EP2310116A2 - Device for continuously mixing fed-out natural gas with oxygen to produce a burnable gas for heating pressurized natural gas before or after the expansion thereof - Google Patents

Device for continuously mixing fed-out natural gas with oxygen to produce a burnable gas for heating pressurized natural gas before or after the expansion thereof

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EP2310116A2
EP2310116A2 EP09775871A EP09775871A EP2310116A2 EP 2310116 A2 EP2310116 A2 EP 2310116A2 EP 09775871 A EP09775871 A EP 09775871A EP 09775871 A EP09775871 A EP 09775871A EP 2310116 A2 EP2310116 A2 EP 2310116A2
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Definitions

  • the safety device has with particular advantage a connected to the oxygen inlet nitrogen purge. Upon reaching a temperature rise detected in the mixing tank by the temperature sensors, the oxygen addition by the safety device is immediately stopped and a purging process with nitrogen is introduced into the oxygen introduction port.
  • Reference numerals designate as in FIG. 1.
  • Fig. 3 shows a side view of the entire device with mixing container and its connections for a natural gas inlet 8 and for an oxygen inlet 9 with the respective upstream of these connections fittings a safety device, with nitrogen purge and with control valves for the introduction of oxygen.

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Abstract

The invention relates to a device for continuously mixing fed-out natural gas with oxygen to produce a burnable gas used for heating the pressurized natural gas before or after the relaxation thereof, comprising a mixing section having connections for a natural gas supply line, an oxygen infeed line, and a burnable gas discharge line. The mixing section is designed as a closed mixing container, which has a mixing chamber, at the center of which forming a mixing zone a distributing pipe for oxygen is disposed that is joined to the connection for oxygen infeed. The mixing chamber is filled completely, and the distributing pipe is filled at least partially, with a packing of ceramic granular material. The mixing chamber of the mixing container is equipped with temperature sensors for temperature measurement. The mixing container is designed as a standing container, which at the bottom has the connection of the natural gas supply and at the top the connection for the burnable gas discharge.

Description

Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von ausgespeichertem Erdgas mit Apparatus for continuously mixing stored natural gas with
Sauerstoff zu einem Brenngas für eine Erwärmung des unter Druck stehenden Erdgases vor oder nach seiner EntspannungOxygen to a fuel gas for heating the pressurized natural gas before or after its relaxation
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von ausgespeichertem Erdgas mit Sauerstoff zu einem Brenngas für eine Erwärmung des unter Druck stehenden Erdgases vor oder nach seiner Entspannung, mit einem geschlossenem Mischbehälter mit Anschlüssen für eine Erdgaszuleitung, eine Sauerstoffeinleitung und eine Brenngasableitung.The invention relates to an apparatus for the continuous mixing of stored natural gas with oxygen to a fuel gas for heating the pressurized natural gas before or after its expansion, with a closed mixing vessel with connections for a natural gas supply, an oxygen introduction and a fuel gas discharge.
Erdgas ist bei der Ausspeicherung, z.B. aus Untergrundspeichern, zur Kompensation des Joule-Thomson-Effektes vor der Druckreduzierung vorzuwärmen. Es ist bekannt, einen Teil des Ausspeicherstromes in einem sogenannten „lnline-Reaktor" unter geregelter Zufuhr von Sauerstoff kontinuierlich zu verbrennen. Bei diesem Verfahren werden durch katalytische Umsetzung von Sauerstoff mit Erdgas direkt im aus dem Speicher entnommenen Gasstrom Temperaturen von bis zu 400°C erreicht. Die Wärme wird durch direktes Einmischen der heißen Verbrennungsgase in den kalten Gasstrom zur kontinuierlichen Erwärmung genutzt. Dieses Verfahren ist in der EP 0 920 578 B1 beschrieben.Natural gas is at the withdrawal, e.g. from underground reservoirs, to pre-heat the pressure to reduce the Joule-Thomson effect. It is known to continuously burn a portion of the Ausspeicherstromes in a so-called "in-line reactor" under the controlled supply of oxygen.This method, by catalytic reaction of oxygen with natural gas directly in the withdrawn from the gas stream, temperatures of up to 400 ° C. The heat is utilized by direct mixing of the hot combustion gases into the cold gas stream for continuous heating This process is described in EP 0 920 578 B1.
