CS201003B2

CS201003B2 - Production of synthesis gas

Info

Publication number: CS201003B2
Application number: CS714374A
Authority: CS
Inventors: Charles L E Cornelisse
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1973-10-19
Filing date: 1974-10-17
Publication date: 1980-10-31
Also published as: NL7314391A; FR2248232B1; IN141017B; NL175051B; DE2449448A1; FR2248232A1; NL175051C; JPS5067792A; BE820897A; DE2449448C2; JPS5817122B2; GB1484593A

Abstract

1484593 Synthesis gas SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ BV 17 Oct 1974 [19 Oct 1973] 45034/74 Heading C5E Synthesis gas containing carbon monoxide and/or hydrogen is produced by the incomplete combustion in a hollow reactor of a hydrocarbons-containing feed at a pressure of at least 40 bar and a residence time of the gas mixture in the reactor of at least 10 seconds. The pressure has a practical upper limit of 250 bar, with 60 to 75 bar and residence time at most 20 seconds being preferred.

Description

Vynéá-ez se týká způsobu přípravy synthesního plynu, obsahujícího kysličník uhelnatý a vodík.The invention relates to a process for preparing a synthesis gas comprising carbon monoxide and hydrogen.

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.A known method for preparing such a gas is incomplete combustion of the hydrocarbon-containing feedstock in the hollow reactor. A wide variety of oils and oil fractions can be used as raw materials, for example middle distillates and light or heavy fuel oil. These feedstocks may also contain carbon-containing particles such as carbon black. The combustion may be carried out with air, oxygen-enriched air or oxygen. Often steam is added to the reaction mixture.

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.Depending on the purpose of the gas, it may be subjected to various further processing, for example, carbonation, removal of soot and other solid particles, removal of some gaseous impurities, conversion of certain components to other components, and the like.

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.It goes without saying that efforts should be made to maximize the yield of the products produced and to minimize the formation of undesirable products. It is therefore very important to increase the yield of the usable gas (hydrogen + carbon monoxide) as much as possible, based on the feedstock and oxygen (air) potential, and to suppress soot formation as much as possible. The present invention shows a way to achieve this advantageous result.

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.It is therefore an object of the present invention to provide a synthesis gas comprising carbon monoxide and / or hydrogen by incomplete combustion of a hydrocarbon-containing feedstock in a hollow reactor, wherein the combustion is carried out with a pressure in the range of 4 to 25.0 MPa and a residence time of 10 to 20 seconds in the reactor gas mixture.

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.It is not easy to predict the effect of changes in reaction conditions on the process results, since such changes often affect the thermal economy in the reactor and the equilibrium state. Incomplete combustion takes place exothermically. However, there are also endothermic reactions, such as the conversion of carbon into carbon monoxide by reaction with carbon dioxide and the formation of carbon monoxide and hydrogen from carbon and water.

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.Increasing the pressure at a constant feed rate to the unchanged reactor volume increases the residence time without increasing heat loss. If the residence time is increased without increasing the pressure, the heat loss increases and therefore there is no substantial change in the formation of soot. If the pressure is increased without prolonging the residence time, the heat loss is, of course, reduced, but on the other hand, the increased reaction rate generated by the increased pressure in the reactor is insufficiently utilized.

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.At low pressure, the concentrations of individual components in the reactor are lower than at high pressure. Therefore, at high pressure, the degree of conversion is higher than at low pressure. If the pressure is low, for example less than 30 bar, the effect of prolonging the residence time is hardly noticeable in the field in practice, due to the lower degree of conversion.

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.In conventional processes, the residence time is less than 10 seconds at reactor pressure of less than 4.0 MPa. By increasing the pressure as well as extending the residence time, surprising results are obtained, as can be seen from the examples below.

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.For practical reasons, it is preferred that the pressure be in the range 6.0 to 7.5 MPa and the residence time is at most 20 seconds. Pressures higher than 25.0 MPa will generally not be used because the equipment would be too expensive.

PříkladyExamples

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.In the pilot plant, 800 [deg.] C. (Redwood I) fuel oil was gasified in the same reactor under different conditions. The feed rate was about 680 kg / h, the steam feed rate was about 0.50 kg per kg feedstock. The amount of oxygen supplied was varied from 0.70 to 0.76 Nm 2 per kg of feed. In this way, two series of tests were performed, namely Series I at 4.2 MPa and a residence time of 8.6 seconds and Series II at a pressure of 7.3 MPa and a residence time of 14.8 seconds.

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.The results of the series I and II experiments are shown in the attached diagram. The amounts of hydrogen and carbon monoxide in the graphs д, δ are expressed in kilols per 100 kg of feedstock on the same scale as the amounts of hydrogen and carbon dioxide in the graphs δ, δ. The amount of methane in Figure 6 is given in moles per 100 kg of feedstock and the amount of carbon (carbon black) also in moles per 100 kg of feedstock, but on a different scale. In the graph £, the amounts of methane and carbon (carbon black) are expressed in moles per 100 kg of feedstock on the same scale as the methane in the graph. Thus, the amount of carbon in the graph δ is plotted at a different scale than the amount of carbon in the graph δ. All product compositions refer to water vapor containing gas as it exits the reactor.

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&, £).It is apparent from graphs a,>> й that pressure increase and residence time have little effect on carbon monoxide and carbon dioxide production, but that there is a significant decrease in water production (graphs,, jj) and a significant increase in hydrogen production (Figs. graphs (,, £).

Nejenže tvorba uhlíku silně poklesne, jak je zřejmé z grafů £, £, avšak stejně překvapivý je poklea tvorby metanu.Not only does carbon formation decline sharply, as is apparent from the graphs,,,, but equally surprising is the methane formation.

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.If the oxygen ratio to the feedstock equal to 0.73 increases from 4.2 to 7.3 MPa and the residence time increases from 8.8 seconds to 14.8 seconds, the yield of hydrogen + carbon monoxide from the 12.4 to 13.1 kg per 100 kg of feedstock, while carbon yield is reduced from 280 to 20 moles and methane yield from 70 to 40 moles per 100 kg of feedstock. This shows that by the method according to the invention, with unchanged amounts of feedstock and oxygen supplied, more than 5% higher gas yield and almost 90% lower carbon black formation can be achieved. This result is of great practical importance.

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 %.The improvement achieved by the process according to the invention can also be expressed in that - relative to the same gas yield - the oxygen consumption is reduced by about 8% and the same carbon black production from the same amount of feedstock is reduced by about 7%.

Claims

A process for the preparation of a synthesis gas comprising carbon monoxide and / or hydrogen by incomplete combustion of a hydrocarbon-containing feedstock in a hollow reactor, characterized in that the combustion is carried out at a pressure ranging from 4.0 MPa to 25.0 MPa and while the gaseous mixture remains. in the reactor in the range of 10 to 20 seconds.

2. The process according to claim 1, wherein the combustion is carried out at a pressure in the range from 6.0 to 7.5 MPa.