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WO2020207887A1 - Rohrreaktor und seine verwendung - Google Patents

Rohrreaktor und seine verwendung Download PDF

Info

Publication number
WO2020207887A1
WO2020207887A1 PCT/EP2020/059353 EP2020059353W WO2020207887A1 WO 2020207887 A1 WO2020207887 A1 WO 2020207887A1 EP 2020059353 W EP2020059353 W EP 2020059353W WO 2020207887 A1 WO2020207887 A1 WO 2020207887A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tubular reactor
flow
cylindrical
flow path
relationship
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/059353
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Pierre Freymond
Kurt BÖHME
Original Assignee
Innoil Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Innoil Ag filed Critical Innoil Ag
Publication of WO2020207887A1 publication Critical patent/WO2020207887A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B01J19/243—Tubular reactors spirally, concentrically or zigzag wound
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B01J19/006—Baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/008—Processes for carrying out reactions under cavitation conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761—Details of the reactor
    • B01J2219/00763—Baffles
    • B01J2219/00765—Baffles attached to the reactor wall
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761—Details of the reactor
    • B01J2219/00763—Baffles
    • B01J2219/00765—Baffles attached to the reactor wall
    • B01J2219/0077—Baffles attached to the reactor wall inclined
    • B01J2219/00774—Baffles attached to the reactor wall inclined in the form of cones

Definitions

  • the invention relates to a tubular reactor with the features of claim 1 and uses of the tubular reactor.
  • a tubular reactor for the continuous implementation of chemical reactions under pressure in the fluid phase is known.
  • the known tubular reactor can be designed with a plurality of straight tube sections arranged in parallel, the tube sections having static mixer elements, such as Kenics mixers or ISG mixers, formed in the interior.
  • static mixer elements such as Kenics mixers or ISG mixers
  • the predetermined elongated straight geometry of the pipe sections and the static mixer elements requires an essentially narrow and elongated installation space.
  • the known solution therefore proves to be disadvantageous in particular when it is integrated into existing systems which, due to their construction, have little structural free space or complex installation space geometries.
  • the object on which the invention is based is to propose a tubular reactor which can be replaced in a structurally flexible manner, which can be adapted to different installation space geometries and which enables a wide range of applications.
  • the object is achieved by a tubular reactor with the features according to patent claim 1. Refinements and developments are specified in the dependent claims. Uses of the tubular reactor are indicated with the features of claims 12 to 18.
  • the tubular reactor according to the invention has a plurality of tube bends which are connected to one another to form a flow path which changes the direction of flow several times.
  • cylindrical baffles are arranged at a distance in the flow direction.
  • the cylindrical diaphragms which can also be referred to as nozzle inserts, have inner diameters that reduce the flow cross-section of the flow path.
  • the tubular reactor has an inlet and an outlet.
  • the use of pipe bends enables a particularly space-saving use of the available installation space as well as flexible adaptation to complex installation space geometries, so that the tubular reactor can be adapted to different installation space conditions while maintaining the flow path length.
  • the tubular reactor according to the invention therefore proves to be particularly advantageous for subsequent integration into existing systems.
  • the multiple pipe bends can be connected to one another with different angular offsets, predefined or reactive flow paths can also be implemented. Due to the flow path changing in the direction of flow, mixing of a medium flowing through the tubular reactor is advantageously promoted without the need for active mixing devices.
  • the cylindrical orifices arranged in the flow path are provided in order to achieve a local increase in the flow velocity.
  • a defined tapering of the diameter of a diaphragm leads to an increased flow velocity, with the flow velocity decreasing behind the diaphragm.
  • the diaphragms and pipe bends are used to achieve a targeted heat input and a comminution of constituents contained in the flow medium, in which cavitation is brought about by adjusting the flow velocity in the area at the transition after the taper.
  • the inner diameter of the cylindrical diaphragms changes in steps in the direction of flow. It can be provided that the cylindrical diaphragms in the flow direction of the flow path have three inner diameters D1, D2 and D3 that are reduced in steps, a first inner diameter D1 according to the relationship
  • a third inside diameter D3 according to the relationship 0.8 times D1> D3> 0.7 times D1 are dimensioned.
