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Verfahren und Vorrichtung zum Neutralisieren von Gasen bei Ol-
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und Gas bohrungen Die Erfindung betrifft Verfahren und Anlagen zum
Neutralisiren toxischer, explosiver und anderer potentiell schädlicher Gase und
betriff@ insbesondere @@@ fahren und eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Bohrung
nach und Förderung von Erdöl und Gas.
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Es gibt viele industrielle Betriebe, in denen giftige und explosive
Gase notwendigerweise entweichen, womit eine Gefahr für Personal, die Verschmutzung
der Umwelt und möglicherweise zerstörende Explosionen uni Feuer einhergeht. Dies
ist ein besonders schweres Problem in der Nähe von Ole und Gasbohr- und -förderanlagen.
Es sind schon viele Feuer urS Explosionen an Bohranlagen und.. Fördergeräten entstanden
und haben Yerletzungen und sogar den Tod für Personal sowie die Zerstörung von Egentunt
verursache.
Es ist zwar häufig schwer, den exakten Grund für solche
Feuer und Explosionen festzulegen, jedoch liegt auf der Hand, das in jedem Fall
entzündbars Dämpfe und Gase vorhanden gewesen sein müssen. Eine. Gegebenheit, bei
der es besonders gefährlich ist wegen der Anwesenheit solcher entflambarer Gase
und Dämpfe und anderer Giftgase ist die sogenannte Offshore-Bohrplattform, die mehrere
geschlossene oder teilweise umschlossene Bereiche hat, die als Sammelplatz für explosive
und toxische Gasgemische wirken können. Solche Gase werden notwendigerweise beim
Bohren vorgang erzeugt und gelangen in Lösung im Bohrfluid an die Oberfläche. Wenn
das Bohrfluid die Oberfläche erreicht, ermöglichst der niedrigere Druck das Entweichen..einer.
gewissen Menge Gas. Weitere Gase werden absichtlich mit. Hilfe von Entgasungseinrichtungen
entfernt, um das spezifische Gewicht des Bohrfluids. zu erhöhen. Solche Gase bestehen
meistens hauptsächlich aus Methan, wenn auch andere niedrigsiedende Kohlenwasseratoffe,
wie Athen und Propan meistens gleichfalls vorhanden sind ebenso wie schwefelhaltige
Verbindungen, beispielswese Schwefelwasserstoff, Mercaptane und Schwereloxide.
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Bisher ist es nicht möglich gewesen, solche Gase so zu sammeln und
zu entfernen, daß Schutz vor den möglicherweise schädlichen Auswirkungen des Gases
gewährleistet ist.
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Auf den gleichen Offshore-Plattformen sind (ebenso wie in anderen
industriellen Betrieben, in.denen toxische und ex plosive Gase entweichen können)
meistens auch verschiedene
nrgieerzeuger vorhanden, die Kohlenwasserstoffe
als Kraftstoff verwenden.. Solche Energieerzeuger,.wie Gas- und Dieselmotoren stoßen
Abgase aus, die u.a. Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasser dampf, unverbrannte und
teilweise oxidierte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und andere unerwünschte Gase
enthalten, die die Atmosphäre verschmutzen. Es besteht die Tendenz, daß sich auch
diese Gase in geschlossenen und tellwefse. geschlossenen Räumen sammeln. Es sind
bereits.Verfahren entwickelt worden, um diese Abgase dadurch inert zu machen, daß
man sie in Gegenwart eines Cxidationskatalysators. umsetzt, um hauptsächlich Stickstorf,
Kohlendioxid und Wasser zu erzeugen. Solche Verfahren sind z.2.
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in. den US Patenten 3 000 707 und 3 579 308 sowie im US Patent 3 232
885 des Erfinders beschrieben.
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Um das Ansammeln unerwünschter Gase zu bekämpfen ist es bisher üblich,
große Gebläse zu verwenden, die die Gase ausBereichen wie Offshore-Bohrdecks wegblasen.
Dies Verfahren stellt aber nicht sicher, daß alle unerwünschten Gase tatsächlich
von der Plattform entfernt werden. Außerdem können Wind, Feuchtigkeit und andere
atmosphärische Bedingungen dazu führen, daß das unerwünschte Gas lediglich in verschiedene
Ecken und Spalte gelang, wo es sich in stark giftigen oder entflammbaren Konzentrationen
ansammeln kann. Es ist unpraktisch die Gase zu sammeln und zu verbrennen, weil die
Strömung im allgemeinen nicht ununterbrochen ist, und weil man sichnicht darauf
verlassen kann, daß die gesammelten Mischungen aus Luft und Gas
das
richtige Verhältnis zwischen Luft und Brennstoff haben, um. eine Verbrennung aufrechtzuerhalten.
