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1. Titel der
Erfindung
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Verfahren
zur Herstellung eines vergasten Brennstoffs und Verfahren und Vorrichtung
zur Wärmerückgewinnung
bei der Herstellung eines vergasten Brennstoffs.
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2. Gebiet
der Erfindung und Ausführung
zum Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
vergasten Brennstoffes, durch das ein wasserreduzierter vergaster
Brennstoff aus einem flüssigen
Brennstoff, der Wasser enthält
und eine reduzierte Viskosität
aufweist, erhalten wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung
bei der Herstellung von vergastem Brennstoff in einem Prozeß, bei dem
ein vergaster Brennstoff auf einer Temperatur unterhalb der Temperatur,
bei welcher Wasserdampf kondensiert, abgekühlt wird, und Schwefelverbindungen
absorbiert und getrennt werden, indem das gekühlte Gas in Kontakt mit einem
Absorbens gebracht wird.
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Normalerweise
wurde ein Verfahren verwendet, bei welchem ein Rohbrennstoff, wie
Kohle, Schweröl und
Orimulsion, teilweise zu einem vergasten Brennstoff oxidiert wird
und der vergaste Brennstoff als der Brennstoff für Gasturbinen etc. verwendet
wird. In den letzten Jahren sind verschiedene neue Brennstoffe als Rohbrennstoffe
verwendet worden.
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Beispielsweise
ist eine Technologie zur Verwendung von natürlichem Teer mit Namen Orinokoteer
als Brennstoff entwickelt worden. Orinokoteer, der aus dem Flußbett des
Orinoko in Venezuela, Südamerika,
erhalten wird, hat eine hohe Viskosität im normalen Zustand, obgleich
er einen ausreichenden Heizwert hat und Eigenschaften von Superschweröl zeigt.
Was die Viskosität
angeht, wie in 2 gezeigt, kann Orinokoteer
gemäß seiner
relativen Dichte klassifiziert werden (Einheit in der Ölindustrie:
API Baume Grad), wobei je niedriger die relative Dichte ist, ist
die Viskosität
um so höher
(kinetische Viskosität).
Daher nimmt die Viskosität
von Orinokoteer für
gewöhnlich
mit dem Ansteigen der Temperatur ab, wenngleich verschiedene relative
Dichten verschiedene Temperatur-Viskositäts-Charakteristiken ergeben.
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Aus
diesem Gesichtpunkt werden spezielle Verfahren zur Extraktion und
zum Transport verwendet. Für
die Extraktion wird Wasser in den Orinokoteer geleitet, und Wasser
mit einem oberflächenaktiven
Reagenz wird zugefügt,
um eine Emulsion zu erhalten, um die Viskosität zu reduzieren, was ein Herauspumpen
und einen Transport durch Pipelines etc. ermöglicht.
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Eine
Emulsion, erhalten durch die Zugabe von Wasser (ungefähr 30%)
und einem oberflächenaktiven Reagenz
zu natürlichem
Orinokoteer (ungefähr
70%), wurde als Orimulsion (registrierter Handelsname von Bitumens
Orinoko S.A.) in den Handel gebracht.
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Gleichwohl,
wenn ein Rohbrennstoff vergast und als vergaster Brennstoff verwendet
wird, wird die Vergasung des Brennstoffes bei einer hohen Temperatur
von einigen hundert Grad Celsius durchgeführt.
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Daher
wird, falls der Rohbrennstoff viel Wasser enthält oder durch Zugabe von Wasser
verarbeitet wird, die Hitzemenge zum Erhitzen oder Verdampfen einer
großen
Menge von an der Vergasung unbeteiligtem Wasser verschwenderisch
vergeudet, weiter wächst
die Größe der Anlage
und es kann leicht zu Korrosion kommen, verursacht durch viel Wasser
und Gas, wie beispielsweise Wasserstoffchlorid.
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Beispielsweise
ist natürlicher
Orinokoteer bisher als eine Emulsion verwendet worden, d. h. Teer
enthaltend ungefähr
30% Wasser. Aus diesem Grund ist ungefähr 14% Wasser in dem durch
Sauerstoff vergasten Gas enthalten. Daher wird Wasser kondensiert
und geht verloren, wenn das Gas bei der Entfernung von Unreinheiten
wie Schwefelwasserstoff im Gas abgekühlt wird, was in einem großen Verlust
an Hitze resultiert. Da viel Wasser in dem vergasten Gas enthalten
ist, kann ferner der Schwefelgehalt nicht ausreichend durch die Trockengasraffinierungsmethode
unter Verwendung von Eisenoxid etc. entfernt werden.
