DD245467B1 - Verfahren zur russfreien verbrennung grosser kohlenwasserstoffgasmengen an einem fackelkamin - Google Patents

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rußfreien Verbrennung großer Kohlenwasserstoffgasmengen an einem Fackelkamin. Solche Gase fallen in Betrieben der Erdölverarbeitung und Petrolchemie an und müssen aus Gründen der Betriebssicherheit und des Umweltschutzes vollständig verbrannt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffgasen erfolgt in der Flamme eine thermische Aufspaltung der Kohlenwasserstoffe, wobei freier Kohlenstoff in Form von Ruß entsteht. Die Neigung der Kohlenwasserstoffe zur Rußbildung ist um so größer, je kleiner das H/C-Verhältnis ist. Die Bildung von Ruß tritt insbesondere bei Gasen auf, deren H/C-Verhältnis kleiner als 0,33 ist. Die grundsätzlichen Bedingungen für eine rußfreie Verbrennung von Kohlenwasserstoffgasen sind bekannt und bestehen in

— der Zumischung von Primärluft zum Gas, um den Kohlenstoff zu vergasen,

— der Zuführung von Sekundärluft zur Gewährleistung der vollständigen Verbrennung des Gases und gegebenenfalls

— der Zugabe eines zusätzlichen Vergasungsmittels, wofür überwiegend Wasserdampf verwendet wird.

Für die Verbrennung von Gasen in Gasbrennern ist eine Vielzahl bewährter Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Diese lassen sich jedoch nicht bei der Verbrennung sehr großer Gasmengen anwenden, die zwischen einigen Tausend bis über 100000m³/h liegen.

Für die Verbrennung derartig großer Gasmengen, die in Bodenfackeln oder Hochfackeln erfolgt, bestehen Probleme insbesondere bei Hochfackeln hinsichtlich der kostengünstigen Bereitstellung der benötigten großen Mengen von Primärluft und Vergasungsmittel, der Mischung von Gas mit Primärluft und Vergasungsmittel sowie hinsichtlich eines geringen apparativen Aufwandes.

Eine sehr einfache Möglichkeit der Zuführung von Vergasungsmitteln besteht darin, rings um den Fackelkopf mehrere Dampfdüsen zu verteilen, mit denen Dampf in den Gasstrom bzw. in die Flamme geblasen wird.

Die Dampftreibstrahlen reißen eine gewisse Menge Luft mit und führen zu einer turbulenten Vermischung des Dampfes mit dem

Der Dampfverbrauch ist sehr hoch und wird nach Hess, K. Ludwigshaven, Verfahrenstechnik 3(1969) S^286 mit 0,5-1 ,Okg Dampf pro m³ Gas angegeben.

Zur Verringerung des Dampfverbrauches wird in der DE-AS 2361498 eine spezielle Düsenkonstruktion beschrieben, durch die das Arbeitsvermögen des Dampfes besser in kinetische Energie umgewandelt werden kann.

Die Düsen sind so angeordnet, daß die kinetische Energie des Dampfstrahles zu 50% zur Erzeugung von Turbulenz in der Flamme und zu 50% zur Luftansaugung genutzt wird.

Die Luft wird auch bei dieser Konstruktion durch den freien Dampfstrahl mitgerissen, wodurch keine generelle Verbesserung der Luftansaugung erreicht wird.

Zur innigen Mischung von Gas mit dem als Vergasungsmittel dienenden Wasserdampf wird nach der DE-AS 2414836 der Dampf durch radial in den Gasstrom hineinragende Stege verteilt. Diese Stege sind so geformt, daß durch die kinetische Energie des aufsteigenden Gasstromes Luft aus der Umgebung angesaugt wird.

Von Nachteil ist, daß der Gasstrom durch enge Spalten strömen muß, um eine zur Luftansaugung genügend hohe kinetische Energie zu erhalten.

Dadurch kommt es zu einem hohen Gasdruck vor dem Fackelbrenner, dem die für Abgassysteme allgemein bestehende Forderung nach niedrigem Gasdruck entgegensteht.

Eine Verbesserung der Luftförderung wird mit der in der DE-AS 2450205 beschriebenen Vorrichtung erreicht.

