EP3848631A1 - Hochfackelsystem zum verbrennen zweier gasarten - Google Patents

Hochfackelsystem zum verbrennen zweier gasarten Download PDF

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EP3848631A1
EP3848631A1 EP20020019.4A EP20020019A EP3848631A1 EP 3848631 A1 EP3848631 A1 EP 3848631A1 EP 20020019 A EP20020019 A EP 20020019A EP 3848631 A1 EP3848631 A1 EP 3848631A1
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EP
European Patent Office
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gas
pipe
exhaust
synthesis gas
exhaust gas
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EP20020019.4A
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Antonio COSCIA
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Priority to US17/146,620 priority patent/US11940149B2/en
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/14—Gaseous waste or fumes

Definitions

  • the invention relates to a high flare system in a synthesis gas generation plant for the thermal disposal of waste gases with at least two different carbon monoxide (CO) contents, especially for the simultaneous flaring or burning of warm synthesis gas and cryogenic, cryogenic carbon monoxide.
  • CO carbon monoxide
  • the invention also relates to a method for burning two types of gas obtained in a synthesis gas generation plant.
  • a gas flare or simply a torch is a device for targeted flaring, i.e. for the targeted burning of flammable gases that should or cannot be used energetically or materially.
  • Gas flares are often used when discontinuous large quantities of such gases are to be expected, as can be the case, for example, during start-up and shutdown processes and operational malfunctions. With gas flares, exhaust gas components are converted into carbon dioxide, which is less harmful to the environment and the climate, through combustion.
  • Essential components of a gas flare are the actual burner, one or more pilot burners for its ignition, pipelines for supplying the gases to be flared, possibly a support structure as well as control and safety devices for safe flare operation.
  • the flare tip which contains the burner
  • the flare tip is mounted at the upper end of the flare system at a certain height above the ground or the installation surface, whereby the heat radiation to the ground or the installation surface is reduced and the dispersion profile for pollutants to be flared or their combustion products is improved .
  • the feed pipes are designed as riser pipes.
  • the totality of riser pipes, burner and possibly supporting structure is usually referred to as a flare chimney or just a flare, whereby the conceptual distinction is not clearly separated.
  • Flare systems of the type described are used not only in petrochemical plants, but also in synthesis gas generation plants to dispose of gas product streams or waste gas streams by incineration, which temporarily cannot be further processed within the process chain or for which there is currently no other disposal option.
  • Synthesis gases are gas mixtures containing hydrogen and carbon oxides, which are used in various synthesis reactions.
  • Technical details of the processes for generating synthesis gas are given, for example, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 1998 Electronic Release , Keyword "Gas Production", explained in detail.
  • the generation of the raw synthesis gas is usually followed by several process steps for removing undesirable guest components, for example methane, by cryogenic gas decomposition in a so-called CO cold box.
  • undesirable guest components for example methane
  • CO cold box a so-called CO cold box.
  • methane scrubbing, partial condensation and CO scrubbing carbon monoxide can be obtained as a pure product or a synthesis gas stream with a set hydrogen / carbon monoxide (H 2 / CO) ratio can be obtained.
  • the pure CO product is discharged from the CO coldbox as a cryogenic gas stream due to the cryogenic gas decomposition.
  • synthesis gas generation plants In synthesis gas generation plants, a flaring of synthesis gas (20 to 300 ° C) and cryogenic CO (- 180 ° C) is typically necessary in order to avoid the synthesis gas generation plant in the event of malfunctions or planned shutdowns of the entire synthesis gas generation plant or of parts of it and to avoid gas product flows or exhaust gas flows to dispose of by incineration, which temporarily cannot be further processed within the process chain or for which there is currently no other disposal option.
  • a flare system of a first type (type 1) can be used if the main product of the plant is synthesis gas with a high H 2 / CO ratio or exclusively hydrogen.
  • the small amount of CO gas that has to be processed in the flare system in this case can be fed to the upper end of the pipe via a small, external riser made of a corrosion-resistant material, for example a high-alloy steel such as stainless steel, which is led upwards on the outside of the main flare chimney Main flare chimney made of carbon steel (carbon steel).
  • the pipe that carries the cryogenic CO gas from the cryogenic gas decomposition is particularly preferred to be made of a fully austenitic stainless steel, since unalloyed and low-alloy steels react extremely brittle at the typical, low temperatures that the CO gas has, which the probability of failure, especially when cyclic mechanical loads occur (e.g. chimney oscillation due to wind, pressure surges, etc.) is extremely increased. Compared to unalloyed and low-alloy steels, fully austenitic stainless steels have a very high low-temperature toughness.
  • synthesis gas and CO gas are burned in their own specially designed burners.
  • a sufficient number and size of expansion bends must be ensured when arranging the riser pipe. This construction creates additional loads for the main flare chimney, which limits the maximum possible overall height for a self-supporting system before a change to a derrick flare is required.
  • each burner can be optimized with regard to the maximum safety and destruction performance of the pollutants present in the exhaust gas, taking into account the gas to be flared or burned.
  • the exit speed for many flare systems should not exceed 25 to 30 m / s.
  • this value can be greater than 150 m / s.
  • the high flare system of a second type (Type 2) is similar to Type 1, but includes a combined burner design in which the cold, CO-rich gas from the cryogenic gas separation is injected into the common main burner at the same level as the synthesis gas. If the H 2 / CO ratio of the synthesis gas produced in the synthesis gas generation plant drops, so that the synthesis gas contains more CO than hydrogen, a dedicated CO burner becomes too large to be able to mount it at the top of the flare stack next to the main burner.
  • a combined type 2 burner design therefore offers advantages.
  • the high flare system of a third type (type 3) is used in cases with a very high flow of CO gas compared to the flow of synthesis gas.
  • type 3 dedicated burners are provided for each of the flare gas flows.
  • a disadvantage of this configuration is the need for a stable supporting frame, for example in a derrick design, in order to be able to absorb the increased load due to the two completely separate supply line and burner systems. This also requires additional space.
  • the object of the present invention is therefore to propose a new high flare system that overcomes the previous disadvantages of the prior art.
  • the aim is to provide a high flare system with a self-supporting flare chimney that can be used over the entire range of H 2 / CO ratios occurring in the product gases or exhaust gases of a synthesis gas generation plant.
  • a synthesis gas production plant or a synthesis gas production process is understood to mean all processes in which synthesis gas, that is to say gas mixtures containing hydrogen and carbon oxides, is initially obtained as a raw product gas.
  • all known synthesis processes used in industrial production can be used for the production of synthesis gas, i.e. in particular the steam reforming of hydrocarbons, in particular of natural gas (steam methane reforming, SMR) or, for example, also of naphtha or refinery residues, the non-catalytic partial oxidation of hydrocarbons (POX ) or autothermal reforming as a mixed form of the two aforementioned processes.
  • SMR steam methane reforming
  • POX non-catalytic partial oxidation of hydrocarbons
  • autothermal reforming as a mixed form of the two aforementioned processes.
