DE2539888A1 - Verfahren zur vergasung von fein dispergierte feststoffe enthaltendem oel und einrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Verfahren zur vergasung von fein dispergierte feststoffe enthaltendem oel und einrichtung zu seiner durchfuehrung

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Description

SHFJ.T, INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Den Haag, Niederlande
"Verfahren zur Vergasung von fein dispergierte Feststoffe enthaltendem öl und Einrichtung zu seiner Durchführung"
Priorität: 9· September 1974 - Niederlande - Nummer 7411916
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung von fein dispergierte Feststoffe enthaltendem öl durch partielle Oxydation mit einem gasförmigen freien Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel in einem hohlen Reaktor. Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Das Vergasen von öl durch partielle Oxydation wird heute in der Praxis in großem Maßstab durchgeführt, wobei man Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid enthaltende Gase erhält. Diese Gase können als Ausgangsmaterialien für chemische Synthesen oder chemische Behandlungsverfahren und als Brennstoffe verwendet werden.
Die partielle Oxydation wird häuptsächlich als Reaktion unter
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Flammenerscheinung durchgeführt. Die dabei gebildeten Gase weisen eine hohe Temperatur auf, und es können demgemäß im Reaktor noch Umwandlungen, z.B. mit Dampf, durchgeführt werden. . Gebildete Nebenprodukte, wie Ruß, können ebenfalls zumindest teilweise in gasförmige Produkte umgewandelt werden.
Ruckstandsmineralöl enthält aschebildende Bestandteile. Der Prozentsatz dieser Bestandteile im öl ist jedoch nicht hoch und beträgt im allgemeinen höchstens 0,05 Gewichtsprozent,und in den herkömmlicherweise verwendeten hohlen Reaktoren stellen derartige niedrige Asehegehalte keine Schwierigkeiten dar. Die Ascheteilchen verlassen den Reaktor mit dem Gas und werden aus diesem mittels bekannter Verfahren vor, nach oder während der Abkühlung des Gases entfernt.
Sofern das öl erheblich größere Mengen an fein dispergierten Feststoffen enthält, kann es aufgrund von im Reaktor gebildeten Ablagerungen zu Schwierigkeiten kommen, öl mit einem erheblich höheren Gehalt an fein dispergierten Feststoffen erhält man z.B. aus Teersänden. Diese Teersände kommen an verschiedenen Stellen auf der Erde in sehr großen Lagerstätten vor. In Abhängigkeit von der Art der Verarbeitung dieser Teersände erhält man öle mit einem Feststoffgehalt von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent· Diese Feststoff9 bestehen hauptsächlich aus Sand und Tonteilchen.
öle mit einem hohen Gehalt an fein dispergierten Feststoffen können aueh aus einer Dispersion von Kohle in öl bestehen. Es kann sich dabei um Steinkohle, wie Anthrazit, bituminöse Kohle und ausserdem um Braunkohle und Lignit handeln. Weiter können öle Ruß und
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Koks als Feststoffe enthalten. Solche Dispersionen eignen sich zur Vergasung, da dies einen bequemen Weg zum Komprimieren von festem Brennstoff in einem Reaktor darstellt. Die Feststoffteilchen und insbesondere die verschiedenen Kohlearten enthalten häufig aschebildende Bestandteile.
Es wurde nun gefunden, daß öle mit dem vorbeschriebenen Gehalt an fein dispergierten Feststoffen zur Bildung von Ablagerungen im Reaktor und insbesondere auf der dem Brennstoffeinlaß gegenüberliegenden Wand in solchen Mengen führen, daß der normale Betrieb zur Reinigung des Reaktors in regelmäßigen Abständen unterbrochen werden muß. Die Erfindung stellt jetzt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Verfügung, mittels dem(der) diese Schwierigkeiten vermieden werden können.
Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Vergasung von fein dispergierte Feststoffe enthaltendem öl durch partielle Oxydation mit einem gasförmigen, freien Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel in einem hohlen Reaktor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das gasförmige Oxydationsmittel in den Reaktor unter Strömungsbedingungen eingespeist wird, welche die Bedingung
erfüllen, in der Ve„ die Axialkomponente und V. ev, die Tangential
CLA. U all
komponente der Strömungsgeschwindigkeit des eingespeisten Oxydationsmittels bedeuten.