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Schwefelwasserstoff ist ein allgemein vorgefundener Bestandteil in.einem
Gast welches mit Bohrfluid erzeugt wird. Dies Gas ist außerordentlich giftig; selbst
geringe Mengen davon sind tödlich, so..daß..die..Verteilung.dieses Gases in Bereichen,
in denen Pere sonal arbeitet, eine ganz besonders gefährliche Situation hervorruft,
Beim.Niederbringen.von Blbohrungen trifft der Bohrer manchmal auf Gastaschen, und
es wird eine große HochdruckGasblase freigesetzt, so daß sie mit dem Bohrfluid im
Bohrloch nach oben gelangt. Diese Gasblase, die man an Ort und Stelle als nKick"
(Stoß) bezeichnet, erzeugt innerhalb kurzer Zeit ein außerordentlich großes Gasvolumen,
welches so beseitigt werden muß, daß Jede Gefährdung von Personal und Ausrüstung
vermieden wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, derartigen Gefahren entgeyenzuwirken.
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Gemäß der Erfindung werden toxische oder explosive Gase, die normalerweise
in die Atmosphäre entweichen und Personal und Ausrüstung gefährden könnten, gesammelt
und durch eine
Reaktionseinrichtung geleitet, in der die Gase.so
umgesetzt werden, daß sie in wenige gefährlichen Zustand umgewandelt werden. Wenn
die Gase Schwefelverbindungen enthalten, werden sie zunächst mit einem Katalysator
in Berührung gebracht, der die Entfernung von Schwefel bewirkt. Vorzugsweise wird
das Gas da-.
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nachin.Berührung mit einem Oxidationskatalysator gebracht, der die
Umwandlung von. Kohlenwasserstoffgasen in Kohlendioxid und Wasser verursacht.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden günstigere Ergebnisse
dadurch erhalten, daß man das Gas erhitzt, so daß es auf.hoher Temperatur mit.dem
Katalysator in Berührung tritt, wodurch eine wirksamere Umwandlung erfolgt.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Abgase
aus Energieumwandlern mit den anderen Gasen vereinigt und zum Erzieler ~-:r nötlg^
hohen Temperatur verwendet, während die Abgase gleichzeitig mit dem balysator behandelt
werden, so daß ein unschädliches Produkt entsteht.
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Mit der Erfindung wird ein Verfahren und eine Anlage zum wesen.
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lichten Ausschluß toxischer und explosiver Gase in der Umgebung von.
Bohrgerät, sei es an Land oder in Küstengewässern, geschaffen indem man das gerade
beschriebene Verfahren mit einem Verfahren zum.Sammeln und Verbrennen von beim Bohren
erzeugten ungewöhnlich großen Gasblasen kombiniert.
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Das Verfahren und die Anlage zum Neutralisieren. verschiedener giftiger
und explosiver. Gase gemäß der Erfindung wird insbe sondere im Hinblick auf diejenigen
Gase beschrieben0 die beim Niederbringen von 01- und Gasbohrungen entweichen. Dabei
ist vorgesehen, die Gase auf Reaktionstemperatur zu erhitzen, sie mit einem geeigneten
Katalysator zu entschwefeln und Kohlenwasserstoffgase zu inerten Gasen umzusetzen.
Bei eine Auführungsbeispiel werden, wie gesagt, Abgase bestehender Energiequellen
dazu verwendet, die die genannte Erwärmung durchzuführen, und diese Gase werden
gleichfalls inert gemacht. Es wird auch eine Einrichtung offenbart, mit der große
Erdgasvolumen beseitigt verden können, die beim Niederbringen von Ölbohrungen in
"Kichs" erzeugt werden.
