EP1337790A1 - Brenner und verfahren zur chemischen umsetzung zweier gasströme - Google Patents

Brenner und verfahren zur chemischen umsetzung zweier gasströme

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EP1337790A1
EP1337790A1 EP01997664A EP01997664A EP1337790A1 EP 1337790 A1 EP1337790 A1 EP 1337790A1 EP 01997664 A EP01997664 A EP 01997664A EP 01997664 A EP01997664 A EP 01997664A EP 1337790 A1 EP1337790 A1 EP 1337790A1
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EP
European Patent Office
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gas
supply pipe
burner
swirl
gas supply
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EP01997664A
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English (en)
French (fr)
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EP1337790B1 (de
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Harald Ranke
Michael Heisel
Sebastian Muschelknautz
Hanno Tautz
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Linde Gas AG
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Publication date
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Application filed by Linde GmbH, Linde Gas AG filed Critical Linde GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • F23D14/64—Mixing devices; Mixing tubes with injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14021—Premixing burners with swirling or vortices creating means for fuel or air

Definitions

  • the invention relates to a burner with a burner head and a gas supply pipe arranged in the burner head, which is surrounded by an annular channel for supplying a further gas, wherein in the gas supply pipe and in the annular channel means for generating a swirl through the gas supply pipe or one through the Ring channel flowing gas are located.
  • the invention further relates to a method for producing a reaction product by chemical conversion of gases which are fed to a reaction space by means of a burner as two separate gas streams and are chemically converted in the reaction space.
  • US Pat. No. 5,492,649 therefore proposes to impart a swirl to the oxygen-containing gas before it enters the mixing zone.
  • a recirculation zone is formed in the event of a swirling of the oxygen-containing gas in front of the outlet opening of the oxygen-containing gas.
  • the oxygen-containing gas has a strong angular momentum, it has a flow profile in which the flow direction reverses in the vicinity of the flow axis and a backflow occurs.
  • the steep speed gradient in the transition area between the forward and the backflow results in intense turbulence, which favors the chemical reaction between the fuel gas and the oxygen-containing gas.
  • the object of the present invention is therefore to develop a burner and a method for the chemical conversion of gases, damage to the burner being avoided as far as possible and the chemical conversion taking place as efficiently and as defined as possible.
  • a burner of the type mentioned at the outset in which the wall of the gas supply pipe tapers sharply at its outlet end and the means for generating a swirl in the gas supply pipe or the annular channel upstream from the outlet end by 0.1 to 10 times, preferably 0.5 to 5 times, and particularly preferably 0.5 to 2 times, the outer diameter of the means for generating a swirl are set back.
  • Damage to the burner tip is essentially due to the backflow of hot gases. It has been shown that one of the causes of such backflows lies in the design of the outlet end of the gas supply pipe. According to the invention, the wall of the gas supply pipe tapers at the outlet end, that is, its wall thickness gradually decreases to a value of almost zero.
  • This embodiment greatly reduces the risk of the gas streams emerging from the gas supply pipe and the annular channel tearing off in the region of the outlet end of the gas supply pipe.
  • the current filaments do not come off at the outlet end of the gas supply pipe and do not cause eddies that can lead to an undesired introduction of heat to the tip of the burner.
  • Rotational component immediately after the swirl bodies alternating areas with higher speed and areas with lower speed. That Tangential to the main flow direction of the gas periodically maximum and minimum speed occur. These speed changes at the outlet end of the gas supply pipe are responsible for the undesired separation of the flow.
  • the means for generating a swirl are therefore set back in relation to the outlet end of the gas supply pipe, i.e. arranged upstream of this.
  • the distance to the outlet opening is between 0.1 and 10 times, preferably between 0.5 and 5 times and particularly preferably between 0.5 and 2 times the inner diameter of the gas supply pipe.
  • a distance of 1.5 to 2.5 times the outside diameter of the swirl generating means has proven particularly useful.
  • the swirl generating means in the ring channel are also set back with respect to the outlet opening of the ring channel.
  • a distance of 0.5 to 1 times the outer diameter of the swirl generating agent located in the ring channel has proven to be favorable.
  • a method of the type mentioned at the outset for the chemical conversion of gases is distinguished according to the invention in that a swirl flow is applied to the gas streams before they enter the reaction chamber, i.e. H.
  • the gas streams When entering the reaction space, the gas streams have, in addition to the original essentially axial movement component, also a rotational movement component about their main flow direction.
  • the inventive additional swirling of the gas supplied via the annular gap leads to an intensive radial mass exchange between the two Gas flows and therefore a quick mix.
  • the inner ray is bundled by the outer ray, which in turn is expanded by the inner ray. This strong interaction between the two jets causes intensive and rapid mixing.
  • the invention allows a precisely definable mixing of the gas streams involved.
  • the temperature, flow and gas composition ratios can be adapted to the desired chemical reaction.
  • the expansion of the flame arising during the reaction of the two gas flows can be adjusted within wide limits via the strength of the two swirl flows.
  • the shape of the flame can be designed in a targeted manner by the swirl flow according to the invention. This allows an optimal adaptation to the size of the reaction space.
  • the residence time in the reaction space can be optimized by a suitable choice of the flow guidance.
  • the twisting of both jets involved in the reaction can take place in such a way that the two swirling flows are oriented in the same direction or in opposite directions.
  • An opposing swirl that is to say a swirl in which the swirl flows of the two gas flows in the contact area of the two gas flows are directed opposite one another, has the advantage that the gas flows are mixed very strongly with one another.
  • the chemical reaction is accelerated, which means that the reaction mixture of the gases ignites quickly.
  • the swirl of the total jet formed after the gas streams are combined is relatively small, since the two original swirl flows partially cancel each other out due to the opposing swirl of the reaction jets. The resulting flame expands relatively little.
  • the individual swirl flows are preferably aligned such that they run in the same direction.
  • the swirl currents increase in the Contact area of the two gas flows, so that a relatively high total swirl number is achieved. This results in a strong expansion of the total beam.
  • the speed along the beam axis decreases in the firing zone. Due to the reduced jet velocity, the residence time of the reactants in the reaction space increases in comparison to the known reaction procedures in which at most one of the gas streams involved is swirled.
  • the flame topology is particularly easy to adjust with a twist in the same direction.
  • the axial length and radial extension of the flame can be selected and can be adapted to the reaction space as well as the reaction conditions.
