DE2228545A1 - Verfahren zur Aufarbeitung der in einem durch partielle Oxidation von Brennstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis gewonnenen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Rohgas dispergierten festen Teilchen und Anlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCIIAPPIJ N.Vο Den Haag, Niederlande

" Verfahren zur Aufarbeitung der in einem durch partielle Oxidation von Brennstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis gewonnenen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Rohgas dispergierten festen Teilchen und Anlage zur Durchführung des Verfahrens "

Priorität: H. Juni 1971, Niederlande, Nr. 7108156

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung der in einem durch partielle Oxidation von Brennstoffen auf Kohlenwasserstoff basis gewonnenen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Kohgas dispergierten festen Teilchen ο

Dor durch partielle Verbrennung einer Kohlenwasserstoffe enthajtendon Zuspeisung erhaltene Gasstrom enthält Kuss und v/oiüt außerordentlich hohe, üblicherweise oberhalb 1200°G liegende Temperaturen auf. Häufig wird das Russ enthaltende,

209853/0763

den Reaktor mit einer¹ hohen Temperatur verlassende Gas in einem Abhitzkessel auf eine Temperatur von z.B. 300 C abgekühlt. Anschliessend wird das noch den gesamten Russ enthaltende Gas mit V/asser gewaschen, dadurch der Russ entfernt und das Gas weiter abgekühlt. Die aus der Wasserwäsche erhaltene Russ-Suspension kann in der Regel nicht als solche abgeleitet werden. Ausserdem besitzt der Russ einen gewissen Wert, z.Bο als Brennstoff. Der Russ kann aus der wässrigen Russ-Suspension nach Zusatz eines Bindeöls als Bindemittel und Beschleunigung der Agglomeration durch heftiges Rühren des Öl-Rusö-Suspensionsgemisches entfernt werden. Die Agglomerate können ohne weiteres vom Wasser abgetrennt und als Brennstoff verwendet oder als solche in einer für diesen •Zweck geeigneten Verbrennungsanlage verbrannt werdenj meistens wird jedoch der Zusatz der Agglomerate zu einem Heizölstrom bevorzugt und das so erhaltene Gemisch als flüssiger Brennstoff verwendet.

Bei industriellen Ölverbrennungsanlagen, wie Hochöfen, Heizkesseln und Anlagen zur Aufarbeitung von Gas, wird der flüssige Brennstoff mit hohem Druck von z.B. 150 kg/cm' abs. in einen Zerstäuber eingespeist, der das Öl in winzige Tropfen umwandelt» Eine gute Zerstäubung findet aber bei Ölen nur statt, wenn deren Viskosität unter einem bestimmten Viert fliegt, was besonders bei Verv/endung von Schweröl ein Erhitzen erforderlich macht.Lurch Zusatz von Russ erhöht sich die Viskosität des 0Is₁ und es muss daher auf eine höhere Temperatur als ohne Zusatz von Russ erhitzt werden. Zur Vermeidung eines

209853/07S3

möglichen thermischen Zerfalls des Heizöls darf die Temperatur einen Wert von etwa 35O⁰O nicht übersteigen ο Wenn die Agglomerate auch vor ihrem Zusatz zum Heizöl vom Wasser abgetrennt werden, enthalten sie trotzdem noch soviel anhaftendes oder eingeschlossenes Wasser, wa's auf Grund von Schaumbildung zu Schwierigkeiten führt« Die Erfindung zeigt, wie diese Schwierigkeiten überwunden werden können«

Die Erfindung betrifft demgemäss ein Verfahren zur Aufarbeitung der in einem durch partielle Oxidation von Brennstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis gewonnenen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Rohgais^di^per^g^iiLten festen Teilchen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus^einer Kombination folgender Verfahrensstufen besteht : Wasserwäsche zur Entfernung der in dem Rohgas enthaltenen Russteilchen; Abtrennung des Russes aus der bei der Wasserwäsche erhaltenen wässrigen Rußsuspension durch Agglomeration des Russes mittels Zusatz von Bindeöl und Entfernung der so,gebildeten Agglomerate aus den Wasser sowie mindestens teilweise Vereinigung der Agglomerate mit Heizöl bei einem Druck von oberhalb 1 kg/cm abs. und einer Temperatur von mehr als 10O⁰Gx,