Es hat sich gezeigt, daß eine Selbstzündung des Gasgemisches bei einem Vorgang der Zudosierung von Sauerstoff zum Erdgas grundsätzlich niemals ganz ausgeschlossen werden kann. Die Selbstzündung von Erdgas-Sauer- stoff-Gemischen ist druck- und temperaturabhängig. Eine erhöhte Sauerstoffkonzentration führt bereits zu einer Reaktion und zum Verbrennen im Gasstrom, und damit zu einer Druck- und Temperaturerhöhung, auch ohne einen Katalysator. Unter den realen technischen Bedingungen einer Erdgas-Aus- speicherungsanlage, mit der derzeit bekannten und verfügbaren Meß- undIt has been found that autoignition of the gas mixture in a process of metered addition of oxygen to the natural gas can never be completely ruled out. The auto-ignition of natural gas sour Substance mixtures is pressure and temperature dependent. An increased oxygen concentration already leads to a reaction and burning in the gas stream, and thus to a pressure and temperature increase, even without a catalyst. Under the real technical conditions of a natural gas storage facility, with the currently known and available measuring and control systems
Regeltechnik und in Verbindung mit der Sicherheitstechnik, die mit heute bekannten Mitteln verwirklicht werden kann, ist eine Zudosierung von Sauerstoff in Erdgas mittels eines Brenners, Diffusionsbrenners oder einer Vor- mischkammer, wie es in der EP 0 920 578 beschrieben ist, nicht sicher be- herrschbar.Control technology and in connection with the safety technology, which can be realized by means known today, a metered addition of oxygen in natural gas by means of a burner, diffusion burner or a premixing chamber, as described in EP 0 920 578, not sure herrschbar.
Aufgrund der hohen Temperaturen, die bei einer direkten Zündung an der Austrittsstelle des Sauerstoffs entstehen, ist die freie Einströmung des Sauerstoffs in den Erdgasstrom nicht zu empfehlen. Außerdem versagt der Einsatz bekannter Zünd- und Überwachungseinrichtungen schon nach kürzester Zeit.Due to the high temperatures that occur at a direct ignition at the exit point of the oxygen, the free flow of oxygen into the natural gas flow is not recommended. In addition, the use of known ignition and monitoring devices fails after a very short time.
Andererseits hat sich gezeigt, daß eine „kalte" Dosierung von Sauerstoff in das Erdgas zur exothermen Reaktion an einem Katalysator zu keinem Erfolg führt. Die Vorwärmung des Erdgas-Sauerstoff-Gemisches auf Aktivierungstemperatur des Katalysators bei gleichbleibender Konzentration vor der Entspannung führt jedoch regelmäßig zu einer nicht kontrollierbaren Selbstzündung und demzufolge nicht zu der erwünschten katalytischen Umsetzung des Gemisches aus Erdgas und Sauerstoff.On the other hand, it has been found that a "cold" metering of oxygen into the natural gas for exothermic reaction on a catalyst does not lead to success However, the preheating of the natural gas-oxygen mixture to activation temperature of the catalyst at a constant concentration before the relaxation leads to a regular uncontrollable auto-ignition and consequently not to the desired catalytic conversion of the mixture of natural gas and oxygen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine sichere Dosierung von Sauerstoff in kontinuierlich strömendes Erdgas gewährleistet.The invention has for its object to provide a device that ensures a safe dosage of oxygen in continuously flowing natural gas.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.This object is solved by the features of patent claim 1. Further embodiments and advantageous developments of the device according to the invention are specified in claims 2 to 11.
In erfindungsgemäßer Weise ist die bei der bekannten „Inline-Erwärmung", also innerhalb einer Erdgasleitung, vorgesehene Mischstrecke nunmehr als geschlossener Mischbehälter ausgebildet. Dessen Funktion besteht darin, einem kalten Erdgasstrom, der in den Mischbehälter eingeleitet wird, Hochdruck-Sauerstoff im gasförmigen Zustand mit einer Temperatur von ca. 5 bis 3O0C über die Sauerstoffeinleitung zuzuführen und dem Erdgas innerhalb der Mischkammer des Behälters über das Verteilerrohr bei einem Hochdruck von z.B. 70 bis 170 bar beizumischen.In accordance with the invention, the mixing section provided in the known "in-line heating", that is within a natural gas line, is now designed as a closed mixing container, whose function is to introduce high-pressure oxygen in the gaseous state into a cold natural gas stream which is introduced into the mixing container a temperature of about 5 to 3O 0 C supplied via the oxygen inlet and the natural gas within the mixing chamber of the container via the manifold at a high pressure of eg 70 to 170 bar mix.
Die Mischkammer ist vollständig und das Verteilerrohr zumindest teilweise mit einer die Selbstzündung erschwerenden Schüttung aus keramischem Korn- material gefüllt. Die Schüttung aus keramischem Kornmaterial gewährleistet eine Steigerung die Betriebssicherheit; denn sie bietet ein inertes Verhalten, nimmt also nicht an einer Reaktion mit einem der zu mischenden Gase teil. Es zeigt eine sehr geringe und deshalb vorteilhafte Wärmeleitfähigkeit, sodaß die bei einer möglichen Zündung innerhalb des Mischbehälters freigesetzte Wärme die Behälterwand nicht beschädigen kann.The mixing chamber is complete and the distributor pipe is at least partially filled with a charge of ceramic grain material which aggravates the auto-ignition. The bed of ceramic grain material ensures an increase in operational safety; because it offers an inert behavior, so it does not participate in a reaction with one of the gases to be mixed. It shows a very low and therefore advantageous thermal conductivity, so that the released in a possible ignition within the mixing container heat can not damage the container wall.
