Die Erfindung betri f ft Vorrichtungen sowie Verfahren zum Mischen von Gasen, insbesondere zum Mischen von reaktiven Gasen, beispielsweise zum Mischen von Sauerstof f mit gas förmigen Kohlenwasserstof fen .

Beim Mischen von Gasen ist angestrebt , homogene Gasmischungen auf möglichst ef fi ziente Weise zu erreichen . Beispielsweise sollen die homogenen Mischungen innerhalb einer kurzen Mischlänge und/oder innerhalb eines kleinen Mischvolumens erhalten werden . Besonders relevant ist dies beim Mischen von reaktiven Gasen, wie sauerstof fhaltigem Gas oder gar reinem Sauerstof f mit zum Beispiel kohlenwasserstof fhaltigem Gas , da sich hierbei zündfähige Gasvolumen bilden können, beispielsweise mit Ethylen bei einem Sauerstof f gehalt von > 8 Vol . -% , was sicherheitstech- nisch problematisch ist . Auch bei der Herstellung von Gasmischungen mit einem Sauerstof f gehalt unterhalb des zündfähigen Gasvolumens wird der zündfähige Bereich unvermeidbar durchlaufen, wenn beim Mischen reiner oder hochkonzentrierter Sauerstof f in beispielsweise kohlenwasserstof fhaltiges Gas eingebracht wird, da dabei im Mischungsbereich lokale Sauerstof f kon- zentrationen oberhalb der Zündgrenze entstehen . Zur Zündung kommt es , wenn zum zündfähigen Gasvolumen noch eine Zündquelle hinzutritt . Deswegen sind beim Handhaben zündfähiger Gasvolumen Zündquellen zu eliminieren . Eine Zündquelle mit ausreichender Zündenergie kann beispielsweise bereits ein Partikel sein, der im Gasstrom mitgeführt wird und mit entsprechendem Impuls auf eine Rohrwandung auf schlägt .

In herkömmlichen Verfahren wird Sauerstof f oder sauerstof fhaltiges Gas häufig am Rand punktförmig oder über den Umfang der Hauptströmung des Kohlenwasserstof fgasstroms verteilt eingedüst . Bei solchen Vorgehensweisen ist die Bildung zündfähiger Gasvolumen allerdings akut . Um diesem Problem zu begegnen, schlagen beispielsweise EP1726355A2 und W02009078899A1 vor, den Sauerstof f über eine Düse , insbesondere über einen Düsenkopf , zuzuführen . Ein solcher Ansatz macht nachteiliger Weise ein relativ großes Mischvolumen mit einer relativ langen Mischzone erforderlich, um eine adäquat homogene Mischung zu erreichen . In US4573803A wird ein korrosives Fluid über Düsen in ein Rohr eingebracht . US3706534A und WQ2009102311A2 streben eine Verteilung über den Querschnitt der Hauptströmung an, weisen j edoch eine Umlenkung der Hauptströmung auf , was einen hohen Druckverlust zur Folge hat . Zudem kann hierbei eine Gleichrichtung der Strömung nur durch eine große Mischlänge erreicht werden . Die Gleichrichtung der Hauptströmung zusammen mit einer Verteilung über den Querschnitt wird in DE3037817A1 erreicht , indem der Sauerstof f senkrecht zur Strömungsrichtung eingedüst wird . Dadurch wird allerdings ein zündfähiges Volumen im Bereich potentieller Partikelaufprall flächen generiert . Insgesamt sind die bisherigen Mischverfahren mit einer großen Mischlänge beziehungsweise einem großen Mischvolumen verbunden und das Mischen reaktiver Gase unter Ausschluss von potentiell im Gas mitgeführten Partikeln als Zündquellen ist noch nicht zufriedenstellend gelöst .

