NO125730B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av reduserende gass.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av en reduserende gass, f.eks. til reduksjon av malmer, fra flytende hydrokarboner ved direkte partiell oksydasjon med oksygen-holdig gass. Oppfinnelsen vedrører mer spesielt en ikke-katalytisk prosess for fremstilling av reduksjonsgass hvorved flytende vann til-føres reaksjonssonen. Reduksjonsgassen utvikles ved direkte partiell oksydasjon. Vann blandes med hydrokarbonolje og blandingen føres til en reaksjonssone i flytende fase og omsettes med oksygen ved en reak-sjonstemperatur på omkring 982° til l649°C.

Dannelsen av karbonmonoksyd og hydrogen, eller syntesegass, ved ikke-katalytisk omsetning av hydrokarboner med oksygen eller oksygen-anriket luft i nærvær av damp er kjent. Partial-oksydasjon av normalt flytende hydrokarboner, spesielt tungoljer, er en meget økonomisk fremgangsmåte for fremstilling av større mengder syntesegass. Ved partial-oksydasjonen omsettes flytende hydrokarbon med oksygen og damp i en lukket kompakt reaksjonssone i fravær av kata-lysator eller fyllmateriale og ved en autogen temperatur på ca. 982° til 1760°C, fortrinnsvis mellom ca. 1204° og 1538°C. Hydrokarbonolje blir vanligvis helt eller delvis fordampet og blandet med eller dis-pergert i damp. Hydrokarbonoljen og dampen blir vanligvis forvarmet til en temperatur på mellom 260° og 427°C, vanligvis til minst 3l6°C, mens oksygenet vanligvis ikke forvarmes. Reaksjonssonen holdes vanligvis under et trykk på over 7 kg/cm 2 , f.eks. 40 til 70 kg/cm 2, og i det senere har man brukt høyere driftstrykk på opptil 170 til 210 kg/cm . Produktgass-strømmen består hovedsakelig av karbonmorioksyd og hydrogen og inneholder mindre mengder karbondioksyd, damp, metan og medrevet karbon. Fast karbon dannet under prosessen frigjøres i meget fin partikkelform som lett fuktes av vann.

Generelt er det gunstig å kjøre syntesegassgeneratoren slik at minst ca. 2 % av karbonet i hydrokarbonoljen som tilføres generatoren frigjøres som fritt karbon som rives med i produktgassen som.forlater generatoren. Medrevet karbon i syntesegass-strømmen fjernes effektivt ved å kontakte gass-strømmen med vann i et egnet gass-væske-system, f.eks. i et dusjtårn, bobleplatekolonne eller fylit kolonne.

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot fremstilling av en spesiell type gassblanding, nemlig reduserende gass av den type som kan brukes f.eks. til reduksjon av malmer. Således kan gassen inn-føres uten mellomliggende behandling i en reduksjonssone. Problemene som møtes ved produksjon av reduksjonsgass er forskjellige og til en viss grad forskjellige fra de problemer som opptrer ved vanlig produksjon av syntesegass. En reduksjonsgass for ovennevnte formål i henhold til oppfinnelsen har et reduksjonsforhold på minst 10 og fortrinnsvis minst 15. Reduksjonsforholdet defineres som molforholdet mellom CO + H2 til mol C02 + H20.

Produksjonen av reduksjonsgass ved partial forbrenning av hydrokarbon i flytende form er mer komplisert enn produksjonen av syntesegass etter samme reaksjon. Ved vanlig fremstilling av syntesegass dannes det f.eks. fritt karbon i ukontrollert mengde. Dette betraktes ikke som uønsket, idet når man bruker tungoljer inneholdende metallbestanddeler som charge, vil karbondannelsen være en fordel på grunn av at det frie karbon omslutter de små askepartikler som dannes ved partialforbrenningen. Selv om det ikke' finnes noen metallholdige forbindelser i chargen, betraktes karbonet i syntesegassen ikke som skadelig etter vanlig oppfatning, fordi ved fremstilling av hydrogen blir syntesegassen vasket med vann både for kjøling og for fjerning av karbonet. Siden reduksjonsgassen ofte brukes i den produserte form er det imidlertid tilfelle hvor nærvær av fritt karbon er uønsket. Når det er nødvendig å avkjøle reduksjonsgassen før bruk gjennomføres denne kjøling fortrinnsvis ved indirekte varmeveksling. Kjøling av reduksjonsgassen ved direkte varmeveksling som vanninnsprøyting eller dusjing ville forringe kvaliteten som reduksjonsgass fordi ti^ O innholdet i gassen ville øke og reduksjonsforholdet synke tilsvarende.

Det er mulig å nedsette dannelsen av karbon eller sot ved

å øke mengden oksygen som innføres i reaktoren. Vanligvis fører dette imidlertid til reaksjonstemperaturer over 1760°C og dessverre kan så høye temperaturer ikke opprettholdes i lengre tid i ovnen uten at den ildfaste f<5ring i reaksjonskammeret nedbrytes. Det er også mulig å redusere sotinnholdet i produktgassen ved å innføre damp i reaksjonssonen. Denne fremgangsmåte er tilfredsstillende for fremstilling av syntesegass, men svært uønsket når produktet skal brukes som reduksjonsgass siden nærvær av damp i produktet som nevnt nedsetter reduksjonsforholdet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av en reduserende gass, f.eks. til reduksjon av malmer, med et reduksjonsforhold på minst 10 og med minst 9 8 % av det tilstedeværende karbon i oksydform, hvor et normalt flyt-'

ende hydrokarbon underkastes partiell forbrenning ved en temperatur på under l649°C med en gass inneholdende fritt oksygen med en oksygenrenhet på minst 95 %, og hvor alt HgO som trenges til reaksjonen føres inn i reaksjonssonen i form av flytende vann, kjennetegnet ved at atomforholdet mellom fritt oksygen og karbon i hydrokarbonchargen er minst 1, vektforholdet mellom vann og hydrokarbon er mindre enn 0.25, og ved at trykket 1 reaksjonssonen holdes under 7 kg/cm 2.

