DD148172A3

DD148172A3 - Verfahren und anordnung zur kontinuierlichen probenahme von rohgasen

Info

Publication number: DD148172A3
Application number: DD79210381A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Oberlaender; Reinhard Mueller; Werner Funke
Original assignee: Gerhard Oberlaender; Reinhard Mueller; Werner Funke
Priority date: 1979-01-08
Filing date: 1979-01-08
Publication date: 1981-05-13
Also published as: YU3880A; JPS5595849A; CS230655B1; DE2946759A1; SU1065719A1; US4317379A

Abstract

Mit dem Verfahren sowie der zugehoerigen Anordnung zur kontinuierlichen Probenahme von Rohgasen ist es moeglich, aus einem unter Hochdruck und hoher Temperatur stehenden, mit Staub, Teer und Wasserdampf stark verunreinigten Rohgas ohne sicherheitstechnische Risiken ein reines und kaltes Meszgas zu erzeugen, das kontinuierlich Geraeten zur Meszwerterfassung fuer die Steuerung von Gaserzeugungsanlagen zugefuehrt wird. Die Loesung dieser Zielstellung erfolgt insbesondere durch eine zweifache anisokinetische Abfuehrung des Rohgases aus der Hauptleitung und des Meszgases aus dem Rohgaskreislauf sowie durch eine solche Temperaturfuehrung nach der Rohgaskuehlung,dasz alle kondensierbaren Produkte als Fluessigkeiten vorliegen, die gleichzeitig zur Abfuehrung von Feststoffen dienen, jedoch eine Erstarrung vor allem teeriger Produkte nicht erfolgt. Das Verfahren ist zur Rohgasprobenahme an Generatoren zur Erzeugung von Druckvergasungsgas aus festen Brennstoffen erprobt worden, eignet sich aber in gleichem Masze zum Einsatz an Erdgassonden und an Chemieanlagen. Das Prinzip der Anordnung ist in der zugehoerigen Zeichnung dargelegt.

Description

-λ-. 2 1 O 381

a) Titel der Erfindung

Verfahren und Anordnung zur kontinuierlichen Probenahme von Rohgasen.

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur kontinuierlichen Abführung von einem Teilstrom eines Rohgases zum Einsatz als Meßgas für die Prozeßkontrolle oder Prozeßsteuerung.

In der Gaserzeugung, z.B. bei der Sauerstoffdruckvergasung, fallen unter Hochdruck stehende, heiße, wasserdampfgesättigte Rohgase an. Derartige Gase können den für ein optimales Betriebsregime notwendigen Gasanalysengeräten sowie den diesen vorgeschalteten Präzisionsdruckminderventilen nicht unmittelbar zugeführt werden, sondern müssen für solche Analysenzwecke gesondert aufbereitet werden. Dieser Aufgabe dient das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zu dessen Realisierung notwendige Anordnung

Die Erfindung kann zweckmäßigerweise auch zur kontinuierliehen Probenahme an Erdgassonden zur Anwendung kommen, durch die heißes und unter hohem Druck stehendes Erdgas gefördert wird, das ebenfalls wasserdampfgesättigt ist und feste Bestandteile sowie bei Abkühlung kondensierte Kohlenwasserstoffe enthält.

Darüber hinaus sind das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung an weiteren, rohgasführenden Anlagen, insbesondere in der chemischen Industrie, dann vorteilhaft anwendbar, wenn ähnlich schwierige Probenahmebedingungen vorliegen.

" ²" 2 f O 381

c) Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Es ist "bereits bekannt, Rohgas aus dem Gasstrom über einen Umgang abzuführen, über ein Ventil dessen Entspannung vorzunehmen und den Gasdruck über.eine Tauchung zu regeln.

^ie Durchführung dieses Verfahrens gewährleistet keine ausreichende Reinigung des Meßgases. Sie birgt dagegen Gefahren in sicherh.eitstechnischer Hinsicht in sich und widerspricht den sicherheitstechnischen Vorschriften, da durch die im Rohgas enthaltenen Teere und Stäube ein unkontrollierter Druckaufbau im Probenahmesystem auftreten kann» Auch eine nachträgliche Reinigung des Meßgases mittels Keramikfiltern oder anderen Filtermaterialien ergibt in diesem Fall keinen ausreichenden Reinheitsgrad zur Gewährleistung eines konstanten störungsfreien Betriebes der Analysengeräte.

