NO791105L - Gjenvinning av ikke-forgassede faste brennstoffpartikler fra vannsuspensjon - Google Patents

Description

Gjenvinning av ikke-forgassede faste brennstoffpartikler fra vannsuspensjoner.

Foreliggende oppfinnelse angår forgassing a<y>faste brénn-stoffer ved partiell oksydasjon. Mer spesielt angår oppfinnelsen

gjenvinning av ikke-forgasset fast brennstoff fra produkter etter partiell forbrenning og tilbakeføring av gjenvunnede ikke-forgassede faste brennstoffer til forgassingssonen sammen med ytterligere friskt fast brennstoff for der partielt å oksydere dette.

Vanligvis, blir brennstoffet ved forgassing av fast brennstoff slik som kull eller koks, underkastet partiell oksydasjon med luft, oksygenanriket luft, eller i det vesentlige rent oksygen i en forgassingssone sammen med fremstilling.av en produktgass inneholdende karbonmonoksyd og hydrogen og også inneholdende mindre mengder C02og CH^og, hvis råstoffet inneholder svovel, H2S og COS.

Fordi det imidlertid tilføres utilstrekkelige mengder oksygen til forgassingssonen for totalforbrenning av karbonet i det faste brennstoff, vil noe av dette bevege seg gjennom sonen uten omdanning til et oksyd av karbon. Når et flytende hydrokarbon underkastes partiell oksydasjon, opptrer ikke-omdannet kar-bond i produktgassen som fine sotpartikler, mens ikke-omdannet karbon når et fast brennstoff underkastes partiell oksydasjon, opptrer i produktet som partikler av fast brennstoff. I tillegg vil, alt avhengig av det faste brenselsråstoff, aske også opptre i varierende mengder i forbrenningsproduktene. Det er således åpenbart at få av de ikke-omdannede partikler er ren aske eller rent karbon.

For å avkjøle de varme produkter fra den partielle oksydasjon og som forlater gassdannelsessonen og for å fjerne partikler av aske og ikke-omdannet fast brennstoff, blir de varme gasser brakt i kontakt med et bråavkjølingsmedium slik som vann, i en bråavkjølingssone hvorved gassens avkjøles og medrevne partikler overføres til kjølemediet. Større og tettere partikler av aske eller slagg med lavt karboninnhold har en tendens til å

avsette seg i bunnen av avkjølingssohen og fjernes, mens de finere pg mindre tette partikler danner en suspensjon i kjølemediet..

For å regulere konsentrasjonen av faststoffer i kjølemediet, blir en andel kontinuerlig eller periodisk trukket av og erstattet med__ nytt kjølemedium. Av.økonomiske og økologiske grunner er det ønskelig å bruke om igjen både kjølevann og uforbrukt brennstoff.

Når som nevnt ovenfor råstoffet til gassdannelsessonen er flytende hydrokarbon, kommer ikke-omdannet karbon ut som fine sotpartikler av mikroskopisk størrelse, mens ikke-omdannet karbon foreligger i form av diskrete partikler av fast brennstoff når råstoffet er et fast brennstoff. Soten som dannes ved forgassing av flytende hydrokarbon, kan gjenvinnes fra suspensjonen i kjølevannet ved blanding med et flytende hydrokarbon slik som beskrevet i US-patent nr. 2.992.906 og US-patent nr. 3.917.569.

Uheldigvis har ikke-omdannede partikler av fast brennstoff ikke affinitet for flytende hydrokarbon slik tilfellet er

med sotpartiklene som dannes ved partiell forbrenning av et flyt--ende brennstoff, og separeringsteknikken som brukes for sot^

gjenvinningen, er utilfredsstillende når det gjelder gjenvinning av ikke-omdannede faste brennstoffpartikler fra kjølevannet.

Ved forgassing av flytende brennstoffer vil karbon i råstoffet som ikke omdannes til oksyder av karbon, opptre i produktgassen i form av mikroskopiske sotpartikler. Når den varme produktgass som inneholder medrevne sotpartikler bråavkjøles, f.eks. i vann, overføres sotpartiklene til kjølevannet som opp-varmes mens produktgassen til gjengjeld avkjøles. Vanligvis kan sotpartiklene gjenvinnes fra vannet ved å bringe dette i kontakt med et flytende hydrokarbon med lav molekylvekt slik som nafta, idet sotpartiklene migrerer og danner en suspensjon av sot i nafta og renset vann. Nafta inneholdende suspenderte sotpartikler kan deretter bringes i kontakt med det flytende hydrokarbonrå-stoff til gassgeneratoren for å utgjøre en hydr<p>karbonvæske-blanding inneholdende suspenderte sotpartikler. Blandingen opp-varmes for å destillere av nafta som deretter tilbakeføres for å gjenvinne ytterligere sotpartikler fra kjølevannet, mens suspensjonen av sotpartikler i det tyngre oljeråstoff til gassgeneratoren underkastes partiell forbrenning.

