DE2424064C3 - Vorrichtung zur Erzeugung von Inertgas - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung von InertgasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Inertgas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
Inertgas, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt wird, wird hauptsächlich in der Tankschiffahrt
und im Transportwesen zur Neutralisierung von leeren Tanks und zur Schaffung einer inerten Atmosphäre in
gefüllten Tanks verwendet. Es ist aber auch bei der Feuerlöschung und als Schutzgas beim Transport von
verderblichen Gütern, wie z. B. Fischmehl, in Kühlhäusern und zu ähnlichen Zwecken einzusetzen.
Aus der AT-PS 3 05 222 ist eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art bekannt (vgl. Fig. 6), bei der die
Brennkammer von einem Doppelmantel umgeben ist Ein flüssiges Kühlmittel wird über Düsen in den Doppelmantel
eingespritzt, wobei ein Teil die Wände des Doppelmantels kühlt und ein Teil in einem Tauchsumpf
am Fuße der Brennkammer fällt. Das entstandene Inertgas muß den Tauchsumpf durchqueren.
Diese Gestaltung der Doppelmantel-Brennkammer hat Nachteile. Das Gas muß bei der Durchquerung des
Tauchsumpfes ein relativ hohes Druckgefälle überwinden. Außerdem sammeln sich aufgrund der Konvektion
heiße Gase im oberen, am wenigsten gekühlten Teil der Brennkammer, so daß Überhitzungen auftreten können.
Durch den Tauchsumpf tritt das heiße Inertgas außerdem in relativ großen Blasen hindurch, deren Oberfläche
groß ist im Verhältnis zum Volumen, so daß sie nicht ausreichend abkühlen können. Die anschließende
Sprühkühlung nach Durchqueren des Sumpfes stellt eine technisch unbefriedigende Lösung dar, denn e'nmal
muß das eingesprühte Wasser die metallischen Wände kühlen und geht damit für die Sprühwirkung verloren,
zum anderen soll es, ohne die Wände zu berühren, den entgegenkommenden Gasstrom kühlen, wobei es wiederum
nicht zur Kühlung der Wände zur Verfugung steht
Es stellt sich damit die Aufgabe, eine Vorrichtung anzugeben, bei der das verwendete Kühlmittel sowohl
den Doppelmantel ausreichend kühl hält und zum anderen das kontinuierlich erzeugte Inertgas möglichst kurz
nach seiner Entstehung um ein großes Temperaturgefälle kühlt so daß der Energieaufwand für die Kühlwasserförderung
gering gehalten wird und die Anlage selbst sehr kompakt gebaut werden kann. Außerdem
soll die Bildung von Stickoxiden wirksam unterdrückt werden.
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch die Kennzeichen des Häüptanspruchcs.
Weitere, mit Vorzug einzubauende Aggregate sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Wie die Erfahrung zeigt, läßt sich mit der Vorrichtung bei niedrigeren Brennkammer-Temperaturen als bei bekannten
Inertgaserzeugern arbeiten. Es ergibt sich außerdem die Möglichkeit einen höheren Gasdruck zu
verwenden. Die Vorrichtung erlaubt weiterhin die Verwendung von stark schwefelhaltigen Heizölen. Die
Waschleistung des Waschturmes kann durch die Zugabe von Zusätzen, die die Aufnahmefähigkeit des Waschwassers
stark erhöhen oder seinen Gefrierpunkt erniedrigen, stark verbessert werden. Beispielsweise werden
verdünnte Laugen zugegeben, die das Schwefeldioxid des Heizgases in lösliche Verbindungen überführen.
An Hand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeig«.
F i g. 1 eine Schemazeichnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
F i g. 2 eine Brennkammer.
