DE202023106803U1 - Flammenlose Verbrennung von Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Abstract

Eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung (1), die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist, umfassend:
- einen Ofen (2), der eine Verbrennungszone (3) umfasst, wobei die Verbrennungszone so konfiguriert ist, dass sie auf über 800 °C vorgewärmt wird und ihre Temperatur zwischen 850 °C und 1400 °C hält;
- mindestens einen FLOX-Brenner (20), wobei der FLOX-Brenner eine erste Einspritzöffnung (4) umfasst, wobei die erste Einspritzöffnung (4) eine erste Düse (5) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie das Einspritzen eines ersten Kohlenwasserstoff-Brennstoffs ermöglicht, und eine zweite Düse, die so konfiguriert ist, dass sie das Einspritzen eines Oxidationsmittels in die Verbrennungszone ermöglicht, wobei das Oxidationsmittel und das erste Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch gleichzeitig und unabhängig voneinander aus der ersten bzw. der zweiten Düse eingespritzt werden, wobei der erste Kohlenwasserstoff-Brennstoff ohne Flammen verbrennt, indem eine Ofensauerstoffkonzentration der Verbrennungszone unter 12 Volumenprozent gehalten wird;
- mindestens einen Anfahrbrenner (22), der unter FLOX- und Flammenverbrennungsbedingungen betrieben werden kann und eine zweite Einspritzöffnung (6) umfasst, wobei die zweite Einspritzöffnung (6) eine dritte Düse, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines ersten Hilfsbrennstoffs ermöglicht, und eine vierte Düse umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines Oxidationsmittels ermöglicht;
- ein Mittel zum Messen einer Verbrennungstemperatur (7); und
- eine Auslassöffnung (8) zum Ablassen von Abgasen;
- wobei die erste und die zweite Düse parallel angeordnet sind, um die Zufuhr des ersten Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisches und des Oxidationsmittels zum FLOX-Brenner zu ermöglichen; und
- wobei die dritte und die vierte Düse parallel angeordnet sind, um die Bereitstellung des ersten Hilfsbrennstoffgemischs und gegebenenfalls des Oxidationsmittels für einen Anfahrbrenner zu ermöglichen.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein System für die flammenlose Verbrennung von Kohlenwasserstoffen.
• Hintergrund der Erfindung
• Kohlenwasserstoffe werden auf der ganzen Welt als Brennstoffquelle verwendet. Diese Kohlenwasserstoffe werden in der Regel aus natürlichen Quellen wie Öl- und Gasfeldern gewonnen. Ein erheblicher Teil der geförderten Kohlenwasserstoffe wird an der Förderquelle verbrannt (abgefackelt). So wurden beispielsweise im Jahr 2020 in Saudi-Arabien 80 Milliarden Kubikfuß Kohlenwasserstoffe entweder abgelassen oder abgefackelt, was etwa 2 % der saudiarabischen Erdgasförderung entspricht. Kohlenwasserstoffe werden in der Regel auch bei der Erdölraffination abgefackelt, wo das Abfackeln als Sicherheitsmaßnahme für Abfall und/oder überschüssiges Gas eingesetzt wird. Das Abfackeln von überschüssigem Gas erfolgt auch bei der Lagerung von Kohlenwasserstoffen in Treibstofflagern (Lagerung von Chemikalien, Erdölprodukten [wie Diesel, Benzin, Kerosin, schweres Schiffsöl usw.], Biokraftstoffen und Pflanzenölen). Während der Lagerung werden zur Vermeidung eines Überdrucks flüchtiger Kohlenwasserstoffe in den Lagertanks flüchtige Bestandteile abgesaugt und in eine Fackel geleitet, wo sie verbrannt werden. Zum Abfackeln von Kohlenwasserstoffen kommt es auch, wenn Lagertanks, z. B. in Öllagern oder LPG-Tankern, vor dem Befüllen mit neuen Kohlenwasserstoffen gespült werden müssen.
• Das Abfackeln von Kohlenwasserstoffen auf herkömmliche Weise war in der Regel mit einer erheblichen Bildung von Stickoxiden, wie Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂), verbunden. Diese Stickstoffoxide werden häufig als NO_x abgekürzt. NO_x -Emissionen sind an der Bildung von Smog beteiligt, der durch die Reaktion von NO_x -Verbindungen mit anderen flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in der Atmosphäre entsteht. NO_x -Emissionen sind auch eine wichtige Quelle des sauren Regens. Daher ist es sowohl aus gesundheitlicher als auch aus ökologischer Sicht wünschenswert, die NO_x -Emissionen zu reduzieren.
• Auch das Problem der Entgasung von Wasserstoffspeichern auf Schiffen (Seeschiffen) ähnelt dem Problem des Abfackelns von Kohlenwasserstoffen. Bei beiden Verfahren werden schädliche Gase in die Atmosphäre freigesetzt, die Umweltprobleme verursachen können.
• Bei der Entgasung eines Kohlenwasserstofflagertanks werden unerwünschte Gase, Dämpfe und flüchtige Stoffe wie VOC (flüchtige organische Verbindungen) aus dem Inneren eines Kohlenwasserstofflagertanks entfernt. Dies wird in der Regel durch Erhitzen des Kohlenwasserstoff-Lagertanks erreicht, um die restlichen flüssigen Kohlenwasserstoffe zu verdampfen und die verdampften Kohlenwasserstoffe in die Atmosphäre abzulassen.
• Anschließend wird der Kohlenwasserstoff-Lagertank mit Spülgasen gespült, um die unerwünschten Stoffe zu verdrängen und den Tank effektiv von gefährlichen oder unerwünschten Dämpfen zu befreien. Die unerwünschten Stoffe/Spülgase werden in der Regel durch geeignete Belüftungssysteme oder Entlüftungsmechanismen in die Atmosphäre abgegeben.
• Die flammenlose Verbrennung ist eine wirksame Technologie, die zur Verringerung der Schadstoffemissionen aus dem Abfackeln und der Entgasung, insbesondere der NOx-Emissionen, eingesetzt werden kann.
• Es gibt drei Hauptquellen von NO_x Verbindungen, die bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstehen und üblicherweise als (i) „Sofort-NO“, (ii) „Brennstoff-NO“ und (iii) „thermisches NO“ bezeichnet werden. „Thermisches NO“, das durch den „Zeldovich-Mechanismus“ entsteht, ist die Hauptquelle der NO_x -Emissionen bei der Verbrennung sauberer Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Erdgas.
• Die drei Hauptreaktionen, die zur Bildung von NO_x durch thermisches NO führen, sind folgende (in vereinfachter Form): O + N₂ ⇋ NEIN + N (1) N + O₂ ⇋ NO + O; und (2) N + OH ⇋ NO + H. (3)
• Diese Reaktionen sind nur bei hohen Temperaturen von Bedeutung, in der Regel über 1400 °C. Ein früher Ansatz zur Verringerung der NO_x -Emissionen beim Abfackeln von Kohlenwasserstoffen bestand daher in der Senkung der Flammentemperatur, beispielsweise durch Flammenkühlung. Alternative Ansätze waren die „Flammenstaffelung“, bei der die Reagenzien in eine primäre Verbrennungszone unter nicht-stöchiometrischen Bedingungen eingeführt werden, gefolgt von einer Abkühlung der entstehenden Verbrennungsprodukte und schließlich der Einführung in eine sekundäre Verbrennungszone. Seit 1989 wird die „flammenlose Verbrennung“, oft auch als „flammenlose Oxidation“ oder unter dem Markennamen „FLOX“ bezeichnet, im Hinblick auf eine verringerte NO_x -Bildung untersucht. Diese flammenlose Verbrennung wurde mit einer Ofentemperatur von ca. 1000 °C und durch Vorheizen der Luft auf ca. 650 °C vor der Einleitung in die Verbrennungszone erreicht. Die flammenlose Verbrennung zeichnet sich dadurch aus, dass keine Flamme sichtbar ist und die UV-Emission minimal ist. Es wurde festgestellt, dass eine solche Flamme sauberen Brennstoff mit minimalen NO_x -Emissionen und einem Kohlenmonoxidgehalt von weniger als 1 ppm in den Abgasen verbrennen kann, was auf eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs hindeutet. EP 0463218 A1 beschreibt eine solche flammenlose Verbrennung. Die flammenlose Oxidation ermöglicht eine geringere NO_x -Erzeugung als die stufenweise Verbrennung.
• Die kommerzielle Nutzung flammenloser Verbrennungssysteme hat seit Mitte der 1990er Jahre langsam zugenommen und wird mit sauberen Brennstoffen in Stahlwerken (als Wärmequelle für Siliziumstahlbandanlagen, Glühanlagen und Beizanlagen), Stirlingmotoren und Gasturbinen eingesetzt.
• Die Forschung hat ergeben, dass eine homogene Mischung von Brennstoff und Luft/Oxidationsmittel innerhalb der Verbrennungszone für die Bildung stabiler flammenloser Oxidationszonen von Bedeutung ist, da dadurch die Bildung von „Hot Spots“ innerhalb der Verbrennungszone vermieden wird, in denen die Temperatur 1425 °C übersteigt, bei der sich schnell NO_x bildet. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Vorvermischung von Brennstoff/Luft- oder Brennstoff/Oxidationsmittel-Strömen vor der Einleitung in die Oxidationszone/den Ofen. Dies gewährleistet zwar eine gute Durchmischung und damit eine homogenere Verbrennung, bringt aber normalerweise Einschränkungen mit sich: (i) welche Brennstoffe verwendet werden können; (ii) welche Verunreinigungen der Brennstoff enthalten darf; und (iii) in welchen Konzentrationen solche Brennstoffe verwendet werden dürfen, um die Bildung von explosions- und/oder verpuffungsgefährdeten Gemischen zu vermeiden. Wenn beispielsweise (i) Methan als Brennstoff verwendet wird, (ii) darf der Methanbrennstoff nur bis zu 15 Volumenprozent Wasserstoff enthalten und (iii) muss das Methan unter die untere Entflammbarkeitsgrenze (LFL) von 4,4 Volumenprozent in Luft verdünnt werden.
• Die flammenlose Verbrennung erfordert eine Mindesttemperatur von etwa 850 °C. Unterhalb dieser Temperatur findet eine unvollständige Oxidation statt. Temperaturen in der Verbrennungszone, die über der Schwellentemperatur liegen, sind relativ leicht aufrechtzuerhalten, wenn saubere Brennstoffe in ausreichender Menge zuverlässig bereitgestellt werden können. Wenn jedoch gelegentlich kurze Zeiträume auftreten, in denen der Verbrennungszone nicht genügend Brennstoff zugeführt wird, kommt es zu einer unvollständigen Verbrennung. Bei Brennstoffen, die nicht zuverlässig in ausreichender Menge zugeführt werden können, d. h. bei Brennstoffen, die im Allgemeinen in ausreichender Menge zugeführt werden können, aber in kurzen Zeiträumen von einigen Sekunden nicht, kann dieses Problem teilweise durch die Verwendung einer Verbrennungszone gelöst werden, die mit einer porösen Matrix aus Keramik mit hoher Wärmekapazität gefüllt ist. Die poröse Matrix speichert genügend Wärme, um die flammenlose Verbrennung nach den kurzen Zeiträumen ohne ausreichende Brennstoffzufuhr wieder in Gang zu setzen. Die Nachteile solch komplizierter Strukturen sind die schnelle Verschmutzung der Bahnen, die Unfähigkeit, längere Zeiträume ohne Brennstoffversorgung zu überstehen, hohe Druckunterschiede in der Matrix und Schwierigkeiten bei der Wartung. Ein weiterer Nachteil ist, dass die hohe Wärmekapazität der Matrix es erschwert, eine unzureichende Brennstoffversorgung durch einen Temperaturabfall in der Verbrennungszone zu erkennen. Bei solchen Systemen werden auch Brennstoff und Luft/Oxidationsmittel vorgemischt, so dass die Einschränkungen dieser Vormischung bestehen bleiben.
• Zusammenfassung der Offenbarung
