NO760847L - - Google Patents

Description

Anordning for fremstilling av inertgass.

Oppfinnelsen vedrorer en anordning for fremstilling av inertgass, med et forbrenningskammer, hvor flytende eller gassformede "hydrokarboner forbrennes med forbrenningsluft, eventuelt ved iblanding av et forstovningsmiddel, og ved hvilken anordning det er anordnet en fortrinnsvis flertrinns kjoleinnretning, hvor gassen av-kjoles og vaskes. En slik anordning er kjent fra tysk Offenlegungs-schrift 2 424 054 hhv. norsk patentansokning nr. 7 51 656.

Inertgass fremstilt ifolge teknikkens stilling benyttes hovedsake-lig i tankskipsfarten, i transportvesenet og i den petrokjemiske industri til noytralisering av tomme tanker og til opprettelse av en inert atmosfære i fylte tanker. Den fremstilte inertgass blir forst, umiddelbart etter forbrenningen, sjokkartet avkjolt ved hjelp av en kjolevæske, som trer ut av spraydyser. Deretter strommer intertgassen gjennom en andre kjoleinnretning. Kjolevannet som opptas av gassvaskerens sump, blir via en pumpe fort til en kjoler og strommer derfra tilbake til gassvaskeren.

Som innledningsvis antydet, benyttes anordninger for fremstilling av inertgass spesielt i skipsfarten, hvorved det både er kjent anordninger som monteres direkte ombord på skip og anordninger, som anordnes stasjonært på en kai ed. for forsyning av skip med inertgass.

Både på land og ombord på skip blir anordningen for produksjon av inertgass benyttet i forholdsvis få driftstimer, idet inertgass i mange tilfelle ikke til stadighet er etterspurt. Ved anordninger som drives kontinuerlig for fremstilling av en stadig vedvarende gasstrom, blir anleggene som regel heller ikke fullt ut utnyttet, idet de er dimensjonert med en topp-belastning for 6ye0 Det er f. eks. behov for en kontinuerlig gasstrom ved visse tanker for flytende gass for gjennomspyling av det tomme rom ("void space") mel-lom tank- og skipsveggen med stadig ny inertgass.

Man står således overfor den oppgave å oke utnyttelsesgraden av en slik anordning og dermed eventuelt gjore andre aggregater overflø-dige. Det vil videre være fordelaktig, om man kan bedre energihus-holdningen ved at det ved anlegget benyttes færrest mulig fremmede energikilder, slik at pumpe- og drivenergi e.l. tas direkte ut fra systemet. En annen oppgave er å spare kjolevann for de etterkoble-de flertrinns kjoleinnretninger, idet varmeinnholdet i inertgassen som strommer ut fra brennkammeret blir redusert.

En losning av den stilte oppgave og en vesentlig energibesparelse kan oppnås ved at det monteres en varmeveksler i forbrenningskam-raeret. Varmeveksleren vil derved oppta den fremkalte forbrennings-energi som i og for seg ikke benyttes til fremstillingen av inertgass, og lede denne til punkter hhv. deler av anordningen, hvor det er behov for denne energi.

Derved skal det spesielt bemerkes at brenneren hhv. fremgangsmåten for fremstilling av inertgasser - f.eks. som omtalt i de tyske Offenlegungs-skrifter 2 320 442 og 2 246 742 - kan utnyttes på en særlig okonomisk måte, idet det nesten ikke opptrer skorsteinstap, forurensninger unngås og enhver rustdannelse hindres. Som folge av disse optimale forbrennings-betingelser er forbrenningsgassene så rene at varmevekslernes monterte ror kan gjores særlig trange og dermed overforings-fremmende, idet man kan unnvære rengjorings-ganger. Også denne mulighet gjor det i og for seg kjente produk-sjonsanlegg for inertgass særdeles velegnet for utbygging med ytterligere aggregatero

I denne forbindelse skal det bemerkes at det i de ovennevnte tyske Offenlegungs-skrifter 2 320 442 og 2 246 742 er beskrevet en brenner og en fremgangsmåte for styring av brenneren, hvor inertgassens sammensetning måles kontinuerlig og hvor den tilforte luftmengde reguleres med jevne mellomrom.

Den monterte varmeveksler kan være utfort som dampkjellegeme og/eller

som varmeveksler til oppvarming av en varmetransport-væske.