  • the mixing of the two gas streams in the vicinity of the burner tip is not as intensive as when the beams are twisted in opposite directions, so that the thermal load on the burner tip is reduced.
  • the same-directional swirl also has the advantage that with the desired total swirl number, the swirl of one of the two gas streams can be selected lower than is possible with an opposite swirl or with the known swirl of only one stream.
  • the gas supply pipe is preferably designed such that its inner diameter and / or its outer diameter decreases in the region of the outlet end.
  • the flow velocity of the gas in the gas supply pipe can be influenced by changing the inside diameter.
  • the outer diameter particularly preferably approximates the inner diameter in the vicinity of the outlet opening from the gas supply pipe, so that a sharp edge is formed directly at the outlet opening.
  • the gas streams emerging from the gas supply pipe and from the surrounding ring channel tear off at the sharp edge, thereby preventing undesired eddies and turbulence.
  • the outer wall of the ring channel is advantageously inclined in the region of the outlet end in the flow direction to the burner axis.
  • the gas streams supplied via the gas supply pipe and the ring channel are preferably brought together at a certain angle in order to improve the mixing of the streams.
  • the external stream is expanded by the central stream.
  • the external current supplied through the ring channel thus initially moves towards the burner axis and then away from the burner axis. If this change of direction takes place too quickly, eddies can occur which lead to a backflow of hot gases to the gas supply pipe can.
  • a mixing chamber advantageously adjoins the annular channel or the annular guide sleeve. These hold the flames together and promote combustion.
  • the means for generating a swirl in the gas supply pipe and / or in the ring channel have flow channels which are inclined tangentially to the direction of flow.
  • Such a design of the means for generating swirl is easy to produce, for example the channels can be milled.
  • the swirl of the current can easily be specified via the angle of the flow channels.
  • the swirl can also be generated in the ring channel and / or the gas supply pipe via appropriately aligned guide plates, guide vanes or wings. This version is particularly preferable if the pressure loss caused by the swirl is to be minimized.
  • the means for generating a swirl in the gas supply pipe and / or in the ring channel are preferably adjustable, so that swirl currents of different strengths can be generated.
  • the swirl number i.e. The strength of the swirl, the gas flows involved, the flow conditions can be adapted to the chemical reaction taking place and to the gas quantities supplied.
  • the burner's load range can be adjusted in this way and in particular increased.
  • Means for supplying an oxygen-containing gas, in particular pure oxygen are preferably connected to the gas supply pipe and means for supplying a fuel gas are connected to the ring channel. But the supply of an oxygen-containing gas through the ring channel and a fuel gas through the gas supply pipe is also favorable.
  • means for supplying a fuel gas and means for supplying an oxygen-containing gas, in particular pure oxygen are connected to the gas supply pipe.
  • a wing stabilizing the gas flow is provided in the gas supply pipe and / or the annular channel.
  • eddies can occur in the end region of the line, either the gas supply pipe or the annular channel through which the slower gas flow flows, which can damage the burner tip.
  • a wing that stabilizes the flow is therefore preferably installed in the line in which the lower flow velocity prevails.
  • the wing is designed in such a way that the flow velocity in the channel that forms is increased between the wall separating the gas supply pipe and the annular channel and the wing.
  • the wing is advantageously set back relative to the outlet end of the gas supply pipe or the annular channel. This has the advantage that the wing is completely within one of the two gas flows.
  • the gas flow cools the wing, in particular at its downstream end, and prevents the hot reaction mixture of the two gas flows from coming into contact with the wing.
  • Different flow velocities are advantageously provided for the two gas flows involved, since this favors the mixing of the two gas flows. It has proven to be advantageous if the flow rate of the gases differ by at least 10%, preferably at least 20%.
  • the absolute flow velocities are preferably between 30 and 200 m / s, particularly preferably between 70 and 150 m / s, depending on the flame speed of the gas in the current state. It has been shown that at these speeds the flow conditions after the burner outlet can be adjusted particularly well via the number of swirls.
  • the total swirl number is defined by the ratio of the sum of the amounts of the tangential pulses to the sum of the axial pulses. Among other things, this influences the beam expansion and thus represents a decisive parameter by means of which the flame guidance and the residence time of the gases in the reaction space can be regulated.
  • the total swirl number is preferably set such that it is between 0.1 and 1.2, preferably between 0.2 and 0.7.
  • the burner according to the invention is particularly suitable for the defined chemical conversion of gaseous starting materials into a reaction product.
  • the preferred use of the burner is primarily not to generate heat, but rather to carry out a defined chemical reaction between two or more gaseous starting materials. Due to the double swirl, the gases can be optimally mixed in precisely definable areas.
  • the expansion of the flame arising after the gases exit the burner and the residence time of the gases in the reaction space can be adjusted within wide limits and can be adapted to the chemical reaction.
  • the flame can thus be optimally matched to the reaction space.
  • the temperature in the reaction space and the velocity distributions of the gases involved can be calculated and adapted to the desired process.
  • the kinetics of the chemical reaction can be influenced.
  • the method according to the invention has proven particularly useful in the chemical reaction of an oxygen-containing gas with a hydrogen sulfide-containing gas, with halogenated hydrocarbons or pyrolysis oils or with proven in low calorie fabrics.
  • the gasification efficiency is significantly increased.
  • the invention is advantageous in all chemical reactions which should run as close as possible to the chemical equilibrium.
  • FIG. 1 shows a section through a burner head according to the invention and FIG. 2 shows a section through the swirl body used to generate a swirl in the gas flow in the gas supply pipe.
  • the burner shown in Figure 1 has a burner head 1 with a central bore in which a gas supply pipe 2 is arranged.
  • An oxygen supply not shown, is connected to the gas supply pipe 2.
  • the gas supply pipe 2 is surrounded by an annular channel 3, to which a fuel gas supply, also not shown in the figure, is connected.
  • the burner head 1 is further provided with a cooling channel 14 for guiding a cooling medium, for example water.
  • the gas supply pipe 2 serving as an oxygen supply line tapers slightly conically in the downstream end region, the inside diameter and the outside diameter of the pipe 2 decreasing.
  • the ring channel 3 is also inclined in the downstream end region against the burner axis 5.
  • the outer wall of the ring channel 3 is advanced by a distance 6 relative to the inner wall of the ring channel 3, and thus relative to the oxygen supply line 2, the length of which corresponds to an inner diameter of the gas supply pipe 2.
