DE7336959U

DE7336959U - Gas generator

Info

Publication number: DE7336959U
Application number: DE7336959U
Authority: DE
Original assignee: DEUTSCHE SHELL AG
Current assignee: DEUTSCHE SHELL AG
Publication date: 1974-04-18

Description

Beschreibung zur (rebrauchsnjusteranmeldungDescription of the (rerauchsnjusteranmeldung

Deutsche Shell Aktiengesellschaft, HamburgDeutsche Shell Aktiengesellschaft, Hamburg

betreffend ι
Gasgeneratorconcerning ι
Gas generator

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines reduzierenden Gasgemisches durch, unterstöchiometrische Verbrennung von Kohlenwasserstoffen. Sie besteht aus einer gestreckt-zylindrischen inneren Reaktionskammer, die auch als Ringraum ausgebildet sein kann - und einer coaxial dazu angeordneten, als Ringraum ausgebildeten äußeren Reaktionskammer. Der Zugang zur inneren und der Austritt aus der äußeren Reaktionskammer sind an einem Ende der Vorrichtung angeordnet, die Verbindung von der inneren zur äußeren Reaktionskammer am entgegengesetzten Ende. Der Zugang zur inneren, die Verbindung zur äußeren und der Austritt aus der äußeren Reaktionskammer verlaufen vorteilhaft in tangentialer Richtung zu den Kammern.The present invention relates to a device for generating a reducing gas mixture by sub-stoichiometric Combustion of hydrocarbons. she consists of a stretched-cylindrical inner reaction chamber, which can also be designed as an annular space can - and an outer reaction chamber arranged coaxially to it and designed as an annular space. Access to inner and the outlet from the outer reaction chamber are arranged at one end of the device, the connection from the inner to the outer reaction chamber at the opposite end. The access to the inner, the connection to the outer and the exit from the outer reaction chamber advantageously run in a tangential manner Direction to the chambers.

Die Erzeugung von mehr oder weniger stark reduzierenden Gasgemischen durch unterstöchiometrische Verbrennung vonThe generation of more or less strongly reducing gas mixtures by sub-stoichiometric combustion of

Kohlenwasserstoffen ist lange bekannt. Die erzeugten Gase werden als Schutzgas verwendet, beispielsweise oei der Glühbehandlung von Metallgegenständen, oder als Reaktionsgas, beispielsweise in Hochöfen, Die unterstöchiometrische Verbrennung erfolgt praktisch in zwei Stufent Zunächst verbrennt ein Teil des Kohlenwasserstoffes mit dem im Unterschuß vorhandenen Sauerstoff in exothermer Reaktion zu Kohlendioxyd und Wasser. Diese reagieren anschließend mit dem überschüssigen Kohlenwasserstoff zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff; diese Teil-Reaktion ist endotherm. Es hängt von dem gewählten Kohlenwasserstoff/Sauerstoff-Verhältnis ab, ob die Gesamtreaktion hinreichend exotherm ist oder nicht, in welchem Falle der Generator zusätzlich beheizt werden muß«Hydrocarbons have long been known. The generated gases are used as protective gas, for example in the annealing treatment of metal objects, or as reaction gas, for example in blast furnaces, the substoichiometric Combustion takes place practically in two stages. First, part of the hydrocarbon burns with the im Deficiency of oxygen present in an exothermic reaction to form carbon dioxide and water. These then react with the excess hydrocarbon to carbon monoxide and hydrogen; this partial reaction is endothermic. It depends on the chosen hydrocarbon / oxygen ratio whether the overall reaction is sufficiently exothermic or not, in which case the generator is also used must be heated «

