DE3926418A1 - Verfahren zur herstellung eines brenngasgemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zwei- oder mehrkomponentigen Brenngasgemisches.

Die Erfindung zielt auf die Bereitstellung von in der Regel acetylenhaltigen Brenngasgemischen, insbesondere vor Ort beim Anwender ab. Bei solchen Gemischen besteht bekannterweise die Gefahr, daß sie schon bei vergleichsweise geringem Überdruck und verhältnismäßig geringer Zündenergie zerfallen oder sich sogar explosionsartig zersetzen. Die Herstellung derartiger Gemische ist deshalb mit besonderen Schwierigkeiten verbunden.

Aus diesem Grund werden bis heute für brenntechnische Aufgaben nur entweder ungemischte Reingase (Acetylen, Ethylen, Wasserstoff, Propylen, Propan, ...) oder fertige Mischungen angeboten und angewendet. Deshalb muß der Anwender nach der Auswahl eines bestimmten Brenngases oder Brenngasgemisches mit den dann vorhandenen Eigenschaften dieses Gases zurecht kommen, auch wenn unterschiedliche brenntechnische Aufgaben zu lösen sind. Beim Anwender besteht also nicht die Möglichkeit, die Brenngas­ eigenschaften auf unterschiedliche Anwendungen hin zu optimieren. Bekannt und möglich ist lediglich noch die Einflußnahme über den zur Verbrennung ebenfalls zuzuführenden Sauerstoffträger, z.B. in Form eines Sauerstoffgases mit unterschiedlichen Sauerstoffgehalten.

Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem Brenngase mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Eigenschaften auf günstige Weise und veränderbar zur Verfügung gestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die notwendigen Brenngaskomponenten getrennt bereitgestellt und im Hinblick auf die gewünschte Brenngasgemisch-Eigenschaft, unter Berücksichtigung sicherheitstechnischer Bedingungen, gemischt werden.

In vorteilhafter Weise wird dies automatisiert ausgeführt, und zwar in der Weise, daß eine Rechen- und Einstell­ einheit die aus der gewünschten Brenngas-Eigenschaft sich ergebenden Einstellungen für die Gaszufuhr ermittelt und diese einstellt.

Durch die erfindungsgemäße Methode ist es möglich, in weiten Bereichen maßgeschneiderte Brenngase bereitzustellen. Wesentlich dabei ist, daß die gewünschten Brenngas-Eigenschaften über theoretische Zusammenhänge und Kennzahlen (z.B. Dichten, Massen, Energieinhalte und die funktionalen Zusammenhänge dieser Größen im Hinblick auf Gasmischungen) genau definiert wird (oder sogar mehrere Eigenschaften) und basierend auf dieser Kenntnis und somit der Möglichkeit der Rückrechnung die Einstellung der Brenngasmischung unter Berücksichtigung auch sicherheits­ technischer Bedingungen erfolgt. Ziel-Eigenschaften für ein Brenngasgemisch sind beispielsweise die Brenngasdichte, Primärflammenleistung, Flammentemperatur, Zündgeschwindig­ keit, Flammenstabilität, Gasgemischstabilität und Verdichtungsfähigkeit. Zur Erläuterung bezüglich der Eigenschaften eines Brenngasgemisches bei sich ändernder Zusammensetzung sei an dieser Stelle beispielhaft folgender tendenzieller Zusammenhang vorgestellt: ein höherer Acetylengehalt in einem Gemisch bewirkt eine höhere Flammleistung bei niedrigerer Brenngasdichte und bei nur geringerem zulässigen Leitungsdruck und ebenso niedrigerer Gasstabilität.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgesehen, daß bei dem entsprechend der ermittelten Voreinstellung erzeugten Gasgemisch kennzeichnende Größen gemessen und der Rechen- und Einstelleinheit zugeführt werden, wobei die sich daraus ergebende Brenngaseigenschaft ermittelt wird und diese mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, worauf gegebenenfalls eine entsprechende Nachregelung der Zufuhr der Ausgangsgase erfolgt.

Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt mit der vorhandenen Rückkopplung eine im Hinblick auf die Einhaltung der angestrebten Brenngaseigenschaft besonders exakte Arbeitsweise. Sie ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die angestrebte Brenngaseigenschaft mit geringerem Meß- und Rechenaufwand zuverlässig ermittelt werden kann.

Eine weitere günstige Ausgestaltung, insbesondere für im Hinblick auf die Sicherheit kritische Gasmischungen - hohe Acetylengehalte - besteht darin, daß ständig sicherheitstechnisch relevante Daten des Mischgases ermittelt werden und diese sich innerhalb vorgegebener Grenzen befinden müssen, um die Mischgaserzeugung aufrechtzuerhalten.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann neben der Brenngasmischung auch der Sauerstoffträger, d.h. das sauerstoffliefernde Gas, beispielsweise Luft, Sauerstoff oder Ozon, bezüglich Auswahl und Zusammensetzung variiert werden, wodurch eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit der zu gestaltenden Verbrennung erhalten wird. Dies kann gegebenenfalls in die vorhandene Rechen- und Einstelleinheit integriert werden.

Darüber hinaus ist unter Umständen die Möglichkeit von Vorteil, mit inerten Gasen innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens Einfluß auf die Brenngas-Eigenschaft zu nehmen, d.h. beispielsweise durch die Zumischung von Stickstoff zum Brenngasgemisch eine Flammtemperaturerniedrigung zu bewirken.

