WO2017194198A1 - Verfahren, mischvorrichtung und verfahrenstechnische anlage - Google Patents

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WO2017194198A1
WO2017194198A1 PCT/EP2017/025112 EP2017025112W WO2017194198A1 WO 2017194198 A1 WO2017194198 A1 WO 2017194198A1 EP 2017025112 W EP2017025112 W EP 2017025112W WO 2017194198 A1 WO2017194198 A1 WO 2017194198A1
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gas
outer tube
mixing
mixing device
temperature
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PCT/EP2017/025112
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Anton Wellenhofer
Josef Geiger
Marc-Oliver KOERNER
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/002—Nozzle-type elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B01F23/10—Mixing gases with gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B01F25/3131—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screens, baffles or rotating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/005—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes provided with baffles

Definitions

  • the invention relates to a method, a mixing device for a
  • a T-piece can be used, at which the two gases to be mixed mix with each other.
  • an inner wall of the T-piece may heat up, wherein the temperature of the inner wall may locally exceed the evaporation temperature of entrained liquid droplets or condensed during mixing of the gases liquid droplets.
  • the liquid droplets impinge on the heated inner wall they evaporate abruptly. This can lead to thermal mechanical fatigue and, for example, microcracks in the tee. This can reduce the possible operating life of the T-piece by months or even years. This sudden evaporation of liquid droplets can happen, for example, during startup or shutdown of a process plant.
  • an object of the present invention is to provide an improved method for mixing two gases.
  • a method of mixing a first gas having a first temperature with a second gas having a second temperature higher than the first temperature comprises the following steps: forming a first gas flow of the first gas flowing in a direction of gravity by means of an outer tube of a mixing device, wherein the first gas is directed by means of at least one gas deflecting element against an inner wall of the outer tube, forming a second gas flow flowing in the direction of gravity of the second gas by means of an inner tube of the mixing device, wherein the Inner tube within the outer tube ends and is arranged coaxially therewith, introducing the second gas stream into the first gas stream and mixing the first gas with the second gas within the outer tube, wherein a mixing temperature after mixing the first gas with the second gas is higher than one Temperature of the inner wall of the outer tube.
  • coaxial herein is meant that the center axis of the inner tube is identical to the central axis of the outer tube
  • the mixing device may have a longitudinal direction which is oriented in the direction of gravity or is identical to this.
  • the direction of gravity is oriented vertically. That is, the inner tube and the outer tube are preferably arranged vertically.
  • the outer tube and the inner tube are preferably made of stainless steel.
  • the introduction of the second gas stream into the first gas stream and the mixing of the first gas with the second gas are performed simultaneously.
  • the first gas flow and the second gas flow flow parallel to one another.
  • the first gas and the second gas are mixed by means of a mixing element arranged in the direction of gravity downstream of the inner tube.
  • a mixing device for mixing a first gas having a first temperature with a second gas having a second temperature higher than the first temperature is proposed.
  • the mixing device comprises an outer tube, through which the first gas is guided, an inner tube, which is guided inside the outer tube and coaxial therewith, through which the second gas is guided, and at least one gas-directing element, which is adapted to direct the first gas against an inner wall of the first gas With a central axis of the outer tube and a center axis of the inner tube oriented in a direction of gravity, wherein the inner tube terminates within the outer tube to the second gas within the outer tube
  • Outer tube to mix with the first gas and wherein a mixing temperature after mixing the first gas with the second gas is higher than a temperature of the inner wall of the outer tube.
  • cooling of the inner wall of the outer tube can be achieved.
  • this is at least one
  • Gas deflector in the longitudinal direction of the mixing device before, in particular upstream, arranged a nozzle of the inner tube.
  • the gas-deflecting element may have a multiplicity of rounded fingers or slotted plates which are of a tooth-like or rake-like design.
  • the inner tube has a nozzle for injecting the second gas into the first gas.
  • the nozzle is an end of the outer tube ending in the
  • the nozzle preferably has no cross-sectional constriction. As a result, an acceleration of the second gas at the exit from the nozzle and gas turbulence are prevented.
  • the mixing device further comprises a supply line for supplying the first gas to the outer tube, wherein a Center axis of the supply line is arranged perpendicular to the central axis of the outer tube.
  • the supply line forms a tee with the outer tube.
  • Supply line may be a welded to the outer tube pipe.
  • a flow calming of the first gas is achieved before the second gas enters the mixing device.
  • perpendicular is meant in the present case an angle of 90 ° ⁇ 10 °, more preferably of 90 ° ⁇ 5 °, more preferably of 90 ° ⁇ 1 °, further preferably of exactly 90 °.
  • a first flow cross-section of the mixing device provided between the inner tube and the outer tube is provided
  • the first flow cross-section of the mixing device is defined as a between an outer wall of the inner tube and an inner wall of the
  • a second flow cross-section of the mixing device which is positioned in the direction of gravity to the inner tube, at least as large as the flow cross section of the feed line.
  • the longitudinal direction is preferably identical to the direction of gravity.
  • the second flow cross section is thus in the longitudinal direction after the inner tube,
  • the second flow cross section is defined as a cross section of the outer tube in a region of the mixing device in which the inner tube is not guided in the outer tube, that is, in an area downstream of the nozzle of the inner tube. According to a further embodiment, the second flow cross section is greater than or equal to the first flow cross section.
  • the second flow cross section may also be smaller than the first flow cross section.
  • Acceleration of the first gas to improve the mixing performance can be achieved.
  • an outer diameter of the outer tube tapers, starting from the first flow cross section toward the second flow cross section.
  • the outer tube has a first pipeline section, a second pipeline section and a third pipeline section, wherein the second pipeline section is arranged between the first pipeline section and the third pipeline section.
  • a tapered first Between the first pipe section and the second pipe section is a tapered first
  • a tapered second intermediate portion is arranged.
  • the inner tube has a thermal
  • Insulation layer wherein the thermal insulation layer between the inner tube and a thermal insulation layer surrounding the outside protective layer is arranged.
  • the thermal insulation layer may be a ceramic layer, for example.
  • the protective layer may be, for example, a metallic protective layer.
  • the protective layer may in particular be a metal jacket.
  • Protective layer are preferably firmly connected to the inner tube.
  • the at least one gas-deflecting element is arranged between the outer tube and the inner tube.
  • the first gas can be guided away from the inner tube to the inner wall of the outer tube.
  • the at least one gas-deflecting element is fastened to the inner tube.
  • the at least one gas-deflecting element can also be fastened to the outer tube.
  • the mixing device further comprises a mixing element, which is positioned in the direction of gravity after the inner tube.
  • the mixing element is arranged downstream of the nozzle.
  • Each mixing element preferably has a multiplicity of fingers which project into the second flow cross section.
  • the process plant can also be used for any other method.
