KR100387276B1 - 수송 부분산화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

저급 탄화수소 흐름을 수소 및/또는 합성 가스 생성물로 전환하는 방법과 전환 공정에 유용한 수송 반응기가 나타나 있다. 수송 반응기에서, 생성된 산소는 순환하는 불활성 미립 운반체 위에 침적된다. 침적된 탄소는 흡열반응을 위한 열을 공급하기 위해 부분적으로 산화된다. 수송 반응기를 떠난 반응 유출물 가스는 미립물질, 황화합물, 산성 가스를 제거하고 증기를 응축하고, 정제된 수소 및/또는 합성 가스를 생산하기 위해 일산화탄소로부터 수소를 분리하기 위해 처리될 수 있다.
본 공정은 실직적으로 공정 분열 없이 모든 형태의 저급 탄화수소 공급을 연속적으로 다룰 수 있는 신축성을 갖고 있다.

Description

수송 부분산화장치 및 방법
본 발명은 저급 탄화수소 흐름을 수소나 합성가스로 전환시키기 위해 비교적 낮은 온도와 화학양론 이하의 산화조건에서 작동하는 수송반응기 (a transport reactor)를 사용하는 방법과 장치에 관한 것이다. 제련소와 석유화학 공장에서 생산되는 저급 또는 네가티브값의 페기물 및 / 또는 잔류물 흐름은 재사용이나 처리시 전형적인 문제를 발생시킨다. 일반적으로 제안되는 것은 연소 공정에서 가열 가치를 지닌 패기물 흐름을 사용하는 것이다. 그 예로는 탄화수소, 이산화탄소, 일산화탄소 그리고 증기를 함유하는 배출가스 ; 금속을 함유한 침적물과 고무; 수중탄화수소 유탁액 흐름 (예를들면, 석유 유탁액 절단과 탈수) ; 방향족 용매를 함유하고 있는 흐름 ; 소비된 가성알카리 흐름 ; 석탄 더스트슬러리 , 이산화탄소를 재거한 배출가스 ; 코크스 고형물 ; 등을 들 수 있다. 그러나 그와 같은 흐름은 전형적으로 위험한 폐기물로 분류된다. 그렇게 분류된 흐름을 처리하기 위해서는 항상 환경에 해로운 영향을 최소화하기 위해서 폭넓은 관리가 필요하다. 따라서, 그와 같은 흐름을 연소함으로써 얻는 이점은 관리 요구사항에 의해 부과되는 비용에 의해 제한받게 된다.
고온의 연소 공정은 딴 방법으로는 어렵고 비용이 드는 폐기물 흐름으로부터 깨끗하고, 환경적으로 받아들일 수 있는 가열유용성을 얻을 수 있다고 알려져 있다. 이 고온 공정에서, 공급재료는 고온 불꽃에서 거의 화학양론 양의 산소와 혼합되어 공급재료내 탄화수소가 3000 ℉의 온도에서 주로 이산화탄소와 물을 형성하도록 연소되는 연소구역으로 주입된다. 그다음,생산된 열은 유용한 생산을 위해 회수된다.
상기의 공정에 몇가지 결점이 있다. 애를 들면, 공장에서의 폐기물 흐름의 생성 속도와 조성은 전형적으로 광빔위하게 변화한다. 탄화 수소 대 산소의 비가 빠르게 변동하는 곳애서, 너무 많은 탄화수소는 매연을 형성하는 반면, 너무 적은 탄화수소는 불꽃을 일으키고 사라진다. 공급물내에서 이 변화를 완화하고 대개 혼합 시스템과 여분의 공급시스템을 마무리하기 위해 일반적으로 복잡한 측정을 한다.
탄화수소 공급물의 메탄올 생산을 위한 일산화탄소 및 / 또는 암모니아 생산, 수소화 반응 그리고 다른 용도를 위한 수소를 포함하고 있는 합성가스로의 전환은 선행 기술에서 잘 알려져 있다. 탄화수소의 흐름은 대개 고온증기의 존재하에서 전환되어 일산화탄소와 수소를 만든다. 또한 일산화탄소는 추가적인 수소를 생산하기 위한 이동 반응에서 고온 증기와 반응하는 것으로 알려져 있다.
다양하게 구성된 저급 탄화수소 공정 흐름을 폐기물 흐름의 생산을 피하기 위해서 수소 및/또는 합성 가스 (H2+ CO) 와 같은 하나 이상의 가치있는 생성물 흐름으로 전환할 수 있는 것은 유익하다. 추가적으로 전환공정이 곤란을 겪지 않고 연속적인 작동으로 다양한 조성의 공급물을 다룰 수 있다면 유리하다. 또한 산소소비를 줄이고 효율을 증가시키면서 비교적 저온애서 수송 전환 반응기를 작동하는것은 유익하다.
저급 탄화수소 흐름은 저급 흐름이 얻어지는 공정내에 재순환될 수 있는 다양한 합성가스 및 / 또는 수소 생성물을 생산하기 위해 저온과 화학양론 이하의 산화 조건에서 작동하는 수송 전환 반응기를 포함하는 공정중의 폐루프 처리장치에서 효율적으로 처리된다. 공정중의 저급 흐름을 이용함으로써, 공정밖의 처리를 필요로 하는 페기물 흐름의 양을 크게 줄일 수 있다. 순환하는 입자위에 침적된 탄소가 부분적으로 산화되어 증기 열분해와 일산화탄소 이동과 같은 흡열반응을 수행할 열을 공급하는 수송 반응기를 사용함으로써, 부분산화반응을 방해하지 않고, 탄화수소 조성과 수분함량이 다양한 공급물을 받아들이는 동안에 반응기는 연속적으로 작동할 수 있는 신축성을 가지고 있다. 추가적으로, 반응기는 선행 폐기물흐름 연소기술과 비교해서 감소된 산소공급과 개선된 효율로 저온에서 작동될 수 있다.
특히, 제련소에서의 이점은 넓은 범위의 공장의 오염원 감소와 예를 들면, 이산화탄소제거 조작에서 생성된 배출가스와 액체흐름의 삭감을 포함한다. 본 방법은 저급 탄화수소 흐름을 저급 흐름이 얻어지는 공정에서 감소되고 사용될 수 있는 수소 및 / 또는 합성가스와 같은 유용한 생성물로 전환시킨다. 결과직으로 생산된 이산화탄소의 양은 감소된다. 추가적으로 중금속 휘발성이 상당히 감소한다 (반응기 조작 온도를 낮춤으로 인해).
한 측면에서, 본 발멍은 저급 탄화수소 흐름을 수소나 합성가스로 전관시키기 위한 수송부분산화처리 장치를 제공한다. 그 장치는 산소가 풍부한 흐름을 형성하기 위한 공조장치 (air plant) 를 포함한다. 배관 (예를들어, 파이프나 도관) 은산소흐름과 원료탄화수소 흐름을 (1) 순환하는 입자위에 침적된 탄소를 화학양론이하로 산화시키기 위한 부분산화구역, (2)부분산화구역으로부터의 원료탄화수소 흐름과 생성물의 혼합물을 받아들이고 수소, 저급 탄화수소, 일산화탄소, 그리고 이산화탄소를 포함하는 유출물을 생산하고, 상승관 유출물로부터 입자위에 탄소를 침적시키기 위한 상승관, 및 (3) 부분산화구역으로서 재순환을 위해 입자를 회수하고 필수적으로 입자가 없는 가스 생성물을 형성하기 위한 분리구역을 포함하는 수송부분산화 반응기에 공급하기 위해 제공된다. 페열 보일러는 수송반응기로부터 열을 회수하고 가스 생성물을 냉각시키기 위해 제공된다.
