NL7812466A - Werkwijze voor de bereiding van gasmengsels. - Google Patents

Description

K 5436 HET *

Aanvrager : Shell Internationale Research Maatschappij B.V.

Carel van Bylandtlaan 30, 's-Gravenhage

Korte aanduiding: Werkwijze voor de bereiding van gasmengsels

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van gasmengsels die waterstof en koolmonoxyde bevatten of de bereiding van synthesegas uit koolwaterstoffen door reactie met zuurstof en stoom.

5 Aangezien een dergelijke werkwijze is gebaseerd op de gedeeltelijke verbranding van de koolwaterstoffen, vindt er over het algemeen enige roetvorming plaats zodat het bij de reactie gevormde ruwe produktgas roet bevat.

10 Terwijl het roet over het algemeen uit het gas kan worden verwijderd door afkoelen gevolgd door wassen met water, levert de daarbij verkregen roetbevattende suspensie een probleem. In sommige gevallen kan de suspensie opgewerkt worden en weer met de koolwaterstofvoeding 15 worden gemengd, in andere gevallen kan het roet na agglomeratie van de vloeistoffen worden gescheiden. In beide gevallen kan er dan nog een hoeveelheid afvalwater aanwezig zijn, die behandeld moet worden alvorens te worden geloosd. Wanneer de opgewerkte suspensie (met een water-20 gehalte gereduceerd tot ongeveer 10 gewichtsprocent) weer met de voeding wordt gemengd, kunnen er moeilijkheden ontstaan door de accumulatie van niet-brandbaar materiaal in de reactor, zoals as en metalen.

De uitvinding beoogt een geïntegreerde weekwijze te 25 verschaffen voor de bereiding van gasmengsels die waterstof en koolmonoxyde bevatten en voor een economische 78 1 24 6 6 Μ --- -2- oplossing van het roetprobleem.

Overeenkomstig de uitvinding omvat' een werkwijze voor de bereiding van een gasmengsel dat waterstof en kool-monoxyde bevat, de gedeeltelijke oxydatie van een kool-5 waterstofvoeding met zuurstof en een zuurstofhoudend gas in een reactor bij verhoogde druk, waarbij een ruw pro-duktgas wordt gevormd, het in contact brengen van het ruwe produktgas met water om het roet en ander verontreinigend materiaal er uit te verwijderen, welk roet en 10 ander verontreinigend materiaal in het water wordt opgenomen en daarmee een suspensie vormt en behandeling van de suspensie met zuurstof of zuurstofhoudend gas tussen 240°C en 375°C, bij voorkeur tussen 300°C en 350°C bij een druk die tenminste gelijk is aan de waterdamp 15 bij de toegepaste temperatuur.

Onder deze condities verbindt het roet zich met de zuurstof, waarbij hoofdzakelijk (X^ gevormd wordt in een exotherm proces, dat een nuttige hoeveelheid warmte kan verschaffen.

20 De werkwijze is bijzonder voordelig, daar de suspensie bijvoorbeeld afkomstig uit de koelzone voor het ruwe pro-ductgas, over het algemeen een temperatuur van ongeveer

O

250 C en een bovenatmosferische druk heeft, hetgeen bijdraagt tot vermindering van energiebehoefte voor de roet-25 oxydatiestap.

Verder verloopt bij gebruik van zuurstof de roetoxy-datiestap veel gemakkelijker. Niet alleen dat de reactie sneller verloopt, maar het gebruik van zuurstof zorgt er in belangrijke mate voor dat met een kleinere compressor 30 kan worden volstaan om de druk van het oxydatiegas te verhogen tot boven de druk van de waterdamp bij de toegepaste temperatuur. Bovendien is er over het algemeen een hoeveelheid zuurstof onder druk ter beschikking voor het partiële oxydatieproces zelf. Dit leidt tot naar verhouding 25 geringe additionele kosten bij het gebruik van de kleine 78 1 24 6 6 — — t -3- * hoeveelheid benodigde zuurstof, hoewel deze zuurstof wel samengeperst moet worden tot de in de roetoxydatiestap heersende hogere druk.