  • the raw synthesis gas produced in this way is often processed in several stages.
  • the processing steps include in particular the implementation of one or more cooling steps with or without steam generation, the heat exchange of the raw synthesis gas to be cooled and the flue gas generated by the burners to preheat process media, the CO conversion (CO shift) to maximize the hydrogen content, steps to remove the Carbon dioxide, e.g. B. by means of gas scrubbing with amine-containing detergents, and measures to separate other guest components to be separated, such as methane, traces of higher hydrocarbons or carbon monoxide as a pure product by cryogenic gas decomposition in a so-called cold box.
  • a coaxial arrangement of two tubes is understood to mean an arrangement in which the axes of rotation of the two tubes coincide in the longitudinal direction.
  • Low-alloyed steels are those in which the sum of the alloying elements does not exceed 5 percent by mass. If this salary is exceeded, we speak of high-alloy steels. Examples are carbon steel (carbon steel) as low-alloy steel and stainless steel, in particular stainless steel as high-alloy steel.
  • the high flare system comprises a flare chimney with a concentrically arranged stainless steel riser pipe as the inner pipe, the outer wall of which has a radially uniformly spaced annular space with the inner wall of the outer pipe.
  • the cold CO gas from the cryogenic gas separation is conducted to the upper end of the flare chimney where the burner is located.
  • the synthesis gas flows through the annular space between the inner pipe and the outer pipe, which is made of a non-alloyed or lower alloyed steel, e.g. B. carbon steel can be made and is also routed to the top of the flare in this way.
  • a non-alloyed or lower alloyed steel e.g. B. carbon steel
  • This embodiment makes it possible to use the flare chimney according to the invention for a wide range of H 2 / CO ratios, in particular all H 2 / CO ratios occurring in product gases or exhaust gases from a synthesis gas generation plant.
  • the diameter of the inner tube is designed for the maximum volume flow of the CO gas.
  • the inner diameter of the outer tube is then obtained from the outer diameter of the inner tube and the ratio of the area of the annular space and the pressure difference which is acceptable to allow the transport of the synthesis gas stream within the flare stack.
  • the outer pipe is also statically designed so that the load capacity of the entire arrangement of the flare chimney, that is to say the outer pipe, the inner pipe and the burner, can be carried.
  • An external shoring is not required.
  • the inner tube is attached to the lower end of the flare chimney, guided upwards inside the outer tube and can preferably be centered along its course on one or more levels by means of spacers. More preferably, the spacers are designed as slide bearings at the end opposite the attachment. This and the coaxial arrangement enables a free change in length of the inner tube compared to the outer tube, which is required when manufacturing the inner tube and the outer tube from materials with different thermal expansion coefficients, without the need for additional compensation measures.
  • the burner receives the CO gas via a central nozzle into which the inner tube opens at its upper end.
  • the synthesis gas enters the burner from the upper end of the annulus, arranged around the CO nozzle. This symmetrical design leads to particularly uniform combustion.
  • This arrangement also prevents a stream of gas to be flared off, which is introduced into the burner at several discrete points over a circumference, from streaking due to irregularities at the individual addition points and thus to locally excessive gas velocities at the burner may be too high to safely burn the gases to be flared.
  • the calculation of the resulting mixed gas velocities of the gases in the burner is also easier due to their areal distribution in the burner.
  • the inner tube can in any case be designed to be large enough to ensure an arbitrarily low flow rate of the CO gas. If this is necessary for reliable burnout, a further reduction in the flow rate of the CO gas can be achieved by choosing a correspondingly large burner diameter.
  • a second aspect of the high flare system according to the invention is characterized in that it is constructed and set up in a self-supporting manner. Support frames and support structures are therefore not required, which leads to reduced investment costs. Furthermore, the location of the flare chimney can be changed more quickly if this should become necessary in the context of new land use within the company.
  • a third aspect of the high flare system according to the invention is characterized in that the first and the second exhaust pipe have a circular cross section and the second exhaust pipe runs coaxially as an inner pipe inside the first exhaust pipe as an outer pipe, with a radial between the outer side of the inner pipe and the inner side of the outer pipe uniformly spaced annulus is formed.
  • a fourth aspect of the high flare system according to the invention is characterized in that the arrangement of the inner pipe and outer pipe is made possible by a plurality of spacers, with at least two, preferably at least three spacers being arranged radially at a certain height of the high flare system and on the inside of the outer pipe or are attached to the outside of the inner tube.
  • the inner tube can be safely centered with respect to the outer tube.
  • three spacers are provided in each case, which are arranged in the form of a triangle or flat tripod perpendicular to the longitudinal axis of the tubes.
  • a fifth aspect of the high flare system according to the invention is characterized in that the spacers are designed as slide bearings at the end opposite the fastening.
  • the inner pipe and the outer pipe are made of different materials with usually different thermal expansion coefficients and the temperature differences between the annular space and the interior of the inner pipe (central space) are considerable and change significantly over the length of the flare, it is advantageous to ensure that the relative change in length of the two pipes to one another can take place undisturbed in such a way that no mechanical stresses occur which can lead to deformations. This is achieved by designing the spacers as plain bearings.
  • a sixth aspect of the high flare system according to the invention is characterized in that the outer pipe is made of a low-alloy or unalloyed steel, preferably carbon steel, and the inner pipe is made of a high-alloy steel, preferably stainless steel, in particular low-temperature-resistant stainless steel. That from cryogenic gas separation Originating CO gas has a low temperature and therefore places increased demands on the material of the inner tube with regard to its embrittlement under the given operating conditions compared to the other type of gas. It is therefore advantageous to manufacture the inner tube, through the interior of which the CO gas is fed to the burner, from a material that is particularly tough at low temperatures. This is not absolutely necessary for the outer tube, the inside of which is touched by the other type of gas, so that a low-alloy or unalloyed steel can be used here as a more cost-effective material.
  • a seventh aspect of the high flare system according to the invention is characterized in that the first exhaust gas has a lower CO content than the second exhaust gas and is guided through the annular space between the inside of the outer tube and the outside of the inner tube.
  • An eighth aspect of the high flare system according to the invention is characterized in that the second exhaust gas has a higher CO content than the first exhaust gas and is guided through the inner pipe. This has the advantages mentioned above in connection with the discussion of the sixth aspect: The exhaust gas with the higher temperature and / or with the lower corrosion potential is guided through the annular space.
  • the method according to the invention is characterized in that the first product stream or exhaust gas stream comprises or is formed from a synthesis gas stream to be disposed of.
  • the CO content of synthesis gas streams that occur as intermediate or end products in a synthesis gas generation plant is lower than that of CO gas from cryogenic gas separation, so that the corrosion potential of the first product stream or exhaust gas stream is lower than that of the second product stream or exhaust gas stream. It is advantageous to guide the exhaust gas with the lower corrosion potential through the annular space, as explained in connection with the sixth aspect of the invention.