  • the cylindrical baffles have at least three gradually reduced inner diameters D1, D2 and D3 in the flow direction of the flow path, a first inner diameter D1, a first length L1, a second inner diameter D2, a second length L2 and a third inner diameter D3 have a third length L3, and where the first length L1 according to the relationship 2.5 times L3> L1> 1.5 times L3, the second length L2 according to the relationship 1.7 times L3> L2> 1.3 times L3 , and the third length L3 are dimensioned according to the relationship 0.1 times D3 ⁇ L3 ⁇ 1.5 times D3.
  • the introduction of heat into the tubular reactor can be influenced by the flow rate of a medium flowing through the tubular reactor.
  • a higher flow velocity causes a higher heat input due to friction and turbulence.
  • the heat input is also dependent on the viscosity of the medium flowing through the tubular reactor and the solid content contained therein.
  • the introduction of heat into the tubular reactor is regulated via the speed of a pump.
  • a higher pump speed leads to a higher flow rate, which increases the heat input into the tubular reactor.
  • the flow rate is preferably set so that at the cylindrical diaphragms Cavitation occurs, which promotes the introduction of heat. As the vapor pressure rises with increasing temperature in the medium, cavitation can occur on the impeller in front of the tubular reactor.
  • a multiphase mixture can be provided in the tubular reactor.
  • Gas cavitation can therefore arise in the tubular reactor. This gas cavitation causes additional mixing and comminution of particles in the tubular reactor.
  • the gas cavitation that is brought about can therefore be desired, for example, for a depolymerization process carried out in the tubular reactor, or it can promote a depolymerization process.
  • At least one cylindrical screen can be formed from aluminum according to one embodiment.
  • a screen made of aluminum is used as a heat conductor, catalyst and / or sacrificial anode.
  • a cylindrical diaphragm can be used as a catalyst.
  • At least one cylindrical screen can be formed from a metal containing iron (FE metal), a non-ferrous metal (NF metal), a semiconductor or from noble metal.
  • FE metal metal containing iron
  • NF metal non-ferrous metal
  • noble metal noble metal
  • the pipe bends can be connected to one another with sleeve-shaped connecting pieces.
  • the connection between a sleeve-shaped connection piece and two pipe bends is preferably provided with a screw connection in which the pipe bends are screwed onto the sleeve-shaped connection piece.
  • a sleeve-shaped connecting piece and the pipe bends can have correspondingly designed threads.
  • a cylindrical screen can preferably be enclosed in each sleeve-shaped connecting piece.
  • the sleeve-shaped connecting pieces serve as heat conductors in which frictional heat generated on a cylindrical screen is given off to the flow medium.
  • the cylindrical baffles are arranged in the flow path with a spacing such that a predetermined volume Vx is formed between them, the following relationship applying for each volume Vx:
  • the tubular reactor can be combined with a pump.
  • the inlet of the tubular reactor can expediently be designed for connection to a pressure port of a pump.
  • the invention further comprises various uses of the tubular reactor according to the invention.
  • tubular reactor according to the invention are used as: mixing system, shredding system or heat input system.
  • a use of the tubular reactor according to the invention for the preparation of hot water can also be provided, the tubular reactor being used parallel to a water supply line and being operated at a high flow rate.
  • tubular reactor according to the invention can be used as a heat generator in a biogas plant, the tubular reactor being operated in combination with a pump.
  • a pump used in combination with the tubular reactor according to the invention should have a delivery head of at least 48 m. Furthermore, it should be possible to achieve a high volume flow in order to ensure a desired heat input into the flow medium.
  • tubular reactor according to the invention, in which the tubular reactor is flowed through with a carrier oil mixed with a biomass mixture or combustible substance mixtures.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a section of the tubular reactor 1 according to the invention.
  • the tubular reactor 1 has a total of twenty-five tube bends 2, with three tube bends 2.1, 2.2 and 2.3 being shown in the section shown, which are by means of sleeve-shaped
  • Connecting pieces 3.1, 3.2 are connected to one another.
  • the number of tube bends in the tube reactor is variable and can preferably be two to twenty-five.
  • the sleeve-shaped connecting pieces 3.1, 3.2, 3.3 have threads formed on the outer circumference at their opposite ends, the pipe bends 2.1, 2.2, and 2.3 having threads formed on the inner circumference, so that a sleeve-shaped connecting piece 3 connects two pipe bends 2 with each other.
