DE2228545C3 - Verfahren zur Aufarbeitung der in einem durch partielle Oxidation von Brennstoffen auf Kohlenstoffbasis gewonnenen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Rohgas dispergierten festen Teilchen - Google Patents

Description

Der durch partielle Verbrennung einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Zuspeisung erhaltene Gasstrom enthält Ruß und weist außerordentlich hohe, üblicherweise oberhalb 1200° C liegende Temperaturen auf. Häufig wird das Ruß enthaltende, den Reaktor mit einer hohen Temperatur verlassende Gas in einem Abhitzkessel auf eine Temperatur von z.B. 300°C abgekühlt. Anschließend wird das noch den gesamten Ruß enthaltende Gas mit Wasser gewaschen, dadurch der Ruß entfernt und das Gas weiter abgekühlt. Die aus der Wasserwäsche erhaltene Ruß-Suspension kann in der Regel nicht als solche abgeleitet werden. Außerdem besitzt der Ruß einen gewissen Wert, z. B. als Brennstoff. Der Ruß kann aus der wäßrigen Ruß-Suspension nach Zusatz eines Bindeöls als Bindemittel und Beschleunigung der Agglomeration durch heftiges Rühren des Öl-Ruß-Suspensionsgemisches entfernt werden. Die Agglomerate können ohne weiteres vom Wasser abgetrennt und als Brennstoff verwendet oder als solche in einer für diesen Zweck geeigneten Verbrennungsanlage verbrannt werden; meistens wird jedoch der Zusatz der Agglomerate zu einem Heizölstrom bevorzugt und das so erhaltene Gemisch als flüssiger Brennstoff verwendet.

Bei industriellen ölverbrennungsanlagen, wie Hochöfen, Heizkesseln und Anlagen zur Aufarbeitung von Gas, wird der flüssige Brennstoff mit hohem Druck von z. B. 150 kg/cm² abs. in einen Zerstäuber eingespeist, der das öl in winzige Tropfen umwandelt. Eine gute Zerstäubung findet aber bei ölen nur statt, wenn deren Viskosität unter einem bestimmten Wert liegt, was besonders bei Verwendung von Schweröl ein Erhitzen erforderlich macht. Durch Zusatz von Ruß erhöht sich die Viskosität des Öls, und es muß daher auf eine höhere Temperatur als ohne Zusatz von Ruß erhitzt werden. Zur Vermeidung eines möglichen thermischen Zerfalls des Heizöls darf die Temperatur einen Wert von etwa 350°C nicht übersteigen. Wenn die Agglomerate auch vor ihrem Zusatz zum Heizöl vom Wasser abgetrennt werden, enthalten sie trotzdem noch soviel anhaftendes oder eingeschlossenes Wasser, was auf Grund von Schaumbildung zu Schwierigkeiten führt Die Erfindung

ίο zeigt, wie diese Schwierigkeiten überwunden werden können.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Aufarbeitung der in einem durch partielle Oxidation von Brennstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis gewonnenen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Rohgas dispergierten festen Teilchen, durch eine Kombination folgender Verfahrensschritte:

Wasserwäsche zur Entfernung der in dem Rohgas enthaltenen Rußteilchen; Abtrennung des Rußes aus der bei der Wasserwäsche erhaltenen wäßrigen Rußsuspension durch Agglomeration des Rußes mittels Zusatz von Bindeöl und Entfernung der so gebildeten Agglomerate aus dem Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate mindestens teilweise mit Heizöl bei einem Druck von oberhalb 1 kg/cm² abs. und einer Temperatur von mehr als 100° C vereinigt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird verhindert, daß das zusammen mit den Agglomeraten im Heizöl aufgenommene Wasser trotz der hohen Temperatur des Heizöls Dampfbläschen bildet. Es kann deshalb keine Schaumbildung erfolgen. Um ein Pumpen des Gemisches zu ermöglichen, sollte das Heizöl schon bei der Vereinigung mit dem Ruß eine hohe Temperatur aufweisen. Je nach der Art des Heizöls und der Rußmenge wird eine Temperatur gewählt, die zur Erreichung einer für das Pumpen geeigneten Viskosität ausreicht. Für das Pumpen ist in der Regel eine höhere Viskosität als zur Erzielung einer guten Zerstäubung ausreichend. Zu diesem Zweck soll die Viskosität einen Wert von 100 Centistokes nicht überschreiten, vorzugsweise beträgt die Viskosität höchstens 20 Centistokes. Ein Schweröl, wie Butanbitumen, kann bei einer Temperatur von 300° C und einem Druck von 10 kg/cm² abs. mit einigen wenigen Prozent Ruß vermischt werden. Es erfolgt dann keine Schaumbildung, und das Gemisch läßt sich noch ausreichend pumpen.