냉각된 가스 생성물로부터 미립자를 회수하고 필수적으로 미립자가 없는 가스를 산출하기 위해 여과기가 제공된다. 재순환 배관은 미립자가 없는 가스 생성물을 급냉하기 위해 탑에 물을 재순환하기 위해 설치된다. 수소분리 장치는 급냉된 가스 생성물을 풍부한 수소 흐름과 저급 탄화수소 흐름으로 분리하기 위해 제공된다. 부분산화지역으로 산소 흐름의 공급속도를 조절하고 원료탄화수소 흐름의 속도와 탄소 조성의 변화에 대응하여 상승관 유출물의 온도를 약 870 ℃ (약 1600 ℉) 내지 약 1090℃(약 2000 ℉) 로 유지하고 실질적으로 약 0.5 내지 40 중량 % 로 순환 입자상의 탄소 잔류량을 침적시키기 위해 조절기가 제공된다. 장치애 공급된 원료탄화수소 흐름은 실질적으로 원료탄화수소 흐름의 0 내지 약 40 중량 % 의 수분함량, 건조기준으로 실질적으로 원료탄화수소 흐름의 약 75 내지 약 95 중량 % 의 탄소 함량, 수소 대 탄소의 원자의 비가 약 0.5 내지 약 4.0 사이로 변동한다. 원료탄화수소 흐름은 바람직하게는 배출탄화수소가스, 잔류액상 탄화수소흐름, 전체긴조기준으로 수소 대 탄소의 원자비가 약 1 ∼ 2 인 제련 고체나 그의 조합물을 포함한다. 바람직한 구현예로, 본 장치는 배출탄화수소가스를 위한 부분산화반응기로의 칫번째 공급배관과 액체탄화수소와 임의 고체성분을 위한 두번째 공급배관을 포함한다. 배관은 바람직하게 증기와 원료탄화수소 흐름중의 총수분 대원료탄화수소흐름 내의 탄화수소의 중량비가 약 0.3 내지 약 0.5 와 같은 비율로 상승관으로 증기를 공급하기 위해 장치에 제공된다.
수송부분산화 반응기의 산화구역은 필수적으로 반응성 산소가 없는 부분산화생성물의 흐름을 형성하기 위해 화학양론이하의 산소흐름 공급 물로 순환하는 입자위에 침적된 탄소를 산화시키기 위해 적용되는 깃이 바람직하다. 공급주입 구역은 원호탄화수소 흐름을 부분산화생성물의 흐름으로 계속적으로 도입하여 그의 혼합물을 형성하기 위해 적용되는 것이, 상승관은 공급주입 구역으로부터 혼합물을 받아들이기 위해 적용되는 것이 바람직하다. 반응기는 거기 위에 침적된 탄소를 함유한 회수된 입자를 받아들이기 위해 입자 잔류구역, 잔류구역에서 부분산화구역으로 입자를 운반하기 위한 이송배관, 및 미립자 잔류구역에서 거기 위에 침적된 탄소를 포함하고 있으며 산화와 공급주입 구역의 연속적인 작동을 유지시키기에 충분한 양으로 상승관, 분리구역과 이송배관을 통해 재순환하는 입자의 충전물을 포함한다. 배관은 수송부분산화 반응기의 분리구역에시 회수된 입자의 일부를 세정하기 위해 제공되는 깃이 바람직하다. 금속 침출이나 고정시스템은 세정된 입자를 처리하고 고체나 고정된 금속 생성물을 산출하기 위해 사용될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 저급 탄화수소 흐름을 수소나 합성가스로의 저온변환 방법을 제공한다. 단계 (a) 에서, 원료탄화수소 흐름은 잘게 나누어진 입자를 담고 있는 부분산화 생성뭍의 연속적인 흐름안으로 도입된다. 단게 (b) 에서, 단계 (a) 로부터 수득된 혼합물은 수소, 저급탄화수소, 일산화탄소와 이산화탄소의 유출물 생산하고 입자상애 탄소를 침적시키기 위해 수송조건아래에서 필수적으로 단열 열분해구역을 통해 통과된다. 단계 (c) 에서, 단계 (b) 의 생성물로부터 탄소가 도포된 입자는 필수적으로 입자가 없는 합성 가스를 얻기 위해 회수된다. 단계 (d) 에서, 회수된 입자의 주 부분과 화학양론 이하의 반응성이 있는 산소는 탄화수소 도입의 단계 (a) 를 위한 부분산화 생성물의 흐름을 형성하기 위해 부분산화구역에 연속적으로 공급된다. 단계 (e) 에서, 질량흐름속도, 수분함량, 탄화수소의 탄소함량, 탄화수소에서 수소 대 탄소의 원자비, 그리고 그의 조합으로부터 선택된 원료탄화수소 흐름의 실제적인 변동에 대응하여 부분산화지역에 공급되는 반응성 산소의 양은 실질적으고 약 870 ℃ (약 1600 ℉) 내지 1090 ℃ (약 2000 ℉) 의 온도로 단게 (b) 의 열분해구역의 출구온도를 유지하고, 실질적으로 0.5 내지 40 중량 % 사이의 평균 탄소 침적함량을 가지는 회수단계(c)로부터 입자를 얻기 위해 조정된다.
본 발명의 방법의 예로, 원료탄화수소 흐름은 오일 - 물 분리기나 공기부유 탱크로부터의 유탁액을 포함할 수 있다. 원료탄화수소 흐름은 단게 (b) 에서 입자위로 흡착된 급속을 포함할 수 있으며 단계 (c) 로부터의 합성가스는 필수적으로 금속을 함유하고 있지 않다.
입자는 단계 (a)의 원료탄화수소 흐름의 약 10 내지 약 250 배의 질량흐름속도로 단계 (d) 의 부분산화 구역으로 공급되는 것이 바람직하다. 실질적으로 질소가 없는 산소는 단계 (d) 의 부분산화구역으로 공급되는 것이 바람직하다. 반응성 산소는 부분산화구역애 공급된 입자위의 탄소에 대해 화학양론의 약 5 % 미만의 양으로 단계 (d) 의 부분산화구역에 공급되는 것이 바람직하다. 다음 단계로서, 증기는 어떤 탄소의 가스화 뿐만 아니라 단계 (b) 의 수소로의 이동전환을 위한 열분해 구역에 공급된다. 원료탄화수소 흐름은 약 0 내지 약 40 중량 %의 수분 함량을 가지며, 건조기준으로 75 내지 95 % 탄소, 건조기준으로 0.5 내지 4, 바람직하게는 1 내지 2의 수소 대 탄소의 원자비를 가진다.
그러나, 중기와 원료탄화수소 흐름중의 물 대 원료탄화수소 흐름중의 탄화 수소의 중량비를 약 0.3 내지 약 0.5 로 공급하기 위해 증기를 열분해 구역의 입구에 공급할 수 있다. 단계 (a)에 도입된 탄화수소는 방향족 고리를 포함할 수 있고, 단계 (c) 로부터 무기 입자위에 침적된 합성가스와 탄소는 필수적으로 방항족고리 화함물을 함유하고 있지 않다. 단계 (a) 의 입자는 소비된 유동화된 접촉크래킹 촉매 또는 다른 알맞은 유동화 입자를 포함할 수 있다. 단계 (b) 의 혼합물은 적은 양의 가성알칼리를 포함할 수 있다. 또 다른 단계로서, 단계 (c) 로부터의 합성가스는 실질적으로 타르형성을 억제하기 위해 급냉되는 것이 바람직하다.
