DE2349362B2 - Verfahren zur Erzeugung eines Brenn- oder Heizgases - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Brenn- oder Heizgase:?, indem eine Kohlenwasserstoffflüssigkeit, gegebenenfalls in Gegenwart von Wasserdampf, in einer ersten Gaserzeugungszone einer Teilverbrennung zusammen mit einem einen niedrigen Sauerstoffgehalt aufweisenden Gas bei 2,11 bis kg/cm² und einer bei den Reaktionsbedingungen sich einstellenden Temperatur von 871 bis 1649° C unterworfen wird. Es werden Kohlenwasserstoffflüssigkeit und Wasserdampf bei im wesentlichen dem in der Teilverbrennungszone herrschenden Druck in den Gasstrom aus der ersten Gaserzeugungszone injiziert, wodurch der Gasstrom abgekühlt und die Wasserdampf-Kohlenwasserstoffmischung auf über 538⁰C und unter 982° C erwärmt wird. In einer zweiten Gaserzeugungszone wird mindestens ein Teil der injizierten Kohlenwasserstoffflüssigkeit in CH₄ umgewandelt und das resultierende Produkt zur Wasserkondensation abgekühlt.

Nach US-PS 33 20 154 ist ein Verfahren zum Dampferacken von Kohlenwasserstoffen und zur Gewinnung verwendbarer Energie durch den Einsatz einer adiabatischen Expansionsanlage bekannt. Hierbei wird ein Kohlenwasserstoff· Brennstoff mit komprimierter und erwärmter Luft verbrannt und die gebildete Gasmischung in eine Expansionsvorrichtung gegeben, wobei die in dieser Vorrichtung freigesetzte Wärme in einer Gasturbine wiedergewonnen werden kann.

Ein weiteres Verfahren nach DT-AS 11 23 426 ist auf die Spaltung von Kohlenwasserstoffen zwecks Erzeugung von Brenngasen gerichtet, wobei eine Partialoxidationsreaktion in einer ersten Reaktionskammer ausgeführt wird und die Eingabe des Spaltgases der ersten Kammer mit weiterem Kohlenwasserstoff zur nachfolgenden zweiten Umsetzung in eine zweite Reaktionskammer erfolgt. Angaben über die Verfahrensbedingungen, insbesondere über die Verbrennungschar^kteristiken, werden nicht gemacht.

Nach DT-AS 1018 183 ist ein Verfahren zum Herstellen von ölgas durch Umsetzung des zu spaltenden Öls mit einem Gemisch aus überhitztem Wasserdampf und heißen Verbrennungsgasen bekannt Dieses Verfahren arbeitet mit einer einmaligen Kohlenwasserstoffzugabe in einer Verfahrensstufe.

Aufgabe der Erfindung ist die Erzeugung eines gasförmigen Brennstoffs aus Kohlenwasserstoffflüssigkeiten mittels Partialoxidation unter Vermeidung von CH₄-Zusatz. Das Produktgas soll nicht nur als Brennstoff geeignet sein, sondern sich insbesondere zum Betreiben von Gasturbinen eignen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Kohlenwasserstoffflüssigkeit in eine leichte und eine schwere Fraktion aufgetrennt, die schwere Fraktion als Waschmedium zur Entfernung mitgerissener Kohlenstoffteilchen aus dem Produktgas verwendet, die Mischung ?.us schwerer Fraktion und Kohlenstoffteilchen als Beschickung in die erste Gaserzeugungszone eingegeben und die leichte Fraktion in den Gasstrom aus der ersten Gaserzeugungszone injiziert und gegebenenfalls in die erste Gaserzeugungszone eingegeben wird.

Die als Beschickung für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Kohlenwasserstoffflüssigkeit kann jedes Raffinerieprodukt sein, wie beispielsweise Schwerbenzin, Kerosin, Gasöl oder rückstandshaltige Öle, wie Rohöl, Rückstände aus der atmosphärischen Destillation, Teersandöle, Schieferöl oder deren Mischungen.

