DE69405841T2

DE69405841T2 - Energiewirksame Filtration von Synthesegas Kühl- und Waschwässern

Info

Publication number: DE69405841T2
Application number: DE69405841T
Authority: DE
Inventors: Joanne Louise Hilton; Erwin Abraham Reich; Frederick Bonner Seufert
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2014-09-02
Also published as: EP0648828B1; US5415673A; JPH07179867A; EP0648828A3; DE69405841D1; EP0648828A2; CN1104991A; JP3833728B2; CN1037503C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von abgekühlten und gereinigten gasförmigen Mischungen, die H&sub2;, CO, CO&sub2; und H&sub2;O umfassen, durch die Teiloxidation von flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen oder wäßrigen Aufschlämmungen fester kohlenstoffhaltiger Brennstoffe. Genauer gesagt betrifft sie ein Verfahren zum Abkühlen und Reinigen von Synthesegas mit Wasser, um mitgerissenes teilchenförmiges Material zu entfernen, und schließt Flashen, Entgasen und energetisch effiziente Futration der Gas-Kühl- und -Waschwässer ein.
Das Teiloxidationsverfahren ist ein gut bekanntes Verfahren zur Umwandlung flüssiger kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas, Reduktionsgas und Brenngas. Siehe zum Beispiel mitübertragene US. Pat. Nos. 3,988,609; 4,251,228; 4,436,500; 4,468,376 und 4,704,137, die hierin durch Bezugnahme miteinbezogen werden. Der rohe abgehende Gasstrom verläßt die Reaktionszone bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1.100ºC bis 1.540ºC und umfaßt H&sub2;, CO, CO&sub2; und H&sub2;O zusammen mit geringen Mengen anderer Gase. Ebenfalls eingeschlossen im Gasstrom ist mitgerissenes teilchenförmiges Material in einer Menge im Bereich von etwa 1,5 bis 500 g/m³. Um die Verunreinigung und/oder Verstopfung von Katalysatorbetten, die stromabwärts angeordnet sind, zu verhindern oder um das Verstopfen von Brennerdüsen zu verhindern, ist es notwendig, den Rohgasstrom zu reinigen, indem er mit Wasser in Kontakt gebracht wird. Quenchabkühlung des heißen Rohgasstromes in Wasser, das in einem Quenchtank enthalten ist, ist dargestellt und beschrieben im mitübertragenen U.S. Pat. No. 4,801,347, das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen wird. Waschen des heißen Rohgasstromes mit einer Waschdüse oder einem Düsenwäscher ist dargestellt und beschrieben in den mitübertragenen U.S. Pat. Nos. 3,524,630 und 3,749,377, die hierin durch Bezugnahme miteinbezogen werden. Die Feststoffkonzentration im Wasser, das beim Quenchkühlen und Waschen der Gase verwendet wird, liegt im Bereich von etwa 0,1 bis 6,0 Gew.-%. Dieses Wasser wird schwarzes Wasser genannt. Es ist pumpbar und enthält normalerweise etwa 2,0 Gew.- % teilchenförmigen Kohlenstoff. Die Entfernung von teilchenförmigem Kohlenstoff aus dem schwarzen Wasser wird üblicherweise durchgeführt durch Läsungsmittelextraktion in einer einoder zweistufigen Dekantiervorrichtung, wie etwa dargestellt und beschrieben im mitübertragenen U.S. Pat. No. 4,014,786. Das Kohlenstoffextraktionssystem ist komplex und hat hohe Kapitalkosten wegen seiner großen Anzahl von Anlagenteilen, der Kosten des Lösungsmittels sowie hoher Energiekosten. Der Dampfverbrauch ist hoch und der Wirkungsgrad des Wärmeaustausches ist aufgrund häufiger Verschmutzung der Austauscher für schwarzes Wasser/graues Wasser schlecht. Daher wird das am häufigsten verwendete, aber kostspielige Lösungsmittel-Kohlenstoffextraktionssystem durch das vorliegende Verfahren eliminiert. Diese Anordnung beseitigt die Notwendigkeit von Extraktions-Naphtha und seinen damit zusammenhängenden hohen Energieverbrauch.
Ein System zur Teiloxidation, das Quenchkühlen und Waschen der heißen Gase umfaßt und das eine Flashzone zusätzlich zu organischer Lösungsmittelextraktion zur Entfernung von Kohlenstoffmaterial und auch die Verwendung einer Kläreinrichtung zur weiteren Abtrennung von Kohlenstoff einschließt, ist beschrieben in US-A-4854942.
Das vorliegende Verfahren entfernt das teilchenformige Material und einen Teil der Sauergase aus dem Gas-Kühl- und -Waschwasserstrom in einer energetisch effizienten Art und Weise, die auch die Qualität und Menge an entgastem grauen Wasser maximiert, das erzeugt und zu den Rohgas-Quenchkühl- und Waschabschnitten rückgeführt wird.

ZUSAMMENFASSUNG

Das vorliegende Verfahren betrifft ein Teiloxidationsverfahren zur Herstellung eines Stromes aus abgekühltem und gereinigtem Gas, das im wesentlichen frei von teilchenförmigem Material ist, zur Verwendung als Synthesegas, Reduktionsgas oder Brenngas, welches umfaßt:
(1) Umsetzen eines flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes oder einer wäßrigen Aufschlämmung von festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff durch Teiloxidation mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in der Gegenwart eines Temperaturmoderators, um einen heißen Rohgasstrom zu erzeugen, der H&sub2;, CO, CO&sub2;, H&sub2;O; mitgerissenes teilchenförmiges Material, das teilchenförmigen Kohlenstoff und Asche umfaßt; und wenigstens ein Material, daß ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus N&sub2;, Ar, H&sub2;S, COS, CH&sub4;, NH&sub3;, HCN, HCOOH und Schlacke besteht, umfaßt;
(2) Abkühlen des heißen Rohgasstromes aus (1) durch (a) direkten Kontakt mit Quenchkühlwasser in einer Gasquenchkühlzone, wodurch ein pumpbarer Strom aus schwarzem Quenchwasser erzeugt wird, oder durch (b) indirekten Wärmeaustausch mit Wasser in einer Gasabkühlzone;
(3) Waschen des abgekühlten heißen Rohgasstromes aus (2) in einer Gaswaschzone mit einem entgasten grauen Wasser, um im wesentlichen das gesamte verbliebene mitgerissene teilchenförmige Material in besagtem Rohgasstrom zu entfernen, und Erzeugen von schwarzem Waschwasser;
(4) Einleiten besagten schwarzen Quenchwassers aus (2) (a) und besagten schwarzen Waschwassers (3) in eine Flashzone, in der der Druck durch Flashen gesenkt wird, wodurch Flashdampf erzeugt wird, der verdampftes graues Wasser und Sauergas umfaßt; und ein separater Bodenproduktstrom von geflashtem schwarzen Wasser, dessen Feststoffgehalt größer ist als der Feststoffgehalt besagten schwarzen Waschwassers in (3);
(5) Leiten eines ersten Teils besagten Flashdampfes aus (4) durch eine Wärmeaustauschzone in indirektem Wärmeaustausch mit einem Strom aus entgastem grauen Wasser, wodurch gleichzeitig besagtes entgastes graues Wasser erwärmt und graues Wasser aus dem abgekühlten Flashdampf kondensiert wird, und Abtrennen eines Sauergases aus besagtem kondensierten grauen Wasser;
(6) Einleiten eines zweiten Teils besagten Flashdampfes aus (4) und besagten kondensierten grauen Wassers aus (5) in eine Entgasungszone, Entgasen besagten kondensierten grauen Wassers und Rückführen wenigstens eines Teils des entgasten grauen Wassers über besagte Wärmeaustauschzone in (5) zur Gasquenchkühlzone in (2) (a) und zur Gaswaschzone in (3) für den Gasquenchkühlmodus in (2) (a) oder zur Gaswaschzone in (3) für den Gasabkühlmodus in (2) (b);
(7) Klären des geflashten schwarzen Wassers aus (4) in einer Klärzone, um graues Wasser und einen Bodenproduktstrom aus konzentriertem schwarzen Wasser zu erzeugen;
(8) Filtrieren des Stroms aus konzentriertem schwarzen Wasser aus (7), um Filterkuchen und Filtrat aus grauem Wasser zu erzeugen; und
(9) Entgasen des Filtrats aus grauem Wasser, das in (7) und (8) in besagter Entgasungszone erzeugt worden ist, und Rückführen wenigstens eines Teils des entgasten grauen Wassers über besagte Wärmeaustauschzone in (5) zu besagter Gasquenchkühlzone in (2) (a) und der Gaswaschzone in (3) für den Gasquenchkühlmodus in (2) (a) oder zur Gaswaschzone in (3) für den Gasquenchkühlmodus in (2) (b).