Das Material hat auch die vorteilhafte Eigenschaft eines hohen Schmelzpunktes, wodurch, bei einer möglichen Zündung, keine Bildung von Kanälen durch Aufschmelzung möglich ist.The material also has the advantageous property of a high melting point, whereby, with a possible ignition, no formation of channels by melting is possible.
Bestandteil einer Sicherheitseiήrichtung der Vorrichtung sind auch Ausrüstungen der Mischkammer des Behälters mit Temperaturmeßfühlern.Part of a safety device of the device is also equipment of the mixing chamber of the container with temperature sensors.
Des weiteren ist der Mischbehälter mit Vorteil als stehender Behälter ausge- bildet, der unten den Anschluß für die Erdgaszuleitung und oben denFurthermore, the mixing container is advantageously designed as a stationary container, the bottom of the connection for the natural gas supply and above the
Anschluß für die Brenngasableitung aufweist. Das vorteilhafte Arbeitsprinzip der Vorrichtung ermöglicht eine kalte Vermischung von Sauerstoff und Erdgas bei hohen Drücken unter Beachtung einer bestimmten Konzentration zentral in einen mit der keramischen Schüttung und mit Sicherheitsüberwachung durch Meßfühler ausgestatten stehenden Behälter. Die im Behälter eingebrachte Schüttung mit isolierender und inerter Wirkung, ist, insbesondere bei stehenden Behältern, austrags- sicher und verschleißfest durch seine hohe Dichte bei kleinen definierten Hohlräumen. Dies verhindert eine Ausbreitung von Flammen innerhalb des Behälters, falls doch eine Selbstzündung auftreten sollte. Zusätzlich ist die Behälterinnenwand temperaturüberwacht.Having connection for the fuel gas discharge. The advantageous working principle of the device allows a cold mixing of oxygen and natural gas at high pressures, taking into account a certain concentration centrally in a equipped with the ceramic bed and with safety monitoring by sensor standing container. The bulk material with insulating and inert effect, which is introduced into the container, is safe to discharge and wear-resistant due to its high density with small defined cavities, especially with upright containers. This prevents the propagation of flames within the container should auto-ignition occur. In addition, the container inner wall is temperature-monitored.
Dadurch, daß der Behälter steht, bleibt die Schüttung konstant während des Betriebs erhalten und weist stets kleine Hohlräume auf, weil dann, wenn Partikel des keramischen Kornmaterials durch die scharfe Strömung heraus- gerissen würden, sofort ein Nachrutschen erfolgt.The fact that the container is stationary, the bed remains constant during operation and always has small cavities, because then, if particles of the ceramic grain material would be torn by the sharp flow, immediately slipping occurs.
Dieses Nachrutschen wird noch weiter dadurch verbessert, daß das keramische Kornmaterial der Schüttung ein hochverdichtetes Aluminiumoxid in Kugelform mit einer homogenen Korngrößenverteilung von 1,5 bis 3 mm ist.This slipping is further improved by the fact that the ceramic grain material of the bed is a high-density alumina in spherical form with a homogeneous particle size distribution of 1.5 to 3 mm.
Eine weitere, der Sicherheit gegen Zündung während der Mischung des Brenngases aus Erdgas und Sauerstoff innerhalb des Behälters dienende Maßnahme sieht vor, daß die Mischzone zuströmseitig eine die Strömungsgeschwindigkeit in der Mischzone erhöhende, konzentrische Querschnitts- Verengung aufweist.Another, the safety against ignition during the mixing of the fuel gas from natural gas and oxygen within the container serving measure provides that the mixing zone on the inflow side has a flow velocity in the mixing zone increasing concentric cross-sectional constriction.
Die Strömungsgeschwindigkeit des einströmenden Erdgases wird durch die konzentrische Querschnittsverengung, die auch als eingebaute Reduzierung bezeichnet werden kann, im Bereich vor der eigentlichen Mischzone im Behälter so erhöht, daß die verursachten Turbulenzen im Erdgasstrom eine optimale Durchmischung mit dem eintretenden Sauerstoff im das Mischrohr umgebenden Bereich ergeben. Der Bereich der Zündfähigkeit des Erdgas- Sauerstoff-Gemisches, also des Brenngases, wird somit sehr schnell durchfahren. Zusätzlich verhindert die inerte Keramikschüttung eine Flammenentwicklung.The flow velocity of the incoming natural gas is increased by the concentric cross-sectional constriction, which can also be referred to as built-in reduction, in the area before the actual mixing zone in the container so that the turbulence caused in the natural gas flow optimum mixing with the incoming oxygen in the mixing tube surrounding area , The range of ignitability of natural gas Oxygen mixture, so the fuel gas is thus traversed very quickly. In addition, the inert ceramic fill prevents flame development.