Vor diesem Hintergrund bestand weiterhin die Aufgabe , Vorrichtungen und Verfahren zum Mischen von Gasen bereitzustellen, insbesondere zum Mischen von reaktiven Gasen, wie Sauerstof f oder sauerstof fhaltigem Gas mit gas förmigen Kohlenwasserstoffen, unter Entschärfung von einer oder mehreren der oben diskutierten Problemstellungen . Hierbei sollte das Mischen vorzugsweise auf ef fi ziente Weise erfolgen, beispielsweise sollten beim Mischen mit kurzer Mischlänge oder kleinem Mischvolumen adäquat homogene Mischungen erhalten werden können . Bevorzugt sollten beim Mischen reaktiver Gase auch die Bildung zündfähiger Gasvolumen möglichst ausgeschlossen oder zumindest möglichst geringgehalten, das heißt zeitlich und/oder räumlich möglichst kurzgehalten, und damit das Mischen reaktiver Gase auf möglichst sichere Weise handhabbar gestaltet werden . Bevorzugt sollte auch die Freisetzung von Zündenergie , insbesondere im Bereich etwaiger zündfähiger Gasvolumen, reduziert oder vorzugsweise ausgeschlossen werden . Ein Gegenstand der Erfindung sind Vorrichtungen zum Mischen von Gasen umfassend ein Hauptleitungsrohr 1 , in das mehrere , parallel zueinander angeordnete , von einer Rohrwand zur gegenüberliegenden Rohrwand des Hauptleitungsrohres 1 reichende , mit ihren Flachseiten 3 parallel zur Längsrichtung des Hauptleitungsrohres 1 orientierte Platten 2 eingebracht sind, und ein Verteilerrohr 4 , von dem außerhalb des Hauptleitungsrohres 1 mehrere Zuleitungen 4a abzweigen, wobei j ede Zuleitung 4a in j e eine Platte 2 führt und in der Platte 2 mit mehreren Kanälen 5 verbunden ist , welche über Austrittsöf fnungen 6 mit dem Hauptleitungsrohr 1 verbunden sind, wobei die Austrittsöf fnungen 6 an den Stirnseiten der Platten 2 angebracht sind, die bei Durchströmen eines Gases durch das Hauptleitungsrohr 1 der Gasströmung abgewandt sind .

Eine solche Vorrichtung ist beispielhaft in den Figuren 1 bis 3 mit weiteren bevorzugten Ausgestaltungen abgebildet .

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch das Hauptleitungsrohr 1 mit Draufsicht auf die Stirnseite der Platten 2 und die Austrittsöf fnungen 6 der Platten 2 und mit Draufsicht auf das Verteilerrohr 4 und die Zuleitungen 4a .

Figur 2 ist ein Längsschnitt durch das Hauptleitungsrohr 1 mit einem Querschnitt durch die Stirnseite einer Platte 2 und die Kanäle 5 und Austrittsöf fnungen 6 dieser Platte 2 sowie einem Querschnitt durch das Verteilerrohr 4 und eine Zuleitung 4a .

Figur 3 ist ein Querschnitt durch eine Platte 2 , eine Zuleitung 4a und eine Austrittsöf fnung 6 sowie ein Längsschnitt durch einen Kanal 5 dieser Platte 2 .

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Verfahren zum Mischen von Gasen, indem in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein erstes Gas durch das Hauptleitungsrohr 1 geführt wird und ein zweites Gas in das Verteilerrohr 4 eingebracht und über die Zuleitungen 4a und die Kanäle 5 durch die Platten 2 geleitet und über mehrere Austrittsöf fnungen 6 in das Hauptleitungsrohr 1 eingeströmt wird .

Die Platten 2 sind vorzugsweise quaderförmig mit zwei längeren Seiten, vorzugsweise unterschiedlich langen Seiten, sowie einer kürzeren Seite . Die beiden Flachseiten 3 einer Platte 2 sind allgemein deren beiden größten Flächen . Die Flachseiten 3 der Platten 2 sind allgemein parallel zur Längsrichtung des Hauptleitungsrohres 1 ausgerichtet , vorzugsweise parallel zur Strömungsrichtung des ersten Gases durch das Hauptleitungsrohr 1 ausgerichtet .

Zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten der Platten 2 sind allgemein senkrecht zur Längsrichtung des Hauptleitungsrohres 1 ausgerichtet , vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung des ersten Gases durch das Hauptleitungsrohr 1 ausgerichtet . Die Breitseite oder insbesondere die Längsseite der Platte 2 ist vorzugsweise quer zur Längsrichtung des Hauptleitungsrohres 1 orientiert . Die Längsseite oder insbesondere die Breitseite der Platte 2 ist vorzugsweise in Richtung der Rohrwand des Hauptleitungsrohres 1 ausgerichtet .