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung kann erlangt werden durch Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Es ist nicht daran gedacht, die vorliegende Erfindung auf das beschriebene besondere Verfahren oder die beschriebenen besonderen Materialien zu beschränken.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Im vorliegenden Verfahren wird ein Rohgasstrom, der im wesentlichen H&sub2;, CO, CO&sub2;, H&sub2;O, mitgerissenes teilchenförmiges Material, das teilchenförmigen Kohlenstoff und Asche umfaßt; und wenigstens ein Material aus der Gruppe N&sub2;, Ar, H&sub2;, COS, CH&sub4;, NH&sub3;, HCN, HCOOH und Schlacke umfaßt, durch Teiloxidation eines flussigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes oder einer wäßrigen Aufschlämmung von festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas, typischerweise in der Gegenwart eines Temperaturmoderators, in der Reaktionszone eines nicht-gepackten, vertikalen, nicht-katalytischen Freifluß-Teiloxidationsgasgenerators erzeugt. Wenn Dampf als Temperaturmoderator verwendet wird, liegt das Gewichtsverhältnis Dampf zu Brennstoff in der Reaktionszone im Bereich von etwa 0,1 bis 5 und vorzugsweise etwa 0,2 bis 0,7. Das Atomverhältnis von freiem Sauerstoff zu Kohlenstoff im Brennstoff (O/C-Verhältnis) liegt im Bereich von etwa 0,6 bis 1,6 und vorzugsweise etwa 0,8 bis 1,4. Die Reaktionszeit liegt im Bereich von etwa 0,1 bis 50 Sekunden, wie etwa 2 bis 6 Sekunden.
Der Synthesegasgenerator umfaßt einen vertikalen, zylindrisch geformten Stahldruckbehälter, der mit refraktorischem Material ausgekleidet ist, wie etwa dargestellt im mitübertragenen U.S. Pat. NO. 2,809,104, das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen wird. Eine typische Quenchtrommel ist ebenfalls in besagtem Patent dargestellt. Ein Brenner, wie etwa dargestellt im mitübertragenen U.S. Pat. NO. 2,928,460, das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen wird, kann verwendet werden, um die Zufuhrströme in die Reaktionszone einzuführen.
Ein breiter Bereich von brennbaren flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen oder wäßrigen Aufschlämmungen von festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff kann in dem Gasgenerator mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas, in der Gegenwart eines die Temperatur moderierenden Gases, zur Reaktion gebracht werden, um das Synthesegas zu erzeugen.
Der Ausdruck flüssiger kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff, wie er hierin verwendet wird, um verschiedene geeignete Ausgangsmaterialien zu beschreiben, ist so gedacht, daß er pumpbare flüssige Kohlenwasserstoffmaterialien und pumpbare flüssige Aufschlämmungen von festen kohlenstoffhaltigen Materialien und Mischungen derselben einschließt. Zum Beispiel sind pumpbare wäßrige Aufschlämmungen von festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen geeignete Ausgangsmaterialien. Tatsächlich kann im wesentlichen jedes brennbare kohlenstoffhaltige flüssige organische Material oder Aufschlämmungen davon in die Definition des Ausdrucks "flüssiges kohlenwasserstoffhaltiges" einbezogen werden. Zum Beispiel existieren:
(1) pumpbare Aufschlämmungen von festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, wie etwa Kohle, teilchenförmigem Kohlenstoff, Erdölkoks, konzentriertem Klärschlamm und Mischungen derselben, in einem verdampfbaren flüssigen Trägerstoff, wie etwa Wasser, flüssiges CO&sub2;, flüssigem Kohlenwasserstoffbrennstoff und Mischungen derselben;
(2) geeignete flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoff-Ausgangsmaterialien für den Vergaser werden so verstanden, daß sie verschiedene Materialien einschließen, wie etwa verflüssigtes Erdgas, Erdöldestillate und -rückstände, Benzin, Naphtha, Kerosin, Rohöl, Asphalt, Gasöl, Rückstandsöl, Teersandöl und Schieferöl, aus Kohle gewonnenes Öl, aromatische Kohlenwasserstoffe (wie etwa Benzol-, Toluol-, Xylol-Fraktionen), Kohleteer, Umlaufgasöl aus Prozessen zum katalytischen Wirbelschichtcracken, Furfuralextrakt von Verkokergasöl und Mischungen derselben;
(3) ebenfalls eingeschlossen in der Definition des Ausdrucks "flüssiger kohlenwasserstoffhaltiger" sind oxidierte kohlenwasserstoffhaltige organische Materialien, einschließlich Kohlehydrate, Zellulosematerialien, Aldehyde, organische Säuren, Alkohole, Ketone, oxidiertes Heizöl, Abfallflüssigkeiten und Nebenprodukte aus chemischen Verfahren, die oxidierte kohlenwasserstoffhaltige organische Materialien enthalten, und Mischungen derselben.
Das flüssige kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial kann sich bei Raumtemperatur befinden, oder es kann auf eine Temperatur bis zu etwa 340ºC bis 650ºC, aber vorzugsweise unter seiner Crack-Temperatur, vorgewärmt werden. Das flüssige kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial kann in den Gasgeneratorbrenner in flüssiger Phase oder in einer verdampften Mischung mit dem Temperaturmoderator eingeführt werden.
Die Notwendigkeit eines Temperaturmoderators, um die Temperatur in der Reaktionszone des Gasgenerators zu kontrollieren, hängt im allgemeinen von den Verhältnissen Kohlenstoff zu Wasserstoff des Ausgangsmaterials und dem Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittelstromes ab. Ein Temperaturmoderator wird mit flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen mit im wesentlichen reinem Sauerstoff verwendet. Wasser oder Dampf ist der bevorzugte Temperaturmoderator. Dampf kann als ein Temperaturmoderator in Vermischung mit einem oder beiden Reaktantenströmen eingeleitet werden. Alternativ kann der Temperaturmoderator in die Reaktionszone des Gasgenerators über eine separate Leitung im Brenner eingeleitet werden. Andere Temperaturmoderatoren schließen CO&sub2;-reiches Gas, Stickstoff und rückgeführtes Synthesegas ein.
Der Ausdruck freien Sauerstoff enthaltendes Gas, wie hierin verwendet, bedeutet Luft, sauerstoffangereicherte Luft, d.h. mehr als 21 Mol-% O&sub2;, und im wesentlichen reinen Sauerstoff, d.h. mehr als etwa 95 Mol-% Sauerstoff (wobei der Rest üblicherweise N&sub2; und Edelgase umfaßt). Freien Sauerstoff enthaltendes Gas kann über den Teiloxidationsbrenner bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 260ºC eingeleitet werden.
