Verfahren zur Abgasverbrennung mit Sauerstoffzuführung

Abstract

 Die Abgase, die aus einer Förderung von Erdöl, einer Raffinerie, einem chemischen Betrieb stammen, werden mit in die Flamme zugeführten sauerstoffhaltigen Gas abgefackelt, insbesondere mit Sauerstoff angereicherter Luft mit hohem Sauerstoffgehalt oder technisch reinem Sauerstoff, um eine möglichst rußfreie Verbrennung zu erreichen, die auch weniger umweltschädliche Emissionen erzeugt. Die Vorrichtung zur Verbrennung von Abgasen besteht aus einem Abgasrohr, einer Zündvorrichtung sowie einer Sauerstoffleitung, die mit einem Sauerstofftank verbunden ist. Die Sauerstoffzuführung wird besondere bei Störfällen des Betriebes statt Dampfzuführung oder als zusätzliche Zuführung eingesetzt, wenn nicht genügend Dampf aus den chemischen Anlagen erzeugt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Abgasen, die aus einem Abgasrohr austreten, wobei die Abgase unter Ausbildung einer Flamme am Austrittsende des Abgasrohres verbrannt werden sowie eine Vorrichtung zur Verbrennung von Abgasen, welche ein Abgasrohr mit einem Austrittsende für das Abgas sowie eine mit einem Sauerstofftank verbundene Sauerstoffzuführung und eine Zündvorrichtung umfasst.

[0002] Die Verbrennung von Abgasen wird auch als Abfackelung bezeichnet. Die Abfackelung wird in Raffinerien und in der chemischen Industrie häufig zur Beseitigung von Abgasen benutzt, die insbesondere bei An- oder Abfahrvorgängen und bei Druckentlastungs- und Entleerungseinrichtungen entstehen. Auch bei Störfällen können große Gasmengen austreten. Die Abfackelung wird dort eingesetzt, wo eine andere Nutzung für das abgefackelte Gas nach dem Stand der Technik bzw. nach der Marktnachfrage nicht sinnvoll ist oder finanziell uninteressant erscheint.

[0003] Die Verbrennung von Abgasen rußt häufig stark, weil im Innern der Flamme nicht genügend Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung zur Verfügung steht. Um eine möglichst rußfreie Verbrennung zu erreichen, bei der weniger Ruß sowie sonstige umweltschädliche Emissionen erzeugt werden, sind mehrere Verfahren entwickelt worden, bei denen ein Zusatz von Dampf in die Flamme eingeführt wird.

[0004] Ein derartiges Verfahren zur Verbrennung von Abgas weist eine Abfackelung mit einer Dampfzuführung auf, wobei das Abgas am Austrittsende eines kaminähnlichen Rohres gezündet und verbrannt wird.

[0005] Der Dampf wird mit hoher Geschwindigkeit in die Flamme eingeführt und zieht Umgebungsluft und damit Sauerstoff in den Kern der Flamme hinein, sodass die Verbrennung verbessert wird. Ein derartiges Verfahren ist z.B. aus dem Firmenprospekt "Fackelsystem" der SPG Prematechnik GmbH bekannt. Häufig ist es der Fall, dass in chemischen Anlagen große Mengen Dampf erzeugt werden, die für die Verbrennung zur Verfügung stehen. Wenn es aber zu einer Störabschaltung aufgrund einer Betriebsstörung oder zu einem unvorhergesehenen Abfahren der chemischen Anlage kommt, steht auch kein Dampf mehr zur Verfügung und die Luft wird durch den Mangel an Dampf nicht mehr in die Flamme eingezogen, sodass im Innern der Flamme nicht genügend Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung zur Verfügung steht, was zu einem starken Rußen führt.

[0006] Ein anderes Verfahren zum Verbrennen von Abgasen weist eine Zuführung mit einer Sauerstoff-Brennstoff Mischung in die Flamme auf, wobei der Sauerstoff und der Brennstoff durch zwei Leitungen einem Brenner zugeführt und dort gemischt werden. Dadurch wird eine Flamme mit hoher Temperatur ausgebildet, wobei das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis der Mischung nach dem gewünschtem Oxidationspotenzial der Verbrennung eingestellt wird. Ein derartiges Verfahren ist z.B. aus der US 3,864,072 bekannt.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbrennung von Abgasen aus einer Raffinerie oder einem chemischen Betrieb anzugeben, sodass die Abgase insbesondere bei Störfällen der Anlage effektiver, vollständiger sowie rußfrei verbrannt werden können.

[0008] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Verbrennung von Abgasen mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst, wobei die Abgase aus einem Abgasrohr austreten und unter Ausbildung einer Flamme am Austrittsende des Abgasrohres verbrannt werden, wobei ein sauerstoffhaltiges Gas mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 22% in die Flamme eingeführt wird.

