NO763786L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til termisk forgassing av høytkokende hydrokarboner med vanndamp og oksygen.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til kontinuerlig omsetning av høytkokende hydrogen med.vann og fritt oksygen-.holdige gasser under et trykk på 5-150 bar og temperaturer fra 1000 til 1600°C i et katalysatorfritt reaksjonsrom for fremstilling av produktgass inneholdende karbonmonoksyd og hydrogen samt en reaktor hertil.

Omsetningen av høytkokende hydrokarboner med vanndamp og oksygen, også kalt termisk forgassing av hydrokarboner er f.eks. kjent fra DAS nr. 2.117.236 og tysk patent nr. 2.012.529. De kjente fremgangsmåter er rettet mot å holde den i produktgassen inneholdte sotmengde lav. Etter de kjente fremgangsmåter lykkes dette ved at den sotholdige produktgass føres over kata-lysatorer som inneholder., nikkel eller krom (Ill)-oksyd som aktive komponenter. Når disse kjente fremgangsmåter også er virk-somme og det derved lykkes å oppnå en praktisk talt sotfri produktgass, så betyr imidlertid anvendelsen av katalysator en omstendighet som fordyrer merkbart fremgangsmåten.

Oppfinnelsens oppgave er å gjennomføre en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type således at det med lavest mulige omkostninger allikevel frembringes en i det minste sterkt sotfri produktgass.

Overraskende ble det funnet at dette lyktes ved at reaksjonsdeltagerne sammen med produktgassen, før de forlater reaksjonsrommet,føres gjennom en gassgjennomtrengelig lagring er kornet til inert materiale.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen opphvirvles intenst den åen først sotholdige produktgass sammen med resten av vanndampcqg oskygen,mens lagringens korn danner et flertall av små hinder for gasskomponentene og forstyrrer dem i strøm-ningsveien. Nærmere undersøkelser av de fysikalske prosesser ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vists at det rundt sotpartiklene av produktgassen ikke danner seg en stabil karbonmettet gasshylse som imidlertid oppstår ved de kjente fremgangsmåter. Ved relativ bevegelse mellom reaksjonsdeltagerne og produktgassen ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, opprevnes og ødelegges en karbonmettet gasshylse rundt sotpartiklene således at det stadig kan forløpe nye reaksjoner mellom karbon på den ene side og karbondioksyd og vanndamp på den annen side. På denne måte forblir karbonet ikke som faststoffstoff i produktgassen.

Derved at det heller ikke kan danne seg noen forstyrrende laminær strømning mellom gasskomponentene i reaksjonsrommet, oppnås også omtrent fullstendig en innstilling av den termodynamiske likevekt mellom komponentene av Boudouard-reaksjonen C + CC^ — 2C0. Da den øvre temperaturgrense for sotdannelsen ved Boudouard-reaksjonen i likevektstilstanden under de for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gyldige betingelser ligger lavere enn produktgass-uttredelsestemperaturen, får man en praktisk talt sotf.ritproduktgass. Også under ugunstige betingelser ligger mengden av i produktgassen maksimalt tilstedeværende sot med 0,15 g/N m 3 med en faktor 10 lavere enn ved kjente fremgangsmåter uten katalysator under optimale betingelser.

På grunn av den bedre innstilling av den termodynamiske likevektsstilling for Boudouard-reaksjonen i produktgassen kan ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen arbeides ved lavere om-setnings temperaturer enn ved kjente fremgangsmåter uten katalysator. Lavere omsetningstemperaturer medfører den fordel at det kreves mindre oksygen for forgassingen da ved oksygenet over partiell oksydasjon dekkes forgasningens varmebehov.

Apparaturen for det gode resultat av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er tenkbart lite. For det inerte kornede materiale av den gassgjennomtrengelige lagring av den gassgjennomtrengelige lagring kommer det f.eks. på tale varmebestandige forbindelser som Al^O^ eller MgO eller blandinger av disse to stoffer. Også magnesium- eller aluminiumsilikater samt også magnesium- eller aluminiumspineller kan anvendes. Også høytsmelt-ende metaller, som f.eks. titan, kommer på tale. Som fordelaktig har det vist seg en kornstørrelse av det anvendte materiale i området fra 3-8 mm, fortrinnsvis 5-30 mm.

For at lagringen er i stand til å holde molekylene

som trenger gjennom for en tilstrekkelig lang tid i den ønskede bevegelse, er det nødvendig at den gassgjennomtrengelige lagring minst inntar 20% av reaksjonsrommets volum. Fortrinnsvis inntar lagringen et volum på 25-60% av reaksjonsvolumet. Hensiktsmessig anordnes lagringen i nærheten av produktgassutløpet således at den først blir virksom når reaksjonsdeltagerne allerede har reagert med hverandre delvis utenfor lagringen. Det er fordelaktig når de i lagringen inntredende gasser har en tempe-ratur på minst 800°C.