Ein solcher angestrebter störungsfreier Betrieb konnte auch durch den Einsatz von Filtern auf der Hochdruckseite nicht realisiert werden.

Unabhängig' davon ob diese Filter aus keramischen, faserigen oder porösen organischen Materialien bestehen, kommt es bereits nach relativ kurzen Betriebszeiten zu Verstopfungen und damit zu Ausfällen in der Meßwertanzeige. Zur Beseitigung dieser Verstopfungen ist eine Reinigung oder ein Austausch der Filter erforderlich, womit hohe ArbeitszeitaufWendungen verbunden sind.

Die Verwendung von Elektrofiltern, insbesondere zur Abscheidung von Flüssigkeitsnebeln, z.B. Teeren und Feststoffen, verbietet sich bei der Möglichkeit des Auftretens explosiver Gasgemische, die bei der Sauerstoffdruckvergasung von festen Brennstoffen nicht auszuschließen sind. Der für diesen Fall notwendige Einbau von Sicherheitseinrichtungen, wie Flammenrückschlagventilen und dergleichen, ist mit einem unvertretbar hohen materiellen Aufwand verbunden.

-3- 210 381

Bei dieser Verfahrenslösung ist darüber hinaus eine Vollständigkeit der Abscheidung der Verunreinigungen nicht gewährleistet. Der Austrag der abgeschiedenen, in mehreren Phasen (flüssig, pastös und fest) vorliegenden Produkte führt zu weiteren Schwierigkeiten und Aufwendungen.

Es ist weiter bereits vorgeschlagen worden, die Abscheidungen der flüssigen und festen Verunreinigungen mit Hilfe von Zentrifugalabscheidern vorzunehmen, Dieser Verfahrensvorschlag hat den Nachteil, daß unter den vorliegenden Bedingungen an den Eingangsdüsen und Zyklonwandungen Ausstrahlungen auftreten.

Angesichts des hohen Gasdruckes sind dann aus sicherheitstechnischen Gründen nach relativ kurzen Zeiträumen periodische Wanddickenmessungen vorzunehmen.

Außerdem ist auch in diesem Fall die Ableitung der abgeschiedenen Produkte mit Schwierigkeiten verbunden«,

Desweiteren wurde in der DD - PS 94 909 ein Verfahren zur kontinuierlichen Entnahme von Proben eines verunreinigten Gases von hohen Temperaturen, besonders eines Rohgases aus einem Braunkohlen-Druckgasgenerator sowie eine Einrichtung zu dessen Durchführung beschrieben.

Bei dieser Verfahrenslösung kommt es jedoch durch das Fehlen von Voraussetzungen für eine erneute Aufheizung der abgeschiedenen Produkte vor dem Abfördern aus dem Probenahmesystem, durch die Verwendung waagerechter Leitungsabschnitte und das Fehlen anisokinetischer Abführungen zu Verstopfungen und zum Ausfall der Einrichtung. 30

In der DD - PS 110 345 sind ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Entnahme von mit Staub und Kondensat beladenen unter Druck stehendem Gas, insbesondere von Rohgas für Analysenmessungen dargestellt, bei denen in einem abge-55-zweigten Teilstrom ein Gasfluß mittels einer in der Hauptleitung angeordneten Blende erzeugt wird.

210 381

Diese Blende bietet jedoch insbesondere bei :der Förderung von Gasen, die mit großen Anteilen von Staub und Teer belastet sind, eine akute Gefahr hinsichtlich der Ablagerung dieser Produkte in der Hauptleitung,

5> Umfangreiche Betriebsuntersuchungen zeigten, daß nur eine einmalige Abführung des Probegases entgegen der Strömungsrichtung, insbesondere beim Fehlen eines Zwangsumlaufes im Probekreislauf, sehr schnell zur Verstopfung des Probenahmesystems und immer zur Verschmutzung des Meßgassystems führt.