  • the pipe bends 2.1 and 2.2 are connected to one another by means of the sleeve-shaped connecting piece 3.1 and the pipe bends 2.2 and 2.3 are connected to one another by means of the sleeve-shaped connecting piece 3.2, forming a multiple flow path changing the direction of flow.
  • the sleeve-shaped connection piece 3.3 is screwed into the pipe bend 2.3 on one side, so that a further pipe bend 2 can be screwed onto the opposite end of the sleeve-shaped connection piece 3.3.
  • the pipe bends 2.1, 2.2 and 2.3 are arranged in such a way that a zig-zag-shaped flow path is formed.
  • the pipe bends 2 are preferably made from a stable cast material or from a non-ferrous metal. It can further be provided that the tubular reactor 1 is designed with tube bends 2 made of different materials. A first part of the pipe bends 2 of the tubular reactor 1 can be made of a cast material, a second part of the pipe bends 2 of the tubular reactor 1 being made of a non-ferrous metal. Pipe bends 2 made of different materials can be arranged alternately along the flow path of the tubular reactor 1.
  • the tubular reactor 1 can have at least two cylindrical baffles 4 arranged at a distance in the flow path. In the section shown in FIG. 1, three cylindrical diaphragms 4.1, 4.2 and 4.3 are shown.
  • the number of cylindrical baffles can vary, since it depends on the intended use of the tubular reactor 1. According to an advantageous embodiment, up to twenty-five of the cylindrical baffles 4 can be arranged in the tubular reactor 1.
  • one of the cylindrical diaphragms 4 is enclosed in a sleeve-shaped connecting piece 3.
  • each cylindrical diaphragm 4 is arranged in the flow path between two pipe bends, the end faces of the cylindrical baffles 4 each protruding into the opposite openings of the pipe bends arranged opposite.
  • the cylindrical diaphragms 4 are each arranged in a particularly space-saving manner in the straight cylindrical section between two pipe bends 2.
  • the cylindrical diaphragms 4.1, 4.2 and 4.3 have internal diameters that reduce the flow cross section of the flow path, the internal diameters decreasing in three stages in the direction of flow.
  • Each cylindrical diaphragm 4.1, 4.2 and 4.3 has three inside diameters D1, D2 and D3, D1 being the largest inside diameter in each case.
  • the transitions into the inner diameter D1 are each chamfered.
  • the inner diameters D1, D2 and D3 have different lengths L1, L2 and L3.
  • the cylindrical diaphragms 4.1, 4.2 and 4.3 each have an outer diameter D4.
  • the tubular reactor 1 also has an inlet 5 and an outlet 6.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rohrreaktor (1), aufweisend mehrere Rohrbögen (2, 2.1, 2.2, 2.3), welche unter Ausbildung eines mehrfach strömungsrichtungsändernden Strömungspfades miteinander verbunden sind, einen Einritt (5), einen Austritt (6), und mehrere in dem Strömungspfad in Strömungsrichtung beabstandet angeordnete zylindrische Blenden (4, 4.1, 4.2, 4.3), welche den Strömungsquerschnitt des Strömungspfades verringernde Innendurchmesser aufweisen.

Description

Rohrreaktor und seine Verwendung
Die Erfindung betrifft einen Rohrreaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie Verwendungen des Rohrreaktors.
Aus dem Stand der Technik DE 40 37 284 A1 ist ein Rohrreaktor zur kontinuierlichen Durchführung chemischer Reaktionen unter Druck in fluider Phase bekannt. Der bekannte Rohrreaktor kann mit mehreren parallel angeordneten geraden Rohrabschnitten ausgebildet sein, wobei die Rohrabschnitte im Inneren ausgebildete Statikmischerelemente, wie Kenics- Mischer oder ISG-Mischer, aufweisen. Die vorgegebene länglich gerade Geometrie der Rohrabschnitte und der Statikmischerelemente erfordert einen im Wesentlichen schmalen und langgestreckten Bauraum. Nachteilig erweist sich die bekannte Lösung daher insbesondere bei einer Integration in bestehende Systeme, welche bauartbedingt einen geringen konstruktiven Freiraum oder komplexe Bauraumgeometrien aufweisen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen konstruktiv flexibel ersetzbaren Rohrreaktor vorzuschlagen, welcher an unterschiedliche Bauraumgeometrien angepasst werden kann und einen breiten Anwendungsbereich ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch einen Rohrreaktor mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Verwendungen des Rohrreaktors sind mit den Merkmalen der Ansprüche 12 bis 18 angegeben. Der erfindungsgemäße Rohrreaktor weist mehrere Rohrbögen auf, welche unter Ausbildung eines mehrfach strömungsrichtungsändernden Strömungspfades miteinander verbunden sind. In dem Strömungspfad des Rohrreaktors sind in Strömungsrichtung zylindrische Blenden beabstandet angeordnet. Dabei weisen die zylindrischen Blenden, welche auch als Düseneinsatz bezeichnet werden können, den Strömungsquerschnitt des Strömungspfades verringernde Innendurchmesser auf. Weiterhin weist der Rohrreaktor einen ein Eintritt und einen Austritt auf.