Die Platten 2 , insbesondere die Breitseiten der Platten 2 , können beispielsweise an Rohrwänden des Hauptleitungsrohres 1 fixiert sein . Vorzugsweise durchstoßen die Platten 2 , insbesondere die Breitseiten der Platten 2 , die Rohrwände des Hauptleitungsrohres 1 . Die Kontaktstellen der Platten 2 und des Hauptleitungsrohres 1 sind generell gasdicht abgeschlossen . Die Platten 2 und das Hauptleitungsrohr 1 können beispielsweise über eine Schweißnaht miteinander verbunden sein . Die Platten 2 sind allgemein fest in das Hauptleitungsrohr 1 eingebracht .

Die im Hauptleitungsrohr 1 befindlichen Stirnseiten der Platten 2 oder die Segmente der Stirnseiten der Platten 2 , die sich im Hauptleitungsrohr 1 befinden, können an sich beliebige Formen annehmen, sind aber vorzugsweise flach oder abgerundet . Vorzugsweise sind die Stirnseiten der Platten 2 , die bei Durchströmen eines Gases , insbesondere des ersten Gases , durch das Hauptleitungsrohr 1 der Gasströmung zugewandt ist beziehungsweise vom Gas angeströmt sind, abgerundet . Vorzugsweise sind die Stirnseiten der Platten 2 , die bei Durchströmen eines Gases , insbesondere des ersten Gases , durch das Hauptleitungsrohr 1 der Gasströmung abgewandt sind beziehungsweise nicht vom Gas angeströmt sind, flach oder kantig .

Vorzugsweise sind > 2 , besonders bevorzugt > 4 und am meisten bevorzugt > 6 erfindungsgemäß parallel zueinander angeordnete Platten 2 in das Hauptleitungsrohr 1 eingebracht .

Bei einem Querschnitt durch das Hauptleitungsrohr 1 und die Platten 2 beträgt die insgesamte Querschnitts fläche der zueinander parallel angeordneten Platten 2 vorzugsweise 20% bis 60% , besonders bevorzugt 30% bis 50% der Querschnitts fläche des Hauptleitungsrohres 1 . Die Querschnitts fläche des Hauptleitungsrohres 1 bezieht sich hierbei allgemein auf den Innendurchmesser des , vorzugsweise runden, Hauptleitungsrohres 1 .

Die Dicke der Platten 2 ist grundsätzlich variabel und kann vom Fachmann in üblicher Weise ausgelegt werden und orientiert sich beispielsweise am Durchmesser der Kanäle 5 , an fachüblichen Si- cherheitsanf orderungen beim Arbeiten mit Gasen unter dem j eweiligen Druck und der im Einzel fall gewünschten mechanischen Stabilität der Platten 2 .

Die Dicke der Platten 2 beträgt vorzugweise 3 bis 10 cm .

Der Abstand zwischen zwei benachbarten parallelen Platten 2 beträgt vorzugweise 5 bis 15 cm .

Durch die bevorzugten Ausgestaltungen und die Anzahl der Platten 2 kann beispielsweise der Druckverlust der Gase beim Durchströmen des Hauptleitungsrohres 1 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung reduziert und eine Gleichrichtung der Hauptströmung im Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht werden . Die Kanäle 5 einer Platte 2 zweigen vorzugsweise senkrecht von der Zuleitung 4a ab .

Das aus den Austrittsöf fnungen 6 der Platten 2 ausströmende Gas , auch als zweites Gas bezeichnet , hat vorzugsweise dieselbe Strömungsrichtung wie das das Hauptleitungsrohr 1 durchströmende Gas , auch als erstes Gas bezeichnet .

Die Austrittsöf fnungen 6 einer oder mehrerer, vorzugsweise sämtlicher Platten 2 sind vorzugsweise senkrecht zum Querschnitt des Hauptleitungsrohres 1 angebracht . Sämtliche Austrittsöf fnungen 6 sämtlicher erfindungsgemäß parallel zueinander angeordneter Platten 2 sind vorzugsweise so angeordnet , dass sich sämtliche Austrittsöf fnungen 6 auf einer Ebene senkrecht zum Querschnitt des Hauptleitungsrohres 1 befinden . Auch damit kann der Bildung zündfähiger Volumina in den Bereichen entgegengewirkt werden, in denen Partikel beispielsweise auf eine Rohrwand oder Einbauten aufprallen können; das heißt die Freisetzung von Zündenergie im Bereich etwaiger zündfähiger Gasvolumen kann beispielsweise auch mit dieser Ausgestaltung der Vorrichtung reduziert oder ausgeschlossen werden .

