PL58498B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 29.IV.1964 Wlochy Opublikowano: 15.XI.1969 58498 KI. 12 e, 2/01 MKP B 01 d UKD Wspóltwórcy wynalazku: Giovanni Perri, Giuseppe Tubiello, Gaetano Palombella Wlasciciel patentu: Montecatini Edison S.p.A., Mediolan (Wlochy) Sposób wydzielania sadzy z mieszanin gazowych Wynalazek dotyczy sposobu wydzielania sadzy z mieszanin gazowych, zwlaszcza z mieszanin otrzy¬ manych w wyniku pirolizy lub czesciowego spa¬ lania weglowodorów.Jak wiadomo, w procesie czesciowego spalania weglowodorów poza glównymi produktami, takimi jak acetylen, olefiny, wodór i tlenek wegla, otrzy¬ muje sie równiez niewielkie ilosci substancji smo¬ lowych i wolnego wegla w postaci sadzy. W przy¬ padku, gdy procesu czesciowego spalania nie pro¬ wadzi sie w celu wytworzenia sadzy, obecnosc obu tych substancji utrudnia dalsza obróbke gazu, w zwiazku z czym nalezy je wyeliminowac z obie¬ gu.W tym celu plucze sie gazy krakowe ciezkimi weglowodorami (oleje gazowe, benzyna ciezka) lub woda. Po wyplukaniu gazów ciezkimi weglowodo¬ rami otrzymuje sie oleiste zawiesiny sadzy, z któ¬ rych nastepnie uzyskuje sie sadze lub oleje.Plukanie gazów wylacznie olejem jest niemal zawsze kosztowne, totez zwykle stosuje sie pluka¬ nie podwójne: najpierw woda w celu usuniecia wiekszosci sadzy, a nastepnie olejem w celu usu¬ niecia reszty tej substancji. Na przyklad w nie¬ których instalacjach do produkcji acetylenu i/albo olefin z metanu lub benzyny gaz opuszczajacy ko¬ mory spalania ochladza sie woda do 100—130°C, przy czym stosuje sie 1—20 litrów wody na 1 N m3 gazu. W tym etapie wiekszosc sadzy zostaje usunieta. Nastepnie przeprowadza sie kilka plukan 10 15 20 25 30 woda w temperaturze 70—130°C pod cisnieniem 1—4 atm w pluczkach, na przyklad typu Venturi'e- go, stosujac 1 litr wody na 1 Nm3 gazu. W wyni¬ ku tego otrzymuje sie wodne zawiesiny zawiera¬ jace 0,15—5 g sadzy na 1 litr. Pozostala ilosc sa¬ dzy okolo 0,2 g w 1 Nm3 gazu) usuwa sie przez wyplukanie gazów olejem gazowym lub ciezka benzyna.Wyosobniona w ten sposób sadze wykorzystuje sie na ogól jako paliwo, poniewaz wlasciwe jej zastosowanie jako sadzy wymagaloby kosztownego oczyszczania; dlatego tez sadza taka winna byc mozliwie calkowicie pozbawiona wody. Sadze wy- osabnia sie z wodnej zawiesiny przez dekantacje i odsaczenie lub przez aglomeracje z cieklymi we¬ glowodorami, takimi jak pentan, benzen, benzyna ciezka, oleje gazowe i inne. W przypadku odsacza¬ nia lub innego rozdzielania mechanicznego otrzy¬ muje sie wciaz wysoce uwodniona sadze (7—8 czesci wody na 1 czesc sadzy).W procesie aglomeracji wodne zawiesiny otrzy¬ mane po plukaniu woda poddaje sie, po dodaniu weglowodorów, energicznemu mieszaniu. W wy¬ niku tej czynnosci sadza skupia sie w postaci sta¬ lych brylek, po czym daje sie latwo wyosobnic z wody (brytyjskie opisy patentowe nr 734475 i 741135 oraz wloskie opisy patentowe nr 594518, 594519 i 638757). Ten sposób jest równiez niedogod¬ ny, poniewaz poza odpowiednia instalacja, wyma¬ ga znacznej mocy mieszania, odpowiadajacej co 5849858498 najmniej 2,25 kW na 1 m3 zawiesiny (wloski opis patentowy nr 638757).Ponadto, obie metody musza byc zastosowane do calej zawiesiny z etapu plukania, co jest kosz¬ towne ze wzgledu na duze rozcienczenie zawiesin (rzedu 0,15 g sadzy na 1 litr). W takich przypad¬ kach w celu aglomeracji sadzy nalezy wykonac prace co najmniej 