PL100733B1 - Sposob wytwarzania gazu syntezowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania gazu syntezowego na drodze czesciowego spalania wegla.

Znany jest sposób wytwarzania gazu syntezowego polegajacy na czesciowym spalaniu wegla. W procesie tym powstaje smola, która sie oddziela od wytworzonego gazu syntezowego i co najmniej jej czesc zgazowuje sie przez czesciowe spalanie. Podczas zgazowywania powstaje z kolei sadza, która sie oddziela i co najmniej jej czesc poddaje, razem z weglem przeznaczonym do zgazowania, czesciowemu spalaniu. Surowcem w tym procesie moze byc dowolny material staly zawierajacy wegiel zwiazany chemicznie lub niezwiazany. Oprócz tego surowiec taki moze zawierac wodór, tlen, siarke, azot, metale i/lub popiól. Przykladem takiego surowca moga byc lignit wegiel bitumiczny gazowo-plomienny, wegiel podbitumiczny, antracyt i koks.

Wegiel, przed poddaniem go czesciowemu spalaniu, rozdrabnia sie na male kawalki lub na mial, w zaleznosci od sposobu zgazowywania. Czesciowe spalanie z wytworzeniem smoly mozna przeprowadzic dowolna znana metoda, na przyklad stosujac proces Lurgfego lub tzw. proces „Synthane" Procesy te zostaly opisane w „The Oil and Gas Journal", 26.08.1974 s.s. 80 i 84.

Jako pierwszy etap wspomnianego sposobu stosuje sie korzystnie proces Lurgi-ego. Proces ten zostal szczególowo omówiony w „Ullmanns Enzyklopaedie der technischen Chemie" tom 10, s.s. 418-424. Podczas czesciowego spalania wegiel reaguje z tlenem, powietrzem lub powietrzem wzbogaconym w tlen, z wytworzeniem gazowej mieszaniny, która sklada sie glównie z wodoru i tlenku wegla. Ponadto, zaleznie od rodzaju uzytego wegla, skladu gazu utleniajacego i sposobu zgazowywania, w gazowej mieszaninie moga wystepowac mniejsze lub wieksze ilosci N3, COa, HaO, CH4, H2S i COS. Korzystne jest stosowanie tlenu jako gazu utleniajacego, gdyz otrzymuje sie wówczas gaz o wysokiej kalorycznosci. Na ogól na 1 kg wegla stosuje sie od 0,2 do 0,4 Nm3 tlenu.

Do regulowania temperatury w procesie czesciowego spalania zwykle stosuje sie pare. Korzystnie do mieszaniny reakcyjnej dodaje sie 2-9 kg pary na Nm3 tlenu.

Po zgazowaniu wegla, korzystnie w temperaturze w zakresie 700-1100°C, wytworzony gaz wyprowadza sie z reaktora zgazowywania. Na ogól gaz ten ma temperature 370-600°C i oprócz pozadanych skladników jak H2, CO iCH4 zawiera niepozadane zanieczyszczenia, to jest smole, olej, ciezka benzyne, fenole, wode, amoniak, siarkowodór, dwultaadt wfgb» pyl weglowy i popiól. Aby oddzielic te zanieczyszczenia od pozadanego gazu,2 100 733 surowy gaz schladza sie do 40-200°C, korzystnie stosujac jako posredni wymiennik ciepla wode, która w wyniku zamienia sie czesciowo w pare. Podczas schladzania smola, olej, benzyna, fenole i para wodna zawarta w gazie kondensuja, a w tym cieklym kondensacie zostaja zaabsorbowane wegiel i popiól. Ciekly kondensat oddziela sie i droga frakcjonujacej destylacji odzyskuje z niego olej, ciezka benzyne, fenole oraz smole, w której zawarty jest wegiel i popiól. Otrzymany gaz mozna oczyscic w znany sposób od siarkowodoru, dwutlenku wegla i innyeh zanieczyszczen jak COS, CS2 i HCN.

Co najmniej czesc wytworzonej smoly poddaje sie zgazowaniu droga czesciowego spalania z^wytworze- niem sadzy. Do tego spalania mozna stosowac tlen lub powietrze, to ostatnie moze byc wzbogacone w tlen lub bez takiego wzbogacania. Zgazowywanie smoly jest korzystniejsze przy uzyciu tfenu i moze byc przeprowadzone w znany sposób. Przeglad znanych sposobów wytwarzania gazu zawierajacego wodór i tlenek wegla na drodze czesciowego spalarnia cieklego paliwa poddany jest w „Chemiker Zeitung" z 3 marca 1972 r., s.s. 123-134.