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Wenn
ein Rohbrennstoff viel Wasser enthält oder er durch Zugabe von
Wasser eingesetzt wird, hat auch der resultierende vergaste Brennstoff
eine hohe Temperatur oberhalb einiger 100°C und enthält viel Wasserdampf und Schwefelverbindungen
wie beispielsweise Schwefelwasserstoff. Wenn eine Entschwefelung
dadurch vorgenommen wird, daß der
vergaste Brennstoff in Kontakt mit einem Absorbens aus der Aminserie
gebracht wird, so muß der
vergaste Brennstoff auf eine Temperatur nahe der gewöhnlichen
Temperatur abgekühlt werden,
um die Absorbierungseffizienz zu erhöhen, so daß saure Gase, wie Schwefelwasserstoff
und Kohlendioxid, absorbiert werden. Aus diesem Grunde wird hochtemperaturvergaster
Brennstoff durch Einsatz von Kühlwasser
mittels eines Wärmetauschers
abgekühlt
und damit die Kondensationswärme,
die entsteht wenn Wasserdampf in Wasser übergeht, auf der Kühlwasserseite
vergeudet.
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3. Gegenstand
und Zusammenfassung der Erfindung
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Im
Hinblick auf die gegenwärtige
Situation des oben beschriebenen Standes der Technik ist ein Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von vergastem
Brennstoff zur Verfügung zu
stellen, bei dem sogar ein flüssiger
Brennstoff, der Wasser enthält
und eine reduzierte Viskosität
hat, in einem Zustand vergast werden kann, bei welchem Wasser entfernt
wird ohne einer Verdampfung mit einem hohen Energieverbrauch zu
bedürfen,
so daß ein
wasserreduzierter vergaster Brennstoff erhalten werden kann.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung bei der Herstellung
von vergastem Gas, bei dem die Kondensationswärme des Wasserdampfs, die in
die Kühlung
eines hochtemperaturvergasten Brennstoffes vergeudet wurde, beim
deoxidierten vergasten Gas wiedergewonnen werden kann.
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Die
Erfinder haben eifrig die Verfahren zur Herstellung von vergastem
Brennstoff aus einem flüssigen Brennstoff,
der Wasser enthält
und eine reduzierte Viskosität
aufweist, studiert. Als Ergebnis der Studie wurde die Tatsache herausgefunden,
daß ein
flüssiger
Brennstoff, welcher Wasser enthält
und eine reduzierte Viskosität
aufweist, sich in eine Wasserschicht und eine Brennstoffschicht
auftrennt und die Brennstoffschicht, erhalten durch flüssig-flüssig Trennung,
wird teilweise durch Sauerstoff oxidiert um einen vergasten Brennstoff herzustellen,
durch welchen die oben genannten Probleme gelöst werden können und es wurde die vorliegende
Erfindung fertiggestellt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt bereit ein Verfahren zur Herstellung
eines vergasten Brennstoffs aus einem flüssigen Brennstoff, der Wasser
enthält,
durch Erwärmen
des flüssigen
Brennstoffs auf eine Temperatur, bei der eine Trennung in eine Wasserschicht
und eine Brennstoffschicht erfolgt, und vergasen im wesentlichen
nur des Brennstoffs der Brennstoffschicht durch Teiloxidation.
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In
der vorliegenden Erfindung bedeutet ein flüssiger Brennstoff, der Wasser
enthält
und eine reduzierte Viskosität
hat (im folgenden der Einfachheit halber als flüssiger Brennstoff bezeichnet),
ein Brennstoff, bei dem ein Rohbrennstoff wie beispielsweise Rohöl, Schweröl, Superschweröl, und Ölsand zu
einer Wasseremulsion verarbeitet wird mit einer Viskosität der Art,
daß der
Brennstoff durch Pumpen transportiert werden kann oder durch einen
Brenner verbrannt werden kann. Das heißt, die Viskosität dieses
flüssigen
Brennstoffes bei normalen Temperaturen beträgt vorzugsweise 50 bis 100
centipoises.
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So
enthält
beispielsweise eine Orimulsion, deren Viskosität durch die Zugabe von Wasser
zu Orinokoteer und durch Zugabe von Wasser mit einem oberflächenaktiven
Reagenz reduziert wurde, ungefähr
70% Orinokoteer und ungefähr
30% Wasser, und seine Viskosität
beträgt
50 bis 100 centipoises bei normaler Temperatur.
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Andererseits
ist die Viskosität
des Rohbrennstoffes selbst (Orinokoteer) wie in 2 dargestellt,
und der Rohbrennstoff zeigt eine ausreichende Fließfähigkeit
bei Temperaturen oberhalb 100°C,
vorzugsweise über
120°C. Sogar
nachdem Wasser abgetrennt wurde, hat es einen Fließfähigkeitsgrad,
daß es
durch eine Pumpe transportiert werden kann, oder ein vergaster Brennstoff
durch teilweise Oxidation durch einen Brenner erhalten werden kann.