Im Gegensatz zur ersten Reaktionsstufe, die gewöhnlich in einer intensiven Flamme abläuft, verläuft die zweite Reaktionsstufe relativ langsam. Man verwendet deshalb Generatoren mit großem Volumen und entsprechend langer Verweilzeit. Dies hat den Nachteil, daß in der zweiten Reaktionsstufe viel Ruß gebildet wird, dessen Beseitigung aus dem Gasstrom umständlich und kostspielig ist,- Häufig verwendet man Katalysatoren, wie Nickel, die den Reaktionsablauf der zweiten Stufe beschleunigen. Auch dabei wird In contrast to the first reaction stage, which is usually carried out in If there is an intense flame, the second reaction stage is relatively slow. One therefore uses Generators with large volumes and correspondingly long dwell times. This has the disadvantage that in the second Reaction stage a lot of soot is formed, the removal of which from the gas stream is cumbersome and expensive, - Frequently one uses catalysts such as nickel, which accelerate the reaction of the second stage. There will also be

aber dio Rußbildung nicht völlig vermieden} der auegeschiedene Ruß blockiert auf die Dauer den Katalysator, so daß die Generatorfüllung nur eine begrenzte Lebensdauer hat. Außerdem werden die Katalysatoren duroh Schwefel vergiftet, weshalb derartige Generatoren nur mit schwefelfreien Brennstoffen, wie Propan oder Butan, betrieben werden können.but the formation of soot is not completely avoided} the precipitated soot blocks the catalyst in the long run, see above that the generator filling has only a limited life. In addition, the catalysts are poisoned by sulfur, which is why such generators are only operated with sulfur-free fuels such as propane or butane can.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Generator zu schaffen, der auch mit schwefelhaltigen Brennstoffen, wie Heizöl, betrieben werden kann und der ein praktisch rußfreies Gas liefert. Ein möglichst stark reduzierendes Gas ("Monogas") ist nur selten erforderliohj ftlr die meisten Verwendungszwecke stört ein mäßiger Restgehalt an Kohlendioxyd und Wasser nicht. Es wurde deshalb eine schwach exotherme Gesamtreaktion angestrebt, so daß bei möglichster Vermeidung von Värmeverlusten auf eine zusatzliche Beheizung des Generators verziohtet werden kann. Dagegen vurde als hilfsweise Energiequelle die Vorwärmung der Verbrennungsluft in Betracht gezogen·The invention was based on the object of a generator to create, which also with sulphurous fuels, such as heating oil, and which supplies a practically soot-free gas. A reducing as much as possible Gas ("monogas") is rarely required for the A moderate residual content of carbon dioxide and water does not interfere with most purposes. So it became a The aim is to achieve a weakly exothermic overall reaction, so that additional heating of the generator can be avoided while avoiding heat losses as much as possible. On the other hand, the preheating of the combustion air was considered as an alternative energy source

Der erfindungsgemäße Generator ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Pig 1 zeigt einen Längsschnitt, Fi.j, 2 einen Querschnitt in Höhe des Zuganges zur inneren Reaktionskammer und Fig. 3 einen Querschnitt in Höhe derThe generator according to the invention is in the drawings shown schematically. Pig 1 shows a longitudinal section, Fig. 2 shows a cross section at the level of the access to the inner Reaction chamber and FIG. 3 shows a cross section at the level of the

Verbindung dar inneren mit der äußeren Reaktionekammer.Connection of the inner with the outer reaction chamber.

Der Stutzen 1 nimmt den Brenner auf. Dieser ist nicht dargestellt; je nachdem, ob der Generator mit gasförmigen, leichtflüssigen oder schweren Kohlenwasserstoffen, wie Heizöl, betrieben wird, verwendet man jeweils geeignete bekannte Brenner.- An den Brenner schließt sich die Brennkammer 2 an, die den Zugang zu der inneren Reaktionskammer 3 bildet. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Zugang 2 tangential in die Reaktionskammer 3 einmündet. Die innere Reaktionekammer 3 bildet einen langgestreckten Ringraum um den Mittelkern k. Es sei jedoch bemerkt, daß namentlich in kleineren Generatoren der Mittelkern k auch fortfallen kann, so daß die innere Reaktionskammer 3 einen gestreckten Zylinder bildet.The nozzle 1 receives the burner. This is not shown; Depending on whether the generator is operated with gaseous, light-bodied or heavy hydrocarbons such as heating oil, suitable known burners are used in each case. The combustion chamber 2, which forms the access to the inner reaction chamber 3, is connected to the burner. From FIG. 2 it can be seen that the access 2 opens tangentially into the reaction chamber 3. The inner reaction chamber 3 forms an elongated annular space around the central core k. It should be noted, however, that especially in smaller generators, the central core k can also be omitted, so that the inner reaction chamber 3 forms an elongated cylinder.