Zgazowywanie smoly mozna z powodzeniem prowadzic sposobem firmy Shell, opisanym w „Chemical Economy md Eogtacering Reyiew", grudzien 1973, tom 5, nr 12, m. 22-28. ftodttii czesciowego spalania smoly do regulowania temperatury korzystnie stosuje sie pare. Zwykle dodjgirtf 0,5-3 kg pary na kg smoly.

Hm lub pi etwitfa)aey tleni zwykle pried wprowidseniem do itfify rf&kcji, gdile odbywa iif eifteiowe tpaliiiii*jait witfpnie podgreiwany do 200=500°C. Takpedgriiny pi utleniajacy mieiie sie gg imela, pe eiym mieszudne gaz/smola rozpyla sie p&d wysokim eitoientem w oddzielnym reaktorze, wktótym nadwyzki cisnienia w stosunku do cisnienia panujacego we wlasciwym reaktorze wynosi od 1 do 50 atm. Ten oddzielny reaktor korzystnie stanowi pusty zbiornik wewnatrz z wykladzina zaroodporna. Tego typu reaktor, bardzo przydatny do tego celu, zostal omówiony w brytyjskich opisach patentowych nr nr 780120, 832385; 850409 i967885.

Czesciowe spalanie smoly prowadzi sie korzystnie w temperaturze w zakresie 1000-1500°C. Jest to temperatura panujaca podczas reagowania smoly z tlenem i ewentualnie para. Cisnienie utrzymywane w reakto¬ rze moze byc w bardzo szerokim zakresie, od 1 do 100 atmosferabsolutnych. \ Aby maksymalna ilosc smoly wprowadzonej do reaktora ulegla zgazowaniu,jej kropelki musza przebywac w reaktorze przez pewien niezbedny czas. Stwierdzono, ze czas wystarczajacy dla tej konwersji wynosi od 1 do sekund. ¦•. ' - Po konwersji smoly w gaz otrzymany produkt gazowy, skladajacy sie zasadniczo z.H*, CO, C02, N2 i H20, zostaje wyprowadzony z reaktora. Jego temperatura jest bardzo wysoka, zwykle wynosi ponad 1100°C, i zawiera popiól, sadze oraz siarkowodór. Zwykle podczas zgazowywania z 1 kg smoly powstaje 0,05-0,20 kg sadzy. * Aby usunac z gazu zanieczyszczenia, najpierw trzeba go schlodzic. Schlodzenie takie dogodnie uzyskuje sie przez wtryskiwanie wody, pary i/lub czesci schlodzonego oczyszczonego produktu gazowego. Zgodnie z bardzo korzystnym wykonaniem,sposobu wedlug wynalazku schlodzenie to przeprowadza sie, calkowicie lub czesciowo, w bojlerze, w którym wytwarza sie pare, wykorzystujac do tego celu cieplo odpadowe. Gaz zwykle schladza sie do temperatuiy w zakresie 120-250°C.

Zawartosc substancji stalych w schlodzonym gazie na ogól jest niska na skutek doboru wlasciwydi warunków w reaktorze. Zdarza sie jednak, ze wymagane jest jeszcze obnizenie ich poziomu, np. gdy gaz ma byc odsiarczany, a takze gdy zawarty w gazie tlenek wegla ma byc w reakcji z woda przeksztalcony w dwutlenek wegla i wodór. Wówczas glaz taki przepuszcza sie przez skruber, w którym jest przemywany ciecza, korzystnie woda. Urzadzenie do tego celu zostalo omówione w brytyjskim opisie patentowym nr 826209.

Po takiej obróbce woda otrzymuje sie gaz, który zasadniczo nie zawiera substancji stalych i którego temperatura wynosi miedzy 20 i 80°C. Suchy gaz pozbawiony substancji stalych zwykle ma sklad w nastepuja¬ cym zakresie: %obj.

H2 15-50 CO 15-30 C02 7-30 CH4 0-5 H^S 0,05-0,50 Na + A 1-55 Gaz taki zwykle jest dodatkowo oczyszczony od U2S i mozliwie przynajmniej czesciowo od C02. Takie oczyszczanie mozna przeprowadzic w znany sposób.

