WO2017009384A1 - Ejektordüse und verwendung der ejektordüse - Google Patents

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WO2017009384A1
WO2017009384A1 PCT/EP2016/066673 EP2016066673W WO2017009384A1 WO 2017009384 A1 WO2017009384 A1 WO 2017009384A1 EP 2016066673 W EP2016066673 W EP 2016066673W WO 2017009384 A1 WO2017009384 A1 WO 2017009384A1
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gas
insert
ejector nozzle
acting
channel
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PCT/EP2016/066673
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English (en)
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Volker Zahn
Robert John BLANCHARD
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Basf Se
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    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C4/00—Flame traps allowing passage of gas but not of flame or explosion wave
    • A62C4/02—Flame traps allowing passage of gas but not of flame or explosion wave in gas-pipes
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/21—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media
    • B01F23/213—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids
    • B01F23/2132—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids using nozzles
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/02—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid
    • F04F5/04—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid displacing elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04F5/463—Arrangements of nozzles with provisions for mixing
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/93—Arrangements, nature or configuration of flow guiding elements
    • B01F2025/931—Flow guiding elements surrounding feed openings, e.g. jet nozzles

Definitions

  • the invention is based on an ejector nozzle with a liquid-carrying channel and a gas-carrying channel, wherein the gas-conducting channel opens upstream of an outlet opening into the liquid-conducting channel.
  • Ejector nozzles that is to say ejectors, jet nozzles and ejector jet nozzles, collectively referred to as ejector nozzles, are used, for example, in reactors in which reactions are carried out which require rapid mixing of gas and liquid.
  • Another field of application are loop reactors in which the internal circulation flow is also generated with the aid of the ejector nozzle.
  • ejector nozzles can be used in gas circulation reactors or gas-liquid absorbers.
  • liquid flow is usually generated in the liquid-conducting channel at high speed.
  • a negative pressure is formed at the mouth of the gas-carrying channel in the liquid-carrying channel and the gas is sucked. Due to the high speed, the flow is turbulent and there is a fast
  • the mixture of gas and liquid usually exits the ejector nozzle directly behind the mouth of the gas-conducting channel into the liquid-carrying channel through the outlet opening.
  • An ejector nozzle acting as a propulsion jet nozzle is described, for example, in DE-A 24 10 570 or in DE-A 24 21 407.
  • liquid is supplied in each case via a central channel and the gas via a channel enclosing the central channel. Due to the high speed of the liquid supplied in the region of the nozzle, the gas is entrained. It creates a turbulent flow, which leads to a rapid mixing.
  • DE-A 10 2006 002 802 describes a mixing and injection device which is designed as a two-chamber tube with a fuel-cooled, closed tip.
  • a mixing and injection device which is designed as a two-chamber tube with a fuel-cooled, closed tip.
  • microstructured surfaces are provided. Gas and liquid are mixed in an annular gap of the two-chamber tube and expelled through an annular opening.
  • a gas burner is known, in which downstream of the actual mixing nozzle is a permeable barrier, which causes a further mixing of fuel and air when flowing through. At the same time, the barrier prevents the flame front from bouncing back.
  • a flame arrester is provided, which is traversed by the gas / fuel mixture and is located upstream of an ignition source, with which the mixture is ignited.
  • Flame barriers are known in particular from burner units. In reactors in which ignitable mixtures are treated and which are provided with an ejector nozzle, it is generally attempted by procedural measures to prevent the propagation of a flame front. In contrast to burners, flame fronts usually do not form in reactors, for example jet loop reactors. The reaction takes place without flame formation.
  • the positioning of a flame arrester downstream of the actual nozzle as is the case with the burners, has the disadvantage that the additionally generated pressure loss greatly reduces the speed of the mixture and thus the actual radio frequency. tion of the ejector nozzle, namely to effect a rapid mixing with liquid contained in the reactor is adversely affected.
  • deflagration fronts and detonation fronts may vary and depends on different factors, such as pressure, momentum, structure of the environment. If the detonation front causes a greater damage than the deflagration front, the envelope of a deflagration in a detonation, for example, by using a flame trap can be selectively prevented.
  • an ejector nozzle with a liquid-conducting channel and a gas-conducting channel, wherein the gas-conducting channel opens upstream of an outlet opening into the liquid-conducting channel and wherein in the gas-carrying channel an acting as a flame arrester insert is positioned, wherein the insert is designed so that no Gas can flow around the insert.
  • the velocity of the medium emerging from the ejector nozzle which is determined in particular by the velocity of the liquid, is not significantly reduced.
  • the function of the jet nozzle is thus not significantly affected.
  • Reactors that can be equipped with an ejector nozzle according to the invention are all reactors in which a rapid mixing of gas and liquid is desired and in which a flow is to be generated.
  • Corresponding reactors are for example
  • Jet loop reactors or reactors in which a flow for mixing, which is generated with an ejector nozzle It is also possible to use tubular reactors which adjoin an ejector nozzle. However, the use of an ejector nozzle in a jet loop reactor is particularly preferred. Such a jet loop reactor is also referred to alternatively as a propulsion jet reactor.
  • the flames generally form in the gas phase and, accordingly, in particular in the gas phase, the flame front can spread, it is found that According to the use acting as a flame arrester insert in the gas-carrying channel.
  • the flames can form both in the supply line to the ejector nozzle and in the space in which the ejector nozzle opens.
  • By acting as flame arrestor insert in the gas-conducting channel a propagation of the flame front is effectively prevented in both directions.
  • Use acting as a flame arrester is suitable for any use that can prevent the passage of flames into the gas-conducting channel.
  • the insert acting as a flame arrester comprises at least one sintered layer.
  • Sintered metal layers or even sintered layers of materials that are sufficiently temperature-stable and in particular inert to the reactants used are suitable as the sintered layer.
  • the material used for the sintered layer must not have a catalytically active effect against the reactants used.
  • Suitable materials include sintered metals such as glass or ceramic.
  • Suitable nickel-base alloys are, for example, Monel®, Inconel® and Hastelloy®.
  • Sintered materials such as sintered glass or ceramics or sintered metals are porous due to their production, so that they are gas-permeable.
  • the gas supplied through the gas-carrying channel can thus flow through the insert acting as a flame barrier.
  • the construction with very small pores prevents a possible passage of flames.
  • cooling takes place in the insert acting as a flame counter to the direction of flow, which likewise causes a reduction of the flame formation, so that the flame front does not break through the insert acting as a flame arrester.
  • the insert acting as a flame barrier additionally comprises a support layer.
  • the support layer also reduces or prevents damage to the insert acting as a flame arrester by a possible detonation front.
  • the sintered layer is in this case on the support layer and is thereby additionally reinforced.
  • the support layer can be arranged in the flow direction of the gas in front of the sintered layer or behind the sintered layer.
  • two support layers may be provided, wherein a support layer in the flow direction of the gas before the sintered layer and a support layer in the flow direction of the gas behind the sintered layer is arranged.
  • the acting as a flame barrier insert in the flow direction of the gas through the As a flame arrestor insert comprises a first sintered layer, a support layer and a second sintered layer.
  • the support layer is preferably a metal layer in which openings are formed, which can be flowed through by the gas.
  • the openings are so large that the pressure loss is minimized by the support layer.
  • the openings are formed as a bore in the support layer.
  • the size of the openings should be chosen so that during operation the sintered metal of the sintered layer is not deformed and pressed into the holes, for example. The deformation of the sintered layer could otherwise result in blocking, which noticeably slows down or even completely blocks the gas flow.
  • the number of openings must be sufficiently large that the gas can flow through the support layer without appreciable loss of speed.
  • the same material is preferably used. However, it is also possible to manufacture sintered layer and supporting layer of different materials. Particularly preferred as the material for the support layer are metals such as stainless steel, titanium and nickel-based alloys. Unlike glass and ceramics, these are elastically deformable and therefore less susceptible to breakage.
  • the liquid-carrying channel is a central channel and the gas-carrying channel encloses the liquid-carrying channel.
  • the gas-carrying channel is the central channel, which is enclosed by the liquid-carrying channel.
  • the liquid-carrying channel is the central channel.
  • the gas-carrying channel may be formed as an annular gap and completely enclose the liquid-carrying channel.
  • a plurality of gas-carrying channels are provided, which enclose the liquid-conducting channel.
  • each gas-carrying channel forms a circular section, so that a plurality of adjacent gas-conducting channels surround the central channel.
  • the gas-carrying channels may have any cross-section in a design with multiple gas-carrying channels.
  • the gas-conducting channels are arranged annularly around the central channel. The distance between the gas-carrying channels can be equidistant. However, it is also possible that the distances between the gas-carrying channels are different.
  • the central axes of the channels it is preferable for the central axes of the channels to be located on a line which equidistantly surrounds the central channel and for the distance between the individual gas-carrying channels also to be equidistant.
  • a gaseous channel which encloses the central liquid-conducting channel annular.
  • liquid-carrying and several gas-carrying channels are also possible to provide several liquid-carrying and several gas-carrying channels.
  • the liquid-carrying channels are enclosed by the at least one gas-conducting channel.
  • the liquid-carrying channels may have any cross-sectional shape, preferably, the liquid-carrying channels are circular. In a preferred embodiment with a plurality of fluid-carrying channels, these are arranged uniformly around a center, wherein additionally a central channel can be provided, around which the remaining channels are arranged.
  • a swirl body is received in the liquid-carrying channel.
  • the swirl body imposes a rotational movement on the liquid flow, whereby the liquid jet is divided and the mixing with the gas is improved.
  • Suitable positions for the swirl body and suitable designs for the swirl body are described for example in EPES 2 066 430.
  • an impulse exchange pipe with or without side feed following the nozzle. Following the pulse exchange tube then usually a diffuser is arranged.