  • the process plant can several such elements.
  • Mixing device and / or the process plant are the subject of the dependent claims and the embodiments of the method described below, the mixing device and / or the process plant. Furthermore, the method, the mixing device and / or the
  • Fig. 1 shows a greatly simplified schematic view of a process plant
  • FIG. 2 shows a schematic view of an embodiment of a mixing device for the process plant according to FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a sectional view of the mixing device according to the section line III-III of Fig. 2;
  • FIG. 4 shows a further sectional view of the mixing device according to the section line IV-IV of Fig. 2;
  • Fig. 5 shows another schematic sectional view of the mixing device according to the section line V-V of Fig. 3;
  • FIG. 6 shows a plan view of an embodiment of a gas-deflecting element for the mixing device according to FIG. 2
  • FIG. FIG. 7 shows a sectional view of a further embodiment of a gas-deflecting element for the mixing device according to FIG. 2
  • FIG. 6 shows a plan view of an embodiment of a gas-deflecting element for the mixing device according to FIG. 2
  • FIG. 7 shows a sectional view of a further embodiment of a gas-deflecting element for the mixing device according to FIG. 2
  • Fig. 8 shows a schematic view of another embodiment of a
  • FIG. 9 shows a schematic block diagram of an embodiment of a
  • the process plant 1 shows a greatly simplified schematic view of an embodiment of a process plant 1.
  • the process plant 1 is particularly suitable for hydrogen production, natural gas production, amine scrubbing or methanol scrubbing.
  • amine scrubbing is a process for separating carbon dioxide, hydrogen sulfide, and other acid gases from gas mixtures.
  • the process plant 1 can be used for any other method. In the operation of the process plant 1, it may be necessary to mix two different gases Gi and G 2 with each other.
  • the term "static" means that the mixing device 2 has no moving parts, which makes the mixing device 2 very low in maintenance Inner wall 5.
  • the outer tube 3 is rotationally symmetrical to a symmetrical or central axis M 3.
  • the mixing device 2 furthermore comprises an inner tube 6 arranged inside the outer tube 3 and coaxially therewith.
  • the inner tube 6 has an outer wall 7 facing the inner wall 5 of the outer tube 3 and an inner wall 8.
  • the inner tube 6 is rotationally symmetrical to a symmetry or central axis M 6.
  • the central axes M 3 and M 6 are arranged coaxially, that is, the outer tube 3 and the inner tube 6 are coincident
  • the outer tube 3 and the inner tube 6 are
  • the mixing device 2 is adapted to a first gas Gi, which by the
  • the first gas Gi has a first temperature ⁇ .
  • the first temperature Ti may be for example 130 ° C.
  • the second gas G 2 has a second temperature T 2 , which is greater than the first temperature Ti.
  • the second temperature T 2 is 190 ° C.
  • the gas G 2 is more water-rich than the gas Gi.
  • G 2 can due to the temperature difference condensed liquid droplets, in particular
  • the inner tube 6 terminates within the outer tube 3 with a nozzle 9 for injecting the second gas G 2 into the first gas Gi.
  • the nozzle 9 preferably has no cross-sectional narrowing.
  • the mixing device 2 shows a schematic view of another embodiment of a mixing device 2.
  • the mixing device 2 further comprises a supply line 10 for supplying the first gas G- ⁇ to the outer tube 3.
  • the supply line 10 is preferably a welded to the outer tube 3 pipe.
  • a symmetry or center axis M 10 of the feed line 10 is arranged perpendicular to the central axis M 3 of the outer tube 3 or perpendicular to the central axis M 6 of the inner tube 6.
  • perpendicular is meant in the present case an angle of 90 ° ⁇ 10 °, more preferably of 90 ° ⁇ 5 °, more preferably of 90 ° ⁇ 1 °, further preferably of exactly 90 °.
  • the outer tube 3 a first pipe section 1 1, a second pipe section 2
  • a first pipe section 1 1 and the third pipe section 13 Preferably, a second pipe section 12 between the first pipe section 1 1 and the third pipe section 13 is arranged.
  • Diameter of the second pipe section 12 smaller than a diameter of the first pipe section 1 1 and a diameter of the third
  • Pipe section 13 is smaller than the diameter of the second
  • Connecting portion 14 is arranged. Between the second pipe section 12th and the third pipe section 13 is a tapered second
  • Connecting portion 14 is arranged.
  • the supply line 10 has a
  • the mixing device 2 further comprises a provided between the inner tube 6 and the outer tube 3 first
  • the second flow cross section A 12 is determined in the longitudinal direction L 2 after the nozzle 9 of the inner tube 6.
  • a diameter d 3 of the outer tube 3 tapers in the direction of gravity g, starting from the first flow cross section An toward the second
  • both the first flow cross section An and the second flow cross section A 12 are at least as large or larger than the flow cross section A 10 of the supply line 10.
  • the second flow cross section A 12 greater than or equal to the first
  • the inner tube 6 comprises a thermal insulation layer 16.
  • the insulation layer 16 is arranged between the inner tube 6 and a protective layer 17 surrounding the thermal insulation layer 16 on the outside.
  • the protective layer 17 is a metallic layer.
  • the protective layer 17 may be a steel sheet.
  • the insulating layer 16 and the protective layer 17 are fixed to the inner tube 6.
  • the insulating layer 16 may consist of a
  • the mixing device 2 may further comprise at least one gas-deflecting element 18 for directing the first gas Gi against the inner wall 5 of the outer tube 3. As a result, liquid droplets contained in the first gas Gi collect at the
  • Inner wall 5 As a result, the inner wall 5 is cooled to a temperature which is below a mixing temperature of the gases Gi and G 2 . This prevents that the inner wall 5 is so hot that evaporate there incident liquid droplets. A thermal induced by the evaporation of the liquid droplets Mechanical fatigue of the outer tube 3 can thereby be reliably prevented.
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of an embodiment of a
  • Gas steering element 18 with a view in the direction of gravity g.
  • the gas deflector 18 includes a plurality of fingers 19, of which in FIG. 6 only one is provided with a reference numeral.
  • the fingers 19 are rounded.
  • Rounding radius of the fingers 19 is preferably 5 millimeters. As a result, sharp separation edges are avoided, which could lead to a swirling of the first gas Gi. With the help of the fingers 19, the first gas Gi is directed to the inner wall 5 of the outer tube 3.
  • FIG. 7 shows a side sectional view of a further embodiment of a gas-deflecting element 18, in which instead of the fingers 19 a multiplicity of slotted plates 20 are provided.
  • the slotted plates 20 may be formed like a tooth or rake.
  • An angle ⁇ of each slot plate 20 to the central axis M 3 is preferably 15 to 30 °.
  • the gas-deflecting element 18 is arranged between the outer tube 3 and the inner tube 6 and can be fixedly connected to the inner tube 6.