Wenn das Gemisch sofort als Brennstoff verwendet werden soll, muß zur Gewährleistung der Zerstäubung in einem Druckzerstäuber-Brenner die Temperatur auf 350° C und der Druck auf 150 kg/cm² abs. erhöht werden. Eine Homogenisierung des nach der vorstehend beschriebenen Vereinigung erhaltenen Öl-Ruß-Gemisches ist gegebenenfalls erwünscht. In den meisten Fällen werden die Agglomerate jedoch vorzugsweise vor der Vereinigung mit dem Heizöl pulverisiert. Wenn das Gemisch nicht sofort verwendet wird, kann es abgekühlt und bei Erreichung einer Temperatur von weniger als 100° C der Druck abgelassen werden. Wenn das Gemisch später wieder zur Verwendung als Brennstoff vorbereitet wird, muß es unter Druck erhitzt werden. Im allgemeinen wird dieses Verfahren jedoch wegen der damit verbundenen hohen Kosten nicht angewendet, sondern das Gemisch wird vorzugsweise direkt nach seiner Bildung verbrannt. Es ist dann wirtschaftlich vorteilhaft, das Ruß enthaltende Heizöl als den partiell zu oxidierenden Brennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, aus dem das Ruß enthaltende

Gas hergestellt wird, oder als Teil dieses Brennstoffs zu verwenden.

Aus praktischen Gründen erfolgt die Vereinigung des Heizöls mit den Agglomeraten vorzugsweise bei Temperaturen von 100° bis 350⁰C und Drücken von 10 bis 150 kg/cm² abs.

Bei Temperaturen unterhalb 100⁰C ist das Heizöl im allgemeinen zu viskos und oberhalb 350⁰C kann ein thermischer Zerfall erfolgen. Ein Druck von mehr als 150 kg/cm² abs. ist im allgemeinen nicht erfordei iich. Andererseits ist bei anschließender Einspeisung des Ruß enthaltenden Heizöls in einen Druckzerstäuber im allgemeinen ein Druck bis zu 150 kg/cm² abs. erforderlich. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß der Druck nicht allein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht wird, da die anschließende Zerstäubung des Heizöls ohnehin einen hohen Druck erfordert

Das erfindungsgemäße Verfahren führt dazu, daß eine geringe Wassermenge im Heizöl aufgenommen wird. Auf Grund der hohen Temperatur und der turbulenten Strömung in Pumpen und Pipelines wird dieses Wasser homogen im Heizöl-Ruß-Gemisch verteilt und gegebenenfalls in ihm gelöst. Bei Anwesenheit einer ausreichenden Wassermenge wird der Sättigungspunkt erreicht, und ein gegebenenfalls vorhandener Überschuß bleibt feinverteilt. Da gelöster Wasserdampf die Viskosität des Gemisches herabsetzt, stellt dies einen wichtigen Vorteil dar. Wenn bei einem bestimmten Schweröl bei 350⁰C eine Viskosität von 100 Centistokes erreicht wird, kann z. B. die gleiche Viskosität schon bei 316° C erreicht werden, falls das Öl annähernd mit Wasserdampf gesättigt ist.

Eine andere Auswirkung des gelösten Wasserdampfs kann darin bestehen, daß die Viskosität eines bestimmten Heizöls bei einer Temperatur von etwa 350° C gerade unter der für die Zerstäubung kritischen Obergrenze von 100 Centistokes liegt. Ein Überschuß an feinverteiltem, nicht gelöstem Wasser beschleunigt durch die damit verbundene plötzliche Verdampfung sehr kleiner Wassertropfen die Zerstäubung in einem Brenner.

Vorzugsweise werden die Agglomerate und das Heizöl durch Zusatz der Agglomerate zum Heizöl in oder mittels einer kontinuierlich oder absatzweise arbeitenden Druckpumpe bei den gewünschten Druck- und Temperaturbedingungen vereinigt.

Die Agglomerate und das Heizöl können gesondert durch verschiedene Pumpen verdichtet und in eine Mischkammer eingespeist werden, in der die vorgenannte Vereinigung stattfindet. Demgemäß werden die Agglomerate mit dem Heizöl mittels Druckpumpen vereinigt.

Eine andere Möglichkeit besteht in der Vermischung der Agglomerate mit dem Heizöl in einer einzigen Pumpe oder in in Serie geschalteten Pumpen. Die gesamte Agglomeratmenge kann dem Heizöl in einer Stufe in einer einzigen Pumpe über einen gesonderten, oberhalb des Heizöleinlasses auf der Ansaugseite angebrachten Einlaß für die Agglomerate zugesetzt werden. Es ist ebenfalls mö£ti,--h die Agglomeratmenge in mehreren Stufen miuoib verschiedener, in Serie geschalteter Pumpen zuzusetzen.