Et atomforhold mellom fritt oksygen og karbon i hydrokarbonchargen på minst 1 er viktig for å oppnå en produsert reduksjonsgass hvor minst 98 % av karbonet foreligger i oksydform. Ved et vektfor-hold mellom vann og hydrokarbon på under 0.25 oppnås en gass med tilfredsstillende reduksjonsforhold. Helst skal forholdet mellom vann og hydrokarbon være under 0.20.

Selv om forskjellige hydrokarbonvæsker som bensin, petro-leum og lignende kan brukes som charge for prosessen, foretrekkes hydrokarbonoljer med en API-egenvekt på minst 10° API. Tungoljer som er egnet til dette omfatter f.eks. tungdestillater, restoljer, bunker-brenselolje og brenselolje nr. 6. Fortrinnsvis har hydrokarbonchargen et startkokepunkt høyere enn vannets kokepunkt, fortrinnsvis over 12<*>1°C. Brenseloljen kan forvarmes før den blandes med vann, men for-varmingen bør begrenses til en temperatur under vannets kokepunkt under det trykk blandingen foretas ved. Med fordel innmates blandingen av olje og vann i reaksjonssonen i form av en emulsjon. For-varming av oksygenet er ikke nødvendig.

Reaktantene, olje, vann og oksygen kan innføres i reaksjonssonen eller gassgeneratoren på en hvilken som helst kjent måte. I henhold til en utførelse innføres en konvergerende rørformet strøm av oksygen med relativt høy hastighet, f.eks. over 60 meter per sekund, f.eks. 60 til 80 meter per sekund, aksialt i reaksjonssonen. En blanding av olje dg vann innmates sentralt og aksialt i reaksjonssonen i den.innløpende oksygenstrøm. Sammenstøtet mellom disse strømmer fører til en omhyggelig blanding av oksygen og olje- og vann-dråper. Olje-vann-strømmens hastighet er fortrinnsvis under 30 meter per sekund og fortrinnsvis mellom 1.5 og 12 meter per sekund. Den relativt store hastighetsforskjell mellom gass- og væskestrømmen fører til en effek-tiv forstøvning av væsken.

Trykket i reaksjonssonen holdes fortrinnsvis mellom 2.8 og i».2 kg/cm<2>.

De følgende eksempler som illustrerer fremgangsmåten tjener til å skille foreliggende fremgangsmåte fra de tidligere kjente pro-sesser hvor damp brukes, eller innholdet av fritt karbon i produktgassen er høyere enn 2 %. I de forskjellige forsøk som er oppført i tabellen nedenfor, består forbrenningskammeret av et ikke-fyllt gene-ratorkammer fdret med ildfast materiale med volum 333 liter, chargen er en California redusert råolje med API-egenvekt 9.7° API og driftstrykk 2.8 kg/cm . I alle forsøk er oljeinnmatingsmengden 155 kg per time unntatt forsøkene l6V og 17V hvor oljematningsmengden er 157 kg per time. I kolonneoverskriftene betegner H20/0 vektforholdet mellom R^O og olje, O/C betegner atomforholdet oksygen/karbon, SOF betegner spesifikt oljeforbruk i liter per liter H2 pluss CO produsert, tem-peraturen angir utgangs-gasstemperaturen i C, RF betegner reduksjonsforholdet og C betegner karbon i produktgassen. Bokstavene "D" og "V" etter forsøksnummeret antyder om H20 tilføres som damp eller vann, respektivt.

Forsøkene 10D, 11D og l6D har passende reduksjonsforhold og karboninnhold, men er utilfredsstillende på grunn av den høye gene-ratortemperatur. Forsøk 12V, 12D, 15V, 15D, 17V og 17D har ikke tilfredsstillende reduksjonsforhold. Forsøk 13V gir også for høyt karboninnhold. Man vil se at forsøk 10V, 11V og 16V er tilfredsstillende idet generatortemperaturen er under 1649°C og produktgassens reduk-sj onsforhold og karboninnhold er minst 10 og ikke høyere enn 2 .%, respektivt .

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en reduserende gass f.eks. til reduksjon av malmer, med et reduksjonsforhold på minst 10 og med minst 98 % av det tilstedeværende karbon i oksydform, hvor et normalt flytende hydrokarbon underkastes partiell forbrenning ved en tempera-

tur på under l6U9°C med en gass inneholdende fritt oksygen med en oksygenrenhet på minst 95 %, og hvor alt H20 som trenges til reaksjonen føres inn i reaksjonssonen i form av flytende vann, karakterisert ved at atomforholdet mellom fritt oksygen og karbon i hydrokarbonchargen er minst 1, vektforholdet mellom vann og hydrokarbon er mindre enn 0.25, og ved at trykket i reaksjonssonen 2 holdes under 7. kg/cm .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at reduksjonsgassen benyttes til reduksjon uten mellomliggende behandling for å fjerne eller tilsette bestanddeler.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at oksygenet innføres i reaksjonssonen med en hastighet på minst 60 meter per sekund og olje samt vann innføres som en væskeblanding med en hastighet på under 30 meter per sekund, og at oksygenstrømmen bringes til å støte sammen med væskestrømmen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at vektforholdet mellom vann og hydrokarbon er mellom 0.1 og 0.15.