  • FIG. 8 shows a schematic view of an alternative embodiment of the mixing device 2.
  • the mixing device 2 according to FIG. 8 differs from the mixing device 2 according to FIGS. 2 to 7 only in that it has at least one mixing element 21, 22 which in the longitudinal direction L 2 after the inner tube 6, that is, downstream of the nozzle 9, is positioned.
  • two mixing element 21, 22 which in the longitudinal direction L 2 after the inner tube 6, that is, downstream of the nozzle 9, is positioned.
  • two mixing element 21, 22 which in the longitudinal direction L 2 after
  • Mixing elements 21, 22 may be provided which are positioned one after the other in the longitudinal direction L 2 .
  • a first mixing element 21 is arranged at a distance a 2 i from a transition region 23 between the first connection section 14 and the second pipeline section 12 of the outer tube 3.
  • the distance a 2 i preferably corresponds to a diameter di 2 (FIG. 5) of FIG
  • a second mixing element 22 is preferably arranged at a distance a 22 spaced from the first mixing element 21.
  • the distances a 2 i and a 22 are preferably the same size.
  • Mixing elements 21, 22 project finger-like into the second flow cross-section A 12 .
  • a turbulent flow is achieved, whereby a particularly good mixing of the gases G- 1 and G 2 and entrainment of entrained or condensed liquid droplets is achieved.
  • Inner wall 5 is reduced compared to a mixing temperature of the two gases Gi and G 2 . As a result, the evaporation of liquid droplets on the
  • Inner wall 5 reliably prevented. At the level of the nozzle 9, the inner wall 5 is heated by convection, but the heat transfer is not reduced to local areas. With the help of the mixing device 2 can thus be prevented that liquid droplets impinge on a hot wall within the mixing device 2 and evaporate abruptly. A resulting material fatigue is therefore reliably avoided.
  • the mixing device 2 therefore has a high operational reliability and a long service life.
  • a first gas flow GS1 of the first gas Gi flowing in the direction of gravity g is formed by means of the outer tube 3 of the mixing device 2, the first gas Gi being directed against the inner wall 5 of the outer tube 3 with the aid of the gas deflecting element 18.
  • a second gas flow GS2 of the second gas G 2 flowing in the direction of gravity g is formed with the aid of the inner tube 6 of the mixing device 2, wherein the inner tube 6 ends within the outer tube 3 and is arranged coaxially therewith.
  • the second gas stream GS2 is introduced into the first gas stream GS1, and in a step S4, the first gas G-1 is mixed with the second gas G 2 within the outer pipe 3, wherein a mixing temperature T M after mixing the first gas G-1 with the second gas G 2 is higher than a temperature T 5 of the inner wall 5 of the outer tube.
  • the introduction of the second gas flow GS2 into the first gas flow GS1 and the mixing of the first gas Gi with the second gas G 2 are carried out simultaneously.
  • the first gas flow GS2 and the second gas flow GS2 flow parallel to one another.
  • the first gas Gi and the second gas G 2 are mixed with each other by means of the mixing element 21, 22 arranged in the direction of gravity g downstream of the inner tube 6.

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Abstract

Ein Verfahren zum Mischen eines ersten Gases (G1), das eine erste Temperatur (T1) aufweist, mit einem zweiten Gas (G2), das eine zweite Temperatur (T2) aufweist, die höher als die erste Temperatur (T1) ist, mit folgenden Schritten: Bilden (S1) eines in einer Schwerkraftrichtung (g) strömenden ersten Gasstroms (GS1) des ersten Gases (G1) mit Hilfe eines Außenrohrs (3) einer Mischvorrichtung (2), wobei das erste Gas (G1) mit Hilfe zumindest eines Gaslenkelements (18) gegen eine Innenwandung (5) des Außenrohrs (3) gelenkt wird, Bilden (S2) eines in der Schwerkraftrichtung (g) strömenden zweiten Gasstroms (GS2) des zweiten Gases (G2) mit Hilfe eines Innenrohrs (6) der Mischvorrichtung (2), wobei das Innenrohr (6) innerhalb des Außenrohrs (3) endet und koaxial zu diesem angeordnet ist, Einleiten (S3) des zweiten Gasstroms (GS2) in den ersten Gasstrom (GS1 ) und Vermischen (S4) des ersten Gases (G1) mit dem zweiten Gas (G2) innerhalb des Außenrohrs (3), wobei eine Mischtemperatur (TM) nach dem Vermischen des ersten Gases (G1) mit dem zweiten Gas (G2) höher ist als eine Temperatur (T5) der Innenwandung (5) des Außenrohrs (3).

Description

Beschreibung
Verfahren, Mischvorrichtunq und verfahrenstechnische Anlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Mischvorrichtung für eine
verfahrenstechnische Anlage und eine verfahrenstechnische mit einer derartigen Mischvorrichtung.
In verfahrenstechnischen Anlagen, beispielsweise zur Wasserstoffherstellung, Erdgasherstellung, Aminwäsche oder Methanolwäsche, kann es erforderlich sein, zwei Gase unterschiedlicher Temperatur und unterschiedlicher Wasserbeladung
miteinander zu mischen. Zum Mischen der beiden Gase kann beispielsweise ein T- Stück eingesetzt werden, an dem sich die beiden zu mischenden Gase miteinander mischen. Bei hohen Gastemperaturen kann sich eine Innenwandung des T-Stücks erhitzen, wobei die Temperatur der Innenwandung lokal die Verdunstungstemperatur von mitgeführten oder beim Mischen der Gase kondensierten Flüssigkeitströpfchen übersteigen kann. Wenn die Flüssigkeitströpfchen auf die erhitzte Innenwandung auftreffen, verdampfen diese schlagartig. Dies kann zu einer thermisch-mechanischen Materialermüdung und beispielsweise zu Mikrorissen in dem T-Stück führen. Hierdurch kann sich die mögliche Betriebsdauer des T-Stücks um Monate oder sogar Jahre reduzieren. Dieses schlagartige Verdampfen von Flüssigkeitströpfchen kann beispielsweise beim Hochfahren oder Herunterfahren einer verfahrenstechnischen Anlage geschehen.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Mischen zweier Gase zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wird ein Verfahren zum Mischen eines ersten Gases, das eine erste Temperatur aufweist, mit einem zweiten Gas, das eine zweite Temperatur aufweist, die höher als die erste Temperatur vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bilden eines in einer Schwerkraftrichtung strömenden ersten Gasstroms des ersten Gases mit Hilfe eines Außenrohrs einer Mischvorrichtung, wobei das erste Gas mit Hilfe zumindest eines Gaslenkelements gegen eine Innenwandung des Außenrohrs gelenkt wird, Bilden eines in der Schwerkraftrichtung strömenden zweiten Gasstroms des zweiten Gases mit Hilfe eines Innenrohrs der Mischvorrichtung, wobei das Innenrohr innerhalb des Außenrohrs endet und koaxial zu diesem angeordnet ist, Einleiten des zweiten Gasstroms in den ersten Gasstrom und Vermischen des ersten Gases mit dem zweiten Gas innerhalb des Außenrohrs, wobei eine Mischtemperatur nach dem Vermischen des ersten Gases mit dem zweiten Gas höher ist als eine Temperatur der Innenwandung des Außenrohrs.