Som i og for seg kjent,monteres for dette formål rorelementer, strå-lingsvarmet later og lignc i forbrenningskammeret. Hele varmeoverfo-ringsflaten, inklusive ror og ledninger, betegnes som "dampkjellegeme ".

Det er dessuten kjent å varme meget varmemotstandsdyktige væsker i en varmeveksler og fore væsken til en dampgenerator ved temperaturer på ca. 300°C.

Som kjent fra tysk Offenlegungs-skrift 2 242 064 tilfores brenneren et forstovningsmedium (luft, gass, inertgass eller damp). Ved en utnyttelsesmåte av oppfinnelsen foreslås at brenneren får tilfort damp fra forbrenningskammeret som forstovningsmiddel.

Den energi som foreligger i dampen kan også benyttes til drift av turbiner eller dampmaskiner, som i sin tur driver ytterligere aggregater, især vifter for forbrenningsluften.

Det er videre mulig å gjennomfore kjolingen av vaskevannet til gassvaskeren ved hjelp av en kjoler som drives med damp. I denne forbindelse vil det være hensiktsmessig å benytte en dampstrålekjoler eller en absorpsjonskjoler0

I den eldre ansokning er det videre beskrevet en absorpsjons-torke-ahordning, som er fylt med et absorberende, hydrofilt, regenererbart materiale (f.eks. silicagel). Den varme som kreves til regenerering av torkematerialet kan likeledes tas ut av damp-kretslopet„

Ytterligere egenskaper, fordeler og sider ved oppfinnelsen skal be-skrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor

fig. 1 viser et sirkulasjons-diagram for en anordning for fremstilling av inertgass med samtidig damp-produksjon,

fig. 2 viser en modifikasjon av anordningen ifolge fig. 1,

fig. 3 viser et eksempel på et forbrenningskammer med varmeveksler,

fig. 4 viser en i og for seg kjent, skjematisk gjengitt vakuum-

dampkjoler for vaskevannet.

Figurene 1 og 2 omfatter komponenter av anordningen for fremstilling av inertgass som er nye ifolge foreliggende oppfinnelse og komponenter som allerede er omtalt i norsk patentansokning nr. 7 51 656. F61-gende beskrivelse gjelder et utforelseseksempel, hvor oppfinnelens

ide er kommet til anvendelse. Oppfinnelsen er på ingen måte begrenset til det omtalte utforelseseksempel.

De kjente deler ved anordningen vil bare bli omtalt, såfremt dette er nodvendig for at man skal forstå oppfinnelsen. Det refereres ut-trykkelig til funksjonsbeskrivelsen i den eldre norske patentansokning.

I fig. 1 er det gjengitt en anordning for fremstilling av inertgass, som i venstre, ovre del viser et brennkammer-1. Inn i brennkammeret rager en flertrinns-brenner 2 for forbrenning av hydrokarboner, især fyringsolje. Via en ledning 3, hvor en pumpe 4 er montert, fores fyringsoljen til brenneren 2. Forbrenningsluft fores til brenneren gjennom ledningen 5 med viften 6. I overensstemmelse med sær-trekk ved forbrenningen for fremstilling av inertgass tilfores også et forstovningsmiddel - i det foreliggende tilfelle damp - gjennom ledningen 7. Flammestrålen og de hete forbrenningsgasser som produseres i brenneren 2, trer inn i det egentlige brennkammer 1. Det indre brennkammer-rom er normalt sylinderformet og omgitt av en iso-las jonsmantel . I forbindelse med fig. 3 skal ytterligere detaljer ved .brenneren omtales.

Forbrenningsgassene som er ca. 300°C varme, kommer til spylekammeret 8. Inertgassen som utsettes for kjoling ved hjelp av kjolevannet i spylekammeret 8 ledes fra kammeret 8, f.eks. til en gassvasker 9, hvor den på ny gjennomspyles med kalt vann. Etter den annen kjole-fase ledes gassen gjennom ledningen 10 til en absorpsjonstorker, som utforlig beskrevet i den eldre ansokning 751 656. Absorpsjonstorke-ren 11 er "oppbrukt" etter en viss tid, dvs. at absorpsjonsmediene, f.eks. silicagel, ikke er i stand til å ta opp mer vann. På dette tidspunkt er det nodvendig å gjennomfore en regenerering, som består i at absorpsjons-mediet oppvarmes, slik at det absorberte vannet drives ut. Dette er skjematisk antydet ved et oppvarmingskretslop 12 i figurene .1 og 2. Under en regenereringsprosess vil en av to ab- sorpsjonsbeholderne ved diskontinuerlig drift passeres av torr inertgass. Denne inertgass vil lades med det absorberte vannet. I tilslutning ledes den ved hjelp av en vifte 13 gjennom en ledning 14 tilbake til forste spylekammer og går dermed igjen inn i kretslopet. Tap av inertgass unngås derved.