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Die
Trennung von Wasser aus einem flüssigen
Brennstoff wird durch Erhitzen des flüssigen Brennstoffes auf eine
Temperatur von vorzugsweise über
150°C, insbesondere
bevorzugt bei 150 bis 180°C,
bewirkt, um ihn in eine Wasserschicht und eine Brennstoffschicht
zu trennen und, nach einem Stehen lassen, durch Ausführen einer
flüssig-flüssig Trennung
unter Verwendung der Unterschiede der relativen Dichte. Das Erhitzen
wird in einem Überdruckzustand
durchgeführt,
um das Wasser am Kochen zu hindern.
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Orinokoteer
hat, wie in 1 gezeigt, verschiedene Charakteristika
in Abhängigkeit
von seinem Typ (Klassifizierung gemäß API Baume Grad) aber einheitlich
ist, daß die
relative Dichte (hier die einfache relative Dichte) mit dem Anstieg
der Temperatur deutlich abnimmt. Da die relative Dichte von Wasser
sich nicht so stark mit der Temperatur verändert, steigt andererseits
der Unterschied in der relativen Dichte zwischen Orinokoteer und
Wasser, wenn die Temperatur von Orinokoteer steigt, so daß die Abscheidung
einfach wird. Es ist klar in 1 gezeigt,
daß unterschiedliche
Orinokoteere relative Dichten von ungefähr 0,970 bei 100°C haben.
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Wenn
ein flüssiger
Brennstoff erhitzt wird, kann die Trennung in eine Brennstoffschicht
und eine Wasserschicht durch Zugabe eines Emulsionsbrechers beschleunigt
werden. Wenn ein oberflächenaktives
Reagenz vom Kationen- oder Anionentyp im flüssigen Brennstoff verwendet
wird, wird als Emulsionsbrecher eine Verbindung vom umgekehrten
Ionentyp verwendet, und wenn ein nichtionisches oberflächenaktives
Mittel verwendet wird, wird eine Verbindung, zu der Alkohol, Ether,
Fettsäureester,
Ethylenglykol, Silikonöl,
etc. hinzufügt
werden, eingesetzt.
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Die
Abscheidung in eine Wasserschicht und eine Brennstoffschicht wird
durch Anlegen eines elektrischen Feldes in einem erhitzen Zustand
beschleunigt. Das elektrische Feld kann in einem Absetzgefäß, wie z. B.
einem Trockner, angewendet werden. Der Trockner, der beispielsweise
ein elektrostatisches Modell sein kann, hat viele Elektroden in
einem trommelförmigen
Gefäß und trennt
die Emulsion in eine Brennstoffschicht und eine Wasserschicht, in
dem ein elektrisches Feld durch Gleich- oder Wechselspannung zwischen
diesen Elektroden und dem Trommelkörper angelegt wird. Das Prinzip
der Beschleunigung der Wassertrennung durch die Anwendung des elektrischen
Feldes ist, daß das
Wassermolekül
einen Dipol hat und die Wassermoleküle leicht geordnet werden,
wenn ein elektrisches Feld an diese Dipole angelegt wird, so daß sie einfach aggregieren.
Dadurch wird der Emulsionszustand zerstört, wodurch die Separation
in Orinoko Teer und Wasser bewirkt wird.
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Wie
oben beschrieben, kann die Trennung von Wasser durch Erwärmen alleine
bewirkt werden, durch die Kombination von Erhitzen und einem Emulsionsbrecher,
durch die Kombination von Erhitzen und Anwendung eines elektrischen
Feldes oder durch die Kombination von Erhitzen, einem Emulsionsbrecher
und der Anwendung eines elektrischen Feldes.
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Durch
die oben genannte Abtrennung von Wasser kann der Wassergehalt in
der Brennstoffschicht in der Regel auf einen Wert unterhalb von
3%, vorzugsweise auf 1 bis 1,5%, reduziert werden.
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Der
vergaste Brennstoff ist ein gasförmiger
Brennstoff, der durch Teiloxidation verschiedener Rohbrennstoffe
in einer reduzierenden Atmosphäre
unter Verwendung von Sauerstoff (in dieser Beschreibung schließt die Bezeichnung
Sauerstoff sauerstoffhaltiges Gas wie Luft ein) in einer Vergasungsvorrichtung
erhalten wird. Der vergaste Brennstoff enthält Wasserstoff und Kohlenmonoxid
als Hauptbestandteile und enthält daneben
Kohlendioxid, Wasser, Stickstoff, Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff
und Schwefelkohlenstoff, oder Ammoniak, Chlorwasserstoff, etc. und
enthält
weiterhin manchmal Ruß und
Staub.