Unter„koaxial" ist vorliegend zu verstehen, dass die Mittelachse des Innenrohrs identisch mit der Mittelachse des Außenrohrs ist. Die Mischvorrichtung ist
insbesondere eine statische Mischvorrichtung. Unter„statisch" ist dabei zu verstehen, dass die Mischvorrichtung keine beweglichen Teile aufweist. Hierdurch ist die
Mischvorrichtung wartungsfrei. Die Mischvorrichtung kann eine Längsrichtung aufweisen, die in der Schwerkraftrichtung orientiert ist oder mit dieser identisch ist. Die Schwerkraftrichtung ist vertikal orientiert. Das heißt, das Innenrohr und das Außenrohr sind vorzugsweise vertikal angeordnet. Das Außenrohr und das Innenrohr sind vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt.
Dadurch, dass das heißere zweite Gas innerhalb des kühleren ersten Gases geführt ist, wird verhindert, dass sich eine Innenwandung des Außenrohrs so stark aufheizt, dass Flüssigkeitströpfchen an dieser verdampfen könnten. Die Innenwandung wird so mit Hilfe des ersten Gases gekühlt. Hierdurch wird die zuvor beschriebene
Materialermüdung zuverlässig verhindert. Dadurch, dass das Innenrohr und das Außenrohr vertikal beziehungsweise in der Schwerkraftrichtung angeordnet sind, wird verhindert, dass sich Flüssigkeitströpfchen an der Innenwandung des Außenrohrs niederschlagen. Die Flüssigkeitströpfchen werden in der Schwerkraftrichtung abgeführt, so dass sich keine Flüssigkeitsansammlungen in der Mischvorrichtung bilden können und auch keine Flüssigkeit in diese zurücklaufen kann.
Gemäß einer Ausführungsform werden das Einleiten des zweiten Gasstroms in den ersten Gasstrom und das Vermischen des ersten Gases mit dem zweiten Gas gleichzeitig durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform strömen der erste Gasstrom und der zweite Gasstrom parallel zueinander. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden das erste Gas und das zweite Gas mit Hilfe eines in Schwerkraftrichtung nach dem Innenrohr angeordneten Mischelements vermischt. Weiterhin wird eine Mischvorrichtung zum Mischen eines ersten Gases, das eine erste Temperatur aufweist, mit einem zweiten Gas, das eine zweite Temperatur aufweist, die höher als die erste Temperatur ist, vorgeschlagen. Die Mischvorrichtung umfasst ein Außenrohr, durch das das erste Gas geführt ist, ein innerhalb des Außenrohrs und koaxial zu diesem angeordnetes Innenrohr, durch das das zweite Gas geführt ist, und zumindest ein Gaslenkelement, das dazu eingerichtet ist, das erste Gas gegen eine Innenwandung des Außenrohrs zu lenken, wobei eine Mittelachse des Außenrohrs und eine Mittelachse des Innenrohrs in einer Schwerkraftrichtung orientiert sind, wobei das Innenrohr innerhalb des Außenrohrs endet, um das zweite Gas innerhalb des
Außenrohrs mit dem ersten Gas zu mischen und wobei eine Mischtemperatur nach dem Vermischen des ersten Gases mit dem zweiten Gas höher ist als eine Temperatur der Innenwandung des Außenrohrs.
Mit Hilfe des zumindest einen Gaslenkelements kann eine Kühlung der Innenwandung des Außenrohrs erreicht werden. Vorzugsweise ist das zumindest eine
Gaslenkelement in der Längsrichtung der Mischvorrichtung vor, insbesondere stromaufwärts, einer Düse des Innenrohrs angeordnet. Das Gaslenkelement kann eine Vielzahl verrundeter Finger oder Schlitzbleche aufweisen, die zahnartig oder rechenartig ausgeführt sind. Gemäß einer Ausführungsform weist das Innenrohr eine Düse zum Eindüsen des zweiten Gases in das erste Gas auf.
Vorzugsweise ist die Düse ein innerhalb des Außenrohrs endendes Ende des
Innenrohrs. Die Düse weist vorzugsweise keine Querschnittsverengung auf. Hierdurch werden eine Beschleunigung des zweiten Gases beim Austritt aus der Düse und Gasverwirbelungen verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Mischvorrichtung ferner eine Zuführleitung zum Zuführen des ersten Gases zu dem Außenrohr, wobei eine Mittelachse der Zuführleitung senkrecht zu der Mittelachse des Außenrohrs angeordnet ist.
Vorzugsweise bildet die Zuführleitung mit dem Außenrohr ein T-Stück. Die
Zuführleitung kann eine an das Außenrohr angeschweißte Rohrleitung sein. Hierdurch wird eine Strömungsberuhigung des ersten Gases erreicht, bevor das zweite Gas in der Mischvorrichtung hinzutritt. Unter "senkrecht" ist vorliegend ein Winkel von 90° ± 10°, weiter bevorzugt von 90° ± 5°, weiter bevorzugt von 90° ± 1 °, weiter bevorzugt von genau 90° zu verstehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr vorgesehener erster Strömungsquerschnitt der Mischvorrichtung
mindestens so groß wie ein Strömungsquerschnitt der Zuführleitung. Hierdurch werden eine Beschleunigung des ersten Gases und Gasverwirbelungen vermieden. Hierdurch wird verhindert, dass das heißere zweite Gas mit der
Innenwandung des Außenrohrs in Kontakt kommt und diese aufheizt. Insbesondere bildet das erste Gas somit eine das zweite Gas umgebende Mantelströmung. Das heißt, das erste Gas umgibt das zweite Gas wie ein dieses umfänglich einhüllender Mantel. Der erste Strömungsquerschnitt der Mischvorrichtung ist definiert als ein zwischen einer Außenwandung des Innenrohrs und einer Innenwandung des
Außenrohrs definierter Querschnitt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein zweiter Strömungsquerschnitt der Mischvorrichtung, der in der Schwerkraftrichtung nach dem Innenrohr positioniert ist, mindestens so groß wie der Strömungsquerschnitt der Zuführleitung.
