DE2249961C3 - Verfahren zur Synthesegasherstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Synthesegas durch Partialoxidation eines flüssigen Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in Moderatorgegenwart bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck.

Nach der DT-PS 10 80 079 ist ein Brenner für die Herstellung von Synthesegas durch teilweise Oxidation von Kohlenwasserstoffen bekannt, der aus einer äußeren und einer inneren Leitung besteht. Für die Teilverbrennung der Kohlenwasserstoffe benutzt man entweder Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft. Bei der koaxialen Anordnung der Leitungen im Brennerkopf wird Sauerstoff durch die zentrale und Kohlenwasserstoff durch die äußere Leitung gegeben.

Für das Verfahren zum Erzeugen wertvoller Kohlenoxid und Wasserstoff enthaltener Gase nach DT-PS 68 064 wird ebenfalls ein koaxial angeordneter Brenner benutzt, bei dem durch eine zentrale ringförmige Düse flüssiger Brennstoff und konzentrisch dazu Sauerstoff durch eine äußere Leitung gegeben wird. Diese Anordnung soll ebenso wie nach der US-PS 78 422 ermöglichen, daß der flüssige Brennstoff als Flüssigkeitsfilm in den Reaktionsraum eingeblasen und gegen beide Flächen des Flüssigkeitsfilms je ein Gasstrom gelenkt wird. Man kann den Sauentoffstrom dabei in einem bestimmten Winkel gegen die Flächen des Flfissigkeitsfilms richten, so daß sich die Sauerstoff-S ströme innerhalb des Ölfilms schneiden. Dabei bildet .sich ein homogenes Gemisch aus fein verteilten Flüssigkeitströpfchen und Sauerstoff, das sich in exothermer Reaktion bei Temperaturen von 980 bis 1930⁰C umsetzt.

ίο Offensichtlich stellt die Brennerzerstörung einen schwerwiegenden, begrenzenden Faktor bei der Durchführung des Verfahrens dar, weil ein Defekt nicht nur ein Abschalten zur Folge hat, sondern zu ernsthaften Schwierigkeiten im Verfahren führen kann. Es ist deshalb wichtig, sowohl den Einfluß der hohen Reaktionswärme, welcher das Brenner- oder Düsenende ausgesetzt ist, als auch den Einfluß der turbulenten Zirkulation der Verbrennungsgase, welche in der Lage sind, die ausgesetzten Düsenoberflächen zu überstreichen und die Oberflächen einem erodierenden und chemischen Angriff auszusetzen, auf ein Minimum herabzusetzen.

Offensichtlich verbrennen die Primärreaktanden, nämlich flüssiges Öl und molekularer Sauerstoff. insbesondere hochreiner, molekularer Sauerstoff, sofort unter großer Wärmefreisetzung. Es muß jedoch berücksichtigt werden, daß die Reaktionsprodukte, nämlich H: 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 reinem, molekularem Sauerstoff und beispielsweise H.' und CO eintreten. Während sich weiter unterhalb in der Reaktionszone eine Gleichgewichtsbedingung einstellt, wobei die Produkte im wesentlichen aus H.' und CO bestehen, muß ungeachtet dessen erkannt werden, daß die vollständige, stark exotherme Verbrennung an und oberhalb der Düse eintreten kann. Dies ist normalcrweise die Ursache der Brennerzerstörung, welche die vorliegende Erfindung zu überwinden trachtet.

Andererseits verbinden sich die Reaktandcn. wie Dampf und CO:, 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 Wärmemenge freigesetzt wird. Dampf beispielsweise steuert die große Reaktionswärme, die auftreten würde, wenn hochreiner, molekularer Sauerstoff und Öl die einzigen Reaktanden sind unter Bildung von H2 und CO anstatt von H2O-Dampf und CO:. Sie würde auch auftreten, selbst wenn eine gesteuerte Teilverbrennung folgt oder eine vollständige Verbrennung stellenweise aufgetreten wäre.

Die stellenweise gebildeten Produkte einer vollständigen Verbrennung, wie beispielsweise Dampf und CO, reagieren anschließend endotherm mit nicht verbranntem Öl unter Erreichen des Gleichgewichtszustandes.

