DE2449447A1 - Verfahren zur herstellung eines kohlenmonoxyd und wasserstoff enthaltenden gases - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines kohlenmonoxyd und wasserstoff enthaltenden gasesInfo
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Description
SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAÄTSCHAPPIJ B.V.
Den Haag, Niederlande
" Verfahren zur Herstellung eines Kohlenmonoxyd und Wasserstoff
- enthaltenden Gases "
Priorität: 19. Oktober 1973, Niederlande, Nr. 7 314 39Ο
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxyd
und Wasserstoff enthaltenden Gasen durch unvollständige Verbrennung einer kohlenwasserstoffhaltig^ Zuspeisung mit Sauerstoff
oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas in einem hohlen Reaktor, bei dem zumindest ein Teil des im Rohgasprodukt enthaltenen Rußes mittels eines Zyklons entfernt wird.
Gemäß einem bekannten Verfahren wird ein solches Gas durch unvollständige
Verbrennung einer kohlenwasserstoffhaltigen Zuspeisung in einem hohlen Reaktor hergestellt. Als Zuspeisung können
eine Vielzahl von ölen oder Ölfraktionen, wie Mitteldestillate
und leichte oder schwere Heizöle, eingesetzt werden. Diese Zuspeisungen können außerdem Kohlenstoff enthaltende Teilchen,
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wie Ruß,enthalten. Die Verbrennung kann mit Luft, Sauerstoff
oder mit Luft, die mit Sauerstoff angereichert worden ist, durchgeführt
werden. In den meisten Fällen wird dem Reaktionsgemisch Dampf zugesetzt.
Je nach der Anwendung des Gases können verschiedene Nachbehandlungen,
wie Abkühlen, Entfernen des Rußes und anderer Feststoffteilchen, Entfernung von -bestimmten gasförmigen Verunreinigungen
und Umwandlungen von bestimmten Komponenten in andere Komponenten,
durchgeführt werden.
Natürlich ist es wichtig, eine hohe Ausbeute an erwünschten Produkten anzustreben,und demgemäß stellt die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zur Verfügung, mit dem dieses Ziel erreicht werden kann.
Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen durch unvollständige
Verbrennung einer kohlenwasserstoffhaltigen Zuspeisung mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas
in einem hohlen Reaktor, bei dem zumindest ein Teil des im Rohgasprodukt enthaltenen Rußes mittels eines Zyklons entfernt wird,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß der abgetrennte Ruß in eine Verbrennungseinrichtung eingespeist, dort mit einem Überschuß
an Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas verbrannt und das dabei gebildete Verbrennungsgas zum Reaktc
geführt wird.
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Die Verbrennung des abgetrennten Rußes wird mittels eines Sauerstoff
Überschusses durchgeführt, so daß der gesamte Ruß in Kohlendioxyd umgewandelt wird. Auf diese Weise wird ein Verbrennungsgas
gebildet, das in allen Fällen Kohlendioxyd und Sauerstoff, in den meisten Fällen außerdem Wasserdampf und, sofern Luft zur Verbrennung
verwendet worden ist, Stickstoff enthält. Dieses Verbrennungsgas weist hohe Temperaturen auf. Es wird ohne Abkühlen zum
Reaktor geführt·, in dem die unvollständige Verbrennung stattfindet. Der dabei eingespeiste Sauerstoff bildet einen Teil
des für die Gasherstellung erforderlichen Sauer—boffs. Im Reaktor
werden Kohlendioxyd und Wasserdampf vollständig oder zum größten Teil zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff umgewandelt. Auf diese Weise
wird der Ruß vollständig zur Herstellung der erwünschten Gase genutzt, so daß kein Teil der Zuspeisung verlorengeht. Dabei ist
wichtig, daß jede Rußmenge auf diese Weise zurückgeführt werden kann. Es gibt bei diesem Verfahren keine Transport- und Verbrennungsprobleme.