2,25 kWh na 6 m3 zawiesiny, zakladajac jako przecietny czas mieszania 10 mi¬ nut, co odpowiada zuzyciu energii okolo 2 kWh na 1 kg suchej sadzy. Stanowi to znaczy odsetek w stosunku do energii cieplnej, która mozna uzyskac z tej sadzy.Stwierdzono nieoczekiwanie, ze powyzszych nie¬ dogodnosci unika sie stosujac do pierwszego plu¬ kania gazu wodna emulsje nie laczacych sie z wo¬ da weglowodorów, zamiast samej wody. Postepu¬ jac w ten sposób uzyskuje sie flokulacje czastek sadzy wskutek absorpcji weglowodorów przez te czastki. Utworzone hydrofobowe klaczki szybko wyplywaja na powierzchnie wody u wylotu apa¬ ratu pluczkowego, przy czym dzieki temu, ze wo¬ da pozostaje czysta, mozna ja natychmiast zawró¬ cic do obiegu.Sposób wydzielania sadzy z mieszanin gazowych wedlug wynalazku polega na plukaniu gazu emul¬ sja oleistych weglowodorów w wodzie. Podczas plukania nalezy ochladzac. gaz ponizej tempera¬ tury rosy tak, by obecnosc cieklej warstwy wod¬ nej umozliwiala wyplukiwanie sadzy, po czym utworzona zawiesine sadzy w oleju pozostawia sie do odstania w celu szybkiego otrzymania dolnej warstwy wody i górnej warstwy zlozonej z oleju i sadzy.Oleiste weglowodory stosowane do wytwarzania wodnych emulsji powinny miec postac ciekla w temperaturze i pod cisnieniem stosowanym w eta¬ pie plukania. Najkorzystniej stosuje sie weglowo¬ dory otrzymane przez destylacje ropy naftowej, których temperatura wrzenia wynosi 100°—350°C, takie jak na przyklad benzyna ciezka (benzyna la¬ kiernicza) o temperaturze wrzenia 100°—180°C i gestosci 0,78, nafta o temperaturze wrzenia 150°— 300°C i gestosci 0,75—0,87 i olej gazowy o tem¬ peraturze wrzenia 300°—350°C i gestosci 0,83—0,9.Poza tym mozna równiez stosowac frakcje otrzy¬ mane w wyniku destylacji smoly i zawierajace weglowodory cykliczne, takie jak oleje lekkie o gestosci 0,95, o ile temperatura wrzenia miesci sie w podanym wyzej zakresie, przy czym korzystne sa oleje o temperaturze wrzenia 250°—350°C.Emulsje uzyskuje sie przez silne mieszanie mecha¬ niczne lub przez zastosowanie emulgatorów che¬ micznych typu oleju w wodzie.Dobra emulsje uzyskuje sie na przyklad przez rozpuszczenie l°/o wagowo TWEEN 65 (Atlas Pow- der — U.S.A.) w weglowodorze. Innymi odpowied¬ nimi emulgatorami sa Ethomeen 18/15 (Armour— U.S.A.) i Noramox (Prochinor-Francja).Przy tych emulsjach wystarczajacy czas trwa¬ losci wynosi zaledwie kilka minut; jest to prze¬ cietny czas pozostawania emulsji w reaktorze przed plukaniem gazu. W urzadzeniach do produkcji ciaglej weglowodór wtryskuje sie do. przewodu ssacego pompy odsrodkowej, sluzacego do przeno¬ szenia wody pluczkowej.Ilosc wody pluczkowej zastosowanej do wytwa¬ rzania emulsji waha sie w granicach 1—20 litrów 5 na 1 Nm3 gazu, korzystnie 1—3 litrów na 1 Nm3.Ilosc weglowodoru potrzebnego do tworzenia emulsji z woda waha sie w granicach 0,2—10 cze¬ sci wagowych na 1 czesc sadzy zawartej w gazach krakowych. io W wyniku powyzszego stezenie oleju w wodzie waha sie w granicach 0,1—30'Vo, przy czym przy mniejszym stezeniu oleju zachodzi wydzielenie warstwy sadzy na powierzchni wody, a przy wiek¬ szym stezeniu tworzy sie warstwa oleista gotowa 15 do spalania.W przypadku, gdy dazy sie tylko do szybkiego wydzielenia sadzy na powierzchni wody, stosuje sie 0,2—1, korzystnie 0,5—1 czesci weglowodoru, natomiast wieksze ilosci (8—10 czesci) stosuje sie 20 w przypadku dazenia do wytworzenia