EP4728223A1 - Anlage und verfahren zum betreiben einer anlage - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Versorgung einer Anlage (1) mit einer dampfunterstützten Fackel (2) mit Dampf, wobei die Fackel (2) eine Gaszuführung (3) für ein abzufackelndes Gas und eine Dampfzuführung (7) für den Dampf aufweist, wobei die Fackel (2) derart ausgebildet wird, dass im Betrieb ein über die Gaszuführung (3) zugeströmtes Gas mit der Beimischung eines über die Dampfzuführung (7) kommenden Dampfes im Wesentlichen rauchlos abgefackelt wird, mit einem Schnelldampferzeuger (11), bei dem Dampf durch die stöchiometrische Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt wird, wobei der im Schnelldampferzeuger (11) erzeugte Dampf in die Dampfzuführung (7) strömt.

Description

Beschreibung

Anlage und Verfahren zum Betreiben einer Anlage

Die Erfindung betri f ft eine Anlage umfassend eine dampfunterstützte Fackel , wobei die Fackel eine Gas zuführung für ein abzufackelndes Gas und eine Dampf Zuführung für ein Dampf aufweist , wobei die Fackel derart ausgebildet ist , dass im Betrieb ein über die Gas zuführung zugeströmtes Gas mit der Beimischung eines über die Dampf Zuführung kommenden Dampfes im Wesentlichen rauchlos abfackelbar ist .

Die Erfindung betri f ft des Weiteren ein Verfahren zur Versorgung einer Anlage mit einer dampfunterstüt zten Fackel mit Dampf , wobei die Fackel eine Gas zuführung für ein abzufackelndes Gas und eine Dampf Zuführung für den Dampf aufweist , wobei die Fackel derart ausgebildet wird, dass im Betrieb ein über die Gas zuführung zugeströmtes Gas mit der Beimischung eines über die Dampf Zuführung kommenden Dampfes im Wesentlichen rauchlos abgefackelt wird .

In vielen industriellen Prozessen entstehen Gase , so genannte Prozessgase , die nicht weiter verwertet und abgefackelt werden . Die Entlüftung von Prozessgasen und die Emissionsreduzierung durch Abfackeln ist in vielen industriellen Prozessen sehr verbreitet , z . B . in Chemieanlagen, in Gasleitungen und - Verteilungen, in LNG-Anlagen, in Of f shore-/Onshore-Öl- und Gas förderungen, in petrochemischen Anlagen und in Raf finerien .

Beim Abfackeln einiger Prozessgase , wie zum Beispiel bei schweren Kohlenwasserstof fen, entsteht Rauch . Typische Umweltauflagen verpflichten Unternehmen, ihre Fackelemissionen so zu begrenzen, dass die Emissionen bestimmte Grenzen für bestimmte Zeiträume nicht überschreiten dürfen .

Zu den Abfackellösungen gehören dampfunterstüt zte Fackeln, luftunterstützte Fackeln oder Hochdruckfackeln . Wenn das Ent- lüftungsgas nicht unter hohem Druck steht , werden in der Regel dampf- und luftunterstützte Fackeln verwendet .

Dampfunterstüt zte Fackeln sind für die Entsorgung schwererer Kohlenwasserstof f gase ausgelegt . Um Rauchentwicklung zu verhindern, wird Dampf in den Fackelgasabflussstrom eingespritzt , wodurch das ideale Gemisch für eine vollständige Verbrennung entsteht .

Große Mengen Hochdruckdampf werden verwendet , um atmosphärische Luft mitzureißen und die Vermischung der Luft mit den Abgasen zu erzwingen . Je größer die Menge an Luft ist , die pro Dampf gemischt wird, das mit den Abgasen eingespritzt wird, desto höher ist die erreichbare rauchfreie Kapazität .

Dampfunterstüt zte Fackeln haben den Vorteil , dass sie weniger Wartungsprobleme , geringere j ährliche Energiekosten, geringere Wartungskosten und eine längere Lebensdauer der Fackelspitze haben . Insbesondere wenn Dampf aus dem industriellen Prozess verfügbar ist , sind dampfunterstüt zte Fackeln kostengünstiger als luftunterstützte Fackeln, da die Luftmenge viel höher ist als die von Dampf .

Je höher der Kohlenstof f gehalt des Fackelgases ist , desto höher ist auch die für das Abfackeln erforderliche Dampf rate .

Zum anderen muss die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Unterstützungsmediums in allen Betriebspunkten gewährleistet sein, da das System sicherstellen muss , dass die Emissionsvorgaben in allen Lastfällen erfüllt werden können . In einigen Anlagen wird durch ( chemische ) Prozesse Dampf erzeugt . Dieser Dampf kann zum Abfackeln verwendet werden . Bei abnormalem Betrieb steht j edoch kein Dampf zur Verfügung, während gleichzeitig zusätzliche Entlüftungsgase abgefackelt werden müssen, d . h . die für das Abfackeln erforderliche Dampfmenge ist reziprok zur verfügbaren Dampfmenge . Häufig kommt das betrieblich teurere luftgestützte Abfackeln zum Einsatz , da mit konventionellen Technologien nicht schnell genug zusätzliche Dampfmengen erzeugt werden können .

