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Patent Searching and Data


Title:
METHOD, MIXING APPARATUS AND PROCESSING PLANT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/194198
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for mixing a first gas (G1), which has a first temperature (T1), with a second gas (G2), which has a second temperature (T2) higher than the first temperature (T1), said method having the following steps: forming (S1) a first gas stream (GS1) of the first gas (G1) which flows in the direction of gravity (g), with the aid of an outer tube (3) of a mixing apparatus (2), wherein the first gas (G1) is guided towards an inner wall (5) of the outer tube (3) with the aid of at least one gas guiding element (18); forming (S2) a second gas stream (GS2) of the second gas (G2) which flows in the direction of gravity (g), with the aid of an inner tube (6) of the mixing apparatus (2), wherein the inner tube (6) ends inside the outer tube (3) and is arranged coaxially with the latter; introducing (S3) the second gas stream (GS2) into the first gas stream (GS1); and mixing (S4) the first gas (G1) with the second gas (G2) inside the outer tube (3), wherein the mixing temperature (TM) after mixing the first gas (G1) with the second gas (G2) is higher than the temperature (T5) of the inner wall (5) of the outer tube (3).

Inventors:
WELLENHOFER, Anton (Forststrasse 14a, Hohenschäftlarn, 82069, DE)
GEIGER, Josef (Bahnhofstrasse 17, Beuerberg, 82547, DE)
KOERNER, Marc-Oliver (Waakirchner Strasse 54, München, 81379, DE)
Application Number:
EP2017/025112
Publication Date:
November 16, 2017
Filing Date:
May 09, 2017
Export Citation:
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Assignee:
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT (Klosterhofstrasse 1, München, 80331, DE)
International Classes:
B01F3/02; B01F5/04; B01F5/06; B01J4/00
Foreign References:
DE2522498A11975-12-04
EP1604731A12005-12-14
DE1906652A11970-08-20
US1000385A1911-08-15
US2595720A1952-05-06
US8104745B12012-01-31
EP2039418A12009-03-25
US3915222A1975-10-28
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
MEILINGER, Claudia (Linde AG Technology & Innovation Corporate Intellectual Property, Dr.-Carl-von-Linde-Str. 6-14, Pullach, 82049, DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zum Mischen eines ersten Gases (Gi), das eine erste Temperatur (T-i) aufweist, mit einem zweiten Gas (G2), das eine zweite Temperatur (T2) aufweist, die höher als die erste Temperatur (T-i) ist, mit folgenden Schritten:

Bilden (S1 ) eines in einer Schwerkraftrichtung (g) strömenden ersten Gasstroms (GS1 ) des ersten Gases (Gi) mit Hilfe eines Außenrohrs (3) einer

Mischvorrichtung (2), wobei das erste Gas (Gi) mit Hilfe zumindest eines

Gaslenkelements (18) gegen eine Innenwandung (5) des Außenrohrs (3) gelenkt wird;

Bilden (S2) eines in der Schwerkraftrichtung (g) strömenden zweiten Gasstroms (GS2) des zweiten Gases (G2) mit Hilfe eines Innenrohrs (6) der Mischvorrichtung (2), wobei das Innenrohr (6) innerhalb des Außenrohrs (3) endet und koaxial zu diesem angeordnet ist;

Einleiten (S3) des zweiten Gasstroms (GS2) in den ersten Gasstrom (GS1 ); und Vermischen (S4) des ersten Gases (Gi) mit dem zweiten Gas (G2) innerhalb des Außenrohrs (3), wobei eine Mischtemperatur (TM) nach dem Vermischen des ersten Gases (G-ι) mit dem zweiten Gas (G2) höher ist als eine Temperatur (T5) der Innenwandung (5) des Außenrohrs (3).

Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Einleiten (S3) des zweiten Gasstroms (GS2) in den ersten Gasstrom (GS1 ) und das Vermischen (S4) des ersten Gases (Gi) mit dem zweiten Gas (G2) gleichzeitig durchgeführt werden.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Gasstrom (GS2) und der zweite Gasstrom (GS2) parallel zueinander strömen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei das erste Gas (Gi) und das zweite Gas (G2) mit Hilfe eines in Schwerkraftrichtung (g) nach dem Innenrohr (6) angeordneten Mischelements (21 , 22) vermischt werden.