Das Verteilerrohr weist in seiner Rohrwand, die parallel mit den umgebendenThe manifold has in its pipe wall, which is parallel to the surrounding
Wandungen des Mischbehälters verläuft, Austrittsschlitze auf. Die Austrittsschlitze sind mit Vorteil so bemessen, daß Partikel der auch im Verteilerrohr vorhandenen Schüttung aus keramischem Kornmaterial nicht vom im Verteilerrohr strömenden Sauerstoff durch die Austrittsschlitze hindurch- gerissen werden können oder von außen in das Verteilerrohr drückbar sind.Walls of the mixing container runs, outlet slots. The outlet slots are advantageously dimensioned such that particles of the bulk material of ceramic grain material also present in the distributor tube can not be torn through the outlet slots by the oxygen flowing in the distributor tube or can be pressed from the outside into the distributor tube.
Die Austrittsschlitze erzeugen die Wirkung eines Siebes bei gleichzeitig vorteilhafter Auswirkung auf die Mischwirkung des durch die Austrittsschlitze aus dem Verteilerrohr in die Mischzone abströmenden Sauerstoffs.The exit slits produce the effect of a screen while at the same time having an advantageous effect on the mixing effect of the oxygen flowing out of the distributor tube into the mixing zone through the exit slits.
Der Mischbehälter ist in vorteilhafter Weise im Bereich der Mischzone derThe mixing container is advantageously in the region of the mixing zone of
Mischkammer doppelwandig ausgebildet, wobei zwischen der außen liegenden Mischbehälterwand und der innen liegenden Mischkammerwand ein Isoliermaterial angeordnet ist. Die innere Mischkammerwand kann z.B. aus einem Edelstahl-Blech bestehen, das mit der außen liegenden Mischbe- hälterwand umlaufend verschweißt wird, wobei im Zwischenraum eine Auskleidung mit keramischer Wolle zum Schutz der Mischkammerwand gegen thermische Einflüsse angeordnet ist.Mixing chamber formed double-walled, wherein between the outer mixing container wall and the inner mixing chamber wall, an insulating material is arranged. The inner mixing chamber wall may e.g. consist of a stainless steel sheet, which is circumferentially welded to the outside Mischbe- container wall, wherein in the space a lining with ceramic wool to protect the mixing chamber wall against thermal influences is arranged.
Sämtliche Maßnahmen und Einbauten haben die Wirkung, daß die Risiken einer Selbstzündung bei der kontinuierlichen Einmischung von Sauerstoff in einen Erdgasstrom innerhalb des Mischbehälters der erfindungsgemäßen Vorrichtung herabgesetzt sind.All measures and installations have the effect that the risk of auto-ignition in the continuous mixing of oxygen in a natural gas stream within the mixing vessel of the device according to the invention are reduced.
Dazu trägt in besonders vorteilhafter Weise auch bei, daß an der innen liegenden Mischkammerwand in einem Bereich, welcher der Anordnung derContributes to this in a particularly advantageous manner also that at the inner mixing chamber wall in a region which the arrangement of the
Austrittsschlitze am Verteilerrohr entspricht, mehrere Temperaturmeßfühler mit Schutzrohr am Umfang der außen liegenden Mischbehälterwand gleichmäßig verteilt angeordnet sind.Outlet slots on the manifold corresponds to several temperature sensors are arranged evenly distributed with protective tube on the circumference of the outer mixing container wall.
Vorzugsweise sind im Bereich der Sauerstoffaustrittsschlitze in die innen liegende Mischkammerwand drei am Umfang gleichmäßig verteilte, schnell ansprechende Temperaturmeßfühler mit Schutzrohr eingeschweißt. Dies ermöglicht, die Temperaturerhöhung bei einer möglichen Zündung des Erdgas-Sauerstoff-Gemisches permanent und sicherheitsgerichtet zu überwachen. Dazu sind die Temperaturmeßfühler in eine Sicherheitseinrichtung integriert.Preferably, in the region of the oxygen outlet slots in the inner mixing chamber wall, three circumferentially evenly distributed, fast-responding temperature sensor with protective tube are welded. This makes it possible to monitor the temperature increase during a possible ignition of the natural gas-oxygen mixture permanently and safety-oriented. For this purpose, the temperature sensors are integrated in a safety device.
Die Sicherheitseinrichtung weist mit besonderem Vorteil eine an die Sauerstoffeinleitung angeschlossene Stickstoffspülanlage auf. Bei Erreichen eines von den Temperaturmeßfühlern registrierten Temperaturanstiegs in dem Mischbehälter, wird die Sauerstoffzugabe durch die Sicherheitseinrichtung sofort gestoppt und ein Spülprozeß mit Stickstoff in den Anschluß für die Sauerstoffeinleitung eingeleitet.The safety device has with particular advantage a connected to the oxygen inlet nitrogen purge. Upon reaching a temperature rise detected in the mixing tank by the temperature sensors, the oxygen addition by the safety device is immediately stopped and a purging process with nitrogen is introduced into the oxygen introduction port.
