DD274043A5 - Verfahren zur teilweisen oxydation eines kohlenwasserstoff enthaltenden brennstoffes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur partiellen Oxydation eines kohlenwasserhaltigen Brennstoffs. Verfahren zur partiellen Oxydation von Brennstoff unter Verwendung eines Brenners mit mehreren Duesen, der aus einem mittleren Kanal und drei den mittleren Kanal umgebenden konzentrischen Kanaelen besteht. Der Brennstoff wird durch den ersten und dritten konzentrischen Kanal zugefuehrt und der Oxydator wird durch den mittleren Kanal und den zweiten konzentrischen Kanal versorgt. Die Zufuehrung erfolgt bei spezifischen Massestromverteilungen und -geschwindigkeiten.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur partiellen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltig^ Brennstoffs mittels eines Brenners mit mehreren Düsen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur partiellen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs, bei dem ein sauerstoffhaltiges Gas und ein kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff durch einen Brenner mit mehreren Düsen, der aus einer konzentrischen Anordnung von 2 Sauerstoffleitungen oder -kanälen und 2 Brennstoff leitungen oder •kanälen besteh', in eine Vergasungszone geleitet werden, und bei dem unter entsprechenden Bedingungen autothermisch ein Synthesegasstrom erzeugt wird.
Das sauerstoffhaltige Gas ist normalerweise Luft oder reiner Sauerstoff oder ein Gemisch daraus. Zur Temperaturregelung in der Vergasungszone kann ein Moderatorgas in diese Zone geleitet werden.
Noch genauer betrifft die Erfindung ein wie im vorangegangenen beschriebenes Verfahren, bei dem ein Gas, ζ. Β. Erdgas, Raffineriegas, Methan und dergleichen, als Brennstoff geeignet ist. Bei diesem Verfahren muß eine gute und schnelle Berührung oder Vermischung des Brennstoffs und des sauerstoffhaltigen Gases gesichert werden, um einen ausgezeichneten Vergasungsprozeß zu erreichen.
Weiterhin kann die Lebensdauer der Anlage in einem derartigen Verfahren durch Reduzierung des Konvoktions- und Strahlungswärmeflusses durch Anheben der Flamme ohne Störung der Verfahrensleistung verlängert werden.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur partiellen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs zur Verfügung zu stellen, bei dem ein schnelles und inniges Vermischen der Reaktanten außerhalb der konzentrischen Anordnung erzielt wird. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur partiellen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs zur Verfügung zu stellen, bei dem die Energie zum Vermischen von Sauerstoff und Brennstoff durch die hohe Geschwindigkeit des Brennstoffflusses bereitgestellt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur partiellen Oxydation eines kohlonwasserstoffhaltigen Brennstoffs zur Verfügung zu stellen, bei dem Druckverluste auf ein Mindestmaß verringert werden und bei dem kürzere Reaktorlängen möglich gemacht werden, da die effektive Reaktorverweilzeit durch die Reduzierung der effektiven Brennergeschwindigkeit und durch den Mischabstand vor der Brennervorderfläche eingehalten wi \.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur partiellen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs zur Verfugung zu stellen, bei dem stark exotherme Reaktionen in dem Bereich, in dem sich das relativ heiße Synthesegas aus dem Reaktor mit den Reaktanten aus dem dritten konzentrischen Kanal vermischt, vermieden werden.