  • the method according to the invention is characterized in that the second product stream or exhaust gas stream comprises or is formed from an exhaust gas stream with a high CO content from the plant for cryogenic gas separation.
  • the CO content of CO gas from cryogenic gas separation is higher than that of synthesis gas streams that occur as intermediate or end products in a synthesis gas generation plant, so that the corrosion potential of the second product stream or exhaust gas stream is higher than that of the first product stream or exhaust gas stream. It is also advantageous to guide the colder exhaust gas with the higher corrosion potential and / or embrittlement potential through the central space, as explained in connection with the sixth aspect of the invention.
  • the high flare system 1 comprises a flare chimney with an outer tube 2 made of carbon steel.
  • the outer tube is set up in a self-supporting manner on a level surface 3 and is sealed against it. It has a circular cross-section and is designed to be cylindrical or preferably frustoconical with a slight upward taper.
  • the wall thickness of the outer pipe is dimensioned in such a way that the loads of the entire high flare system with the main components outer pipe, inner pipe and burner can be absorbed.
  • Synthesis gas which occurs temporarily as exhaust gas in a synthesis gas generation plant (not shown), is introduced into the flare chimney at the underside of the latter via feed line 4.
  • the temperature of the synthesis gas exhaust gas can be between 20 and 300 ° C. It is essentially based on the point or assembly within the synthesis gas generation plant from which the exhaust gas is to be derived. At a point downstream of the generation stage for the raw synthesis gas, for example a steam reformer, it is around 300 ° C. In the course of the subsequent treatment stages, it continues to decrease and is typically between 20 and 50 ° C., for example 40 ° C., before it is introduced into the final pressure swing adsorption stage for producing pure hydrogen.
  • the inner tube 5 is arranged, which is also set up on the level surface 3 and sealed against it. It consists of a high-alloy steel, for example stainless steel that is tough at low temperatures, and has a circular cross-section.
  • CO gas which is temporarily obtained as exhaust gas in a system (not shown) for the cryogenic decomposition of the raw synthesis gas produced or already treated synthesis gas, is introduced into the flare chimney at the bottom and passed on to the inner tube 5 and introduced into it.
  • the supply line 6 is passed through the outer tube 2, the lead-through point being sealed off from the environment.
  • the CO gas has a temperature of - 180 ° C. Before it is introduced into the inner tube, it is preferably passed through a liquid separator (not shown) in order to separate out any condensates.
  • the inner tube is fixed with respect to the outer tube by means of spacers 7, which are provided at three different heights of the flare chimney.
  • the spacers are attached to the inner wall of the outer tube and are designed as slide bearings on the side facing the inner tube. Three spacers are provided for each height at an angular distance of 120 °.
  • the diameter of the inner tube is designed for the maximum volume flow of the CO gas.
  • the inner diameter of the outer tube is then obtained from the outer diameter of the inner tube and the ratio of the area of the annulus and the pressure difference which is acceptable to allow the transport of the synthesis gas stream within the flare stack.
  • the diameter it should be noted that even with a maximum flow of both types of exhaust gas, the flow velocity at the burner mouth is small enough to prevent the burner flame from detaching. The maximum flow velocity under these conditions may have to be determined by means of preliminary tests.
  • the synthesis gas exhaust gas is passed from bottom to top through the annular space resulting between the inside of the outer tube and the outside of the inner tube and finally introduced into the common burner 8.
  • the CO gas exhaust gas flows upwards in the interior of the inner tube (central space) and also reaches the common burner.
  • the exhaust gases are ignited and burned by means of pilot or pilot burners (not shown).
  • the oxygen required for this is obtained from the ambient air.
  • steam can also be injected into the burner. The resulting combustion products are released into the environment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochfackelsystem in einer Synthesegaserzeugungsanlage zur thermischen Entsorgung von bei der Synthesegaserzeugung und/oder Synthesegasaufbereitung anfallenden Abgasen mit mindestens zwei unterschiedlichen Gehalten an Kohlenmonoxid (CO-Gehalt), insbesondere zum gleichzeitigen Abfackeln oder Verbrennen von warmem Synthesegas und auch kryogenem, tiefkaltem Kohlenmonoxid. Erfindungsgemäß umfasst das Hochfackelsystem:
(a) ein erstes, gegenüber der Horizontalen senkrecht angeordnetes Abgasrohr aus einem ersten Werkstoff und eine Zuleitung eines Abgases mit einem ersten CO-Gehalt zu dem ersten Abgasrohr,
(b) ein zweites, gegenüber der Horizontalen senkrecht angeordnetes Abgasrohr aus einem zweiten Werkstoff und eine Zuleitung eines Abgases mit einem zweiten CO-Gehalt zu dem zweiten Abgasrohr,
(c) wobei das erste und das zweite Abgasrohr koaxial angeordnet sind und an ihrem oberen Ende in einen gemeinsamen Brenner münden.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Hochfackelsystem in einer Synthesegaserzeugungsanlage zur thermischen Entsorgung von bei der Synthesegaserzeugung und/oder Synthesegasaufbereitung anfallenden Abgasen mit mindestens zwei unterschiedlichen Gehalten an Kohlenmonoxid (CO-Gehalt), insbesondere zum gleichzeitigen Abfackeln oder Verbrennen von warmem Synthesegas und kryogenem, tiefkaltem Kohlenmonoxid.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verbrennen zweier in einer Synthesegaserzeugungsanlage erhaltenen Gasarten.
    • Stand der Technik
  • Eine Gasfackel oder einfach Fackel ist eine Einrichtung zur gezielten Abfackelung, also zum gezielten Verbrennen brennbarer Gasen, die nicht energetisch oder stofflich genutzt werden sollen oder können. Gasfackeln werden häufig dann verwendet, wenn diskontinuierlich große Mengen solcher Gase zu erwarten sind, wie es zum Beispiel bei An- und Abfahrvorgängen und Betriebsstörungen der Fall sein kann. Mit Gasfackeln werden Abgasbestandteile durch Verbrennung in das weniger umwelt- und klimaschädliche Kohlendioxid umgewandelt.
  • Wesentliche Komponenten einer Gasfackel sind der eigentliche Brenner, ein oder mehrere Pilotbrenner zu dessen Zündung, Rohrleitungen zur Zuführung der abzufackelnden Gase, ggf. eine Tragekonstruktion sowie Steuer- und Sicherheitseinrichtungen für den sicheren Fackelbetrieb.
  • Neben den weniger häufig anzutreffenden Bodenfackeln ist die häufigste Art der derzeit verwendeten Fackelsysteme die Hochfackel. Bei diesen Systemen ist die Fackelspitze, die den Brenner enthält, am oberen Ende des Fackelsystems in einer gewissen Höhe über dem Erdboden oder der Aufstellfläche montiert, wodurch die Wärmestrahlung zum Erdboden oder zum Aufstellungsuntergrund reduziert und das Dispersionsprofil für abzufackelnde Schadstoffe bzw. ihre Verbrennungsprodukte verbessert wird. Die Zuführrohe sind als Steigrohre ausgebildet. Die Gesamtheit von Steigrohren, Brenner und ggf. Tragekonstruktion wird üblicherweise als Fackelkamin oder auch nur als Fackel bezeichnet, wobei die begriffliche Unterscheidung nicht scharf getrennt ist.