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In
der vorliegenden Erfindung wird der flüssige Brennstoff in der Stufe
unmittelbar vor der Vergasung in eine Wasserschicht und eine Brennstoffschicht
getrennt, die flüssig-flüssig Abscheidung
wird durchgeführt, und
nur die Brennstoffschicht wird vergast. Die Stufe unmittelbar vor
der Vergasung bedeutet hier, daß der Brennstoff,
von dem Wasser im wesentlichen abgetrennt ist, unmittelbar im folgenden
Teiloxidationsverfahren verwendet wird. Ein Filter, ein Wärmeaustauscher,
etc., und ein Rührwerk
etc. können
zwischen dem Verfahren, in welchem die Trennung in eine Wasserschicht
und eine Brennstoffschicht ausgeführt wird, und den Teiloxidationsprozess
zwischengeschaltet sein.
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Der
vergaste Brennstoff, der durch teilweise Oxidation erhalten wird,
kann unter Überdruck,
unter Normaldruck oder unter Unterdruck vorliegen, aber er wird
normalerweise in einem Überdruckzustand
von mehreren Atmosphären
bis mehreren Zehnerpotenzen an Atmosphären erhalten und enthält ungefähr 2 bis
5 Volumenprozent Wasser.
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In
der oben beschriebenen Ausführung
wird Wasser in einer Stufe, in welcher der Brennstoff auf eine hohe
Temperatur unmittelbar vor der Vergasung erhitzt wurde, durch z.
B. einen Trockner entfernt. Damit ist die Viskosität sogar
bei entferntem Wasser ausreichend niedrig, so daß eine gleichmäßige Zufuhr
zu dem Vergasungssystem möglich
ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann sogar ein flüssiger
Brennstoff, zu welchem Wasser zur Verringerung der Viskosität hinzugefügt wurde,
teilweise oxidiert werden, nachdem das Wasser abgetrennt worden
ist. Deswegen wird das Wasser in dem vergasten Gas signifikant reduziert
und die Einrichtungen nach dem Teiloxidationsreaktor können stark
vermindert werden.
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Ferner
haben die Erfinder detailliert das oben beschriebene Problem untersucht.
Als ein Ergebnis wurde die Tatsache herausgefunden, daß ein bei
hoher Temperatur vergaster Brennstoff durch eine Sättigungsvorrichtung
auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur, bei welcher Wasserdampf
kondensiert, abgekühlt wird,
und Wasser wird in den entschwefelten vergasten Brennstoff gegossen,
und der Brennstoff wird durch die Sättigungsvorrichtung erhitzt,
wodurch die Kondensationswärme
des Wasserdampfs, die in die Kühlung gesteckt
wurde, effizient in den entschwefelten vergasten Brennstoff zurückgewonnen
wird, und es wurden andere Formen der vorliegenden Erfindung vervollständigt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zur Herstellung
eines vergasten Brennstoffs aus einem flüssigen Brennstoff bereit, der
Wasser enthält,
mit Mitteln, die dazu eingerichtet sind, den flüssigen Brennstoff auf eine
Temperatur zu erwärmen,
bei welcher eine Trennung in eine Wasserschicht und eine Brennstoffschicht
auftritt, mit Trennungsmitteln zur Trennung der Brennstoffschicht
von der Wasserschicht und mit einem Vergaser, der dazu eingerichtet
ist, von den Abtrennungsmitteln nur die abgetrennte Brennstoffschicht
aufzunehmen und diese durch teilweise Oxidation zu vergasen.
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3 zeigt
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In
der Zeichnung bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Rohbrennstoffvergasungsvorrichtung.
Mit dieser Rohbrennstoffvergasungsvorrichtung sind eine Staubentfernungsvorrichtung 2,
ein Wärmetauscher 3 vor
der Reduktion von Schwefelkohlenstoff, eine Schwefelkohlenstoffreduktionsvorrichtung 4,
eine Sättigungsvorrichtung 5,
eine Kühlvorrichtung 6 vor
der Entschwefelung, und eine Entschwefelungsvorrichtung 7 hintereinander verbunden.
Eine Gasturbine 8 ist mit dem Wärmetauscher 3 vor
der Reduktion des Schwefelkohlenstoffs verbunden. Die Entschwefelungsvorrichtung 7 ist
ebenfalls mit der Sättigungsvorrichtung 5 verbunden.