Der Rohgasstrom tritt aus der Reaktionszone mit einer Temperatur im Bereich von etwa 925ºC bis 1.926ºC und vorzugsweise 1.100ºC bis 1.540ºC und bei einem Druck im Bereich von etwa 507 bis 30.340 kPa (5 bis 300 Atmosphären) und vorzugsweise 1.520 bis 15.200 kPa (15 bis 150 Atmosphären) aus. Die Zusammensetzung des heißen rohen abgehenden Gasstromes ist etwa wie folgt, in Molprozent: H&sub2; 10 bis 70, CO 15 bis 57, CO&sub2; 0,1 bis 25, H&sub2;0 0,1 bis 20, CH&sub4; Null bis 60, NH&sub3; Null bis 5, H&sub2;S Null bis 5, COS Null bis 0,1, N&sub2; Null bis 60, Ar Null bis 2,0, HCN und HCOOH Null bis 100 Teile pro Million (Gewichtsbasis) Teilchenförmiger Kohlenstoff ist im Bereich von etwa 0,2 bis 20 Gew.-% vorhanden (Basis Kohlenstoffgehalt im ursprünglichen Ausgangsmaterial). Asche und/oder geschmolzene Schlacke kann in den Mengen von etwa 0,5 bis 5,0 bzw. Null bis 60 Gew.-% des ursprünglichen Ausgangsmaterials aus flüssigem kohlenwasserstoffhaltigen oder festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff vorhanden sein. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung nach Entfernung des mitgerissenen teilchenförmigen Kohlenstoffs und irgendwelcher Asche und/oder Schlacke in der unten beschriebenen Art und Weise und mit oder ohne Entwässerung kann der Gasstrom als Synthesegas, Reduktionsgas oder Brenngas verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird der gesamte heiße rohe abgehende Gasstrom, der die refraktorisch ausgekleidete Reaktionszone des Teiloxidationsgasgenerators, bei im wesentlichen derselben Temperatur und demselben Druck wie in der Reaktionszone abzüglich des üblichen Abfalls in oen Leitungen, verläßt, direkt in einen Wasserpool eingeleitet, der am Boden einer Quenchtrommel oder eines Quenchtanks enthalten ist, wie etwa demjenigen, der beschrieben ist im mitübertragenen U.S. Pat. No. 2,896,927, das hiermit durch Bezugnahme miteinbezogen wird.
Die Quenchtrommel ist unterhalb der Reaktionszone des Gasgenerators angeordnet, und der Rohgasstrom, den sie aufnimmt, trägt im wesentlichen die gesamte Asche und/oder Schlacke und den teilchenförmigen Kohlenstoffruß, die die Reaktionszone des Gasgenerators verlassen, mit sich. Die turbulenten Bedingungen in der Quenchtrommel, die bewirkt werden durch die großen Volumina an Gasen, die durch das Wasser perlen, unterstützt das Wasser darin, im wesentlichen alle Feststoffe aus dem abgehenden Gas auszuwaschen. Große Mengen Dampf werden im Quenchbehälter erzeugt und sättigen den Gasstrom. Der Rohgasstrom wird in der Quenchtrommel abgekühlt und verläßt sie bei einer-Temperatur im Bereich von etwa 150ºC bis 315ºC. Vorteilhafterweise ist das frische Quenchkühlwasser, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, entgastes graues Wasser oder Kondensat, das anschließend im Verfahren erzeugt wird. Dieses Wasser ist im wesentlichen frei von gelöstem Sauerstoff. Gelöster Sauerstoff in zirkulierendem Wasser verursacht signifikante Korrosion von Behältern und Rohrleitungen. Gelöster Sauerstoff spielt auch eine Rolle bei Chloridbeanspruchungskorrosionsrißbildung. Der Ausdruck und/oder wird hierin in seiner üblichen Weise verwendet. Zum Beispiel bedeutet A und/oder B entweder A oder B oder A + B.
In einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird der heiße Gasstrom aus dem Gasgenerator durch einen Strahlungs- und/oder Konvektionskühler geleitet, in dem der Gasstrom auf eine Temperatur im Bereich von etwa 250ºC bis 600ºC abgekühlt werden kann. Geeignete Gaskühler sind dargestellt und beschrieben in den mitübertragenen U.S. Patent Nos. 3,709,669; 3,868,817; 4,436,530; 4,377,132; und 4,328,008, die hierin durch Bezugnahme miteinbezogen werden.
Um das Verstopfen von stromabwärtigen Katalysatorbetten und/ oder die Verunreinigung von Flüssiglösungsmittelabsorptionsmitteln, die in anschließenden Gasreinigungsschritten verwendet werden könnten, zu verhindern, wird der abgekühlte und gereinigte Gasstrom, der die Quenchtrommel verläßt, oder das abgekühlte Gas, das den Strahlungs- und/oder Konvektionskühler verläßt, durch Kontakt mit einem Waschfluid in einer weiteren Gasreinigungszone weiter gereinigt. Diese Gasreinigungszone kann eine herkömmliche Düse einschließen, wie etwa dargestellt und beschrieben im mitübertragenen U.S. Patent No. 3,524,630, das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen wird, und herkömmliche Venturi-Wäscher und Sprühdüsen, zusammen mit einer Gaswaschkammer, wie dargestellt und beschrieben im mitübertragenen U.S. Patent No. 3,232,727, das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen wird. In der Gaswaschkammer wird der Rohgasstrom mit heißem Rücklaufkondensat und entgastem grauen Wasser, wie hierin beschrieben, gewaschen. Zum Beispiel wird der Gasstrom, der den Quenchtank verläßt, der mit dem Vergaser verbunden ist, mit Waschfluid, z.B. entgastem grauen Wasser, in einem Venturi-Wäscher gewaschen und innig damit in Kontakt gebracht. Als nächstes strömt die Mischung aus Gas und Waschwasser in und nach oben durch einen Pool aus Gaswaschwasser, der im Boden einer Gaswaschkammer enthalten ist. Das gewaschene Gas wird anschließend nach oben durch einen gepackten Abschnitt oder Böden im oberen Abschnitt der Waschkammer geleitet, wo es in Kontakt gebracht wird mit Kondensat, das nach unten strömt. Waschwasser im Boden der Gaswaschkammer wird zum Venturi-Wäscher und/oder zum Quenchtank, der mit dem Vergaser verbunden ist, rückgeführt. Fakultativ kann ein Teil des Waschwassers, um die Feststoffkonzentration aufrechtzuerhalten, mit dem schwarzen Wasser thermischt werden, das aus dem Boden des Quenchtanks austritt.
Das entgaste graue Waschwasser enthält weniger als etwa 100 Teile pro Million (gewichtsbezogen) (ppmw) Feststoffe. Es wird hierin gewonnen durch Entfernen von teilchenförmigen Feststoffen aus dem schwarzen Wasser, wie es etwa im Quenchtank, der mit dem Vergaser verbunden ist, anzutreffen ist. Der saubere gesättigte Gasstrom, der die Gaswaschkammer mit einer Temperatur im Bereich von etwa 150ºC bis 315ºC verläßt, wird auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes abgekühlt und in ein Gas- Flüssig-Trenngefäß eingeleitet. Kondensat wird vom Boden des Trenngefäßes entfernt und zur Gaswaschkammer als Gaswaschmittel rückgeführt. Sauberes rohes Synthesegas wird oben aus dem Trenngefäß entnommen. Falls erforderlich, kann das rohe Synthesegas einer herkömmlichen Gasreinigungseinrichtung zugeleitet werden, z.B. einer Rectisol-Einheit, um alle beanstandbaren Verunreinigungen, z.B. schwefelhaltiges Gas, zu entfernen. Das saubere gereinigte Syngas kann für die katalytische Synthese organischer Chemikalien, z.B. Alkohol, verwendet werden. Durch das im vorliegenden Verfahren verwendete Gasreinigungsverfahren kann die Menge an festen Teilchen im Gasstrom auf weniger als etwa 3 Teile pro Million (ppm) und vorzugsweise weniger als etwa -6 ppm verringert werden. Alternativ kann der Gasstrom, der die Gaswaschkammer verläßt, mit H&sub2;O gesättigt sein und direkt als Brenngas in eine Gasturbine eingeleitet werden, wenn es aewünscht ist, den NO&sub2;-Gehalt des Abgases zu verringern. Alternativ kann dieses abgekühlte gesäuberte Produktgas, das mit H&sub2;O gesättigt ist, direkt in eine herkömmliche katalytische Vorrichtung zur Kohlenmonoxid-Konvertierung eingeführt werden, um die H&sub2;/CO-Molrate des Stroms aus Synthesegas zu erhöhen oder um H&sub2;-reiches Gas zu erzeugen.
