DE2557684C3 - Verfahren zur Reinigung von Synthesegas - Google Patents

Verfahren zur Reinigung von Synthesegas

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Synthesegas unter Kreislaufführung der im Syntheseabgas enthaltenen Kohlenstoffteilchen.
Nach Verlassen des Synthesegasgenerators besteht das Syntheseabgas im wesentlichen aus CO, H2, CO2, H2O und geringeren Mengen an mitgerissenen Kohlenstoffteilchen. Es ist bekannt, daß die Kohlenstoffteilchen aus dem Abgas in einer Quench- und Waschzone entfernt werden können. Der feinverteilte Kohlenstoff wird dabei mit Wasser benetzt und bildet eine Kohlenstoffteilchen/Wasser-Dispersion.
Um das Synthesegasverfahren wirtschaftlicher zu gestalten, empfiehlt es sich, aus der Kohlenstoff/Wasser-Dispersion klares Wasser zur Wiederverwendung abzutrennen. Diese Abtrennung ist jedoch wegen der br> sehr kleinen Teilchengrößen des Kohlenstoffs schwierig mit normalen Filtermethoden durchzuführen. Wegen der sehr langen Absetzzeiten von etwa 1 bis 2 Tagen ist auch eine Schwerkraftabtrennung unwirtschaftlich. Andere bekannte Verfahren, wie beispielsweise nach US-PS 29 92 906, benötigen große Extraktionsvolumina, die wiederum eine umfangreiche Hilfsausrüstung für die Wiedergewinnungsanlage bedingen.
Andere bekannte Verfahren, die mit zusätzlichem Gas bei der Öl/Kohlenstoff-Dispersion arbeiten, sind wegen der Neigung zur Emulsionsbildung störungsanfällig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die aus dem Syntheseabgasstrom ausgewaschenen Kohlenstoffteilchen möglichst schnell und leicht aus der gebildeten Kohlenstoffteilchen/Wasser-Dispersion abgetrennt werden können und so die getrennte Rückführung von geklärtem Wasser und Kohlenstoffaufschlämmung in den Prozeß ohne größeren Aufwand ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Reinigung von Synthesegas, das neben H2, CO, CO2 und H2O auch mitgerissene Kohlenstoffteilchen enthält, in einer Gaskahl- und -waschzone, wobei eine Kohlenstoff/Wasser-Dispersion gebildet wird, die mit einem flüssigen organischen Extraktionsmittel in einer Menge versetzt wird, die ausreicht, um alle Kohlenstoffteilchen in der Dispersion zu hydrophobieren, worauf die Dispersion in einen geklärten Wasserstrom, der ganz oder teilweise in die Gaswaschzone zurückgeführt wird, und in einen Strom von im Exu aktionsmittel dispergiertem Kohlenstoff zerlegt wird, dann die Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion durch Zentrifugieren in einen dickflüssigen Kohlenstoff-Extraktionsmittelanteil mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 1 bis 10 Gew.-% und in einen dünnflüssigen Anteil mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05 bis 1,0 Gew.-% aufgeteilt wird. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der dünnflüssige Zentrifugenstrom gegebenenfalls entgast und als Teil des organischen Extraktionsmittels für die Kohlenstoff/Wasser-Dispersion in eine Mischzone zurückgeführt wird, wogegen der dickflüssige Zentrifugenstrom nach Zumischen von frischem schweren Kohlenwasserstoffbrennstoff einer fraktionierten Destillation unterworfen und die leichte flüssige Fraktion als Teil des organischen Extraktionsmittels für die Kohlenstoff/Wasser-Dispersion ebenfalls in die Mischzone zurückgeführt wird, wobei das Gewichtsverhältnis von leichter flüssiger Fraktion zu dünnflüssigem Zentrifugenstrom in der Mischzone 0,05 bis 20 beträgt, w und die als Bodenprodukt der fraktionierten Destillation verbliebene Kohlenstoffaufschlämmung abgepumpt und dem Gasgenerator als Teil der Brennstoffeinspeisung zugeführt wird.
Das gereinigte Synthesegas kann beispielsweise bei r> geeignetem Druck und H^CO-Molverhältnis direkt in eine Oxo- oder Oxylsynthese eingegeben werden.
Durch die an sich bekannte Waschung des Abgases können die mitgerissenen Kohlenstoffteilchen in Form einer pumpfähigen Kohlenstoff/Wasser-Dispersion mit 0,5 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff aus dem Abgas entfernt werden. Die Kohlenstoff/Wasser-Dispersion wird mit einem flüssigen, organischen Extraktionsmittel behandelt, um den Kohlenstoff aus dem Wasser abzutrennen. Das Extraktionsmittel besteht vorzugsweise aus einem γ, leichten flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoff mit einem Siedepunkt im Bereich von 37,8 bis 26O0C, einer Dichte Dl? im Bereich von 0,61 bis 0,93 und einer Kohlenstoffzahl im Bereich von 5 bis 16. Beispielsweise besteht es aus mindestens einem der folgenden Stoffe: -,<> Butan, Pentan, Hexan, Gasolin, Kerosin, Naphtha, leichtes Gasöl. Vorzugsweise ist das Extraktionsmittel eine Mischung eines flüssigen, organischen Beiprodukts aus der Oxo/Oxylsynthese.