Die Verwendung von Rohrbögen ermöglicht eine besonders platzsparende Ausnutzung eines zur Verfügung stehenden Bauraums sowie eine flexible Anpassung an komplexe Bauraumgeometrien, so dass der Rohrreaktor unter Beibehaltung der Strömungspfadlänge an unterschiedliche bauräumliche Gegebenheiten angepasst werden kann. Vorteilhaft erweist sich der erfindungsgemäße Rohrreaktor daher insbesondere für eine nachträgliche Integration in bestehende Systeme. In dem die mehreren Rohrbögen mit unterschiedlichen Winkelversätzen miteinander verbindbar sind, können außerdem vorgegebene beziehungsweise reaktionsgünstige Strömungspfade realisiert werden. Aufgrund des sich in Strömungsrichtung ändernden Strömungspfad wird vorteilhaft eine Durchmischung eines durch den Rohrreaktor strömenden Mediums begünstigt, ohne dass aktive Mischeinrichtungen erforderlich sind.
Die im Strömungspfad angeordneten zylindrischen Blenden sind vorgesehen, um eine lokale Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen. So führt eine definierte Verjüngung des Durchmessers einer Blende zu einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit, wobei die Strömungsgeschwindigkeit hinter der Blende abnimmt. Ferner werden die Blenden und Rohrbögen eingesetzt, um einen gezielten Wärmeeintrag und eine Zerkleinerung von im Strömungsmedium enthaltenden Bestandteilen zu erreichen, in dem durch eine Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich am Übergang nach der Verjüngung Kavitation herbeigeführt wird. Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass sich der Innendurchmesser der zylindrischen Blenden in Strömungsrichtung stufenweise ändert. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zylindrischen Blenden in Strömungsrichtung des Strömungspfades drei stufenweise verringerte Innendurchmesser D1 , D2 und D3 aufweisen, wobei ein erster Innendurchmesser D1 nach der Beziehung
2,2 mal D3 > D1 > 1 ,8 mal D3,
ein zweiter Innendurchmesser D2 nach der Beziehung 0,6 mal D1 > D2 > 0,4 mal D1 , und
ein dritter Innendurchmesser D3 nach der Beziehung 0,8 mal D1 > D3 > 0,7 mal D1 , dimensioniert sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die zylindrischen Blenden in Strömungsrichtung des Strömungspfades mindestens drei stufenweise verringerte Innendurchmesser D1 , D2 und D3 aufweisen, wobei ein erster Innendurchmesser D1 eine erste Länge L1 , ein zweiter Innendurchmesser D2 eine zweite Länge L2 und ein dritter Innendurchmesser D3 eine dritte Länge L3 aufweisen, und wobei die erste Länge L1 nach der Beziehung 2,5 mal L3 > L1 > 1 ,5 mal L3, die zweite Länge L2 nach der Beziehung 1 ,7 mal L3 > L2 > 1 ,3 mal L3, und die dritte Länge L3 nach der Beziehung 0,1 mal D3 < L3 < 1 ,5 mal D3, dimensioniert sind.