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird verhindert, dass

das zusammen mit den Agglomeraten im Heizöl aufgenommene Wasser trotz der hohen Temperatur des Heizöls Dampfbläschen bildet» Es kann deshalb keine Schaumbildung erfolgen»

209853/0763

Um ein Pumpen des Gemisches zu ermöglichen, sollte das Heizöl schon bei der Vereinigung mit dem Russ eine hohe Temperatur aufweisen» Je nach der Art des Heizöls und der Russmenge wird eine Temperatur gewählt, die zur Erreichung einer für das Pumpen geeigneten Viskosität ausreicht» Für das Pumpen ist in der Regel eine höhere Viskosität als zur Erzielung einer guten Zerstäubung ausreichend. Zu diesem Zweck soll die Viskosität einen Wert von 100 Centistokes nicht über-SGhreiteu, vorzugsweise beträgt die Viskosität höchstens 20 Centistokesο Ein Schweröl, wie Butanbitnrcen, kann bei einer Temperatur von 300⁰C und einem Druck von 10 kg/cm abs. mit einigen wenigen Prozent Russ vermischt werden. Es erfolgt dann keine Schaumbildung, und das Gemisch lässt sich . noch ausreichend pumpen«

Wenn das Gemisch sofort als Brennstoff verwendet werden soll, muss zur Gewährleistung der Zerstäubung in einem Druckzerstäuber-Brenner die Temperatur auf 35O⁰C und der Druck auf 150 kg/cm abs. erhöht werden» Eine Homogenisierung des nach der vorstehend beschriebenen Vereinigung erhaltenen Öl-Russ-Gemisches ist gegebenenfalls erwünscht» In den meisten Fällen werden die Agglomerate jedoch vorzugsweise vor der Vereinigung mit dem Heizöl pulverisiert. WeTm das Gemisch nicht sofort verwendet v/ird, kann es abgekühlt und bei Erreichung einer Temperatur von v/eniger als 100⁰C der Druck abgelassen werden» Wenn das Gemisch später wieder zur Verwendung als Brennstoff vorbereitet wird, muss es unter Druck erhitzt werden» Im allgemeinen wird dieses Verfahren jedoch wegen

209853/0763

der damit verbundenen hohen Kosten nicht angewendet, sondern das Gemisch wird vorzugsweise direkt nach seiner Bildung verbrannte Es ist dann wirtschaftlich vorteilhaft, das Russ enthaltende Heizöl als den partiell zu oxidierenden Brennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, aus dem das Russ enthaltende Gas hergestellt wird, oder als Teil dieses Brennstoffs zu verwenden β

Aus praktischen Gründen erfolgt die Vereinigung des Heizöls mit den Agglomeraten vorzugsweise bei Temperaturen von 100 bis 35O⁰C und Drücken von 10 bis 150 kg/cm abs. Bei Temperaturen.unterhalb 100⁰G ist das Heizöl im allgemeinen zu viskos und oberhalb 35O⁰C kann ein thermischer Zerfall erfolgen» Ein Druck von mehr als 150 kg/cm abs. ist im allgemeinen nicht erforderlich= Andererseits ist bei anschliessender Einspeisung des Russ enthaltenden Heizöls in einen Druckzerstäuber im allgemeinen ein Druck bis zu 150 kg/cm abs» erforderlich» In diesem· Zusammenhang wird darauf,hingewiesen, dass der Druck nicht allein zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erhöht wird, da die anschliessende Zerstäubung des Heizöls ohnehin einen hohen Druck erfordert»