Des weiteren trägt zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung auch bei, daß in die Sauerstoffeinleitung und in die Erdgaszuleitung jeweils eine redundante Meß- und Regeleinrichtung integriert ist. Diese erlaubt eine genaue Zudosierung des Sauerstoffs bis z.B. maximal 3 Mol %. Die Sicherheitseinrichtung begrenzt diese Sauerstoffkonzentration wobei die Überwachung durch die Meß- und Regeleinrichtung erfolgt. In den Leitungen für die Einleitung von Erdgas und Sauerstoff sind jeweils zwei verschiedene inFurthermore contributes to the development of the solution according to the invention also in that in each case a redundant measuring and control device is integrated in the oxygen inlet and in the natural gas supply. This allows accurate metered addition of oxygen to e.g. maximum 3 mol%. The safety device limits this oxygen concentration, wherein the monitoring is performed by the measuring and control device. In the lines for the introduction of natural gas and oxygen are each two different in
Reihe geschaltete Meßverfahren der Durchflußmessung, und zwar Differenzdruckmessung an einer Blende und Ultraschallmessung, zum Einsatz gebracht, deren Werte in der Sicherheitseinrichtung verarbeitet werden. Hierdurch ist zum einen eine Redundanz gegeben und zum anderen besteht eine Vergleichsmöglichkeit. Die vorgewählten Parameter des Mischprozesses liegen, ermittelt durch Versuche, unter der Selbstzündung des aus Erdgas und Sauerstoff gemischten Brenngases, wobei der Zustand im Prozeß permanent durch die sicherheitsgerichtete Meßtechnik überwacht wird.Series switched measuring methods of flow measurement, namely differential pressure measurement on a diaphragm and ultrasonic measurement, used, the values of which are processed in the safety device. As a result, on the one hand given a redundancy and on the other hand there is a possibility of comparison. The preselected parameters of the mixing process are, determined by experiments, under the auto-ignition of the fuel gas mixed from natural gas and oxygen, wherein the state in the process is permanently monitored by the safety-related measurement technique.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention, from which further inventive features arise, is shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 : eine Ansicht eines geschlossenen Mischbehälters einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von ausgespeichertem Erdgas mit Sauerstoff;Figure 1 is a view of a closed mixing vessel of an apparatus for continuously mixing stored natural gas with oxygen.
Fig. 2: eine Seitenansicht des Mischbehälters im Längsschnitt, undFig. 2 is a side view of the mixing container in longitudinal section, and
Fig. 3: eine schematische Ansicht der Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen mit schematisch angedeuteten, den Anschlüssen für eine Erdgaszuleitung und eine Sauerstoffeinleitung vorgeschalteten Armaturen.3 is a schematic view of the apparatus for continuous mixing with schematically indicated, the connections for a natural gas inlet and an oxygen inlet upstream fittings.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von ausgespeichertem Erdgas mit Sauerstoff zu einem Brenngas für eine Erwärmung des unter Druck stehenden Erdgases vor oder nach seiner Entspannung. Über den mit einem Flansch 3 ausgerüsteten Anschluß 8 für eine Erdgaszuleitung in den Mischbehälter, und über den mit Flansch 4 ausgerüsteten Anschluß für eine Sauerstoffeinleitung 9 zum Mischbehälter 2, ist die Mischstrecke 1 ausgebildet, die in der Brenngasableitung 10 mit Flansch 15 endet.Fig. 1 shows a view of an apparatus for continuously mixing stored natural gas with oxygen to a fuel gas for heating the pressurized natural gas before or after its relaxation. About the equipped with a flange 3 connection 8 for a natural gas supply into the mixing vessel, and via the equipped with flange 4 connection for an oxygen inlet 9 to the mixing vessel 2, the mixing section 1 is formed, which ends in the fuel gas discharge line 10 with flange 15.
Der die Mischstrecke 1 bildende Mischbehälter 2 ist ein stehender Behälter mit Standbeinen 5, an deren unteren Enden sich Bodenplatten 6 befinden, die der Verankerung des Mischbehälters 2 auf einer Standfläche dienen. Standbeine 5 und Bodenplatten 6 bilden ein Standgerüst für den Mischbehälter 2, dem unten über den Flansch 3 und die Erdgaszuleitung 8 Erdgas zuströmt, und in den über die Sauerstoffeinleitung 9 mit dem Flansch 4 Sauerstoff eingegeben wird, der in dem Mischbehälter mit dem zugeströmtenThe mixing container 2 forming the mixing section 1 is a standing container with legs 5, at the lower ends of which base plates 6 are located, which serve to anchor the mixing container 2 on a standing surface. Legs 5 and bottom plates 6 form a stand for the mixing container 2, the bottom flows over the flange 3 and the natural gas inlet 8 natural gas, and in the oxygen inlet 9 with the flange 4 oxygen is entered, which in the mixing container with the zugeströmten
Erdgas vermischt wird.Natural gas is mixed.