Ein Wärmeeintrag in den Rohrreaktor kann durch die Strömungsgeschwindigkeit eines durch den Rohrreaktor strömenden Mediums beeinflusst werden. Eine höhere Strömungsgeschwindigkeit verursacht einen höheren Wärmeeintrag infolge von Reibung und Verwirbelung. Der Wärmeeintrag ist darüber hinaus von der Viskosität des Mediums, welches den Rohrreaktor durchströmt, und darin enthaltenen Feststoffanteilen abhängig. Erfindungsgemäß wird ein Wärmeeintrag in den Rohrreaktor über die Drehzahl einer Pumpe geregelt. Eine höhere Pumpendrehzahl führt zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit, wodurch der Wärmeeintrag in den Rohrreaktor erhöht wird. Vorzugsweise wird die Strömungsgeschwindigkeit so eingestellt, dass an den zylindrischen Blenden Kavitation entsteht, wodurch der Wärmeeintrag begünstigt wird. Da mit zunehmender Temperatur im Medium auch der Dampfdruck steigt, kann vor dem Rohrreaktor am Impeller Kavitation entstehen. Infolge eines erhöhten Dampfdrucks kann im Rohrreaktor ein Mehrphasengemisch bereitgestellt werden. Im Rohrreaktor kann daher Gaskavitation entstehen. Diese Gaskavitation bewirkt im Rohrreaktor eine zusätzliche Durchmischung und Zerkleinerung von Partikeln. Daher kann die herbeigeführte Gaskavitation beispielsweise für einen im Rohrreaktor durchgeführten Depolymerisationsprozess gewünscht sein beziehungsweise einen Depolymerisationsprozess begünstigen.
Mindestens eine zylindrische Blende kann gemäß einer Ausgestaltung aus Aluminium gebildet sein. Eine aus Aluminium bestehende Blende wird als Wärmeleiter, Katalysator und/oder Opferanaode eingesetzt. Für den Fall, dass mit dem Rohrreaktor eine Herstellung von Wasserstoff in einem sauren Umfeld vorgesehen ist, kann eine zylindrische Blende als Katalysator eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann mindestens eine zylindrische Blende aus einem Eisen enthaltenen Metall (FE-Metall), einem Nichteisenmetall (NE- Metall), einem Halbleiter oder aus Edelmetall gebildet sein.
Die Rohrbögen können mit hülsenförmigen Verbindungsstücken miteinander verbunden sein. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen einem hülsenförmigen Verbindungsstück und zwei Rohrbögen mit einer Schraubverbindung bereitgestellt, in dem die Rohrbögen auf das hülsenförmige Verbindungsstück geschraubt sind. Ein hülsenförmiges Verbindungsstück und die Rohrbögen können entsprechend ausgebildete Gewinde aufweisen. Durch die Verbindung von zwei Rohrbögen mit einem hülsenförmigen Verbindungsstück wird ein zylindrisch gerade verlaufender Strömungsquerschnitt ausgebildet, so dass ein aus mehreren verbundenen Rohrbögen ausgebildeter Strömungspfad abwechselnd gerade verlaufende und gebogene Strömungspfadabschnitte aufweist. Die zylindrischen Blenden können jeweils in einem zwischen zwei verbundenen Rohrbögen gebildeten, gerade verlaufenden, Abschnitt der Rohrbögen angeordnet sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zylindrischen Blenden in die gegenüberliegenden Öffnungen von gegenüberliegend angeordneten Rohrbögen in die zylindrisch gerade verlaufenden Abschnitte der Rohrbögen hineinragen.
Vorzugsweise kann in jedem hülsenförmigen Verbindungsstück eine zylindrische Blende eingefasst sein. In dem die zylindrischen Blenden in den hülsenförmigen Verbindungsstücken an der Verbindungsstelle zwischen zwei Rohrbögen in dem gerade verlaufenden Strömungspfad angeordnet sind, kann eine besonders platzsparende Anordnung und eine erleichterte Zugänglichkeit der zylindrischen Blenden erreichen werden. Gemäß verschiedenen Anwendungen dienen die hülsenförmigen Verbindungsstücke als Wärmeleiter, in dem an einer zylindrischen Blende entstehende Reibungswärme an das Strömungsmedium abgegeben wird.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rohrreaktors kann vorgesehen sein, dass die zylindrischen Blenden in dem Strömungspfad derart beabstandet angeordnet sind, dass zwischen ihnen ein vorgegebenes Volumen Vx ausgebildet ist, wobei für jedes Volumen Vx folgende Beziehung gilt:
Figure imgf000007_0001
Der Rohrreaktor kann mit einer Pumpe kombiniert sein. Zweckmäßigerweise kann der Einritt des Rohrreaktors für eine Verbindung mit einem Druckstutzen einer Pumpe ausgebildet sein.