• Ein Ziel der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung ist es, ein System und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine flammenlose Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen ermöglicht, (i) deren Zusammensetzung sich im Laufe der Zeit ändern kann; (ii) die große Mengen an Verunreinigungen wie Wasserstoff enthalten können; (iii) mit einem hohen Volumenanteil in der Verbrennungszone und/oder (iv) mit einer Rate, die nicht ausreicht, um eine spontane flammenlose Verbrennung aufrechtzuerhalten.
• Ein weiteres Ziel der flammenlosen Verbrennungsmethode ist es, eine effiziente und gründliche Verbrennung über einen weiten Bereich von Verbrennungsgaszusammensetzungen und Energiegehalten (unterer Heizwert) zu erreichen, während gleichzeitig die Bildung von NOx minimiert wird.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bewältigung des Umweltproblems, das mit der Entgasung von Wasserstofftanks für Kohlenwasserstofftreibstoff auf Schiffen verbunden ist. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Ansatz für die Entgasung von Schiffen zu entwickeln, der sicherstellt, dass schädliche Emissionen wirksam eingedämmt und gemindert werden.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine kompakte flammenlose Verbrennungsvorrichtung bereitzustellen, die beweglich ist, d.h. die Fähigkeit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung oder des flammenlosen Verbrennungssystems, leicht transportiert und an verschiedenen Orten verwendet zu werden.
• In Anbetracht der obigen Ausführungen bezieht sich ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung auf eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung (1), die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist und Folgendes umfasst:
• -einen Ofen (2) mit einer Verbrennungszone (3), wobei die Verbrennungszone so ausgelegt ist, dass sie auf über 800 °C vorgewärmt wird und ihre Temperatur zwischen 850 °C und 1400 °C hält;
• mindestens einen FLOX-Brenner (20), wobei der FLOX-Brenner eine erste Einspritzöffnung (4) umfasst, wobei die erste Einspritzöffnung (4) eine erste Düse (5) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines ersten Kohlenwasserstoff-Brennstoffs ermöglicht, und eine zweite Düse, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines Oxidationsmittels in die Verbrennungszone ermöglicht, wobei das Oxidationsmittel und das erste Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch gleichzeitig und unabhängig voneinander aus der ersten bzw. der zweiten Düse eingespritzt werden, wobei der erste Kohlenwasserstoff-Brennstoff ohne Flammen verbrennt, indem eine Ofensauerstoffkonzentration der Verbrennungszone unter 12 Volumenprozent gehalten wird;
• - mindestens einen Anfahrbrenner (22), der unter FLOX- und Flammenverbrennungsbedingungen arbeiten kann und eine zweite Einspritzöffnung (6) umfasst, wobei die zweite Einspritzöffnung (6) eine dritte Düse, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines ersten Zusatzbrennstoffs ermöglicht, und eine vierte Düse umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines Oxidationsmittels ermöglicht;
• - ein Mittel zur Messung der Verbrennungstemperatur (7); und
• - eine Abluftöffnung (8) zum Ablassen der Abgase;
• - wobei die erste und die zweite Düse parallel angeordnet sind, um die Bereitstellung des ersten Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisches und des Oxidationsmittels für den FLOX-Brenner zu ermöglichen; und
• - wobei die dritte und die vierte Düse parallel angeordnet sind, um die Zuführung des ersten Hilfsbrennstoffgemisches und gegebenenfalls des Oxidationsmittels zu einem Anfahrbrenner zu ermöglichen.
• Die zweite Einspritzöffnung und der Ofen sind so konfiguriert, dass sie eine flammenlose Verbrennung des ersten Zusatzbrennstoffs mit einer Abgasrückführungsrate von 0 bis 0,5 ermöglichen.
• Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein System zur flammenlosen Verbrennung, das mindestens einen Kohlenwasserstoffspeicher und eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt umfasst, wobei der mindestens eine Kohlenwasserstoffspeicher mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung durch Mittel verbunden ist, die es ermöglichen, den mindestens einen Kohlenwasserstoffspeicher in Fluidverbindung mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung zu bringen.
• Das System zur flammenlosen Verbrennung kann ferner einen Zwischenspeichertank, Mittel, um den Kohlenwasserstoffspeichertank in eine Fluidverbindung mit dem Zwischenspeichertank zu bringen, und Mittel, um den Kohlenwasserstoffspeichertank in eine Fluidverbindung mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung zu bringen, und/oder Mittel, um den Zwischenspeichertank in eine Fluidverbindung mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung zu bringen, umfassen.
• Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist, dass das System zur flammenlosen Verbrennung für die Verbrennung von Restgas und/oder Flüssigkeit (RGL) verwendet werden kann, die Kohlenwasserstoffe enthalten. Der Kohlenwasserstoffspeicher enthält und speichert das Restgas und/oder die Restflüssigkeit, das/die in der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung unter flammenlosen Bedingungen bei einer Temperatur von beispielsweise über 850 °C gefördert und verbrannt wird. Wenn die Verbrennungszone in der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung nicht ausreichend mit Restgas und/oder Flüssigkeit versorgt wird, wird der Verbrennungszone ein Zusatzbrennstoff zugeführt, um eine Temperatur von über 850 °C aufrechtzuerhalten.
• Ein vierter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein System, das zur Verbrennung von Restgas und/oder Flüssigkeit (RGL) geeignet ist und Folgendes umfasst:
• -mindestens einen Lagertank für Kohlenwasserstoff; und
• - Vorrichtung zur flammenlosen Verbrennung gemäß dem ersten Aspekt, die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist,
• wobei der/die Kohlenwasserstoffspeicher mit der Verbrennungsvorrichtung durch Mittel verbunden sind, die es ermöglichen, die Kohlenwasserstoffspeicher in Fluidverbindung mit der Verbrennungsvorrichtung zu bringen.
• Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein System, das zur Verbrennung von Restgas und/oder Flüssigkeit (RGL) geeignet ist und Folgendes umfasst:
• - mindestens ein Kohlenwasserstoff-Lagertank;
• - und einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider
• - eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung, die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist,
• wobei der/die Kohlenwasserstoffspeicher mit dem Verbrennungsgerät durch Mittel verbunden sind, die es ermöglichen, die Kohlenwasserstoffspeicher in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsgerät zu bringen.
• Ein sechster Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein System, das zur Entgasung eines Kohlenwasserstoff-Lagertanks eines Schiffes geeignet ist und Folgendes umfasst:
• - Zwischenlagertank;
• - Vorrichtung zur flammenlosen Verbrennung gemäß dem ersten Abschnitt, die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist,
• - Mittel, um den Kohlenwasserstoff-Lagertank eines Schiffes in Flüssigkeitsverbindung mit dem Zwischenlagertank zu bringen; und
• - Mittel, um den Kohlenwasserstoff-Lagertank eines Schiffes mit der Verbrennungsvorrichtung in Fluidverbindung zu bringen und/oder Mittel, um den Zwischenlagertank eines Schiffes mit der Verbrennungsvorrichtung in Fluidverbindung zu bringen.
• Ein siebter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein System, das zur Entgasung eines Kohlenwasserstoff-Lagertanks geeignet ist und Folgendes umfasst:
• - Zwischenlagertank;
• - einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider;
• -eine Verbrennungsvorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens eines beliebigen Aspekts gemäß dem ersten Aspekt geeignet ist;
• - Mittel, um den Kohlenwasserstoff-Lagertank des Schiffes in Fluidverbindung mit dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider und dem Zwischenspeichertank zu bringen; und
• - Mittel, um den Kohlenwasserstoffspeicher mit dem Verbrennungsgerät in Fluidverbindung zu bringen und/oder Mittel, um den Zwischenspeicher mit dem Verbrennungsgerät in Fluidverbindung zu bringen.
• Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Steuer- und Leistungssystem zum Betreiben der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung, wobei das Steuer- und Leistungssystem so konfiguriert ist, dass es hohe Abschaltverhältnisse und Schwankungen der Durchflussmenge, der Konzentration und der Zusammensetzung handhaben kann, wobei das Steuer- und Leistungssystem umfasst:
• - einen Gasdruckerhöher,
• - mindestens einen Antrieb und/oder ein Stellglied zur Regelung der Drehzahl von Motoren, die Pumpen, Ventilatoren und Ventile betreiben,
• - mindestens eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie Daten von verschiedenen Sensoren verarbeitet und Steueralgorithmen ausführt,
• - mindestens einen Sauerstoffsensor zur Messung der Sauerstoffkonzentration in der Verbrennungsluft und/oder der Frischluft,
• - mindestens einen Temperatursensor, der zur Messung der Verbrennungstemperatur konfiguriert ist,
• - einen linearen Durchflussregelungsmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er die Durchflussmenge des Hilfskraftstoffs und/oder des Oxidationsmittels regelt.
• Kurze Beschreibung der Figuren
• zeigt den schematischen Aufbau eines Verfahrens zur Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigem Boil-Off-Gas (BOG) für drei angeschlossene Lagertanks. zeigt eine repräsentative Abgasrate für eine Reihe angeschlossener Speichertanks über ein Jahr.
• In ist eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung dargestellt. zeigt die Veränderung der Temperatur in der Verbrennungszone und der O₂-Konzentration in Abhängigkeit vom Durchsatz des Kohlenwasserstoffgemischs im Abgas zwischen 50 und 910 kg/h.
• zeigt die simulierte Veränderung der Temperatur in der Verbrennungszone und der O2-Konzentration nach Volumen bei simuliertem Ausfall des Gasflusses aus dem Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch und dem einströmenden LPG-Hilfsbrennstoffgas. : zeigt die simulierte Veränderung der Temperatur in der Verbrennungszone und der O2-Konzentration in Abhängigkeit vom Volumen des Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemischs aus dem Abgasstrom und dem einströmenden LPG-Hilfsbrennstoffgas.
• Definitionen und Abkürzungen
• Rezirkulationsrate, K_v. Die Rezirkulationsrate, K_v, ist wie folgt definiert: $${\text{K}}_{\text{v}}={\text{M}}_{\text{E}}/\left({\text{M}}_{\text{F}}+{\text{M}}_{\text{A}}\right),$$

