DD261350A5 - Verfahren zur partiellen oxidation eines kohlenwasserstoffhaltigen brennstoffs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur teilweisen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs. Bei dem Verfahren wird ein Brenner mit mehreren Duesen eingesetzt, der aus einem zentralen Kanal und drei konzentrischen Kanaelen, die den zentralen Kanal umgeben, besteht. Der Brennstoff wird durch den zweiten konzentrischen Kanal mit einer spezifischen Geschwindigkeit zugefuehrt; Sauerstoff wird durch die anderen Kanaele bei spezifischen Geschwindigkeiten des Mengenflussen zugefuehrt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zurteilweisen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs mittels eines Brenners mit mehreren Düsen.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur teilweisen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs, bei dem ein sauerstoffhaltiges Gas und ein kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff durch einen Brenner mit vier Düsen, der eine konzentrische Anordnung von 3 Sauerstoffpassagen oder -kanälen und 1 Brennstoffpassage oder -kanal umfaßt, zu einer Vergasungszone geleitet werden und wobei autothermisch eine synthesegashaltiger Gasstrom unter entsprechenden Bedingungen erzeugt wird. Das sauerstoffhaltige Gas ist in der Regel Luft oder reiner Sauerstoff oder ein Gemisch daraus. Zur Steuerung der Temperatur in der Vergasungszone kann ein Moderatorgas in diese Zone geleitet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein wie im vorangegangenen beschriebenen Verfahren, bei dem eine Flüsisgkeit als Brennstoff geeignet ist. Besonders ist (Schwer-)Rückstandseinsatzgut für die Verwendung als Brennstoff geeignet.
Bei diesen Verfahren ist es notwendig, eine feine Zerstäubung des Brennstoffs und einen schnellen Kontakt oder ein schnelles Vermischen des Brennstoffs und des sauerstoffhaltigen Gases zu sichern, um einen ausgezeichneten Vergasungsprozeß zu erzielen.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zurteilweisen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs zur Verfügung zu stellen, bei dem in situ eine feine Zerstäubung des Brennstoffs erreicht wird. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zurteilweisen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs zur Verfügung zu stellen, bei dem Sauerstoff und Brennstoff gut und schnell vermischt oder in Kontakt gebracht werden und eine Frühzündung oder ein Zurückschlagen der Flamme vermieden werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vergasung von (Schwer-)Rückstand zur Verfugung zu stellen, mit dem ökonomische Verfahrensbedingungen (zum Beispiel eine Verringerung von Speisemoderatorgas und eine Verringerung der Rußerzeugung) bei einer ausreichend langen Brennerlebenszeit (über 8000 Betriebsstunden) erreicht werden.
Die Erfindung betrifft deshalb ein Verfahren zur teilweisen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs, das durch folgende Stufen gekennzeichnet ist: Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases und eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs in eine Vergasungszone durch eine konzentrische Brenneranordnung von drei Sauestoffpassagen oder -kanälen und 1 Brennstoffpassage oder -kanal und autothermische Erzeugung eines synthesegashaltigen Gasstromes unter entsprechenden Bedingungen, und das weiterhin gekennzeichnet ist durch die Stufe der Zuführung des sauestoffhaltigen Gases durch den zentralen Kanal der konzentrischen Anordnung mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von 21-42 m/s; der Zuführung des sauestoffhaltigen Gases durch den ersten konzentrischen Kanal, der den zentralen Kanal umgibt, mit einer relativ hohen Geschwindigkeitvon 60—120m/s; der Zuführung des Brennstoffs durch den zweiten konzentrischen Kanal, derden ersten Kanal umgibt, mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeitvon 3,0-3,8 m/s und der Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases durch den dritten konzentrischen Kanal, der den zweiten Kanal umgibt, mit einer relativ hohen Geschwindigkeitvon 60—120m/s.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden 5 bis 40 Ma.-% des sauerstoffhaltigen Gases durch den zentralen Kanal geleitet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die jeweiligen Geschwindigkeiten am Auslaß des jeweiligen konzentrischen Kanals in die Vergasungszone gemessen. Die Geschwindigkeitsmessung kann in einer beliebigen zweckmäßigen Weise erfolgen und wird nicht im Detail beschrieben. In einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung enthält das sauerstoffhaltige Gas Dampf oder Kohlendioxid als Moderator. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Vergasungsprozeß bei einem Druck von 0,1-12 MPa durchgeführt.
Der Brennstoff und das sauerstoffhaltige Gas werden der Vergasungszone durch eine konzentrischen Brenneranordnung von 3 Sauerstoffpassagen und einer Brennstoffpassage zugeführt. Ein zentraler Kanal für die Sauerstoffzuführung wird von einem ersten ringförmigen Kanal für die Sauerstoffversorgung umgeben. Der erste ringförmige Kanal wird von einem zweiten ringförmigen Kanal für die Brennstoffzuführung umgeben und der zweite Kanal wird von einem dritten ringförmigen Kanal zur Sauerstoffversorgung umgeben.
Brenner mit mehreren Düsen, die durch Anordnungen von ringförmigen konzentrischen Kanälen zur Zuführung von Sauerstoff und Brennstoff zu Vergasungszonen gekennzeichnet sind, sind als solche bekannt und werden nicht im Detail beschrieben.
Üblicherweise bestehen diese Parameter aus Hohlwandteilen mit inneren Kühlflüssigkeitsleitungen. Der Brenner kann jedoch z.B. mit einem geeigneten keramischen oder feuerfesten Belag versehen sein, derauf der Außenfläche der Brennervorderwand angebracht oder mittels einer Vorrichtung an dieser aufgehängt ist, um der Wärmebelastung während des Betriebs oder Auf heiz/ Abschaltsituationen des Brenners zu widerstehen.
