bereich von oberhalb ca. 1-295 bar, etwa 5-245 bar, z. B. 10-100 bar, eingeleitet werden. Das Verhältnis der freien Sauerstoffatome plus der organisch gebundenen Sauerstoffatome in dem kohlenwasserstoffreichen Festbrennstoff je Kohlenstoffatom im Festbrennstoff (das O/C-Atomverhältnis) kann im Bereich von 0,5-1,95 liegen. Bei freien Sauerstoff enthaltendem Gas in der Reaktionszone kann der weite Bereich des O/C-Atomverhältnisses ca. 0,5-1,7 betragen, z. B. im Bereich von ca. 0,7-1,4 liegen. Insbesondere kann das O/C-Verhältnis bei Zuführung von Luft zu der Reaktionszone ca. 0,7-1,6, z. B. ca. 0,9-1,4 betragen.

Der Ausdruck freien Sauerstoff enthaltendes Gas umfaßt im vorliegenden Zusammenhang Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, d. h. mit mehr als 21 Mol-% Sauerstoff, und im wesentlichen reinen Sauerstoff, d. h. mit mehr als 95 Mol-% Sauerstoff (Rest N₂ und Edelgase).

Das freien Sauerstoff enthaltende Gas kann gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderatorgas zugeführt werden. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet Temperaturmoderator oder Temperaturmoderatorgas definitionsgemäß einen der Stoffe H₂O, CO₂, N₂, einen Kreislaufanteil des gekühlten und gereinigten Gasstroms aus dem Gaserzeuger oder Gemische dieser Stoffe. Wenn als Temperaturmoderator Zusatzdampf eingesetzt wird, kann der gesamte Dampf durch einen Kanal geleitet werden. Alternativ kann ca. 0-25 Vol.-% des Dampfs mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gasstrom vermischt und durch einen Kanal geleitet werden, während der restliche Dampf durch den übrigen Kanal geleitet wird.

Die Einzelring- bzw. Mehrring-Vormischbrenner können so betrieben werden, daß die Einsatzströme abwechselnd aufeinanderfolgende Leitungen im Brenner durchsetzen. Typische Betriebsweisen sind in den Tabellen I bis III angegeben.

In der Tabelle I sind die Stoffe mit ihren entsprechenden Symbolen angegeben, die in den Gaserzeuger durch den Brenner eingeführt werden. Der kohlenstoffreiche Festbrennstoff B, Wasser C und das flüssige kohlenwasserstoffreiche Material E können in verschiedenen Kombinationen vor dem Brennereinlaß zur Erzeugung einer pumpfähigen Aufschlämmung, die in den Brenner einleitbar ist, miteinander vermischt und dann durch eine der Mehrzahl Freistrom-Leitungen des Brenners entsprechend Tabelle II geschickt werden, und zwar im Fall des Einzelring-Vormischbrenners (vgl. die Fig. 1 und 2) entsprechend der Tabelle II und im Fall des Doppelring-Vormischbrenners (vgl. Fig. 3) entsprechend der Tabelle III. Z. B. zeigt die erste Zeile von Tabelle II, daß ein pumpfähiger Aufschlämmungsstrom, bestehend aus kohlenstoffreichem Festbrennstoff B im Gemisch mit Wasser C, durch die zurückgesetzte Zentralleitung 15 eines Einzelring-Vormischbrenners entsprechend den Fig. 1 und 2 geschickt werden kann, während gleichzeitig ein Strom von freien Sauerstoff enthaltendem Gas durch den Ringkanal 17 geschickt wird.

Weitere Betriebsarten zusätzlich zu den in den Tabellen II und III angegebenen sind natürlich ebenfalls möglich.

Hinsichtlich des Betriebs der Doppelring-Ausführungsform des Brenners entsprechend Fig. 3 zeigt die zweite Zeile der Tabelle III, daß freien Sauerstoff enthaltendes Gas A durch beide Ringkanäle geschickt werden kann. In diesem Fall kann jede Komponente der folgenden Gruppe gleichzeitig durch einen oder beide Ringkanäle 17 und 51 geschickt werden: Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft und im wesentlichen reiner Sauerstoff. Ferner kann entsprechend der siebten Zeile der Tabelle III freien Sauerstoff enthaltendes Gas A im Gemisch mit Dampf D (z. B. bis zu 25 Vol.-% der Gesamtmenge an H₂O) durch die Zentralleitung 15 geschickt werden, während das übrige H₂O in Form von Wasser C durch die Zwischenringleitung 17 als Teil des flüssigen Trägermediums der Aufschlämmung geschickt werden kann.

Wenn das flüssige Trägermedium der Aufschlämmung aus kohlenstoffreichem Festbrennstoff ein flüssiges kohlenwasserstoffreiches Material ist, kann eine vorzeitige Verbrennung im Brenner durch eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen verhindert werden:

(1) Halten des Brennstoffs unterhalb seiner Selbstentzündungstemperatur,
(2) Zugabe von Wasser zu der Festbrennstoff-Aufschlämmung,
(3) Einsetzen von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft, also bis zu ca. 40 Vol.-% O₂,
(4) Vermischen von Dampf mit der Luft,
(5) Verwenden eines Doppelring-Vormischbrenners (Fig. 3), wobei die Spitze der Zwischenaustrittsdüse von der Brennerendfläche um einen Betrag von etwa Null zurückgesetzt ist. In diesem Fall kann das freien Sauerstoff enthaltende Gas, etwa im wesentlichen reiner Sauerstoff, gesondert durch den äußeren Ringkanal des Brenners und in die Reaktionszone des Gaserzeugers geführt werden, wo es durch Partialoxidation mit dem aus der Brennervormischzone austretenden Mehrphasengemisch umgesetzt wird; und
(6) Ausleiten des Mehrphasengemischs an der Austrittsdüse an der Brennerspitze mit einer Austrittsgeschwindigkeit, die die Flammengeschwindigkeit übersteigt.

Material
Symbol
freien Sauerstoff enthaltendes Gas
A
kohlenstofffreier Festbrennstoff	B
Wasser	C
Dampf	D
flüssiges kohlenwasserstoffreiches Material	E
Temperaturmoderatorgas	F

Einzelring-Vormischbrenner (vgl. die Fig. 1 und 2)
zentrale Leitung 15
Ringleitung 17
B+C
A
B+C+E	A
B+C	A+D
A	B+C
A	B+C+E
A+D	B+E

Tabelle III

Doppelring-Vormischbrenner (vgl. Fig. 3)

Die Brennereinheit wird durch eine obere Einlaßöffnung eines kompakten, füllkörperfreien, nichtkatalytischen, feuerfest ausgekleideten Freistrom-Synthesegaserzeugers (vgl. z. B. Fig. 1) nach unten eingesetzt. Der Brenner verläuft längs der Längsmittenachse des Gaserzeugers, wobei aus seinem Unterende ein Mehrphasengemisch aus Brennstoff, freien Sauerstoff enthaltendem Gas und Temperaturmoderator direkt in die Reaktionszone austritt.

Die relativen Mengenanteile von Festbrennstoff oder von Fest- und Flüssigbrennstoff, Wasser und Sauerstoff im Einsatzstrom zum Gaserzeuger werden sorgfältig so geregelt, daß ein wesentlicher Teil des Kohlenstoffs im Brennstoff, z. B. bis zu ca. 90 Gew.-% oder mehr, in Kohlenoxide umgewandelt und eine autogene Reaktionszonentemperatur im Bereich von ca. 926-1927°C, bevorzugt im Bereich von 1093-1538°C, aufrechterhalten wird.

Die Verweilzeit in der Reaktionszone liegt im Bereich von ca. 1-10 s, bevorzugt von 2-8 s. Bei Zuführung von im wesentlichen reinem Sauerstoff zum Gaserzeuger kann die Zusammensetzung des aus dem Gaserzeuger abgeführten Gases in Mol-% Trockenmasse wie folgt sein: H₂ 10-60, CO 20-60, CO₂ 5-40, CH₄ 0,01-5, H₂S+COS 0-5, N₂ 0-5 und A_r 0-1,5. Bei Zuführung von Luft zum Gaserzeuger kann die Zusammensetzung des aus dem Gaserzeuger abgezogenen Gases in Mol-% Trockenmasse wie folgt sein: H₂ 2-20, CO 5-35, CO₂ 5-25, CH₄ 0-2, H₂S+COS 0-3, N₂ 45-80 und A_r 0-1,5. Nichtumgesetzter Kohlenstoff und Asche sind in dem abgezogenen Gasstrom enthalten.

Der aus der Reaktionszone des Synthesegaserzeugers austretende heiße Gasstrom wird durch direktes Abschrecken in Wasser oder durch indirekten Wärmeaustausch, z. B. mit Wasser zur Erzeugung von Dampf in einem Gaskühler, schnell auf eine unter der Reaktionstemperatur liegende Temperatur von z. B. ca. 121-371°C abgekühlt. Der Gasstrom kann mit konventionellen Methoden gewaschen und gereinigt werden.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wobei Regler für den kontinuierlichen Betrieb eines Synthesegaserzeugers gezeigt sind, während der eine Brennstoffstrom abgebrochen und gleichzeitig ein weiterer neu eingeführt wird, ohne daß der Druck im Gaserzeuger vermindert wird. Ferner sind die Regler für eine schnelle Änderung von Durchsatzmengen nach oben oder unten innerhalb des Durchsatzbereichs, für den der Brenner ausgelegt ist, einsetzbar. Dadurch können Einstellungen vorgenommen werden zur Regelung der erzeugten Rohgasmenge, und Änderungen der Nachfrage nach dem Produktgas können berücksichtigt werden. Ferner wird das Regelsystem dazu verwendet, die erwünschte Zusammensetzung des Produktgases, falls möglich, dadurch zu unterhalten, daß die Durchsätze eines oder mehrerer der Reaktionsströme korrigiert werden. Mit dem angegebenen Durchsatzregelsystem ist es also möglich, die Durchsätze sämtlicher Reaktionsströme einzeln und unabhängig voneinander so zu regeln, daß die Temperatur und das Gewichtsverhältnis von H₂O zu Brennstoff in der Reaktionszone auf den Auslegungsbedingungen und innerhalb erwünschter Operationsbereiche für den umgesetzten Brennstoff gehalten werden. Erforderlichenfalls kann auch das Atomverhältnis des freien Sauerstoffs zu Kohlenstoff im Brennstoff in der Reaktionszone innerhalb der Auslegungsbedingungen eingeregelt werden.

Das Regelsystem nach Fig. 1 ist zwar insbesondere für die Einsatzstrom-Kombination einer Aufschlämmung aus kohlenstoffreichem Festbrennstoff mit einem flüssigen kohlenwasserstoffreichen Brennstoff ausgelegt; durch einfache Abwandlungen der Mittel zum Ändern des Durchsatzes des Brennstoffstroms entsprechend der folgenden Erläuterung kann das System aber auch dazu dienen, andere Kombinationen von kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmungen und flüssigen oder gasförmigen kohlenwasserstoffreichen Brennstoffen zu regeln.

Nach Fig. 1 ist der Brenner 1 in einem mittigen geflanschten Einlaß 30 befestigt, der im Kopf eines konventionellen feuerfest ausgekleideten Freistrom-Synthesegaserzeuger 41 längs der Längsmittenachse positioniert ist. Die Reaktionsströme treten durch das obere Ende des Brenners 1 ein, durchsetzen ihn nach unten und treten aus seinem Unterende 42 aus. Der Brenner 1 ist so ausgelegt, daß der für einen Betrieb im dynamischen Gleichgewicht verlangte Systemausstoß erreicht oder sogar um einen bestimmten Betrag überschritten wird, wenn der Durchsatz durch sämtliche Leitungen maximal ist. Das Regelsystem kann den Durchsatz jedes einzelnen oder mehrerer Einsatzströme in den Leitungen 181, 161, 43 und 64 unabhängig ändern. Dadurch wird die Temperatur in der Reaktionszone 31 auf dem erwünschten Betriebspegel gehalten. Ferner können das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis und erforderlichenfalls das Atomverhältnis von freiem Sauerstoff zu Kohlenstoff im Brennstoff in der Reaktionszone auf den Auslegungsbedingungen gehalten werden.

Der Ablauf des Verfahrens und die Funktionsweise des Regelsystems nach Fig. 1 sind wie folgt. Dabei ist der Hauptbrennstoff z. B. eine kohlenstoffreiche Festbrennstoff-Aufschlämmung, d. h. eine Kohle-Wasser- oder Kohle-Öl-Aufschlämmung in der Leitung 43. Der Ersatzbrennstoff ist ein flüssiger kohlenwasserstoffreicher Brennstoff, d. h. Rückstandsöl, in der Leitung 161. Selbstverständlich kann der Hauptbrennstoff auch irgendein flüssiger oder gasförmiger kohlenwasserstoffreicher Brennstoff sein.

Bei dem Verfahren werden die restlichen Anteile des abgebrochenen Hauptbrennstoffstroms aus der Leitung 50 in Leitung 14 mit dem neu in die Leitung 167 eingeleiteten Ersatzbrennstoffstrom vermischt. H₂O kann den Brennstoffen in den Leitungen 161 und 43 oder dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in der Leitung 63 beigemischt sein. Alternativ kann gemäß Fig. 1 mindestens ein Teil, d. h. 10-100 Vol.-%, des H₂O als Temperaturmoderator, z. B. in Form von Dampf, vorgesehen sein. So kann gemäß Fig. 1 der Dampf aus der Leitung 187 bevorzugt in Leitung 18 mit dem in Leitung 70 strömenden freien Sauerstoff enthaltenden Gas vermischt werden. Dadurch werden kontrollierte Dampfmengen in den freien Sauerstoff enthaltenden Gasstrom und/oder Brennstoff eingeführt und vor dem Brenner damit vermischt.

Absperrorgane 183, 163, 77 und 65 sind entweder manuell oder automatisch betätigbar, so daß sie zwischen einer vollständigen Offen- und einer vollständigen Schließstellung verstellbar sind. Die Geschwindigkeiten, mit denen jedes Absperrorgan geöffnet und geschlossen werden kann, sind ebenfalls einstellbar. Die Aufschlämmung in Leitung 43 wird durch eine eine Drehzahlregelung 46 aufweisende Verdrängerpumpe 45 durch Leitung 47, ein Strömungsmeß- und Geberelement 48, Leitung 49, das Absperrorgan 77, Leitungen 50 und 14 sowie den Einlaß 8 des Brenners 1 in die Reaktionszone 31 des Synthesegaserzeugers 41 gefördert. Der Aufschlämmungs- Durchsatz durch die Leitung 43 wird durch die Drehzahl der Verdrängerpumpe 45 bestimmt. Um den durch die Leitung 43 geschickten Aufschlämmungsstrom abzubrechen, wird diese Drehzahl kontinuierlich von einem Höchstwert auf Null verringert, und zwar während eines Zeitraums im Bereich von ca. 1-3600 s, etwa ca. 60-1800 s, z. B. ca. 300-1000 s. Der Durchsatz-Schreiber-Regler mit Geber 51 umfaßt einen Mikrorechner, der mit der erwünschten Zeit-Durchsatzverringerungs- Kurve programmiert ist. Der Durchsatz der Aufschlämmung durch die Leitung 47 wird erfaßt, und der Durchsatzgeber 48 erzeugt ein Signal a entsprechend dem Durchsatz der Aufschlämmung durch die Leitung 43. Der Durchsatz-Schreiber- Regler 51 empfängt das Signal a, vergleicht es mit einem Signal, das den Soll-Durchsatz für diesen Moment bezeichnet, und erzeugt ein entsprechendes Stellsignal für die Drehzahlregelung 46, so daß die Drehzahl der Pumpe 45 nach unten korrigiert wird, wodurch die in der Leitung 49 strömende Aufschlämmung einen bestimmten verringerten Durchsatz während dieses Moments in der Abbruchperiode annimmt. Nun wird der neue Aufschlämmungs-Durchsatz erfaßt, und der Zyklus wird wiederholt. Dadurch werden wiederholt Korrekturen des Durchsatzes durchgeführt, und die in Leitung 50 strömende Aufschlämmung wird allmählich abgebrochen.

Gleichzeitig mit dem Abbrechen der Hauptbrennstoff-Aufschlämmung in der Leitung 43 wird während des gleichen Zeitraums der flüssigen kohlenwasserstoffreiche Ersatzbrennstoff in Leitung 161 neu eingeleitet. Ein Durchsatz-Schreiber- Regler mit Geber 171 umfaßt ein Mikrorechner, der mit der erwünschten Zeit-Durchsatzsteigerungs-Kurve programmiert ist. Der Öldurchsatz in Leitung 161 wird erfaßt, und der Durchsatzgeber 165 erzeugt ein Signal m entsprechend dem Durchsatz des Öls in Leitung 161. Der Durchsatz-Schreiber- Regler 171 empfängt das Signal m, vergleicht es mit einem Signal, das den Soll-Durchsatz für diesen Moment bezeichnet, und erzeugt ein entsprechendes Stellsignal, so daß das Absperrorgan 163 weiter geöffnet wird, wodurch das Einsatzöl in Leitung 166 für diesen Moment während der Einführperiode einen erhöhten Durchsatz annimmt. Der neue Öldurchsatz wird erfaßt, und der Zyklus wird wiederholt. Dadurch können wiederholte Korrekturen der Durchsätze des Haupt- und des Ersatzbrennstoffs durchgeführt werden, so daß das in Leitung 167 strömende Öl in einer Menge in die Leitung 14 eingeführt werden kann, die die verringerte Menge der in Leitung 50 strömenden kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung kompensiert.

Während der oder anschließend an die Periode, in der der Anteil der kohlenstoffreichen Hauptbrennstoff-Aufschlämmung aus der Leitung 43 abgebrochen und der Anteil des flüssigen Kohlenwasserstoff-Ersatzbrennstoffs aus der Leitung 161 eingeführt wird, ist das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone auf Auslegungsbedingungen einstellbar oder kann im wesentlichen gleichbleibend gehalten werden, d. h. mit einer Schwankung von weniger als ±10%, indem der Durchsatz des Temperaturmoderators erhöht oder vermindert wird. Somit wird gleichzeitig mit dem Abbrechen der Kohle- Wasser-Aufschlämmung eine zusätzliche Menge H₂O von einem externen Vorrat während des gleichen Zeitraums neu eingeleitet. Gemäß Fig. 1 wird ein Teil des Dampfs in Leitung 181 durch die Leitung 187 geschickt und in die Leitung 18 neu eingeführt, in der er mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas aus Leitung 70 vermischt wird. Ein Durchsatz-Schreiber- Regler mit Geber 191 enthält einen Mikrorechner, der mit der erwünschten Zeit-Durchsatzerhöhungs-Kurve programmiert ist.

Der Dampfdurchsatz in Leitung 181 wird erfaßt, und der Durchsatzgeber 185 erzeugt ein Signal s entsprechend dem Dampfdurchsatz in Leitung 181. Der Durchsatz-Schreiber-Regler 191 empfängt das Signal s, vergleicht es mit einem Signal, das den Soll-Durchsatz für diesen Moment bezeichnet, und gibt ein entsprechendes Stellsignal an das Absperrorgan 183, so daß dieses weiter geöffnet wird, wodurch der Einsatzdampf in Leitung 186 einen erhöhten Durchsatz für diesen Moment der Einlaufperiode annimmt. Der neue Dampfdurchsatz wird erfaßt und der Zyklus wiederholt. Dadurch werden wiederholte Korrekturen des Dampfdurchsatzes durchgeführt, und der in Leitung 187 strömende Dampf wird in die Leitung 18 in einer Menge neu eingeleitet, die das H₂O/Brennstoff- Gewichtsverhältnis auf Auslegungsbedingungen, z. B. im wesentlichen gleichbleibend, hält. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone dadurch nach oben oder unten korrigiert, daß der Dampfdurchsatz wie vorstehend erwähnt geregelt wird, so daß eine erwünschte Temperatur in der Reaktionszone und Zusammensetzung des Produktgases erzielt werden.