In een typisch vergassingsproces zal 1 tot 2 gewichts-5 procent roet gevormd worden, gebaseerd op de voeding.

Dit roet wordt verzameld in het water in de koelzone en tenslotte ook in een waterwaszone, waarbij de roethoudende vloeistof wordt gevormd met 1-2 gewichtsprocent roet/as.

Voor het koolstofgedeelte van het roet zal ongeveer 2.7 kg 10 zuurstof/kg roet nodig zijn om het volledig te oxyderen.

Belangrijk is dat, aangezien het roet een calorische waarde van ongeveer 4000 Kcal/kg heeft, de warmte nodig voor de behandeling, na een aanloopperiode-, door de oxy- __ datie van het roet geleverd kan worden en dat er zelfs 15 nog enige nuttige warmte kan worden geproduceerd die teruggewonnen kan worden.

Aangezien de werkwijze sneller verloopt bij hogere temperaturen, is het voordelig om de suspensie die de reactor binnenkomt zo veel mogelijk voor te verwarmen.

20 Dit kan geschikt worden gedaan door warmte-uitwisseling met het water dat uit de roetoxydatiereactor komt.

Het water uit de roetoxydatiereactor zal normaal as en wat metalen bevatten, die afgescheiden kunnen worden.

Dit water kan dan over het algemeen zonder behandeling 25 worden geloosd, of naar een biologische zuiveringsinstallatie worden geleid. Terugwinning van de metalen en/of as is, indien wenselijk, mogelijk.

Zoals hierboven vermeld, bevatten de door de roet-behandeling opgewekte gassen hoofdzakelijk stoom en CC^.

30 Door het CO2 gehalte en de aanwezigheid van andere verontreinigingen, kan de in de roetoxydatiereactor verkregen stoom niet op de conventionele manier gebruikt worden, maar kan zeer geschikt naar de partiële oxydatiereactor worden teruggevoerd, 35 De uitvinding strekt zich uit tot een installatie voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

78 1 24 6 5 ~ -4- -Λ

Een dergelijke installatie kan omvatten: een partiële oxydatiereactor voor de reactie van een koolwaterstof-voeding met stoom en zuurstof ter bereiding van een gasmengsel dat waterstof en koolmonoxyde bevat, middelen 5 om het gasmengsel af te koelen en/of te wassen met water ter verwijdering van deeltjes, zoals roet en as, uit het gasmengsel, en een roetoxydatiereactor voor het behandelen van de verkregen suspensie met zuurstof of een zuurstof-houdend gas voor uitvoering van een natte oxydatie van IQ het roet in de suspensie.

De middelen om de suspensie te behandelen kunnen een roetoxydatiereactor omvatten, waar de suspensie bij verhoogde druk binnenkomt, bij voorkeur bij een druk gelijk aan of groter dan de waterdampspanning bij de tem-15 peratuur waarbij de natte oxydatie wordt uitgevoerd, bijvoorbeeld boven ongeveer 240°C; in sommige gevallen kan het voor een goed verloop van de reactie nodig zijn dat de temperatuur verhoogd wordt tot 310°C of hoger. Voor het op gang brengen van de reactie kan verse stoom in 20 de reactor worden geïnjecteerd.

De temperatuur van de reactie kan geregeld worden door onttrekken van verzadigde stoom aan de reactor, welke stoom geschikt in de vergassingsreactor kan worden geïnjecteerd.

25 Teneinde een doelmatig gebruik van de zuurstof te garanderen, kan het roetoxydatievat voorzien worden van middelen die de menging bevorderen, zoals keerschotten of'een roerder. Het kan ook wenselijk zijn om de werkwijze uit te voeren in enkele kleinere, in serie geplaat-3Q ste, vaten, niet alleen om het zuurstofgebruik te verminderen, maar ook vanwege de hoge druk en het zeer corrosieve milieu.

De reactor zelf dient zeer goed bestand te zijn tegen corrosie, en kan daarom zeer geschikt voorzien zijn van een speciale bekleding, bijvoorbeeld nikkel.