Soten som dannes under omdanningen av flytende hydrokarbon, er forskjellig fra partiklene av'ikke-omdannet brennstoff som opptrer i produktgassen når.brennstoffet som skal forgasses er et fast brennstoff. For eksempel har sotpartiklene fra forgas&ing av et flytende brennstoff generelt et overflateåreal på over

100 m 2 /g og vanligvis sågar over 200 m 2/g, mens partikler av ikke-omdannet brennstoff fra forgassing av fast brennstoff vanligvis har et overflateåreal på mindre enn 50 m 2/g.

Partiklene som opptrer i produktgassen når brennsetoffet som skal forgasses er et fast brennstoff, har ikke den samme affinitet for flytende hydrokarboner som partiklene som dannes ved forgassing av et flytende brennstoff. Som resultat av dette, er prosedyren som benyttes for gjennvinnihg av sotpartikler fra kjølevannet ikke effektiv for gjenvinning av ikke-omdannede faste brennstoffpartikler fra kjølevannet. Av denne grunn er ikke-forgasset fast brennstoff til nå gjenvunnet fra kjølevannet ved avkjøling av dette og deretter å la■partiklene avsette seg i åpne beholdere. En slik prosedyre medfører bruk av store og kostbare varmevekslere for å gjenvinne den følbare varme i kjølevannet. Det betyr også at kjølevannet må underkastes en dampstripping for å fjerne uønskede giftige gasser som må behandles før utslipp til atmosfæren. I tillegg til dette må kjølevannet på ny settes under trykk før tilbakeføring til avkjølingssonen.

Foreliggende oppfinnelse gir en fremgangsmåte for forgassing av fast karbonholdig brennstoff som omfatter å underkaste dette en partiell oksydasjon i nærvær av E^ O ved et trykk på minst 6,9 bar for å gi en gass inneholdende CO og E^°9inneholdende partikler av ikke-omdannet fast brennstoff, å bringe denne produktgass i kontakt med vann i en avkjølingssone for å avkjøle produktgassen og for å danne en suspensjon av de nevnte faste partikler av ikke-omdannet fast brennstoff i vannet, å føre denne suspensjon uten avkjøling til en avsetningssone som holdes under et trykk på ikke mindre enn 5,2 bar, å tillate suspensjonen å avsette seg i et øvre sjikt av klaret vann og et lavere mer konsentrert vannsjikt inneholdende avsatte partikler av ikke-omdannet fast brennstoff, og tilbakeføring av minst en andel av de avsatte partikler til sonen for partiell oksydasjon.

En fordel ved foreliggende oppfinnelse er at den gjør. det mulig å gjenvinne ikke-omdannet fast brennstoff fra avkjøl-

i»

ingsvannet samtidig som man kan gi avkall på varmevekslingsut-styret som vanligvis benyttes ved gjéndanning av ikke-omdannet fast brennstoff fra syntesegass.

En annen fordel er at den gjør det mulig å minimalisere den mengde vann som må behandles på grunn av nærværet av giftige gasser. En ytterligere fordel er at den gjør det mulig å bevare energien som er til stede i kjølevannet når denne forlater av-kjøl ings sonen .

Råstoffet til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består av et hvilket som helst fast karbonholdig brennstoff inneholdende askedannende bestanddeler slik som kull, bituminøst kull, lignitt, petroleumkoks, organisk avfall o.l.

Det faste brennstoff males vanligvis til en partikkel-størrelse på mindre en 6,4 mm og helst slik at 95% går gjennom en 14 mesh US-standard sikt med åpninger på 1,41 mm, og tilføres til gassdannelsessonen der det underkastes partiell oksydasjon med en gass slik som luft, oksygenahriket luft eller i det

vesentlige rent oksygen, dvs. oksygen med en rehetsgrad på minst

ca. 95%. Det finpppdelte brennstoff kan tilføres til oksyda-sjonssonen eller gassdannelsessonen som en oppslemming i en væske slik som vann eller olje, eller som en suspensjon i et gass-eller dampmedium slik som damp, karbondioksyd eller blandinger derav. I gassdannelsessonen underkastes det faste brennstoff en partiell oksydasjon ved en temperatur mellom 871 og 1927°C

og fortrinnsvis mellom 982 og 1760°C. Trykket i gassdannelsessonen kan ligge mellom 6,9 og 206,8 bar, fortrinnsvis mellom 10,3 og 172,4 bar. Oksygen kan tilføres til gassdannelsessonen méd et atomforhold mellom oksygen og karbon på mellom 0,7 og 1,6 og fortrinnsvis mellom 0,8 og 1,2. Når fast brennstoff tilføres til gassdannelsessonen som en oppslemming i vann, bør oppslemmingen inneholde mindre enn 50 vekt-% vann da et vanninnhold over denne verdi vil påvirke reaksjonens termiske effektivitet.