고체, 액체 또는 기체인 저급 탄화수소 흐름 또는 그의 조합물은 본 발명의 수송 반응기의 상승관에 연속적으로 탄화수소를 도입 함으로써 합성가스 및 / 또는 수소 생성물 흐름으로 전관된다. 상승관에서 탄화수소는 열분해되고, 고체탄소는 생산되고 반응기예서 순환된 입자 운반체 위에 침적된다. 흡열 크래킹과 열분해 반응에 필요한 에너지는 침적된 탄소의 화학양론 이하의 부분산화로 얻을 수 있다. 본 전환 반응기는 저급탄화수소 흐름을 얻을 수 있는 동일한 제조공장 (예를 들면,제련소) 에서 사용하기에 적합한 합성가스 및 / 또는 수소생성물을 생산하기 위한 공정중 패루프의 방법을 형성하기 위해서 반응 유출물 정화 장치와 관련되어 작동될 수 있다. 그와 같은 방법으로, 저급탄화수소 흐름은 고급 생성물로 깨끗하게 전환된다. 동시에, 공정중인 폐루프 변환 빙법을 사용하여 전공장의 열원 감소를 행할 수 있다.
도 1에서, 수송 유체역학 구역에서 작동하는 본 발명의 반응기 (10) 은 혼합구역 (14) 위의 상승관 (12) 를 포함한다. 혼합구역 (14)는 재순환하는 미립자 운반체 위에 침적된 탄소 일부이상이 화학양론이하의 연소생성물(주로 일산화탄소)과 작게 분리된 입자의 고속흐름을 형성하기 위해 산화되는 저급 부분산화 구역 (16) 을 포함한다.
산소공급은 배관 (18) 을 통해서 부분산화구역 (16) 으로 도입된다. 산소공급은 일반적으로 부분산화구역 (16) 과 상승관 (12) 의 온도를 통제하기에 적합한 속도로 공급되고 공기, 산소가 풍부한 공기, 산소와 질소나 아르곤과 같은 불활성 기체의 혼합물,순수한 산소등을 포함할 수 있다. 산소 대 순환하는 입자위에 침적된 탄소의 몰비는 부분산화구역 (16) 에서 이산화탄소 일산화탄소의 형성을 증진시키기 위해서 화학양론 이하의 비율에서 유지된다. 공급된 산소는 바람직하게는 부분산화구역(16) 에 공급된 모든 탄소를 이산화탄소로의 완전한 연소에 필요한 산소의 5 %미만의 화학양론적 양이다. 그 결과로 생기는 화학양론적 이하의 연소생성물은 필수적으로 반응하지 않은 산화제를 함유하고 있지 않다.
원료주입구역 (20) 은 바람직하게 부분산화구역 (16) 위의 혼합구역 (14) 에 배치된다. 탄화수소공급 흐름은 배관 (22) 를 통해 공급주입구역 (20) 으로 운송되어 부분산화구역 (16) 으로부터 고속의 유출물과 입자의 흐름과 혼합된다. 부분산화구역 (16) 에서 발생된 열은 공급물내 어떤 고분지량의 탄화수소를 열분해 해서 저급 탄화수소와 탄소를 포함한 저분자량의 생성물로 만들기 위해 혼합구역 (14) 와 상승관 (12) 에서 사용된다. 추가적으로, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 탄소를 포함하는 열분해 생성물은 증기와의 반응으로 또한 생산된다. 본 발명의 특징에 따라 크래킹과 열분해 반응에 의해 생산된 탄소의 대부분은 부분산화구역 (16) 으로부터 불활성 입자위에 침적된다.
공급물흐름 (22) 는 탄화수소 배출가스, 잔류 탄화수소 액체, 제련소 고체 그리고 그의 조합물을 포함한다. 본 발명의 다른 특징으로는, 공급물흐름 (22) 는 전환될 수 있는 잔류물 및 / 또는 저급 흐름의 형태와 사용가능성에 따라 수분함량, 탄소 함량 수소 대 탄소의 비가 변동할 수 있다. 공급물흐름 (22) 는 0 내지 약 40 중량 % 의 농도의 물과 약 75 내지 약 95 중량 % 의 농도의 탄소를 포함할 수 있다. 공급물흐름 (22) 는 약 0.5 내지 약 4 : 1, 바람직하게는 1 내지 2 : 1 의 수소 대 탄소의 원자 중랑비 (건조기준에 근거하여) 를 가질 수 있다.
본 발명에서 전환될 수 있는 알맞은 탄화수소 흐름의 예는 석유 생산 공장의 탈수장치에 의해 싱산되는 수중석유 유탁액 ; 석유화학공장으로부터 방향족 용매, 하층액체, 고무고체 ; 배출가스, 이산화탄소를 제거한 페가스 (off gas), 슬러리그리고 하층액체, 석유 제련소에서 생산된 코크스 고체를 포함한다. 사용될 수 있는 잔류물이나 저급탄화수소 흐름의 추가적인 예는 석탄취급과 플라스틱 제조공장에서의 석유혈암 (oil shale), 타르, 아스팔트, 먼지, 소비된 가성 알칼리 흐름등을 포함한다.
공급흐름 (22) 는 전환될 수 있는 잔류흐름 (들) 의 상태에 의존하는 고체, 액체, 기체의 용액, 슬러지, 유탁액, 현탁액으로 도입될 수 있다. 전형적으로, 고체와 액체 성분은 취급과 펌핑을 쉽게 하기 위해 탄화수소운반 액체에서 용해 및/또는 현탁될 수 있다. 다른방법으로는 기체성분은 분리공급배관 (보이지 않음) 을 통해서 별도로 도입될 수 있다. 탄화수소 공급물흐름 (22) 는 부분적으로 공급물의 조성, 반응유출가스의 조성 및 그의 조작을 손쉽게할 수 있도록 해주는 원하는 만큼 단계중의 반응기 (10) 의 반응기의 혼합구역 (14) 에 도입할 수 있다.
증기는 배관 (26) 을 경유하여 공금주입구역 (20) 위의 혼합구역 (14) 로 주입되는 것이 바람직하다. 그 증기는 상승하는 부분산화 고속의 흐름과 상승관 (12) 에서 필수적으로 단열 열분해 구역 (30) 입구에 인접한 열분해된 생성물과 혼합한다. 다른 방법으로 및 / 또는 추가적으로, 증기는 특히 원료공급 물이 휘발성 및 / 또는 기상 탄화수소성분을 포함하는 탄화수소 공급물과 함께 주입된다. 증기는 또한 산화제 흐름 (18) 과 함께 주입될 수 있다. 증기 주입 배관 (26) 과 탄화수소흐름 (22) 에 있는 전체 물 대 탄화수소공급 흐름 (22) 의 탄화수소의 중량비는 0.3 내지 0.5 이다.
혼합구역 (14) 의 유출액은 몇 개의 흡열반응공정이 일어나는 상승관 (12)를 통해 감소된 조건에서 통과한다. 공급물내 휘발성 탄화수소는 휘발된다. 고분자량의 탄화수소는 열분해되어 메탄과 에탄과 같은 저분자량의 탄화수소 (C1∼ C4) 가 되고 비휘발성 탄소는 순환하는 입자위에 침적된다. 증기는 탄소 및 탄화수소와 반응하여 수소와 일산화 탄소를 형성하고, 잘 알려진 이동 전환 반응에 따라 더 많은 수소와 이산화탄소를 형성하기 위해 일산화탄소와 반응한다. 공급탄화수소는 연소공정을 거치지 않기 때문에 저급 탄화수소의 형성이 증가된다.