Die Längsrichtung ist vorzugsweise identisch mit der Schwerkraftrichtung. Der zweite Strömungsquerschnitt ist somit in der Längsrichtung nach dem Innenrohr,
insbesondere nach der Düse, positioniert. Der zweite Strömungsquerschnitt ist definiert als ein Querschnitt des Außenrohrs in einem Bereich der Mischvorrichtung, in dem das Innenrohr nicht in dem Außenrohr geführt ist, das heißt, in einem Bereich stromabwärts der Düse des Innenrohrs. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Strömungsquerschnitt größer als oder gleich groß wie der erste Strömungsquerschnitt.
Alternativ kann der zweite Strömungsquerschnitt auch kleiner sein als der erste Strömungsquerschnitt. Hierdurch kann je nach Anwendungsfall auch eine
Beschleunigung des ersten Gases zur Verbesserung der Mischleistung erzielt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verjüngt sich ein Außendurchmesser des Außenrohrs ausgehend von dem ersten Strömungsquerschnitt hin zu dem zweiten Strömungsquerschnitt.
Vorzugsweise weist das Außenrohr einen ersten Rohrleitungsabschnitt, einen zweiten Rohrleitungsabschnitt und einen dritten Rohrleitungsabschnitt auf, wobei der zweite Rohrleitungsabschnitt zwischen dem ersten Rohrleitungsabschnitt und dem dritten Rohrleitungsabschnitt angeordnet ist. Zwischen dem ersten Rohrleitungsabschnitt und dem zweiten Rohrleitungsabschnitt ist ein konisch zulaufender erster
Zwischenabschnitt und zwischen dem zweiten Rohrleitungsabschnitt und dem dritten Rohrleitungsabschnitt ist ein konisch zulaufender zweiter Zwischenabschnitt angeordnet. Dadurch, dass sich der Außendurchmesser des Außenrohrs verjüngt, kann erreicht werden, dass der erste Strömungsquerschnitt identisch mit dem zweiten Strömungsquerschnitt ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Innenrohr eine thermische
Isolationsschicht auf, wobei die thermische Isolationsschicht zwischen dem Innenrohr und einer die thermische Isolationsschicht außenseitig umgebenden Schutzschicht angeordnet ist.
Hierdurch wird verhindert, dass sich eine Außenwandung des Innenrohrs so weit aufheizt, dass Flüssigkeitströpfchen an dieser verdampfen könnten. Die thermische Isolationsschicht kann beispielsweise eine Keramikschicht sein. Die Schutzschicht kann beispielsweise eine metallische Schutzschicht sein. Die Schutzschicht kann insbesondere ein Blechmantel sein. Die thermische Isolationsschicht und die
Schutzschicht sind vorzugsweise fest mit dem Innenrohr verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Gaslenkelement zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr angeordnet.
Hierdurch kann das erste Gas von dem Innenrohr weg auf die Innenwandung des Außenrohrs hingeleitet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Gaslenkelement an dem Innenrohr befestigt. Alternativ kann das zumindest eine Gaslenkelement auch an dem Außenrohr befestigt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Mischvorrichtung ferner ein Mischelement, das in der Schwerkraftrichtung nach dem Innenrohr positioniert ist.
Insbesondere ist das Mischelement stromabwärts der Düse angeordnet. Es können mehrere Mischelemente vorgesehen sein. Jedes Mischelement weist vorzugsweise eine Vielzahl an Fingern auf, die in den zweiten Strömungsquerschnitt hineinragen. Hierdurch kann eine Verwirbelung der Gase und damit eine bessere Vermischung derselben erreicht werden. Insbesondere kann mit Hilfe des Mischelements auch eine Einengung des zweiten Strömungsquerschnitts und somit eine Beschleunigung der Gase erreicht werden.
Ferner wird eine verfahrenstechnische Anlage, insbesondere zur
Wasserstoffherstellung, Erdgasherstellung, Aminwäsche oder Methanolwäsche mit einer derartigen Mischvorrichtung vorgeschlagen.
Die verfahrenstechnische Anlage kann darüber hinaus für beliebige andere Verfahren eingesetzt werden. Die verfahrenstechnische Anlage kann mehrere derartige
Mischvorrichtungen aufweisen. Die verfahrenstechnische Anlage ist zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet.
Die für das vorgeschlagene Verfahren, die vorgeschlagene Mischvorrichtung und die vorgeschlagene verfahrenstechnische Anlage beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten füreinander entsprechend. Weitere mögliche Implementierungen des Verfahrens, der Mischvorrichtung und/oder der verfahrenstechnischen Anlage umfassen auch nicht explizit genannte
Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Verfahrens, der Mischvorrichtung und/oder der verfahrenstechnischen Anlage hinzufügen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Verfahrens, der
Mischvorrichtung und/oder der verfahrenstechnischen Anlage sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens, der Mischvorrichtung und/oder der verfahrenstechnischen Anlage. Im Weiteren werden das Verfahren, die Mischvorrichtung und/oder die
verfahrenstechnische Anlage anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer verfahrenstechnischen Anlage;
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Mischvorrichtung für die verfahrenstechnische Anlage gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht der Mischvorrichtung gemäß der Schnittlinie III-III der Fig. 2;
Fig. 4 zeigt eine weitere Schnittansicht der Mischvorrichtung gemäß der Schnittlinie IV- IV der Fig. 2; Fig. 5 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht der Mischvorrichtung gemäß der Schnittlinie V-V der Fig. 3;
Fig. 6 zeigt eine Aufsicht einer Ausführungsform eines Gaslenkelements für die Mischvorrichtung gemäß Fig. 2; Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Gaslenkelements für die Mischvorrichtung gemäß Fig. 2;
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer
Mischvorrichtung für die verfahrenstechnische Anlage gemäß Fig. 1 ; und
Fig. 9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines
Verfahrens zum Mischen eines ersten Gases mit einem zweiten Gas. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben
Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Ausführungsform einer verfahrenstechnischen Anlage 1 . Die verfahrenstechnische Anlage 1 ist insbesondere zur Wasserstoffherstellung, Erdgasherstellung, Aminwäsche oder Methanolwäsche geeignet. Die Aminwäsche beispielsweise ist ein Verfahren zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff und anderen sauren Gasen aus Gasgemischen. Die verfahrenstechnische Anlage 1 kann jedoch auf für beliebige andere Verfahren eingesetzt werden. Im Betrieb der verfahrenstechnischen Anlage 1 kann es erforderlich sein, zwei unterschiedliche Gase Gi und G2 miteinander zu mischen.