  • Der Stand der Technik für Fackelsysteme ist in den API-Normen 521 und 537 beschrieben.
  • Grundsätzlich gibt es die folgenden Arten von Hochfackeln:
    1. a) Selbsttragende Fackelkamine werden oft für niedrigere Bauhöhen mit begrenztem Aufstellplatz bzw. Bodenfläche verwendet. Sie sind normalerweise auf einen Fackelkamin bzw. ein Steigrohr beschränkt. Ihre Bauhöhe kann bis 100 m betragen. Es ist zumeist kein eigener Flüssigabscheider zur Kondensatabscheidung erforderlich.
    2. b) Spannseil- oder spanndrahtfixierte Fackelkamine benötigen in der Regel mehr Bodenfläche als selbsttragende oder Derrick gestützte Fackelkamine. Ihre Bauhöhe kann bis 250 m betragen. Die Fackel ist zumeist auf ein Steigrohr begrenzt und es ist häufig ein spezieller Flüssigabscheider erforderlich.
    3. c) Fackelkamine mit Stativ bzw. Dreibein als Stützvorrichtung eignen sich nur für kleinere, einfache Fackeln.
    4. d) Derrick-Fackeln mit bohrturmartigen Tragegerüsten oder Tragegestellen werden aufgrund des höheren Aufwands nur bei größeren Fackelkaminen verwendet, bei denen eine selbsttragende Ausführung nicht sinnvoll oder möglich ist und ein spannseilfixierter Fackelkamin aufgrund des zur Verfügung stehenden Aufstellplatzes nicht möglich ist. Sehr hohe Bauhöhen sind möglich. Einige Derrick-Designs ermöglichen es, den Fackelkamin und die Fackelspitze für Inspektion und Wartung abzusenken. Dies ist besonders nützlich, wenn mehrere Fackelkamine aus Platzgründen auf demselben Derrick installiert werden (sog. Multiflare-Derrick). Ein eigener Flüssigabscheider zur Kondensatabscheidung ist meist erforderlich.
  • Fackelsysteme der beschriebenen Art werden nicht nur in petrochemischen Anlagen, sondern auch in Synthesegaserzeugungsanlagen eingesetzt, um Gasproduktströme oder Abgasströme durch Verbrennen zu entsorgen, die temporär nicht innerhalb der Verfahrenskette weiterverarbeitet werden können oder für die momentan keine andere Entsorgungsmöglichkeit besteht. Als Synthesegase bezeichnet man Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltende Gasgemische, die in verschiedenen Synthesereaktionen Verwendung finden. Technische Einzelheiten der Verfahren zur Synthesegaserzeugung werden beispielsweise in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 1998 Electronic Release, Stichwort "Gas Production", im Detail erläutert.
  • An die Erzeugung des Rohsynthesegases, beispielsweise durch Dampfreformieren, autothermes Reformieren oder Partialoxidation von kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzstoffen, schließen sich zumeist mehrere Verfahrensschritte zum Entfernen unerwünschter Gastbestandteile, beispielsweise des Methans, durch kryogene Gaszerlegung in einer sog. CO-Coldbox an. In dieser kann durch Teilschritte wie Methanwäsche, Teilkondensation und CO-Wäsche Kohlenmonoxid als Reinprodukt gewonnen oder ein Synthesegasstrom mit eingestelltem Wasserstoff/Kohlenmonoxid-(H2/CO)-Verhältnis erhalten werden. Das CO-Reinprodukt wird dabei wegen der durch kryogene Gaszerlegung als tiefkalter Gasstrom aus der CO-Coldbox ausgeleitet.
  • In Synthesegaserzeugungsanlagen ist typischerweise ein Abfackeln von Synthesegas (20 bis 300 °C) und kryogenem CO (- 180 °C) erforderlich, um die Synthesegaserzeugungsanlage im Falle von Störungen oder geplanten Stilllegungen der gesamten Synthesegaserzeugungsanlage oder von Teilbereichen derselben zu vermeiden und um Gasproduktströme oder Abgasströme durch Verbrennen zu entsorgen, die temporär nicht innerhalb der Verfahrenskette weiterverarbeitet werden können oder für die momentan keine andere Entsorgungsmöglichkeit besteht.
  • Bei den in der Praxis angewendeten Hochfackelsystemen zum Verbrennen von Synthesegas und kryogenem CO (CO-Gas) existieren bislang verschiedene technische Lösungen, deren Ausgestaltungen unter anderem von dem H2/CO-Verhältnis des zu verbrennenden Synthesegases abhängen
  • In Synthesegaserzeugungsanlagen kann ein Fackelsystem eines ersten Typs (Typ 1) verwendet werden, wenn das Hauptprodukt der Anlage Synthesegas mit hohem H2/CO-Verhältnis bzw. ausschließlich Wasserstoff ist. Die geringe Menge an CO-Gas, die in diesem Fall in dem Fackelsystem verarbeitet werden muss, kann über ein kleines, externes, außen am Hauptfackelkamin nach oben geführtes Steigrohr aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff, beispielsweise einem hochlegierten Stahl wie Edelstahl, an das obere Ende des Hauptfackelkamins aus Kohlenstoffstahl (C-Stahl) geführt werden. Besonders bevorzugt ist das Rohr, welches das kryogene CO-Gas aus der kryogenen Gaszerlegung führt, aus einem voll-austenitischen Edelstahl herzustellen, da unlegierte und niedriglegierte Stähle bei den typischen, tiefen Temperaturen, die das CO-Gas aufweist, extrem spröde reagieren, was die Versagenswahrscheinlichkeit, insbesondere beim Auftreten zyklischer mechanischer Belastungen (z.B. Schwingen des Kamins durch Wind, Druckstöße usw., extrem erhöht. Voll-austenitische Edelstähle besitzen im Vergleich zu den unlegierten und niedriglegierte Stählen eine sehr hohe Tieftemperaturzähigkeit. Sie verhalten sich also bei sehr niedrigen Temperaturen in Hinblick auf ihre Zähigkeit ähnlich wie bei Raumtemperatur. Maßgebend für die Verwendung solcher tieftemperaturzäher Werkstoffe ist nicht der CO Gehalt, sondern die Temperatur des Gases, wobei - als Orientierungswert - in der Regel bei Temperaturen von -50°C oder tiefer ein tieftemperaturzäher, hochlegierter Werkstoff zu wählen ist.