Gleichzeitig mit oder nach dem Abbrechen des Hauptbrennstoffstroms, dem Neueinführen des Ersatzbrennstoffs und gegebenenfalls dem Neueinführen oder Abbrechen des Dampfs in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Brennstoffe kann das freien Sauerstoff enthaltende Gas nach oben oder unten korrigiert werden. Dadurch wird die Temperatur in der Reaktionszone auf Auslegungsbedingungen eingeregelt oder im wesentlichen gleichbleibend gehalten, d. h. mit einer Schwankung von weniger als ±111°C (±200°F). Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird ein Teil des freien Sauerstoff enthaltenden Gases in Leitung 63 durch die Leitung 70 geschickt und in die Leitung 18 eingeführt, wo es sich mit dem gegebenenfalls vorhandenen Dampf aus der Leitung 187 vermischt. Der Durchsatzregler 74 ist mit der gewünschten Zeit-Durchsatz-Kurve programmiert. Die Einstellperiode ist die gleiche wie diejenige für die Brennstoff- und Dampfströme. Die Korrektur des Sauerstoffdurchsatzes kann nach oben oder unten erfolgen in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Brennstoffströme und der eventuellen Zugabe von Dampf. Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel wird der Sauerstoffdurchsatz erhöht, um den zusätzlichen Anforderungen für die Partialoxidation eines flüssigen Kohlenwasserstoffs gegenüber einem kohlenstoffreichen Festbrennstoff zu genügen.

Der Durchsatz des freien Sauerstoff enthaltenden Gases in Leitung 63 wird erfaßt, und der Durchsatzgeber 67 erzeugt ein Signal b entsprechend diesem Durchsatz in Leitung 63. Der Durchsatz-Schreiber-Regler mit Geber 74 umfaßt einen Mikrorechner, der das Signal b empfängt, es mit einem Signal vergleicht, das den Soll-Durchsatz für diesen Moment bezeichnet, und das Absperrorgan 65 mit einem entsprechenden Stellsignal beaufschlagt, so daß es weiter geöffnet wird, wodurch das freien Sauerstoff enthaltende Einsatzgas in Leitung 68 für diesen Moment der Einlaufperiode mit höherem Durchsatz strömt. Der neue Durchsatz des freien Sauerstoff enthaltenden Gases wird erfaßt und der Zyklus wiederholt. Auf diese Weise erfolgen wiederholte Korrekturen des Sauerstoffdurchsatzes, und das in Leitung 70 strömende freien Sauerstoff enthaltende Gas wird in die Leitung 18 in einer Menge neueingeführt, die die Temperatur in der Reaktionszone entweder auf Auslegungsbedingungen oder im wesentlichen gleichbleibend hält. Bei einer Ausführungsform, wobei der Brenner nach Fig. 3 verwendet wird, wird ein Teil des Temperaturmoderators, z. B. Dampf aus Leitung 187, durch den Einlaß 13 des Brenners geschickt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Durchsatz des freien Sauerstoff enthaltenden Gases nach oben oder unten korrigiert zur Erzielung einer erwünschten Temperatur in der Reaktionszone und Zusammensetzung des Produktgases. Alternativ kann mit den erläuterten Mitteln das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in der Reaktionszone bei Auslegungsbedingungen, d. h. im Bereich von ca. 0,5-1,7, eingeregelt werden.

Die vorstehend erwähnten Zeit-Durchsatz-Kurven für die Programmierung konventioneller Durchsatz-Schreiber-Regler 191, 171, 51 und 74 können mittels konventioneller Berechnungen auf der Grundlage von Wärme- und Gewichtsbilanzen für das Gesamtsystem ermittelt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform können die Parameter für diese und weitere Berechnungen mittels konventioneller Detektoren erfaßt und die entsprechenden Signale einer Gesamtregeleinheit 40 zugeführt werden. Die Eingabe in die Gesamtregeleinheit 40 kann manuell oder in Form eines Signals von einem Rechner, einem Analysator oder einem Fühler erfolgen. Die Regeleinheit 40 umfaßt konventionelle, z. B. pneumatische oder elektronische, Schaltkreise und Bauelemente zum Erzeugen oder Umsetzen von Signalen, mit denen der Drehzahlregler und die Absperrorgane beaufschlagt werden.

In der Regeleinheit 40 werden die im Rechner ermittelten Werte oder die manuell eingeführten Sollwerte für die Durchsätze der verschiedenen Ströme zu bestimmten Zeitpunkten jeweils mit den Signalen a, m, s und b verglichen. Z. B. regelt die Regeleinheit 40 aufgrund des Signals a automatisch den Drehzahlregler 46 der Pumpe, indem das Signal c zum Durchsatz-Schreiber-Regler 51 geschickt wird. Alternativ kann das Signal c direkt dem Drehzahlregler 46 zugeführt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann z. B. der Durchsatz-Schreiber-Regler 51 das Signal a vom Durchsatzgeber 48 und das Signal c von der Regeleinheit 40 empfangen und das Drehzahlstellsignal für den Drehzahlregler 46 berechnen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Einsatzstrom durch ein Signal i von der Regeleinheit 40 zum Absperrorgan 77 unterbrochen werden.

Gleichermaßen kann aufgrund eines Signals m die Regeleinheit 40 automatisch das Absperrorgan 163 für den flüssigen kohlenwasserstoffreichen Brennstoff durch Anlegen eines Signals w an den Durchsatz-Schreiber-Regler 171 regeln.

Ebenso kann aufgrund des Signals s die Regeleinheit 40 das Dampf-Absperrorgan 183 automatisch durch Anlegen eines Signals u an den Durchsatz-Schreiber-Regler 191 verstellen.

Ebenso kann die Regeleinheit 40 aufgrund des Signals b automatisch das Absperrorgan 65 für das freien Sauerstoff enthaltende Gas durch Beaufschlagen des Durchsatz-Schreiber- Reglers 74 mit einem Signal j verstellen.

Die Fig. 1-3 zeigen zwei geeignete Brenner zur Verwendung bei dem Verfahren und Regelsystem. Entsprechende Teile des Brenners nach den Fig. 1 und 2 weisen gleiche Bezugszeichen auf.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten des Brenners 1, der im wesentlichen eine ungehindert durchströmbare innere koaxiale zurückgesetzte zentrale Leitung 15 sowie eine konzentrische koaxiale Außenleitung 16 umfaßt, die in Längsrichtung um die innere zentrale Leitung 15 angeordnet ist. Ein Scheibenflansch 10 ist am Außenumfang der koaxialen Außenleitung 16 befestigt und haltert den Brenner 1 in Längs- oder Vertikalrichtung. Die Längsmittenachsen des Brenners 1 und des Gaserzeugers 41 sind gleichachsig. Abstandselemente 18 bilden einen Freistrom-Ringkanal 17 zwischen dem Außendurchmesser der zentralen zylindrischen Leitung 15 und dem Innendurchmesser der zylindrischen Außenleitung 16. Die Austrittsöffnung 20 am Unterende der zentralen Leitung 15 ist bevorzugt gerade, hat kreisrunden Querschnitt und verläuft senkrecht zur Längsachse des Brenners. Alternativ kann die Austrittsöffnung 20 konvergierend oder divergierend ausgebildet sein. Die Außenleitung 16 endet am Unterende des Brenners in einer konvergierenden Düse 21. Die Austrittsdüse 21 kann im Vertikalschnitt kegelstumpfförmig sein, wobei der Kegelstumpf gegebenenfalls in einen geraden Zylinder übergehen kann. Bevorzugt weist die Austrittsdüse 21 aus Gründen der erhöhten Verschleißfestigkeit (vgl. Fig. 2) einen kegelstumpfförmigen rückwärtigen Abschnitt 22 auf, der in einen geradzylindrischen vorderen Abschnitt 23 übergeht, der an der unteren Endfläche 6 des Brenners endet. Der zylindrische Austrittsteil bietet folgende Vorteile: (1) verlängerte Brennerstandzeit aufgrund der größeren für den Abrieb verfügbare Fläche und (2) Herstellung eines Keramik- oder feuerfesten Einsatzes oder einer vollständigen Kühlkammer aus einem wärme- und abriebfesten Werkstoff wie Wolfram- oder Siliziumcarbid, um dadurch Schäden am Brenner zu minimieren und die Brennerstandzeit zu verlängern.

Die Höhe des vorderen zylindrischen Abschnitts 23 der Austrittsdüse 21 liegt im Bereich des ca. 0-1,5fachen, z. B. des ca. 0,1-1,0fachen des Eigendurchmessers, also des Mindestdurchmessers der konvergierenden Austrittsdüse 21. Der Durchmesser der Austrittsöffnung 20 der zentralen Leitung 15 beträgt ca. das 0,2-1,5fache, z. B. das ca. 0,5-0,8fache des Mindestdurchmessers der konvergierenden Austrittsdüse 21.

Das Unterende des Brenners kann erwünschtenfalls gekühlt werden. Bevorzugt (vgl. Fig. 2) ist die Austrittsdüse 21 an der Brennerspitze von einer koaxialen ringförmigen Kühlkammer 2 umgeben. Indem Wasser durch den hohlen Abschnitt 24 der Kühlkammer 2 geschickt wird, kann eine Überhitzung der Spitze des Brenners 1 verhindert werden. Aus gleichartigen Gründen kann gegebenenfalls die Außenleitung 16 dadurch gekühlt werden, daß Wasser durch Rohrschlangen 4 geschickt wird, die den Außenmantel der Außenleitung 16 über deren Länge umgeben. Geeignete Konvergenzwinkel für die Austrittsdüse 21 liegen im Bereich von ca. 15-90° relativ zu der Längsmittenachse des Brenners. Das Unterende der Austrittsöffnung 20 der zentralen Leitung 15 ist von der Endfläche 6 des Brenners 1 stark nach oben zurückgesetzt, und zwar um einen Betrag, der das 2fache oder mehr des Mindestdurchmessers der konvergierenden Austrittsdüse 21 beträgt. Z. B. liegt die Rücksetzung des Unterendes 20 der zentralen Leitung 15 von der Brennerendfläche 6 im Bereich des ca. 3-10fachen des Mindestdurchmessers der konvergierenden Austrittsdüse 21. Der Raum zwischen dem Unterende 20 der zentralen Leitung 15 und der Brennerendfläche 6 bildet die hindernisfreie Vormischzone.

Beim Betrieb des Brenners 1 kann einer der Reaktionsströme (vgl. die Tabelle II) in den Brenner 1 durch den Einlaß 9 von Fig. 1 eintreten und direkt aus dem oberen Teil nach unten durch die zentrale Freistrom-Leitung 15, die Austrittsöffnung 20 und in die Vormischzone 25 strömen (vgl. Fig. 2). Das Oberende des Ringkanals 17 ist von einer Abdeckplatte 11 dicht verschlossen. Das obere Einlaßende 9 der zentralen Leitung 15 ist mit einer Speiseleitung verbunden, und das Unterende verläuft durch die Abdeckplatte 11 und ist damit dicht verbunden. Gleichzeitig tritt der zweite Reaktionsstrom in den Brenner 1 durch den Einlaß 8 ein und strömt direkt aus dem oberen Abschnitt 30 der Außenleitung 16 nach unten durch den Freistrom-Ringkanal 17 und in die Vormischzone 25, wo ein gründliches Durchmischen der beiden Reaktionsströme erfolgt. Der Einlaß 8 kann gegebenenfalls in bezug auf die Außenleitung 16 tangential verlaufen. Ferner findet in der Vormischzone 25 ein direkter Wärmeaustausch zwischen den beiden Reaktionsströmen statt. Die Temperatur in der Vormischzone ist so geregelt, daß eine kontrollierte Menge, d. h. von 0-100 Vol.-%, z. B. ca. 2-80 Vol.-%, des flüssigen Trägermediums ohne Verbrennung verdampfbar ist. Die Temperaturregelung in der Vormischzone erfolgt durch Einstellung von Faktoren wie der Verweilzeit und dem Wärmegehalt der eintretenden Ströme sowie der etwaigen externen Kühlung durch Kühlschlangen 4. Die Vormischzone 25 weist im wesentlichen keine das freie Strömen der sie durchsetzenden Materialien beeinträchtigenden Hindernisse auf.

In dem Brenner nach den Fig. 1 und 2 werden Ströme unterschiedlicher Materialien, die abwärts durch die koaxiale zurückgezogene zentrale Leitung 15 und gleichzeitig abwärts durch den Ringkanal 17 strömen, nacheinander in hintereinanderliegenden Vormischkammern 25 und 40′ vermischt. Die Vormischzone umfaßt bei diesem Ausführungsbeispiel zwei gesonderte koaxiale Vormischkammern 25 und 40′ in Reihenanordnung; die Vormischzone anderer Ausführungsbeispiele kann eine oder mehrere, z. B. 2-5, koaxiale Vormischkammern aufweisen. Bei dem Brenner nach Fig. 3 sind z. B. drei Vormischkammern 25, 40′ und 41 ausgebildet. Jede Vormischkammer in den Fig. 1, 2 und 3 mit Ausnahme der ersten Kammer in der Reihe umfaßt einen koaxialen zylindrischen Hauptteil 45, auf den ein koaxialer, mindestens teilweise konvergenter Auslaßteil 22 oder 46 in Fig. 3 folgt, der gegebenenfalls in einen geradzylindrischen Abschnitt 23 bzw. 49 übergehen kann. Gegebenenfalls können diese Auslaßteile aus einem wärme- und verschleißfesten Werkstoff wie Silizium- oder Wolframcarbid bestehen. Bei Ausführungsformen mit mehreren Vormischkammern kann die erste Vormischkammer der Reihe einen koaxialen geradzylindrischen Hauptteil 47 aufweisen, der aus einer kreisrunden Öffnung 39 direkt in die nächste koaxiale Vormischkammer 40′ austritt. Alternativ können eine oder mehrere Vormischkammern im Schnitt kegelstumpfförmig sein. Bevorzugt entspannt sich das eine Vormischkammer verlassende Gemisch in die nächstfolgende Vormischkammer. Wenn das Gemisch durch eine letzte Austrittsdüse an der Brennerspitze in den Verbrennungsraum beschleunigt und entspannt wird, resultiert ein stabilerer Verbrennungsverlauf mit höherem Wirkungsgrad. Die Temperatur-, Druck- und Strömungsgeschwindigkeits-Bereiche für die die verschiedenen Leitungen des Brenners durchsetzenden Materialströme entsprechen im wesentlichen den bereits angesprochenen Bereichen. Der Einlaß zur ersten Vormischkammer 25 kann einen konvergenten Eintrittsteil 48 entsprechend den Fig. 1, 2 und 3 aufweisen.

Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des die zurückgesetzte zentrale Leitung 15 aufweisenden Vormischbrenners ähnlich dem Brenner 1 von Fig. 2, jedoch mit zwei koaxialen Ringkanälen, nämlich einem Zwischenringkanal 17 und einem Außenringkanal 51. Ferner umfaßt die Vormischzone drei aufeinanderfolgende koaxiale Freistrom- Vormischkammern 25, 40′ und 41. Durch Abstandselemente 18 sind die konzentrische koaxiale Außenleitung 52, die zurückgesetzte koaxiale Zwischenleitung 53 und die zurückgesetzte koaxiale zentrale Leitung 15 in Radialrichtung voneinander beabstandet zur Bildung gesonderter Ringkanäle und Vormischkammern, wobei der freie Materialfluß durch diese im wesentlichen nicht behindert ist. Das Unterende 20 der zentralen Leitung 15 ist von der Brennerendfläche 6 nach oben um einen Abstand zurückgesetzt, der das 2fache oder mehr, z. B. das 3-10fache des Mindestdurchmessers der konvergenten Austrittsdüse 21 beträgt. Das Unterende 54 der Zwischenleitung 53 ist von der Brennerendfläche 6 nach oben um einen Betrag zurückgesetzt, der das 0-12fache, z. B. das 1-5fache des Mindestdurchmessers der konvergenten Austrittsöffnung 21 beträgt.

Die zentrale Leitung 15 und die Ringkanäle 17 und 51 des Brenners von Fig. 3 sind jeweils stromauf an gesonderte Einlässe angeschlossen (ähnlich wie in Fig. 2). So ist das obere Einlaßende des Einlaßrohres 9 der zentralen Leitung 15 an eine Speiseleitung angeschlossen, und das Unterende durchsetzt die Abdeckplatte 12 und ist dicht damit verbunden. Gleichzeitig können die übrigen Einsatzströme in den Brenner 1 durch den oberen Einlaß 8, der zum Ringkanal 17 führt, und den oberen Einlaß 13, der zum Ringkanal 51 führt, eingeführt werden. Gegebenenfalls kann das Unterende des Ringkanals 51 durch eine Ringscheibe 56, die eventuell eine Mehrzahl Löcher 57 mit kleinem Durchmesser aufweisen kann, abgeschlossen sein. Die Einlässe 8 und 13 können gegebenenfalls zu der koaxialen Zwischenleitung 53 und der koaxialen Außenleitung 52 tangential verlaufen. Das untere Brennerende kann gekühlt werden, indem Wasser durch den hohlen Abschnitt 24 der ringförmigen Kühlkammer 2 geleitet wird, die mit der Längsmittenachse des Brenners koaxial und am Brennerunterende angeordnet ist. Alternativ kann die Kühlkammer 2 entfallen. Kühlschlangen 4 können den Brenner über seine Länge umgeben.

Beim Betrieb des Brenners nach Fig. 3 treffen die gleichzeitig nach unten durch die zentrale Leitung 15 und den Zwischenringkanal 17 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten strömenden Einsatzströme aufeinander und vermischen sich in der ersten Vormischkammer 25. Das Zusammentreffen eines Reaktionsstroms, z. B. der flüssigen Aufschlämmung des kohlenstoffreichen Festbrennstoffs in einer Trägerflüssigkeit, mit einem weiteren Reaktionsstrom, z. B. einem freien Sauerstoff enthaltenden Gasstrom, einem Dampfstrom oder einem Temperaturmoderatorstrom, der mit höherer Geschwindigkeit strömt, bewirkt das Aufbrechen der flüssigen Aufschlämmung in Flüssigkeitströpfchen. Das Vielphasengemisch strömt dann in die zweite Vormischkammer 40′, wo es weiter vermischt wird. Wenn das Vielphasengemisch die Vormischkammer 40′ durch die konvergente Austrittsdüse 46 und die kreisrunde Austrittsöffnung 54 am Unterende der Vormischkammer 40′ verläßt, strömt es in die dritte Vormischkammer 41. Der dritte Einsatzstrom tritt in den Brenner stromaufwärts durch einen gesonderten Einlaß 13 ein und strömt abwärts durch den Außenringkanal 51. Gegebenenfalls kann mindestens ein Teil des dritten Einsatzstroms im Ringkanal 51 mit den übrigen Einsatzströmen im Ringraum 17 und den Vormischkammern 25, 40′ und 41 dadurch vermischt werden, daß er durch eine Mehrzahl Ringe von engen Kanälen oder Löchern 60, 61, 62 und 57 geschickt wird, die in der Wandung der Zwischenleitung 53 und der Ringscheibe 56 ausgebildet sind. Wenn der Betrag der Rücksetzung der Austrittsöffnung 54 am Unterende der Zwischenleitung 53 relativ zu der Brennerendfläche 6 mehr als Null beträgt und z. B. im Bereich des ca. 1,0-5fachen des Mindestdurchmessers der Austrittsdüse 21 liegt, kann sich der dritte Einsatzstrom mit dem ersten und dem zweiten Einsatzstrom in der Vormischkammer 41 unter Bildung eines Vielphasengemischs vermischen. Ferner können bei einem solchen Ausführungsbeispiel 2 oder mehr, z. B. 2-5, zylindrische koaxiale Vormischkammern hintereinander angeordnet sein. Das Vielphasengemisch durchsetzt die konvergente Austrittsdüse 21 am unteren Ende des Brenners und tritt in die Reaktionszone des Gaserzeugers ein.

