TW296351B - Method of monitoring slag removal during controlled oxidation of a partial oxidation reactor - Google Patents

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經濟部t央標準局貝工消費合作社印製 A7 _ B7_ 五、發明説明（i ) 發明背景 ‘ 發明領域 本發明係關於一種於控制氧化過程中，監測部分氧化 反應爐内爐渣之移出之_展及完成之方法。 先前技術之說明 燃料如石油焦，殘餘燃料油或其他污染環境物料於部 分氧化反應瀘内進行部分氧化反應產生爐渣副產物，副產 物收集並堆積沉積物於反應瀘内面上或反應壚出口，至會 妨礙有效部分氧化之數量。故必需定期停機部分氧化反應 爐，去除爐渣，此種操作俗稱「控制氧化J或「除渣」。 部分氧化反應爐之燃料或進料内嫌渣之沉積物料呈雜 質或污染物存在。爐渣沉積物料之組成可隨進料及其來源 改變。 嫌渣沉積物料具有爐渣形成成份，其爲一種元素或化 合物當單獨或與反應爐内另一種材料如氧或碕’結合時形成 瀘渣。爐渣元素包含過渡金羼如钒，鐵，錁，妲，鎢，鉻，錳， 鋅，鎘，鉬，銅，鈷，鉑，耙；鹼金颶及驗土金颶如納，鉀，鎂， 眄，锶或鋇及其他包含鋁，矽，辚，緒，鎵等。進料中之《渣 元素含量通常由約0.01至約5重量％。 部分氧化反應瀘之典型進料包含原料，含自由氧氣體 及任何其他可進入位在反應爐入口的燃燒器之物料。部分 氧化反應壚亦稱為「部分氧化氣化器反應壚」或簡稱為「 反應爐或氣化器」，此等名詞於說明書中互換使用。 任一種有效燃燒器設計皆可使用，但典型地Μ立式* 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 296351 A7 B7 五、發明説明（2 ) 筒形網加壓容器，具<有反應區段較佳包括向下流動，自由 流動耐火内襯室，且於请部有個位在中央的入口及於底部 有個與軸向方向排齊的出口者爲佳。 此等反應爐爲業界眾所周知，部分氧化反睡條件亦同 例如參見美國專利丄, 328,006及4,328,008，二案皆頒與 Muenger等，Eastman等之美國專利 2,928,460，Strasser 、 等之美國專利2,809, 104，Eastman等之美國專利 3,544,291，Schlinger等之美國專利 4,637,823，Dach之 美國專利 4,653,677，Peters等之美國專利4,872,886, ，Eastman等之美國專利2,928,460，Henley等之美國專 利 4,456,546，Van der Berg,等之美國專利 4,671,806， Still等之美國專利4,760,667，Eckstein等之美國專利 4,146,370，van Herwijner 等之美國專利 4,823,741，

Da vis等之美國專利4,889,540，Segerstrom等之美國專利 4,959,080及，5七61'11111^等之美國專利 4,979,964，

Lein Uger等之美國專利5,281,243。 部分氧化反應係於足夠將需要置原料轉成合成氣賭或 稱「syngas」之反應條件下進行。反應溫度型地於由約 900¾至約2,0001，較佳約l,200t：至約1,500¾之範圍。 壓力典型地於由約1至約250大氣壓，較佳約10至約200大 氣壓。反應區段内平均停留時間一般由約0.5至約20秒， 通常由約1至約10秒。 離開部分氧化反應爐之合成氣體反應產物通常包含Co ，Η«，水蒸氣，C〇a, HaS，COS，CH«，NH3，Na，揮發金 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -----------·----^--訂------蝮''-i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 A7 __B7_ 五、發明説明（3) 展及惰性氣體例如gf氣。特定產物組成將隨原料組成及反 應條件而異。非氣體副產物包含微粒狀物料通常為联及無 機灰分，其中有大量係夾帶於產物流内被攞帶出反應爐之 外。部分非氣體副產物接觸反應爐内側面，且附著於其上 ，形成瀘渣。 爐渣主要為融合礦物質，例如灰分*此乃原料中之爐 渣沉積材料副產物。瀘渣也包含含碳物料例如煙炱。壚渣 物料也包含過金屬如钒，鉬，鉻，鎢，锰及耙之氧化物及 硫化物，可呈有價值的嫌渣副產物回收。 流出反應爐的熔融爐渣通常收集於淬熄室。