Eine Ausrichtung der Austrittsöffnungen 6 in Strömungsrichtung des Gases im Hauptleitungsrohr 1 trägt beispielsweise dazu bei , ein Aufprallen etwaiger im Hauptleitungsrohr 1 befindlicher oder vom Gas im Hauptleitungsrohr 1 mitgeführter Partikel auf der Rohrwand von Hauptleitungsrohr 1 in Folge von turbulentem Mischen mit dem aus den Austrittsöf fnungen 6 ausströmenden Gas zu vermeiden und damit einem möglichen Zündungsvorgang entgegenzuwirken . Hierfür sind auch die bevorzugten Platten 2 mit flachen beziehungsweise abgerundeten Stirnseiten hil freich .

Bevorzugt sind die Austrittsöf fnungen 6 und die Kanäle 5 der Platten 2 so ausgeführt , dass der Druckverlust der Strömung des Gases durch die Kanäle 5 eine Rückströmung von Gas aus dem Hauptleitungsrohr 1 in die Kanäle 5 verhindert . Der Durchmesser der Austrittsöffnungen 6 beträgt vorzugsweise > 1 mm, besonders bevorzugt 2 bis 5 mm und am meisten bevorzugt

2.5 bis 4,5 mm.

Der Durchmesser der Kanäle 5 beträgt vorzugsweise > 1 mm, besonders bevorzugt 2 bis 5 mm und am meisten bevorzugt 2,5 bis

4.5 mm.

Die Länge der Kanäle 5 entspricht vorzugsweise > 50%, besonders bevorzugt > 60% und am meisten bevorzugt 2/3 der Länge, insbesondere der Breite, der Platten. Die Länge der Kanäle 5 beträgt vorzugsweise < 95%, mehr bevorzugt < 85% und besonders bevorzugt d 75% der Länge, insbesondere der Breite, der Platten. Die Kanäle 5 haben eine Länge von vorzugsweise mindestens 5 cm, besonders bevorzugt mindestens 10 cm.

Die Anzahl der Austrittsöffnungen 6 ist vorzugsweise > 100, besonders bevorzugt > 300 und am meisten bevorzugt > 700, bezogen auf 1 m ² Querschnittsfläche des Hauptleitungsrohres 1. Diese Querschnittsfläche bestimmt sich allgemein an der Stelle des Hauptleitungsrohres 1, an der sich die Austrittsöffnungen 6 befinden. Die Querschnittsfläche des Hauptleitungsrohres 1 bezieht sich hierbei allgemein auf den Innendurchmesser des, vorzugsweise runden, Hauptleitungsrohres 1.

Die Austrittsöffnungen 6 sind vorzugsweise gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Hauptleitungsrohrs 1 verteilt, mit der Maßgabe, dass die Abstände der Austrittsöffnungen 6 zur Innenwand des Hauptleitungsrohres 1 vorzugsweise größer sind als der Abstand zwischen zwei benachbarten Austrittsöffnungen 6 einer Platte 2. Die Austrittsöffnungen 6 jeder Platte 2 sind vorzugsweise gleichmäßig auf einer Stirnseiten der Platte 2 verteilt mit vorzugsweise einem größeren Abstand zur Innenwand des Hauptleitungsrohres 1. Auch diese Ausgestaltungen können dazu beitragen, dass die unterschiedlichen Gase effizienter miteinander vermischt werden. Der Abstand der Austrittsöf fnungen 6 einer Platte , die der Innenwand des Hauptleitungsrohrs 1 am nächsten sind, zur Innenwand des Hauptleitungsrohrs 1 beträgt vorzugsweise 3% bis 15% , besonders bevorzugt 5% bis 10% des Durchmessers des Hauptleitungsrohres 1 . Dies ist vorteilhaft , um der Bildung zündfähiger Gemische aus den zu mischenden Gasen an der Innenwand des Hauptleitungsrohrs 1 entgegenzuwirken .

Die Austrittsöf fnungen 6 sind vorzugsweise entgratet .