  • the gas / liquid mixture leaving the ejector nozzle enters the momentum exchange tube and sucks liquid from the reactor via the side feed.
  • the sucked liquid is mixed due to the high speed and the turbulence generated thereby with the gas / liquid mixture in the momentum exchange tube and the subsequent diffuser.
  • the mixture thus produced then enters the reactor from the diffuser. So that when forming a flame front and a propagation of the flame front no flames can pass against the flow direction of the gas in the gas-conducting channel, it is necessary that the entire gas flows through the flame-stop acting as insert. For this purpose, this is designed so that no gas can flow around the insert.
  • the insert acting as a flame arrester is cylindrical in shape and arranged parallel to the flow direction of the gas in the gas-carrying channel, so that the gas changes the direction of flow for flowing through the insert acting as a flame arrester. Due to the cylindrical design two annular gaps are formed. One between the inner wall of the gas-conducting channel and acting as a flame barrier insert and between the acting as a flame barrier insert and the outer wall of the gas-conducting channel. So that no gas can flow around the insert acting as a flame arrester, the annular gap, into which the gas flows after passing through the insert acting as a flame arrester, is closed off towards the gas-carrying channel.
  • annular wall in the gas-conducting channel on the side facing the gas inlet, which abuts with one side against the inner wall of the gas-conducting channel and with the other side on the insert acting as a flame barrier. Due to the annular wall, no gas can flow into the annular gap between the insert acting as a flame arrestor and the inner wall of the gas-conducting channel without flowing through the insert acting as a flame arrestor.
  • the annular wall is designed so that it rests against the outer wall of the gas-conducting channel and terminates internally with the use acting as a flame barrier insert.
  • the gas thereby flows from the inlet into the annular gap between the inner wall of the gas-conducting channel and acting as flame arrester insert, acting as a flame barrier insert in the annular gap between acting as a flame arrest insert and outer wall of the gas-conducting channel and from there to the outlet opening from the gas-conducting Channel in the fluid channel. So that no gas through the annular gap connected to the inlet for the gas at the as
  • Flame barrier acting insert can flow past the outlet opening of the gas into the liquid-conducting channel, the annular gap connected to the inlet for the gas is closed at the side facing the outlet opening of the flame-retardant insert acting side.
  • the annular gap pointing to the outlet opening is preferably designed such that a thermal or electrical ignition of the gas does not lead to an envelope from a deflagration toward a detonation in the region of the annular gap facing the outlet opening.
  • the ratio of the axial length of the annular gap to the radial gap width is derived from the detonation starting distance.
  • Ring gap to radial gap width is less than 40 to 1 and the ratio of circumferential length to radial gap width less than 80 to 1.
  • Suitable conditions for a pipeline are described, for example, in "Experimental determination of the static equivalent pressure of detonative decompositions of acetylene in long pipes and Chapman-Jouguet pressure ratio", Hans-Peter Schildberg, Conference: Proceedings of ASME 2014 Pressure Vessels and Piping Division, ASME / PVP Conference, July 20-24, 2014, Anaheim, California, USA. PVP2014-28197., Described. These can be used for estimation in an annular gap, wherein the ratios for an annular gap can be selected larger than for a pipeline.
  • the insert acting as a flame arrester is designed in the form of a disk and arranged perpendicular to the flow direction of the gas in the gas-carrying channel. The insert acting as a flame arrester rests with one side against the inner wall of the gas-conducting channel and with the other side against the outer wall of the gas-conducting channel. This avoids that gas can flow past the insert acting as a flame arrester.
  • the temperature rises when a flame front occurs in the ejector nozzle it is advantageous to detect the temperature in the ejector nozzle.
  • the temperature detection is carried out preferably in the gas space downstream of the flame arrester and before the mouth of the gas-conducting channel in the liquid-carrying channel, in particular in the flow direction immediately behind the flame arrester.
  • a change in temperature indicates that the process is not proceeding as planned.
  • a sudden increase in temperature indicates that the gas has started to burn and initially a standing flame has emerged. This can lead to charring of surfaces.
  • seals or materials, in particular the sintered metal can be damaged by a standing flame. By detecting the standing flame, it is possible to take early action to prevent damage.
  • thermocouples for example nickel-chromium / nickel thermocouples, iron / copper-nickel thermocouples or platinum-rhodium / platinum thermocouples, or even platinum measuring resistors.
  • an additive injection is provided in the region of the insert acting as a flame barrier.
  • the amount of adjuvant is adjusted to achieve wetting of the surfaces downstream of the flame arrestor liner.
  • the amount of the excipient is adjusted so that 20 to 100% of the surface, preferably 50 to 100% of the surface are wetted and in particular 80 to 100%.
  • the nozzles with which the adjuvant is injected are preferably designed so that the adjuvant is added in a conical spray cone or as a jet.
  • Suitable excipients are any liquid which is inert to the reactants used and supplied with the ejector nozzle.
  • Suitable auxiliaries are always dependent on the reactants added and may, for example, also include the products produced in the reaction.
  • white oils that is to say paraffin oils
  • suitable oils are polyolefin oils, ester oils or silicone oils. However, preferred are white oils.
  • Suitable auxiliaries are also described, for example, in US Pat. No. 5,948,945.
  • the gas-carrying channel contains a packing upstream of the insert acting as a flame barrier.
  • the packing should completely cover the insert acting as flame arrester.
  • the pack prevents the full force of the detonation front from impinging on the flame arrestor insert.
  • the requirements are reduced to the compressive strength of acting as a flame arrester insert.
  • a disordered packing is constructed, for example, of packing.
  • the pack is designed so that the lowest possible pressure drop is generated.
  • packing for a disordered packing are, for example, Pall® rings or Raschig® rings.
  • balls can be used as filler or a sintered material. The advantage of Pall® rings or Raschig® rings is the low pressure drop when flowing through the packing and its low density.
  • the material of the packing must be compatible with the material of the flame arrestor insert and the gas at the pressures and temperatures involved. It is preferred to use the same material as the material for the packing, which is also used for the sintered layer of the insert acting as a flame arrester. Preference is given in this case to metals which do not react with the gas and show no catalytic activity, since glass or ceramics are abraded due to the gas flow and vibrations generated by the compressor.
  • the ejector nozzle according to the invention is preferably used in an apparatus for contacting gas and liquid phase, wherein the gas phase is explosive.
  • the apparatus for contacting gas and liquid phase is preferably a jet loop reactor, a gas circulation reactor, a bubble column or a trickle bed in a stirred tank.
  • a gas / liquid Reaction is performed.
  • Another field of application of such an ejector nozzle are absorbers in which a rapid mixing is to be produced by the use of the nozzle.
  • a flow is generated in which the liquid contained in the reactor flows upwards on one side, is deflected at the phase boundary to a liquid boundary phase boundary or on the reactor cover and flows down again on the other side, so that a Flow loop arises.
  • a jet loop reactor is designed so that the liquid flows centrally up and down the edge, or up and down at the edge. This is achieved by appropriate position of the ejector nozzles. If the liquid is to flow centrally upwards, at least one ejector nozzle is arranged centrally in the lower region of the reactor so that the stream leaving the ejector nozzle is directed upwards.
  • a plurality of ejector nozzles in the upper area in a ring around the central area such that the stream leaving the ejector nozzle is directed downwards. If the liquid is to flow centrally downwards and upwards at the edge, either at least one ejector nozzle is arranged centrally in the upper region with the outlet opening facing downwards, or a plurality of ejector nozzles with an upwardly directed outlet opening in the lower region of the reactor. In order to support the loop flow, it is also advantageous to use a tube inside the reactor, which is flowed around by the liquid.
  • the ejector nozzle according to the invention can be used in all reactions in which at least one easily flammable or explosive gas is used.
  • Corresponding reactions are, for example, all reactions in which acetylene is used as the reaction partner.
  • These include, for example, ethynylations, such as the preparation of propargyl alcohol or butynediol, vinylations of n-butanol, cyclohexanol, ethylene, glycol, butanediol,
  • Imidazole diethylene glycol, cyclohexanedimethanol, methyltriethylene glycol, pyrrolidone and the preparation of acetaldehyde, vinyl chlorides, vinyl acetates, vinyl ethers, vinyl phenyl ethers or vinyl sulfides, or carbonylations such as the production of acrylic acid or ethyl acrylate.
  • Other reactions in which the ejector nozzle according to the invention can be used are those in which ethylene oxide or ethene is used as the reactant.
  • ethylene glycols by reaction of ethylene oxide with water
  • ammonia by reaction of ethylene oxide with ethanolamines
  • alkylamines by reaction of ethylene oxide with alkylalkanolamines
  • (alkyl) phenol by reaction of ethylene oxide with alkylphenolpolyglycol ethers
  • alcohols Reaction of ethylene oxide with glycol ethers and of fatty alcohols by reaction of ethylene oxide with fatty alcohol polyglycol ethers.
  • the ejector can also be used for alkoxylations.
  • the pressure of the gas and / or the liquid transported through the ejector nozzle is generally in the range of 0.1 to 100 bar (abs) and the temperature of the gas and / or liquid in the range of -50 to 300 ° C. Pressure and temperature depend on the process in which the ejector nozzle is used and also on the pressure and the temperature in the reactor.
  • Figure 1 shows an ejector nozzle with a cylindrical and arranged parallel to the flow direction of the gas acting as a flame arrester insert
  • Figure 2 an ejector nozzle with a designed in the form of a disk acting as a flame arrester insert
  • FIG. 3 shows a detail of an ejector nozzle with Hilfsscherindüsung and temperature sensor.
  • FIG. 1 shows an ejector nozzle with a cylindrical insert which acts as a flame arrester and is arranged parallel to the flow direction of the gas.