Die verfahrenstechnische Anlage 1 umfasst hierzu eine statische Mischvorrichtung 2. Unter„statisch" ist vorliegend zu verstehen, dass die Mischvorrichtung 2 keine beweglichen Teile aufweist. Hierdurch ist die Mischvorrichtung 2 sehr wartungsarm. Die Mischvorrichtung 2 umfasst ein Außenrohr 3 mit einer Außenwandung 4 und einer Innenwandung 5. Das Außenrohr 3 ist rotationssymmetrisch zu einer Symmetrie- oder Mittelachse M3 ausgebildet. Die Mischvorrichtung 2 umfasst weiterhin ein innerhalb des Außenrohrs 3 und koaxial zu diesem angeordnetes Innenrohr 6. Das Innenrohr 6 weist eine der Innenwandung 5 des Außenrohrs 3 zugewandte Außenwandung 7 sowie eine Innenwandung 8 auf. Das Innenrohr 6 ist rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieoder Mittelachse M6 ausgebildet. Die Mittelachsen M3 und M6 sind koaxial angeordnet. Das heißt, das Außenrohr 3 und das Innenrohr 6 weisen übereinstimmende
Mittelachsen M3, M6 auf. Beide Mittelachsen M3, M6 sind parallel beziehungsweise in einer Schwerkraftrichtung g orientiert. Die Schwerkraftrichtung g ist in der Orientierung der Fig. 1 vertikal angeordnet. Das Außenrohr 3 und das Innenrohr 6 sind
vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt.
Die Mischvorrichtung 2 ist dazu eingerichtet, ein erstes Gas Gi, das durch das
Außenrohr 3 geführt ist, und ein zweites Gas G2, das durch das Innenrohr 6 geführt ist, miteinander zu mischen. Das erste Gas Gi weist eine erste Temperatur ΤΊ auf. Die erste Temperatur T-i kann beispielsweise 130° C betragen. Das zweite Gas G2 weist eine zweite Temperatur T2 auf, die größer ist als die erste Temperatur T-i.
Beispielsweise beträgt die zweite Temperatur T2 190° C. Vorzugsweise ist das Gas G2 wasserreicher als das Gas Gi. Beim Mischen der Gase Gi, G2 können sich aufgrund des Temperaturunterschieds kondensierte Flüssigkeitströpfchen, insbesondere
Wassertröpfchen, bilden. Das Innenrohr 6 endet innerhalb des Außenrohrs 3 mit einer Düse 9 zum Eindüsen des zweiten Gases G2 in das erste Gas Gi . Die Düse 9 weist dabei vorzugsweise keine Querschnittseinengung auf.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischvorrichtung 2. Die Mischvorrichtung 2 umfasst ferner eine Zuführleitung 10 zum Zuführen des ersten Gases G-ι zu dem Außenrohr 3. Die Zuführleitung 10 ist vorzugsweise eine mit dem Außenrohr 3 verschweißte Rohrleitung. Eine Symmetrie- oder Mittelachse M10 der Zuführleitung 10 ist senkrecht zu der Mittelachse M3 des Außenrohrs 3 beziehungsweise senkrecht zu der Mittelachse M6 des Innenrohrs 6 angeordnet. Unter "senkrecht" ist vorliegend ein Winkel von 90° ± 10°, weiter bevorzugt von 90° ± 5°, weiter bevorzugt von 90° ± 1 °, weiter bevorzugt von genau 90° zu verstehen.
Das Außenrohr 3 kann einen ersten Rohrleitungsabschnitt 1 1 , einen zweiten
Rohrleitungsabschnitt 12 und einen dritten Rohrleitungsabschnitt 13 aufweisen, wobei der zweite Rohrleitungsabschnitt 12 zwischen dem ersten Rohrleitungsabschnitt 1 1 und dem dritten Rohrleitungsabschnitt 13 angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein
Durchmesser des zweiten Rohrleitungsabschnitts 12 kleiner als ein Durchmesser des ersten Rohrleitungsabschnitts 1 1 und ein Durchmesser des dritten
Rohrleitungsabschnitts 13 ist kleiner als der Durchmesser des zweiten
Rohrleitungsabschnitts 12. Zwischen dem ersten Rohleitungsabschnitt 1 1 und dem zweiten Rohrleitungsabschnitt 12 ist ein konisch zulaufender erster
Verbindungsabschnitt 14 angeordnet. Zwischen dem zweiten Rohrleitungsabschnitt 12 und dem dritten Rohrleitungsabschnitt 13 ist ein konisch zulaufender zweiter
Verbindungsabschnitt 14 angeordnet.
Wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist, weist die Zuführleitung 10 einen
Strömungsquerschnitt A10 auf, die Mischvorrichtung 2 umfasst weiterhin einen zwischen dem Innenrohr 6 und dem Außenrohr 3 vorgesehenen ersten
Strömungsquerschnitt An sowie einen zweiten Strömungsquerschnitt A12, der in einer Längsrichtung L2 der Mischvorrichtung 2 nach dem Innenrohr 6, das heißt
stromabwärts der Düse 9 positioniert ist. Das heißt, der zweite Strömungsquerschnitt A12 wird in der Längsrichtung L2 nach der Düse 9 des Innenrohrs 6 ermittelt. Ein Durchmesser d3 des Außenrohrs 3 verjüngt sich in der Schwerkraftrichtung g ausgehend von dem ersten Strömungsquerschnitt An hin zu dem zweiten
Strömungsquerschnitt A12. Vorzugsweise sind sowohl der erste Strömungsquerschnitt An als auch der zweite Strömungsquerschnitt A12 mindestens so groß oder größer wie der Strömungsquerschnitt A10 der Zuführleitung 10. Insbesondere kann der zweite Strömungsquerschnitt A12 größer als oder gleich groß wie der erste
Strömungsquerschnitt An sein. Hierdurch wird verhindert, dass das erste Gas G-i aufgrund einer Querschnittsverengung in der Mischvorrichtung 2 beschleunigt wird, was zu unerwünschten Gasverwirbelungen führen könnte.
Wie der Fig. 4 weiter zu entnehmen ist, umfasst das Innenrohr 6 eine thermische Isolationsschicht 16. Die Isolationsschicht 16 ist zwischen dem Innenrohr 6 und einer die thermische Isolationsschicht 16 außenseitig umgebenden Schutzschicht 17 angeordnet. Die Schutzschicht 17 ist eine metallische Schicht. Beispielsweise kann die Schutzschicht 17 ein Stahlblech sein. Die Isolationsschicht 16 und die Schutzschicht 17 sind an dem Innenrohr 6 befestigt. Die Isolationsschicht 16 kann aus einem
Keramikwerkstoff gefertigt sein.
Die Mischvorrichtung 2 kann ferner zumindest ein Gaslenkelement 18 zum Lenken des ersten Gases Gi gegen die Innenwandung 5 des Außenrohrs 3 umfassen. Hierdurch sammeln sich in dem ersten Gas Gi enthaltene Flüssigkeitströpfchen an der
Innenwandung 5. Hierdurch wird die Innenwandung 5 auf eine Temperatur gekühlt, die unter einer Mischtemperatur der Gase Gi und G2 liegt. Hierdurch wird verhindert, dass die Innenwandung 5 so heiß wird, dass dort auftreffende Flüssigkeitströpfchen verdampfen. Eine durch das Verdampfen der Flüssigkeitströpfchen induzierte thermo- mechanische Materialermüdung des Außenrohrs 3 kann hierdurch zuverlässig verhindert werden.