  

  wobei: (i) M_E die Masse des rückgeführten Abgases ist; (ii) M_F die Masse des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs ist; und (iii) M_A die Masse der Verbrennungsluft ist. Die Rezirkulationsrate wird zur Berechnung der Rezirkulationsrate des rezirkulierten Abgases im Verhältnis zu den Massen des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs (Kohlenwasserstoff-Kraftstoffgemischs) und der Verbrennungsluft verwendet. Die Rückführung der Abgase kann dazu beitragen, die Verbrennungstemperatur zu kontrollieren und die Kohlenwasserstoffkonzentrationen zu verdünnen.
• Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung (1), die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist und Folgendes umfasst:
• - einen Ofen (2) mit einer Verbrennungszone (3), wobei die Verbrennungszone so gestaltet ist, dass sie auf über 800 °C vorgewärmt wird und ihre Temperatur zwischen 850 °C und 1400 °C hält;
• - mindestens einen FLOX-Brenner (20), wobei der FLOX-Brenner eine erste Einspritzöffnung (4) umfasst, wobei die erste Einspritzöffnung (4) eine erste Düse (5) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines ersten Kohlenwasserstoff-Brennstoffs ermöglicht, und eine zweite Düse, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines Oxidationsmittels in die Verbrennungszone ermöglicht, wobei das Oxidationsmittel und das erste Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch gleichzeitig und unabhängig voneinander aus der ersten bzw. der zweiten Düse eingespritzt werden, wobei der erste Kohlenwasserstoff-Brennstoff ohne Flammen verbrennt, indem eine Ofensauerstoffkonzentration der Verbrennungszone unter 12 Volumenprozent gehalten wird;
• - mindestens einen Anfahrbrenner (22), der unter FLOX- und Flammenverbrennungsbedingungen betrieben werden kann und eine zweite Einspritzöffnung (6) umfasst, wobei die zweite Einspritzöffnung (6) eine dritte Düse, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines ersten Hilfsbrennstoffs ermöglicht, und eine vierte Düse umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines Oxidationsmittels ermöglicht;
• - ein Mittel zur Messung der Verbrennungstemperatur (7); und
• - eine Abluftöffnung (8) zum Ablassen der Abgase;
• - wobei die erste und die zweite Düse parallel angeordnet sind, um die Bereitstellung des ersten Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisches und des Oxidationsmittels für den FLOX-Brenner zu ermöglichen; und
• - wobei die dritte und die vierte Düse parallel angeordnet sind, um die Zuführung des ersten Hilfsbrennstoffgemisches und gegebenenfalls des Oxidationsmittels zu einem Anfahrbrenner zu ermöglichen.
• Außerdem sind die zweite Einspritzöffnung und der Ofen so konfiguriert, dass eine flammenlose Verbrennung des ersten Zusatzbrennstoffs mit einer Abgasrückführungsrate von 0 bis 0,5 möglich ist.
• Die Begriffe „Hilfsmittel“ oder „Hilfsgerät“ werden hier synonym verwendet.
• Ein Vorteil dieses flammenlosen Verbrennungsapparates ist, dass er die flammenlose Verbrennung von Kohlenwasserstoffgemischen mit sehr hohen Betriebs-turndowns ermöglicht. Daher kann die flammenlose Verbrennungsvorrichtung in geeigneter Weise für die flammenlose Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffmischungen verwendet werden, die: (i) sich im Laufe der Zeit hinsichtlich der Kohlenwasserstoffzusammensetzung, (ii) der Durchflussmenge/Massentransfer und/oder (iii) im Laufe der Zeit hinsichtlich der Konzentration der einzelnen Kohlenwasserstoffe ändern. Unterschiedliche Kohlenwasserstoffzusammensetzungen, Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Kohlenwasserstoffkonzentrationen führen typischerweise zu unterschiedlichen Verbrennungsenthalpien und/oder Verbrennungsentropien. Dies hat den Vorteil, dass eine flammenlose Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemischen ohne Analyse der genauen Kohlenwasserstoffzusammensetzung und -konzentration möglich ist, z. B. bei Boil-off-Gas.
• Ein weiterer Vorteil des vorliegenden flammenlosen Verbrennungsgeräts ist, dass es weniger Lärm erzeugt.
• Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Vorrichtung besteht darin, dass sie bei niedrigeren Sauerstoffkonzentrationen (unter 12 %) in der Brennkammer arbeitet als bekannte flammenlose Oxidationssysteme. Dies hat den Vorteil, dass wesentlich höhere Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen im Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch sicher verbrannt werden können, im Bereich von 1,5 bis 15 Volumenprozent des Brennstoffgemischs, ohne die unteren Explosionsgrenzen zu überschreiten.
• Ein Vorteil des gleichzeitigen separaten Einspritzens eines Oxidationsmittels und eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemischs in die Verbrennungszone, wobei das Oxidationsmittel und das Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch unabhängig voneinander von einer ersten bzw. zweiten Stelle aus eingespritzt werden, besteht darin, dass eine Vorvermischung des Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemischs und des Oxidationsmittels vor der Einleitung in die Brennkammer vermieden werden kann. Dies hat den Vorteil, dass wesentlich höhere Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen in dem Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch sicher verbrannt werden können, im Bereich von 1,5 bis 15 Volumenprozent des Brennstoffgemisches, ohne die unteren Explosionsgrenzen zu überschreiten.
• Vorzugsweise ist die flammenlose Verbrennungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine, bei der das Oxidationsmittel vor der Injektion in die Verbrennungszone vorgewärmt wird.
• Diese Vorwärmung des Oxidationsmittels hat den Vorteil, dass ein noch höheres Betriebsdrehzahlverhältnis erzielt werden kann.
• Vorzugsweise handelt es sich um einen flammenlosen Verbrennungsapparat, bei dem das Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch aus einem Boil-Off-Gas, einem Restgas oder einer Restflüssigkeit, einem Kohlenwasserstoff-Speicherspülgas oder einer beliebigen Kombination davon ausgewählt wird.
• Vorzugsweise handelt es sich um einen flammenlosen Verbrennungsapparat, bei dem die Temperatur des Ofens auf einer Temperatur von 850 bis 1200 °C gehalten wird, indem entweder:
• -Einleitung von Kühlluft mit einer Temperatur von unter 40°C in den Ofen; und/oder
• -Einführung eines zusätzlichen Brennstoffs in den Ofen.
• Ein Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform besteht darin, dass die Temperatur in der Verbrennungszone besser gesteuert werden kann, indem dem Ofen kühle (<40 °C) Luft und/oder zusätzlicher Brennstoff zugeführt wird.
• Vorzugsweise ist der Hilfskraftstoff ausgewählt aus Propan, Flüssiggas (LPG), Erdgas (NG), Raffineriebrenngas oder einer Kombination davon.
• Vorzugsweise handelt es sich um einen flammenlosen Verbrennungsapparat, bei dem die Sauerstoffkonzentration im Ofen bei 3 bis 12 Volumenprozent, vorzugsweise bei 3 bis 10 Volumenprozent, gehalten wird.
• Die Aufrechterhaltung einer Sauerstoffkonzentration von über 3 Volumenprozent hat den Vorteil, dass die CO-Bildung minimiert wird.
• Vorzugsweise handelt es sich um einen flammenlosen Verbrennungsapparat, bei dem die Ofentemperatur auf einer Temperatur von 800-1400 °C, vorzugsweise von 850-1200 °C, noch bevorzugter von 900-1100 °C, gehalten wird.
• Vorzugsweise handelt es sich um einen flammenlosen Verbrennungsapparat, bei dem die Verbrennungszone mit Hilfe eines Hilfsbrennstoffs auf über 800 °C vorgeheizt werden kann.
• Vorzugsweise handelt es sich um eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung, bei der der Hilfsbrennstoff aus Methan, Ethan, Propan, Butan, Erdgas, einem beliebigen anderen entzündbaren Kohlenwasserstoff oder entflammbaren gasförmigen Einsatzstoff (z. B. H2) oder einer beliebigen Kombination davon ausgewählt ist, besonders bevorzugt aus Methan, Ethan, Propan, Butan, Erdgas, einem beliebigen anderen Kohlenwasserstoff, Wasserstoff oder einer beliebigen Kombination davon, am meisten bevorzugt aus Methan, Ethan, Propan, Butan.
• Vorzugsweise handelt es sich um eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung, bei der das (vorgewärmte) Oxidationsmittel mit einer Geschwindigkeit von mindestens 40 m/s, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von mindestens 50 m/s, in die Oxidationszone eingeführt wird.
• Vorzugsweise handelt es sich um eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung, bei der der erste Kohlenwasserstoffbrennstoff mit einer Geschwindigkeit von mindestens 40 m/s, vorzugsweise von mindestens 50 m/s, in die Oxidationszone eingeleitet wird
• Vorzugsweise handelt es sich um eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung, bei der der erste Kohlenwasserstoffbrennstoff der Verbrennungszone mit 0,8 bis 50 Megajoule pro Normalkubikmeter (MJ/Nm³), vorzugsweise 1,0 bis 30 MJ/Nm³, noch bevorzugter 1,5 bis 20 MJ/Nm³zugeführt wird,