Die Menge an bei der unvollständigen Verbrennung gebildetem RuB hängt von vielen Faktoren ab, wie von der Zusammensetzung
der Zuspeisung, dem Vermischen des Reaktorinhalts, den
Temperaturen des Reaktionsgemisches und der Verweilzeit dieses Gemisches im Reaktor. Natürlich spielt auch das Verhältnis
von Brennstoff zu Sauerstoff eine sehr große Rolle. Bei herkömmlichen Verfahren wird immer ein SauerstoffÜberschuß verwendet.
Wenn die stöchiometrische Sauerstoffmenge verwendet und eine vollständige Umwandlung der Zuspeisung in Kohlenmonoxyd und Wasserstoff
angestrebt wird, so wird dabei Ruß gebildet, was unter anderem auf., das unvollständige Vermischen des Reaktorinhalts zurück-
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zuführen ist. Die Zuspeisung einer größeren Sauerstoffraenge vermindert
die Rußbildung, was jedoch auf Kosten einer erhöhten Bildung von Kohlendioxyd und Wasser geht. Beim erfindungsgemäßen
Verfahren ist jedoch nichts gegen die Rußbildung einzuwenden, was zu dem erheblichen Vorteil führt, daß eine näher an der vorbeschriebenenen
stöchiometrischen Menge liegende Menge an Sauerstoff zuspeisung verwendet werden kann. Vorzugsweise werden die
Bedingungen für die unvollständige Verbrennung im Reaktor so gewählt, daß mindestens 5% und höchstens 15% der Zuspeisung in Ruß
umgewandelt werden. Verglichen mit den bisher in herkömmlichen
Anlagen angewendeten Bedingungen, bei denen für eine schwere Zuspeisung
ungefähr Ι,Ο Ναι Sauerstoff je kg Zuspeisung erforderlich
sind, ist es jetzt möglich·,· mit 0,8 Nm Sauerstoff je kg
Zuspeisung auszukommen. Dies stellt die vorbeschriebene stöchiometrische Menge dar, bei der ungefähr 15 % der Zuspeisung
in Ruß umgewandelt werden. Unter herkömmlichen Bedingungen werden 3 bis 5 % der Zuspeisung in Ruß umgewandelt.
Die Gegenwart einer verhältnismäßig großen Rußmenge im Reaktor fördert außerdem die Umwandlung von Kohlendioxyd und Wasser zu
Kohlenmonoxyd und Wasserstoff. Das erfindungsgemäße Verfahren
zielt auf eine vollständige Umwandlung des Rußes ab.
Da der Reaktorinhalt dadurch auf der höchsten unter den vorherrschenden
Umständen und Bedingungen erreichbaren Temperatur gehalten wird, ist es außerdem von Bedeutung, daß die beim Rußverbrennungsverfahren
erzeugte Hitze vollständig zum Reaktor
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zurückgeführt wird. Dies fördert außerdem die Möglichkeit, eine näher an die stöchiometrische Menge angenäherte Sauerstoffmenge
zum Reaktor zuzuspeisen.
Der Ruß wird vom Rohgasprodukt mittels eines Zyklons abgetrennt.
Der auf diese Weise abgetrennte Ruß kann mittels verschiedener bekannter Einrichtungen zur Verbrennungseinheit transportiert
werden. Vorzugsweise wird dies mittels eines Gasstroms durchgeführt, der einen Teil des den Reaktor verlassenden Rohgasprodukt-Stroms
darstellen kann. Die erwünschten Komponente»; Kohlenmonoxyd
und Wasserstoff in diesem-abgezweigten Strom werden in der
Verbrennungseinheit zusammen mit dem Ruß vollständig- verbrannt, das dabei gebildete Kohlendidxyd und das Wasser jedoch/ wie vor-
>·. aktor
stehend beschrieben, im Re-/t/ieder zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff
umgewandelt.
Um ohne Kompressor für das heiße Gas auszukommen, ist es wünschenswert,
die Verbrennungseinheit mit höherem Druck als den Reaktor zu betreiben. Der abgetrennte Ruß kann dann in die Verbrennungseinheit mittels eines Dampfinjektors eingedüst werden.