[0009] Mit den Merkmalen des Anspruch 8 ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Verbrennung von Abgasen vorgesehen, welche ein Abgasrohr mit einem Austrittsende und eine Zuführung sowie eine Zündvorrichtung umfasst, wobei die Zuführung als Sauerstoffzuführung ausgebildet ist und mit einem Sauerstofftank verbunden ist.

[0010] Erfindungsgemäß wird ein sauerstoffhaltiges Gas mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 22% in das Abgas eingeführt, sodass genügend Sauerstoff im Innern der Flamme zur Verfügung steht und eine effiziente und vollständige sowie rußfreie Verbrennung von Abgasen erreicht wird.

[0011] Bevorzugt stammen die Abgase aus einer Raffinerie oder einem chemischen Betrieb. Die Abgase fallen beispielsweise bei einem Stoffumwandelungsprozess an oder sind nicht mehr nutzbare gasförmige Abfallprodukte, z.B. aus Verbrennungskraftmaschinen oder technischen Verbrennungsanlagen. Die Erfindung wird besonders dann eingesetzt, wenn die Abgase für Mensch und / oder Umwelt schädlich und gefährdend sind.

[0012] Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 30 Vol-%, mehr als 50 Vol-%, mehr als 80 Vol-% oder technisch reiner Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 95 Vol-% oder mehr als 99 Vol-% verwendet, sodass das Abgas mit dem Sauerstoff wirksamer reagiert und eine vollständige Verbrennung durchgeführt wird. Aufgrund der Zuführung des Sauerstoffs verbessert sich die Verbrennung der im Abgas befindlichen Kohlenstoffverbindungen. Das hat den Vorteil, dass weniger Ruß gebildet wird und auch die Stickoxide im Abgas reduziert werden.

[0013] Bevorzugt wird das Verfahren eingesetzt, wenn das Abgas Kohlenwasserstoffe oder andere giftige, umweltschädliche oder gesundheitsschädliche Stoffe enthält, z.B. Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffoxid, Schwefeloxid. Die Kohlenwasserstoffe oder anderen giftigen Stoffe entstehen beispielsweise in einer Raffinerie oder in einem chemischen Betrieb bei unvollständiger Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff.

[0014] Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das sauerstoffhaltige Gas vorzugsweise mit hoher Geschwindigkeit, die vorzugsweise das 0,1 bis 3-Fache der Schallgeschwindigkeit, besonders bevorzugt das 0,5 bis 2-Fache, ganz besonders bevorzugt 0,8 bis 1,2-Fache der Schallgeschwindigkeit beträgt, durch eine Düse geschickt und in das Innere der Flamme gebracht. Die Geschwindigkeit wird über den Düsenquerschnitt und den Versorgungsdruck bestimmt und über den Vordruck bei der Inbetriebnahme eingestellt und vor der Installation der Anlage festgelegt. Mit steigender Geschwindigkeit wird auch mehr Umgebungsluft eingezogen und damit mehr Sauerstoff in den Kern der Flamme geführt, sodass das Abgas besser verbrennt. Die Injektion des sauerstoffhaltigen Gases in die Verbrennungszone verursacht Turbulenzen in der Flamme, sodass die Luft mit dem Abgas für eine rauchlose Verbrennung gemischt wird.

[0015] Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das sauerstoffhaltige Gas in der Nähe des Austrittsendes des Abgasrohres mit einem Winkel von 0 bis 45 Grad, bevorzugt 10 bis 30 Grad zur Vertikalen nach oben in die Flamme eingeführt, um die Flamme auch bei Seitenwind aufrecht zu halten.

[0016] Bevorzugt wird das sauerstoffhaltige Gas in die Flamme gedüst, um zusätzliche Umgebungsluft anzusaugen und weiteren Sauerstoff in den Flammenkern zu befördern.

[0017] Vorzugsweise wird die Sauerstoffzuführung bei Störfällen des Betriebes eingesetzt, wenn kein oder nicht genügend Dampf erzeugt wird, z.B. bei Störabschaltung aufgrund einer Betriebsstörung oder unvorhergesehenem Abfahren der chemischen Anlage. Die Abgase können dann auch ohne Dampfzuführung effektiv und rußfrei verbrannt werden.

[0018] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verbrennung umfasst ein Abgasrohr mit einem Austrittsende für das Abgas sowie eine Zuführung und eine Zündvorrichtung, die das Gasgemisch aus dem Abgasrohr zündet und eine Flamme ausbildet, z. B. Pilotbrenner, Zündelektrode, Gaszündbrenner usw., wobei die Zuführung als Sauerstoffzuführung ausgebildet ist und mit einem Sauerstofftank verbunden ist.