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Bei einer ölvergasungsanlage wird die als Oxydationsmittel verwendete Luft, der Sauerstoff oder ein Gemisch aus Luft und Sauerstoff üblicherweise unter Rotation um den eingedüsten, fein dispergierten Brennstoff durchgeführt, um die Stabilität der Oxydationsflamme zu verbessern. Im allgemeinen wird das Oxydationsmittel in starke Rotationsbewegung versetzt, da dies das Verwirbeln des Reaktionsgemisches beim Eintritt in den Reaktor erleichtert und demgemäß zu einem Vermischen des Brennstoffes und des Oxydationsmittels führt. Als Ergebnis der starken Verwirbelung.werden die Feststoffteilchen gegen die Viand des Reaktors geschleudert. Solange diese Teilchen hart und nicht klebrig sind, ergeben sich daraus keine Probleme hinsichtlich Ablagerungen und Ansammlungen. Auch das Vorliegen der Feststoffteilchen in geschmolzenem Zustand unter den vorherrschenden Bedingungen.stellt in der Regel kein Problem dar, zumindest nicht für die Seitenwände und die obere Wand des-Reaktors, da die geschmolzene Substanz ausreichend dünnflüssige Konsistenz aufweist und dazu neigt, sich nach unten zu bewegen. Sofern jedoch noch unverbranntes oder nur teilweise verbranntes öl vorliegt, wirkt dieses Material als Klebstoff und führt möglicherweise zur Ablagerung einer klebrigen Substanz mit hohem Feststoffgehalt auf den Reaktorwänden. Wegen der hohen, im Reaktor vorluexTÄCiienden Temperatur werden außerdem die Kohlenwasserstoffe in diesem Material gecrackt und carbonisiert und dadurch zähe, fest anhaftende Ablagerungen gebildet. Die vorgenannte klebrige Substanz führt nicht nur zum Ankleben der aschebildenden Teilchen, wie Ton und Sand, auf den Reaktorwänden, vielmehr kann es auch bei Verwendung einer Dispersion, von Kohle in öl als Brennstoff vorkommen, daß Kohleteilchen nicht vollständig verbrannt worden sind. Unter herkömmlichen Verfahrensbedingungen
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unter Verwendung einer starken Verwirbelung zeigt das Reaktionsgemisch im Reaktor eine äußere Wirbelzone, in der insbesondere im Mittelteil und im oberen Teil des Reaktors eine verhältnismäßig große Menge an teilweise verbranntem öl vorliegt, so daß besonders an diesen Stellen Ablagerungen gebildet werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren führt gegenüber herkömmlichen Verfahren, bei d enen das Verhältnis·
— ungefähr 2 beträgt, zu einer längeren Flamme. Als Ergeb-
Vtan
nis wird die vorgenannte äußere Wirbelzone erheblich verkleinert, so daß die Brennstoffteilchen eine längere Verweilzeit im heißen Gaskörper aufweisen. Die Wahrscheinlichkeit einer Berührung mit der Reaktorwand nimmt ab, und die für die Oxydation zur Verfügung stehende Zeit verlängert sich, so daß praktisch keine klebrigen Substanzen mehr vorliegen, die zu einem Ankleben von Feststoffteilchen an den Reaktorwänden führen können.
Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Verhältnis
Vax von 4 bis 5 verwendet.
Vtan
Es wurde gefunden, daß bei Verwendung des vorgenannten Verhältnisses ein Reaktor mit einem ein herkömmliches Länga zu Durchmesser-Verhältnis von 2 bis 3 trotz der dadurch verursachten längeren Flamme ausgezeichnet arbeitet. Natürlich ist es auch möglich, einen schlankeren Reaktortyp zu verwenden, und insbesondere die Länge des Reaktors an die Länge der Flamme anzupassen. Außerdem
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-D-
ist es je nach der Art des Brenners, der Reaktorkonstruktion und den verwendeten Verfahrensbedingungen immer erforderlich, zur Sicherstellung der Stabilität der Flamme den Wert V. so klein wie möglich zu halten. Dies stellt jedoch einen Teil des heutigen technischen Wissens der Fachleute auf dem Gebiet der Brenner dar.
Das Zusetzen von Dampf zum Reaktionsgemisch im Reaktor wird häufig zur Umwandlung von freiem Kohlenstoff in gasförmige Produkte angewendet. Diese Umwandlung ist endotherm und vermindert die Temperatur im Reaktor. In einigen Fällen wurde gefunden, daß es günstig ist, die erforderliche Dampfmenge mindestens teilweise in Form von Wasser zuzuspeisen, was zu einer weiteren Herabsetzung der Temperatur führt, da in diesem Fall das Reaktionsgemisch ebenfalls zu der für das Verdampfen des Wassers erforderlichen Wärme beitragen muß. Dies kann dazu führen, daß die Ascheteilchen nicht schmelzen und deshalb auch nicht an den Reaktorwänden ankleben.