H2S i C02 korzystnie usuwu sie sposobami ADIP lub SULMNOL, opisanymi w bryt. opisach patontowych100 733 3 nr nr 1444963, 1131989,965358,957260 i 972140. Sklad suchego gazu pozbawionego substancji stalych i H2S zwykle jest nastepujacy: %obj.

Ha 15-50 CO 15-30 COa 7-30 CH4 0-5 HaS 0,001-0,010 Na +A 1-55 Jak wspomniano, wyzej, smola powstaje jako produkt uboczny podczas zgazowywania wegla i na ogól zawiera 1-25% substancji stalych, to znaczy popiolu i nieprzereagowanych lub czesciowo tylko przereagowa- nych czastek wegla. Duza zawartosc substancji stalych w smole bardzo utrudnia jej zgazowywanie, bowiemjuz po bardzo krótkim czasie reaktor, w którym prowadzi sie zgazowywanie takiej smoly, zostaje oblepiony a nastepnie zatkany popiolem zawartym w smole.

W sposobie wedlug wynalazku co najmniej czesc substancji stalych zostaje usunieta z co najmniej czesci stosowanej do przerobu smoly.

Jak juz byla o tym mowa wyzej, sadza powstaje podczas zgazowywania smoly na drodze czesciowego spalania. Sadze tak wytworzona, oddziela sie od glównego produktu, którym jest gaz syntezowy, po czym co najmniej jej czesc jest czesciowo spalana razem z weglem w celu wytworzenia gazu zawierajacego H2 i CO. Sadze korzystnie oddziela sie sposobami znanymi z bryt. opisów pat. nr nr 826209 i 1267896.

Poniewaz czesc smoly wytworzonej podczas czesciowego spalania wegla jest obecnie równiez zawracana do czesciowego spalania wegla, co najmniej czesc sadzy zostaje zmieszana z czescia smoly i tak utworzona mieszanina smoly i sadzy jest poddawana czesciowemu spalaniu z weglem. Zgodnie z wynalazkiem sadza jest zmieszana z ta czescia smoly, która zawiera substancje stale, mianowicie popiól i wegiel nie- przereagowany lub przereagowany czesciowo.

Zatem, wedlug wynalazku sposób wytwarzania gazu syntezowego, obejmujacy czesciowe spalanie wegla, oddzielanie gazu w wytworzonych produktach od substancji stalych zawierajacych smole, zgazowanie przez czesciowe spalanie co najmniej czesci wytworzonej smoly, w wyniku czego powstaje sadza, która oddziela sie od gazu i co najmniej jej czesc poddaje czesciowemu spalaniu razem z weglem, tym sie charakteryzuje, ze 25—75% smoly pozbawia sie substancji stalych powodujac ich osiadanie w 75—25% smoly i co najmniej czesc tej smoly pozbawionej substancji stalych poddaje sie zgazowaniu przez czesciowe spalanie, oraz co najmniej czesc sadzy laczy sie z co najmniej czescia tej smoly, która zostala wzbogacona w substancje stale w wyniku ich osiadania i tak otrzymana mieszanine sadzy ze smola zawierajaca substancje stale poddaje sie czesciowemu spalaniu z weglem.

Korzystnie na 1 czesc wagowa sadzy stosuje sie 3—10 czesci wagowych smoly. Sadze mozna bezposrednio wprowadzic do smoly, albo tez sadze najpierw zbiera sie w wodzie i nastepnie dodaje do smoly. W pierwszym przypadku surowy gaz wytworzony podczas czesciowego spalania czesci smoly kontaktuje sie z druga czescia smoly, tak aby do tej drugiej czesci smoly przeszla sadza. W tym wykonaniu surowy gaz korzystnie uprzednio schladza sie do temperatury w zakresie 50-200°C, przy tyrn i smola, w której ma byc pochlaniania sadza korzystnie ma temperature w zakresie 50—200°C. W drugim przypadku wode zawierajaca sadze, korzystnie w ilosci 0,5-10% wagowych i o temperaturze 100—150°C, kontaktuje sie podczas mieszania, ze smola, która korzystnie ma temperature 100—150°C. W pierwszym przypadku na Nm3 gazu zawierajacego sadze stosuje sie korzystnie 0,001 m3 smoly, w drugim przypadku 1 m3 wody zawierajacej sadze, kontaktuje sie zim3 smoly.