[0019] Bevorzugt wird die Vorrichtung so gebaut, dass die Sauerstoffzuführung in der Nähe des Austrittsendes des Abgasrohres endet, sodass das sauerstoffhaltige Gas in die Flamme eingeführt wird und dabei Luft in die Verbrennungszone einsaugt und Luftverwirbelungen erzeugt, um die Luft mit dem Abgas für eine rauchlose Verbrennung zu mischen.

[0020] Die Sauerstoffzuführung wird vorzugsweise mit einem Winkel von 0 bis 45 Grad, bevorzugt 10 bis 30 Grad zur Vertikalen aufgebaut, sodass die Flamme bei Seitenwind aufrecht gehalten wird.

[0021] Vorzugsweise wird eine Düse zum Eindüsen des Sauerstoffs in die Flamme eingesetzt, um zusätzliche Umgebungsluft anzusaugen und weiteren Sauerstoff in den Flammenkern zu befördern. Unter einer Düse wird ein Rohrstück mit einer Querschnittsverengung und/oder einer Querschnittserweiterung und/oder weiteren komplexen Formen, insbesondere eine Venturidüse, verstanden.

[0022] Vorzugsweise ist der Sauerstofftank ein Flüssigtank, wobei der flüssige Sauerstoff aus dem Flüssigtank mit einem Verdampfer in gasförmigen Sauerstoff umgewandelt und durch das Austrittsende der Sauerstoffzuführung in die Flamme eingeführt wird.

[0023] Vorzugsweise ist die Sauerstoffzuführung über ein Ventil mit einem Sauerstofftank verbunden, das zur Freigabe der fest eingestellten Sauerstoffmenge dient und als ein Absperrventil ausgebildet wird. Für eine Erhöhung der Sauerstoffmenge werden entsprechend mehr Systeme parallel installiert, die über mehrere Sauerstoffzuführungen den Sauerstoff anbieten können.

[0024] Zur Reduzierung der Störanfälligkeit der Fackelanlage wird auch häufig auf eine Regelung der zugeführten Sauerstoffmenge mittels eines Regelventils verzichtet und stets die maximale Sauerstoffmenge zum Einsatz gebracht, die zur Verfügung steht.

[0025] Vorzugsweise wird zusätzlich eine zweite Leitung in der Vorrichtung eingesetzt, sodass die Abgase auch mit einem anderen Gas als Sauerstoff, insbesondere Dampf, verbrannt werden können, wenn genügend anderes Gas aus der chemischen Anlage oder dem chemischen Betrieb zur Verfügung steht, um genügend Luft in die Brennungszone der Flamme einzuziehen.

[0026] Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sollen bei der nachfolgenden Figurenbeschreibung anhand der folgenden Figuren erläutert werden. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung und

Fig. 2 eine alternative Ausführung der Erfindung

[0027] In Figur 1 wird eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Verbrennung von Abgasen gezeigt. Die Einrichtung besteht aus einem Abgasrohr 1, einer Zündvorrichtung 2 sowie einer Sauerstoffleitung 3, die mit einem Sauerstofftank 4 verbunden ist. Die Abgase, die beispielsweise in einer Raffinerie oder in einem chemischen Betrieb bei unvollständiger Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff entstehen, treten durch das Abgasrohr 1 aus und werden mit der Zündvorrichtung 2 unter Ausbildung einer Flamme gezündet.

[0028] Ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 30 Vol-%, mehr als 50 Vol-%, mehr als 80 Vol-% oder technisch reiner Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 95 Vol-% oder mehr als 99 Vol-%, wird durch die Sauerstoffleitung 3 in die Flamme eingeführt, wobei der Sauerstoff aus einem flüssigen Sauerstofftank 4 über ein Ventil 5 eingeleitet wird. Das Ventil 5 dient zur Freigabe der fest eingestellten Sauerstoffmenge und wird als ein Absperrventil ausgebildet. Außerdem ist es leichter Sauerstoff in einer Tankanlage zur Verfügung zu stellen, als Dampf zu erzeugen, besonders, wenn es einen Störfall gibt.

[0029] Für eine Erhöhung der Sauerstoffmenge werden entsprechende mehr Systeme parallel installiert, die über mehrere Sauerstoffzuführungen den Sauerstoff anbieten können. Da Fackelanlagen keine Störanfälligkeit aufweisen dürfen, wird auf ein Ventil zur Regelung verzichtet und stets die maximale Sauerstoffmenge zum Einsatz gebracht, die zur Verfügung steht.