  • the angular range 7, which characterizes the “field of view” of the gas supply pipe 2 is reduced, as a result of which the radiant heat of the hot reaction gases acting on the gas supply pipe 2 is reduced.
  • a guide sleeve 8 adjoins the ring channel 3, the outer wall of which runs parallel to the burner axis 5. Downstream of the guide sleeve 8, the outer wall slopes away from the burner axis 5 and forms a mixing chamber 9 with an inner diameter that increases in the direction of flow.
  • the fuel gas flowing in the ring channel 3 is expanded by the central oxygen flow during burner operation.
  • the fuel gas is thus initially fed to the burner axis 5 by the shaping of the ring channel 3, in order to flow away from the burner axis 5 as a gas mixture with the oxygen after leaving the ring channel 3 in the mixing chamber 9.
  • the guide sleeve 8 ensures that the change of direction of the fuel gas takes place smoothly. The gradual deflection of the fuel gas flow avoids eddies and turbulence in front of the outlet opening 4, which could result in a backflow of hot gas.
  • FIG. 2 shows a plan view of the swirl body 10 in the direction of flow.
  • the swirl body 10 has a plurality of slot channels 12 distributed over its circumference, which run obliquely to the burner axis 5, i.e. have an axial and a tangential directional component.
  • the swirl body 11 in the ring channel 3 is constructed analogously. A swirl flow is forced on the fuel gas and oxygen through the slot channels 12, which leads to improved mixing of the two gases in the mixing chamber 9.
  • the gas flow stabilizing blades 15 are provided in the ring channel 3.
  • the vane 15 is designed in such a way that the flow velocity in the channel that is formed between the wall separating the gas supply pipe 2 and the annular channel 3 and the vane 15 is increased.
  • Claus plants are used to produce elemental sulfur from raw hydrogen sulfide.
  • the raw gas is burned sub-stoichiometrically in a so-called Claus furnace, so that sulfur dioxide and elemental sulfur are produced.
  • the crude gas fed to the Claus reaction usually also contains NH 3 , which is almost completely converted to N 2 and H 2 in the Claus furnace or H 2 O must be implemented. Otherwise, unreacted NH 3 reacts with SO 2 and SO 3 to form low-volatility salts, which then lead to relocations in the Claus plant over time.
  • the catalysts in the Claus reactors and the sulfur capacitors are particularly at risk.
  • a temperature of over 1200 ° C is required for the reliable decomposition of NH 3 , whereby it must be ensured that the NH 3 is actually exposed to this temperature. For this reason, it is advantageous to burn the raw gas with oxygen or with oxygen-enriched air. As a result, the flame temperature increases and the decomposition of the NH 3 is promoted. In addition, however, very good mixing of the gases in the flame must also be ensured, because otherwise the NH 3 could partly pass through the Claus furnace without having come into contact with oxygen as a reactant or without passing through the area at a sufficiently high temperature. In both cases, the desired reaction in N 2 and H 2 / H 2 O would not take place.
  • the burner according to the invention now enables a defined mixing of the raw gas with oxygen, a sufficiently strong expansion of the flame so that the necessary temperature conditions can be set in the entire Claus furnace, and the formation of flow conditions in the furnace which lead to an optimal residence time of the gases in the furnace , This ensures the almost complete reaction of NH 3 in N 2 and H 2 / H 2 O.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem Brennerkopf (1) und einem in dem Brennerkopf (1) angeordneten Gaszuführungsrohr (2), welches von einem Ringkanal (3) zur Zuführung eines weiteren Gases umgeben ist. In dem Gaszuführungsrohr (2) und in dem Ringkanal (3) sind Mittel (10, 11) zur Erzeugung eines Dralls des durch das Gaszuleitungsrohr (2) und des durch den Ringkanal (3) strömenden Gases vorgesehen.

Description

Beschreibung
Brenner und Verfahren zur chemischen Umsetzung zweier Gasströme
Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem Brennerkopf und einem in dem Brennerkopf angeordneten Gaszufuhrungsrohr, welches von einem Ringkanal zur Zuführung eines weiteren Gases umgeben ist, wobei sich in dem Gaszufuhrungsrohr und in dem Ringkanal Mittel zur Erzeugung eines Dralls eines durch das Gaszufuhrungsrohr beziehungsweise eines durch den Ringkanal strömenden Gases befinden. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Reaktionsproduktes durch chemische Umsetzung von Gasen, die einem Reaktionsraum mittels eines Brenners als zwei getrennte Gasströme zugeführt und in dem Reaktionsraum chemisch umgesetzt werden.
Bei der Verbrennung eines Brenngases mit einem sauerstoffhaltigen Gas in außenmischenden Brennern, d.h. in Brennern, in denen das Brenngas und das sauerstoffhaltige Gas nicht vorgemischt, sondern getrennt in eine Mischzone geführt und dort gezündet werden, ist es wichtig, eine intensive Durchmischung des sauerstoffhaltigen Gases und des Brenngases zu erreichen, um die chemische Verbrennungsreaktion zwischen diesen Gasen zu beschleunigen.
In der US 5,492,649 wird daher vorgeschlagen, dem sauerstoffhaltigen Gas vor dem Eintritt in die Mischzone einen Drall aufzuprägen. Bei diesem Verfahren bildet sich bei starker Verwirbelung des sauerstoffhaltigen Gases vor der Austrittsöffnung des sauerstoffhaltigen Gases eine Rezirkulationszone aus. Mit anderen Worten: Bei starkem Drehimpuls des sauerstoffhaltigen Gases besitzt dieses ein Strömungsprofil, bei dem sich in der Nähe der Strömungsachse die Strömungsrichtung umkehrt und eine Rückströmung entsteht. Aus dem steilen Geschwindigkeitsgradienten im Übergangsbereich zwischen der Vorwärts- und der Rückströmung resultieren intensive Turbulenzen, die die chemische Reaktion zwischen dem Brenngas und dem sauerstoffhaltigen Gas begünstigen.
