DE2556004A1

DE2556004A1 - Verfahren zur herstellung eines heizgases

Info

Publication number: DE2556004A1
Application number: DE19752556004
Authority: DE
Inventors: William Bernard Crouch
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1974-12-18
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1976-07-01
Also published as: JPS5177604A; GB1486705A; CA1059319A; FR2295116B3; IN144153B; US3951617A; BR7508322A; FR2295116A1

Description

Patentassessor Hamburg, den 2. Dez. 1975

Dr. Gerhard Schupfner 7W^e _Orr_Cnn/

Deutsche Texaco AG /^t/sg 2 0 5 D U U4 2000 Hamburg 13

Mittelweg 1PO T 7^ 058 (D 73,501-F)

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION 135 East 42nd Street New York, N.Y. 10017 U.S.A.

Verfahren zur Herstellung eines Heizgases

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Heizgases, wobei ein flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in Gegenwart eines Temperaturmoderators einer Partial oxidation unterworfen wird.

Infolge der anhaltenden Naturgasverknappung werden seit einiger Zeit verstärkte Anstrengungen unternommen, um weitere Quellen für preisgünstige, gasförmige Brennstoffe zur Erzeugung von Heizgas zu erschließen. Bei der Auswahl der kommerziell einsetzbaren Verfahren müssen die strengen gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich des Umweltschutzes berücksichtigt werden. Dies hat in der Vergangenheit zu der Entwicklung von mehreren Verfahren ziir Herstellung von sauberem Heizgas geführt, das einen hohen Heizwert aufweist.

609827/0855

Nach US-PS 3 688 438 ist es bekannt, ein Synthesegas mit einem Methangehalt bis zu 26 Vo1.-% durch Partialoxidation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs herzustellen. Dabei wird vergleichsweise ein hohes Dampf- zu Brennstoffgewichtsverhältnis ohne nachfolgende katalytische Methanisierungsstufe eingesetzt. Die entstehenden erheblichen Dampfmengen müssen anschließend kondensiert und aus dem Heizgas entfernt werden. Nach US-PS 3 709 669 wird das den Partialoxidationsgasgenerator verlassende Synthesegas einer zusätzlichen Stufe zugeführt. In dieser Stufe wird das Hp zu CO-Molverhältnis auf vorzugsweise 3 in einer Wasser-Gas-Umwandlungsreaktion vor der katalytischen Methanisierung eingestellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein sauberes Heizgas mit einem hohen Heizwert herzustellen, das den strengen Umweltbestimmungen genügt. Es sollen möglichst kostengünstige Rohstoff e'-eingesetzt werden können, die mit einer maximalen Ausbeute in sauberes Heizgas umgesetzt werden können. Die Nachteile des Einsatzes von großen Dampfmengen als Moderator sollen vermieden werden, um den Methangehalt zu maximieren. Das Verfahren soll weiterhin so ausgebildet sein, daß auf eine katalytische Wasser-Gas-Umwandlung oder eine Methanisierungsstufe verzichtet werden kann.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein sauberes Heizgas mit einem Heizwert von mindestens 3 900 kcal/Nm-^ (4-00 BTU/SCF = British Thermal Units per Standard Cubic Feet bei 60 ⁰P und Atmosphärendruck) durch Partialoxidation eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs oder Gemischen von kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen hergestellt. Der Heizwert liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 3 900 bis 5 800 kcal/Νπκ. Wahlweise wird ein sauberer Synthesegasstrom, bestehend beispielsweise aus gasförmigen Gemischen, die Hp und CO enthalten, gleichzeitig hergestellt.

609827/0855

Während der Partialoxidation eines flüssigen und festen Kohlenwasserstoffbrennstoffs wird die Zusammensetzung der Einspeisung und die Reaktionsbedingungen derart gesteuert, daß ein Abgasstrom enthaltend etwa 0,1 bis 20 Gew.-% mitgerissener Kohlenstoffteilchen hergestellt wird. Basisgewicht ist der Kohlenstoff im kohlenstoffhaltigen Brennstoff.

Es ist aus wirtschaftlichen Gründen erwünscht, daß bei der Partialoxidation die im Abgas mitgerissenen Kohlenstoffteilchen zurückgewonnen werden, um sie als Teil der Einspeisung wieder in die Reaktionszone zurückzuführen. Es wurde jedoch überraschenderweise gefunden, daß die Wiederzuführung von

Hp \j·
Ruß in den/Gasgenerator sich schädlich auf den Methangehalt auswirkt. Infolgedessen werden alle Kohlenstoffteilchen, die im erfindungsgemäßen Verfahren produziert werden, im Verfahren als ein Teil der Einspeisung zur Herste! Tune: von zusätzliche τη Synthesegas verbraucht und die Nettoproduktion an Kohlenstoff ist im wesentlichen null. Im Hei zora»generator wird kein teilchenförmiger Kohlenstoff verbraucht.

