DE2506567A1 - Verfahren zur herstellung eines wasserstoff und kohlenmonoxyd enthaltenden gases - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines wasserstoff und kohlenmonoxyd enthaltenden gases

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DE2506567A1 DE19752506567 DE2506567A DE2506567A1 DE 2506567 A1 DE2506567 A1 DE 2506567A1 DE 19752506567 DE19752506567 DE 19752506567 DE 2506567 A DE2506567 A DE 2506567A DE 2506567 A1 DE2506567 A1 DE 2506567A1
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Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Den Haag, Niederlande
"Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxvd enthaltenden Gases".
Priorität: 18. Februar 1974, Niederlande, Nr. 7402175
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxvd enthaltenden Gases durch unvollständige Verbrennung eines Kohlenwasserstofföls mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in einer ersten Reaktionszone, bei dem mindestens ein Teil des im Rohprodukt enthaltenen Rußes unter trockenen Bedingungen cyclonal abgetrennt wird.
Gemäß einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxvd enthaltenden Gases wird ein Kohlenwasserstofföl in einem Reaktor mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhai· tigen Gas unvollständig verbrannt. Als Zuspeisung für das vorge-
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nannte Verfahren können viele Öle und ölfraktionen, wie Mitteldestillate und leichte und schwere Heizöle und Bitumina verwendet werden. Diese Zuspeisungen können außerdem kohlenstoffhaltige Teilchen, wie Ruß, enthalten. Die Verbrennung kann mittels Luft, mit Sauerstoff oder mit Luft, die mit Sauerstoff angereichert worden ist, durchgeführt werden. Häufig wird zu dem Gemisch im Reaktor Dampf zugesetzt.
Je nach dem Verwendungszweck des Gases könnei. ■■/•♦-"schiedene Nachbehandlungen, wie Abkühlen, Entfernen des Rußes und anderer Feststoffteilchen und Umwandeln bestimmter Komponenten in andere Komponenten, durchgeführt werden. Ein geeignetes Verfahren zur Rußentfernung stellt die cvclonale Abtrennung z.B.mittels Cyclonen, Krümmungsabscheidern oder mittels einer Flügelradeinspeisungs-Einrichtung dar. Auf diese Weise erhält man trockenen Ruß, und es ist wichtig, diesen Ruß auf wirksame und wirtschaftliehe Weise weiterzuverarbeiten.
Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxvd enthaltenden Gases durch unvollständige Verbrennung eines Kohlenwasserstofföls mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in einer ersten Reaktionszone, bei dem mindestens ein Teil des im Rohprodukt enthaltenen Rußes unter trockenen Bedingungen cyclonal abgetrennt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der abgetrennte Ruß durch unvollständige Verbrennung in einer zweiten Reaktionszone mindestens teilweise zu einem Wasserstoff und Kohlenmonoxvd enthaltenden Gas umgewandelt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber bekannten Verfahren, bei denen Ruß zum Hauptreaktor, in dem er gebildet worden ist,zurückgeleitet wird, eine Reihe von Vorteilen auf. Die Betriebsbedingungen der Rußvergasungseinrichtüng können auf bestmögliche Weise dem Zuspeisungstyp angepaßt werden, der offensichtlich sehr kohlenstoffreich ist und sich in seiner Zusammensetzung von der Zuspeisung zum Hauptreaktor unterscheidet. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weist die Rußvergasungseinrichtung keine beschränkte Leistungsfähigkeit auf, so daß eine beliebige Rußmenge verarbeitet werden kann. Dies bedeutet einen besonderen Freiheitsgrad für die Bedingungen, be.i denen die Vergasung im Hauptreaktor durchgeführt werden kann. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist gegen eine Rußbildung im Hauptreaktor nichts einzuwenden, was zu dem erheblichen Vorteil führt, daß eine näher an die für die Bildung von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff erforderliche Menge angenäherte Sauerstoffmenge verwendet werden kann. Demgemäß kann ein vorteilhafteres Verhältnis von erwünschten gasförmigen Produkten zu der erforderlichen Sauerstoff menge angewendet werden, und außerdem wird der gesamte Ruß unabhängig von der gebildeten Rußmenge in wertvolle gasförmige Produkte umgewandelt.
