DE2851358C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von nicht umgewandeltem Kohlenstoff aus einem Kohlenmonoxid, Wasserstoff und teilchenförmigem Kohlenstoff enthaltendem Synthesegasstrom, der durch Partialoxidation eines kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials mit einem freien sauerstoffhaltigem Gas in einem Gasgenerator erhalten worden ist, aus dem nach Abkühlung und Gaswäsche mit Wasser eine Kohlenstoff-Wasser-Dispersion abgeschieden wird, wobei

• a) die Kohlenstoff-Wasser-Dispersion mit einem flüssigen, organischen Extraktionsmittel vermischt und durch Dekantieren in einen Bodenstrom aus geklärtem Wasser sowie einem pumpfähigen, flüssigen Kopfstrom, bestehend aus dem Kohlenstoff, flüssigem organischen Extraktionsmittel und Wasser, getrennt wird,
• b) dieser flüssige Kopfstrom mit einem Extraktionsöl aus schweren, flüssigen Kohlenwasserstoffölen vermischt,
• c) und in eine Kolonne eingeführt wird, aus der ein gasförmiger Kopfstrom aus Dampf und verdampften organischen Extraktionsmittel sowie ein pumpfähiger Bodenstrom aus dem teilchenförmigen Kohlenstoff im Extraktionsöl abgezogen und der Bodenstrom mit dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial auf dem Weg zum Gasgenerator vermischt wird,
• d) der gasförmige Kopfstrom der Kolonne zu dessen Kondensation einem Wärmeaustausch zugeführt wird,
• e) man das nach d) kondensierte Wasser und flüssige Extraktionsmittel durch Schwerkrafteinwirkung absetzen und voneinander trennen läßt und
• f) wenigstens ein Teil des flüssigen organischen Extraktionsmittels nach e) - ggf. zusammen mit frischem organischem Extraktionsmittel - mit der Kohlenstoff-Wasser-Dispersion nach a) vermischt wird.

Bei bekannten Synthesegasverfahren wird der aus dem Partialoxidations- Gasgenerator austretende Gasstrom in einem Gaskühler abgekühlt und durch Waschen mit Wasser von mitgeführtem teilchenförmigem Kohlenstoff befreit. Der Gasstrom kann stattdessen auch unmittelbar in einen Löschtank mit Wasser eingeleitet und darin abgekühlt und gereinigt werden. Dabei wird eine Kohlenstoff-Wasser-Dispersion erhalten. Diese Verfahren sind in den US-Patentschriften 37 09 669 und 28 96 927 beschrieben. Die Rückgewinnung von teilchenförmigem Kohlenstoff aus der Kohlenstoff-Wasser-Dispersion mittels eines flüssigen organischen Extraktionsmittels, einer Zentrifuge, eines ein- oder zweistufigen Dekantierbehälters und fraktionierter Destillation mit Rückfluß und eines Aufwärmers ist in den US-Patentschriften 34 73 903, 39 17 569 und 39 80 592 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders wirtschaftliches Verfahren zur Synthesegaserzeugung bereitzustellen, welches mit erheblich gesenkten Anlage- und Betriebskosten ausführbar und somit energieeinsparend ausgelegt ist.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gemisch aus flüssigem Kopfstrom und Extraktionsöl aus b) einer Verdampfung 87 und 88 unterworfen wird, wobei ein Gemisch aus Dampf und verdampften organischen Extraktionsmittel sowie eine Rückstandsdispersion aus Kohlenstoff im Extraktionsöl, die noch flüssiges organisches Extraktionsmittel und Wasser enthält, anfällt, sodann die Rückstandsdispersion in den oberen Bereich der Kolonne 4 einführt, in deren unteren Bereich man Strippdampf zuführt, den gasförmigen Kopfstrom der Kolonne 4 einem Wärmeaustauscher 78 zuführt, der mit dem flüssigem Kopfstrom aus a) und/oder dem in b) eingesetzten Extraktionsöl als Kühlmittel beaufschlagt wird und dann wenigstens zwei weiteren, hintereinandergeschalteten Wärmeaustauschern 125 und 126 zugeführt wird, die mit unterschiedlichen Kühlmedien beaufschlagt werden, und zwar einerseits mit dem flüssigen organischen Extraktionsmittel aus der Stufe e) vor dessen Vermischung mit der Kohlenstoff-Wasser-Dispersion und andererseits mit Luft oder Wasser.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Kopfstrom aus der Kolonne mit dem Gemisch aus Dampf und organischem Extraktionsmittel- Dampf aus der Verdampfung 87 und 88 vereinigt und den Wärmeaustauschern 79, 125 und 126 zugeführt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Verdampfung in zwei hintereinandergeschalteten, dampfbeheizten Wärmeaustauschern 87 und 88 vorgenommen, wobei im ersten Wärmeaustauscher 87 durch indirekten Wärmeaustausch mit Mitteldruckdampf und im zweiten Wärmeaustauscher 88 durch indirekten Wärmeaustausch mit Hochdruckdampf erhitzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von den Verfahren der US-Patentschriften 34 73 903 und 39 80 592 insbesondere durch die folgenden Merkmale:
Erhitzen der flüssigen Dispersion in Leitung 86 in zwei Schritten durch mittels Dampf erhitzter Wärmeaustauscher 87 und 88;
die als Dampfstripper arbeitende Kolonne 4 weist keinen Rücklauf auf; und
Abkühlen des Kopfstroms der Kolonne in Leitung 79 durch wenigstens zwei, vorteilhafterweise drei Kondensatoren 78, 125 und 126. Das Kühlmittel in Kondensator 78 ist die flüssige Dispersion der Leitung 70. Das Kühlmittel in Kondensator 125 ist das flüssige organische Extraktmittel der Leitung 138.

