DD245467B1 - PROCESS FOR THE RUST-FREE COMBUSTION OF LARGE HYDROCARBON GAS QUANTITIES ON A TORCH CHAMBER - Google Patents
PROCESS FOR THE RUST-FREE COMBUSTION OF LARGE HYDROCARBON GAS QUANTITIES ON A TORCH CHAMBERInfo
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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.The invention relates to a method for the soot-free combustion of large quantities of hydrocarbon gas at a flare. Such gases accumulate in petroleum processing and petrochemical industries and must be completely incinerated for operational safety and environmental protection.
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 inIn the combustion of hydrocarbon gases in the flame, a thermal decomposition of the hydrocarbons, whereby free carbon is produced in the form of soot. The tendency of hydrocarbons to form soot is greater the smaller the H / C ratio. The formation of carbon black occurs especially in gases whose H / C ratio is less than 0.33. The basic conditions for soot-free combustion of hydrocarbon gases are known and exist in
— der Zumischung von Primärluft zum Gas, um den Kohlenstoff zu vergasen,The addition of primary air to the gas to gasify the carbon,
— der Zuführung von Sekundärluft zur Gewährleistung der vollständigen Verbrennung des Gases und gegebenenfalls- The supply of secondary air to ensure the complete combustion of the gas and optionally
— der Zugabe eines zusätzlichen Vergasungsmittels, wofür überwiegend Wasserdampf verwendet wird.- The addition of an additional gasifying agent, for which mainly water vapor is used.
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.For the combustion of gases in gas burners, a variety of best practices and devices is known. However, these can not be applied to the combustion of very large quantities of gas ranging from a few thousand to over 100,000 m 3 / h.
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.For the combustion of such large amounts of gas, which takes place in flare torches or flares, there are problems especially in high torches in terms of cost-effective provision of the required large amounts of primary air and gasification, the mixture of gas with primary air and gasification and in terms of a low equipment cost.
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.A very simple way of supplying gasification agents is to distribute around the torch head several steam nozzles, with which steam is blown into the gas stream or into the flame.
Die Dampftreibstrahlen reißen eine gewisse Menge Luft mit und führen zu einer turbulenten Vermischung des Dampfes mit demThe Dampfreibstrahlen tear a certain amount of air and lead to a turbulent mixing of the steam with the
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.The steam consumption is very high and is given by Hess, K. Ludwigshaven, Process Engineering 3 (1969) S ^ 286 with 0.5-1, Okg steam per m 3 of gas.
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.To reduce the steam consumption, a special nozzle construction is described in DE-AS 2361498, through which the working capacity of the steam can be better converted into kinetic energy.
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.The nozzles are arranged so that the kinetic energy of the steam jet is used to 50% for the generation of turbulence in the flame and 50% for air intake.
Die Luft wird auch bei dieser Konstruktion durch den freien Dampfstrahl mitgerissen, wodurch keine generelle Verbesserung der Luftansaugung erreicht wird.The air is entrained in this construction by the free steam jet, whereby no general improvement of the air intake is achieved.
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.For intimate mixing of gas with the water vapor serving as a gasification agent, DE-AS 2414836 distributes the steam through webs projecting radially into the gas stream. These webs are shaped so that air is sucked in from the environment by the kinetic energy of the rising gas stream.
Von Nachteil ist, daß der Gasstrom durch enge Spalten strömen muß, um eine zur Luftansaugung genügend hohe kinetische Energie zu erhalten.The disadvantage is that the gas flow must flow through narrow gaps in order to obtain a sufficient air intake for high kinetic energy.
Dadurch kommt es zu einem hohen Gasdruck vor dem Fackelbrenner, dem die für Abgassysteme allgemein bestehende Forderung nach niedrigem Gasdruck entgegensteht.This results in a high gas pressure in front of the torch burner, which precludes the requirement for low gas pressure generally existing for exhaust systems.
Eine Verbesserung der Luftförderung wird mit der in der DE-AS 2450205 beschriebenen Vorrichtung erreicht.An improvement of the air delivery is achieved with the device described in DE-AS 2450205.
