DE2121402A1

DE2121402A1 - Verfahren zur Herstellung von Brenngas aus verflüssigten Kohlenwasserstoffgasen

Info

Publication number: DE2121402A1
Application number: DE19712121402
Authority: DE
Inventors: Werner Dipi.-Ing.; Olschewski Karl-Heinz; Sack Rolf-Egon; 2000 Hamburg Grimm
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1971-04-30
Filing date: 1971-04-30
Publication date: 1972-11-02
Also published as: FR2134676B1; FR2134676A1; IT954858B; GB1390643A; BE782806A

Description

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Beschreibung zu der Patentanmeldung der

Shell Internationale Research Maatschappi j N.V. Haag/ Niederlande

betreffend

Verfahren zur Herstellung von Brenngas aus verflUsslgten Kohlenwasserstoffgasen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Brenngas mit erniedrigtem Heizwert aus niedrigsiedenden flüssigen Brennstoffen wie Flüssiggas, oder aus heizwertreichen gasförmigen Brennstoffen wie Erdgas, indem man einen Teilstrom des Flüssiggases mit Luft verbrennt, die Verbrennungegase durch ElnsprUhen von Wasser auf etwa 600°C oder darunter abkühlt, den Hauptstrom des Flüssiggases mittels des Verbrennungsgae-Waeserdampf-Gemisches verdampft und ihn damit zum fertigen Brenngas aufmischt.

Beim Einsatz von Flüssiggas als Industriebrennstoff müssen in der Regel besondere Vorkehrungen getroffen werden, um den Brennstoff aus der flüssigen in die gasförmige Phase zu überführen. Es sind verschiedene Typen von Verdampfern bekannt, in denen die erforderliche VerdampfungswSrrae beispielsweise durch elektrische

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Beheizung oder mittels gasbeheizter Rekuperatoren zugeführt wird. Es wurde auch schon eine Vorrichtung vorgeschlagen (BrIt₆ .Patentschrift 1 158 934), in der die VerdampfüngswSrme durch Verbrennen eines Teilstromes des Flüssiggases gewonnen wird und der Hauptstrom durch direkte Beheizung mit den Verbrennungsabgassen des Teilstromes verdampft wird.

Das erzeugte Gas wie Butan oder Propan ist in vielen Fällen aber noch nicht als Brenngas brauchbar* well es einen zu hohen Heizwert hat. Es muss auf einen Heizwert herabgesetzt werden, der dem Verwendungszweck angepasst ist, und zwar in gewissen Grenzen schwanken darf, aber weit unterhalb des Heizwertes der reinen Gase liegt» Das geschieht durch Zumischung von Luft oder von Inertgas wie Feuerungsabgasen. Zur Beheizung von Schachtöfen beispielsweise wird ein Brenngas von etwa 9000 Kcal/ftnr gebraucht, was beim Einsais von Butan eine Zumisohung von etwa 70 VoI.% Luft oder Inertgas, bezogen auf das Brenngas, erforderlich macht.

Beim Einsatz von Erdgas anstatt Flüssiggas für die gedachten Zwecke entfallt natürlich der erste Verfahrensschritt, die Verdampfung, während der zweite, die Senkung des Heizwertes durch Zumischung

* von Inertgas, erforderlich ist. Bei der Umstellung von Flüssiggas auf Erdgas kann also nur der Verdampfer, nicht aber die Mischvorrichtung umgangen werden.

Zur Erzeugung von Brenngas aus Flüssiggas auf die übliche Weise sind in vielen Fällen also zwei Verfahrenssohritte bzw.