Hierbei ist zu bemerken, daß die Ausdrücke Kohlenwasserstofföl und Kohlenwasserstoffflüssigkeit gleichsinnig benutzt werden und bedeuten, daß diese öle und Flüssigkeiten geringe Verunreinigungen, wie Schwefel, Stickstoff oder Metalle, aufweisen. Das Ausgangskohlenwasserstofföl wird in eine leichte und eine schwere Fiaktion aufgestaut und die leichte Fraktion zu Beginn des Verfahrens, gegebenenfalls zusammen mit Wasserdampf in einen Gasgenerator injiziert, der bei einer Temperatur zwischen 871 und 1649°C arbeitet. Um die Möglichkeit des Ausflammens zu verhindern, sollte die Temperatur oberhalb 871°C gehalten werden. Das Kohlenwasserstoff-Wasserdampf-Gewichtsverhältnis beträgt 10:1 bis 1 :5. Zur Unterstützung der Partialoxidaüonsreaktion wird die auf 260 bis 982°C vorgewärmte Luft mit einem Öl-Luft-Gewichtsverhältnis von 0,15 :0,20, vorzugsweise 0,18, in die Gaserzeugungszone eingegeben. Der Druck in der Gaserzeugungszone wird zwischen 2,11 und 211 kg/cm² gehalten. Das Produktgas, hauptsächlich aus CO, H₂, N₂ und CO₂ bestehend, verläßt mit annähernd Reaktionstemperatur den ersten Generator.

Nach dem Verlassen der ersten Gaserzeugungszone wird das Partialoxidationsprodukt mit der leichten Fraktion oder einem Teil davon und Wasserdampf vermischt.

Die in den Partialoxidationsproduktgasstrom bei im wesentlichen dem in der ersten Gaserzeugungszone herrschenden Druck injizierten öl- und Wasserdampfmengen sollen ausreichend sein, um die Temperatur des Synthesegases auf unter 982°C, beispielsweise auf 538 bis 927°C, zu erniedrigen. Wenn die leichte Fraktion bei

den Injektionsbedingungen in Dampfform vorliegt, werden leichte Fraktion und Wasserdampf als dampfförmige Mischung injiziert. Ist die leichte Fraktion bei den !njektionsbedingungen flüssig, wird sie bevorzugt als Öl-Wasserdampf-Suspension in den Synlhesegasstrom injiziert. Das Mischen tritt [u der zweiten Gaserzeugungszone oder in Aufstromrichtung von derselben ein.

Öl und Wasserdampf werden in das Synthesegas in einem Verhältnis von 0,5 : 1 bis 10:1 Gewichtsteilen injiziert. Die Reaktionsbedingungen der zweiten Gaserzeugungszone bedingen die Abwesenheit von Wasser in flüssiger Form. Die Verweiizeit der Reaktanden in der zweiten Gaseryxugungszone ist von der Art des injizierten Öls sowie von Druck und Temperatur in der Reaktionszone abhängig. Verweilzeiten von 0,5 s bis 2 min können angewendet werden, obgleich Verweilzeiten von 1 bis 10 s gewöhnlich beträchtliche Umwandlungen der meisten injizierten öle in CH4 ergeben.

Nachdem die injizierte leichte Fraktion in eier zweiten Gaserzeugungszone teilweise in CH4 umgewandelt ist, werden die Produktgase gekühlt, um Wärme aus denselben zu gewinnen. Vorteilhafterweise wird diese Maßnahme durchgeführt, indem die Produktgase einem Abhitzkessel oder Wärmetauscher zur Dampferzeugung zugeführt werden. In jedem Fall sollten die Bedingungen im Abhitzkessel oder im Wärmetauscher keine Dampfkondensation zulassen.