Das Gasgemisch bildet ein Brenngas, welches über die Brenngasableitung 10 mit dem Flansch 15 aus dem Mischbehälter 2 abgeleitet wird.The gas mixture forms a fuel gas which is discharged via the fuel gas discharge line 10 with the flange 15 from the mixing container 2.
An der Peripherie des Mischbehälters 2 sind, gleichmäßig auf den Umfang verteilt, Temperaturmeßfühler 7 angebracht.At the periphery of the mixing container 2, distributed evenly around the circumference, temperature sensor 7 is attached.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des stehenden Behälters 2, der die Misch- strecke 1 bildet, in einem Längsschnitt. Gleiche Bauteile sind mit gleichenFig. 2 shows a side view of the vertical container 2, which forms the mixing section 1, in a longitudinal section. Same components are the same
Bezugszahlen bezeichnet wie in Fig. 1.Reference numerals designate as in FIG. 1.
Fig. 2 läßt erkennen, daß im Inneren des Mischbehälters 2 eine Mischkammer 11 ausgebildet ist, die mit einer Schüttung aus keramischem Kornmaterial gefüllt ist. Die Schüttung aus keramischem Kornmaterial ist durch eingezeichnete Mikrokreise angedeutet.Fig. 2 shows that in the interior of the mixing container 2, a mixing chamber 11 is formed, which is filled with a bed of ceramic grain material. The bed of ceramic grain material is indicated by microcircuits drawn.
In dem eine Mischzone ausbildenden Zentrum der Mischkammer 11 ist ein mit dem Anschluß 9 für eine Sauerstoffeinleitung verbundenes Verteilerrohr 12 angeordnet. Die freie Endseite des Verteilerrohres 12 ist mit einer EndkappeIn the mixing zone forming a center of the mixing chamber 11 is a connected to the terminal 9 for an oxygen introduction manifold 12 is arranged. The free end side of the manifold 12 is provided with an end cap
13 verschlossen. Der Abschnitt der Rohrwand des Verteilerrohres 12, der parallel mit den umgebenden Wandungen des Mischbehälters 2 verläuft, ist mit Austrittsschlitzen 14 versehen.13 closed. The portion of the pipe wall of the manifold 12, which runs parallel to the surrounding walls of the mixing container 2, is provided with outlet slots 14.
Das Verteilerrohr ist ebenfalls mit der Schüttung aus keramischem Kornmaterial, hier einem hochverdichteten Aluminiumoxid in Kugelform mit einer homogenen Korngrößenverteilung von 1 ,5 bis 3 mm gefüllt, wie es hier angedeutet ist.The manifold is also with the bed of ceramic grain material, here a high-density alumina in spherical form with a homogeneous particle size distribution of 1, 5 to 3 mm filled, as indicated here.
Zur Verhinderung des Austragens der Schüttung dienen die Einsätze 30 und 31 in den Einlassen 8, 9 sowie der Einsatz 32 im Auslaß 10. Gleichzeitig erfolgt durch die Einsätze 30, 31 und 32 eine Vergleichmäßigung der Strömung nach Art einer Viellochblende.To prevent the discharge of the bed, the inserts serve 30 and 31 in the inlets 8, 9 and the insert 32 in the outlet 10. At the same time made by the inserts 30, 31 and 32, a homogenization of the flow in the manner of a multi-pinhole.
Fig. 2 verdeutlicht des weiteren, daß die Temperaturmeßfühler 7 mit Schutz- röhr 15 in einem Bereich, welcher der Anordnung der Austrittsschlitze 14 imFig. 2 illustrates further that the temperature sensor 7 with protective tube 15 in a region which the arrangement of the outlet slots 14 in
Verteilerrohr 12 entspricht, in der Mischbehälterwand 16 angeordnet sind.Distributor tube 12 corresponds, are arranged in the mixing vessel wall 16.
Der Mischbehälter 2 ist im Bereich der Mischzone der Mischkammer 11 doppelwandig ausgebildet, wobei zwischen der außen liegenden Misch- behälterwand 16 und der innen liegenden Mischkammerwand 17 ein Isoliermaterial 18 angeordnet ist.The mixing container 2 is double-walled in the region of the mixing zone of the mixing chamber 11, an insulating material 18 being arranged between the outer mixing container wall 16 and the inner mixing chamber wall 17.