Das Herz der Anlage stellt die in F i g. 1 und 2 dargestellte Brennkammer 22 dar. An der Stirnseite der Kammer
22 ist ein Brenner 20 eingebaut der als sogenannter Zweistufenbrenner beispielsweise Heizöl verbrennt
Dabei wird als Zerstäubungsmedium Luft, Gas, Inertgas oder Dampf verwendet und Verbrennungsluft parallel
— wie an sich bekannt — über den Brenner 20 zugeleitet. Innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden
ein Brenner und ein Regelverfahren Anwendung, wie sie beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften
23 20 442 und 22 46 742 näher erläutert sind. Insofern wird ausdrücklich auf die Offenbarung in diesen
Schriften Bezug genommen. Es lassen sich brennbare Gase, Erdgas und schwefelarmes Heizöl verbrennen,
jedoch lassen sich auch Heiz- oder Dieselöle mit hohem Schwefelgehalt bis zu 4% einsetzen.
Der erzeugte Flammstrahl und die heißen Brenngase treten in die mit einem Kühlmantel 21 versehene Verbrennungskammer
22 zylindrischer Form ein, in welcher auf Grund der Abkühlung der Verbrennungsgase ein
Inertgas mit sehr geringem Gehalt an Stickoxiden entsteht
Bei Verwendung des Brenners und des genannten Regelverfahrens weist das erzeugte Inertgas selbst bei
geringsten Sauerstoffkonzentrationen von z. B.
1000 ppm einen sehr geringen CO-Anteil auf. Die Rußbildung
wird völlig unterdrückt Der Brennkammer-Mantel wird von Kühlwasser durchflossen, welches z. B.
aus der See oder einem anderen geeigneten Kühlwasserreservoir entnommen wird. Das Innere der Kammer
ist nicht ausgemauert sondern durch die stählerne Innenwand des Kühlmantels gebildet Bei Abschalten der
Anlage braucht demnach nicht nachgekühlt zu werden.
Der in Strömungsrichtung des Gases hintere Teil der Brennkammer trägt an seiner Innenseite Sprühdüsen 23,
durch welche das Kühlwasser aus dem Kühlmantel in den Brennkammerinnenraum eintritt und das Inertgas
in einer ersten Stufe mittels Sprühkühlung sofort nach der Erzeugung kühlt Es kann davon ausgegangen werden,
daß bis zum Austritt aus der Brennkammer sich für das Inertgas eine Temperatur einstellt die ungefähr der
Kühlwassertemperatur entspricht. Bei Verwendung von Kühlwasser von ca. 20° würde sich also eine Gastemperatur
von ca. 20° einstellen. Das Kühlwasser wird nach unien abgezogen und über einen bekannten gasdichten
Abfluß 24 entfernt
Das Inertgas strömt sowohl direkt aus der Brennkammer als auch aus dem Gasabscheider wie das Kühlwasser
in einen Waschturm (scrubber) 25, in welchem es vertikal aufwärts strömt und über Kopf abgezogen
wird. Der Waschturm ist bekannterweise mit Füllkörper-Ringen oder anderen geeigneten Füllkörpern gefüllt.
Das Kühlwasser selbst tritt von oben ein, wird durch eine geeignete Düse über den Querschnitt des
Waschturms verteilt und strömt dem Gas im Gegenstrom entgegen. Nach Sammlung des Kühlwassers im
Sumpf des Waschturms wird es über eine Pumpe in einen handelsüblichen Kühler 26, z. B. Fluorkohlenwasserstoff-Kühler,
gefördert, von welchem es wieder zurück in den Waschturm strömt. Die Kühlung des Inertgases
geschieht demnach indirekt, indem das Kühlwasser in einen Kühler geleitet wird. Das Kühlwasser wird
anschließend direkt mit dem Inertgas in Kontakt gebracht.
Der Kühler ist in seinen Abmessungen auch bei hohen Leistungen sehr klein zu bemessen. Der Kühler
kann neben seiner Aufgabe, das Kühlwasser zu kühlen, auch andere Kühlaufgaben übernehmen, beispielsweise
den Betrieb einer Klimaanlage oder die Erzeugung von gekühltem Trinkwasser.
Alternativ kann für die Kühlung des umlaufenden Wassers auch ein schon bereits für andere Zwecke benutzter
Kühler ver wendet werden.