Die Fig. 6 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Ausführungsform eines
Gaslenkelements 18 mit Blickrichtung in Schwerkraftrichtung g. Das Gaslenkelement 18 umfasst eine Vielzahl an Fingern 19, von denen in der Fig. 6 lediglich einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Finger 19 sind verrundet. Ein
Verrundungsradius der Finger 19 beträgt dabei vorzugsweise 5 Millimeter. Hierdurch werden scharfe Abrisskanten vermieden, die zu einer Verwirbelung des ersten Gases Gi führen könnten. Mit Hilfe der Finger 19 wird das erste Gas Gi zur Innenwandung 5 des Außenrohrs 3 geleitet.
Die Fig. 7 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Gaslenkelements 18, bei der anstatt der Finger 19 eine Vielzahl an Schlitzblechen 20 vorgesehen ist. Die Schlitzbleche 20 können zahn- oder rechenartig ausgebildet sein. Ein Winkel α jedes Schlitzblechs 20 zu der Mittelachse M3 beträgt vorzugsweise 15 bis 30°. Das Gaslenkelement 18 ist zwischen dem Außenrohr 3 und dem Innenrohr 6 angeordnet und kann fest mit dem Innenrohr 6 verbunden sein. Die Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Mischvorrichtung 2. Die Mischvorrichtung 2 gemäß der Fig. 8 unterscheidet sich von der Mischvorrichtung 2 gemäß der Fig. 2 bis 7 nur dadurch, dass diese zumindest ein Mischelement 21 , 22 aufweist, das in der Längsrichtung L2 nach dem Innenrohr 6, das heißt, stromabwärts der Düse 9, positioniert ist. Beispielsweise können zwei
Mischelemente 21 , 22 vorgesehen sein, die in der Längsrichtung L2 nacheinander positioniert sind. Vorzugsweise ist ein erstes Mischelement 21 um einen Abstand a2i von einem Übergangsbereich 23 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 14 und dem zweiten Rohrleitungsabschnitt 12 des Außenrohrs 3 angeordnet. Der Abstand a2i entspricht vorzugsweise einem Durchmesser di2 (Fig. 5) des
Außenrohrs 3 an dem zweiten Rohrleitungsabschnitt 12. Ein zweites Mischelement 22 ist bevorzugt um einen Abstand a22 beabstandet von dem ersten Mischelement 21 angeordnet. Die Abstände a2i und a22 sind vorzugsweise gleich groß. Die
Mischelemente 21 , 22 ragen fingerartig in den zweiten Strömungsquerschnitt A12 hinein. Hierdurch wird nach der Düse 9 eine turbulente Strömung erreicht, wodurch eine besonders gute Vermischung der Gase G-ι und G2 und ein Mitreißen mitgeführter oder kondensierter Flüssigkeitströpfchen erreicht wird. Weiterhin können zur
Verbesserung des Mischergebnisses auch die Strömungsquerschnitte An und A12 der Mischvorrichtung 2 kleiner gestaltet werden als der Strömungsquerschnitt A10 der Zuführleitung 10.
Dadurch, dass das Außenrohr 3 und das Innenrohr 6 in der Schwerkraftrichtung g orientiert sind, kann sich in der Mischvorrichtung 2 keine Flüssigkeit ansammeln oder in diese zurückfließen. Entstehende oder mitgeführte Flüssigkeitströpfchen werden in der Schwerkraftrichtung g abtransportiert. Dadurch, dass das kältere Gas Gi auf die Innenwandung 5 des Außenrohrs 3 geleitet wird, wird die Temperatur der
Innenwandung 5 im Vergleich zu einer Mischtemperatur der beiden Gase Gi und G2 reduziert. Hierdurch wird das Verdunsten von Flüssigkeitströpfchen an der
Innenwandung 5 zuverlässig verhindert. Auf Höhe der Düse 9 wird die Innenwandung 5 durch Konvektion aufgeheizt, wobei die Wärmeübertragung jedoch nicht auf lokale Bereiche reduziert ist. Mit Hilfe der Mischvorrichtung 2 kann also verhindert werden, dass Flüssigkeitströpfchen innerhalb der Mischvorrichtung 2 auf eine heiße Wandung auftreffen und schlagartig verdampfen. Eine daraus resultierende Materialermüdung wird daher zuverlässig vermieden. Die Mischvorrichtung 2 weist daher eine hohe Betriebszuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer auf.
Die Fig. 9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Mischen des ersten Gases Gi, das die erste Temperatur ΤΊ aufweist, mit dem zweiten Gas G2, das die zweite Temperatur T2 aufweist, die höher als die erste Temperatur T-i ist. In einem Schritt S1 wird ein in der Schwerkraftrichtung g strömender erster Gasstroms GS1 des ersten Gases Gi mit Hilfe des Außenrohrs 3 der Mischvorrichtung 2 gebildet, wobei das erste Gas Gi mit Hilfe des Gaslenkelements 18 gegen die Innenwandung 5 des Außenrohrs 3 gelenkt wird. In einem Schritt S2 wird ein in der Schwerkraftrichtung g strömender zweiter Gasstrom GS2 des zweiten Gases G2 mit Hilfe des Innenrohrs 6 der Mischvorrichtung 2 gebildet, wobei das Innenrohr 6 innerhalb des Außenrohrs 3 endet und koaxial zu diesem angeordnet ist. In einem Schritt S3 wird der zweite Gasstroms GS2 in den ersten Gasstrom GS1 eingeleitet und in einem Schritt S4 wird das erste Gas G-ι mit dem zweiten Gas G2 innerhalb des Außenrohrs 3 vermischt, wobei eine Mischtemperatur TM nach dem Vermischen des ersten Gases G-ι mit dem zweiten Gas G2 höher ist als eine Temperatur T5 der Innenwandung 5 des Außenrohrs 3.