고속의 부분산화 생성물은 반응기 (10) 에서 일어나는 흡열크래킹, 기화, 이등 반응을 위한 열을 공급하기 위해 단열 열분해 구역 (30) 에 발열 산화 반응에 의해 입자가 가열되는 부분산화 구역 (16) 으로부터 열을 효율적으로 전달하기 위해 열플라이휠 처림 행동하는 상승관 (12) 에 있는 운반체 입자의 급속한 내부 재순환 흐름을 일으킨다. 부분산화구역 (16) 으로 재순환된 운반체 입자의 질량흐름 속도는 배관 (22) 에 통해 혼합구역 (14) 로 공급되는 공급물의 질량흐름 속도의 약 10 내지 약 250배이다. 반응기 (10) 에서 순환하는 운반체 입자로 사용하기에 적합한 물질은 큰 표면적을 가진 잘게 나누어진 내화성 물질이고, 본 발명의 반응조건에서는 일반직으로 불활성이다. 그 예로는 미립자로된 알루미나와 실리카이고 유동화 접촉 크레킹 (FCC) 반응기로부터 소비된 촉매이다.
부분산화반응기는 열분해된 탄화수소 생성물 (휘발성물질) 대신에 운반체 입자위에 침적된 탄소를 산화시킴으로써 연료가 공급받기 때문에 반응유출액의 저급 탄화수소와 일산화탄소의 농도는 선행 기술공정과 비교해서 향상된다. 추가적으로,반응기 (10) 은 공급물의 넓은 스펙트럼과 공정 붕괴없이 계속적으로 공급조성을 받아들이기 위해 유연성을 향상시켰다. 전체적으로 순환하는 입자위에 침적된 탄소 잔류량은 전체 운반체 중량의 약 0.5 내지 약 40 % 를 포함한다.
열분해, 가스화, 이동반응의 반응 유출액을 상승관 (12) 에서 탄소가 도포된 입자는 필수적으로 미립자가 없는 수소 및 / 또는 합성가스 흐름을 제공하기 위해 반응 생성물로부터 회수된 분리구역 (32) 으로 통과한다. 분리구역 (32)는 바람직하게 하나이상의 고효율의 사이클론 분리공정을 포함한다. 상승관 (12) 로부터 입자가 적재된 가스는 배관 (36) 을 통해 사이클론 (34) 에 공급된다. 부가적인 두번째 사이클론분리 (보이지 않음) 가 필요하다면 사용될 수 있다.
사이클론 (34) 는 탄소적재 입자의 잔류시간을 증가시키기 위해 입자 정체구역 (40) 그리고, 부분산화구역 (16) 과 공급주입구역 (20) 을 연속적으로 작동시키기 위해 충분한 속도로 부분산화구역 (16) 에 입자를 운반하기 위한 전달 배관 (42) 를 가진 디플레그 (dipleg) (38) 을 포함한다. 분리구역 (32) 는 정체구역 (40) 로부터의 고체의 일부가 고체상 금속의 바라던 최대의 농도를 유지하기 위해 반응기 (10) 으로부터 세정될 수 있는 세정 배관(44) 를 포함한다. 바닥은 초기에 수압으로 작동하는 요구조건을 만족시키기 위해 배관 (48) 을 경유하여 불활성 운반체로 채워진다. 작동하는 동안에 조성 불활성 운반체는 바라던 운반체위의 금속농도를 유지하고 시스템으로부터 순환하는 운반체의 전체손실을 보충하기 위해 첨가된다. 감소된 미립자 함량을 갖는 기체는 배관 (46) 을 경유하여 사이클론 (34) 로부터 회수된다.
설계된 작동 압력에 의존하는 본 발명의 반응기 (10) 은 순환하는 운반체의 어떤 촉매찰성을 위한 필요 없이 열분해, 가스화, 이동반응을 증진시키기에 알맞은 온도에서 작동한다. 이 반응은 전형적으로 788℃ (1450 ℉) 정도의 낮은 온도에서 시작할 수 있다. 바람직하게는 반응기 (10) 은 상승관 12 의 출구에서 측정된 약 870 ℃ (약 1600 ℉) 내지 약 1090 ℃ (약2000 ℉) 의 온도범위에서 작동한다. 종래의 방법과 비교해 보면, 본 발명의 낮은 작동 온도는 휘발되는 금속의 양을 줄이고, 대신 운반입자위의 금속을 흡수한다. 이것은 공정장치와 배관벽위의 금속의 침적과 축적을 피하고, 순환하는 고체로부터 그를 회수함으로써 금속의 회수를 촉진한다.
작동하는 온도범위는 부분산화구역 (16) 으로의 산화제 공급의 속도와 운반체 재순환의 속도를 지정함으로써 일반적으로 통제된다. 덧붙여, 열은 정체구역 (40)에서 운반체로부터 선택적으로 제거될 수 있다. 상승관 온도와 탄소침적율 (즉, 탄소잔류량) 는 탄화수소흐름 (22) 의 공급속도와 탄소 조성의 변화에 대응하여 변동할 수 있기 때문에 조절기 (보이지 않음) 는 원하던 곳에서 상승관 (12) 의 작동 온도를 유지하고 반응기 (10) 에서 알맞은 탄소 잔류량을 보전하기 위해 부분산화구역 (16) 에 산소흐름 (18) 의 공급속도를 조절하기 위해 사용될 수 있다.
수송 반응기는 단위 반응기의 단면적 당 다룰수 있는 용량을 증가시키기 위해 약 4.0 MPa (약 600 psig)이하의 고압에서 작동하도록 설계될 수 있다.
배관 (36) 에서 원료생성물 가스는 바람직하게 하류세정 장치에서, 재련소에서 상류 사용이나 메탄올이나 예를 들면, 암모니아 공장으로의 전달 이전의 하류세정 장치 (도 2) 에서 세정된다. 원료생성물가스는 다양한 농도의 황화수소를 포함할 수 있다. 다운스트립 세정은 열의 회수, 미량의 미립자제거, 타르억제, 탈황, 성분증류를 포함한다.
도 2에서, 본 발명의 공정중 페루프 탄화수소 전환 장치 (100) 을 나타낸다. 장치 (100) 은 탄화수소를 위에서 언급한 대로 본 발명의 저온수송 반응기 (102) 에 공급하기 위한 업스트림 공정 유출물 / 잔류흐름 축적 장치 (A) 를 포함한다. 반응기 (102) 로의 산화제 공급은 공기 분리 장치 (B) 에 의해 공급되고 반응유출 가스는 탈황되고 합성가스 및 / 또는 수소생성물 흐름을 공급하기 위해 세정장치(C)에 의해 세정된다.
공급물 축적장치 (A) 는 복수의 저급액체 및 /또는 고체 탄화수소흐름 (106), (108), (110) 를 받아들이는 한쌍 이상의 정유탱크 (104a), (104b) 를 포함한다. 그 탄화수소흐름은 각각 오일 공정 유출물 흐름, 잔류 오일 흐름, 다른 제련 고체를 포함한다. 탄화수소 공급흐름 (106), (108), (110) 은 부분산화 조건에서 본 발명과 일치해서 작동하는 반응기 (102) 로 배관 (114) 를 경유하여 펌프 (112) 에 의해 펌핑된다. 탱크 (104a), (104b), 펌프 (112) 그리고 배관 (114) 는 바람직하게 적당한 공급물의 점도를 유지하기 위해 가열된다. 배출가스와 같은 기체상태인 저급 탄화수소 흐름은 바람직하게 배관 (116) 을 경유하여 직접 반응기 (102) 로 도입된다. 불활성 운반체 입자는 배관 (117) 을 경유하여 필요한만큼 반응기 (102) 에 충전된다.