Wach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in zwei separaten, aber ähnlich konstruierten und untereinander verbundenen üblichen Texaco-Synthesegasgeneratoren mit zwei Partialoxidationsreaktionen gleichzeitig gearbeitet. Im folgenden wird der erste dieser Gasgeneratoren als Heizgasgenerator und der zweite als Synthesegasgenerator bezeichnet.

Zumindest ein Teil und vorzugsweise das gesamte hergestellte Synthesegas des Synthesegasgenerators wird in den Heizgasgenerator als Temperaturmoderator eingeführt. Dieser Gasstrom kann auch als Trägergas für flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoff benutzt werden, der in den Heizgasgenerator eingegeben wird. Die Zusammensetzung des Abgasstromes aus dem Synthesegasgenerator in Mol.% kann folgende sein:

H₂: 8 - 60, CO: 8,0 - 70, COp: 1,0 - 50,0, H₂O: 2,0 - 50, CH₄: 0 - 5,0, H₂S: 0,0 - 3,0, COS: 0,0 - 0,7, N₃: 0,0 - 85, A: 0,0 - 2,0. Im Abgas wird außerdem 0,5 - 20 Gew.-% teilchen-

60S827/0QD5

förmiger Kohlenstoff mitgerissen (Basisgewicht des Kohlenstoffs in der Einspeisung zu dem Synthesegasgenerator). Zusätzlich kann wahlweise Dampf in den Heizgasgenerator eingegeben werden, um die Temperatursteuerung zu unterstützen.

Im Synthesegasgenerator ist der Temperaturmoderator vorzugsweise Dampf. Andere Moderatoren können aus folgender Gruppe ausgewählt werden: HpO, COo, Inertgase, Abgase aus einer Eisenerzreduktionszone, wie beispielsweise gekühlte und gesäuberte Hochofengase und im Kreislauf geführtes, gekühltes Abgas aus dem Synthesegasgenerator mit oder ohne mitgerissenen Kohlenstoff. Auch Mischungen der vorgenannten Stoffe können verwendet werden.

Jeder Synthesegasgenerator ist stromungshindernisfrei. Sie bestehen aus einem zylindrisch geformten, vertikalen Stahldruckkessel, deren Innenwände mit feuerfestem Material ausgekleidet sind. Ein in axialer Richtung angebrachter Einlaß ist im Kopfteil jedes Kessels angebracht. Am Boden des Kessels befindet sich der Auslaß. Die verschiedenen Speiseströme können/jeden Gasgenerator mit Umgebungstemperatur eingegeben werden. Vorzugsweise werden sie jedoch mit Temperaturen im Bereich von etwa 37,8 - 538 ⁰C eingegeben. Vorzugsweise wird ein Ringbrenner im oberen Teil des Generators in axialer Richtung angebracht, um die Speiseströme zu mischen und einzugeben.

Geeignete Gasgeneratoren sind in den US-PS 2 818 326 und US-PS 3 000 711 beschrieben. Die Größe der Reaktionskammer ist so bemessen, daß eine durchschnittliche Verweilzeit der Reaktanden und der Reaktionsprodukte im Reaktor in einem Bereich von 0,5 - 20 sek. und vorzugsweise zwischen 1 und 8 sek. liegt.

608827/OGBS

In der Reaktionszone ,jedes durchflußhindernisfreien, nichtkatalytisehen Synthesegasgenerators findet die Reaktion "bei sich selbst einstellender Temperaturen im Bereich von etwa 927 - 1371 °C für den ersten Generator und bei 927 - 1927 ⁰C für den zweiten Generator statt. Der Druck liegt im Bereich von etwa 1 - 300 atm und vorzugsweise im Bereich von 20 100 atm.

Der Druck im Synthesegasgenerator des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt vorzugsweise bei 5-50 atm oberhalb des Druckes im Heizgasgenerator. Durch diese Anordndung können aufwendige Gaskompressoren zur Verdichtung zumindest eines Teils des Generatorabgases zur Eingabe in den Heizgasgenerator vermieden werden.

Flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff wird in den Heizgasgenerator eingegeben. Er besteht aus: Asphalt, Petroleumdestillaten und Rückständen, Naphtha, Gasöl, Brennstoffrückständen, reduziertes Rohöl, unbehandeltes Rohöl, Kohleteer, Kohleölschiefer, Teersandöl. Vorzugsweise besteht der flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoff aus der gleichen Flüssigkeit, die in der KohlenstoffWiedergewinnungszone benutzt wird, um eine Kohlenstoff/öldispersion herzustellen.

Für die Einspeisung in den Synthesegasgenerator sind die oben genannten kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffe und pumpfähige Aufschlämmungen von Festbrennstoffen wie Kohle, Koks aus Kohle, Kohlenstoffteilchen und Petroleumkoks in einem flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoff wie oben beschrieben oder Wasser geeignet.

