CS201003B2 - Production of synthesis gas - Google Patents

Description

Vynéá-ez se týká způsobu přípravy synthesního plynu, obsahujícího kysličník uhelnatý a vodík.

Známým způsobem pro přípravu takovéhoto plynu je neúplné spalování suroviny obsahující uhlovodík v dutém reaktoru. Jako suroviny je možno použít mnoha různých olejů a olejových frakcí, například středních destilátů a lehkého nebo těžkého topného oleje. Tyto suroviny mohou rovněž obsahovat částice obsahuJící uhlík, například saze. Spalování se může provádět vzduchem, vzduchem, který byl obohacen kyslíkem, nebo kyslíkem. Často se k reakční směsi přidává pára.

Podle toho, k čemu je plyn určen, může být podroben různému dalSímu zpracování, například UhLazení, odstranění sazí a jiiých pevných částic, odstranění některých plynných nečistot, přeměně určitých složek v jiné složky atp.

Je samozřejmé, že je třeba usilovat o co nejyyěěí výtěžek vyráběných produktů e o co nejnižěí tvorbu nežádoucích produktů. Je proto velmi důležité, vystupňovat co nejvíce výtěžek použitelného plynu (vodík + kysličník uhelnatý),· vztaženo na moožtví přiváděné suroviny.a kyslíku (vzduchu), a · potlačit co nejvíce tvorbu sazí. Vynniez ukazuje cestu, jak je možno dosáhnout tohoto výhodného výsledku.

Předmětem vynálezu je proto způsob přípravy synthésního plynu obsahnuícího kysličník uhelnatý a/nebo vodík neúplným spálením suroviny obsahiiuící uhlovodíky v dutém reaktoru, v^J^í^o^Í^č^uí^<^:í se tím, že se spalování provádí za tlaku v rozmezí od 4,0 MPa do 25,0 MPa a po dobu · setrvání plynné směsi v reaktoru v rozmezí od 10 do 20 sekund.

Není snadné předpovědět vliv změn reakčních podmínek na výsledky způsobu, poněvadž takovými' změnami jsou často ovlivněny tepelná ekonomie v reaktoru a rovnovážný stav. Neúplné spalování probíhá exotermně. Vyskytují se však přitom i endotermní reakce, jako je například přeměna uhlíku v kysličník uhelnatý reakcí s kysličníkem uhličitým a tvorba kysličníku uhelnatého a vodíku z uhlíku a vody.

Zvýšení tlaku při stálém množství přiváděné suroviny do nezměněného objemu reaktoru prodlužuje dobu setrvání, aniž se zvyšují ztráty tepla. Prodlouží-li se doba setrvání bez zvýšení tlaku, zvyšují se ztráty tepla, a proto nedochází к podstatné změně ve tvorbě sazí. Zvýší-li se tlak bez prodloužení doby setrvání, sníží se samozřejmě ztráty tepla, avšak naproti tomu se nedostatečně využije zvýšené reakční rychlosti, která vzniká při zvýšeném tlaku v reaktoru.

Při nízkém tlaku jsou koncentrace jednotlivých složek v reaktoru nižší než při vysokém tlaku. Proto je při vysokém tlaku stupeň konverze vyšší než při nízkém tlaku. Je-li tlak nízký, například nižší než 30 barů, není vliv prodloužení doby setrvání téměř patrný v oblasti přicházející v praxi v úvahu, vzhledem к nižšímu stupni konverze.

U běžných způsobů je doba setrvání kratší než 10 sekund při tlaku v reaktoru nižším než 4,0 MPa. Zvýšením tlaku, jakož i prodloužením doby setrvání se dosáhne překvapivých výsledků, jak je zřejmé z dále uvedených příkladů.

Z praktických důvodů je výhodné, aby tlak byl v rozmezí 6,0 až 7,5 MPa a doba setrvání činila nanejvýš 20 sekund. Tlaků vyšších než 25,0 MPa se obvykle nebude používat, protože zařízení by bylo příliš nákladné.