Die Druckpumpe kann z. B. eine Schneckenpumpe oder eine Drehschieberpumpe sein. Die Agglomerate und das Heizöl können auch gleichzeitig in einem Extruder verdichtet und vermischt werden.

Eine Anlage zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens, besteht aus einem feuerfest ausgekleideten, unverpackten, mit einem Brenner zur Zuspeisung des Brennstoffs und eines oxidierenden Gases ausgestatteten Reaktor ohne Füllkörper, aus einem Kessel zur Abschreckung des aus der partieller Oxidation erhaltenen Rohgases und/oder zum Auswaschen des Rußes aus diesem Gas, aus einer Agglomerationszone zur Agglomeration der in der wäßrigen, aus dem vorstehenden Kessel enthaltenen Ruß-Suspension und zur Abtrennung der gebildeten Agglomerate vom Wasser und aus mindestens einer kontinuierlich oder ahsatzweise arbeitenden Druckpumpe zur Vereinigung der Agglomerate mit dem Heizöl bei erhöhten Temperaturen und Drücken.

Die Druckpumpe kann eine Drehschieberpumpe sein. die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mit einem hannartigen, in einem Gehäuse drehbaren Körper ausgestattet ist, der senkrecht zu seiner Mittellinie eine Bohrung aufweist, in der sich ein Kolben hin- und herbewegen kann, daß das vorgenannte Gehäuse mit einem Einlaß für die zu verdichtenden Agglomerate und mit einem, in einem Winkel von weniger als 180°, gemessen am Umfang des Körperquerschnitts, dazu stehenden Auslaß versehen ist, die beide mit der Bohrung des hahnartigen Körpers verbunden werden können, und daß das Gehäuse weiter mit den vorstehend genannten Ein- bzw. Auslaßöffnungen gegenüberstehenden Hoch- und Niederdruckverbindungen ausgestattet ist.

Die Zeichnungen erläutern diese Anlage.

F i g. 1 ist ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

F i g. 2 stellt einen Schnitt durch eine Schneckenpumpe und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Drehschieberpumpe dar.

In F i g. 1 stellt die Bezugszahl 1 einen Reaktor zur partiellen Oxidation eines Brennstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis mit Hilfe von Sauerstoff oder eines Sauerstoff enthaltenden Gases dar, wobei der Brennstoff über Leitung 2 und der Sauerstoff oder das Sauerstoff enthaltende Gas über Leitung 3 in den Reaktor 1 eingespeist werden. Außerdem kann ein Dampfstrom über Leitung 4 in den Reaktor eingedüst werden. Ein heißes Rohgas wird über Leitung 5 zum Abhitzkessel 6 geleitet, aus dem ein auf etwa 3Ü0°C abgekühlter Gasstrom über Leitung 7 abfließt. Der in den Kessel eingespeiste Wasserstrom 9 wird im Abhitzkessel 6 in Hochdruckdampf umgewandelt und über Leitung 8 abgezogen. Ein Teil des Hochdruckdampfstroms aus Leitung 8 kann über Leitung 4 in den Reaktor 1 zurückgeleitet werden.

Der abgekühlte Gasstrom wird über Leitung 7 in einen über Leitung 11 mit Wasser versorgten Kühler 10 eingespeist und das diesen Koffer verlassende Gas noch einmal in einem Gaswaschkessel 13 innig mit Wasser kontaktiert. Das erforderliche Wasser wird über Leitung 14 in den Gaswaschkessel eingespeist. Das den Gaswaschkessel 13 verlassende Wasser wird, wie schon erwähnt, über Leitung 11 in den Kühler 10 eingeleitet. Über Leitung 15 verläßt ein rußfreier Gasstrom den Gaswaschkessel 13. Über Leitung 16 fließt eine wäßrige Rußsuspension ab, die in der Agglomerationszone 17 mit Hilfe des über Leitung 18 zugespeisten Bindeöls vom Ruß befreit wird. Das erhaltene rußfreie Wasser wird teilweise über Leitung 14 in den Gaswaschkessel 13 zurückgeleitet. Das überschüssige Wasser wird über Leitung 19 entfernt.

Aus der Agglomerationszone 17 werden über Leitung 20 die Agglomerate abgezogen. Diese werden mittels der Druckpumpe 21 verdichtet und in einer Mischkammer 22 unter Druck mit einem über Leitung 23 in die Mischkammer eingespeisten Heizölstrom vereinigt, der ebenfalls verdichtet ist und eine Temperatur von mehr als 100⁰C aufweist. Der Druck des ölstroms 23 kann durch Pumpe 24 erhöht werden, die den ölstrom aus Leitung 25 ansaugt. In bestimmten Fällen ist keine gesonderte Pumpe 24 erforderlich, und es kann dann ι ο auch auf die Mischkammer 22 verzichtet werden.