bezposred¬ nio na powierzchni wody oleistej warstwy sadzy dostatecznie plynnej, aby mogla zostac zdekanto- wana i wypompowana do palników.Te ostatnia mozliwosc uzyskuje sie równiez w 25 dwóch etapach, a mianowicie przez emulgowanie najpierw niewielkiej ilosci weglowodoru przy po¬ mocy wody pluczkowej, a nastepnie dodanie do warstwy powierzchniowej, w której zbiera sie sa¬ dza, dalszej ilosci weglowodoru, wystarczajacej do 3° wytworzenia warstwy plynnej.Dobór odpowiedniego systemu zalezy wylacznie od warunków krakowania oraz rodzaju urzadzenia przy czym kazdy system prowadzi w sposób nie¬ skomplikowany do uzyskania tych samych wy- 35 ników.W niektórych urzadzeniach, na przyklad w celu uzyskania wiekszej wydajnosci w usuwaniu sadzy, plukanie gazów woda prowadzi sie w kilku fazach, zawracajac wode pluczkowa do obiegu. W takim 40 przypadku korzystne jest zastosowanie ograniczo¬ nej ilosci weglowodorów w emulsji w celu unik¬ niecia zanieczyszczenia scianek reaktora weglowo¬ dorem, który móglby latwo ulec odemulgowaniu podczas plukania, dlatego tez pozostala ilosc we- 45 glowodoru potrzebna do uzyskania oleistej warst¬ wy sadzy dodaje sie stopniowo, jak wspomniano wyzej.Po plukaniu emulsja nalezy usunac z gazu reszt¬ ki sadzy. Podobnie jak w procesie plukania woda to ostateczne oczyszczanie prowadzi sie z zasto¬ sowaniem filtrów, badz droga plukania olejem mineralnym. W tym przypadku po ostatnim plu¬ kaniu olej mineralny mozna zuzytkowac do wy¬ twarzania emulsji oleisto-wodnej stosowanej przy pierwszym plukaniu.Zaleta wynalazku jest mozliwosc latwego i eko¬ nomicznego wytwarzania plynnych zawiesin sadzy w oleju gazowym bezposrednio u wylotu aparatu 0 do plukania, bez uciekania sie do kosztownych posrednich procesów aglomeracji i ponownego za¬ wieszania aglomeratu w oleju opalowym.Przez wprowadzenie dalszej ilosci oleju opalo¬ wego na powierzchnie wody zawierajacej sadze i 65 lekkkie mieszanie tej warstwy powierzchniowej, 50 55y, 58498 6 otrzymuje sie ciekla warstwe sadzy w oleju za¬ wierajaca tylko niewielka ilosc wody, przy czym warstwe te dekantuje sie latwo z nad dolnej war¬ stwy wodnej i pompuje bezposrednio do palni¬ ków w celu spalenia.Szybkosc wydzielania sadzy z wody jest bardzo wysoka, bo rzedu 50 m/godz, i jest ona nieosia¬ galna przy zastosowaniu zwykle stosowanych srod¬ ków flokujacych.Zaleta sposobu wedlug wynalazku jest równiez fakt, ze lepsze ilosciowe usuniecie sadzy umozli¬ wia zredukowanie koncowego plukania gazów we¬ glowodorami.Ponizsze przyklady objasniaja wynalazek nie ograniczajac jego zakresu.Przyklad I. W przykladzie tym opisane jest doswiadczenie przeprowadzone dotychczas stoso¬ wana metoda.Gaz krakowy, wytworzony przez czesciowe spa¬ lanie metanu pod cisnieniem atmosferycznym i za¬ wierajacy 8,5% C2H2, 28,5% CO, 50% H2, 3,5°/o C02 oraz 4,5 g sadzy/Nm3 gazu, plukano woda w ilosci 20 litrów/Nm3 gazu w temperaturze 80°C w wiezy zraszajacej wyposazonej w górnej czesci w rozpylacze wody. Gazy wprowadzane od dolu ko¬ lumny byly plukane w kierunku przeciwpradowym.Wyplukany gaz wciaz jeszcze zawieral 1,5 g sadzy w 1 Nm3.Otrzymana wodna zawiesina zawierala 0,15 g sadzy w 1 litrze, a predkosc jej klarowania sie w temperaturze 70°C (czyli predkosc osadzania sie sadzy) wynosila 0,06 m na godzine.Do zawrócenia czystej wody z tej zawiesiny do plukania w instalacji o przerobie wynoszacym 4000 Nm3 CH4 na godzine konieczna jest