공기분리장치 (B) 는 배관 (118) 을 통해 도입된 공기를 종래 공지의 방법에의해 N2와 O2구성성분으로 분리한다. 질소는 각종 제련소 공정에 공급하기 위해 배관 (120) 을 통해서 회수된다. 실질적으로 순수한 산소흐름은 반응기 (102) 로 산화제 공급물로서 배관 (122) 를 통해 회수된다. 반응기 (102) 에서 열분해, 가스화, 이동 반응에 필요한 증기는 배관 (124) 를 통해 공급된다. 원한다면 증기 공급물은 배관 (122) 를 경유하여 공급하기 위해 산소공급물과 결합될 수 있다.
반응기 (102) 로부터의 유출물은 재순관을 위해 운반체 입자를 분리하기 위한 미립자 분리장치 (보이지 않음) 위로 통과된다. 실질적으로 미립자물질이 없는 뜨거운 기체상 유출물은 공급용 분리장치에서 페열회수장치 (126) 으로 통과한다. 페열최수장치 (126) 에서, 반응기 (102) 로 공급된 열은 증기 생산을 위한 가열 보일러 공급물을 포함해서 사업용 발진을 위해 부분적으로 회수될 수 있다. 냉각된 반응 유출물 흐름은 배관 (128) 을 통해 통과하고 기체흐름 (128) 로부터 어떤 이동 입자를 더 분리하기 위해 고효율의 여과장치 (130) 으로 이동한다. 알맞은 여과장치와 예는 사이클론, 세라믹 필터, 관성분리기, 정전집진기 등을 포함한다. 여과장치 (130) 으로부터 회수된 고체는 아래에 서술되는 것처럼 더 처리하기 위해 배관 (132) 를 통해 회수된다. 고체흐름 (132) 는 제련소 하부 흐름으로부터 비연소 찌끼기재로서 전형적으로 회수되는 원유에 존재하는 각종 비휘발성 무기화합물을 포함한다. 고체흐름 (132) 는 소비된 FCC 촉매입자 또는 알루미나, 탄소 침적 기질로서 사용되는 다른 알맞은 입자를 포함한다.
여과기 (130) 으로부터의 여과기체는 통과되어 반응 유출물을 더욱 냉각시키고 실질적으로 타르 형성을 금지시키기 위해 급냉 루프 (133) 으로 이동한다. 급냉 루프 (133) 은 수용성 급렝액을 포함하는 급냉 탑 (134) 를 포함한다. 열교환기 (보이지 않음) 는 급냉탑 (134) 로부터 배관 (136) 을 통해 제기된 급냉수로 열의 교환에 의해 고체흐름 (132) 를 냉각시키기 위해 공급되는 것이 바람직하다. 고체 열교환기 (보이지않음) 로부터 가열 담금질 물의 흐름은 흡수된 열을 발산하기 위해 배관 (138) 을 경유하여 급냉 탱크 (140) 으로 통과한다. 급냉 탱크 (140) 을 떠난 냉각된 급냉수흐름 (142) 는 배관 (146) 을 경유하여 재순환된 것처럼 배관 (144) 로부터 급냉 탑 (134) 로 보충수와 결합된다. 배관 (l48) 을 경유하여 급냉 탑 (134) 를 통과한 급냉된 유출물 흐름은 선택 직 사우어 (sour) 이동장치 (150) 으로 통과될 수 있다. 사우어 이동장치 (150) 은 황화물의 존재하에서 추가적인 수소를 생산하기 위해 일산화탄소와 물을 반응시키기에 적합한 촉매를 가지고 있다. 수소가 풍부한 유출물 흐름은 배관 (152) 를 경유하여 그로부터 이산화탄소와 황화수소를 흡수하기 위해 종래의 수단이 사용된 산성 가스제기장치 (153) 으로 통과된다. 분리된 황화물은 황화물이 분해되어 월소황으르 되는 환원장치 (보이지않음) 로의 공급을 위해 배관 (154) 를 경유하여 회수된다. 원료 유출물 흐름으로부터 분리된 이산화탄소는 추가적 사용이나 배출을 위해 배관 (156) 을 경유하여 회수된다.
산성 가스분리장치 (153) 으로부터 회수된 깨끗한 유출물 흐름은 배관 (156) 을 경유하여 종래의 압력진동흡수 또는 막분리 수단이 유출물흐름의 다른 성분, 주로 일산화탄소로부터 수소 생성물을 분리하기 위해 사용되는 수소분리장치 (158)을 통과한다. 세정된 수소 생성물 흐름은 예를 들면, 제련소 수소화 장치나 많은 화학 약품의 제조에서 사용하기에 직합한 세정된 생성물 흐름으로서 배관 (160) 을 경유하여 수소분리장치 (l58) 으로부터 회수된다. 알산화탄소 및/또는 저급 탄화수소를 실질적으로 함유하는 부산물 흐름은 매탄올 제조, 예를 들면 즉, 사업용 생산의 연료가스로서에 사용하기 위해 배관 (162) 를 경유하여 회수된다. 금속화된 운반체 입자, 재, 무기물 등을 함유하는 공정 (100) 의 고체 잔류물은 함유하는 세정 배관 (164) 를 경유하여 반응기 (102) 로부터 세정되고, 고효율 여과장치 (130) 의 원료 유출물 가스로부터 분리된 고체는 배관 (166) 에서 결합된다. 그 다음, 이전에 언급되었듯이 결합된 고체 흐름 (166) 은 급냉수에 대한 열교환에 의해 냉각되고 금속 침출 및 / 또는 고체 고정 장치 (l68) 에 선택적으로 배출된다. 장치 (168) 에서 금속화된 운반체 입자에 있는 금속, 재, 그리고 무기물은 종래의 침출방법에 의한 금속 생성물로서 배관 (170) 을 경유하여 회수될 수 있다. 석유하부 흐름에 존재하는 일반 금속중에, 니켈, 바나듐, 철, 그리고 전이 원소등이 있다. 고체 폐기물은 또한 처리하기 위해 배관 (172) 를 경유해서 회수되는 무해한 고체를 포함할 수 있다.
실시예
연구설비 규모의 수송 유동 반응기 시험 장치 (TSTU) 는 다음예에서 저급탄화수소흐름을 수소 및 / 또는 합성가스 생성물로 전환하기 위한 본 발명의 공정에서 수송 반응기의 적용가능성과 성능을 보여주기 위해 사용되었다. 연구된 인자중매는 탄소 침전속도, 흡열열분해 반응을 유지하기 위해 필요한 탄소 잔류량, 생산된 생성물의 분석, 방향족 공급물이 사용되는 방향족고리 연소의 속도가 포함된다.
운반채 입자는 실질직으로 약 870 ℃ 내지 약 1090 ℃ 사이의 온도에서 단단하여 내구력이 있는 고체형태를 갖는 소비된 FCC 형 알루미나 / 실리카 촉매를 포함한다.
TRTU 의 일반화된 도표는 도 3에서 보여진다. 연구용으로 설게된 본 발명 (200) 의 수송 반응기는 내부 반응 구역 (204)를 갖는 중앙 상승관 파이프 (202) 를 포함한다. 상승관 파이프 (202) 는 고리 모양의 공간 안에서 운반체 축적 구역 (208) 을 형성하는 스탠드파이프 (stand pipe) (206) 에 의해 덮여 있다. 상승관 파이프 (202) 의 출구에 있는 운반체 분리 구역 (210) 은 생성물 가스로부터 유동화된 운반체를 분리시킨다. 분리구역 (210) 은 관성주향판 (212) 를 포함한다. 생성물 가스는 분석하기 위해 배관 (214) 를 통해 분리구역 (210) 으로부터 제거된다.