Vor diesem Hintergrund hat die Erfindung es sich zur Aufgabe gemacht , eine Anlage und ein Verfahren anzugeben, bei der das Abfackeln einfacher ist .

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anlage umfassend eine mit dampfunterstüt zten Fackel , wobei die Fackel eine Gas zuführung für ein abzufackelndes Gas und eine Dampf Zuführung für ein Dampf aufweist , wobei die Fackel derart ausgebildet ist , dass im Betrieb ein über die Gas zuführung zugeströmtes Gas mit der Beimischung eines über die Dampf Zuführung kommenden Dampfes im Wesentlichen rauchlos abfackelbar ist , mit einem Schnelldampferzeuger, bei dem Dampf durch die Verbrennung von Wasserstof f und Sauerstof f erzeugbar ist , wobei der im Schnelldampferzeuger erzeugte Dampf in die Dampf Zuführung strömbar ist .

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Versorgung einer Anlage mit einer dampfunterstüt zten Fackel mit Dampf , wobei die Fackel eine Gas zuführung für ein abzufackelndes Gas und eine Dampf Zuführung für den Dampf aufweist , wobei die Fackel derart ausgebildet wird, dass im Betrieb ein über die Gas zuführung zugeströmtes Gas mit der Beimischung eines über die Dampf Zuführung kommenden Dampfes im Wesentlichen rauchlos abgefackelt wird, mit einem Schnelldampferzeuger, bei dem Dampf durch die Verbrennung von Wasserstof f und Sauerstof f erzeugt wird, wobei der im Schnelldampferzeuger erzeugte Dampf in die Dampf Zuführung strömt .

Die Erfindung ermöglicht eine schnelle Erzeugung von Dampf für die Fackel . Bei der Verbrennung von Wasserstof f und Sauerstof f in dem Schnelldampferzeuger entsteht Dampf bei hohen Temperaturen . In Kombination mit einer Wassereinspritzung kann vergleichsweise schnell eine große Menge Dampf erzeugt werden, da der langsame Phasenwechsel von Wasser zu Dampf , der im technischen Standard eines Wärmetauschers auftritt , vermieden wird . Daher kann der Schnelldampferzeuger in einem Notlastfall , in dem keine Dampfversorgung aus dem System verfügbar ist , die Dampfversorgung für die dampfunterstüt zte Fackel bereitstellen . Dies ermöglicht den Einsatz einer dampfunterstützten Fackel auch bei einem ungünstigen Prozessbetrieb und spart Aufwendungen für die Luftverdichtung während eines Großteils der Betriebs zeit .

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus , dass die benötigte Dampfmenge sowohl vom abzufackelnden Gas als auch vom Betriebspunkt der Anlage abhängt . Typischerweise nimmt während des Notbetriebs die Menge des Fackelgases und seine Zusammensetzung bei schwereren Kohlenwasserstof f gasen zu . Das bedeutet , dass die Menge des benötigten Mediums für das Fackeln im Notbetrieb viel höher ist . Da der Notbetrieb in der Regel nur für kurze Zeiträume erfolgt , sind die Kosten für Wasserstof f und Sauerstof f in diesen Zeiträumen gering im Vergleich zu den reduzierten Betriebskosten im Normalbetrieb .

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt , dass ein auf Wasserstof f und Sauerstof f basierter Schnelldampferzeuger als Notdampferzeuger den Einsatz von dampfunterstüt zten Fackeln ermöglicht .

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, den Schnelldampferzeuger als Überhitzer zu verwenden, um Wassertropfen im Dampf der Dampfversorgung zu verhindern .

Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, Nassdampf anstelle von Wasser als Kühldampfmedium des Schnelldampferzeuger zu verwenden .

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben . Die Verbrennung muss nicht stöchiometrisch erfolgen . Es kann vorteilhaft sein mit Sauerstof füberschuss oder Wasserstof füberschuss zu verbrennen .

So ist es vorteilhaft , wenn der Schnelldampferzeuger eine Wasserstof f zuführleitung für das Zuführen von Wasserstof f und eine Sauerstof f leitung für das Zuführen von Sauerstof f und eine Brennkammer aufweist , wobei in der Brennkammer die stöchiometrische Verbrennung von Wasserstof f und Sauerstof f unter Entstehung von Dampf erfolgt , wobei der Dampf in eine Schnelldampferzeugerausgangsleitung strömbar ist , wobei die Schnelldampferzeugerausgangsleitung strömungstechnisch mit der Dampf Zuführung verbunden ist .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Schnelldampferzeuger derart ausgebildet , dass die Verbrennung von Wasserstof f und Sauerstof f in mehreren Stufen hintereinander erfolgt .

