DE2449448A1

DE2449448A1 - Verfahren zur herstellung von kohlenmonoxid und/oder wasserstoff enthaltenden gasen

Info

Publication number: DE2449448A1
Application number: DE19742449448
Authority: DE
Inventors: Charles Louis Eduar Cornelisse
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1973-10-19
Filing date: 1974-10-17
Publication date: 1975-04-30
Also published as: NL175051C; FR2248232A1; BE820897A; CS201003B2; JPS5067792A; NL7314391A; IN141017B; GB1484593A; FR2248232B1; JPS5817122B2; NL175051B; DE2449448C2

Description

SHELL· INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Den Haag, Niederlande

" Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasen "

Priorität: 19* Oktober 19 73, Niederlande, Nr. 7314391

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasen durch unvollständige Verbrennung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Zuspeisung in einem hohlen Reaktor. Als Kohlenwasserstoffzuspeisung können eine Vielzahl von ölen und ölfraktionen, wie · Mitteldestillate und leichtes und schweres Heizöl, verv/endet werden. Die Zuspeisung kann außerdem feste Teilchen, wie Ruß, enthalten. Die Verbrennung kann mit Luft, mit Luft, die mit Sauerstoff angereichert worden ist oder mit Sauerstoff durchgeführt werden. Manchmal wird Dampf zum Reaktionsgemisch zugesetzt.

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Je nach der Anwendung des hergestellten Gases können verschiedene Nachbehandlungen, wie Abkühlen, Entfernen des Rußes und anderer Feststoffteilchen, Entfernung bestimmter gasförmiger Verunreinigungen und Umwandlung bestimmter Gaskomponenten in andere Materialien, durchgeführt werden.

Es ist natürlich wichtig, eine hohe Ausbeute an erwünschtem Produkt anzustreben und die Bildung von unerwünschten Produkten so gering wie möglich zu halten. Es ist deshalb wichtig, die aus bestimmten Mengen an Zuspeisung und Sauerstoff (Luft) erhaltene Ausbeute an verwendbarem Gas (Wasserstoff und Kohlenmonoxid) zu erhöhen und die Rußbildung zu unterdrücken. Die Erfindung stellt ein dafür geeignetes Verfahren zur Verfügung.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasen durch unvollständige Verbrennung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Zuspeisung in einem hohlen Reaktor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verbrennung bei einem Druck von mindestens 40 bar und einer Verweilzeit des Gasgemisches im Reaktor von mindestens 10 Sekunden durchgeführt wird.

Es ist nicht einfach, die Wirkung von Veränderungen der Reaktionsbedingungen auf das Ergebnis des Verfahrens vorherzusagen, da die Wärmewirtschaft im Reaktor und das Gleichgewicht häufig von solchen Veränderungen beeinflußt werden. Die unvollständige Verbrennung stellt ein exothermes Verfahren dar. Daneben liegen endotherme Reaktionen, wie die Umwandlung von Kohlen-

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stoff in Kohlenmonoxid durch Umsetzen mit Kohlendioxid und die Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus Kohlenstoff und Wasser, vor.

Eine Erhöhung des Druckes bei konstanten ZuSpeisungsmengen und einem unveränderten Reaktorvolumen führt zu einer Verlängerung

erhöhte

der Verweilzeit ohne/Wärmeverluste. Wenn die Verweilzeit ohne Erhöhung des Druckes verlängert ,,wird, nehmen die Wärmeverluste zu, und demgemäß verändert sich die Rußbildung nicht erheblich.

Wenn der Druck ohne Verlängerung der "Verweilzeit erhöht wird, nehmen die Wärmeverluste ab, ^#es werden jedoch die bei erhöhten Reaktordrücken auftretenden erhöhten Reaktionsgeschwindigkeiten unzureichend genutzt.

Niedrige Drücke führen zu niedrigeren Konzentrationen der verschiedenen Reaktionskomponenten als höhere Drücke. Demgemäß ist die Umwandlungsgeschwindigkeit bei höheren Drücken größer als bei niedrigen Drücken. Wird z.B. ein unterhalb 30 bar liegender Druck angewendet, so führt eine Verlängerung der Verweilzeit wegen der niedrigeren Umwandlungsgeschwindigkeit in dem in der Praxis anwendbaren Bereich zu einer praktisch nicht ■ erkennbaren Wirkung.

Bei herkömmlichen Verfahren werden Verweilzeiten von weniger als 10 Sekunden bei einem Reaktordruck von weniger als 40 bar angewendet. Eine Erhöhung des Druckes und der Verweilzeit führt, wie in den folgenden Beispielen gezeigt, zu überraschenden Ergeb- i

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nissen.