• Vorzugsweise handelt es sich um ein flammenloses Verbrennungsgerät, bei dem der erste Kohlenwasserstoffbrennstoff ein Kohlenwasserstoffabgas ist.
• Vorzugsweise handelt es sich um ein flammenloses Verbrennungsgerät, bei dem der erste Kohlenwasserstoffbrennstoff Wasserstoff enthält.
• Vorzugsweise wird das Kohlenwasserstoff-Kraftstoffgemisch mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 50 m/s eingeleitet. Dies kann mit einer dP-Messung über dem Injektor gemessen werden. Dies hat den Vorteil, dass das Risiko von Rückfackeln minimiert werden kann.
• Vorzugsweise kann die flammenlose Verbrennungsvorrichtung und/oder das System für flammenlose Verbrennung eine mobile oder tragbare flammenlose Verbrennungseinheit sein, die speziell für den Einsatz auf Schiffen zur Entgasung von Kohlenwasserstofflagertanks konzipiert ist. Das System zur flammenlosen Verbrennung kann auf verschiedenen Schiffen eingesetzt werden, so dass es an verschiedene Schiffe und Orte, an denen eine Schiffsentgasung erforderlich ist, angepasst werden kann.
• Vorzugsweise kann die flammenlose Verbrennungsvorrichtung einen abnehmbaren Anschluss an einen Kohlenwasserstofftransporttank umfassen, der optional einen Adapter zur Herstellung einer Flüssigkeitsverbindung mit dem Tank umfasst, wobei die Vorrichtung und ein Steuer- und Energiesystem auf einer transportablen Struktur, wie z. B. einem Lastwagen für den Straßentransport oder einem Ponton für den Wassertransport, angebracht sind..
• Das Gerät gemäß dem ersten Aspekt ist für eine flammenlose Verbrennung ausgelegt.
• Die Konfiguration der Einspritzöffnungen ermöglicht es, das erste Kohlenwasserstoffgemisch und den ersten Zusatzbrennstoff getrennten Brennern (FLOX-Brenner und Startbrenner) zuzuführen, die zur FLOX-Verbrennung fähig sind. Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass das Gerät trotz niedriger Kohlenwasserstoffkonzentrationen im ersten Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch eine Betriebstemperatur aufrechterhalten kann, die die NO_x -Emissionen minimiert. Daher ermöglicht die Konfiguration dem Gerät ein hohes Turndown-Verhältnis. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Gerät außerdem, eine Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten, die die NO_x -Emissionen im Falle einer vorübergehenden Unterbrechung der Versorgung mit dem ersten Kohlenwasserstoffgemisch minimiert. Diese Konfiguration ermöglicht vorteilhafterweise den Verzicht auf eine thermische Pufferung.
• Die Anordnung der ersten und zweiten Einspritzöffnungen, die parallel angeordnet sind, hat den Vorteil, dass das Gerät ohne Vormischung des ersten Kohlenwasserstoff-Kraftstoffgemischs vor der Einführung in das Gerät betrieben werden kann.
• Darüber hinaus dient die präzise Steuerung der Abgasrückführungsrate (zwischen 0 und 0,5) der wirksamen Verdünnung der Kohlenwasserstoffkonzentration im Brennraum. Wenn die Abgasrückführungsrate 0,5 übersteigt, führt dies zu einem erhöhten Gesamtgasvolumen im System. Dies wiederum erhöht die Turbulenzen, was den Einsatz eines größeren und schwerfälligeren flammenlosen Verbrennungsapparats erforderlich macht, was nicht wünschenswert ist, da eines der Ziele der vorliegenden Erfindung darin besteht, eine kompakte Bauweise beizubehalten, die für mobile (transportable) Anwendungen geeignet ist.
• Vorzugsweise verfügt das Gerät über mehrere FLOX-Brennereinheiten. Dies hat den Vorteil, dass der Apparat ein noch höheres Turndown-Verhältnis aufweist.
• Vorzugsweise verfügt das Gerät über eine Einrichtung zur Messung des Drucks innerhalb der Verbrennungszone.
• Vorzugsweise umfasst das Gerät eine Einrichtung zur Messung der Konzentration von O₂ innerhalb der Verbrennungszone. Solche Mittel ermöglichen es vorteilhaft, das Gerät mit einer besseren Verbrennungskontrolle zu betreiben.
• Vorzugsweise besteht die Vorrichtung aus einem Wärmetauscher. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher so konfiguriert, dass er die Übertragung von Wärme aus dem Abgas auf (i) das Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch; (ii) das Oxidationsmittel; (iii) die Erzeugung von Dampf; und/oder (iv) eine beliebige Kombination davon. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine höhere Kraftstoffeffizienz, wenn das Gerät mit einer niedrigen Kohlenwasserstoffkonzentration im Kohlenwasserstoff-Kraftstoffgemisch betrieben wird. Dies ermöglicht auch vorteilhaft eine niedrigere Abgastemperatur, die für einen sicheren Betrieb in Bereichen mit dem Risiko von Kohlenwasserstofflecks, wie z. B. LPG-Tanks oder auf LPG-Tankern, erforderlich sein kann.
• Vorzugsweise umfasst die flammenlose Verbrennungsvorrichtung einen Startbrenner. Der Anfahrbrenner ist so konfiguriert, dass die Brennkammer auf eine Temperatur von mindestens 850 °C gebracht werden kann. Vorzugsweise umfasst die flammenlose Verbrennungsvorrichtung einen Anfahrbrenner, der aus einem Propanbrenner, einem Flüssiggasbrenner (LPG), einem Erdgasbrenner (NG), einem Brenngasbrenner für Raffinerien oder einem Brenner für kombinierte Brennstoffe ausgewählt ist.
• Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein System zur flammenlosen Verbrennung, das mindestens einen Kohlenwasserstoffspeicher und eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt umfasst, wobei der mindestens eine Kohlenwasserstoffspeicher mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung durch Mittel verbunden ist, die es ermöglichen, den mindestens einen Kohlenwasserstoffspeicher in Fluidverbindung mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung zu bringen.
• Das System zur flammenlosen Verbrennung kann ferner einen Zwischenspeichertank, Mittel, um den Kohlenwasserstoffspeichertank in eine Fluidverbindung mit dem Zwischenspeichertank zu bringen, und Mittel, um den Kohlenwasserstoffspeichertank in eine Fluidverbindung mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung zu bringen, und/oder Mittel, um den Zwischenspeichertank in eine Fluidverbindung mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung zu bringen, umfassen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform kann das System zur flammenlosen Verbrennung für die Verbrennung von Boil-Off-Gas (BOG) verwendet werden, das Kohlenwasserstoffe enthält. Der Kohlenwasserstoffspeicher enthält und speichert Boil-Off-Gas, das in der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung unter flammenlosen Bedingungen gefördert und verbrannt wird.
• Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist, dass das System zur flammenlosen Verbrennung für die Verbrennung von Restgas und/oder Flüssigkeit (RGL) verwendet werden kann, die Kohlenwasserstoffe enthalten. Der Kohlenwasserstoffspeicher enthält und speichert das Restgas und/oder die Restflüssigkeit, das/die in der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung unter flammenlosen Bedingungen bei einer Temperatur von beispielsweise über 850 °C gefördert und verbrannt wird. Wenn die Verbrennungszone in der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung nicht ausreichend mit Restgas und/oder Flüssigkeit versorgt wird, wird der Verbrennungszone ein Zusatzbrennstoff zugeführt, um eine Temperatur von über 850 °C aufrechtzuerhalten.
• Ein vierter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein System, das zur Verbrennung von Restgas und/oder Flüssigkeit (RGL) geeignet ist und Folgendes umfasst:
• -mindestens ein Kohlenwasserstoff-Lagertank;
• -eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung, die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist,
• wobei der/die Kohlenwasserstoffspeicher mit dem Verbrennungsgerät durch Mittel verbunden sind, die es ermöglichen, die Kohlenwasserstoffspeicher in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsgerät zu bringen.
• Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein System, das zur Verbrennung von Restgas und/oder Flüssigkeit (RGL) geeignet ist und Folgendes umfasst:
• -mindestens ein Kohlenwasserstoff-Lagertank;
• -und einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider
• -eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung, die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist,
• wobei der/die Kohlenwasserstoffspeicher mit der Verbrennungsvorrichtung durch Mittel verbunden sind, die es ermöglichen, die Kohlenwasserstoffspeicher in Fluidverbindung mit der Verbrennungsvorrichtung zu bringen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform können die flammenlose Verbrennungsvorrichtung und das System für flammenlose Verbrennung zur Entgasung eines Kohlenwasserstofflagertanks, z. B. eines Schiffstanks, verwendet werden.