HpO kann in flüssiger oder gasförmiger Phase in _tjeden der beiden Gasgeneratoren getrennt oder in Zusammenmischung mit freien Sauerstoff enthaltendem Gas oder mit dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial oder beiden eingegeben werden.

609327/0 8 5 5

Als Temperaturmoderator in der Reaktionszone wird Wasser benutzt, das auch mit CO und Kohlenwasserstoffbrennstoff in der Reaktionszone reagiert.

Das Gewichtsverhältnis von H„0 (eingegeben) zum Gesamtbrennstoff (in der Reaktionszone der beiden Gasgeneratoren) beträgt etwa 0,2 - 5>0 und vorzugsweise 0,5 - 1,5· Es ist üblich, die Gewichtsverhältnisse in dieser Art anzugeben, da der Zähler des Verhältnisses stets 1 und der Kenner im spezifizierten Bereich ist z. B. 0,2 - 3,0.

Das freien Sauerstoff enthaltende Gas wird in den Gasgenerator (1 und 2) eingeführt und ist aus folgender Gruppe ausgewählt: Luft, sauerstoffangereicherte Luft mit mindestens 22 Mol.% Sauerstoff, Im wesentlichen reiner Sauerstoff mit mindestens 95 Mol.% Sauerstoff und restlichen Bestandteilen an Np, A und seltenen Gasen und vorzugsweise einem Gehalt von 99 Mol.% Sauerstoff oder.mehr. Bevorzugt wird im wesentlichen reiner Sauerstoff, um den Betrag an Stickstoff und anderen gasförmigen Verunreinigungen zu Produktgas herabzusetzen.

Das Atomverhältnis von Sauerstoff in dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas zu Kohlenstoff im gesamten, eingesetzten Brennstoff beträgt etwa 0,6 - 1,6 und vorzugsweise 0,8 - 1,4. Der Betrag an zugeführtem Sauerstoff zum Gasgenerator wird derart gesteuert, daß eine vollständige Oxidation der kohlenwasserstoffhaltieren Einspeisung verhindert und die Temperatur in der Reaktionszone kontrolliert wird.

Während eine Vorheizung der Reaktanden unnötig ist, können die freien Sauerstoff enthaltenden Gase und der Temperaturmoderator in die Reaktionszone bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 558 ⁰G eingeführt werden. In ähnlicher Weise können die pumpfähigen kohlenwasserstoffhaltigen Eingangsströme bei einer Temperatur von etwa Raumtemperatur bis 177 °C und vorzugsweise im Bereich von 57,8 - 149 °C

609827/0855

eingeführt werden.

Ein Ringbrenner der im Verfahren eingesetzten Art wird in den US-PS 2 928 460 und US-PS 3 743 606 beschrieben.

Durch bekannte Mittel wird das Abgas aus dem Heizgass;enerator und dem Synthesegasgenerator gekühlt und die Kohlenstoffteilchen sowie gasförmige Verunreinigungen durch die üblichen Gasreinigungs- und Kohlenstoffwiedergewinnungsverfahren entfernt. Beispielsweise kann das Abgas durch einen Abhitzekessel (in-line) geführt und teilweise gekühlt werden auf eine Temperatur im Bereich von etwa 204 - 427 °C durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser. Dadurch wird Dampf produziert, der beispielsweise im Gasgenerator benutzt werden kann. Alternativ dazu kann das Abgas auch in einem Quench-Tank nach US-PS 2 896 927 behandelt werden. In diesem Fall wird ein großer Teil der mitgerissenen Kohlenstoffteilchen und andere Festkörper aus dem Abgas entfernt.

Weiterhin können die Kohlenstoffteilchen und mitgerissenen Festkörperteilchen aus dem Abgas durch allgemein bekannte Waschverfahren in einer oder mehreren Gas/Flüssigwaschzonen entfernt werden. Als Waschflüssigkeit kann dabei öl, Wasser, oder eine Zusammenmischung aus beiden in einem Düsenmischer, in einer Waschdüse oder einem Venturimischer benutzt werden. (Siehe Perry's Chemical Engineers' Handbook, 4. Ausgabe, McGraw-Hill 1963, Kapitel 18, Seite 54 - 56). In der beiliegenden Zeichnung sind sowohl ein öl-als auch ein Wassermischer gezeigt. Die Aufschlämmung an Kohlenstoffteilchen und flüssigem Kohlenwasserstoffbrennstoff aus dem Heizgasgenerator und die Aufschlämmung aus dem Synthesegasgenerator kann zusammengefaßt und in den Synthesegasgenerator zurückgeführt werden als Teil der Einspeisung. Wenn öl als Waschmittel benutzt wird, wird die Temperatur des Waschöls vorzugsweise unterhalb der Gracktemperatur und oberhalb des Taupunktes von HpO im Prozeßstrom gehalten. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das

60 9 827/0 GGS

Verfahrensgas in eine FlÜBsig/Gas-Kolonne vom Bodentyp eingeführt (siehe Perry's Chemical Engineers' Handbook, Kapitel 18, Seite 3-5) im. Gegenstrom mit einem flüssigen Kohlenwasserstoff brennstoff öl. Eine Aufschlämmung von teilchenförmigem Kohlenstoff und flüssigem Kohlenwasserstoffbrennstofföl wird am Boden der Vaschkolonne bei einer geeigneten Vorheiz-Temperatur abgezogen, um in die Reaktionszone des Synthesegasgenerators als Teil der Kohlenwasserstoffeinspeisung eingeführt zu werden.