Im Rahmen von umfangreichen, der vorliegenden Erfindung vorausgehenden Untersuchungen hat sich jedoch gezeigt, dass die Rückströmung im axialen Bereich auch heiße Reaktionsgase einsaugt, die dann zur Austrittsöffnung des Zuführungsrohres für das sauerstoffhaltige Gas gelangen. Die heißen Reaktionsgase greifen das Gaszufuhrungsrohr an, so dass das Zuführungsrohr geschädigt wird.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, einen Brenner und ein Verfahren zur chemischen Umsetzung von Gasen zu entwickeln, wobei Schädigungen am Brenner möglichst vermieden werden und die chemische Umsetzung möglichst effizient und definiert erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch einen Brenner der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Wand des Gaszuführungsrohres an dessen Austrittsende spitz zuläuft und die Mittel zur Erzeugung eines Dralls in dem Gaszufuhrungsrohr beziehungsweise dem Ringkanal stromaufwärts gegen das Austrittsende um das 0,1 bis 10 fache , vorzugsweise um das 0.5 bis 5 fache und besonders bevorzugt um das 0,5 bis 2 fache des Außendurchmessers der Mittel zur Erzeugung eines Dralls zurück versetzt sind.
Schädigungen der Brennerspitze sind im wesentlichen auf die Rückströmung heißer Gase zurück zu führen. Es hat sich gezeigt, dass eine der Ursachen für derartige Rückströmungen in der Ausführung des Austrittsendes des Gaszuführungsrohres liegt. Erfindungsgemäß läuft die Wand des Gaszuführungsrohres am Austrittsende spitz zu, das heißt, dessen Wandstärke verringert sich allmählich auf einen Wert von nahezu Null.
Durch diese Ausführungsform wird die Gefahr des Abreißens der aus dem Gaszufuhrungsrohr und dem Ringkanal austretenden Gasströme im Bereich des Austrittsendes des Gaszuführungsrohres stark verringert. Die Stromfäden lösen sich am Austrittsende des Gaszuführungsrohres nicht ab und verursachen keine Wirbel, die zu einem unerwünschten Hitzeeintrag zur Brennerspitze führen können.
Bei stark unterschiedlichen Geschwindigkeiten der über das Gaszufuhrungsrohr und über den Ringkanal zugeführten Gase können sich aber dennoch Wirbel ablösen. Dieser negative Effekt tritt auch dann auf, wenn die Geschwindigkeit eines der beteiligten Gase geändert wird, wie dies beispielsweise bei Laständerungen vorkommen kann. Es hat sich nunmehr gezeigt, dass die Strömung bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Drallkörpern, das heißt Mitteln zur Erzeugung eines Dralls, in dem Gaszufuhrungsrohr und dem Ringkanal teilweise am Austrittsende des Gaszuführungsrohres abreißt und Wirbel entstehen. Untersuchungen haben ergeben, dass die den Gasströmen bei der Drallerzeugung aufgeprägte
Drehbewegungskomponente unmittelbar nach den Drallkörpern abwechselnd Bereiche mit höherer Geschwindigkeit und Bereiche mit niedrigerer Geschwindigkeit aufweist. D.h. tangential zur Hauptströmungsrichtung des Gases treten periodisch Geschwindigkeitsmaxima und -minima auf. Diese Geschwindigkeitsänderungen am Austrittsende des Gaszuführungsrohres sind ursächlich für die unerwünschte Ablösung der Strömung verantwortlich.
Erfindungsgemäß werden daher die Mittel zur Erzeugung eines Dralls gegenüber dem Austrittsende des Gaszuführungsrohres zurückversetzt, d.h. stromaufwärts von diesem angeordnet. Der Abstand zur Austrittsöffnung beträgt zwischen dem 0,1 und 10- fachen, bevorzugt zwischen dem 0,5 und 5 fachen und besonders bevorzugt zwischen dem 0,5 und 2 fachen des Innendurchmessers des Gaszuführungsrohres. Ganz besonders hat sich ein Abstand von 1,5 bis 2,5 des Außendurchmessers der Drallerzeugungsmittel bewährt. Auf diese Weise gleichen sich die oben beschriebenen periodischen Geschwindigkeitsänderungen aus und am Austrittsende entsteht ein Strömungsprofil mit im wesentlichen konstanter Umfangsgeschwindigkeit. Die Drallerzeugungsmittel im Ringkanal werden ebenfalls gegenüber der Austrittsöffnung des Ringkanals zurückversetzt. Hier hat sich ein Abstand vom 0,5- bis 1-fachen des Außendurchmessers des im Ringkanal befindlichen Drallerzeugungsmittels als günstig erwiesen.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art zur chemischen Umsetzung von Gasen zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass den Gasströmen vor dem Eintritt in den Reaktionsraum jeweils eine Drallströmung aufgeprägt wird, d. h. die Gasströme weisen beim Eintritt in den Reaktionsraum neben der ursprünglichen im wesentlichen axialen Bewegungskomponente auch eine Drehbewegungskomponente um ihre Hauptströmungsrichtung auf.
Die erfindungsgemäße zusätzliche Verwirbelung des über den Ringspalt zugeführten Gases führt zu einem intensiven radialen Massenaustausch zwischen beiden Gasströmen und somit zu einer schnellen Mischung. Der innere Strahl wird durch den äußeren Strahl gebündelt, welcher umgekehrt durch den inneren Strahl aufgeweitet wird. Diese starke Wechselwirkung zwischen beiden Strahlen bewirkt eine intensive und schnelle Vermischung.
Im Gesamtstrahl treten dabei im Bereich des Brenners keine Rückströmzonen auf, so dass heißes Reaktiohsgas von dem Gaszufuhrungsrohr weitgehend ferngehalten wird. Mit dem Gaszufuhrungsrohr kommen lediglich die relativ kalten noch nicht reagierten Gase in direkten Kontakt. Eine Schädigung des Gaszuführungsrohres durch Konvektion wird verhindert.
Die Erfindung erlaubt eine genau definierbare Vermischung der beteiligten Gasströme. Im Reaktionsraum, in dem die chemische Umsetzung stattfinden soll, können die Temperatur-, Strömungs- und Gaszusammensetzungsverhältnisse an die gewünschte chemische Reaktion angepasst werden. Die Aufweitung der bei der Reaktion der beiden Gasströme entstehenden Flamme ist über die Stärke der beiden Drallströmungen in weiten Grenzen einstellbar. Durch die erfindungsgemäße Drallströmung läßt sich die Flammenform gezielt gestalten. Damit ist eine optimale Anpassung an die Größe des Reaktionsraumes möglich. Ferner kann durch geeignete Wahl der Strömungsführung die Verweilzeit im Reaktionsraum optimiert werden.