Für die Vergasung von schweren ölen unter herkömmlichen Bedingungen, bei der 3 bis 5 Prozent der Zuspeisung in Ruß umgewandelt werden, sind ungefähr 0,75 Nm Sauerstoff je kg Zuspeisung erforderlich. Werden 15 Prozent der Zuspeisung in Ruß umgewandelt, reicht eine Sauerstoffmenge von 0,65 Nm je kg Zuspei-
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.. 4 sung aus.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß bei Verwendung von Drücken in der Rußvergasungseinrichtung, welche nicht höher als die Drücke sind, bei denen man den Ruß aus dem Cyclonabscheider erhält, der
Ruß in die Rußvergasungsanlage ohne'Erhöhung des Druckes eingespeist werden kann. Das aus der Rußvergasungseinrichtung erhaltene Gas weist dann einen niedrigeren Druck als das Gas aus dem Hauptreaktor auf, was jedoch keinen fundamentalen Nachteil darstellt, weil das Gas aus der Rußvergasungseinrichtung einer anderen Nachbehandlung als das Gas aus dem Hauptreaktor zugeführt werden kann. Es ist außerdem möglich, den Druck des Gasstroms
aus der Rußvergasungseinrichtung zu erhöhen und diesen Gasstrom mit dem Produktgasstrom aus dem Reaktor zu vereinigen. Dies wird vorzugsweise vor der cyclonalen Rußabtrennung durchgeführt, da
in diesem Fall auch der noch aus der Rußvergasungseinrichtung
kommende Ruß zurückgeführt wird.
Bei der cyclonalen Rußabtrennung ist es wünschenswert, einen Abzweigstrom des Gases zur pneumatischen Beförderung des Rußes
zur Rußvergasungseinrichtung zu verwenden. Der Abzweigstrom kann 3 bis 10 Prozent des Gasstroms aus dem Reaktor betragen. Dieses Gas wird nicht abgeleitet sondern im Gemisch mit dem Ruß in der Rußvergasungseinrichtung unter solchen Bedingungen unvollständig verbrannt, daß wieder hauptsächlich Kohlenmonoxyd und Wasserstoff gebildet werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann außer
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Sauerstoff auch Dampf zugespeist werden. Außerdem ist es möglich, einen Teilstrom von dem Zuspeisungsstrom zum Reaktor abzuzweigen und diesen Teilstrom der Rußvergasungseinrichtung als Zuspeisung zuzuführen. Die Rußvergasungseinrichtung kann in diesem Fall unter besser angepaßten Bedingungen betrieben werden, was zu einer erhöhten Stabilität des Betriebs führt. Der vorgenannte Teilstrom kann 10 bis 40 Prozent des gesamten Zuspeisungsstroms zur Rußvergasungseinrichtung betragen.
Die Vergasung des abgetrennten Rußes wird vorzugsweise in einer zweiten Reaktionszone bei Temperaturen von 1000 bis 1500°C, Drücken von 1 bis 150 bar, Verweilzeiten von 1 bis 30 Sekunden, Verhältnissen von Sauerstoff zu Ruß von 0,75 bis 1,1 kg/kg und Verhältnissen von Dampf zu Ruß von 0,2 bis 1,5 kg/kg durchgeführt,
Nach dem Durchströmen der cvclonalen Abscheidezone wird das Produktgas aus dem Hauptreaktor vorzugsweise mit Wasser gewaschen und dadurch kleine, noch nicht vom Gas abgetrennte Rußmengen entfernt. Der dabei abgeschiedene Ruß kann ebenfalls zur Rußvergasungseinrichtung geführt werden, indem man z.B. das rußhaltige Wasser vor der cvclonalen Rußabtrennung in das heiße Produktgas einleitet, wobei das Wasser verdampft und der Ruß wieder der cvclonalen Abtrennzone zugeführt und abgetrennt wird. Bei dieser Rückführung agglomerieren die sehr kleinen Ruß'^eilchen zu größeren Teilchen, die cyclonal abgetrennt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet bei Vergasungsanlagen von
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erheblicher Größe besondere Vorteile. Solche Anlagen bestehen häufig aus mindestens zwei gleichzeitig betriebenen Reaktoren. Der aus allen Primärreaktoren abgezogene Ruß kann dann vereinnigt und zu einer einzigen Rußvergasungseinfichtung geführt werden, was zu einer willkommenen Verminderung der Anzahl von potentiell schmutzigen Stellen in der Anlage führt und eine bestmögliehe Handhabung des Rußteils des Verfahrens ermöglicht.