Soweit erforderlich, werden zusätzliche Waschstufen zur Unterstützung des vorbeschriebenen Waschvorganges in das Verfahren eingebaut. Beispielsweise kann der Gasstrom in kohlen— wasserstoffhaltigem öl gequencht oder gewaschen werden mit einem flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff. Danach kann mit Wasser gewaschen werden, wie in US-PS 3 639 261 beschrieben.

Der Verfahrensgasstrom, der die Spitze des Waschturmes verläßt, ist im wesentlichen frei von kohlenstoffhaltigen Teilchen und befindet sich bei einer Temperatur von etwa 204- 34-2 ⁰C. Der Gasstrom kann gekühlt werden, um flüchtige Kohlenwasserstoffe und Wasser auszukondensieren und zu trennen.

COo, HpO, HpS und COS werden aus dem Prozeßgasstrom des Heizgasgenerators in einer Säuregastrennzone mittels üblicher Verfahren entfernt. Diese Verfahren beinhalten die Kühlung und physikalische oder chemische Absorption mit Lösungsmitteln wie N-methyl-pyrrolidon, Triethanolamin, Propylencarbonat, oder alternativ dazu mit heißem Kaliumcarbonat. Die meisten COp-Bestandteile können durch einfache Entspannung aus der Bindung an das Lösungsmittel befreit werden. Der COp-Strom hat eine Reinheit von mehr als 98,5 % und kann daher _7ilir organischen Synthese benutzt werden. Die regenerierte Lösung kann dann in die Absorptionskolonne zur Wiederverwendung zurückgeführt werden. Falls benötigt, kann

B09827/00G5

eine Endreinigung des Prozeßgases mittels Hindurchleitung durch Eisen-Zinkoxide oder Aktivkohle vorgenommen werden, um restliche Spuren von HpS oder organischen Sulfiden zu entfernen.

In ähnlicher Weise wird HpS- und COp-enthaltende Lösunfrsmittel durch zusätzliche Entspannung regeneriert. j)ie H S- und GOS-Bestandteile können τη reinem Sehwpfpl mittels geeigneter Verfahren umgewandelt werden. Beispielsweise kann der Claus-Prozeß zur Herstellung von elementaren Schwefel aus HpS benutzt werden. (Siehe Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2. Ausgabe, Band 19, John Wiley 1969, S. 552).

Über den Heizgasgenerator verläßt ein im wesentlichen trockenes Produktgas die Säuregastrennzone, das die folgende Zusammensetzung in Mol.% (trocken) aufweist: Hp: 20 - 60, CO: 20 - 60, CH₄: 7 - 40, CO^! 0, N₂+Ar: 0 - weniger als 20, H₀S + COS: 0 - weniger als 0,1 ppm zu Gesamtschwefel.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels näher erläutert werden. Die Mengen der verschiedenen Prozeßströme sind auf die stündliche Durchflußrate bezogen.

Beispiel 1

Der Heizgasgenerator 1 besteht aus einem durchflußhindernisfreien, nxchtkatalytisehen, feuerfesten Generator, der^bezogen auf die stündlich durchgesetzte Menge,folgende Bestandteile enthält: etwa 3^400 kg kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff wie Eückstandsöl in Leitung 3, das eine Temperatur von etwa 243 °C, eine Elementaranalyse in Gew.-% von C: 84,11, H: 10,22, S: 4,97, N: 0,41, 0: 0,22, und Asche: 0,07 sowie eine Verbrennungswärme von 9800 kcal/kg, etwa 31400 kg Dampf in Leitung 4 bei einer Temperatur von etwa 316 ⁰C, etwa 18900 Nnr⁵ Sauerstoff (99,5 Mol.% Sauerstoff) in Leitung 5

6 0 9 8 2 7/0055

ο 3

bei einer Temperatur von etwa 37,8 C und etwa 93000 Nur gekühltes und gesäubertes Abgas aus dem Gasgenerator 2 in Leitung 6 bei einer Temperatur von etwa 121,1 C. In der Einspeisung zum Heizgasgenerator 1 ist im wesentliches kein teilchenförmiger Kohlenstoff enthalten. Ein Ringbrenner, wie bereits oben beschrieben, kann in der Reaktionszone des Gasgenerators

I zur Eingabe der Speiseströme benutzt werden.

