DE2640165C2 - Verfahren zum Verringern des Feststoffgehaltes eines durch Partialoxidation eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes hergestellten Synthesegases - Google Patents

Verfahren zum Verringern des Feststoffgehaltes eines durch Partialoxidation eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes hergestellten Synthesegases

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern des Feststoffgehaltes eines durch Partialoxidation eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes hergestellten Synthesegases, das nach Verlassen des Generators beschleunigt und unter Anwendung eines Wasserbades sowie eines mit seitlichem Abzug angeschlossenen indirekten Wermetauschers gekühlt wird. .
Die Erzeugung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendem Misch- oder Synthesegas durch mcntkatalytische Partialoxidation kohlenstoffhaltiger Brennstoffe mit Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft in Anwesenheit von Dampf ist bekannt Die Partialoxidation von normalerweise in flüssiger Form vorliegenden Kohlenwasserstoffen, insbesondere von schweren Heizölen, stellt ein besonders wirtschaftliches Verfahren zur großtechnischen Herstellung von Synthesegas dar. Bei der Partialoxidation wird der flüssige oder feste
Brennstoff mit Sauerstoff und Dampf in einer abgeschlossenen, kompakten Reaktionszone, die weder Katalysatoren noch Füllkörper enthält, bii einer Temperatur im Bereich von etwa 980 bis 176O0C und einem Druck im Bereich von über 8 bar bis 208 bar umgesetzt. Wird mit Kohlenwasserstofföl beschickt, kann dieses teilweise oder vollständig verdampft und mit Dampf vermischt oder darin dispergiert werden. Dazu werden das Kohlenwasserstofföl und der Dampf in der Regel vorgewärmt Sauerstoff wird üblicherweise nicht vorgewärmt, jedoch
kann Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft vorgewärmt werden. Fester Brennstoff wird üblicherweise in Form einer Oi- oder Wasseraufschlämmung oder als Suspension in öl oder Wasserdampf in die Reaktionszone
Der Produktgasstrom besteht überwiegend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff und enthält kleinere Mengen an Kohlendioxid, Dampi, Me'':an und mitgeführtem Ruß, sowie je nach dem Beschickungsstrom ggf. kleine Mengen an Asche in Form von Metalloxiden. Der bei dem Verfahren anfallende Ruß ist in Teilchenform fein verteilt und leicht durch Wasser benetzbar.
Die aus der Gaserzeugungszone austretenden Produktgase enthalten eine große Wärmemenge. Diese Warme kann zur Umwandlung von Wasser in Dampf entweder durch direktes Einleiten des Heißgasstromes in Wasser oder mittels eines entsprechenden Wärmetauschers genutzt werden.
Wenn das Produktgas zum Erzeugen von Wasserstoff durch Konvertierung eingesetzt werden soll, wird es vorzugsweise in entsprechenden Lösch- und Waschzonen unmittelbar mit Wasser in Berüh.-ung gebracht um teilchenförmige Feststoffe auszuscheiden, welche den Konvertierungskatalysator beeinträchtigen. Durch das Lösch- und Waschwasser werden nicht nur Feststoffteilchen aus dem Gasstrom abgeschieden, sondern das Gas wird dabei auch mit Dampf gesättigt was in diesem Falle wünschenswert ist, da H2O für die Konvertierungsreaktion benötigt wird. Durch Einstellen von Temperatur und Druck in der Waschzone läßt sich der Wasserdampfgehalt des in die Konvertierungszone eingeleiteten Gases vorgeben.
