TW546369B - Removal of soot in a gasification system - Google Patents

Description

546369 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 發明之技術領域 本發明是有關一種碳氫化合物原料的部份氧化方法的 改良，以產生合成氣體含有氫氣、一氧化碳及其他氣體物 質的合成lu體或合成氣體混合物。特別是，該改良與回收 未起反應的碳及用來產生氣體物質的反應器溫度調節有關 ’其中和再循環使用的分散狀煙灰碳相摻合的碳氫化合物 原料係被引進氣化系統中，特別是供油的氣化系統。 發明之背景說明 從碳氫^化合物的原料產生合成氣體需要將氧加入至合 成氣體反應1§中’合成氣體反應器亦稱為合成氣體產生器 或氣化器。這個方法同時需要添加緩和劑，如二氣化碳、 水蒸汽或水來維持反應器的溫度在容許限值内，這個容許 限值係依據操作的經濟性及反應器的結構耐熱物質限值來 訂定。 與部份氧化氣化方法相關的問題是在粗製的合成氣體 產物中出現未反應的或未轉化的破，這些碳大部份以煙灰 的形式出現。一些技術是可以用來去除煙灰的，最常使用 的方法是在條汽器中以水來滌汽合成氣體產物，如此，夾 帶的碳可被轉移至滌汽水中而產生了滌汽過的無煙灰合成 氣體。 含煙灰的水可進一步的利用石油腦油加工，而將碳從 水相中卒取出來。再用重油將煙灰從石油腦油中萃取出來 。而後，如此重油中將含有實質上所有被夾帶的碳，且可 以被用來當作部份氧化反應器的原料，藉以利用碳的能量 !| ^-------Φ---,Γ.---IT------ΦΊ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 546369 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 價值。苯可以用來當作石油腦油的替代品，作為碳的萃取 劑。以苯將碳從水中分離後，苯可以被汽提出且可回收再 利用。 另们用末去除未反應或未轉化的碳的技術是過滤務 汽水’然後回收過濾後的碳餅來做進一步加工。 麥卡勒斯特於美國專利號碼3，979，188中揭露了一 個方法，這個方法可將源自於反應器氣體流出物滌洗步驟 之水一兔的泥漿濃縮至約5到7百分比的碳，將濃縮泥漿與 一燃燒油昆合，無須經過蒸發下再將碳/油/水的混合物 送回該部份氧化反應器中，以作為一般使用的過熱高壓水 蒸汽緩和齊彳之替代品。 馬瑞安於美國專利號碼4，699，63 1中同樣也揭露了 一個方法，這個方法可用來濃縮煙灰的液狀分散物以產生 約含0.55到4.0重量百分比的碳煙灰的可抽取式煙灰—水 为散物，然後將煙灰一水分散物再循環到部份氧化氣化器 的氣體饋料中。 貝殼國際研究機構於英國專利號碼1，321，〇69中揭 露了利用碳氫化合物油當作輔助劑來凝結煙灰顆粒以來去 除碳煙灰。同時亦揭露輔助物質的使用可使煙灰顆粒成為 疏水性及親油性。一旦形成，凝聚的顆粒可以用篩子以物 理性方式移除，再以乾燥方式去除殘餘水份，最後再循環 至氣化器作為反應物。 提普默爾於美國專利號碼4，289，647中揭露了一個 從氣化反應的流出氣體中回收碳的方法。利用水驟冷該 本紙張尺度適用中賴家標隼(CNS ) A4規格（21Gx_"297公釐） 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 546369 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（3 ) 體以便分離未燃燒碳及灰燼，且流出氣體的熱能可用來產 生水蒸汽。然後，慢慢倒出洗過的水，以分離成乾淨的水 、含碳的水及灰燼泥漿。含碳的水可用來產生水蒸汽，以 控制灰燼兩在氣化反應中的轉換。 部份氣化氣化器一般皆在高轉換速率下操作以降低煙 灰的形成，由於不穩定的煙灰懸浮液及本體黏性的增加， 故大量的煙灰形成是不想要的。除非煙灰的熱能價值可再 回收，否則愈南的煙灰形成代表著愈低之冷氣體效率。 可使用來滌汽該煙灰的水量係限制為該等在部份氧化 乳化器中擔任緩和劑所需著，此係由熱平衡來決定之。而 煙灰的產生量可藉由碳：氧比率來設定。因此，水量不可 以改變，以避免形成過多的煙灰。故分離水和煙灰流以容 許用來滌汽煙灰的驟冷水的量的變化是這個發明的一個目 的。 這個發明的另一個目的在維持煙灰/水或煙灰/油混 合物的低黏度。理想上，該氣化器可在較低的合成氣體轉 化率的情狀下運轉，同時維持在該煙灰/水或煙灰/油混 合物中之低黏度。 在4伤氧化氣化過程中，未加工的氣體可在溫度範圍 、、、、華氏1700度至約3500度及壓力是在約2〇〇pSias2500psia 之間日守從氣化器的反應區離開，典型的溫度在約華氏2〇〇〇 度至2800度間，而壓力是在約700psia到1500psia之間，根 據起始饋料的碳量，出現〇到約20重量百分比範圍的微粒 狀的碳。 IT------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