powierzch¬ nia dekantacyjna co najmniej 2660 m2, co odpo¬ wiada srednicy dekantera równej 58,2 m.Po osadzeniu sie sadzy otrzymano koncentrat za¬ wierajacy 97 czesci wody i 3 czesci sadzy.Przyklad II. Gaz z przykladu I plukano emul¬ sja 0,1 czesci wagowej oleju gazowego w 1000 cze¬ sciach wody. Emulsje te uzyskano droga miesza¬ nia mechanicznego, przy czym równie dobre wy¬ niki uzyskiwano przez wtryskiwanie oleju gazo¬ wego przy pomocy rozpylacza do przewodu, któ¬ rym przeplywa woda do aparatu pluczacego. Po homogenizacji emulsja byla dostatecznie trwala w ciagu 5 minut.Po wyplukaniu gazów ta emulsja w ilosci 20 li¬ trów na 1 Nm3 gazu, otrzymano wodna zawiesine zawierajaca w 1 litrze 0,3 g oleistych klaczków sadzy, które w temperaturze 70°C wyplywaly na powierzchnie wody z przecietna predkoscia 50 m na godzine. Wyplukany gaz zawieral w 1 Nm3 oko¬ lo 0,5 g sadzy.W tych warunkach do ciaglego obiegu wody w instalacji o przerobie 4000 Nm3 CH4 na godzine wystarczy powierzchnia dekantacyjna 3,2 m2, eo odpowiada srednicy dekantera 2,02 m.Stezona warstwa sadzy, wyosobniona z wody, zawierala 10 czesci sadzy, 5 czesci oleju gazowego i 85 czesci wody. 10 15 20 Temperatura destylacyjna oleju gazowego stoso¬ wanego w tym przykladzie wynosila 275°—310°C przy cisnieniu 760 mmHg, a gestosc tego oleju w temperaturze 20°C wynosila 0,83.Przyklad III. Sadze otrzymana w przykla¬ dzie I i II dodano do oleju gazowego takiego same¬ go jak w przykladzie II, otrzymujac olejowe za¬ wiesiny sadzy, przeznaczone do wprowadzenia do palników urzadzenia do produkcji pary.Koncentrat z przykladu I, zawierajacy 97 czesci wody i 3 %czesci sadzy, do utworzenia zawiesiny plynnej w temperaturze 50°C wymagal dwunasto- krotnej ilosci oleju gazowego w stosunku do ilosci sadzy. W celu wytworzenia takiej zawiesiny, mie¬ szano lekko przez 20 minut w. temperaturze 50°C koncentrat sadzy i olej gazowy, a nastepnie spusz¬ czono wode z dna mieszalnika. Otrzymana war¬ stwa olejowa* zawierala 3,8% sadzy, 46,2% oleju gazowego i 50% wody.Unoszaca sie na powierzchni wody warstwa sa¬ dzy z przykladu II skladala sie z 10 czesci wago¬ wych sadzy, 5 czesci oleju gazowego i 85 czesci wody i do utworzenia zawiesiny plynnej w tem- 25 peraturze 50°C (która wytworzono jak wyzej) wy¬ magala okolo siedmiokrotnej ilosci oleju gazowego w stosunku do ilosci sadzy. Otrzymana zawiesina zawierala 10,5% sadzy, 73,7% oleju gazowego i 15,8% wody. 30 Przyjmujac natomiast dla przykladu II stosunek ilosci oleju gazowego do ilosci sadzy, taki jak dla przykladu I, czyli 12 czesci wagowych oleju gazo¬ wego na 1 czesc sadzy, otrzymano warstwe oleista zawierajaca 6,9% sadzy, 82,7% oleju gazowego i 35 10,4% wody.Przyklad IV. W temperaturze 130°C plukano woda lub wodna emulsja naftowa gaz krakowy, otrzymamy przez czesciowe spalanie CH4 pod cis¬ nieniem bezwzglednym 4 atm i zawierajacy 7,66% 40 C2H2, 54,00% H2, 26,5% CO, 3,5% C02, 5°/o CH4 oraz 10 g sadzy/Nm3 gazu, otrzymujac: 45 50 3 litry/Nm3 gazu 130°C 4 atm Plukanie woda: woda pluczkowa temperatura plukania cisnienie przy plukaniu przecietne stezenie sadzy w wodzie 3,15 g/litr pozostalosc sadzy w wyplukanym gazie 0,55 g/Nm3 Predkosc klarowania sie otrzymanej zawiesiny sadzy wynosila 0,075 m/godz. w temperaturze 70°C. 55 Plukanie emulsja wytworzona przez silne mie¬ szanie mechaniczne nafty z woda w stosunku 25 g nafty na 1 litr wody: 3 litry/Nm3 gazu 130°C 4 atm 