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Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten
anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen
zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel. einer Anlage gemäß der Erfindung die für
Offshore-Bohrdecksgeeignet ist; Fig. 2.eln.Schema eines weiteren Ausführungsbeispiels
gemäß der Erfindung; Fig. 3 ein Schema noch eines anderen Ausführungsbeispiels gemäß
der Erfindung; Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer
Reaktionseinrichtung bzw eines Reaktors zur Verwendung bei dem Verfahren und der
Anlage gemäß der Erfindung;
Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch
ein weiteres Ausführungsbeisplel einer für die Erfindung geeigneten Reaktion Inr.ichtung
bzw. eines Reaktors; Fig. 6 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Trenneinrichtung
(Separator) zur Verwendung bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung,
wobei Teile der Trenneinrichtung in verdeckten Linien dargestellt sind.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Teils einer Offshore-Ölbohrplatform
mit einem Oberdeck 10 und einem Unterdeck 12* auf dem Bohrgerät rür Ölbohrungen
angebracht ist. Bohrflüssigkeit (normalerweise als Bohrschlamm bezeichnet) wird
durch eine Strömungsleitung 14 zu einer Olschieferschüttelvorrichtung 16 geleitet.
Hier wird das vom Bohrschlamm mitgeführte Bohrklein heraus geschüttelt, und der
Schlamm kann in Tanks oder Sammelbecken 17.abflieI3en. Aus der Lösung im Schlamm
kommendes Gas. strömt.aus den.Schlammbecken nach oben und gelangt von der Ölschieferschüttelvorrichtung
in ein Saminelgehäuse 18, welches oberhalb der Olschieferschüttelvorrichtung hängend
angebracht ist.
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Von dort wird es gemeinsam mit einem großen Anteil an Luft durch eine
Strömungsleitung 20 abgeführt. Der Schlamm aus den Schlamm becken wird mit Hilfe
einer Pumpe 22 zu einer Entgasungsvor richtung 24 gefördert, die z.B. von der in
US Patent. 3 616 599 beschriebenen Art ist. Das in der Entgasungsvorrichtung aus
dem Schlamm entfernte Gas strömt durch eine Strömungsleitung~26, während der vorn
Gas befreite Schlamm durch eine Strömungsleitung 28 zu einem hier nicht gezeigten
entsprechenden Lagerbehälter
transportiert wird.
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Die Strömungsleitungen 20 und 26 sind mit einseitig wirkenden Sperrventilen
30 bzw. 32 (z.B Rückschlagventilen) versehen, um eine Rückströmung von Gas zu verhindern.
Die durch diese Strömungsleitungen fließenden Gase gelangen zunächst durch einen
Filterabscheider 34 von bekannter Bauart, in dem mitgerissene Feuchtigkeit und teilchenförmiges
Material abgeschieden wird.
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Daa.den Filterabscheider 34 verlsssende>getrocknete und gereinigte
Gas kann einer von zwei Bahnen folgen, und zwar entweder durch eine Strömungsleitung36,
die über ein Ventil 38 zu einem Reak.tionsgefäR 40 führt, oder durch eine andere
Strömungsleitung 42 mit einem Ventil 44 darin, die das Reaktionsgefäß 40 umgeht.
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In. Strömungsrichtung hinter dem Reaktionsgefäß ist ein Ventil 46
vorgesehen, um. das Reaktionsgefäß gegenüber der Umgehung zu blockieren. In Strömungsrichtung
hinter der Umgehung und dem Reaktionsgefäß.40 ist ein weiterer Filterabscheider
48 angeordnet, der im wesentlichen vor der gleichen Bauart sein kann wie der Filterabscheider
34. Gereinigtes und filtriertes Gas wird mit Hilfe eines Gebläses 50 aus dem Filterabscheider
48 entnommen und einem zweiten Reaktionsgefäß 52 zugeführt. Das Produkt aus dem
zweiten Reaktionsgefäß 52 wird durch eine Abgasleitung 54 in die Atomsphäre ausgestoßen.
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Große Gasvolumen aus einer Gasblase, einem sogenannten t'6ick" gelangen
durch eine Strömungsleitung 58 in einen Zyklon 56. In
diesen Zyklon
fallen Schlamm und sonstige Flüssigkeiten, die vom Gas mitgerissen werden, in einen
am Boden des Zyklons angeordneten Abscheider 59 und werden durch die weiterführende
Strömungsleitung 58 abgeführt, die mit einem Ventil 60 versehen ist. Durch Pegelsteuerung
im Abscheider 59 ist sichergestellt, daß nur Flüssigkeiten durch die Strömungsleitung
58 fließen.
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Aus dem Zyklon wird Gas durch einen Abzug 62 abgeführt, an dessen
oberem Ende es mit einer Zündfiamme 64 gezündet werden kann, die z.B. von einem
Flammenfrontganerator, wie dem von der Sink Burner Company hergestellten Gerät erzeugt
wird, welches mit Brennstoff von einer hier nicht gezeigten Propanflasche oder dergleichen
versorgt wird. Der Schlamm gelangt durch die.Strömungsleitung 58 zur Ölschieferschüttelvorichtung,
wo erMi.der.gleichen Weise behandelt wird, wie der normale Bohrschlamm.
