-
Verfahren zur Synthesegasherstellung Die vorliegende Erfindung betrifft
die Synthesegasherstellung durch Partialoxidation eines flüssigen Kohlenwasserstoffs
mit molekularem Sauerstoff in Moderatorgegenwart bei erhöhter Temperatur und erhöhtem
Druck.
-
Die allgemeinen Grundlagen dieses Verfahrens, wie es einige Zeit durchgeführt
wurde, sind in der US-Patentanmeldung, Aktenzeichen Nr. 787.885 vom 30.12.1968,
offenbart. Informptionen und Einzelheiten, die hier wiedergegeben werden, können
in dieser US-Patentanmeldung nachgelesen werden.
-
Typisch für das Partialoxidationsverfahren sind Temperaturen zwischen
beispielsweise 980 und 19300C und erhöhte Drucke unter sich selbst speisenden Bedingungen
durch Eingabe der Reaktanden durch einen Düsenbrenner (orifice burner) oder Düse
in eine Reaktionszone. Es ist wünschenswert die Einführung und Einspei5uVg der Reaktanden
derart durchzuführen, daß der Brenner oder die Düse den thermischen, erodierenden
und chemischen Einflüssen der bei hoher Temperatur vorliegenden Reaktanden widersteht.
-
Offensichtlich stellt die Brnnezerstörung einen schwerwiegenden, begrenzenden
Faktor bei der Durchführung des Verfakrens dar, weil ein Defekt nicht nur ein Abschalten
zur Pol3v hat, sondern zu ernsthaften Schwioriketen im Verfahren fÜhren kann. Es
ist deshalb wichtig, sowohl den Einfluß der hohen Reaktionswärme, welcher das Rrenner-
oder Düsenende ausgesetzt ist, als auch den Einfluß der turbulenten Zirkulaticn
der Verbrenrnrngsgase, welche in der Lage sind, die ausgesetzten Düsenoberflachen
zu iiberstreichen und die Oberflächen enem erodierenden und chemischen Angriff auszusetzen,
auf ein Minimum herabzusetzen.
-
Offensichtlich verbrennen die Primärreaktanden, nämlich fli3ssiges
Ö1 und molekularer Sauerstoff, insbesondere hochreiner, molekularer-Sauerstoff,
sofort unter großer Wärmefreisetzung.
-
Es muß jedoch berücksichtigt werden, daß die ReaktionsproduX-te, nämlich
H2 und CO, exotherm mit molekularem Sauerstoff reagieren. Da sich die späteren Produkte
in der Reaktionskammer im Bereich der Düse und oberhalb des eintretenden Reaktandenstroms
ansammeln, kann eine zusätzliche Reaktion zwischen rei.-nem, molekularem Sauerstoff
und beispielsweise H2 und CO eintreten. Während sich weiter unterhalb in der Reaktionszone
eine Gleichgewichtsbedingung einstellt, wobei die Produkte im wesentlichen aus H2
und CO bestehen, muß ungeachtet dessen erkannt werden, daß die vollständige, stark
exotherme Verbrennung an und oberhalb der Düse eintreten kann. Dies ist normalerweise
die Ursache der Brennerzerstörung, welche die vorliegende Erfindung zu überwinden
trachtet.
-
Andererseits verbinden sich die Reaktanden, wie Dampf und C02, während
sie in die Gesamtreaktion eingreifen, nicht mit jedem der Bestandteile des Einsatzmaterials
oder des Materials in der Reaktionszone in der Weise, daß'. eine nennenswerte Warmemenge
freigesetzt wird. Dampf beispielsweise steuert die große Reaktionswarne,die auftreten
würde, wenn hochreiner, molekularer Sauerstoff und Ö1 die einzigen Reaktanden sind
unter
Bildung von H2 und Co ans-tatt von H20-Dampf und C02.
-
Sie würde auch auftreten, selbst wenn eine gesteuerte Teilverbrennung
folgt oder eine vollständige Verbrennung stellenweise aufgetreten wäre.
-
Die stellenweise gebildeten Produkte einer vollstandigen Verbrennung,
wie beispielsweise Dampf und CC, reagieren anschließend endotherm mit nicht verbranntem
Öl unter Erreichen des Gleichgewichtszustandes.