Die insgesamte Querschnitts fläche sämtlicher Kanäle 5 ist vorzugsweise kleiner als 60% , besonders bevorzugt kleiner als 40% der Querschnitts fläche der Zuleitung 4a . Die insgesamte Querschnitts fläche sämtlicher Zuleitungen 4a ist vorzugsweise kleiner als 66% , besonders bevorzugt kleiner als 40% der Querschnitts fläche des Verteilerrohrs 4 . Der Druckverlust des Gases beim Durchströmen der Kanäle 5 ist vorzugsweise größer als der insgesamte Druckverlust dieses Gases beim Durchströmen des Verteilerrohrs 4 und der Zuleitung 4a . Bevorzugt beträgt der Druckverlust des Gases beim Durchströmen der Kanäle 5 > 50% , besonders bevorzugt > 70% , bezogen auf den insgesamten Druckverlust des Gases beim Durchströmen des Verteilerrohrs 4 , der Zuleitung 4a und der Kanäle 5 . Auch mit diesen bevorzugten Ausführungs formen kann die Ef fi zienz des Mischens der Gase verbessert werden .

Vorzugsweise zweigen vom Verteilerrohr 4 mindestens 2 , mehr bevorzugt mindestens 4 und besonders bevorzugt mindestens 6 Zuleitungen 4a ab . Am meisten bevorzugt zweigt vom Verteilerrohr 4 die gleiche Anzahl an Zuleitungen 4a ab wie erfindungsgemäß Platten parallel zueinander im Hauptleitungsrohr 1 eingebracht sind .

Vorzugsweise verj üngt sich j ede Zuleitung 4a an der Stelle , an der die Zuleitung 4a vom Verteilerrohr 4 abzweigt .

Jede Zuleitung 4a innerhalb der Platten 2 verläuft vorzugsweise parallel zur Breitseite , besonders bevorzugt parallel zur Längsseite der Platte 2 . Die Zuleitungen 4a sind vorzugsweise quer zur Längsrichtung des Hauptleitungsrohres 1 orientiert .

In einer bevorzugten Aus führungsform sind die Zuleitungen 4a nicht vollständig durch die Platten 2 hindurchgeführt . In dieser Aus führungs form enden die Zuleitungen 4a in der j eweiligen Platte 2 . In einer alternativen bevorzugten Aus führungs form reichen eine oder mehrere oder alle Zuleitungen 4a von einem Ende der Platte 2 bis zum anderen Ende der Platte 2 . Diese Ausführungs form wird bevorzugt , um an dem vom Verteilerrohr 4 abgewandten Ende der Zuleitung 4a beispielsweise ein Druckmessgerät anzubringen .

Die Geschwindigkeit des zweiten Gases beim Austritt aus den Austrittsöf fnungen 6 ist vorzugsweise größer als die Geschwindigkeit des ersten Gases in dem Segment der Hauptrohrleitung 1 , an dem sich die Platten 2 befinden . Die Geschwindigkeit des zweiten Gases beim Austritt aus den Austrittsöf fnungen 6 ist vorzugsweise doppelt so groß , besonders bevorzugt dreimal so groß als die Geschwindigkeit des ersten Gases in der Hauptrohrleitung 1 räumlich vor den Platten 2 , insbesondere räumlich unmittelbar vor den Platten 2 .

An den Kanälen 5 und/oder den Austrittsöf fnungen 6 der Platten 2 sind vorzugsweise keine Regeleinrichtungen angebracht , beispielsweise keine Regeleinheit zur Steuerung des Drucks oder der Strömungsgeschwindigkeit des Gases . Solche Parameter werden vorzugsweise über die Zuführung des Gases in das Verteilerrohr 4 eingestellt .

Das Hauptleitungsrohr 1 ist in dem Bereich, insbesondere an der Stelle , an der die Platten 2 in das Hauptleitungsrohr 1 eingebracht sind, vorzugsweise linear oder geradlinig . Besonders bevorzugt hat das Hauptleitungsrohr 1 hier keinen Knick, verj üngt sich nicht oder weitet sich nicht . Das Hauptleitungsrohr 1 ist vorzugsweise linear oder geradlinig . Mit den bevorzugten Ausgestaltungen und Verfahrensparameter bezüglich des Verteilerrohres 4 , der Zuleitungen 4a, Kanäle 5 und Platten 2 und Austrittsöf fnungen 6 kann beispielsweise einer Rückströmung von Gas in Kanäle 5 entgegengewirkt werden . Auch damit kann der sichere Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert werden .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise integraler Bestandteil eines Rohres oder einer Anlage sein oder vorzugsweise über Flansche in eine Rohrleitung eingebaut sein .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aus den üblichen Materialien gefertigt sein, die im Anlagenbau für die j eweiligen Gase und Anwendungen gängig sind, wie beispielsweise Edelstahl .