35 Voor de meest doelmatige uitvoering van de natte 78 1 24 6 5 -5- i.

oxydatie van het roet dient de suspensie zo geconcentreerd mogelijk te zijn, hetgeen, vanwege het grote oppervlak en de poriënstructuur van het roet, in de praktijk neerkomt op een waterige suspensie met ongeveer 1 tot 2 gewichtsprocent 5 roet.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt gas uit de partiële oxydatiereactor direct gekoeld in een waterbad dat zich in een koelvat bevindt en, wanneer het uit dat vat komt, geleid wordt naar een wastoren waar het 10 wordt gewassen in tegenstroom met waswater. Het gebruikte waswater wordt dan naar het koelvat gevoerd, zodat een minimale hoeveelheid water wordt gebruikt om de roetbe-. vattende suspensie te maken.

De uitvinding zal nu verder worden toegelieht aan de 15 hand van een voorbeeld met verwijzing naar de bijgevoegde tekening, die een schematische schets geeft van een installatie voor de bereiding van een gasmengsel dat waterstof en koolmonoxyde bevat volgens een werkwijze overeenkomstig de uitvinding.

20 De installatie omvat in wezen een partiële oxydatie reactor 10 met een integraal koelervat 12, een wastoren 14 en een roetoxydatiereactor 16.

De reactor 10 omvat meer in het bijzonder een verticaal reactorvat dat aan de bovenkant is voorzien van 25 een brander 18 die is ingericht voor de toevoer van zware stookolie door leiding 20 en zuurstof en stoom door respectievelijk leiding 22 en leiding 24, die gecombineerd zijn tot een enkele toevoer 26 naar brander 18. Aan de onderkant 28 van de reactor is een afvoer voorzien van 30 een geleidbuis 30 die uitsteekt in een koelvat 12 dat gedeeltelijk met water is gevuld. Het waterniveau 34 wordt boven de onderkant van geleibuis 30 gehouden, zodat gas dat de reactor 10 verlaat, door de waterfase moet stromen.

35 De gasstroom verlaat het koelvat 12 door leiding 36 78 1 24 6 6 * -6- > --- om naar wastoren 14 te stromen, waar het aan de onderkant binnenkomt. Het stroomt opwaarts in tegenstroom met . waswater, dat bij 38 binnenkomt. Het gewassen gas verlaat de wastoren 14 aan de bovenkant via leiding 40, 5 terwijl het water aan de onderkant het vat verlaat en via leiding 42 naar het koelvat stroomt.

Het water in koelvat 12 verdikt, 'naarmate het roet absorbeert dat in de partiële oxydatiereactor 10 gevormd wordt en de suspensie die ontstaat wordt aan koelvat 12 10 onttrokken via leiding 44 door een voedingspomp 46, die de druk van de suspensie doet stijgen en haar injecteert in de bodem van roetoxydatiereactor 16. Zuurstof uit leiding 22 wordt onder druk gebracht in compressor 48 en in de suspensie geïnjecteerd in leiding 44 vlak voor de •J5 reactor 16.

Teneinde het roetoxydatieproces te versnellen, wordt in een warmteuitwisselaar 49 warmte overgedragen van de behandelde suspensie in leiding 50 naar de onbehandelde suspensie in leiding 44 voorbij voedingspomp 46* 20 Na de vereiste verblijftijd in de roetoxydatiereactor verlaat de behandelde suspensie de reactor aan de bovenkant door leiding 50 en gaat naar een asafscheider 52, waar het merendeel van de as wordt gescheiden van het nu grotendeels roetvrije water dat teruggevoerd kan worden 25 naar wastoren 14 via leiding 64.

Een bepaalde hoeveelheid gas, hoofdzakelijk CC^, en stoom wordt via leiding 56 afgevoerd uit de roetoxydatiereactor. Het gas en de stoom kunnen geschikt opnieuw worden geïnjecteerd bovenin reactor 10 via leiding 58.

30 As gesuspendeerd in water verlaat asafscheider 52 via leiding 60 voor een passende nabehandeling, terugwinning van mineralen, enz., naar gelang van wat vereist wordt. Gas en stoom worden via leiding 58 teruggevoerd naar reactor 10.