Eine pumpbare wäßrige Dispersion wird im Quenchtank erzeugt, die im wesentlichen Quenchwasser und etwa 0,1 bis 4,0 Gew.-%, wie etwa 0,5 bis 2,5 Gew.-% teilchenförmigen Kohlenstoff enthaltende Feststoffe umfaßt. Diese Kohlenstoff-Wasser-Dispersion wird hierin als "schwarzes Wasser" bezeichnet. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Brennstoffs kann eine relativ geringe Menge Asche in der Dispersion vorhanden sein. Außerdem können alle nicht-verbrannten anorganischen Feststoffe, wie etwa Grobasche und/oder Schlacke aus festen Brennstoffen und irgendwelches refraktorisches Material aus dem Vergaser sich am Boden des Quenchtanks ansammeln. Dieses Material muß periodisch mittels eines Schleusentrichters entnommen werden. Ein Strom aus Kohlenstoff-Wasser-Dispersion wird von der Asche und/oder Schlacke abgetrennt.
Die Kohlenstoff-Wasser-Dispersion, die "schwarzes Wasser" genannt wird, wird aufgetrennt durch die Schritte Flashen, Absetzen und Filtrieren in einer Kohlenstoff-Rückgewinnungszone, die weiter beschrieben werden soll. Auf diese Weise kann der Kohlenstoff rückgewonnen und zum Gasgenerator als ein Teil des Brennstoffs rückgeführt werden, und das Wasser, das entgastes "graues Wasser" genannt wird, kann zu den Gas-Quenchkühlund -Waschzonen rückgeführt werden.
Der teilchenförmige Kohlenstoff im schwarzen Wasser, der in die Kohlenstoff-Rückgewinnungszone eingeführt wird, liegt in der Form von freiem Ruß vor. Die Ölabsorptionszahl des Kohlenstoffrußes, bestimmt mit ASTM Method D-281, ist größer als 1 und variiert von 2 bis 4 cc Öl pro Gramm C. Die anorganische Asche aus dem Öl in diesen Dispersionen umfaßt Metalle und die Sulfide. Zum Beisdiel können diese Komponenten für aus Erdöl gewonnenen Brennstoffe ausgewählt werden aus der Gruppe Ca, Ni, V und Fe und Mischungen derselben. Außerdem umfaßt die Menge an wasserlöslichen Verunreinigungen im schwarzen Wasser für solche Brennstoffe in Teilen pro Million (ppm) : Ammoniak bis 10.000; Formiat 0 bis 10.000; Natriumchlorid 0 bis 5.000; Nickel 0 bis 25; Eisen 0 bis 150; Sulfid 0 bis 500 und Cyanid bis 100.
Der Strom aus scnwarzem Wasser, der aus dem Boden des Quenchtanks austritt, akultativ in Vermischung mit einem Waschwasserstrom, der aus einer sekundären Gaswaschzone austritt, die noch weiter beschrieben werden soll, wird in der folgenden Art und Weise weiterverarbeitet, um entgastes graues Wasser und festen teilchenförmigen Kohlenstoff zu erzeugen. Das gesamte schwarze Wasser bei einer Temperatur im Bereich von etwa 150ºC bis 315ºC und einem Druck im Bereich von etwa 1.500 bis 18.000 kPa wird in eine Flashzone eingeleitet, die eine Hochdruckflashtrommel (HPFD) in Reihe mit einer Mitteldruckflashtrommel (MPFD) umfaßt. In einer anderen Ausführungsform ist eine dritte Flashtrommel, die als eine Vakuumflashtrommel (VFD) bezeichnet wird, in Reihe geschaltet mit der MPFD. Durch diese Mittel kann ein schrittweises mehrstufiges Flashen und Konzentrieren des schwarzen Wassers bewirkt werden. Die Vorteile des schrittweisen Flashens sind wie folgt:
Das schrittweise Flashen ermöglicht die Abkühlung des schwarzen Wassers ohne direkten Wärmeaustausch des schmutzigen schwarzen Wassers mit dem grauen Wasser. Wärme wird durch Kondensation des relativ sauberen Hochdruckflashdampfes gegenüber dem entgasten grauen Wasser gewonnen. Durch Absenken des Drucks in der HPFD auf einen Zwischendruck statt auf atmosphärischen Druck werden die geflashten Gase bei einer höheren Temperatur für indirekten Wärmeaustausch mit dem entgasten grauen Wasser erzeugt. Das graue Wasser kann dadurch auf eine höhere Temperatur erwärmt werden. Zusätzliche Wärme auf niedrigerem Niveau wird durch indirekten Wärmeaustausch durch Kontakt des kalten grauen Wassers mit dem Mitteldruckflashdampf im Entgaser gewonnen.
In der Hochdruckflashtrommel (HPFD) wird der Einlaßdruck im Bereich von etwa 1.500 bis 18.000 kPa plötzlich aufgehoben und fällt auf einen Wert im Bereich von etwa 300 bis 2.000 kPa. Die Temperatur des schwarzen Wassers fällt auf etwa 137ºC bis 215ºC. Etwa 28 bis 13 Gewichtsprozent (Gew.-%) des schwarzen Wassers werden verdampft, um verdampftes graues Wasser zusammen mit etwa 0,05 bis 0,5 Gew.-% der wasserlöslichen gasförmigen Verunreinigungen zu bilden, z.B. ein Gas, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus CO&sub2;, NH&sub3;, CO, H&sub2;S, HCN, COS, HCOOH und Mischungen derselben besteht, das als Sauergas bezeichnet wird. Der Strom aus verdampftem grauen Wasser und Sauergas aus der HPFD wird in indirektem Wärmeaustausch ohne Kontakt mit einem Strom aus entgastem flüssigen grauen Wasser geleitet, das aus dem Boden eines Entgasers austritt, bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100ºC bis 150ºC. Das entgaste graue Wasser wird dadurch auf eine Temperatur im Bereich von etwa 120ºC bis 185ºC erhitzt. Das erhitzte entgaste graue Wasser wird anschließend in den Synthesegasgenerator-Quenchtank als das Gasquenchkühlmedium eingeführt und in die Gaswaschzone als das Waschmedium. Zum Beispiel werden etwa 1 bis 50 Gew.-% des entgasten grauen Wassers in den Quenchtank eingeführt und der Rest wird in einen Venturi-Wäscher eingeführt. Ein Teil, z.B. etwa 30 bis 90 Gew.-%, des verdampf ten grauen Wassers wird kondensiert und vom Sauergas abgetrennt. Das Sauergas wird zu einer herkömmlichen Gasbehandlungseinheit geleitet. Das kondensierte graue Wasser wird zu einem Entgaser geleitet. Wenn ein Strahlungs- und/oder Konvektionskühler verwendet wird, um das heiße rohe Synthesegas abzukühlen, wird dann das gesamte entgaste graue Wasser in die Gaswaschzone, z.B. den Venturi- Wäscher, eingeführt.