Mischvorrichtung (2) zum Mischen eines ersten Gases (Gi), das eine erste Temperatur (T-i) aufweist, mit einem zweiten Gas (G2), das eine zweite Temperatur (T2) aufweist, die höher als die erste Temperatur (T-i) ist, mit einem Außenrohr (3), durch das das erste Gas (Gi) geführt ist, einem innerhalb des Außenrohrs (3) und koaxial zu diesem angeordneten Innenrohr (6), durch das das zweite Gas (G2) geführt ist, und zumindest einem Gaslenkelement (18), das dazu eingerichtet ist, das erste Gas (Gi) gegen eine Innenwandung (5) des Außenrohrs (3) zu lenken, wobei eine Mittelachse (M3) des Außenrohrs (3) und eine Mittelachse (M6) des Innenrohrs (6) in einer Schwerkraftrichtung (g) orientiert sind, wobei das Innenrohr (6) innerhalb des Außenrohrs (3) endet, um das zweite Gas (G2) innerhalb des Außenrohrs (3) mit dem ersten Gas (Gi) zu mischen und wobei eine

Mischtemperatur (TM) nach dem Vermischen des ersten Gases (Gi) mit dem zweiten Gas (G2) höher ist als eine Temperatur (T5) der Innenwandung (5) des Außenrohrs (3).

6. Mischvorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Zuführleitung (10) zum Zuführen des ersten Gases (Gi) zu dem Außenrohr (3), wobei eine Mittelachse (M-io) der Zuführleitung (10) senkrecht zu der Mittelachse (M3) des Außenrohrs (3) angeordnet ist.

7. Mischvorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein zwischen dem Innenrohr (6) und dem Außenrohr (3) vorgesehener erster Strömungsquerschnitt (An) der

Mischvorrichtung (2) mindestens so groß ist wie ein Strömungsquerschnitt (A10) der Zuführleitung (10).

8. Mischvorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein zweiter Strömungsquerschnitt (A12) der Mischvorrichtung (2), der in der Schwerkraftrichtung (g) nach dem Innenrohr (6) positioniert ist, mindestens so groß ist wie der Strömungsquerschnitt (A10) der Zuführleitung.

9. Mischvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der zweite Strömungsquerschnitt (A12) größer als oder gleich groß wie der erste Strömungsquerschnitt (An) ist.

10. Mischvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei sich ein Durchmesser (d3) des Außenrohrs (3) ausgehend von dem ersten Strömungsquerschnitt (An) hin zu dem zweiten Strömungsquerschnitt (A12) verjüngt.

1 1. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 10, wobei das Innenrohr (6) eine thermische Isolationsschicht (16) aufweist und wobei die thermische Isolationsschicht (16) zwischen dem Innenrohr (6) und einer die thermische Isolationsschicht (16) außenseitig umgebenden Schutzschicht (17) angeordnet ist.

12. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 1 1 , wobei das zumindest eine Gaslenkelement (18) zwischen dem Außenrohr (3) und dem Innenrohr (6) angeordnet ist.

13. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei das zumindest eine

Gaslenkelement (18) an dem Innenrohr (6) befestigt ist.

14. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 13, ferner umfassend ein

Mischelement (21 , 22), das in der Schwerkraftrichtung (g) nach dem Innenrohr (6) positioniert ist.

15. Verfahrenstechnische Anlage (1 ), insbesondere zur Wasserstoffherstellung,

Erdgasherstellung, Aminwasche oder Methanolwäsche, mit einer Mischvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 - 14.

Description:
Beschreibung

Verfahren, Mischvorrichtunq und verfahrenstechnische Anlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Mischvorrichtung für eine

verfahrenstechnische Anlage und eine verfahrenstechnische mit einer derartigen Mischvorrichtung.

In verfahrenstechnischen Anlagen, beispielsweise zur Wasserstoffherstellung, Erdgasherstellung, Aminwäsche oder Methanolwäsche, kann es erforderlich sein, zwei Gase unterschiedlicher Temperatur und unterschiedlicher Wasserbeladung

miteinander zu mischen. Zum Mischen der beiden Gase kann beispielsweise ein T- Stück eingesetzt werden, an dem sich die beiden zu mischenden Gase miteinander mischen. Bei hohen Gastemperaturen kann sich eine Innenwandung des T-Stücks erhitzen, wobei die Temperatur der Innenwandung lokal die Verdunstungstemperatur von mitgeführten oder beim Mischen der Gase kondensierten Flüssigkeitströpfchen übersteigen kann. Wenn die Flüssigkeitströpfchen auf die erhitzte Innenwandung auftreffen, verdampfen diese schlagartig. Dies kann zu einer thermisch-mechanischen Materialermüdung und beispielsweise zu Mikrorissen in dem T-Stück führen. Hierdurch kann sich die mögliche Betriebsdauer des T-Stücks um Monate oder sogar Jahre reduzieren. Dieses schlagartige Verdampfen von Flüssigkeitströpfchen kann beispielsweise beim Hochfahren oder Herunterfahren einer verfahrenstechnischen Anlage geschehen.

Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Mischen zweier Gase zur Verfügung zu stellen.