I figurene 2 og 3 er det som utforelseseksempel vist et brennkammer 1, som arbeider med en varmetransport-væske. Væsken ledes gjennom en varmevekslers 25 rorsystem og ledes ved hjelp av en oljepumpe 26 til en dampkjel 27, hvor det kan produseres damp.

I brennkammeret 1 vil det ved hjelp av brenneren 2 opprettes en flammestråle, som med hete brenngasser passerer forbi rorene. På grunn av den noyaktige brennerinnstilling er flammestrålen full-stendig sotfri og vil således ikke forurense varmevekslerens ror. Rorene kan således anordnes vesentlig tettere enn ved dampkjeler av konvensjonell konstruksjon.

Brenngassene, dvs. inertgasser ved vanlig drift, vil via utgangen 31 i avhengighet av en ventils 32 stilling gå som avgasser ut i atmosfæren eller som nyttegass til det videre bearbeidelseskrets-lop (ledning 33). Ved vanlig drift har gassene en temperatur på 300°C. De er således vesentlig mindre varme enn de gasser som el-lers utvinnes ved produksjon av inertgass» Denne varme, som hittil måtte fjernes til ingen nytte og med omkostninger, gikk hittil tapt for kretslopet.

Det er på den annen side ikke nodvendig at produksjonen av inertgass foregår kontinuerlig. Anlegg som er montert ombord på skip benyttes tvert om bare mens skipet er i havn ved mange typer.

Som folge av varmevekslerne som er innebygget i brennkammeret, kan denne varme utnyttes til damp-produksjon. Fig. 3 kan således også forstås slik at det i brennkammeret 1 er montert et dampkjel-legeme 16, som direkte utsettes for de hete brenngassene, sorger for avkjoling av disse og samtidig utnyttes varmen til omdannelse av vann til damp. Ved damp-produksjon vil det pr. masseenhet vann opptas en vesentlig storre varmemengde enn ved oppvarming av kjø-levannet fra f.eks. 20 til 80°C.

Den produserte dampen passerer gjennom en ledning 17 til forskjellige forbrukere, hvorved især elektriske generatorer, kjoleinnretninger, torkeinnretninger og skips-klimatiseringsanlegg vil komme på tale (se fig. 1). På denne måte kan man ved en forholdsvis en-

kel forbedring av det nodvendige brennkammer spare inn separat damp-produksjon f.eks. for et skip. Ved tilsvarende brennerdrift er produksjon av inertgasser like fullt til enhver tid mulig uten at damp-produksjonen må avbrytes. Som det vil fremgå av fig. 1, er det anordnet en ekshaustledning 19, gjennom hvilken den ikke benyt-tede inertgass ledes bort.

Via en kondensatpumpe 20 fores damp-kondensatet til dampkjel-legemet, som også mottar supplerende avmineralisert vann (ledningen 22).

En del av dampen som oppstår i dampkjel-legemet og som f.eks. ved 300°C har et trykk på ca. 7kg/cm^ fores til brenneren som forstovningsmedium, gjennom ledningen 7.

Dampen kan også benyttes som drivmiddel for de forskjellige vifter

og pumper. Mens det ved væskepumpene (f.eks. 4; 20) som regel ikke er store energibehov, utgjor energibehovet ved inertgass-brennere ca„. 25 Watt pr. nominell m /time ved viften 6 for forbrenningsluften (i ledningen 5). Derved er trykket i brennkammeret ca. 1,5 kg/cm , Disse verdier kan selvsagt varieres etter fagmessig vurdering.

Det er hensiktsmessig å benytte dampen til drift av en Stirling-maskin, idet denne - i motsetning til en forbrenningsmotor eller en dampmaskin - kan drives trykkfritt med de energitransporterende medier. Energien fores bare til og fra gjennom arbeidsrommets veg-ger, slik at et ladings-skifte kan unnværes og samme arbeidsmedium til enhver tid forblir i maskinen.og utsettes for forskjellig trykk.