Die Erfindung stellt daher ein Verfahren zur partiellen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs zur Verfügung, das gekennzeichnet ist durch die Schritte der Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases und eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs durch einen Brenner mit mehreren Düsen, der aus einer konzentrischen Anordnung von 2 Sauerstoffleitungen oder -kanälen und 2 Brennstoffleitungen oder kanälen besteht, in eine Vergasungszone, und die autotherme Erzeugung eines Synthesegasstromes unter entsprechenden Bedingungen, und weiter durch die Schritte der Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas durch den mittleren Kanal der konzentrischen Anordnung mit einer relativ geringen Geschwindigkeit von 5 bis 45m/s; und der Zuführung von kohlenwasserstoff haltigem Brennstoff durch den ersten konzentrischen Kanal, der uen mittleren Kanal umgibt, mit einer relativ hohen Geschwindigkeit von 50 bis 150m/s; der Zuführung von sauers'offhaltigem Gas durch den zweiten konzentrischen Kanal, der den ersten Kanal umgibt, mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von 5 bis 45 m/s; und der Zuführung von kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff und/oder eines Moderatorgases durch den dritten konzentrischen Kanal, der den zweiten Kanal umgibt, mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von 5 bis 45 m/s.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform c" r Erfindung werden 30 bis 45% des sauerstoffhaltigen Gases durch den mittleron Kanal und 10 bis 20% des Brennstoffs dur> den dritten konzentrischen Kanal zugeführt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die entsprechenden Geschwindigkeiten am Ausgang der jeweiligen Kanäle in die Vergasungszone gemessen. Die Geschwindigkeitsmessung kann in jeder zweckmäßigen Form erfolgen und wird nicht im Detail beschrieben.
Bei einer weiteren vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform enthalten das sauerstoffhaltige Gas und/oder der Brennstoff Dampf oder Kohlendioxid als Moderator.
Bei einer noch weiteren vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform erfoglt der Vergasungsprozeß bei einem Druck von
0,1 bis 12 MPa.
Bei einer weiteren vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der kohlenwasserstoffhaltige Brennstoff ein Gas, z. B.
Methan, Erdgas oder Raffineriegas.
Der Brennstoff und das sauerstoffhaltige Gas werden durch eine konzentrische Anordnung von 2 Sauerstoffleitungen und 2 Brennstoffleitungen in die Vergasungszone geleitet. Ein mittlerer Kanal für die Sauerstoffzufuhr (wobei der Sauerstoff vorteilhafterweise mit einem Moderatorgas vermischt ist) wird von einem ersten ringförmigen Kanal für die Brennstoffzufuhr umgeben. Dieser erste ringförmige Kanal wird >-on einam zweiten ringförmigen Kanal für die Sauerstoffzufuhr (wobei der Sauerstoff vorteilhafterweise mit einem Moderatorgas gemischt ist) umgeben, und der zweite Kanal wird von einem dritten ringförmigen Kanal für die Brennstoff- und/oder Moderatorgaszufuhr umgeben. Brenner mit mehreren Düsen, die aus Anordnungen ringförmiger konzentrischer Kanäle für die Sauerstoff- und Brennstoffzufuhr zu Vergasungszonen bestehen, sind als solche bekannt und ihre mechanischen Einzelheiten werden hier nicht beschrieben.
Erfindungsgemäß werden Sauerstoff und Brennstoff durch die entsprechenden Kanäle mit spezifischen niedrigen Geschwindigkeiten und spezifischer Masseverteilung in die Vergasungszone geleitet, um einen niedrigen Druckverlust, eine schnelle und innige Vermischung der Reaktionsteilnehmer, eine effektive lange Reaktorverweilzeit und ein Anheben der Flamme
zu erreichen.