-
Unter anderen in der Reaktionszone ablaufenden typischen Reaktionen
setzt die zwischen Dampf und wo ablaufende Reaktion, welche als Wassergasumwandlungsreaktion
(water gas shift reaction) bekannt ist, nur geringe oder unbedeutende Wärmemengen
frei. Die Umkehrung dieser Reaktion, in welcher C02 mit H2 unter Bildung von Wasserdampf
und CO reagiert, ist deshalb endotherm. C02 und Wasserdampf sind nicht nur beim
Ablauf der Reaktion vorhanden, sondern steuern bei Zugabe als Reaktanden den Gesamtexothermieeinfluß
und tragen zum Sauerstoffbedarf des Verbrennungsprodulçtes bei. Es ist bekannt4
daß C02 neben seinem steuernden Einfluß auch in erwünschter Weise Wasserdampf ersetzen
kann, wo es gewünscht wird, um ein Synthesegas mit einem CO-Anteil zu erhalten,
der relativ größer ist als derjenige Anteil, welcher bei Verwendung von Dampf allein
erhalten werden würde.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft die Einführung eines flüssiegen
Kohlenwasserstoffbrennstoffs in die Reaktionszone durch einen Brennereingang b-eispielsweise
in Form eines Nebels oder einer Dispersion von Öltröpfchen in einem Moderator- oder
Steuerstrom.
-
Dieses Verfahren der Bereitstellung des flüssigen Öls und die allgemeinen
Vorteile des Verfahrens sind im US-Patent Nr.2.809.
-
104 beschrieben. Das Verfahren der Kohlenwasserstoffbrennstoffeingabe
in die Reaktionszone kann ergänzt werden durch
Einmischen der Kohlenwasserstoffölteilchen
in den Moderatorstrom an einem Punkt, welcher in günstiger Aufstromentfernung vom
Brennermundstück liegt, um eine wirkungsvolle und vollständige Zerstäubung der Mischung,
bevor diese das Brennermundstück erreicht, zu erzielen. Eine Methode, um dieses
Resulfat zu erzielen, besteht darin, daß das flüssige Kohlenwasserstofföl und Dampf
beispielsweise eine längliche, rNhrenförmige Zone bei hoher Temperatur, hohem Druck
und einer zur Herstellung einer intensiven Turbulenz im Strom ausreichenden Geschwindigkeit
passieren.
-
Die vorliegende Erfindung somit unterscheidet sich von dem Teilverbrennungsverfahren
zur Herstellung von Synthesegas, welches mit einer sogenannten Brennermundstückzerstaubung,
siehe die US-Patentanmeldung, Aktenzeichen Nr. 787.885, arbeitet, indem ein in die
Reaktionszone geschleuderter Strom flüssigen Öls durch die Zerreißwirkung eines
turbulenten Sauerstoff- oder anderen Gas strahls in der Reaktionszone selbst zerstäubt
wird.
-
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich hiervon durch die Einführung
der Reaktanden in die Reaktionskammer mit Hilfe dreier vorzugsweise, aber nicht
notwendigerweise, getrennter, zusammenlaufender, konzentrischer Düsen oder Öffnungen
in einer Weise und einem Verhältnis, um die beschriebenen nachtei-In gen Einflüsse
zu beseitigen. Dies wird ausgeführt durch Trennen der stark exotherm reagierenden
Ströme von flüssigem Kohlenwasserstoff und molekularem Sauerstoff mit Hilfe einer
zwischengeschalteten Noderatorschicht, welche die Reaktanden in ausreichender Abstromentfernung
vom Düsenmundstück trennt, um das Mundstück vor Überhitzung zu bewahren, Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur Synthesegasherstellung durch Partialoxidation,
indem nolekularer Sauerstoff mit einem normalerweise flüssigen Kohlenwasserstoff,
welcher in einem nderator enthalten ist, t.n einer Reaktionszone bei erhöhtem Druck
und einer Temnerntir von 980 bis 1930°C
umgesetzt wird, d a d u
r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Strom molekularen Sauerstoffes aus der
zentralen Düse eines Brenners in die Reaktionszone eingespritzt wird; ein Strom
flüssigen Irohlenwa.sserstoffes als gleichmäßig verteilter Nebel zerstäubter rreilchensin
einem toderator als Trägerstrom durch eine ringförmige Düse, welche die zentrale
Düse umgibt und in radialem Abstand angeordnet ist, koaxial eingespritzt wird; und
der Moderator als ein dritter Strom koaxial zu den beiden genannten Strömen aus
einer ringförmigen Düse, welche in radialem Abstand und zwischen beiden genannten
Düsen angeordnet ist, eingespritzt wird, wobei aus dieser mittleren Düse der Strom
als eine undurchlässige, ringförmige Schicht, welche sich in begrenzter Abstromentfernung
von Brenner erstreckt und die beiden genannten Ströme für eine bestimmte Entfernung
von den Brennerdüsen voneinander trennt, wodurch Sauerstoff und Kohlenwasserstoff
für diese Entfernung an einer Vermischung gehindert werden, abgegeben wird.