• Die vorliegende Ausführungsform der Erfindung ist besonders vorteilhaft für die Entfernung von Restkohlenwasserstoffen aus dem Spülgas, da sie mit den extremen Änderungen des Kohlenwasserstoffgehalts des Spülgases umgehen kann. Bei der Spülung von Kohlenwasserstoff-Lagertanks mit Inertgasen entsteht typischerweise ein Spülgas, das anfangs einen hohen Kohlenwasserstoffgehalt aufweist, der von leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffen dominiert wird. Im weiteren Verlauf des Spülvorgangs nimmt der Gesamtkohlenwasserstoffgehalt mit der Zeit ab, und die Zusammensetzung wird zunehmend von weniger flüchtigen Kohlenwasserstoffen und den Inertgaskomponenten dominiert. Der vorliegende Aspekt hat den Vorteil, dass Stickstoff als Spülgas ohne übermäßige NO_x - Emissionen verwendet werden kann. Der vorliegende Aspekt hat auch den Vorteil, dass eine Echtzeitanalyse der Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration und/oder der Kohlenwasserstoffzusammensetzung im Spülgas nicht erforderlich ist. Vorzugsweise wird das Spülgas aus Stickstoff, Argon oder einer Mischung davon ausgewählt, noch bevorzugter ist das Spülgas Stickstoff.
• Ein sechster Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein System, das zur Entgasung eines Kohlenwasserstoff-Lagertanks geeignet ist und Folgendes umfasst:
• - Zwischenlagertank;
• - eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung, die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist;
• - Mittel, um den Kohlenwasserstoff-Lagertank mit dem Zwischenlagertank in Fluidverbindung zu bringen; und
• - Mittel, um den Kohlenwasserstoffspeicher mit dem Verbrennungsgerät in Fluidverbindung zu bringen und/oder Mittel, um den Zwischenspeicher mit dem Verbrennungsgerät in Fluidverbindung zu bringen.
• Ein siebter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein System, das zur Entgasung eines Kohlenwasserstoff-Lagertanks geeignet ist und Folgendes umfasst:
• - Zwischenlagertank;
• - einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider
• - eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung, die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist
• - Mittel, um den Kohlenwasserstoff-Lagertank des Schiffes in Fluidverbindung mit dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider und dem Zwischenspeichertank zu bringen; und
• - Mittel, um den Kohlenwasserstoffspeicher mit dem Verbrennungsgerät in Fluidverbindung zu bringen und/oder Mittel, um den Zwischenspeicher mit dem flammenlosen Verbrennungsgerät in Fluidverbindung zu bringen.
• Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Steuer- und Leistungssystem zum Betreiben der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung, wobei das Steuer- und Leistungssystem so konfiguriert ist, dass es hohe Abschaltverhältnisse und Schwankungen der Durchflussmenge, der Konzentration und der Zusammensetzung handhaben kann, wobei das Steuer- und Leistungssystem umfasst:
• einen Gasdruckerhöher,
• mindestens einen Antrieb und/oder ein Stellglied, der/das die Drehzahl von Motoren steuert, die Pumpen, Ventilatoren und Ventile betreiben,
• mindestens eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie Daten von verschiedenen Sensoren verarbeitet und Steueralgorithmen ausführt,
• mindestens einen Sauerstoffsensor, der so konfiguriert ist, dass er die Sauerstoffkonzentration in der Verbrennungsluft und/oder der Frischluft misst,
• mindestens einen Temperatursensor, der zur Messung der Verbrennungstemperatur konfiguriert ist,
• einen linearen Durchflussregelungsmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er die Durchflussmenge des Hilfskraftstoffs und/oder des Oxidationsmittels regelt.
• Der flammenlose Verbrennungsapparat kann ein Steuerungs- und Leistungssystem für den Betrieb des Apparats umfassen, das in der Lage ist, hohe Abkühlungsverhältnisse und Schwankungen in der Durchflussmenge, Konzentration und Zusammensetzung zu bewältigen.
• Im Zusammenhang mit flammenlosen Verbrennungsvorrichtungen bezieht sich der Begriff „Abschaltverhältnis“ auf den Bereich, in dem das System unter Beibehaltung einer optimalen Leistung effektiv arbeiten kann. Das Steuerungs- und Leistungssystem, das so konfiguriert ist, dass es hohe Abregelungsverhältnisse bewältigen kann, ist in der Lage, Brennstoff- und Luftströme, Druck und Temperatur über einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen präzise einzustellen.
• Das Steuer- und Stromversorgungssystem des flammenlosen Verbrennungsgeräts kann einen linearen Durchflussregelungsmechanismus (25) sowie Sauerstoff- (23) und Temperatursensoren (7) umfassen, wie in dargestellt. Die Sauerstoff- und Temperatursensoren leiten ihre Daten an eine Steuereinheit zurück. Das Steuersystem, das sowohl von den Temperatur- als auch von den Sauerstoffsensoren Eingaben erhält, kann den linearen Durchflussregelungsmechanismus (25) stärker einstellen. Der lineare Durchflussregelungsmechanismus ist so konfiguriert, dass er die Durchflussmenge regelt
• Darüber hinaus kann das Steuerungs- und Leistungssystem einen Gasdruckerhöher umfassen, der den Druck des Brenngases auf das für eine effiziente Mischung und Verbrennung erforderliche Niveau erhöht.
• Detaillierte Beschreibung der Figuren
• Die Offenbarung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren erörtert, die bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen des Gegenstands der Offenbarung zeigen.
• zeigt den schematischen Aufbau eines Systems zur flammenlosen Verbrennung, wobei das System zur Verbrennung von Boil-Off-Gas (BOG), das Kohlenwasserstoffe enthält, verwendet wird. In diesem Beispiel gibt es drei Kohlenwasserstoff-Lagertanks [T1, T2 und T3]. BOG, das mindestens einen Kohlenwasserstoff enthält, wird aus mindestens einem der Kohlenwasserstoff-Lagertanks [T1, T2 und/oder T3] gesammelt. Dies ist durch Pfeile [A1, A2 und/oder A3] dargestellt. Das mindestens einen Kohlenwasserstoff enthaltende BOG kann aus einem, zwei oder allen Tanks gleichzeitig oder nacheinander entnommen werden. Das mindestens einen Kohlenwasserstoff enthaltende BOG wird optional [A4] durch eine Vorbehandlungsanlage [P1], wie z. B. einen AC-Filter, geleitet, die Folgendes ermöglicht: (i) Rest-H₂ S und/oder (ii) kondensierte Kohlenwasserstoffe vollständig oder teilweise aus dem BOG entfernt werden. Das gesammelte BOG, das mindestens einen Kohlenwasserstoff enthält, wird einer Verbrennungsanlage zugeführt, die zur Durchführung des Verfahrens des ersten Aspekts [C1] geeignet ist. Dies wird durch den Pfeil [A5] veranschaulicht. Das BOG wird unter flammenlosen Bedingungen nach einem Verfahren gemäß einer beliebigen Ausführungsform des ersten Aspekts verbrannt.
• In ist ein nicht begrenztes Beispiel für die Anordnung (PFD) der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung dargestellt. In diesem nicht-begrenzenden Beispiel ist die Brennkammer eine quadratische Brennkammer mit einer Länge von 5 m, einer Höhe von 2 m und einer Breite von 2 m. Vorzugsweise kann eine zylindrische Brennkammer mit einer Länge von 5 m und einem Durchmesser von 2,4 m verwendet werden. Die Brennkammer ist mit einem Startbrenner, acht Hochgeschwindigkeits-Abgasinjektoren und vier Sonden für die (Kühlluft-)Einblasung ausgestattet. Zwei LPG- oder Propan-Sonden werden für die Einspritzung von Zusatzbrennstoff installiert.
• zeigt ein nicht begrenztes Beispiel für die Anordnung (PFD) einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. In diesem nicht einschränkenden Beispiel umfasst der Ofen (2) der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung eine Brennkammer mit einer Länge von 5 m, einer Höhe von 2 m und einer Breite von 2 m. Die Brennkammer ist mit einem Startbrenner, acht Hochgeschwindigkeits-Abgasinjektoren und vier Sonden für die (Kühl-)Luftzufuhr ausgestattet. Die Sonden sind Vorrichtungen, mit denen (kühlere) Luft in die Brennkammer eingeleitet wird. Zwei LPG- oder Propan-Sonden werden für die Einspritzung von Zusatzbrennstoff installiert.
• zeigt die simulierte Veränderung der Temperatur in der Verbrennungszone und der O₂ Volumenkonzentration in Abhängigkeit von der Veränderung des Durchflusses des Kohlenwasserstoffgemischs im Abgas von 50 bis 910 kg/Std. für die Startbedingungen der Anlage.
• Die x-Achse ist die Zeit in Minuten, von 2 bis 29 Minuten in 4-Minuten-Schritten. Es gibt vier y-Achsen, die von links nach rechts gelesen, sind wie folgt:
1. 1. Massenstrom von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff (Kohlenwasserstoff-Kraftstoffgemisch) („LCV4“ in kg/h), 0 bis 1250 kg/h in Abstufungen von 250 kg/h;
2. 2. Temperatur der Verbrennungszone (°C), 0 bis 1500 °C, in Abstufungen von 300 °C;
3. 3. Berechneter Molenbruch O₂ (in %) von 0,0250 bis 0,160, in Abstufungen von 0,0250; und
4. 4. Massenstrom des Hilfskraftstoffs (Propan, bezeichnet als „Fuel206“, in kg/h), von 0 bis 20 kg/h, in Abstufungen von 4 kg/h.
• Die Linien, beginnend von oben nach unten, da sie die y-Achse kreuzen, sind wie folgt:
1. a. Temperatur, mit einem Ausgangswert von 900 °C;
2. b. Durchflussmenge des Hilfskraftstoffs, mit einem Anfangswert von 2,7 kg/h;
3. c. Berechneter Molenbruch O₂, mit einem Anfangswert von 3,5 %; und
