-
Vorrichtung zum Einbringen des Einsatzstoffes und seiner Reaktionspartner
in Reaktoren zum katalytischen Umformen von Kohlenwasserstoffen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Einbringen des Einsatzstoffes und seiner Reaktionspartiler
in Reaktoren zum katalytischen Umformen von Kohlenwasserstoffen unter Anwenduulg
von zwei mit Abstand ineinander angeordneten Rohren, die zum Zusammenführen von
durch den Rohrringraum und durch das innere Rohr fließenden Medien eine düsenförmige,
injektorartig wirkende Stelle aufweisen, der ein Mischraum nachgeschaltet ist.
-
Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art, bei denen meist zwei oder
drei Medien mittels einer einzigen Düse zusammengeführt werden, läßt sich kaum vermeiden,
daß Wirbel in dem gebildeten brennfertigen Gemisch entstehen, die sich nicht von
der Mündung der Vorrichtung entfernen, sondern in unmittelbarer Nähe verbrennen,
wodurch eine zerstörende Wärmeeinwirkung auf die Mündungsteile der Vorrichtung ausgeübt
wird. Man ist deshalb dazu übergegangen, die Vorrichtungen an den beanspruchten
Teilen zu kühlen, was aber einen entsprechenden Aufwand mit sich bringt. Ferner
wurden bereits hinter einer Düse angeordnete Mischstrecken vorgesehen, die aber,
wenn man die Längenabmessungen in vertretbarem Rahmen halten wollte, keinen befriedigenden
Mischeffekt brachten.
-
Beispielsweise ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens
zum Erzeugen von brennbaren Gasen aus flüssigen oder staubförmigen Brennstoffen
bekannt, die eine Injektordüse aufweist, in der Wasserdampf entspannt und dabei
Brennstoff durch eine Leitung angesaugt wird. Diese Leitung mündet in einen Ringraum,
der um das Ende der Injektordüse bzw. um den Anfang einer Mischstrecke verläuft
und mit dieser durch radiale Öffnungen verbunden ist. Die als Rohr ausgebildete
Mischstrecke wird von einer zweiten, mit komprimierter Luft beaufschlagten Injektordüse
umgeben, die sich am Ende der Mischstrecke in einer daran anschließenden Mischkammer
mit dem an der ersten Düse erhaltenen Dampf-Brennstoff-Gemisch vereint. Der Mischkammer
ist zusätzlich ein Diffusor angeschlossen.
-
Diese Vorrichtung hat den Nachtell verhältnismäßig langer Mischstrecken,
um eine einigermaßen homogene Durchsetzung der Ausgangsstoffe zu erzielen, wobei
trotzdem kaum vermeidbar ist, daß sich unausgeglichene Stellen im Gemisch bilden,
in denen sich mehr oder weniger große Mengen des einen oder anderen Stoffes angehäuft
haben. Das hat einen ungleichmäßigen Ablauf der Reaktion im Reaktor zur Folge, worunter
wiederum die Qualität des erzeugten Gases leidet. Außerdem können die besag-
ten
örtlichen Überhitzungen auftreten, die die Vorrichtung gefährden.
-
Es ist bekannt, bei Anlagen zum exothermen Umformen von flüssigen
Kohlenwasserstoffen die Reaktionsteilnehmer vorzumischen und mit einer Geschwindigkeit,
die über der Zündgeschwindigkeit des Gemisches liegt, aus einem Brenner heraus in
den Reaktionsraum zu spritzen. Derartige Brenner sind jedoch bei der katalytischen
Umsetzung von Kohlenwasserstoffen nicht anwendbar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirkungsweise bzw.
den Mischeffekt der Vorrichtung zu verbessern. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch
erreicht, daß das innere Rohr am Mündungsende mit mehreren vorzugsweise in Kranzform
angeordneten Düsen besetzt ist, deren Mündungen unter Freilassen eines Ringspaltes
einer entsprechenden Anzahl am Ende des äußeren Rohres vorgesehenen Venturirohren
gegenübersteht, die in einem kegelförmigen Ringraum enden, der sich an seiner Spitze
zu einem Mündungsraum vereint. Die Diisen teilen den im inneren Rohr fließenden
Mediumsstrom in mehrere Teilströme auf, wovon jeder beim tJbertritt in die Venturirohre
einen ihn umgebenden Teilstrom des Mediumsstromes im Ringraum mitreißt.