Unter anderen in der Reaktionszone ablaufenden typischen Reaktionen setzt die zwischen Dampf und CC) ablaufende Reaktion, welche als Wassergasumwandlungsreaktion bekannt ist, nur geringe oder unbedeutende Wärmemengen frei. Die Umkehrung dieser Reaktion, in welcher CO.» mit H.' unter Bildung von Wasserdampf und CO reagiert, ist deshalb endotherm. COj und Wasserdampf sind nicht nur beim Ablauf der Reaktion vorhanden, sondern steuern bei Zugabe als Reaktanden ilen Gesamtexothermieeinfluß und tragen

zum Sauerstoffbedarf des Verbrennungsproduktes bei. Es ist bekannt, daß bei CO2 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 wurde.

Die vo; liegende Erfindung betrifft die Einführung eines flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffs in die Reaktionszone durch einen Brennereingang beispielsweise 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 HS-Patent 28 09 104 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 Resultat zu erzielen, besteht darin, daß das flüssige Kohlenwasserstofföl und Dampf beispielsweise eine längliche, röhrenförmige Zone bei hoher Temperatur, hohem Druck und einer zur Herstellung einer intensiven Turbulenz im Strom ausreichenden Geschwindigkeit passieren.

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich somit von dem Teilverbrennungsverfahren zur Herstellung von Synthesegas, welches mit einer sogenannten Brcnnermundstückzerstäubung — s. die US-PS 37 43 606 — arbeitet, indem ein in die Reaktionszone geschleuderter Strom flüssigen Öls durch die Zerreißwirkung eines turbulenten Sauerstoff- oder anderen Gasstrahls in der Reaklionszone selbst zerstäubt wird.

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich hiervon durch die Einführung der Reaktandcn 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 nachteiligen Einflüsse zu beseitigen. Dies wird ausgeführt durch Trennen der stark exotherm reagierenden Ströme von flüssigem Kohlenwasserstoff und molekularem Sauerstoff mit Hilfe einer Zwischengeschäften Moderatorschicht, 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 molekularer Sauerstoff mit einem bei normaler Temperatur flüssigen Kohlenwasserstoff, welcher in einem Moderator enthalten ist, in einer Reaktionszone bei erhöhtem Druck und einer Temperatur von 980 bis 1930⁰C umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom freien Sauerstoff enthaltendes Gas aus der zentralen Düse eines Brenners mit einer Strömungsgeschwindigkeit austritt, die in einem Bereich von 30 m/Sek. bis Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise in einem Bereich von 60 bis 140m/Sek., liegt, daß ein Strom flüssigen Kohlenwasserstoffes als gleichmäßig verteilter Nebel zerstäubter Teilchen in einem Moderator als Trägerstrom durch eine ringförmige Düse, welche die zentrale Düse umgibt und in einem radialen Abstand angeordnet ist, koaxial mit einer Strömungsgeschwindigkeit eingespritzt wird, die in einem Bereich von 15 m/Sek. bis Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 100 m/Sek., liegt, und daß der Moderator als dritter Strom koaxial zu den beiden genannten Strömen aus einer ringförmigen Düse, welche in radialem Abstand und zwischen beiden genannten Düsen angeordnet ist mit einer Strömungsgeschwindigkeit eingespritzt wird, die in einem Bereich von 15 m/Sek- bis Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 140 m/Sek., liegt.
Die drei Reaktanden sind:

1. flüssiges der Primärbrennstoff der Verbrennungsreaktion, in einem Dampfstrom oder einem anderen Moderatorstrom vor zerstäubt,

2. molekularer Sauerstoff, vorzugsweise von relativ großer Reinheit, zum Herbeiführen einer exothermen Verbrennung und Aufrechterhalten einer exothermen Gesamtreaklion, welche sich selbst unterhält, und

3. ein Reaktand enthaltend besonders Dampf. wobei Dampf als ein hervorstehendes Beispiel für einen Moderator gilt.

Eine Aufgabe des Moderators ist es, übermaßige 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 Sauerstoffs sind, zu begrenzen oder zu »moderieren«. Stickstoff oder andere verfügbare Inertgase können ebenfalls verwendet werden.

Deshalb ist der Moderator ein gasförmiges Material, wie Dampf, CO2 oder ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, einschließlich anderer Gasziisammenset/.ungen oder Mischungen, welche im wesentlichen aus diesen Bestandteilen bestehen, wie beispielsweise Rauch- oder Abgas.