Ziel dieser Vorrichtung ist die Verminderung des Dampfverbrauches von bisher 0,5-1,5kg/kg Abgas bei der Dampfinjektion.

Durch spezielle Injektorstäbe wird eine Luftansaugung von 8-10kg Luft/kg Dampferreicht. Da der Bedarf an Primärluft zur Unterdrückung der Rußbildung etwa 5 kg Luft pro kg Gas beträgt, ergibt sich mit dieser Vorrichtung ein Dampfverbrauch von 0,5 bis 0,625 kg/kg Gas.

In der DE-PS 2725202 wird eine luftbeschickte Abgasverbrennungsvorrichtung an einem Fackelkamin beschrieben, mit der eine wesentliche Verminderung des Energieverbrauches beim Betrieb eines Fackelbrenners erreicht werden soll. Der Dampf wird danach zunächst zum Antrieb einer Turbine und eines Gebläses benutzt. Die Luft wird in einem Kaminrohr nach oben gefördert.

Im Inneren des Kaminrohres befindet sich die Gasrohrleitung. Die Mischung von Gas und Luft erfolgt am Fackelkopf durch Verteilereinrichtungen.

Der Turbinenabdampf wird dem Luftstrom zugesetzt.

Als Nachteil wird beschrieben, daß bei tiefen Temperaturen infolge Kondensation oder Eisbildung der Turbinenabdampf dem Luftstrom zugesetzt werden kann und die Einspeisung von Frischdampf in den Luftstrom notwendig ist.

Diese Vorrichtung erfordert einen erheblichen apparativen Aufwand für Turbine, Gebläse und Kaminrohr. Infolge der Trägheit des Systems von Turbine und Gebläse ist ein schnelles Reagieren auf Veränderungen der Gasmenge nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur rußfreien Verbrennung großer Kohlenwasserstoffgasmengen an einem Fackelkamin zu entwickeln, bei welchem die für die Rußfreiheit notwendigen großen Mengen Primärluft mit niedrigem apparativem Aufwand und geringem Bedarf an Vergasungsmitteln bereitgestellt werden und eine innige Vermischung von Kohlenwasserstoffgas, Primärluft und Vergasungsmittel erfolgt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

— Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine rußfreie Verbrennung großer Kohlenwasserstoffgasmengen im ungeteilten Gasstrom an einem Fackelkamin durch eine gute Luftförderung ohne mechanisch bewegte Teile und mit geringem Wasserdampfbedarf zu erreichen.

— Merkmale der Erfindung

Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zur rußfreien Verbrennung benötigte Primäcluft in Form von Luftstrahlen hoher kinetischer Energie unmittelbar am Fackelkopf in einen nicht unterteilten Kohlenwasserstoffgasstrom geblasen wird. Die kinetische Energie und Luftstrahlen bewirkt eine turbulente Vermischung von Luft und Gas und liegt im Bereich von 450Nm/kg bis 11250Nm/kg, was einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 bis 150m/s entspricht.

Eine darüber hinausgehende kinetische Energie der Luftstrahlen bringt Nachteile wegen des steigenden Energiebedarfs und der Gefahr, daß die Flamme vom Fackelkopf weggeblasen wird.

Die Beschleunigung der Luft erfolgt mittels an sich bekannter Strömungsgebläse, die als Treibmittel Wasserdampf oder Druckluft verwenden.

Wird Wasserdampf als Treibmittel eingesetzt, verbleibt dieser im beschleunigten Luftstrahl und dient als zusätzliches Vergasungsmittel zur Unterdrückung der Rußbildung.

Bei ausreichend großer zugeführter Luftmenge ist ein zusätzliches Vergasungsmittel nicht nötig, so daß die Strömungsgebläse gegebenenfalls auch mit Druckluft betrieben werden können.

Vorzugsweise wird jedoch Wasserdampf als Treibmittel verwendet. Je nach Druck des Dampfes und kinetischer Energie der Luftstrahlen werden mit einem Kilogramm Dampf 30 bis 100 kg Luft gefördert.