In der Mischkammer 22 werden die Agglomerate mit dem öl vermischt, wobei keine Schaumbildung stattfinden kann. Wenn erforderlich, können die Agglomerate vorher pulverisiert und/oder homogenisiert werden. Das die Kammer 22 über Leitung 26 verlassende Gemisch kann teilweise über Leitung 2 wieder dem Reaktor 1 zugespeist und auf diese Weise der Ruß in den Reaktor zurückgeleitet werden. Ein Teil des in Leitung 26 fließenden Ruß-Öl-Gemisches kann über Leitung 27 abgezogen und an anderer Stelle verbrannt werden. Das in die Agglomerationszone über Leitung 18 und das von Pumpe 24 über Leitung 25 angesaugte öl kann aus der gleichen Quelle stammen.

Die Vereinigung der Agglomerate mit dem öl bei erhöhten Drücken und Temperaturen kann auch mittels einer Schneckenpumpe durchgeführt werden, wie sie z. B. in F i g. 2 gezeigt wird. In dieser und den folgenden Zeichnungen werden die gleichen Bezugszahlen wie vorstehend verwendet. In einem Gehäuse 28 ist eine Schnecke 29 auf einer Achse 30 angebracht. Der aus der Agglomerationszone 17 über Leitung 20 zufließende Agglomeratstrom wird durch Rotation in entsprechender Richtung (Fig. 1) weiter getrieben und schließlich über Leitung 26 abgeleitet. Heizöl wird über Leitung 23 unter Druck in den letzten Abschnitt des Gehäuses 28 eingeleitet und dort mit den Agglomeraten vermischt. Das Gemisch verläßt das Gehäuse über die vorgenannte Leitung 26.

Ein Beispiel einer Drehschieberpumpe ist in Fig.3 gezeigt. In ihrem Gehäuse 31 kann sich ein hahnartiger Körper 32 drehen, der mit einer Bohrung 33 versehen ist, in der sich ein Kolben 34 hin- und herbewegen kann. Das Gehäuse 31 weist einen Einlaß 35 und einen Auslaß 36 für die Agglomerate auf. Die Hochdruckseite der Pumpe für die Hilfsflüssigkeit ist an der dem Auslaß 36 gegenüberliegenden Stelle 38 mit dem Gehäuse verbunden. Die Niederdruckseite der Pumpe für die Hilfsflüssigkeit ist an der dem Einlaß 35 für die Agglomerate gegenüberliegenden Stelle 39 mit dem Gehäuse verbunden.

In der abgebildeten Stellung wird Bohrung 33 bei Atmosphärendruck mit Agglomeraten gefüllt. Der hahnartjge Körper 32 wird dann gegen den Uhrzeigersinn um 90° gedreht. Der Kolben 34 befindet sich somit vor der öffnung 38, und der Flüssigkeitsdruck von Pumpe 37 treibt den Kolben nach links, was ein Ausfließen der Agglomerate durch den Auslaß 36 in den Mischbehälter 22 zur Folge hat. Anschließend wird der Körper 32 im Uhrzeigersinn um 90° gedreht Die jetzt mit Flüssigkeit gefüllte Bohrung 33 befindet sich dann über der Niederdruckverbindung 39, und die Pumpe 37 saugt die Flüssigkeit zurück. Dies hat eine Abwärtsbewegung des Kolbens 34 bis zu der gezeigten Stellung und eine Füllung der Bohrung 33 mit Agglomeraten zur Folge. Die Pumpe 37 ist mit einem Pufferraum für die zeitweilige Aufnahme der aus Bohrung 33 abgesaugten Flüssigkeit versehen. Die Mischkammer 22 kann, falls erforderlich, durch über Leitung 40 zugespeistes Gas unter Druck gehalten werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufarbeitung der in einem durch partielle Oxidation von Brennstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis gewonnenen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Rohgas dispergierten festen Teilchen, durch eine Kombination folgender Verfahrensschritte: Wasserwäsche zur Entfernung der in dem Rohgas enthaltenen Rußteilchen; Abtrennung des Rußes aus der bei der Wasserwäsche enthaltenen wäßrigen Rußsuspension durch Agglomeration des Rußes mittels Zusatz von Bindeöl und Entfernung der so gebildeten Agglomerate aus dem Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate mindestens teilweise mit Heizöl bei einem Druck von oberhalb 1 kg/cm² abs. und einer Temperatur von mehr als 10ü°C vereinigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereinigung der Rußagglomerate mit dem Heizöl in der letzten Verfahrensstufr bei Temperaturen von 100° bis 350⁰C und Drücken von 10 bis 150 kg/cm² abs. durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rußagglomerate vor der Vereinigung mit dem Heizöl pulverisiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rußagglomerate und das Heizöl in oder mittels mindestens einer kontinuierlich oder absatzweise arbeitenden Druckpumpe vereinigt werden.