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Vorrichtungen mit ihren EnergiezufUhrungen, Regeleinrichtungen u.s.w. erforderlich, wodurch der· Einsatz von Flüssiggas natürlich erschwert und verteuert wirdο Dagegen arbeitet das erfindungsgemitsse Verfahren einstufig, in einer geschlossenen Vorrichtung.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird zunKehst vom FlÜssiggas-Hauptstrom ein Teilstrom abgezweigt und mit Luft verbrannt, um die erforderliche VerdampfungswÄrme zu erzeugen. Der Teilstrom wird zweckmHssig hinter Pumpe und Filtereinrichtung des Hauptstromes entnommen und in einem vorgegebenen Verhältnis nach der Menge des Hauptstromes geregelt. Der Hauptstrom wird dann mittels der Abgase von der Verbrennung des Nebenstromes aus der Brenner-Einheit in der Mischer-Einheit in direkter Beheizung verdampft; die Verbrennungsabgase verbleiben also im Gas des Hauptstromes und setzen dessen Heizwert herab.

Insoweit folgt man also dem erwähnten Vorschlag der Brit. Patentschrift 1 158 934, doch würde das Verfahren in dieser Form noch nicht ausreichen. Wegen der hohen Temperatur der Verbrennungsabgase besteht beim Zusammentreffen mit dem Flüssiggas des Haupt» stromes in der Mischer-Einheit die Gefahr von Krackreaktionen mit störenden Koks- oder Russabscheidungen. Um diese leidlich zu vermeiden, müsste die Temperatur in der Mischer-Einheit so niedrig wie möglich mithin der Abgasstrom von der Brenner-Einheit so klein wie möglich gehalten werden, um noch die vollständige Verdampfung des Hauptstromes zu gewahrleisten. Die Heizwertherabsetzung, die sich dabei ergibt, reicht aber für viele Zwecke nicht aus und

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lttsst sioh vor allem nicht regeln. Ausserdem bestUnde bei Verstärkung des Abgasstromee die Gefahr, dass der Hauptstrom hinter der Mischer-Einheit zu helss wird für die folgenden Armaturen.

ErfingunsgemSss folgt deshalb auf die Brenner-Einheit zunächst eine Kühler-Einheit, in der das Abgas von der Brenner-Einheit durch Verdampfen von Wasser gekühlt wird. Die Verdampfung erfolgt durch direkte Beheizung, zweckmHssig durch Versprühen des Wassers im Abgasstromj der Wasserdampf verbleibt im Abgas. Die Wassermenge wird zweckmHssig nach der Temperatur des Inertgases hinter der Kühler-Einheit geregelt; das Inertgas besteht also aus dem Abgas der Brenner=Einheit und zusätzlichem Wasserdampf. Zweckmttssig sollte seine Temperatur etwa 60O⁰C nicht übersteigen, um Russabscheidung in der folgenden Mischer-Einheit sicher zu vermeiden.

Das Inertgas strömt nun in die Mischer-Einheit, wo der Hauptstrom des Flüssiggases durch direkte Beheizung verdampft wird, zweckmHssig wiederum durch Versprühen im Inertgas strom. Das resultierende Gasgemisch stellt das fertige Brenngas dar.

Nach diesem Verfahren kann man aus dem gleichen Ausgangsbrennstoff, beispielweise verflüssigtem Butan, Brenngase mit verschiedenen Heizwerten herstellen. Wenn man den FlUssiggas-Teilstrom zur Brenner-Einheit möglichst niedrig einstellt, d.h. das Abgas- bzw. Inertgas »Volumen klein hKlt und gleichzeitig die Wasserraenge

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zur Kühler-Einheit so niedrig« d.h. die Inertgas-Temperatur so hoch einstellt, dass in der Mischer-Einheit gerade noch keine Russbildung einsetzt, so erhält man ein Brenngas von sehr hohem Heizwert. Die Grenze ist praktisch durch den Taupunkt des Brenngases gegeben« das desto kalter aus der Mischer-Einheit kommt* Je kleiner das Verhältnis Teilstrom/Hauptstrom wird. Bei dieser Verfahrensweise wirkt die Vorrichtung fast wie ein gewöhnlicher Verdampfer. Wenn man dagegen den Teilstrom zur Brenner-Einheit erhöht, so erhält man Brenngase mit höheren Inertgas-Anteilen und niedrigeren Heizwerten. ZweckmKssig wird dann auch die Wassermenge zur Kühler-Einheit höher, d.h. die Inertgae-Temperatur niedriger eingeregelt, u.U. noch unter den Richtwert von 600 C. Dadurch wird der Inertgas-Anteil weiter erhöht und gleichzeitig eine unerwünscht hohe Temperatur des Brenngases vermieden. Man kann auf diese Weise Brenngase mit beliebig niedrigem Heizwert herstellen, die dann allerdings einen relativ hohen Wasaerdampfanteil und damit hohen Taupunkt haben. Für alle praktischen Zwecke spielt die Begrenzung des Regelbereichs durch den Taupunkt bei niedrigen Heizwerten aber keine Rolle.

