DE102007040092A1 - Process and apparatus for producing synthesis gas from heavy oil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gases (Synthesegas) (6) durch Partielle Oxidation eines höher siedenden Kohlenwasserstoffe (Schweröl) (11) enthaltenden Einsatzes (1) in einer Vergasungseinrichtung (POX-Reaktor) (R) und der Abkühlung und Wäsche (W) des im POX-Reaktor (R) gewonnenen Vergasungsproduktes (4), wobei anfallendes, mit Ruß beladenes Abwasser (5) mit Naphtha (7) vermischt und anschließend in eine Trenneinrichtung (D) eingeleitet wird, aus der eine weitgehend rußfreie Wasserfraktion (10) und ein wasserfreies Naphtha/Ruß-Gemisch (9) getrennt abgezogen werden. Das wasserfreie Naphtha/Ruß-Gemisch (9) wird zusammen mit Schweröl (11) dem POX-Reaktor (R) als Einsatz zugeführt.The invention relates to a method and a device for generating a carbon monoxide and hydrogen-containing gas (synthesis gas) (6) by partial oxidation of a higher boiling hydrocarbons (heavy oil) (11) containing insert (1) in a gasification device (POX reactor) (R ) and the cooling and washing (W) of the gasification product (4) obtained in the POX reactor (R), wastewater (5) laden with soot being mixed with naphtha (7) and then introduced into a separating device (D), from which a substantially soot-free water fraction (10) and an anhydrous naphtha / soot mixture (9) are withdrawn separately. The anhydrous naphtha / carbon black mixture (9) is fed together with heavy oil (11) to the POX reactor (R) as an insert.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gases (Synthesegas) durch Partielle Oxidation eines höher siedende Kohlenwasserstoffe (Schweröl) enthaltenden Einsatzes in einer Vergasungseinrichtung (POX-Reaktor) und der Abkühlung und Wäsche des im POX-Reaktor gewonnenen Vergasungsproduktes, wobei anfallendes, mit Ruß beladenes Abwasser mit Naphtha vermischt und anschließend in eine Trenneinrichtung eingeleitet wird, aus der eine weitgehend rußfreie Wasserfraktion und ein wasserfreies Naphtha/Ruß-Gemisch getrennt abgezogen werden.The The invention relates to a process for producing a carbon monoxide and hydrogen-containing gas (synthesis gas) by partial Oxidation of a higher boiling hydrocarbons containing (heavy oil) in a gasification device (POX reactor) and the cooling and Laundry in the POX reactor obtained gasification product, with accumulating laden with soot Wastewater mixed with naphtha and then into a separator is initiated, from a largely soot-free water fraction and a anhydrous naphtha / soot mixture be deducted separately.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Farther the invention relates to a device for carrying out the Process.
Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff enthaltende Gasgemische, sog. Synthesegase, sind wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten, wie Ammoniak, Methanol oder auch synthetische Kraftstoffe. Ein in der Industrie weit verbreitetes Verfahren, mit dem aus Kohlenwasserstoffen in Synthesegasanlagen Synthesegase bzw. deren Vorstufen erzeugt werden, ist die Partielle Oxidation. Hierbei wird ein i.Allg. vorgewärmter kohlenwasserstoffhaltiger Einsatz in einem Reaktor (POX-Reaktor) bei Temperaturen zwischen 1300 und 1500°C und Drücken bis zu 100 bar mit Wasserdampf und einem Oxidationsmittel zu einem Vergasungsprodukt umgesetzt, das zu großen Teilen aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) und Wasser besteht. Die für die Reaktion erforderliche Wärme wird durch unvollständige (partielle) Oxidation der im Einsatz befindlichen Kohlenwasserstoffe erzeugt. Dem POX-Reaktor wird hierzu Sauerstoff in einer Menge zugeführt, die für eine vollständige Umsetzung der Kohlenwasserstoffe nicht ausreichend ist.Carbon monoxide and / or hydrogen-containing gas mixtures, so-called synthesis gases, are important starting materials for the production of a large number of products, such as ammonia, methanol or even synthetic fuels. A process widely used in industry for producing synthesis gases or their precursors from hydrocarbons in synthesis gas plants is partial oxidation. Here is an i.Allg. preheated hydrocarbonaceous use in a reactor (POX reactor) at temperatures between 1300 and 1500 ° C and pressures up to 100 bar with steam and an oxidizing agent converted to a gasification product, which consists to a large extent of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) , Carbon dioxide (CO 2 ) and water. The heat required for the reaction is generated by incomplete (partial) oxidation of the hydrocarbons in use. For this purpose, the POX reactor is supplied with oxygen in an amount which is insufficient for complete conversion of the hydrocarbons.