Die Erfindung umfasst ferner verschiedene Verwendungen des erfindungsgemäßen Rohrreaktors.
Es kann eine Verwendung des erfindungsgemäßen Rohrreaktors vorgesehen werden als: Mischsystem, Zerkleinerungssystem oder Wärmeeintragsystem.
Vorgesehen sein kann weiterhin eine Verwendung des erfindungsgemäßen Rohrreaktors zur Warmwasseraufbereitung, wobei der Rohrreaktor parallel zu einer Wasserversorgungsleitung eingesetzt ist und mit hoher Strömungsgeschwindigkeit betrieben wird.
Weiterhin kann eine Verwendung des erfindungsgemäßen Rohrreaktors als Wärmeerzeuger in einer Biogasanlage vorgesehen werden, wobei der Rohrreaktor in Kombination mit einer Pumpe betrieben wird.
Eine in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Rohrreaktor eingesetzte Pumpe sollte eine Förderhöhe von mindestens 48 m aufweisen. Ferner sollte ein hoher Volumenstrom realisiert werden können, um einen gewünschten Wärmeeintrag in das Strömungsmedium zu gewährleisten.
Weiterhin ist eine Verwendung des erfindungsgemäßen Rohrreaktors vorgesehen, bei welcher der Rohrreaktor mit einem mit einem Biomassegemisch oder brennbaren Stoffgemischen versetzten Trägeröl durchströmt wird.
Weitere Einsatzgebiete des erfindungsgemäßen Rohrreaktors sind:
- die Vorbehandlung von Biomassse,
- die Aufspaltung von Lignin aus Lignozellulose,
- die Umesterung von pflanzlichen Ölen zu Biodiesel,
- die Intensivierung chemischer Reaktionen,
- die Herstellung von Gemischen und Emulsionen in den Bereichen Lebensmittel, Kosmetik und Pharmazie, und
- die Sterilisation von Abwasser. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigt: Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Rohrreaktors
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Rohrreaktors 1 . Der Rohrreaktor 1 weist insgesamt fünfundzwanzig Rohrbögen 2 auf, wobei im gezeigten Ausschnitt drei Rohrbögen 2.1 , 2.2 und 2.3 dargestellt sind, welche mittels hülsenförmigen
Verbindungstücken 3.1 , 3.2 miteinander verbunden sind. Die Anzahl der Rohrbögen des Rohrreaktors ist variabel und kann vorzugsweise zwei bis fünfundzwanzig betragen. Die hülsenförmigen Verbindungsstücke 3.1 , 3.2, 3.3 weisen an ihren gegenüberliegenden Enden außenumfangseitig ausgebildete Gewinde auf, wobei die Rohrbögen 2.1 , 2.2, und 2.3 innenumfangseitig ausgebildete Gewinde aufweisen, so dass ein hülsenförmiges Verbindungsstück 3 jeweils zwei Rohrbögen 2 miteinander verbindet. Im gezeigten Beispiel sind die Rohrbögen 2.1 und 2.2 mittels des hülsenförmigen Verbindungsstücks 3.1 und die Rohrbögen 2.2 und 2.3 mittels des hülsenförmigen Verbindungsstücks 3.2 unter Ausbildung eines mehrfach strömungsrichtungsändernden Strömungspfades miteinander verbunden. Das hülsenförmige Verbindungsstück 3.3 ist einseitig in den Rohrbogen 2.3 eingeschraubt, so dass am gegenüberliegenden Ende des hülsenförmigen Verbindungsstücks 3.3 ein weiterer Rohrbogen 2 aufschraubbar ist. Die Rohrbögen 2.1 , 2.2 und 2.3 sind derart angeordnet, dass einen zick-zack-förmiger Strömungspfad gebildet ist.