  • Am oberen Ende des Hauptfackelkamins werden Synthesegas und CO-Gas in jeweils eigenen, speziell dafür bestimmten Brennern verbrannt. Um die unterschiedliche thermische Ausdehnung durch die Verwendung unterschiedlicher Konstruktionsmaterialien für Hauptfackelkamin und CO-Steigrohr und den hohen Druckverlust auszugleichen, muss bei der Anordnung des Steigrohrs auf eine ausreichende Zahl und Größe von Dehnungsbögen geachtet werden. Diese Konstruktion bewirkt zusätzliche Traglasten für den Hauptfackelkamin, was die maximal mögliche Gesamthöhe für ein selbsttragendes System begrenzt, bevor ein Wechsel zu einer Derrick-Fackel erforderlich wird.
  • Der Vorteil einer Fackel des Typs 1 ist, dass jeder Brenner unter Berücksichtigung des zu abzufackelnden bzw. zu verbrennenden Gases hinsichtlich maximaler Sicherheit und Zerstörungsleistung der im Abgas vorhandenen Schadstoffe optimiert werden kann. Um beispielsweise einen hohen Abbaugrad bzw. Ausbrandgrad der Schadstoffe zu gewährleisten und gleichzeitig ein Ablösen der Flamme von der Brennerspitze zu verhindern, sollte die Austrittsgeschwindigkeit für viele Fackelsysteme 25 bis 30 m/s nicht überschreiten. Für Synthesegas kann dieser Wert größer als 150 m/s betragen.
  • Das Hochfackelsystem eines zweiten Typs (Typ 2) ähnelt dem Typ 1, umfasst aber eine kombinierte Brennerausführung, bei der das kalte, CO-reiche Gas aus der kryogenen Gaszerlegung auf demselben Niveau in den gemeinsamen Hauptbrenner injiziert wird wie das Synthesegas. Wenn das H2/CO-Verhältnis des in der Synthesegaserzeugungsanlage erzeugten Synthesegases sinkt, so dass das Synthesegas mehr CO als Wasserstoff enthält, wird ein eigener CO-Brenner zu groß, um ihn am oberen Ende des Fackelkamins neben dem Hauptbrenner montieren zu können. Daher bietet eine kombinierte Brennerausführung des Typs 2 dann Vorteile.
  • Diese Konstruktion stößt jedoch an Grenzen, sobald der CO-Gasstrom zum Hauptstrom wird, wodurch der CO-Steigrohr zu groß und schwer wird. Darüber hinaus kann die zusätzliche Injektion des CO-Gases in den gemeinsamen Brenner in Einzelfällen bei gleichzeitigem Verbrennen des Synthesegases lokale Gasgeschwindigkeiten verursachen, die das Risiko eines Ablösens der Flamme von der Brennerspitze bergen.
  • Das Hochfackelsystem eines dritten Typs (Typ 3) wird in Fällen mit einem im Vergleich zum Synthesegas-Mengenstrom sehr hohen Mengenstrom des CO-Gases eingesetzt. Wie bei dem Typ 1 werden hier für jeden der Fackelgasströme eigens dafür bestimmte, eigene Brenner vorgesehen. Ein Nachteil dieser Ausgestaltung ist der Bedarf an einem stabilen Traggerüst, beispielsweise in Derrickausführung, um die erhöhten Traglasten durch die beiden vollständig getrennten Zuleitungs- und Brennersysteme aufnehmen zu können. Dies erfordert auch einen zusätzlichen Flächenbedarf.
  • Insgesamt ist daher festzustellen, dass weiterhin Bedarf an einem einfach konstruierten Hochfackelsystem besteht, das es erlaubt, mehrere Gasarten aus einer Synthesegaserzeugungsanlage, beispielsweise CO-Gas und Synthesegas mit breitem H2/CO-Verhältnis, nebeneinander und vorzugsweise gleichzeitig abzufackeln und somit sicher thermisch zu entsorgen.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein neues Hochfackelsystem vorzuschlagen, dass die bisherigen Nachteile des Stands der Technik überwindet. Insbesondere ist es das Ziel, ein Hochfackelsystem mit selbsttragendem Fackelkamin anzugeben, das über den gesamten in der Praxis auftretenden Bereich der in den Produktgasen bzw. Abgasen einer Synthesegaserzeugungsanlage auftretenden H2/CO-Verhältnisse angewendet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt durch ein Hochfackelsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
  • Unter einer Synthesegaserzeugungsanlage bzw. einem Synthesegaserzeugungsverfahren werden alle Verfahren verstanden, bei denen Synthesegas, also Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltende Gasgemische, zunächst als Rohproduktgas gewonnen wird. Zur Herstellung von Synthesegas kommen prinzipiell alle bekannten und in der industriellen Erzeugung angewandten Syntheseverfahren in Betracht, also insbesondere die Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Erdgas (Steam Methane Reforming, SMR) oder beispielsweise auch von Naphtha oder Raffineriereststoffen, die nichtkatalytische Partialoxidation von Kohlenwasserstoffen (POX) oder die autotherme Reformierung als Mischform beider vorgenannter Verfahren zum Einsatz. Technische Einzelheiten dieser Verfahren sind der Fachwelt bekannt und werden beispielsweise in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 1998 Electronic Release, Stichwort "Gas Production", im Detail erläutert.
  • Zumeist werden mit dem auf diese Weise erzeugten Rohsynthesegas eine oft mehrstufige Aufbereitung durchgeführt. Die Aufbereitungsschritte umfassen insbesondere die Durchführung eines oder mehrere Abkühlungsschritte mit oder ohne Dampferzeugung, den Wärmetausch des abzukühlenden Rohsynthesegases und des von den Brennern erzeugten Rauchgases zur Vorwärmung von Verfahrensmedien, die CO-Konvertierung (CO-Shift) zur Maximierung des Wasserstoffgehalts, Schritte zum Entfernen des Kohlendioxids, z. B. mittels Gaswäsche mit aminhaltigen Waschmitteln, und Maßnahmen zum Abtrennen sonstiger abzutrennender Gastbestandteile, beispielsweise des Methans, Spuren höherer Kohlenwasserstoffe oder von Kohlenmonoxid als Reinprodukt durch kryogene Gaszerlegung in einer sog. Coldbox. Bei dieser wird hauptsächlich flüssiges Methan oder flüssiger Stickstoff verwendet, um höher siedende Gase wie Kohlenmonoxid zu absorbieren und somit vom Wasserstoff abzutrennen.
  • Unter einer koaxialen Anordnung zweier Rohre wird eine Anordnung verstanden, bei der die Rotationsachsen der beiden Rohre in Längsrichtung übereinstimmen.
  • Als niedriglegiert bezeichnet man Stähle, bei denen die Summe der Legierungselemente einen Gehalt von 5 Massenprozent nicht überschreitet. Wird dieser Gehalt überschritten, wird von hochlegierten Stählen gesprochen. Beispiele sind Kohlenstoffstahl (C-Stahl) als niedriglegierter Stahl und Edelstahl, insbesondere rostfreier Edelstahl als hochlegierter Stahl.
  • Qualitative Angaben, beispielsweise niedriger oder niedrigerer bzw. hoher oder höherer CO-Gehalt, sind immer qualitativ in Bezug auf das Verhältnis zweier oder mehrerer betrachteter Stoffströme zu verstehen.