Die Menge an flüssigem, organischem Extraktions- γ, mittel soll so bemessen sein, daß alle Kohlenstoffteilchen in der Kohlenstoff/Wasser-Dispersion hydrophobiert und in dem Extraktionsmittel aufgenommen werden. Dabei bildet sich in der Regel eine pumpfähige Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion mit 0,5 bis 5 t>o Gew.-% Kohlenstoff. Im Dekanter trennt sich eine geklärte Wasserschicht ab, wird am Boden abgezogen und in die Waschzone zurückgeführt. Die darüber befindliche Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion wird in einer Zentrifugen-Separationszone weiter »,-, konzentriert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Teil des flüssigen Extraktionsmittels in einem Überkopfstrom aus dem Dekanter abgezogen, wodurch die Größe und der Wärmebedarf des Extraktionsabstreifers reduziert werden können. Gleichzeitig wird ein Zentrifugenstrom mit geringem Kohlcnstoffanteil aus der Zentrifuge abgezogen und in den Mischer oder Dekanter bzw. in beide zurückgeführt
Das Zentrifugieren kann mittels bekannter Zentrifugen vorgenommen werden. Verschiedene geeignete Zentrifugentypen sind in Perry's Chemical Engineers" Handbook, 4. Aufl., McGraw Hill, Kapitel 19, Seite 86 -100 beschrieben.
Beispielsweise können Scheibenzentrifugen mit 4000 bis 10 OOOfacher Schwerkraftwirkung betrieben werden. Der Scheibendurchmesser beträgt 17,8 bis 81,5 cm, der Scheibenzwischenraum beträgt 0,381 mm bis 1,27 cm, und die Scheibenzahl variiert zwischen 30 und 130. Der Scheibenhalbwinkel liegt zwischen 35 und 50°.
Der schwere, dicke Zentrifugenstrom wird mit schwerem, flüssigem Kohlenwasserstoffbrennstoff vermischt und die Mischung in einen üblichen Fraktionierturm eingegeben. Das Gewichtsverhältnis von schwerem Kohlenwasserstoffbrennstoff zu leichter Extraktionsmittellösung im Zentrifugenabstrom liegt im Bereich von 0,02 bis 40.
Das Gewichtsverhältnis von leichter, flüssiger Fraktion aus der Destillationszone (eingegeben in den Dekanter) zu dünnflüssigem Zentrifugenstrom (enthaltend Kohlenstoff/Lösungsmittel-Dispersion) in der Mischzone beträgt 0,05 bis 20. In einem Zwei-Stufen-Dekanterverfahren wird vorzugsweise der gesamte dünnflüssige Zentrifugenstrom in der zweiten Stufe in den Dekanter eingegeben. Jedoch wird ein kleinerer Teil, etwa bis zu 25 Gew.-°/o der gesamten Menge zusätzlich in die Mischzone der ersten Stufe eingegeben unter Zusatz von leichter, flüssiger Fraktion. Der dünnflüssige Zentrifugenstrom kann aber auch allein in die erste Stufe eingegeben werden.
Wenn die flüssige, organische Extraktionsmittellösung leichten Kohlenwasserstoffbrennstoff enthält, setzt sich die pumpfähige Kohlenstoffaufschlämmung nach der Destillationszone aus Kohlenstoffteilchen und unverdampftem schwerem Kohlenwasserstoffbrennstoff zusammen. Diese Kohlenstoffaufschlämmung kann in den Synthesegasgenerator als Teil der Brennstoffeinspeisung eingegeben werden.
Für den Fall, daß die flüssige, organische Extraktionslösung eine Mischung aus flüssigem, organischem Beiprodukt aus der Oxo/Oxylsynthese enthält, setzt sich die pumpfähige Kohlenstoffaufschlämmung nach der Destillationszone aus Kohlenstoffteilchen, unverdampftem schwerem Kohlenwasserstoffbrennstoff und unverdampftem leichtem organischem Beiprodukt aus der Oxo/Oxylsynthese zusammen. Diese Kohlenstoffaufschlämmung kann ebenfalls in den Gasgenerator eingegeben werden.
Der schwere Kohlenwasserstoffbrennstoff enthält mindestens einen der folgenden Bestandteile: schwere Destillate, Rückstandsbrennstofföl, Bunkeröl. Der Kohlenstoffgehalt der Bodenaufschlämmung beträgt 0,5 bis 25 Gew.-%. Flüssige organische Beiprodukte der Oxo/Oxylsynthese können in einer Menge von 1 bis 99 Gew.-% mit der Bodenaufschlämmung vermischt werden. Die Mischung wird in den Synthesegasgenerator eingegeben oder als Brennstoff in einem Ofen verbrannt. Das geklärte Wasser aus der Separationszone kann gereinigt und in die Gas-Waschzone zur Waschung des Generatorabgases zurückgeführt werden.
Ein besonderer Vorteil des vorliegenden Verfahrens
besteht darin, daß die Mischung aus flüssigen, organischen Beiprodukten der Oxo/Oxylsynthese in wirtschaftlicher Weise mit der Kohlenstoffaufschlämmung in schwerem Kohlenwasserstoff aus der Destillationszone vermischt und im Gasgenerator als Brennstoff zur Herstellung von zusätzlichen Synthesegas eingesetzt werden kann. Die genaue Zusammensetzung der Mischung hängt von der Reaktion, der Reaktandenart und dem Raffinationsverfahren ab. In Tabelle 1 am Ende der Beschreibung sind die möglichen Zusammensetzungen solcher Mischungen zusammengestellt.
Der Ausdruck »Beiprodukte« schließt flüssige, organische Abfallprodukte aus der Oxo/Oxylsynthese ein, die in der Zusammensetzung in den Tabellen 1 und !! gezeigt sind. Die Zusammensetzung einer typischen Mischung von flüssigen, organischen Beiprodukten aus der Oxosynthese ist in Tabelle III, die Elementaranalyse einer solchen Mischung in Tabelle IV gezeigt.
Pumpfähige Aufschlämmungen des festen, kohlenstoffhaltigen Speisematerials bestehen aus Lignit, Braunkohle und Anthrazitkohle in Wasser oder in einem flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoff. In gleicher Weise können die pumpfähigen Aufschlämmungen aus teilchenförmigem Kohlenstoffruß mit einem geeigneten Trägermaterial aus flüssigem Kohlenwasserstoffbrennstoff oder dessen Rückständen oder flüssigen, organischen Beiprodukten aus der Oxo/Oxylsynthese oder Restbeständen davon hergestellt werden.