-
Hierbei kann man bei entsprechender Wahl der Form, der Abmessungen
und Gegenüberstellung der Düsen und der Venturirohre den Mischvorgang über die ganze
Länge der Venturirohre verteilen, indern in die durch die Düsen gebildeten Mediumskegel
die ringförmigen Kegel des anderen Mediums stetig zunehmend eingeführt werden, wobei
an jedem Punkt des von beiden Kegeln überschnittenen Gebietes ein Gemisch
der
gewünschten Zusammensetzung entsteht.
-
In den an die Venturirohre anschließenden Räumen bzw. Kanälen sammelt
sich das erzeugte zündfähige Gemisch und strömt dann in straff geführtem, innerlich
ruhigem Strahl in den Reaktor, zweckmäßig mit einer Geschwindigkeit, - die über
der Zündgeschwindigkeit des Gemisches liegt. Durch eine derartige Aufteilung der
zu mischenden Medien in mehrere parallellaufende Mischsfröme wird die Güte -und
Homogenität der Mischung bei minimaler Mischstreckenlänge erheblich verbessert,
was wiederum einen verbesserten Ablauf der Reaktion im Reaktor mit sich bringt,
der die Güte des erzeugten Gasgemisches hebt und die Lebensdauer des Reaktors erhöht.
-
Eine verbesserte Ausbildung der Vorrichtung ist gemäß der Erfindung
darin zu sehen, daß die Venturirohre, der kegelförmige Ringraum und der Mündungsraum
allseits von feuerfestem Material umgeben und durch einen das feuerfeste Material
einschließenden Metallmantel zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind, die
von einer mit Durchtrittsöffnungen zu den Venturirohren versehenen Querplatte getragen
wird,-ün-ter der das innere Rohr mit den Düsen endet, und an: deren Unterseite das
äußere Rohr befestigt ist, das seinerseits von einem querschnittsgrößeren Vorrichtungsgehäuse
umgeben ist, in dem oberhalb eines seitlichen Anschlußstutzens die Querplatte mit
der aus dem Gehäuse vorstehenden Baueinheit lagert und dessen freies Ende durch
einen vom inneren Rohr'durchdrungenen Deckel abgeschlossen wird, vor dem- das äußere
Rohr mit Abstand endet.
-
Im Bedarfsfall lassen sich, um die in die Vorrichtung eingetretenen
Einsatzstoffe auf dem Weg zu den Venturirohren zu beschleunigen, in den Ringraum
zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohrstück Verengungen vorsehen, durch
die die Strömungsgeschwindigkeit des Einsatzstoffes erhöht wird.
-
Eine weitere Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß man in
der-Längsmittelachse der Vorrichtung ein Rohr vorsieht; in das Temperaturfühler
eingeführt werden können; die vornehmlich zum Kontrollieren der Austrittstemperatur
des Gemisches dienen, aber auch die Temperatur an anderen Stellen der Vorrichtung
zu messen gestatten.
-
Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung
und in der Zeichnung ersichtlich; Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung,
F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 im größeren Maßstab.
-
In der Zeichnung bedeutet 1 einen teilweise dargestellten Reaktor,
2 dessen feuerfeste Ausmauerung und 3 den Reaktormantel. Im Boden des Reaktors befindet
sich eine Öffnung 4, die einen mit einem Flansch 5 versehenen Anschlußstutzen 6
aufweist, an den eine Vorrichtung angeschlossen ist, mittels der die zur Reaktion
kommenden Einsatzstoffe und deren Reaktionspartner gemischt und in den Reaktor eingeführt
werden.
-
Die Vorrichtung hat ein rohrförmiges Gehäuse 7, das an seinem einen
Ende einen Flansch 8 zum Anschließen an den Reaktorliansch 5 trägt, während am anderen
Ende ein ähnlicher Flansch 9 vorgesehen ist, der als Anschlußbasis für einen Deckel
10 dient.