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Fig. 5 zeig eine Ausfü@@@@sform eines Reaktionsgefässes, die als Reaktionsgefäß
40 oder @ gemäß Fig. 1 verwendet werden kann.
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Dies Reaktionsgefäß weist einen äußeren rohrförmigen Mantel 62 mit
einer konzentrisch darin angeordneten, rohrförmigen Hülse 64 auf, die aus dem oberen
Ende heraus ragt und unten bis zu einer Stelle in der Nähe des unteren Endes des
Mantels 62 reicht, wobei zwischen der Hülse und dem Mantel ein ringförmiger. Baum
begrenzt ist. Das äußere Ende der Hülse 64 ist mit einem Flansch 66 versehen, an
dem ein blinder Flansch 68 befestigt ist. Der blinde Flansch 68 stützt zwei Elektroden
70 ab, die Heizelemente aufweisen, welche sich in der Hülse nach unten bis in die
Nähe
des unteren Endes erstrecken Oben auf dem Flansch 68 ist eine
Halterung 72 angebracht, an der die heizelemente sowie elektrischeAnschlüsse.74
angebracht sind, die den Heizelementen elektrischen Strom zuführen.
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Die Hülse 64 ist in der.Nähe ihres oberen Endes mit einer Einlaßleitung.
76 und der äußere rohrförmige Mantel 62 in der Nähe seines oberen Endes mit einer
Auslsßleitung 78 versehen. In der Nähe seines unteren Endes hat der äußere Mantel
ferner ein ringförmiges Sieb 80, welches die Hülse 64 umgibt In der Nähe des. oberen
Endes des Mantels 62 ist eine Katalysatoreinfüllöffnung 82 und in der Nähe des unteren
Endes eine Katalysator austragöffnung 84 vorgesehen0 Der im Reaktionsgefäß gebildete
Ringraum ist bis unmittelbar unterhalb der Auslaßleitung 78 mit einem zweckmäßigen
Katalysator gefüllt, der auf dem Sieb 80 ruht, wobei die Öffnungen 82 und 84 geschlossen
sind, wenn im Reaktionsgefäß ein Katalysator enthalten ist.
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Bis ins untere Ende der rohrförmigen Hülse 64 ragt ein Temperaturfühler
83, der im unteren Ende des Mantels 62 z.B.
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an der Durchführungsstelle 85 gehaltert ist.
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Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zyklons 56, der zur Verwendung
in der in Fig. 1 gezeigten Anlage geeignet ist0 Dieser Fliehkraftabscheider hat
einen oberen zylindrischen Teil 84 und einen unteren kegelstumpfförmigen Teil 862
der sich gegenüber
dem Teil k34 nach unten und nach innen erstreckt.
Inden zylin drischen.Teil 84 führt tangential eine Einlaßleitung 8.8 hinein.
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Am oberen Ende ragt eine Gasauslaßleitung 89 aus dem Zyklon heraus,
die nach unten.bisunter das untere Ende des zylindrischen Teils 84 reicht. Am unteren
Ende des kegelstumpfförmigen Teils 86 führt eine Auslaßleitung 91 in den Abscheider
bzw. die Falle 59, der bzw. die mit einer Pegelsteuer sdr -Regelvorrichtung 93 versehen
ist, um den Flüssigkeitspegel oberhalb einer Auslaßöffnung 92 zu halten.
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In einem Reaktionsgefäß wie dem. in Fig. 5 gezeigten,ist der ringförmige
Baum zwischen der. inneren Pulse 64. und dem äußeren Mantel 62 mit einem geeigneten
Katalysator gefüllt. Bei dem in. Fig. 1 gezeigten Reaktionsgefäß 40 ist dieser Katalysator
vorzugsweise ein Entschwefelungskatalysator, d.h. ein Katalysator, der eine Umsetzung
von Schwefelwasserstoff, Mercaptanen und sonstigen schwefelhaltigen Verbindungen
bewirkt, um.den Schwefel abzutrennen und aus dem Gasgemisch zu entfernen. Es ist
eine Anzahl von Entschwefelungskatalysatoren bekannt. Der Jeweils gewählte Katalysator
hängt von den Betriebsbedingungen und sonstigen Faktoren ab. Einige dieser Katalysatoren
sind regenerationsiähfg und wirken bei atmosphärischem Druck und Umgebungstemperatur.