Durch die tiefe Wassertemperatur im Waschturm wird die Löslichkeit der schädlichen Gase wesentlich
erhöht Aus dem Kopf des Waschturmes wird kontinuierlich oder diskontinuierlich Inertgas zur Analyse entnommen,
auf Grund derer die Brennstoff-Verbrennungsluft-Verhältnisse in der Brennkammer eingestellt
werden.
Da das Wasser für den Waschturm im Kreislauf umgepumpt wird, könne ihm mit einer zusätzlichen Dosiervorrichtung,
z. B. Pumpe, Zusätze zugegeben werden. Die Zusätze gehen mit den im Gas enthaltenen unerwünschten
Bestandteilen Verbindungen ein. Wenn das Wasser im Kreislauf geführt ist, werden diese Zusätze
nicht wieder wie bei durchlaufendem Kühlwasser entfernt.
Die Temperatur des umgewälzten Kühlwassers liegt in der Nähe des Gefrierpunktes, z. B. bei ca. 1 -40C; das
Inertgas verläßt den Waschturm mit etwa der gleichen Temperatur wie das umgewälzte Kühlwasser. »Anlage-
und energiesparend« wirkt sich hier aus, daß das nur geringfügig erwärmte Kühlwasser wieder für den Kühlprozeß
verwendet wird und daß bei dem für eine weitere Kühlung erforderlichen geringen Teiuperatumiveau
ein sonst erforderliches Abkühlen von durchlaufendem Kühlwasser vermieden werden kann.
Die Drennkammer (Fig.2) weist eine kompakte, zylindrische
Form und nur einen geringen Durchmesser auf. Darüber hinaus ermöglicht die Gestalt der Brennkammer,
daß Inertgas von hohem Druck erzeugt werden kann. Sie kann voll aus Stahl oder Edelstahl gefertigt
werden und damit auch bei höheren Drücken abgedichtet werden. Bei der Verwendung von Inertgas von
relativ hohem Druck werden auch die nachfolgenden Komponenten, wie der zuvor beschriebene Wasserturm
und die nachfolgende Trocknungsanlage, im Volumen sehr kSsin, so daß insgesamt eine sehr kompakte Anlage
mit geringerem wirtschaftlichem Aufwand entsteht
Aus dem Waschturm strömt das Inertgas zu zwei Trocknungsadsorbern 27 und 28, die, wie an sich bekannt
mit einem adsorbierenden, hydrophilen Material, z. B. Silicagel oder Aluminiumhydroxid-Gel oder einem
anderen geeigneten Material, gefüllt sind, so daß der Taupunkt beispielsweise von plus 30°C auf minus 200C
bis minus 700C gebracht werden kann. Je nach dem
erforderlichen Taupunkt — der ein Maßstab für den enthaltenen Wassergehalt ist — wird das geeignete
Trocknungsmittel verwendet. Der Taupunkt des Gemisches ist hier so gering, daß eine für den gewünschten
Zweck praktisch vollständige Trocknung erreicht ist.
Im Betrieb ist wechselnd jeweils einer der Adsorber eingesetzt, wobei der andere laufend oder diskontinuierlich
während der Betriebszeit des anderen regeneriert wird. Gemäß der Figur strömt das Inertgas zunächst
über das geöffnete Ventil 1 durch den Adsorber 27 und über das Ventil 2 zum Verbraucheranschluß. Ein
Teilstrom des getrockneten Gases wird bei 9 abgezogen und in einem Erhitzer 30 aufgeheizt Es strömt anschließend
über das geöffnete Ventil 7 durch den zweiten, gerade zur Regeneration geschalteten Adsorber 28 und
über ein weiteres, geöffnetes Ventil 8 durch ein Gebläse 29 leicht komprimiert wieder zurück in die Brennkammer.
Vorteilhaft mündet die Verbindungsleitung in einen Bereich der Brennkammer 22, in welchem die Verbrennung
bereits abgeschlossen ist und nach welchem die erste Wäsche einsetzt.
Das Gebläse 29 braucht nur eine geringe Leistung aufzuweisen, da lediglich die Strömungsverluste des
Inertgases im Waschturm und in den für den Zweigstrom hintereinandergeschalteten Adsorbern ersetzt
werden muß.