Der Ausdruck »im wesentlichen bestehend aus« soll zum Ausdruck bringen, daß die Gase und gasförmigen Mischungen typische Verunreinigungen oder Fremdgase in einem Ausmaß enthalten können, ohne daß diese den gewünschten temperatursteuernden Einfluß des Moderators nennenswert beeinträchtigen.

Gegenüber den im Stand der Technik verwendeten koaxialen Brennern nach DT-PS 10 80 079 und 9 68 064 besitzt die erfindungsgemäße »Dreistoffzuführung« den Vorteil der geringeren thermischen, erodierenden und chemischen Beanspruchung bei der Durchführung des Verfahrens. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß eine Kühleinrichtung an der Brennermündung, wie sie von der DTPS 10 80 079 vorgeschlagen wird, keinen wirksamen Schutz des Brennerkopf garantiert und zu dem noch durch große Störanfälligkeit einen kontinuierlichen Betrieb gefährdet. Man hat auch schon seit längerem versucht, durch Verschiebung des Schnittpunktes der Sauerstoffstrahlen und des Flüssigkeilsfilms weit vor die Austrittsöffnung der Düse einen Sicherheitsabstand gegenüber einer Verlagerung der exothermen Reaktion zum Brennerkopf vorzusehen. (Siehe DTPS 9 68 064, S. 2, rechte Spalte Mitte.) Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt nun darin, die Abschirmung des Brennerkopfes und der Reaktorwände von den unter exothermer Reaktion in den Reaktionsraum eintretenden Gasen zu verbessern. Hierdurch wird die Standzeit der Anlage zur Synthesegasgewinnung vergrößert und die Gefahr vor plötzlich auftretenden Überhitzungen verringert. Weiterhin ist es möglich, das Verfahren mit reinem Sauerstoff unter Beibehaltung der niedrigen Reaktor- und Brennerkopftempcraturcn durchzuführen.

Die Öl/.erstäubung im Dampf durch Eingabe des

flüssigen Öls in einen stark turbulenten Dampfslrom wird vorzugsweise in einer rohrförmigen Aufslromzone bei Geschwindigkeiten, die zu starker Turbulenz führen, bewirkt. Das öl kann beispielsweise auch in CO2, in CO? vermischt mit Dampf, in anderen Moderatormischungen oder in Einzclsirömc der anderen Moderatoren selbst zerstäubt werden.

Eine der mit der Kingabc des flüssigen Kohlenwasserstoffs, welcher, wie es bisher durchgeführt wurde, im moderierenden Gas nur sehr wenig zerstäubt wird, verbundenen Schwierigkeiten, ist die bereits geschilderte schnelle, fast sofortige Reaktion mit molekularem Sauerstoff nach dem Aufeinandertreffen dieser beiden Ströme mit dem Ergebnis, daß ein starker thermischer Kinfluß sehr nahe an der Brcnncroberfläche auftritt.

Die vorliegende Krfindung beseitigt diese schädlichen Einflüsse dadurch, daß scharfe thermische Reaktionen von den Brenneroberflächen ferngehalten werden. Dies geschieht durch Zugabe der Einsatz.gase durch einen drei koaxiale, konzentrische Düsen aufweisenden Brenner.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Krfindung wird der Strom molekularen Sauerstoffs in die Reaktionszone durch die zentrale öffnung 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 Teil 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 Rcaktanden zu dienen. Diese Barriere existiert als gasförmige Schicht noch in einer bestimmten Abstromcntfcrnung vom Düsenmundstück. Es ergibt sich, daß schwere, exotherme Reaktionen des Sauerstoffs entweder mit dem Ausgangsmaterial, den Produktgasen oder Zwischenprodukten erst in einer wesentlichen Entfernung vom Brennermundstück auftreten. Dieses »Abrükkenfa der Reaktanden vom Mundstück ist ausreichend. um das Mundstück vor einer schnellen und heftigen Reaktion zu schützen.

Die vorliegende Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F- i g. 1 stellt eine allgemeine Ansicht des Brcnneraufbaus dar und zeigt in Diagrammform die Herstellung des flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffs:

F-" i g. 2 ist ein detaillierter Querschnitt, welcher längs der Achse des Brennermundstücks genommen wurde;

F i g. 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 Halteningsflansch C ist vorhanden, um den Brenner am Reaktor zu befestigen, während Kühlschlangen D verwendet werden, um einen kontinuierlichen Kühlmittelstrom um das Brennermundstück 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 Moderator in den äußeren Ringkanal 114. welcher zur äußeren Ringöfmimg führt.