Bei dem Brenner nach Fig. 3, wobei die Austrittsöffnung 54 um ca. Null zurückgesetzt ist, kontaktiert der den Außenringkanal 51 durchströmende dritte Einsatzstrom das Vielphasengemisch der beiden anderen Einsatzströme aus der Vormischzone um einen Betrag von ca. 2,5-61 cm stromab von der Brennerendfläche 6 und vermischt sich damit. Ferner können bei dieser Ausführungsform eine oder mehrere, z. B. 2-5, zylindrische koaxiale Vormischkammern hintereinander angeordnet sein. Z. B. kann der freien Sauerstoff enthaltende Gasstrom entweder durch die zentrale Leitung 15 oder den Zwischenkanal 17 und der Brennstoff-Einsatzstrom durch die jeweils andere freie Leitung, also entweder die zentrale Leitung oder den Zwischenkanal, geleitet werden. Gleichzeitig kann ein Temperaturmoderatorstrom durch den äußeren Ringkanal 51 geführt werden.

Nachstehend wird auf die Fig. 4 und 5 Bezug genommen. Während des Betriebs des Partialoxidations-Gaserzeugers kann es erforderlich sein, die Produktion des abgeführten Gases sehr schnell auf ca. ⅛ bis ¾ der Auslegungs-Leistung zu verringern, ohne daß der Brenner ausgetauscht wird. Ein Brenneraustausch macht eine kostenintensive Abschaltzeit mit entsprechender Verzögerung erforderlich. So ist im Mischzyklusbetrieb bei der Stromerzeugung ein dauerhafter Brenner erforderlich, bei dem der kleinstmögliche Druckabfall auftritt und mit dem die Durchsätze sehr schnell nach oben und unten geändert werden können, ohne daß Gleichmäßigkeit und Wirkungsgrad des Betriebs verlorengehen. Ferner sollte der Brenner in der Lage sein, mit einer Vielzahl flüssiger, fester und gasförmiger Brennstoffe sowie ihrer Gemische zu arbeiten. Bei der Verwendung bekannter Brenner für die Vergasung von Flüssigphase-Aufschlämmungen kohlenstoffreicher Festbrennstoffe besteht die Gefahr einer instabilen Verbrennung und eines geringen Wirkungsgrads. Ferner besteht die Gefahr einer schlechten Vermischung der Einsatzströme, und Festbrennstoffteilchen können den Gaserzeuger durchsetzen, ohne mit ausreichenden Sauerstoffmengen in Kontakt zu gelangen. In diesem Fall kann es geschehen, daß nichtumgesetzter Sauerstoff in der Reaktionszone mit dem Produktgas in Reaktion tritt.

Diese und weitere Probleme werden mit dem neuen Zweikammer- Brenner des vorliegenden Verfahrens vermieden, der aufweist: eine zentrale Leitung, die an ihrem oberen Ende verschlossen ist und an dem Brennerunterende eine kreisförmige Austrittsöffnung aufweist; eine mit der zentralen Leitung koaxiale und dazu konzentrische Außenleitung, die einen Ringkanal zwischen beiden Leitungen definiert, wobei die Außenleitung und der Ringkanal am oberen Ende geschlossen sind und am Brennerunterende eine ringförmige Austrittsöffnung aufweisen; ein zentrales Bündel offenendiger paralleler oder spiralförmiger Rohre, die das geschlossene Ende der zentralen Leitung durchsetzen und damit hermetisch dicht verbunden sind; Mittel zum Haltern des zentralen Bündels paralleler oder spiralförmiger Rohre derart, daß die Außenflächen des zentralen Bündels paralleler oder spiralförmiger Rohre eine Mehrzahl Kanäle innerhalb der zentralen Leitung bilden; stromauf befindliche Einlaßmittel mit einem Verteiler zum Aufteilen und Einleiten eines ersten Reaktions-Einsatzstroms in die Oberenden des zentralen Bündels paralleler oder spiralförmiger Rohre, wobei die Unterenden, durch die der erste Einsatzstrom austritt, von der Brennerendfläche nach oben um einen Betrag zurückgesetzt sind, der dem 0-12fachen, z. B. ca. dem 3-10fachen des Mindestdurchmessers der Austrittsöffnung der zentralen Leitung am Brennerunterende entspricht; stromauf befindliche Einlaßmittel zum Einführen eines zweiten Reaktions-Einsatzstroms in die zentrale Leitung und abwärts durch die Mehrzahl Kanäle innerhalb der zentralen Leitung; ein ringförmiges Bündel offenendiger paralleler oder spiralförmiger Rohre, die das geschlossene Ende des Ringkanals durchsetzen und damit hermetisch dicht verbunden sind, so daß die Außenflächen des ringförmigen Bündels paralleler oder spiralförmiger Rohre eine Mehrzahl Kanäle innerhalb des Ringkanals bilden; stromauf befindliche Einlaßmittel einschließlich eines Verteilers zum Aufteilen und Einleiten eines dritten Reaktions- Einsatzstroms in die oberen Enden des ringförmigen Bündels paralleler oder spiralförmiger Rohre, wobei die unteren Rohrenden, durch die der dritte Reaktions-Einsatzstrom austritt, von der Brennerendfläche nach oben um einen Betrag zurückgesetzt sind, der dem 0-12fachen, z. B. ca. dem 3-10fachen, der Mindestweite der ringförmigen Austrittsdüse am Brennerunterende entspricht; Mittel zur Halterung des ringförmigen Bündels paralleler oder spiralförmiger Rohre in bezug auf die Innenwandung des Ringkanals und aufeinander derart, daß die Außenflächen des ringförmigen Bündels paralleler oder spiralförmiger Rohre eine Mehrzahl Kanäle innerhalb des Ringkanals bilden; und stromauf befindliche Einlaßmittel zum Einleiten eines vierten Reaktions-Einsatzstroms in den Ringkanal und abwärts durch die Mehrzahl Kanäle innerhalb des Ringkanals.

Vorteilhafterweise sind mit diesem Brenner drei Strömungsbereiche durch den Brenner erzielbar, indem eines oder beide Rohrbündel und ihre umgebenden Leitungen verwendet werden. Dabei können die Durchsatzpegel sehr schnell nach oben oder unten geändert werden, ohne daß die gleichmäßige Arbeitsweise verlorengeht.

Bei einer Ausführungsform dieses Brenners, wobei die unteren Enden der zentralen und/oder ringförmigen Bündel paralleler oder spiralförmiger Rohre von der Brennerendfläche nach oben zurückgesetzt sind, ist eine zusätzliche Vermischung der Einsatzströme erzielbar durch Vorsehen von mindestens einer koaxialen zylindrischen Vormischkammer in Serie in der zentralen Leitung, in der der erste und der zweite Einsatzstrom vermischt werden, und/oder mindestens einer koaxialen ringförmigen Vormischkammer in Serie in dem Ringkanal, in der der dritte und der vierte Einsatzstrom vermischt werden.

Der Brenner kann eine Mehrzahl von längsverlaufenden Gasleitungen parallel zur Brennerachse aufweisen, die in Radialrichtung zwischen der zentralen Leitung und dem Ringkanal im Abstand angeordnet sind. Die Gasleitungen sind am Unterende nahe dem Brennerunterende geschlossen und sind an ihrem oberen Ende an einen gasförmigen Einsatzstrom angeschlossen. Eine Mehrzahl Speiseleitungen verbindet die Gasleitungen mit den Vormischkammern in der zentralen Leitung und/oder dem Ringkanal. Ein gasförmiger Einsatzstrom, der Dampf, freien Sauerstoff enthaltendes Gas, CO₂, N₂, Heizgas, ein Kreislaufanteil des Produktgases oder Gemische dieser Materialien ist, ist somit durch die längsverlaufende Gasleitung und die Speiseleitungen und in die Vormischkammern leitbar, wodurch das Vermischen verbessert wird, verstopfte Leitungen befreit werden oder ein gasförmiger Bestandteil eingeführt wird, der die im Gaserzeuger stattfindende Reaktion beeinflußt.

Der Brennstoff kann entweder durch das zentrale und/oder durch das ringförmige Rohrbündel oder alternativ durch die die Rohre umgebende(n) Leitung(en) in den zentralen und/oder Ringabschnitten des Brenners geschickt werden. Gleichzeitig wird das freien Sauerstoff enthaltende Gas durch den entsprechenden freien Kanal in dem zentralen und/oder ringförmigen Abschnitt des Brenners geleitet. Bei einer Ausführungsform wird die eine Brennstoffart durch einen Abschnitt des Brenners, d. h. den zentralen oder den Ringabschnitt, geschickt, während eine zweite Brennstoffart durch den verbleibenden Abschnitt des Brenners geschickt wird.

Bevorzugt bestehen bei dem Zweikammer-Brenner der erste und der dritte Reaktions-Einsatzstrom sowie der zweite und der vierte Reaktions-Einsatzstrom jeweils aus Teilströmen des Brennstoffstroms bzw. der Brennstoffströme und des gasförmigen Oxidationsmittelstroms. Dadurch wird Brennstoff durch die zentralen und ringförmigen Rohrbündel geleitet, während gleichzeitig freien Sauerstoff enthaltendes Gas durch die entsprechende zentrale und Ringleitung geleitet wird. Bei einer Ausführungsform bestehen jedoch der erste und der vierte sowie der zweite und der dritte Einsatzstrom jeweils aus Teilströmen des Brennstoffstroms bzw. der Brennstoffströme und des gasförmigen Oxidationsmittelstroms. Dadurch wird der Brennstoff durch das zentrale Rohrbündel und die Ringleitung geleitet, während gleichzeitig freien Sauerstoff enthaltendes Gas durch die entsprechende zentrale Leitung und das ringförmige Rohrbündel geschickt wird.

Bei dem Verfahren sind Durchsatzregelungsmittel vorgesehen, um die Einleitung der Reaktions-Einsatzströme in den Brenner zu regeln. Ferner sind Mittel zum Wechseln der Brennstoffe ohne Abschaltung oder Druckminderung des Gaserzeugers vorgesehen.

Wenn der Hauptbrennstoff durch die Rohre oder die umgebenden Kanäle in den zentralen und/oder ringförmigen Kammern des Brenners strömt, erfolgt der Wechsel vom Hauptbrennstoff zum Ersatzbrennstoff bevorzugt z. B. in folgender Weise:

(1) Der Wechsel vom Haupt- zum Ersatzbrennstoff kann gleichzeitig in den zentralen und/oder ringförmigen Abschnitten des Brenners erfolgen.
(2) Alternativ kann der Wechsel vom Haupt- zum Ersatzbrennstoff aufeinanderfolgend, und zwar zuerst in einem der beiden Abschnitte des Brenners, erfolgen. Darauf folgt dann der Wechsel der Brennstoffe in dem zweiten Brennerabschnitt.

Wenn nur durch eine Brennerkammer ein Hauptbrennstoffstrom geleitet wird und die andere Brennerkammer ungenutzt ist, dann kann zuerst ein Ersatzbrennstoffstrom in die ungenutzte Brennerkammer eingeleitet werden. Der Hauptbrennstoffstrom kann in der Kammer, die er zusammen mit dem zugehörigen freien Sauerstoff enthaltenden Gasstrom und gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderatorgas durchströmt, abgebrochen werden. Der Hauptbrennstoffstrom kann gleichzeitig mit oder nach der Einleitung des Ersatzbrennstoffstroms abgebrochen werden. In diesem Fall ist, nachdem der Ersatzbrennstoff den Hauptbrennstoff ersetzt hat, nur eine Kammer des Zweikammerbrenners genutzt. Alternativ kann der Hauptbrennstoff auch in der Kammer, die er ursprünglich durchströmt hat, durch einen Strom der zweiten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder einen kohlenwasserstoffreichen Brennstoff ersetzt werden. In diesem Fall sind, nachdem der Ersatzbrennstoff den Hauptbrennstoff ersetzt hat, beide Brennerkammern in Betrieb.

In den vorgenannten Fällen kann dem Haupt- und/oder dem Ersatzbrennstoff gegebenenfalls H₂O beigemischt sein. Der freien Sauerstoff enthaltende Gasstrom, der gegebenenfalls unter Beimischung eines Temperaturmoderatorgases in den Rohren oder den umgebenden Kanälen strömt, die den entsprechenden umgebenden Kanälen oder Rohren zugeordnet sind, die von dem Brennstoffstrom durchströmt werden, kann geregelt werden, und erforderlichenfalls wird zusätzliches H₂O in die Reaktionszone eingeleitet, um das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis und die Temperatur der Reaktionszone auf Auslegungsbedingungen zu halten. Z. B. kann die Temperatur der Reaktionszone mit einer Schwankung von ±111°C (±200°F) im wesentlichen gleichbleibend gehalten werden; und das H₂O/ Brennstoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone kann im Bereich von ca. 0,2-3,0 gehalten werden.

Wenn also der Haupt- oder erste Brennstoff, der durch einen ersten oder zweiten Fluidkanal in der zentralen oder ersten Kammer des Brenners und/oder durch den dritten oder vierten Fluidkanal in der Ring- oder zweiten Kammer des 84470 00070 552 001000280000000200012000285918435900040 0002003220546 00004 84351Brenners strömt, nicht mehr verfügbar ist und eine Umschaltung auf einen Ersatz- oder zweiten Brennstoff erfolgen soll, oder wenn aus irgendeinem anderen Grund eine Umschaltung von einer ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder einem kohlenwasserstoffreichen Brennstoff auf eine zweite kohlenstoffreiche Festbrennstoff-Aufschlämmung oder einen kohlenwasserstoffreichen Brennstoff erfolgen soll, kann wie folgt vorgegangen werden:

(1) Ein erster Reaktionsstrom der ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder des kohlenwasserstoffreichen Brennstoffs, dem gegebenenfalls H₂O beigemischt ist, wird entweder durch den ersten oder den zweiten Fluidkanal in der zentralen oder ersten Kammer des Brenners geschickt, und/oder gleichzeitig wird ein zweiter Reaktionsstrom der ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder des kohlenwasserstoffreichen Brennstoffs gegebenenfalls unter Beimischung von H₂O durch entweder den dritten oder den vierten Fluidkanal in der Ring- oder zweiten Kammer des Brenners geleitet.
(2) Gleichzeitig wird ein gesonderter freien Sauerstoff enthaltender Gasstrom, gegebenenfalls unter Beimischung eines Temperaturmoderatorgases, durch den unbenutzten Fluidkanal in jeder der zentralen und/oder ringförmigen Kammern des Brenners, die dem Fluidkanal zugeordnet ist, durch die der erste Brennstoffstrom und gegebenenfalls H₂O strömen, geleitet.
(3) Die Reaktionsströme von (1) und (2) werden vermischt unter Bildung eines gutverteilten Gemisches, und die Gemische werden durch Partialoxidation in der Reaktionszone des Gaserzeugers miteinander umgesetzt bei einer autogenen Temperatur im Bereich von ca. 926-1927°C, einem Druck im Bereich von ca. 1-295 bar, einem Sauerstoff/Kohlenstoff- Atomverhältnis im Bereich von ca. 0,5-1,7 und einem H₂O/ Brennstoff-Gewichtsverhältnis im Bereich von ca. 0-5,0.
(4) Der erste Brennstoffstrom (bzw. die ersten Brennstoff ströme) aus kohlenstoffreicher Festbrennstoff-Aufschlämmung oder kohlenwasserstoffreichen Brennstoff wird in den Fluidleitungen, die er in der zentralen und/oder der ring förmigen Kammer des Brenners gegebenenfalls unter Beimi schung von H₂O durchströmt, abgebrochen, wobei dieses Abbrechen mit einem gleichmäßig abnehmenden Durchsatz erfolgt, der sich während einer Zeitdauer im Bereich von 1-3600 s vom Höchstwert bis Null ändert; und gleichzeitig wird der zweite Brennstoffstrom (bzw. die zweiten Brenn stoffströme) aus kohlenstoffreicher Festbrennstoff-Auf schlämmung oder aus kohlenwasserstoffreichem Brennstoff, dem gegebenenfalls H₂O beigemischt ist, mit gleichmäßig ansteigendem Durchsatz, der sich während derselben Zeitdauer von Null auf den Höchstwert ändert, in dieselben Fluidkanäle eingeleitet unter Vermischung mit dem restlichen Anteil des ersten Brennstoffstroms bzw. unter Ersatz des abgebrochenen Stroms der ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Auf schlämmung bzw. des kohlenwasserstoffreichen Brennstoffs, dem gegebenenfalls H₂O beigemischt ist.
(5) Die Temperatur und das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhält nis in der Reaktionszone werden auf Auslegungsbedingungen dadurch eingeregelt, daß der Durchsatz bzw. die Durchsätze des Reaktionsstroms bzw. der Reaktionsströme des freien Sauerstoff enthaltenden Gases, dem gegebenenfalls ein Temperaturmoderatorgas beigemischt ist, durch den Brenner eingestellt und erforderlichenfalls zusätzliches H₂O in die Reaktionszone eingeleitet wird.

Z. B. kann mit diesem Verfahren die Temperatur in der Reaktionszone mit einer Schwankung von ±111°C (±200°F) im wesentli chen konstantgehalten werden, und das H₂O/Brennstoff-Ge wichtsverhältnis kann im Bereich von ca. 0,2-3,0 gehalten werden.

Bei dem Durchsatzregelsystem ist in jeder Speiseleitung ein manuell oder automatisch betätigbarer Fluidregler angeord net. Im Fall der Brennstoffaufschlämmungs-Speiseleitungen wird ein Signal des Reglers an die Drehzahlregelung einer Verdrängerpumpe gegeben. Im Fall der Speiseleitungen für flüssige oder gasförmige kohlenwasserstoffreiche Brennstoffe und für Oxidationsmittel wird das Signal des Reglers an ein Durchsatzregelorgan geleitet. Aufgrund dieser Signale wird entweder die Drehzahl der Pumpe bzw. Pumpen geändert, oder alternativ wird der Öffnungsgrad des Durchsatzregelorgans geändert. Dadurch kann der Durchsatz der Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelströme durch den Brenner nach oben oder unten bis zu etwa 50% der Auslegungsbedingungen korrigiert werden. Alternativ ist in jeden Einsatzstrom ein Durchsatz regelorgan eingesetzt, um den Fluß der Einsatzströme zu der zentralen Leitung und/oder dem Ringkanal und zu ihren jeweiligen Rohrbündeln zu starten oder zu unterbrechen. Dadurch werden drei Durchsatzbereiche durch den Brenner erzielt. Ferner können diese beiden Durchsatzregelungs-Mög lichkeiten kombiniert werden.