Die im Inneren der Mischkammer ausgebildete Mischzone weist zuströmseitig eine die Strömungsgeschwindigkeit in der Mischzone erhöhende konzentrische Querschnittsverengung 19 auf. Die Querschnittsverengung 19 kann z.B. ein aus Blech geformter Trichter sein, der umgekehrt in das untere Ende des Mischbehälters unmittelbar über die Einmündung der Erdgaszuleitung 8 gesetzt ist.The mixing zone formed in the interior of the mixing chamber has on the inflow side a concentric cross-sectional constriction 19 which increases the flow velocity in the mixing zone. The cross-sectional constriction 19 may be e.g. a formed from sheet metal funnel, which is placed in the lower end of the mixing vessel directly over the mouth of the natural gas feed line 8.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der gesamten Vorrichtung mit Mischbehälter und seinen Anschlüssen für eine Erdgaszuleitung 8 und für eine Sauerstoffeinleitung 9 mit den jeweils diesen Anschlüssen vorgeschalteten Armaturen einer Sicherheitseinrichtung, mit Stickstoffspülanlage und mit Regelarmaturen für die Sauerstoffeinleitung.Fig. 3 shows a side view of the entire device with mixing container and its connections for a natural gas inlet 8 and for an oxygen inlet 9 with the respective upstream of these connections fittings a safety device, with nitrogen purge and with control valves for the introduction of oxygen.
Gleiche Bauteile sind wiederum mit gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 und Fig. 2 bezeichnet. Dem unteren Anschluß für die Erdgaszuleitung 8 ist eine Rückschlagarmatur 20 vorgeschaltet sowie eine Absperrarmatur 21 , vor der, in Richtung der Erdgaszuleitung gesehen, wiederum eine Armatur zur Mengenmessung 22 angeordnet ist.Identical components are again denoted by the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2. The lower connection for the natural gas supply line 8, a check valve 20 is connected upstream and a shut-off valve 21, in front of, seen in the direction of the natural gas supply line, again a valve for measuring quantity 22 is arranged.
Die Zuleitung des Erdgases erfolgt in Richtung des Pfeils 23.The supply of natural gas takes place in the direction of arrow 23.
In der Sauerstoffeinleitung 9 mit dem Eingangsflansch 4 ist zuströmseitig wiederum eine Rückschlagarmatur 20' angeordnet, vor der, in Zuströmrichtung des Sauerstoffs gesehen, eine Absperrarmatur 21' sowie ein Gerät zur Sauerstoff-Mengenmessung 22' sitzt.In the oxygen inlet 9 with the input flange 4, a non-return valve 20 'is again arranged on the inflow side, in front of which, seen in the inflow of the oxygen, a shut-off valve 21' and a device for measuring oxygen quantity 22 'sits.
Die letztgenannten Armaturen sind Bestandteile der Sicherheitseinrichtung der Vorrichtung, zu der auch die hier lediglich angedeutete Stickstofflöschanlage 24 mit den abgangsseitig vorhandenen Armaturen 25 und 26 gehört.The latter fittings are components of the safety device of the device, which also includes the here only indicated nitrogen extinguishing system 24 with the outlet side existing fittings 25 and 26.
Ein weiteres Gerät zur Sauerstoff-Mengenmessung ist mit 22" bezeichnet.Another device for oxygen quantity measurement is designated 22 ".
Eine Regelarmatur für die Sauerstoffeinleitung, die den in Richtung des PfeilsA control valve for the introduction of oxygen in the direction of the arrow
27 zuströmenden Sauerstoff in der Menge regelt, ist mit 28 bezeichnet.27 regulates inflowing oxygen in the amount is designated 28.
Auch diese Armaturen sind Bestandteil der Sicherheitseinrichtung, die steuerungs- und regelungstechnisch nach einem Programm arbeiten kann, mit dem die Meßwerte der Temperatur, des Druckes und der Menge desThese valves are also part of the safety device, which can control and control according to a program, with which the measured values of the temperature, the pressure and the amount of
Sauerstoffes und des in die Mischkammer eingeleiteten Erdgases verarbeitet und über die entsprechenden Absperr- und Regelarmaturen 21 und 28 bzw. 21' gesteuert wird. Oxygen and introduced into the mixing chamber natural gas and processed via the corresponding shut-off and control valves 21 and 28 and 21 'is controlled.