Nach dem Austreiben des Wassers durch das erhitzte Inertgas wird die Heizung abgeschaltet und kühles
Inertgas durch den zu regenerierenden Adsorber geleitet. Dabei wird die Adsorber-Masse wieder auf die Betnebstemperatur
abgekühlt.
Nachdem der erste Adsorber 27 aufgeladen und der zweite regeneriert ist, werden die Ventile umgeschaltet.
Die Ventile 1 und 2 sowie 7 und 8 werden geschlossen und die Ventile 3 und 4 sowie 5 und 6 geöffnet. Der
Inertgasstrom strömt dann über das Ventil 3 in den Adsorber 28 und dann über das Ventil 4 zu dem Verbraucher.
Im Punkt 9 wird wiederum ein Teilstrom abgezogen und im Erhitzer 30 erhitzt. Er strömt dann über
das nvnmehr geöffnete Ventil 5 durch den Adsorber 27, aus welchem es über das Ventil 6 wieder zu dem Gebläse
29 gelangt.
Da die Regeneration durch bereits getrocknetes Inertgas erfolgt, ist sie in kürzerer Zeit durchführbar als
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bei bekannten Adsorbern, die mit aufgeheizter, atmosphärischer
Luft getrocknet werden. Letztere enthält noch immer einen sehr großen Anteil von Wasser, insbesondere
in tropischen Gegenden. Bei geeigneter Wahl des abgezweigten Gasstromes und bei Temperaturerhöhung
kann in kürzeren Zeitabständen von einem auf den anderen Adsorber umgeschaltet werden, wodurch
sich deren Größe ebenfalls stark verringern läßt. Die Regeneration mit Inertgas ist auch wirtschaftlicher
als Regeneration durch Außenluft, da diese erst sehr to hoch erhitzt werden muß, was zu einer erhöhten Belastung
des Materials führt Da weiterhin das zur Regeneration benutzte Inertgas zurückgespeist werden kann,
sind Gasverluste zu vermeiden.
Die Kühlung des erzeugten inengäses führt in der
zweiten Stufe auf Temperaturen von Gefrierpunktnähe; daher ist die Entfernung von SO2 bereits an dieser Stelle
sehr weitgehend.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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Claims (4)
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Inertgas, mit einer Doppelmantel-Brennkammer mit gekühltem
Mantel, in der flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe mit Verbrennungsluft, gegebenenfalls unter
Zumischung eines gasförmigen Zerstäubungsmittels, verbrannt werden, und mit wenigstens einer
weiteren, Sprühdüsen aufweisenden Kühlvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der
Doppelmantel (21) von Kühlwasser durchflossen ist und nahe dem Gasaustritt Sprühdüsen (23) zum Austritt
von Kühlwasser aus dem Doppelmantel (21) in den Innenraum der Brennkammer (22) aufweist und
gekennzeichnet durch einen an den Gasaustritt der Brennkammer (22) angeschlossenen Waschturm (25)
sowie einen Kühler (26), den das Waschwasser vor Eintritt in den Waschturm durchströmt
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dosiervorrichtung zum Einspeisen von
gefrierpunkterniedrigenden Zusätzen in den Kühlwasserkreislauf des Waschturms.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erzeugte Gas zusätzlich einer Adsorptionstrocknung
unterzogen wird, gekennzeichnet durch zwei parallelgeschaltete Adsorptionstrockner (27,28), von denen
wechselweise einer zur Trocknung des Inertgases und der andere zur Regeneration durch einen
von dem getrockneten Inertgas abgenommenen und in einem Erhitzer erhitzten Gasteilstrom geschaltet
ist, und durch eine Verbindungsleitung mit einem Gebläse (29) zwischen den Adsorptionstrocknern
und der Brennkammer (22), die zur erneuten Einspeisung des zur Regeneration benutzten Inertgases
vor dem Wirkungsbereich der Sprühdüsen in die Brennkammer mündet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Brennkammer, deren Sprühköpfe (23)
von außen zugänglich sind.
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