Innerhalb des technischen Suchfeldes zum betrachteten Fachgebiet ist es bereits bekannt, daß es mit Hilfe einer Pumpe, z.B. Dampfstrahlpumpe, Injektor, möglich ist, einen Teilgasstrom in den Hauptgasstrom zurückzufordern.

Die Schaltung der Pumpe an das Ende des Probenahmesystems gewährleistet, daß die Gaszusammensetzung innerhalb des Systems nicht verändert wird« Es ist weiterhin bekannt, daß es möglich ist, die im Rohgaskreislauf abgeschiedenen Produkte mit Hilfe einer solchen Pumpe kontinuierlich in das Gaserzeugungssystem wieder zurückzuführen.

d) Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine entsprechende Anordnung zu schaffen, mit denen ausgehend von einem sehr stark verunreinigten Rohgas und unter Ausschaltung sicherheitsTiechnischer Risiken den eingesetzten Gas-IQ analysengeräten kontinuierlich und praktisch ohne Bedienungs- und Wartungsaufwand mit minimaler Totzeit ein kaltes Meßgas zugeführt werden kann, das frei von Verunreinigungen ist und dessen Grundzusammensetzung durch das Verfahren der Probenahme nicht verändert wird.

-5- 210 38 1

β) Darleftiinp des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend ausführlich dargelegten Nachteile und Mängel bekannter Verfahren und Vorrichtungen zur Rohgasprobenahme umfassend zu beseitigen

5

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,' daß aus der Rohgashauptleitung sowie einem aufzubauenden Rohgasprobekreislauf ein Meßgas doppelt anisokinetisch abgeführt, hochdruckseitig gefiltert, entspannt, geschützt durch Kondensatabscheider und niederdruckseitig gefiltert, der Meßgeräteanordnung zugeführt wird.

Das zu untersuchende Rohgas -wird aus der Hauptleitung anisokinetisch mittels einer im Zentrum derselben in Strömungsrichtung angeordneten Sonde entnommen.

Die Ableitung des Rohgases zu einem senkrecht angeordneten Kühler erfolgt über vorzugsweise steigend oder geneigt geführten Leitungselemente. Nach dem Kühler befindet sich ein Dampfinjektor, der die Förderung des zu untersuchenden Rohgases sowie die Wiedereinspeisung des nicht für das Meßgassystem entnommenen Rohgases und der abgeschiedenen festen und flüssigen Gasverunreinigungen in die Rohgashauptleitung in Strömungsrichtung vornimmt»

Die Abführung des Meßgases aus dem Rohgaskreislauf erfolgt wiederum anisokinetisch über eine im Zentrum der Rohgasprobeleitung in Strömungsrichtung angeordnete Sonde. Die Rohrleitung zwischen Kühlerausgang und Dampfinsektoreingang ist vorzugsweise so lang sowie der Abstand der Meßgasabführung zwischen Kühlerausgang und Dampfinjektorausgang ist vorzugsweise so groß, daß eine Aufheizung des Rohrleitungsabschnittes durch Wärmeleitung gewährleistet wird. Die Meßgasleitung ist zur senkrechten Rohgasprobeleitung steigend angeordnet und führt über ein mit Glaswatte gefiltertes Hochdruckfilter mit selbstdichtendem Verschluß, ein

-β- 210 38 1

Druckminderventil, einen Kondensatabscheider und ein Polyurethanfilter zu den Meßgeräten,

Nach der Rohgasabführung aus der Hauptleitung ist ein mittels Ventil im Normalfall verschlossener Stutzen angeordnet, über den die Zuspeisung eines Fremdgases in den Rohgasprobekreislauf und somit eine Kontrolle des Totzeitverhaltens der Probenahmeanordnung möglich ist.

Schließlich sind im Rohgasprobekreislauf Ventile und Ausblasestutzen derartig angeordnet, daß das gesamte System vor der Inbetriebnahme bzw. zu Reinigungszwecken mit Dampf gegen die Atmosphäre gespült werden kann. Airch das Spülen gegen die Atmosphäre ist das gesamte Druckgefälle vom Spülte dampf wirksam und eine Kontrolle des Spülvorganges möglich.