Bei der Partiellen Oxidation entstehen neben gasförmigen Komponenten auch Feststoffe, wie Ruß und Asche, die aus dem Vergasungsprodukt entfernt werden müssen, bevor es weiter aufbereitet werden kann. Das mit einer Temperatur von mehr als 1300°C aus dem POX-Reaktor austretende Vergasungsprodukt wird nach dem Stand der Technik zunächst abgekühlt und anschließend einer Wasserwäsche unterzogen. Erfolgt die Abkühlung in direktem Kontakt mit Wasser (Quenchen), so wird bereits in diesem Verfahrensschritt ein Großteil der Feststoffe aus dem Vergasungsprodukt ausgewaschen und geht in das zum quenchen verwendete Wasser (Quenchwasser) über. In der Wasserwäsche erfolgt eine Feinreinigung, bei der ein Synthesegas erzeugt wird, das einen Feststoffgehalt aufweist, der typischer Weise unterhalb von 1 mg/m3 liegt.In the case of partial oxidation, in addition to gaseous components, solids such as soot and ash, which must be removed from the gasification product before it can be further processed, are formed. The gasification product leaving the POX reactor at a temperature of more than 1300 ° C. is first cooled according to the prior art and then subjected to a water wash. If the cooling takes place in direct contact with water (quenching), a large part of the solids is already washed out of the gasification product in this process step and passes into the water used for quenching (quench water). In the water wash a fine cleaning is carried out, in which a synthesis gas is produced, which has a solids content, which is typically below 1 mg / m 3 .
Der aus dem Vergasungsprodukt entfernte Ruß stellt einen wertvollen Rohstoff dar, weshalb er aus dem durch Quenchen und/oder Wasserwäsche erzeugten Abwasser abgetrennt und einer stofflichen und/oder energetischen Nutzung zugeführt wird. Sinnvoller Weise wird der Ruß als Einsatz in den POX-Reaktor zurückgeführt und dort zu Kohlenmonoxid umgesetzt. Die Wirtschaftlichkeit der Rußnutzung hängt entscheidend davon ab, wie hoch der Aufwand für die Abtrennung des Rußes aus dem Abwasser und ggf. seiner Aufbereitung zu einem Einsatzstoff ist.Of the soot removed from the gasification product provides a valuable raw material which is why it is made by quenching and / or water washing Wastewater separated and a material and / or energetic Utilization supplied becomes. It makes sense to use soot as an insert in the POX reactor returned and converted there to carbon monoxide. The economy of the use of soot depends decisively of how much the effort for the separation of the carbon black from the wastewater and, if necessary, its treatment to a feedstock is.
In einer Synthesegasanlage, in der Schweröl durch Partielle Oxidation vergast wird (Schweröl-POX), wird nach dem Stand der Technik mit Ruß beladenes Abwasser mit Naphtha zu einer Dispersion vermischt. Während der überwiegende Teil der im Abwasser enthaltenen Asche in der Wasserphase verbleibt, geht der Ruß, der von Naphtha wesentlich besser benetz wird, als von Wasser, nahezu vollständig in die Naphthaphase über. Die Dispersion wird anschließend in einen Dekanter eingeleitet, in der es sich in eine Ruß enthaltende Naphthafraktion und eine weitgehend rußfreie Wasserfraktion trennt. Das im Vergleich zu Schweröl teuere Naphtha wird zurückgewonnen und erneut für die Rußabtrennung eingesetzt.In a synthesis gas plant, in the heavy oil by partial oxidation is gasified (heavy oil POX), According to the state of the art, soot-laden wastewater is treated with naphtha mixed into a dispersion. While the predominant Part of the ash contained in the wastewater remains in the water phase, the soot goes, which is wetted by naphtha much better than by water, almost Completely into the naphthaphase. The dispersion is subsequently introduced into a decanter in which it contains a soot Naphtha fraction and a largely soot-free water fraction separates. That compared to heavy fuel oil expensive naphtha is recovered and again for the soot removal used.
