<Desc/Clms Page number 1>
Het is bekend, dat door gedeeltelijke verbranding van koolwaterstoffen gassen kunnen worden verkregen, die in hoofd- zaak uit waterstof en koolmonoxyde bestaan. De verkregen gas- mengsels bevatten echter altijd roet, daar bij een onvolledige verbranding de vorming van vrije koolstof nagenoeg niet kon worden vermeden. De aanwezigheid van roet in de tot dusverre bereide gassen was zeer bezwaarlijk. Bovendien moest dit roet bij verdere toepassing van de gevormde gassen, zoals voor synthese-doeleinden, van het gasmengsel worden afgescheiden.
Thans is een werkwijze gevonden voor de gedeeltelijke verbranding van gasvormige, vloeibare of vaste (zoals asphalt) koolwaterstoffen, waarbij de gevormde waterstof- en kool- monoxyde-bevattende gassen zeer weinig of geen roet bévatten.
Desgewenst kan men ook poederkool toepassen. De nieuwe werk- wijze is in het bijzonder van belang voor de gedeeltelijke verbranding van hoogmoleculaire koolwaterstoffen, zoals zware oliën of asphalt, daar tot dusverre bij de beoogde omzetting van dergelijke producten een zeer sterke roetvorming optrad.
De werkwijze volgens de uitvinding voor het bereiden van waterstof- en koolmonoxyde-bevattende gasmengsels door ge- deeltelijke verbranding met zuurstof bestaat hieruit, dat men de koolwaterstof verstuift in de vorm van een holle kegel in een cylindrische of nagenoeg cylindrische reactiekamer, waarvan de lengte minder dan 5 maal de diameter is, en wel centraal door een opening in een eindwand van deze kamer, waarbij men de zuurstof door een opening in dezelfde eindwand in de reactiekamer toevoert met een om de hartlijn roterende beweging, een en ander zodanig, dat zich binnen de reactiekamer een dubbele toroldale wervel vormt, die een snelle menging van de koolwaterstof met de gassen en een snel verloop van de reactie
<Desc/Clms Page number 2>
teweegbrengt, waardoor de reactietijd, gebaseerd op de gas- vormige producten,
minder dan 4 seconden bedraagt, terwijl de verbranding onder een druk van ten minste 3 at. plaats vindt.
Een geschikte uitvoeringsvorm van de volgens de uit- vinding te gebruiken inrichting is op de bijgaande tekening weergegeven, waarvan figuur 1 een langsdoorsnede en figuur 2 een dwarsdoorsnede langs de'lijn II-II van figuur 1 is.
In Fig. 1 is met 1 de verstuiverhouder aangeduid, waaraan bij het einde 7 de koolwaterstof wordt toegevoerd, die door de aan het andere einde gelegen wervelkamerverstuiver in een holle kegelvormige straal.wordt verstoven. Hoewel een uit- sluitend met de brandstofdruk werkende verstuiver de meeste aanbeveling verdient, omdat aldus op eenvoudige wijze een fijne verstuiving kan worden verkregen, is het ook mogelijk voor de verstuiving een hulpmiddel als lucht of stoom toe te passen, mits men slechts een holle kegelvormige straal verkrijgt. De verstuiverhouder is ondergebracht in de hoofdzakelijk cylindri- sche zuurstof kamer 3.
Aan deze zuurstof kamer sluit de uit vuur- vast materiaal vervaardigde, nagenoeg cylindrische verbrandings- kamer'2 aan en wel via een opening 5, die een diameter bezit . welke kleiner is dan de diameters van de andere kamers ; dia- meter van de zuurstofkamer moet daarbij 11/2 à 2 maal zo groot .' zijn als de genoemde opening. De verbrandi@gskamer vertoont bij 4 een rondlopende rug 4, waaraan de zuurstofkamer zich nage- noeg aansluit.
De verstuiver is op een zodanige plaats in de zuurstof- kamer aangebracht, dat bij de door. de eigenschappen van de kool- waterstof, de constructie van de verstuiver en de toegepaste brandstofdruk bepaalde tophoek van de verstuivingskegel,de holle brandstofkegel nabij de rand van de opening 5 in de verbran- dingskamer treedt.
<Desc/Clms Page number 3>
De zuurstofkamer 3 is aan de omtrek voorzien van een aantal tangentiaal gerichte spleten of mondstukken 9, die regelmatig over de omtrek zijn verdeeld, en waardoorheen zuur- stof uit de kast 10 tangentiaal in de zuurstofkamer kan treden.
In de kast 10 wordt in bedrijf zuurstof onder een geschikte overdruk toegevoerd. Door de tangentiale wijze van intreden in de zuurstofkamer beweegt de zuurstof zich roterend in de kamer naar de opening 5 toe, en doordat deze opening een kleinere diameter bezit dan de zuurstofkamer, wordt in deze opening de rotatiesnelheid van de zuurstof aanzienlijk ver- groot.
Het gevolg is, dat de brandstofkegel die voorbij de rand der opening 5 strijkt, op uiterst krachtige wijze door de zuurstof die door de opening 5 in de verbrandingskamer 2 treedt, wordt aangegrepen en een zeer intensieve menging van koolwaterstof en zuurstof plaats vindt, die de ontsteking en verbranding in de verbrandingskamer bevordert. De in bedrijf hete wand van de verbrandingskamer straalt warmte naar de koolwaterstof en bevordert aldus de verdamping, vergassing, ontsteking en verbranding daarvan.