Anhand der schematischen Zeichnung soll nun beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.

Im dargestellten Schema sind mit den Ziffern 1, 2 und 3 zunächst allgemein Gasquellen dargestellt, die die einzelnen Ausgangsbrenngase oder Brenngaskomponenten liefern. Diese sind über Leitungen 4, 5 und 6 mit einem Gasmischer 7 verbunden, an den wiederum über eine Leitung 11 ein Verbraucher 13 angeschlossen ist. In den Leitungen 4, 5, 6 und 11 sind jeweils Meß- und Regelelemente 8, 9, 10 und 12 angeordnet, die einerseits bestimmte Daten messen und andererseits den durch sie fließenden Gasstrom regulieren können. Eine Rechen- und Einstelleinheit 15 ist mit allen vorhandenen Meß- und Regelelementen verbunden und stellt diese entsprechend eingegebener oder ermittelter Daten und mittels daraus erzeugter Signale ein und kann andererseits von diesen mit Meß- und Kontrollwerten aus den jeweiligen Leitungen versorgt werden.

Soll nun beispielsweise ein Brenngasgemisch mit etwas geringerer Dichte als Luft, z.B. mit 80 Vol-% Äthylen und Rest Acetylen und Propan hergestellt werden, so darf ein Propangehalt von etwa 5 Vol-% nicht überschritten werden (Propan ist schwerer als Luft). Andererseits trägt Propan zur Stabilisierung und Druckfestigkeit des Gemisches bei und soll deshalb größtmöglichst enthalten sein.

Diese Gasmischung kann mit der automatisierten und entsprechend der vorliegenden Problemstellung programmierten Version der vorliegenden Erfindung - Zieleigenschaft ist die Brenngasdichte, Zusammenhänge zwischen den Dichten der Einzelgase und dem Gasgemisch sowie zwischen den Dichten und den Volumina und Dichtewerte sind programmiert - sofort berechnet und geliefert werden, da auch die geeignete Einstellung der Einstellglieder 8, 9, 10 automatisch erfolgt. Diese Einstellglieder bestehen im vorliegenden Fall mit Vorteil aus den in jüngerer Zeit zur Perfektion entwickelten Massendurchflußmessern, die hochpräzise und zuverlässig arbeiten. In bestimmten Anwendungsfällen können jedoch auch volumenbestimmende Durchflußmesser geeignet sein.

Erfindungsgemäß werden auch über die Einstellglieder Druckwerte eingehalten, die für ein Brenngasgemisch dieser Zusammensetzung vom Sicherheitsstandpunkt aus vertretbar sind. Dieser Druckbereich reicht prinzipiell etwa bis in die Größenordnung von 8 bar Überdruck, wobei vor dem Hintergrund gesetzlicher Bestimmungen im Regelfall erheblich darunter gearbeitet wird. Drücke unterhalb 2 bar sind der Standard. Bei Bedarf höherer Drücke kann jedoch beispielsweise eine der Brenngasmischung nachgeschaltete Druckerhöhung vorgesehen werden, auch sind verfahrensintern im Prinzip höhere Drücke möglich.

Geht man von einem Sicherheits-Grenzdruck von etwa 2 bar aus und programmiert diesen ebenfalls, so besteht zusätzlich - bei Anordnung eines Drucksensors in der Einheit 12 - eine sicherheitstechnische Erweiterungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich durch den Vergleich des tatsächlich gemessenen Arbeitsdrucks (< 2 bar) mit dem Grenzdruckwert, wobei gegebenenfalls eine Sicherheitsschaltung ausgelöst werden kann.

Mit dem vorliegenden Verfahren erhält man so die Möglichkeit einer hochflexiblen Brenngasbereitstellung aus zwei oder mehr Ausgangsbrenngasen unter gleichzeitiger Berücksichtigung der sicherheitstechnischen Randbedingungen für diese Brenngase.

Claims (6)

1. Verfahren zur Bereitstellung eines zwei- oder mehrkomponentigen Brenngasgemisches mit bestimmten Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngaskomponenten getrennt bereitgestellt und im Hinblick auf die gewünschte Brenngasgemisch-Eigenschaft unter Berücksichtigung sicherheitstechnischer Bedingungen gemischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngasmischung automatisiert ausgeführt wird, und zwar in der Weise, daß eine Rechen- und Einstell­ einheit die aus der gewünschten Brenngas-Eigenschaft sich ergebenden Einstellungen für die Gaszufuhr ermittelt und diese einstellt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem entsprechend der ermittelten Voreinstellung erzeugten Gasgemisch kennzeichnende Größen gemessen und der Rechen- und Einstelleinheit zugeführt werden, wobei die sich daraus ergebende Brenngaseigenschaft ermittelt wird und diese mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, worauf gegebenenfalls eine entsprechende Nachregelung der Zufuhr der Ausgangsgase erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ständig sicherheitstechnisch relevante Daten des Mischgases ermittelt werden und diese sich innerhalb vorgegebener Grenzen befinden müssen, um die Mischgaserzeugung aufrechtzuerhalten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Brenngasmischung auch eine Einstellung des Sauerstoffträgers hinsichtlich seiner Auswahl und seiner Zusammensetzung durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zumischung von Inertgas zum Brenngasgemisch durchgeführt wird.