Zur Rückgewinnung des Naphthas wird zunächst die Ruß enthaltende Naphthafraktion aus dem Dekanter abgezogen und mit Schweröl vermischt. Aus dem so erzeugten Stoffgemisch wird das Naphtha anschließend durch Destillation und Strippung abgetrennt. Das verbleibende Gemisch aus Schweröl und Ruß wird mit frischem Schweröl verdünnt und als Einsatz in den Reaktor der Schweröl-POX zurückgeführt. Die rußfreie Wasserfraktion aus dem Dekanter wird entspannt, wobei im Wasser gelöste leichte Kohlenwasserstoffe in die Gasphase übergehen. Sowohl diese leichten Kohlenwasserstoffe als auch das abdestillierte und das abgestrippte Naphtha werden durch Abkühlung verflüssigt, zwischengelagert und später erneut mit Ruß beladenem Abwasser gemischt. Wegen des großen apparativen und energetischen Aufwands wird dieses Verfahren nur in Großanlagen (> 50000 mN 3/h Synthesegas) angewandt.To recover the naphtha, the soot-containing naphtha fraction is first withdrawn from the decanter and mixed with heavy oil. From the mixture of substances thus produced, the naphtha is subsequently separated by distillation and stripping. The remaining mixture of heavy oil and carbon black is diluted with fresh heavy oil and recycled as an insert into the reactor of the heavy oil POX. The soot-free water fraction from the decanter is depressurized, with light hydrocarbons dissolved in the water going into the gas phase. Both these light hydrocarbons and the distilled and stripped naphtha are liquefied by cooling, stored and later re-mixed with soot laden wastewater. Because of the large expenditure on equipment and energy, this process is only used in large plants (> 50,000 m N 3 / h synthesis gas).
Steht Naphtha als kohlenwasserstoffhaltiger Einsatz zur Verfügung, können auch geringere Synthesegasmengen wirtschaftlich durch Partielle Oxidation in einer sog. Naphtha-POX erzeugt werden. Zwar fällt auch hier, genauso wie in einer Schweröl-POX, mit Ruß beladenes Abwasser an, aus dem nach dem Stand der Technik der Ruß abgetrennt und als Einsatz in den POX-Reaktor zurückgeführt wird, allerdings ist der Aufwand für die Rußrückführung deutlich geringer als in einer Schweröl-POX. Auch in einer Naphtha-POX wird nach dem Stand der Technik aus dem mit Ruß beladenen Abwasser und Naphtha eine Dispersion erzeugt, die in einen Dekanter eingeleitet und dort in eine Ruß enthaltende Naphthafraktion und eine weitgehend rußfreie Wasserfraktion getrennt wird. Die aus dem Dekanter abgezogene Ruß enthaltende Naphthafraktion wird jedoch anschließend ohne weitere Aufbereitung als Einsatz in den Reaktor der Naphtha-POX zurückgeführt, während die rußfreie Wasserfraktion an eine Abwasseraufbereitungsanlage abgegeben wird.If naphtha is available as a hydrocarbon-containing feed, even smaller amounts of synthesis gas can be produced economically by partial oxidation in a so-called naphtha POX. Although here, as in a heavy oil POX, soot laden with wastewater, from which according to the prior art, the soot is separated and recycled as an insert in the POX reactor, but the cost of Rußrückführung is much lower than in a heavy oil POX. Also in a naphtha POX is the state of the Tech nik produced from the soot-laden wastewater and naphtha a dispersion which is introduced into a decanter and there separated into a soot-containing naphtha fraction and a largely soot-free water fraction. However, the naphtha fraction containing carbon black withdrawn from the decanter is then recycled as an insert into the reactor of the naphtha POX without further treatment, while the soot-free water fraction is discharged to a wastewater treatment plant.
