DE2360756A1

DE2360756A1 - Verfahren zum betreiben eines reaktors fuer die thermische vergasung von kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2360756A1
Application number: DE2360756A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Pockrandt
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1973-12-06
Filing date: 1973-12-06
Publication date: 1975-06-12
Also published as: US3963641A; IN140465B; CA1030765A

Description

METALLGESELLSCHAFT Frankfurt/Main, den 29.11.1973

Aktiengesellschaft -Wgn/HSz-

Kr. 7336 LÖ

Verfahren zum Betreiben eines Reaktors für die thermische Vergasung von Kohlenwasserstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reaktors für die Vergasung von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff und Wasserdampf unter einem Druck von etwa 3 bis 100 atm und bei Temperaturen etwa zwischen 1000 und 1500⁰C zu einem vorallem Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Produktgas, wobei die Kohlenwasserstoffe unter Druck über einen Brenner in den Reaktor gesprüht werden.

Vergasungsverfahren dieser Art sind z.B. aus den deutschen Offenlegungsschriften 1 667 628 und 2 117 236 bekannt. Da die Anlagen zur Durchführung dieser Verfahren unter ziemlich extremen Bedingungen von Temperatur und Druck arbeiten, treten nicht selten kleinere Störungen auf. In einem solchen Fall ist es notwendig, die Vergasung im Reaktor zu unterbrechen, um die Störung auffinden und beheben zu können. Liegt die Störung nicht innerhalb des Reaktors und erfordert ihre Beseitigung keinen allzu großen zeitlichen Aufwand, so ist es im Interesse eines wirtschaftlichen Betriebes der Anlage geboten, in dieser Zeit die Temperatur im Reaktor nicht allzu weit unter die Betriebstemperatur absinken zu lassen. Bei bekannten Vergasungsanlagen wird hierzu der Brenner für den Normalbetrieb ausgewechselt, zumindest aber dessen Brennerlanze, welche für den Durchsatz großer Mengen Kohlenwasserstoffe für den normalen Vergasungsbetrieb ausgelegt ist.

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An ihre Stelle tritt dann ein besonderer Anheizbrenner, der mit Luft und einem speziellen Heizgas den Reaktor auf der nötigen Temperatur, z.B. nicht unter 900⁰C, hält.

Das bekannte Verfahren des Umbaues des Brenners stellt einen zusätzlichen Aufwand dar, wodurch das Beheben einer Störung noch weiter verteuert wird. Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen. Die Lösung besteht beim eingangs genannten Verfahren darin, daß zum Warmhalten des Reaktors, dessen Normalbetrieb unterbrochen ist, eine kleine Menge der Kohlenwasserstoffe zusammen mit V/asserdampf unter erhöhtem Druck durch den Brenner des Normalbetriebes geleitet und zerstäubt werden und daß Luft in den Reaktor geleitet wird. Während beim Normalbetrieb der Druck der durch den Banner strömenden Kohlenwasserstoffe ihr Zerstäuben mit Hilfe der als Düse wirkenden Brennerlanze von selbst bewirkt, wird nunmehr beim Warmhalten die Zerstäubung einer weit geringeren Kohlenwasserstoffmenge durch den unter Druck zugeführten Wasserdampf erreicht. Die dem Reaktor auch noch zugeführte Luft sorgt durch vollständige oder partielle Oxydation der Kohlenwasserstoffe für die Wärme zum Halten des Reaktors auf hoher Temperatur.

Bs ist zweckmäßig, daß der Wasserdampf mit einem Druck von ca. 10 bis 60 atm vor dem Brenner den Kohlenwasserstoffen zugegeben wird; meistens wird der Druck bei etwa 20 bis 40 atm liegen.

Das Verfahren wird mit Hilfe der Zeichnung an einem Beispiel näher erläutert.

Während des normalen Vergasungsbetriebes werden im Reaktor Kohlenwasserstoffe, z.B. schweres Heizöl (Heizöl S), mit Sauerstoff und Wasserdampf vergast. Die üblichen Temperaturen im Reaktor 20 liegen dabei im Bereich von 1000 bis 1500⁰C und aalst über 1300⁰C. Die Vergasung findet bei überdruck, häufig

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bei Drücken von mehr als 20 atm statt. Die Kohlenwasserstoffe kommen aus dein Vorratsbehälter 21 und werden* durch die Vorpumpe 22 und Dosierpumpe 23 über die Leitungen 24 und 25 zum Brenner 26 geleitet. Das Ventil 4 ist dabei geschlossen, das Ventil 5 ist offen, R2 stellt ein Rückschlagventil dar, welches die Kohlenwasserstoffe ungehindert zum Brenner 26 fließen läßt. Geschlossen ist auch das Ven-1&il 11 in der Leitung 27, durch welche zusätzlich Wasserdampf herangeführt werden kann.