-
Die drei Reaktanden sind: 1.) flüssiges Kohlenwasserstofföl, der Primärbrennstoff
der Verbrennungsreaktion, in einem Dampfstrom oder einem anderen Moderatorstrom
vorzerstäubt; 2,) molekularer Sauerstoff, vorzugsweise von relativ grosser Reinheit,
zum Herbeiführen einer exothermen Verbrennung und Aufrechterhalten einer exothermen
Gesamtreaktion, welche sich selbst unterhält; und 3.) ein Reaktand enthaltend besonders
Dampf, wobei Dampf als ein hervorstechendes Beispiel für einen Moderator gilt,
Der
hier verwendete Ausdruck 11Moderator'1 beinhaltet Gas oder gasförmiges Material,
welches entweder im wesentlichen inert gegenüber den verschiedenen Produkten, Zalischenprodukten
und Einsatzmaterialien der Synthesegasreaktion ist oder, falls der Noderator direkt
oder indirekt in die Bildung der Synthesegaskomponenten, nämlich in die li2- und
CO-Bildung eingreift, nur eine relativ unbedeutende Wärmemenge im Vergleich mit
der exothermen Verbrennung von flüssigem Kohlenwasserstoff mit molekularem Sauerstoff
frei werdenden Wärmemenge liefert.
-
Eine Aufgabe des Moderators ist es, übermäßige Temperaturen, welche
anderweitig, insbesondere an bestimmten Punkten in der Reaktionszone, in den Vordergrund
treten könnten, falls die Reaktanden nur flüssiges Kohlenwasserstofföl und ein hochreiner
Strom molekularen Sauerstoff sind, zu begrenzen oder zu "moderieren". Stickstoff
oder andere verfügbare Inertgase können ebenfalls verwendet werden, Deshalb ist
der Moderator ein gasförmiges Material, wie Dampf, C02 oder ein Inertgas, beispielsweise
Stickstoff, einschließlich anderer Gaszusammensetzungen oder Mischungen, welche
im wesentlichen aus diesen Bestandteilen bestehen, wie beispielsweise Rauch- oder
Abgas.
-
Der Ausdruck "im wesentlichen bestehend aus" soll zum Ausdruck bringen,
Faß die Gase und gasförmigen Mischungen typische Verunreinigungen oder Premdgase
in einem Ausmaß enthalten können, ohne daß diese den gewünschten temperatursteuernden
Einfluß des Moderators nennenswert beeinträchtigen.
-
Während im US-Patent Nr. 2.809.104 die Herstellung des feinen Nebels
oder Dispersion von sehr fein zerstäubten Ölpartikeln in einem Dampfstrom beschrieben
is, beinhaltet die vorliegende Erfindung den Ersatz des gesinten Dampfes oder eines
Teils derselben durch andere Moderrtoren. "Dampf", "Wasserdampf" oder "gasförmiger"
Zustand des Wassers sind Ausdrücke, welche auch Feuchtiekeitsteilchen, wie sie beispielsweise
im Dampf geringer Qualität gefunden werden, umfassen.
-
Die Ölzerstaubung im Dampf durch Eingabe des flüssigen Öls in einen
stark turbulenten Dampfstrom wird vorzugsweise in einer rohrförmigen Aufstromzone
bei Gesch-indi-gkeitenP die zu starker Turbulenz führen, bewirkt. Das Öl kann -beispielsweise
auch in CO2, in C02 vermischt mit Dampf, in anderen Noderatormischungen oder in
Einzelströme der anderen Moderatoren selbst zersetzt werden Eine der mit der Eingabe
des flüssigen Kohlenwasserstoffs, welcher, wie es bisher durchgeführt wurde, in
moderierenden Gas nur sehr wenig zerstäubt wird, verbundenen Schwierigkeiten, ist
die bereits geschiiderte schnelle, fast sofortige Reaktion mit molekularem Sauerstoff
nach dem Aufeinandertreffen dieser beiden Ströme mit dem Ergebnis, daß ein starker
thermischer Einfluß sehr nahe an der Brenneroberfläche auftritt.