4. d. Massenstrom von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff (Kohlenwasserstoff-Kraftstoff-Gemisch), mit einem Anfangswert von 0.
• In der ersten schraffierten Zone (von links nach rechts gelesen) beginnt der Kohlenwasserstoff-Brennstoff (Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch) der Verbrennungszone im Ofen zugeführt zu werden, und die Menge des zum Vorheizen bereitgestellten Hilfsbrennstoffs beginnt sich zu verringern (und geht nach etwa 7 Minuten auf Null). Bei der Verbrennung des Kohlenwasserstoff-Brennstoffs (Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemischs) wird der Verbrennungszone ausreichend Energie zugeführt, um die für die flammenlose Oxidation (FLOX) erforderliche Temperatur von 850 °C zu halten.
• In der zweiten schattierten Zone (von links nach rechts gelesen) wurde ein Abfall der Zufuhr von Kohlenwasserstoff-Brennstoff (Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch) simuliert. Dies führte zu einem raschen Temperaturabfall auf ca. 900 °C und einem sprunghaften Anstieg der Sauerstoffkonzentration auf ca. 12 %. Um die Temperatur über 850 °C und die Sauerstoffkonzentration im sicheren Bereich von unter 12 % zu halten, wurde rasch zusätzlicher Brennstoff zugeführt. Der Zusatzbrennstoff verbrannte unter FLOX-Bedingungen und lieferte der Verbrennungszone genügend Energie, um die Temperatur über 850 °C zu halten, und verbrauchte genügend Sauerstoff, um die Sauerstoffkonzentration unter 12 % zu halten.
• Im dritten schraffierten Bereich (von links nach rechts gelesen) wurde die Zufuhr von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff (Kohlenwasserstoff-Kraftstoff-Gemisch) aufgrund des geringen Massenstroms der Kohlenwasserstoff-Kraftstoffzufuhr eingestellt. Dementsprechend wurde die Zufuhr an Hilfskraftstoff erhöht.
• So wird der Hilfsbrennstoff verwendet, um die Verbrennungszone auf eine Temperatur von über 800 °C vorzuwärmen, bevor das Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch eingeleitet wird. Sobald die Mindesttemperatur von 800 °C erreicht ist, wird der Anfahrbrenner vom Flammenmodus (Anfahrmodus) in den Flox-Modus (flammenlose Oxidation) umgeschaltet, und es wird eine flammenlose Verbrennung hergestellt. Bei der flammenlosen Verbrennung wird der Hilfsbrennstoff verwendet, um die Ofentemperatur über 800 °C zu halten, wenn die Zufuhr des Kohlenwasserstoffgemischs verringert oder ganz eingestellt wird, um die Ofentemperatur konstant zu halten,
• zeigt die simulierte Veränderung der Temperatur in der Verbrennungszone und der volumenbezogenen O₂ Konzentration bei simuliertem Beginn der Abgaszufuhr in die Brennkammer des Ofens.
• Die x-Achse ist die Zeit in Minuten, von 3575 bis 3640 Minuten in 5-Minuten-Schritten. Es gibt vier y-Achsen, die von links nach rechts gelesen, sind wie folgt:
1. 1. Massenstrom von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff („LCV4“ in kg/h), 0 bis 1260 kg/h in Abstufungen von 252 kg/h;
2. 2. Berechneter Molenbruch O₂ von 0,0250 bis 0,160, in Abstufungen von 0,0250;
3. 3. Massenstrom des Hilfskraftstoffs (Propan, bezeichnet als „Fuel206“, in kg/h), von 0 bis 20 kg/h, in Abstufungen von 4 kg/h; und
4. 4. Temperatur der Verbrennungszone (°C), 0 bis 1500 °C, in Abstufungen von 300 °C.
• Die Linien, beginnend von oben nach unten, da sie die y-Achse kreuzen, sind wie folgt:
1. a. Temperatur, mit einem Ausgangswert von 900 °C;
2. b. Durchflussmenge des Hilfskraftstoffs, mit einem Anfangswert von 3,1 kg/h;
3. c. Berechneter Molenbruch O₂, mit einem Anfangswert von 5%; und
4. d. Massenstrom von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff, mit einem Anfangswert von 0.
• Es wurde ein rascher Anstieg der Zufuhr von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff simuliert (bei etwa 3568 Minuten), von 0 auf 950 kg/h. Dies ist repräsentativ für das Öffnen eines teilweise gefüllten Kohlenwasserstoff-Lagertanks bei Umgebungstemperatur. Die rasche Zufuhr von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff (Kohlenwasserstoff-Kraftstoff-Gemisch) führt zu einem raschen Anstieg der Temperatur in der Verbrennungszone auf 1030 °C, zu einem raschen Abschalten der Hilfsbrennstoffzufuhr und zu einem raschen Anstieg der Sauerstoffkonzentration von etwa 5 % auf etwa 12 %. Es wurde eine rasche Einstellung der Zufuhr von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff (Kohlenwasserstoff-Kraftstoffgemisch) simuliert (bei etwa 3595 Minuten, Zone A), und zwar von 950 kg/h auf 0. Dies ist repräsentativ für das Schließen eines Wertes für einen teilweise gefüllten Kohlenwasserstoff-Lagertank bei Umgebungstemperatur. Die rasche Einstellung der Zufuhr von Kohlenwasserstoff-Brennstoff (Kohlenwasserstoff-Brennstoff-Gemisch) führt zu einem raschen Absinken der Temperatur der Verbrennungszone von etwa 1000 °C auf unter 850 °C und zu einem raschen Anstieg der Sauerstoffkonzentration von etwa 12 % auf etwa 14 %. Dies führte zu einem fast sofortigen Einschalten der Zusatzbrennstoffzufuhr bei ca. 3595 Minuten, was zu einer sehr kurzen Zeitspanne von ca. 120 s führte, in der die Temperatur unter 850 °C sank. Dies ist viel kürzer als bei vergleichbaren Methoden, und diese Methode führt dementsprechend zu einer viel geringeren NO_x -Erzeugung. Durch eine kurze Zufuhr von Zusatzbrennstoff kann die Verbrennungstemperatur also schnell wieder auf das Betriebsniveau angehoben werden, so dass ein stabiler und kontinuierlicher Verbrennungsprozess gewährleistet ist.
• : zeigt die simulierte Veränderung der Temperatur in der Verbrennungszone und der O2-Konzentration in Abhängigkeit vom Volumen des Kohlenwasserstoffgemischs im Abgasstrom, wenn der Durchfluss des Kohlenwasserstoffgemischs im Abgasstrom abfällt und ein Zusatzbrennstoff wie LPG-Gas zugeführt wird.
• Die x-Achse ist die Zeit in Minuten, von 3575 bis 3640 Minuten in 5-Minuten-Schritten. Es gibt vier y-Achsen, die von links nach rechts gelesen, sind wie folgt:
1. 1. Temperatur: i) der Verbrennungszone (°C) im Ofen und ii) des Schornsteins (°C), von 0 bis 1455 °C, in Abstufungen von 291 °C;
2. 2. Berechneter Molenbruch O₂ von 0,090 bis 0,160, in Abstufungen von 0,016; und
3. 3. Massenstrom von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff („LCV4“ in kg/h), 0 bis 1260 kg/h in Abstufungen von 252 kg/h.
• Die Linien, beginnend von oben nach unten, da sie die y-Achse kreuzen, sind wie folgt:
1. a. Temperatur der Verbrennungszone („Ofen T“);
2. b. Berechneter Molenbruch O₂, mit einem Anfangswert von etwa 0,128;
3. c. Temperatur des Stapels („Stack T“); und
4. d. Massenstrom von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff, mit einem Anfangswert von 0.
• Beispiele
• Die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele veranschaulichen die Produkte und Verfahren gemäß der Offenbarung.
• Beispiel 1 - Prozesssimulation eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung
• Für die Simulation wurde ein Gerät gemäß verwendet. Die Simulation basierte auf dem schematischen Aufbau von . Gemische aus Abgas und Luft unter minimalen, niedrigen, durchschnittlichen und maximalen Bedingungen, wie in Tabelle 1 beschrieben, wurden verwendet, um die Leistung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zu modellieren, unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
• Die unteren Heizwerte für die minimalen und die niedrigen Mischungen werden mit 5,5 bzw. 7,7 MJ/Nm³ berechnet. Die Wärme- und Massenbilanz (H&M-Bilanz) wurde für den Durchschnittsfall aus Tabelle 1 berechnet. Es wurde festgestellt, dass ausgehend von 6,6 kmol/h LCV-Gas (= Luft-Kohlenwasserstoff-Abgasgemisch aus dem Tank, siehe Tabelle 1) 12,9 kmol/h Kaltluft für die Temperaturregelung und Sauerstoffzufuhr benötigt werden. Der gesamte Ofen wird mit 10 %v O₂ betrieben, was einen sicheren Sauerstoffgehalt für plötzliche Schwankungen im Kohlenwasserstoffgehalt darstellt. Die Verbrennungstemperatur wird auf 1000 °C geschätzt.
• Es wurde der Maximalfall simuliert, was zu einer berechneten H&M-Bilanz führte. Es wurde festgestellt, dass bei 26,4 kmol/h Tankabgasgemisch 110,6 kmol/h Kaltluft zur Temperaturregelung und Sauerstoffzufuhr benötigt werden. Auch für diesen Fall schätzen wir die effektive Verbrennungstemperatur auf 1000 °C.
• Es wird geschätzt, dass das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt zu NO_x Emissionen von weniger als 25 mg/Nm³ und weniger als 12 Teilen pro Million Volumen (ppmv) führt. Es wird geschätzt, dass, wenn das Verfahren durchgeführt wird, bei dem die Sauerstoffkonzentration des Ofens bei 3 bis 12 Vol.-% gehalten wird, dies zu: (i) NO_x - Emissionen von weniger als 25 mg/Nm³ und weniger als 12 ppmv; (ii) CO -Emissionen von weniger als 20 mg/Nm³ und weniger als 16 ppmv; und (iii) Gesamtemissionen organischer Verbindungen von weniger als 2 mgC/Nm³ und weniger als 4 ppmv führt. Tabelle 1. Tankabgas - Gasfluss und Zusammensetzung.