-
Im Innern ist das Gehäuse 7 in zwei Abschnitte
unterteilt, und zwar
durch eine Querplatte 11, an deren Unterseite zentrisch zum Gehäuse 7 ein Rohrstückl2
befestigt ist, in das ein zweites, ebenfalls zentrisch angeordnetes, von außen durch
den Deckel 10 hindurchgeführtes Rohr 13 mündet, das sich an seinem der Platte 11
benachbarten Ende erweitert und durch eine Scheibe 14 verschlossen ist, auf der
nahe am Umfang Düsen 15 in gleichmäßigem Abstand angeordnet sind. Der Durchmesser
des Rohrstückes 12 und des Rohres 13 sind dabei so gewählt, daß zwischen beiden
sowie dem Rohrstück 12 und dem Vorrichtungsgehäuse 7 Ringräume 16 und 17 verbleiben,
die über das gezackte, mit Abstand vor dem DeckellO stehende Ende des Rohrstückes
12 miteinander verbunden sind, wobei in den Ringraum 16 ein Stauring 18 eingebaut
ist, der gleichzeitig das Rohr 13 und das Rohrstück 12 gegeneinander abstützt, wogegen
der Ringraum 17 einen Zuführungsanschluß 19 aufweist.
-
Auf der Querplatte 11, die zu den Mündungen der Düsen stehende Bohrungen
20 hat, ist über jeder Bohrung ein Venturirohr 21 angeordnet, denen sich ein durch
Blechkegel 22 und 23 gebildeter, kegelförmiger Ringraum 24 anschließt, der in ein
am Ende sich erweiterndes Mündungsrohr 25 übergeht.
-
Die Venturirohre 21, der kegelige Ringraum 24 und das Mündungsrohr
25 sind allseits von einer feuerfesten, auf der Querplatte 11 ruhenden Ausmauerung
26 umgeben, die von einem zylindrischen, an der Grundplatte 11 befestigten Metallmantel27
zusammengehalten wird, der sich über den Bereich des Mündungsrohres 25 konisch verjüngt
und durch ein Ringblech 28 überlappt wird, das sich mit dem Auslaßende des Rohres
25 vereint und eine Spitze bildet, die mit feuerfester Stampfmasse ausgefüllt ist.
-
Der durch den Mantel 27 eingeschlossene Teil der Vorrichtung ragt
in die Öffnung 4 der Reaktorausmauerung 2 hinein, die sich bis zum Flansch 5 des
Anschlußstutzens 6 erstreckt. Eine ähnliche Ausmauerung 29 ist an der Innenwand
des Vorrichtungsgehäuses 7 entlang auf der Querplatte 11 aufgebaut.
-
Durch die Längsmittelachse der Vorrichtung verläuft ein Rohr 30,
in das Temperaturfühler eingebaut sind, die zum Messen der Temperatur der strömenden
Medien in irgendeinem Bereich der Vorrichtung dienen. Über der Mündungsöffnung der
Vorrichtung lagert in der Ausmauerung 2 des Reaktors ein Düsenstein 31, der die
Mündungsöffnung der Einrichtung vom Reaktorinnern abschirmt.
-
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgendermaßen: Die umzuwandelnden
Kohlenwasserstoffe werden im Bedarfsfalle mit Wasserdampf vermischt, durch den Zuführungsanschluß
19 zunächst in den Ringraum 17 eingebracht, strömen von dort in den zweiten Ringraum
16, in dem sie am Stauring 18 eine Beschleunigung erfahren. Nach Passieren des Stauringes
18 beruhigen sich die Kohlenwasserstoffe und dringen dann über eine Verengung in
den Raum unterhalb der Querplatte 11 vor, wo sie die Düsen 15 umgeben, denen die
Reaktionspartner, beispielsweise Luft, Sauerstoff und Wasserdampf, durch das Rohr
13 zuströmen. Sowohl der Einsatzstoff als auch die Reaktionspartner erfahren in
den Ringspalten um die Düsen und in den Düsen 15 eine wesentliche Beschleunigung
und treten mit einer relativ hohen Ge-- schwindigkeit in die Venturirohre ein, in
denen sie miteinander vermischt werden. Hierbei entsteht ein
zündfähiges,
mit hoher Geschwindigkeit strömendes Gemisch, das sich auf dem Weg durch den kegelförmigen
Ringraum 24 beruhigt und dann durch das Mündungsrohr 25 in den Reaktorraum einströmt.