Demgemäß wird ein Verfahren zum Mischen eines ersten Gases, das eine erste Temperatur aufweist, mit einem zweiten Gas, das eine zweite Temperatur aufweist, die höher als die erste Temperatur vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bilden eines in einer Schwerkraftrichtung strömenden ersten Gasstroms des ersten Gases mit Hilfe eines Außenrohrs einer Mischvorrichtung, wobei das erste Gas mit Hilfe zumindest eines Gaslenkelements gegen eine Innenwandung des Außenrohrs gelenkt wird, Bilden eines in der Schwerkraftrichtung strömenden zweiten Gasstroms des zweiten Gases mit Hilfe eines Innenrohrs der Mischvorrichtung, wobei das Innenrohr innerhalb des Außenrohrs endet und koaxial zu diesem angeordnet ist, Einleiten des zweiten Gasstroms in den ersten Gasstrom und Vermischen des ersten Gases mit dem zweiten Gas innerhalb des Außenrohrs, wobei eine Mischtemperatur nach dem Vermischen des ersten Gases mit dem zweiten Gas höher ist als eine Temperatur der Innenwandung des Außenrohrs.

Unter„koaxial" ist vorliegend zu verstehen, dass die Mittelachse des Innenrohrs identisch mit der Mittelachse des Außenrohrs ist. Die Mischvorrichtung ist

insbesondere eine statische Mischvorrichtung. Unter„statisch" ist dabei zu verstehen, dass die Mischvorrichtung keine beweglichen Teile aufweist. Hierdurch ist die

Mischvorrichtung wartungsfrei. Die Mischvorrichtung kann eine Längsrichtung aufweisen, die in der Schwerkraftrichtung orientiert ist oder mit dieser identisch ist. Die Schwerkraftrichtung ist vertikal orientiert. Das heißt, das Innenrohr und das Außenrohr sind vorzugsweise vertikal angeordnet. Das Außenrohr und das Innenrohr sind vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt.

Dadurch, dass das heißere zweite Gas innerhalb des kühleren ersten Gases geführt ist, wird verhindert, dass sich eine Innenwandung des Außenrohrs so stark aufheizt, dass Flüssigkeitströpfchen an dieser verdampfen könnten. Die Innenwandung wird so mit Hilfe des ersten Gases gekühlt. Hierdurch wird die zuvor beschriebene

Materialermüdung zuverlässig verhindert. Dadurch, dass das Innenrohr und das Außenrohr vertikal beziehungsweise in der Schwerkraftrichtung angeordnet sind, wird verhindert, dass sich Flüssigkeitströpfchen an der Innenwandung des Außenrohrs niederschlagen. Die Flüssigkeitströpfchen werden in der Schwerkraftrichtung abgeführt, so dass sich keine Flüssigkeitsansammlungen in der Mischvorrichtung bilden können und auch keine Flüssigkeit in diese zurücklaufen kann.

Gemäß einer Ausführungsform werden das Einleiten des zweiten Gasstroms in den ersten Gasstrom und das Vermischen des ersten Gases mit dem zweiten Gas gleichzeitig durchgeführt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform strömen der erste Gasstrom und der zweite Gasstrom parallel zueinander. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden das erste Gas und das zweite Gas mit Hilfe eines in Schwerkraftrichtung nach dem Innenrohr angeordneten Mischelements vermischt. Weiterhin wird eine Mischvorrichtung zum Mischen eines ersten Gases, das eine erste Temperatur aufweist, mit einem zweiten Gas, das eine zweite Temperatur aufweist, die höher als die erste Temperatur ist, vorgeschlagen. Die Mischvorrichtung umfasst ein Außenrohr, durch das das erste Gas geführt ist, ein innerhalb des Außenrohrs und koaxial zu diesem angeordnetes Innenrohr, durch das das zweite Gas geführt ist, und zumindest ein Gaslenkelement, das dazu eingerichtet ist, das erste Gas gegen eine Innenwandung des Außenrohrs zu lenken, wobei eine Mittelachse des Außenrohrs und eine Mittelachse des Innenrohrs in einer Schwerkraftrichtung orientiert sind, wobei das Innenrohr innerhalb des Außenrohrs endet, um das zweite Gas innerhalb des

Außenrohrs mit dem ersten Gas zu mischen und wobei eine Mischtemperatur nach dem Vermischen des ersten Gases mit dem zweiten Gas höher ist als eine Temperatur der Innenwandung des Außenrohrs.

Mit Hilfe des zumindest einen Gaslenkelements kann eine Kühlung der Innenwandung des Außenrohrs erreicht werden. Vorzugsweise ist das zumindest eine

Gaslenkelement in der Längsrichtung der Mischvorrichtung vor, insbesondere stromaufwärts, einer Düse des Innenrohrs angeordnet. Das Gaslenkelement kann eine Vielzahl verrundeter Finger oder Schlitzbleche aufweisen, die zahnartig oder rechenartig ausgeführt sind. Gemäß einer Ausführungsform weist das Innenrohr eine Düse zum Eindüsen des zweiten Gases in das erste Gas auf.