Das erfindungsgemäße. Verfahren führt dazu, daß alle Feststoffteilchen frei im Raum des hohlen Reaktors vorliegen. Kohleteilchen werden zum größten Teil oder vollständig vergast, während dies bei Ascheteilchen natürlich nicht der Fall ist. Alle verbleibenden Feststoffteilchen verlassen den Reaktor mit dem Produktgas und werden von diesem mittels bekannter Verfahren, wie mittels Cyclonen, Bandabscheidern oder mittels Waschen mit V/asser oder anderen Flüssigkeiten, entfernt.
Weiter betrifft die Erfindung, eine Einrichtung, zur Durchführung des erfindungsgemäßen. Verfahrens, die im wesentlichen aus einem hohlen Reaktor besteht, der eine Einlaß-Einrichtung, aus einem
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Zentralrohr für die ölzuspeisung und einem das Zentralrohr umgebenden Zuspeisungskanal für das Oxydationsmittel aufweist, bei der die Mittelachse des zentralen Rohres und des umgebenden Zuspeisungskanals mit der Mittelachse des Reaktors zusammenfallen und bei welcher der Zuspeisungskanal ein tangential gerichtetes Zuspeisungsrohr für das Oxydationsmittel aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verhältnis von Durchmesser zu Auslaßöffnung des Zuspeisungskanals für das Oxydationsmittel mindestens den Wert 3 aufweist. Dadurch wird das Oxydationsmittel gezwungen, durch verhältnismäßig enge öffnungen auszuströmen. Dadurch wird gegenüber herkömmlichen Konstruktionen, bei denen erheblich weitere Auslaßöffnungen verwendet werden, die Axialkomponente der Geschwindigkeit vergrößert. Es wurde gefunden, daß sich heute übliche. Dimensionen aufweisende Einlaß-Einrichtungen für das Vergasen von Öl so anpassen lassen, daß sie sich auch für das Vergasen von fein dispergierte Peststoffe enthaltenden ölen eignen. Zu diesem Zweck kann ein dünner Überzug aus einem geeigneten Stahl auf die Innenseite des Zuspeisungskanals für das Oxydationsmittel in der Nähe des Auslasses aufgebracht werden.
Die Erfindung wird jetzt anhand der Zeichnungen und der Beispiele näher erläutert.
Pig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung. Fig. 2 zeigt einen detaillierteren Längsschnitt, in dem eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einer herkömmlichen Einrichtung- verglichen wird.
Pig. 1 zeigt nur einen kleinen Teil der Reaktorwand, die mit 1
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gekennzeichnet ist. Die Einlaß-Einrichtung 2 besteht aus einem Zentralrohr 3 zur Zuspeisung des die fein dispergierten Feststoffe enthaltenden Öls. Dieses Zentralrohr ist von einem Kanal 4 für das gegebenenfalls mit Dampf vermischte Oxydationsmittel umgeben. Dieser Kanal ist mit einem tangential gerichteten Zuspeisungsrohr 5 verbunden.Das durch dieses Rohr strömende Gas rotiert um das Rohr 3 in Richtung des Auslasses 6. Das Verhältnis des Durchmessers D von Kanal 4 zum Durchmesser d von Auslaß 6 ist wichtig. Im vorliegenden Beispiel beträgt dieses Verhältnis 4,5· Je größer dieses Verhältnis ist, eine um so größere Axialkomponente der Geschwindigkeit weist das zugespeiste Gas auf. Bei einer herkömmlich konstruierten Einlaß-Einrichtung beträgt dieses Verhältnis weniger als J5· Die Einlaß-Einrichtung, ist außerdem mit einem Wassermantel 7 mit einem Einlaß 8 und einem Auslaß. 9 für das-Wasser ausgestattet.
Fig. 2 zeigt zweimal' die Hälfte der Einlaß-Einrichtung als Längsschnitt. Die linke Seite zeigt eine herkömmliche und die rechte Seite eine erfindungsgemäße Einlaß-Einrichtung. D,, Dp, d. und dp bezeichnen die in Fig. 1 mit D und d bezeichneten Durchmesser. Die Teile 10 und 11 weisen die gleichen Dimensionen auf. Es wird hier gezeigt, daß durch Aufbringen eines Überzugs aus einem geeigneten Stahl 12 und durch eine geringfügige Veränderung des Überzugs 1J> der Durchmesser dg der Düse der Einlaß-Einrichtung kleiner als d, gemacht worden ist und demgemäß
Dp D1
—£— y —±— igt.