Ziel dieser Vorrichtung ist die Verminderung des Dampfverbrauches von bisher 0,5-1,5kg/kg Abgas bei der Dampfinjektion.The aim of this device is to reduce the steam consumption of previously 0.5-1.5 kg / kg of waste gas in the steam injection.
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.Through special injector rods an air intake of 8-10kg air / kg steam is reached. Since the demand for primary air to suppress the formation of soot is about 5 kg of air per kg of gas, this device results in a steam consumption of 0.5 to 0.625 kg / kg of 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.In DE-PS 2725202 an air-fed Abgasverbrennungsvorrichtung is described on a flare, with which a substantial reduction in energy consumption in the operation of a torch burner is to be achieved. The steam is then used first to drive a turbine and a fan. The air is conveyed upwards in a chimney pipe.
Im Inneren des Kaminrohres befindet sich die Gasrohrleitung. Die Mischung von Gas und Luft erfolgt am Fackelkopf durch Verteilereinrichtungen.Inside the chimney pipe is the gas pipeline. The mixture of gas and air takes place at the torch head through distribution devices.
Der Turbinenabdampf wird dem Luftstrom zugesetzt.The turbine exhaust steam is added to the air stream.
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.The disadvantage is described that at low temperatures due to condensation or ice formation of the turbine exhaust steam can be added to the air flow and the supply of live steam in the air flow is necessary.
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.This device requires a considerable amount of equipment for turbine, blower and chimney. Due to the inertia of the turbine and blower system, it is not possible to react quickly to changes in the amount of gas.
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.It is the object of the invention to develop a method for the soot-free combustion of large amounts of hydrocarbon gas at a flare, in which the necessary for soot-free large amounts of primary air with low equipment cost and low demand for gasification means are provided and intimate mixing of hydrocarbon gas, primary air and Gasification agent takes place.
— Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird- The technical problem which is solved by the invention
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.The object of the invention is to achieve a soot-free combustion of large quantities of hydrocarbon gas in the undivided gas stream at a flare chimney by a good air transport without mechanically moving parts and with low water vapor requirement.
— Merkmale der ErfindungFeatures of the invention
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.The technical problem is solved according to the invention by virtue of the fact that the primary air required for soot-free combustion is blown directly into the flare of a non-subdivided hydrocarbon gas stream in the form of air jets of high kinetic energy. The kinetic energy and air jets cause a turbulent mixing of air and gas and is in the range of 450Nm / kg to 11250Nm / kg, which corresponds to a flow rate of 30 to 150m / s.
Eine darüber hinausgehende kinetische Energie der Luftstrahlen bringt Nachteile wegen des steigenden Energiebedarfs und der Gefahr, daß die Flamme vom Fackelkopf weggeblasen wird.An additional kinetic energy of the air jets brings disadvantages because of the increasing energy requirement and the danger that the flame is blown away by the torch head.
Die Beschleunigung der Luft erfolgt mittels an sich bekannter Strömungsgebläse, die als Treibmittel Wasserdampf oder Druckluft verwenden.The acceleration of the air takes place by means of known flow fans, which use water vapor or compressed air as blowing agent.
Wird Wasserdampf als Treibmittel eingesetzt, verbleibt dieser im beschleunigten Luftstrahl und dient als zusätzliches Vergasungsmittel zur Unterdrückung der Rußbildung.If water vapor is used as the blowing agent, it remains in the accelerated air jet and serves as an additional gasifying agent to suppress soot formation.
Bei ausreichend großer zugeführter Luftmenge ist ein zusätzliches Vergasungsmittel nicht nötig, so daß die Strömungsgebläse gegebenenfalls auch mit Druckluft betrieben werden können.With a sufficiently large amount of air supplied an additional gasification agent is not necessary, so that the flow fan can optionally be operated with compressed air.
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.Preferably, however, steam is used as blowing agent. Depending on the pressure of the steam and the kinetic energy of the air jets, 30 to 100 kg of air are produced with one kilogram of steam.