Vorzugsweise ist die Düse ein innerhalb des Außenrohrs endendes Ende des

Innenrohrs. Die Düse weist vorzugsweise keine Querschnittsverengung auf. Hierdurch werden eine Beschleunigung des zweiten Gases beim Austritt aus der Düse und Gasverwirbelungen verhindert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Mischvorrichtung ferner eine Zuführleitung zum Zuführen des ersten Gases zu dem Außenrohr, wobei eine Mittelachse der Zuführleitung senkrecht zu der Mittelachse des Außenrohrs angeordnet ist.

Vorzugsweise bildet die Zuführleitung mit dem Außenrohr ein T-Stück. Die

Zuführleitung kann eine an das Außenrohr angeschweißte Rohrleitung sein. Hierdurch wird eine Strömungsberuhigung des ersten Gases erreicht, bevor das zweite Gas in der Mischvorrichtung hinzutritt. Unter "senkrecht" ist vorliegend ein Winkel von 90° ± 10°, weiter bevorzugt von 90° ± 5°, weiter bevorzugt von 90° ± 1 °, weiter bevorzugt von genau 90° zu verstehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr vorgesehener erster Strömungsquerschnitt der Mischvorrichtung

mindestens so groß wie ein Strömungsquerschnitt der Zuführleitung. Hierdurch werden eine Beschleunigung des ersten Gases und Gasverwirbelungen vermieden. Hierdurch wird verhindert, dass das heißere zweite Gas mit der

Innenwandung des Außenrohrs in Kontakt kommt und diese aufheizt. Insbesondere bildet das erste Gas somit eine das zweite Gas umgebende Mantelströmung. Das heißt, das erste Gas umgibt das zweite Gas wie ein dieses umfänglich einhüllender Mantel. Der erste Strömungsquerschnitt der Mischvorrichtung ist definiert als ein zwischen einer Außenwandung des Innenrohrs und einer Innenwandung des

Außenrohrs definierter Querschnitt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein zweiter Strömungsquerschnitt der Mischvorrichtung, der in der Schwerkraftrichtung nach dem Innenrohr positioniert ist, mindestens so groß wie der Strömungsquerschnitt der Zuführleitung.

Die Längsrichtung ist vorzugsweise identisch mit der Schwerkraftrichtung. Der zweite Strömungsquerschnitt ist somit in der Längsrichtung nach dem Innenrohr,

insbesondere nach der Düse, positioniert. Der zweite Strömungsquerschnitt ist definiert als ein Querschnitt des Außenrohrs in einem Bereich der Mischvorrichtung, in dem das Innenrohr nicht in dem Außenrohr geführt ist, das heißt, in einem Bereich stromabwärts der Düse des Innenrohrs. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Strömungsquerschnitt größer als oder gleich groß wie der erste Strömungsquerschnitt.

Alternativ kann der zweite Strömungsquerschnitt auch kleiner sein als der erste Strömungsquerschnitt. Hierdurch kann je nach Anwendungsfall auch eine

Beschleunigung des ersten Gases zur Verbesserung der Mischleistung erzielt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform verjüngt sich ein Außendurchmesser des Außenrohrs ausgehend von dem ersten Strömungsquerschnitt hin zu dem zweiten Strömungsquerschnitt.

Vorzugsweise weist das Außenrohr einen ersten Rohrleitungsabschnitt, einen zweiten Rohrleitungsabschnitt und einen dritten Rohrleitungsabschnitt auf, wobei der zweite Rohrleitungsabschnitt zwischen dem ersten Rohrleitungsabschnitt und dem dritten Rohrleitungsabschnitt angeordnet ist. Zwischen dem ersten Rohrleitungsabschnitt und dem zweiten Rohrleitungsabschnitt ist ein konisch zulaufender erster

Zwischenabschnitt und zwischen dem zweiten Rohrleitungsabschnitt und dem dritten Rohrleitungsabschnitt ist ein konisch zulaufender zweiter Zwischenabschnitt angeordnet. Dadurch, dass sich der Außendurchmesser des Außenrohrs verjüngt, kann erreicht werden, dass der erste Strömungsquerschnitt identisch mit dem zweiten Strömungsquerschnitt ausgebildet ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Innenrohr eine thermische

Isolationsschicht auf, wobei die thermische Isolationsschicht zwischen dem Innenrohr und einer die thermische Isolationsschicht außenseitig umgebenden Schutzschicht angeordnet ist.

Hierdurch wird verhindert, dass sich eine Außenwandung des Innenrohrs so weit aufheizt, dass Flüssigkeitströpfchen an dieser verdampfen könnten. Die thermische Isolationsschicht kann beispielsweise eine Keramikschicht sein. Die Schutzschicht kann beispielsweise eine metallische Schutzschicht sein. Die Schutzschicht kann insbesondere ein Blechmantel sein. Die thermische Isolationsschicht und die

Schutzschicht sind vorzugsweise fest mit dem Innenrohr verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Gaslenkelement zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr angeordnet.