Soll das Produktgas zur Methanolsynthese oder als Heiz- oder Treibgas verwendet werden, ist das Löschen der heißen Verbrennungsprcdukte durch Wasser kaum vorteilhaft, und es ist im allgemeinen günstiger, die ϊ Eigenwärme des ganzen Gases oder eines Teiles desselben durch indirekten Wärmeaustausch, etwa über einen
t; r0 Abhitzkessel, zurückzugewinnen. Da das rohe, ungereinigte Produktgas jedoch Ruß und Ascheteilchen enthält,
! darf es nicht unmittelbar in den Abhiukessel eingeleitet werden. Die mitgeführten Feststoffteilchen würden sich
nämlich sonst auf den Wärmetauschflächen absetzen und d_>n Wirkungsgrad des Abhitzkessels rasch herabsetzen. Der Feststoffteilchen- oder Rußgehalt des einem Abhitzkessel zugeführten Gasstroms darf daher im allgemeinen einen Wert von 7.5 g/Nm3 nicht überschreiten. Hinzu kommt, daß beim Einleiten von Brennstoffen, die aschebildende Bestandteile enthalten, wie z. B. beim Einleiten von Petroleumrückstände enthaltenden flüssigen oder festen Brennstoffen, in den Synthesegasgenerator die im Produktgasstrom enthaltenen Ascheteilchen abgeschieden werden müssen, bevor das Gas in den Abhitzkessel eingeleitet wird. Wird somit das Produkigas nicht mit Dampf versetzt, so treten große Schwierigkeiten bei der Gasreinigung auf.
Aus der US-PS 36 87 646 ist es bekannt, Synthesegas beim Verlassen des Gasgenerators durch eine Veren· gung zu führen, wodurch es eine Beschleunigung erfährt. Der Synthesegasstrom verbleibt aber in dem durch die Beschleunigung bedingten Zustand hoher Turbulenz, und es wird eine beträchtliche Menge Feststoffteilchen Ks mitgerissen. Es wird ein einziger Gasstrom aus einem Schlacke-Abscheider abgezogen. Zur weiteren Abtren-
nung von Feststoffteilchen wird daher auch das gekühlte Produktgas durch eine Kohlenstoff-Rückgewinnungs-
einheit geleitet, bevor es aus dem System abfließt Der in der Kohlenstoff-Rückgewinnungseinheit abgeschiedene Kohlenstoff wird dem Einsatzmaterial zur erneuten Beschickung des Gasgenerators zugeleitet.
Die DE-OS 23 25 204 offenbart ein Verfahren zur Betreibung eines Druckreaktors auf solche Weise, daß hohe Gasdurchsätze erzielt werden und die bei der Vergasung zunächst in flüssiger Form auftretende Schlacke nicht der Gefahr des Erstarrens ausgesetzt ist und Schädigungen nachgeschalteter Apparate vermieden werden. Nach
65
Λ- dem Verfahren dieser Offenlegungsschrift werden zwei Fallen zur Abtrennung der Schlacke empfohlen, nämlich
Γ eine ringförmige Barriere im Synthesegas-Reaktorauslaß, ein Eisenbad, und zum anderen ein Wasserbad, das zur
' Abscheidung der restlichen Schlacketeilchen dient Das Produktgas erfährt zunächst eine plötzliche, abrupte
£ Beschleunigung, wenn es in den Stutzen 11 eingepreßt wird, und es erfährt ebenso eine plötzliche und unvermit-
·* telte Abbremsung im Abfluß aus diesem Stutzen. Hierdurch bilden sich Wirbel aus, und es kommt ebenfalls zu
einer turbulenten Strömung, was zu einer Verwirbelung der Feststoffteilchen und sogar zu einer Umkehrung der "i Strömungsrichtung der Schlacken-Feststoffteilchen und deren Abzug zusammen mit dem Produktgasstrom
führt Dieser wird durch einen Brennstoff-Wirbelschichterhitzer und nach Staubentfernung durch einen Abhitzekessel geleitet
Gemäß Fig. 3 der US-PS 29 31 715 wird das Produktgas aus dem Gasgenerator über einen verengten Durchlaß des Gasgenerators in einen Schlackenquencher geführt, bevor es seitlich abgeleitet und in einen Gas-Tauchquencber geschickt wird. Das Verfahren dieser Vorveröffentlichung entspricht im wesentlichen denen der obengenannten, bei denen ebenfalls jeweils nur ein einziger Produktgasstrom abgeleitet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verringern des Feststoffgehaltes eines durch Partialoxidation eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes hergestellten Synthesegases bereitzustellen. Es soll ein von Feststoffverunreinigungen praktisch freies und somit aufgrund seiner Reinheit zum Durchleiten durch einen Wärmetauscher geeignetes Synthesegas geschaffen werden, bei dem weder Flüssigkeitswäsche noch Quenchen erforderlich ist Gleichzeitig soll mit dem ohne Flüssigkeitswäsche erhaltenen Synthesegas verringerten Feststoffgehalts Synthesegas mit Dampfzusatz erzeugbar sein, das zur Konvertierung geeignet ist
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Synthesegasstrom beim Verlassen der Reaktionszone durch eine
Einschnürung beschleunigt hinter der Einschnürung ein Teilgasstrom seitlich abgezweigt und duo"a indirekten
Wärmetausch gekühlt wird, während der Restf^asstrcm durch direkten Wärmetausch gequencht wird -ind beide
|- Gasströme getrennt weitergeleitet werden.