Andere wiederum sind von absorbierender Art und funktionieren durchaus gut bei erhöhten
Temperaturen.
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Wenn das Verfahren einen weiteren Schritt der Umsetzung von Kolenwassertoffgasen
umfaßt, wird auf jeden Fall der für diesen Zwock verwendete Katalysator mit Schwefel
vergiftet, so daß man
einen anfänglichen katalyteschen Vorgang
vorsehen muß, Schwefel zu entfernen, der in Schwefelwasserstoff, Schwefel dioxid,
Mercaptanen usw. vorliegen kann. Für das Verfahren gemäß der Erfindung hat sich
ein Zinkozidkatalysator, z.B. der von der. Chemetron Corporation, Catalyst Division
gelieferte Girdler.G-72 Katalysator als der am besten geeignete erwiesen.
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Dieser. Katalysator wird in Form von 4,762 mm (3/16 Zoll) extrudierten
Stücken mit einer Schüttdichte von 1,762 g/cm3 (llO.lbs. pro Kubikfuß) verwendet.
Ein Kubikmeter Zinkoxid absorbiert etwa 128 kg Schwefel, (ein Kubikfuß ca. 8 1bs.)
ehe es verbraucht ist. Da es sich hierbei um einen nicht regenerationfähigen Katalysator
handelt, muß er weggeworfen werden, sobald er verbraucht ist. Dieser Katalysator
nimmt Schwefelwasserstoff bei Zimmertemperatur auf, ist jedoch weniger wirksam im
Betrieb unterhalb des günstigsten Temperatur bereichsvon 2600 C - 427°C C (500 bis
8000 F). Wesentlich höhere Temperaturen solLten vermieden worden, da sie zu einer
Schwefel.
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verdampfung führen können.
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Als Alternative kann auch ein Girdler G-42 Katalysator verwendet werden,
bei dem es sich um einen Katalysator mit Eisenoxidzusatz.handelt, der in Form von
6,35 x 6,35 mm (1/4 x 1/4 Zoll) Tabletten mit einer Schüttdichte von 1,361 g/cm3
(85 lbs. pro,Kubikfuß) vorliegt. Ein Kubikmeter dieses Katalysators absorbiert 32,04
kg Schwefel (1 Kubikfuß 2 lbs.), ehe er regeneriert werden muß. Der Eisenoxidkatalysator
kann unter
Verwendung von Dampf oder einem inerten bzw. Schutzgas
bei 398,89°C (7500 F) regeneriert werden. Normalerweise setzt man diesen Katalysator
in der Nähe von 2600 C (5000 F) ein.
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Eine unter gewissen Umständen nützliche dritte Alternative sieht Aktivkohle
vor, z.B. den Girdler G-32 Katalysator. Ein Kubikmeter dieses Materials kann 90
GOO m3 Erdgas entschwefeln (1 Kubikfuß 90 000 Kubikfuß). Die Gesamtmenge an für
eine Anlage benötigtem Kohlenstoff hangt,von der Zyklusperiode zwischen Regenerntionsvorgängen
ab. Dieser Aktivkohlekatalysator funktioniert gut bei Umgebungstemperaturen und
wird mit Hilfe von Dampf unter atmosphäfrischem Druck oder unter Verwendung eines
inerten bzw. Schutzgases bei einer Temperatur von 148,890 C (3000 F) regeneriert.
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Der Zinkoxidkatalysator wird deshalb bevorzugt, weil nicht immer Dampf
zum Regenerieren zur Verfugung steht und die Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht
in. den Gasströmen meistens einen achäalichen Einfluß auf e Entschwefelungsfähigkeit
der anderen Katalysatoren haben.
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Es liegt auf der Hand, daß das Gas, welches das erfindungsgemäße Verfahren
durchläuft, im allgemeinen hauptsächlich Luft ist1 die verhältnismäßig geringe Anteile
an Kohlenwasserstoffen und manchmal kleine Mengen schwefelhaltiger Verbindungen
wie- Schwefelwasserstoff enthält. Wenn keine schwefelhaltigen Verbindungen vorliegen,
kann das in der Anlage gemäß Fig. 1 gezeigte erste Reaktionsgefäß durch die Strömungsleitung
42 umgangen werden. Wenn
jedoch Schwefel vorhanden ist, muß das
Gas entschwefelt werden.