Die Erfindung wird durch Bezug auf die folgenden Beispiele aufführlicher beschrieben. Die Test wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt, a) Brennstoff
Massestrom (kg/s) Dichte (kg/m3) Temperatur (K) Zusammensetzung Vol.-% CO CO2 CH4 andere Kohlenwasserstoffe H, N2
| Beispiel I | Beispiel Il |
| 3,172 | 4,446 |
| 14,0 | 16,3 |
| 673 | Γ/2 |
| 7,374 | 0,336 |
| 15,57 | 3,798 |
| 68,57 | 84,05 |
| 1,702 | 7,832 |
| 6,474 | 3,286 |
| 0,310 | 0,698 |
| Oxydator | Beispiel I | Beispiel Il |
| Massestrom Sauerstoff (kg/s) | 2,703 | 4,954 |
| Massestrom Dampf (kg/s) | 0,3808 | 0,2207 |
| Dichte (kg/m3) | 25,7 | 34,2 |
| Temperatur (K) | 519 | 534 |
| Zusammensetzung Vol.-% | ||
| H2O | 20,03 | 7,334 |
| N2 | 0,12 | 0,4633 |
| O2 | 79,85 | 92,203 |
| Erzeugung | ||
| CO + H2 (nmVTag trocken) | 600,103 | 1 575/. ü1 |
| Abmessungen an der Brennervorderseite | ||
| Beispiel I | Beispiel Il | |
| Durchmesser des minieren | ||
| Rohres (mm) | 55,28 | 64,00 |
| Schlitzbreite des ersten | ||
| Kanals (mm) | 13,88 | 11,50 |
| Schlitzbreite des zweiten | ||
| Kanals (mm) | 12,03 | 13,72 |
| Schlitzbreite des dritten | ||
| Kanals (mm) | 6,34 | 7,14 |
| Mischabstand vor der 3rennsr- | ||
| vorderseite | ||
| für Grobmischung der | ||
| Reaktanten (m) | 0,160 | 0,11 |
| Verteilung von Massestrom und -geschwindigkeit | ||
| Masseverh8ltnis(%) | ||
| mittler Kanal (Oxydator) | 40 | 40 |
| erster Kanal (Brennstoff) | 80 | 80 |
| zweiter Kanal (Oxydator) | 60 | 60 |
| dritter Kanal (Brennstoff) | 20 | 20 |
| Geschwindigkeit an der Brennorvorderseite | ||
| Oxydator über mittleres Rohr (m/s) | 20 | 20 |
| Brennstoff über ersten Kanal (m/s) | 60 | 80 |
| Oxydator über zweiten Kanal (m/s) | 20 | 20 |
| Brennstoff über dritten Kanal (m/s) | 20 | 20 |
| Reaktor | ||
| Druck (MPa) | 3,8 | 4,9 |
| Temperatur (K) | 1675 | 1600 |
g) Typische Zusammensetzung von Syntheserohgas Vol.-% trocken
CO 40,4 35,6
CO2 5,2 2,0
H2 54,3 61,0
CH4 0,1 1,4
D6n Fachleuten werden aus der vorangegangenen Beschreibung verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung klar werden. Diese Modifikationen fallen in den Geltungebereich der Patentansprüche.
Claims (12)
1. Verfahren zur partiellen Oxydation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs, gekennzeichnet durch die Schritte der Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases und eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs durch einen Brenner mit mehreren Düsen, der aus einer konzentrischen Anordnung von 2 Sauerstoff leitungen oder -kanälen und 2 Brennstoff leitungen oder -kanälen besteht, in eine Vergasungszone, und die autotherme Erzeugung eines Synthesegasstromes unter entsprechenden Bedingungen, und weiter durch die Schritte der Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas durch den mittleren Kanal der konzentrischen Anordnung mit einer relativ geringen Geschwindigkeit von 5 bis 45 m/s; und der Zuführung von kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff durch den ersten konzentrischen Kanal, der den mittleren Kanal umgibt, mit einer relativ hohen Geschwindigkeit von 50 bis 150 m/s; der Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas durch den zweiten konzentrischen Kanal, der den ersten Kanal umgibt, mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von 5 bis 45 m/s; und der Zuführung von kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff und/oder Moderatorgas durch den dritten konzentrischen Kanal, der den zweiten Kanal umgibt, mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von 5 bis 45 m/s.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Geschwindigkeiten am Ausgang des betreffenden konzentrischen Kanals in die Vergasungszone gemessen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kohlenwasserstoff haltige Brennstoff ein Gas ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Erdgas oder Raffineriegas ist. b.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Methan ist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas und/oder der Brennstoff mit einem Moderatorgas gemischt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Moderatorgas Dampf oder Kohlendioxid ist.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei einem Druck von 0,1 bis 12MPa ausgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß 30 bis 45 Ma.-% des sauerstoffhaltigen Gases durch den mittleren Kanal zugeführt werden.
10. Vorfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß 10 bis 20 Ma.-% des Brennstoffs durch den dritten konzentrischen Kanal zugeführt werden.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 10 im wesentlichen nach der in bezug auf die Beispiele gegebenen Beschreibung.
12. Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, daß es nach dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 11 hergestellt ist.
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