Mit dem angegebenen Brenner wird ein großes Volumen des ersten Reaktionsstroms in eine Mehrzahl Teilreaktionsströme aufgeteilt, die durch das zentrale spiralförmige oder parallele Rohrbündel strömen. Dies ermöglicht die Einführung des zweiten Reaktionsstroms, der gleichzeitig durch die zentrale Leitung in die Zwischenräume und/oder Kanäle strömt, die das zentrale Spiral- oder Parallelrohrbündel umgeben. Gleichermaßen wird ein großes Volumen des dritten Reaktionsstroms in eine Mehrzahl einzelne Teilreaktionsströ me aufgeteilt, die durch das ringförmige Spiral- oder Parallelrohrbündel strömen. Der vierte Reaktionsstrom, der gleichzeitig durch den Ringkanal strömt, wird in die Zwi schenräume und/oder Kanäle, die das ringförmige Spiral- oder Parallelrohrbündel umgeben, eingeleitet. Je größer die Anzahl Rohre eines Rohrbündels, desto besser ist die Vertei lung des einen Reaktionsteilnehmers in dem anderen Reak tionsteilnehmer. Die Vermischung der Reaktionsströme, die stromab von den Rohrenden erfolgt, wird durch diese verbes serte Verteilung erleichtert. Dieses Vermischen der Einsatz ströme mit hohem Wirkungsgrad erleichtert eine gleichmäßige re Partialoxidation des Brennstoffs unter Erzeugung von H₂ und CO. Der Verbrennungs-Wirkungsgrad des Verfahrens wird dadurch gesteigert.

Durch die vorliegende Erfindung laufen Reaktionen in lokalen Bereichen ab, wo die Gelegenheit zum Überhitzen des Brenn stoffs durch ungenügende Sauerstoffzufuhr und daraus resul tierende Rußbildung geringer ist. Dadurch wird der Anteil an nichtumgesetzten Kohlenstoffteilchen, der bei einem bestimm ten Sauerstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis des Einsatzes anfällt, erheblich verringert. Ferner wird eine "Überver brennung" des Brennstoffs unter Erzeugung von Kohlendioxid erheblich verringert. Der angegebene Brenner besteht bevor zugt aus hitze- und korrosionsfesten Metallegierungen.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktionsstroms durch die zentralen und ringförmigen Rohrbündel oder alternativ durch die zentrale Leitung oder den Ringkanal, die die Rohrbündel umgeben, liegt im Bereich von ca. 1,5-30 m/s, z. B. 3-15 m/s an der Brennerendfläche, wenn der Reaktionsstrom ein flüssi ger Kohlenwasserstoff-Brennstoff oder eine Flüssigphasen aufschlämmung eines Festbrennstoffs oder ein Gemisch beider ist, und liegt im Bereich von ca. 46 m/s bis Schallgeschwin digkeit, z. B. ca. 60-152 m/s, wenn der Reaktionsstrom ein gasförmiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff oder ein freien Sauerstoff enthaltendes Gas, dem gegebenenfalls ein Tempera turmoderator beigemischt ist, ist. Die Strömungsgeschwindigkeit eines Reaktionsbrennstoffstroms oder eines Gemisch stroms aus Reaktionsbrennstoffen übersteigt die Flammenge schwindigkeit für diesen Brennstoff oder dieses Brennstoff gemisch.

Das zentrale Rohrbündel kann ca. 1-200 oder mehr, etwa 2-180, z. B. 4-48, Rohre aufweisen. Das ringförmige Rohrbün del kann ca. 1-600 oder mehr, etwa ca. 2-580, z. B. 8-108, Rohre umfassen. Es können 1-7 oder mehr konzentrische Rohrringe in dem zentralen und/oder dem ringförmigen Bündel vorgesehen sein.

Das Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche der Rohre (bezogen auf den Innendurchmesser) des ringförmigen Rohrbün dels (T_A) zur Gesamtquerschnittsfläche der Rohre (bezogen auf den Innendurchmesser) des zentralen Rohrbündels (T_C) kann im Bereich von ca. 2-8 liegen. Ebenso kann das Verhält nis der Ringzwischenraum-Querschnittsfläche (I_A), die das ringförmige Rohrbündel umgibt, zu der zentralen Zwischen raum-Querschnittsfläche (I_C), die das zentrale Rohrbündel umgibt, im Bereich von ca. 2-8 liegen.

Der Innendurchmesser der Rohre jedes Rohrbündels liegt im Bereich von ca. 1,58-50,4 mm. Die Länge der Rohre in dem zentralen und dem Ringbündel sowie die Abstände zwischen den Rohren sind so bemessen, daß der externe Reaktionsstrom gleichmäßig in die Zwischenräume zwischen den Rohren strömen kann. Z. B. liegt die Länge der Rohre oder die Höhe der Schlangen in jedem Rohrbündel im Bereich von ca. 1,27-91,4 cm oder mehr, bevorzugt ca. 10,1-30,4 cm, wobei mit zunehmender Anzahl Rohre und zunehmender Brennergesamt größe größere Längen erforderlich sind. Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Länge zum Innendurchmesser der Rohre mindestens 8. Vorzugsweise sind Innendurchmesser und Länge jedes Rohrs für sämtliche Rohre im zentralen Rohrbündel oder im Ringbündel gleich. Dadurch kann eine gleichmäßige Strö mung durch sämtliche Rohre sichergestellt werden.

Zentrierstifte, Rippen, Zentrierstege, Abstandselemente und andere konventionelle Elemente dienen zum symmetrischen Beabstanden der Rohre und Leitungen relativ zueinander und zum Halten derselben in fester Ausrichtung, ohne daß der freie Strom der Einsatzströme in den zentralen und ringför migen Zwischenraumzonen beeinträchtigt wird.

Die stromab befindlichen Austrittsenden der Mehrzahl ring förmiger und zentraler Parallelrohrbündel enden in derselben Ebene, die zur Längsmittenachse des Brenners senkrecht verläuft. Bei einem mit Vormischkammern arbeitenden Ausfüh rungsbeispiel, das noch erläutert wird, sind die Enden des zentralen und/oder des ringförmigen Rohrbündels von der Brennerendfläche nach oben zurückgesetzt, so daß eine gründliche Durchmischung der Reaktionsteilnehmer und eine Verdampfung des Trägermediums der Aufschlämmung vor dem Austritt aus dem Brenner stattfinden.

Die Austrittsöffnung der zentralen Leitung und/oder die Austrittsöffnung des Ringkanals können konvergente Abschnitte aufweisen. Z. B. kann die Austrittsöffnung der zentralen Leitung einen kegelstumpfförmigen rückwärtigen Teil aufwei sen, der einen Konvergenzwinkel im Bereich von ca. 15-90° relativ zu der Längsachse des Brenners aufweist. Der rück wärtige Teil kann in einen geradzylindrischen vorderen Teil übergehen, der an der unteren Brennerendfläche endet. Der zylindrische vordere Teil kann eine Höhe im Bereich etwa des 0-1,5fachen seines eigenen Durchmessers aufweisen.

Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt der untere Auslaß der ersten Leitung einen konvergenten kegelstumpfförmigen rückwärtigen Teil, der sich in einen divergierenden kegel stumpfförmigen vorderen Teil entwickelt, der am Unterende des Brenners endet. Der Konvergenz- und der Divergenzwinkel liegen im Bereich von ca. 15-90° zur Brennerlängsmitten achse.

Ebenso kann die ringförmige Austrittsöffnung einen erzeugten konvergenten kegelstumpfförmigen ringförmigen rückwärtigen Teil aufweisen, der einen Konvergenzwinkel im Bereich von ca. 15-90° zur Mittenachse des kegelstumpfförmigen Teils aufweist, wobei die Mittenachse mit der Längsmittenachse des Brenners gleich ist. Der rückwärtige Teil kann in einen erzeugten geradzylindrischen ringförmigen vorderen Teil übergehen, der an der unteren Brennerendfläche endet. Der zylindrische vordere Teil kann eine Höhe im Bereich etwa des 0-1,5fachen seiner eigenen Weite haben.

Bei einer Ausführungsform hat die Austrittsöffnung der zentralen Leitung und/oder die ringförmige Austrittsöffnung die Form einer Langradiusdüse oder ist durch eine solche gebildet (entsprechend dem Standard der American Society of Mechanical Engineers) (eine nähere Erläuterung einer solchen Düse findet sich in "Thermodynamics Fluid Flow and Heat Transmission" von Huber O. Croft, S. 155, 1. Ausg. 1938, McGraw-Hill Book Company).

Der Brenner kann von außen durch Kühlschlangen gekühlt werden, die den Außenmantel des Brenners über dessen Länge umgeben. Das Unterende des Brenners kann eine hohle Endplatte aufweisen, durch die ein Kühlmittel zirkuliert. Z. B. kann die ringförmige Austrittsöffnung und/oder die Aus trittsöffnung der zentralen Leitung von einer ringförmigen Kühlkammer umgeben sein. Die Kühlkammer, die Austrittsöff nung der zentralen Leitung und/oder die ringförmige Aus trittsöffnung können einstückig aus einem wärme- und ver schleißfesten Werkstoff wie Wolfram- oder Siliziumcarbid hergestellt sein. Es kann jedes geeignete Kühlmittel, z. B. Wasser, eingesetzt werden.

Bei einer Ausführungsform des Brenners wird eine Mehrzahl Hochdruck- und Hochgeschwindigkeits-Strahlströme eines gasförmigen Materials in die zentrale Leitung und/oder den Ringkanal an verschiedenen Stellen über deren Länge einge preßt. Dadurch wird die Zerstäubung des Brennstoffeinsatz stroms und gegebenenfalls dessen Vermischung mit dem Oxida tionsmittelstrom erleichtert. Z. B. kann das Gas durch eine Mehrzahl kleine Kanäle oder Löcher mit einem Durchmesser von z. B. ca. 0,8-12,7 mm geschickt werden, die in die zentrale Leitung und/oder den Ringkanal führen.

Das Gas kann dabei Dampf, freien Sauerstoff enthaltendes Gas, CO₂, N₂, Heizgas, ein Kreislaufanteil des Produkt gases oder Gemische dieser Gase sein. Das Gas kann in den Brenner bei einer Temperatur im Bereich von ca. Umgebungs temperatur bis ca. 816°C und mit einer Strömungsgeschwin digkeit von ca. 30 m/s bis Schallgeschwindigkeit eingeleitet werden. Der Druck des Gases kann im Bereich von ca. 5,2-310 bar liegen und ist höher als der Druck der übrigen den Brenner durchsetzenden Einsatzströme.

Die Austrittsgeschwindigkeit des durch die zentrale Aus trittsöffnung austretenden Materials liegt im Bereich etwa des 0,5-1,5fachen und ist bevorzugt gleich der Austrittsge schwindigkeit des durch die ringförmige Austrittsöffnung austretenden Materials. Die die beiden Austrittsöffnungen verlassenden Ströme vermischen sich miteinander, und eine Zerstäubung kann unmittelbar unterhalb der Brennerendfläche stattfinden.

Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt ein zusätzliches Vermischen der Reaktionsströme in mindestens einer, z. B. 2-5, koaxialen zylindrischen Vormischkammern, die in der zentralen Leitung hintereinander angeordnet sind, und/oder in mindestens einer, z. B. 2-5, ringförmigen Vormischkam mern, die in dem Ringkanal hintereinander angeordnet sind. In diesem Fall sind die Unterenden des zentralen Spiral- oder Parallelrohrbündels von der Brennerendfläche nach oben um einen Abstand zurückgesetzt, der das 0-12fache, etwa das 2fache oder mehr, z. B. das 3-10fache des Mindestdurchmes sers der kreisförmigen Austrittsöffnung beträgt, und/oder die Unterenden des ringförmigen Spiral- oder Parallelrohr bündels sind von der Brennerendfläche nach oben um einen Abstand zurückgesetzt, der das 0-12fache, etwa das 2fache oder mehr, z. B. etwa das 3-10fache, der Mindestweite der ringförmigen Austrittsöffnung beträgt. Bevorzugt sind die Unterenden des zentralen und des ringförmigen Spiral- oder Parallelrohrbündels vom Eintritt in die erste Vormischkammer der Serie nach oben zurückgesetzt. Z. B. liegt die Zurück setzung der Rohrenden vom Eingang zur ersten Vormischkammer im Bereich etwa des 0,1-2,0fachen des Durchmessers der ersten Vormischkammer.

Bei einer Ausführungsform sind sämtliche Vormischkammern in der zentralen Leitung mit Ausnahme der ersten Vormischkammer zylindrisch und umfassen einen koaxialen zylindrischen Hauptteil, auf den ein koaxialer, mindestens teilweise konvergenter Auslaßteil folgt. Die erste zylindrische Vormischkammer in der zentralen Leitung umfaßt einen koaxia len normalzylindrischen Hauptteil, der direkt in die nächst folgende koaxiale zylindrische Vormischkammer austritt. Jede Vormischkammer in der ringförmigen Leitung mit Ausnahme der ersten Vormischkammer ist ringförmig und umfaßt einen koaxialen erzeugten normalzylindrischen Ringhauptteil, der von einem koaxialen erzeugten konvergenten kegelstumpfförmi gen ringförmigen Auslaßteil gefolgt ist. Die erste ringför mige Vormischkammer umfaßt einen koaxialen erzeugten normal zylindrischen Ringhauptteil, der direkt in die nächstfolgen de koaxiale ringförmige Vormischkammer führt. Die konvergen ten Austrittsteile der Vormischkammer können zur verbesserten Verschleißfestigkeit aus Wolfram- oder Siliziumcarbid hergestellt sein.

Die Größenverhältnisse zwischen aufeinanderfolgenden Vor mischkammern in den Brennern sind wie folgt: Bei Brennern, deren Vormischkammern in der zentralen Leitung nacheinander mit 1-5 bezeichnet sind und/oder deren Vormischkammern in dem Ringkanal nacheinander mit 6-10 bezeichnet sind, liegt das Verhältnis des Durchmessers jeder einzelnen zentralen Kammer zum Verhältnis der nächsten zentralen Kammer der Serie, also D₁ : D₂, D₂ : D₃, D₃ : D₄ oder D₄ : D₅, im Bereich von ca. 0,2-1,2. Das Verhältnis der Länge jeder einzelnen zentralen Vormischkammer in der zentralen Leitung zur Länge der nächsten zentralen Vormischkammer in der Serie, also L₁ : L₂, L₂ : L₃, L₃ : L₄ oder L₄ : L₅, liegt im Bereich von ca. 0,1-1,0. Das Verhältnis der Ring weite jeder einzelnen ringförmigen Vormischkammer zur Weite der nächsten Kammer in der Serie, also W₆ : W₇, W₇ : W₈, W₈ : W₉ oder W₉ : W₁₀, liegt im Bereich von ca. 0,1-1,2. Das Verhältnis der Länge jeder Vormischkammer im Ringkanal zur Länge der nächsten ringförmigen Vormischkammer in der Serie, also L₆ : L₇, L₇ : L₈, L₈ : L₉ oder L₉ : L₁₀, liegt im Bereich von ca. 0,1-1,0.

Im übrigen entspricht der Aufbau dieses Vormischbrenners einschließlich der Rohre, Kanäle, Öffnungen, der wasserge kühlten Endplatte und der Kühlschlangen, der Hochdruck-Hoch geschwindigkeits-Gasstrahlen, die in die zentralen und/oder ringförmigen Vormischkammern eintreten, sowie der Durchsatz regelmittel im wesentlichen dem bereits erläuterten Aufbau. Ferner sind die Temperatur-, Druck- und Strömungsgeschwin digkeits-Bereiche für die Materialströme durch die verschie denen Leitungen des Brenners im wesentlichen die gleichen wie vorstehend bereits erläutert.

Bei Betrieb des mit Vormischkammern arbeitenden Brenners sind Durchsatzregelungsmittel einsetzbar zum Regeln des Durchsatzes der vier Einsatzströme zu den Rohren und Kanälen im Brenner in gleicher Weise, wie bereits erläutert wurde. Die in den Brenner eintretenden Einsatzströme, die gleich zeitig mit verschiedenen Geschwindigkeiten den Brenner durchströmen, treffen in den ersten Vormischkammern aufein ander und vermischen sich. Das Zusammentreffen eines Reak tionsstroms, z. B. der Flüssigphaseaufschlämmung des kohlen stoffreichen Festbrennstoffs in einem flüssigen Trägerme dium, gegebenenfalls unter Bemischung eines Temperaturmode rators, etwa eines freien Sauerstoff enthaltenden Gasstroms, dem gegebenenfalls ein Temperaturmoderator mit höherer Strömungsgeschwindigkeit beigemischt ist, bewirkt das Aufbrechen der Flüssigphasenaufschlämmung in feine Tröpfchen. Das erzeugte Vielphasengemisch strömt dann nacheinander durch alle übrigen Vormischkammern, wo eine weitere Durchmi schung stattfindet. Während das Gemisch frei durch den Freistrombrenner strömt, ändert sich seine Strömungsge schwindigkeit häufig. Z. B. kann an verschiedenen Stellen im Brenner die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs im Bereich von ca. 6-182 m/s liegen. Während das Gemisch aus einer Vormischkammer in die nächste strömt, ändert sich seine Geschwindigkeit hauptsächlich infolge von Änderungen des Durchmessers des Strömungswegs sowie der Menge und Tempera tur des Gemischs. Dies fördert ein gründliches Durchmischen der Bestandteile. Durch Arbeiten im Wirbelströmungsbereich kann das Vermischen maximiert werden. Ferner erfolgt im Brenner ein direkter Wärmeaustausch zwischen den Materia lien. Bevor die Einsatzströme den Brenner verlassen, kann 0-100 Vol.-%, z. B. ca. 5-25 Vol.-%, der in den Einsatzströ men enthaltenen Flüssigkeiten verdampft werden. Infolge der konvergierenden Austrittsöffnungen werden die Einsatzströme direkt in die Reaktionszone des Partialoxidations-Gaserzeu gers beschleunigt.

Die Verbrennung der brennbaren Materialien während des Durchströmens der Vormischzone des Brenners wird dadurch verhindert, daß die Vielphasengemische an der zentralen und der ringförmigen Austrittsöffnung des Brennerunterendes mit einer Austrittsgeschwindigkeit strömen, die höher als die Flammengeschwindigkeit ist. Flammengeschwindigkeiten sind eine Funktion von Faktoren wie der Gemischzusammensetzung, der Temperatur und des Drucks des Gemischs. Sie können mit konventionellen Methoden berechnet oder experimentell bestimmt werden. Das Verhältnis der Austrittsgeschwindigkeit des Vielphasengemischs, das durch die zentrale Austrittsöff nung austritt, und des Vielphasengemischs, das aus der ringförmigen Austrittsöffnung austritt, kann im Bereich von ca. 0,5-1,5, z. B. bei 1,0 liegen.