Der teilchenförmige Kohlenstoff hat im allgemeinen eine Teilchengröße im Bereich von 0,01 bis 0,5 μ. Der Kohlenstoffanteil im Ruß beträgt 92 bis 94 Gew.-%, 0,1 bis 4 Gew.-°/o sind Schwefel und 3 bis 5 Gew.-% Asche.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die heißen Abgase aus der Reaktionszone des Synthesegasgenerators schnell auf 89,2 bis 3710C durch direktes Quenchen in Wasser in einer Gas-Flüssig-Kontaktzone abgekühlt.
Der Kühlwasserkessel kann direkt hinter der Reaktionszone angeordnet sein. Ein Tauchrohr mit großem Durchmesser beginnt am Fuß der Reaktionszone und endet unterhalb des Wasserniveaus in einer Quenchkammer, die zwischen der Reaktionszone und der Quenchzone als Verbindungskammer angeordnet ist und durch die heiße Produktgase geleitet werden. Die Verbindungskammer dient auch im wesentlichen, um den Druck in den zwei Zonen auszugleichen. Ein konzentrisch um das Tauchrohr angeordnetes Saugrohr, das zu beiden Enden offen ist, bildet einen Ring, durch den Mischungen des gequenchten Gases und Wassers heftig aufsteigen und gegen die Führungsplatte des Reaktorbodens schlagen. Wasser und Gas werden dann in der Quenchkammer außerhalb. des Saugrohres abgetrennt Die Wasserzirkuiation durch das Saugrohr bewirkt eine im wesentlichen konstante Wassertemperatur im gesamten Quenchsystem. Das Quenchwasser aus dem Quenchkessel besitzt dieselbe Temperatur wie der gesättigte Dampf in der Quenchzone.
Kreislaufwasser aus der Kohlenstoffwaschzone wird üblicherweise durch einen Quenchring an der Spitze des Tauchrohres eingeführt, um das Metall an diesem Punkt zu kühlen. Es werden große Dampfmengen im Quenchkessel erzeugt, der mit einem Hochdruckkessel mit hohem Ausstoß verglichen werden kann.
Die turbulenten Bedingungen in der Quenchkammer, die durch die großen Gasvolumina im Ringraum erzeugt werden, unterstützen den Waschvorgang. Feste Bestandteile werden aus dem Abgas herausgewaschen und daraus eine Dispersion von nichtumgewandelten Kohlenstoffteilchen und Quenchwasser gebildet. Weiterhin wird Dampf für nachfolgende Umwandlungsstufen über das Syntheseabgas während des Quenchens > aufgenommen. Solche Quenchkammern sind in US-PS 28 96 927 beschrieben. Alle restlichen festen Bestandteile in dem gekühlten und gewaschenen Syntheseabgas können nach Verlassen der Quenchkammer mittels eines üblichen Venturi- oder Düsenwäschers entfernt
ίο werden (siehe Perry's Chemical Engineers' Handbook, 4. Ausgabe McGraw Hill Comp. 1963, Kapitel 18, Seite 55-56).
Der heiße Abgasstrom aus der Reaktionszone des Synthesegasgenerators wird durch indirekten Wärme-
! 5 austausch in einem Abhitzekesse! auf eine Temperatur von 115,6 bis 37 Γ C abgekühlt. Die mitgerissenen Festkörperteilchen werden durch Kontakt und weitere Abkühlung mit Quenchwasser in einer Gas-Flüssigkeit-Kontaktzone entfernt. Solche Kontaktsysteme bestehen beispielsweise in einem Tauchrohrquenchapparat, in einem Sprühturm, in einer Venturidüse, in einem Düsenwäscher, einem Blasenkontaktor, einer bepackten Kolonne oder in einer Kombination dieser Geräte, siehe z. B. US-PS 29 99 741.
2r> Es ist erwünscht, die Konzentration der Kohlenstoffteilchen im Gaskühl- und -waschstrom im Bereich von 0,5 bis 3 Gew.-% und vorzugsweise unterhalb von 1,5 Gew.-°/o aufrechtzuerhalten. Dadurch bleibt die Dispersion des Kohlenstoffs in Wasser leicht pumpfähig.
jo Die Temperatur in der Waschzone beträgt 82,2 bis 371°C und vorzugsweise 121,1 bis 288°C. Der Druck beträgt 1 bis 250 atm, vorzugsweise mindestens 25 atm. Es ist vorteilhaft, wenn der Druck in der Waschzone gleich dem Druck im Gasgenerator ist und damit kein Druckabfall in der Leitung auftritt.
In einer einstufigen Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens werden die leichten, flüssigen Fraktionen aus der Destillationszone mit einem dünnen Zentrifugenstrom und mit einer Kohlenstoff/Wasser-Dispersion gleichzeitig vermischt, wobei der Kohlenstoff vom Wasser abgetrennt wird. Bei dieser Ausführungsform wird vorzugsweise das flüssige, organische Extraktionsmittel mit der Kohlenstoff/Wasser-Dispersion in einem Verhältnis vermischt, das etwa 10 bis 200mal, insbesondere 20 bis lOOmal, dem Gewicht an teilchenförmigem Kohlenstoff in der Kohlenstoff/Wasser-Dispersion entspricht. Diese Menge reicht aus, um die Kohlenstoffteilchen hydrophob zu machen und eine Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion herzustellen. Man erhält eine pumpfähige Dispersion, wobei die Extraktionsmittellösung etwa 0,5 bis 5 Gew.-% Kohlenstoff und vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
Die Kohlenstoff/Wasser-Dispersion kann mit dem flüssigen Extraktionsmittel in Berührung gebracht werden, beispielsweise durch ein Mischventil, einen statischen Mischer, einen Prallmischer, eine Pumpe, eine Öffnung, eine Düse, einen Propellermischer oder einen Turbinenmischer. Mittels Hochdruck kann auch ein Extraktionsmittel eingesetzt werden, das einen niedrigeren Siedepunkt aufweist Hohe Temperaturen erleichtern die Phasentrennung.