Das Verfahren bleibt unverändert, wenn anstatt Flüssiggas ein heizwertreicher gasförmiger Brennstoff wie Erdgas eingesetzt wird. Die Mischer-Einheit wirkt dann als einfache Mischkammer, in der Regel ohne dass Umbauten nötig werden. Natürlich erhält man bei dieser Verfahrensweise eine verhSltnismHssig höhere Temperatur im Brenngas, weshalb man zweckmSssig die Inertgas-Temperatur so niedrig einstellt, als im Hinblick auf den Taupunkt des Brenngases zulKsalg 1st.

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Die Vorrichtung für das erfindungsgemSsse Verfahren kann aus an sich bekannten Einheiten bestehen. Als Brenner-Einheit verwendet man zweükmässig einen der bekannten Brenner für die Direktverbrennung von Flüssiggas, beispielsweise einen Druck-DUsenbrenner. Die Verbrennungsluft wird von einem GeblHse geliefert und im Verhältnis zur Menge des Flüssiggas-Teilstromes geregelt. Vorteilhaft führt man in bekannter Weise die COg-Konzentration und/ oder die CO+Hg-Konzentratiqn des Abgases als zusätzliche Regelgrösse ein.

Die Kühler-Einheit besteht zweokmttssig aus einem Einspritzverdampfer passender Grosse, erforderlichenfalls mit Pumpe und Filter für die Wasserversorgung, Die Wassermenge wird von einem Temperaturfühler geregelt, der im Inertgasstrom hinter dem Einspritzverdampfer angeordnet ist.

Für die Mischer-Einheit wird zweekmitssig ebenfalls ein Einepritzverdampfer verwendet.

Die Menge des FlUssiggas-Teilatromes zur Brenner-Einheit wird im Verhältnis zur Menge des Hauptstromeβ zur Mischer-Einheit geregelt. Zweckmassig wird hinter der Mischer-Einheit ein Temperaturfühler angeordnet und die Temperatur des Brenngases als zusätzliche Regelgröße eingeführt. Sinkt die Temperatur unter einen vorgegebenen Wert, der mit Sicherheit oberhalb des aus der Brenngaszusammensetzung ermittelten Taupunktes liegt, bo wird das Verhältnis Teilstrom/frauptstrom erhöht, d.h. der Teilstrom zur Brenner-Einheit verstärkt. Bei Betriebsbedingungen, bei denen sich die Temperatur

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des Brenngases in der NShe seines Taupunktes befindet, erhSlt man dann eine gewisse Schwankung im Heizwert des Brenngases. Für fast alle praktischen Zwecke ist diese aber unerheblich und Jedenfalls weit weniger störend als eine Kondensatausscheidung in der Brenngasleitung und in ihren Armaturen.

Zur Sicherheit wird zweekma'ssig noch ein weiteres Regelsystem angeordnet, das je ein Absperrventil im Teilstrom vor der Brenner-Einheit und im Hauptstrom vor der Mischer-Einheit betätigt und von einem Strömungswächter im Wasserstrom vor der Kühler-Einheit ausgelöst wird. Vorteilhaft wird in dieses Sicherheitssystem noch ein Flammenwächter an der Brennstelle oder ein Strömungswächter im Luftstrom zur Brennstelle einbezogen, so dass bei einer Störung in der Brenngasabnähme die ganze Vorrichtung automatisch stillgesetzt wird.