Der Bodenproduktstrom aus schwarzem Wasser verläßt die HPFD mit einer Feststoffkonzentration im Bereich von etwa 0,6 bis 5,0 Gew.-% und wird in eine Mitteldruckflashtrommel (MPFD) eingeleitet, in der der Einlaßdruck im Bereich von etwa 300 bis 2.000 kPa plötzlich abgesenkt wird auf einen Auslaßdruck im Bereich von etwa 100 bis 1.950 kPa. Etwa 27 bis 6 Gew.-% des schwarzen Wassers in der Mitteldruckflashtrommel werden dadurch verdampft und treten über Kopf bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100ºC bis 138ºC aus. Das konzentrierte pumpbare schwarze Wasser, das aus dem Boden der MPFD austritt, besitzt eine Temperatur im Bereich von etwa 100ºC bis 138ºC und eine Feststoffkonzentration im Bereich von etwa 1,5 bis 5,5 Gew.-%. Dieser Strom wird in einen herkömmlichen Klärer eingeleitet. Der Hauptzweck des Klärers besteht darin sicherzustellen, daß das Überlaufwasser (graues Wasser) einen niedrigen Gehalt an suspendierten Feststoffen aufweist, z.B. weniger als etwa 100 ppm (Gew.) Feststoffe. Der Klärer stellt auch Ausgleichskapazität für die Flüssig-Fest-Trenneinheit bereit, z.B. den Filter. So schickt die Klärer-Bodenpumpe den Ruß-Wasser-Strom zu einem Filter bei einer Temperatur im Bereich von etwa 43ºC bis 138ºC. Der Überlaufwasserstrom aus dem Klärer fließt in einen Speichertank für das graue Wasser. Das graue Wasser wird für letztendliche Rückkehr zum Vergasungsabschnitt zum Entgaser geleitet. In den meisten Fällen verläßt ausreichend graues Wasser das System mit dem Filterkuchen, um die gelösten Chloride auf annehmbaren Niveaus zu halten. Zusätzliches graues Wasser kann aus dem Tank für das graue Wasser heruntergeblasen werden, um die gelösten Spezies, falls erforderlich, zu kontrollieren.
Flashdämpfe aus dem Kopf der MPFD, die verdampftes graues Wasser und Sauergas umfassen, werden in den Entgaser eingeleitet. Die Flashdämpfe aus der MPFD und der fakultative Ergänzungsdampf sind die hauptsächlichen Mittel zum Strippen von Sauerstoff und Sauergase aus den zirkulierenden Strömen aus grauem Wasser und Ergänzungswasserströmen, die in den Entgaser eingeleitet werden. Sauergas und Wasserdampf werden aus dem Kopf des Entgasers entnommen und zu einer herkömmlichen Gasbehandlungseinheit geleitet.
In einer Ausführungsform wird der konzentrierte pumpbare Bodenproduktstrom aus schwarzem Wasser aus der MPFD in eine Vakuumflashtrommel (VFD) eingeleitet. Die VFD wird verwendet, um die Temperatur des schwarzen Wassers ohne direkten Wärmeaustausch im Bereich von 40ºC bis 100ºC zu halten, wenn erforderlich, um die Filter zu schützen. Während des Betriebs wird der Einlaßdruck im Bereich von etwa 100 bis 1.950 kPa in der VFD plötzlich abgesenkt auf einen Auslaßdruck im Bereich von etwa 95 bis 5,0 kPa. Der konzentrierte pumpbare Bodenproduktstrom aus schwarzem Wasser aus der VFD bei einer Temperatur im Bereich von etwa 103ºC bis 40ºC und einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 2 bis 6 Gew.-% wird in den Klärer eingeleitet.
Etwa 0,5 bis 9 Gew.-% des schwarzen Wassers, das in die VFD eingeleitet wird, wird verdampft und tritt über Kopf bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100ºC bis 40ºC aus. Der VFD- Überkopfdampf wird auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes abgekühlt und bei einer Temperatur im Bereich von etwa 60ºC bis 30ºC in graues Wasser und Sauergas aufgetrennt. Das graue Wasser wird direkt oder über einen Gas-Flüssig-Trenner in den Entgaser eingeleitet. Das Sauergas wird mit einer herkömmlichen Vakuumpumpe entnommen, aus dem Pumpenabgabestrom abgetrennt und zu einer herkömmlichen Gasreinigungseinheit geleitet. Das abgetrennte kondensierte Wasser aus der Pumpe wird rückgeführt und mit den Überkopfdämpfen aus der Vakuumflashtrommel vereinigt 6
Der pumpbare Bodenstrom aus dem Klärer, der schwarzes Wasser mit einem Gehalt an teilchenförmigen Kohlenstoff-Feststoffen im Bereich von etwa 2,0 bis 25 Gew.-% und einer Temperatur im Bereich von etwa 100ºC bis 40ºC umfaßt, wird in einem herkömmlichen Flüssig-Fest-Trenner, wie etwa einem Filter, einem Hydrozyklon oder einer Zentrifuge, aufgetrennt. Zum Beispiel kann mittels einer Filterpresse ein Filterkuchen mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 60 Gew.-% zusammen mit Filtrat aus grauem Wasser erzeugt werden. Der Filterkuchen kann als Brennstoff verbrannt oder alternativ verwendet werden, um die Metallgehalte wiederzugewinnen. Das Filtrat kann in einem Tank für das graue Wasser zusammen mit dem Überlaufstrom aus dem Klärer gespeichert werden. Ein Strom aus grauem Wasser wird aus dem Speichertank für das graue Wasser zum Entgaser gepumpt. Ein Ergänzungswasserstrom und ein separater Dampfstrom werden ebenfalls in den Entgaser eingeleitet.
Mittels des Entgasers wird Sauerstoff aus dem grauen Wasser entfernt. Die Temperatur des grauen Wassers, das aus dem Entgaser austritt, liegt im Bereich von etwa 100ºC bis 150ºC. Mittels des Entgasers wird das graue Wasser im wesentlichen frei von gelöstem Sauerstoff gemacht. Vor der Rückführung zum Vergaser-Quenchkühltank und zum Gaswäscher wird das entgaste graue Wasser auf eine Temperatur im Bereich von etwa 120ºC bis 185ºC durch indirekten Wärmeaustausch mit den Flashdämpfen aus der HPFD erhitzt. Vorteilhafterweise wird gelöster Sauerstoff durch Entgasen des grauen Wassers aus den zirkulierenden Wassersystemen eliminiert, wodurch die Notwendigkeit von Spitzenmetallurgie verringert wird. Außerdem kann Wärme auf niedrigem Niveau rückgewonnen werden, wodurch der energetische Gesamtwirkungsgrad verbessert wird. Der Entgaser arbeitet durch Einleiten von Flashdämpfen aus der MPFD und fakultativ Dampf in den Entgaser und dadurch Strippen von gelöstem Sauerstoff aus dem hereinkommenden Ergänzungswasser, Kondensat aus grauem Wasser und Rückführfiltrat.
Eine Zusammenfassung der Vorteile des vorliegenden Verfahrens folgt:
Wärmeaustauscher in der Aufbereitung von Feststoffe enthaltendem Wasser werden eliminiert.
Es wird verhindert, daß Sauerstoff in die Vergasungswassersysteme eintritt, indem sämtliche sauerstoffhaltige Wasserströme zum Entgaser geleitet werden.
Die Wärme in den Hochdruckwasserströmen wird verwendet, um Entgasung durchzuführen und das graue Wasser wiederaufzuheizen.
o Durch Einbeziehung des Entgasers wird der Umfang der Wiederverwendung von grauem Wasser maximiert und ein großer Blowdown-Strom wird eliminiert.
o Die Anzahl von Anlageteilen und die Kapitalkosten der Einheit werden minimiert.