Claims

Patentansprüche Patent claims
t. Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von ausgespeichertem Erdgas mitt. Device for the continuous mixing of withdrawn natural gas
Sauerstoff zu einem Brenngas zur Erwärmung des unter Druck stehenden Erdgases vor oder nach seiner Entspannung, mit einer Mischstrecke mitOxygen to a fuel gas for heating the pressurized natural gas before or after its expansion, with a mixing section
Anschlüssen für eine Erdgaszuleitung, eine Sauerstoffeinleitung und eineConnections for a natural gas supply, an oxygen supply and a
Brenngasableitung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Mischstrecke (1) als geschlossener Mischbehälter (2) ausgebildet ist, der eine Mischkammer (11) aufweist, in deren eine Mischzone ausbildendemFuel gas discharge, so that the mixing section (1) is designed as a closed mixing container (2) which has a mixing chamber (11), in which a mixing zone forms
Zentrum ein mit dem Anschluß (9) für eine Sauerstoffeinleitung verbundenesCenter connected to the connection (9) for oxygen introduction
Verteilerrohr (12) für Sauerstoff angeordnet ist, daß die Mischkammer (11) vollständig und das Verteilerrohr (12) zumindest teilweise mit einer Schüttung aus keramischem Kornmaterial gefüllt sind, daß die Mischkammer (11) des Mischbehälters (2) mit TemperaturmeßfühlernDistributor pipe (12) for oxygen is arranged, that the mixing chamber (11) is completely filled and the distributor pipe (12) is at least partially filled with a bed of ceramic grain material, that the mixing chamber (11) of the mixing container (2) is equipped with temperature sensors
(7) für eine Temperaturmessung ausgerüstet ist, und daß der Mischbehälter (2) als ein stehender Behälter ausgebildet ist, der unten den Anschluß für die Erdgaszuleitung (8) und oben den Anschluß für die Brenngasableitung (10) aufweist.(7) is equipped for a temperature measurement, and that the mixing container (2) is designed as a standing container which has the connection for the natural gas supply line (8) at the bottom and the connection for the fuel gas discharge line (10) at the top.
Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischzone zuströmseitig eine die Strömungsgeschwindigkeit in der Mischzone erhöhende, konzentrische Querschnittsverengung (19) aufweist.Z Device according to claim 1, characterized in that the mixing zone has a concentric cross-sectional constriction (19) on the inflow side which increases the flow velocity in the mixing zone.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerrohr (12) in seiner Rohrwand, die parallel mit den umgebenden Wandungen des Mischbehälters (2) verläuft, angeordnete Austrittsschlitze (14) aufweist.3. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the distributor pipe (12) has outlet slots (14) arranged in its pipe wall, which runs parallel to the surrounding walls of the mixing container (2).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Kornmaterial der Schüttung ein hochverdichtetes Aluminium- oxid in Kugelform mit einer homogenen Korngrößenverteilung von 1 ,5 bis 3 mm ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ceramic grain material of the bed is a highly compressed aluminum oxide in spherical shape with a homogeneous grain size distribution of 1.5 to 3 mm.
5^ Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (9) des Verteilerrohres (12), der Anschluß für die Erdgaszuleitung 5^ Device according to claim 4, characterized in that the connection (9) of the distribution pipe (12), the connection for the natural gas supply line
(8) und der(8) and the
Anschluß für die Brenngasableitung (10) mit siebartigen Einsätzen (30, 31; 32) ausgerüstet sind.Connection for the fuel gas discharge (10) is equipped with sieve-like inserts (30, 31; 32).
& Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß - der Mischbehälter (2) im Bereich der Mischzone der Mischkammer (11) doppelwandig ausgebildet ist, wobei zwischen der außen liegenden Mischbehälterwand (16) und der innen liegenden Mischkammerwand (17) ein Isoliermaterial (18) angeordnet ist.& Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that - the mixing container (2) is double-walled in the area of the mixing zone of the mixing chamber (11), with between the outer mixing container wall (16) and the inner mixing chamber wall (17) an insulating material (18) is arranged.
Zx Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der innen liegenden Mischkammerbehälter (17) in einem Bereich, welcher der Anordnung der Austrittsschlitze (14) am Verteilerrohr (12) entspricht, mehrere Temperaturmeßfühler (J) mit Schutzrohr (15) am Umfang der Mischbehälterwand (16) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.Z x Device according to claim 6, characterized in that on the inside mixing chamber container (17) in an area which corresponds to the arrangement of the outlet slots (14) on the distributor pipe (12), there are several temperature sensors (J) with a protective tube (15) on the circumference the mixing container wall (16) are arranged evenly distributed.
& Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßfühler (7) hinsichtlich ihrer Meßfunktionen in eine Sicherheitseinrichtung integriert sind.& Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the temperature measuring sensors (7) are integrated into a safety device with regard to their measuring functions.
£. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung eine an die Sauerstoffeinleitung £. Device according to claim 8, characterized in that the safety device is connected to the oxygen introduction
(9) angeschlossene Stickstoffspülanlage (24) aufweist.(9) has a connected nitrogen purging system (24).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Sauer- Stoffeinleitung (9) und in die Erdgaszuleitung (8) jeweils eine Meß- und Regeleinrichtung integriert ist. 10. The device according to claim 9, characterized in that a measuring and control device is integrated into the acid material introduction (9) and into the natural gas supply line (8).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meß- und Regeleinrichtung wenigstens ein Durchflußmengenmeßgerät (22, 22', 22") aufweist.11. Device according to claim 10, characterized in that each measuring and control device has at least one flow rate measuring device (22, 22 ', 22").
1_2_. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung mit mindestens einer Regelarmatur (28) für die Sauerstoffeinleitung ausgerüstet ist. 1_2_. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the safety device is equipped with at least one control valve (28) for the introduction of oxygen.
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