Die Preise für Naphtha und Schweröl entwickeln sich bereits seit einigen Jahren immer stärker auseinander, so dass es immer schwieriger wird, kleinere Synthesegasmengen durch die Vergasung von Naphtha zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten zu erzeugen.The prices for Naphtha and heavy oil have been developing more and more for several years, so it gets harder and harder to get through smaller amounts of syngas the gasification of naphtha at economically reasonable cost to create.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die es erlauben, Synthesegase aus Schweröl enthaltenden Einsätzen wirtschaftlicher zu erzeugen, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.task The present invention is therefore a method of the preamble and a device for carrying out the method, which allow synthesis gas from operations containing heavy oil more economically to produce, as is possible in the prior art.
Die gestellte Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das wasserfreie Naphtha/Ruß-Gemisch dem POX-Reaktor zusammen mit Schweröl als Einsatz zugeführt wird.The asked task is the method according to the invention thereby solved, that the anhydrous naphtha / carbon black mixture the POX reactor is fed together with heavy oil as an insert.
Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt entscheidend von der Höhe des Naphthaanteils im kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz zum POX-Reaktor ab. Je weniger teueres Naphtha über das wasserfreie Naphtha/Ruß-Gemisch in den kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz eingebracht wird, desto höher kann der Anteil des preiswerteren Schweröls liegen. Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, zur Rußabtrennung das mit Ruß beladene Abwasser nur mit der prozesstechnisch erforderliche Mindestmenge an Naphtha zu vermischen. Unter der prozesstechnisch erforderlichen Mindestmenge an Naphtha ist dabei diejenige Naphthamenge zu verstehen, die gerade ausreicht den Ruß in der weitgehend rußfreien Wasserfraktion bis auf eine maximal zulässige Restkonzentration, die typischer Weise kleiner ist als 200 Gew.-ppm, zu reduzieren.The Profitability of the process of the invention depends decisively from the height of Naphtha content in the hydrocarbon-containing feed to the POX reactor from. The less expensive naphtha over the anhydrous naphtha / carbon black mixture is introduced into the hydrocarbonaceous insert, the more higher the proportion of cheaper heavy oil are. A preferred Embodiment of the method according to the invention provides, therefore, for soot removal the soot laden with soot only with the process-technically required minimum amount of naphtha to mix. Under the process technically required minimum quantity naphtha is to be understood as the naphthenge which is straight sufficient soot in the largely soot-free Water fraction up to a maximum permissible residual concentration, the typically less than 200 ppm by weight, to be reduced.