Der vermischte Strom wird in eine Phasenabtrennzone eingeleitet (Dekanter oder Tank), die eine relativ ruhige Absetzzone enthält Hier sinkt das geklärte Wasser durch die Schwerkraft nach unten. Eine Dispersion von Kohlenstoff in leichtem, flüssigen Extraktionsmittel wird auf dem geklärten Wasser
aufgeschlämmt. Das Tankvolumen sollte eine Verweilzeit von mindestens 2 Minuten und vorzugsweise etwa 5 bis 15 Minuten ermöglichen. Der Druck in der Absetzzone oder im Dekanter sollte ausreichen, um das Extraktionsmittel und das Wasser in flüssiger Phase zu ·-> halten. Die Temperatur im Dekanter liegt unterhalb der Temperatur, mit der die Kohlenstoff/Wasser-Dispersion die Waschzone verläßt und die bei Raumtemperatur bis 37 Γ C, vorzugsweise bei 93,3 bis 288° C, liegt.
Geklärtes Wasser wird aus dem Dekanter abgezogen m und zumindest ein Teil im Kreislauf zur Waschzone zurückgeführt. Wahlweise kann zumindest ein Teil der wasserlöslichen Bestandteile aus dem Extraktionsmittel vorher entfernt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfin- r, dungsgemäßen Verfahrens wird das in der ersten Stufe geklärte Wasser nach Expansion und Absenkung des Druckes in eine Gas-Flüssigkeit-Abtrennzone eingegeben und die leichte, gasförmige Fraktion freigesetzt. Das Gas wird unterhalb des Taupunktes gekühlt, um nichtkondensierte leichte Gase, Wasser und wasserlösliche, flüssige kohlenwasserstoffhaltige Verbindungen voneinander zu trennen. Danach wird ein im wesentlichen sauberer Wasserstrom aus der Gas-Flüssigkeit-Abtrennzone abgezogen und in eine Gas-Waschzone zurückgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Kohlenstoff/Wasser-Dispersion in einer ersten Stufe mit flüssigem, organischen Extraktionsmitte! in Berührung gebracht, dann nach Spaltung jo des Gemisches in einen Strom aus geklärtem Wasser und einen Strom aus Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion in einer zweiten Stufe das flüssige, organische Extraktionsmittel zu einer der Oberfläche ben?-hbarten Abtrennzone überführt.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zwei Extraktionsmittel gleichzeitig in zwei Stufen verwendet. In der ersten Stufe wird die Kohlenstoff/Wasser-Dispersion in geklärtem Wasser aufgenommen, wobei sich eine trockene, kohlenstoffhaltige Flockenschicht auf der Wasseroberfläche bildet. Durch Zugabe von flüssigem Extraktionsmittel zur Kohlenstoff/Wasser-Dispersion in einer Menge, die gerade ausreicht, um die Kohlenstoffbestandteile hydrophob zu machen, nicht jedoch, um eine Kohlen- <r, stoff/Extraktionsmittel-Dispersion zu bilden, kann die Abtrennung verbessert werden. Die Kohlenstoffflocken bilden auf dem Wasser eine trockene, nicht agglomerierte Rußschicht.
Das flüssige Extraktionsmittel, das in die Mischzone der ersten Stufe eingegeben wird, besteht zu einem Teil aus einer leichten, flüssigen Fraktion, die mit 0 bis 25 Gew.-% des dünnen Zentrifugenstroms vermischt werden kann. Wahlweise kann zusätzliches Extraktionsmittel aus einer externen Quelle in die Mischzone eingegeben werden.
Die erforderliche Menge an Extraktionsmittel kann an Hand des Schütteltests bestimmt werden. Das Extraktionsmittel wird in kleinen Mengen zur Kohlenstoff/Wasser-Dispersion zugegeben, bis sich Flocken eo auf der Oberfläche des geklärten Wassers bilden. Sobald die Wasserphase klar ist und der Kohlenstoff sich in einer »trockenen« und flockigen Schicht abscheidet, ist die zugesetzte Extraktionsmenge optimal. In der ersten Stufe beträgt die Menge etwa das 1- bis 3fache der Ölabsorptionszahl des teilchenförmigen Kohlenstoffs in der Kohlenstoff/Wasser-Dispersion. Dies entspricht etwa 1,5 bis 10 kg Extraktionsmittel pro kg Kohlenstoff.
Der Bereich liegt eher zwischen 1,5 und unterhalb von 5 kg/kg.
In der zweiten Stufe wird die flockige Kohlenstoffschicht auf der Oberfläche des geklärten Wassers durch horizontales Einleiten eines flüssigen Extraktionsmittels in die Zwischenzone zwischen geklärtem Wasser und teilchenförmigen! Kohlenstoff abgespült, wobei der Kohlenstoff in der Zwischenphase in der leichten, flüssigen Fraktion dispergiert wird. Zumindest ein Teil des Extraktionsmittels besteht aus einem dünnen Zentrifugenstrom, wahlweise mit einem Teil der flüssigen, leichten Fraktion aus der Destillationszone vermischt.
Der grundsätzliche Vorteil dieses Zweistufen-Extraktionsverfahrens liegt in der Vermeidung einer Emulsionsbildung. In der ersten Stufe wird die Kohlenstoff-Wasser-Dispersion aufgelöst und der Kohlenstoff unter Zugabe einer geringen Extraktionsmittelmenge an die Wasseroberfläche aufgeschwemmt. In der zweiten Stufe wird ein zweites Extraktionsmittel zugesetzt in einer sehr viel größeren Menge und bei geringer Vermischung mit Wasser, so daß eine Emulsionsbildung vermieden wird, auch wenn emulsionsbildende Bestandteile anwesend sind.