Das Kühlwasser
der Kühlvorrichtung 6 vor
der Entschwefelung ist mit der Oberseite der Sättigungsvorrichtung 5 durch eine
Pumpe 9 verbunden. Bezugszeichen 11 im Schema
bezeichnet ein Abgas, welches von der Gasturbine 8 ausgestoßen wird, 12 bezeichnet
einen Schwefelverbindungen-Absorber, verbunden mit der Entschwefelungsvorrichtung 7, 13 bezeichnet
ein Gas wie beispielsweise Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid,
das aus der Entschwefelungsvorrichtung 7 ausgestoßen wird,
und 14 bezeichnet das Kühlwasser.
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Der
vergaste Brennstoff ist in der vorliegenden Erfindung ein gasförmiger Brennstoff,
der durch Teiloxidation eines Rohbrennstoffes, wie beispielsweise
Rohöl,
Schweröl,
Kohle, Orimulsion, Ölsand
und Ölschlamm,
in einer reduzierenden Atmosphäre
unter Verwendung von Luft oder Sauerstoff (im folgenden werden beide
Sauerstoff genannt) in der Rohbrennstoffvergasungsvorrichtung 1 erhalten
wird. Der vergaste Brennstoff enthält Wasserstoff, Kohlenmonoxid,
Kohlendioxid, Wasser, Stickstoff, Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff
und Schwefelkohlenstoff, oder Ammoniak, Chlorwasserstoff, etc. und
manchmal Sauerstoff und in besonderen Fällen Ruß und Staub.
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Der
vergaste Brennstoff, der durch Teiloxidation erhalten wird, hat
eine hohe Temperatur von mehreren hundert Grad Celsius und kann
komprimiert, möglicherweise
unter Normaldruck oder dekomprimiert vorliegen. Normalerweise wird
er in einer komprimierten Form von mehreren Atmosphären bis
mehreren Zehnerpotenzen an Atmosphären erhalten und enthält ungefähr 2 bis
20 Vol.-% Wasser. Daher wird die Temperatur, bei welcher Wasserdampf
kondensiert, durch Wassergehalt und Druck bestimmt.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendete Sättigungsvorrichtung 5 kann
wärmeaustauschen
(A) Hochtemperaturseitenflüssigkeit
enthaltenden Wasserdampf und (B) Niedertemperaturseitenflüssigkeit
enthaltendes Wasser durch eine Wärmetransferwand
in Form von fühlbarer
Wärme und
verborgener Wärme,
und die Kondensationswärme
von Wasserdampf in (A) wird umgewandelt in die Dampfungswärme von
Wasser in (B). Zu diesem Zeitpunkt wird durch die Verwendung des
entschwefelten vergasten Brennstoffes als Niedertemperaturseitenflüssigkeit
Energie auf einen vergasten Brennstoff konzentriert, so daß der vergaste
Brennstoff wirksam für
die Gasturbine etc. verwendet werden kann.
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Die
Ausführung
der Sättigungsvorrichtung 5 umfaßt beispielsweise
einen rohrförmigen
Wärmeaustauscher,
der in eine Gehäuseseite
und eine Röhrenseite
geteilt ist, und der ein Einröhrentyp
oder ein Mehrröhrentyp
sein kann. Ein Hochtemperaturgas wird auf der Gehäuseseite
vorbeigeleitet und ein Niedertemperaturgas und Wasser werden in
die Röhrenseite
gegossen, wodurch eine Verdampfung durch Kochwärmetransfer beschleunigt wird,
oder der umgekehrte Fall ist möglich.
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Als
gegossenes Wasser wird entweder das kondensierte Wasser vor der
Entschwefelung, das hergestellt wurde, indem der vergaste Brennstoff
in der Kühlvorrichtung 6 gekühlt wird,
oder das Wasser von der Außenseite
verwendet, wodurch die Energiekonzentration auf den vergasten Brennstoff
erhöht
werden kann. 3 zeigt ein Beispiel, in welchem
das kondensierte Wasser verwendet wird. In diesem Fall kann Zusatzwasser 25 bei
Bedarf bereitgestellt werden.
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Wenn
ein korrodierend wirkender Stoff in dem Gas vor der Entschwefelung
enthalten ist, wird kondensiertes Wasser erzeugt. Deswegen werden
die Materialien der Vorrichtungen nach der Sättigungsvorrichtung 5 unter
Berücksichtigung
der Korrosion ausgewählt.
Als Material werden Kohlenstoffstahl, Molybdänstahl, Chrom-Molybdänstahl,
Austenitstahl, ferritischer Stahl, Nickellegierungen, etc. verwendet.
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Wenn
der durch Teiloxidation erhaltene vergaste Brennstoff Ruß und Staub
enthält,
ist es bevorzugt, daß Staub
und Ruß durch
die Verwendung der Staubentfernungsvorrichtung 2 entfernt
werden, beispielsweise durch einen Zyklon, elektrischen Staubfänger und
Filter. Dadurch kann Ruß und
Staub von beispielsweise einigen 1000 ppm auf einige ppm reduziert
werden.