Durch diese Maßnahme kann die Qualität und die Quantität des Dampfes besser geregelt werden .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Anlage eine Dampfversorgungsleitung auf , wobei die Dampfversorgungsleitung mit der Dampf Zuführung verbunden ist und in einem ersten Betriebs zustand die Fackel mit Dampf aus einem Anlagenprozess versorgt . Somit ist die Anlage für zwei Betriebs zustände ausgelegt , die erfindungsgemäß genutzt werden können . Dazu weist die Anlage vorteilhafterweise eine Um- schaltventileinrichtung auf , mit der zwischen den beiden Betriebs zuständen geschaltet werden kann .

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden . Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet .

Aus führungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben . Diese sollen die Aus führungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt . Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen .

Es zeigen :

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Anlage

Die Figur 1 zeigt eine Anlage 1 . Die Anlage 1 umfasst eine Fackel 2 , deren Wirkungsweise im Folgenden erläutert wird . In einem industriellen Prozess , wie zum Beispiel in Chemieanlagen, in Gasleitungen und -Verteilungen, in LNG-Anlagen, in Of f shore-/Onshore-Öl- und Gas förderungen, in petrochemischen Anlagen und in Raf finerien entstehen Prozessgase , die abgefackelt werden müssen . Das Prozessgas strömt über die Gas zuführung 3 zu der Fackel 2 . Die Fackel 2 weist einen äußeren Mantel 4 auf . Innerhalb des Mantels 4 strömt das Prozessgas entlang . Ebenfalls innerhalb des Mantels 4 ist ein Dampf inj ekti- onseinrichtung 5 , die dazu eingerichtet ist , Dampf in das Prozessgas zu mischen . Dazu weist die rohrförmige Dampfinj ektionseinrichtung 5 an ihrem Ende Ausströmleitungen 6 für den Dampf auf . Die Fackel 2 wird als dampfunterstüt zte Fackel 2 bezeichnet und ist derart ausgebildet , dass im Betrieb das über die Gas zuführung 3 zugeströmte Gas mit der Beimischung eines über die Dampf inj ektionseinrichtung 5 kommenden Dampfes im Wesentlichen rauchlos abfackelbar ist .

Der Dampf strömt über Dampf Zuführung 7 in die Dampf inj ektionseinrichtung 5 . Die Dampf Zuführung 7 ist mit einer Dampf- Versorgungsleitung 8 , in der ein erstes Ventil 9 angeordnet ist , strömungstechnisch verbunden . Der in der Dampfversorgungsleitung 8 strömende Dampf kommt aus einem industriellen Prozess oder einem Anlagenprozess , der nicht näher erläutert wird . Jedenfalls wird die Herkunft des Dampfes aus diesem industriellen Prozess oder Anlagenprozess mit dem Bezugs zeichen 10 symbolisiert . Bei diesem Dampf kann es sich um Nassdampf handeln, der mit dem Schnelldampferzeuger 11 überhitzt wird . In einem ersten Betriebs zustand ist das erste Ventil 9 geöf fnet und die Fackel 2 wird mit Dampf aus dem industriellen Prozess oder dem Anlagenprozess versorgt .

Sollte eine Situation entstehen, in dem der Dampf aus dem industriellen Prozess oder dem Anlagenprozess nicht mehr in ausreichender Menge zur Verfügung steht , wird der Dampf erfindungsgemäß anders erzeugt und zur Verfügung gestellt , was nun näher erläutert wird . Ein Hauptbestandteil ist der Schnelldampferzeuger 11 . Der Schnelldampferzeuger 11 weist eine Wasserstof f zuführleitung 12 und eine Sauerstof f zuführ- leitung 13 auf . Über die Wasserstof f zuführleitung 12 strömt Wasserstof f in eine Brennkammer (nicht näher dargestellt ) . Über die Sauerstof f zuführleitung 13 strömt Sauerstof f ebenfalls in die Brennkammer . In der Brennkammer reagieren der Sauerstof f und der Wasserstof f , wobei im Anschluss Dampf bei sehr hohen Temperaturen entsteht . Über eine Wasserleitung 14 wird Wasser mit dem für die Fackel erforderlichen Betriebspunkt hinzugefügt . Dadurch können physikalische Werte des Dampfes beeinflusst werden . Der Druck in der Wasserleitung 14 kann zum Beispiel durch eine in der Leitung angeordnete Pumpe 15 erzeugt werden .