In der Rußverbrennungseinheit kann ein-2- bis 5-facher Sauerstoffüberschuß" verwendet werden. Ein Teil des Sauerstoffs oder des
-Sauerstoff enthaltenden.Gases kann in die'Flammenzone der Verbrennungseinheit eingespeist werden. Dies fördert die vollständige
Verbrennung des Rußes.
Das die Verbrennungseinheit verlassende Gas kann feste Teilchen,
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wie Asche, enthalten. Dies hängt von der verwendeten Zuspeisung ab.
Rückstandsbrennstoffe enthalten aschebildende Komponenten.
Die Feststoffteilchen können vom Verbrennungsgas mittels eines
Zyklons abgetrennt werden, bevor dieses Gas zum Reaktor geführt wird. Dies st . χ einen großen Vorteil dar. Wenn der Ruß vom
Rohgasprodukt abgetrennt wird, werden gleichzeitig die Asche- und anderen Feststoffteilchen abgetrennt- Nach der Verbrennung des Rußes können die~Ascheteilchen auf einfache Weise
entfernt werden. Bei diesen Verfahren geht kein Ruß verloren. Die schwierige Abtrennung des Rußes und der Asche in fester Form
wird auf diese Weise·vermieden. Außerdem werden die Ascheteilchen daran gehindert, zum Reaktor zurückzukehren. Demgemäß findet
beinerfindungsgemäßen Verfahren kein Konzentrationsaufbau an
Asche statt.
Nach dem Durchströmen der zur Rußabtrennung verwendeten Zyklone kann das Produktgas in einer späteren^Verfahrensstufe zur Entfernung
noch verbliebener geringer Rußmengen, die im Zyklon nicht vom Gas abgetrennt worden sind; mit Wasser gewaschen v/erden.
Der auf.diese Weise abgetrennte Ruß kann trotzdem in die Verbrennungseinheit
eingespeist werden, z.B. durch Zuspeisen des rußhaltigen Wassers zum heißen Produktgas vor den zur Rußabtrennung
verwendeten ~ Zyklonen*, so daß das Wasser verdampft und der
Ruß wieder zu den Zyklonen zugespeist und auf diese-Weise, wie bisher ,abgetrennt werden kann; Bei diesem Kreislauf werden die
sehr kleinen Rußteilchen zu größeren Teilchen agglomeriert, dir
im Zyklon abgetrennt werden können.
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Die Erfindung wird jetzt anhand der Fig. 1 und 2, die Fließdiagramrae
von-zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen, erläutert.
In Fig. 1 ist der Reaktor für die unvollständige Verbrennung durch
die Bezugszahl 1 gekennzeichnet. Zu diesem Reaktor werden die Zuspeisung 2, das Sauerstoff enthaltende Gas 3 und Dampf 4 zugespeist..
Ein Produktgasstrom 5 verläßt den Reaktor mit hoher Temperatur.
Der Ruß 7 wird· in einem oder mehreren Zyklonen 6 von diesem Gas abgetrennt und das rußfreie Gas als Strom 8 aus dem
(den) Zyklon(en) abgezogen.
Mittels eines kleinen abgezweigten Produktgasstroms (nicht gezeigt)
wird der Ruß 7 zu einer Injektionseinrichtung 9 geführt, durch die mittels Dampf IO mit ausreichend hohem Druck der Ruß
mit dem abgezweigten"Produktgasstrom und dem Dampf in die Verbrennungseinheit
11 eingespeist wird.
Sauerstoff oder das Sauerstoff enthaltende Gas (z.B. Luft) wird
über Leitung 12 zugespeist. Ein von dieser Zuspeisung abgezweigter Strom 13 wird zur Verbrennungseinheit 11 geleitet. Dieser
Strom wird in einen Strom 14 und einen Strom 15 aufgetrennt,
der Strom 14 in den Bodenteil.der Verbrennungseinheit 11 und der Strom 15 in die Flammenzone der Verbrennungseinheit eingespeist.