For å understøtte opphvirvling av forgassingsreak-toren kan det til hydrokarbonet, før inntreden i reaksjonsrommet, dannes inerte faststoff fra en kornstørrelse på 0,02 til 1, fortrinnsvis 0,03 til 0,3 mm i vektsforhold mellom faststoff og hydrokarboner som 1:100 til 1:12, fortrinnsvis 1:30

til 1:20.

Når volumet som opptas av lagringen skal holdes liten, kan det i lagringsfrie reaksjonsrom fast være anordnet gass-omstyringsinnbygninger som virker som hindring og befordrer'opp-hvirvlingen av gassen i reaktoren.

De høytkokende hydrokarboner som skal forgasseshhar vanligvis en nedre kokegrense på 250°C. Det dreier seg ved disse hydrokarboner f.eks. om tunge residuoljer fra den frak-sjonerte destillasjon av jordolje og vakuumresiduer, propan-asfalt, krakningsresiduer og liknende høytkokende residuer kommer på tale. Residuoljene kan også dessuten inneholde en viss mengde sot som likeledes nedforgasses ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

På i og for seg kjent måte har en til forgassings-midlet fri oksygenholdig gass som i en partiell oksydasjon inn-fører den foreomsetnmngen nødvendige energi i forgassingen. Som oksygenholdig gass kan det f.eks. anvendes luft eller teknisk rent oksygen samt også blandinger av disse gasser. Den vanligvis ennu anvendte vanndamp som midlere forgasningsmiddel virker ved omsetningen overveiende reduserende. Karbondioksyd kommer likeledes på tale som forgassingsmiddel og kan derved erstatte en del av den ellers anvendte vanndamp. Med karbondioksyd som reaksjonsdeltager økes innholdet av karbonmonoksyd i produktgassen. I produktgassen utgjør de to gasskomponenter karbonmon oksyd og hydrogen tørrberegnet sammen med 70 volumprosent av gassen. Denne produktgass kan benyttes som utgangsgass for for-skjellige synteser, som f.eks. metanol- eller ammoniakksyntesen.

På tegningen vises et lengdesnitt gjennom en mulig bygningsform av en reaktor til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Reaktoren har et trykkfast, høyt varmebestandig hus 1 for at det av det omsluttede reaksjonsrom kan forløpe omsetningen ved trykk fra 5-150 bar og temperaturer på 1000-1600°C.Hydrokarbonene føres gjennom et rør 2 under trykk inn i reaktoren. Et rør 3 som koaksialt omgir røret 2, tjener til inn-føring av den for omsetningene nødvendige vanndamp. En del av vanndampen kan også erstattes med karbondioksyd. Oksygenholdig gass, f.eks. luft eller teknisk ren oksygen, innføres i reaksjonsrommet gjennom de to lanser 4 og 5.

I det eksempel som er vist på tegningen er den øvre del av reaksjonsrommet fritt for omstillingsinnretninger. Omsetningen av hydrokarbonoksygen og vanndamp og/eller karbondioksyd kan forløpe her allerede delvis. I den nedre halvdel av reaksjonsrommet er det på en rist 6. anordnet en gassgjennomtrengelig lagring 7 av inert' kornformet materiale. I det viste eksempel inntar lagringen omtrent en tredjedel av det samlede volum av reaksjonsrommet. Gassene og dampene som strømmer gjennom lagringen. 7 opphvirvles sterkt her og omsetter seg derved fullstendig med hverandre. En praktisk talt sotfri produktgass fjernes gjennom avledning 8 fra reaktoren.

Produktgassen forlater reaktoren omtrent med en tempe-ratur på 1000 til 1600°C og behandles på en for dets videre anvendelse hensiktsmessig måte, og i første rekke f.eks. av-kjøles. De ved de kjente fremgangsmåter også vanlige sotvasker kan bortfalle.

Eksempel 1

I en reaktor av den på tegningen viste type, men uten lagring, med et reaksjonsrom på 4 m høyde og 1 m diameter for-gasses 1000 kg av en residuolje med et kokeområde fra 250-420°C og elementæranalyse

med 450 kg damp og 734 Nm 3 teknisk rent oksygen med trykk på

60 bar. Residuoljen var før innføring i reaktoren, foroppvarmet til 120°C. Vedndenne kjente fremgangsmåte ved termisk forgassing oppsto 2988 Nm 3rågass av følgende sammensetning:

samt 314 kg vanndamp og 30 kg sot. Den adiabatiske flammetemperatur utgjør 1425°C. En bør ved foreliggende anordning ikke velge lavere fordi ellers ville det oppstå ennu mer sot.