堆積於淬 熄室的爐渣可定期排放至壚渣捕捉裝置，例如潛料斗或其 他適當容器。 熔點比反應壚溫度條件更高的爐渣通常於反應《內堆 積成固體沉積物，最常堆積於反應爐之耐火表面内襯上。 燫渣沉積物傾向於隨著氣化反應之進展而增加》且可累積 至希望或需要去除或除渣的程度。 當需要去除爐渣時，終止氣化反應及開始「控制氣化 」或除渣。反應爐内之控制氧化條件設計為可使堆積的爐 渣溶解並去除。 當爐渣堆積於淬熄室時也必需除渣。此種嫌渣堆積淬 熄室會引起部分氧化反應嫌過早故障，原因爲嫌渣熵滿淬 熄室，限制氣體至反應爐喉部的路徑。 壤淹通寓係Μ物1方式表除，例如由耐Λ面上切成薄 片去除及/或由已經被嫌渣部分或完全阻塞的開口或通路 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.· 6 經濟部中央標準Λ負工消費合作社印裝 A7 B7五、發明説明（4 ) 纘開壚渣。無庸殆言\此等瀘渣去除方法會損害反應鲅必 需極小心進行。 欲獲得高除渣速率，控制氧化過程中氣化器溫度必需 於約lOOOt：至1500¾，較佳約liOOt：至1400¾之溫度操作 0 控制氧化過程中，氣化器内氧分壓升高而將高熔點 Va〇3相轉成低熔點Va〇e相。任一棰含有適合部氧化方法之 反應之氧型式的自由氧氣體皆可使用。典型含自由氧氣體 包含下列一種或多棰：空氣，富氧空氣·表示含有多於21 冥耳％氧；大體純質氧氣，表示大於95其耳％氧；及其他 適當氣體。常見含自由氧氣體含有氧加上其他衍生自製備 氧之空氣的氣體例如氦氣*氬氣或其他惰性氣體。 氧分壓於控制氧化過程中，通常於部分氧化反應壚約 10-200大氣壓下約以2至24小時時間由約1.0%增至約10¾ 0 曾經嘗試多種檢測及監測鱸渣於反應壚或其出口堆積 之手段。爐渣堆積的監測對於決定何時需要除渣相當要緊 ，因此可在反應爐故障之前預知除渣的箱要。也要緊地必 箱於除渣及控制化過程中監测紱渣之去除來測量爐渣的操 作的進展及完成。 瀘渣沉積物可利用安裝於反臁鑪閭口 *且其位置可檢 視反應鲅壁或出口的孔視鏡目測觀察。目測觀察也可使用 位在燃埔器的光嫌逭行，#檢鯖由爐潼或反應值出口其他 區的耐火材料放射的光線。核子或音波檢測也可用來測量 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4%#· ( 210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明説明（5 ) 爐渣厚度變化。，’ 使用安裝於反應爐不同位置的熱偶可提供有關溫度測 量變化資訊，亦即，沿反應爐壁之溫度曲線，因而檢測堆 積的壚渣沉積物。 也可測量反應鱸之壓力變化而監测爐渣沉積物的存在 ，由於反應爐出口的壚渣沉積物增加會限制氣流過出口， 並增高反應鲅内可測壓力。相對地，反應爐内壓降表示阻 塞反應爐出口的沉積物被清除。 雖然已知方法可監測反應爐内瀘渣的堆積，但此等方 法之主要缺點爲於控制氣化過程中部分監測反應瀘內瀘渣 去除之進展完成困難且成本高。 發明概述 根據本發明，於控制氧化過程中由部分氧化反應爐之 淬熄室移除壚渣之進展及完成可藉測量pH*導電率，總溶 解固體及硫酸鹽濃度等淬熄水參數而監測。 圖式之簡單說明 附圖中： 第1圖為部分氧化反應鲅条統之簡化代表圖。 第2圖為控制氧化過程中部分氧化反應壚之淬熄水之 P Η測置進展圖。 第3圖為控制氧化過程中部分氧化反應瀘之淬煻水之 導電率測量進展圖。 第4圔為控制氧化過程中部分氧化反應鲅之淬熄水之 總溶解固體測量進展圖。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（6 ) 第5圖為於控带ί氧化過程中部分氧化反應嫌之淬熄之 溶解硫酸鹽濃度說明圖。 較佳具體例之說明 參考第1圖，部分氧化反應爐10設有一個辆殼12，燃 燒器14，及形成反應室18之耐火材料16。 合成氧化方法產生原合成氣體及爐渣，其沉澱於室18 壁20上且向下流至室18底並通過縮窄的喉22流出，由喉有 一根浸沒管24延伸入由殼12下部形成的淬熄室26。浸沒管 24延伸入淬熄水28池內。 冷郤水進入管路30並通入淬熄環32»於此處牴住浸沒 管24壁流入锌熄水28池。部分氧化過中，淬熄水28用來冷 郤原合成氣體及爐渣，因此淬熄水溫度升高。部分被加熱 的烊熄水28通過管路34送出。冷卻水提供通過管路30而部 分加熱的淬熄水28藉管路34移出，如此控制維持淬熄水28 之期望高度29。 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 原合成氣體氣泡31上升至室26之高於水平面29之部分 且通過管路36移出。