Das erste Gas und das zweite Gas sind vorzugsweise miteinander reaktiv . Beim ersten Gas wie auch beim zweiten Gas kann es sich um reine Gase oder Gasgemische handeln .

Das erste Gas wird in das Hauptleitungsrohr 1 eingebracht . Das erste Gas ist vorzugsweise ein brennbares Gas . Das erste Gas enthält vorzugsweise ein oder mehrere Kohlenwasserstof fe , besonders bevorzugt > 50 Vol . -% und am meisten bevorzugt > 95 Vol . -% Kohlenwasserstof fe , bezogen auf das Gesamtvolumen des ersten Gases . Das erste Gas ist vorzugsweise frei von nicht gas förmigen Bestandteilen .

Das zweite Gas wird in das Verteilerrohr 4 eingebracht . Das zweite Gas enthält vorzugsweise Sauerstof f , besonders bevorzugt > 20 Vol . -% und am meisten bevorzugt > 95 Vol . -% Sauerstof f , bezogen auf das Gesamtvolumen des zweiten Gases . Rein klarstellend sei angemerkt , dass die Vorrichtung nicht auf die Eindüsung von reinem Sauerstof f oder sauerstof fhaltigen Gemischen limitiert ist .

Das durch das Verteilerrohr 4 strömende Gas weist vorzugsweise einen Druck auf , der größer ist als der Druck, den das die Aus- trittsöf fnungen 6 umgebende Gas oder Gasgemisch aufweist . Der konkrete Druck kann vom Fachmann je nach Anforderung im Einzelfall auf die übliche Weise eingestellt und die Vorrichtung auf an sich herkömmliche Weise entsprechend ausgelegt werden.

Bevorzugt haben die zu vermischenden Gase die gleiche Temperatur. Die konkrete Temperatur richtet sich nach den Erfordernissen im Einzelfall. Grundsätzlich kann die Vorrichtung bei der im jeweiligen Prozess erforderlichen Temperatur oder Temperaturbereich betrieben werden. Bevorzugt ist eine Temperatur mit ausreichendem Abstand zur Zündtemperatur. Es können die aus Sicht des Fachmanns gängigen Temperaturen gewählt werde, vorzugsweise liegen die Temperaturen der Gase oberhalb der jeweiligen Taupunkte der zu mischenden Gase. Die Taupunkte können Standardwerken entnommen werden, beispielsweise Poling, Bruce E., John M. Prausnitz, and John P. O'connell, „The properties of gases and liquids", Vol. 5, New York: Mcgraw-hill, 2001, ISBN: 978-0071189712.

Grundsätzlich kann das erfindungsgemäß hergestellte Gasgemisch beliebige Anteile an erstem und zweitem Gas enthalten. Das erfindungsgemäß hergestellte Gasgemisch enthält vorzugsweise 1 bis 99 Vol.-%, besonders bevorzugt 3 bis 30 Vol.-% und am meisten bevorzugt 5 bis 15 Vol.-% Sauerstoff, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gasgemisches. Das erfindungsgemäß hergestellte Gasgemisch enthält vorzugsweise 1 bis 99 Vol.-%, besonders bevorzugt 20 bis 80 Vol.-% und am meisten bevorzugt 50 bis 70 Vol.-% Kohlenwasserstoffe, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gasgemisches. Die Zusammensetzung des erfindungsgemäß hergestellten Gasgemisches liegt vorzugsweise mindestens 20%, besonders bevorzugt mindestens 15% und am meisten bevorzugt mindestens 10% unterhalb der unteren Zündgrenze des erfindungsgemäß hergestellten Gasgemisches. Die untere Zündgrenze kann Standardwerken entnommen werden und wird beispielsweise auch durch das Bundesamt für Materialforschung und -prüfung ermittelt.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und die erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich insbesondere zur Sauerstof fdosierung zu Kohlenwasserstoffgasströmen. Dies ist in vielen großtechnischen Verfahren erforderlich, wie beispielsweise für die Herstellung von Vinylacetat oder Ethylenoxid .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen ein homogenes und ef fi zientes Mischen von Gasen, was sich vorteilhafter Weise beispielsweise in einer kurzen Mischlänge , einem kleinen Mischvolumen oder einer kurzen Länge der Mischungs zone und, damit zusammenhängend, einer kurzen Mischzeit äußert .