546369 五、發明説明（4 羅負及其他等人在美國專利號碼4，〇21，366中揭露 維持驟冷水中微粒狀碳的濃度在_2重量百分比範圍是必 要的，最好是在1.5重量百分比以下。 離開。fM刀氧化氣化器反應區的熱且粗製的流出合成氣 體*實M上攜帶著所有在氣化器反應區產生的微粒狀碳 的煙灰fv且粗製的流出合成氣體流被引進位於氣化器反 應區下方的驟冷區中或驟冷室中。因大量的合成氣體經由 驟冷水而冒泡所造造成冷卻區滿流，可幫助從合成氣體中 滌汽出大部份的煙灰。驟冷室產生大量的混合著水的煙灰 4個煙灰可藉由再循環驟冷水到驟冷區的驟冷環而被濃 縮。 發明之概要說明 在部份氧化氣化器中產生的粗製合成氣體同樣地包含 有碳煙灰，該缝灰可藉由m合成氣體而被移除及再 回收。該〉條汽水含有一種或多種高溫的界面活性劑，可予 許在氣化器之滌汽水驟冷區上有較高的煙灰漠度。有務汽 用的油的輔助，可將碳煙灰從滌汽水中分離出來。一種或 多種界面活性劑的輔助，可使煙灰顆粒成為疏水性及親油 f生因而增進石厌煙灰從務汽水中的分離。回收的石炭煙灰最 後可再循環到氣化器’而在部份氧化反應中可回收碳的能 量價值。氣化方法中的所有能量效率可藉著在再循環煙灰 之前從煙灰混合物中移除所有水或移除顯著部份的水來增 加^從水令分離煙灰須容許煙灰和水再循環流的各自調郎 ，該該調節取決於氣化器中的反應條件。 本紙張尺度適用中_^T^T^F^X297公釐

丨 -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) m u n n m n ---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546369 A7 〜^-______Β7_ 五、發明説明（5 ) 圖式之說明 第1圖是本發明的流程簡圖。 較佳實施例之說明 依照各發明，添加一種或多種界面活性劑，例如木質 石男酸鋁（ammonium lignosulfonate)或其他等價的界面活性 劑，使煙灰能夠在水中被濃縮成一穩定的懸浮液。界面活 性劑利用可降低整體的本體黏度來改良混合物的抽取性。 在滌汽水冷卻區中可達到較高的煙灰濃度，如約3重量百 分比級或更高。 從合成氣體滌汽操作中回收的煙灰/水混合物是與一 滌汽用的由混合在一起，加熱後再輸送到高壓分離器。在 鬲壓分離器中，水被揮發掉而煙灰和油形成懸浮液。這個 煙灰一油的混合物自高壓分離器移出，而後再送回到氣化 器中來當作燃料來源。含有小部份的輕油的揮發的水離開 尚壓分離器，再送回到氣化器中來當作溫度調節劑。 當水在氣化器中被當作緩和劑時，部份氧化氣化反應 中所形成的煙灰和水可被再循環至氣化器。如此可使得吹 落煙灰濾饼的需求或用來再循環標灰至該氣化器中的碳萃 取裝置的需求降到最低或被消除。 這個發明藉由再循環煙灰和水到—欲加人氣化器的供 油饋料的滑流中，然後在高壓的狀態下蒸發並去除水，而 結合了水蒸氣和水調節器的益處。 參考第1圖，含有少量被夾帶碳煙灰及非常少量的被 夹帶礦物灰的粗製且熱的合成氣體，是在氣化器2的頂端 I---------Φ---1^-I、玎------Φ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