Erfindungsgemäß werden Sauerstoff und Brennstoff der Vergasungszone durch die jeweiligen Kanäle mit spezifischen Geschwindigkeiten zugeführt, um eine gute Zerstäubung und Vermischung zu erreichen.
Die Erfindung wird ausführlich anhand derfolgenden Beispiele erläutert.
Es wurden Tests unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: a) Aufgabegut
| relative Dichte bei 15 0C (kg/m3) | C Ma.-% | 980-1018 |
| Viskosität am Kanalauslaß (Pa · s) | H Ma.-% | 0,02-0,2 |
| Zusammensetzung | S Ma.-% | 86,7-87,4 |
| N Ma.-% | 10,2-10,8 | |
| Asche Ma.-% | 1,26-1,39 | |
| 0,3-0,5 | ||
| Ni ppm | 0,064 | |
| typischer Metallgehalt V ppm | Fe ppm | 252 |
| Ma.-% | 82 | |
| 27 | ||
| Verkokungsrückstand nach Conradson, | O2Vol.-% | 23 |
| Sauerstoffzusammensetzung | N2Vol.-% | |
| ArVol.-% | 99,05 | |
| H2OVol.-% | 0,01 | |
| 0,94 | ||
| — | ||
| Betriebsbedingungen | ||
| Aufgabegut (Brennstoff) | ||
| Mengenfluß (kg/s) | 1,1-1,4 | |
| Eingangstemperatur am Kanal ("C) | 120-170 | |
| Eingangsdruck (MPa) | 3,6-3,7 | |
Geschwindigkeit am Auslaß des Brennstoffkanals
| (m/s) | 3,0-3,8 |
| resultierende Schlitzbreite (mm) | 3 |
| Sauerstoffhaltiges Gas | |
| Sauerstoff/Brennstoffverhältnis (kg/kg) | 1,0-1,3 |
| Dampf/Brennstoffverhältnis (kg/kg) | 0,3-0,65 |
| Eingangstemperatur des Gemischs (CC) | 210-220 |
| Eingangsdruck (MPa) | 3,6-3,7 |
| Verteilung von Mengenfluß und Geschwindigkeit | |
| zentraler Kanal, 5-40 Ma.-% | 21-42 m/s |
| erster konzentrischer Kanal | 60-120 m/s |
| dritter konzentrischer Kanal | 60-120 m/s |
| dabei ist der Mengenfluß gleichmäßig auf | |
| den ersten und dritten Kanal aufgeteilt | |
| Reaktionsraum | |
| Druck (MPa) | 0,1-12 |
| Temperatur (0C) | 1 300-1 450 |
| Typische Zusammensetzung von Rohsynthesegas, | |
| Vol.-%, trocken | |
| CO2 | = 5,3-9,1 |
| H2S | = 0,1-0,3 |
| O2 | = 0,0-0,1 |
| H2 | = 44,7-47; |
| N2 | = 0,1-0,4 |
| CO | = 43,7-48,: |
| CH4 | = 0,05-0,3 |
Nicht umgesetzte kohlenstoffhaltige Produkte von ca. 0,3—4Ma.-% des Brennstoffs können dem Aufgabegut zugegeben
werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Brennerlebenszeit durch Zuführung eines Inertgases (eines Gases, das nicht exothermisch reagiert), wie beispielsweise H2O, CO2, CH4 und dergleichen, durch einen vierten konzentrischen ringförmigen Kanal, der den dritten Kanal umgibt, verlängert werden. Auf diese Weise kann ein Anheben der Flamme erfolgen
und der Wärmefluß kann gesenkt werden.
Dem Fachmann auf diesem Gebiet werden verschiedene Veränderungen aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich werden. Diese Änderungen fallen in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche.
Claims (9)
1. Verfahren zur teilweisen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs, gekennzeichnet durch die Stufen der Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases und eines kohienwasserstoffhaltigen Brennstoffs in eine Vergasungszone durch eine konzentrische Brenneranordnung von drei Sauerstoffpassagen oder -kanälen und 1 Brennstoffpassage oder -kanal und der autothermischen Erzeugung eines synthesegashaltigen Gasstromes unter entsprechenden Bedingungen und das weiterhin die Stufen der Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases durch den zentralen Kanal der konzentrischen Anordnung mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von 21-42 m/s; der Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases durch den ersten konzentrischen Kanal, der den zentralen Kanal umgibt, mit einer relativ hohen Geschwindigkeit von 60-120 m/s; der Zuführung des Brennstoffs durch den zweiten konzentrischen Kanal, der den ersten Kanal umgibt, mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von 3,0-3,8m/s und der Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases durch den dritten konzentrischen Kanal, der den zweiten Kanal umgibt, mit einer relativ hohen Geschwindigkeit von 60—120 m/s, umfaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Geschwindigkeiten am Auslaß der jeweiligen konzentrischen Kanäle in die Vergasungszone gemessen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kohlenwasserstoffhaltige Brennstoff eine Flüssigkeit ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas einen Moderator enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Moderator Dampf oder Kohlendioxid ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Druck von 0,1-12MPa durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 5 bis 40Ma.-% des sauerstoffhaltigen Gases durch den zentralen Kanal geleitet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Stufe der Zuführung eines Inertgases (eines Gases, das nicht exothermisch reagiert) durch einen vierten konzentrischen Kanal, der den dritten Kanal umgibt.
9. Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, daß es mit dem in der Beschreibung anhand des Beispiels beschriebenen Verfahrens gewonnen wird.
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