Der Außenmantel des Brenners kann gegebenenfalls über seine Länge von Kühlschlangen umgeben sein; dies hängt von Fakto ren wie der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit, der Verweilzeit und der Zusammensetzung der Einsatzströme, der erwünschten Verdampfungsmenge des flüssigen Trägermediums, der Temperatur und der Menge an Kreislaufgasen im Gaserzeu ger sowie der erwünschten Brennerstandzeit ab. Aus ähnlichen Gründen kann der Brenner gegebenenfalls an seinem Unterende mit einer ringförmigen Kühlkammer ausgebildet sein.

Die gleichzeitig aus der zentralen Austrittsöffnung und/oder der ringsförmigen Austrittsöffnung am Unterende des Brenners austretenden Vielphasengemische vermischen sich stromab von der Brennerendfläche.

Vorteilhafterweise finden durch den angegebenen Brenner die exothermen Partialoxidations-Reaktionen in einem ausreichen den Abstand stromab von der Brennerendfläche statt, so daß der Brenner vor thermischen Beschädigungen geschützt ist.

Flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoffe und/oder pumpfähige Aufschlämmungen von kohlenstoffreichen Festbrennstoffen mit einem Trockenfeststoffgehalt im Bereich von ca. 30-75 Gew.-%, z. B. ca. 40-70 Gew.-%, können durch die Einlaßkanäle des Brenners geschickt werden. Z. B. können die Brennstoffströme durch das zentrale und/oder das ringförmige Rohrbündel geführt werden. Die Eintrittstemperatur des flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffs oder der Aufschläm mung liegt im Bereich von ca. Umgebungstemperatur bis 260°C, bevorzugt aber unterhalb der Verdampfungstempera tur des flüssigen Kohlenwasserstoffs bei dem gegebenen Einlaßdruck im Bereich von ca. 1-295 bar, etwa 5-245 bar, z. B. ca. 10-100 bar.

Die Bezeichnung kohlenstoffreiche Festbrennstoffe, die im vorliegenden Zusammenhang in Verbindung mit geeigneten kohlenstoffreichen Festbrennstoffeinsätzen verwendet wird, umfaßt verschiedene Materialien und ihre Gemische aus der folgenden Gruppe: Kohle, Koks, Holzkohle, Kohleverflüssi gungsrückstände, Erdölkoks, Kohlerußteilchen sowie Feststoffe aus Ölschiefer, Teersanden und Pech. Es sind sämtliche Kohlearten einsetzbar einschließlich Anthrazit, bituminöse Kohle, subbituminöse Kohle und Braunkohle. Die Kohlenstoff teilchen können z. B. als Nebenprodukt bei dem hier erläu terten Partialoxidations-Verfahren oder durch Verbrennung fossiler Brennstoffe anfallen. Ferner umfaßt die Bezeichnung kohlenstoffreiche Festbrennstoffe definitionsgemäß Müllteil chen, entwässerten Klärschlamm sowie halbfeste organische Materialien wie Asphalt, Gummi und gummiartige Materialien wie Gummi-Autoreifen, die zur geeigneten Teilchengröße vermahlen oder pulverisiert sind. Zur Umwandlung der kohlen stoffreichen Festbrennstoffe oder ihrer Gemische zu geeigne ter Teilchengröße sind alle geeigneten Mahlsysteme anwendbar.

Die kohlenstoffreichen Festbrennstoffe werden bevorzugt zu einer solchen Teilchengröße zerkleinert, daß 100% davon ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,4 mm passieren und mindestens 80% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,425 mm passieren.

Der Feuchtegehalt der kohlenstoffreichen Festbrennstoffteil chen liegt im Bereich von ca. 0-40 Gew.-%, z. B. 2-20 Gew.-%.

Die Bezeichnung flüssiges Trägermedium, die im vorliegenden Zusammenhang als Suspensionsmittel zur Erzeugung pumpfähiger Aufschlämmungen von kohlenstoffreichen Festbrennstoffen verwendet wird, umfaßt verschiedene Materialien der Wasser, flüssiges Kohlenwasserstoffmaterial und Gemische derselben umschließenden Gruppe. Wasser ist jedoch das bevorzugte Trägermedium für die kohlenstoffreichen Festbrennstoffteil chen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das flüssige Träger medium flüssiges Kohlendioxid. In diesem Fall kann die Flüssigphase-Aufschlämmung 40-70 Gew.-% kohlenstoffreichen Festbrennstoff enthalten, während der Rest flüssiges CO₂ ist. Die CO₂-Festbrennstoff-Auschlämmung kann in den Brenner mit einer Temperatur im Bereich von ca. -55°C bis 37,7°C in Abhängigkeit von dem Druck eingeleitet werden.

Die Bezeichnung flüssiges Kohlenwasserstoffmaterial be schreibt im vorliegenden Zusammenhang geeignete flüssige Trägermedien und Brennstoffe und umfaßt verschiedene flüssi ge Kohlenwasserstoffmaterialien, z. B. verflüssigtes Erdöl gas, Erdöldestillate und -rückstände, Benzin, Naphtha, Kerosin, Rohöl, Asphalt, Gasöl, Rückstandsöl, Teersandöl und Schieferöl, Kohlenöl, aromatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Benzol-, Toluol- und Xylolfraktionen), Kohleteer, Kreislauf gasöl aus FCC-Prozessen, Furfuralextrakt von Kokergasöl sowie Gemische dieser Materialien.

Die Bezeichnung flüssiges Kohlenwasserstoffmaterial be schreibt im vorliegenden Zusammenhang geeignete Flüssig brennstoffe und umfaßt verschiedene sauerstoffhaltige flüssige kohlenwasserstoffreiche organische Materialien wie z. B. Kohlehydrate, Zellulosematerialien, Aldehyde, organi sche Säuren, Alkohole, Ketone, sauerstoffbelandenes Heizöl, Abfallflüssigkeiten und Nebenprodukte chemischer Prozesse zur Erzeugung sauerstoffbeladener kohlenwasserstoffreicher organischer Materialien sowie Gemische dieser Stoffe.

Z. B. umfaßt bei einem Ausführungsbeispiel der Einsatzstrom eine Aufschlämmung aus flüssigem kohlenwasserstoffreichem Material und kohlenstoffreichem Festbrennstoff. H₂O in der Flüssigphase kann dem flüssigen Kohlenwasserstoff-Trägerme dium z. B. unter Bildung einer Emulsion beigemischt sein. Ein Teil des H₂O, d. h. ca. 0-25 Gew.-% der Gesamtmenge an vorhandenem H₂O, kann als Dampf in Beimischung mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas eingeführt werden. Das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis kann im Bereich von ca. 0-5, z. B. von ca. 0,1-3 liegen.

Die Bezeichnung gasförmiges kohlenwasserstoffhaltiges Material beschreibt im vorliegenden Zusammenhang geeignete gasförmige Kohlenwasserstoff-Brennstoffe und umfaßt einen gasförmigen Einsatz wie Äthan, Propan, Butan, Pentan, Methan, Erdgas, Koksofengas, Raffineriegas, Azetylenrück standsgas, Äthylenabgas sowie Gemische dieser Gase.

Gleichzeitig mit dem Brennstoffstrom bzw. den Brennstoff strömen werden einer oder mehrere freien Sauerstoff enthal tende Gasströme durch einen oder mehrere freie Kanäle im Brenner zugeführt. Das freien Sauerstoff enthaltende Gas kann durch die zentrale und/oder ringförmige Kammer mit einer Temperatur im Bereich von etwa Raumtemperatur bis ca. 816°C, bevorzugt von ca. Umgebungstemperatur bis 149°C im Fall von mit Sauerstoff angereicherter Luft und ca. 260-650°C im Fall von Luft, und mit einem Druck im Bereich von oberhalb ca. 1-295 bar, etwa ca. 5-245 bar, z. B. ca. 10-100 bar, eingeführt werden. Die Anzahl der freien Sauerstoffatome plus der Atome von organisch gebunde nem Sauerstoff in dem kohlenstoffreichen Festbrennstoff pro Kohlenstoffatom im kohlenstoffreichen Festbrennstoff (das O/C-Atomverhältnis) kann im Bereich von 0,5-1,95 liegen. Bei freien Sauerstoff enthaltendem Gas in der Reaktionszone kann der weite Bereich des O/C-Atomverhältnisses ca. 0,5-1,7, z. B. ca. 0,7-1,4 betragen. Bei Zufuhr von Luft in die Reaktionszone liegt das O/C-Atomverhältnis im Bereich von ca. 0,7-1,6, z. B. ca. 0,9-1,4.

Die Bezeichnung freien Sauerstoff enthaltendes Gas umfaßt hier Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, d. h. mit mehr als 21 Mol-% Sauerstoff, und im wesentlichen reinen Sauer stoff, d. h. mit mehr als 95 Mol-% Sauerstoff (Rest N₂ und Edelgase).

Das freien Sauerstoff enthaltende Gas wird gegebenenfalls in Beimischung mit einem Temperaturmoderatorgas zugeführt. Dieses ist definitionsgemäß Dampf, CO₂, N₂, ein Kreis laufanteil des gekühlten und gereinigten abgezogenen Gas stroms aus dem Gaserzeuger oder Gemische dieser Gase.

Die Brenner nach den Fig. 3 und 4 können so arbeiten, daß die Einsatzströme abwechselnd aufeinanderfolgende Kanäle im Brenner durchsetzen. Typische Betriebsweisen vor oder nach dem Austausch von Brennstoffen sind in den Tabellen IV und V angegeben.

In der Tabelle IV sind die Materialien, die in den Gaserzeu ger durch den Brenner eintreten, sowie ihre jeweiligen Symbole angegeben. Der kohlenstoffreiche Festbrennstoff B, Wasser C und flüssiges Kohlenwasserstoffmaterial E können in verschiedenen Kombinationen vor dem Brennereinlaß miteinan der vermischt werden unter Bildung einer pumpfähigen Auf schlämmung, die in den Brenner eingeführt wird und dann durch eine der mehreren Freistrom-Leitungen des Brenners entsprechend der Tabelle V geschickt wird. Z. B. zeigt die erste Zeile der Tabelle V, daß eine pumpfähige Aufschlämmung aus kohlenstoffreichem Festbrennstoff B im Gemisch mit Wasser C durch das zentrale und/oder das ringförmige Rohr bündel im Brenner geschickt werden kann. Wenn ein Brenn stoffstrom in den Brenner durch das zentrale und/oder das ringförmige Rohrbündel geleitet wird, wird gleichzeitig durch die zugehörige zentrale Leitung und/oder den Ringkanal ein entsprechender freien Sauerstoff enthaltender Gasstrom geschickt. Nachstehend seien einige spezielle Beispiele angeführt:

(1) Gesonderte Ströme von freien Sauerstoff enthaltendem Gas können durch das zentrale und/oder das ringförmige Rohrbün del geschickt werden; gleichzeitig werden gesonderte ent sprechende Ströme einer pumpfähigen Aufschlämmung von kohlenstoffreichem Festbrennstoff in einem flüssigen Träger medium oder ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff durch die zugehörige zentrale Leitung und/oder den Ringkanal geleitet.
(2) Gesonderte Ströme von freien Sauerstoff enthaltendem Gas werden durch die zentrale Leitung und den Ringkanal ge schickt; gleichzeitig wird ein entsprechender Strom eines flüssigen Kohlenwasserstoffmaterials durch das zugehörige zentrale und/oder ringförmige Rohrbündel geschickt; und gleichzeitig wird eine pumpfähige Aufschlämmung von kohlen stoffreichem Festbrennstoff in einem flüssigen Trägermedium durch das gegebenenfalls vorhandene nichtbenutzte Rohrbündel geschickt.
(3) Gesonderte Ströme von freien Sauerstoff enthaltendem Gas werden durch das zentrale und/oder das ringförmige Rohrbün del geschickt; gleichzeitig wird ein entsprechender Strom eines flüssigen Kohlenwasserstoffmaterials durch die zugehö rige zentrale Leitung und/oder den Ringkanal geschickt; und gleichzeitig wird eine pumpfähige Aufschlämmung aus einem kohlenstoffreichen Festbrennstoff in einem flüssigen Träger medium durch den gegebenenfalls vorhandenen nichtbenützten Kanal geschickt.

Material
Symbol
freien Sauerstoff enth. Gas
A
kohlenstoffreicher Festbrennstoff	B
Wasser	C
Dampf	D
flüssiges Kohlenwasserstoffmaterial	E
Temperaturmoderatorgas	F
gasförmiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff	G

Tabelle V

Zusätzlich zu den in der Tabelle V angegebenen Betriebsarten sind natürlich noch weitere Betriebsarten möglich.

Z. B. können gleichzeitig Gasstrahlen in die zentrale Leitung und/oder den Ringkanal eingeführt werden, wie bereits erläutert wurde.

Wenn einer der Brennstoffströme ein flüssiger Kohlenwasser stoff ist oder wenn das flüssige Trägermedium für die Aufschlämmung des kohlenstoffreichen Festbrennstoffs ein flüssiges kohlenwasserstoffhaltiges Material ist, kann eine vorzeitige Verbrennung innerhalb des Brenners durch eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen verhindert werden:

(1) Halten des Brennstoffs unter seiner Selbstenzündungs temperatur;
(2) Zugeben von Wasser zu der Festbrennstoff-Aufschlämmung;
(3) Einsetzen von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft, d. h. bis zu ca. 40 Vol.-% O₂;
(4) Vermischen von Dampf mit der Luft;
(5) kein Zurücksetzen der Enden der zentralen und der ringförmigen Rohrbündel von der Brennerendfläche; in diesem Fall kann das freien Sauerstoff enthaltende Gas, z. B. im wesentlichen reiner Sauerstoff, gesondert aus dem Brenner austreten, ohne vorher den Brennstoffstrom zu kontaktieren;
(6) Herausführen des Vielphasengemischs an der zentralen und der ringförmigen Austrittsöffnung an dem Brennerunter ende mit Strömungsgeschwindigkeiten, die höher als die Flammengeschwindigkeit sind.

Die Brennereinheit wird durch eine obere Einlaßöffnung eines kompakten, füllkörperfreien, nichtkatalytischen, feuerfest ausgekleideten Freistrom-Synthesegaserzeugers (z. B. ent sprechend der US-PS 35 44 291) von oben eingesetzt. Der Brenner erstreckt sich längs der Längsmittenachse des Gaserzeugers, und sein Unterende führt direkt in die Reak tionszone.

Die relativen Anteile der Reaktions-Einsatzströme und gegebenenfalls des Temperaturmoderators, die in den Gaser zeuger eingeführt werden, werden sorgfältig so geregelt, daß ein wesentlicher Anteil des Kohlenstoffs im Brennstoff, z. B. bis zu ca. 90 Gew.-% oder mehr, in Kohlenoxide über führt wird und daß eine autogene Reaktionszonentemperatur im Bereich von ca. 926-1927°C, bevorzugt im Bereich von 1093-1538°C, unterhalten wird.

Die Verweilzeit in der Reaktionszone liegt bei ca. 1-10 s, bevorzugt bei ca. 2-8 s. Bei Zuführung von im wesentlichen reinem Sauerstoff zum Gaserzeuger kann die Zusammensetzung des aus dem Gaserzeuger abgezogenen Gases in Mol-% Trocken masse wie folgt sein: H₂ 10-60, CO 20-60, CO₂ 5-40, CH₄ 0,01-5, H₂S+COS 0-5, N₂ 0-5 und A_r 0-1,5. Bei Zuführung von Luft zum Gaserzeuger kann die Zusammensetzung des aus dem Gaserzeuger abgezogenen Gases in Mol-% Trocken masse wie folgt sein: H₂ 2-30, CO 5-35, CO₂ 5-25, CH₄ 0-2, H₂S+COS 0-3, N₂ 45-80 und A_r 0,5-1,5. Der abgezo gene Gasstrom enthält nichtumgesetzten Kohlenstoff und Asche.

Der aus der Reaktionszone des Gaserzeugers austretende heiße Gasstrom wird durch direktes Abschrecken in Wasser oder durch Wärmeaustausch, z. B. mit Wasser unter Erzeugung von Dampf in einem Gaskühler, schnell auf eine unter der Reaktionstemperatur liegende Temperatur im Bereich von ca. 121-371°C abgekühlt.

Vorteilhafterweise wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Zweikammerbrenner während des Anfahrens des Gaserzeugers sowohl als Vorheizbrenner als auch als Produktionsbrenner eingesetzt. Dadurch werden die Vorgänge beim Anfahren vereinfacht. Bisher geht Zeit verloren, wenn der Gasvorheizbrenner durch den Produktionsbrenner ersetzt wird, und der Gaserzeuger kühlt dabei ab. Nunmehr kann der Gaserzeuger auf die Betriebstemperatur gebracht und auf dieser gehalten werden, indem gleichzeitig ein gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff, also Heizgas, gegebenenfalls unter Bemischung von H₂O, durch das zentra le und/oder das Ringrohrbündel und ein freien Sauerstoff enthaltender Gasstrom, bevorzugt Luft, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, durch die zugehörige zentrale Leitung und/oder den Ringkanal geschickt wird. Alternativ kann der gasförmige oder flüssige kohlenwasserstoffhaltige Brenn stoff, also Heizgas, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, durch die zentrale Leitung und/oder den Ringkanal in den Brenner geleitet werden, während die Luft gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O durch das zugehörige zentrale und/oder Ringrohrbündel geleitet wird. Das Heizgas und Luft werden vermischt und bilden ein wohlverteiltes Gemisch. Dann erfolgt in der Reaktionszone des Gaserzeugers eine Verbren nung des Gemischs durch im wesentlichen vollständige Ver brennung bei einer Temperatur im Bereich von ca. 1093-2482°C, z. B. ca. 1093-1650°C, und einem absolu ten Druck im Bereich von ca. 0,56-300 bar, bevorzugt 1 bar. Die Produkte der vollständigen Verbrennung werden aus der Reaktionszone z. B. durch Ablassen in die Atmosphäre ent fernt.

Dadurch wird die Reaktionszone auf die Temperatur erhitzt, die für die Zündung der autothermen Partialoxidationsreak tion des Hauptbrennstoffs, der eine pumpfähige Aufschlämmung eines kohlenstoffreichen Festbrennstoffs, ein flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff oder Gemische derselben ist, mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas sowie gegebenenfalls mit einem Temperaturmoderator erforder lich ist. Z. B. kann die Selbstentzündungstemperatur im Bereich von ca. 1093-1482°C liegen. An diesem Punkt wird der Heizgasstrom, dem gegebenenfalls H₂O beigemischt ist, aus den Rohren oder Leitungen, die er in der zentralen und/oder in der Ringkammer des Zweikammerbrenners durch strömt, mit einem gleichmäßig abnehmenden Durchsatz vom Maximalwert bis Null während eines Zeitraums im Bereich von ca. 1-3600 s, z. B. ca. 60-1800 s, abgebrochen. Gleichzeitig wird die den Hauptbrennstoff darstellende kohlenstoffreiche Festbrennstoff-Aufschlämmung oder der flüssige kohlenwasser stoffreiche Brennstoff, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, mit einem gleichmäßig zunehmenden Durchsatz von 0 bis Maximum neu in den Rest des Heizgases eingeleitet und ersetzt den abgebrochenen Anteil des Heizgases.