Das erfindungsgemässe Verfahren führt dazu, dass eine geringe Wasserrrienge im Heizöl aufgenommen v/ird. Auf Grund der hohen Temperatur und der turbulenten Strömung in Pumpen und Pipelines wird dieses Wasser homogen im HeizÖl-Russ-Gemisch verteilt und gegebenenfalls in ihm gelöst» Bei Anwesenheit

2098 5 3/0763

einer ausreichenden Wassermenge wird der Sättigungspunkt erreicht und ein gegebenenfalls' vorhandener Überschuss bleibt feinverteilt ο Da gelöster Wasserdampf die Viskosität des Gemisches herabsetzt, stellt dies einen wichtigen Vorteil dar« Wenn bei einem bestimmten Schweröl bei 35O⁰C eine Viskosität von 100 Gentistokes erreicht wird, kann z.B. die gleiche Viskosität schon bei 316⁰G erreicht werden, falls das Öl annähernd mit Wasserdampf gesättigt isto

Eine andere Auswirkung des gelösten Wasserdampfs kann darin bestehen, dass die Viskosität eines bestimmten Heizöls bei einer Temperatur von etwa 35O⁰C gerade unter der für die Zerstäubung kritischen Obergrenze von 100 Centistokes liegt. Ein Überschuss an feinverteiltem, nicht gelöstem Wasser beschleunigt durch die damit verbundene plötzliche Verdampfung sehr kleiner Wassertropfen die Zerstäubung in einem Brenner.

Vorzugsweise werden die Agglomerate und das Heizöl durch Zusatz der Agglomerate zum Heizöl in oder mittels einer kontinuierlich oder absatzweise arbeitenden Druckpumpe bei den gewünschten Druck- und Temperaturbedingungen vereinigt.

Die Agglomerate und das Heizöl können gesondert durch verschiedene Pumpen verdichtet und in eine Mischkammer eingespeist werden, in der die' vorgenannte Vereinigung stattfindete Demgemäss werden die Agglomerate mit dem Heizöl mittels Druckpumpen vereinigt«

209853/0763

Eine andere Möglichkeit besteht in der Vermischung der Agglomerate mit dem Heizöl in einer einzigen Pumpe oder in in Serie geschalteten Pumpen ο Die gesamte Agglomeratmenge kann dem Heizöl in einer Stufe in einer einzigen Pumpe über einen gesonderten, oberhalb des Heizöleinlasses auf der Ansaugseite angebrachten Einlass für die Agglomerate zugesetzt werden ο Es ist ebenfalls möglich, die Agglomeratmenge in mehreren Stufen mittels verschiedener, in Serie geschalteter Pumpen zuzusetzen« —--

Die Druckpumpe kann z.B. eine Schneckenpumpe oder eine Drehschieberpumpe sein« Die Agglomerate und das Heizöl können auch gleichzeitig in einem Extruder verdichtet und vermischt werden.

Die Erfindung betrifft weiter eine Anlage zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens, bestehend aus einem feuerfest ausgekleideten, unverpackten, mit einem Brenner zur Zuspeisung des Brennstoffs und eines oxidierenden Gases ausgestatteten Reaktor ohne Füllkörper, aus einem Kessel zur Abschreckung des aus der partiellen Oxidation erhaltenen Rohgases und/oder zum Auswaschen des Russes aus diesem. Gas, aus einer Agglomerationszone zur Agglomeration der iis. der wässrigen, aus dem vorstehenden Kessel erhaltenen Russ-

Suspension und zur Abtrennung der gebildeten Agglomerate vom Wasser und aus mindestens einer kontinuierlich oder absatzweise arbeitenden Druckpumpe zur Vereinigung der Agglomerate mit dem Heizöl bei erhöhten Temperaturen und Drücken»