Die Verfahrensbedingungen im Heizgasgenerator 1, in dem die Partialoxidation des kohlenwasserstoffhaltigen Speisestromes stattfindet, sind folgende: eine sich selbst einstellende Temperatur von 1080 ⁰C, Druck von 55 atm und eine Verweilzeit von 3,8 sek.

Der Abgasstrom verläßt den Heizgasgenerator 1 durch Leitung und wird auf eine Temperatur von etwa 388 ⁰C im Abhitzekessel

II abgekühlt. Das Kesselwasser tritt in den Boiler 11 durch Leitung 12 ein und wird in Dampf umgewandelt, der über Leitung 13 den Kessel versetzt. Zumindest ein Teil dieses Dampfes wird durch Leitungen 14, 15, Ventil 16, und Leitung 4- wie bereits beschrieben, geführt. Überschußdampf kann über Leitung 17, Ventil 18 und Leitung 19 abgeführt werden.

Der gekühlte Gasstrom verläßt Abhitzekessel 11 über Leitung und wird in eine Gaswaschzone zur Entfernung der mitgerissenen Kohlenstoffteilchen eingeführt. Beispielsweise wird freier Kohlenstoff zur Verbrennung in Gasgenerator 2 als eine Kohlenstoff /öIdispersion zurückgewonnen, indem 24000 kp; der vorbeschriebenen Rückstandsölmenge durch Leitung 26 in den Düsenwäscher 27 eingeführt und dort vermischt mit teilweise gekühltem Gasstrom aus Leitung 25· Die Mischung von öl und Gas wird durch Leitung 28 in den Gas/Flüssigseparator 29 eingeführt. Etwa 27950 kg einer pumpfähigen Dispersion aus Kohlenstoff teilchen und Rückstandsöl, die etwa 3995 kg Kohlenstoff enthält, wird aus dem Separator 29 über Leitung 30 abgezogen

609827/0855

und durch Leitung 31 und 32 in den durchflußhindernisfreien, nichtkatalytischen Gasgenerator 2 als zumindest ein Teil der Einspeisung eingegeben. Wahlweise kann zusätzlicher kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff in den Gasgenerator 2 über Leitung 33, Ventil 34 und Leitung 32 eingegeben werden.

Das saubere Abgas aus Gasgenerator 1 verläßt den Gas/Flüssigseparator 2°) über Leitung 40 und wird in dem Kühler 41 weiterabgekühlt.

In Leitung 42 hat das Gas - bestehend aus 136000 Nur - die folgende Zusammensetzung in Mol.% (trocken): HL·: 28,46, GO: 37,96, CO₂: 17,80, CH₄: 14,0, H₃S: 1,43, COS: 0,09, N₂: 0,14 und A: 0,12. Der Prozeßgasstrom kann in einer Gasreinigungszone 43 durch übliche Mittel gereinigt und in die folgende Ströme aufgeteilt werden: ein Produktgasstrom, der im wesentlichen Hp und CO enthält -in Leitung 44, ein Gasstrom, der im wesentlichen CO₂ enthält in Leitung 45, ein Gemisch aus H₂S und COS, das durch Leitung 46 in einer Claus-Einheit zur Herstellung von Schwefel eingegeben werden kann, und ein Wasserstrom durch Leitung 47·

Die Einspeisung in den durchflußhindernisfreien, nichtkatalytischen, feuerfest ausgekleideten Synthesegasgenerator 2 enthält etwa 332OO ke an pumpfähiger Dispersion, die Rückstandsöl und etwa 4540 kg Kohlenstoffteilchen aus Leitung 3I und 32 enthält. In Leitung 50 sind etwa 25700 Nm^ an Sauerstoff (99,5 Mol.%) bei einer Temperatur von etwa 37,8 ⁰C und in Leitung 51 befindet sich Dampf in einer Menge von 1670 kg bei einer Temperatur von etwa 316 C.

Die Partialoxidation des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzmaterials umfaßt die gesamten Kohlenstoffteilchen, die aus dem Abgasstrom des Gasgenerators 1 und 2 abgezogen werden.

609827/0855

Die Partialoxidation findet im Synthesegasgenerator 2 statt. Die Verfahrensbedingungen im Gasgenerator 2 umfassen eine sich selbst einstellende Temperatur von 134-5 °C, einen Druck von 82 atm und einer Verweilzeit von 3,9 sek.

Das Abgas aus Gasgenerator 2 wird über Leitung 52 in den Abhitzekessel 53 eingegeben und in einen indirekten Wärmeaustausch mit Wasser gebracht, das durch Leitung 54- in. Boiler 53 fließt und als Dampf durch Leitung 55 abgezogen wird. Ein Teil des Dampfes wird in die Reaktionszone des Gasgenerators 2 über Leitung 51 eingegeben,wie bereits beschrieben. Ein zweiter Teil des Dampfes wird in den Heizgasgenerator 1 über Leitung 55, 14 , 15, Ventil 16 und Leitung 4 eingegeben.