Die teilweise abgekühlten, den Abhitzkessel oder Wärmetauscher verlassenden Gase strömen sodann in eine Waschzone. Hier wird das Produktgas mit der schweren Fraktion der Beschickung gewaschen. Das Gemisch aus schwerer Fraktion und Kohlenstoffteilchen wird als Beschickung in die erste Gaserzeugungszone eingegeben.

Zur H2S- und CCVEntfernung aus dem Produktgas können verschiedenen Lösungsmittel, wie beispielsweise Äthanolamin, N-Methylpyrrolidon oder Methanol, eingesetzt werden. Methanol wird bevorzugt, da seine speziellen Eigenschaften es zur Trennung des H2S und CO2 befähigen.

Vorteilhafterweise werden alle vorstehend beschriebenen Schritte im wesentlichen bei dem in der ersten Gaserzeugungszone herrschenden Druck ausgeführt, wobei nur der infolge des Reaktandenflusses auftretende Druckverlust im Leitungssystem zu beachten ist.

Das Produktgas ist insbesondere als Brennstoff für Gasturbinen verwendbar. Ein deutlicher Vorteil des Produktbrennstoffes liegt darin, daß seine Verbrennungsprodukte im wesentlichen frei von umweltverschmutzenden Stoffen sind und direkt an die Außenluft abgegeben werden können. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist seine hohe thermische Wirksamkeit. Wird die Beschickung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Brennstoff für die Dampferzeugung, um eine Turbine zu betreiben, eingesetzt, beträgt die Umwandlungswirksamkeit der thermischen in mechanische Energie annähernd 34%, wohingegen die Wirksamkeit auf nahezu 50% steigt, wenn man gemäß dem Verfahren der Erfindung arbeitet und die Verbrennungsprodukte des Produktbrennstoffs zum Betrieb einer Gasturbine verwendet und der beim Kühlen der Verbrennungsgase erzeugte Dampf zum Betreiben weiterer Turbinen genutzt wird.

Die Zeichnung stellt ein Fließschema einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Die Beschickung, ein atmosphärischer Rückstand, hatte einen Anfangssiedepunkt von 343°C und einen Schwefelgehalt von 2,0 Gew.-%.

Die Anlage zur Erzeugung eines Brenn- oder Heizgases aus einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit besteht aus zwei Generatoren 1! und 23. In den ersten Generator 11, der keine Packungen aufweist und einen ausgekleideten Reaktor mit 0,425 cm³ Innenvolumen darstellt, werden Luft durch die Leitung 12, den Erhitzer i3 und durch die Leitung 14 sowie Wasserdampf durch die Leitung 15 eingegeben. Die Leitung 16 führt in einen Separator 10. Dieser trennt die Kohlenwasserstoffflüssigkeit in eine leichte und eine schwere Fraktion. Die leichte Fraktion wird aus dem Separator 10 über Leitung 20 mit den Partialoxidationsgasen aus dem ersten Generator 11 vermischt und gegebenenfalls ein Teil über den Erhitzer 17 durch Leitung 18 in den Generator 11 geleitet. Die schwere Fraktion wird aus dem Separator 10 abgezogen und über Leitung 32 in die erste ölwaschzone des Wäschers 30 eingegeben. Die Lufttemperatur in der Leitung 14 betrug 649°C, die des Öls in der Leitung 18 121,1°C und die des Wasserdampfes in der Leitung 15 343°C. Das Öl wurde mit einer Geschwindigkeit von 249 kg/h mit einem Öl-Luft-Gewichtsverhältnis von 0,15 und mit einem Öl-Wasser-