Me Zeichnung stellt ein Fliese- und Regelschema dar, aus dem das erfindungsgemüsse Verfahren zu ersehen ist, und wobei Flüssiggas als Ausgangsbrennstoff eingesetzt wird«

Das Flüssig«·?^ tritt bei 1 ein» Ein Teilstrom flieset zur Brenner-Einheit, und zwar über das Regelventil 2 zum Brenner J. Die Brenner-Einheit umfasst weiter das Gebläse 4 für die Verbrennungsluft, die vom Verbrennungsregler 5 mittels der Regelklappe 6 geregelt wird. Der Regler 5 bekommt seine Impulse von der Messblende 7 und von der COp-Messstelle 8, die im Abgasstrom vom Brenner 3 angeordnet ist.

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Das Abgas von der Brenner-Einheit strömt zu dem Einspritzverdampfer 9 der Kühler-Einheit. Sie wird ober die Zuleitung IO und das Regelventil 11 mit Wasser versorgt. Der zugehörige Regler 12 erhalt seine Impulse von der Temperaturmessstelle 14, die im Gasstrom hinter dem Einspritzverdampfer 9 angeordnet 1st.

Das Inertgas von der Kühler-Einheit strömt zu dem Einspritzmischer der Mischer-Einheit, Er wird Über das Haupt-Steuerventil 16 mit dem Flüssiggas-Hauptstrom beaufschlagt. Hinter dem Einspritzmischer 15 passiert der Brenngasstrom das einstellbare Druckregelventil 17* mittels dessen die Vorrichtung unter Überdruck betrieben werden kannj natürlich ist dann auch ein Sicherheitsventil 18 erforderlich.

Das Regelventil 2 im Flüssiggas-Teilstrom wird von dem Mischregler 19 betätigt, der seine Hauptimpulse von der Messblende 20 im Hauptstrom und seine Zusatzimpulse von der Temperaturmessstelle 21 im Brenngasstromt erhalt. Der Betriebssicherheit dient der Regler 22, der die Absperr-Magnetventile 23 und 24 im Flüssiggas-Hauptstrom bzw. -Tellstrom betiEtigt und einerseits von dem StrömungswKchter 25 ausgelöst wird, andererseits von einem Flammenwächter oder Strömungswächter in Verbindung mit der Brennstelle (nicht mehr dargestellt).

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1* Verfahren zur Herstellung von Brenngas mit erniedrigtem Heizwert aus niedrigsiedenden flüssigen Brennstoffen oder aus heizwertreichen gasförmigen Brennstoffen durch Verbrennen eines geregelten Teilstromes und Vermischen des Verbrennungsabgases mit dem Hauptstrom des Ausgangsbrennstoffes« dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsabgas durch Verdampfen von Wasser gekühlt und mit dem Wasserdampf zu einem Inertgas von einstellbarer Temperatur aufgemischt wird, das anschliessend mit dem Hauptstrom des Ausgangsbrennstoffes zum Brenngas aufgemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom des Ausgangsbrennstoffes zusätzlich zur Regelung nach der Menge des Hauptstromes nach der Temperatur des Brenngases geregelt wird*
35. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassermenge nach der Temperatur des Inertgases geregelt wird.
4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrers nach Anspruch 1 bis gekennzeichnet durch eine Brennereinheit für den Teilstrom des Ausgangsbrennstoffes, welche einen Druek-DUsenbrenner, ein Gebläse für Verbrennungsluft und einen

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Verbrennungsregler umfasstj, einen hinter die Brennereinheit geschalteten Einspritzverdampfer zur Mischung von Wasser mit den Verbrennungsgasen, und einen Einspritzmischer zur Mischung vom Verbrennungsgas-Wasserdampfcpmisch entzogen vom Einspritzverdampfer einerseits mit dem Hauptstrom des Ausgangsbrennstoffes andererseits.

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