상승관 파이프 (202) 의 입구에 있는 운반체 유동화구역 (218) 은 입자의 유동층을 형성한다. 이 입자들은 살포가스 배관 (224) 의 출구에서 스퍼저 (sparger) (220) 에 의해 유동화 구역 (218) 로 살포된 유동화 가스에 의해 유동화된다. 유동화된 입자는 추출기 (226) 에 의해 상승관 파이프 (202) 의 입구안으로 주입된다. 출구에 있는 가변성 원뿔밸브 (230) 을 가지는 입구 파이프 (228) 은 증기로서 장치 (200) 에 탄화수소를 공급한다. 그 공급증기는 또한 추출기 (226) 에 추출가스로서 공급된다. 추출기 (226) 은 상승관 (202) 를 통해 가스의 속도를 조절하는 데 적합하다. 그 장치는 스탠드 파이프 (206) 을 덮는 전기 가열장치 (238) 과 상승관파이프 (202) 위에 있는 냉각수 재킷 (보이지않음) 을 포함한다.
반응기 (200) 은 INCOLOY 800 HT 로부터 만들어진다. 상승관 (202) 는 9.14 m (30 ft) 의 높이이고 1.95 ㎠ (0.0021 ft2) 의 유동면적을 가지고 있는 스탠드 파이프 (206) 의 고리모양의 흐름면적은 41.99 ㎠(0.0452 ft2) 이다. 반응기 (200) 은 유휴 흐름 배관 (보이지 않음) 을 포함한다. 그러나 고리형 삿 -오프 밸브는 포함하지 않는다. 가열재킷 (238) 은 여섯부분의 가열 요소를 포함한다. 피지 (purge) 와 유동가스는 압축된 질소를 포함한다.
탄화수소 증기공급흐름은 질소로 희석된 방향족 고무 용매를 포함한다. 고무용매는 탱크 (242) 로부터 펌프 (240) 에 의해 펌프된다. 그 다음, 용매흐름 (244)는 배관 (246) 을 통해 도입된 증기와 혼합되고 결합된 흐름은 용매를 증기화시키기 위해 가열기 (248) 을 통해 통과된다. 증기는 배관 (250) 을 경유하여 도입된 질소로 희석되고 붉게된 증기는 배관 (252) 를 통해 반응기 (200) 으로 들어간다.
그 유출물 가스는 방향족 탄화수소 공급의 열분해 생성물을 결정하기 위해 반응기 (200) 으로부터 제거된다. 먼지 여과기 (216) 은 생성물가스로부터 미립자 물질을 분리하기 위해 사용된다. 여과된 생성물 가스는 타르의 힝성을 방지하기 위해 열분리기 (252) 에서 급냉된다. 급냉된 증기는 피복된 배관 (254) 에서 냉각수와 열교환에 의해 더욱더 냉각되고 생성물 흐름에 있는 수용성 성분을 응축하기 위해 냉각 분리기 (256) 를 통과한다. 가스 출구 흐름은 배관 (258) 을 경유하여 냉각 분리기 (256) 으로부터 회수된다. 출구가스 (258) 의 일부분은 배관 (260) 을경유하여 기체 크로마토그레프 (GC) (보이지 않음) 에 공급된다. 출구가스 (258) 의 잔류물은 배관 (262) 를 경유하여 플레어 (flare) (보이지 않음) 로 향한다. 위에서 서술된 증기 열분해 반응이후, 반응기 200 은 냉각되고 운반체 매개물은 운반체 위에 침적된 탄화수소 공급물로부터 탄소의 중랑 % 를 결정하기 위해 회수된다.
실시예 1
고무 용매는 온도 900 ℃ (1650 ℉) 와 압력 0.34 MPa (g) (50 psig) 에서 반응기 (200) 에서 증기 열분해된다. 반응열은 가열 재킷 (238)에 의해 공급된다. 침적된 탄소 잔류물을 포함하는 운반체 입자는 분석을 위해 축적된다. 상승관 접촉 시간은 2 초 미만이다. 증기 - 불활성화된 평형 FCC 촉매는 900 ℃ 작동 온도에서 순환매개체로서 사용된다. 질소 희석액은 수득된 비응축성 생성물의 75 부피 % 를 포함한다. 기체 생성물의 GC 분석, 운반체 위의 침적된 탄소의 중량 %, 계산된 탄소 물질 수지는 표에 나타냈다.
표
* 탄화수소 공급물의 중량 %
실시예 2
반응기 (200) 은 실시예 l 에서 운반체 위에 축적된 탄소 잔류물을 부분적으로 산화하기 위해 900 ℃ (1650 ℉) 와 0.34 MPa (g) (50 psig) (가열재킷 (238) 없이) 에서 작동한다. 어떠한 추가적인 탄화수소 공급물도 공급되지 않았다. 공기는 증기대신에 배관 (246) 을 통해 반응기 (200) 에 공급된다. 그 다음, 부분산화반응의 생성물은 실시예 1 에서 처럼 GC 에 의해 분석된다. 부분산화반응의 결과는 표애 나타냈다.
실시예 3
반응기 (200) 은 고무용매공급물이 20 중량 % 혼합 크실렌으로 추가된다는 것과 중기 열분해 반응이 950 - 980 ℃ (l750 - 1800 ℉) 와, 0.34 MPa (g) (50 psig) 에서 행해지고, 실시예 2 로부터 실질적으로 탄소가 없는 증기 - 탈활성화된 FCC 촉매가 운반체 매개물로서 사용된다는 것을 제외하고 실시예 1 에서 서술된 과정과 유사하게 작동된다. 결과는 표애 나타냈다. 결론적으로, 탄화수소 흐름 열분해 반응 (실시예 1 과 3) 에서 생성된 실질적인 모든 탄소는 순환 운반체위에서 침적된다. 추가적으로, 방향족 고리는 파괴되고 탄소잔류물은 산화되면 흡열반응애 필요한 열을 생성하기 위해 충분한 발열을 공급한다. 따라서, 870 ∼ 1100 ℃(1600 ∼ 2000 ℉) 에서 단일 반응은 가능하다고 보여진다. 본 탄화수소 전환 공정과 수송 반응기는 전기의 서술과 실시예에 따라 설명되었다. 전기의 서술이 제한이 있는 깃은 아니다. 많은 변화가 그것의 견해에서 뛰어난 기술적 변화가 분명하게 될것이기 때문애 그 서술이 의도하는 것은 첨부된 청구범위의 영역과 의미내의 모든 그와 같은 변화는 그것에 의해 알 수 있다는 것이다.
도 1은 본 발명의 저온, 부분산화수송 반응기의 도식이다.
도 2 는 도 1 의 반응기를 사용하는 본 발명의 탄화수소 전환 공정의 작업공정도이다.