-
Die vorliegende Erfindung beseitigt diese schädlichen Einflüsse dadurch,
daß scharfe thermische Reaktionen von den Brenneroberflächen ferngehalten werden
Dies geschieht durch Zugabe der Einsatzgase durch einen drei koaxiale 5 konzentrische
Düsen aufweisenden Brenner.
-
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird der Strom molekularen
Sauerstoffs in die Reaktionszone durch die zentrale Qffnung des Brenners oder der
Düse eingeführt.
-
Die Suspension oder'der feine Nebel des Öls im Dampf oder in einem
anderen Moderator wird gleichzeitig durch die äussere Ringöffnung oder Düse eingegeben.
Dies ist nur ein Lein des gesamten, der Reaktionszone zugeführten Moderators.
-
Der Rest des Moderators wird als ein getrennter Strom durch die mittlere
Ringöffnung geführt, um als trennende Barriere für die beiden stark reaktiven Reaktanden
zu dienen. Diese Barriere existiert als gasförmige Schicht noch in einer bestimmten
Abstromentfernung vom Düsenmundstück, Es ergibt
sich, daß schere,
exotherme Reaktionen des Sauerstoffs entweder mit dem Ausgangsmaterial, den Produktgasen
oder Zwischenprodukten erst in einer wesentlichen Entfernung vom Brennermundstück
auftreten. Dieses "Abrcken" der Reaktanden vom Mundstück ist ausreichend, um das
Mundstück vor einer schnellen und heftigen Reaktion zu schützen.
-
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert: Figur 1 stellt eine allgemeine Ansicht des Brenneraufbaus dar und
zeigt in Diagramform die Herstellung des flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffs.
-
Figur 2 ist ein detaillierter Querschnitt, welcher längs der Achse
des Brennermundstücks genommen wurde.
-
Figur 3 ist die Diagrammdarstellung eines in der Reaktionskammer angeordneten
Brenners und gibt den vom Brennermundstück kommenden Strom der Reaktanden wieder.
-
Der Brenner (A) mit dem Mundstück oder der Düse (B) erstreckt sich
durch einen länglichen Durchgang in die Reaktionszone eines Synthesegasgenerators,
welcher fragmentarisch als äussere Umhüllung (10) und feuerfeste Auskleidung (12)
wiedergegeben ist. Wie gezeigt, befindet sich das axiale Ende oder Mundstück (B)
der Brennerstirnfläche im erhitzten Innenteil der Reaktionskammer, Ein Halterungsflansch
(C) ist vorhanden, um den Brenner am Reaktor zu befestigen, während Kühlschiangen
(D) verwendet werden, um einen kontinuierlichen Kühlmittelstrom um das Prennermundstück
zu führen. Der übrige Brennerteil dient zur eingabe verschiedener Reaktanden: Durch
den Eingang (G) tritt ein Strom zerstäubten, flüssigen Öls als ein einheitlicher
feiner Nebel in einem gasförmigen Noderator in den äusseren Ringkanal (14), welcher
zur äusseren Ringöffn?ng führt.
-
Durch den Eingang ) tritt ein zusätzlicher Strom von gasförmigem
Moderator in einen zwischengeschalteten Kanal (16), welcher zur mittleren Ringöffnung
führt.
-
Molekularer Sauerstoff wird durch Eingang (E) in die zentrale Leitung
(18) eingegeben, wobei (18) zur zentrale len Düse oder Öffnung (2.0) führt.
-
Die Zentraldüse (20) ist wander zentralen Leitung (18) angeschweißt
und durch Rippen (19) wird vom mittleren Mundstück (22) ein Abstand hergestellt,
welcher zusammen mit der äusseren Oberfläche der zentralen Leitung (20) eine mittlere
Ringdüse oder -kanal (24) ausbildet. Dieser Kanal wird von einem Strom im wesentlichen
sauberen Moderatorgases gespeist. Das äussere Mundstück oder äusserer Düsenteil
(26), welches die Portsetzung der Leitung (14) ist', endet in einer äusseren Ringdüse
(28) zur fein zerstäubten Eingabe des flüssigen Öls in einen Trägerstrom des Moderatorgases.