Wychodzac z 1000 kg wegla, mozliwe jest uzyskanie sposobem wedlug wynalazku, po wysuszeniu i usunieciu H2S i C02,1500-3300 Nm3 gazu syntezowego o skladzie: %obj.

Ha 30^5 CO 19-24 CH4 8-30 Na+A 1-45 Przyklad, Jako surowiec uzyto wegiel kamienny o skladzie: %wag.

C 72,95 II 4,88 O 10,784 100 733 ' S 1,36 N 1,56 popiól 8,47 Wegiel ten zawieral 34,7% wagowych skladników lotnych oraz 2% wagowych wody. Zgazowywanie tego wegla prowadzono droga czesciowego spalania razem ze smola zawierajaca substancje stale, pochodzaca z pózniejszego etapu sposobu wedlug wynalazku. Na 1 kg wody i wegla pozbawionego popiolu dodano 0,06 kg smoly i 0,35 kg tlenu oraz zuzyto 1,524 kg pary. Tlen doprowadzono o temp. 250°C, a pare o temperaturze 263°C.

Zgazowywanie prowadzono w temperaturze miedzy 700 i 1100°C i podcisnieniem 40 atm. Wytworzony gaz schlodzono do 125°C i oddzielono smole. Z 1 kg wegla otrzymano 0,10 kg smoly, która zawierala 15% wag. substancji stalych. Po wysuszeniu gazu jego sklad byl nastepujacy: %obj.

Ha 29,3 CO 15,5 COa 31,7 CH4 22,1 H*S 0,5 Na + A 0,9 Z 1 kg wegla nie zawierajacego wody ani popiolu otrzymano 2,08 Nm3 tego gazu.

Smole podzielono na dwie polowy i pozwolono aby z jednej polowy osiadly substancje stale w drugiej polowie. Nastepnie polowy te rozdzielono. Czysta (tj. pozbawiona substancji stalych) smole poddano czesciowemu spalaniu w oddzielnym reaktorze z 1,057 kg tlenu i 2,5 kg pary w przeliczeniu na 1 kg smoly, otrzymujac gaz syntezowy zawierajacy sadze. Temperatura wynosila 1100°C, cisnienie 40 atm, abs.

Surowy gaz syntezowy schlodzono do 180°C stosujac wode jako posredni wymiennik ciepla. Nastepnie gaz przemyto woda,w wyniku czego sadza przeszla do wody. Z 1 kg smoly otrzymano 0,15 kg sadzy.

Suchy gaz syntezowy pozbawiony sadzy posiadal sklad: %obj, Ha ". 48,0 CO 25,2 CQa 25,6 H|S 0,2 Nt +A 1,0 ,. ; Te czesc smoly, która zostala wzbogacona w substancje stale (przez osadzenie sie substancji stalych pochodzacych z pierwszej polowy smoly), zmieszano dokladnie z woda zawierajaca sadze, w temperaturze 125°C. Nastepnie rozdzielono na smole zawierajaca sadze i czysta wode, po czym smole z sadza zawrócono do czesciowego spalania wegla.

Gaz syntezowy otrzymany bezposrednio z wegla zmieszano z gazem syntezowym otrzymanym z oczysz¬ czonej smoly. W rezultacie z 1 kg wegla otrzymano 2,228 Nm3 suchego gazu syntezowego o skladzie: %obj.

Ht 30,4 CO 16,1 COa 31,3 CH4 20,8 HaS 0,5 Na + A 0,9

Claims (2)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania gazu syntezowego, obejmujacy czesciowe spalanie wegla, oddzielanie gazu w wytworzonych produktach od substancji stalych zawierajacych smole, zgazowanie przez czesciowe spalanie co najmniej czesci wytworzonej smoly, w wyniku czego powstaje sadza, która oddziela sie od gazu i co najmniej jej czesc poddaje czesciowemu spalaniu razem z weglem, znamienny tym, ze 25—75%smoly pozbawia sie substancji stalych powodujac ich osiadanie w 75—25% smoly i co najmniej czesc tej smoly pozbawionej substancji stalych poddaje sie zgazowaniu przez czesciowe spalanie, oraz co najmniej czesc sadzy laczy sie z co100733 5 najmniej czescia tej smoly, która zostala wzbogacona w substancje stale w wyniku ich osiadania i tak otrzymana mieszanine sadzy ze smola zawierajaca substancje stale poddaje sie czesciowemu spalaniu z weglem.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze na 1 czesc wagowa sadzy stosuje sie 3-10 czesci wagowych smoly.