  Komponente	Minimum	Niedrig	Durchschnitt	Maximum	Einheiten
  C1-C2	0.0	0.4	4.7	12.5	kg/Stunde
  C3-C5	0.0	1.0	12.6	86.5	kg/Stunde
  Insgesamt	0.0	1.4	17.3	99	kg/Stunde
  Luft	0.0	14	176	700	kg/Stunde
  Gesamtfluss	0.0	15.4	193.3	799	kg/Stunde

• Beispiel 2 - Dynamische Prozesssimulation eines flammenlosen Verbrennungsapparates nach der vorliegenden Offenbarung
• In Anbetracht der hohen Durchflussschwankungen, die für Tankabgasströme charakteristisch sind, wurde eine Reihe von dynamischen Simulationen durchgeführt, um die Reaktion des Systems auf schnelle Änderungen des Abgasdurchflusses zu quantifizieren.
• Die wichtigsten Elemente des flammenlosen Verbrennungsgeräts sind folgende:
1. 1. Das Gaszufuhrsystem ohne Tank umfasst einen Gasdruckerhöher und eine Durchflussregelung. In unseren Simulationen sind wir von einem Ausgangsdruck (ab Tank) von 103 kPa ausgegangen, der an das tatsächliche Niveau angepasst werden muss.
2. 2. Das Hilfsbrenngas, bei dem es sich um Propan oder Flüssiggas handeln kann (optional kann auch Erdgas (NG) verwendet werden), gewährleistet die Brennstoffsteuerung für den Schritt des Vorheizens einer Verbrennungszone auf über 800 °C und die zusätzliche Brennstoffzugabe im Falle einer sehr mageren Abgaszusammensetzung sowie für die Aufrechterhaltung der Ofentemperatur über 800 °C während des Nullstroms.
3. 3. Das Oxidationsmittel wurde aus der Verbrennungsluft ausgewählt. Die Frischluftzufuhr wurde geregelt für: (i) die Verbrennung, (ii) die O₂ Konzentration und (iii) die Temperaturregelung.
4. 4. Der Brennerteil und die Brennkammer umfassten einen Satz von 8 Gasbrennern mit Kohlenwasserstoffgemisch ( ). Jeder Brenner wurde mit einer Mindestleistung von 45 kg/h und einer Höchstleistung von 140 kg/h konfiguriert (modelliert). Darüber hinaus wurde ein Anfahrbrenner so konfiguriert (modelliert), dass er die Brennkammer beim Kaltstart auf über 800 °C vorheizt oder zusätzliche Wärme liefert, um die Temperatur während der flammenlosen Verbrennung über 850 °C zu halten. Für die Fälle ohne Durchfluss wurden zwei zusätzliche Propan- oder LPG-Sonden modelliert. Für die dynamische Simulation sind nur die 8 LCV-Gasbrenner relevant.
5. 5. Die Betriebsdynamik der Anlage wurde mit einer kontinuierlichen Änderung des Eingangsgasstroms von 50 auf 910 kg/h, einem Anstieg von 50 auf 910 kg/h innerhalb von 5 Minuten, gefolgt von einem plötzlichen Rückgang des Eingangsstroms auf 50 kg/h und einem Abfall auf 50 kg/h innerhalb von 1 Minute simuliert.
6. 6. In ist die Systemreaktion über einen Zeitraum von 10 Minuten aufgezeichnet. Für Schlüsselparameter wie die Ofentemperatur und die O2-Konzentration im Rauchgas ergeben sich folgende Änderungen:
   • - mit der raschen Erhöhung des Durchflusses schwankt die O2-Konzentration zwischen 12,9 %v (Ausgangswert) und 11,7 %v (Tiefstwert), während die Temperatur in der Verbrennungszone zwischen 977 und 1044 °C schwankt, beides gut kontrollierbar; und
   • - mit dem plötzlichen Abfall des Einlassgasstroms des Kohlenwasserstoffgemischs haben wir berechnet, dass die Temperatur in der Verbrennungszone kurzzeitig auf 902 °C sinkt, während die Sauerstoffkonzentration auf 13 Volumenprozent ansteigt, gefolgt von einem Absinken auf 12 Volumenprozent in der anschließenden Stabilisierung. Die gesamte Dynamik zeigt eine wirksame Kontrolle der Schlüsselparameter für die Verbrennungskammer, die eine vollständige und stabile Verbrennung über die gesamte Bandbreite des Gaszuflusses des Kohlenwasserstoffgemischs von niedrig bis hoch und zurück bis niedrig gewährleistet.
• In einer analogen Simulation über einen längeren Zeitraum (65 Minuten) wurde die Auswirkung eines Null-Gasflusses in Kombination mit einströmendem Hilfsbrenngas (in unserem Beispiel LPG) analysiert. Wie aus hervorgeht, wird die Temperatur der Verbrennungszone mit dem einströmenden LPG-Gas innerhalb der Anforderungen der Methode gut geregelt. Als Reaktion auf die Verringerung der Luftzufuhr zur Steuerung der Temperatur der Verbrennungszone (Verringerung des Durchflusses aufgrund der niedrigeren Ofentemperatur) kann der O2-Gehalt in der Brennkammer auf 5 Volumenprozent sinken, was immer noch im richtigen Fenster für eine vollständige Verbrennung unter flammenlosen Verbrennungsbedingungen liegt. Daher wird das vorliegende Verfahren, wenn es optional den Schritt umfasst, bei dem die Temperatur des Ofens auf einer Temperatur von 850 bis 1200 °C gehalten wird, indem ein Hilfsbrennstoff in den Ofen eingeführt wird, so simuliert, dass es vorteilhaft eine flammenlose Verbrennung ermöglicht, die zeitweilige Zufuhrschocks des Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemischs aushalten kann, ohne unerwünschte Mengen an NOx oder CO zu emittieren.
• Liste der Referenznummern