209 8 53/0763

Die Druckpumpe kann eine Drehschieberpumpe sein, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mit einem hahnartigen, in einem Gehäuse drehbaren Körper ausgestattet ist, der senkrecht zu seiner Mittellinie eine Bohrung aufweist, in der sich ein Kolben hin- und herbewegen kann, dass das vorgenannte Gehäuse mit einem Einlass für die zu verdichtenden Agglomerate und mit einem j in einem Winkel von weniger als 180 , gemessen am Umfang des Körperquerschnitts, dazu stehenden Auslass versehen ist, die beide mit der Bohrung des hahnartigen Körpers verbunden werden können und dass das Gehäuse weiter mit den vorstehend genannten Ein- bzw» Auslassöffnungen gegenüberstehenden Hoch- und Niederdruekverbindungen ausgestattet ist ο

Die Zeichnungen erläutern die Erfindung»

Figo 1 ist ein Flussdiagramm des erfindungsgemässen Verfahrens»

Fig. 2· stellt einen Schnitt durch eine Schneckenpumpe und Fig. 3 einen Schnitt durch eine Drehschieberpumpe dar«

In Fig. 1 stellt die Bezugszahl 1 einen Reaktor zur partiellen Oxidation eines Brennstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis mit Hilfe von Sauerstoff oder eines Sauerstoff enthaltenden Gases dar, wobei der Brennstoff über Leitung 2 und der Sauerstoff oder das Sauerstoff enthaltende Gas über Leitung 3 in den Reaktor 1 eingespeist werden» Ausserdem kann ein Dampfstrom über Leitung 4 in den Reaktor eingedüst werden.

209853/0763

Ein heisses Rohgas wird über Leitung 5 zum Abhitzkessel 6 geleitet, aus dem ein auf etwa 300 C abgekühlter Gasstrom über Leitung 7 abfliesst. Der in den Kessel einsgespeiste Wasserstrom wird im Abhitzkessel 6 in Hochdruckdainpf umgewandelt und über Leitung 8 abgezogen. Ein Teil des Hochdruckdampfstroms aus Leitung 8 kann über Leitung 4 in den Reaktor 1 zurüekgeleitet werden.

209853/0763

Der abgekühlte Gasstrom wird über Leitung 7 in einen über Leitung 11 mit Wasser versorgten Kühler 10 eingespeist und dag diesen Kühler verlassende Gas noch einmal in einem, Gaswaschkessel 13 innig mit V/asser kontaktiert. Das erforderliche Wasser wird über Leitung 14 in den Gasv/aschkessel eingespeist« Das den Gaswaschkessel 13 verlassende Wasser wird, wie schon erwähnt, über Leitung 11 in den Kühler 10 eingeleitet» Über Leitung 15 verlässt ein russfreier Gasstrom den Gasv/aschkessel 13= Über Leitung 16 fliesst eine wässrige Russsuspension ab, die in der Agglomerationszonc 17 mit Hilfe des über Leitung 18 zugespeistet,. Binceöls vom Russ befreit wird. Das erhaltene russfreie Wasser wird teilweise über Leitung in den Gaswaschkessel 13 zurückgeleitet„ Das überschüssige , Wasser wird über Leitung 19 entfernte

Aus der Agglomerationszone 17 werden über Leitung 20 die Agglomerate abgezogen.. Diese werden mittels der Druckpumpe 21 verdichtet und in einer Mischkammer 22 unter Druck mit einem über Leitung 23 in die Mischkammer eingespeisten Heizölstrom vereinigt, der ebenfalls verdichtet ist und eine Temperatur von mehr als 100⁰C aufweist₀ Der Druck des Ölstroms 23 kann durch Pumpe 24-erhöht werden, die den Ölstrom aus Leitung 25 ansaugt. In bestimmten Fällen ist keine gesonderte Pumpe 24 erforderlich, und es kann dann auch auf die Mischkammer₄22 verzichtet werden.