Der Betrag an flüssigem Extraktionsmittel in der zweiten Stufe reicht aus, um eine Kohlenstoff-Extraktionsmittel-Dispersion mit etwa 0,5 bis 5 Gew.-% Kohlenstoff zu bilden. Die Extraktionsmittelmenge kann etwa das lOfache der in der ersten Stufe benutzten Menge betragen. Das geklärte Wasser wird aus dem Dekanter, wie vorher beschrieben, entfernt.
Die am Kopf des Dekanters abgezogene Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion kann in einer Zentrifuge angereichert und in einen dickflüssigen und einen dünnflüssigen Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersionsstrom aufgeteilt werden. Der dickflüssige Strom hat einen Kohlenstoffgehalt von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 4 — 7 Gew.-%. Der dünnflüssige Strom hat einen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,2 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Gew.-%.
Der dickflüssige Strom wird, vermischt mit etwa 0,02 bis 40 kg, vorzugsweise 0,1 bis 10 kg, frischem, schwerem Kohlenwasserstoffbrennstoff pro kg Extraktionsmittel, in die Destillationskolonne eingegeben. Die pumpfähige Mischung enthält etwa 0,02 bis 40 und vorzugsweise 0,1 bis 10 kg frischen, schweren Kohlenwasserstoffbrennstoff pro kg Extraktionsmittel in dem dicken Zentrifugenstrom.
Bevor der dünnflüssige Zentrifugenstrom in die Misch- und Abtrennzone zurückgeführt wird, kann er zur Entfernung von Abgasen in eine Gas-FIüssig-Trennanlage eingegeben werden. Die Temperatur und der Druck im Dekanter und in der Zentrifugenabtrennzone sind in einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen gleich.
Die pumpfähige Dispersion der Kohlenstoffteilchen im Extraktionsmittel enthält etwa 0,5 bis 5 Gew.-% vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%, Kohlenstoff und wird aus dem Dekanter abgezogen. Die Menge an zugesetztem schwerem Kohlenwasserstoffbrennstoff soll gerade ausreichen, um eine pumpfähige Bodenaufschlämmung der Kohlenstoffteilchen in der Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion für die nachfolgende fraktionierte Destillation zu gewährleisten.
Die Bodenaufschlämmung kann etwa 0,5 bis 25 Gew.-% und vorzugsweise 4 bis 8 Gew.-% Kohlenstoff enthalten.
Wahlweise kann eine Mischung hergestellt werden,
die aus 0 bis 0,25 kg aufbereiteter Extraktionsmittellösung pro kg Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion plus schwerem Kohlenwasserstoffbrennstoff besteht. Diese Mischung wird vorzugsweise auf eine Temperatur von 93,3 bis 316°C aufgeheizt und in die Destillationskolonne eingegeben, aus der eine leichte, flüssige Extraktionsmittelfraktion mit einem Siedepunkt im Bereich von 37,8 bis 37ΓC, insbesondere im Bereich von 65,6 bis 316° C, über Kopf aus der Destillationskolonne abgezogen wird.
Der Druck im Destillationsturm beträgt 1 bis 7,03 kg/cm2. Die Zustandsbedingungen werden so gewählt, daß möglichst keine Fraktionierung des schweren Kohlenwasserstoffbrennstoffs stattfindet. Das über Kopf abgezogene, leichte Fraktionsprodukt besteht entweder aus einem leichten Kohlenwasserstoffbrennstoff oder aus leichtem, organischem Beiprodukt der Oxo/Oxylsynthese, die dann allein das flüssige, organische Extraktionsmittel enthält. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Destillationskolonne so eingestellt werden, daß das Überkopfprodukt aus 0,1 bis 25 Gew.-% des leichten Kohlenwasserstoffbrennstoffs und der Rest aus flüssigen, organischen Beiprodukten der Oxo/Oxylsynthese besteht. In einer weiteren Ausführungsform kann die im Kreislauf geführte leichte Fraktion aus einem flüssigen, organischen Extraktionsmittel der in den Tabellen I und II angegebenen Zusammensetzung bestehen.
Die organische Fraktion wird aus dem Fraktionierturm abgezogen, gekühlt, verflüssigt und in die Mischzone zurückgegeben.
Obgleich das vorliegende Verfahren besonders geeignet ist zur Entfernung der dispergierten Kohlenstoffteilchen aus einer Kohlenstoff/Wasser-Dispersion, die durch Waschen des Generatorabgases hergestellt worden ist, kann es in ähnlicher Weise auch in vielen anderen Kohlenwasserstoff-Vergasungsverfahren verwendet werden.
Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren an Hand von drei Beispielen und zwei Zeichnungen näher erläutert werden. F i g. 1 zeigt die schematische Wiedergabe einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Anlage, Fig.2 das Fließschema einer weiteren Ausführungsform. Die Mengenangaben beziehen sich auf stündlichen Durchsatz.
Beispiel 1
Der Dekanter 15 (siehe Fig. 1) wird in einem einstufigen Verfahren betrieben. Das Extraktionsmittel besteht aus einem !eichten Kohlenwasserstoffbrennstoff. 6540 kg einer Kohlenstoff/Wasser-Dispersion, die 65,4 kg teilchenförmigen Kohlenstoff aus einer Gas-Waschzone enthalten, werden bei einer Temperatur von 121,1°C durch Leitung 1 eingegeben und über das Mischerventil 2 mit 4850 kg eines leichten Kohlenwasserstoffbrennstoffs aus Leitung 3 vermischt, das etwa 1300 kg einer leichten Brennstoffreaktion aus Leitung 4 und 5 und 3550 kg eines dünnflüssigen Zentrifugenstroms aus Leitung 10 enthält Der leichte Kohlenwasserstoffbrennstoff besteht aus Naphtha (ASTM D 288), der dünnflüssige Zentrifugenstrom enthält dispergierte Kohlenstoffteilchen.