Příklady

V poloprovozním zařízení byl zplyňován topný olej viskozity 800 s (Redwood I) kyslíkem v tomtéž reaktoru za různých podmínek. Množství přiváděné suroviny bylo přibližně 680 kg/h, množství přiváděné páry přibližně 0,50 kg na 1 kg přiváděné suroviny. Množství přiváděného kyslíku bylo měněno od 0,70 do 0,76 Nm^ na 1 kg přiváděné suroviny. Tímto způsobem byly provedeny dvě řady zkoušek, totiž řada I při tlaku 4,2 MPa a době setrvání 8,6 sekundy a řada II při tlaku 7,3 MPa a době setrvání 14,8 sekundy.

Výsledky pokusů řady I а II jsou-uvedeny v přiloženém diagramu. Množství vodíku a kysličníku uhelnatého v grafech д, £ jsou vyjádřena v kmolech na 100 kg přiváděné suroviny ve stejném měřítku jako množství vodíku a kysličníku uhličitého v grafech &, Д. Množství metanu v grafu £ je uvedeno v molech na 100 kg přiváděné suroviny a množství uhlíku (sazí) rovněž v molech na 100 kg přiváděné suroviny, avšak v jiném měřítku. V grafu £ jsou množství metanu a uhlíku (sazí) vyjádřena v molech na 100 kg přiváděné suroviny ve stejném měřítku jako množství metanu v grafu £. Je tedy množství uhlíku v grafu £ vyneseno v jiném měřítku než množství uhlíku v grafu &· Na všech vodorovných osách je vynesen poměr kyslíku к přiváděné surovině v Nm^ kyslíku na 1 kg přiváděné suroviny. Veškerá složení produktu se vztahují na plyn obsahující vodní páru, jak vychází z reaktoru.

Z grafů a, £> й je patrné, že zvýšení tlaku a prodloužení doby setrvání má pouze malý vliv na tvorbu kysličníku uhelnatého a kysličníku uhličitého, že však dochází ke značnému poklesu tvorby vody (grafy £, jj) a ke značnému zvýšení tvorby vodíku (grafy j&, £).

Nejenže tvorba uhlíku silně poklesne, jak je zřejmé z grafů £, £, avšak stejně překvapivý je poklea tvorby metanu.

Zvýší-li se při poměru kyslíku к přiváděné surovině rovnému 0,73 tlak ze 4,2 na 7,3 MPa a prodlouží-li se doba setrvání z 8,8 sekundy na 14,8 sekundy, zvýěí se výtěžek vodíku + kysličníku uhelnatého ze 12,4 na 13,1 kg na 100 kg přiváděné suroviny, kdežto výtěžek uhlíku se sníží ze 280 na 20 molů a výtěžek metanu ze 70 na 40 molů na 100 kg přiváděné suroviny. To ukazuje, že způsobem podle vynálezu je při nezměněných množstvích přiváděné suroviny a kyslíku možno dosáhnout více než o 5 % vyšěího výtěžku plynu a téměř o 90 % nižší tvorby sazí. Tento výsledek má velkou praktickou důležitost.

Zlepšení dosažené způsobem podle vynálezu je možno vyjádřit i tak, že - vztaženo na stejný výtěžek plynu - se spotřeba kyslíku sníží asi o 8 %, a vztaženo na stejnou výrobu sazí ze stejného množství suroviny, spotřeba kyslíku se sníží asi o 7 %.

Claims (2)

1. Způsob přípravy synthesního plynu obsahujícího kysličník uhelnatý a/nebo vodík neúplným spálením suroviny obsahující uhlovodíky v dutém reaktoru, vyznačující se tím, že se spalování provádí za tlaku v rozmezí od 4,0 MPa do 25,0 MPa a po dobu setrvání plynné směsi v reaktoru v rozmezí od 10 do 20 sekund.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se spalování provádí za tlaku v rozmezí od 6,0 MPa do 7,5 MPa.