도 3 은 본 탄화수소 전환 공정을 평가하기 위해 사용된 본 발명의 소형 수송 반응기의 도식이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 반응기 12 : 상승관
34 : 사이클론 분리기 102 : 저온 수송 반응기
126 : 폐열 회수 장치 130 : 여과장치
134 : 급냉탑 140 : 급냉 탱크
153 : 산성가스 제거장치 158 : 탄화수소분리장치
168 : 금속침출 및 /또는 고체 고정장치
216 : 먼지 여과기 238 : 전기 가열 장치
252 : 온분리기 256 : 냉분리기
A : 흐름 축적 장치 B : 공기 분리 장치
C : 세정 장치

Claims (23)

  1. 하기를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 저급 탄화수소 흐름을 수소 또는 합성 가스로 전환하기 위한 수송 부분 산화 처리 장치:
    풍부한 산소 흐름을 형성하기 위한 공조장치 ;
    산소 흐름과 원료 탄화수소 흐름을, (1) 순환하는 입자 위에 침적된 화학 양론이하로 산화하는 탄소를 위한 부분 산화 구역, (2) 부분 산화구역으로부터 원료탄화수소 흐름과 생성물의 혼합물을 받아, 수소, 저급탄화수소, 일산화 탄소, 및 이산화 탄소를 포함하는 유출물을 생산하고, 상승관 유출물로부터 입자상에 탄소를 침적시키는 상승관, 그리고 (3) 부분 산화 구역에 재순환을 위한 입자를 회수하고 필수적으로 입자가 없는 가스 생성물을 형성하는 분리 구역을 포함하는 수송 부분 산화 반응기예 공급하기 위한 배관 ;
    수송 반응기로부터 열을 회수하고 가스 생성물을 냉각시키기 위한 폐열 보일러 ;
    냉각된 가스 생성물로부터 미립자를 회수하고 필수적으로 미립자가 없는 가스 생성물을 생산하기 위한 여과기 ;
    미립자가 없는 가스 생성물을 급냉하기 위해 탑으로 물을 순화시키기 위한 재순환 배관 ;
    풍부한 수소 흐름과 저급 탄화수소 흐름으로 급냉된 가스 생성물을 분리하기 위한 수소 분리 장치 ;
    원료 탄화수소 흐름의 속도와 탄소 조성의 변하에 대응하여 순환하는 입자의 실질적으로 약 0.5 내지 약 40 중량 % 의 순환하는 입자위에 침적된 탄소 잔류량을 유지하기 위해 부분 산화 구역으로 산소 흐름의 공급 속도를 조정하고 실질적으로 약 870 ℃ 내지 약1090 ℃ 사이로 상승관 유출물의 온도를 유지하기 위한 조절기.
  2. 제 1 항에 있어서, 원료 탄화수소 흐름이 실질적으로 원료 탄화수소 흐름의 0 내지 약 40 중량 % 의 물 함량, 건조기준에 근거하여 실질적으로 원료 탄화수소 흐름의 약 75 내지 약 95 중량 % 의 탄소 함량, 그리고 실질직으로 수소 원자 대 탄소 원자의 비가 약 0.5 내지 약 4.0 으로 변동하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 액체 원료 탄화수소 흐름이 배출 탄화수소 가스, 잔류 액체 탄화수소 흐름, 제련 고체나 그의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 배출 탄화수소 가스를 위한 부분산화 반응기에 첫번째 공급물 배관과, 액체 탄화수소와 임의의 고체성분을 위한 두번째 공급물 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  5. 제 2 항에 있이서, 증기와 원료 탄화수소 흐름중의 전채 수분 대 원료 탄화수소 흐름중의 탄화수소의 중량비가 약 0.3 내지 약 0.5 인 비율로 상승관에 증기를 공급하는 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 수송 부분 산화 반응기가 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치:
    필수적으로 반응성 산소가 없는 부분 산화 생성물의 흐름을 형성하도록 화학양론 이하로 공급된 산소 흐름과 그곳에 침적된 탄소를 갖는 입자를 산화시키기에 적합한 부분 산화 구역 ;
    그의 혼합물을 형성하기 위해 원료 탄화수소 흐름을 부분 산화 생성물 흐름으로 연속적으로 도입하기에 적합한 공급물 주입 구역 ;
    공괍물 주입 구역으로부터 혼합물을 받기에 적합한 상승관 ;
    그곳에 침적된 탄소를 갖는 회수된 입자를 받아 들이기 위한 고체 잔류 구역 ;
    잔류 구역으로부터 부분 산화 구역으로 입자를 운반하기 위한 운송배관 ; 그리고
    고체 전류지역에서 그곳에 침적된 탄소를 포함하며 식질직으로 부분산화의 연속직인 조작과 공급 주입 구역을 유지하기에 충분한 양으로 상승관, 분리 구역 및 운송 배관을 통해 재순환하는 입자의 충전물.
  7. 제 6 항에 있어서, 원료 탄화수소 흐름이 전체적인 건조 기준으로 약 1 ∼ 2인 수소 대 탄소 원자의 비를 갖는 액체 탄화수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  8. 제 l 항에 있어서, 수송 부분 산화 반응기의 분리 구역으로부터 회수된 입자의 일부를 세정하기 위한 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 세정된 입자를 처리하고 고체 또는 고정된 금속 생성물을 생산하기 위한 금속 침출이나 고정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  10. 하기 단계들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 저급 탄화수소 흐름의 수소 또는 합성 가스로의 저온 전환 방법:
    (a) 미세하게 나누어진 입자를 함유하고 있는 화학양론 이하의 산화 생성물의 연속적인 흐름속에 원료 탄화수소 흐름을 (d) 단계로부터 도입하는 단계 ;
    (b) 수소, 저급 탄화수소, 일산화탄소, 그리고 이산화탄소의 유출물을 생산하고 입자 상의 탄소를 침적시키기 위해 수송 조건하에서 필수적으로 단열 열분해 구역을 통해 단계 (a) 로부터 수득한 혼합물을 통과시키는 단계 ;
    (c) 필수적으로 입자가 없는 합성가스를 얻기 위해 단게 (b) 의 유출물로부터 탄소 코팅된 입자를 회수하는 단계 ;
    (d) 탄화수소 도입 단계 (a) 를 위한 부분산화 생성물의 흐름을 형성하기 위해 부분 산화 구역에 회수된 입자의 주부분과 반응성 화학양론 량 이하의 산소를 연속적으로 공급하는 단계 ; 및
    (e) 단계 (b) 의 열분해 구역의 출구 온도를 실질적으로 약 870 ℃ 내지 약 1090 ℃ 사이로 유지하고, 실질적으로 0.5 내지 40 중량 % 의 평균 탄소 침적 함량을 가지는 회수 단계 (c) 로부터의 입자를 얻기 위해서 질랑 유속, 수분 함량, 탄화수소의 탄소 함량, 탄화수소에서 수소와 탄소원자의 비, 그리고 그의 배합으로부터 선택된, 원료 탄화수소 흐름중의 실질적인 변동에 대응하여 부분산화구역에 공급된 반응성 산소의 양을 조절하는 단계.