  • Das erfindungsgemäße Hochfackelsystem umfasst in einer Ausgestaltung einen Fackelkamin mit einem konzentrisch angeordneten Edelstahlsteigrohr als Innenrohr, dessen Außenwand mit der Innenwand des Außenrohres einen radial gleichförmig beabstandeten Ringraum aufweist. Im Inneren des Edelstahl-Steigrohres wird das kalte, aus der kryogenen Gaszerlegung stammende CO-Gas zum oberen Ende des Fackelkamins geleitet, an dem der Brenner angeordnet ist.
  • Das Synthesegas durchströmt den Ringraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr, das aus einem unlegierten oder niedriger legierten Stahl, z. B. C-Stahl hergestellt werden kann und wird auf diese Weise ebenfalls zum oberen Ende des Fackelkamins geleitet.
  • Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den erfindungsgemäßen Fackelkamin für einen weiten Bereich von H2/CO-Verhältnissen, insbesondere alle bei Produktgasen bzw. Abgasen einer Synthesegaserzeugungsanlage auftretenden H2/CO-Verhältnisse anzuwenden. Der Durchmesser des Innenrohrs wird dabei für den maximalen Mengenstrom des CO-Gases ausgelegt. Der Innendurchmesser des Außenrohres ergibt sich dann aus dem Außendurchmesser des Innerohrs und dem Verhältnis der Fläche des Ringraums und der Druckdifferenz, die akzeptabel ist, um den Transport des Synthesegasstroms innerhalb des Fackelkamins zu erlauben.
  • Das Außenrohr ist dabei ferner statisch so ausgelegt, dass die Traglast der gesamten Anordnung des Fackelkamins, also Außenrohr, Innenrohr und Brenner, getragen werden kann. Ein externes Traggerüst ist nicht erforderlich.
  • Das Innenrohr wird am unteren Ende des Fackelkamins befestigt, innerhalb des Außenrohrs nach oben geführt und kann bevorzugt entlang seines Verlaufs auf einem oder mehreren Niveaus durch Abstandshalter zentriert werden. Weiter bevorzugt sind die Abstandshalter an dem der Befestigung gegenüberliegenden Ende als Gleitlager ausgebildet. Hierdurch und durch die koaxiale Anordnung wird eine freie Längenänderung des Innenrohrs gegenüber dem Außenrohrs ermöglicht, die bei Fertigung des Innerohrs und es Außenrohrs aus Materialien mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizient erforderlich ist, ohne dass es zusätzlicher Kompensationsmaßnahmen bedarf.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion des Fackelkamins erhält der Brenner das CO-Gas über eine zentrale Düse, in die das Innenrohr an seinem oberen Ende einmündet. Das Synthesegas gelangt aus dem oberen Ende des Ringraums, angeordnet um die CO-Düse herum, in den Brenner. Diese symmetrische Ausgestaltung führt zu einer besonders gleichmäßigen Verbrennung.
  • Durch diese Anordnung wird ferner vermieden, dass es bei einem abzufackelnden Gasstrom, der verteilt an mehreren diskreten Punkten über einen Umfang in den Brenner eingeleitet wird, aufgrund von Ungleichmäßigkeiten an den einzelnen Zugabepunkten zu Strähnenbildung und somit zu lokal zu hohen Gasgeschwindigkeiten am Brenner kommt, die zu hoch sein können, um die abzufackelnden Gase sicher zu verbrennen. Auch die Berechnung der resultierenden Mischgasgeschwindigkeiten der Gase im Brenner wird aufgrund ihrer flächenhaften Verteilung im Brenner einfacher.
  • Da die Wahl der Brennergröße nicht mechanisch eingeschränkt ist, sondern durch die Wahl einer kompatiblen Größe des Außenrohrs bzw. eines kompatiblen Verhältnisses von Außenrohr zu Innenrohr und eine entsprechende Dimensionierung von z. B. externen Rohrleitungen und Verteilern relativ frei gewählt werden kann, kann das Innenrohr in jedem Fall groß genug ausgelegt werden, um eine beliebig niedrige Strömungsgeschwindigkeit des CO-Gases zu gewährleisten. Falls dies für einen sicheren Ausbrand erforderlich ist, kann eine weitere Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des CO-Gases durch die Wahl eines entsprechend großen Brennerdurchmessers erreicht werden.
  • Weitere vorteilhafte Wirkungen der Erfindung ergeben sich durch die koaxiale Führung des Innenrohrs im Inneren des Außenrohrs. Die beiden abzufackelnden Gasarten weisen neben ihrem unterschiedlichen CO-Gehalt auch unterschiedliche Temperaturen auf. Synthesegas als abzufackelndes End- oder Zwischenprodukt weist meistens Temperaturen im Bereich zwischen 20 und 300 °C auf. Dagegen fällt abzufackelndes CO-Gas aus der kryogenen Gaszerlegung oft im tiefkalten Zustand mit Temperaturen um - 180 °C auf. Die erfindungsgemäße Anordnung von Innenrohr und Außenrohr wirkt daher auch als Gleichstrom-Wärmetauscher, so dass sich die Temperaturunterschiede der beiden im Fackelkamin geführten Gasarten bis zum Austritt in den Brenner verringern, was zu einer gleichmäßigeren Verbrennung und einem homogeneren Flammenprofil über den Brennerquerschnitt führt.
    • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
  • Ein zweiter Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfackelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass es freitragend konstruiert und aufgestellt ist. Tragegerüste und Tragekonstruktionen entfallen daher, was zu verringerten Investitionskosten führt. Ferner kann der Aufstellungsort des Fackelkamins schneller verändert werden, falls dies im Rahmen von Flächenneunutzungen innerhalb des Betriebs erforderlich werden sollte.
  • Ein dritter Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfackelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Abgasrohr einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und das zweite Abgasrohr koaxial als Innenrohr im Inneren des ersten Abgasrohrs als Außenrohr verläuft, wobei zwischen der Außenseite des Innenrohrs und der Innenseite des Außenrohrs ein radial gleichförmig beabstandeter Ringraum gebildet wird. Dies bewirkt eine gleichmäßigere Verteilung des durch den Ringraum strömenden, abzufackelnden Gases und somit zu einer gleichmäßigeren Verbrennung im Brenner und zu geringeren Korrosionserscheinungen insbesondere an der Innenwand des Außenrohrs.
  • Ein vierter Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfackelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Innenrohr und Außenrohr durch eine Vielzahl von Abstandshaltern ermöglicht wird, wobei jeweils mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei Abstandshalter in einer bestimmten Höhe des Hochfackelsystems radial angeordnet sind und an der Innenseite des Außenrohres oder an der Außenseite des Innenrohres befestigt sind. Auf diese Weise kann das Innenrohr gegenüber dem Außenrohr sicher zentriert werden. Es empfiehlt sich, solche Gruppen von Abstandshaltern an mindestens unterschiedlichen Höhen vorzusehen. Besonders bevorzugt werden dabei jeweils drei Abstandshalter vorgesehen, die in Form eines Dreiecks oder ebenen Dreibeins senkrecht zur Längsachse der Rohre angeordnet sind.