Die Rohrbögen 2 sind vorzugsweise aus einem standfesten Guss-Material oder aus einem NE-Metall gefertigt. Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Rohrreaktor 1 mit Rohrbögen 2 aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet ist. Ein erster Teil der Rohrbögen 2 des Rohrreaktors 1 kann aus einem Guss- Material gefertigt sein, wobei ein zweiter Teil der Rohrbögen 2 des Rohrreaktors 1 aus einem NE-Metall gefertigt ist. Rohrbögen 2 aus unterschiedlichen Materialien können entlang des Strömungspfades des Rohrreaktors 1 abwechselnd angeordnet sein. Der Rohrreaktor 1 kann mindestens zwei in dem Strömungspfad beabstandet angeordnete zylindrische Blenden 4 aufweisen. Im gezeigten Ausschnitt der Figur 1 sind drei zylindrische Blenden 4.1 , 4.2 und 4.3 dargestellt. Die Anzahl der zylindrischen Blenden kann variieren, da sie vom Anwendungszweck des Rohrreaktors 1 abgängig ist. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel können bis zu fünfundzwanzig der zylindrischen Blenden 4 in dem Rohrreaktor 1 angeordnet sein. Im gezeigten Beispiel ist jeweils eine der zylindrischen Blenden 4 in einem hülsenförmigen Verbindungsstück 3 eingefasst. Dabei ist jede zylindrische Blende 4 im Strömungspfad zwischen zwei Rohrbögen angeordnet, wobei die Stirnseiten der zylindrischen Blenden 4 jeweils in die gegenüberliegenden Öffnungen der gegenüberliegend angeordneten Rohrbögen hineinragen. Somit sind die zylindrischen Blenden 4 im montieren Zustand der Rohrbögen 2 besonders platzsparend jeweils im zylindrisch gerade verlaufenden Abschnitt zwischen zwei Rohrbögen 2 angeordnet. Zusätzliche gerade verlaufende Strömungspfadabschnitte zur Anordnung der zylindrischen Blenden 4 sind daher nicht erforderlich. Die Anordnung der zylindrischen Blenden 4 jeweils im gerade verlaufenden Abschnitt zwischen zwei Rohrbögen erleichtert zudem die Zugänglichkeit, was insbesondere im Wartungsfall oder bei einem erforderlichen Austausch vorteilhaft ist.
Die zylindrischen Blenden 4.1 , 4.2 und 4.3 weisen den Strömungsquerschnitt des Strömungspfades verringernde Innendurchmesser auf, wobei sich die Innendurchmesser in Strömungsrichtung in drei Stufen verringern. Jede zylindrische Blende 4.1 , 4.2 und 4.3 weist drei Innendurchmesser D1 , D2 und D3 auf, wobei D1 jeweils der größte Innendurchmesser ist. Die Übergänge in den Innendurchmesser D1 sind jeweils angefast. Weiterhin weisen die Innendurchmesser D1 , D2 und D3 verschiedene Längen L1 , L2 und L3 auf. Die zylindrischen Blenden 4.1 , 4.2 und 4.3 weisen jeweils einen Außendurchmesser D4 auf.
Zwischen den im Strömungspfad beabstandet angeordneten zylindrischen Blenden 4.1 , 4.2 und 4.3 sind jeweils Kompartimente mit den Volumen V1 , V2 und V3 ausgebildet.
Weiterhin weist der Rohrreaktor 1 einen Einritt 5 und einen Austritt 6 auf.
Bezugszeichenliste
1 Rohrreaktor
2, 2.1 , 2.2, 2.3 Rohrbögen
3, 3.1 , 3.2, 3.3 hülsenförmiges Verbindungsstück
4, 4.1 , 4.2, 4.3 zylindrische Blende
5 Eintritt
6 Austritt
D1 , D2, D2 Innendurchmesser
D4 Außendurchmesser
V1 , V2, V3 Volumen

Claims

Patentansprüche
1 . Rohrreaktor (1 ), aufweisend mehrere Rohrbögen (2, 2.1 , 2.2, 2.3), welche unter Ausbildung eines mehrfach strömungsrichtungsändernden Strömungspfades miteinander verbunden sind, einen Einritt (5), einen Austritt (6), und mehrere in dem Strömungspfad in Strömungsrichtung beabstandet angeordnete zylindrische Blenden (4, 4.1 , 4.2, 4.3), welche den Strömungsquerschnitt des Strömungspfades verringernde Innendurchmesser aufweisen.
2. Rohrreaktor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der
Innendurchmesser einer zylindrischen Blende (4, 4.1 , 4.2, 4.3) in Strömungsrichtung stufenweise ändert.