Die Verdrallung beider an der Reaktion beteiligter Strahlen kann so erfolgen, dass die beiden Drallströmungen gleichsinnig oder gegensinnig ausgerichtet sind. Eine gegensinnige Verdrallung, das heißt eine Verdrallung, bei der die Drallströmungen der beiden Gasströme in dem Kontaktbereich der beiden Gasströme einander entgegengerichtet sind, hat den Vorteil, dass die Gasströme sehr stark miteinander vermischt werden. Die chemische Reaktion wird beschleunigt, das heißt es erfolgt eine schnelle, frühe Zündung des Reaktionsgemisches der Gase. Die Verdrallung des nach der Zusammenführung der Gasströme entstehenden Gesamtstrahles ist dagegen relativ gering, da sich durch die gegensinnige Verdrallung der Reaktionsstrahlen die beiden ursprünglichen Drallströmungen teilweise aufheben. Die entstehende Flamme weitet sich dadurch relativ wenig auf.
Vorzugsweise werden die einzelnen Drallströmungen jedoch so ausgerichtet, dass sie gleichsinnig verlaufen. In diesem Fall verstärken sich die Drallströmungen in dem Kontaktbereich der beiden Gasströme, so dass eine relativ hohe Gesamtdrallzahl erreicht wird. Dies hat eine starke Aufweitung des Gesamtstrahles zur Folge. Die Geschwindigkeit entlang der Strahlachse verkleinert sich in der Brennzone. Aufgrund der verringerten Strahlgeschwindigkeit erhöht sich die Verweilzeit der Reaktionspartner im Reaktionsraum im Vergleich zu den bekannten Reaktionsführungen, bei denen höchstens einer der beteiligten Gasströme verdrallt wird.
Zudem kann bei geeigneter Verdrallstärke eine relativ weit von der Brennerspitze entfernte Rückströmung erzeugt werden. Diese führt zu einer Zirkulationsströmung, durch die die Gase länger in dem Reaktionsraum verbleiben und so besser umgesetzt werden. Insbesondere bei langsam ablaufenden chemischen Reaktionen wird so eine vollständige Umsetzung der Gasströme erreicht.
Die Flammentopologie ist bei einer gleichsinnigen Verdrallung besonders gut einstellbar. Axiale Länge und radiale Ausdehnung der Flamme sind wählbar und sowohl an den Reaktionsraum als auch an die Reaktionsbedingungen anpassbar. Zudem ist die Vermischung der beiden Gasströme in der Nähe der Brennerspitze nicht so intensiv wie bei einer gegensinnigen Verdrallung der Strahlen, so dass die thermische Belastung der Brennerspitze gesenkt wird.
Die gleichsinnige Verdrallung hat außerdem den Vorteil, dass bei gewünschter Gesamtdrallzahl der Drall eines der beiden Gasströme niedriger gewählt werden kann, als dies bei einer gegensinnigen Verdrallung oder bei der bekannten Verdrallung nur eines Stromes möglich ist.
Bei der Verdrallung eines Gasstromes erfährt der Gasstrom zwangsläufig einen gewissen Druckverlust. Dieser Druckverlust muss insbesondere dann möglichst niedrig gehalten werden, wenn der betreffende Gasstrom nur unter geringem Druck zur Verfügung steht. Unter diesen Umständen ist es vorteilhaft, wenn der unter geringerem Druck vorliegende Gasstrom weniger verdrallt wird, der unter höherem Druck vorliegende Gasstrom dagegen stärker verdrallt wird. Durch die gleichsinnige Verdrallung der beiden Ströme ist es dennoch möglich, die gewünschte Gesamtdrallzahl zu erzielen. Das Gaszufuhrungsrohr ist vorzugsweise so ausgeführt, dass sich dessen Innendurchmesser und / oder dessen Außendurchmesser im Bereich des Austrittsendes verringert. Durch die Änderung des Innendurchmessers kann die Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Gaszufuhrungsrohr beeinflusst werden. Besonders bevorzugt nähert sich der Außendurchmesser dem Innendurchmesser in der Nähe der Austrittsöffnung aus dem Gaszufuhrungsrohr an, so dass sich direkt an der Austrittsöffnung eine scharfe Kante bildet. An der scharfen Kante reißen die aus dem Gaszufuhrungsrohr und aus dem umgebenden Ringkanal austretenden Gasströme definiert ab, wodurch unerwünschte Wirbel und Turbulenzen verhindert werden.
Die Außenwand des Ringkanals ist von Vorteil im Bereich des Austrittsendes in Strömungsrichtung zur Brennerachse geneigt. Dadurch trifft das im Ringkanal strömende Gas unter einem gewissen Winkel auf das zentral aus dem Gaszufuhrungsrohr austretende Gas, wodurch die Vermischung der beiden Gasstrahlen begünstigt wird.
Es hat sich als günstig erwiesen, die Außenwand des Ringkanals in Strömungsrichtung über das Austrittsende des Gaszuführungsrohres hinaus zu erstrecken. Schädigungen am Gaszufuhrungsrohr werden, wie erwähnt, zum einen durch Konvektion der heißen Gase, zum anderen aber auch durch Wärmestrahlung der heißen Reaktionsgase hervorgerufen. Durch das Vorziehen der Außenwand des Ringkanals über die Austrittsöffnung des Gaszuführungsrohres hinaus wird der von der Austrittsöffnung des Gaszuführungsrohres sichtbare Winkelbereich verringert. Dadurch wird der kegelförmige Bereich, von dem aus Strahlungswärme direkt zum Gaszufuhrungsrohr gelangen kann, verkleinert und die Wärmebelastung des Gaszuführungsrohres gesenkt.
Vorzugsweise werden die über das Gaszufuhrungsrohr und den Ringkanal zugeführten Gasströme unter einem bestimmten Winkel zusammengeführt, um die Vermischung der Ströme zu verbessern. Nach dem Zusammentreffen der beiden Ströme wird der äußere Strom durch den zentralen Strom aufgeweitet. Der äußere durch den Ringkanal zugeführte Strom bewegt sich somit zunächst auf die Brennerachse zu und dann von der Brennerachse weg. Erfolgt dieser Richtungswechsel zu schnell, können Wirbel auftreten, die zu einer Rückströmung heißer Gase zum Gaszufuhrungsrohr führen können. Vorzugsweise schließt sich daher an den Ringkanal in Strömungsrichtung eine ringförmige Führungshülse an, deren Außenwand im wesentlichen parallel zur Brennerachse verläuft. Die Umlenkung des äußeren Stromes erfolgt dadurch sanfter, nämlich von der ursprünglichen Richtung auf die Brennerachse zu in eine Richtung parallel zur Brennerachse und dann erst von der Brennerachse weg.