In der Mischkammer 22 werden die Agglomerate mit dem Öl vermischt, wobei keine Schaumbildung stattfinden kann. Wenn er-

209853/0763

forderlich, können die Agglomerate vorher pulverisiert und/oder homogenisiert werden. Das die Kammer 22 über Leitung 26 verlassende Gemisch kann teilweise über Leitung 2 wieder dem Reaktor 1 zugespeist und auf diese V/eise der Russ in den Reaktor zurückgeleitet werden.» Ein Teil des in Leitung 26 fliessenden Russ-Öl-Gemisches kann über Leitung 27 abgezogen und an anderer Stelle verbrannt werden« Das in die Agglomerationszone über Leitung 18 und das von Pumpe 24 über Leitung 25 angesaugte Öl kann aus der gleichen Quelle stammen.

Die Vereinigung der Agglomerate mit dem Öl bei erhöhten Drücken und Temperaturen kann auch mittels einer Schneckenpumpe durchgeführt werden, wie sie ZoBo in Pig. 2 gezeigt wird ο In dieser und den folgenden Zeichnungen werden die gleichen Bezugszahlen wie vorstehend verwendet* In einem Gehäuse 28 ist eine Schnecke 29 auf einer Achse 30 angebracht» Der aus der Agglomerationszone 17 über Leitung 20 zufliessende Agglomeratetrom wird durch Rotation in entsprechender Richtung (Pig» 1) weiter getrieben und schliesslich über Leitung 26 abgeleitet» Heizöl wird über Leitung 23 unter Druck

in den letzten Abschnitt des Gehäuses 28 eingeleitet und dort mit den Agglomeraten vermischte Das Gemisch verlässt das Gehäuse über die vorgenannte Leitung 26»

Ein Beispiel einer Drehschieberpumpe ist in Fig. 3 gezeigt» In ihrem Gehäuse 31 kann sich ein hahnartiger Körper 32 drehen, der mit einer Bohrung 33 versehen ist, in der sich ein Kolben 34 hin- und herbewegen kann» Das Gehäuse 31 weist

209853/0763

einen Einlass 35 und einen Auslass, 36 für die Agglomerate auf» Die Hochdruckseite der Pumpe für die Hilfsflüssigkeit ist an der dem Auslass 36 gegenüberliegenden Stelle 38 mit dem Gehäuse verbundene Die Niederdruckseite der Pumpe für die Hilfsflüssigkeit ist an der dem Einlass 35 für die Agglomerate gegenüberliegenden Stelle 39 mit dem Gehäuse verbunden»

In der abgebildeten Stellung wird Bohrung 33 bei Atmosphärendruck mit Agglomeraten gefüllte Der hahnartige Körper 32 wird dann gegen den Uhrzeigersinn um 90 gedreht. Der Kolben 34 befindet sich somit vor der Öffnung 38, und der Flüssigkeitsdruck von Pumpe 37 treibt den Kolben nach links, was ein Ausfliessen der Agglomerate durch den Auslass 36 in den Mischbehälter 22 zur Folge hat. Anschliessend wird der Körper 32 im Uhrzeigersinn um 90° gedreht» Die jetzt mit Flüssigkeit gefüllte Bohrung 33 befindet sich dann über der Niederdruckverbindung 39, und die Pumpe 37 saugt die Flüssigkeit zurück. Dies hat eine Abwärtsbewegung des Kolbens 34 bis zu-der gezeigten Stellung und eine Füllung der Bohrung mit Agglomeraten zur Folge, Die Pumpe 37 ist mit einem Pufferraum für die zeitweilige Aufnahme der aus Bohrung 33 abgesaugten Flüssigkeit versehen« Die Mischkammer 22 kann," falls erforderlich, durch über Leitung 40 zugespeistes Gas unter Druck gehalten v/erden.