35 Als de installatie in bedrijf is, reageert stookolie,

78 1 24 6 S

-- -* % -IJ ***

die binnenkomt bij 20, met zuurstof en stoom in reactor 10 en wordt waterstof en koolmonoxyde gevormd onder partiële oxydatiecondities bij een druk van 60 bar. Aan de onderkant 28 van de reactor is de gastemperatuur in de 5 orde van 1350°C en het gas wordt in koelvat 12 door het water gekoeld tot ongeveer 240°C

Het gas wordt bij dezelfde temperatuur gewassen in wastoren 14 en het verlaat deze als een mengsel van gas en verzadigde stoom.

10 De suspensie die het koelvat via leiding 44 verlaat wordt onder druk gebracht tot 120 bar en bereikt tijdens de natte roetoxydatiestap een temperatuur van ongeveer 320°C. De druk in de reactor is zodanig dat het merendeel van het water in de vloeistoffase blijft, en enige stoom 15 die eventueel wordt gevormd tengevolge van een stijging van de temperatuur zorgt voor matiging van de temperatuur.

Tijdens de aanloopperiode kan door leiding 62 verse stoom aan de zuurstof worden toegevoegd om de roetoxydatie-reaetor op temperatuur te brengen, zodat de reactie kan 20 plaatsvinden en zichzelf in stand kan gaan houden.

Een dergelijk werkwijze is buitengewoon doelmatig voor de bereiding van gasmengsels van waterstof en koolmonoxyde zonder een probleem inzake de waterbehandeling te creëren. De behandelde suspensie die de installatie 25 verlaat bevat in hoofdzaak slechts niet-brandbaar mate riaal dat zich door bezinking kan afscheiden uit, hoofdzakelijk, schoon water, dat rechtstreeks naar, bijvoorbeeld, een biologische zuiveringsinstallatie kan worden gevoerd, of soms rechtsstreeks als afvalwater kan worden 30 geloosd.

De werkwijze volgens de uitvinding is in het bijzonder voordelig vanwege het economisch gebruik van afval warmte en vanwege het feit dat gewoonlijk een zuurstof-bron onder druk ter beschikking staat.

78 1 24 6 6

Claims (8)

1. Werkwijze voor de bereiding van een gasmengsel dat waterstof en koolraonoxyde bevat, omvattende de gedeeltelijke oxydatie van een koolwaterstofvoeding met zuurstof of een zuurstofhoudend gas in een reactor bij 5 verhoogde druk, waarbij een ruw produktgas wordt gevormd, het in contact brengen van het ruwe produktgas met water om roet en ander verontreinigend materiaal er uit te verwijderen, welk roet en ander verontreinigend materiaal in het water wordt opgenomen en daarmee een suspensie 10 vormt, en behandeling van de suspensie met zuurstof of een zuurstofhoudend gas bij een temperatuur tussen 2b0 en 375°C, bij een druk die tenminste gelijk is aan de waterdampspanning bij de toegepaste temperatuur.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk 15 dat de suspensie wordt behandeld bij een temperatuur tussen 300 en 350°C

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de suspensie een roeteoncentratie heeft tussen 0.5 en 2 gewichtsprocent.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het ken merk dat de suspensie een roeteoncentratie heeft tussen 0.8 en 1.3 gewichtsprocent.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het roetgehalte van het ruwe produkt- 25 gas lager is dan 2 gewichtsprocent.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het ruwe produktgas direct na de partiële oxydatiestap met waswater in contact wordt gebracht.

7. Installatie voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende: een partiële oxydatiereactor voor de reactie van een koolwaterstofvoeding met stoom en zuurstof ter bereiding van 78 1 24 6 6 -9- een gasmengsel dat waterstof en koolmonoxyde bevat, middelen om het gasmengsel af te koelen en/of te wassen met water ter verwijdering van deeltjes uit het gasmengsel, en een roetoxydatiereactor voor het behandelen van de 5 verkregen suspensie met zuurstof of een zuurstofhoudend gas voor uitvoering van een natte oxydatie van de brandbare deeltjes in de suspensie.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de roetoxydatiereactor bestaat uit een reactorvat 10 dat aan de binnenkant bekleed is met nikkel. 78 1 24 6 5