重的瀘渣（未顯示出）沉澱至淬熄室 26底部，且通過有個閥40的管路38送出。管路38連結至爐 渣捕捉裝置例如潛料斗，其連結至具有閥46之管路44。正 常操作過程中，閥40打開，爐渣通過管路38,而於閥46關 閉時被捕捉於潛料斗42。堆積的嫌渣藉關閉閥40並開啟閥 46去除。 筲瑢《嫌加1部分麟化灵隳《之枰熄案之水介霣例 如水中時，淬熄水內存在的爐渣成份會降低水之PH °爐渣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4洗格（21 〇 X 297公釐） Α7 Β7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 五、發明説明（7 ) 堆積處之淬熄水pH通'常由約3.0至約8.5。 隨著部分氧化反應爐内控制氧化條件的進行，由反應 室壁移出的爐渣量增加且堆積於淬熄室。pH的降低直接相 對於反應室壁爐渣的增加。隨箸由反應壚移除的爐渣數量 減少pH增高。於pH達到最低值後，於控制氧化條件下pH穩 定一致升高，表示大部分爐渣己經被去除，及反應爐已經 回到部分氧化條件。 控制氧化條件中，堆積於氣化器或部分氧化反應壚之 淬熄室之壚渣之硫化物含量。被氧化成硫酸鹽並溶解於淬 熄水。淬熄水中之可溶性硫酸鹽離子會降低pH，因此證明 壚渣被去除。 苐2圖為於控制氧化過程中，部分氧化反應瀘之淬熄 水之PH測童之進展或pH曲線圖。監測淬熄水之pH可於任何 方便位置例如捽熄水出口管路完成。任何附有記錄器的適 當市售pH計皆適合此目的使用*此等裝置爲業界人士眾所 周知。 典型pH計之裝設為為業界人士眾所周2之常用線上方 法，包含兩個閥，於安装於淬熄水出口管路之pH探針兩侧 上各有個旁通管路。此型設備可方便更換PH探針而不會干 擾過程。此外來自PH計的信號可接到適當的位置例如控制 室的遙控記錄器，於中樞位置遙遠地測量、監測及控制部 分氧化及控制氧化條件之其他參數° 淬熄水中嫌渣的堆積也可藉控制氧化過程中測量淬熄 水的導電率檢測。如前述*控制氧化過程中氣化器内之瀘 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210X297公釐） 10 經濟部中央樣準局貝工消費合作衽印製 Α7 Β7 五、發明説明_( 8 ) 渣之硫化物含量被氧/化成硫酸鹽且溶解於淬熄水，因而增 高導電率。淬熄水之溶解硫酸鹽含量為可提高導電率之主 要爐渣成份。 第3圖為控制氧化過程中淬熄水導電率測童之進展或 導電率曲線圖。控制氧化過程中淬熄水導霣率之增高表示 由氣化器去除的壚渣數量增加。當導電率之测量一致穗定 地降低時表示由氣化器内移出淬熄水之爐渣量減少。表示 控制氧化條件已經有效地由反應嫌去除瀘渣。任何適當具 有記錄之市售導電率計皆適合用於測量淬熄水之導電率， 而安裝方式類似pH計。 另一種監測控制氧化之進展之手段係测量淬熄水中结 溶解固體（TDS)數量。至於溶解於淬熄水之融瀘渣成份， 溶解於淬熄水之總固體數量對應增高而會提TDS測置值。 第4園為於控制氧化過程中測董總溶解固體之進展或 TDS曲線圖。當TDS測量值逹到最高時，表示大部分爐渣已 經由反應瀘去除。如此，當TDS測置值顯示穗定一致降低 時，較少量爐渣由反應爐被移出準熄水中。如此反映一件 事實，控制氧化條件可由反應爐有效去除大部分壚渣，控 制氧化條件可被終止，部分氧化條件可恢愎至反應壚。 任何適當市售線上總溶解固體測量装置可設計適合測 量淬熄水之總溶解固體而安裝方式類似pH計。實驗室中测 量總溶解固體之方亦爲業界人士眾所周知且係根據試駿方 法2540C「檢査廢料及廢水之標準方法j (第18版 1992年 ，美國公共街生協會等）進行（並述於此Μ供參考）。 本紙張尺度適用中國囤家榡準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4. 11 B7 185. i〇. i2 V t ：i·' 五、發明説明（） 第84114049號專利申請案說明修正頁 修正日期：85年10月 於控制氣化過程中，監測淬熄水中爐渣堆積之方法偽 藉測量淬熄水之硫酸鹽濃度。於實驗室中測量硫酸鹽之方 法乃業界人士眾所周知，係根據試驗方法4110B「檢査廢 料及廢水之標準方法」（第18版1992年，美國公共衛生協 會等）進行（並述於此以供參考）。 硫酸鹽濃度也可以業界人士眾所周知之方法，藉離子 層析由小量淬熄水樣品測定。 安裝裝置也可供直接測量硫酸鹽濃度但IrbpH計，導電 率計或TDS裝置昂貴。 