  • An ejector nozzle 1 comprises a liquid-carrying channel 3 and a gas-conducting channel 5.
  • the liquid-carrying channel 3 runs centrally in the ejector nozzle 1 and the gas-carrying channel 5 surrounds the liquid-carrying channel 3.
  • the central channel gas-conducting and the channel surrounding the central channel may be liquid-conducting.
  • provision may also be made for the central channel to be surrounded by a plurality of channels extending annularly around the central channel.
  • the embodiment shown here is preferred.
  • the gas-carrying channel 5 opens upstream of an outlet opening 7 in the liquid-conducting channel 3, wherein the liquid-carrying channel upstream of the mouth 9 of the gas-carrying channel has a diameter constriction 1 1. Due to the diameter constriction, the velocity of the liquid is increased before it emerges through the outlet opening 7 from the ejector nozzle 1. In this case, a negative pressure forms in the region of the mouth 9 of the gas-conducting channel and the gas is sucked in by the liquid. At the same time, the speed is so high that good mixing of gas and liquid is achieved. To improve the mixing, it is possible to connect to the mouth 9 a pulse exchange tube, not shown here.
  • the momentum exchange tube preferably has openings through which liquid surrounding the momentum exchange tube is drawn. This is mixed with the emerging from the mouth 9 mixture of gas and liquid. To the impulse exchange tube is then usually followed by a diffuser, in which the speed is reduced and pressure is built up.
  • the insert 13 which acts as a flame arrester, is of cylindrical design and is arranged parallel to the main flow direction of the gas in the gas-carrying channel 5.
  • the acting as a flame barrier insert 13 is positioned so that a first annular gap 15 between the outer wall 17 of the gas-conducting channel 5 and acting as a flame arrester insert 13 and a second annular gap 19 between the inner wall 21 of the gas-conducting channel 5 and acting as a flame arrester Insert 13 forms.
  • the second annular gap 19 is closed on the side facing away from the outlet opening 7 from the gas-carrying channel 5.
  • a disc 23 can be used, which rests with one side on the inner wall 21 of the gas-conducting channel 5 and with the other side of the acting as a flame barrier insert 13.
  • the gas flows through the gas-conducting channel into the first annular gap 15, from the first annular gap through the flame arrester insert 13 into the second annular gap 19 and from there to the mouth 9 of the gas-conducting channel 5 into the liquid-carrying channel 3.
  • the insert 13 acting as a flame arrester comprises a support layer 25, a first sintered layer 27 and a second sintered layer 29, the structure of the flame arrestor insert 13 being designed such that the gas first comprises the first sintered layer 27 , then the support layer 25 and then flows through the second sintered layer 29.
  • the sintered layers 27, 29 rest on the support layer 29 in each case.
  • FIG. 2 shows an ejector nozzle with an insert in the form of a disk acting as a flame arrester.
  • the insert 13 acting as a flame arrester is not cylindrically shaped and received parallel to the main flow direction of the gas in the gas-carrying channel but in the form of a disk.
  • the insert 13, which acts as a flame arrester bears against the inner wall 21 and the outer wall 17 of the gas-conducting channel.
  • the first sintered layer 27 is located on the streamed side and is perpendicular to Main flow direction of the gas aligned. Accordingly, the support layer 25 and the second sintered layer 29 are aligned perpendicular to the main flow direction of the gas in the gas-carrying channel 5.
  • FIG. 3 shows a section of an ejector nozzle with auxiliary injection and temperature sensor.
  • the insert 13 acting as a flame arrester is of cylindrical design as in FIG. 1 and is positioned parallel to the gas flow in the gas-carrying channel 5.
  • the support layer 25 is designed in the form of a ring with bores 35. Through the holes 35, the pressure loss in the support layer 25 is much smaller than the pressure loss in the sintered layers 27, 29, in which the gas must flow through the pores contained therein. In order to keep the total pressure loss as small as possible, it is therefore advantageous to make the sintered layers 27, 29 as thin as possible.
  • the supporting layer is necessary. Since sintered layers are generally brittle, there is the risk that a sintered layer without additional support layer breaks due to the pressure differences and mechanical stresses in the gas-conducting channel 5, in particular when forming a flame front or in particular when detonating the gas, and thus the effect as Flame arrest is no longer given.
  • a temperature sensor 31 for temperature measurement in the area of the insert 13 acting as a flame arrester, in order to detect, for example, the formation of a flame front, which may impair the function of the insert 13, it is possible to use a temperature sensor 31, as shown here.
  • a groove 33 are introduced, in which the temperature sensor 31 is received.
  • the attachment of the temperature sensor 31 in the groove can be done, for example, by gluing with an adhesive that is stable to the conditions prevailing in the gas-carrying channel 5 conditions, or by soldering.
  • the temperature sensor protrudes into the second annular space 19.
  • the risk of flame formation for example as a standing flame, can be further reduced or prevented by an additive injection.
  • auxiliary injection a phlegmatization of possible sources of ignition, for example of solid deposits.
  • the insert 13 acting as a flame arrester is fastened with a holder 37, wherein a channel 39 is formed in the holder 37, through which a liquid auxiliary, for example a white oil, polyolefinol or silicone oil, can be supplied. From the channel 39 branch off nozzles 41, through which the liquid excipient is injected into the second annular gap 19.
  • the nozzles 41 may be designed, for example in the form of holes in the holder 37. An injection of the liquid excipient in the first annular gap 15 or the gas-conducting channel 5 upstream of the flame arrester insert 13 is not desired because the liquid adjuvant would flow through the sintered layers only very slowly and thus accumulates in the first annular gap 15 and flooding it. This can lead to a malfunction of the ejector nozzle.
  • the insert 13 acting as a flame arrester is designed in the form of a disk, as is shown in FIG. 2, it is possible, for example, to attach a channel for supplying the excipient to the outside around the ejector nozzle and to downstream of the liquid excipient through bores in the outer wall of the gas-conducting channel 5 acting as a flame arrester insert 13, which are connected to the externally mounted channel for the supply of the excipient, to inject into the region downstream of the flame arrester acting as insert 13.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ejektordüse(1) mit einem flüssigkeitsführenden Kanal (3) und einem gasführenden Kanal (5), wobei der gasführende Kanal (5) stromauf einer Austrittsöffnung (7) in den flüssigkeitsführenden Kanal (3) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass im gasführenden Kanal (5) ein als Flammensperre wirkender Einsatz (13) positioniert ist, wobei der Einsatz (13) so gestaltet ist, dass kein Gas den Einsatz(13) umströmen kann. Die Erfindung betrifft weiter- hin eine Verwendung der Ejektordüsein einem Strahlschlaufenreaktor.

Description

Ejektordüse und Verwendung der Ejektordüse Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einer Ejektordüse mit einem flüssigkeitsführenden Kanal und einem gasführenden Kanal, wobei der gasführende Kanal stromauf einer Austrittsöffnung in den flüssigkeitsführenden Kanal mündet. Ejektordüsen, das heißt Ejektoren, Strahldüsen und Ejektorstrahldüsen, die zusammenfassend als Ejektordüsen bezeichnet werden, werden zum Beispiel eingesetzt in Reaktoren, in denen Reaktionen durchgeführt werden, die eine schnelle Durchmischung von Gas und Flüssigkeit erfordern. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Schlaufenreaktoren, in denen mit Hilfe der Ejektordüse auch die interne Zirkulationsströmung erzeugt wird. Weiterhin können Ejektordüsen in Gas- Umlaufreaktoren oder Gas-Flüssig-Absorbern eingesetzt werden.
In einer Ejektordüse wird üblicherweise im flüssigkeitsführenden Kanal eine Flüssigkeitsströmung mit hoher Geschwindigkeit erzeugt. Hierdurch bildet sich an der Mündung des gasführenden Kanals in den flüssigkeitsführenden Kanal ein Unterdruck und das Gas wird angesaugt. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit ist die Strömung turbulent und es erfolgt eine schnelle
Durchmischung von Gas und Flüssigkeit. Üblicherweise tritt das Gemisch aus Gas und Flüssigkeit unmittelbar hinter der Mündung des gasführenden Kanals in den flüssigkeitsführenden Kanal durch die Austrittsöffnung aus der Ejektordüse aus. Eine als Treibstrahldüse wirkende Ejektordüse ist zum Beispiel in DE-A 24 10 570 oder in DE-A 24 21 407 beschrieben. Hierbei wird jeweils über einen zentralen Kanal Flüssigkeit zugeführt und über einen den zentralen Kanal umschließenden Kanal das Gas. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit der zugeführten Flüssigkeit im Bereich der Düse wird das Gas mitgerissen. Es entsteht eine turbulente Strömung, die zu einer schnellen Durchmischung führt.
Um die Durchmischung von Gas und Flüssigkeit zu verbessern, ist aus EP-B 2 066 430 bekannt, in den die Flüssigkeit führenden Kanal einen Drallkörper einzusetzen. Durch den Drallkörper wird auf die Flüssigkeit vor dem Austritt aus dem Kanal eine Drallbewegung aufgeprägt. Die Drallbewegung führt zu einer Aufspreizung des Strahls am Düsenaustritt, wodurch der Strahl definiert auf die nachfolgende Gasdüse trifft und eine größere Gas/Flüssig-Grenzfläche erzeugt werden kann, die wiederum zu einer schnelleren Durchmischung von Gas und Flüssigkeit führt.