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Um mit dem Zinkoxidkatalysator den höchsten Wirkungsgrad zu erzielen,
wird das einströmende Gas vorzugsweise durchS ein Reaktionsgefäß wie das in Fig.
5 gezeigte geleitet. Das Gas fließt nach unten durch die Hülse 64, wobei es mit
dem Hetzelement der Elektrode 70 erwärmt wirdO Mi,t dem Temperaturführler 83..wird
dieTempera'tur.des Gases wahrgenommen und mit Hilfe eines zweckmäßigen Steuergeräts
innerhalb des gewünschten Bereichs geregelt. Nach dem Verlassen des unteren Endes
der Hülse..64...fließt.'das Gas nach'oben.durch.den Katalysator im Ringraum, ehe
es durch die Auslaßleitung 78 das Reaktionsgefäß verläßt. Wenn z.B. Schwefelwasserstoff
den Katalysator mit der richtigen. Temperatur durchströmt, wird es zu Wasserstoff.
und Schwefel reduziert und der Schwefel im Katalysator absorbiert.
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Beim Verfahren gemäß. der Erfindung sind.beträchtliche.Mengen an Sauerstoff
vorhanden, und bei den Betriebstemperaturen ist es möglich, daß sich dieser Sauerstoff
mit dem freigesetzten Wasserstoff unter Bildung von Wasserdampf verbindet.' Dieser
Waserdampf strömt dann mit dem nicht umgesetzten Methan und anderen Kohlenwasserstoffprodukten
und der übrig gebliebenen Luft aus dem Reak,tionsgefäß heraus. Die bei dieser Umsetzung
entstehenden Produkte werden durch den als Wäscher wirkenden Filterabscheider 48
und von dort zum Reaktionsgefäß 52 geleitet.
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Der Filterabscheidei 48 dient dazu, möglicherweise vorhandenes freies
Wasser abzutrennen und teilchenförmige Stoffe auszuscheiden. Wenn nötig, kann zum
Kondensieren des Wasserdampfs auoh herkömmliches Kühlgerät vorgesehen sein.
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Das Heaktionsgefäß 52 kann von ähnlichem Aufbau sein wie das Reaktionsgefäß
40, obwohl es eine andere Größe haben und bei anderer Temperatur betrieben werden
kann. Bei dem im Reaktionsgesäß 52 verwendeten Katalysator handelt es sich um einen
Katalysator, der die Umsetzung von Kohlenwasserstoffgasen, wie. Methan. sowie aus
dem ersten Reaktionsgefäß freigesetztem Wasserstoff mit dem in der Luft. enthaltenen
Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasserdampf bewirkt. Da dies eine exotherme Reaktion.
ist, kann eine geringere Erwärmung der Gase nötig sein als bei der vorhergegangenen.
Reaktion. Wenn ausreichend große Mengen an Reaktionsteilnehmern vorhanden sind,
lassen sich die gewünschten Temperaturen. ohne Zufuhr von Wärme von einer außerhalb
liegenden Quelle einhalten.
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Es ist eine Reihe von Katalysatoren bekannt, die solche Um.
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setzungen fördern. Zu den wirksamen Katalysatoren gehören Kupfer,
Zink-Kupferchromit, Eisenchromit und andere. Es hat sic.h jedoch gezeigt,.daß ein
Katalysator mit Platinzusatz, z.B. der Girdler G-43 Katalysator am wirksamsten istj,
um die gewüschten Ergebnissemit.niedrigsten Kosten zu erzielen. Dieser.Katalysator
funktioniert am besten bei ziemlich hohen Temperaturen, d.h.
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bei 204,440 C (4000 F) oder mehr, wenn nur Wasserstoff zu oxidieren
ist, und bei.426,670 C (8000 F) oder mehr im Fall von Erdgas. Der Katalysator ist
bei 1093,330 C (20000 F) und darüber wirksam, so daß die Temperatursteuerung.des
Reaktionsgefasses normalerweise keine Schwierigkeiten bietet; Temperaturen über
1371,110 C (25000 F) sollten jedoch vermieden werden, um eine
Verdampfung
von Platin zu vermeiden0 Es sei erwähnt, daß es.möglich ist9 auch bei Umgebungstemperaturen
Methan und Wasserstoff mit Sauerstoff umzusetzen; dies erfordert aber.einen reinen
Platinkatalysator, was sich aus Kostengründen verbieten kann. Je nach den genauen
gegebenen Umständen,beispielsweise der umzusetzenden Gasmenge und der zum Erwärmen
des Gases zur Verfügung stehenden Energie kann es, wenn der Katalysator mt. Platinzusatz
der Hauptkatalysator ist auch. möglich sein das erste Drittel bis zu bem ersten
Fünftel des Katalysatorbetts, wo. es zuerst mit. dem einströmenden. Gas. in Berührung
gelangt, mit einem Palladiumkatalysator zu füllen, z.B. mit dem Girdler G-74 Katalysator.