Das Einleiten des zweiten Gasstroms GS2 in den ersten Gasstrom GS1 und das Vermischen des ersten Gases Gi mit dem zweiten Gas G2 werden gleichzeitig durchgeführt. Dabei strömen der erste Gasstrom GS2 und der zweite Gasstrom GS2 parallel zueinander. Insbesondere werden das erste Gas Gi und das zweite Gas G2 mit Hilfe des in Schwerkraftrichtung g nach dem Innenrohr 6 angeordneten Mischelements 21 , 22 miteinander vermischt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Verwendete Bezugszeichen verfahrenstechnische Anlage
2 Mischvorrichtung
3 Außen roh r
4 Außenwandung
5 Innenwandung
6 Innenrohr
7 Außenwandung
8 Innenwandung
9 Düse
10 Zuführleitung
1 1 Rohrleitungsabschnitt
12 Rohrleitungsabschnitt
13 Rohrleitungsabschnitt
14 Verbindungsabschnitt
15 Verbindungsabschnitt
16 Isolationsschicht
17 Schutzschicht
18 Gaslenkelement
19 Finger
20 Schlitzblech
21 Mischelement
22 Mischelement
23 Übergangsbereich a2i Abstand
322 Abstand
Aio Strömungsquerschnitt
An Strömungsquerschnitt
Al2 Strömungsquerschnitt
d3 Durchmesser
dl2 Durchmesser
g Schwerkraftrichtung
GS1 Gasstrom GS2 Gasstrom
Figure imgf000017_0001
G2 Gas
L2 Längsrichtung
M3 Mittelachse
M6 Mittelachse
M10 Mittelachse
S1 Schritt
S2 Schritt
S3 Schritt
S4 Schritt
TM Mischtemperatur
TI Temperatur
T2 Temperatur α Winkel

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Mischen eines ersten Gases (Gi), das eine erste Temperatur (T-i) aufweist, mit einem zweiten Gas (G2), das eine zweite Temperatur (T2) aufweist, die höher als die erste Temperatur (T-i) ist, mit folgenden Schritten:
Bilden (S1 ) eines in einer Schwerkraftrichtung (g) strömenden ersten Gasstroms (GS1 ) des ersten Gases (Gi) mit Hilfe eines Außenrohrs (3) einer
Mischvorrichtung (2), wobei das erste Gas (Gi) mit Hilfe zumindest eines
Gaslenkelements (18) gegen eine Innenwandung (5) des Außenrohrs (3) gelenkt wird;
Bilden (S2) eines in der Schwerkraftrichtung (g) strömenden zweiten Gasstroms (GS2) des zweiten Gases (G2) mit Hilfe eines Innenrohrs (6) der Mischvorrichtung (2), wobei das Innenrohr (6) innerhalb des Außenrohrs (3) endet und koaxial zu diesem angeordnet ist;
Einleiten (S3) des zweiten Gasstroms
(GS2) in den ersten Gasstrom (GS1 ); und Vermischen (S4) des ersten Gases (Gi) mit dem zweiten Gas (G2) innerhalb des Außenrohrs (3), wobei eine Mischtemperatur (TM) nach dem Vermischen des ersten Gases (G-ι) mit dem zweiten Gas (G2) höher ist als eine Temperatur (T5) der Innenwandung (5) des Außenrohrs (3).
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Einleiten
(S3) des zweiten Gasstroms (GS2) in den ersten Gasstrom (GS1 ) und das Vermischen
(S4) des ersten Gases (Gi) mit dem zweiten Gas (G2) gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Gasstrom (GS2) und der zweite Gasstrom (GS2) parallel zueinander strömen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei das erste Gas (Gi) und das zweite Gas (G2) mit Hilfe eines in Schwerkraftrichtung (g) nach dem Innenrohr (6) angeordneten Mischelements (21 , 22) vermischt werden.
Mischvorrichtung (2) zum Mischen eines ersten Gases (Gi), das eine erste Temperatur (T-i) aufweist, mit einem zweiten Gas (G2), das eine zweite Temperatur (T2) aufweist, die höher als die erste Temperatur (T-i) ist, mit einem Außenrohr (3), durch das das erste Gas (Gi) geführt ist, einem innerhalb des Außenrohrs (3) und koaxial zu diesem angeordneten Innenrohr (6), durch das das zweite Gas (G2) geführt ist, und zumindest einem Gaslenkelement (18), das dazu eingerichtet ist, das erste Gas (Gi) gegen eine Innenwandung (5) des Außenrohrs (3) zu lenken, wobei eine Mittelachse (M3) des Außenrohrs (3) und eine Mittelachse (M6) des Innenrohrs (6) in einer Schwerkraftrichtung (g) orientiert sind, wobei das Innenrohr (6) innerhalb des Außenrohrs (3) endet, um das zweite Gas (G2) innerhalb des Außenrohrs (3) mit dem ersten Gas (Gi) zu mischen und wobei eine
Mischtemperatur (TM) nach dem Vermischen des ersten Gases (Gi) mit dem zweiten Gas (G2) höher ist als eine Temperatur (T5) der Innenwandung
(5) des Außenrohrs (3).
6. Mischvorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Zuführleitung (10) zum Zuführen des ersten Gases (Gi) zu dem Außenrohr (3), wobei eine Mittelachse (M-io) der Zuführleitung (10) senkrecht zu der Mittelachse (M3) des Außenrohrs (3) angeordnet ist.
7. Mischvorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein zwischen dem Innenrohr (6) und dem Außenrohr (3) vorgesehener erster Strömungsquerschnitt (An) der
Mischvorrichtung (2) mindestens so groß ist wie ein Strömungsquerschnitt (A10) der Zuführleitung (10).
8. Mischvorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein zweiter Strömungsquerschnitt (A12) der Mischvorrichtung (2), der in der Schwerkraftrichtung (g) nach dem Innenrohr (6) positioniert ist, mindestens so groß ist wie der Strömungsquerschnitt (A10) der Zuführleitung.
9. Mischvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der zweite Strömungsquerschnitt (A12) größer als oder gleich groß wie der erste Strömungsquerschnitt (An) ist.
10. Mischvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei sich ein Durchmesser (d3) des Außenrohrs (3) ausgehend von dem ersten Strömungsquerschnitt (An) hin zu dem zweiten Strömungsquerschnitt (A12) verjüngt.
1 1. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 10, wobei das Innenrohr (6) eine thermische Isolationsschicht (16) aufweist und wobei die thermische Isolationsschicht (16) zwischen dem Innenrohr (6) und einer die thermische Isolationsschicht (16) außenseitig umgebenden Schutzschicht (17) angeordnet ist.
12. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 1 1 , wobei das zumindest eine Gaslenkelement (18) zwischen dem Außenrohr (3) und dem Innenrohr (6) angeordnet ist.
13. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei das zumindest eine
Gaslenkelement (18) an dem Innenrohr (6) befestigt ist.
14. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 13, ferner umfassend ein
Mischelement (21 , 22), das in der Schwerkraftrichtung (g) nach dem Innenrohr (6) positioniert ist.
15. Verfahrenstechnische Anlage (1 ), insbesondere zur Wasserstoffherstellung,
Erdgasherstellung, Aminwasche oder Methanolwäsche, mit einer Mischvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 - 14.
PCT/EP2017/025112 2016-05-10 2017-05-09 Verfahren, mischvorrichtung und verfahrenstechnische anlage WO2017194198A1 (de)

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