  11. 제 10 항에 있어서, 원료 탄화수소 흐름이 오일 - 물 분리기나 공기 부유 탱크로부터의 유탁액을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 원료 탄화수소 흐름이 금속을 포함하고 있고, 그 금속이 단계 (b) 에서 입자상에서 흡수되며 단계 (c) 로부터 합성 가스는 필수적으로 금속을 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 단계 (a) 에서 원료 탄화수소 흐름의 약 10 내지 약 250 배 질랑 유속으로 단계 (d) 에서 부분 산화 구역에 입자가 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 실질적으로 질소가 없는 산소가 단계 (d) 에서 부분 산화 구역에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 반응성 산소가 부분 산화 구역에 공급되는 입자상의 탄소에 대하여 화학양론의 약 5 % 미만의 양으로 단계 (d) 에서 부분산화 구역에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 단계 (b) 에서 수소로의 이동 전환을 위해 증기를 열분해 구역에 공급하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 10 항에 있어서, 원료 탄화수소 흐름이 약 0 내지 40 중량% 의 수분 함량을 가지고 있으며, 탄화수소가 건조 기준에 근거하여 75 내지 95 % 탄소를 함유하고 있으며 그리고 탄화수소가 건조기준으로 0.5 내지 4 의 수소 대 탄소 원자의 비를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 증기 및 원료탄화수소 흐름으로부터의 수분 대 원료탄화수소 흐름중의 탄화수소의 중량비를 약 0.3 내지 약 0.5 로 공급하기 위한 양으로 증기를 열분해 구역의 입구에 공급하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 원료 탄화수소 흐름중의 탄화수소가 건조 기준으로 1내지 2 사이의 수소 대 탄소 원자비를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 10 항에 있어서, 단계 (a) 에 도입된 탄화수소가 방향족고리를 함유하고 있고, 단계 (c) 로부터 무기 입자상에 침적된 합성 가스 및 탄소가 필수적으로 방향족 고리 화합물이 없는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 10 항에 있어서, 단계 (a) 에서 입자가 소모된 유동화된 접촉 크래킹 촉매를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 10 항에 있어서, 단계 (b) 에서 혼합물이 소량의 가성 알칼리를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 10 항에 있어서, 실질적으로 타르 형성을 억제하도록 단계 (c) 로부터 합성 가스를 급냉하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6670058B2 (en) * 2000-04-05 2003-12-30 University Of Central Florida Thermocatalytic process for CO2-free production of hydrogen and carbon from hydrocarbons
FR2815955B1 (fr) * 2000-10-31 2002-12-13 Inst Francais Du Petrole Procede de conversion endothermique d'hydrocarbures, ses utilisations et installation pour la mise en oeuvre de ce procede
US8603430B2 (en) * 2002-02-05 2013-12-10 The Regents Of The University Of California Controlling the synthesis gas composition of a steam methane reformer
US6896707B2 (en) * 2002-07-02 2005-05-24 Chevron U.S.A. Inc. Methods of adjusting the Wobbe Index of a fuel and compositions thereof
US7214290B2 (en) 2002-09-04 2007-05-08 Shaw Liquid Solutions Llc. Treatment of spent caustic refinery effluents
US20040133057A1 (en) * 2003-01-02 2004-07-08 Conocophillips Company Gaseous hydrocarbon-oxygen bubble tank mixer
US7138001B2 (en) * 2003-03-16 2006-11-21 Kellogg Brown & Root Llc Partial oxidation reformer-reforming exchanger arrangement for hydrogen production
US7544342B2 (en) * 2004-08-25 2009-06-09 The Boc Group, Inc. Hydrogen production process
CN101119796B (zh) * 2005-01-06 2010-11-17 研究三角协会 氧化锌基吸附剂及其制备和使用方法
AR055571A1 (es) * 2005-04-06 2007-08-22 Cabot Corp Metodo para producir hidrogeno o gas de sintesis
US7377951B2 (en) * 2005-04-15 2008-05-27 Air Products And Chemicals, Inc. Process to utilize low-temperature waste heat for the preparation of synthesis gas
US7722690B2 (en) * 2006-09-29 2010-05-25 Kellogg Brown & Root Llc Methods for producing synthesis gas
US8888875B2 (en) * 2006-12-28 2014-11-18 Kellogg Brown & Root Llc Methods for feedstock pretreatment and transport to gasification
US7955403B2 (en) 2008-07-16 2011-06-07 Kellogg Brown & Root Llc Systems and methods for producing substitute natural gas
US9157043B2 (en) 2008-07-16 2015-10-13 Kellogg Brown & Root Llc Systems and methods for producing substitute natural gas
US9132401B2 (en) 2008-07-16 2015-09-15 Kellog Brown & Root Llc Systems and methods for producing substitute natural gas
US9157042B2 (en) 2008-07-16 2015-10-13 Kellogg Brown & Root Llc Systems and methods for producing substitute natural gas
US20100132257A1 (en) * 2008-12-01 2010-06-03 Kellogg Brown & Root Llc Systems and Methods for Increasing Carbon Dioxide in Gasification
TWI558807B (zh) * 2008-12-17 2016-11-21 祿幕斯科技公司 包含分段漿料添加之氣化系統及方法
US8690977B2 (en) 2009-06-25 2014-04-08 Sustainable Waste Power Systems, Inc. Garbage in power out (GIPO) thermal conversion process
AU2010300774B2 (en) 2009-09-30 2015-01-15 Research Triangle Institute Process and system for removing impurities from a gas
US8961629B2 (en) 2009-12-21 2015-02-24 Southern Company Services, Inc. Apparatus, components and operating methods for circulating fluidized bed transport gasifiers and reactors
US9133405B2 (en) 2010-12-30 2015-09-15 Kellogg Brown & Root Llc Systems and methods for gasifying a feedstock
WO2012121886A1 (en) * 2011-02-25 2012-09-13 Southern Company Dispersed bubble reactor for enhanced gas-liquid-solids contact and mass transfer
CN105776135A (zh) * 2016-02-02 2016-07-20 广东工业大学 火用泵式天然气改质系统
KR102276016B1 (ko) * 2019-02-21 2021-07-12 경기대학교 산학협력단 황화 수소 선택적 산화 반응 시스템
WO2020245015A1 (de) * 2019-06-05 2020-12-10 Basf Se Verfahren und anlagenverbund zur behandlung der bei der herstellung von aluminium anfallenden kohlenstoffoxide
CN111533834B (zh) * 2020-04-03 2022-04-12 珠海冠宇电池股份有限公司 一种复合材料制备装置及制备方法
CN112588213B (zh) * 2020-11-24 2022-05-31 中国五环工程有限公司 用于超细颗粒的快速床反应方法及快速反应床
CN114806646B (zh) * 2022-04-27 2023-03-24 新奥科技发展有限公司 降低合成气中焦油含量的双床系统及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0553924A1 (en) * 1992-01-27 1993-08-04 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Process for producing a hydrogen-containing gas

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR968995A (fr) * 1948-07-06 1950-12-11 Sarl Heurtey & Cie Procédé de gazéification de combustibles liquides et appareillage de mise en oeuvre de ce procédé
US2803530A (en) * 1952-05-28 1957-08-20 Texaco Development Corp Process for the production of carbon monoxide from a solid fuel
GB883751A (en) * 1959-01-12 1961-12-06 Exxon Research Engineering Co A continuous process for the thermal decomposition of a gaseous or vaporous hydrocarbon to coke and hydrogen
US3304249A (en) * 1964-02-28 1967-02-14 Katz Herbert Method of stabilizing a fluidized bed using a glow discharge
US3347064A (en) * 1964-12-11 1967-10-17 Forca James Thread guide for knitting machine
US4017272A (en) * 1975-06-05 1977-04-12 Bamag Verfahrenstechnik Gmbh Process for gasifying solid carbonaceous fuel
JPS535209A (en) * 1976-07-05 1978-01-18 Daizo Kunii Method and apparatus for gasification of heavy hydrocarbons
DE3219316A1 (de) * 1982-05-22 1983-11-24 Ruhrchemie Ag, 4200 Oberhausen Verfahren und vorrichtung zur herstellung von synthesegas durch partielle oxidation von kohle-wasser-suspensionen
US4560547A (en) * 1982-06-28 1985-12-24 Institute Of Gas Technology Production of hydrogen from oil shale
US4579070A (en) * 1985-03-01 1986-04-01 The M. W. Kellogg Company Reducing mode circulating fluid bed combustion
GB8524894D0 (en) * 1985-10-09 1985-11-13 Shell Int Research Producing hydrogen-containing gas

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0553924A1 (en) * 1992-01-27 1993-08-04 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Process for producing a hydrogen-containing gas

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Publication number Publication date
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