Verfahren zur Herstellung von wasserstoffhaltigen und kohlenmonoxydhaltigen Gasgemischen Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von wasserstoffhaltigen und kohlenmonoxydhaltigen Gasgemischen durch partielle Verbrennung eines Kohlenwasserstoffes mit Sauerstoff oder einem sauer stoffreichen Gasgemisch, gegebenenfalls Sauerstoff und Dampf unter Überdruck.
Nach dem vorliegenden Verfahren wird der Kohlenwasserstoff durch eine Öffnung in der Wand der Reaktionskammer zerstäubt, wobei der Sauer stoff gleichfalls durch diese öffnung in die Reaktions kammer mit einer sich um die Achse derselben dre henden Bewegung zugeführt wird, damit der Kohlen wasserstoff sich schnell mit den Gasen vermischt und die Reaktion schnell abläuft. Der Sauerstoff und gegebenenfalls der Dampf werden von einem Raum, der eine Wirbelkammer umgibt, durch eine Anzahl von Schlitzen in die Wirbelkammer eingeleitet, die an der Stirnseite der Reaktionskammer angeordnet ist.
Ein Verfahren wie das obenerwähnte ist z. B. im schweizerischen Patent Nr. 349361 beschrieben.
Bei der unvollständigen Verbrennung von Koh- lenwasserstoffen zu einem wasserstoffhaltigen und kohlenmonoxydhaltigen Gasgemisch ist es von ausser ordentlicher Bedeutung, dass das Gas der Reaktions kammer über eine Wirbelkammer zugeführt wird, denn dadurch wird es zur Durchführung der Reaktion in der gewünschten Weise so einheitlich als möglich verteilt, wodurch Änderungen im Reaktionsablauf und ebenso Änderungen in der Zusammensetzung des resultierenden Gasgemisches vermieden werden.
Die bis jetzt übliche Einführung von Gas, die z. B. in dem obenerwähnten Patent beschrieben ist, erfolgt über eine Anzahl tangential angeordneter Düsen oder Schlitze, wobei besondere Abmessungen erforderlich sind, um die einheitliche Verteilung des Gases, nämlich Sauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gas zu erreichen. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Verteilung bei einem Verfahren zur Herstellung eines wasser stoffhaltigen und kohlenmonoxydhaltigen Gasgemi sches, wie es in der Einleitung angegeben ist, zu ver bessern.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff so in den die Wirbelkammer um gebenden Raum und von dort durch die Schlitze in die Wirbelkammer eingeführt wird, dass der grösste Druckunterschied infolge der örtlichen Differenz in der kinetischen Energie der Gase zwischen Aussen seite und Innenseite des die Wirbelkammer umgeben den Raumes klein ist, im Vergleich zum Druck abfall durch die Schlitze.
Das erfindungsgemässe Verfahren ergibt natürlich einen grösseren Druckverlust, doch ist dies belanglos bei einer Vergasungsanlage, deren Betrieb bei einem beträchtlichen Überdruck durchgeführt wird.
Die Anordnung der Schlitze ist vorzugsweise so, dass der Sauerstoff und der gegebenenfalls verwendete Dampf in die Wirbelkammer in tangentialer Richtung zu einem gedachten Zylinder mit einem Durchmesser eintritt, der beträchtlich kleiner ist als der grösste Durchmesser der Wirbelkammer, z. B. kleiner als dieses Durchmessers.
Dadurch wird gewährleistet, dass die eintretenden Gasströme noch weiter homogenisiert werden. Durch Abrunden der Schlitze an der Einlassseite kann der Gasstrom durch die Schlitze eingeleitet werden, die selbst keine Verengung aufzuweisen brauchen, so dass ein einheitliches Einströmen begünstigt wird. Um noch eine weitere Verbesserung in der Einheitlichkeit des Gasstromes durch die verschiedenen Schlitze zu bewirken, kann das Gas dem ringförmigen Raum um die Wirbelkammer tangential in einer solchen Weise zugeführt werden, dass sich die Gase in diesem Raum und in der Wirbelkammer in derselben Richtung drehen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, wobei eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemässen Verfahrens gezeigt ist. Fig. 1 stellt einen Längsquerschnitt der Vorrichtung und Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 dar.
In Fig. 1 ist mit 1 der Halter für den Zerstäuber bezeichnet, an dessen einem Ende 2 der Kohlen wasserstoff zugeführt wird, der durch den am anderen Ende angeordneten Zerstäuber so zerstäubt wird, dass er einen hohlen, konischen Strahl bildet. Der Zer- stäuberhalter ist in der zylindrischen Führung 3 an geordnet, die zentral in der Wirbelkammer 8 vor gesehen ist.
Die im wesentlichen zylindrische Reak tionskammer 4, deren Wände aus einem schwer schmelzbaren Material hergestellt sind, ist mit der Wirbelkammer durch eine Öffnung 5 verbunden, die einen kleineren Durchmesser besitzt als die Durch messer der Kammern 4 und B.