Die Mischung wird durch Leitung 14 in den Dekanter 15 eingegeben. Bei 25 atm findet hier eine Trennung der Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion vom geklärten Wasser statt Das Wasser setzt sich am Fuß des Dekanters 15 ab und wird über Leitung 16 abgezogen. Falls erforderlich, wird in Leitung 16 das Wasser gereinigt und zur Gaskühl- und -waschzone zurückgeführt. Ein Teil kann aus dem System abgezogen und durch Frischwasser ersetzt werden. 4850 kg des leichten Brennstoff-Extraktionsmittels werden zusammen mit 65,4 kg teilchenförmigen! Kohlenstoff als Dispersion am Kopf des Dekanters 15 über Leitung 17 abgezogen und in einen Zentrifugenseparator 18 vom Scheibentyp
ίο eingegeben. Die Drehzahl des Zentrifugenseparators beträgt etwa 9500 Umdrehungen pro Minute.
3550 kg eines dünnflüssigen Zentrifugenstroms aus leichtem Brennstoff-Extraktionsmittel und teilchenförmigen! Kohlenstoff wird aus der Zentrifuge 18 über Leitung 19 abgezogen und in den Sammeltank 8 eingegeben. Abgas wird über Leitung 20 abgezogen.
1370 kg eines dickflüssigen Zentrifugenstroms aus 65,4 kg teilchenförmigem Kohlenstoff und dem Rest aus Extraktionsmittel werden aus der Zentrifuge 18 über Leitung 24 abgezogen und in Leitung 25 mit 3710 kg eines schweren Kohlenwasserstoffbrennstoffs, der eine Dichte Dl! von 1,06, einen oberen Heizwert von 9910 kcal/kg und eine Elementaranalyse (in Gew.-%) von C 81,2; H 11,4; N 0,5; S 3,3; O 3,5 und Asche 0,2 besitzt, aus Leitung 26 vermischt. Die Mischung wird aus Leitung 25 in den Fraktionierturm 6 eingegeben.
Die Verfahrensbedingungen im Fraktionierturm 6 werden so gewählt, daß im wesentlichen kein schweres Heizöl mit der leichten Fraktion über Leitung 27 abgezogen wird. Vielmehr wird im wesentlichen der gesamte schwere Brennstoff am Fuß der Kolonne durch Leitung 28 als pumpfähige Kohlenstoffaufschlämmung mit 65,4 kg Kohlenstoffteilchen abgezogen. Der Druck im Fraktionierturm beträgt etwa 1 kg/cm2.
Aus dem dickflüssigen Zentrifugenstrom wird der Anteil an leichtem Brennstoff-Extraktionsmittel in der Destillationskolonne 6 verdampft und als kohlenstofffreier Strom durch Leitung 27 über Kopf abgezogen. Es werden 1635 kg leichtes Brennstoff-Extraktionsmittel erhalten, die im Wärmeaustauscher 29 gekühlt, kondensiert und durch Leitung 30 in einen Flüssig-Flüssig-Separator 31 eingegeben werden. Das Wasser wird vollständig durch Leitung 32 abgezogen. Die Mischung aus leichtem Brennstoff-Extraktionsmittel wird über Pumpe 33 in Leitung 35 gepumpt, wo 1300 kg der Mischung über Leitung 4,5 und 3 in die Mischzone 2 als Teil des im Einstufenverfahren eingesetzten Oxtraktionsmittels zurückgeführt werden. Die restlichen 329 kg der Mischung werden durch Leitung 36 in die Destillationskolonne 6 zurückgegeben. Das Kreislaufverhältnis für die Destillationskolonne 6 beträgt 0,05 bis 0,5 kg Rückfluß in Leitung 36 pro kg Extraktionsmittel bei der Kolonnenspeisung in Leitung 25.
Ein Teilstrom aus der Kolonne 6 wird über Leitung 40 durch Wiedererhitzer 41 geführt, wo die Temperatur des Teilstroms auf die gewünschte Verdampfungstemperatur der Oberkopffraktion angehoben wird. Der Teilstrom wird dann in die Kolonne 6 durch Leitung 42 zurückgeführt
Die am Boden der Kolonne 6 befindliche Kohlenstoff/Öl- Aufschlämmung besteht aus 3710 kg schwerem Heizöl und 65,4 kg teilchenförmigem Kohlenstoff, die zusammen über Leitung 28 und Pumpe 43 in die Reaktionszone des Synthesegasgenerators als Teil des Brennstoffs gefördert werden.
Es ist vorteilhaft, einen Teil der frischen Mischung eines flüssigen organischen Beiproduktes der Oxo/Oxylsynthese in Leitung 53 durch Ventil 54 und Leitung 55 in
Leitung 45 einzugeben, wo es mit der Kohlenstoff/öl-Aufschlämmung aus Leitung 44 vermischt wird. Diese verbesserte Brennstoffmischung wird dann durch Leitung 46 und 48 in den Synthesegasgenerator als zumindest ein Teil der Einspeisung eingegeben. Wahlweise wird ein Teil der Mischung in Leitung 45 in einen Ofen über Leitung 56, Ventil 57 und Leitung 58 eingegeben.
Auf diese Art und Weise werden 814 kg des organischen Beiproduktes aus der Oxosynthese aus Leitung 53 in Leitung 45 mit 3770 kg einer Aufschlämmung von Kohlenstoff in schwerem Heizöl aus Leitung 44 vermischt. Die Mischung wird in den Synthesegasgenerator als Brennstoff eingegeben und mit 4350 kg Sauerstoff (99,5 Mol-% O2) und 1980 kg Dampf umgesetzt.
Beispiel 2
Ein flüssiges, organisches Extraktionsmittel mit der in Tabelle III gezeigten Zusammensetzung wird in einen Synthesegasgenerator eingegeben und partiell oxydiert. Nach Entfernung der wasserlöslichen Verbindungen hat das erhaltene Synthesegas folgende Zusammensetzung (in Mol-%): CO 41,00; H2 42,22; CO2 4,39; H2O 11,26; CH4 0,21; ArO1Il; N2 0,12; H2S 0,66 und COS 0,03. In einer Reinigungsstufe werden Säuregase und Kohlenstoffteilchen entfernt und das Synthesegas verdichtet zur Eingabe in die Oxosynthese.