-
Als Ergebnis dieser Anordnung werden die relativ stark reaktiven Reaktanden,
nämlich der molekulare Sauerstoff und der flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoff,
voneinander am Düsen mundstück mit Hilfe einer Moderatorschicht aus dem Kanal (24)
getrennt. Diese Anordnung ist von besonderem Interesse, weil bei der Reaktion der
Bestandteile eine grosse Wärmefreisetzung erfolgt, welche sich in besonders erhöhten,
lokalen Temperaturen auswirkt, wenn hochreiner oder konzentrierter, molekularer
Sauerstoff verwendet wird. Noch wichtiger ist diese Anordnung in dem Fal.l, wo der
Brennstoff oder das flüssige Öl das Brennermundstück in Form hochreaktiver, zerstäubter
Teilchen erreichen, da die Teilchen nach Kontakt mit Sauerstoff unmittelbar reagieren.
-
Das spontane Auftreten einer derartigen Reaktion bei der Berührung
mit dem freien Brennermundstück wird vermieden durch die dazwischenliegende von
der mittleren Ringöffnung (24) austretende Moderatorschicht, welche die die Exothermie
herbeiführenden Hauptreaktanden für einen kleinen,.aber bestimmten und wichtigen
Zeitraum und in kleiner, aber definierter und wichtiger Abstromentfernung vom Düsenmundstück
trennt. Unterhalb vom Mundstück vermischen sich die Reaktanden und werden
durch
die Verbrennung verbraucht.
-
Obwohl die genaue Entfernung und der Zeitraum nicht ohne weiteres
meßbar sind, führt trotzdem die Trennung der beiden Hauptreaktandenströme am Mund
stück des Brenners durch die dazwischengeschaltete Moderatorschicht in jedem Fall
zu einem definierten Schutzbereich am Brennermundstück.
-
Auch andere heftig reagierende Reaktanden werden an einer beträchtlichen
Wärmefreisetzung durch unmittelbares Aufeinandertreffen oder durch Berührung mit
dem Brenner gehindert.
-
Beispielsweise tritt der in die Reaktandenatmosphare der Reaktionskammer,
siehe Figur 3, eintretende äussere Ringstrom nicht mit jedem Material unter Exothermie
in Reaktion. Ist der Moderator C02, kann es mit dem umgebenden H2 nur endotherm
reagieren. Während Dampf oder Wasserdampf als Moderator zu einer exothermen Reaktion
mit dem sie in der Reaktionszone umgebenden CO führen, obwohl, wie ausgeführt, die
Wärmeentbindung dieser Reaktion für sich vernachlässigbar oder unbedeutend ist.
-
Die Geschwindigkeiten der Ströme am Brennermundstück liegen allgemein
in folgenden Bereichen: Bereich (m/sec) breiter bevorzugter Sauerstoff 30 - Schall
geschwindigkeit 60 - 140 Moderator 15 - Schallgeschwindigkeit 30 - 140 Öl-Moderator
15 - Schallgeschwindigkeit 30 - 100 Ein wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung
ist deshalb der zwischengelagerte Strahl oder Schicht des Moderators, der einen
gleichförmigen und ununterbrochenen trennenden Ringstrom zwischen den beiden Hauptreaktanden
bildet. Hierzu wird ein mittlerer Ringstrshl benötigt, der im wesentlichen gleichförmig
im radialen Bereich ist und Pus der Leitung (16), welche im wesentlichen einen leichförmigen
Ringabschnitt aufweist, geliefert wird, so daß beispielsweise Dampf die Öffnung
als
eine Schicht weitgehend gleichförmiger Dichte und- Geschwindigkeit um die Peripherie
des zentralen Sauerstoffstroms erreicht.
-
In früheren Untersuchungen wurde gefunden, daß Unregelmäßigkeiten
im Brenner, in der Versorgungsleitung und/oder der End-Öffnung zu einer Moderatorschicht
mit schwankender und ungleichförmiger Eigenschaft führt, wodurch eine vollständige
Trennung der beiden Hauptreaktanden nicht erzielt wird. Dies ermöglicht den Reaktanden
eine vorzeitige Vermischung bei bestimmten Schichtunterbrechungen und einer Reaktion
an verschiedenen ungeschützten oder durchlässigen Stellen über der Peripherie der
Schicht, wo die Trennung unvollkommen ist.