Durch den Eingang /"tritt ein zusätzlicher Strom von gasförmigem Moderator in einen /wischengest halteten Kanal 16. welcher zur mittleren Ringöffnung führt.

Molekularer Sauerstoff wird durch Eingang /in die zentrale Leitung 18 eingegeben, wobei 18 zur

zentralen Düse oder Öffnung 20 führt. Die Zcntraldüsc 20 ist an der zentralen Leitung 18 angeschweißt und durch Rippen 19 wird vom minieren Mundstück 22 ein Absland hergestellt, welcher zusammen mit der äußeren Oberfläche der zentralen Leitung 20 eine mittlere Ringdüsc oder -kanal 24 ausbildet. Dieser Kanal wird von einem Strom im wesentlichen sauberen Moderatorgases gespeist. Das äußere Mundstück oder äußere Düsenteil 26, welches die Fortsetzung der Leitung 14 ist, endet in einer äußeren Ringdüse 28 zur fein zerstäubtem Eingabe des flüssigen Öls in einen Trägcrstroin des Moderatorgases.

Als F.rgebnis dieser Anordnung werden die relativ stark reaktiven Reaktanden nämlich der molekulare Sauerstoff und der flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoff, voneinander am Düsenmundsiück mit HiHc einer Moderatorschicht aus dem Kanal 24 getrennt. Diese Anordnung ist von besonderem Interesse, weil bei der Reaktion der Bestandteile eine große Wärmclreiset zung erfolgt, welche sich in besonders erhöhten, lokalen Temperaturen auswirkt, wenn hochreiner oder konzentrierter, molekularer Sauerstoff verwendet wird. Noch wichtiger ist diese Anordnung in dem Fall, 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 \on der mittleren Ringöffnung 24 austretende Mocleratorschichi, welche die die Exothermic herbeiführenden Hauptrcaktanden für einen kleinen, aber bestimmten und wichtigen Zeitraum und in kleiner, aber definierter und wichtiger Abstromentfcrnung vom Düsenmundstück trennt. Unterhalb vom Mundstück vermischen sich die Rcaktanden 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 Mundstück 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 Reaktandenatmosphäre der Reaktionskammer, s. Fig.3, eintretende äußere Ringstrom nicht mit jedem Material unter Exothermic in Reaktion. Ist der Moderator CO2, 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 11 er .Ströme inn Hreniiei γπιιγκΚι ι κ. k liegen allgemein in folgenden Bereichen:

Bereich (m/Sek ] Incite!

I)CVOI /UgI 'Ί

tid bis 1411

Modci.itoi
Ol-Modridtoi

i h windig keil

'M bis 140

:(() bis

Si I id I I

1.') bis

S< IhillHg

15 l)is 'M) liis K)O

Si IwI!geschwindigkeit

Ijn wesentlicher l'iiiikl der vorliegenden Frlindiuig isl deshalb der /w ischengclagcrle Slrahl oder Seliiehl des Moderators, der einen gleichförmigen und iinunterhro- is chenen trennenden Rmgstrom zwischen den hviden Hauptreaktandciiden bildet llier/u wird ein mittlerer Kingstrahl henoiigi. der im wesentlichen gleichförmig im radialen Bereich ist und aus der l.v'hung 16. \\ eiche im wesentlichen einen gleichförmigen Kingabschnitl auf weist, gelielert wird, so daß beispielsweise Dampf die Ollnung als eine Schicht weitgehend gleiclilönnigcr Dichte und Geschwindigkeit um die Peripherie des /entralen Saiierslolfstronis erreicht.