Problematisch bei allen Ejektordüsen, die in Reaktoren eingesetzt werden, ist jedoch, dass bei explosionsfähigen oder brennbaren Reaktanden eine Flammfront entstehen kann, die sich schnell ausbreitet. Hierbei ist einerseits die Bildung einer Flammfront im Reaktor möglich, die in Richtung der Ejektordüse rückschlagen kann, andererseits besteht jedoch auch die Gefahr, dass die explosionsfähigen oder brennbaren Reaktanden beginnt in der Zufuhrleitung zu brennen und sich die so entstehende Flammfront in Richtung des Reaktors bewegt. Üblicherweise wird zwischen Deflagrationsfronten und Detonationsfronten unterschieden. Hierbei weisen diese Flammfronten unterschiedliche Geschwindigkeiten, Druckanstiegsraten und Maximaldrücke auf. Insbesondere eine Ausbreitung der Deflagrationsfront oder Detonationsfront kann zu einer
Schädigung des Apparats führen und muss abgeschwächt oder verhindert werden. Dabei ist die Zerstörungswirkung insbesondere in geschlossenen Systemen bei der Detonation gewöhnlich um Größenordnungen größer als bei einer Deflagration. Um das Ausbilden einer Flammfront zu verhindern ist es zum Beispiel aus US 5,726,321 bekannt, zu vermeiden, dass sich eine zusammenhängende Gasphase ausbildet. Alternativ ist aus der US 5,948,945 zur Verminderung der Zündwirksamkeit der eingesetzten Stoffe bekannt, in Bereiche, in denen die Zersetzung von Acetylen oder eines Acetylen enthaltenden Gases eingeleitet wird, ein chemisch inerten Öl mit mittlerer Viskosität zuzugeben.
Alternativ zu den bekannten Verfahren, bei denen die Entstehung einer Flammfront oder eines explosiven Gemischs durch entsprechende Verfahrensmaßnahmen, beispielsweise die Vermeidung einer zusammenhängenden Gasphase oder das Einspritzen eines chemisch inerten Öls, sind auch bauliche Maßnahmen an der Ejektordüse oder am Reaktor bekannt, mit denen eine Ausbreitung einer möglicherweise entstehenden Flammfront verhindert werden soll.
So ist zum Beispiel in der DE-A 10 2006 002 802 eine Misch- und Injektionsvorrichtung beschrieben, die als Zweikammerrohr mit brennstoffgekühlter, geschlossener Spitze ausgebildet ist. Zum Verbessern des Mischvorganges und zur Erhöhung des Wärmeübergangs beim Küh- len der geschlossenen Spitze sind mikrostrukturierte Oberflächen vorgesehen. Gas und Flüssigkeit werden in einem Ringspalt des Zweikammerrohrs vermischt und durch eine ringförmige Öffnung ausgestoßen.
Aus der US-A 2005/0069831 ist ein Gasbrenner bekannt, bei dem sich stromab der eigentlichen Mischdüse eine durchlässige Barriere befindet, die eine weitere Durchmischung von Brennstoff und Luft beim Durchströmen bewirkt. Gleichzeitig wird durch die Barriere ein Rückschlagen der Flammfront verhindert. Bei dem in der US 5,098,284 beschriebenen Brenner ist eine Flammensperre vorgesehen, die von der Gas/Brennstoff-Mischung durchströmt wird und sich stromauf einer Zündquelle befindet, mit der das Gemisch gezündet wird.
Flammensperren sind insbesondere aus Brennereinheiten bekannt. Bei Reaktoren, in denen zündfähige Gemische behandelt werden und die mit einer Ejektordüse versehen sind, wird im Allgemeinen durch verfahrenstechnische Maßnahmen versucht zu verhindern, dass es zu einer Ausbreitung einer Flammfront kommt. Im Unterschied zu Brennern bilden sich üblicherweise in Reaktoren, beispielsweise Strahlschlaufenreaktoren, keine Flammfronten aus. Die Umsetzung erfolgt ohne Flammbildung. Die Positionierung einer Flammensperre stromab der eigentlichen Düse, wie dies bei den Brennern erfolgt, hat den Nachteil, dass der dadurch zusätzlich erzeugte Druckverlust die Geschwindigkeit des Gemischs stark reduziert und damit die eigentliche Funk- tion der Ejektordüse, nämlich eine schnelle Durchmischung auch mit im Reaktor enthaltener Flüssigkeit zu bewirken, nachteilig beeinflusst wird.
Bei Einsatz von brennbaren Edukten lässt sich jedoch nicht ausschließen, dass diese Flammen bilden. Daher ist es notwendig, durch geeignete Maßnahmen eine Ausbreitung einer möglichen Flamme, die zu Schäden in der Anlage führen kann, zu verhindern. Das Schadensausmaß von Deflagrationsfronten und Detonationsfronten kann unterschiedlich ausfallen und hängt von unterschiedlichen Faktoren ab, zum Beispiel Druck, Impuls, Struktur der Umgebung. Wenn die Detonationsfront eine größere Schadenswirkung nach sich zieht als die Deflagrationsfront, kann der Umschlag von einer Deflagration in eine Detonation zum Beispiel durch Einsatz einer Flammsperre gezielt unterbunden werden.
Um Schäden an den Apparaten zu vermeiden ist es notwendig, Absicherungen zu treffen, mit denen die Ausbreitung einer Flammfront, insbesondere einer Detonationsfront verhindert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Ejektordüse bereitzustellen, mit der bei Einsatz in Reaktionen mit brennbaren Edukten eine Ausbreitung einer Flammfront verhindert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ejektordüse mit einem flüssigkeitsführenden Kanal und einem gasführenden Kanal, wobei der gasführende Kanal stromauf einer Austrittsöffnung in den flüssigkeitsführenden Kanal mündet und wobei im gasführenden Kanal ein als Flammensperre wirkender Einsatz positioniert ist, wobei der Einsatz so gestaltet ist, dass kein Gas den Einsatz umströmen kann.
Durch die Positionierung der Flammensperre im gasführenden Kanal wird die Geschwindigkeit des aus der Ejektordüse austretenden Mediums, das insbesondere durch die Geschwindigkeit der Flüssigkeit bestimmt wird, nicht signifikant reduziert. Die Funktion der Treibstrahldüse wird somit nicht wesentlich beeinflusst.
Reaktoren, die mit einer erfindungsgemäßen Ejektordüse ausgestattet werden können, sind alle Reaktoren, in denen eine schnelle Durchmischung von Gas und Flüssigkeit gewünscht ist und in denen eine Strömung erzeugt werden soll. Entsprechende Reaktoren sind zum Beispiel
Strahlschlaufenreaktoren oder Reaktoren, in denen eine Strömung zur Durchmischung aufgebracht wird, die mit einer Ejektordüse erzeugt wird. Auch können Rohrreaktoren, die sich an eine Ejektordüse anschließen, eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist jedoch der Einsatz einer Ejektordüse in einem Strahlschlaufenreaktor. Ein solcher Strahlschlaufenreaktor wird al- ternativ auch als Treibstrahlreaktor bezeichnet.
Da sich im Allgemeinen in der Gasphase die Flammen bilden und es entsprechend insbesondere in der Gasphase zu einer Ausbreitung der Flammfront kommen kann, befindet sich erfin- dungsgemäß der als Flammensperre wirkende Einsatz im gasführenden Kanal. Die Flammen können sich sowohl in der Zuleitung zu der Ejektordüse bilden als auch in dem Raum, in den die Ejektordüse mündet. Durch den als Flammensperre wirkenden Einsatz im gasführenden Kanal wird eine Ausbreitung der Flammfront in beiden Richtungen wirksam verhindert. Als Flammensperre wirkender Einsatz eignet sich dabei jeder beliebige Einsatz, der einen Durchtritt von Flammen in den gasführenden Kanal verhindern kann. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der als Flammensperre wirkende Einsatz mindestens eine gesinterte Schicht.
Als gesinterte Schicht eignen sich zum Beispiel Sintermetallschichten oder auch gesinterte Schichten aus Materialien, die ausreichend temperaturstabil sind und insbesondere gegenüber den eingesetzten Reaktanden inert sind. Auch darf das für die gesinterte Schicht eingesetzte Material keine katalytisch aktive Wirkung gegenüber den eingesetzten Reaktanden haben. Geeignete Materialien sind neben Sintermetallen zum Beispiel Glas oder Keramik. Bevorzugt sind jedoch Sintermetalle, insbesondere solche basierend auf Edelstahl, Titan, Nickel, und Nickelba- sislegierungen. Geeignete Nickelbasislegierungen sind zum Beispiel Monel®, Inconel® und Hastelloy®.
Gesinterte Materialien wie gesintertes Glas oder Keramik oder Sintermetalle sind aufgrund ihrer Herstellung porös, so dass diese gasdurchlässig sind. Das durch den gasführenden Kanal zu- geführte Gas kann somit den als Flammensperre wirkenden Einsatz durchströmen. Der Aufbau mit sehr kleinen Poren verhindert jedoch ein mögliches Durchtreten von Flammen. Zudem erfolgt in dem als Flammensperre wirkenden Einsatz entgegen der Strömungsrichtung eine Abkühlung, die ebenfalls eine Reduktion der Flammbildung bewirkt, so dass die Flammfront den als Flammensperre wirkenden Einsatz nicht durchbricht.
Um insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und bei der Ausbreitung von Druckwellen, wie dies zum Beispiel durch eine Flammenfront und im Besonderen bei einer Detonation auftreten kann, eine zusätzliche Verstärkung des als Flammensperre wirkenden Einsatzes zu erhalten und eine Schädigung aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Druckwellen auszuschließen ist es bevorzugt, wenn der als Flammensperre wirkende Einsatz zusätzlich eine Stützschicht umfasst. Durch die Stützschicht wird zudem auch eine Schädigung des als Flammensperre wirkenden Einsatzes durch eine mögliche Detonationsfront reduziert oder verhindert. Die gesinterte Schicht liegt in diesem Fall an der Stützschicht an und wird hierdurch zusätzlich verstärkt. Die Stützschicht kann dabei in Strömungsrichtung des Gases vor der gesinterten Schicht oder hinter der gesinterten Schicht angeordnet sein.