Gleichzeitig mit dem Austausch des Brennstoffs oder nach vollständigem Austausch des Heizgases im Brenner durch den Hauptbrennstoff wird mit gleichmäßig abnehmendem Durchsatz vom Maximalwert bis Null während eines Zeitraums von 1-3600 s, z. B. ca. 60-1800 s, der freien Sauerstoff enthal tende Gasstrom, dem gegebenenfalls H₂O beigemischt ist, abgebrochen. Gleichzeitig wird ein anderes freien Sauerstoff enthaltendes Gas, z. B. mit Sauerstoff angereichertes Gas oder im wesentlichen reiner Sauerstoff für die Erzeugung von Synthesegas, in die gleiche Leitung mit einem gleichmäßig steigenden Durchsatz von 0 bis zum Maximalwert während des gleichen Zeitraums eingeleitet und ersetzt die Luft. Ferner werden die Durchsätze des freien Sauerstoff enthal tenden Gases, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, und erforderlichenfalls das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone so eingestellt, daß die Temperatur und das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone für die Partialoxidation des Hauptbrennstoffs kontinuierlich auf den Auslegungsbedingungen gehalten werden.

Die Partialoxidation des Hauptbrennstoffs erfolgt stromab in der Reaktionszone des nichtkatalytischen Freistrom-Gaserzeu gers unter Auslegungsbedingungen, d. h. bei einer autogenen Temperatur im Bereich von ca. 926-1927°C, einem Druck im Bereich von ca. 1-295 bar, einem Sauerstoff/Kohlenstoff- Atomverhältnis im Bereich von ca. 0,5-1,7, z. B. 0,8-1,2, und einem H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis im Bereich von ca. 0-5,0, z. B. 0,1-3.

Der aus der Reaktionszone des Synthesegaserzeugers abgezoge ne heiße Gasstrom wird durch direktes Abschrecken in Wasser oder durch indirekten Wärmeaustausch, z. B. mit Wasser unter Erzeugung von Dampf in einem Gaskühler, schnell unter die Reaktionstemperatur auf eine Temperatur im Bereich von ca. 121-371°C abgekühlt. Der Gasstrom kann mit konventionel len Verfahren gewaschen und gereinigt werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Brenners mit einer Regeleinheit für den kontinuierlichen Betrieb eines Synthesegaserzeugers, wobei ein Brennstoffstrom abgebrochen und gleichzeitig ein weiterer neu eingeleitet wird, ohne daß ein Druckabbau im Gaserzeuger erfolgt. Die Regeleinheit kann ferner zum schnellen Ändern von Durchsät zen nach oben oder unten über den Durchsatzbereich, für den der Zweikammerbrenner ausgelegt ist, verwendet werden. Dadurch können Korrekturen vorgenommen werden, um die Menge des erzeugten Rohgases einzustellen und eine Anpassung an einen sich ändernden Bedarf für das Produktgas vorzunehmen. Eine weitere Einsatzmöglichkeit für die Regeleinheit ist die Unterhaltung der erwünschten Zusammensetzung des Produkt gases, wenn dies durch Korrekturen der Durchsätze eines oder mehrerer Reaktionsströme möglich ist. So werden bei dem Durchsatzregelsystem die Durchsätze sämtlicher Reaktions ströme einzeln und unabhängig voneinander geregelt, so daß die Temperatur und das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone auf Auslegungsbedingungen und innerhalb der für den umgesetzten Brennstoff erwünschten Betriebsbe reiche gehalten werden. Erforderlichenfalls kann auch das Atomverhältnis des freien Sauerstoffs zu Kohlenstoff im Brennstoff in der Reaktionszone innerhalb der Auslegungsbe dingungen geregelt werden.

Das Regelsystem von Fig. 4 ist zwar insbesondere für die Kombination von Einsatzstoffen aus einer kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung und einem flüssigen kohlenwas serstoffreichen Brennstoff gedacht; durch einfache Modifika tionen der Mittel zum Ändern der Durchsätze der Ströme nach oben oder unten in der nachstehend erläuterten Weise kann das System jedoch auch für die Regelung anderer Kombinatio nen von kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmungen und flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoff-Brennstof fen verwendet werden.

Der Zweikammerbrenner 1 ist in einem zentralen geflanschten Einlaß 30, der im oberen Kopfteil des konventionellen, feuerfest ausgekleideten Freistrom-Synthesegaserzeugers 41 positioniert ist, längs der Längsmittenachse befestigt. Die Reaktionsströme treten durch das Oberende des Brenners 1 ein, durchströmen ihn abwärts und treten aus dem Unterende des Brenners aus. Der Brenner 1 ist so ausgelegt, daß der für einen stationären Betriebszustand erforderliche System ausstoß dann erzielt oder sogar um einen bestimmten Betrag überschritten wird, wenn der Durchsatz durch sämtliche Kanäle in beiden Kammern des Zweikammerbrenners den Höchst wert hat. Das Regelsystem kann den Durchsatz eines oder mehrerer der Reaktionsströme in den Leitungen 187, 190, 167, 170, 50, 60, 70 und 73 unabhängig nach oben oder unten verstellen. Dadurch wird die Temperatur in der Reaktionszone 31 auf der erwünschten Betriebstemperatur gehalten. Ferner kann das H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnis und erforderli chenfalls das Atomverhältnis des freien Sauerstoffs zu dem Kohlenstoff im Brennstoff in der Reaktionszone auf Ausle gungsbedingungen gehalten werden, und zwar unabhängig davon, ob zur Verringerung oder zur Steigerung der Produktgasmenge eine oder beide Brennerkammern benutzt werden.

Der Zweikammerbrenner 1 umfaßt eine zentrale Kammer und eine konzentrische Ringkammer. Die zentrale Kammer umfaßt im wesentlichen: die zentrale zylindrische Leitung 2 mit einem geschlossenen oberen und einem offenen unteren Ende, ein zentrales Parallelrohrbündel 3, das in Längsrichtung in dem zentralen Kanal 4 der zentralen Leitung 2 gehalten ist und offene obere Enden aufweist, die das geschlossene obere Ende der zentralen Leitung 2 durchsetzen und darin herme tisch dicht angeordnet sind und die mit einem zentralen zylindrischen Verteiler 19 in Verbindung stehen, ein Ein satz-Einlaßrohr 20, das mit dem zentralen Verteiler 19 verbunden ist und damit in Strömungsverbindung steht, und ein Einsatz-Einlaßrohr 25, das an das geschlossene obere Ende der zentralen Leitung 2 angeschlossen ist und damit in Strömungsverbindung steht. Die Ringkammer umfaßt: eine konzentrische zylindrische Außenleitung 5, die an ihrem oberen Ende geschlossen und an ihrem unteren Ende offen ist, einen Ringkanal 6 zwischen dem Außendurchmesser der zentra len Leitung 2 und dem Innendurchmesser der Außenleitung 5 entlang deren Länge, ein ringförmiges Parallelrohrbündel 7, das in dem Ringkanal 6 in Längsrichtung gehaltert ist und offene obere Enden aufweist, die das geschlossene obere ringförmige Ende der Außenleitung 5 durchsetzen und damit hermetisch dicht verbunden sind und mit einem Ringverteiler 28 in Strömungsverbindung stehen, ein Einsatz-Einlaßrohr 29, das an den Ringverteiler 28 angeschlossen ist und damit in Strömungsverbindung steht, und ein Einsatz-Einlaßrohr 35, das mit dem oberen geschlossenen Ende der Außenleitung 5 verbunden ist und damit in Fluidverbindung steht.

Zwar sind die Unterenden des zentralen Rohrbündels 3 und des Ringrohrbündels 7 in Fig. 4 als mit der Endfläche des Brenners 1 bündig dargestellt, bei anderen Ausführungsformen des Zweikammerbrenners können jedoch die Unterenden des (der) zentralen und/oder des (der) ringförmigen Rohrbündel(s) stromaufwärts zurückgesetzt sein, so daß mindestens eine Vormischzone entsprechend Fig. 5 geschaffen wird.

Das zentrale Rohrbündel 3 und das ringförmige Rohrbündel 7 sind zwar in Fig. 4 als parallel zueinander und zu der Brennerachse dargestellt, bei einer anderen Ausführungsform des Zweikammerbrenners (z. B. entsprechend der US-Patentan meldung Serial-Nr. 212 054, Fig. 5) kann jedoch das zentrale und/oder das ringförmige Rohrbündel spiralförmig sein. Dadurch können die verwirbelten Reaktionsströme, die abwärts durch das zentrale und/oder das ringförmige Rohrbündel und getrennt abwärts durch die spiralförmigen Kanäle an der Außenseite der Spiralrohrbündel strömen, entweder in den Vormischzonen oder stromab davon in der Reaktionszone aufeinandertreffen und somit gründlich miteinander vermischt werden. Der Verbrennungs-Wirkungsgrad des Brenners wird dadurch gesteigert.

In Fig. 4 ist der Hauptbrennstoff beispielsweise eine kohlenstoffreiche Festbrennstoff-Aufschlämmung, d. h. eine Kohle-Wasser-Aufschlämmung, in Leitung 42. Der Ersatzbrenn stoff ist ein flüssiger kohlenwasserstoffreicher Brennstoff, d. h. Restöl, in Leitung 160. Selbstverständlich kann der Hauptbrennstoff jeder flüssige oder gasförmige kohlenwasser stoffreiche Brennstoff oder eine Kohle-Öl-Aufschlämmung sein. Der dosierte Einsatzstrom der kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung in Leitung 42 wird durch gesonderte Durchsatzregler in jeder Leitung in zwei Brenn stoff-Einsatzströme 43 und 44 aufgeteilt. Ebenso wird der dosierte Einsatzstrom des flüssigen kohlenwasserstoffreichen Brennstoffs in Leitung 160 durch gesonderte Durchsatzregler in jeder Leitung in zwei Brennstoff-Einsatzströme 161 und 162 aufgeteilt. Bei dem vorliegenden Verfahren werden die die Leitung 50 und/oder die Leitung 50 durchströmenden und abgebrochenen Hauptbrennstoffströme jeweils in Leitung 15 und/oder Leitung 16 mit den Ersatzbrennstoffströmen ver mischt, die neu in Leitung 167 und/oder Leitung 170 einge führt werden.

In ähnlicher Weise wird der dosierte Einsatzstrom des freien Sauerstoff enthaltenden Gases in Leitung 62 in zwei Einsatz ströme 63 und 64 durch gesonderte Durchsatzregler in jeder Leitung aufgeteilt.

H₂O kann den Brennstoffen in den Leitungen 160 und 42 oder dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in Leitung 62 beige mischt sein. Alternativ kann gemäß Fig. 1 wenigstens ein Teil, d. h. 10-100 Vol.-%, des H₂O, als Dampf vorgesehen sein. Somit wird der Dampf in Leitung 180 durch gesonderte Durchsatzregler in jeder Leitung in zwei Einsatzströme 181 und 182 aufgeteilt. Dadurch kann gemäß Fig. 4 Dampf in Leitung 187 und/oder 190 bevorzugt jeweils in Leitung 18 und/oder 17 mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas, das in eine oder beide Brennerkammern strömt, vermischt werden.

In ähnlicher Weise (nicht dargestellt) kann Dampf aus Leitung 187 und/oder 190 jeweils dem Brennstoff in Leitung 15 und/oder 16 zugemischt werden. Somit sind kontrollierte Dampfmengen in die Ströme von freien Sauerstoff enthaltendem Gas und/oder Brennstoff stromauf von dem Brenner einführbar und mit diesen Strömen vermischbar.

Das Gewicht oder der Volumenstrom für diesen Teil des Einsatzes, der durch jede der Einsatzleitungen zum Brenner strömt, ist eine Funktion der Brennerauslegung: Z. B. sind die Brennerkanäle so ausgelegt, daß 1/3 der Gesamtmenge der die Leitung 42 durchströmenden kohlenstoffreichen Festbrenn stoff-Aufschlämmung plus dem flüssigen kohlenwasserstoffrei chen Brennstoff durch die Leitung 160 innerhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereichs durch das zentrale Rohrbündel 3 austritt. Gleichzeitig werden die übrigen 2/3 der Gesamtmenge an kohlenstoffreicher Festbrennstoff-Auf schlämmung plus flüssigem kohlenwasserstoffreichem Brenn stoff durch das ringförmige Rohrbündel 7 mit einer bestimm ten Geschwindigkeit abgegeben.

Absperrorgane 183, 184, 163, 164, 77, 76, 65 und 66 sind manuell oder automatisch zwischen einer vollständigen Offen- und einer vollständigen Schließstellung betätigbar. Die Geschwindigkeiten, mit der jedes Absperrorgan geöffnet und geschlossen werden kann, sind ebenfalls einstellbar. Bei einer noch zu erläuternden Ausführungsform kann der Brenner durch Schließen bestimmter Absperrorgane hinsichtlich des Mindestdurchsatzes verkleinert oder unterteilt werden. Dadurch kann der Brenner entweder mit der zentralen Kammer, d. h. den zentralen Rohren 3 und dem Ringkanal 4, oder mit der äußeren Ringkammer, d. h. den Ringrohren 7 und dem Ringkanal 6 oder gleichzeitig mit der zentralen und der ringförmigen Kammer des Brenners betrieben werden.

Die Funktionsweise des Systems während der Verwendung nur der zentralen Brennerkammer wird zuerst erläutert. Der in Leitung 43 befindliche Teil der Einsatz-Aufschlämmung wird in die Reaktionszone 31 des Synthesegaserzeugers 41 von einer einen Drehzahlregler 46 aufweisenden Verdrängerpumpe 45 durch Leitung 47, einen Durchsatzmesser und -geber 48, Leitung 49, ein Absperrorgan 77, Leitungen 50 und 15, den Einlaß 20 des Brenners 1, den Zentralverteiler 19 und das zentrale Rohrbündel 3 gefördert.

Der Aufschlämmungs-Durchsatz durch die Leitung 43 ist durch die Drehzahl der Verdrängerpumpe 45 bestimmt. Um den Auf schlämmungsstrom durch die Leitung 43 abzubrechen, wird diese Drehzahl kontinuierlich von ihrem Höchstwert auf Null während eines Zeitraums von ca. 1-3600 s, etwa ca. 60-1800 s, z. B. 300-1000 s, verringert. Der Durchsatz- Schreiber-Regler mit Geber 51 umfaßt einen Mikrocomputer, der mit der erwünschten Zeit-Durchsatzverringerungs-Kurve programmiert ist. Der Durchsatz der Aufschlämmung in der Leitung 47 wird erfaßt und ein Signal a von dem Geber 48 erzeugt, das dem Durchsatz der Aufschlämmung in Leitung 43 entspricht. Der Durchsatz-Schreiber-Regler 51 empfängt das Signal a, vergleicht es mit einem Signal, das den Soll- Durchsatz für diesen Moment bezeichnet, und erzeugt ein entsprechendes Stellsignal für den Drehzahlregler 46, so daß die Drehzahl der Pumpe 45 verringert wird und die in der Leitung 49 strömende Einsatzaufschlämmung einen bestimmten verringerten Durchsatz für diesen Moment der Abbruchphase annimmt. Der neue Aufschlämmungs-Durchsatz wird erfaßt und der Zyklus wiederholt. Dadurch erfolgen wiederholte Korrek turen des Durchsatzes, und der Aufschlämmungsstrom in der Leitung 50 wird abgebrochen.

Gleichzeitig mit dem Abbruch des durch die Leitung 43 störmenden Anteils der Hauptbrennstoff-Aufschlämmung wird während desselben Zeitraums der in Leitung 161 strömende Anteil des flüssigen kohlenwasserstoffreichen Ersatzbrenn stoffs neu eingeleitet. Der Durchsatz-Schreiber-Regler mit Geber 171 umfaßt einen Mikrorechner, der mit der erwünschten Zeit-Durchsatzsteigerungs-Kurve programmiert ist. Der Öldurchsatz in Leitung 161 wird erfaßt und vom Durchsatzge ber 165 ein Signal m erzeugt, das dem Öldurchsatz in der Leitung 161 entspricht. Der Durchsatz-Schreiber-Regler 171 empfängt das Signal m, vergleicht es mit einem Signal, das den Soll-Durchsatz für diesen Augenblick darstellt, und liefert ein entsprechendes Stellsignal an das Absperrorgan 163, so daß dieses weiter geöffnet wird, wodurch das Ein satzöl in Leitung 166 einen bestimmten erhöhten Durchsatz für diesen Augenblick der Einleitungsperiode annimmt. Der neue Öldurchsatz wird erfaßt und der Zyklus wiederholt. Dadurch sind wiederholte Korrekturen der Durchsätze des Haupt- und des Ersatzbrennstoffs durchführbar, so daß das in der Leitung 167 strömende Öl in einer Menge in die Leitung 15 einleitbar ist, die die verminderte Menge der kohlen stoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung in Leitung 50 ausgleicht.

Während oder nach dem Zeitraum, in dem der Abbruch der kohlenstoffreichen Haupt-Festbrennstoff-Aufschlämmung in der Leitung 43 und die Neueinleitung des Anteils des flüssigen Kohlenwasserstoff-Ersatzbrennstoffs aus Leitung 161 erfolgt, wird das Temperaturmoderator/Brennstoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone z. B. auf Auslegungsbedingungen einge stellt oder im wesentlichen gleichbleibend eingeregelt mit einer Schwankung von ±10%, indem der Durchsatz des Tempera turmoderators erhöht oder vermindert wird. Bei dem vorlie genden Beispiel wird gleichzeitig mit dem Abbruch der Kohle-Wasser-Aufschlämmung während desselben Zeitraums eine zusätzliche Menge H₂ von einer externen Versorgung einge leitet. So wird nach Fig. 4 ein Teil des Dampfs in Leitung 180 durch Leitung 181 geleitet und in Leitung 18 eingeführt, in der er sich mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas aus Leitung 70 vermischt. Der Durchsatz-Schreiber-Regler mit Geber 191 umfaßt einen Mikrorechner, der mit der erwünschten Zeit-Durchsatzsteigerungs-Kurve programmiert ist.

Der Dampfdurchsatz in Leitung 181 wird erfaßt und ein Signal s vom Durchsatzgeber 185 erzeugt, das dem Dampfdurchsatz in Leitung 181 entspricht. Der Durchsatz-Schreiber-Regler 191 empfängt das Signal s, vergleicht es mit einem Signal, das den Soll-Durchsatz für diesen Augenblick darstellt, und beaufschlagt das Absperrorgan 183 mit einem entsprechenden Stellsignal, so daß dieses weiter geöffnet wird und der Einsatzdampf in der Leitung 186 mit einem erhöhten Durchsatz während dieses Augenblicks der Einleitperiode strömt. Der neue Dampfdurchsatz wird gemessen und der Zyklus wiederholt. Dadurch sind wiederholte Korrekturen des Dampfdurchsatzes durchführbar, und der in Leitung 187 strömende Dampf wird in einer Menge in die Leitung 18 eingeleitet, die das H₂O/ Brennstoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone auf Auslegungsbedingungen hält.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird das H₂O/Brenn stoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone nach oben oder unten dadurch korrigiert, daß der Dampfdurchsatz in der erläuterten Weise geregelt wird, um eine erwünschte Tempera tur in der Reaktionszone und eine erwünschte Zusammensetzung des Produktgases zu erhalten.