由第5圖可知，第5圖為控制氣化過程中淬熄水中硫 酸鹽濃度測量之進展或硫酸濃度曲線圖，硫酸鹽濃度最高 值表示爐渣最大置堆積於淬熄水。控制氧化條件可以結束 的指示，為硫酸鹽濃度到達最高值後一致穩定地降低，表 示大部分的爐渣已經從氣化器中去除。 元件標號對照表 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 10 部分氧化反應燫 28 淬熄水 12 殼 29 液面高度 14 燃燒器 30 管路 16 耐火材料 31 氣泡 18 反應室 32 淬熄環 20 壁 34, 36,38,44 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 25>7公釐）

Claims (1)

1. 第84114049號專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：85年10月 1 · 一種於供將部分氧化爐去爐渣之控制氧化過程中監測 累積爐渣去除之方法，該反應器具含淬熄水一之淬熄 室，其中，該爐渣於部分氣化狀態中而累積，其包括 (Π在反應器中建立一控制氧化狀態，並去除累積 爐渣； (Π)監測至少一淬熄室水參數，其擇自由pH、導電 率，總溶解固體及淬熄水之硫酸鹽濃度所組成基團 ，其中，每一所得上述之參數的變化獨立地對應累 積爐渣的去除； (i i i)收集並記錄由監測至少一經選擇之淬熄室水 參數所得的資料； 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (i v)在控制氧化狀態中，監測所記錄之資料以決定 ;當擇自含導電率、總溶解固體及硫酸鹽濃度之基 團中一參數的最大值被記錄時]或作為pH值之最小 值被記錄時，其間，測量到最大值之後，所記錄之 測量值係一致且穩定地降低，或在測量到所選擇之 淬熄室水參數的最小值後，所記錄之測量值係一致 且穩定地增加時，表示大部分之爐渣已於反應器中 去除。 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中，在産生所選擇 ’ 之淬熄室水參數的最大值或最小值後，大部分之爐渣 己由反應器中去除，中止所控制之氧化狀態*並回復 反應器中之部分氧化狀態。 -13 - 本紙張XI適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 896351 公告本 A8 B8 C8 D8

   午用 ^ tfi. 1 i.' 4# ir 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 六、申請專利範圍 3‘如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該爐渣包括 至少一種選自钒、鉬、鎢、鉻、錳及把之過度金屬氧 化物或硫化物。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該爐渣包括釩之 4 氧化物及/或硫化物。 5. 如申請專利範圍笫1或2項之方法，其中該控制氧化 條件包括於1000-1500°C以1-10 %氧分壓於1〇-2〇〇大 氣壓壓力操作反應爐2-24小時。 6. 如申請專利範圍第i或2項之方法，其中於pH到逹淬 熄水pH測量值之最低值後一致穩定地升高，指示大部 分的爐渣已經從反應爐去除。 7 .如由請專利範第1或2項之方法，其中於梓熄室導電 率到最高值後一致穩定地降低，指示大部分的爐渣已 經從反應爐去除。 8. 如申請專利範第1或2項之方法，其中於淬熄水總溶 解固體含量到達最高值後一致穩定降低，指定大部分 的爐渣已經從反應爐去除。 9. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中於淬熄室硫 酸鹽濃度到逹最高值€ —致穩定降低，指示大部分的 爐渣已經從反應爐去除。 10. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該等參數係 經由將監測設備安裝於淬熄水出口管路測量。 11. 如申請專利範第1或2項之方法，其中該等參數偽藉 化驗室分析淬熄水樣品測量。 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------^装-------.訂------7. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)