Bovendien is de vorm dezer kamer zodanig, dat, zoals in de tekening aangegeven, - zich zowel binnen als buiten de brandstofkegel torusvormige wervels vormen, die - en dit geldt in het bijzonder voor de buitenste, nabij de rand 4 gelegen wervel - een reeds bran- dend mengsel terugvoeren naar de plaats waar de ontsteking moet plaats vinden en zodoende de ontsteking van de verbran- dingskamer 2 binnentredende koolwaterstof bevorderen.
Rondom de verstuiverbuis is in de tekening een buis 6 aangegeven, waaraan bij 8 een brandbaar gas kan worden toege- voerd, dat nabij het verstuivermondstuk in de luchtkamer kan
<Desc/Clms Page number 4>
treden. Het is gebleken, dat in de inrichting een brand- baar gas zowel tegelijk met vloeibare brandstof als afzon- derlijk kan worden verstookt. De gasvormige brandstof kan dienen wanneer er tijdelijk een tekort aan brandstof is.
De voor de gedeeltelijke verbranding te gebruiken zuurstof bestaat bij voorkeur uit nagenoeg zuivere zuur- stof of uit lucht, waaraan eventueel extra zuurstof is toegevoegd.
De toe te passen hoeveelheid zuurstof zal natuur- lijk kleiner moeten zijn dan de hoeveelheid die voor een volledige verbranding van de koolwaterstof nodig is. Wan- neer als uitgangsmateriaal zwaardere koolwaterstoffen wor- den toegepast, wordt de gebezigde zuurstof, gemengd met stoom, in de reactiekamer gevoerd. Gewoonlijk wordt voor @ de gedeeltelijke verbranding van zware producten een meng- sel van ongeveer gelijke gewichtsdelen zuurstof en stoom toegevoerd. Per kg koolwaterstof wordt bij voorkeur onge- veer 1,25 kg zuurstof toegepast.
De reactie wordt bij een temperatuur van
EMI4.1
1200-150000; bij voorkeur van 1J00r1400 C, zoals ongeveer 1300 C, uitgevoerd, terwijl de toegepaste druk bij voor- ,keur hoger dan 3 at., in het bijzonder hoger dan 10 at.,is.
De gebezigde druk hangt af van de druk waaronder de gevorm- de gassen verder worden verwerkt., Zo wordt de verbrandings- reactie bij hogere druk uitgevoerd indien de gevormde gassen bijvoorbeeld voor de ammoniaksynthese, welke onder zeer hoge druk plaats vindt, worden toegepast. Indien een druk groter dan ongeveer 3 at. wordt toegepast, verkrijgt men
<Desc/Clms Page number 5>
het voordeel, dat eventueel in het verkregen gasmengsel aanwezige roet gemakkelijk kan worden verwijderd door uitwassen met water. De gedeeltelijke verbranding duurt minder dan ongeveer 4 seconden. Een dergelijke korte reactieduur is van veel belang voor de verhindering van ongewenste bij-reacties. De gevormde gassen worden bij voorkeur snel afgekoeld.
Door toepassing van de hierboven beschreven inrichting is een dergelijke korte reactieduur mogelijk, daar in de reactiekamer reeds direct na het binnentreden van de reactiecomponenten een intensieve menging, alsmede een onmiddellijk optredende verbranding van het verkregen reactiemengsel optreedt.
Het soortelijk gewicht en de viscositeit van de volgens de uitvinding in het bijzonder toe te passen zwaardere koolwaterstoffen kunnen binnen ruime grenzen variëren. Zo kan het soortelijk gewicht liggen tussen ongeveer 0,90 en 1,05; de viscositeit kan variëren van die van een gasolie tot die van een asphalt met een pene- tratie van 10-20 bij 25 C. Dergelijke zware producten worden voorverhit alvorens ze in de reactiekamer worden verstoven. Ook het toegevoerde mengsel van zuurstof en stoom wordt 'bij voorkeur voorverhit Voordat het in de reactieruimte wordt gevoerd.
VOORBEELD
Een inrichting van de in Fig. I en II weergegeven constructie, waarvan de verbrandingskamer een lengte van 160 cm en een doorsnede van 40 cm had, werd toegepast voor de gedeeltelijke verbranding van een stookolie met een viscositeit van 3500 sec. Redwood I bij 37,8 C, welke olie een hoog zwavelgehalte bezat. Men liet voorverwarmde
<Desc/Clms Page number 6>
zuurstof en oververhitte stoom, verhit op een temperatuur van ongeveer 400*0, met deze olie reageren onder een druk van 20 at. en bij een temperatuur van ongeveer 1300'C.
Per 100 kg olie werden 85 nm3 zuurstof en 90 kg stoom toe- gepast. Men verkreeg 310 nm3 van een gas dat ongeveer de volgende samenstelling had :
EMI6.1
<tb> Vol.
<tb>
<tb>
<tb>
H2S <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb> C02 <SEP> 11,8
<tb>
<tb> co <SEP> 37,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H2 <SEP> 48,1
<tb>
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 0,6
<tb>
<tb>
<tb> N2 <SEP> 1,3
<tb>
alsmede een kleine hoeveelheid roet. De duur van de reac- tie was ongeveer 1 sec. Na afkoeling werd het gas gewas- . sen met 9 m3 water. Het gas bevatte na de wasbehandeling nagenoeg geen roet en slechts 0,01 vol. H2S.