'■ Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
" Der aus der Reaktionszone austretende Gasstrom wird durch eine ausgangsseitig angeordnete Einschnürung
;1 geleitet und hierdurch auf eine Durchsatzgeschwindigkeit von wenigstens 1,5 m/s und vorzugsweise zwischen
,·; 1,5 und 15,0 m/s beschleunigt Hinter dieser Einschnürung befindet sich eine seitliche Öffnung, die mit einer
*i' Abstromieitung verbunden ist durch welche Gas aufgrund seiner niedrigen Dichte abgezogen werden kann,
während die eine verhältnismäßig hohe Dichte aufweisenden Feststoffteilchen ihre Richtung beibehalten, durch
«' Löschwasser benetzt werden und sich am Boden einer Löschkammer absetzen. Der abgezogene Gasstrom ist
■ aufgrund seines niedrigen Feststoffgehalts geeignet, in Kontakt mit Wärmetauscherflächen zu treten.
Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Vet fahrens wird auf die beiliegende Zeichnung verwiesen, die beispielsweise eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung zeigt Wie in der Zeichnung dargestellt werden dem Syathesegasgenerator ein Oxidationsmittel, ein Brennstoff und Dampf zugeführt und in der Reaktionszone desselben zur Reaktion gebracht Der aus dieser austretende und mitgeführte Feststoffteilchen enthaltende Gasstrom wird beim Verlassen der Reaktionszone durch eine Einschnürung geleitet, in welcher die Gasdurchsatzgeschwindigkeit erhöht und gleichzeitig damit die Fortbewegungsgeschwindigkeit der vom Gasstrom mitgeführten Feststoffteilchen gesteigert wird. Von dem in Richtung de:r Löschkammer austretenden Gas wird ein Teil über eine seitliche AbStromleitung abgezogen und in die Rohi,e eines Abhitzekessels eingeleitet Das dem Abhitzekessel zugeführte Kesselspeisewasser wird in Dampf übergeführt, und als Heiz- oder Treibgas geeignetes, abgekühltes Gas tritt aus dem Abhitzekessel aus. Der übrige Teil des Synthesegases tritt in die Löschkammer ein und wird in dieser durch einen Tauchstutzen hindurch in das Löschwasser abgegeben, welches durch einen Löschring in die Löschkammer eingeleitet wird. Die mitgeführten Feststoffteilchen werden vom Löschwasser benetzt und setzen sich am Boden der Löschkammer ab. DureVy den Gasauslaß wird praktisch feststofffreies Gas aus der Löschkammer abgezogen. Das Ruß und Asche enthaltende Wasser der Löschkammer wird aus dl ?ser nach Bedarf abgelassen.
Das Verfahren wird weiterhin anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Als Beschickungsstrom wurde Petrolkoks verwendet, der die in Tabelle 1 angegebene Zusammensetzung aufwies.
Tabelle 1
Der Petrolkoks wurde mit reduziertem kalifornischem Rohöl in eine 46gew.-°/oige Aufschlämmung übergeführt in einer Kugelmühle fein zermahlen und auf eine Temperatur von 100,5° C vorgewärmt. Di&ser vorgewärmte Beschickungsstrom wurde dann in einen packungsfreien Gasgenerator mit einem Fassungsvermögen von 423 dm3 eingeleitet Gleichzeitig wurden in den Gasgenerator Dampf und Sauerstoff von 99,7%iger Reinheit, beide auf eine Temperatur von 175,5° C vorgewärmt, eingeführt, und der Gasgenerator wurde auf einem Druck von 25,.6 bar gehalten. Die Betriebsdaten sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben.