2^r> dampf-Gewichtsverhältnis von 6,67 eingeführt. Der Druck im Generator 11 betrug 14,1 kg/cm² und die Temperatur wurde autogen bei 1288°C gehalten. Wasserdampf von 427°C wurde über Leitung 21 in die Leitung 22 eingeführt, wo eine Vermischung mit den

jo Partialoxidationsgasen aus dem ersten Generator 11 erfolgte. In der Zeichnung wird die Eingabe von öl und Wasserdampf in die Produktgase des Generators 11 in der Leitung 22 vorgenommen; aber es ist auch möglich, öl und Wasserdampf direkt in den zweiten Generator 23 zu führen. Als Ergebnis der öl- und Wasserdampfinjektion in das heiße Produktgas des Generators 11 trat eine Temperatur von 927°C der in den zweiten Generator 23 eintretenden Mischung auf. Die Verweilzeit in 23 betrug 3 s. Nach dem Verlassen von 23 strömte das Produktheizgas durch die Leitung 24 in den Abhitzkessel 25 zur Dampferzeugung und dann durch die Leitung 26 in den Wascher 30, der aus zwei Waschzonen bestand, wobei in der ersten ölwaschzone das Gas mit der schweren Fraktion aus der Leitung 32

A*> zur Entfernung von im Gas mitgerissene Kohlenstoffteilchen gewaschen und weiteres Abkühlen herbeigeführt wurde und wobei in einer zweiten Zone die gewaschenen Gase mit Methanol aus der Leitung 33 in Kontakt traten und auf —48,4°C bei 10,5 kg/cm² zur H2S- und CÖ2-Entfernung abgekühlt wurden. Das den Wascher 30 verlassende Produktheizgas enthielt 18,2% CO, 14,6% H₂, 12,9% CH₄, 53,6% N₂ und 0,7% Ar und wies einen Heizwert von 2082,6 kcal/m³ auf. Dieses Gas ist für Gasturbinen verwendbar und seine Verbren-

^r>> nungsprodukte können direkt an die Außenluft abgegeben werden. Die Kohlenstoff-Öl-Aufschlämmung wurde aus 30 durch die Leitung 34 in den ersten Generator zur Partialverbrennung zurückgeführt.
Der Heizwert des Produktheizgp.ses kann verändert

fao werden durch Einregeln des in die zweite Gaserzeugungszone eingegebenen Anteils der leichten Fraktion der Beschickung sowie durch die Temperatur, den Druck und die Verweilzeit in derselben. Auf diese Weise können Heizgase mit einem Heizwert von mehr als 1335 kcal/m³ bis zu 8900 kcal/m³ durch Verwendung von Luft als Oxidationsmittel in der Partialoxidation erhalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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Patentanspruch:

Verfahren zur Erzeugung eines Brenn- oder Heizgases, indem eine Kohlenwasserstoffflüssigkeit, gegebenenfalls in Gegenwart von Wasserdampf, in einer ersten Gaserzeugungszone einer Teilverbrennung zusammen mit einem einen niedrigen Sauerstoffgehalt aufweisenden Gas bei 2,11 bis 211 kg/cm² und einer bei den Reaktionsbedingungen sich einstellenden Temperatur von 871 bis 1649°C unterworfen wird, Kohlenwasserstoffflüssigkeit und Wasserdampf bei im wesentlichen dem in der Teilverbrennungszone herrschenden Druck in den Gasstrom aus der ersten Gaserzeugungszone injiziert werden, wodurch der Gasstrom abgekühlt und die Wasserdampf-Kohlenwasserstoffmischung auf über 538° C und unter 982° C erwärmt wird, in einer zweiten Gaserzeugungszone mindestens ein Teil der injizierten Kohlenwasserstoffflüssigkeit in CH₄ umgewandelt wird und das resultierende Produkt zur Wasserkondensation abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffflüssigkeit in eine leichte und eine schwere Fraktion aufgetrennt, die schwere Fraktion als Waschmedium zur Entfernung mitgerissener Kohlenstoffteilchen aus dem Produktgas verwendet wird, die Mischung aus schwerer Fraktion und Kohlenstoffteilchen als Beschickung in die erste Gaserzeugungszone eingegeben und die leichte Fraktion in den Gasstrom aus der ersten Gaserzeugungszone injiziert und gegebenenfalls ein Teil in die erste Gaserzeugungszone eingegeben wird.