Die teilweise gekühlte Gasmenge wird durch einen Gaswäscher, der eine KohlenstoffWiedergewinnungszone enthält, geführt, wo der mitgerissene Kohlenstoff aus dem Gasstrom herausgewaschen und in den Gasgenerator 2 als Teil der Einspeisung zurückgeführt wird. Beispielsweise wird der Gasstrom durch Leitung 56, Ventil 58 und Leitung 59 in einen Düsenwäscher 60 eingegeben, wo er mit Wasser aus Leitung 51 vermischt wird. Die Gas/Wassermischung wird über Leitung 62, Kühler 63 und Leitung 64 in einen Ges/Flüssigseparator 65 eingegeben und dort in eine Kohlenstoff/Wasserdispersion getrennt, die über Leitung 70 abgezogen wird. Ein weiterer, abgetrennter Gasstrom des Synthesegases verläßt den Separator über Leitung 72.

In dem vorliegenden Beispiel wird Synthesegas in Leitung 72 durch Leitung 6 in den Heizgasgenerator 1 wie bereits beschrieben eingegeben. Die Zusammensetzung dieses Synthesegases in Mol.% enthält: H₂: 39,66, GO: 50,33, CO₂: 5,81, H₅O: 2,73, CH₄: 4,26, H₂S: 0,98, COS: 0,06, N₂: 0,10 und A: 0,08. Wahlweise kann Uberschußsynthesegas über Leitung 73, Ventil 74 und Leitung 75 aus dem Verfahren abgezogen werden.

609827/0855

Die Kohlenstoff/Wasseraufschlämmung aus Leit\mg 70 wird in Leitung 77 eingegeben, wo sie mit 4-54-0 kg der vorher "beschriebenen Rückstandsölmenge aus Leitung 78 vermischt wird. Die Kohlenstoff/Wasserdispersion wird aufgelöst und in Dekanter 79 wird eine Dispersion aus Kohlenstoff/Eückstandsöl gebildet, die auf einer Wasserschicht schwimmt.

Die Kohlenstoff/Öldispersion aus Leitung 80 wird in Leitung 31 eingegeben und dort mit der Kohlenstoff/öldisperion aus Leitung 30 vermischt, die aus der KohlenstoffWiedergewinnungszone des Heizgasgenerators 1 stammt. Die Mischung von Kohlenstoff/ öldispersionsströmen aus Leitung 31 wird in den Synthesegasgenerator 2 aus Einspeisung eingegeben, wie bereits beschrieben.

Aus dem Dekanter 79 wird Wasser durch Leitung 61 abgezogen und in den Düsenwäscher 60 zurückgeführt, um Kohlenstoffteilchen aus dem Synthesegasstrom,wie bereits beschrieben,auszuwaschen. Eine Aufschlämmung an Asche und Wasser kann periodisch aus dem Dekanter 79 über Leitung 81, Ventil 82 und Leitung 83 abgezogen werden.

Im Gegensatz zum Beispiel 1 soll der Verfahrensablauf in Beispiel 2 hinsichtlich der Einspeisung verändert werden. Die kohlenwasserstoffhaltige Einspeisung zum Heizgasgenerator besteht aus dem bereits vorher beschriebenen Rückstandsöl, während die kohlenwasserstoffhaltige Einspeisung zum Synthesegasgenerator 2 aus zerriebener Kohle, Rückstandsöl und Kohlenstof fteilchen besteht. Weiterhin besteht die Kohlenstoff-Rückgewinnungszone des Gasgenerators 2 aus üblichen Einrichtungen zur Abtrennung größerer Bestandteile an Asche. Eine Zusammenfassung des Eingabestroms zum Gasgenerator 1 und 2, eine Analyse den Produktgases und eine Aufstellung der Verfahrensbedingungen enthält die folgende Tabelle:

609827/0855

Heizgafigenerator

Rückstands-Brennstofföl der Einspeisung, kg/h

öltemperatur, ⁰C

Verhältnis von Dampf in der Einspeisung

Dampftemperatur, G

Synthesegaseinspeisung : Öl, Nnr/kg

Synthesegasanalyse

H₂
CO

co.

52,75
55,96

8,75
2,75

COS

0,26 1,01 0,08 0,58 0,10

ο,

öl, kg/kg

Synthesegaseinspeicetempefatur, ⁰C Sauerstoff einspeisung (99,5 Mol.% O₂),Nm Heizgasgeneratortemperatur, ⁰C Heizgasgeneratordruck, kg/ctn^

Verweilzeit in Sek. .