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise für das Mischen von reaktiven Gasen, insbesondere für das Mischen von Sauerstof f ( -haltigen) Gasen mit Kohlenwasserstof fhaltigen Gasen, da die hierbei inhärent latente Gefahr bezüglich zündfähiger Gasvolumen und Zündquellen dramatisch entschärft werden kann . So kann durch erfindungsgemäßes Minimieren des Mischvolumens auch ein etwaiges zündfähiges Volumen minimiert werden . Zudem werden durch das erfindungsgemäße Einbringen eines Gases über das Verteilerrohr 4 , die Zuleitung 4a, die Kanäle 5 und die Platten 2 etwaige , in Gasströmungen oftmals mitgeführte oder mitgerissene Partikel nicht zu Zündquellen, da deren Aufprallen auf eine Rohrwandung oder auf Einbauten unter Freisetzung von Zündenergie im Bereich von zündfähigen Gasvolumen zumindest reduziert oder sogar ausgeschlossen werden kann .

Insgesamt kann mit dem erfindungsgemäßen Mischvorgang eine vorteilhafte Gleichrichtung der verschiedenen Gasströme erreicht werden, was zu den erfindungsgemäßen vorteilhaften Ef fekten beiträgt .

Des Weiteren sind die Austrittsöf fnungen 6 auf der strömungsabgewandten Seite der Platten 2 angebracht , wodurch im Bereich des Mischvolumens keine Prall flächen für Partikel auftreten können und die einzelnen Mischbereiche , die sich hinter den Platten 2 ergeben, befinden sich im Strömungsschatten dieser Platten 2 . Da die einzelnen Mischbereiche nicht Zusammenhängen, werden bei Zündung eines der Mischbereiche in der Regel nicht alle anderen Mischbereich ebenfalls gezündet . Dadurch wird das Sicherheitsrisiko weiter verringert, und die Auswirkungen auf die Vorrichtung und deren Umgebung werden weiter reduziert.

Im erfindungsgemäßen Verfahren können auf Grund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung Druckverluste der Gasströmung im Hauptleitungsrohr 1 vorteilhaft geringgehalten werden. Insbesondere kann auf die in herkömmlichen Mischvorrichtungen übliche, aber zu Druckverlusten führende Umlenkung oder Einschnürung der Hauptströmung verzichtet werden.

All diese Vorteile kulminieren in einer sehr schnellen, effizienten, homogenen Vermischung von Gasströmen bei sicherem Betrieb der Vorrichtung und dies unter vergleichsweise geringen Druckverlusten und ohne Verlust von Kapazität.

Die folgenden Beispiele dienen der detaillierten Erläuterung der Erfindung und sind in keiner Weise als Einschränkung zu verstehen .

Kohlenwasserstoffhaltiger Strom A:

Der kohlenwasserstoffhaltige Strom A bestand aus 60 Vol.-% Ethen, 15 Vol.-% CO2, 15 Vol.-% Essigsäure und 10 Vol.-% Inertgasen und hatte einen Massenstrom von 40 kg/s .

Sauerstoffhaltiger Strom B:

Der sauerstoffhaltige Strom B bestand aus 99,5 Vol.-% Sauerstoff und 0,5 Vol.-% Argon und hatte einen Massenstrom von 2 kg/s .

In Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 aus Strom A und Strom B hergestellte Gasmischung:

Die Gasmischung hatte einen Sauerstoff anteil von 6 Vol.-%, der damit unterhalb der theoretischen Zündgrenze von 8 Vol.-% Sauerstoff von Ethylen-Sauerstoff-Mischungen liegt.

Aber im Zuge des Mischvorganges von Strom A mit Strom B wurde ausgehend von dem Sauerstoff gehalt von 99,5 Vol.-% in Strom B der zündfähige Bereich mit lokalen Sauerstof f konzentrationen von 99 , 5 Vol . -% bis 8 Vol . -% ( Zündgrenze ) durchschritten .

Der für die Zündung solcher Gasmischungen notwendige Energieeintrag beträgt zwischen 0 , 001 bis 0 , 07 mJ, j e nach Sauerstof fanteil der Ethylen-Sauerstof f-Mischung . Diese Zündenergie kann bei den Masseströmen der Ströme A und B schon durch Aufprall eines pg schweren Partikels auf die Rohrwandung freigesetzt werden .