65 emulsja temperatura plukania cisnienie przy plukaniu przecietne stezenie sadzy . w wodzie (z wylaczeniem nafty) 3,3 g/litr pozostalosc sadzy w wyplukanym gazie 0,1 g/Nm358498 Oleista zawiesina sadzy wyplywala na powierzch¬ nie wody z predkoscia 45 m na godzine w tempe¬ raturze 70°C tworzac plynna warstwe oleista o za¬ wartosci wody 20°/o, przy czym wode te mozna latwo dekantowac.Temperatura destylacji stosowanej nafty wyno¬ sila 200°—275°C pod cisnieniem 750 mmHg, a ge¬ stosc w temperaturze 25°C wynosila 0,82.Przyklad V. Plukano woda lub emulsja oleju gazowego w wodzie gaz wytworzony przez krako¬ wanie benzyny do produkcji acetylenu i etylenu, zawierajacy: 9,77'Vo C2H2, 9,54% C2H4, 33,5% H2, 28°/o CO i 7,4% C02 i na 1 Nms 3 g substancji weglowych w postaci smól (8%) i sadzy (92f%), otrzymujac: Plukanie woda: woda pluczkowa temperatura plukania cisnienie plukania przecietne stezenie sub¬ stancji weglowych w wodzie 2 Titry/Nm3 gazu 130°C 4 atm 0,5 g/litr Predkosc klarowania wodnej zawiesiny substan¬ cji weglowych w temperaturze 70°C wynosila 0,03 m/godz.Plukanie emulsja 0,3 g oleju gazowego w 1000 g wody: emulsja temperatura plukania cisnienie plukania przecietne stezenie substancji weglowych w wodzie (z wyla¬ czeniem oleju gazowego) 2 litry/Nm3 130°C 4 atm 0,75 g/litr Predkosc klarowania zawiesiny uzyskanej po plukaniu wynosila 70 m na godzine w temperatu¬ rze 70°C.Temperatura destylacji stosowanego oleju gazo¬ wego wynosila 310°C—350°C pod cisnieniem 760 mmHg, a gestosc w temperaturze 25°C wynosila 0,85. 10 15 2. 20 25 30 35 40 8 PL

Claims (1)

1. Zastrzezenia patentowe Sposób wydzielania sadzy z mieszanin gazo¬ wych, zwlaszcza wytworzonych w wyniku piro¬ lizy lub czesciowego spalania weglowodorów, przez plukanie, znamienny tym, ze emulsja otrzymana przez zemulgowanie z woda oleiste¬ go weglowodoru nie mieszajacego sie z woda i wrzacego w temperaturze 100°—350°C, plucze sie gazy w temperaturze nizszej od temperatury rosy, po czym utworzona zawiesine sadzy w ole¬ ju pozostawia sie do odstania w celu otrzyma¬ nia dolnej warstwy czystej wody i górnej war¬ stwy zlozonej z oleju i sadzy. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plucze sie emulsja oleju w wodzie wytworzona przez silne mieszanie mechaniczne lub przez dodanie powierzchniowo-czynnego emulgatora oleju w wodzie. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plucze sie emulsja uzyta w stosunku 1—20, ko¬ rzystnie 1—3 litrów wody pluczkowej na 1 Nm3 gazu. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze plucze sie emulsja uzyta w stosunku 0,5—1 cze¬ sci weglowodoru na 1 czesc sadzy zawartej w gazie w celu uzyskania szybkiego wyplyniecia sadzy i warstwy olejowej na powierzchnie. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze plucze sie emulsja uzyta w stosunku 8—10 cze¬ sci weglowodoru w celu uzyskania plynnej olei¬ stej warstwy sadzy na powierzchni wody. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plucze sie emulsja uzyta w stosunku 0,2—10 czesci wagowych weglowodoru na 1 czesc sa¬ dzy zawartej w gazie. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze sadze i warstwe olejowa miesza sie z dodatko¬ wa iloscia oleju w celu uzyskania plynnej za¬ wiesiny, odpowiedniej do pompowania. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako weglowodór stosuje sie benzyne ciezka, nafte lub olej gazowy. WDA-l. Zam. 3231. Naklad 250 egz. PL