-
Die Aussenteile des Brennermundstücks sind mit einer Kühlmittelkammer
(32),vorzugsweise von dünnwandiger Beschaffenheit, versehen und durch eine Innenfläche
(34), welche die Aussenwand der Brennerbrennstoffringdüse bildet, begrenzt. Die
konvexe Endwandung (36) bildet die Brennerstirnfläche am Ende der Ummantelung. Die
Kammer wird schließlich an ihrer umlaufenden Aussenseite durch die Ringwandungp
welche an den Stel-.
-
len (40) angeschweißt ist, abgeschlossen0 Die Kühlschlange (D) versorgt
die Kammer (32) mit Kühlmittel0 Die Herstellung des Brennstoffs, siehe Figur 1,
in Form eines Nebels einzelner Teilchen, welcher eine im wesentlichen homogene Dispersion
im Dampfstrom oder in einem anderen Moderatorstrom bildet, erfolgt durch Eingabe
von Wasser in die Heizschlange (46) mit Hilfe der Pumpe (42)o In der Heizschlange
(46) wird Dampf erzeugt. Der so erzeugte Dampf wird in die Leitung (48) geführt,
welche einen Strom flüssigen 03s aus geeigneter Quelle mit Hilfe der Pumpe (50)
erhält. Die Pumpen (42) und (50) erlauben eine genaue Dosierung von Dampf und Öl.
Es erfolgt eine innige Dispersion der Olteilchen im Dampfstrom unter Bildung eines
Nebels, in dem die Materialien eine lange, rohrformige Zone (52) bei relativ hoher
Geschwindigkeit durchströmen, so daß der sich ergebende stark-turbulente
Strom
gründlich und gleichmässig die Öltröpfchen im Dampf dipergiert.
-
In der Figur 1 ist die rohrförmige Dispersionszone (52) eine Heizschlange,
in welcher die Komponenten einem beträchtlichen Temperaturanstieg unterliegen. Vorzugsweise
unterliegen sie im Falle von schweren Ölen einer Temperaturerhöhung, bei welcher
der Hauptteil des Öls in flüssiger. Form bleibt. Ein turbulenter Strom von vorzugsweise
über 6 m/seo wird im Vorwärmer (52) aufrechterhalten. Die resultierende erhitzte
Dampf-Öl-Dispersion strömt durch die Leitung (54) zum Eingang(E) des Brenners.
-
In diesem Zusammenhang ist der Hinweis notwendig, daß das Verfahren
zur Herstellung der Öldispersion nicht auf das im US-Patent Nr. 2.809.104 offenbarte
Verfahren beschränkt ist, sondern auch andere geeignete Verfahren zur Nebelbildung
eingesetzt werden können beispielsweise Verfahren, welche mit Vorzerstäubern arbeiten,
oder Verfahren, in welchen mecha nische Mischgeräte in Aufstromrichtung vom Brenner
oder in den Brennerversorgungsleitungen eingesetzt werden.
-
Die Stromgeschwindigkeiten in der Versorgungsleitung werden bei einem
ausreichenden Wert aufrechterhalten, um einen Turbulenzgrad zu stützen, welcher
die Trennung oder Schichtung der Ölteilchen verhindert und eine Gleichförmigkeit
der dispergierten, nebelahnlichen, flüssigen Phase, die sich in der Reaktionszone
innig und sofort mit dem Sauerstoffstrom vermischt, aufrechterhält.
-
Die Moderator-Öl-Verhältnisse können in einem weiten Bereich schwanken.
Die Gesamtmenge des im System verwendeten Dampfes kann von etwa 0,2-3 kgDampf/kgÖl
variieren, Die in der vorliegenden Erfindung benötigte Moderatorgesamtmenge spaltet
sich in zwei Teile auf : Ein Teil wird für die nebelähnliche, zerstaubte Dispersion
der Öl teilchen und der Rest für die Bildung der zwischengeschalteten., ringförmigen
Schutzschicht,
welche notwendigerweise im wesentlichen aus Moderator
besteht und deshalb im wesentlichen frei von Brennstoff ist, benötigt.
-
Die Aufteilung des Moderators auf den Brennstoff- und den Schutzschichtstrom
kann insoweit schwanken, als die beiden Ströme zur Erfüllung der beschriebenen Funktionen
geeignet sind. Die Funktion des Nebelst-roms ist das Bereitstellen eines geeigneten
Trägers für die zerstäubten Ölteilchen, während der unverdünnte Moderatorstrom zur
Bildung einer Schicht mit gleichmässigem Querschnitt dient, welche ausreichend ist,
um die Hauptreaktanden genügend lange und weit vom Brennermu-ndstück zu trennen.