Beim Normalbetrieb strömen die beiden Vergasungsmittel Sauer- stoff und Wasserdampf gemeinsam in der Leitung 28 in die Brennerkammer 29 und mischen sich im Reaktor 20 mit dem aus der Brennerlanze 30 ausgesprüliten Kohlenwasserstoffnebel. Die Ventile 6_S 9 und 10 sind geschlossen, das Rückschlagventil R1 läßt die Vergasungsmittel zum Reaktor 20 ungehindert durch. Der Sauerstoff wird über die Leitung 1 und das offene Ventil 2 in die Vergasungsmittelleitung 28 gegeben, der Wasserdampf kömmt durch die Leitung- 3«

Bei einem normalen Vergasungsbetrieb können z.B, pro Stunde 14 400 kg Heizöl S zusammen mit 6 500 kg Wasserdampf und 10 700 Nm Sauerstoff vergast werden. An der Brennerlanze herrscht dann ein Differenzdruck von ca. 100 atm. Das im Reaktor 20 erzeugte Produktgas der thermischen Vergasung enthält als Hauptbestandteil Wasserstoff und Kohlenmonoxyd. Dieses Produktgas wird zunächst einem Abhitzekessel 31 und dann einer Gaswäsche 32 zugeführt, wo durch Sinsprühen von Wasser (Leitung 38) vor allem Ruß aus dem Produktgas entfernt wird. Das' gewaschene Produktgas steht in der Leitung zur Weiterverwendung zur Verfügung. Der im Abhitzekessel erzeugte Wasserdampf v/ird in der Leitung -SS abgeführt, von welcher die Leitung 27 abzweigt. Speisewasser wird in den Abhitzekessel durch Leitung 49- nachgeliefert.

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Tritt in der Anlage außerhalb des Reaktors eine Störung auf, deren Behebung nur verhältnismäßig kurze Zeit beansprucht, so* wird der Vergasungsbetrieb abgestellt, dabei aber der Reaktor weiterhin auf hohem Temperaturniveau gehalten, um nachfolgend das Anfahren der Anlage zu erleichtern und zu beschleunigen. Das Abstellen der Anlage erfolgt folgendermaßen: Zunächst wird die Sauerstoffzufuhr durch Schließen des Ventils 2 unterbrochen, dann wird auch die Wasserdampfzufuhr aus der Leitung 3 abgestellt, indem Ventil 8 geschlossen wird. Das Ventil 9 wird geöffnet und über die Leitung 14 wird Stickstoff in die Leitung 28 gedrückt, um den restlichen Sauerstoff daraus und aus dem Reaktor 20 möglichst schnell zu entfernen und um ein Rückströmen von ölnebeln zu vermeiden. Durch Öffnen des Ventils 6 wird die Vergasuiigsmittelleitung ins Freie entspannt. Es wird dann im allgemeinen auch der Reaktor in bekannter Weise auf atmosphärischen Druck entspannt. Weiterhin wird das Ventil 4 geöffnet und das Ventil 5 geschlossen, so daß die Kohlenwasserstoffe über die Leitungen 24 und 34 aus ihrem Behälter 21 heraus und im Kreis zurückgepumpt v/erden. Nunmehr' kann das Ventil 11 geöffnet werden und Wasserdampf durch die Leitung 27 in die Leitung 25 strömen und von da in den Brenner und durch seine Brennerlanze 30*gedrückt werden. Dieser Wasserdampf auch Ausblasdampf genannt - aus der Leitung 27 reinigt die Brennerlanze von restlichem Öl und kühlt sie gleichzeitig. Bei einem Differenzdruck an der Brennerlanze von z.B. 20 atm strömen ca. 300 kg Dampf pro Stunde in den Reaktor. Der Wasserdampf aus Leitung 27 entsteht beim Kühlen des Produktgases im Abhitzekessel 31 mittels V/asser aus der Leitung 40 oder v/ird während eines Stillstandes aus anderen DampfVorräten entnommen.

Es wird nun das Ventil 10 geöffnet und Preßluft durch die Leitungen 36 und 28 in die Brennerkammer 29 geleitet. Anschließend wird nach Schließen des Ventils 4 und Öffnen des Ventils 5 eine kleine Menge von Kohlenwasserstoffen aus dem Behälter 21 über die Leitungen 24 und 25 in den Reaktor gegeben. D±se kleine Kenge an Kohlenwasserstoffen wird vorzugsweise weniger als 10$ der

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Menge für den normalen Vergasungsbetrieb betragen und vorzugs weise etwa bei 0,5 bis 2 % dieser Menge liegen.

Bei einem Reaktor, der in der Stunde 14 400 kg Heizöl vergast, genügt für das Warmhalten eine Heizölmenge von etwa 100 kg/h. Die Brennerlanze 30, welche im Normalbetrieb als Zerstäuberdüse für die Kohlenwasserstoffe wirkt, kann diese geringe Menge jedoch allein aufgrund ihrer Geometrie nicht zerstäuben. Die Zerstäubung erfolgt nunmehr durch den aus der Leitung 27 zuströmenden Wasserdampf (Ausblasdainpf), der etwa mit einem Druck im Bereich von 10 bis 60 atm, vorzugsweise von 20 bis 40 atm, zugegeben wird. Das auf diese Weise in den Reaktor 20 hinein zerstäubte Öl verbrennt ganz oder teilweise mit der Preßluft aus Leitung 36 und hält so das Innere des Reaktors 20 auf hoher Temperatur. Bei einer Betriebstemperatur im Reaktor von etwa 1300⁰C ist eine Warmhalteteinperatur von über 800⁰C, vorzugsweise von 900 bis 1200⁰C erwünscht.