Bei solchen Anlagen ist jede Primärreaktoreinheit mit einem cyclonalen Abscheider ausgestattet. Außerdem ist es möglich, den Produktgasstrom aus gleichzeitig betriebenen Reaktoren zu vereinigen und den vereinigten Strom der cyclonalen Rußabtrennung zuzuleiten. In beiden Fällen wird der vereinigte Rußstrom einer Rußvergasungseinrichtung zugespeist, die natürlich eine angepaßte große Leistungsfähigkeit aufweist.
Die Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung von mehreren gleichzeitig betriebenen Reaktoren.
In Fig. 1 kennzeichnet die Bezugszahl 1 den Hauptreaktor für die unvollständige Verbrennung. Zu diesem Hauptreaktor werden die Zuspeisung 2, die z.B. aus einer ölfraktion bestehen kann, sauer-
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stoffhaltiges Gas 3 und Dampf 4 zugespeist. Der Auslaß des Reaktors 1 ist mit einem Wärmeaustauschers verbunden, in dem Wasser 6 zu Dampf 7 umgewandelt wird, welcher an anderer Stelle verwendet werden kann. Das gasförmige Rohprodukt verläßt den Wärmeaustauscher 5 als Strom 8, der eine Temperatur von 250 bis 300°C aufweist. In einem oder mehreren Cyclonen 9 wird Ruß 10 von diesem
Gas abgetrennt,und das weitgehend rußfreie Produktgas verläßt
den Cyclon 9 als Strom 11.
Ruß 10 wird zusammen mit einem kleinen Teilstrom des Produktgases im vorliegenden Fall mit einem ungefähr dem Druck am Bodenauslaß des Cyclons 9 entsprechenden Druck zur Rußvergasungseinrichtung 12 geführt. Sauerstoff enthaltendes Gas 13 und gegebenenfalls Dampf 14 und Zuspeisung 15 werden ebenfalls in den Reaktor eingespeist. Die Zuspeisung 15 kann gegebenenfalls aus der gleichen Quelle wie Zuspeisung 2 stammen. Die Rußvergasungseinrichtung 12 ist ebenfalls mit einem Wärmeaustauscher 16 verbunden,
in dem Wasser 17 in Dampf 18 umgewandelt wird. Das gekühlte gas- · förmige Rohprodukt verläßt den Wärmeaustauscher 16 als Strom 19.
In Figur 2 werden gleiche Teile der Anlage durch gleiche Bezugszahlen wie in Figur 1 dargestellt. Fig.2 zeigt eine Gasherstellungseinheit mit drei Reaktoren und angeschlossenen Aufarbeitungsstraßen für das erhaltene Gas. Diese drei Einrichtungen werden
durch die Cyclone 20, 21 und 22 mit den Gaszuführungsströmen 23, 24 und 25, den abgezogenen Gasströmen 26, 27 und 28 und den Rußströmen 29, 30 und 31 dargestellt. Die zu den Cyclonen 20 und 22
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gehörenden Vergasungseinheiten sind in Fig.2 nicht dargestellt, können jedoch mit der teilweise in Verbindung mit Cyclon 21 gezeigten Einheit identisch sein.
Die Rußströme 29, 30 und 31 münden in eine Sammelleitung 32, die zur Rußvergasungseinrichtung 12 führt.
Der aus dem Cyclon 21 abziehende Gasstrom 27 enthält üblicherweise eine geringe Rußmenge. Die vollständige Entfernung des Rußes kann durch Wasserwäsche in der Säule 33 durchgeführt werden. Aus dieser Säule 33 erhält man eine Suspension 34 von Ruß in Wasser. Ein von diesem Suspensionsstrom 34 abgezweigter Teilstrom 35, dem gegebenenfalls frisches Wasser zugesetzt worden ist, wird als Strom 37 zur Säule 33 zurückgeführt. Der andere Teilstrom 38 wird üher eine Eindüsungseinrichtung 39 zu einer Kühl-/ Abtrenneinrichtung 40 geführt. Durch diese Behandlung wird das noch Ruß enthaltende Gas 27 mit dem schon Ruß enthaltenden Waschwasser 38 kontaktiert. Bei dieser Kontaktierungsbehandlung wird schon eine gewisse Rußmenge entfernt. Außerdem wird das Gas dabei abgekühlt. Dabei erhält man einen Strom 41 aus teilweise gewaschenem Gas, der zur Säule 33 geführt, dort gründlich gewaschen und als Strom 42 wieder aus dieser Säule abgezogen wird. Wasser wird zusammen mit dem Ruß aus der Kühl/Abtrenneinrichtung 40 als Strom 43 zur Eindüsungseinrichtung 44 geführt. Es wird dabei nur eine solche Wassermenge verwendet, daß mittels der in Gas 8 gespeicherten Wärme eine vollständige Verdampfung des Wassers stattfindet. Auf diese Weise wird schließlich der gesamte Ruß
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unter trockenen Bedingungen als Strom 30 aus dem Cyclon 21 erhalten.
