Bei der Erdgasaufbereitung wird das Bohrlochgas normalerweise durch Feldabscheider geleitet, um Kohlenwasserstoffkondensat und Wasser zu entfernen. Wenn Schwefelwasserstoff vorhanden ist, wird er häufig durch ein Süßungsverfahren entfernt, bei dem das Gas in einer Aminlösung absorbiert wird, bevor es genutzt werden kann. Der Abluftstrom aus dem Aminregenerator wird häufig in eine thermische Oxidationsanlage (oft als Verbrennungsanlage bezeichnet) geleitet, in der H2S und andere brennbare Stoffe zu Schwefeldioxid, Kohlendioxid und Wasserdampf oxidiert werden, bevor sie über einen erhöhten Schornstein in die Atmosphäre abgeleitet werden. Glykoldehydratoren, Schwefelrückgewinnungsanlagen und andere Prozesse können ebenfalls Abgase oder Abluftgase erzeugen, die unannehmbare H2S- und CO-Gehalte sowie flüchtige organische Verbindungen (VOC) aufweisen, die gemindert werden müssen. Tankentlüftungen müssen manchmal behandelt werden, bevor die Gase in die Atmosphäre entlassen werden können. Eine thermische Oxidationsanlage ist oft die einfachste und kostengünstigste Methode, um H2S und andere brennbare Stoffe in diesen Gasen wirksam zu zerstören.
Abgasströme.
Die Funktion einer thermischen Oxidationsanlage besteht darin, eine Umgebung zu schaffen, in der die Verbrennungsreaktion des Abgases aufrechterhalten und abgeschlossen werden kann. Die Temperatur der Verbrennungskammer wird durch Modulation der Feuerungsrate des Brenners geregelt, um eine Temperatur aufrechtzuerhalten, die hoch genug ist, um den Abschluss der Verbrennungsreaktion zu gewährleisten, aber nicht hoch genug, um die feuerfeste Auskleidung der Verbrennungskammer zu beschädigen. Eine ordnungsgemäß ausgelegte thermische Oxidationsanlage ist so dimensioniert, dass die Verweilzeit in der Brennkammer von der Abgaseinspritzung bis zum Ende der Kammer in der Regel mehr als eine Sekunde beträgt. Dadurch kann die thermische Oxidationsanlage alle Abgase verbrennen, bevor das behandelte Rauchgas in die Atmosphäre abgegeben wird.
Erfolgreiche Installationen
Ein Beispiel für eine erfolgreiche Installation eines Brenners mit extrem niedrigem NOx-Ausstoß befindet sich in einer thermischen Oxidationsanlage für Abgase einer Schwefelrückgewinnungsanlage (SRU) in einer kanadischen Raffinerie. Der Abgasstrom enthielt eine erhebliche Konzentration von Ammoniak (NH3), die im Durchschnitt über 400 ppmv betrug. Bei der Verbrennung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hohem Sauerstoffgehalt könnte die Menge an gebundenem Stickstoff mit einer Rate von 30 % oder mehr in NOx umgewandelt werden. Durch den Einsatz einer speziellen Abgaseinspritzmethode mit einer kontrollierten Menge an überschüssiger Luft und einer Brennerkonstruktion mit extrem niedrigem NOx-Gehalt zeigen die Testergebnisse in Tabelle 1 jedoch, dass der kombinierte thermische NOx-Gehalt plus brennstoffgebundener NOx-Gehalt 18,5 ppmv bei 3 % Sauerstoff beträgt.
Herausforderungen
Brenner mit extrem niedrigen NOx-Werten, wie sie in Abbildung 1 dargestellt sind, wurden zuerst in Prozessheizungen eingesetzt und werden seit mehr als einem Jahrzehnt erfolgreich in Heizungsanwendungen verwendet. Bei der Anwendung von Brennern mit extrem niedrigen NOx-Werten auf thermische Abluftreinigungsanlagen müssen jedoch mehrere Faktoren berücksichtigt werden.
Bestimmte Abgase können Komponenten wie Ammoniak oder Amine enthalten, die chemisch gebundenen Stickstoff enthalten. Wenn gebundener Stickstoff in einer Umgebung mit Luftüberschuss verbrannt wird, wird ein wesentlicher Teil des Stickstoffs durch eine komplexe Kettenreaktion in NOx umgewandelt. Da diese Reaktion nicht die hohe Aktivierungsenergie der thermischen NOx-Reaktion aufweist, kann sie bei niedrigeren Temperaturen ablaufen. Unter diesen Umständen ist der Brenner mit extrem niedrigem NOx-Ausstoß nicht so wirksam wie eine Lösung zur Verringerung der Umwandlung von gebundenem Stickstoff in NOx. Als Alternative werden Abfälle oder Brennstoffe mit einem hohen Anteil an gebundenem Stickstoff in der Regel in einem mehrstufigen Verfahren verbrannt, bei dem auf eine anfängliche substöchiometrische Verbrennungszone eine Oxidationszone folgt.
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