Erfindungsgemäß wird somit ein Dampfstripper an Stelle einer konventionellen Fraktionierkolonne mit Rücklauf eingesetzt. Hierdurch wird der thermische Wirkungsgrad und die Trennleistung maximiert und die Verschleppung von Extraktionsöl minimiert.

Erfindungsgemäß wird ein Gasstrom, der im wesentlichen aus H₂, CO, H₂O und wenigstens einem Gas der Gruppe CO₂, H₂S, COS, CH₄, N₂, und Ar besteht und mitgeführte Feststoffe, d. h. teilchenförmigen Kohlenstoff und/oder Asche enthält, durch Partialoxidation eines kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas, ggf. in Anwesenheit eines Temperaturmoderators, in der Reaktionszone eines packungsfreien, frei durchströmbaren, nichtkatalytischen Partialoxidations-Gasgenerators erzeugt. Das Atomverhältnis von freiem Sauerstoff zu Kohlenstoff im Ausgangsmaterial (O/C-Verhältnis) soll dabei im Bereich von etwa 0,6 bis 1,6 und vorzugsweise von etwa 0,8 bis 1,4 liegen. Die Reaktionszeit beträgt von etwa 1 bis 10 s und vorzugsweise von etwa 2 bis 6 s. Bei Verwendung von Dampf als Temperaturmoderator beträgt das Verhältnis von Dampf zu Ausgangsmaterial oder Brennstoff in der Reaktionszone von etwa 0,1 bis 5 und vorzugsweise von etwa 0,2 bis 0,7.

Der Synthesegasstrom tritt aus der Reaktionszone mit einer Temperatur im Bereich von etwa 704°C bis 1926°C und vorzugsweise im Bereich von etwa 1093 bis 1538°C und unter einem Druck im Bereich von etwa 1 bis 300 bar und vorzugsweise von 15 bis 150 bar aus.

Der aus dem Synthesegasgenerator austretende Gasstrom wird auf eine im Bereich von etwa 177 bis 400°C liegende Temperatur, die jedoch über dem Taupunkt von Wasser liegen muß, durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser in einem Gaskühler abgekühlt, welcher beispielsweise dem in der US-Patentschrift 37 09 669 beschriebenen Gaskühler entsprechen kann. Auf diese Weise wird als Nebenprodukt Dampf erhalten, der an anderer Stelle des Verfahrens eingesetzt werden kann. Dieser Dampf läßt sich beispielsweise abstromseitig im Verfahren in einem oder in mehreren dampfbeheizten Wärmetauschern und/ oder Dampfstrippern verwenden, die weiter unten ausgeführt ist. Der abgekühlte Verfahrensgasstrom wird dann durch Waschen mit Wasser in einer herkömmlichen Waschzone gesäubert. Dazu kann ein Venturi- oder Düsenwäscher verwendet werden, welcher der in "Perry's Chemical Engineers Handbook", 5. Ausg., Mc Graw-Hill Book Company, 1973, Fig. 20-120 und Fig. 20-121 beschriebenen Ausführung entsprechen kann. Auf diese Weise wird ein sauberes Produktgas und eine Dispersion aus Kohlenstoff in Wasser, die etwa 0,5 bis 3,0 Gew.-% Kohlenstoff enthält, erzeugt. Zweckmäßigerweise liegt der Druck in der Waschzone in etwa der gleichen Höhe wie der Druck im Gasgenerator, abzüglich normaler Druckverluste in den Rohrleitungen.

Zur Erzeugung des Synthesegasstroms können unterschiedliche brennbare, feste, flüssige oder gasförmige kohlenwasserstoffhaltige organische Stoffe zusammen mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas im Gasgenerator, ggf. in Anwesenheit eines Temperaturmoderators, umgesetzt werden.