Entsprechend F i g. 2 werden aus einer Waschzone 6540 kg einer Kohlenstoff/Wasser-Dispersion, die 65,4 kg Kohlenstoffteilchen enthält, bei einer Temperatur von 121,1°C durch Leitung 1 eingegeben und über ein Mischerventil 2 mit 4850 kg eines organischen Extraktionsmittels aus Leitung 5 vermischt. Das organische Extraktionsmittel besteht aus 3550 kg eines dünnflüssigen Zentrifugenstroms und 1300 kg einer leichten Überkopf-Fraktion aus einer Mischung von organischen Beiprodukten der Oxosynthese.
Diese Mischung wird durch Leitung 6 in einen Dekanter 7 eingeleitet, in dem eine Trennung der Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion vom geklärten Wasser bei einem Druck von 25 atm stattfindet. Das geklärte Wasser wird am Boden des Dekanters 7 über Leitung 8 abgezogen. 4850 kg Extraktionsmittel mit 65,4 kg Ruß werden aus dem Dekanter durch Leitung 9 abgezogen und in einer üblichen Zentrifuge 80 mit 9500 UpM zentrifugiert.
Man erhält 3550 kg eines dünnflüssigen Zentrifugenstroms, der über Leitung 81 in den Sammeltank 72 eingegeben wird, aus dem sich abscheidende Abgase über Leitung 82 abgezogen werden. Die Dispersion aus Kohlenstoffteüchen und Extraktionsmittel wird durch Leitung 73 über Pumpe 74 und das Mischerventil 2 zurückgeführt
Der erhaltene dickflüssige Zentrifugenstrom, der 65,4 kg Kohlenstoffteüchen und 1300 kg des organischen Extraktionsmittels enthält, wird über Leitung 85 in Leitung 86 mit einer Mischung aus organischen Beiprodukten der Oxosynthese vermischt Die Beiprodukte werden über Leitung 15,87, Ventil 88 und Leitung 89 in das System eingespeist Die Mischung wird in Leitung 19 mit 3710 kg eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs, z. B. eines schweren Heizöles, das durch Leitung 20 eingegeben wird, vermischt und dann zur Destillationskolonne 21 überführt
Die Verfahrensbedingungen in der Destillationskolonne 21 werden so gewählt, daß im wesentlichen kein schwerer Kohlenwasserstoffbrennstoff in der leichten Fraktion des Überkopfproduktes gefunden wird. Vielmehr wird im wesentlichen der gesamte ι schwere Brennstoff am Boden der Kolonne 21 als pumpfähige Kohlenstoffaufschlämmung durch Leitung
44 abgezogen. Die pumpfähige Aufschlämmung enthält 65,4 kg Kohlenstoff und im wesentlichen keine unverdampften Reste von organischen Beiprodukten der
in Oxosynthese. Der Druck in der Destillationskolonne beträgt 1 atm. Es werden 1550 kg des organischen Extraktionsmittels in der Destillationskolonne 21 verdampft, über Kopf durch Leitung 22 abgezogen, im Wärmeaustauscher 23 abgekühlt und kondensiert und
ι -, durch Leitung 24 in einen Flüssig-Flüssig-Separator 25 eingegeben. Durch Leitung 34 wird Wasser und über Pumpe 36 durch Leitung 37 das organische Extraktionsmittel abgepumpt. 1300 kg davon werden durch Leitung 38,39,78 und 5 über das Mischerventil 2 in die Leitung 6 zurückgeführt. Der Rest wird aus Leitung 37 durch Leitung 40 in die Destillationskolonne 21 zurückgeleitet. Das Kreislaufverhältnis für die Destillationskolonne 21 beträgt 0,05 bis 0,5 kg Rückfluß pro kg Kolonneneinspeisung.
r, Ein Teil wird über Leitung 41 aus der Kolonne 21 abgezogen, durch den Wiedererhitzer 42, wo der Teilstrom auf die gewünschte Verdampfungstemperatur der Überkopffraktion erhitzt wird, und durch Leitung 43 in die Kolonne 21 zurückgeführt. Die am Boden der
in Kolonne 21 befindlichen 3770 kg Kohlenstoff/Öl-Aufschlämmung werden über die Leitung 44 und die Pumpe
45 in die Reaktionszone des Synthesegasgenerators als Teil der Einspeisung eingegeben. Wahlweise wird ein Teil der Mischung in Leitung 47 über Leitung 54, Ventil
3-) 55 und Leitung 56 als Brennstoff in einen Ofen eingegeben.
Beispiel 3
Der Dekanter 7 wird in einem zweistufigen Verfahren betrieben. Im übrigen gelten die gleichen Verfahrensbedingungen wie in Beispiel 2.
Entsprechend dem Fließschema in F i g. 2 werden 19,7 kg einer Mischung aus kohlenstofffreien, organischen Beiprodukten aus der Oxosynthese als Teil der Überkopffraktion der Destillationskolonne 21 in den Mischer 2 über Leitung 38, 39, 78 und 5 zusammen mit 6540 kg einer Kohlenstoff/Wasser-Dispersion aus Lei-
-,o tung 1 eingegeben. Die Menge an Extraktionsmittel reicht aus, um die Kohlenstoffteüchen hydrophob zu machen und eine im wesentlichen trockene, flockige Kohlenstoffschicht zu erhalten. In der zweiten Stufe werden 4850 kg Extraktionsmittel über Leitung 60 in den Dekanter nahe der Kohlenstoff/Wasser-Trennschicht eingegeben, wobei die Kohlenstoffteüchen unter Bildung einer Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion aufgeschlämmt werden. Die Dispersion wird aus Leitung 9 abgezogen. Das flüssige Extraktionsmittel in Leitung 60 enthält 1300 kg organische Beiprodukte der Oxosynthese und 3550 kg eines dünnflüssigen Zentrifugenstroms. Wahlweise wird entweder ein dünnflüssiger Zentrifugenstrom über Leitung 75 oder eine leichte Fraktion aus Leitung 38 über das Mischerventil 2 mit
b5 oder ohne Zumischung eines anderen Stroms in die erste Stufe, die zweite Stufe oder in beide Stufen des Dekanters 7 gleichzeitig als zumindest ein Teil des flüssigen organischen Extraktionsmittels eingegeben.