Die Strömungsgebläse werden erfindungsgemäß direkt am Fackelkopf angeordnet und saugen die Luft unmittelbar aus der Umgebung an.The flow fans are arranged according to the invention directly on the torch head and suck the air directly from the environment.
Damit sind zusätzliche Rohrleitungen nicht erforderlich, und es entsteht kein zusätzlicher Energiebedarf durch Strömungswiderstände in Rohrleitungen.Thus, additional piping is not required, and there is no additional energy requirement through flow resistance in piping.
Der völlige Verzicht auf Luftrohrleitungen hat Vorteile bei niedrigen Temperaturen der angesaugten Luft, da keine Kondensation von Wasserdampf in Luftrohrleitungen oder Eisbildung auftreten kann.The total absence of air ducts has advantages at low temperatures of the intake air, since no condensation of water vapor in air piping or ice formation can occur.
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.In order to achieve intimate mixing of the air jets with the hydrocarbon gas to be burned, a plurality of flow fans are arranged in pairs opposite each other on the circumference of the torch head.
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.The axis of the jets of air is inclined at an angle of 5 to 30 degrees to the axis of the gas stream emerging from the torch head. As low it has also been found, the air jets at an angle up to 20 degrees to tilt tangentially to the flow direction of the gas, and thus to achieve rotation of the gas-air mixture.
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.The invention makes it possible to burn the resulting in petroleum operations and petrochemical large amounts of hydrocarbon emissions with little equipment, at low gas pressure and even with low air temperatures low energy consumption in the form of water vapor soot-free.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Beispiels und der Figur 1 beschrieben werden.The invention will be described below with reference to an example and the figure 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.In a flare chimney 1 about 10000kg / h of hydrocarbon gas, consisting of alkanes and alkenes having 1 to 4 carbon atoms, promoted upwards and burnt at the torch head 2.
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.By 6 pieces of flow fan 3, which are arranged by flange 4 directly on the torch head 2 facing each other in pairs, a total of 62000kg / h of primary air 5 were sucked from the environment and accelerated to a kinetic energy of 2500Nm / kg.
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.The accelerated air was injected into the gas stream in the form of jets of air inclined tangentially to the gas flow at an angle α 15 degrees to the axis 6 of the gas stream leaving the torch head and tangential to the gas flow at the angle β 10 degrees.
Als Treibmedium zur Beschleunigung der Luft in den Strömungsgebläsen wurde Wasserdampf aus der Dampfeinrichtung 7 verwendet, der in der geförderten Luft verblieb.As a driving medium for accelerating the air in the flow fans water vapor was used from the steam device 7, which remained in the conveyed air.
Der Dampfverbrauch aller 6 Strömungsgebläse betrug insgesamt 1800kg/h. Damit wurde ein Dampfverbrauch von 0,18kg Dampf pro kg Kohlenwasserstoffgas erreicht.The steam consumption of all 6 flow blowers totaled 1800kg / h. Thus, a steam consumption of 0.18kg of steam per kg of hydrocarbon gas was achieved.
Das Kohlenwasserstoffgas verbrannte rußfrei mit schwach leuchtender Flamme.The hydrocarbon gas burned soot-free with a low luminous flame.
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| DD28576885A DD245467B1 (en) | 1985-12-31 | 1985-12-31 | PROCESS FOR THE RUST-FREE COMBUSTION OF LARGE HYDROCARBON GAS QUANTITIES ON A TORCH CHAMBER |
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| DD28576885A DD245467B1 (en) | 1985-12-31 | 1985-12-31 | PROCESS FOR THE RUST-FREE COMBUSTION OF LARGE HYDROCARBON GAS QUANTITIES ON A TORCH CHAMBER |
Publications (2)
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| DD245467B1 true DD245467B1 (en) | 1989-09-20 |
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- 1985-12-31 DD DD28576885A patent/DD245467B1/en not_active IP Right Cessation
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| DD245467A1 (en) | 1987-05-06 |
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