Ein Einsatzstück 6 (vgl. auch Fig. 2) ist um die Wirbelkammer 8 angeordnet und mit einer Anzahl von Schlitzen 7 versehen. Diese Schlitze sind tangen- tial zu einem gedachten Zylinder angeordnet, der einen kleineren Durchmesser als der grösste Durch messer der Wirbelkammer hat. Infolgedessen wird der rotierende Gasstrom noch weiter homogenisiert.
Der Sauerstoff und gegebenenfalls verwendeter Dampf werden über ein Zufuhrrohr 9 tangential zur äusseren Begrenzung eines ringförmigen Raumes 10 zugeführt, der das Einsatzstück 6 umgibt.
Die Reaktionskammer 4 ist ferner mit einem hohlen Kühlmantel 11 umgeben, der ein Zufuhrrohr 12 und ein Abflussrohr 13 für ein Kühlmittel, z. B. für Wasser, aufweist. Sie ist ferner mit einem oder mehreren Stutzen 14 versehen, um Thermoelemente anzuordnen und die Vorrichtung zünden zu können. Die Reaktionskammer 4 mündet in den Reaktions raum 16, der einen grösseren Durchmesser als die Kammer 4 aufweist. Der untere Teil der Wirbel kammer ist in der Nähe der Öffnung bzw. Ver engung 5 mit einem besonderen Kühlkanal 15 ver sehen.
Ein solcher ist an diesem Teil der Wirbel kammer erwünscht, da er mit dem heissesten Teil der Reaktionskammer in Berührung steht, der Tem peraturen von etwa 1500 erreicht.
Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemässe Verfahren mit einer Vorrichtung mit folgenden Ab messungen zu guten Ergebnissen führt (vgl. Zeich nung):
EMI0002.0028
Querschnittsfläche <SEP> des <SEP> Zufuhrrohres
<tb> für <SEP> Sauerstoff <SEP> 7050 <SEP> mm <SEP> 2
<tb> Grösster <SEP> Durchmesser <SEP> des <SEP> ringförmigen
<tb> Raumes <SEP> (10) <SEP> 280 <SEP> mm
<tb> Äusserer <SEP> Durchmesser <SEP> des <SEP> Einsatz stückes <SEP> (6) <SEP> 190 <SEP> mm
<tb> Innendurchmesser <SEP> des <SEP> Einsatzstückes <SEP> (6) <SEP> 150 <SEP> mm
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> Schlitze <SEP> (7)
<tb> im <SEP> Einsatzstück <SEP> (6) <SEP> 8
EMI0002.0029
Breite <SEP> der <SEP> Schlitze <SEP> (7) <SEP> 3 <SEP> mm
<tb> Wirksame <SEP> Länge <SEP> der <SEP> Schlitze <SEP> (7)
<SEP> (das
<tb> heisst <SEP> die <SEP> Abrundung <SEP> an <SEP> der <SEP> Einlassseite
<tb> ist <SEP> in <SEP> Abzug <SEP> gebracht <SEP> worden) <SEP> 15 <SEP> mm
<tb> Höhe <SEP> der <SEP> Schlitze <SEP> (7) <SEP> 183 <SEP> mm
<tb> Durchmesser <SEP> des <SEP> gedachten <SEP> Zylinders,
<tb> zu <SEP> dem <SEP> die <SEP> Schlitze <SEP> tangential <SEP> ange ordnet <SEP> sind <SEP> 78 <SEP> mm Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung der Vorrichtung mit den obenerwähnten Abmessungen der Druckabfall durch die Schlitze ungefähr 21/2 mal so gross war als die grösste Druckdifferenz im Raum um die Schlitze.
Process for the production of hydrogen-containing and carbon monoxide-containing gas mixtures The invention relates to the production of hydrogen-containing and carbon monoxide-containing gas mixtures by partial combustion of a hydrocarbon with oxygen or an oxygen-rich gas mixture, optionally oxygen and steam under excess pressure.
According to the present method, the hydrocarbon is atomized through an opening in the wall of the reaction chamber, the oxygen also being fed through this opening into the reaction chamber with a movement rotating around the axis of the same, so that the hydrocarbon is rapidly displaced with the Gases mixed and the reaction proceeds quickly. The oxygen and optionally the steam are introduced from a space which surrounds a vortex chamber through a number of slots into the vortex chamber, which is arranged on the end face of the reaction chamber.
A method like the one mentioned above is e.g. B. in Swiss Patent No. 349361 described.
In the case of incomplete combustion of hydrocarbons to form a hydrogen-containing and carbon monoxide-containing gas mixture, it is extremely important that the gas is fed to the reaction chamber via a vortex chamber, because this distributes it as uniformly as possible to carry out the reaction in the desired manner , whereby changes in the course of the reaction and also changes in the composition of the resulting gas mixture are avoided.