Über eine Schnelldampferzeugerausgangsleitung 16 strömt der Dampf in die Dampf Zuführung 7 . Der Schnelldampferzeuger 11 kann in einer alternativen Aus führungs form derart ausgebildet werden, dass die Verbrennung von Wasserstof f und Sauerstof f in mehreren Stufen hintereinander erfolgt . Dazu wird an einer weiteren Stelle 17 Wasserstof f und Sauerstof f und Wasser hin- zugefügt , die ebenfalls miteinander reagieren und zusätzlichen Dampf erzeugen .

In einer alternativen Aus führungs form kann Luft anstelle von Sauerstof f verwendet werden . In einer weiteren alternativen Aus führungs form wird der Dampf durch eine Wassereinspritzung erzeugt .

Der Schnelldampferzeuger 11 ist mit einer Dampfleitung 18 verbunden, die strömungstechnisch mit der Dampfversorgungs- leitung 8 verbunden ist . In der Dampfleitung 18 ist ein zweites Ventil 19 angeordnet . Das erste Ventil 9 und das zweite Ventil 19 bilden eine Umschaltventileinrichtung . In dem ersten Betriebs zustand, in dem der Dampf für die Fackel 2 aus dem industriellen Prozess oder dem Anlagenprozess kommt , ist das erste Ventil 9 geöf fnet und das zweite Ventil 19 geschlossen . In dem zweiten Betriebs zustand, in dem der Dampf für die Fackel 2 aus dem Schnelldampferzeuger 11 kommt , ist das erste Ventil 9 geschlossen und das zweite Ventil 19 geöf fnet .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann heraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche

1. Anlage (1) umfassend eine mit Dampf unterstützte Fackel (2) , wobei die Fackel (2) eine Gaszuführung (3) für ein abzufackelndes Gas und eine Dampf Zuführung (7) für ein Dampf aufweist, wobei die Fackel (2) derart ausgebildet ist, dass im Betrieb ein über die Gaszuführung (3) zugeströmtes Gas mit der Beimischung eines über die Dampf Zuführung (7) kommenden Dampfes im Wesentlichen rauchlos abfackelbar ist, gekennzeichnet durch einen Schnelldampferzeuger (11) , bei dem Dampf durch die Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugbar ist, wobei der im Schnelldampferzeuger (11) erzeugte Dampf in die Dampf Zuführung (7) strömbar ist.

2. Anlage (1) nach Anspruch 1, wobei der Schnelldampferzeuger (11) eine Wasserstoff zu- führleitung (12) für das Zuführen von Wasserstoff, eine Sauerstoff leitung (13) für das Zuführen von Sauerstoff und eine Brennkammer aufweist, wobei in der Brennkammer die Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff unter Entstehung von Dampf erfolgt, wobei der Dampf in eine Schnelldampferzeugerausgangsleitung (16) strömbar ist, wobei die Schnelldampferzeugerausgangsleitung (16) strömungstechnisch mit der Dampf Zuführung (7) verbunden ist .

3. Anlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schnelldampferzeuger (11) derart ausgebildet ist, dass die Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff in mehreren Stufen hintereinander erfolgt.

4. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schnelldampferzeuger (11) mit einer Wasserleitung (14) strömungstechnisch verbunden ist.

5. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Dampfversorgungsleitung (8) , wobei die Dampfversorgungsleitung (8) mit der Dampf Zuführung (7) verbunden ist und in einem ersten Betriebszustand die Fackel (2) mit Dampf aus einem Anlagenprozess versorgt.

6. Anlage (1) nach Anspruch 5, mit einem Umschaltventileinrichtung (9, 19) , die derart ausgebildet ist, dass in einem zweiten Betriebszustand die Fackel (2) nur mit Dampf aus dem Schnelldampferzeuger (11) versorgt ist.

7. Verfahren zur Versorgung einer Anlage (1) mit einer dampfunterstüt zten Fackel (2) mit Dampf, wobei die Fackel (2) eine Gaszuführung (3) für ein abzufackelndes Gas und eine Dampf Zuführung (7) für den Dampf aufweist, wobei die Fackel (2) derart ausgebildet wird, dass im Betrieb ein über die Gaszuführung (3) zugeströmtes Gas mit der Beimischung eines über die Dampf Zuführung (7) kommenden Dampfes im Wesentlichen rauchlos abgefackelt wird, gekennzeichnet durch einen Schnelldampferzeuger (11) , bei dem Dampf durch die Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt wird, wobei der im Schnelldampferzeuger (11) erzeugte Dampf in die Dampf Zuführung (7) strömt .

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in einem ersten Betriebszustand die Anlage (1) mit Dampf aus einem Normalbetrieb eines Anlagenprozesses (10) versorgt wird und in einem zweiten Betriebszustand, bei dem kein Dampf aus dem Normalbetrieb zur Verfügung steht, die Anlage (1) mit Dampf aus dem Schnelldampferzeuger (11) versorgt wird.