I en foretrukket utførelsesform.føres varme produkt-gasser inneholde medrevne partikler av ikke-omdannet brennstoff

nedover gjennom et lavere utslipp ved bunnen av gassdannelses-kammeret og slippes ut til avkjølingskammeret under overflaten av vannet i dette. Store partikler, hovedsakelig bestående'av aske som er fri for karbon, vanligvis mindre enn 2 vekt-%, synker ved hjelp av tyngdekraften til den nedre del av avkjølingskammeret

«f

der partiklene periodisk kan fjernes ved hjelp av en egnet inn-retning. De finere partikler av ikke-omdannet fast brennstoff forblir suspendert i avkjølingsvannet, i det minste delvis på

grunn av den agitering som skjer ved utslipp av de varme gasser, under vannflaten.

Separering av de faste partikler fra vannet bevirkes ved å overføre suspensjonen fra avkjølingskammeret til en avsettingssone der man tillater avsetning av suspensjonen under forhold i dét vesentlige frie for agitering slik at det dannes en klaret øvre del og mer konsentrert nedre del. Denne avsetting

gjennomføres ved forhøyede temperaturer og trykk. I en foretrukket utførelsesform holdes avsettingssonen i det vesentlige under de samme trykk- og temperaturforhold som avkjølingssonen. Imidlertid er gode resultater oppnådd når avsettingen bevirkes ved en temperatur mellom 37,8 og 374,4°C og et trykk mellom 3,4 og 241,3 bar, fortrinnsvis ved en temperatur mellom 93,3 og 353, 3°C og et trykk mellom 6,9 og 172,4 bar.

Oppholdstiden i avsettingssonen vil være avhengig av størrelsen på partiklene av ikke-omdannet brennstoff som igjen delvis er avhengig av hvor fint oppdelt råstoffet var. Vanligvis bør oppholdstiden være mer enn 3 min og med en tid mellom 5 min og 30 min som foretrukket.

Den konsentrerte suspensjon i den nedre del av avsettingssonen og som kan inneholde opptil 50 vekt-% faststoffer, gjenvinnes fra bunnen av avsettingssonen. Hvis det faste brennstoff tilføres til gassgeneratoren som en vannoppslemming, kan den konsentrerte suspensjon tilbakeføres direkte til blandesonen der det fremstilles en oppslemming av nytt råstoff og vann. Hvis råstoffet til gassgeneratoren er i form av et fast brennstoff, suspendert i et flytende hydrokarbon, bør det avsatte brennstoff fortrinnsvis underkastes en vannfjerningsbehandling og deretter blandes med nytt fast brennstoff. Det klarede vann som fjernes fra den øvre del av avsettingssonen, kan benyttes for fremstilling

av ytterligere friskt råstoff eller tilbakeføres til avkjølings-sonen.

Ved å gjennomføre separeringen ved forhøyet temperatur og trykk, kan avsettingstiden reduseres betydelig i forhold til den avsettingstid for suspenderte faststoffer som forelå i åpne beholdere slik som i den kjente teknikk. Fordi separeringen skjer i varme, er det i tillegg ikke nødvendig å avkjøle suspensjonen ved

bruk av store og kostbare varmevekslere. Ytterligere holdes opp-løste gasser i systemet, noe som skjærer ned mengden av uønskede lavtrykksgasser som ellers må underkastes behandling.

De følgende eksempler skal illustrere oppfinnelsen nærmere.

Eksempel I

Dette eksempel viser vanlig praksis der de suspenderte

faststoffer tillates avsetning under vanlige betingelser.

Råstoffet som tilføres forgassingssonen er en oppslemming av petroleumkoks, oppmalt slik at 94% går gjennom en 40 mesh sikt (0,42 mm åpning) i en "California Reduced"-råolje slik at koksen utgjør 49,9 3 vekt-% av oppslemmingen. Denne oppslemming mates til en 0,06 m 3 upakket gassgenerator i en mengde av 192 kg/time sammen med 119,2 standard m 3/time oksygen og 109 kg damp/time. Dette representerer et atomforhold mellom oksygen og karbon på 0,808. Temperaturen i gassgeneratoren holdes ved 1309,4°C og trykket ved 55,85 bar.

Kjølevann inneholdende suspenderte faststoffer trekkes av, avkjøles ved varmeveksling og man tillater avsetning i en åpen beholder. Etter en oppholdstid på 3,1 timer viste analyser

av det klarede vann som trekkes av fra toppen av avsettingsbeholderen, et faststoffinnhold på 0,005 vekt-%.