  • Ein fünfter Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfackelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter an dem der Befestigung gegenüberliegenden Ende als Gleitlager ausgebildet sind. Da Innenrohr und Außenrohr erfindungsgemäß aus unterschiedlichen Werkstoffen mit in der Regel unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen und die Temperaturunterschiede zwischen dem Ringraum und dem Innenraum des Innenrohrs (Zentralraum) beträchtlich sind und sich über die Lände des Fackelkamins deutlich ändern, ist es vorteilhaft, dafür zu sorgen, dass die relative Längenänderung der beiden Rohre zueinander ungestört in der Weise erfolgen kann, dass keine mechanischen Spannungen auftreten, die zu Deformierungen führen können. Dies wird durch die Ausgestaltung der Abstandhalter als Gleitlager erreicht.
  • Ein sechster Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfackelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr aus einem niedrig legierten oder unlegierten Stahl, bevorzugt C-Stahl, und das Innenrohr aus einem hochlegierten Stahl, bevorzugt Edelstahl, insbesondere tieftemperaturzähem Edelstahl besteht. Das aus der kryogenen Gaszerlegung stammende CO-Gas weist eine niedrige Temperatur auf und stellt daher erhöhte Ansprüche an den Werksstoff des Innenrohrs in Hinblick auf dessen Versprödung bei den gegebenen Betriebsbedingten gegenüber der anderen Gasart. Es ist daher vorteilhaft, das Innenrohr, durch dessen Innenraum das CO-Gas zum Brenner geführt wird, aus einem besonders tieftemperaturzähen Werkstoff herzustellen. Dies ist für das Außenrohr, dessen Innenseite durch die andere Gasart berührt wird, nicht unbedingt erforderlich, so dass hier ein niedrig legierter oder unlegierter Stahl als kostengünstigerer Werkstoff verwendet werden kann.
  • Ein siebter Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfackelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abgas einen geringeren CO-Gehalt aufweist als das zweite Abgas und durch den Ringraum zwischen der Innenseite des Außenrohres und der Außenseite des Innenrohres geführt wird. Dies weist die zuvor im Zusammenhang mit der Erörterung des sechsten Aspekt genannten Vorteile auf: Das Abgas mit der höheren Temperatur und/oder mit dem geringeren Korrosionspotential wird durch den Ringraum geführt.
  • Ein achter Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfackelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abgas einen höheren CO-Gehalt aufweist als das erste Abgas und durch das Innenrohr geführt wird. Dies weist die zuvor im Zusammenhang mit der Erörterung des sechsten Aspekt genannten Vorteile auf: Das Abgas mit der höheren Temperatur und/oder mit dem geringeren Korrosionspotential wird durch den Ringraum geführt.
  • In einem weiteren Aspekt ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der erste Produktstrom oder Abgasstrom einen zu entsorgenden Synthesegasstrom umfasst oder aus diesem gebildet wird. Der CO-Gehalt von Synthesegasströme, die in einer Synthesegaserzeugungsanlage als Zwischen- oder Endprodukte auftreten, ist geringer als derjenige von CO-Gas aus der kryogenen Gaszerlegung, so dass das Korrosionspotential des ersten Produktstroms oder Abgasstroms kleiner ist als dasjenige des zweiten Produktstroms oder Abgasstroms. Es ist vorteilhaft, das Abgas mit dem geringeren Korrosionspotential durch den Ringraum zu führen, wie im Zusammenhang mit dem sechsten Aspekt der Erfindung erläutert.
  • In einem weiteren Aspekt ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Produktstrom oder Abgasstrom einen Abgasstrom mit hohem CO-Gehalt aus der Anlage zur kryogenen Gaszerlegung umfasst oder aus diesem gebildet wird. Der CO-Gehalt von CO-Gas aus der kryogenen Gaszerlegung ist höher als derjenige von Synthesegasströmen, die in einer Synthesegaserzeugungsanlage als Zwischen- oder Endprodukte auftreten, so dass das Korrosionspotential des zweiten Produktstroms oder Abgasstroms höher ist als dasjenige des ersten Produktstroms oder Abgasstroms. Es ist zudem vorteilhaft, das kältere Abgas mit dem höheren Korrosionspotential und/oder Versprödungspotential durch den Zentralraum zu führen, wie im Zusammenhang mit dem sechsten Aspekt der Erfindung erläutert.
    • Ausführungsbeispiel
  • Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • Es zeigt die einzige Figur:
    • Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßes Hochfackelsystems in schematischer Darstellung.
  • In der schematischen Darstellung in Fig. 1 umfasst das erfindungsgemäße Hochfackelsystem 1 einen Fackelkamin mit einem Außenrohr 2 aus C-Stahl. Das Außenrohr ist freitragend auf einem ebenen Untergrund 3 aufgestellt und gegenüber diesem abgedichtet. Es weist einen kreisrunden Querschnitt auf und ist zylindrisch oder bevorzugt kegelstumpfförmig mit leichter Verjüngung nach oben ausgestaltet. Die Wanddicke des Außenrohres wird so bemessen, dass die Traglasten des gesamten Hochfackelsystems mit den Hauptkomponenten Außenrohr, Innenrohr und Brenner aufgenommen werden können.
  • Über Zuleitung 4 wird Synthesegas, das in einer nicht gezeigten Synthesegaserzeugungsanlage temporär als Abgas anfällt, an der Unterseite des Fackelkamins in diesen eingeleitet. Die Temperatur des Synthesegas-Abgases kann dabei zwischen 20 und 300 °C betragen. Sie richtet sich im Wesentlichen nach der Stelle bzw. Baugruppe innerhalb der Synthesegaserzeugungsanlage, von der das Abgas abgeleitet werden soll. So beträgt sie an einer Stelle stromabwärts der Erzeugungsstufe für das Rohsynthesegas, beispielsweise ein Dampfreformer, etwa 300 °C. Im Verlauf der nachfolgenden Behandlungsstufen sinkt sie immer weiter und beträgt typischerweise vor Einleiten in die abschließende Druckwechseladsorptionsstufe zur Reinwasserstofferzeugung zwischen 20 und 50 °C, beispielsweise 40 °C.