Um die Rußabtrennung aus dem Ruß enthaltenden Abwasser auch bei schwankenden Betriebsverhältnissen stets mit der prozesstechnisch erforderliche Mindestmenge an Naphtha durchführen zu können, sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass Naphtha mit geregeltem Massenstrom in die Mischeinrichtung eingeleitet wird, wobei der Sollwert (die prozesstechnisch erforderliche Mindestmenge für einen aktuellen Betriebszustand) für den Naphthastrom aus Menge und Rußbeladung des der Mischeinrichtung zugeführten mit Ruß beladenen Abwassers berechnet wird, wozu die prozessrelevanten Werte kontinuierlich gemessen werden.Around the soot separation from the soot containing Wastewater even with fluctuating operating conditions always with the process technology To be able to perform required minimum amount of naphtha, sees an embodiment the method according to the invention before that naphtha with regulated mass flow into the mixing device is introduced, the setpoint (the process technically required Minimum quantity for a current operating state) for the naphtha stream from the amount and soot loading of the mixer supplied laden with soot Waste water, including the process-relevant values continuously be measured.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gases (Synthesegas), umfassend eine Vergasungseinrichtung (POX-Reaktor) zur Gewinnung eines Vergasungsproduktes durch Partielle Oxidation eines höher siedende Kohlenwasserstoffe (Schweröl) enthaltenden Einsatzes, eine Einrichtung zur Abkühlung und Wäsche des im POX-Reaktor gewinnbaren Vergasungsproduktes, eine erste Mischeinrichtung zur Mischung von bei der Synthesegaserzeugung anfallendem, rußbeladenem Abwasser mit Naphtha sowie eine Trenneinrichtung zur Trennung der in der ersten Mischeinrichtung erzeugbaren Dispersion in eine weitgehend rußfreie Wasserfraktion und ein wasserfreies Naphtha/Ruß-Gemisch.Farther The invention relates to a device for generating a carbon monoxide and hydrogen-containing gas (synthesis gas) comprising a Gasification device (POX reactor) for obtaining a gasification product by partial oxidation of a higher-boiling hydrocarbons (Heavy oil) containing insert, a means for cooling and washing of recoverable in the POX reactor Gasification product, a first mixing device for mixing in the syngas production accumulating, soot-laden wastewater with naphtha and a separator for separating the in the first mixing device producible dispersion in a largely soot-free water fraction and a anhydrous naphtha / soot mixture.
Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass sie eine zweite Mischeinrichtung umfasst, in die Schweröl und das in der Trenneinrichtung erzeugte Naphtha/Ruß-Gemisch einleitbar sind und aus der ein Schweröl, Naphtha und Ruß enthaltendes Stoffgemisch als Einsatz zum POX-Reaktor abziehbar ist.the device side the object is achieved in that it has a second mixing device includes, in the heavy oil and the naphtha / carbon black mixture produced in the separator can be introduced and containing a heavy oil, naphtha and carbon black Mixture is deductible as an insert to the POX reactor.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass es sich bei der Trenneinrichtung um einen Dekanter handelt.A advantageous development of the device according to the invention provides the separator is a decanter.
Um auch bei schwankenden Betriebsverhältnissen das Naphtha stets mit der für die Rußabtrennung aus dem mit Ruß beladenen Abwasser erforderlichen Mindestmenge der Mischeinrichtung zuführen zu können, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zweckmäßiger Weise eine Regeleinrichtung, über die der Mischeinrichtung stets die für die Rußabtrennung aus dem mit Ruß beladenen Abwasser der Schweröl-POX erforderliche Mindestmenge an Naphtha zuführbar ist.Around even with fluctuating operating conditions the naphtha always with the for the soot separation from the soot laden Wastewater required minimum amount of mixing device to supply can, includes the device according to the invention expedient manner a control device, via that of the mixing device always for the Rußabtrennung from the laden with soot Wastewater of heavy oil POX required minimum amount of naphtha can be supplied.
Die Erfindung ist besonders dazu geeignet, in bestehenden Synthesegasanlagen, in welchen ein Synthesegas durch Partielle Oxidation von Naphtha erzeugt wird, den teueren Einsatzstoff Naphtha zu einem großen Teil durch erheblich billigeres Schweröl zu ersetzen. Ein aufwendiger Umbau der Anlage ist hierzu nicht nötig, da bereits vorhandene Anlagenteile praktisch unverändert weiter verwendet werden können.The Invention is particularly suitable for use in existing synthesis gas plants, in which a synthesis gas is produced by partial oxidation of naphtha Naphtha is used to a large extent, the expensive feedstock to replace it with considerably cheaper heavy oil. A more elaborate Rebuilding the plant is not necessary for this, since already existing Plant components practically unchanged can be used further.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, in welchem aus höher siedenden Kohlenwasserstoffen durch Partielle Oxidation Synthesegaskühlung und Wäsche mit Wasser ein Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltendes Synthesegas erzeugt wird.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the figure, in which from higher-boiling hydrocarbons by partial oxidation synthesis gas cooling and scrubbing with water, a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide is produced.
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