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Falls
der vom Staub befreite vergaste Brennstoff Schwefelkohlenstoff enthält, wird
er durch den Wärmetauscher 3 vor
der Reduktion des Schwefelkohlenstoff auf eine passende Temperatur
abgekühlt.
In diesem Fall kann das Abkühlen
vorzugsweise durch den entschwefelten vergasten Brennstoff, der
die Sättigungsvorrichtung
passiert hat, bewirkt werden.
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Falls
der vergaste Brennstoff Schwefelkohlenstoff enthält, wird dieser in der Gegenwart
eines Katalysators in der Schwefelkohlenstoffreduktionsvorrichtung 4 im
voraus zu Schwefelwasserstoff reduziert, worauf die Schwefelverbindungen
im folgenden Entschwefelungsprozeß entfernt werden. Als Katalysator
wird beispielsweise ein zur Aluminiumoxidgruppe gehörender Katalysator
verwendet.
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Der
vergaste Brennstoff, aus welchem Staub entfernt und wie oben beschrieben
Schwefelkohlenstoff zu Schwefelwasserstoff reduziert wird, hat immer
noch eine hohe Temperatur von 200 bis 400°C und ebenfalls aufgrund des
Wassers eine hohe fühlbare
Wärme und
verborgene Wärme.
Deswegen wird ein Wärmeaustausch
durchgeführt,
in dem der entschwefelte vergaste Brennstoff unter Verwendung der
Sättigungsvorrichtung 5 umgefüllt wird.
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Das
vergaste Brennstoff/kondensiertes Wasser-Gemisch wird nach dem Wärmeaustausch
in der Sättigungsvorrichtung 5 auf
eine geeignete Temperatur für
den Entschwefelungsprozeß,
beispielsweise 60 bis 30°C,
abgekühlt,
in dem es, falls notwendig, mit einem Kühlmittel in der Kühlvorrichtung 6 vor
der Entschwefelung in Kontakt gebracht wird. Das Abkühlen des
Mittels in der Kühlvorrichtung 6 vor
der Entschwefelung kann durch Wärmeaustausch
mit Kühlwasser
erfolgen oder es kann durch eine flüssigkeitsabsorbierende Schwefelverbindung
bewirkt werden. Beispielsweise wird der Wärmeaustausch durch Anlegen
eines aufnehmenden Flusses auf der Gehäuseseite oder der Rohrseite
und des vergasten Brennstoff/kondensiertes Wasser-Gemisches auf der
Rohr- oder Gehäuseseite
bewirkt. Damit kann die Wärme
des vergasten Brennstoff/kondensiertes Wasser-Gemisches nach dem
Wärmeaustausch
in der Sättigungsvorrichtung
zur Erwärmungsenergie
umgewandelt werden, wenn das Schwefelverbindungen absorbierende
Absorptionsmittel regeneriert wird.
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Das
Abkühlen
kann in einem Schritt erfolgen, oder kann in mehreren Schritten
erfolgen.
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Das
auf eine für
den Entschwefelungsprozeß geeignete
Temperatur abgekühlte
vergaste Brennstoff/kondensiertes Wasser-Gemisch kommt in der Entschwefelungsvorrichtung 7,
durch welche Schwefelverbindung wie Wasserstoffsulfid absorbiert
und entfernt werden, mit dem Absorptionsmittel in Kontakt. Als Absorptionsmittel
kann beispielsweise ein zur Amingruppe gehörendes Absorptionsmittel verwendet
werden. Das zur Amingruppe gehörende
Absorptionsmittel ist wasserlöslich
und kann Wasser enthalten.
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Das
Schwefelverbindungen absorbierende Absorptionsmittel wird durch
Entladen von sauren Gasen wie Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid
durch Erhitzen und Dekompression, etc. regeneriert.
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Der
entschwefelte vergaste Brennstoff nach dem Wärmeaustausch in der Sättigungsvorrichtung
oder der entschwefelte vergaste Brennstoff nach dem Wärmeaustausch
mit dem vergasten Brennstoff nach der weiteren Staubentfernung wird
als Brennstoff für
die Gasturbine 8, eine Brennstoffzelle, etc. verwendet,
nachdem, falls notwendig, zusätzlich
kleine Mengen an Schwefelverbindungen und Gasen wie Chlorwasserstoff
entfernt werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann in einer diskontinuierlichen Art, einer
semi-diskontinuierlichen Art oder in einer kontinuierlichen Art
durchgeführt
werden.