The up to now common introduction of gas, e.g. B. in the above-mentioned patent, takes place via a number of tangentially arranged nozzles or slots, with special dimensions are required in order to achieve the uniform distribution of the gas, namely oxygen or an oxygen-rich gas. The object of the invention is to improve this distribution in a process for the production of a hydrogen and carbon monoxide-containing gas mixture, as indicated in the introduction.
The invention is characterized in that the oxygen is introduced into the space surrounding the vortex chamber and from there through the slots into the vortex chamber, that the greatest pressure difference due to the local difference in the kinetic energy of the gases between the outside and inside of the The vortex chamber surrounding the space is small compared to the pressure drop through the slots.
The method according to the invention naturally results in a greater pressure loss, but this is irrelevant in a gasification plant whose operation is carried out at a considerable excess pressure.
The arrangement of the slots is preferably such that the oxygen and any steam used enters the vortex chamber in a tangential direction to an imaginary cylinder with a diameter that is considerably smaller than the largest diameter of the vortex chamber, e.g. B. smaller than this diameter.
This ensures that the incoming gas flows are homogenized even further. By rounding off the slots on the inlet side, the gas flow can be introduced through the slots, which do not need to have any constriction themselves, so that a uniform inflow is favored. In order to bring about a still further improvement in the uniformity of the gas flow through the various slots, the gas can be fed tangentially to the annular space around the swirl chamber in such a way that the gases in this space and in the swirl chamber rotate in the same direction.
The invention is explained below with reference to the drawing, an embodiment of a device for performing the fiction, according to method is shown. FIG. 1 shows a longitudinal cross section of the device and FIG. 2 shows a vertical cross section along the line II-II of FIG.
In Fig. 1, 1 denotes the holder for the atomizer, at one end 2 of which the carbon is supplied hydrogen, which is atomized by the atomizer arranged at the other end so that it forms a hollow, conical jet. The atomizer holder is arranged in the cylindrical guide 3, which is seen centrally in the vortex chamber 8.
The substantially cylindrical reac tion chamber 4, the walls of which are made of a difficult-to-melt material, is connected to the vortex chamber through an opening 5 which has a smaller diameter than the diameter of the chambers 4 and B.
An insert 6 (see also FIG. 2) is arranged around the vortex chamber 8 and is provided with a number of slots 7. These slots are arranged tangentially to an imaginary cylinder which has a smaller diameter than the largest diameter of the vortex chamber. As a result, the rotating gas flow is homogenized even further.
The oxygen and any steam used are supplied via a supply pipe 9 tangentially to the outer delimitation of an annular space 10 which surrounds the insert 6.
The reaction chamber 4 is also surrounded by a hollow cooling jacket 11 which has a supply pipe 12 and a discharge pipe 13 for a coolant, e.g. B. for water. It is also provided with one or more nozzles 14 to arrange thermocouples and to ignite the device can. The reaction chamber 4 opens into the reaction space 16, which has a larger diameter than the chamber 4. The lower part of the vortex chamber is in the vicinity of the opening or Ver narrowing 5 with a special cooling channel 15 see ver.
Such a chamber is desired at this part of the vortex, since it is in contact with the hottest part of the reaction chamber, which reaches temperatures of about 1500 Tem.
It has been shown that the method according to the invention with a device with the following dimensions leads to good results (see drawing):
EMI0002.0028
Cross-sectional area <SEP> of the <SEP> supply pipe
<tb> for <SEP> oxygen <SEP> 7050 <SEP> mm <SEP> 2
<tb> Largest <SEP> diameter <SEP> of the <SEP> ring-shaped
<tb> space <SEP> (10) <SEP> 280 <SEP> mm
<tb> Outer <SEP> diameter <SEP> of the <SEP> insert <SEP> (6) <SEP> 190 <SEP> mm
<tb> Inner diameter <SEP> of the <SEP> insert <SEP> (6) <SEP> 150 <SEP> mm
<tb> Number of <SEP> of <SEP> slots <SEP> (7)
<tb> in the <SEP> insert <SEP> (6) <SEP> 8
EMI0002.0029
Width <SEP> of the <SEP> slots <SEP> (7) <SEP> 3 <SEP> mm
<tb> Effective <SEP> length <SEP> of the <SEP> slots <SEP> (7)
<SEP> (the
<tb> means <SEP> the <SEP> rounding <SEP> on <SEP> of the <SEP> inlet side
<tb> <SEP> has been brought into <SEP> deduction <SEP> <SEP>) <SEP> 15 <SEP> mm
<tb> Height <SEP> of the <SEP> slots <SEP> (7) <SEP> 183 <SEP> mm
<tb> diameter <SEP> of the <SEP> imaginary <SEP> cylinder,
<tb> <SEP> the <SEP> the <SEP> slots <SEP> tangentially <SEP> arranged <SEP> are <SEP> 78 <SEP> mm It has been shown that when using the device with the above-mentioned Dimensions the pressure drop through the slots was approximately 21/2 times as large as the greatest pressure difference in the space around the slots.