Das Beispiel erläutert die Erfindung.
Beispiel
In einer Primär-Vergasungseinheit wird ein schweres Heizöl durch partielle Verbrennung vergast.
Das als Zuspeisung verwendete schwere Heizöl weist die nachstehende Zusammensetzung auf:
Gewichtsprozent
C 81,8
H 8,9
O 0,6
N 0,6
S 6,7
Äsche 2,1
Die Vergasung wird bei einer Temperatur von 125O°C und einem Druck von 30 bar durchgeführt. Dabei werden 16 Gewichtsprozent der Zuspeisung in Ruß umgewandelt. Der Ruß weist eine Oberfläche
von 336 m /g und ein Porenvolumen von 0,45 ml/g auf. Dieser Ruß wird in einem zweiten Reaktor (Rußvergasungseinrichtung) durch partielle Verbrennung mit Sauerstoff vergast. Dabei werden die
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nachstehenden Bedingungen angewendet:
Temperatur 11OO°C
Druck 30 bar
Verhältnis von Sauerstoff zu Ruß 0,86 kg/kg:
Verhältnis von Dampf zu Ruß O,5O kg/kg
Verweilzeit 10 Sekunden
Je kg Ruß erhält man 2,23 kg Gas mit der nachstehenden Zusammensetzung:
Volumprozent
H2O 4,8
H2 16,2
CO 70,6
CO2 6,6
CH4 l,j
H2S 0,5 COS + HCN + N„
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    (T) Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gases durch unvollständige Verbrennung eines Kohlenwasserstofföls mit Sauerstoff oder einem sauerstoff haltigen Gas in einer ersten Reaktionszone, bei dem mindestens ein Teil des im Rohprodukt enthaltenen Rußes unter trockenen Bedingungen cvclonal abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der abgetrennte Ruß durch unvollständige Verbrennung in einer zweiten Reaktionszone mindestens teilweise zu einem Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gas umgewandelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    in der zweiten Reaktionszone ein Druck angewendet wird, der den
    unter
    Druck, , dem der Ruß aus der cyclonalen Abtrennung erhalten wird, nicht übersteigt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des aus der zweiten Reaktionszone abgezogenen Gases erhöht und daß dieser Gasstrom mit dem Produktgasstrom aus der ersten Reaktionszone vereinigt wird, bevor dieser der cyclonalen Rußabtrennung unterworfen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der cyclonalen Rußabtrennung ein Gas-Abzweigstrom zur pneumatischen Beförderung des Rußes zur zweiten Reaktionszone
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    - 12 verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet/ daß ein 3 bis 10 Prozent des Gases aus der ersten Reaktionszonc ausmachender \bzweigstrom verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des als Zuspeisung verwendeten Kohlenwasserstofföls in die zweite Reaktionszone eingespeist wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    10 bis 40 Prozent des gesamten als Zuspeisung verwendeten Kohlenwasserstofföls in die zweite Reaktionszone eingespeist werden.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das cyclonal gereinigte Gas durch Wasserwäsche weiter von Ruß gereinigt wird und daß das dabei erhaltene rußhaltige Wasser an einer vor der Wasserwäsche liegenden Stelle mit dem heißen Produktgas aus der ersten Reaktionszone vereinigt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus mindestens zwei gleichzeitig arbeitenden ersten Reaktionszonen abgetrennten Rußströme vereinigt und zur zweiten Reaktionszone zugespeist werden.
    509834/07O7
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktgasströme aus mindestens zwei gleichzeitig arbeitenden ersten Reaktionszoren vereinigt und dann der cyclonalen Rußabtrennung unterworfen werden. r
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß in der zweiten Reaktionszone bei Temperaturen von 1000 bis 1500 C, Drücken von 1 bis 150 bar, Verweilzeiten von 1 bis 30 Sekunden, unter Verwendung von Verhältnissen von Sauerstoff zu Ruß von 0,75 bis 1,1 kg/kg und Verhältnissen von Dampf zu Ruß von 0,2 bis 1,5 kg/kg umgewandelt wird.
    509834/Ώ707
    /ff
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