o Ein Filterkuchenmaterial, das geeignet ist als Charge für einen kohlebefeuerten Dampfkessel oder für die Wiedergewinnung von Metallen, wird erzeugt.
o Das herkömmliche Dekantiersystem mit seiner Notwendigkeit eines Extraktionslösungsmittels und seinem damit zusammenhängenden hohen Energieverbrauch wird eliminiert.
o Ergänzungswasser niedrigerer Qualität, wie etwa Sauerwasser, Konvertierungskondensat und/oder Ammoniakkondensat, kann verwendet werden.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein unverstellter nichtkatalytischer Freifluß-Teiloxidationsgenerator mit Abwärtsströmung 1 dargestellt, der mit einem refraktorischen Material 2 ausgekleidet ist und eine axial ausgerichtete Einlaßöffnung 3, einen Ringbrenner 4, eine nicht-gepackte Reaktionszone 5 und eine Auslaßöffnung 6 besitzt, die in eine Quenchkammer 11 führt. Ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff, vorzugsweise ein flussiges Erdölprodukt oder ein gemahlenes, festes kohlenstoffhaltiges Material, das in einer Flüssigkeit, wie etwa Wasser, suspendiert ist, wird durch Einlaß 7 von Ringbrenner 4 gepumpt. Ein Oxidationsmittel, das ein freien Sauerstoff enthaltendes Gas umfaßt, wird durch Einlaß 8 ebenfalls zu Ringbrenner 4 geführt. Ein Temperaturmoderator, wie etwa Wasser oder Dampf, wird durch einen oder beide Einlässe von Ringbrenner 4 in Vermischung mit dem dort hindurchgehenden Material eingeleitet.
Ein brauchbarer Gasgenerator 1 ist beschrieben im mitübertragenen U.S. Pat. No. 2,809,104, erteilt für D. M. Strasser et al., das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen wird. Ein brauchbarer Ringbrenner 4 ist vollständiger beschrieben im mitübertragenen U.S. Pat. Na. 2,928,460, erteilt für Du Bois Eastman et al., das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen wird. Brenner mit anderem Aufbau können ebenfalls in dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren verwendet werden.
Der Ringbrenner 4 vermischt ein Oxidationsmittel mit dem kohlenstoffhaltigen Brennstoff und fakultativ einem Temperaturmoderator. Die Mischung reagiert innerhalb der Reaktionszone 56 Die verschiedenen Mengen an kohlenstoffhaltigem Brennstoff, Oxidationsmittel und Moderator werden sorgfältig so eingestellt, daß im wesentlichen der gesamte kohlenstoffhaltige Brennstoff in Gas umgewandelt wird und daß der gewünschte Temperaturbereich innerhalb der Reaktionszone 5 aufrechterhalten wird. Das rohe Synthesegas tritt aus der Reaktionszone 5 durch die axiale Bodenauslaßöffnung 6 aus und tritt in die Quenchkammer 11 ein, die teilweise mit Wasser gefüllt ist. Wasser wird in die Quenchkammer 11 durch Leitung 9 und in eine Tauchrohr-Saugrohr-Kombination 10 eingeleitet, in der das Wasser mit dem heißen, rohen Synthesegas in Kontakt kommt und dieses abschreckt. Ein Teil des Wassers wird aus Quenchkammer 11 über eine Bodenleitung 14 entnommen. Wenn das heiße rohe Synthesegas, das aus dem Generator 1 austritt, in dem Tauchrohr-Saugrohr 10 in Quenchbehälter 11 vermischt wird, wird ein Teil des Wassers in Dampf umgewandelt. Das Synthesegas wird dadurch gesättigt. Irgendwelche vorhandene geschmolzene Schlacke, zum Beispiel wenn ein aschehaltiger Brennstoff, wie dies etwa Kohle ist, als Brennstoff verwendet wird, wird fest und kann periodisch aus Quenchkammer 11 durch einen mit Wasser abgedichteten Schleusentrichter 15 entnommen werden, der mit Isolierungsventilen 16 und 17 und Austrittsleitung 18 versehen ist. Feinasche und teilchenförmiger Kohlenstoff, einschließlich unvollständig vergasten kohlenstoffhaltigen Brennstoffteilchen, werden im Wasser in der Quenchkammer 11 suspendiert und werden mit dem Wasser durch Leitung 14 bei einer Temperatur im Bereich von etwa 150ºC bis 315ºC abgezogen. Die wäßrige Suspension in Leitung 14, die schwarzes Wasser genannt wird, enthält teilchenförmiges Material und wenigstens eine wasserlösliche gasförmige Verunreinigung aus der Gruppe, die aus CO&sub2;, NH&sub3;, CO, H&sub2;S, HCN, COS, HCOOH und Mischungen derselben besteht und hierin als Sauergas bezeichnet wird.
Spurenmengen Ameisensäure können durch die Reaktionen CO + H&sub2;O erzeugt werden und wenn das heiße rohe Synthesegas in Quenchkammer 11 quenchgekühlt und/oder mit Wasser in einer Gaswaschzone, die einen Venturi-Wäscher 19 und Waschbehälter 20 umfaßt, gewaschen wird. Ein Teil des H&sub2;O und der wasserlöslichen gasförmigen Verunreinigungen im schwarzen Wasser in Leitung 21 wird aus der Wassersuspension entfernt, indem ihr Druck plötzlich verringert und sie in einer Flashzone flashverdampft wird, die zwei Druckflashtrommeln 22 und 34 umfaßt, oder alternativ in einer Flashzone, die Druckflashtrommeln 22 und 34 und Vakuumflashtrommel 66 umfaßt.
Der Dampf und das Sauergas, die aus dem schwarzen Wasser in Flashtrommel 22 abgetrennt werden, werden durch Leitung 23 geleitet und in Wärmetauscher 24 auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes abgekühlt. Eine Mischung aus wäßrigem Kondensat und Sauergas wird durch Leitung 25 und 26 geleitet und in Auswurfbehälter 27 gesammelt. Die abgekühlten Sauergase werden aus dem System durch Leitung 30 zur Behandlung in einer herkömmlichen Gasreinigungseinheit (nicht dargestellt) abgezogen, um beanstandbare Bestandteile vor der Entsorgung zu entfernen. Das Kondensat aus dem Auswurfbehälter 27 wird durch Leitung 31 zu Entgaser 32 geleitet.
Der flüssige Bodenproduktstrom aus Hochdruckflashtrommel 22 wird durch Leitung 33 in Mittelflashtrommel 34 geleitet, in der der Druck plötzlich abgesenkt wird. Die Flashdämpfe strömen durch Leitung 35 zu Entgaser 32. Wenn Ventil 36 in Leitung 37 geschlossen und Ventil 38 in Leitung 39 offen ist, wird der flussige Bodenproduktstrom aus Mitteldruckflashtrommel 34 durch Leitungen 40, 39, Ventil 38 und Leitungen 41, 42 und in Klärer 45 geleitet. Eingedicktes schwarzes Wasser tritt durch Leitung 46 am Boden von Klärer 45 aus. Mittels Pumpe 47 wird das eingedickte schwarze Wasser durch Leitung 48 zu einer herkömmlichen Flüssig-Fest-Trenneinheit 49, zum Beispiel einer Filterpresse, gepumpt. Filterkuchen tritt durch Leitung 50 aus und kann als Brennstoff verwendet werden. Filtrat aus grauem Wasser wird durch Leitung 51 und in Speichertank für das graue Wasser 52 geleitet. Der Überlauf aus Klärer 45 wird durch Leitung 53 in Speichertank 52 geleitet. Mittels Pumpe 54 wird graues Wasser durch Leitungen 55, 56 und 57 zu Entgaser 32 geleitet.