Aus praktischen Gründen werden vorzugsweise Drücke von 60 bis bar und Verweilzeiten von höchstens 20 Sekunden angewendet. Oberhalb 250 bar liegende Drücke werden im allgemeinen nicht angewendet, da sie eine zu kostspielige Anlage erfordern wurden.

In einer Versuchsanlage wird ein 800 s (Redwood I) Heizöl mit Sauerstoff unter wechselnden Bedingungen im gleichen Reaktor vergast. Die Zuspeisungsgeschwindigkeit beträgt ungefähr 680 kg/Std., und die Dampfzuspeisung ungefähr 0,5 kg je kg Zuspeisung. Sauerstoff wird in Mengen von 0,70 bis zu 0,76 Nm je kg Zuspeisung zugeführt. Auf diese Weise werden zwei Versuchsreihen durchgeführt, nämlich eine Versuchsreihe I bei einem Druck von 42 bar und einer Verweilzeit von 8,8 Sekunden und eine Versuchsreihe II bei einem Druck von 73 bar und einer Verweilzeit von 14,8 Sekunden.

Die in den Versuchsreihen I und II erhaltenen Ergebnisse sind in der Figur wiedergegeben. Die Mengen an Wasserstoff und Kohlenmonoxid in den Figuren a und b sind in kMol/100 kg Zuspeisung auf der gleichen Skala ausgedrückt und ebenso die Mengen an Wasserstoff und Kohlendioxid in den Darstellungen c und d. Die Methanmenge in Darstellung e ist in Mol/100 kg Zuspeisung und die Menge an Kohlenstoff (Ruß) ebenfalls in Mol/100 kg Zuspeisung, jedoch auf einer anderen Skala, v/iedergegeben. In Darstellung f sind die Mengen an Methan und Kohlenstoff (Ruß) in Mol/100 kg Zuspeisung auf der gleichen Skala wie die Methan-

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menge in Darstellung e dargestellt. Die Kohlenstoffmenge kann deshalb in Darstellung f auf einer anderen Skala als die Kohlenstoffmenge in Darstellung e wiedergegeben werden. Alle Abszissen geben das Verhältnis von Sauerstoff zu Zuspeisung in Nm Sauerstoff je kg Zuspeisung wieder. AUe Produktzusammensetzungen beziehen sieh auf das Wasserdampf enthaltende aus dem Reaktor abziehende Gas.

Aus den Darstellungen a, b, c und d ist ersichtlich, daß eine Zunahme des Druckes und der Verweilzeit nur geringe Auswirkungen auf die Bildung von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid hat, jedoch zu einer erheblichen Abnahme der Bildung von Wasser (Darstellungen c und d) und zu einer erheblichen Zunahme der Wasserstoffbildung (Darstellungen a und b) führt.

Wie aus den Darstellungen e und f ersichtlich, verringert sich

erheblich

nicht nur die Kohlenstoff bildung/, sondern gleichermaßen überraschend auch die Bildung von Methan.

Wird ein Sauerstoff/Zuspeisungsverhältnis von 0,73 angewendet, so werden der Druck von 42 auf 73 bar und die Verweilzeit von' 8,8 auf 14,8 Sekunden erhöht. Dies führt zu einer Erhöhung der Ausbeute an Wasserstoff und Kohlenmonoxid von 12,4 auf 13,1 kg/100 kg Zuspeisung, während die Bildung von Kohlenstoff von 280 auf 20 Mol und die Methanbildung von 70 auf 40 Mol/100 kg Zuspeisung abnehmen. Das erfindungsgemäße Verfahren führt demgemäß zu einer um mehr als 5% höheren Gasausbeute und zu einer um

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fast 90 % geringeren Rußbildung, wenn man von gleichen Mengen an Zuspeisung und Sauerstoff ausgeht. Dies stellt eine außerordentlich bedeutsame Verbesserung dar.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch als ungefähr 8prozentige Abnahme des Sauerstoffverbrauchs für die gleiche Gasausbeute und-als ungefähr 7prozentige- Abnahme des Sauerstoffverbrauchs" für die'gleiche Rußbildung unter Verwendung der gleichen Zuspeisung ausgedrückt werden.

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Claims

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Patentansprüche

/T) Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasen durch unvollständige Verbrennung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Zuspeisung in einem hohlen Reaktor, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung bei einem Druck von mindestens 40 bar und einer Vcrweilzeit des Gasgemisches im Reaktor von mindestens 10 Sekunden durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck von höchstens 250 bar angewendet v/ird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Drücke von 60 bis 75 bar und Verweilzeiten von höchstens 20 Sekunden angewendet werden.

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