-
Nachstehend wird an einem Beispiel die Durchführung des.erfindungsgemässen
Verfahrens dargestellt, wobei das Einsatzmaterial in die Synthesegasreaktionskammer
durch einen dreiöffnigen Brenner,. siehe die Figuren, eingegeben wird.
-
Die zentrale Öffnung weist einen Durchmesser von 27 mm auf und durch
diese strömen 276 tons/Tag 98% reiner Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 122
m/sec.
-
Die mittlere Ringöffnung hat einen Innendurchmesser von annähernd
26,7 mm und einen radialen Querschnitt (quer zur Stromrichtung) von 2,1 mm. Durch
diese Öffnung tritt Dampf mit 2,03 kg/sec und wird von der Spitze mit einer.Geschwindigkein'von
101 m/sec abgegeben. Die zentrale Säule ist somit von einer annähernd 2,1 mm. starken
Dampfschicht umgeben. Die äussere, radiale Düse ist ringförmig und koaxial zu den
anderen Düsen angeordnet und hat einen Innendurchmesser von annähernd 38,1 mm und
eine Stärke von 5,08 mm. Der mittlere und der äussere Ringkanal sind bezüglich der
Achsen leicht nach innen gebogen.
-
Die Aussendüse wird kontinuierlich mit einer Öl-Dampf-Mischung versorgt,
welche gleichzeitig verteiltes, vorzerstäubtes Öl, 0,245 m3/Tag, in 2,03 kg/Stunde
Dampf enthält. Diese Mischung
verläßt die äussere Ringöffnung mit
einer Geschwindigkeit von 61 m/sec. Das Brennstofföl ergab nach der Analyse folgende
Werte: Dichte,OAPI 10,0 GAV, kcal/kg 10061 Analyse,Gew.-C 85,54 H 10,41 N 1,0 S
3,0 o Asche 0,05 100,00 Die Reaktion wurde in der Reaktionskammer bei annähernd
14270C durchgeführt.
-
671.750 Nm3 (25.500.000 standard cubic feet)/Tag Synthesegas mit folgenden
Analysendaten wurden erhalten: Mol-% CO 44,72 H2 42,02 CO2 3,50 H20 8,19 CH4 0,22
Ar 0,43 N2 0,27 H2S 0,62 C0S 0,03 100,00 In der erfindungsgemässen Anordnung ist
das Düsenmundstück räumlich von der Kontaktstelle des Öls mit dem Sauerstoff getrennt
und damit auch von der aktiven Verbrennung. Sowohl molekularer Sauerstoff als auch
die anderen Brennstoffe, obgleich sie vorgewärmt werden können und es normalerweise
auch sind, üben einen tatsächlichen Kühleinfluß auf die Düse aus, weil sie eine
niedrigerere Temperatur als die hohen Verbrennungstemperaturen
in
Abstromrichtung vom Brennermundstück haben. Die mittlere Ringöffnung ist im wesentlichen
gegen einen Angriff abgeschirmt , da sie vom moderierenden Gas, welches nicht mit
Sauerstoff oder einer anderen Reaktion komponente reagiert, durchströmt, überstrichen
und geschützt wird.
-
Die äussere Ringöffnung ist ebenfalls gegen einen Angriff relativ
abgeschirmt, weil sie nirgends in Berührung mit den Reaktanden tritt mit der Ausnahme,
daß ein Angriff durch die Wassergasuinwandlungsreaktion eintreten könnte. Diese
Reaktion ist aber eine milde und unbedeutende exotherme Reaktion.
-
Die erfindungsgemässe nordnung und Verfahren sind besonders von wirksam
bei Verwendung hochreinem, 90-100%, molekularem Sauerstoff. Geeignet ist auch normale
Luft oder Sauerstoff angereicherte Luft. Das Vorwärmen der verschiedenen Ströme
kann zwischen Raumtemperatur und 650-9850C erfolgen. Die Reaktionsdrucke liegen
gewöhnlich oberhalb 14 kg/cm2, vorzugsweise bei 28 bis 280 kg/cm². Atmosphärendrucke
sind gleichfalls-geeignet.