Nichtumgewandelter Kohlenstoff,/^ des Kohlenstoffs

im öl

Produktgaszusammensetzung (trocken), NmVh Produktga sanalys e

28950 245

1,0 516

0,0296

121,1 18450

1095 56,2 4,05

11,0 128500

H₂	22	,74
CO	40	,72
co₂	20	,08
CH.,	15	,98

COS

1,62 0,14 0,61 0,11

609827/0855

- 15 Synthesegasgenerator

Eückstands-Brennstofföl in der Einspeis\mg, kg/h Kohlenstoffteilchen in der Einspeisung, kg/h Zerriebene Kohle in der Einspeisung, kg/h Verhältnis von Wasser : Brennstoff, kg/kg Wassertemperatur, ⁰C

Sauerstoff einspeisung (99,5 Mol.% O₂), NmVh Synthesegasgeneratortemperatur, ⁰C Synthesegasgeneratordruck, kg/cm Verweilzeit, sek.

Nichtumgewandelter Kohlenstoff, % Kohlenstoff der Einspeisung

Elementaranalyse der Kohle, Gew.-%

C 72,01 N 1,46 H 4,90 0 8,94-S 3,27 Asche 9,4-2

Verbrennungswärme der Kohle, kcal/kg 11354

2475 26450

0,422 37,8 29150 1412 84,4 3,66

5,00

6860

609827/0855

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei Gasgeneratoren eingesetzt, die im Aufbau und in der Betriebsweise grundsätzlich übereinstimmen. Die Gasgeneratoren sind im vorstehend beschriebenen Verfahren an unterschiedlicher Stelle eingesetzt. Sie werden dabei mit verschiedenen Speiseströmen versorgt und weisen voneinander abweichende Verfahrensbedingungen auf. Es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß die Gasgeneratoren unter entsprechender Veränderung der Einstellwerte untereinander ausgetauscht werden können. Das Verfahren zur Herstellung von sauberem Heizgas läuft dann in umgekehrter Reihenfolge ab, wobei der feste, kohlenstoffhaltige Brennstoff in den Gasgenerator 1 und flüssiger, kohlenstoffhaltiger Brennstoff mit Synthesegas aus dem Gasgenerator 1 in den Gasgenerator 2 eingegeben wird.

609827/0 8 55

Claims

- 17 - 2. Dezember 1975

T 75 058

Patentansprüche

ti/ Verfahren zur Herstellung eines Heizgases, dadurch gekennzeichnet ,daß pin flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in Gegenwart eines Temperaturmoderators in der Reaktionszone eines ersten, packune-sfreien, strömungshindernisfreien, nichtkatalytischen Gasgenerators bei einer
sich selbst einstellenden Temperatur im Bereich von etwa
927 bis 1371 °C und einem Druck im Bereich von etwa 1 bis 3OO atm einer Partialoxidation unterworfen wird zur Herstellung eines Abgasstromes, der grundsätzlich Hp, CO, COp, HpO, CH₄ und Kohlenstoffteilchen zusammen mit Gas aus der Gruppe, bestehend aiis HpS, COS, A, Np und Mischungen derselben, enthält, wobei der Tempernturmoderator zumindest
einen Teil des in einer späteren Verfahrensstufe in einem zweiten, packungsfreien, nichtkatalytischen Gasgenerators hergestellten Abgases enthält, das in einer Abkühl- und
Säuberungsstufe gekühlt und gereinigt wird,

der erste Abgasstrom aus einem Heizgasgenerator in eine er-

7 CiTX f^

ste Gaßkühl- und Säuberungs/ eingegeben wird, um Kohlenstoff teilchen und Asche abzuziehen und darauf in einer zweiten Gasreinigungszone COp, HpS, COS und HpO zu entfernen

aus der2Gasreinigungszone ein Produktgasstrom abgezogen
wird, der grundsätzlich Hp und CO enthält und weiterhin
zumindest 5 Mol.% CH₄,

ein kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in Gegenwart eines Temperaturmoderators in der Reaktionszone des zweiten, packungsfreien,

609827/0855

strb'munershinderni sfreien, nichtkatalytischen Synthesegasgenerator bei einer sich selbst einstellenden Temperatur im Bereich von etwn 927 bis 1927 °G und einem Druck im Bereich von 1 bis ⁷OO atm einer Partial oxidation ausgesetzt wird, um einen zweiten Abpasstrom herzustellen, der ρ run η satz] ich nus Hp, CO, GOp, HpO und Kohlenstoffteilchen zusammen mit Gasen aus der Gruppe, enthaltend CH^, HpS, COS, A, Np und Mischungen derselben, besteht,

der Abgasstrom aus dem Synthesegasgenerator in eine dritte Gaskühl- und Säuberungszone ' und in einen Dekanter eingegeben wird, um Kohlenstoffteilchen und Asche zu

entfernen,

abgezogene, der aus den Gassäuberungszonen des Synthesegasgenerators/ teilchenförmige Kohlenstoff in den zweiten Gasgenerator als Teil der kohlenwasserstof f hai tieren Einspeisung eingegeben wird und