Gleichzeitig mit bzw. nach dem Abbrechen des Hauptbrenn stoffstroms, dem Neueinleiten des Ersatzbrennstoffstroms und gegebenenfalls dem Einleiten oder Abbrechen des Dampfstroms in Abhängigkeit von der Brennstoffbeschaffenheit kann das freien Sauerstoff enthaltende Gas nach oben oder unten geändert werden, um dadurch die Temperatur in der Reaktions zone z. B. auf Auslegungsbedingungen einzuregeln oder sie im wesentlichen konstant zu halten mit einer Schwankung von weniger als ±111°C (±200°F). So wird bei dem vorliegenden Beispiel gemäß Fig. 1 ein Teil des freien Sauerstoff enthaltenden Gases in Leitung 62 durch Leitung 63 geschickt und in Leitung 18 neu eingeleitet, wo es mit dem Dampf vermischt wird, der gegebenenfalls aus Leitung 187 strömt. Der Durch satzregler 74 ist mit der erwünschten Zeit-Durchsatz-Kurve programmiert. Die Einstelldauer ist die gleiche wie für die Brennstoff- und Dampfströme. Die Korrektur des Sauerstoff durchsatzes kann nach oben oder unten erfolgen in Abhängig keit von der Beschaffenheit der Brennstoffströme und der eventuellen Zumischung von Dampf. Bei dem angegebenen Beispiel wird der Sauerstoffdurchsatz gesteigert, um die zusätzlichen Anforderungen bei der Partialoxidation eines flüssigen Kohlenwasserstoffs gegenüber einem kohlenstoffrei chen Festbrennstoff zu erfüllen.

Der Durchsatz des freien Sauerstoff enthaltenden Gases in Leitung 63 wird erfaßt, und der Durchsatzgeber 67 erzeugt ein Signal b entsprechend dem Durchsatz dieses Gases durch die Leitung 63. Der Durchsatz-Schreiber-Regler mit Geber 74 enthält einen Mikrorechner, der das Signal b empfängt, es mit einem Signal vergleicht, das den Soll-Durchsatz für diesen Augenblick bezeichnet, und ein entsprechendes Stellsignal für das Absperrorgan 65 erzeugt, so daß dieses weiter geöffnet wird, wodurch das freien Sauerstoff enthal tende Einsatzgas in Leitung 68 für diesen Augenblick der Einleitungsperiode einen bestimmten erhöhten Durchsatz annimmt. Der neue Durchsatz des Gases wird erfaßt und der Zyklus wiederholt. Dadurch sind wiederholte Korrekturen des Sauerstoffdurchsatzes möglich, und das in Leitung 70 strö mende freien Sauerstoff enthaltende Gas wird in einer Menge in die Leitung 18 eingeleitet, die die Temperatur in der Reaktionszone im wesentlichen gleichbleibend hält.

Bei einer anderen Ausführungsform wird der Durchsatz des freien Sauerstoff enthaltenden Gases nach oben oder unten korrigiert zur Erzielung einer erwünschten Temperatur in der Reaktionszone und einer erwünschten Zusammensetzung des Produktgases. Alternativ kann mit den erläuterten Mitteln das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in der Reaktionszone auf Auslegungsbedingungen, d. h. im Bereich von ca. 0,5-1,7, eingeregelt werden.

Die Operation des Systems bei Verwendung nur der Ringkammer des Brenners gleicht der in Verbindung mit der zentralen Kammer des Brenners erläuterten Operation. Der Anteil der Einsatzaufschlämmung in Leitung 44 wird in die Reaktionszone 31 des Synthesegaserzeugers 41 durch eine eine Drehzahlrege lung 56 aufweisende Verdrängerpumpe 55, die Leitung 57, den Durchsatzerfasser-Geber 58, die Leitung 59, das Absperrorgan 76, Leitungen 60 und 16, den Einlaß 29 des Brenners 1, den Ringverteiler 28 und das ringförmige Rohrbündel 7 gefördert.

Der Durchsatz der Aufschlämmung durch die Leitung 44 wird von der Drehzahl der Verdrängerpumpe 55 bestimmt. Um den Aufschlämmungsstrom durch die Leitung 44 abzubrechen, wird diese Drehzahl kontinuierlich vom Höchstwert auf Null während eines Zeitraums von ca. 1-3600 s, etwa ca. 60-1800 s, z. B. 300-1000 s, vermindert. Der Durchsatz- Schreiber-Regler mit Geber 61 umfaßt einen Mikrorechner, der mit der erwünschten Zeit-Durchsatzverminderungs-Kurve programmiert ist. Der Durchsatz der Aufschlämmung in Leitung 57 wird erfaßt, und der Durchsatzgeber 58 erzeugt ein Signal d entsprechend dem Durchsatz durch die Leitung 44. Der Durchsatz-Schreiber-Regler 61 empfängt das Signal d, ver gleicht es mit einem Signal, das die Soll-Drehzahl für diesen Augenblick bezeichnet, und beaufschlagt den Drehzahl regler 56 mit einem entsprechenden Stellsignal, so daß die Pumpendrehzahl verringert wird, wodurch die in Leitung 59 befindliche Einsatzaufschlämmung mit einem für diesen Augenblick der Abbruchperiode bestimmten verminderten Durchsatz strömt. Der neue Aufschlämmungs-Durchsatz wird erfaßt und der Zyklus wiederholt. Auf diese Weise sind wiederholte Korrekturen des Durchsatzes durchführbar, und der Aufschlämmungsstrom durch die Leitung 60 wird abge brochen.

Gleichzeitig mit dem Abbrechen des durch die Leitung 44 strömenden Teils der Hauptbrennstoff-Aufschlämmung wird während desselben Zeitraums der flüssige kohlenwasserstoff reiche Ersatzbrennstoff in Leitung 162 eingeleitet. Der Durchsatz-Schreiber-Regler mit Geber 172 umfaßt einen Mikrorechner, der mit der erwünschten Zeit-Durchsatzerhö hungs-Kurve programmiert ist. Der Öldurchsatz durch die Leitung 162 wird erfaßt und ein Signal q vom Durchsatzgeber 168 erzeugt, das dem Öldurchsatz in Leitung 162 entspricht. Der Durchsatz-Schreiber-Regler 172 empfängt das Signal q, vergleicht es mit einem Signal, das den für diesen Augen blick bestimmten Soll-Durchsatz bezeichnet, und erzeugt ein entsprechendes Stellsignal für das Absperrorgan 164, das weiter geöffnet wird, so daß das Einsatzöl in Leitung 169 während dieses Augenblicks der Einleitungsphase mit erhöhtem Durchsatz strömt. Der neue Öldurchsatz wird erfaßt und der Zyklus wiederholt. Dadurch sind wiederholte Korrekturen der Durchsätze des Haupt- und des Ersatzbrennstoffs möglich, so daß das durch die Leitung 170 strömende Öl in die Leitung 16 in einer Menge eingeleitet wird, die die verringerte Menge an kohlenstoffreicher Festbrennstoff-Aufschlämmung durch die Leitung 60 kompensiert.

Während oder nach der Periode, in der die kohlenstoffreiche Haupt-Festbrennstoff-Aufschlämmung aus Leitung 44 abgebro chen und der flüssige kohlenwasserstoffreiche Ersatzbrenn stoff aus Leitung 162 eingeleitet wird, ist das Temperatur moderator/Brennstoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone z. B. auf Auslegungsbedingungen einregelbar oder wird im wesentlichen mit einer Schwankung von ±10% gleichbleibend gehalten, indem der Durchsatz des Temperaturmoderators erhöht oder verringert wird. Infolgedessen wird bei dem vorliegenden Beispiel gleichzeitig mit dem Abbrechen der Kohle-Wasser-Aufschlämmung eine zusätzliche Menge H₂O von einer externen Versorgung während des gleichen Zeitraums eingeleitet. Nach Fig. 4 wird ein Teil des Dampfs in Leitung 180 durch die Leitung 182 geführt und in die Leitung 17 eingeleitet, in der er sich mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas aus Leitung 73 vermischt. Der Durchsatz- Schreiber-Regler mit Geber 192 enthält einen Mikrorechner, der mit der erwünschten Zeit-Durchsatzsteigerungs-Kurve programmiert ist.

Der Dampfdurchsatz durch Leitung 182 wird erfaßt, und es wird vom Durchsatzgeber 188 ein diesem Dampfdurchsatz entsprechendes Signal t erzeugt. Der Durchsatz-Schreiber- Regler 192 empfängt das Signal t, vergleicht es mit einem Signal, das den Soll-Durchsatz für diesen Moment bezeichnet, und erzeugt ein entsprechendes Stellsignal für das Absperr organ 184, so daß dieses weiter geöffnet wird, wodurch der Einsatzdampf in Leitung 189 mit einem für diesen Augenblick der Einleitungsperiode bestimmten erhöhten Durchsatz strömt.

Bei einer anderen Ausführungsform wird das H₂O/Brenn stoff-Gewichtsverhältnis in der Reaktionszone nach oben oder unten dadurch korrigiert, daß der Dampfdurchsatz in der erläuterten Weise geregelt wird, so daß in der Reaktions zone eine erwünschte Temperatur und eine erwünschte Zusam mensetzung des Produktgases erhalten werden.

Gleichzeitig mit oder nach dem Abbrechen des Hauptbrenn stoffstroms, dem Einleiten des Ersatzbrennstoffs und gegebe nenfalls dem Einleiten oder Abbrechen des Dampfstroms in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Brennstoffe ist das freien Sauerstoff enthaltende Gas nach oben oder unten änderbar, so daß die Temperatur in der Reaktionszone z. B. auf Auslegungsbedingungen eingeregelt wird oder mit einer Abweichung von ±111°C (±200°F) im wesentlichen gleichbleibend gehalten wird. Bei dem vorliegenden Beispiel wird ein Teil des freien Sauerstoff enthaltenden Gases in Leitung 62 durch Leitung 64 geführt und in Leitung 17 eingeleitet, in der es sich mit dem gegebenenfalls von der Leitung 190 kommenden Dampf vermischt, wie bereits erläutert wurde. Der Durch satz-Schreiber-Regler mit Geber 75 enthält einen Mikrorech ner, der mit der erwünschten Zeit-Durchsatz-Kurve program miert ist. Die Einstellperiode ist dieselbe wie für die Brennstoff- und Dampfströme. Die Korrektur des Sauerstoff durchsatzes kann nach oben oder unten erfolgen in Abhängig keit von der Beschaffenheit der Brennstoffströme und der eventuellen Zugabe von Dampf. Bei dem vorliegenden Beispiel wird der Sauerstoffdurchsatz gesteigert, um die zusätzlichen Anforderungen für die Partialoxidation eines flüssigen Kohlenwasserstoffs gegenüber einem kohlenstoffreichen Festbrennstoff zu erfüllen.

Der Durchsatz des freien Sauerstoff enthaltenden Gases durch Leitung 64 wird erfaßt, und der Durchsatzgeber 71 erzeugt ein entsprechendes Durchsatzsignal e. Der Durchsatz-Schrei ber-Regler 75 empfängt das Signal e, vergleicht es mit einem Signal, das den Soll-Durchsatz für diesen Augenblick be zeichnet, und erzeugt ein entsprechendes Stellsignal für das Absperrorgan 66, so daß dieses weiter geöffnet wird, wodurch das freien Sauerstoff enthaltende Einsatzgas in Leitung 72 mit einem für diesen Augenblick der Einleitungsperiode festgelegten erhöhten Durchsatz strömt. Der neue Durchsatz des freien Sauerstoff enthaltenden Gases wird erfaßt und der Zyklus wiederholt. Dadurch sind wiederholte Korrekturen des in Leitung 73 strömenden freien Sauerstoff enthaltenden Gases möglich, und dieses wird in die Leitung 17 in einer Menge eingeleitet, die die Temperatur in der Reaktionszone im wesentlichen gleichbleibend hält.

Bei einer anderen Ausführungsform wird der Durchsatz des freien Sauerstoff enthaltenden Gases nach oben oder unten korrigiert zur Erzielung einer erwünschten Temperatur in der Reaktionszone und einer erwünschten Zusammensetzung des Produktgases. Alternativ kann durch die angegebenen Mittel das Atomverhältnis Sauerstoff/Kohlenstoff in der Reaktions zone auf Auslegungsbedingungen, d. h. im Bereich von ca. 0,5-1,7, eingeregelt werden.

Die vorgenannten Zeit-Durchsatz-Kurven zur Programmierung der Durchsatzregler 191, 192, 171, 172, 51, 61, 74 und 75 können durch herkömmmliche Berechnungen auf der Grundlage von Wärme- und Gewichtsbilanzen für das Gesamtsystem erstellt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform können die Parameter für diese und andere Berechnungen mit herkömmlichen Detektoren erfaßt und die daraus resultierenden Signale einer Gesamtre geleinheit bzw. einem Rechner 40 zugeführt werden. Die Eingabe zur Durchsatzregeleinheit 40 kann manuell erfolgen oder ein Signal von einem Rechner, einem Analysator oder einem Fühler sein. Die Regeleinheit 40 umfaßt konventionel le, d. h. pneumatische oder elektronische, Bauelemente und Schaltkreise zum Erzeugen von Signalen für die Betätigungen der Drehzahlregler und Absperrorgane.

In der Regeleinheit 40 werden die vom Computer errechneten Werte oder die manuell eingegebenen Sollwerte für die Soll-Durchsätze zu bestimmten Zeitpunkten für die verschie denen Ströme mit den Signalen a, d bzw. s, t bzw. m, q bzw. b, e verglichen. Z. B. kann aufgrund des Signals a und/oder d die Regeleinheit 40 automatisch den Pumpendrehzahlregler 46 und/oder 56 verstellen durch Abgabe des Signals c und/oder f an den Durchsatz-Schreiber-Regler 51 und/oder 61. Alternativ kann das Signal c und/oder f direkt dem Drehzahl regler 46 und/oder 56 zugeführt werden. Das Signal i und/oder g von der Regeleinheit 40 kann dazu genutzt werden, das Absperrorgan 77 und/oder 76 für die kohlenstoffreiche Festbrennstoffaufschlämmung zu schließen. Bei einer anderen Ausführungsform kann z. B. der Durchsatz-Schreiber-Regler 51 ein Signal a vom Durchsatzgeber 48 und ein Signal c von der Regeleinheit 40 empfangen und das Drehzahl-Korrektursignal für die Betätigung des Drehzahlreglers 46 berechnen.

Ebenso kann aufgrund des Signals s und/oder t die Regelein heit 40 automatisch die Dampf-Absperrorgane 183 und/oder 184 dadurch einstellen, daß Signale u und/oder r dem Durchsatz- Schreiber-Reglern 191 und/oder 192 zugeführt werden.

Ebenso kann die Regeleinheit 40 aufgrund der Signale m und/oder q die Absperrorgane 163 und/oder 164 für den flüssigen Kohlenwasserstoff-Brennstoff einstellen, indem Signale w und/oder x den Durchsatz-Schreiber-Reglern 171 und/oder 172 zugeführt werden.

Ferner kann aufgrund der Signale b und/oder e die Regelein heit 40 automatisch das Absperrorgan 65 und/oder 66 für das freien Sauerstoff enthaltende Gas dadurch verstellen, daß Signale j und/oder h den Durchsatz-Schreiber-Reglern 74 und/oder 75 zugeführt werden.

Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform des Zweikammerbren ners. Zwei hintereinander angeordnete Vormischkammern sind in der zentralen Leitung in der zentralen Kammer und ferner in dem Ringkanal in der Ringkammer positioniert. Die Enden des zentralen Rohrbündels in der zentralen Kammer und des Ringrohrbündels in der Ringkammer sind von der Brennerend fläche nach oben zurückgesetzt. In Fig. 5 umfaßt der Brenner 80 eine zentrale Leitung 81, die teilweise die Wandung 82 zwischen dem zentralen Kanal 83 und einem koxialen, radial im Abstand angeordneten Ringkanal 84 bildet, zwei Reihen eines zentralen Parallelrohrbündels 85, die in Längsrichtung den oberen Abschnitt des zentralen Kanals 83 durchsetzen und obere Enden 86 haben, die hermetisch dicht durch die Rohr wand 87 verlaufen, sowie untere Enden 88 aufweisen, die von der Endfläche 89 am unteren Ende des Brenners 80 nach oben zurückgesetzt sind, eine koaxiale konzentrische, radial beabstandete Außenleitung 90, die den Ringkanal 84 über dessen Länge umgibt, zwei Reihen eines ringförmigen Paral lelrohrbündels 95, das in Längsrichtung den Ringkanal 84 durchsetzt und dessen obere Enden 96 hermetisch dicht die Rohrwandung 97 durchsetzen und dessen untere Enden 98 von der Brennerendfläche 89 nach oben zurückgesetzt sind, einen Ringverteiler 100 in Verbindung mit den oberen Enden 96 des ringförmigen Rohrbündels 95, einen Verteiler 101, der zylindrisch sein kann, in Verbindung mit den oberen Enden 86 des zentralen Rohrbündels 85, einen Einlaß 102 für die Einleitung des ersten Einsatzstromes in den zentralen Vertei ler 101, einen Einlaß 103 zur Einleitung eines zweiten Einsatzstroms in den zentralen Kanal 83 und in die das zentrale Rohrbündel 85 umgebenden Zwischenräume, einen Einlaß 104 zur Einleitung eines dritten Einsatzstroms in den Ringverteiler 100, einen Einlaß 105 zur Einleitung eines vierten Einsatzstroms in den Ringkanal 84 und in die das ringförmige Rohrbündel 95 umgebenden Zwischenräume, Kühl schlangen 106, die den Außendurchmesser der Außenleitung 80 über deren Länge umgeben, und eine hohle Kühlkammer 107 am untersten Ende des Brenners.

Die scheibenförmige zentrale Rohrwandung 87 verschließt den zentralen Kanal 83 unterhalb von dessen oberem Ende. Ebenso verschließt die ringförmige Rohrwandung 97 den Ringkanal 84 unterhalb seines oberen Endes. Konventionelle Mittel, d. h. Schweißen, Drehen, Bördeln, das Vorsehen von Gewinden oder Walzen, können angewandt werden, um eine druck- und gasdich te hermetische Verbindung herzustellen, wo das zentrale und das ringförmige Rohrbündel die jeweiligen Rohrwandungen durchdringen. Es ist auch möglich, mechanische Druckan schlußstutzen oder Kupplungen vorzusehen.

Die Platte 108, die ebenfalls scheibenförmig sein kann, schließt das obere Ende der zentralen Leitung 81 dicht ab. Der Zwischenraum zwischen der Platte 108 und der Rohrwandung 87 bildet den zentralen Verteiler 101. Dadurch kann z. B. ein Teil eines ersten Reaktionsstroms aus der Einsatzleitung 102 in den zentralen Verteiler 101 eingeleitet und dann in eine Mehrzahl Teilströme unterteilt werden, die die Rohrwan dung 87 und die einzelnen Rohre des zentralen Rohrbündels 85 durchströmen. Die ringförmige Scheibe 109 schließt das obere Ende des Ringkanals 84 dicht ab. Der Zwischenraum zwischen der Ringscheibe 109 und der ringförmigen Rohrwandung 97 bildet den Ringverteiler 100. Gleichzeitig mit der Einfüh rung des ersten Reaktions-Einsatzstroms kann der dritte Reaktions-Einsatzstrom aus der Einsatzleitung 104 in den Ringverteiler 100 eingeleitet und in eine Mehrzahl Teil ströme aufgeteilt werden, die die Rohrwandung 97 und die Einzelrohre des ringförmigen Rohrbündels 95 durchströmen.