1

Flammenloses Verbrennungsgerät

2

Ofen

3

Verbrennungszone

4

Erste Einspritzöffnung

5

Erste Düse, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines ersten Kohlenwasserstoffkraftstoffs ermöglicht

6

Zweite Einspritzöffnung

7

Mittel zur Messung der Verbrennungstemperatur, wie z.B. ein Thermoelement

8

Auspufföffnung

9

Fan

10

Ventil

11

Magnetventil

12

Lufteinlassfilter

13

Klappe für Kühlluft

14

Stellmotor

15

Druckschalter

16

Filter

17

Kuqelhahn

18

Magnetspule mit Druckminderer

19

Ventil

20

Erster FLOX-Brenner

21

Zweiter FLOX-Brenner

22

Anfahrbrenner für den Betrieb unter FLOX- und Flammenverbrennungsbedingungen

23

Sauerstoffsensor

24

Klappe

25

Lineare Durchflusskontrolle

26

Luft

27

Kohlenwasserstoff-Kraftstoff

28

Auspuffgas

29

Hilfskraftstoff

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 0463218 A1 [0010]

Claims (8)

1. Eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung (1), die für eine flammenlose Verbrennung konfiguriert ist, umfassend: - einen Ofen (2), der eine Verbrennungszone (3) umfasst, wobei die Verbrennungszone so konfiguriert ist, dass sie auf über 800 °C vorgewärmt wird und ihre Temperatur zwischen 850 °C und 1400 °C hält; - mindestens einen FLOX-Brenner (20), wobei der FLOX-Brenner eine erste Einspritzöffnung (4) umfasst, wobei die erste Einspritzöffnung (4) eine erste Düse (5) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie das Einspritzen eines ersten Kohlenwasserstoff-Brennstoffs ermöglicht, und eine zweite Düse, die so konfiguriert ist, dass sie das Einspritzen eines Oxidationsmittels in die Verbrennungszone ermöglicht, wobei das Oxidationsmittel und das erste Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisch gleichzeitig und unabhängig voneinander aus der ersten bzw. der zweiten Düse eingespritzt werden, wobei der erste Kohlenwasserstoff-Brennstoff ohne Flammen verbrennt, indem eine Ofensauerstoffkonzentration der Verbrennungszone unter 12 Volumenprozent gehalten wird; - mindestens einen Anfahrbrenner (22), der unter FLOX- und Flammenverbrennungsbedingungen betrieben werden kann und eine zweite Einspritzöffnung (6) umfasst, wobei die zweite Einspritzöffnung (6) eine dritte Düse, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines ersten Hilfsbrennstoffs ermöglicht, und eine vierte Düse umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie die Einspritzung eines Oxidationsmittels ermöglicht; - ein Mittel zum Messen einer Verbrennungstemperatur (7); und - eine Auslassöffnung (8) zum Ablassen von Abgasen; - wobei die erste und die zweite Düse parallel angeordnet sind, um die Zufuhr des ersten Kohlenwasserstoff-Brennstoffgemisches und des Oxidationsmittels zum FLOX-Brenner zu ermöglichen; und - wobei die dritte und die vierte Düse parallel angeordnet sind, um die Bereitstellung des ersten Hilfsbrennstoffgemischs und gegebenenfalls des Oxidationsmittels für einen Anfahrbrenner zu ermöglichen.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Einspritzöffnung und der Ofen so konfiguriert sind, dass sie eine flammenlose Verbrennung des ersten Hilfsbrennstoffs mit einer Abgasrückführungsrate von 0 bis 0,5 ermöglichen.
3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, die ferner ein Steuer- und Leistungssystem zum Betreiben der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung umfasst, wobei das Steuer- und Leistungssystem so konfiguriert ist, dass es hohe Abschaltverhältnisse und Schwankungen der Durchflussrate, der Konzentration und der Zusammensetzung handhabt, wobei das Steuer- und Leistungssystem Folgendes umfasst: einen Gasdruckerhöher, mindestens einen Antrieb und/oder Aktuator, der so konfiguriert ist, dass er die Drehzahl von Motoren steuert, die Pumpen, Gebläse und Ventile betreiben, mindestens eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie Daten von verschiedenen Sensoren verarbeitet und Steueralgorithmen ausführt, mindestens einen Sauerstoffsensor, der so konfiguriert ist, dass er die Sauerstoffkonzentration in der Verbrennungsluft und/oder der Frischluft misst, mindestens einen Temperatursensor, der so konfiguriert ist, dass er die Verbrennungstemperatur misst, einen linearen Durchflussregelungsmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er die Durchflussmenge des Zusatzbrennstoffs und/oder des Oxidationsmittels regelt.
4. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3, die ferner ein lösbares Verbindungsstück zu einem Kohlenwasserstofftransporttank umfasst, das optional einen Adapter zur Herstellung einer Fluidverbindung mit dem Tank umfasst.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Vorrichtung und ein Steuer- und Energiesystem auf einer transportablen Struktur montiert sind.
6. System zur flammenlosen Verbrennung, das eine flammenlose Verbrennungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und mindestens einen Kohlenwasserstoff-Lagertank umfasst, wobei der mindestens eine Kohlenwasserstoff-Lagertank mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung durch Mittel verbunden ist, die es ermöglichen, den mindestens einen Kohlenwasserstoff-Lagertank in Fluidverbindung mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung zu bringen.
7. . System nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Zwischenspeichertank, eine Verbindungseinheit, um den Kohlenwasserstoffspeichertank in eine Fluidverbindung mit dem Zwischenspeichertank zu bringen, und eine Verbindungseinheit, um den Kohlenwasserstoffspeichertank in Fluidverbindung mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung zu bringen, und/oder eine Verbindungseinheit, um den Zwischenspeichertank in Fluidverbindung mit der flammenlosen Verbrennungsvorrichtung zu bringen.
8. Vorrichtung oder System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verwendung in einem Kohlenwasserstofflager, einem Schiff, einem Straßentankwagen und/oder einem Kohlenwasserstoffeenthaltenden industriellen Nebenstrom.