Beispiel 1 :

Folgende Mischvorrichtung wurde eingesetzt :

Die Mischvorrichtung umfasste ein DN500 Rohr als Hauptleitungsrohr 1 , in das sieben parallel zueinander angeordnete Platten 2 eingebracht waren, die an gegenüberliegende Rohrwände des Hauptleitungsrohres 1 angeschweißt waren . Die Flachseiten 3 der Platten 2 waren dabei parallel zur Längsrichtung des Hauptleitungsrohres 1 orientiert .

Vom Verteilerrohr 4 zweigten außerhalb des Hauptleitungsrohres 1 sieben Zuleitungen 4a ab . Jede Zuleitung 4a führte in und durch eine Platte 2 . In der Platte 2 zweigten von j eder Zuleitung 4a Kanäle 5 senkrecht ab .

Ausgehend vom Verteilerrohr 4 über Zuleitungen 4a und Kanäle 5 konnte Gas durch die Austrittsöffnungen 6 in das Hauptleitungsrohr 1 eingebracht werden .

Die Austrittsöf fnungen 6 waren an der Stirnseite der Platten 2 angebracht , die bei Durchströmen des kohlenwasserstof fhaltigen Stromes A durch das Hauptleitungsrohr 1 der Gasströmung abgewandt waren .

In diese Mischvorrichtung wurde der kohlenwasserstof fhaltige Strom A durch das Hauptleitungsrohr 1 geleitet .

Der sauerstof fhaltige Strom B wurde in das Verteilerrohr 4 eingebracht und bei Verlassen der Austrittsöf fnungen 6 mit dem kohlenwasserstof fhaltigen Strom A gemischt .

Die Stirnseiten der Platten 2 , die durch den kohlenwasserstof fhaltigen Strom A im Hauptleitungsrohr 1 angeströmt waren, waren abgerundet .

Die Stirnseiten der Platten 2 , die der Strömungsrichtung des kohlenwasserstof fhaltigen Strom A im Hauptleitungsrohr 1 abgewandt waren, waren flach .

Das zündfähige Volumen in Beispiel 1 war kleiner als 20 Liter und erstreckte sich über eine Länge von weniger 30 cm . Innerhalb dieses Bereichs wurde eine homogene Gasmischung gebildet . Die Druckerhöhung im Falle einer etwaigen Zündung in einem solchen System liegt bei < 0 , 5 bar .

Die Mischlänge war also kurz und das Mischvolumen klein; das Mischen erfolgte also auf ef fi ziente Weise .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistete , dass sich im Bereich der Rohrwand und an den Einbauten, insbesondere im Bereich der Rohrwand von Hauptleitungsrohr 1 , kein zündfähiges Gemisch bildete .

Zudem sorgte die erfindungsgemäße Vorrichtung dafür, dass die Ströme A und B beziehungsweise deren Mischung gleichgerichtet durch das Hauptleitungsrohr 1 strömten und mitgeführte Partikel nicht innerhalb der zündfähigen Mischzone auf die Rohrwand oder Einbauten aufprallten und damit innerhalb der zündfähigen Mischzone keine Zündenergie freigesetzt wurde .

Vergleichsbeispiel 2 :

Die Mischvorrichtung umfasste ein DN500 Rohr als Hauptleitungsrohr 1 , in das eine herkömmliche Düse mit radialer Sauerstof fzuleitung eingebracht war .

Der kohlenwasserstof fhaltige Strom A wurde durch das Hauptleitungsrohr 1 geleitet .

Die Düse hatte kleine , über den Umfang des Hauptleitungsrohres 1 verteilte Bohrungen, über die der sauerstof fhaltige Strom B in den kohlenwasserstof fhaltigen Strom A im Hauptleitungsrohr 1 eingebracht wurde .

In Vergleichsbeispiel 2 betrug das zündfähige Volumen 65 Liter und erstreckte sich über eine Länge von 2 Metern .

Die Druckerhöhung im Falle der Zündung lag bei über 1 , 5 bar . Nachteiliger Weise bildete sich zündfähiges Volumen am Rand des Hauptleitungsrohres 1 . Da das Gas entlang des Hauptleitungsrohres 1 strömte , kann es , falls Partikel in der Strömung mitgeführt werden, in diesem Bereich zu einem Partikelaufprall unter Freisetzung der Zündenergie und dadurch zur Zündung des zündfähigen Volumens kommen .