Hierdurch kann das erste Gas von dem Innenrohr weg auf die Innenwandung des Außenrohrs hingeleitet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Gaslenkelement an dem Innenrohr befestigt. Alternativ kann das zumindest eine Gaslenkelement auch an dem Außenrohr befestigt sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Mischvorrichtung ferner ein Mischelement, das in der Schwerkraftrichtung nach dem Innenrohr positioniert ist.

Insbesondere ist das Mischelement stromabwärts der Düse angeordnet. Es können mehrere Mischelemente vorgesehen sein. Jedes Mischelement weist vorzugsweise eine Vielzahl an Fingern auf, die in den zweiten Strömungsquerschnitt hineinragen. Hierdurch kann eine Verwirbelung der Gase und damit eine bessere Vermischung derselben erreicht werden. Insbesondere kann mit Hilfe des Mischelements auch eine Einengung des zweiten Strömungsquerschnitts und somit eine Beschleunigung der Gase erreicht werden.

Ferner wird eine verfahrenstechnische Anlage, insbesondere zur

Wasserstoffherstellung, Erdgasherstellung, Aminwäsche oder Methanolwäsche mit einer derartigen Mischvorrichtung vorgeschlagen.

Die verfahrenstechnische Anlage kann darüber hinaus für beliebige andere Verfahren eingesetzt werden. Die verfahrenstechnische Anlage kann mehrere derartige

Mischvorrichtungen aufweisen. Die verfahrenstechnische Anlage ist zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet.

Die für das vorgeschlagene Verfahren, die vorgeschlagene Mischvorrichtung und die vorgeschlagene verfahrenstechnische Anlage beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten füreinander entsprechend. Weitere mögliche Implementierungen des Verfahrens, der Mischvorrichtung und/oder der verfahrenstechnischen Anlage umfassen auch nicht explizit genannte

Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Verfahrens, der Mischvorrichtung und/oder der verfahrenstechnischen Anlage hinzufügen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Verfahrens, der

Mischvorrichtung und/oder der verfahrenstechnischen Anlage sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens, der Mischvorrichtung und/oder der verfahrenstechnischen Anlage. Im Weiteren werden das Verfahren, die Mischvorrichtung und/oder die

verfahrenstechnische Anlage anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer verfahrenstechnischen Anlage;

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Mischvorrichtung für die verfahrenstechnische Anlage gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht der Mischvorrichtung gemäß der Schnittlinie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 zeigt eine weitere Schnittansicht der Mischvorrichtung gemäß der Schnittlinie IV- IV der Fig. 2; Fig. 5 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht der Mischvorrichtung gemäß der Schnittlinie V-V der Fig. 3;

Fig. 6 zeigt eine Aufsicht einer Ausführungsform eines Gaslenkelements für die Mischvorrichtung gemäß Fig. 2; Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Gaslenkelements für die Mischvorrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer

Mischvorrichtung für die verfahrenstechnische Anlage gemäß Fig. 1 ; und

Fig. 9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines

Verfahrens zum Mischen eines ersten Gases mit einem zweiten Gas. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben

Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

Die Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Ausführungsform einer verfahrenstechnischen Anlage 1 . Die verfahrenstechnische Anlage 1 ist insbesondere zur Wasserstoffherstellung, Erdgasherstellung, Aminwäsche oder Methanolwäsche geeignet. Die Aminwäsche beispielsweise ist ein Verfahren zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff und anderen sauren Gasen aus Gasgemischen. Die verfahrenstechnische Anlage 1 kann jedoch auf für beliebige andere Verfahren eingesetzt werden. Im Betrieb der verfahrenstechnischen Anlage 1 kann es erforderlich sein, zwei unterschiedliche Gase Gi und G 2 miteinander zu mischen.

Die verfahrenstechnische Anlage 1 umfasst hierzu eine statische Mischvorrichtung 2. Unter„statisch" ist vorliegend zu verstehen, dass die Mischvorrichtung 2 keine beweglichen Teile aufweist. Hierdurch ist die Mischvorrichtung 2 sehr wartungsarm. Die Mischvorrichtung 2 umfasst ein Außenrohr 3 mit einer Außenwandung 4 und einer Innenwandung 5. Das Außenrohr 3 ist rotationssymmetrisch zu einer Symmetrie- oder Mittelachse M 3 ausgebildet. Die Mischvorrichtung 2 umfasst weiterhin ein innerhalb des Außenrohrs 3 und koaxial zu diesem angeordnetes Innenrohr 6. Das Innenrohr 6 weist eine der Innenwandung 5 des Außenrohrs 3 zugewandte Außenwandung 7 sowie eine Innenwandung 8 auf. Das Innenrohr 6 ist rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieoder Mittelachse M 6 ausgebildet. Die Mittelachsen M 3 und M 6 sind koaxial angeordnet. Das heißt, das Außenrohr 3 und das Innenrohr 6 weisen übereinstimmende

Mittelachsen M 3 , M 6 auf. Beide Mittelachsen M 3 , M 6 sind parallel beziehungsweise in einer Schwerkraftrichtung g orientiert. Die Schwerkraftrichtung g ist in der Orientierung der Fig. 1 vertikal angeordnet. Das Außenrohr 3 und das Innenrohr 6 sind

vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt.