546369 A7 B7 五、發明説明（6 的反應區（未顯示）中產生。然後’這熱的合成氣體流至氣 化器2底部的驟冷區（未顯示）。在驟冷區巾，該合成氣體 與驟冷水流4及含-種或多種高溫介面活性劑的以水為主 的溶液6相接觸。該合成氣體的溫度可被驟降，且所有的 煙灰及礦物灰可從合成氣體中移除。該經冷卻並被潔淨化 的合成氣體8離開驟冷區，以供該系統外的設備做進一步 的加工。 驟冷水流4含有約（U至0.5重量百分比的煙灰。該驟 冷水是在該經冷卻並被潔淨化的合成氣體8下游之合成氣 體務汽設備中生成。 以水為主的溶液6含有一種或多種高溫的界面活性劑 ，如磺酸木質銨或是在約300Τ至約6〇〇卞的溫度下仍是熱 穩定的等價界面活性劑，這些界面活性劑在在此技術中是 已知的，例如，有機磷酸鹽、磺酸鹽和胺等界面活性劑， 這些界面活性劑是用來在驟冷區的底部建立一個煙灰在水 中的穩定懸浮液，冷卻區中煙灰的濃度範圍約在0.3至15 重里百分比之範圍内。這些界面活性劑也可以降低整體的 液體黏度。在驟冷區底部的活性界面活性劑的濃度在約 0.01重量百分比至約0.3量百分比間變化。 濃縮的煙灰一水流10從氣化器驟冷區離開，一股小的 放氣流12從氣流10分離開來並離開系統。氣流12的目的在 /爭化系統的碳物灰燼，如鹽類和懸浮的重金屬。氣流12可 以依照適用的環保法規而被排送到金屬回收操作（無顯示） 或到一個適合的廢棄物處理系統。放氣流12的物質流速大 ^^^^^?^隼（（：叫八4規格（21(^297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、π 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^369 A7 ^________ B7 五、發明説明（7 ) 約疋煙灰一水流1 〇流速的〇. 〇 〇 5到約〇 · 〇 5。 殘餘的煙灰一水流I4流經幫浦16，在該幫浦中，煙灰 〜水流14的壓力充分的增加，而可以進入高壓瞬間分離器 44。 離開幫浦16之經加壓的煙灰—水18，可加入由系統外 部供應之昊選擇性的放氣水流2〇，其通常是由合成氣體務 汽設備（無顯示）的下游所供應的。放氣水流2〇常常含有高 /辰度的氣及甲酸鹽類’這兩者是優先在高壓瞬間分離器44 填出。氨及甲酸鹽類進入氣化器2的反應區，在此於嚴格 的條件下分解。藉由結合放氣流2〇和經加壓的煙灰一水j 8 而形成高壓煙灰一水/放氣流22，可消除用於上述的合成 氣體條汽設備的廢水汽提管柱的需求。 然後’結合的兩壓蒸氣流22與油一煙灰再循環氣流24 相接觸而形成煙灰一油/水蒸氣26，並進入高剪力動力混 合機36，在混合機内，氣體26與源自系統外部的油性滌汽 劑28及含有一種或多種界面活性劑的以油為主的溶液”密 切混合，這些介面活性劑主要是使煙灰顆粒具有疏水性及 親油性。 油性滌汽劑28可以是任何一般隨手可得的燃料油，但 較佳是在範圍約30-50API重量的中端蒸餾物。油性滌汽饋 料28的流速須調整到維持在高壓瞬間分離器44底部煙灰的 濃度約在5 · 0重量百分比至5 0.0重量百分比的量。 在油相〉谷液3 2中使用弟一界面活性劑的目的是使煙灰 顆粒具有疏水性及親油性。這個界面活劑在此技術中眾所 ----------^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、π MW. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