In diesem Beispiel beträgt das veränderte Verhältnis 4, während das ursprüngliche Verhältnis vor der Verkleinerung des Durchmes
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sers der Düse einen Wert von 2,9 aufweist.
Beispiele
In einer halbkommerziellen Einrichtung werden eine Reihe von Versuchen mit zwischen 18 und 24 Stunden schwankenden Versuchszeiten durchgeführt. Die Versuche werden unter Verwendung eines Schweröls aus einer Teersandlagerstätte durchgeführt. Dieses Öl weist einen Aschegehalt von 0,64 % auf. Der Aschegehalt des Öls beträgt beim
letzten Versuch 2,1 %. Das öl wird mit auf 400 bis 5000C vorerhitzter Luft vergast. Die Zuspeisung wird vor der Vergasung auf
l60 bis 1700C vorerhitzt. Im Reaktor wird ein Druck von l6 bis 17 bar angewendet und die anderen Versuchsbedingungen, sowie die bei den Versuchen erhaltenen Ergebnisse, sind in der nachstehenden
Tabelle zusammengefaßt.
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Tabelle
Nr. Zuspeisung
kg/h		 Sauerstoff,
Nm5Ag
Zuspeisung		 Dampf,
kg/kg
Zuspeisung		 Tempera- Asche
gehalt
der Brenn-
stoff-Zu-
s pel sung,
kg/h		 Vax Aschegehalt des
den Reaktor ver
lassenden Gases
In % des Asche
gehaltes des zu-
gespelsten Brenn
stoffes
1 174 0,85 0,50 1260 1,11 Vtan 42
2 171 0,85 1,49 1173 1,09 1,9 36
3 146 0,95 - 1179 0,93 1,9 92
CD
O .		 4 163 0,69 1,03 1177 1,04 1,9 7
CD
OO		 5 159 0,70 0,48 1225 1,02 4,3 13
6 167 0,63 0,91 1290 3,52 4,3 0 *>
O
O
CD
CD		 4,3
Wl U) CO OO QO
Wie aus den Versuchen hervorgeht, führt eine Erhöhung des Verhältnisses von
vax
——— auf 4,3 zu einer erheblichen Verminderung des Aschegehalts Vtan
des den Reaktor verlassenden Gases (in % des Aschegehalts des zugespeisten Brennstoffs)* Nach Versuch 3 klebt eine 25 mm dicke
Wand Schicht aus poröser Asche an der oberen/und den Seitenwänden des
Reaktors bis zur Mitte der Seitenwände herab.
Die Temperatur im Reaktor liegt immer unterhalb des Schmelzpunkts der in den verwendeten ölen vorhandenen Asche, welcher ungefähr 13200C beträgt.
Das Zusetzen von Dampf wirkt sich günstig auf die Verringerung des Aschegehalts des den Reaktor verlassenden Gases aus.
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Claims (3)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Vergasung von fein dispergierte Feststoffe enthaltendem öl durch partielle Oxydation mit einem gasförmigen freien Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel in einem hohlen Reaktor, dadurch gekennzeichnet, daß das gasför mige Oxydationsmittel in den Reaktor unter Strömungsbedingungen eingespeist wird, welche die Bedingung
    Vtan
    erfüllen, in der V „. die Axialkomponente und V. „^ die Tangential-
    ax tan
    komponente der Strömungsgeschwindigkeit des eingespeisten Oxydationsmittels bedeuten.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I^ dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Oxydationsmittel in den Reaktor unter Strömungsbedingungen eingespeist wird, welche die Bedingung v
    =4 bis 5 erfüllen.
  3. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch und 2, die im wesentlichen aus einem hohlen Reaktor besteht, der eine Einlaß-Einrichtung aus einem Zentralrohr für die ölzuspeisung und einen das Zentralrohr umgebenden Zuspeisungskanal für das Oxydationsmittel aufweist, bei der die Mittelachse des zentralen Rohres und des umgebenden Zuspeisungskanals mit der Mittelachse des Reaktors zusatamenfallen und bei welcher der Zuspeisungskanal
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    ein tangential gerichtetes Zuspeisungsrohr für das Oxydationsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Durchmesser zu Auslaßöffnung des Zuspeisungskanals- für das Oxydationsmittel mindestens den Wert 3 aufweist.
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    Leerseite
DE2539888A 1974-09-09 1975-09-08 Verfahren zur Vergasung von fein dispergierte Feststoffe enthaltendem Öl durch partielle Oxydation unter Flammenbildung und Einrichtung zu seiner Durchführung Expired DE2539888C2 (de)

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