Den teoretiskeøvre sotdannelsesgrense for Bouduard-reaksjonen ligger ved 1-46°C. Når allikevel ved kjente fremgangsmåter det dannes betraktelig sotmengder så skyldes dette at det ikke lykkes å oppnå likevektsinnstillingen for Bouduard-reaksjonen.

Eksempel 2

Sammen utgangsstoff som i eksempel 1 omsettes ved u-forandret trykk og samme adiabatiske flammetemperatur med 450 kg damp og 751 Nm 3 teknisk rent oksygen i samme reaktor,,

som imidlertid før produktgassbortføringen har en gassgjennomtrengelig lagring som inntar 35% av reaksjonsrommets volum. Lagringen består av kuler av A^O^ med omtrent enhetlig diameter på ca. 10 mm. Det oppstår 3062 Nm^ rågass med følgende samm sammensetning:

samt 30 0 kg vanndamp. Produktgassen er sotfri. Den øvre temperaturgrense for sotdannelsen, ifølge Bouduard-reaksjonen, ved likevektsinnstilling ligger ved 1054°C. Det viser seg følgelig at i dette eksempel er innstillingen av likevektstilstanden

for Bouduard-reaksjonen i det minste lykkes så vidt at sotdannelsen uteblir.

Eksempel 3

Fremgangsmåten ifølge eksempel 2 modifiseres ved at nu arbeides det med en til 738NNm 3 nedsatt oksygenmengde. Det oppstår 3081 Nm 3 produktgass og følgende sammensetning:

samt 284 kg vanndamp. På grunn av den nedsatte oksygenmengde ligger de adiabatiske flammetemperaturer ved 1375°C. Produkt-t gassen inneholder bare en liten mengde av sot på 0,001 g/Nm<3>tørr gass. Den øvre temperaturgrense for sotdannelsen ifølge . Bouduard-reaksjonen i likevektstilstanden ligger ved 1060°C.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til kontinuerlig omsetning av høyt-kokende hydrokarbon med vanndamp og fritet oskygenholdige gasser under et trykk på 5-150 bar og temperaturer fra 1000-16000°C i et katalysatorfritt reaksjonsrom for fremstilling av en karbonmonoksyd og hydrogenholdig produktgass, karakterisert ved at reaksjonsdeltagerne sammen med produktgassen, før den forlater reaksjonsrommet, føres gjennom en gassgjennomtrengelig lagring kornformet inert materiale.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert v e d at temperaturen av blandingen som treffer på lagringen utgjør minst 800°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den gjennomtrengelige lagring minst inntar 20% av reaksjonsrommets volum.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den gassgjennomtrengelige lagring inntar ca.

25-60% av reaksjonsrommets volum.

5. • Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller et av de følgende krav, karakterisert ved at det inerte materiale av den gassgjennomtrengelige lagring har en kornstørrelse i området fra 3-80 mm, fortrinnsvis 5-30 mm.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller et av de følgende krav, karakterisert ved at til hydrokarbonet, før inntreden i reaksjonsrommet,blandes finkornede inerte fast-stoffer fra en kornstørrelse fra 0,02-1 mm, fortrinnsvis 0,03-0,3 mm i vektsforhold mellom faststoff og hydrokarboner på 1:100 til 1:12, fortrinnsvis 1:30 til 1:20.

7. Reaktor til kontinuerlig omsetning av høytkokende hydrokarboner med hydrogen og fri oksygenholdige gasser under et trykk på fra 5 til 150 bar og temperaturer fra 1000 til 1600°C for fremstilling av et karbonmonoksyd og hydrogenholdig produktgass ved et katalysatorfritt reaksjonsrom med tilførsler for hydrokarboner, vanndamp og den fri oksygenholdige gasser, og en produktgassbortføring, karakterisert ved at reaksjonsrommet i nærheten av produktgassbortføringen har en gassgjennomtrengelig lagring av et kornet inert materiale.

8. Reaktor ifølge krav 7, karakterisert ved at den gassgjennomtrengelige lagring inntar minst 20%, fortrinnsvis 25-60% av reaksjonsrommets volum.

9. Reaktor ifølge krav 7 eller 8, karakterisert v e d at det inerte materiale av den gassgjennomtrengelige lagring har en kornstørrelse i området fra 3-80 mm, fortrinnsvis 5-30 mm.

10. Reaktor ifølge krav 7, karakterisert v e d at reaksjonsrommet har gassommstillingsinnbygninger.