  • Im Innenraum des Außenrohres ist das Innenrohr 5 angeordnet, das ebenfalls auf dem ebenen Untergrund 3 aufgestellt und gegenüber diesem abgedichtet ist. Es besteht aus einem hochlegierten Stahl, beispielsweise tieftemperaturzähem Edelstahl, und weist einen kreisrunden Querschnitt auf. Über Zuleitung 6 wird CO-Gas, das in einer nicht gezeigten Anlage zur kryogenen Zerlegung des hergestellten Rohsynthesegases oder bereits behandelten Synthesegases temporär als Abgas anfällt, an der Unterseite des Fackelkamins in diesen eingeleitet und weiter zum Innenrohr 5 geführt und in dieses eingeleitet. Dabei wird die Zuleitung 6 durch das Außenrohr 2 geführt, wobei die Durchführungsstelle gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Das CO-Gas weist eine Temperatur von - 180 °C auf. Bevorzugt wird es vor Einleiten in das Innenrohr durch einen nicht gezeigten Flüssigabscheider geführt, um etwaige Kondensate abzuscheiden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Innenrohr mittels Abstandhaltern 7 gegenüber dem Außenrohr fixiert, die in drei unterschiedlichen Höhen des Fackelkamin vorgesehen werden. Die Abstandshalter sind an der Innenwand des Außenrohres befestigt und an der dem Innenrohr zugewandten Seite als Gleitlager ausgebildet. Pro Höhe werden jeweils drei Abstandshalter im Winkelabstand von jeweils 120 ° vorgesehen.
  • Der Durchmesser des Innenrohrs wird für den maximalen Mengenstrom des CO-Gases ausgelegt. Der Innendurchmesser des Außenrohres ergibt sich dann aus dem Außendurchmesser des Innerohrs und dem Verhältnis der Fläche des Ringraums und der Druckdifferenz, die akzeptabel ist, um den Transport des Synthesegasstroms innerhalb des Fackelkamins zu erlauben. Bei der Wahl der Durchmesser ist zu beachten, dass auch bei maximalem Durchfluss beider Abgasarten gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit an der Brennermündung klein genug ist, um ein Ablösen der Brennerflamme zu verhindern. Die maximale Strömungsgeschwindigkeit unter diesen Bedingungen ist ggf. durch Vorversuche zu ermitteln.
  • Im Fackelkamin wird das Synthesegas-Abgas durch den sich zwischen der Innenseite des Außenrohrs und der Außenseite des Innenrohrs ergebenden Ringraum von unten nach oben geleitet und schließlich in den gemeinsamen Brenner 8 eingeleitet. Das CO-Gas-Abgas strömt im Innenraum des Innenrohrs (Zentralraum) nach oben und gelangt ebenfalls in den gemeinsamen Brenner. Dort werden die Abgase mittels nicht gezeigter Zünd- oder Pilotbrenner gezündet und verbrannt. Der hierzu benötigte Sauerstoff wird aus der Umgebungsluft bezogen. Um die Verbrennung zu unterstützen, kann zusätzlich Dampf in den Brenner injiziert werden. Die entstehenden Verbrennungsprodukte werden an die Umgebung abgegeben.
    • Bezugszeichen
    • [1]
    Hochfackelsystem
    [2]
    Außenrohr
    [3]
    Untergrund
    [4]
    Zuleitung
    [5]
    Innenrohr
    [6]
    Zuleitung
    [7]
    Abstandhalter
    [8]
    gemeinsamer Brenner

Claims (11)

  1. Hochfackelsystem in einer Synthesegaserzeugungsanlage zur thermischen Entsorgung von bei der Synthesegaserzeugung und/oder Synthesegasaufbereitung anfallenden Abgasen mit mindestens zwei unterschiedlichen Gehalten an Kohlenmonoxid (CO-Gehalt), umfassend:
    (a) ein erstes, gegenüber der Horizontalen senkrecht angeordnetes Abgasrohr aus einem ersten Werkstoff und eine Zuleitung eines Abgases mit einem ersten CO-Gehalt zu dem ersten Abgasrohr,
    (b) ein zweites, gegenüber der Horizontalen senkrecht angeordnetes Abgasrohr aus einem zweiten Werkstoff und eine Zuleitung eines Abgases mit einem zweiten CO-Gehalt zu dem zweiten Abgasrohr,
    (c) wobei das erste und das zweite Abgasrohr koaxial angeordnet sind und an ihrem oberen Ende in einen gemeinsamen Brenner münden.
  2. Hochfackelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es freitragend konstruiert und aufgestellt ist.
  3. Hochfackelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Abgasrohr einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und das zweite Abgasrohr koaxial als Innenrohr im Inneren des ersten Abgasrohrs als Außenrohr verläuft, wobei zwischen der Außenseite des Innenrohrs und der Innenseite des Außenrohrs ein radial gleichförmig beabstandeter Ringraum gebildet wird.
  4. Hochfackelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Innenrohr und Außenrohr durch eine Vielzahl von Abstandshaltern ermöglicht wird, wobei jeweils mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei Abstandshalter in einer bestimmten Höhe des Hochfackelsystems radial angeordnet sind und an der Innenseite des Außenrohres oder an der Außenseite des Innenrohres befestigt sind.
  5. Hochfackelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter an dem der Befestigung gegenüberliegenden Ende als Gleitlager ausgebildet sind.
  6. Hochfackelsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr aus einem niedriglegierten oder unlegierten Stahl, bevorzugt C-Stahl, und das Innenrohr aus einem hochlegierten Stahl, bevorzugt Edelstahl besteht.
  7. Hochfackelsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abgas einen geringeren CO-Gehalt aufweist als das zweite Abgas und durch den Ringraum zwischen der Innenseite des Außenrohres und der Außenseite des Innenrohres geführt wird.
  8. Hochfackelsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abgas einen höheren CO-Gehalt aufweist als das erste Abgas und durch das Innenrohr geführt wird.
  9. Verfahren zur thermischen Entsorgung von bei der Synthesegaserzeugung und/oder Synthesegasaufbereitung anfallenden Abgasen mit mindestens zwei unterschiedlichen Gehalten an Kohlenmonoxid (CO-Gehalt), umfassend folgende Schritte:
    (a) Herstellen eines Rohsynthesegases, enthaltend Wasserstoff und Kohlenoxide, aus einem Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatz, mittels eines Synthesegaserzeugungsverfahrens,
    (b) mehrstufiges Aufbereiten des Rohsynthesegases zu einem Reinsynthesegas, umfassend eine Anlage zur kryogenen Gaszerlegung als eine der Aufbereitungsstufen,
    (c) Ausleiten eines ersten Produktstroms oder Abgasstroms mit niedrigem CO-Gehalt und Einleiten in den Ringraum zwischen der Innenseite des Außenrohres und der Außenseite des Innenrohres eines Hochfackelsystems nach Anspruch 7,
    (d) Ausleiten eines zweiten Produktstroms oder Abgasstroms mit hohem CO-Gehalt und Einleiten in das Innenrohr eines Hochfackelsystems nach Anspruch 8,
    (e) Verbrennen des ersten Produktstroms oder Abgasstroms und des zweiten Produktstroms oder Abgasstroms in dem gemeinsamen Brenner.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Produktstrom oder Abgasstrom einen zu entsorgenden Synthesegasstrom umfasst oder aus diesem gebildet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Produktstrom oder Abgasstrom einen Abgasstrom mit hohem CO-Gehalt aus der Anlage zur kryogenen Gaszerlegung umfasst oder aus diesem gebildet wird.
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