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik beruht die Erfindung auf der Nutzung einer doppelten anisokinetischen Abführung des Rohgases aus der Hauptleitung und aus dem

Rohgaskreislauf. Durch diese Verfahrensweise ist es möglich, 0

auch aus Rohgasen mit sehr hohen Gehalten an festen und flüssigen Anteilen diese Verunreinigungen aus dem Probenahmesystem von vornherein nahezu vollständig auszuhalten.

Die Rohgaszuführung in das Probenahmesystem ist so gestaltet, daß unmittelbar nach der Abführung aus der Hauptleitung ausfallende Verunreinigungen entweder zurück oder in den senkrecht angeordneten Kühler abfließen können. Diese Anordnung schließt eine plötzliche Senkung der Konsistenz der abgeschiedenen Stoffe am Eingang zum Kühler aus. D

Die Anordnung des als Fördermittel eingesetzten Dampfin'jektors in dem Probenahmesystem und die Festlegung der Rohrleitungsquerschnitte sowie der Abstände zwischen Kühlerausgang, Abgang der Meßgasleitung und Eingang Injektor gestattet eine nochmalige Aufheizung der im Kühler abgeschiedenen Staub-Teer-Wasser-Suspension, wodurch eine Verstopfung des Apparateteiles zwischen Kühler und Injektor vermieden wird.

210 381

Diese Maßnahme hat zur Folge

- ein ausreichendes Fließvermogen der im Kühler abgeschiedenen Stoffe und die Vermeidung von Verstopfungen

- eine erneute begrenzte Aufheizung des Meßgases, wodurch die Fließfähigkeit und ein Rückfließen möglicherweise in die Meßgasleitung mitgeführter und sich dort abscheidender geringer Anteile von flüssigen und festen Anteilen suspendierter Verunreinigungen gewährleistet bleibt

- durch die begrenzte Aufheizung die weitgehende Verhinderung eines erneuten Verdampfens von im Kühler auskondensierten flüssigen Gasverunreinigungen.

Die Abführung der Meßgasleitung aus dem Rohgaskreislauf ist so gestaltet, daß sich im Meßgassystem abscheidende Teerölnebel auf Grund der Temperaturverteilung flüssig bleiben ? und auf Grund des gewählten Winkels der Meßgasleitung zur senkrechten Leitung des Rohgaskreislaufes zurückfließen können. Durch die Schaffung der Möglichkeit zur Zuspeisung von einem Kontrollgas am Eingang der Probenahmevorrichtung wird die Möglichkeit zur Kontrolle der Wirksamkeit der Vor- ^ richtung und der Einhaltung der vorgegebenen Totzeit geschaffen.

Die technische Ausführung und die Wirkungsweise des Verfahrens ist gegenüber den herkömmlichen Verfahren zur Probenähme von Rohgasen gekennzeichnet durch ~ einen einfachen und übersichtlichen Aufbau

- die Ausschaltung des Kontaktes des Bedienungspersonals mit Kondensaten und Gasen

- die Vermeidung von Spülgasen im Meßgassystem und die dadurch nicht notwendige Rückführung von Gasen unter Niederdruck in das Hochdrucksystem

- ein günstigeres Totzeitverhalten_e

- ⁸- 2 10 38 1

f) Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung.

In einer Hauptleitung 1 wird das zu untersuchende Rohgas mit den Parametern

Gasdruck: 2,5 MPa

Gastemperatur: 450 bis 475 ⁰K

Wasserdampfgehalt: gesättigt unter den

vorstehenden Bedingungen

Fest stoff gehalt: . 100 bis 500 g/rn^. ölig-teerige Anteile: 100 g/nr

geführt. Mittels, einer im Zentrum dieser Leitung in Strö-P mungsrichtung angeordneten Sonde 2 wird ein robegas anisokinetisch entnommen und über eine steigende Leitung 5 einem senkrecht angeordneten Kühler 4 zugeführt. Am Ausgang des Kühlers liegt ein Gas mit einer Temperatur von ca. 500 bis 520 ⁰K vor. Produkte mit einem Siedepunkt unter dieser Temperatur kondensieren aus.