546369 A7 --------—___ B7____ 五、發明説明（8 ) ' '~~~~ - ------：--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 皆知的，也括叛基鹽類，碟酸鹽類，4酸鹽類，硫__ ，醇類，步醇類，胺類及有機氧化物，較佳是稀烴甘=類 ，烧基醚胺類’氧烯烴胺類，及氧丙稀二胺類等的聚合物 。這些界面活性劑的濃度可約在離開動力混合器％的所有 煙灰/油/水混合物38的〇.01重量百分比到約〇 3重量百分 比的範圍内變化。 與煙灰/油/水混合物流38密切的混合界面活性劑，進 入熱父換為40，其中當該等界面活性劑進入該高壓瞬間分 離器44時’其在所欲之急驟分離所需的條件下以經加熱的 煙灰/油/水混合物流42離開。高壓瞬間分離器料主要在高 於氣化器2的操作壓力約1〇〇psi至2〇〇psi間操作，氣化器2 的操作壓力範圍約在200psia到2500psia之間，但最好是在 約700Psia到約1500psia之間，高壓瞬間分離器料的操作溫 度範圍約在450°F到約650°F · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 蒸氣流46離開高壓瞬間分離器44並含約〇1重量百分 比至約5重量百分比的少量被夾帶揮發的油，蒸氣流牝係 使用作為調節部份氧化氣化器2溫度的調節劑。無論如何 ’不需要作為溫度調節劑之蒸氣流46的一部份48被分開且 被導入廢棄的熱輕油回收裝置5〇中· 將被用做調節劑的其餘蒸氣流52通過熱交換器54，在 熱父換為5 4中该療氣流被過度加熱至高於飽和狀態的溫度 約50°F至150°F，然後以過熱蒸氣流56離開並進入氣化器2 中’在氣化器中作為一個溫度調節劑。蒸氣過熱可改良饋 料注射喷嘴（未顯示）的整體性能，該喷嘴係用來當作碳氫 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） 546369 五、發明説明（9 ) 化合物燃料66進入氣化器2的入口。 離開高壓瞬間分離器44的濃縮的煙灰_油混合物58大 體上是無水的，它經過幫浦6〇，並在其中該混合物的壓力 增加到比氣化器2的操作壓力大約1〇〇_2〇〇psi的壓力值。 该經加壓、濃縮的煙灰.油混合物62離開幫浦並分成二 個氣飢24及64。调整氣流24的流速以維持在氣流3 8的水對 油的重量比率為約0.3:1到約3:〇之間。氣流64的流速係受 到高壓瞬間分離器44之位準所控制及基本上是相等於務汽 油饋料流28的流速。 經加壓縮的濃縮煙灰-油混合物64進入部份氧化氣化 器2中’其中該混合物係補充碳氫化合物燃料⑹乍為反雇 物’氣流64對氣流66的重量比率—般分別在約〇〇5_ 0.3:1之間。 濃縮的煙灰-油混合物的剩餘部份24會與高壓煙灰-水 放氣流22相接觸並混合在一起。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 12 546369 A7 B7 五、發明説明（10) 元件標號對照 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 氣化器 40 熱交換器 4 驟冷水流 42 經加熱的煙灰/油/ 6 以水為主的溶液 水混合物流 10 濃縮的煙灰一水流 44 高壓瞬間分離器 12 放氣流 46 蒸氣流 14 殘餘的煙灰-水流 48 一部份蒸氣流 16 幫浦 50 熱輕油回收裝置 18 加壓的煙灰-水 52 其餘蒸氣流 20 放氣水流 54 熱交換器 24 油一煙灰再循環 56 過熱蒸氣流 26 煙灰-油/水蒸氣 58 濃縮的煙灰-油混合物 28 油性滌汽劑 60 幫浦 32 以油為主的溶液 64 氣流 36 混合器 66 氣流 38 煙灰/油/水混合物 (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隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） 13

Claims (1)

1. 546369

   申請專利範圍 水混合物含有3重量百分比至为1.5重量百分比的碳煙灰 〇 6·如申請專利範圍第1項的方法，其中該滌汽油是 30-5OAPI重量範圍的中段蒸餾物。 女申明專利範圍第1項的方法，其中該碳煙灰/油/水 此合物在一高壓瞬間分離操作中可被分離成一碳煙灰 /油混合物及一無煙灰水。 8·如申明專利範圍第6項的方法，其中離開該高壓瞬間分 離操作的碳煙灰/油混合物中的煙灰的濃度係在在5重 量百分比至50重量百分比之間變化。 9.如申请專利範圍第1項的方法，其中該高壓瞬間分離操 作的壓力範圍係比部份氧化氣化反應的壓力還高約 100PSIG 至 200PSIG之間。 10·如申請專利範圍第1項的方法，其中該第二界面活性劑 使該煙灰顆粒具有疏水性及親油性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製