Iu früheren I iniersiichungen wurde gefunden, dall I 'iiregelmaßigkeiten im Brenne!', in der Versorgungsleitung und/oder der Fndölfnimg zu einer Moderatorschicht mit schwankender und ungleichförmiger 1 igen sih,ih fuhrt, wodurch eine vollständige Trennung der beiden I laiiplieaktandcn nicht erzielt wird. Dies ermöglicht ilen Keakt.inden eine vorzeitige Vermischung bei bestimmten Schichtiinterbreehungen und eine; Reaktion an verschiedenen ungescluitzten oder dun Massigen Stellen über ^Wv Peripherie der Schicht. wcmIic Ircnnung unv ollkommen ist

I >ie Aiißcnlciic lies Brennet mundstiicks sind mil einer K u himmel kammer 32. ν ¹OiVtIg sw eise von dünnwandiger Bcv hallenheii. ν ersehen und durch eine Innenflache 54. w el...he die Außenwand der Bi e'i"crbrennsloflnngduse bildet, begrenzt. Die konvexe I ndwandung 3h bildet die HienncrsiiniHäche am I tide der Ummantelung. Die Kammer wird schließlich an ihrer umlaufenden AiiHciiseiie durch die Ring« anilung. welche an den Stellen 40 angeschweißt ist. abgeschlossen. Die Kühl schlinge /J versorg! die K,immer 32 mit Kühlmittel.

Die Herstellung lies Brennstofls. s. I ig. I. in I'orm eines Nebels einzelner I eilchen, welcher eine im wesentlichen homogene Dispersion im Dampistrom ''de: in euiem .linieren Modciatotstrom bildet, erlolgl durch Ijng.ibe von Wasser in die Heizschlange 46 mit so IHIeder Pumpe 42. In der Heizschlange 46 wird Dampf erzeugt. Der so erzeugte Dampf wird in die Leitung 48 geführt, welche einen Strom flüssigen Öls 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 ölteilehen im Dampfstrom unter Bildung eines Nebels, in dem die Materialien eine lange, rohrförmige Zone 52 bei relativ hoher Geschwindigkeit durchströmen, so daß der sich ergebende stark turbulente Strom gründlich und gleichmäßig die öltröpfchen im Dampf dispergiert

In der Fi g. 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 lurbulenter Strom von vorzugsweise über 6 m/Sek. wird im Vorwärmer 52 aulrcchterhalten. Die resultierende erhitzte Dampf-Öl Dispersion strömt durch die I.ellung 54 zum I ingang / des Brenners.

In diesem /.usamiiteiihaiig ist der Hinweis notwendig daß das Verfahren zur Herstellung der Öldispersioi nicht aiii das in der I IS-PS 28 04 I 04 olTenbaru V'erlahren beschrankt ist, sondern auch andere geeigne te Verfahren zur Nebelbildiing eingesetzt welder können, beispielsweise Verfahren, welche mn Vor/er staube! 11 arbeiten, oder Verl.ihren, in w eichen mechanische Mischgerate in Aulstroinrichtiing vom Brenne! oder in den Breuucrv crsoi gungslcitiiii!.'.cn eingesetzt w erden

Die Sn omgcschu iiiiligkeilen in der Versorgungsleitung werden bei einem ausreichenden Wert aulieehtei halten, um einen 1urbulen/giail /11 stutzen, welcher die Trennung oder Si hiehtung tier Ölteilehen \ ei hindert und eine ( ilen, bloruiigkeu der dispergieren, nebelalinl· chen. lliissigen Phase, die sieh in dei Kcaktioiiszonc innig und solort mit dem Sauersiollslrom vermischt aufrechterhält.

Die Moderator ()l \ ei hallnissc können in einem weiten Bereich schwanken. Die < icsamimcngc des im System verwendeten Dampfes kann von etwa 0.2 bis 3 kg Dampl/kg Öl variieren. Die in der vorliegenden ürfindung benötigte Moderaiorgesainiineiige spaltet sich in zwei I eile aiii: Im I eii w ird für die nebelähnliche, zerstäubte Dispersion der Ölteilehen und der Rest lur die Bildung der /«iseheiigesehalleten. ringförmigen Schutzschicht, welche notwendigerweise im wesentlichen aus Moderator besteht und deshalb im wesentlichen frei von Bienustoll ist. benötigt.

Die Aufteilung ties Moderators aiii den Breunstoll und ilen Schutzschichlsirom kann insoweit sehwanken. als die beiden Strome zur Frfullimg der beschriebenen Funktionen geeignet sind Die lunkiion des Nebelslroms ist das Bereitstellen eines geeigneten Trägers liir die zerstäubten Ölteilehen. wahrend der unverdünnte Moderaiorsirom zur Bildung einer Schicht mit gleichmäßigem Querschnitt dient, welche ausreichend ist, um die I lauplreaktanden genügend lange und weit vom Brennermundstück zu trennen.