Aus dem oberen Ende der inneren Reaktionekammer 3 führen eine oder mehrere Verbindungen 5 in die äußere Reaktionskanamer 6. Aus Fig. 3 ist ersiohtlioh, daß die Verbindungen 5 tangential zu den inneren und äußeren Reaktionskammern verlaufen. Die äußere Reaktionskammsr 6 ist durch eine zylindrische Wand 7 von der inneren Reaktionskammer 3 getrennt und ist durch die Außenwand 8 begrenzt, bildet also einen Ringraum mit gleicher Achse wie die innere Reaktionakammer 3* Der Austritt 9 liegt am unteren Ende, etwa inOne or more compounds 5 lead from the upper end of the inner reaction chamber 3 into the outer reaction chamber 6. From FIG. 3 it can be seen that the connections 5 are tangential to the inner and outer reaction chambers. The outer reaction chamber 6 is through a cylindrical wall 7 separated from the inner reaction chamber 3 and is delimited by the outer wall 8, so forms an annular space with the same axis as the inner reaction chamber 3 * The outlet 9 is at the lower end, approximately in

gleicher Höhe wie der Stutzen 1, und ist ebenso wie dieser tangential geführt.same height as the nozzle 1, and is just like this guided tangentially.

Am oberen Ende der inneren Reaktionskammer 3 ist ein zweiter Zugang 10 vorgesehen, durch den ein Teilstroin des Einsatz-Kohl*nwasserstoffes eingeführt werden kann. Die entsprechende, von katalytischen Generatoren bekannte Verfahrensweise ist auch in dem erfindungsgemäßen Generator oftmals vorteilhaft zur Unterdrückung der Rußbildung. In nie-βem Falle wird bei 1 ein nahezu stöchiometrisches Kohlenwasserstoff /Luft-Verhältnis eingesetzt; das unterstöchiometrisehe Gesamtverhältnis ergibt sich erst nach Einbeziehung des Kohlenwasserstoff-Teilstromes bei 10.A second access 10 is provided at the upper end of the inner reaction chamber 3, through which a partial flow of the starting hydrocarbon can be introduced. The corresponding procedure known from catalytic generators is also often advantageous in the generator according to the invention for suppressing the formation of soot. In the case of 1, an almost stoichiometric hydrocarbon / air ratio is never used; the sub-stoichiometric total ratio is only obtained after including the hydrocarbon substream at 10.

Der Generator, insbesondere die Teile k, 7 und 8, sind in üblicher Weise aus feuerfestem Material aufgebaut und durch einen Stahlmantel 11 umgeben.The generator, in particular the parts k, 7 and 8, are constructed in the usual way from refractory material and are surrounded by a steel jacket 11.

Die Wirkungsweise des Generators ist aus seinem Aufbau ersiohtlioh. Der eingesetzte Kohlenwasserstoff verbrennt mit dem Sauerstoff der gegebenenfalls vorgewärmten Verbrennungsluft in der Brennkammer und im unteren Teil der inneren Reaktionskammer in stark exothermer Reaktion. Das entstehende Gasgemisch durohlMuft; in schneller, stark turbulenter Strömung dl« inner· Lind anschließend dieThe way the generator works is evident from its structure. The hydrocarbon used burns with the oxygen in the possibly preheated combustion air in the combustion chamber and in the lower part of the inner reaction chamber in a strongly exothermic reaction. The resulting gas mixture durohlMuft; in faster, stronger turbulent flow dl «inside and then the

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äußere Reaktionskammer. Der endotherme Teil dar Gesamt» reaktion vollzieht sich im wesentlichen in der äußeren Reaktionskammer, die durch den Energieüberschuß au» der inneren Kammer beheizt wird.outer reaction chamber. The endothermic part of the total » The reaction takes place essentially in the outer reaction chamber, which is affected by the excess of energy inner chamber is heated.