En annen anvendelsesmulighet er å benytte damptrykket hhv. dampvar-men til kjoling av kjole- og spylevannet, som benyttes i spylekammeret 8 hhv. gassvaskeren 9. I tegningen er det vist en vannkjoler 23, som ved hovedansokningen er utformet som en såkalt freon-kjoler, som får tilfort kjoleeffekten utenfra i form av elektrisk energi.

Hvis det, som i foreliggende tilfelle, disponeres en forholdsvis

stor mengde "avfallsvarme", kan det uten videre også benyttes en absorpsjonskjbler med opplosningspumpe ("Losungspumpe'1). Derved utnyttes visse væskers, f.eks. vannets, evne til å absorbere tilsvarende kjolemidler, f.eks. ammoniak, ved lave temperaturer og avgi dem igjen ved hoyere temperaturer. Man leder ammoniakkdampen fra en utskiller til en beholder (absorber), hvor den absorberes av vann. En pumpe ("Losungspumpe") mater den anrikede opplosning til en dampkoker som står under kondensasjonstrykk, og hvor kjolemidlet igjen kokes ut ved dampfyring. Kjolemidlet går i tilslutning til en kondensator og derfra til en fordamper, hvor den kulde opprettes som tjener til kjoling av vannet.

Ifolge fig. 4 kan det imidlertid også benyttes en vannkjoler av

den type som er kjent som såkalt dampstråle-kjoler0 Dampen som står under trykk, sendes derved gjennom en dyse 41, som er montert i en venturi-anordning. I området 42 fremkalles et undertrykk, som via roret 43 overfores til et rom 44, hvor det er anordnet et spy-lesystem. Da det på grunn av vakuumet fordamper stadig storre vannmengder, vil disse stadig trekke store vannmengder ut Era kaldt-vannsbassenget 45, slik at dette kjoles. Det kalde vannet kan gjennom et kretslop 46 fores til en varmeveksler 47.

Den anordning som er vist i fig. 2 og som arbeider med en varme-transportvæske, transporterer f.eks. en silikonolje med stor tempe-raturbestandighet. Også pumpen 26 kan drives ved hjelp av oversky-tende damp. For ovrig er de fleste deler i fig. 2 identiske med delene som er vist i fig. 1, slik at de ikke trenger nærmere omta-le.

Totalt gjor anordningen det mulig på en overraskende måte at en spesiell innretning med forholdsvis ringe anvendelsesbredde ved forbedringer kan benyttes mer generelt og på en energibesparende måte. Denne forbedring vil spesielt komme til nytte ombord på et skip eller innenfor et begrenset areal. Det er ikke nodvendig å drive de nevnte anordninger utelukkende med damp. Stirling-maskinen eller absorpsjonskjoleren kan f.eks. drives umiddelbart med delvis avkjolte forbrenningsgasser.

Claims (9)

1. Anordning for fremstilling av inertgass med et brennkammer, hvor flytende eller gassformige hydrokarboner forbrennes med forbrenningsluft, eventuelt under iblanding av et forstovningsmiddel, og ved hvilken anordning det er sorget for en fortrinnsvis flertrinns kjoleinnretning, hvori gassen kjoles og/eller vaskes, karakterisert ved at en varmeveksler (16,25) er montert i brennkammeret (1).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at et dampkjel-legeme (16) er montert i brennkammeret (1) som varmeveksler.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det i brennkammeret er montert en varmeveksler (25) til oppvarming av en varmetransport-væske.

4. Anordning som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at det gjennom en ledning fra varmeveksleren fores damp som forstovningsmiddel til brenneren.

5. Anordning som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved dampturbin- eller dampmaskin-drift for tilforsel av forbrenningsluften.

6. Anordning som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved en dampdrevet Stirling-maskin som drift for vifter og/eller pumper.

7. Anordning som angitt i krav 1 til 3, karakterisert ved en dampdrevet absorpsjonskjoleanordning til kjoling av vannet til kjole- og spylefåsene.

8. Anordning som angitt i krav 1 til 3, karakterisert ved en dampstråle-kjoler (41,42,44) til kjoling av vannet til kjole- og spylefåsene.

9. Anordning som angitt i krav 1 til 3, med inertgass-torkere, som er fylt med absorberende, hydrofilt, regenererbart materiale, karakterisert ved at torkerne gjennom en ledning får tilfort det hete medium som produseres i varmegeneratoren.