Bestandteil Anteil in Gew.-%
C Ö1.77
H 7,98
N 1,47
S 1.78
O (durch Differenz ermittelt) 4,26
Asche 2,74
Tabelle 2
Periode
HjO/B
SSV
Temp. (° C)
%C
1 2 3 4
0,31 0,31 Oßl 0,45
0,860 0,871 0,874 0,905
290,5
301
300
288
1425
1433
1474
1345
8,2 9,7 8,6 2,0
In Tabelle 2 ist mit H2O/B das Wasser/Brennstaff-Gewichtsverhältnis, mit O/C das Sauerstoff/Kohlenstoff-Atomverhältnis, mit SSV der spezifische Sauerstoffverbrauch in m3 Sauerstoff pro 1000 m3 Wasserstoff plus Kohlenmonoxid, und mit %C der Prozentgehalt des als Ruß oder Kohlenstoffteilchen irn Synthesegas enthaltenen Kohlenstoffs des Ausgangsmaterials bezeichnet
Der durch die auslaßseitige Einschnürung hindurchtretende Gasstrom wurde auf eine Geschwindigkeit von 10,5 m/s beschleunigt. Der Durchmesser der Einschnürung betrug dabei angenähert ein Drittel des Durchmessers der Reaktionszone. Ein Abstrom wurde wie aus der Zeichnung ersichtlich in seitlicher Richtung abgeführt. Der Prozentsatz des durch die Abstromleitung in den Abhitzekessel eingeleiteten Gassiroms, der Kohlenstoffgehalt im Gas-Abstrom und der Prozentsatz an Kohlenstoff im verbleibenden, der herkömmlichen Löschzone oder -kammer zugeführten Gasstrom sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
Tabelle 3
Periode
% Gas im seitl. Abstrom
Kohlenstoffgehalt
im seitl. Abstrom
(g/Nm3)
Kohlenstoffgehalt, Gas zti Löschzone % von iGesamt
1 2 3 4
57,5 1,2
75,8 1,6
69,9 0,5
73,1 1.0
97,8
96,9
98,9
89,9
Eine Analyse des Feststoffgehalts im Abblasstrom aus der Löschkammer ergab dii; folgende Zusammensetzung:
81,23 Gew.-% Kohlenstoff, 2,02 Gew.-°/o Schwefel und 1,5 Gew.-% Asche.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    1 Verfahren zum Verringern des Feststoffgehaltes eines durch Partialoxidation eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes hergestellten Synthesegases, das nach Verlassen des Generators beschleunigt und unter An-
    wendung eines Wasserbades sowie eines mit seitlichem Abzug angeschlossenen indirekten Wärmetauschers gekühlt wird, dadurchgekennzeichnet.daßder Synthesegasstrom beim Verlassen der Reaktionszone durch eine Einschnürung beschleunigt, hinter der Einschnürung ein Teilgasstrom seitlich abgezweigt und durch indirekten Wärmetausch gekühlt wird, während der Restgasstrom durch direkten Warmetauscn gequencht wird und beide Gasströme getrennt weitergeleitet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Synthesegasstromes
    auf wenigstens 1,5 m/s, bevorzugt auf zwischen 1,5 und 15,0 m/s gesteigert wird.
DE2640165A 1975-10-01 1976-09-07 Verfahren zum Verringern des Feststoffgehaltes eines durch Partialoxidation eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes hergestellten Synthesegases Expired DE2640165C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/618,535 US3998609A (en) 1975-10-01 1975-10-01 Synthesis gas generation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2640165A1 DE2640165A1 (de) 1977-04-14
DE2640165C2 true DE2640165C2 (de) 1985-08-14

Family

ID=24478116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2640165A Expired DE2640165C2 (de) 1975-10-01 1976-09-07 Verfahren zum Verringern des Feststoffgehaltes eines durch Partialoxidation eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes hergestellten Synthesegases

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US (1) US3998609A (de)
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