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Wie
oben beschrieben kann gemäß der vorliegenden
Erfindung die Kondensationswärme,
die verschwendet wurde, wenn ein viel Wasser enthaltender vergaster
Brennstoff auf eine für
den Entschwefelungsprozeß notwendige
Temperatur abgekühlt
wird, effizient zurückgewonnen
werden.
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4. Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 zeigt
ein charakteristisches Diagramm bezüglich Temperatur/relative Dichte
für Orinokoteer,
der für
die Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
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2 zeigt
ein charakteristisches Diagramm bezüglich Temperatur/Viskosität für Orinokoteer,
der für die
Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist; und
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3 zeigt
eine schematische Ansicht einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5. Detaillierte
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines vergasten
Brennstoffes wird besonders durch eine Beschreibung von Arbeitsbeispielen
erläutert
werden.
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Arbeitsbeispiel 1:
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Der
Fall, bei dem der Brennstoff Orimulsion ist, wird nachfolgend beschrieben
werden. Eine Orimulsion (Wassergehalt 29%), die durch Mischen von
70% natürlichem
Orinokoteer mit 30% Wasser, das kleine Mengen sulfonsäureartige
oberflächenaktive
Reagenzien enthält,
verflüssigt
wurde, wird in einem Tank gelagert. Die Temperatur der Orimulsion
in dem Tank beträgt
20 bis 30°C,
was nahe an der normalen Temperatur liegt. Diese Orimulsion wurde
durch eine Pumpe auf ca. 20 kg/cm2 unter
Druck gesetzt und zu einem Wärmetauscher
geführt.
Die Wärmequelle
für den
Wärmetauscher
war Hochtemperaturwasser, das durch einen später beschriebenen Trockner
entfernt wurde, und das auf 50 bis 60°C erhitzt wurde. Die Orimulsion
wurde weiter auf 150°C
erhitzt und die erhitzte Orimulsion wurde dem Trockner zugeführt und
stehengelassen, wodurch sie in eine Brennstoffschicht in der oberen
Schicht und eine Wasserschicht in der unteren Schicht getrennt wurde. Diese
wurde flüssig-flüssig abgetrennt,
um eine ca. 2% Wasser enthaltende Brennstoffschicht zu erhalten.
Diese Brennstoffschicht wurde weiter erhitzt und durch einen Teiloxidationsreaktor
teilweise oxidiert. Damit wurde ein vergaster Brennstoff, der Wasserstoff
und Kohlenmonoxid als Hauptkomponenten sowie Kohlenwasserstoff,
Wasser, Schwefelwasserstoff, etc. enthält, erhalten.
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Andererseits
wurde das abgetrennte Wasser wie oben beschrieben dem Wärmetauscher
zugeführt, nach
dem Wärmeaustausch
behandelt, und außerhalb
des Systems entsorgt.
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Arbeitsbeispiel 2:
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Ein
Emulsionsbrecher vom Kationentyp wurde in einer Menge, die die equivalente
Menge an oberflächenaktiven
Reagenz übertrifft,
zu der Orimulsion wie sie im Arbeitsbeispiel 1 verwendet wurde,
hinzugegeben, und die Orimulsion wurde auf 50°C erhitzt und gerührt. Es
wurde weiter auf 150°C
erhitzt und dem Trockner zugeführt,
wo sie stehengelassen wurde und sich in eine Wasserschicht und eine
Brennstoffschicht trennte. Die Brennstoffschicht wurde zum Überfließen gebracht
und dem Teiloxidationsreaktor zugeführt. Der Wassergehalt in der
Brennstoffschicht war ungefähr
1,8%.
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Arbeitsbeispiel 3:
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Ein
Emulsionsbrecher vom Kationentyp wurde in einer die Equivalentmenge
an oberflächenaktivem Reagenz überschreitenden
Menge der Orimulsion, wie sie im Arbeitsbeispiel 1 verwendet wurde,
zugeführt und
die Orimulsion wurde auf 50°C
erhitzt und gerührt.
Sie wurde weiter auf 120°C
in einem Extraktionskessel erhitzt und durch Zugabe von Schweröl durchmischt.
Nachdem die Trennung in eine Wasserschicht und eine Brennstoffschicht
beschleunigt wurde, wurde die Orimulsion in einen Präzipitatabtrennungstank
geleitet. Nachdem die überstehende
Brennstoffschicht zum Überfliesen
gebracht wurde, wurde sie in den Teiloxidationsreaktor geleitet.
Der Wassergehalt in der Brennstoffschicht war ungefähr 1,6%.