Dieser Katalysator ist bei niedrigeren Temperaturen aktiv, läßt jedoch an.Wirksamkeit
in dem Maße nach9 in dem die Temperatur zunimmt. Da die Reaktion exotherm ist, geht
es nicht an, Palladium allein zu verwenden. Statt dessen wird der Palladiumkatalysator
im ersten Teil des Reaktionsgefässes verwendet, um die Umsetzung in Gang zu setzen
und die Temperatur Teil anzuheben, so daß die Umsetzung in demjenigen/des Katalysatorbetts
fortgesetzt und beendet werden kann, der den Katalysator mit Platinzusatz enthält.
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Bei der Umsetzung in diesem Reaktionsgefäß verbindet sich Sauerstoff
aus der vom Gas mitgetragenen Luft mit Methan und weiteren Kohlenwasserstoffen zu
Kohlendioxid und Wasser,und außerdem verbindet sich Sauerstoff mit aus der Entschwefelung
übriggeblie benem Wasserstoff zu Wasserdampf. Wenn jedoch Stickoxide vorliegen,
was
der Fall sein kann, wenn ein Tëil des Gases einer außerordentlich hohe Temperatur
aufweisenden Luft ausgesetzt gewesen ist, bewirkt der Katalysator auch, daß diese
Oxide zu Stickstoff und Sauerstoff zersetzt werden.
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Bei Anlagen, bei denen an Ort und Stelle Energieerzeuger, z.B.
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Brennkraftmaschinen verwendet werden, können die aus solchen Energieerzeugern
abströmenden Abgase als Wärmequelle eingesetzt werden, wodurch sich die Notwendigkeit
zum h'rwärmen des Gases in einer Vorrichtung wie der in Fig. 5 gezeigten erübrigt.
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Gleichzeitig werden die abgase von dem Katalysator mit Platinzusatz
inert gemacht. Ein für eine derartige Anlage geeignetes Reaktionsgefäß 152 ist in
Yig. 4 gezeigt. Dies Reaktionsgefäß weist ein Gehäuse 94 mit einer Einlaß- 96 und
einer.Auslaßleitung 98 auf, die jeweils zum Anschluß an eine Strömung.
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leitung, z.B. ueber Flansche 100 bzw. 102 geeignet sind. Sowohl die
Einlaß auch di @@@@aßleitung ist außerdem mit einer der Wärmemessung dienenden S@@@tzöffnung
I versehen, in die ein Wärmefühler eingesetzt werden kann, damit die Bedienungsperson
die Temperatur der in das Heaktionsgefäß eintretenden und dasselbe verlassenden
Gase bestimmen kann und dadurch im Stande ist, den Betrieb so einzustellen, daß
die Gase die gewünscht Temperatur erhalten.
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Das Gehäuse ist mit zwei sich in Querrichtung erstreckenden Lochplatten
106 versehen, die jeweils einen Abstand vom entsprechenden Ende des Gehäuses haben
und zwischensich eine
Ka.talysatorkammer 108 bilden0 Im mittleren
Bereich 110 ist jede Lochplatte ungelocht, so daß das durch den Einlaß hereinströmende
Gas gezwungen ist, sich über den gesamten Querschnitt der Katalysatorkammer zu veteilen.
Über ein Katalysatoreinfullyrohr 112 mit einer Kappe 114 am Gehäuse wird der Katalysator
in die Katalysatorkammer eingefüllt.