Alternativ können auch zwei Stützschichten vorgesehen sein, wobei eine Stützschicht in Strömungsrichtung des Gases vor der gesinterten Schicht und eine Stützschicht in Strömungsrichtung des Gases hinter der gesinterten Schicht angeordnet ist.
Bevorzugt ist es jedoch, zwei gesinterte Schichten vorzusehen, wobei diese so angeordnet sind, dass der als Flammensperre wirkende Einsatz in Strömungsrichtung des Gases durch den als Flammensperre wirkenden Einsatz eine erste gesinterte Schicht, eine Stützschicht und eine zweite gesinterte Schicht umfasst.
Die Stützschicht ist vorzugsweise eine Metallschicht, in der Öffnungen ausgebildet sind, die von dem Gas durchströmt werden können. Die Öffnungen sind dabei so groß, dass der Druckverlust durch die Stützschicht minimiert wird. Üblicherweise werden die Öffnungen als Bohrung in der Stützschicht ausgebildet. Die Größe der Öffnungen, zum Beispiel der Durchmesser der Bohrungen, ist so zu wählen, dass im laufenden Betrieb das Sintermetall der gesinterten Schicht nicht verformt und zum Beispiel in die Bohrungen gepresst wird. Durch die Verformung der ge- sinterten Schicht könnte sonst eine Verblockung entstehen, die die Gasströmung merkbar verlangsamt oder sogar vollständig blockiert. Die Anzahl der Öffnungen muss ausreichend groß sein, dass das Gas die Stützschicht ohne merkbaren Geschwindigkeitsverlust durchströmen kann.
Als Material für die gesinterte Schicht und für die Stützschicht wird vorzugsweise das gleiche Material verwendet. Es ist jedoch auch möglich, gesinterte Schicht und Stützschicht aus unterschiedlichen Materialien zu fertigen. Besonders bevorzugt als Material für die Stützschicht sind Metalle wie Edelstahl, Titan und Nickelbasislegierungen. Im Unterschied zu Glas und Keramik sind diese elastisch verformbar und daher weniger anfällig für Bruch.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der flüssigkeitsführende Kanal ein zentraler Kanal und der gasführende Kanal umschließt den flüssigkeitsführenden Kanal. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass der gasführende Kanal der zentrale Kanal ist, der vom flüssigkeitsführenden Kanal umschlossen ist. Bevorzugt ist jedoch der flüssigkeitsführende Kanal der zentrale Kanal. Der gasführende Kanal kann als Ringspalt ausgebildet sein und den flüssigkeitsführenden Kanal vollständig umschließen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass mehrere gasführende Kanäle vorgesehen sind, die den flüssigkeitsführenden Kanal umschließen. In diesem Fall bildet im Allgemeinen jeder gasführende Kanal einen Kreisabschnitt, so dass mehrere nebeneinanderliegende gasführende Kanäle den zentralen Kanal umschließen. Alternativ können die gasführenden Kanäle bei einer Gestaltung mit mehreren gasführenden Kanälen jeden beliebigen Querschnitt aufweisen. Die gasführenden Kanäle sind dabei ringförmig um den zentralen Kanal angeordnet. Dabei kann der Abstand zwischen den gasführenden Kanälen äquidistant sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Abstände zwischen den gasführenden Kanälen unterschiedlich sind. Bevorzugt bei mehreren gasführenden Kanälen ist jedoch, dass sich die zentralen Achsen der Kanäle auf einer den zentralen Kanal äquidistant umschließenden Linie befinden und der Abstand der einzelnen gasführenden Kanäle ebenfalls äquidistant ist. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn nur ein gasförmiger Kanal vorgesehen ist, der den zentralen flüssigkeitsführenden Kanal ringförmig umschließt. Neben einer Ausgestaltung mit einem zentralen flüssigkeitsführenden Kanal und mehreren gasführenden Kanälen ist es auch möglich, mehrere flüssigkeitsführende Kanäle vorzusehen, die von einem gasführenden, vorzugsweise ringförmigen, Kanal umschlossen sind. Auch ist es möglich, mehrere flüssigkeitsführende und mehrere gasführende Kanäle vorzusehen. Hierbei ist es jeweils bevorzugt, dass die flüssigkeitsführenden Kanäle von dem mindestens einen gasführenden Kanal umschlossen sind. Die flüssigkeitsführenden Kanäle können jede beliebige Querschnittsform aufweisen, bevorzugt sind die flüssigkeitsführenden Kanäle kreisförmig. In einer bevorzugten Ausführungsform mit mehreren flüssigkeitsführenden Kanälen sind diese gleich- mäßig um einen Mittelpunkt angeordnet, wobei zusätzlich ein zentraler Kanal vorgesehen sein kann, um den die übrigen Kanäle angeordnet sind. Um eine gute Funktion zu erhalten ist es jedoch immer bevorzugt, den mindestens einen gasführenden Kanal um den mindestens einen flüssigkeitsführenden Kanal herum anzuordnen. Jedoch ist es auch möglich, den mindestens einen gasführenden Kanal und den mindestens einen flüssigkeitsführenden Kanal zu vertau- sehen, so dass der mindestens eine flüssigkeitsführende Kanal den mindestens einen gasführenden Kanal umschließt.
Um die Durchmischung von Gas und Flüssigkeit zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn im flüssigkeitsführenden Kanal ein Drallkörper aufgenommen ist. Durch den Drallkörper wird der Flüs- sigkeitsströmung eine Rotationsbewegung aufgezwungen, wodurch der Flüssigkeitsstrahl zerteilt wird und die Vermischung mit dem Gas verbessert wird. Geeignete Positionen für den Drallkörper und geeignete Gestaltungen für den Drallkörper sind zum Beispiel in der EPES 2 066 430 beschrieben. Um weiterhin eine gute Durchmischung des Gas/Flüssigkeits-Strahls, der die Ejektordüse verläset, mit der Flüssigkeit im Reaktor zu erhalten, ist es weiterhin möglich, im Anschluss an die Treibstahldüse ein Impulsaustauschrohr mit oder ohne Seiteneinzug anzuordnen. Im Anschluss an das Impulsaustauschrohr wird dann üblicherweise ein Diffusor angeordnet. Das die Ejektordüse verlassende Gas/Flüssigkeits-Gemisch tritt in das Impulsaustauschrohr ein und saugt über den Seiteneinzug Flüssigkeit aus dem Reaktor an. Die angesaugte Flüssigkeit wird aufgrund der hohen Geschwindigkeit und der dadurch erzeugten Turbulenz mit dem Gas/Flüssigkeits- Gemisch im Impulsaustauschrohr und dem nachfolgenden Diffusor vermischt. Das so erzeugte Gemisch tritt dann aus dem Diffusor in den Reaktor ein. Damit bei Ausbildung einer Flammfront und einer Ausbreitung der Flammfront keine Flammen entgegen der Strömungsrichtung des Gases in den gasführenden Kanal gelangen können, ist es erforderlich, dass das gesamte Gas den als Flammensperre wirkenden Einsatz durchströmt. Hierzu ist dieser so gestaltet, dass kein Gas den Einsatz umströmen kann. In einer Ausführungsform ist der als Flammensperre wirkende Einsatz zylinderförmig gestaltet und parallel zur Strömungsrichtung des Gases im gasführenden Kanal angeordnet, so dass das Gas zur Durchströmung des als Flammensperre wirkenden Einsatzes die Strömungsrichtung ändert. Durch die zylinderförmige Gestaltung werden zwei Ringspalte gebildet. Einer zwischen der Innenwandung des gasführenden Kanals und dem als Flammensperre wirkenden Einsatz und einer zwischen dem als Flammensperre wirkenden Einsatz und der Außenwandung des gasführenden Kanals. Damit kein Gas den als Flammensperre wirkenden Einsatz umströmen kann, ist der Ringspalt, in den das Gas nach dem Durchströmen durch den als Flammensperre wirkenden Einsatz einströmt zum gasführenden Kanal hin verschlossen. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, eine ringförmige Wandung im gasführenden Kanal auf der dem Gaszulauf zugewandten Seite vorzuse- hen, die mit einer Seite an der inneren Wandung des gasführenden Kanals anliegt und mit der anderen Seite an dem als Flammensperre wirkenden Einsatz. Durch die ringförmige Wandung kann kein Gas in den Ringspalt zwischen als Flammensperre wirkendem Einsatz und innerer Wandung des gasführenden Kanals einströmen ohne durch den als Flammensperre wirkenden Einsatz zu strömen.
Wenn alternativ das Gas den als Flammensperre wirkenden Einsatz von innen nach außen durchströmt, wird die ringförmige Wandung so gestaltet, dass diese an der Außenwandung des gasführenden Kanals anliegt und innen mit dem als Flammensperre wirkenden Einsatz abschließt. Das Gas strömt dadurch vom Zulauf in den Ringspalt zwischen innerer Wandung des gasführenden Kanals und dem als Flammensperre wirkenden Einsatz, durch den als Flammensperre wirkenden Einsatz in den Ringspalt zwischen als Flammensperre wirkendem Einsatz und Außenwandung des gasführenden Kanals und von dort aus zur Austrittsöffnung aus dem gasführenden Kanal in den flüssigkeitsführenden Kanal. Damit kein Gas durch den mit dem Zulauf für das Gas verbundenen Ringspalt an dem als
Flammensperre wirkenden Einsatz vorbei zur Austrittsöffnung des Gases in den flüssigkeitsführenden Kanal strömen kann, ist der mit dem Zulauf für das Gas verbundene Ringspalt an der zur Austrittsöffnung des als Flammensperre wirkenden Einsatzes weisenden Seite verschlossen.