Die Mischvorrichtung 2 ist dazu eingerichtet, ein erstes Gas Gi, das durch das

Außenrohr 3 geführt ist, und ein zweites Gas G 2 , das durch das Innenrohr 6 geführt ist, miteinander zu mischen. Das erste Gas Gi weist eine erste Temperatur ΤΊ auf. Die erste Temperatur T-i kann beispielsweise 130° C betragen. Das zweite Gas G 2 weist eine zweite Temperatur T 2 auf, die größer ist als die erste Temperatur T-i.

Beispielsweise beträgt die zweite Temperatur T 2 190° C. Vorzugsweise ist das Gas G 2 wasserreicher als das Gas Gi. Beim Mischen der Gase Gi, G 2 können sich aufgrund des Temperaturunterschieds kondensierte Flüssigkeitströpfchen, insbesondere

Wassertröpfchen, bilden. Das Innenrohr 6 endet innerhalb des Außenrohrs 3 mit einer Düse 9 zum Eindüsen des zweiten Gases G 2 in das erste Gas Gi . Die Düse 9 weist dabei vorzugsweise keine Querschnittseinengung auf.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischvorrichtung 2. Die Mischvorrichtung 2 umfasst ferner eine Zuführleitung 10 zum Zuführen des ersten Gases G-ι zu dem Außenrohr 3. Die Zuführleitung 10 ist vorzugsweise eine mit dem Außenrohr 3 verschweißte Rohrleitung. Eine Symmetrie- oder Mittelachse M 10 der Zuführleitung 10 ist senkrecht zu der Mittelachse M 3 des Außenrohrs 3 beziehungsweise senkrecht zu der Mittelachse M 6 des Innenrohrs 6 angeordnet. Unter "senkrecht" ist vorliegend ein Winkel von 90° ± 10°, weiter bevorzugt von 90° ± 5°, weiter bevorzugt von 90° ± 1 °, weiter bevorzugt von genau 90° zu verstehen.

Das Außenrohr 3 kann einen ersten Rohrleitungsabschnitt 1 1 , einen zweiten

Rohrleitungsabschnitt 12 und einen dritten Rohrleitungsabschnitt 13 aufweisen, wobei der zweite Rohrleitungsabschnitt 12 zwischen dem ersten Rohrleitungsabschnitt 1 1 und dem dritten Rohrleitungsabschnitt 13 angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein

Durchmesser des zweiten Rohrleitungsabschnitts 12 kleiner als ein Durchmesser des ersten Rohrleitungsabschnitts 1 1 und ein Durchmesser des dritten

Rohrleitungsabschnitts 13 ist kleiner als der Durchmesser des zweiten

Rohrleitungsabschnitts 12. Zwischen dem ersten Rohleitungsabschnitt 1 1 und dem zweiten Rohrleitungsabschnitt 12 ist ein konisch zulaufender erster

Verbindungsabschnitt 14 angeordnet. Zwischen dem zweiten Rohrleitungsabschnitt 12 und dem dritten Rohrleitungsabschnitt 13 ist ein konisch zulaufender zweiter

Verbindungsabschnitt 14 angeordnet.

Wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist, weist die Zuführleitung 10 einen

Strömungsquerschnitt A 10 auf, die Mischvorrichtung 2 umfasst weiterhin einen zwischen dem Innenrohr 6 und dem Außenrohr 3 vorgesehenen ersten

Strömungsquerschnitt An sowie einen zweiten Strömungsquerschnitt A 12 , der in einer Längsrichtung L 2 der Mischvorrichtung 2 nach dem Innenrohr 6, das heißt

stromabwärts der Düse 9 positioniert ist. Das heißt, der zweite Strömungsquerschnitt A 12 wird in der Längsrichtung L 2 nach der Düse 9 des Innenrohrs 6 ermittelt. Ein Durchmesser d 3 des Außenrohrs 3 verjüngt sich in der Schwerkraftrichtung g ausgehend von dem ersten Strömungsquerschnitt An hin zu dem zweiten

Strömungsquerschnitt A 12 . Vorzugsweise sind sowohl der erste Strömungsquerschnitt An als auch der zweite Strömungsquerschnitt A 12 mindestens so groß oder größer wie der Strömungsquerschnitt A 10 der Zuführleitung 10. Insbesondere kann der zweite Strömungsquerschnitt A 12 größer als oder gleich groß wie der erste

Strömungsquerschnitt An sein. Hierdurch wird verhindert, dass das erste Gas G-i aufgrund einer Querschnittsverengung in der Mischvorrichtung 2 beschleunigt wird, was zu unerwünschten Gasverwirbelungen führen könnte.