Faststoffinnholdet i den konsentrerte.suspensjon som

fjernes fra bunnen av beholderen er 37 vekt-%.

Dette forsøk viser de resultater som oppnås ved avsetning på konvensjonell måte ved en temperatur av 37,8°C og atmosfærisk trykk.

Eksempel II

Dette eksempel viser en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Gassdannelsestrinnet er her tilsvarende det som er angitt i eks. I. Råstoffet til gassgeneratoren er i dette til-

felle en oppslemming av petroleumkoks oppmalt som i eks. 1 og inneholdende 47,7 vekt-% koks i "California Reduced"-råolje. Matehastigheten var 151,5 standard m 3/time oksygen, 194,4 kg oppslemming pr. time og 201,5 kg damp pr. time, noe som ga et atomforhold mellom oksygen og karbon på 0,943. Gassdannelses-temperaturen var 1247,2°C og trykket var 55,8 bar.

Kjølevannet inneholdende suspendert ikke-omdannet fast brennstoff, overføres ved 210°C til en kontinuerlig avsettings-innretning der det holdes under et trykk på 55,2 bar. Etter en oppholdstid på 12 min, viste analyse av klaret vann som ble tatt fra toppen av avsettingsbeholderen, et faststoffinnhold på mindre enn 0,001 vekt-% faststoffer. Faststoffinnholdet for den konsentrerte suspensjon som fjernes fra bunnen av beholderen, var 40,1 vekt-%.

Man kan således merke seg at ved å overføre suspensjonen uten avkjøling fra kjølesonen til avsettingssonen ved i det vesentlige det samme trykk som i gassdannelsessonen, oppnår man overlegen avsetting 15 ganger så hurtig som avsettingen ifølge eks. I.

Det klarede vann tilbakeføres til avkjølingssonen med

en minimal gjenopprettelse av trykket og suspenderte faststoffer blir etter tørking tilbakeført til blanderen der frisk oppslemming fremstilles.

Selv om eksemplene beskriver forgassing av koks i • en oljeoppslemming, kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen på samme måte brukes ved forgassing av kull i en oljeoppslemming, en oppslemming av kull i vann eller en oppslemming av koks i vann,

for separering av ikke-omdannede faste brennstoffpartikler fra kjølevannet.

Foreliggende oppfinnelse kan også benyttes der det

faste brenselsråstoff suspenderes i et gassformig eller damp-. medium.

I tillegg til å.kunne anvendes ved forgassingsprosesser der suspensjoner fremstilles ved direkte bråavkjøling av syntesegass, kan oppfinnelsen også anvendes på prosesser der varm syntesegass partielt avkjøles ved indirekte varmeveksling og deretter bringes i kontakt med kjøle- eller vaskevann.

Forskjellige modifikasjoner av oppfinnelsen kan gjennom-føres uten å gå utenfor dens ramme.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved forgassing av fast karbonholdig brensel, omfattende å underkaste brenslet en partiell oksydasjon i nærvær av J^ O ved et trykk på minst 6,9 bar for å oppnå en gass omfattende CO og H2 og inneholdende partikler av ikke-omdannet fast brennstoff, å bringe produktgassen i kontakt med vann i bråavkjølingssone for å avkjøle produktgassen og for å oppnå en suspensjon av partiklene av ikke-omdannet fast brennstoff i vannet, føring av suspensjonen til en avsettingssone. hvori suspensjonen avsetter seg til en øwe klaret vanndel og en nedre mer konsentrert vanndel inneholdende avsatte ikke-omdannede partikler av fast brennstoff og tilbake-føring av minst en andel av de avsatte partikler til den partiale oksydasjonssone, karakterisert ved at suspensjonen uten avkjøling føres fra bråkjølingssonen til avsettingssonen og at avsettingssonen holdes under et trykk på ikke under 5,2 bar.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen i suspensjonen er mellom 37,8 og 374,4°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at temperaturen i suspensjonen er mellom 93,3 og 374,4°C.

4.. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at trykket i avsettingssonen er mellom 5,2 og 241,3 bar.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at trykket er mellom 6,9 og 172,4 bar.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at oppholdstiden for ikke-omdannede faste brenselspartikler i avsettingssonen er minst 3 min.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at oppholdstiden er mellom 5 og 30 min.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at det faste brensel males til en partikkelstørrelse slik at minst 95% går gjennom en 14 mesh US-standard sikt med 1,41 mm åpninger.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at det faste brensel tilføres til partialoksydasjonen som en oppslemming i vann.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregå-ende krav, karakterisert ved at avsettingssonen holdes ved i det vesentlige den samme temperatur og trykk som bråavkjølingssonen.