Der zur Austrittsöffnung weisende Ringspalt wird vorzugsweise so gestaltet, dass eine thermische oder elektrische Zündung des Gases nicht zu einem Umschlag von einer Deflagration hin zu einer Detonation im Bereich des der Austrittsöffnung zuweisenden Ringspalts führt. Hierbei wird das Verhältnis der axialen Länge des Ringspalts zur radialen Spaltbreite von der Detonati- onsanlaufstrecke abgeleitet. Abhängig vom eingesetzten explosionsfähigen Gas gilt zum Beispiel bei einem Anfangsdruck von weniger als 30 bar (abs), einer Anfangstemperatur von weniger als 200°C und einer mittleren Anfangsdurchflussgeschwindigkeit des brennbaren Gases von weniger als 20 m/s, dass das Verhältnis von axialer Länge des Ringspalts zu radialer Spaltbreite kleiner ist als 40 zu 1 und das Verhältnis von Umfangslänge zu radialer Spaltbreite kleiner als 80 zu 1 . Geeignete Verhältnisse für eine Rohrleitung sind zum Beispiel in "Experi- mental determination of the static equivalent pressure of detonative decompositions of acetyle- ne in long pipes and Chapman-Jouguet pressure ratio", Hans-Peter Schildberg, Conference: Proceedings of ASME 2014 Pressure Vessels and Piping Division, Conference ASME/PVP, July 20-24, 2014, Anaheim, California, USA. PVP2014-28197., beschrieben. Diese können zur Abschätzung in einem Ringspalt herangezogen werden, wobei die Verhältnisse für einen Ringspalt größer gewählt werden können als für eine Rohrleitung. In einer alternativen Ausführungsform ist der als Flammensperre wirkende Einsatz in Form einer Scheibe gestaltet und senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases im gasführenden Kanal angeordnet. Der als Flammensperre wirkende Einsatz liegt dabei mit einer Seite an der Innenwandung des gasführenden Kanals und mit der anderen Seite an der Außenwandung des gas- führenden Kanals an. Hierdurch wird vermieden, dass Gas an dem als Flammensperre wirkenden Einsatz vorbeiströmen kann.
Da bei Auftreten einer Flammfront in der Ejektordüse die Temperatur ansteigt, ist es vorteilhaft, die Temperatur in der Ejektordüse zu erfassen. Die Temperaturerfassung erfolgt dabei vorzugsweise im Gasraum stromab der Flammensperre und vor der Mündung des gasführenden Kanals in den flüssigkeitsführenden Kanal, insbesondere in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Flammensperre. Eine Temperaturänderung lässt insbesondere darauf schließen, dass der Prozess nicht mehr wie vorgesehen abläuft. Insbesondere eine plötzliche Temperaturerhöhung deutet darauf hin, dass das Gas begonnen hat zu brennen und zunächst eine stehende Flamme entstanden ist. Diese kann zu Verkohlungen von Oberflächen führen. Weiterhin können durch eine stehende Flamme aufgrund der hohen Temperaturen Dichtungen oder Materialien, insbesondere das Sintermetall, geschädigt werden. Durch die Erfassung der stehenden Flamme ist es möglich, frühzeitig Maßnahmen zu ergreifen, um Schäden zu verhindern. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, zunächst die Zufuhr von Gas und Flüssigkeit zu unterbrechen oder die Geschwindigkeit zu ändern. Um die Temperatur zu erfassen ist es zum Beispiel möglich, im Bereich des als Flammensperre wirkenden Einsatzes einen Temperatursensor anzuordnen. Als Temperatursensor kann dabei jeder beliebige, dem Fachmann bekannte Temperatursensor eingesetzt werden, der auch bei möglicher Flammbildung und den dabei entstehenden Temperaturen nicht geschädigt wird. Geeignete Temperatursensoren sind zum Beispiel Thermoelemente, beispielsweise Nickel-Chrom/Nickel-Thermoelemente, Eisen/Kupfer-Nickel- Thermoelemente oder Platin-Rhodium/Platin-Thermoelemente, oder auch Platin- Messwiderstände.
Um eine Flammbildung zu unterdrücken, ist es bevorzugt, wenn im Bereich des als Flammen- sperre wirkenden Einsatzes eine Hilfsstoffeindüsung vorgesehen ist. Die Menge des Hilfsstoffs wird so eingestellt, dass eine Benetzung der Oberflächen stromab des als Flammensperre wirkenden Einsatzes erreicht wird. Bevorzugt wird die Menge des Hilfsstoffs so eingestellt, dass 20 bis 100% der Oberfläche, bevorzugt 50 bis 100% der Oberfläche benetzt werden und insbesondere 80 bis 100%. Die Düsen, mit denen der Hilfsstoff eingedüst wird, sind vorzugsweise so gestaltet, dass der Hilfsstoff in einem konischen Sprühkegel oder als Strahl zugegeben wird. Durch die Zugabe des Hilfsstoffs erfolgt eine Phlegmatisierung möglicher thermischer und/oder chemischer Zündquellen, so dass die Zündung des Gases und damit die Bildung von Flammen reduziert oder verhindert werden kann.
Als Hilfsstoff eignet sich jede Flüssigkeit, die gegenüber den eingesetzten und mit der Ejektordüse zugeführten Reaktanden inert ist. Geeignete Hilfsstoffe sind immer abhängig von den zugeführten Reaktanden und können zum Beispiel auch die in der Reaktion hergestellten Produkte umfassen. Wenn die Ejektordüse bei Reaktionen eingesetzt wird, denen als Gas Acetylen oder Ethen zugeführt wird eignen sich als Hilfsstoff zum Beispiel Weißöle, das heißt Paraffinöle. Weitere geeignete Öle sind Polyolefinöle, Esteröle oder Silikonöle. Bevorzugt sind jedoch Weißöle. Geeig- nete Hilfsstoffe sind zum Beispiel auch in der US 5,948,945 beschrieben.
Damit insbesondere bei den zentralen flüssigkeitsführenden Kanal ringförmig umgebendem gasführendem Kanal eine gleichmäßige Gasströmung erhalten wird, ist es vorteilhaft, wenn der gasführende Kanal stromauf des als Flammensperre wirkenden Einsatzes eine Packung ent- hält. Die Packung sollte dabei den als Flammensperre wirkenden Einsatz vollständig bedecken. Zusätzlich wird durch die Packung im Falle einer Detonation verhindert, dass die volle Kraft der Detonationsfront auf den als Flammensperre wirkenden Einsatz auftrifft. Hierdurch werden die Anforderungen an die Druckfestigkeit des als Flammensperre wirkenden Einsatzes reduziert. Zur Auslegung der Stabilität braucht nur der bei einer Deflagration entstehende Druck berück- sichtigt werden und nicht der bei einer Detonation entstehende Druck. Im Falle einer Detonation besteht jedoch die Möglichkeit, dass die Packung geschädigt wird. Vor einem Neustart des Verfahrens sollte diese daher gegebenenfalls ausgetauscht werden. Als Packung kann jede geeignete strukturierte oder ungeordnete Packung eingesetzt werden. Eine ungeordnete Packung ist zum Beispiel aus Füllkörpern aufgebaut. Die Packung wird dabei so gestaltet, dass ein mög- liehst geringer Druckabfall erzeugt wird. Als Füllkörper für eine ungeordnete Packung eignen sich zum Beispiel Pall®-Ringe oder Raschig®-Ringe. Alternativ können auch Kugeln als Füllkörper genutzt werden oder ein gesintertes Material. Vorteil von Pall®-Ringen oder Raschig®- Ringen ist der geringe Druckverlust beim Durchströmen der Packung und deren niedrige Dichte. Allerdings besteht die Gefahr, dass diese im Falle einer Detonation zusammenfallen, was eine Entleerung der Ejektordüse nach einer möglichen Detonation zum Ersatz der Packung deutlich erschwert. Vorteil von Kugeln ist, dass diese auch nach einer Detonation einfach auszutauschen sind, allerdings haben diese den Nachteil einer vergleichsweise hohen Dichte. Auch ist der Druckverlust beim Durchströmen der Packung im regulären Betrieb größer als bei Pall®- Ringen oder Raschig®-Ringen.
Das Material der Packung muss mit dem Material des als Flammensperre wirkenden Einsatzes und dem Gas bei den auftretenden Drücken und Temperaturen kompatibel sein. Bevorzugt ist es als Material für die Packung das gleiche Material einzusetzen, das auch für die gesinterte Schicht des als Flammensperre wirkenden Einsatzes genutzt wird. Bevorzugt sind hierbei Me- talle, die nicht mit dem Gas reagieren und keine katalytische Wirkung zeigen, da sich Glas oder Keramik aufgrund der Gasströmung und durch den Kompressor erzeugte Vibrationen abschleifen.
Die erfindungsgemäße Ejektordüse wird vorzugsweise in einem Apparat zur Kontaktierung von Gas und flüssiger Phase eingesetzt, wobei die Gasphase explosionsfähig ist. Der Apparat zur Kontaktierung von Gas und flüssiger Phase ist vorzugsweise ein Strahlschlaufenreaktor, ein Gas-Umlaufreaktor, eine Blasensäule oder ein Rieselbett in einem Rührkessel. Alternativ ist jedoch auch ein Einsatz in jedem beliebigen anderen Reaktor denkbar, in dem eine Gas/flüssig- Reaktion durchgeführt wird. Ein weiterer Einsatzbereich einer solchen Ejektordüse sind Absorber, in denen durch den Einsatz der Düse eine schnelle Durchmischung erzeugt werden soll.