Die Menge des Dampfes über Leitung 27 wird so eingestellt, daß an der Brennerlanze ein Druckverlust des Gemisches aus Dampf und öl auftritt, welcher höher ist als der Vordruck des Öls in der Leitung zwischen der Vorpumpe 22 und Dosierpumpe 23· Die Vorpumpe ist nämlich vorzugsweise als Kreisel- oder Schraubenspindelpumpe, die Dosierpumpe 23 dagegen als Hubkolbenpumpe ausgebildet. Um eine Dosierwirkung durch Einstellen der Pumpe zu erreichen, muß ihr saugseitiger Druck niedriger als der druckseitige sein. Ein um etwa 2 bis 5 atm höherer Druck in der Leitung 25 gegenüber dem Druck in der Saugleitung der Pumpe 23 ist ausreichend.

Soll die Anlage vom Warmhalten des Reaktors wieder auf den Normalbetrieb umgestellt werden, so werden zunächst die Ventile 5 und 11 geschlossen, das Ventil 4 geöffnet und die Kohlenwasserstoffe mit der Normalleistung über die Leitungen 24 und 34 im Kreis gepumpt. Durch Öffnen des Ventils 9 und Schließen des

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Ventils 10 wird der Reaktor zunächst mit Stickstoff gespült, bevor das Hauptventil 5 für die ölzufuhr zum Brenner-26 geöffnet wird. Danach wird Ventil 4 geschlossen und die Vergasungsmittel Sauerstoff und Wasserdampf aus den Leitungen 1 bzw. 3 durch das geöffnete Ventil 8 in der Leitung 28 wieder in den Reaktor gegeben. Sodann kann die Stickstoffspülung am Ventil 9 wieder abgestellt werden.

PUr das Warmhalten des Reaktors müssen nicht unbedingt dieselben Kohlenwasserstoffe wie für den Vergasungsbetrieb ver wendet werden. Möglich ist auch, andere Kohlenwasserstoffe, z.B. geringerv/ertige, zwischen den geschlossenen Ventil 5 und dem Brenner 26 in die Leitung 25 einzuführen und mit Hilfe des Ausblasdampfes in den Reaktor hinein zu zerstäuben.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zum Betreiben eines Reaktors für die Vergasung von Kohlenwasserstoffen rait Sauerstoff und Wasserdampf unter einen Druck von etwa 3 bis 100 atm und bei Temperaturen etwa zwischen 1000 und 1500⁰C zu einem vor allem Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Produktgas, wobei die Kohlenwasserstoffe unter Druck über einen Brenner in den Reaktor gesprüht werden, dadurch gekennzeichnet« daß zum Warmhalten des Reaktors, dessen Normalbetrieb unterbrochen ist, eine gegenüber dem Normalbetrieb kleine Menge der Kohlenwasserstoffe zusammen mit Wasserdampf unter erhöhtem Druck durch den Brenner des Normalbetriebes geleitet und zerstäubt werden und daß Luft in den Reaktor geleitet wird»

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf mit einem Druck von ca. 10, vorzugsweise 20 bis 60 atm zugegeben wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet« daß die Luft in die Brennerkammer eingeleitet wird.

4) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet. daß als Wasserdampf der zum Reinigen und Kühlen der Brennerlanze verwendete Dampf (Ausblasdampf) verwendet wird, der vor Eintritt in den Brenner mit den Kohlenwasserstoffen gemischt wird.

5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwenden einer Vorpumpe und einer nachgeschalteten Dosierpumpe zum Fördern der Kohlenwasserstoffe in den Reaktor beim V/armhalten ein Druck des Wasserdampfes eingestellt wird, der einen Druckverlust im Brenner ergibt, welcher höher ist als der Vordruck der Kohlenwasserstoffe zwischen der Vorpumpe und der Dosierpumpe»

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6) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf in einem- von Produktgas durchströmten indirekten Wärmeaustauscher (Abhitzekessel) erzeugt wird.

7) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet,»daß das Innere des Reaktors beim Warmhalten auf Temperaturen von über 800⁰C gehalten wird,

8) Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor beim Warmhalten auf Temperaturen von 900 bis 1200⁰C gehalten wird,

9) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für das Warmhalten weniger als 10 % der Kohlenwasserstoff menge des IJormalbetriebes verwendet werden,

10) Verfahren nach Ansp.ruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß für das Warmhalten etwa 0,5 bis 2 % der Kohlenwasserstoffmenge des Normalbetriebes verwendet werden.

11) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für das Warmhalten ein anderer als der während des Normalbetriebes verwendetet Kohlenwasserstoff benutzt wird.

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