Von Vorteil schließt sich an den Ringkanal oder die ringförmige Führungshülse eine Mischkammer an, deren Innendurchmesser in Strömungsrichtung zunimmt. Durch diese werden die Flammen zusammengehalten und die Verbrennung gefördert.
Es ist günstig, wenn die Mittel zur Erzeugung eines Dralls in dem Gaszufuhrungsrohr und / oder in dem Ringkanal Strömungskanäle aufweisen, die tangential gegen die Strömungsrichtung geneigt sind. Eine derartige Ausführung der Mittel zur Drallerzeugung ist leicht herstellbar, beispielsweise können die Kanäle gefräst werden. Über den Winkel der Strömungskanäle kann die Verdrallung des Stromes einfach vorgegeben werden. Die Verdrallung kann auch über entsprechend ausgerichtete Leitbleche, Leitschaufeln oder Tragflügel in dem Ringkanal und / oder dem Gaszufuhrungsrohr erzeugt werden. Diese Ausführung ist insbesondere dann vorzuziehen, wenn der durch die Verdrallung entstehende Druckverlust minimiert werden soll.
Vorzugsweise sind die Mittel zur Erzeugung eines Dralles in dem Gaszufuhrungsrohr und / oder in dem Ringkanal verstellbar, so dass unterschiedlich starke Drallströmungen erzeugt werden können. Durch geeignete Wahl der Drallzahl, d.h. der Stärke der Verdrallung, der beteiligten Gasströme können die Strömungsverhältnisse an die ablaufende chemische Reaktion und an die zugeführten Gasmengen angepasst werden. Der Lastbereich des Brenners kann auf diese Weise verstellt und insbesondere vergrößert werden.
Je nach Ausführung der Mittel zur Erzeugung eines Dralles in dem Gaszufuhrungsrohr entsteht neben dem gewünschten Drall auch eine mehr oder weniger starke Rückströmung am Ende dieser Drallerzeugungsmittel. Diese Rückströmung kann dazu führen, dass heiße Reaktionsgase zur Brennerspitze gesaugt werden und diese beschädigen. Es hat sich daher als günstig erwiesen, die Drallerzeugungsmittel in dem Gaszufuhrungsrohr mit einer zentralen Bohrung zu versehen. Aufgrund dieser Bohrung passiert der zentrale Strömungsfaden die Drallerzeugungsmittel in dem Gaszufuhrungsrohr ungehindert. Eine sich am Ende der Drallerzeugungsmittel bildende Rückströmung wird durch die im Wesentlichen geradlinig verlaufende zentrale Gasströmung überkömpensiert. Stromabwärts der Drallerzeugungsmittel bildet sich auf diese Weise eine Drallströmung aus, die auch im Zentrum in der Nähe des Brennerkopfes keine rückwärts gerichteten Strömungskomponenten aufweist. Beschädigungen der Brennerspitze werden dadurch besonders wirkungsvoll verhindert.
Vorzugsweise sind mit dem Gaszufuhrungsrohr Mittel zur Versorgung mit einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere reinem Sauerstoff, und mit dem Ringkanal Mittel zur Versorgung mit einem Brenngas verbunden. Aber auch die Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases durch den Ringkanal und eines Brenngases durch das Gaszufuhrungsrohr ist günstig. In diesem Fall sind an das Gaszufuhrungsrohr Mittel zur Versorgung mit einem Brenngas und an den Ringkanal Mittel zur Versorgung mit einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere reinem Sauerstoff, angeschlossen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Gaszufuhrungsrohr und / oder dem Ringkanal ein die Gasströmung stabilisierender Flügel vorgesehen. Bei hohen Differenzgeschwindigkeiten zwischen den beiden Gasströmen können im Endbereich der Leitung, entweder dem Gaszufuhrungsrohr oder dem Ringkanal, durch die der langsamere Gasstrom strömt, Wirbel entstehen, die eine Schädigung der Brennerspitze hervorrufen können. Vorzugsweise wird daher in der Leitung, in der die geringere Strömungsgeschwindigkeit herrscht, ein Flügel angebracht, der die Strömung stabilisiert. Der Flügel ist so ausgebildet, dass die Strömungsgeschwindigkeit in dem sich bildenden Kanal zwischen der das Gaszufuhrungsrohr und den Ringkanal trennenden Wand und dem Flügel erhöht wird.
Von Vorteil ist der Flügel gegenüber dem Austrittsende des Gaszuführungsrohres beziehungsweise des Ringkanals zurückversetzt. Dies hat den Vorteil, dass sich der Flügel vollständig innerhalb eines der beiden Gasströme befindet. Durch den Gasstrom wird der Flügel insbesondere an seinem stromabwärtigen Ende gekühlt und es wird verhindert, dass das heiße Reaktionsgemisch der beiden Gasströmen mit dem Flügel in Berührung kommt. Von Vorteil werden für die beiden beteiligten Gasströme unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten vorgesehen, da dadurch die Vermischung der beiden Gasströme begünstigt wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit der Gase um mindestens 10%, bevorzugt mindestens 20% unterscheiden.
Die absoluten Strömungsgeschwindigkeiten liegen bevorzugt zwischen 30 und 200 m/s, besonders bevorzugt zwischen 70 und 150 m/s, je nach der Flammengeschwindigkeit des Gases beim aktuellen Zustand. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Geschwindigkeiten die Strömungsverhältnisse nach dem Brenneraustritt besonders gut über die Drallzahl einstellbar sind.
Durch das Verhältnis der Summe der Beträge der Tangentialimpulse zur Summe der Axialimpulse wird die Gesamtdrallzahl definiert. Diese beeinflusst unter anderem die Strahlaufweitung und stellt damit einen entscheidenden Parameter dar, über den die Flammenführung und die Verweilzeit der Gase im Reaktionsraum geregelt werden kann. Bevorzugt wird die Gesamtdrallzahl so eingestellt, dass sie zwischen 0,1 und 1 ,2, vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,7, liegt.