Das kondensatfreie Meßgas wird mittels einer weiteren Sonde 5> die im Zentrum der vom Kühler abgehenden Leitung 6 angeordnet ist, wiederum anisokinetisch entnommen und über eine steigende Meßgasleitung 7 einem Hochdruckfilter 9 zugeführt. Mit einem diesem Filter vorgeschalteten Ventil 8 wird eine Trennung zwischen Hochdruck, und Niederdruckteil der erfindungsgemäßen Anordnung vorgenommen. Das "Ventil 8 wird erst geöffnet, wÄn die Betriebsbedingungen bezüglich Druck und Temperatur vorliegen.

Das Meßgas wird dann über einen Druckminderer 10 entspannt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das angeordnete Sicherheitsventil 11 die Aufgabe, die Einstellung eines Sekundärdruckes des Druckminderers von < 0,14 MPa zu sichern.

9 - 2 10 3©1

Über aus sicherheitstechnischen Erwägungen vorgeschalteten Kondensatabscheider 12 und Filter 15 wird das Meßgas schließlich dem Analysengerät 14 mit folgenden Parametern zugeleitet: Gasdruck: 5 kPa

Gastemperatur: 500 bis 520 ⁰K (Umgebungstemperatur)

Wasserdampfgehalt: untersättigt, entsprechend

dem Entspannungsverhältnis Feststoffgehalt und keine nachweisbaren Spuren ölig-teerige Rück- an dem vor dem Analysengestände: rät angeordneten Kontrollfilter.

Bei 200 l/h Meßgasbelastung ergibt sich eine Totzeit von 5 bis 4 Minuten, einschließlich Analysengerätschaft.

Die erfindungsgemäße Temperaturführung nach der Rohgaskühlung gewährleistet, daß alle kondensierbaren Produkte als Flüssigkeiten vorliegen, die zugleich zur Abführung von Feststoffen dienen; und eine Erstarrung vor allem teeriger Produkte nicht erfolgt.

Das unterhalb der Leitung 6 anfallende Kondensat wird mit Dampf, der über eine Leitung I5 zugeführt wird, erneut verdampft und mit· dem nicht benötigten Rohgas aus der steigenden Leitung 5 mittels eines Injektors 16 in die Haupt-' leitung 1 zurückgespeist.

In der steigenden Probegasleitung 5 sowie in der Rohgasrückführung sind Absperrorgane und Ausblaseleitungen 17 angeordnet, die technologische Trennstellen, Inbetriebnahme- und Reinigungshilfsmittel darstellen«,

Claims

-ίο- 2 1 0 381

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur kontinuierlichen Abführung von einem Teilstrom eines Rohgases zum Einsatz als Meßgas für die Prozeßkontrolle oder Prozeßsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Rohgashauptleitung (1) sowie einem aufzubauenden Rohgasprobekreislauf (6) ein Meßgas doppelt anisokinetisch abgeführt und danach hochdruckseitig gefiltert, entspannt, geschützt vor evt. Kondensaten sowie niederdruckseitig gefiltert, ein'er Meßgeräteanordnung (14) zugeführt wird. 10
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur ersten anisokinetischen Entnahme des Rohgases im Zentrum der Hauptleitung (1) in Strömungsrichtung eine Rohgasentnahmesonde (2) und zur zweiten anisokinetischen Entnahme im Zentrum der vom Kühler abgehenden Leitung (6) eine Meßgasentnahmesonde (5) angeordnet werden.
5. Anordnung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrleitungsabschnitt zwischen Kühler (4) und Injektor (16) vorzugsweise so lang gestaltet und die Meßgasentnahmesonde vorzugsweise in einem solchen Abstand vom Kühler angeordnet wird, daß eine erneute Aufheizung der abgeschiedenen Suspension durch Wärmeleitung gewährleistet wird«

Hierzu// Seite Zeichnung