Wandhalterungen oder Rohrabstandselemente 115 halten die Einzelrohre des ringförmigen Rohrbündels 95 berührungsfrei und parallel ortsfest in bezug aufeinander, die Innen seite der Außenleitung 90 und den Außendurchmesser der zentralen Leitung 81. Ebenso halten Wandhalterungen oder Rohrabstandselemente 116 die Einzelrohre des zentralen Rohrbündels 85 berührungsfrei und parallel ortsfest in bezug aufeinander sowie den Innendurchmesser der zentralen Leitung 81.

Während die Vormischzonen bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zwei gesonderte koaxiale zentrale Vormischkammern 117 und 118 hintereinander in der zentralen Leitung 83 sowie zwei gesonderte koaxiale ringförmige Vormischkammern 119 und 120 hintereinander im Ringkanal 84 umfassen, kann die Vormischzone anderer Ausführungsformen der Erfindung eine oder mehrere, z. B. 2-5, koaxiale zentrale und/oder ringför mige Vormischkammern aufweisen. Jede zentrale Vormischkammer mit Ausnahme der ersten der Serie umfaßt einen koaxialen zylindrischen Hauptteil 121, auf den ein koaxialer, minde stens teilweise konvergenter kegelstumpfförmiger Austritts teil 122 folgt, der gegebenenfalls in einen geradzylindri schen Teil 123 übergehen kann. Dieser Austrittsteil ist in Fig. 5 als konvergente zentrale Düse 124 dargestellt, die an der unteren Endfläche des Brenners endet. Gegebenenfalls können noch zu erläuternde Austrittsdüsen 124 und 133 aus einem wärme- und verschleißfesten Werkstoff wie Silizium- oder Wolframcarbid bestehen.

Die erste zentrale Vormischkammer der Serie hat einen geraden koaxialen zylindrischen Hauptteil 125, der durch eine kreisrunde Öffnung 126 direkt in die nächste zentrale koaxiale Vormischkammer 118 führt. Bevorzugt ist der Einlaß zur ersten zentralen Vormischkammer 117 ein Teil eines konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitts 127.

Jede koaxiale ringförmige Vormischkammer 120 mit Ausnahme der ersten ringförmigen Vormischkammer 119 umfaßt einen koaxialen erzeugten normalzylindrischen ringförmigen Haupt teil 130, der von einem koaxialen erzeugten, mindestens teilweise konvergenten kegelstumpfförmigen ringförmigen Auslaßteil 131 gefolgt ist, der sich gegebenenfalls in einen koaxialen erzeugten normalzylindrischen Ringteil 132 entwickeln kann. Dieser Auslaßteil ist in Fig. 5 als konvergente ringförmige Austrittsdüse 133 gezeigt, die an der unteren Endfläche des Brenners endet. Die erste koaxiale ringförmige Vormischkammer 119 umfaßt einen koaxialen erzeugten normal zylindrischen ringförmigen Hauptteil 134, der durch eine ringförmige Öffnung 135 in die nächste koaxiale ringförmige Vormischkammer 120 führt. Bevorzugt umfaßt der Einlaß in die erste ringförmige Vormischkammer 119 einen Teil eines koaxialen erzeugten konvergenten kegelstumpfförmigen Ab schnitts 136.

Die hohle Endplatte 107 umfaßt einen Vorderabschnitt 137 am äußersten Ende des Brenners, der eben oder gewölbt sein kann und der eine koaxiale zentrale ringförmige Kühlkammer 138 aufweist, die die Austrittsdüse 124 der zentralen Leitung umgibt, und/oder eine koaxiale, radial beabstandete ringför mige Kühlkammer 139, die die ringförmige Austrittsdüse 133 an der Brennerspitze umgibt. Die Kühlkammer kann mit der im übrigen ebenen Brennerspitze entsprechend Fig. 4 verbunden sein, oder sie kann eine Verlängerung der zentralen und der Außenleitung sein. Kalter Kühlwasser aus der Leitung 140 tritt in die ringförmige Kühlkammer 139 ein, wird durch Umlenkelemente aufgeteilt, strömt auf einer Bahn von 180° und verläßt die Kühlkammer durch einen gegenüberlie genden Auslaß, der mit äußeren Schlangen 106 verbunden ist. Kühlwasser wird in die zentrale ringförmige Kühlkammer 138 durch die Leitung 145 eingeleitet, die mit einem Durchlaß 146 verbunden ist, der in Längsrichtung nach unten durch die Wandung 82 in der zentralen Leitung 81 führt. Das Kühlwasser wird durch Umlenkelemente aufgeteilt, strömt auf einer Bahn von 180° um den zentralen Kühlkanal 138 und tritt aus einem entgegengesetzten koaxialen Längsdurchlaß (nicht gezeigt) ähnlich dem Durchlaß 146, jedoch an einer anderen Stelle in der Wandung 82, aus.

Fakultativ kann ein gasförmiger Einsatzstrom, der Dampf, freien Sauerstoff enthaltendes Gas, CO₂, N₂, Heizgas, ein Kreislaufanteil des Produktgases oder Gemische dieser Gase ist, in mindestens eine zentrale und/oder ringförmige Vormischkammer durch mindestens eine Einlaßleitung 149 eingeleitet werden, die mit mindestens einem Längskanal 147 in der Wandung 82 der zentralen Leitung 81 und mindestens einem Zweigkanal 148, der den Längskanal 147 mit den Vor mischkammern verbindet, verbunden ist.

Fig. 5 zeigt das zentrale Rohrbündel 85 und das Ringrohrbün del 95 als aus einer Mehrzahl Parallelrohre bestehend; gemäß einer anderen Ausführungsform des Brenners (vgl. Fig. 5 der US-Patentanmeldung Serial-Nr. 212 054 sowie der veröffent lichten FR-Patentanmeldung Nr. 80 27 516) können das zentrale und das ringförmige Rohrbündel spiralförmig sein.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen von Gasgemischen, enthaltend H₂, CO, CO₂, mitgeführte Kohlenstoffteilchen und mindestens eines der Materialien H₂O, N₂, H₂S, COS, CH₄, A_r oder Asche, in einem nichtkatalytischen Freistrom-Partial oxidations-Gaserzeuger unter Verwendung eines Ein- oder Zweikammerbrenners mit mindestens einer ersten Fluidleitung oder Gruppe von Fluidleitungen zur Bildung eines ersten Fluidkanals bzw. erster Fluidkanäle und mindestens einer zugehörigen, radial davon im Abstand angeordneten und die erste Fluidleitung oder Fluidleitungsgruppe umgebenden zweiten Fluidleitung zur Bildung mindestens eines ringförmi gen zweiten Fluidkanals dazwischen, wobei entweder eine zentrale oder eine zentrale und eine ringförmige Austritts öffnung an dem Brennerkopf ausgebildet ist, und unter Umschaltung von einem Reaktions-Einsatzstrom zu einem zweiten ohne Abschaltung oder Druckminderung des Systems, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte:

(1) Leiten eines ersten Reaktionsstroms aus einer ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder aus einem kohlenwasserstoffreichen Brennstoff, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderator, durch mindestens einen der ersten oder zweiten Fluidka näle;
(2) gleichzeitiges Leiten eines gesonderten Reaktionsstroms eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases, gegebenen falls im Gemisch mit einem Temperaturmoderatorgas, durch denjenigen ungenutzten Kanal bzw. diejenigen Kanäle des Brenners, die dem Kanal zugehörig sind, durch den der erste Reaktionsstrom gemäß (1) strömt;
(3) Vermischen der Reaktionsströme gemäß (1) und (2) unter Erzeugung eines wohlverteilten Gemischs und Umsetzen des Gemischs durch Partialoxidation in der Reaktionszone des Gaserzeugers bei einer autogenen Temperatur im Bereich von ca. 926-1927°C, einem Druck im Bereich von ca. 1-295 bar, einem Sauerstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis im Bereich von ca. 0,5-1,7 und einem H₂O/Brennstoff- Gewichtsverhältnis im Bereich von ca. 0-5,0;
(4) Abbrechen des Stroms aus der ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder dem kohlenwasserstoff reichen Brennstoff, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderator, aus der oder den Fluidkanälen, die er durchströmt, mit einem gleichmäßig abnehmenden Durchsatz, der sich während eines Zeitraums im Bereich von ca. 1-3600 s vom Höchstwert auf Null verringert, und gleichzeitiges Einleiten des Stroms aus der zweiten kohlenstoffreichen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder dem kohlenwasserstoffreichen Brennstoff, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmoderator, in denselben Fluidkanal im Brenner mit einem gleichmäßig steigenden Durchsatz, der sich während desselben Zeitraums von Null auf den Höchstwert ändert, und Vermischen des eingeleiteten Stroms mit dem in dem Fluidkanal strömenden Reststrom der ersten kohlenstoffreichen Festbrennstoff- Aufschlämmung oder des kohlenwasserstoffreichen Brenn stoffs, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperatur moderator; und
(5) Einregeln des Durchsatzes des den Brenner durchströmenden Reaktionsstroms des freien Sauerstoff enthaltenden Gases, gegebenenfalls im Gemisch mit einem Temperaturmo derator, und erforderlichenfalls Einleiten von zusätzli chen H₂O in die Reaktionszone zum Einstellen des Atomverhältnisses von freiem Sauerstoff/Kohlenstoff und des H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnisses in der Reaktionszone auf Auslegungsbedingungen für die Partial oxidations-Reaktion.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (5) die Temperatur in der Reaktionszone im wesentlichen konstant und das H₂O/Brenn stoff-Gewichtsverhältnis im Bereich von ca. 0,1-3,0 ge halten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kohlenwasserstoffreiche Brennstoff eine pumpfähige Aufschlämmung eines kohlenstoffreichen Festbrennstoffs in einem flüssigen Trägermedium ist, wobei letzteres Wasser, flüssi ger Kohlenwasserstoff-Brennstoff oder Gemische derselben ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kohlenstoffreiche Festbrennstoff Kohle, Braunkohle, Kohlenkoks, Holzkohle, Kohleverflüssigungs-Rückstände, Kohlenstoffteilchen, Petrolkoks, aus Ölschiefer, Teersanden und Pech abgeleitete Feststoffe, konzentrierter Klärschlamm, Müllteilchen, Gummi oder Gemische dieser Stoffe ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als Brenner ein Einkammerbrenner eingesetzt wird, wobei die erste Fluidleitung von der Brennerendfläche stromaufwärts um einen Betrag zurückgesetzt ist, der etwa das 3-10fache des Min destdurchmessers der zentralen Austrittsöffnung am Brenner kopf beträgt, so daß eine Vormischzone gebildet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormischzone 2-5 hintereinander liegende koaxiale zylindrische Vormischkammern umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als Brenner ein Zweikammer-Brenner eingesetzt wird, wobei die erste Gruppe Fluidleitungen in der ersten Brennerkammer ein Parallelrohrbündel aufweist, dessen Enden stromabwärts von der Brennerendfläche um einen Betrag nach oben zurückgesetzt sind, der etwa das 0-12fache des Mindestdurchmessers der zentralen Austrittsöffnung am Brennerkopf beträgt, und wobei die erste Gruppe Fluidleitungen in der zweiten Bren nerkammer ein ringförmiges Parallelrohrbündel aufweist, dessen Unterenden von der Brennerendfläche nach oben um einen Betrag zurückgesetzt sind, der etwa das 0-12fache der Mindestweite der ringförmigen Austrittsöffnung am Brenner kopf beträgt.

8. Vorrichtung zur Partialoxidation unter Einleitung einer Mehr zahl Reaktionsströme in die Reaktionszone eines Partialoxidations-Gas erzeugers, gekennzeichnet durch

- einen Brenner (1) mit mindestens einer ersten Fluidlei tung (15) oder Leitungsgruppe zur Bildung eines ersten Fluidkanals bzw. von Fluidkanälen und einer jede erste Fluidleitung oder Fluidleitungsgruppe umgebenden zweiten Fluidleitung (16) oder Leitungsgruppe unter Bildung eines zweiten Fluidkanals zwischen beiden;
- zwei gesonderte Brennereinlaßleitungen (9, 8), die jeweils mit jeder ersten Fluidleitung oder Fluidleitungen bzw. jeder zweiten Fluidleitung verbunden sind;
- ein Leitungssystem mit vier Einsatzleitungen (43, 63, 161, 181), die vier verschiedene Einsatzströme mit den Brennereinlaßleitungen (9, 8) zwecks Einleitung der beiden Einsatzströme in den Brenner (1) verbinden, wobei jeweils ein Paar Einsatzleitungen jeder Brennereinlaßleitung (9 bzw. 8) zugeordnet ist und die Einsatzströme oder Gemische derselben aus dem Brenner in die Reaktionszone (31) austreten;
- eine gesonderte Durchsatz-Erfassungseinheit (48, 67, 165, 185) und einen gesonderten Durchsatzregler (51, 74, 171, 191) in jeder Einsatzleitung (43, 63, 161, 181) zur jeweils unabhängigen Erfassung des Durchsatzes jedes durch eine bestimmte Einsatzleitung geführten Materials und zur Erzeugung eines dem Ist-Durchsatz dieses Einsatz stroms entsprechenden Signals; und
- eine Regeleinrichtung (40), die die Signale der Durchsatz-Erfassungseinheiten (48, 67, 165, 185) empfängt, jedes Ist-Durchsatzsignal mit einem manuell oder automatisch berechneten und eingegebenen Eingangssignal entsprechend dem Soll-Durchsatz jedes Einsatzstroms in diesem Augenblick vergleicht und ein entsprechendes Stellsignal zum gesonderten Betätigen des Durchsatzreg lers (51, 74, 171, 191) in der jeweiligen Einsatzleitung erzeugt und die den Durchsatz jedes in den Brenner (1) in diesem Augenblick eintretenden Einsatzstroms unabhängig so regelt, daß jeweils ein Einsatzstrom jedes Paars von Einsatzströmen während eines Zeitraums im Bereich von ca. 1-3600 s mit gleichmäßig abnehmendem Durchsatz vom Höchstwert auf Null abgebrochen wird, während gleichzei tig ein davon verschiedener Einsatzstrom in dieselbe Einsatzleitung während desselben Zeitraums mit gleichmä ßig steigendem Durchsatz von Null bis zum Höchstwert eingeleitet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Einsatzstrom Dampf, der zweite Einsatzstrom ein flüssiger oder gasförmiger kohlenwasserstoffreicher Brennstoff, der dritte Einsatzstrom eine pumpfähige kohlen stoffreiche Festbrennstoff-Aufschlämmung und der vierte Einsatzstrom ein freien Sauerstoff enthaltendes Gas ist, und
daß jeder Durchsatzregler für die unabhängige Einstellung des Durchsatzes des ersten, des zweiten und des vierten Einsatzstroms ein Durchsatzregelorgan (65, 163, 183) und der Durchsatzregler für die unabhängige Einstellung des Durch satzes des dritten Einsatzstroms eine drehzahlgeregelte Pumpe (45) ist.

10. Verfahren zur Erzeugung von Gasgemischen, enthaltend H₂, CO, CO₂, mitgeführte Kohlenstoffteilchen und minde stens einen der Stoffe H₂O, H₂, H₂S, COS, CH₄, A_r oder Asche, in einem nichtkatalytischen Freistrom-Partial oxidations-Gaserzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfahren und Betreiben des Gaserzeugers unter Verwendung eines Zweikammerbrenners, der eine zentrale Kammer und eine Ringkammer mit jeweils zwei gesonderten Fluidkanälen in jeder Kammer aufweist, und zum Umschalten von einem Reaktions-Einsatzstrom auf einen anderen ohne Abschaltung oder Druckminderung des Systems folgende Verfah rensschritte vorgesehen sind:

(1) Leiten eines ersten Reaktionsstroms aus gasförmigem oder flüssigem kohlenwasserstoffreichem Brennstoff, gegebe nenfalls im Gemisch mit H₂O, durch den ersten oder den zweiten Fluidkanal in der zentralen Brennerkammer und/oder gleichzeitiges Leiten eines zweiten Reaktions stroms eines gasförmigen oder flüssigen kohlenwasser stoffreichen Brennstoffs, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, durch den dritten oder den vierten Fluidkanal in der Ringkammer des Brenners;
(2) gleichzeitiges Leiten eines gesonderten Reaktionsstroms aus Luft, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, durch den unbesetzten Fluidkanal in derjenigen zentralen und/oder der ringförmigen Brennerkammer, die den Fluidkanälen zugeordnet sind, durch die der Strom bzw. die Ströme des ersten gasförmigen oder flüssigen kohlenwasserstoffrei chen Brennstoffs, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, geleitet werden;
(3) Vermischen der Reaktionsströme von Schritt (1) und Schritt (2) unter Bildung eines wohlverteilten Gemischs und Verbrennen der Gemische unter im wesentlichen vollständiger Verbrennung in der Reaktionszone des Gaserzeugers bei einer Temperatur im Bereich von ca. 1093-2482°C und einem Druck im Bereich von ca. 0,5-295 bar;
(4) Abbrechen des Stroms bzw. der Ströme aus dem ersten gasförmigen oder flüssigen kohlenwasserstoffreichen Brennstoff, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, durch die Fluidkanäle in der zentralen und/oder der Ringkam mer, wobei dieses Abbrechen während eines Zeitraums von ca. 1-3600 s mit gleichmäßig vom Höchstwert auf Null abnehmendem Durchsatz erfolgt; gleichzeitiges Einleiten des Stroms bzw. der Ströme der kohlenstoffreichen Aufschlämmung des Hauptfestbrennstoffs oder des kohlen wasserstoffreichen Hauptbrennstoffs, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, in denselben Fluidkanal bzw. diesel ben Fluidkanäle innerhalb desselben Zeitraums mit gleichmäßig von Null auf den Höchstwert steigendem Durchsatz und unter Vermischung mit dem restlichen Teil bzw. Ersetzen des Stroms aus der ersten kohlenstoffrei chen Festbrennstoff-Aufschlämmung oder des kohlenwasser stoffreichen Brennstoffs, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O; gleichzeitiges Abbrechen des Luftstroms bzw. der Luftströme, gegebenenfalls im Gemisch H₂O, durch den Fluidkanal in der zentralen und/oder der Ringkammer, wobei das Abbrechen innerhalb eines Zeitraums von ca. 1-3600 s mit gleichmäßig vom Höchstwert auf Null abneh mendem Durchsatz erfolgt; und gleichzeitiges Einleiten eines Ersatzstroms von freien Sauerstoff enthaltendem Gas, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, in denselben Fluidkanal während desselben Zeitraums mit gleichmäßig von Null auf den Höchstwert steigendem Durchsatz unter Vermischung mit dem restlichen Anteil und Ersetzen des abgebrochenen Luftstroms, dem gegebenenfalls H₂O beigemischt ist; und
(5) Einregeln des Durchsatzes des durch den Brenner strö menden Reaktionsstroms bzw. dieser Ströme von freien Sauerstoff enthaltendem Gas, gegebenenfalls im Gemisch mit H₂O, und erforderlichenfalls Einführen von zusätz lichen H₂O in die Reaktionszone zum Einregeln des Atomverhältnisses zwischen freiem Sauerstoff und Kohlen stoff sowie des H₂O/Brennstoff-Gewichtsverhältnisses in der Reaktionszone auf die Bedingungen der Auslegung der Partialoxidations-Reaktion.