Synthesezumindest ein Teil des "gekühlten und gesäuberten/Gasstroms aus einem Seperator abgezogen und in den ersten Gasgenerator als zumindest ein Teil des Temperaturmoderators eingegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlicher Dampf in die Reaktionszone des Heizgasgenerators eingegeben wird, um die Moderation der Reaktionstemperatur zu unterstützen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -

c k, e nnzeichnet , daß der in die Reaktionszone des Synthese- '

/Gasgenerators eingegebene Temperaturmoderator aus folgender Gruppe einzeln oder in Zusammenmischung ausgewählt wird: HpO, COp, Inertgas wie Stickstoff, Abgas einer Erzreduktionszone wie gekühltes und gesäubertes Gichtgas der Erzreduktion, einem im Kreislauf geführten Teil des gekühlten Abgases aus dem Synthesegasgenerator mit oder ohne mit-

609827/0855

255600A

- 19 gerissene Kohlenstoffteilchen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 "bis 3? dadurch gekennzeichnet,daß in den
Reaktionszonen der Gasgeneratoren das Atomverhältnis von Sauerstoff im freien Sauerstoff enthaltenden Gas
zu Kohlenstoff im gesamten eingesetzten Brennstoff im Bereich von 0,6 bis 1,6 liegt.
5- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 his 4, dadurch gekennzeichnet , daß in den Reaktionszonen
der Gasgeneratoren das Gewichtsverhal tnis von eingegebenem HpO zu anwesendem Gesamtbrennstoff im Bereich von 0,2 bis 3,0 liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5) dadurch

π π s

gekenn ζ ei chnet , daß/in die Reaktionszonen der Gasgeneratoren eingegebene freien Sauerstoff enthaltende Gas aus folgender Gruppe ausgewählt wird: Luft,
Sauerstoff angereicherte Luft( mindestens 22 Mol.% Sauerstoff") im wesentlichen reinen Sauerstoff mit mindestens
35 Mol.% Op.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der flüssige, kohlenwasserstoff hai tige Brennstoff zur Einspeisung in Heizgasgenerator einzeln oder in Zusammenmischung aus folgender Gruppe ausgewählt wird: Asphalt, Petroleum-Brennstofföl, Naphtha, Gasöl, Rückstandsbrennstoff, reduziertes Rohöl, unbehandeltes Rohöl, Teerkohle, Ölkohle. Schieferöl, Teersandöl.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der kohlenwasserstoff-

haltige Brennstoff zur Eingabe in den Synthesegasgenerator aus

609827/0055

-PO-

folfrender Gruppe einzeln oder in Zusnmmentni nchunp: auspewHhi t wird: flüssiger Kohl enwp.ss.prrt ο C Γ hrennstof f , pumnfähipe Auf sehlnmmunp.en von festen, kohlenwnsserstoffhaltipen Brennstoffen in einem flüssigen Kohlenwasserstoffhrennstoff oder Wpr,r-er-w.ii; Kohle, Ko'kr, nun Kohle, teil-, chenförnu per Kohlenstoff, Petroleumkoks.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bin 8, d a d u r c ^;h g e k e η η ?. e i c h η e t , dnß das im ersten Gasgenerator eingestellte Atomverhältnis von Sauerstoff, im,frei en Sauerstoff enth η 1 tendon Gnr-, 7.\ι Kohlenstoff im gesamten Brennstoff im'Bereich von etwa 0,8 bis 1,4 und das Gewichtsverhäl tnis' von M₀O ?\i Gesnmtbrennstof f im Bereich von etwa 0,S bis 1,? liegrt, v/Mhr'end im zweiten G^serenera-"tor das Atomve.rhäl tni s von Sauerstoff in dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas ?υ Kohlenstoff im flüssifren, kohlenwasserstoffhalti pen Brennstoff im Bereich von etwa 0,8 bis 1,4 und das Gewi chtsverh"-il tni s von HpO 7u flüssigem, kohlenwasserstoffhai ti&em Brennstoff im Bereich von etwa 0,5 bis 1,5 lieft, ........ .· . ■ . .

in beiden Gasgeneratoren die Verweilzeit etwa 1 bis 8 sek. beträfet lind _

der Abpasstrom aus dem zweiten Gasgenerator in eine Gaskühl- und Sä\iberi.inp"R7one einpep-ebpn wird, in der teil cn enförmiper Kohlenstoff als Lispersion von Kohlenstoff-flüssieren Kohl env/asserstof fbrennstof f erhalten wird, und

diese Dispersion in den ersten Gasgenerator als Teil des kohlenwasserstoffhaltipen Brennstoffs einpepreben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch, gekennzeichnet , daß das saubere Heizgas einen Mindesthei 7.wert von ^QPO Kcal/Nm aufweist.

copy