209853/0763

Claims (2)

1. Patent ans ρ-rüche

   ο Verfahren zur Aufarbeitung der in einem durch, partielle Oxidation von Brennstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis gewonnenen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Rohgas dispergierten festen Teilchen, dadurch' gekennzeichnet , dass es aus einer Kombination folgender Verfahrensstufen besteht : Wasserwäsche zur Entfernung der in dem Rohgas enthaltenen Russteilchen} Abtrennung des Russes aus der bei der Wasserwäsche erhaltenen wässrigen Rußsuspension durch Agglomeration des Russes mittels Zusatz von Bindeöl und Entfernung der so gebildeten Agglomerate aus dem Wasser sowie mindestens teilweise Vereinigung der Agglomerate mit Heizöl bei einem Druck von oberhalb 1 ' kg/cm abs. und einer Temperatur von mehr als 100⁰Oo
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vereinigung der Russagglomerate mit dem Heizöl in der letzten-Verfahrensstufe bei Temperaturen von 100 bis 35O⁰C und Drücken von 10 bis 150 kg/cm abs. durchgeführt wird.

   3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

   die Vereinigung bei einem Druck von etwa 10 kg/cm abs. und einer Temperatur von etwa 300 C durchgeführt wird ο

   209853/0763

   4ο Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Russagglomerate vor der Vereinigung mit dem Heiz öl pulverisiert werden=

   5t Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Russagglomerate dem Brennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis oder einem Teil dieses Brennstoffs zugesetzt und dadurch wieder in das Verfahren zurückgeleitet werden

   6ο Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Russaggiomerat■„ und das Heizöl in oder mittels mindestens einer kontinuierlich oder absatzweise arbeitenden Druckpumpe vereinigt werden«

   '7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Russagglomerate und das Heizöl gesondert durch verschiedene Pumpen verdichtet und in eine Mischkammer eingeleitet werden, in der die vorgenannte Vereinigung stattfindet ο

   8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Russagglomerate und das Heizöl in einer einzigen oder in in Serie'geschalteten Pumpen vermischt werden«

   9. Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckpumpe ein Extruder, eine Schnecken- oder Drehschieberpumpe verwendet wird»

   209853/0763

   10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9, bestehend aus einem feuerfest ausgekleideten, mit einem Brenner zur Zuspeisung des Brennstoffs und eines oxidierenden Gases ausgestatteten Realctor ohne Füllkörper, aus einem Kessel zur Abschreckung des gasförmigen Produkts aus der partiellen Oxidation-erhaltenen Rohgases und/oder zum Auswaschen des Russes, aus einer Agglomerationszone zur Agglomeration der in der wässrigen, aus dem vorstehenden Kessel erhaltenen Rußsuspension und zur Abtrennung der gebildeten Russagglomerate vom Wasser und aus mindestens einer kontinuierlich oder absatzweise arbeitenden Druckpumpe zur Vereinigung der Russagglomerate mit dem Heizöl bei erhöhten Temperaturen und Drücken.

   ο Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie gesonderte Pumpen zur Verdichtung der Russagglomerate und des Heizöls und eine Mischkammer auf der Hochdruckseite der vorgenannten Pumpen zum Vermischen der verdichteten Russagglomerate und des Heizöls aufweist ο

   12o Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die

   Druckpumpe zur Verdichtung der Russagglomerate eine Drehschieberpumpe ist, die mit einem hahnartigen, in einem Gehäuse drehbaren Körper ausgestattet ist, der senkrecht . zu seiner Mittellinie eine Bohrung aufweist, in der sich ein Kolben hin- und herbewegen kann, dass das vorgenannte Gehäuse mit einem Einlass für die zu verdichtenden Russagglomerate und mit einem, in einem V/inkel von weniger als

   209853/0763

   180°, gemessen am Umfang des vorgenannten Körperquerschnitts, dazu stehenden Auslass versehen ist, die "beide mit der Bohrung des hahnartigen Körpers verbunden werden "können, und dass das Gehäuse mit den vorstehend genannten Ein- bzw. Auslassöffnungen gegenüberstehenden Hoch- und Niederdruckverbindungen ausgestattet ist»

   2 0 9 8 5 3/0763

   Leerseite