Das Verbrennungsgas 16 wird zu'einem Zyklon 17 geführt, in dem
die hauptsächlich aus Asche bestehenden Feststoffteilchen als Strom 18 abgetrennt werden. Das gereinigte Verbrennungsgas 19,
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j ; . 2U9U7
das eine große Menge an Sauerstoff und außerdem Kohlendioxyd, Wasser und gegebenenfalls Stickstoff enthält und eine hohe Temperatur
aufweist, wird mit dem Sauerstoff' oder dem Sauerstoff enthaltenden
Gasstrom 20 vereinigt und auf diese Weise der Sauerstoff enthaltende Gasstrom 3 gebildet. ,
Die Bezugszeichen in Fig. 2 sind mit den Bezugszahlen von Fig.
identisch und weisen die gleiche Bedeutung auf.
Das den (die) Zyklon(e) 6 verlassende im wesentlichen rußfreie
Produktgas 21 wird zu ^insr Wascheinrichtung 22 geleitet, die
aus einer Gas/Flüssigkeits-Kontaktböden oder eine oder mehrere
Venturidüsen enthaltenden Säule bestehen kann. Aus der Wascheinrichtung
22 wird eine*Suspension 23 aus Ruß und außerdem Ascheteilchen
in Wasser abgezogen. Von diesem Ableitungsstrom wird ein Strom 24 abgezweigt und über einen Kühler 25 zur Wascheinrichtung
22 zurückgeführt, während der andere Teil des Ableitungsstroms 26 zu einer Verdampfungseinrichtung 27 geführt wird.
Diese kann aus einer Venturidüse bestehen. Die Wärmeenergie des Gases 5 wird teilweise zum Verdampfen des Wassers vom Strom 26
verwendet. Der von der Verdampfungseinrichtung 27 kommende Produktstrom 28 wird zu einem oder mehreren Zyklonen 6 geführt.
Auf diese Weise wird der in dem (den) Zyklon(en) 6 nicht abgetrennte
Ruß gegebenenfalls zur Verbrennungseinheit 11 geführt. Das von Feststoffteilchen befreite Gas wird als Produktstrom
aus der Wascheinrichtung 22 abgezogen.
■.
Der Produktstrom 28 weist noch eine außerordentlich hohe Temperatur
auf. Bevor dieses Gas zur Wascheinrichtung geführt wird, kann
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der größte Teil seiner Wärmeenergie in einem Wärmeaustauscher (nicht gezeigt) , z.B. zur Herstellung von Dampf, benutzt v/erden.
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Claims (9)
- 2U9447PatentansprücheVerfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen durch unvollständige Verbrennung einer kohlenwasserstoffhaltigen Zuspeisung mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas in einem hohlen Reaktor, bei dem zumindest ein Teil des im Rohgasprodukt enthaltenen Rußes mittels eines Zyklons entfernt wird,dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte Ruß in eine Verbrennungseinrichtung eingespeist, dort mit einem Überschuß.an Sauerstoff oder einen Sauerstoff "enthaltenden Gas verbrannt und das dabei gebildete Verbrennungsgas zum Reaktor geführt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unvollständige Verbrennung im Reaktor bei solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß mindestens 5 und höchstens 15 % der Zuspeisung in Ruß umgewandelt werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte Ruß mittels eines Gasstroms zur Verbrennungseinheit geführt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des den Reaktor verlassenden RohgasproduktStroms als Gasstrom zum Transport des abgetrennten Rußes verwendet wird.509818/0815- Ii -
- 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungseinheit bei höheren-Drücken als'der-Reaktor betrieben und der abgetrennte Ruß mittels eines Dampfinjektor in die Verbrennungseinheit eingespeist wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbrennungseinheit ein 2- bis 5-facher SauerstoffÜberschuß verwendet wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Sauerstoffs oder- des Sauerstoff enthaltenden' Gases in die Flammenzone der Verbrennungseinheit eingespeist wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,daß Feststoffteilchen, wie Asche, vom Verbrennungsgas vor seiner Einleitung in den'Reaktor mittels eines Zyklons abgetrennt werden.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem den Zyklon verlassenden Produktgas noch enthaltenen geringen Rußmengen mit Wasser ausgewaschen werden und das Ruß enthaltende Wasser zum Produktgas vor dessen Einspeisen in den (die) Rußabtrennungszyklon (e) zugesetzt wird.509818/0815eerseite
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