Das Prinzip des erf indungsgetnäßen Generators - die Aufeinanderfolge von mehreren, als Ringräume ausgebildeten! coaxial angeordneten Reaktionskammern, die nacheinander in Gegenstromrichtung durchlaufen werden - kann natürlich auch für andere Gasreaktionen angewandt werden, die in mehreren, zunächst exothermen und später endothermen Stufen ablaufen. Falls die Reaktion so langsam abläuft, daß am Austritt der zweiten Reaktionskammer das angestrebte Gleichgewicht noch nicht erreicht ist, kann ohne weiteres eine dritte Reaktionskammer angeordnet werden - wiederum als coaxialer R.tngraum und in Gegenrichtung durchströmt. Die Verbindung von der nunmehr mittleren zur äußeren Reaktionskammer wird zweckmäßig ebenso gestaltet wie die von der inneren zur mittleren Kammer.The principle of the generator according to the invention - the sequence of several, designed as annular spaces! coaxially arranged reaction chambers, one after the other be traversed in countercurrent direction - can of course can also be used for other gas reactions that take place in several, initially exothermic and later endothermic stages expire. If the reaction proceeds so slowly that the desired one at the outlet of the second reaction chamber If equilibrium has not yet been reached, a third reaction chamber can easily be arranged - again as a coaxial narrow space and flows through in the opposite direction. The connection from the middle to the outer one The reaction chamber is expediently designed in the same way as that from the inner to the middle chamber.

example

Es wurde ein Generator verwendet, dessen innere Reaktion«· kammer eine Länge von 158G mm und einen Durchmesser von 400 mm, dessen äußere Kammer eine Länge von 1370 mm und einen Durchmesser von 6^o/8kO mm hatte. Der GeneratorA generator was used, the inner reaction chamber of which was 158 mm in length and 400 mm in diameter, and the outer chamber of which was 1370 mm in length and 6,000 mm in diameter. The generator

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wurde mit ca, 100 kg/h Butangas von 35°C und 46.7 kg/h Luft von 620°C beaufschlagt. Das Sauerstoff/Kohlenstoff-Verhältnis betrug mithin 1.37.was with approx. 100 kg / h butane gas at 35 ° C and 46.7 kg / h Air of 620 ° C applied. The oxygen / carbon ratio was therefore 1.37.

Die Abgastemperatur am Austritt betrug ca, 1300°C. Das Abgas war rußfrei. Ein Vergleich der gemessenen Gaszusammensetzung mit der nach dem homogenen Wassergasgleichgewicht aus den vorstehenden Daten berechneten Zusammensetzung ergab folgendes:The exhaust gas temperature at the outlet was approx. 1300 ° C. That The exhaust gas was free of soot. A comparison of the measured gas composition with that according to the homogeneous water gas equilibrium The composition calculated from the above data resulted in the following:

Gemessen!Measured! BerechnetsCalculated COCO 18.4 Vol.#18.4 Vol. # 18.8 Vol.#18.8 Vol. # ^H2 ^H 2 19.2 "19.2 " 19.9 "19.9 " co₂ co ₂ 2,2 "2.2 " 1.8 "1.8 " H₂OH ₂ O 6,2 »6.2 » 6,0 »6.0 » ^N2 ^N 2 53.853.8 53.553.5 CH^CH ^ Spurentraces 0.0 ··0.0 ·· Das erzeugteThat generated Reduktionsgas kommtReducing gas is coming also der theoretischso the theoretically möglichen Gapossible Ga szusammensetzung sehrs composition very nahe,vicinity,

Protection claims

Claims

I · · · · · I ι ι I ι It »· · t I II II · It · III I I I I I I · I ι 1 I I I till I claims to protection

1. Device for generating a reducing gas mixture by substoichiometric combustion of
Hydrocarbons, characterized in that they have an elongated-cylindrical inner (3) and a
arranged coaxially to it, designed as an annular space
outer reaction chamber (6) contains uri that the access

(2) to the inner as well as the outlet (9) from the outer reaction chamber at one end, the connection (5) from the inner to the outer reaction chamber are arranged at the opposite end of the device.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the access (2) to the inner, the connection (5) from the inner to the outer and the outlet (9) from the outer reaction chamber in the tangential direction
these run.

3 «device according to claim 1, characterized in that that the inner reaction chamber (3) is designed as an elongated cylindrical annular space.

4, device according to claim 1, characterized in that that a second access (1O), intended for a partial flow of the reaction ice, to the inner reaction chamber

(3) angeordnet ist.(3) is arranged.

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