Ein kleiner Teil, typischerweise von etwa 1 bis 15 Prozent, des geklärten grauen Wassers kann periodisch aus dem System abgezogen und einer herkömmlichen Abwasseraufbereitungseinheit (nicht dargestellt) zugeführt werden. Das Wasser wird durch Leitung 62, Ventil 64 und Leitung 63 als ein Abwasserstrom geleitet, um die Konzentration an gelösten Feststoffen im zirkulierenden Wasser auf einem annehmbaren Niveau zu halten, vom Standpunkt der Minimierung von Korrosions- und Betriebsproblemen im Wassersystem, die durch lösliche Materialien verursacht werden können. Zum Beispiel sind Halogenidsalze wichtige bedenkliche Materialien. Die Größe des Abwasserstroms hängt von der Menge der löslichen Materialien im Ausgangsmaterial für den Vergaser ab. Dieses Wasser muß in nicht-dargestellten Verarbeitungseinheiten zur Entfernung von unter Umweltgesichtspunkten bedenklichen Bestandteilen weiterbehandelt werden, bevor es entsorgt wird. Ergänzungswasser und fakultativ Dampf zum Strippen werden in Entgaser 32 über Leitungen 58 bzw. 59 eingeleitet. Dampf und freien Sauerstoff enthaltendes Gas verlassen Entgaser 32 über Leitung 60.
In einer weiteren Ausführungsform wird, wenn Ventil 38 in Leitung 39 geschlossen und Ventil 36 in Leitung 37 offen ist, das konzentrierte geflashte schwarze Wasser in Leitung 40 durch Leitung 37, Ventil 36 und Leitung 65 in Vakuumflashtrommel 66 geleitet, wo zusätzliches Flashen und Konzentrieren des schwarzen Wassers stattfindet. Mittels Pumpe 67 wird konzentriertes schwarzes Wasser durch Leitungen 68, 69 und 42 in Klärer 45 gepumpt. Die Überkopfdämpfe aus Vakuumflashtrommel 66 werden durch Leitungen 70 und 71 geleitet, in Kühler 72 auf unterhalb des Taupunkt es abgekühlt und durch Leitung 73 in Gas-Flüssig-Trenner 74 geleitet. Mittels Pumpe 75 wird graues Wasser in Leitung 76 durch Leitung 77 gepumpt und in Leitung 26 mit dem Gas-Flüssigkeits-Strom aus Leitung 25 vermischt. Die nicht-kondensierten Gase in Überkopfleitung 78 des Gas- Flüssig-Trenners 74 werden in Vakuumpumpe 79 eingeleitet. Absperrwasser tritt in Pumpe 79 durch Leitung 80 ein. In einer nicht-dargestellten Ausführungsform wird ein Teil des grauen Wassers in Leitung 77 als ein Teil des Absperrwassers in Leitung 80 für Vakuumpumpe 79 verwendet. Der Austrag aus der Vakuumpumpe wird durch Leitung 81 in Gas-Flüssig-Trenner 82 geleitet. Sauergas tritt durch Oberleitung 83 aus und wird einer herkömmlichen Gasreinigungsbehandlungseinheit (nicht dargestellt) zugeführz. Kondensat aus Trenner 82 wird durch Leitung 84 geleitet und wird rückgeführt und in Leitung 71 mit dem Überkopfstrom 70 aus Vakuumflashtrommel 66 vermischt.
Synthesegas, das einen Teil der Feinasche und Kohlenstoffteilchen enthält, verläßt Quenchkammer 11 durch Auslaß 12 und Leitung 87 bei einer Temperatur im Bereich von etwa 150ºC bis 315ºC. Der quenchgekühlte Synthesegasstrom in Leitung 87 wird durch einen herkömmlichen Venturi-Wäscher 19 geleitet, in dem der Synthesegasstrom zur Entfernung von restlichen Teilchen durch entgastes graues Wasser und Wäscherbodenwasser gewaschen wird. Zum Beispiel kann mittels Pumpe 89 entgastes graues Wasser aus Entgaser 32 durch Leitungen 88, 90, Heizeinheit 24, Leitung 91 in Quenchtank 11 und Venturi-Wäscher 19 mittels Leitungen 121, Ventil 122, Leitungen 123, 124; bzw. Leitung 125, Ventil 126 und Leitung 127 geleitet werden.
Zusätzliche Blausäure sowie andere Gase und anorganische Materialien im Synthesegas können während des Gaswasch-Schrittes im Wasser gelöst werden. Die Mischung aus Synthesegas und grauem Wasser aus Venturi-Wäscher 19 wird durch Leitung 92 in einen Pool aus grauem Wasser 93 geleitet, der im Boden von Gaswäscher und Trennbehälter 20 angeordnet ist. Zusätzliches Kondensat für den Waschvorgang wird in Trennbehälter 20 durch Leitung 86 eingeleitet. In Gaswäscher und Trennbehälter 20 findet die letzte Reinigung des Synthesegases statt und das Synthesegas und das graue Wasser werden voneinander getrennt. Das Synthesegas wird aus dem Kopf von Trennbehälter 20 durch Leitung 95 entnommen. Das graue Wasser wird durch Bodenleitung 97 zu Pumpe 98 geleitet, von der es dem Venturi-Wäscher 19 und der Quenchkammer 11 mittels Leitungen 99, 100, Ventil 101 und Leitung 102; bzw. Leitung 103, Ventil 104, Leitungen 105 und 124 zugeführt wird. Fakultativ kann ein Teil des grauen Wassers in Leitung 99 durch Leitung 110, Ventil 111 und Leitung 112 zu Leitung 21 geleitet werden.
Der Überkopfgasstrom aus Trennbehältergefäß 20 und Leitung 95, der nunmehr im wesentlichen frei von mitgerissenem teilchenförmigen Material ist, kann als Synthesegas verwendet werden, wobei das Verhältnis von H&sub2; zu CO im rohen abgehenden Synthesegas, wie hergestellt, befriedigend ist. Wenn zum Beispiel Ventil 103 in Leitung 104 geschlossen und Ventil 105 in Leitung 106 offen ist, wird dieser Synthesegasstrom durch Leitungen 95, 106, 107 geleitet und in Gaskühler 113 auf die Taupunkttemperatur oder darunter abgekühlt. Zum Beispiel kann das Gas in Leitung 115 bei einer Temperatur im Bereich von etwa Umgebungstemperatur bis 65ºC liegen. Die Mischung aus Kondensat und Synthesegas wird durch Leitung 115 in Gas-Flüssig-Trenner 116 geleitet. Das im Abkühischritt gebildete Kondensat wird in Trenner 116 entfernt und über Leitung 86 zum Wäscher-Trenner 20 zur Verwendung beim Waschen des Synthesegases rückgeführt. Das resultierende abgekühlte und gewaschene Synthesegas in Leitung 114 kann anschließend weiterverarbeitet, zum Beispiel mit herkömmlichen Verfahren gereinigt werden, um schwefel-haltige Gase zu entfernen, und zur Synthese von organischen Chemikalien oder als ein Reduktions- oder Brenngas verwendet werden. Die Zusammensetzungen von Synthesegas, Reduktionsgas und Brenngas sind verwandt und enthalten H&sub2; und CO. Das Molverhältnis H&sub2;/CO für Synthesegas wird für die Synthese von organischen Chemikalien eingestellt. Reduktionsgas ist reich an H&sub2; und/oder CO und wird für chemische Reduktion verwendet. Brenngas kann auch CH&sub4; enthalten und wird als ein Brennstoff verbrannt. Alternativ kann, wenn Ventil 105 geschlossen und Ventil 103 offen ist, der Überkopfgasstrom aus Trenngefäß 20 und Leitung 95 durch Leitungen 104 und 108 geleitet werden und kann für Chemikalienproduktion nach Einstellung des H&sub2;/CO-Verhältnisses verwendet werden.
Obgleich Modifikationen und Variationen der Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang derselben abzuweichen, sollten nur solche Beschränkungen auferlegt werden, wie sie in den beigefügten Ansprüchen angegeben sind.