Wie der Fig. 4 weiter zu entnehmen ist, umfasst das Innenrohr 6 eine thermische Isolationsschicht 16. Die Isolationsschicht 16 ist zwischen dem Innenrohr 6 und einer die thermische Isolationsschicht 16 außenseitig umgebenden Schutzschicht 17 angeordnet. Die Schutzschicht 17 ist eine metallische Schicht. Beispielsweise kann die Schutzschicht 17 ein Stahlblech sein. Die Isolationsschicht 16 und die Schutzschicht 17 sind an dem Innenrohr 6 befestigt. Die Isolationsschicht 16 kann aus einem

Keramikwerkstoff gefertigt sein.

Die Mischvorrichtung 2 kann ferner zumindest ein Gaslenkelement 18 zum Lenken des ersten Gases Gi gegen die Innenwandung 5 des Außenrohrs 3 umfassen. Hierdurch sammeln sich in dem ersten Gas Gi enthaltene Flüssigkeitströpfchen an der

Innenwandung 5. Hierdurch wird die Innenwandung 5 auf eine Temperatur gekühlt, die unter einer Mischtemperatur der Gase Gi und G 2 liegt. Hierdurch wird verhindert, dass die Innenwandung 5 so heiß wird, dass dort auftreffende Flüssigkeitströpfchen verdampfen. Eine durch das Verdampfen der Flüssigkeitströpfchen induzierte thermo- mechanische Materialermüdung des Außenrohrs 3 kann hierdurch zuverlässig verhindert werden.

Die Fig. 6 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Ausführungsform eines

Gaslenkelements 18 mit Blickrichtung in Schwerkraftrichtung g. Das Gaslenkelement 18 umfasst eine Vielzahl an Fingern 19, von denen in der Fig. 6 lediglich einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Finger 19 sind verrundet. Ein

Verrundungsradius der Finger 19 beträgt dabei vorzugsweise 5 Millimeter. Hierdurch werden scharfe Abrisskanten vermieden, die zu einer Verwirbelung des ersten Gases Gi führen könnten. Mit Hilfe der Finger 19 wird das erste Gas Gi zur Innenwandung 5 des Außenrohrs 3 geleitet.

Die Fig. 7 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Gaslenkelements 18, bei der anstatt der Finger 19 eine Vielzahl an Schlitzblechen 20 vorgesehen ist. Die Schlitzbleche 20 können zahn- oder rechenartig ausgebildet sein. Ein Winkel α jedes Schlitzblechs 20 zu der Mittelachse M 3 beträgt vorzugsweise 15 bis 30°. Das Gaslenkelement 18 ist zwischen dem Außenrohr 3 und dem Innenrohr 6 angeordnet und kann fest mit dem Innenrohr 6 verbunden sein. Die Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Mischvorrichtung 2. Die Mischvorrichtung 2 gemäß der Fig. 8 unterscheidet sich von der Mischvorrichtung 2 gemäß der Fig. 2 bis 7 nur dadurch, dass diese zumindest ein Mischelement 21 , 22 aufweist, das in der Längsrichtung L 2 nach dem Innenrohr 6, das heißt, stromabwärts der Düse 9, positioniert ist. Beispielsweise können zwei

Mischelemente 21 , 22 vorgesehen sein, die in der Längsrichtung L 2 nacheinander positioniert sind. Vorzugsweise ist ein erstes Mischelement 21 um einen Abstand a 2 i von einem Übergangsbereich 23 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 14 und dem zweiten Rohrleitungsabschnitt 12 des Außenrohrs 3 angeordnet. Der Abstand a 2 i entspricht vorzugsweise einem Durchmesser di 2 (Fig. 5) des

Außenrohrs 3 an dem zweiten Rohrleitungsabschnitt 12. Ein zweites Mischelement 22 ist bevorzugt um einen Abstand a 22 beabstandet von dem ersten Mischelement 21 angeordnet. Die Abstände a 2 i und a 22 sind vorzugsweise gleich groß. Die

Mischelemente 21 , 22 ragen fingerartig in den zweiten Strömungsquerschnitt A 12 hinein. Hierdurch wird nach der Düse 9 eine turbulente Strömung erreicht, wodurch eine besonders gute Vermischung der Gase G-ι und G 2 und ein Mitreißen mitgeführter oder kondensierter Flüssigkeitströpfchen erreicht wird. Weiterhin können zur

Verbesserung des Mischergebnisses auch die Strömungsquerschnitte An und A 12 der Mischvorrichtung 2 kleiner gestaltet werden als der Strömungsquerschnitt A 10 der Zuführleitung 10.