Nachstehend wird an einem Beispiel die Durchführung des crfindungsgemaßcn Verfahrens dargestellt, wobei das Hinsatzmatcnal in the Synlhesegasreaktions kammer durch einen dreiöffnigen Brenner, siehe die Figuren, eingegeben wird.

Die zentrale Öffnung weist einen Durchmesser von 27 mm auf und durch diese strömen 27b t/Tag 48% reiner Sauerstoff 1111! einer Geschwindigkeit von 122m/Sek.

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/Sek. und wird von der Spitze mit einer Geschwindigkeit von 101 m/Sek. 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 mVTag. in 2.03 kg/Stunde Dampf enthält. Diese Mischung verläßt die äußere

Kingöffnung mit einer Geschwindigkeit von 61 ni/Sek.

Das Drcnnstofföl ergab nach tier Analyse folgende Wene:

Dichte, API 10,0

GAV, kcal/kg 10061 S

Analyse, Gew.-%

C 85.54

/■/ 10,41

N 1.0

.S' 3,0 ίο

Asche

0.05

100.00

Die Reaktion wurde in der Reaktionskammer bei annähernd 1427 '(.'durchgeführt.

6/1.75O Nm'/Tag Synthesegas mit folgenden Analysendaten wurden erhalten:

Mol. %

CO 44.72

II.' 42,02

CO: 3,50

11.Ό 8,19

CHi 0.22

Ar 0,43

N.' 0,27

IbS 0,62

COS 0,03

100,00

25 In der erfindungsgcmäßen 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 Verbrennungslemperaturen in Abstromrichlung 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 Keaktionskomponente reagiert, durchströmt, überstrichen und geschützt wird.

Die äußere Ringöffnung ist ebenfalls gegen eitlen Angriff relativ abgeschirmt, weil sie nirgends in Berührung mit den Reaktanden tritt mit der Ausnahme, daß ein Angriff durch die Wassergasumwandlungsreaktion eintreten könnte. Diese Reaktion ist aber eine milde und unbedeutende exotherme Reaktion.

Die erfindungsgemäße Anordnung und Verfahren sind besonders wirksam bei Verwendung von hochreinem, 90 bis 100%, molekularem Sauerstoff. Geeignet ist auch normale Luft oder Sauerstoff angereicherte Luft. Das Vorwärmen der verschiedenen Ströme kann /wischen Raumtemperatur und 650 bis 985 C erfolgen. Die Reaktionsdrucke liegen gewöhnlich oberhalb 14 kg/cm², vorzugsweise bei 28 bis 280 kg/cm-'. Atmosphärendrucke sind gleichfalls geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Synthesegasherstellung durch Partialoxidation, indem freier Sauerstoff enthaltendes Gas, das aus einer zentralen Düse strömt, mit einem bei normaler Temperatur flüssigen Kohlenwasserstoff, welcher in einem Moderator enthalten ist, und aus einer koaxial angeordneten Düse strömt, in einer Reaktionszone bei erhöhtem Druck und einer Temperatur von 980 bis 1930°C un.gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom freien Sauerstoff enthaltendes Gas aus der zentralen Düse eines Brenners mit einer Strömungsgeschwindigkeit austritt, die in einem Bei eich von 30 m/Sek. bis Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise in einem Bereich von 60 bis 140 m/Sek., liegt, daß ein Strom flüssigen Kohlenwasserstoffes als gleichmäßig verteilter Nebel zerstäubter Teilchen in einem Moderator als Trägerstrom durch eine ringförmige Düse, welche die zentrale Düse umgibt und in einem radialen Abstand angeordnet ist. koaxial mit einer Strömungsgeschwindigkeit eingespritzt wird, die in einem Bereich von 15 m/Sek. bis Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 100 m/Sek., liegt, und daß der Moderator als dritter Strom koaxial zu den beiden genannten Strömen aus einer ringförmigen Düse, welche in radialem Abstand und zwischen beiden genannten Düsen angeordnet ist mit einer Strömungsgeschwindigkeit eingespritzt wird, die in einem Bereich von 15m/5iek. bis Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 140 m/Sck., liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß mit CO: als Moderator gearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom molekularen Sauerstoffs aus 90 bis 100% reinem Sauerstoff besieht.