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Innerhalb des oberen Bereichs des Gehäuses sind zwei segmentförmige
Platten 116 in Querrichtug so befestigt, daß sie in die Katalysatorkammer herabhängen,
wodurch die durch die Kammer stromenden Gase gezwungen sid, unter den Platten entlengzustrdmen,
wie durch die Pfeile 118 angedeutet. Wenn sich der Katalysator also in der Kammer
absetzt so daß er z.B. bis zur Höhe 120 reicht, sind die Gase immer noch gezwungen,
durch den Katalysator zu strömen und können ihn nicht durch den oberen leeren Teil
der Katalysatorkammer umgehen0 Fig. 2 zeigt eine Abwandlung einer Anlagen in der
ein Reaktionsgefäß wie das in Fig. 4 gezeigte verwendbar ist. Diese Anlage kann
im wesentlichen der im Zusammenhang mit Fig 1 beschriebenen ähneln; aber das Reaktionsgefäß
152'kann von der in Fig. 4 ge zeigten Art sein anstelle des in Fig. 1 gezeigten
Reaktionsgefässes 52, das Ja eine Einrichtung zum Erwärmen des in das Reaktionsgefäß
eingeleiteten Gases enthält0 Ferner ist eine Strömungsleitung 150 zusätzlich sorgesehene
durch die Abgas von einer Energiequelle, z.B. einem Dieselmotor oder einer anderen
vorhandenen Energiequelle, die Kohlenwasserstoffe als Kraftstoff
verwendet,
eingeleitet wird. Wegen der hohen Temperatur des Abgases wird das vom Gebläse 50
kommende Gas auf die nötige Temperatur erhitzt, um die wirkungsvollste Umsetzung
des Gases in Gegenwart des Katalysators im Reaktionsgefäß 152 zu erreichen.
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Gleichzeitig werden die Abgase beim Hindurchströmen durch das Katalysatorbett
umgesetzt, so daß sie ebenfalls inert werden.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfinduryg, bei
der das zweite Reaktionsgefäß 52 gemäß Fig. 1 durch einen kombinierten Reaktor-Wärmetauscher
154 ersetzt ist und ein Reaktionsgefäß 152 anstelle des Reaktionsgefässes 40 gemäß
Fig.
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1 vorgesehen ist.
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Der Wärmeaustauscher-Reaktor 154 weist einen ersten Strömungs-.
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weg 156 auf, durch den die zu neutralisierenden einströmenden Gase
geleitet werden, wobei zur Verbesserung des Wärmeaustauschwirkungsgrades herkömmliche
Umlenkeinrichtungen 158 vorgesehen sind..Hierdurch werden die einströmenden Gase
auf die Temperatur erhitzt, die für eine zweckmäßige Umsetzung im ersten der Entschwefelung
dienenden Reaktionsgefäß 152 für am besten geeignet gehalten wird. Dann wird das
entschwefelte Gas' durch Saugwirkung vom Gebläse 50 durch den Filterabscheider 48
geleitet. Der Ausgang vom Gebläse 50 wird mit Abgasen von einer Brennkraftmaschine
oder dergleichen vereinigt, die durch eine Strömungsleitung 150 in die Anlage geleitet
werden. Dieser Zusatz an Abgasen erhöht die Temperatur des Gases auf die günstigste
Temperatur für die Umsetzung in Berührung mit dem zweiten Katalysator der Anlage,
der
sich im ringförmigen Raum 160 des W'ärmeaustauscher-'Reaktors 154 befindet. Die
diesen ringförmigen Raum durchströmenden erhitzten Gase werden also.darin umgesetzte
um unerwünschte Gase zu beseitigen, und sie bewirken gleichzeitig eine Erwärmung
des.einströmenden Gases auf die für die Entschwefelung nötige Temperatur. Außerdem
werden.im Verlauf des Verfahrens die Abgase inert gemacht, wie bei der bereits im
Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Anlage.
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Es liegt auf der Hand, daß verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
geeignet sind, die Gefahr einer zerstörenden Explosion oder eines Feuer um Ol und
Gasbohr- und fördern anlagen, seines an Land oder in Küstengewässern stark zu verringern.
In vielen Fällen mag es wünschenswert sein9 diese samte Ausrüstung und die Rohrleitungen,
aus deen brennbare und giftige Gase entweichen könnens innerhalb eines Gebäudes
oder. einer sonstigen Konstruktion einzuschließen, solche ent weichenden Gase zu
sammeln und sie siner Vorrichtung gemäß der Erfindungzuzuführen..Dies kann besonders
wünschenswert sein bei Offschore-Förderplattformen, bei denen die Bohrlochkopfgeräte
ebenso wie andere Geräte ohne weiteres in zweckmäßigen Gassammelkonstruktionen untergebracht
werden können. Derartige Konstruktionen können so gestaltet sein, daß gewährleistet
ist, daß alle'toxischen und entzündbaren Gase und Dämpfe gesammelt und dem zur Gasneutralisierung
dienenden Gerät gemäß der Erfindung zugeführt werden.