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Arbeitsbeispiel 4:
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Der
im Arbeitsbeispiel 2 verwendete Trockner wurde durch einen vom elektrostatischen
Typ mit vielen Elektroden in einem trommelförmigen Gefäß ersetzt. Eine 200 Volt Gleichstromspannung
wurde zwischen diesen Elektroden und dem Trommelkörper des
Gefäßes angelegt,
um die Trennung durch Anlegen eines elektrischen Feldes zu beschleunigen.
Die überfließende Brennstoffschicht
enthielt 1,5% Wasser. Die Brennstoffschicht wurde weiter auf 150°C erhitzt
und in den Teiloxidationsreaktor zur teilweisen Oxidation geleitet,
wodurch ein vergaster Brennstoff erhalten wurde, der Wasserstoff
und Kohlenmonoxid als Hauptkomponenten und Kohlenwasserstoff, Wasser
und Gase mit Schwefelwasserstoff enthält.
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Tabelle
1 zeigt die Zusammensetzung und die höheren Wärmewerte (naß) einer
Rohorimulsion vor der Vergasung und einer dehydrierten Orimulsion,
die durch die Abtrennung von Wasser aus der Rohemulsion erhalten
wurde. Tabelle 2 zeigt die Gaszusammensetzung und höhere und
niedrigere Energiewerte (naß)
der Brennstoffgase, die durch Vergasung dieser Materialien erhalten
wurden.
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Wie
von diesen Ergebnissen zu sehen ist, hat der aus der hydrierter,
Orimulsion erhaltene vergaste Brennstoff einen niedrigeren Wassergehalt
und einen höheren
Heizwert.
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Die
obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist eine Veranschaulichung
von Ausführungen
im Falle einer Orimulsion gewesen, aber die vorliegende Erfindung
ist nicht auf den Fall einer Orimulsion beschränkt. Die vorliegende Erfindung
kann auf alle flüssigen
Brennstoffe aus Superschweröl
angewendet werden, welches durch Zugabe von Wasser zu einer fließbaren Flüssigkeit
umgewandelt werden muß,
da es im allgemeinen eine hohe Viskosität aufweist. Die obige Beschreibung
wurde in Bezug auf ein Superschweröl mit einem API Baume Grad
unter 10 erstellt, aber der API Baume Grad des Rohbrennstoffs in
der vorliegenden Erfindung kann höher sein, wobei ein Schweröl mit einem
API Baume Grad von 10 bis 20 eingeschlossen ist.
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Weiterhin
wird eine besondere Ausführung
des Verfahrens zur Wärmerückgewinnung
nach der Erfindung mit Bezug auf 3 beschrieben
werden. In dieser Ausführung
wurde die Erfindung unter Verwendung der vorher genannten und in 3 gezeigten
Wärmerückgewinnungsvorrichtung
durchgeführt.
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Eine
Orimulsion, die 29% Wasser enthält,
wurde als Rohbrennstoff verwendet. Die folgenden Tabellen 3 und
4 geben die Zusammensetzung, Temperatur, etc. des durch Teiloxidation
unter Verwendung von Sauerstoff erhaltenen vergasten Brennstoffes
an.
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Wie
in 3 gezeigt, umfaßt die Wärmerückgewinnungsvorrichtung in Übereinstimmung
mit dieser Ausführung
eine Rohbrennstoffvergasungsvorrichtung 1 und eine Staubentfernungsvorrichtung 2,
die aufeinanderfolgend an die Rohbrennstoffvergasungsvorrichtung 1 angeschlossen
ist, einen Wärmetauscher 3 vor der
Reduktion von Schwefelkohlenstoff, eine Schwefelkohlenstoffreduzierungsvorrichtung 4,
eine Sättigungsvorrichtung 5,
eine Kühlvorrichtung 6 vor
der Entschwefelung, eine Entschwefelungsvorrichtung 7,
und eine Gasturbine 8, die vor der Reduktion von Schwefelkohlenstoff
an den Wärmetauscher 3 angeschlossen
ist und die derart konfiguriert ist, daß die Entschwefelungsvorrichtung 7 an
die Sättigungsvorrichtung 5 angeschlossen ist
und das Kühlwasser
von der Kühlvorrichtung 6 vor
der Entschwefelung der Oberseite der Sättigungsvorrichtung 5 durch
eine Pumpe 9 zugeführt
wird. Bezugsziffern 15 bis 24 in 3 bezeichnen
Flüssigkeiten
mit einer Zusammensetzung wie in Tabelle 3 und 4 gezeigt.
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Folglich
wird aus dem vergasten Brennstoff 18 (300°C, Wassergehalt
13,7 Vol.-%) vor der Entschwefelung Hitze als entschwefeltem vergasten
Brennstoff 22 (249°C,
Wassergehalt 12,4 Volumenprozent) rückgewonnen trotz eines Entschwefelungsvorganges
bei einer niedrigen Temperatur.