Der erfindungsgemäße Brenner eignet sich insbesondere zur definierten chemischen Umsetzung von gasförmigen Ausgangsstoffen in ein Reaktionsprodukt. Die bevorzugte Verwendung des Brenners liegt primär nicht in der Erzeugung von Wärme, sondern in der Durchführung einer definierten chemischen Reaktion zweier oder mehrerer gasförmiger Ausgangsstoffe. Durch die doppelte Verdrallung können die Gase in genau definierbaren Bereichen optimal vermischt werden. Dabei ist in weiten Grenzen die Aufweitung der nach dem Austritt der Gase aus dem Brenner entstehenden Flamme und die Verweilzeit der Gase in dem Reaktionsraum einstellbar und an die chemische Reaktion anpassbar. Die Flamme ist damit optimal auf den Reaktionsraum abstimmbar. Die Temperatur im Reaktionsraum und die Geschwindigkeitsverteilungen der beteiligten Gase können berechnet und an die gewünschten Verfahrensverläufe angepasst werden. Die Kinetik der chemischen Reaktion ist beeinflussbar.
Insofern hat sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders bei der chemischen Umsetzung eines sauerstoffhaltigen Gases mit einem schwefelwasserstoffhaltigen Gas, mit halogenierten Kohlenwasserstoffen oder Pyrolyseölen oder mit niederkalorigen Stoffen bewährt. Besonders bei der Vergasung von Kohlenwasserstoffen, die bei höheren Temperaturen mit Sauerstoff beziehungsweise einem sauerstoffhaltigen Gas zur Reaktion gebracht werden, wird der Vergasungswirkungsgrad deutlich erhöht. Grundsätzlich ist die Erfindung bei allen chemischen Reaktionen, die möglichst nahe bis zum chemischen Gleichgewicht laufen sollen, von Vorteil.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Brennerkopf und Figur 2 einen Schnitt durch den eingesetzten Drallkörper zur Erzeugung eines Dralls in der Gasströmung im Gaszufuhrungsrohr.
Der in Figur 1 dargestellte Brenner besitzt einen Brennerkopf 1 mit einer zentralen Bohrung, in der ein Gaszufuhrungsrohr 2 angeordnet ist. Mit dem Gaszufuhrungsrohr 2 ist eine nicht gezeigte Sauerstoffversorgung verbunden. Das Gaszufuhrungsrohr 2 ist von einem Ringkanal 3 umgeben, an den eine ebenfalls in der Figur nicht dargestellte Brenngasversorgung angeschlossen ist. Der Brennerkopf 1 ist weiter mit einem Kühlkanal 14 zur Führung eines Kühlmediums, beispielsweise von Wasser, versehen.
Das als Sauerstoffzuleitung dienende Gaszufuhrungsrohr 2 läuft im stromabwärtigen Endbereich leicht konisch zu, wobei sich der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Rohres 2 verringern. Am Austrittsende 4 läuft die Wandung des Rohres 2 spitz aus. Der Ringkanal 3 ist ebenfalls im stromabwärtigen Endbereich gegen die Brennerachse 5 geneigt. Die Außenwand des Ringkanals 3 ist gegenüber der Innenwand des Ringkanals 3, und somit gegenüber der Sauerstoffzuleitung 2, um eine Strecke 6 vorgezogen, deren Länge bis zu einem Innendurchmesser des Gaszuführungsrohres 2 entspricht. Auf diese Weise wird der Winkelbereich 7, der das "Sichtfeld" des Gaszuführungsrohres 2 kennzeichnet, verkleinert, wodurch die auf das Gaszufuhrungsrohr 2 einwirkende Strahlungswärme der heißen Reaktionsgase verringert wird. An den Ringkanal 3 schließt sich eine Führungshülse 8 an, deren Außenwand parallel zur Brennerachse 5 verläuft. Stromabwärts der Führungshülse 8 neigt sich die Außenwand von der Brennerachse 5 weg und bildet eine Mischkammer 9 mit in Strömungsrichtung wachsendem Innendurchmesser. Das in dem Ringkanal 3 strömende Brenngas wird im Brennerbetrieb durch den zentralen Sauerstoffstrom aufgeweitet. Das Brenngas wird also durch die Formgebung des Ringkanals 3 zunächst auf die Brennerachse 5 zugeleitet, um nach Verlassen des Ringkanals 3 in der Mischkammer 9 als Gasgemisch mit dem Sauerstoff von der Brennerachse 5 weg zu strömen. Die- Führungshülse 8 gewährleistet, dass der Richtungswechsel des Brenngases sanft erfolgt. Durch das allmähliche Umlenken des Brenngasstromes werden Wirbel und Turbulenzen vor der Austrittsöffnung 4, die eine Rückströmung vpn heißem Gas zur Folge haben könnten, vermieden.
Zur Verbesserung der Durchmischung des Brenngases und des Sauerstoffes sind sowohl in der Sauerstoffzuleitung 2 als auch in dem Ringkanal 3 jeweils Drallkörper 10, 11 angeordnet. Die Drallkörper 10, 11 sind gegenüber der Austrittsöffnung 4 des Gasuzuführungsrohres 2 zurückversetzt. In Figur 2 ist eine Draufsicht auf den Drallkörper 10 in Strömungsrichtung zu sehen. Der Drallkörper 10 weist über seinen Umfang verteilt mehrere Schlitzkanäle 12 auf, die schräg zur Brennerachse 5 verlaufen, d.h. eine axiale und eine tangentiale Richtungskomponente aufweisen. Der Drallkörper 11 im Ringkanal 3 ist analog aufgebaut. Durch die Schlitzkanäle 12 werden dem Brenngas und dem Sauerstoff eine Drallströmung aufgezwungen, die zu einer verbesserten Vermischung der beiden Gase im Mischraum 9 führt.
Im Ringkanal 3 sind die Gasströmung stabilisierende Flügel 15 vorgesehen. Der Flügel 15 ist so ausgebildet, dass die Strömungsgeschwindigkeit in dem sich bildenden Kanal zwischen der das Gaszufuhrungsrohr 2 und den Ringkanal 3 trennenden Wand und dem Flügel 15 erhöht wird.
Am Beispiel einer Clausreaktion soll die Erfindung noch einmal im Detail erläutert werden. Clausanlagen dienen der Herstellung von Elementarschwefel aus schwefelwasserstoffhaltigem Rohgas. Das Rohgas wird in einem sogenannten Clausofen unterstöchiometrisch verbrannt, so dass Schwefeldioxid und Elementarschwefel entstehen. In dem der Clausreaktion zugeführten Rohgas ist meist auch NH3 enthalten, das im Clausofen praktisch vollständig zu N2 und H2 beziehungsweise H2O umgesetzt werden muss. Anderenfalls reagiert nicht umgesetztes NH3 mit SO2 und SO3 weiter zu schwer flüchtigen Salzen, die dann im Laufe der Zeit zu Verlegungen in der Clausanlage führen. Hierbei sind insbesondere die Katalysatoren in den Clausreaktoren und die Schwefelkondensatoren gefährdet.