Claims

1. Ein Verfahren zur Teiloxidation eines flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes oder einer wäßrigen Aufschlämmung von festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff, welches umfaßt:

(1) Umsetzen eines flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes oder einer wäßrigen Aufschlämmung von festem kohlenstoffhaltigen Brennstoff durch Teiloxidation mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in der Gegenwart eines Temperaturmoderators, um einen heißen Rohgasstrom zu erzeugen, der H&sub2;, CO, CO&sub2;, H&sub2;O; mitgerissenes teilchenförmiges Material, das teilchenförmigen Kohlenstoff und Asche umfaßt; und wenigstens ein Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus N&sub2;, Ar, H&sub2;S, COS, CH&sub4;, NH&sub2;, HCN, HCOOH und Schlacke besteht, umfaßt;

(2) Abkühlen des heißen Rohgasstroms aus (1) durch (a) direkten Kontakt mit Quenchkühlwasser in einer Gasquenchkühlzone, wodurch ein pumpbarer Strom aus schwarzem Quenchwasser erzeugt wird, oder durch (b) indirekten Wärmeaustausch mit Wasser in einer Gasabkühlzone;

(3) Waschen des abgekühlten heißen Rohgasstroms aus (2) in einer Gaswaschzone mit einem entgasten grauen Wasser, um im wesentlichen das gesamte verbliebene mitgerissene teilchenförmige Material in besagtem Rohgasstrom zu entfernen, und Erzeugen von schwarzem Waschwasser;

(4) Einleiten besagten schwarzen Quenchwassers aus (2) (a) und besagten schwarzen Waschwassers aus (3) in eine Flashzone, in der der Druck durch Flashen gesenkt wird, wodurch Flashdampf erzeugt wird, der verdampftes graues Wasser und ein Sauergas umfaßt; und ein separater Bodenproduktstrom von geflashtem schwarzen Wasser, dessen Feststoffgehalt größer ist als der Feststoffgehalt besagten schwarzen Waschwassers in (3)

(5) Leiten eines ersten Teils besagten Flashdampfes aus (4) durch eine Wärmeaustauschzone in indirektem Wärmeaustausch mit einem Strom aus entgastem grauen Wasser, wodurch gleichzeitig besagtes entgastes graues Wasser erwärmt und graues Wasser aus dem abgekühlten Flashdampf kondensiert wird, und Abtrennen von Sauergas von besagtem kondensierten grauen Wasser;

(6) Einleiten eines zweiten Teils besagten Flashdampfes aus (4) und besagten kondensierten grauen Wassers aus (5) in eine Entgasungszone, Entgasen besagten kondensierten grauen Wassers und Rückführen wenigstens eines Teils des entgasten grauen Wassers über besagte Wärmeaustauschzone in (5) zur Gasquenchkühlzone in (2) (a) und zur Gaswaschzone in (3) für den Gasquenchkühlmodus in (2) (a) oder zur Gaswaschzone in (3) für den Gasabkühlmodus in (2) (b);

(7) Klären des geflashten schwarzen Wassers aus (4) in einer Klärzone, um graues Wasser und einen Bodenproduktstrom aus konzentriertem schwarzen Wasser zu erzeugen;

(8) Filtrieren des Stroms aus konzentriertem schwarzen Wasser aus (7), um Filterkuchen und Filtrat aus grauem Wasser zu erzeugen; und

(9) Entgasen des grauen Wassers, das in (7) und (8) in besagter Entgasungszone erzeugt worden ist, und Rückführen wenigstens eines Teils des entgasten grauen Wassers über besagte Wärmeaustauschzone in (5) zu besagter Gasquenchkühlzone in (2) (a) und der Gaswaschzone in (3) für den Gasquenchkühlmodus in (2) (a) oder zur Gaswaschzone in (3) für den Gasabkühimodus in (2) (b).

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (4) Einleiten besagten schwarzen Quenchwassers aus (2) (a) und besagten schwarzen Waschwassers aus (3) in die erste - Flashstufe einer Flashzone, die erste und zweite Flashstufen umfaßt, wobei der Druck in der ersten Flashstufe durch Flashen von einem Einlaßdruck im Bereich von etwa 1500 bis 18000 kPa auf einen Auslaßdruck im Bereich von etwa 300 bis 2000 kPa gesenkt wird, um besagten ersten Teil- besagten Flashdampfes zu erzeugen; und

Einleiten des Bodenproduktstroms von geflashtem schwarzen Wasser aus besagter erster Stufe besagter Flashzone in besagte zweite Flashstufe umfaßt, wobei der Druck durch Flashen von einem Einlaßdruck im Bereich von etwa 300 bis 2000 kPa auf einen Auslaßdruck im Bereich von etwa 100 bis 1950 kPa gesenkt wird, um besagten zweiten Teil besagten Flashdampfes und besagten separaten Bodenproduktstrom von geflashtem schwarzen Wasser zu erzeugen.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (4) Einleiten besagten schwarzen Quenchwassers aus (2) (a) und besagten schwarzen Waschwassers aus (3) in die erste Flashstufe einer Flashzone, die drei Flashstufen umfaßt, die in Reihe miteinander verbunden sind, wobei der Druck in besagter ersten Flashstufe durch Flashen von einem Einlaßdruck im Bereich von etwa 1500 bis 18000 kPa auf einen Auslaßdruck von etwa 300 bis 2000 kPa gesenkt wird, um besagten ers:en Teil besagten Flashdampfes zu erzeugen;

Einleiten des Bodenproduktstroms von geflashtem schwarzen Wasser aus besagter ersten Stufe besagter Flashzone in die zweite Flashstufe, in der der Druck durch Flashen von einem Einlaßdruck im Bereich von etwa 300 bis 2000 kPa auf einen Auslaßdruck im Bereich von etwa 100 bis 1950 kPa gesenkt wird, um besagten zweiten Teil besagten Flashdampfes zu erzeugen; und

Einführen des Bodenproduktstroms von geflashtem schwarzen Wasser aus besagter zweiten Flashstufe in die dritte Flashstufe umfaßt, in der der Druck durch Flashen von einem Einlaßdruck im Bereich von etwa 100 bis 1950 kPa auf einen Auslaßdruck im Bereich von etwa 95 bis 5,0 kPa gesenkt wird, um einen verdampftes graues Wasser und Sauergas umfassenden Strom aus Flashdampf zu erzeugen, der abgekühlt wird, um graues Wasser zu kondensieren, zum Einleiten in besagte Entgasungszone; und besagten Bodenproduktstrom von geflashtem schwarzen Wasser.

4. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, in dem in (1) besagte Teiloxidationsreaktion bei einer Temperatur im Bereich von etwa 925ºC bis 1926ºC, einem Druck im Bereich von etwa 507 bis 30390 kPa (5 bis 300 Atmosphären), einem Gewichtsverhältnis von Dampf zu Brennstoff im Bereich von etwa 0,1 bis 5,0 und einem Atomverhältnis von freiem Sauerstoff zu Kohlenstoff im Beschickungsmaterial im Bereich von etwa 0,8 bis 1,4 abläuft.

5. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei das schwarze Quenchwasser in (2) (a) einen Feststoffgehalt von etwa 0,1 bis 4,0 Gew.-% besitzt.

6. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei besagte Gasabkühlzone in (2) (b) einen Strahlungs- und/oder Konvektionskühler umfaßt.

7. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei besagte Gaswaschzone in (3) einen Düsen- oder Venturiwäscher umfaßt, gefolgt von einer Gas-Flüssig-Waschkolonne.

8. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei das kondensierte graue Wasser in (6) bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100ºC bis 150ºC und einem Druck im Bereich von etwa 100 bis 400 kPa durch Strippen entgast wird.

9. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei das Sauergas aus (4) ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus CO&sub2;, NH&sub2;, CO, H&sub2;S, HCN, COS, HCOOH und Mischungen derselben besteht.