[0030] Durch die erfindungsgemäße Sauerstoffzuführung wird mehr Sauerstoff in den Kern der Flamme eingeführt, was als Vorteil eine vollständige Verbrennung und weniger Rußausbildung zur Folge hat. Die Sauerstoffzuführung wird vorzugsweise in der Nähe des Abgasrohres mit einem Winkel von 0 bis 45 Grad, bevorzugt 10 bis 30 Grad zur Vertikalen nach oben angeordnet, sodass die Flamme bei Seitenwind aufrecht gehalten wird. Das sauerstoffhaltige Gas wird vorzugsweise mit einer Düse, insbesondere Venturidüse in die Flamme gedüst, um zusätzliche mehr Umgebungsluft anzusaugen und weiteren Sauerstoff in den Flammenkern zu befördern. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise das sauerstoffhaltige Gas mit Schallgeschwindigkeit oder ähnlich hoher Geschwindigkeit eingeführt werden, wobei mit steigender Geschwindigkeit auch mehr Umgebungsluft in die Verbrennungszone eingezogen wird und dort Aufwirbelungen erzeugt werden, welche zu einer effektiven und rauchlosen Verbrennung führen.

[0031] Figur 2 zeigt eine alternative Vorrichtung gemäß der Erfindung. In beiden Figuren sind identische Elemente mit den gleichen Bezugsnummern versehen. Bei der Vorrichtung nach Figur 2 ist zusätzlich eine zweite Leitung 6 vorgesehen. Die Abgase werden im Normalfall unter Zuführung eines anderen Gases, insbesondere Dampf, als dem sauerstoffhaltigen Gas verbrannt. Der Normalfall liegt dann vor, wenn das andere Gas in der chemischen Anlage ausreichend erzeugt wird oder anderweitig zur Verfügung gestellt werden kann, sodass genügend Luft durch die Zuführung des anderen Gases in die Flamme eingezogen wird.

[0032] Bei Störfällen, z.B. bei Störabschaltung aufgrund einer Betriebsstörung oder unvorhergesehenem Abfahren der chemischen Anlage, kann jedoch das andere Gas häufig nicht mehr in ausreichender Menge zur Verfügung gestellt werden. In diesem Fall wird zusätzlich sauerstoffhaltiges Gas aus der Sauerstoffleitung 3 in die Flamme eingeführt. Der Flamme wird also sowohl das sauerstoffhaltige Gas als auch das andere Gas, beispielsweise Dampf, zugeführt.

[0033] Wenn aber bei Störfällen das andere Gas für die Abgasverbrennung überhaupt nicht zur Verfügung steht, wird nur das sauerstoffhaltige Gas durch eine Sauerstoffleitung 3 in die Flamme eingeführt, damit die Abgase rußfrei und vollständig verbrannt werden können.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verbrennung von Abgasen, die aus einem Abgasrohr (1) austreten, dadurch gekennzeichnet, dass ein sauerstoffhaltiges Gas mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 22% in die Flamme eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas bei einer Förderung von Erdöl, in einer Raffinerie oder in einem chemischen Betrieb entsteht.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als sauerstoffhaltiges Gas mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 30 Vol-%, mehr als 50 Vol-%, mehr als 80 Vol-% und oder technisch reiner Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 95 Vol-% oder mehr als 99 Vol-% verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas Kohlenwasserstoffe oder andere giftige Stoffe enthält.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas mit einer Geschwindigkeit eingeführt wird, die vorzugsweise das 0,1 bis 3-Fache der Schallgeschwindigkeit, besonders bevorzugt das 0,5 bis 2-Fache, ganz besonders bevorzugt das 0,8 bis 1,2-Fache der Schallgeschwindigkeit beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas in der Nähe des Austrittsendes des Abgasrohres (1) mit einem Winkel von 0 bis 45 Grad zur Vertikalen nach oben in die Flamme eingeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalfall ein anderes Gas als das sauerstoffhaltige Gas, insbesondere Dampf, in die Flamme eingeführt wird und im Störfall zusätzlich das sauerstoffhaltige Gas oder nur das sauerstoffhaltige Gas in die Flamme eingeführt wird, wobei der Normalfall dann vorliegt, wenn genügend anderes Gas zur Verfügung steht, um ausreichend Sauerstoff für die Verbrennung in das Innere der Flamme einzuziehen, und der Störfall dann vorliegt, wenn das andere Gas nicht ausreichend zur Verfügung steht.

8. Vorrichtung zur Verbrennung von Abgasen, welche ein Abgasrohr (1) mit einem Austrittsende für das Abgas sowie eine Zuführung (3) und eine Zündvorrichtung (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (3) als Sauerstoffzuführung ausgebildet ist und mit einem Sauerstofftank (4) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffzuführung (3) in der Nähe des Austrittsendes des Abgasrohres endet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffzuführung einen Winkel von 0 bis 45 Grad zur Vertikalen aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffzuführung (3) mit einer Düse, insbesondere Venturidüse, versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstofftank (4) ein Flüssigtank ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Ventil (5), insbesondere ein Absperr-Ventil, stromabwärts des Sauerstofftanks befindet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Zuführung (6) vorgesehen ist.

Zeichnung