3. Rohrreaktor (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen Blenden (4, 4.1 , 4.2, 4.3) in Strömungsrichtung des Strömungspfades drei stufenweise verringerte Innendurchmesser D1 , D2 und D3 aufweisen, wobei ein erster Innendurchmesser D1 nach der Beziehung
2,2 mal D3 > D1 > 1 ,8 mal D3,
ein zweiter Innendurchmesser D2 nach der Beziehung
0,6 mal D1 > D2 > 0,4 mal D1 , und
ein dritter Innendurchmesser D3 nach der Beziehung
0,8 mal D1 > D3 > 0,7 mal D1 ,
dimensioniert sind.
4. Rohrreaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen Blenden (4, 4.1 , 4.2, 4.3) in Strömungsrichtung des Strömungspfades drei stufenweise verringerte Innendurchmesser D1 , D2 und D3 aufweisen, wobei ein erster Innendurchmesser D1 eine erste Länge L1 , ein zweiter Innendurchmesser D2 eine zweite Länge L2 und ein dritter Innendurchmesser D3 eine dritte Länge L3 aufweisen, und wobei die erste Länge L1 nach der Beziehung
2,5 mal L3 ^ L1 > 1 ,5 mal L3,
die zweite Länge L2 nach der Beziehung 1 ,7 mal L3 > L2 > 1 ,3 mal L3, und
die dritte Länge L3 nach der Beziehung 0,1 mal D3 < L3 < 1 ,5 mal D3,
dimensioniert sind.
5. Rohrreaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zylindrische Blende (4, 4.1 , 4.2,
4.3) aus Aluminium gebildet ist.
6. Rohrreaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zylindrische Blende (4, 4.1 , 4.2,
4.3) aus einem Eisen enthaltenen Metall, einem Nichteisenmetall, einem Halbleiter oder aus Edelmetall gebildet ist.
7. Rohrreaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrbögen (2, 2.1 , 2.2, 2.3) mit hülsenförmigen Verbindungsstücken (3, 3.1 , 3.2, 3.3) miteinander verbunden sind.
8. Rohrreaktor (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem hülsenförmigen Verbindungsstück (3, 3.1 , 3.2, 3.3) eine zylindrische Blende (4, 4.1 , 4.2, 4.3) eingefasst ist.
9. Rohrreaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen Blenden (4, 4.1 , 4.2, 4.3) jeweils in einem zwischen zwei verbundenen Rohrbögen (2, 2.1 , 2.2, 2.3) gebildeten, gerade verlaufenden, Abschnitt der Rohrbögen (2, 2.1 , 2.2,
2.3) angeordnet sind.
10. Rohrreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden in dem Strömungspfad derart beabstandet angeordnet sind, dass zwischen ihnen ein vorgegebenes Volumen Vx ausgebildet ist, wobei für jedes Volumen Vx folgende Beziehung gilt:
Figure imgf000015_0001
1 1 . Rohrreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Einritt für eine Verbindung mit einem Druckstutzen einer Pumpe ausgebildet ist.
12. Verwendung eines Rohrreaktors mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 11 als Mischsystem, Zerkleinerungssystem oder Wärmeeintragsystem.
13. Verwendung eines Rohrreaktors mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 11 als Wärmeeintragsystem, wobei ein Wärmeeintrag in den Rohrreaktor durch die Strömungsgeschwindigkeit eines durch den Rohrreaktor strömenden Mediums beeinflusst wird.
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass an den zylindrischen Blenden Kavitation entsteht.
15. Verwendung eines Rohrreaktors mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 11 zur Warmwasseraufbereitung, wobei der Rohrreaktor parallel zu einer Wasserversorgungsleitung eingesetzt und mit hoher Strömungsgeschwindigkeit betrieben wird.
16. Verwendung eines Rohrreaktors mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 11 als Wärmeerzeuger in einer Biogasanlage, wobei der Rohrreaktor in Kombination mit einer Pumpe betrieben wird.
17. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Förderhöhe von mindestens 48 m aufweist.
18. Verwendung eines Rohrreaktors mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 11 , wobei der Rohrreaktor mit einem mit einem Biomassegemisch oder brennbaren Stoffgemischen versetzten Trägeröl durchströmt wird.
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