In einem Strahlschlaufenreaktor wird eine Strömung erzeugt, bei der die im Reaktor enthaltene Flüssigkeit auf einer Seite nach oben strömt, an der Phasengrenze zu einer oberhalb der Flüssigkeit liegenden Phasengrenze oder am Reaktordeckel umgelenkt wird und auf der anderen Seite wieder nach unten strömt, so dass eine Strömungsschleife entsteht. Im Allgemeinen ist ein Strahlschlaufenreaktor so gestaltet, dass die Flüssigkeit zentral nach oben und am Rand nach unten strömt oder am Rand nach oben und zentral nach unten. Dies wird durch entspre- chende Position der Ejektordüsen erzielt. Wenn die Flüssigkeit zentral nach oben strömen soll, ist mindestens eine Ejektordüse zentral im unteren Bereich des Reaktors so angeordnet, dass der die Ejektordüse verlassende Strom nach oben gerichtet ist. Alternativ ist es auch möglich, mehrere Ejektordüsen im oberen Bereich ringförmig so um den zentralen Bereich herum anzuordnen, dass der die Ejektordüse verlassende Strom nach unten gerichtet ist. Wenn die Flüs- sigkeit zentral nach unten und am Rand nach oben strömen soll, ist entweder mindestens eine Ejektordüse zentral im oberen Bereich mit nach unten gerichteter Austrittsöffnung angeordnet oder ringförmig mehrere Ejektordüsen mit nach oben gerichteter Austrittsöffnung im unteren Bereich des Reaktors. Um die Schlaufenströmung zu unterstützen ist es weiterhin vorteilhaft, im Inneren des Reaktors ein Rohr einzusetzen, das von der Flüssigkeit umströmt wird.
Die erfindungsgemäße Ejektordüse kann bei allen Reaktionen eingesetzt werden, bei denen mindestens ein leicht brennbares oder explosionsfähiges Gas eingesetzt wird. Entsprechende Reaktionen sind zum Beispiel alle Reaktionen, in denen Acetylen als Reaktionspartner eingesetzt wird. Hierzu zählen zum Beispiel Ethynilierungen, wie die Herstellung von Propargylalko- hol oder Butindiol, Vinylierungen von n-Butanol, Cyclohexanol, Ethylen, Glykol, Butandiol,
Imidazol, Diethylenglykol, Cyclohexandimethanol, Methyltrieethylenglykol, Pyrrolidon und die Herstellung von Acetaldehyd, Vinylchloriden, Vinylacetaten, Vinylethern, Vinyl-Phenylethern oder Vinylsulfiden, oder Carbonylierungen wie die Herstellung von Acrylsäure oder Ethylacrylat. Weitere Reaktionen, bei denen die erfindungsgemäße Ejektordüse eingesetzt werden kann, sind solche, bei denen Ethylenoxid oder Ethen als Reaktionspartner eingesetzt wird. Hierzu zählen zum Beispiel die Herstellung von Ethylenglykolen durch Umsetzung von Ethylenoxid mit Wasser, die Herstellung von Ammoniak durch Umsetzung von Ethylenoxid mit Ethanolaminen, von Alkylaminen durch Umsetzung von Ethylenoxid mit Alkylalkanolaminen, von (Alkyl)phenol durch Umsetzung von Ethylenoxid mit Alkylphenolpolyglycolethern, von Alkoholen durch Umsetzung von Ethylenoxid mit Glykolethern und von Fettalkoholen durch Umsetzung von Ethylenoxid mit Fettalkoholpolyglycolethern.
Weitere geeignete Reaktionen sind die Umsetzung von Ethylen mit Chlor zu Dichlorethan sowie von Ethylen mit Essigsäure und Sauerstoff zu Vinylacetat. Weiterhin kann der Ejektor auch für Alkoxilierungen eingesetzt werden. Der Druck des Gases und/oder der Flüssigkeit, die durch die Ejektordüse transportiert werden, liegt im Allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 100 bar (abs) und die Temperatur des Gases und/oder der Flüssigkeit im Bereich von -50 bis 300°C. Druck und Temperatur sind dabei abhängig vom Verfahren, in dem die Ejektordüse eingesetzt wird und weiterhin vom Druck und der Temperatur im Reaktor.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Ejektordüse mit einem zylinderförmigen und parallel zur Strömungsrichtung des Gases angeordneten als Flammensperre wirkenden Einsatz, Figur 2 eine Ejektordüse mit einem in Form einer Scheibe gestalteten als Flammensperre wirkenden Einsatz
Figur 3 einen Ausschnitt einer Ejektordüse mit Hilfsstoffeindüsung und Temperatursensor. Figur 1 zeigt eine Ejektordüse mit einem zylinderförmigen und parallel zur Strömungsrichtung des Gases angeordneten als Flammensperre wirkenden Einsatz.
Eine Ejektordüse 1 umfasst einen flüssigkeitsführenden Kanal 3 und einen gasführenden Kanal 5. In der hier dargestellten Ausführungsform verläuft der flüssigkeitsführende Kanal 3 zentral in der Ejektordüse 1 und der gasführende Kanal 5 umschließt den flüssigkeitsführenden Kanal 3. Alternativ ist jedoch auch jede beliebige andere Anordnung von flüssigkeitsführendem Kanal 3 und gasführendem Kanal 5 möglich. Zum Beispiel kann auch der zentrale Kanal gasführend und der den zentralen Kanal umschließende Kanal flüssigkeitsführend sein. Des Weiteren kann anstelle eines umschließenden Kanals auch vorgesehen sein, dass der zentrale Kanal von mehreren ringförmig um den zentralen Kanal verlaufenden Kanälen umschlossen ist. Bevorzugt ist jedoch die hier dargestellte Ausführungsform.
Der gasführende Kanal 5 mündet stromauf einer Austrittsöffnung 7 in den flüssigkeitsführenden Kanal 3, wobei der flüssigkeitsführende Kanal stromauf der Mündung 9 des gasführenden Ka- nals eine Durchmesserverengung 1 1 aufweist. Aufgrund der Durchmesserverengung wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht, bevor dies durch die Austrittsöffnung 7 aus der Ejektordüse 1 austritt. Hierbei bildet sich ein Unterdruck im Bereich der Mündung 9 des gasführenden Kanals und das Gas wird von der Flüssigkeit angesaugt. Gleichzeitig ist die Geschwindigkeit so groß, dass eine gute Durchmischung von Gas und Flüssigkeit erzielt wird. Zur Verbesserung der Durchmischung ist es möglich, an die Mündung 9 ein hier nicht dargestelltes Impulsaustauschrohr anzuschließen. Das Impulsaustauschrohr weist vorzugsweise Öffnungen auf, durch die das Impulsaustauschrohr umgebende Flüssigkeit angesaugt wird. Diese wird mit der aus der Mündung 9 austretenden Mischung aus Gas und Flüssigkeit vermischt. An das Impulsaus- tauschrohr schließt sich dann üblicherweise ein Diffusor an, in dem die Geschwindigkeit reduziert und Druck aufgebaut wird.
Um bei Einsatz von explosionsfähigen Gasen eine Ausbreitung einer Flammfront in den gasfüh- renden Kanal 5 zu vermeiden oder im Falle einer Zündung des Gases im Bereich des gasführenden Kanals 5 zu verhindern, dass die Flammfront in den Reaktor gelangt, ist im Bereich des gasführenden Kanals 5 ein als Flammensperre wirkender Einsatz 13 vorgesehen. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist der als Flammensperre wirkende Einsatz 13 zylinderförmig gestaltet und parallel zur Hauptströmungsrichtung des Gases im gasführenden Kanal 5 angeordnet. Hierbei ist der als Flammensperre wirkende Einsatz 13 so positioniert, dass sich ein erster Ringspalt 15 zwischen der Außenwandung 17 des gasführenden Kanals 5 und dem als Flammensperre wirkenden Einsatz 13 und ein zweiter Ringspalt 19 zwischen der Innenwandung 21 des gasführenden Kanals 5 und dem als Flammensperre wirkenden Einsatz 13 ausbildet.
Damit das gesamte Gas den als Flammensperre wirkenden Einsatz 13 durchströmen muss und kein Gas an diesem vorbeiströmen kann, ist der zweite Ringspalt 19 auf der von der Austrittsöffnung 7 weg weisenden Seite zum gasführenden Kanal 5 hin verschlossen. Hierzu kann zum Beispiel eine Scheibe 23 eingesetzt werden, die mit einer Seite an der Innenwandung 21 des gasführenden Kanals 5 und mit der anderen Seite an dem als Flammensperre wirkenden Einsatz 13 anliegt.
Im Betrieb strömt das Gas durch den gasführenden Kanal in den ersten Ringspalt 15, vom ersten Ringspalt durch den als Flammensperre wirkenden Einsatz 13 in den zweiten Ringspalt 19 und von dort weiter zur Mündung 9 des gasführenden Kanals 5 in den flüssigkeitsführenden Kanal 3.
Der als Flammensperre wirkende Einsatz 13 umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform eine Stützschicht 25, eine erste gesinterte Schicht 27 und eine zweite gesinterte Schicht 29, wobei der Aufbau des als Flammensperre wirkenden Einsatzes 13 so gestaltet ist, dass das Gas zuerst die erste gesinterte Schicht 27, dann die Stützschicht 25 und danach die zweite gesinterte Schicht 29 durchströmt. Hierbei liegen die gesinterten Schichten 27, 29 jeweils an der Stützschicht 29 an. In Figur 2 ist eine Ejektordüse mit einem in Form einer Scheibe gestalteten als Flammensperre wirkenden Einsatz dargestellt.
Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellte Ausführungsform ist bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der als Flammensperre wirkende Einsatz 13 nicht zylinderförmig ausge- bildet und parallel zur Hauptströmungsrichtung des Gases im gasführenden Kanal aufgenommen sondern in Form eine Scheibe. Hierbei liegt der als Flammensperre wirkende Einsatz 13 jeweils an der Innenwandung 21 und der Außenwandung 17 des gasführenden Kanals an. Die erste gesinterte Schicht 27 befindet sich dabei auf der angeströmten Seite und ist senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Gases ausgerichtet. Entsprechend sind auch die Stützschicht 25 und die zweite gesinterte Schicht 29 senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Gases im gasführenden Kanal 5 ausgerichtet. Durch das Anliegen des als Scheibe gestalteten und als Flammensperre wirkenden Einsatzes 13 sowohl an der Innenwandung 21 als auch an der Au- ßenwandung 17 des gasführenden Kanals 5 kann kein Gas den als Flammensperre wirkenden Einsatz 13 umströmen. Das gesamte Gas muss durch den als Flammensperre wirkenden Einsatz 13 strömen.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer Ejektordüse mit Hilfsstoffeindüsung und Temperatursensor.
Bei dem hier dargestellten Ausschnitt ist der als Flammensperre wirkende Einsatz 13 wie in Figur 1 zylinderförmig gestaltet und parallel zur Gasströmung im gasführenden Kanal 5 positioniert. Damit das Gas den als Flammensperre wirkenden Einsatz 13 durchströmen kann und um eine ausreichende Stabilität des als Flammensperre wirkenden Einsatzes 13 zu erhalten, ist die Stützschicht 25 in Form eines Rings mit Bohrungen 35 gestaltet. Durch die Bohrungen 35 ist der Druckverlust in der Stützschicht 25 sehr viel kleiner als der Druckverlust in den gesinterten Schichten 27, 29, in denen das Gas durch die darin enthaltenen Poren strömen muss. Um den gesamten Druckverlust so klein wie möglich zu halten ist es daher vorteilhaft, die gesinterten Schichten 27, 29 so dünn wie möglich zu gestalten. Um dennoch einen stabilen als Flammensperre wirkenden Einsatz 13 zu erhalten, ist die Stützschicht notwendig. Da gesinterte Schichten im allgemeinen spröde sind, besteht die Gefahr, dass eine gesinterte Schicht ohne zusätzliche Stützschicht aufgrund der Druckunterschiede und mechanischen Belastungen im gasfüh- renden Kanal 5, insbesondere bei Ausbildung einer Flammfront oder insbesondere bei Detonation des Gases, bricht und so die Wirkung als Flammsperre nicht mehr gegeben ist.
Zur Temperaturmessung im Bereich des als Flammensperre wirkenden Einsatzes 13, um zum Beispiel die Entstehung einer Flammfront zu detektieren, die die Funktion des Einsatzes 13 beeinträchtigen kann, ist es möglich, wie hier dargestellt, einen Temperatursensor 31 einzusetzen. Hierzu kann zum Beispiel wie hier dargestellt in der den gasführenden Kanal 5 begrenzenden Innenwandung 21 eine Nut 33 eingebracht werden, in der der Temperatursensor 31 aufgenommen ist. Die Befestigung des Temperatursensors 31 in der Nut kann zum Beispiel durch Einkleben mit einem Klebstoff, der gegenüber den im gasführenden Kanal 5 herrschenden Be- dingungen stabil ist, oder durch Löten erfolgen. Zur Montage des Temperatursensors ist es auch möglich, ein Stützrohr in die Nut 33 einzusetzen und den Temperatursensor in dem Stützrohr zu führen. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Durchführung gegenüber dem gasführenden Kanal 5 abgedichtet ist, damit kein Gas in das Stützrohr strömen kann. Auch beim Einsetzen des Temperatursensors 31 direkt in die Nut 33 ist eine Abdichtung notwendig, damit kein Gas über die Führung des Temperatursensors 31 ausströmen kann.
Um eine Flammbildung rechtzeitig zu erfassen ist es dabei bevorzugt, wenn der Temperatursensor wie hier dargestellt in den zweiten Ringraum 19 ragt. Die Gefahr einer Flammbildung, so zum Beispiel als stehende Flamme, kann weiterhin durch eine Hilfsstoffeindüsung vermindert oder unterbunden werden. Durch die Hilfsstoffeindüsung erfolgt eine Phlegmatisierung möglicher Zündquellen, zum Beispiel von festen Ablagerungen.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist der als Flammensperre wirkende Einsatz 13 mit einer Halterung 37 befestigt, wobei in der Halterung 37 ein Kanal 39 ausgebildet ist, durch den ein flüssiger Hilfsstoff, Beispielsweise ein Weißöl, Polyolefinol oder Silikonöl, zugeführt werden kann. Aus dem Kanal 39 zweigen Düsen 41 ab, durch die der flüssige Hilfsstoff in den zweiten Ringspalt 19 eingedüst wird. Die Düsen 41 können dabei zum Beispiel in Form von Bohrungen in der Halterung 37 gestaltet sein. Eine Eindüsung des flüssigen Hilfsstoffs in den ersten Ringspalt 15 oder den gasführenden Kanal 5 stromauf des als Flammensperre wirkenden Einsatzes 13 ist nicht gewünscht, da der flüssige Hilfsstoff die gesinterten Schichten nur sehr langsam durchfließen würde und sich somit im ersten Ringspalt 15 ansammelt und diesen flutet. Dies kann zu einer Fehlfunktion der Ejektordüse führen.
Wenn der als Flammensperre wirkende Einsatz 13 wie in Figur 2 dargestellt in Form einer Scheibe ausgeführt ist, ist es zum Beispiel möglich, einen Kanal zur Zufuhr des Hilfsstoffs außen um die Ejektordüse anzubringen und den flüssigen Hilfsstoff durch Bohrungen in der Außenwandung des gasführenden Kanals 5 stromab des als Flammensperre wirkenden Einsatzes 13, die mit dem außen angebrachten Kanal zur Zufuhr des Hilfsstoffs verbunden sind, in den Bereich stromab des als Flammensperre wirkenden Einsatzes 13 einzudüsen.
Bezugszeichenliste
1 Ejektordüse
3 flüssigkeitsführender Kanal
5 gasführender Kanal
7 Austrittsöffnung
9 Mündung des gasführenden Kanals 5 in den flüssigkeitsführenden Kanal 3
1 1 Durchmesserverengung
13 Als Flammensperre wirkender Einsatz
15 erster Ringspalt
17 Außenwandung
19 zweiter Ringspalt
21 Innenwandung
23 Scheibe
25 Stützschicht
27 erste gesinterte Schicht
29 zweite gesinterte Schicht
31 Temperatursensor
33 Nut
35 Bohrung
37 Halterung
39 Kanal
41 Düse

Claims

Patentansprüche
1 . Ejektordüse mit einem flüssigkeitsführenden Kanal (3) und einem gasführenden Kanal (5), wobei der gasführende Kanal (5) stromauf einer Austrittsöffnung (7) in den flüssigkeitsfüh- renden Kanal (3) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass im gasführenden Kanal (5) ein als Flammensperre wirkender Einsatz (13) positioniert ist, wobei der Einsatz (13) so gestaltet ist, dass kein Gas den Einsatz (13) umströmen kann.
Ejektordüse gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der als Flammensperre wirkende Einsatz (13) mindestens eine Schicht (27, 29), bevorzugt eine Schicht aus Sintermetall, umfasst.
Ejektordüse gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Flammensperre wirkende Einsatz (13) zusätzlich eine Stützschicht (25) umfasst.
Ejektordüse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der als Flammensperre wirkende Einsatz (13) in Strömungsrichtung des Gases durch den als Flammensperre wirkenden Einsatz (13) eine erste gesinterte Schicht (27), eine Stützschicht (25) und eine zweite gesinterte Schicht (29) umfasst.
Ejektordüse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigkeitsführende Kanal (3) ein zentraler Kanal ist und der gasführende Kanal (5) den flüssigkeitsführenden Kanal (3) umschließt.
Ejektordüse gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der als Flammensperre wirkende Einsatz (13) zylinderförmig gestaltet ist und parallel zur Strömungsrichtung des Gases im gasführenden Kanal (5) angeordnet ist, so dass das Gas zur Durchströmung des als Flammensperre wirkenden Einsatzes (13) die Strömungsrichtung ändert.
Ejektordüse gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der als Flammensperre wirkende Einsatz (13) in Form einer Scheibe gestaltet ist und senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases im gasführenden Kanal (5) angeordnet ist.
Ejektordüse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des als Flammensperre wirkenden Einsatzes (13) ein Temperatursensor (31 ) angeordnet ist.
Ejektordüse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des als Flammensperre wirkenden Einsatzes (13) eine Hilfsstoffeindüsung (41 ) vorgesehen ist.
10. Ejektordüse gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstoffeindüsung (41 ) eine Eindüsung von Weißöl ist.
1 1 . Ejektordüse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der gasführende Kanal (5) stromauf des als Flammensperre wirkenden Einsatzes (13) Füllkörper enthält.
12. Verwendung der Ejektordüse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 in einem Apparat zur Kontaktierung von Gas und flüssiger Phase, wobei die Gasphase explosionsfähig ist
Verwendung der Ejektordüse gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat zur Kontaktierung von Gas und flüssiger Phase ein Strahlschlaufenreaktor, ein Absorber, ein Gas-Umlaufreaktor, eine Blasensäule oder ein Rieselbett in einem Rührkessel ist.
14. Verwendung der Ejektordüse gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlschlaufenreaktor oder Gas-Umlaufreaktor eine Reaktion durchgeführt wird, bei der Acetylen, Ethen oder Ethylenoxid als gasförmiger Reaktionspartner eingesetzt wird.
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