Dadurch, dass das Außenrohr 3 und das Innenrohr 6 in der Schwerkraftrichtung g orientiert sind, kann sich in der Mischvorrichtung 2 keine Flüssigkeit ansammeln oder in diese zurückfließen. Entstehende oder mitgeführte Flüssigkeitströpfchen werden in der Schwerkraftrichtung g abtransportiert. Dadurch, dass das kältere Gas Gi auf die Innenwandung 5 des Außenrohrs 3 geleitet wird, wird die Temperatur der

Innenwandung 5 im Vergleich zu einer Mischtemperatur der beiden Gase Gi und G 2 reduziert. Hierdurch wird das Verdunsten von Flüssigkeitströpfchen an der

Innenwandung 5 zuverlässig verhindert. Auf Höhe der Düse 9 wird die Innenwandung 5 durch Konvektion aufgeheizt, wobei die Wärmeübertragung jedoch nicht auf lokale Bereiche reduziert ist. Mit Hilfe der Mischvorrichtung 2 kann also verhindert werden, dass Flüssigkeitströpfchen innerhalb der Mischvorrichtung 2 auf eine heiße Wandung auftreffen und schlagartig verdampfen. Eine daraus resultierende Materialermüdung wird daher zuverlässig vermieden. Die Mischvorrichtung 2 weist daher eine hohe Betriebszuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer auf.

Die Fig. 9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Mischen des ersten Gases Gi, das die erste Temperatur ΤΊ aufweist, mit dem zweiten Gas G 2 , das die zweite Temperatur T 2 aufweist, die höher als die erste Temperatur T-i ist. In einem Schritt S1 wird ein in der Schwerkraftrichtung g strömender erster Gasstroms GS1 des ersten Gases Gi mit Hilfe des Außenrohrs 3 der Mischvorrichtung 2 gebildet, wobei das erste Gas Gi mit Hilfe des Gaslenkelements 18 gegen die Innenwandung 5 des Außenrohrs 3 gelenkt wird. In einem Schritt S2 wird ein in der Schwerkraftrichtung g strömender zweiter Gasstrom GS2 des zweiten Gases G 2 mit Hilfe des Innenrohrs 6 der Mischvorrichtung 2 gebildet, wobei das Innenrohr 6 innerhalb des Außenrohrs 3 endet und koaxial zu diesem angeordnet ist. In einem Schritt S3 wird der zweite Gasstroms GS2 in den ersten Gasstrom GS1 eingeleitet und in einem Schritt S4 wird das erste Gas G-ι mit dem zweiten Gas G 2 innerhalb des Außenrohrs 3 vermischt, wobei eine Mischtemperatur T M nach dem Vermischen des ersten Gases G-ι mit dem zweiten Gas G 2 höher ist als eine Temperatur T 5 der Innenwandung 5 des Außenrohrs 3.

Das Einleiten des zweiten Gasstroms GS2 in den ersten Gasstrom GS1 und das Vermischen des ersten Gases Gi mit dem zweiten Gas G 2 werden gleichzeitig durchgeführt. Dabei strömen der erste Gasstrom GS2 und der zweite Gasstrom GS2 parallel zueinander. Insbesondere werden das erste Gas Gi und das zweite Gas G 2 mit Hilfe des in Schwerkraftrichtung g nach dem Innenrohr 6 angeordneten Mischelements 21 , 22 miteinander vermischt.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.

Verwendete Bezugszeichen verfahrenstechnische Anlage

2 Mischvorrichtung

3 Außen roh r

4 Außenwandung

5 Innenwandung

6 Innenrohr

7 Außenwandung

8 Innenwandung

9 Düse

10 Zuführleitung

1 1 Rohrleitungsabschnitt

12 Rohrleitungsabschnitt

13 Rohrleitungsabschnitt

14 Verbindungsabschnitt

15 Verbindungsabschnitt

16 Isolationsschicht

17 Schutzschicht

18 Gaslenkelement

19 Finger

20 Schlitzblech

21 Mischelement

22 Mischelement

23 Übergangsbereich a2i Abstand

322 Abstand

Aio Strömungsquerschnitt

An Strömungsquerschnitt

Al2 Strömungsquerschnitt

d 3 Durchmesser

dl2 Durchmesser

g Schwerkraftrichtung

GS1 Gasstrom GS2 Gasstrom

G 2 Gas

L 2 Längsrichtung

M 3 Mittelachse

M 6 Mittelachse

M 10 Mittelachse

S1 Schritt

S2 Schritt

S3 Schritt

S4 Schritt

TM Mischtemperatur

TI Temperatur

T 2 Temperatur α Winkel