Zum zuverlässigen Abbau von NH3 ist eine Temperatur von über 1200°C erforderlich, wobei sicher gestellt werden muss, dass das NH3 dieser Temperatur auch tatsächlich ausgesetzt wird. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, das Rohgas mit Sauerstoff oder mit sauerstoffangereicherter Luft zu verbrennen. Dadurch erhöht sich nämlich die Flammentemperatur und die Zersetzung des NH3 wird begünstigt. Zusätzlich muss aber auch eine sehr gute Durchmischung der Gase in der Flamme sichergestellt sein, weil anderenfalls das NH3 den Clausofen teilweise durchlaufen könnte, ohne mit Sauerstoff als Reaktionspartner in Kontakt gekommen zu sein oder ohne den Bereich mit genügend hoher Temperatur zu durchlaufen. In beiden Fällen würde die gewünschte Umsetzung in N2 und H2/H2O nicht erfolgen.
Der erfindungsgemäße Brenner ermöglicht nun eine definierte Durchmischung des Rohgases mit Sauerstoff, eine genügend starke Aufweitung der Flamme, so dass im gesamten Clausofen die notwendigen Temperaturverhältnisse eingestellt werden können, und die Ausbildung von Strömungsverhältnissen im Ofen, die zu einer optimalen Verweilzeit der Gase im Ofen führen. Die nahezu vollständige Reaktion von NH3 in N2 und H2/H2O wird dadurch gewährleistet.

Claims

Patentansprüche
1. Brenner mit einem Brennerkopf und einem in dem Brennerkopf angeordneten Gaszufuhrungsrohr, welches von einem Ringkanal zur Zuführung eines weiteren Gases umgeben ist, wobei sich in dem Gaszufuhrungsrohr und dem Ringkanal Mittel zur Erzeugung eines Dralls eines durch das Gaszufuhrungsrohr beziehungsweise durch den Ringkanal strömenden Gases befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Gaszuführungsrohres (2) an dessen Austrittsende (4) spitz zuläuft und die Mittel (10, 11) zur Erzeugung eines Dralls in dem Gaszufuhrungsrohr (2) beziehungsweise dem Ringkanal (3) stromaufwärts gegen das Austrittsende (4) um das 0,1 bis 10 fache , vorzugsweise um das 0,5 bis 5 fache und besonders bevorzugt um das 0,5 bis 2 fache des Außendurchmessers der Mittel (10, 11) zur Erzeugung eines Dralls zurück versetzt sind.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Gaszufuhrungsrohr angeordneten Mittel zur Erzeugung eines Dralls eine parallel zur Brennerachse verlaufende Bohrung aufweisen.
3. Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innendurchmesser des Gaszuführungsrohres (2) im Bereich des Austrittsendes verringert.
4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Außendurchmesser des Gaszuführungsrohres (2) im Bereich dessen Austrittsendes verringert.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand des Ringkanals (3) im Bereich des Austrittsendes in Strömungsrichtung zur Brennerachse (5) geneigt ist.
6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außenwand des Ringkanals (3) in Strömungsrichtung über das Austrittsende des Gaszuführungsrohres (2) hinaus erstreckt.
7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ringkanal (3) in Strömungsrichtung eine ringförmige Führungshülse (8) anschließt, deren Außenwand im wesentlichen parallel zur Brennerachse (5) verläuft.
8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ringkanal (3) oder die ringförmige Führungshülse (8) eine Mischkammer (9) anschließt, deren Innendurchmesser in Strömungsrichtung zunimmt.
9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10, 11) zur Erzeugung eines Dralls in dem Gaszufuhrungsrohr (2) und / oder in dem Ringkanal (3) Strömungskanäle (12) aufweisen, die tangential gegen die Strömungsrichtung geneigt sind.
10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10, 11) zur Erzeugung eines Dralls in dem Gaszufuhrungsrohr (2) und / oder in dem Ringkanal (3) verstellbar sind, um unterschiedlich starke Drallströmungen zu erzeugen.
11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Gaszufuhrungsrohr (2) Mittel zur Versorgung mit einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere reinem Sauerstoff, und mit dem Ringkanal (3) Mittel zur Versorgung mit einem Brenngas verbunden sind.
12. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Gaszufuhrungsrohr (2) Mittel zur Versorgung mit einem Brenngas und mit dem Ringkanal (3) Mittel zur Versorgung mit einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere reinem Sauerstoff, verbunden sind.
13. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gaszufuhrungsrohr (2) und / oder dem Ringkanal (3) ein die Gasströmung stabilisierender Flügel vorgesehen ist.
14. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel gegenüber dem Austrittsende des Gaszuführungsrohres (2) beziehungsweise des Ringkanals (3) zurückversetzt ist.
15. Verfahren zur Erzeugung eines Reaktionsproduktes durch chemische Umsetzung von Gasen, die einem Reaktionsraum mittels eines Brenners, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, als zwei getrennte Gasströme zugeführt und in dem Reaktionsraum chemisch umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass den Gasströmen vor dem Eintritt in den Reaktionsraum jeweils eine Drallströmung aufgeprägt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die den beiden Gasströmen aufgeprägten Drallströmungen gleichsinnig sind.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Gasströme um mindestens 10%, bevorzugt mindestens 20% unterscheiden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdrallzahl der beiden Drallströmungen zwischen 0,1 und 1 ,2, bevorzugt zwischen 0,2 und 0,7 liegt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeiten der Gasströme zwischen 15 und 200 m/s, vorzugsweise zwischen 70 und 150 m/s liegen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein sauerstoffhaltiges Gas und ein schwefelwasserstoffhaltiges Gas chemisch umgesetzt werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Pyrolyseöle mit einem sauerstoffhaltigen Gas umgesetzt werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass niederkalorige Stoffe mit einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere mit einem Gas mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 30%, umgesetzt werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenwasserstoffe mit einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere zur Erzeugung von Ruß, umgesetzt werden.
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