13
'5 57 684
14
Tabelle
Bestandteile der flüssigen, organischen Beiprodukte der Oxo- oder Oxyl-Proze^se
Gruppe
Alkohol
Aldehyde Ketone Äther Säure Olefin gesättigte Kohlenwasserstoffe Wasser
Tabelle II
Elementaranalyse der flüssigen, organischen Beiprodukte der Oxo- oder Oxyl-Prozesse
Gew.-%
Tabelle III
Zusammensetzung einer typischen Mischung von flüssigen, organischen Beiprodukten aus der Oxo-Synthese
Kohlenstoff- Gew.-% 1 Ester Gew.-%
bereich κι Äther 56
Cj bis C16 2 bis 75 Aldehyde 20
Qs bis C8 5 bis 70 Ketone 5
C, bis Ci„ O bis 25 Säure 5
C1 bis C16 O bis 25 gesättigte Kohlenwasserstoffe 5 und weniger
C6 bis C8 O bis 50 15 Olefine 1 und weniger
C3 bis C16 O bis 10 Alkohole 1 und weniger
C5 bis C15 O bis 50 Wasser 5
C5 bis C8 O bis 50 2
C bis C28 O bis 15
Tabelle IV
Elementaranalyse einer typischen Mischung von flüssigen, organischen Beiprodukten aus der Oxo-Synthese
Gew.-%
Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff
etwa 55 bis etwa 5 bis etwa 3 bis Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff
69,2 12,0 18,8
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Reinigung von Synthesegas, das neben H2, CO, CO2 und H2O auch mitgerissene Kohlenstoffteilchen enthält, in einer Gaskühl- und -waschzone, wobei eine Kohlenstoff/Wasser-Dispersion gebildet wird, die mit einem flüssigen organischen Extraktionsmittel in einer Menge versetzt wird, die ausreicht, um alle Kohlenstoff teilchen in der Dispersion zu hydrophobieren, worauf die Dispersion in einen geklärten Wasserstrom, der ganz oder teilweise in die Gaswaschzone zurückgeführt wird, und in einen Strom von im Extraktionsmittel dispergiertem Kohlenstoff zerlegt wird, dann die Kohlenstoff/Extraktionsmittel-Dispersion durch Zentrifugieren in einen dickflüssigen Kohlenstoff-Extraküionsmittelanteil mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 1 bis 10 Gew.-% und in einen dünnflüssigen Anteil mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05 bis 1,0 Gew.-% aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der dünnflüssige Zentrifugenstrom gegebenenfalls entgast und als Teil des organischen Extraktionsmittels für die Kohlenstoff/Wasser-Dispersion in eine Mischzone zurückgeführt wird, wogegen der dickflüssige Zentrifugenstrom nach Zumischen von frischem schweren Kohlenwasserstoffbrennstoff einer fraktionierten Destillation unterworfen und die leichte flüssige Fraktion als Teil des organischen Extraktionsmittels für die Kohlenstoff/Wasser-Dispersion ebenfalls in die Mischzone zurückgeführt wird, wobei das Gewichtsverhältnis von leichter flüssiger Fraktion zu dünnflüssigem Zentrifugenstrom in der Mischzone 0,05 bis 20 beträgt, und die als Bodenprodukt der fraktionierten Destillation verbliebene Kohlenstoffaufschlämmung abgepumpt und dem Gasgenerator als Teil der Brennstoffeinspeisung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige, organische Extraktionsmittel mit der Kohlenstoff-Wasser-Dispersion in einem Verhältnis vermischt wird, das etwa 10-200mal dem Gewicht an teilchenförmigen! Kohlenstoff in der Kohlenstoff-Wasser-Dispersion 4r> entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Vermischung der Kohlenstoff-Wasser-Dispersion mit dem flüssigen, organischen Extraktionsmittel und Spaltung in einen Strom aus geklärtem Wasser und einen Strom aus Kohlenstoff-Extraktionsmittel-Dispersion in einer ersten Stufe dann in einer zweiten Stufe das flüssige, organische Extraktionsmittel zu einer der Wasseroberfläche benachbarten Abtrennzone überführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweistufigen Verfahren in der Mischzone im ersten Schritt ein organisches Extraktionsmittel eingesetzt wird, das aus einer leichten, flüssigen Fraktion in Zumischung von 0—25 Gew.-% des dünnflüssigen Zentrifugenstroms besteht, während im zweiten Schritt ein organisches Extraktionsmittel eingesetzt wird, das zumindest einen Teil des dünnflüssigen Zentrifugenstroms und weiterhin einen Teil der leichten Fraktion aus der fraktionierten Destillation enthält
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der ersten Stufe geklärte Wasser nach Expansion und Absenkung des Druckes in eine Gas-Flüssigkeit-Abtrennzone eingegeben und die leichte, gasförmige Fraktion freigesetzt wird, danach ein im wesentli- -chen sauberer Wasserstrom aus der Gas-Flüssigkeit-Abtrennzone abgezogen und in eine Gas-Waschzone eingegeben wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige, organische Extraktionsmittel aus einem leichten, flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoff mit einem Siedepunkt im Bereich von 37,8 bis 2600C, einer Dichte DS, im Bereich von 0,61 bis 0,93 und einer Kohlenstoffzahl im Bereich von 5 bis 16 besteht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Extraktionsmittel eine Mischung eines flüssigen, organischen Beiproduktes aus der Oxo/Oxylsynthese ist.
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