Die Strömungsgebläse werden erfindungsgemäß direkt am Fackelkopf angeordnet und saugen die Luft unmittelbar aus der Umgebung an.

Damit sind zusätzliche Rohrleitungen nicht erforderlich, und es entsteht kein zusätzlicher Energiebedarf durch Strömungswiderstände in Rohrleitungen.

Der völlige Verzicht auf Luftrohrleitungen hat Vorteile bei niedrigen Temperaturen der angesaugten Luft, da keine Kondensation von Wasserdampf in Luftrohrleitungen oder Eisbildung auftreten kann.

Um eine innige Vermischung der Luftstrahlen mit dem zu verbrennenden Kohlenwasserstoffgas zu erreichen, werden am Umfang des Fackelkopfes mehrere Strömungsgebläse sich jeweils paarweise gegenüberstehend angeordnet.

Die Achse der Luftstrahlen ist in einem Winkel von 5 bis 30 Grad zur Achse des aus dem Fackelkopf austretenden Gasstromes geneigt. Als günstig hat es sich weiterhin erwiesen, die Luftstrahlen in einem Winkel bis zu 20 Grad tangential zur Strömungsrichtung des Gases zu neigen, und damit eine Rotation des Gas-Luft-Gemisches zu erreichen.

Die Erfindung ermöglicht es, die in Betrieben der Erdölverarbeitung und Petrolchemie anfallenden großen Mengen an Kohlenwasserstoffabgasen mit geringem apparativem Aufwand, bei niedrigem Gasdruck und mit selbst bei niedrigen Lufttemperaturen geringem Energieaufwand in Form von Wasserdampf rußfrei zu verbrennen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Beispiels und der Figur 1 beschrieben werden.

Beispiel 1

In einem Fackelkamin 1 wurden etwa 10000kg/h Kohlenwasserstoffgas, bestehend aus Alkanen und Alkenen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, nach oben gefördert und am Fackelkopf 2 verbrannt.

Durch 6 Stück Strömungsgebläse 3, die durch Flanschverbindungen 4 unmittelbar am Fackelkopf 2 sich paarweise gegenüberstehend angeordnet sind, wurden insgesamt 62000kg/h Primärluft 5 aus der Umgebung angesaugt und auf eine kinetische Energie von 2500Nm/kg beschleunigt.

Die beschleunigte Luft wurde in Form von Luftstrahlen, die unter dem Winkel α 15 Grad zur Achse 6 des aus dem Fackelkopf austretenden Gasstromes und unter dem Winkel β 10 Grad tangential zum Gasstrom geneigt waren, in den Gasstrom eingeblasen.

Als Treibmedium zur Beschleunigung der Luft in den Strömungsgebläsen wurde Wasserdampf aus der Dampfeinrichtung 7 verwendet, der in der geförderten Luft verblieb.

Der Dampfverbrauch aller 6 Strömungsgebläse betrug insgesamt 1800kg/h. Damit wurde ein Dampfverbrauch von 0,18kg Dampf pro kg Kohlenwasserstoffgas erreicht.

Das Kohlenwasserstoffgas verbrannte rußfrei mit schwach leuchtender Flamme.

Claims (2)

1. Verfahren zur rußfreien Verbrennung großer Kohlenwasserstoffgasmengen an einem Fackelkamin durch Zumischung von Primärluft und gegebenenfalls Wasserdampf in einen nicht unterteilten Gasstrom unter Verwendung von mit Dampf oder Druckluft betriebenen Strömungsgebläsen für die Luftförderung, gekennzeichnet dadurch, daß die Primärluft in Form von Luftstrahlen hoher kinetischer Energie von 450 bis 11250 Nm/kg Luft in den Gasstrom geblasen wird und die Luftstrahlen so gerichtet sind, daß jeweils 2 gegenüberliegende Luftstrahlen in Strömungsrichtung zur Achse des aus dem Fackelkopf austretenden Gasstromes 5 bis 30° und gleichzeitig bis zu 20° tangential zur Strömungsrichtung des Gasstromes geneigt sind.

2. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß der als Treibmittel verwendete Wasserdampf in der geförderten Luft verbleibt und gleichzeitig als zusätzliches Vergasungsmittel dient.