Unter "kohlenwasserstoffhaltigem Ausgangsmaterial" werden flüssige Kohlenwasserstoffe und Gemische von flüssigen Kohlenwasserstoffen und kohlenwasserstoffhaltigen Feststoffen, sowie alle brennbaren, kohlenwasserstoffhaltigen organischen Stoffe oder Aufschlämmungen von solchen Stoffen verstanden. Diese Definition umfaßt auch pumpfähige Aufschlämmungen fester, kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoffe wie Braunkohle, Bitumenkohle, Anthrazitkohle, teilchenförmiger Kohlenstoff, Petrolkoks, konzentrierter Abwasserschlamm und Gemische dieser Stoffe, in einem verdampfbaren flüssigen Trägerstoff wie z. B. Wasser, einem flüssigen Kohlenwasserstoff und Gemischen derselben, Gas-Feststoff-Suspensionen wie z. B. fein zermahlene kohlenwasserstoffhaltige Brennstoffe, die entweder in einem Temperaturmoderatorgas oder in einem gasförmigen Kohlenwasserstoff dispergiert sind, und
Gas-Flüssigkeits-Feststoff-Dispersionen wie z. B. zerstäubte flüssige kohlenwasserstoffhaltige oder wasserhaltige Brennstoffe und in einem Temperaturmoderatorgas dispergierter teilchenförmiger Kohlenstoff.

Weiterhin werden darunter auch gebundenen Sauerstoff enthaltende Kohlenwasserstoffe wie z. B. Kohlehydrate, Zellstoffe, Aldehyde, organische Säuren, Alkohole, Ketone, oxydiertes Heizöl, Abwässer und Nebenprodukte aus chemischen Verfahren verstanden.

Das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial kann unter Raumtemperatur zugeführt oder zuvor auf eine Temperatur im Bereich von etwa 316 bis 650°C vorgewärmt werden, die jedoch vorzugsweise unterhalb seiner Cracktemperatur liegt. Das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial kann in flüssiger Phase oder als verdampftes Gemisch zusammen mit dem Temperaturmoderator in den Brenner des Gasgenerators eingeleitet werden.

Die Notwendigkeit eines Temperaturmoderators wie z. B. CO₂ oder H₂O zur Einstellung der Temperatur in der Reaktionszone des Gasgenerators hängt im allgemeinen von dem Kohlenstoff-Wasserstoff- Verhältnis des Ausgangsmaterials und dem Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittelstroms ab.

Unter dem hier verwendeten Ausdruck "freien Sauerstoff enthaltendes Gas" werden verstanden: Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, d. h. Luft, welche mehr als 21 Mol-% O₂ enthält, sowie praktisch reiner Sauerstoff, der mehr als 95 Mol-% Sauerstoff und als Rest üblicherweise N₂ und seltene Gase enthält. Das freien Sauerstoff enthaltende Gas kann über den Brenner des Gasgenerators mit einer Temperatur eingeleitet werden, die zwischen Raumtemperatur und etwa 980°C liegt.

Aus Gründen einer höheren Wirtschaftlichkeit ist es notwendig, die Kohlenstoff-Wasser-Dispersion, welche bei der Waschbehandlung anfällt und einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0 Gew.-% und vorzugsweise von 0,5 bis 1,5 Gew.-% aufweist, zu trennen, die Bestandteile umzuwälzen und erneut im Verfahren einzusetzen. Das dabei anfallende abgeklärte Wasser wird somit wiederum zur Waschbehandlung eingesetzt, wogegen der teilchenförmige Kohlenstoff zurückgewonnen und als Teil des kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsmaterials zum Gasgenerator zurückgeführt wird. Auf diese Weise fällt bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren kein Kohlenstoff als Verfahrensprodukt an. Zu diesem Zweck wird eine ausreichend große Menge an flüssigem organischen Extraktionsmittel mit einer Temperatur im Bereich von etwa 38 bis 150°C und vorzugsweise von 82 bis 121°C mit der Kohlenstoff-Wasser-Dispersion bei einer Temperatur im Bereich von etwa 110 bis 177°C und vorzugsweise von 121 bis 163°C in einem einstufigen und vorzugsweise in einem zweistufigen Dekantiervorgang vermischt, der beispielsweise wie in den US-Patentschriften 39 80 592 und 40 14 786 beschrieben, ausgelegt sein kann.

Im Dekantierbehälter herrscht eine Temperatur im Bereich von etwa 100 bis 343°C und vorzugsweise über 121°C. Der Druck im Dekantierbehälter ist grundsätzlich durch die Arbeitstemperatur vorgegeben und muß wenigstens so hoch sein, daß das flüssige organische Extraktionsmittel und das Wasser nicht im Behälter verdampfen. Der Höchstdruck im Dekantierbehälter kann etwa dem Arbeitsdruck im Gasgenerator, abzüglich normaler Druckverluste in den Rohrleitungen betragen und liegt zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 17,6 bis 21,1 bar.

Zur Trennung des aus dem Dekantierbehälter austretenden Kopfstrom aus Kohlenstoff, flüssigem organischem Extraktionsmittel und Wasser in seine Bestandteile wird Extraktionsöl mit der Dispersion vermischt. In einem Verdampfungsvorgang wird dieses Gemisch in einerseits ein Gemisch aus Dampf und verdampften organischem Extraktionsmittel und andererseits in flüssige Rückstandsdispersion getrennt. Die Rückstandsdispersion die noch Dampf und verdampftes organisches Extraktionsmittel enthält, wird dann in eine Stripp-Kolonne eingeführt und mit Dampf gestrippt. Der Kopfstrom aus der Stripp-Kolonne in Beimischung mit verbliebenem Dampf und verdampften organischem Extraktionsmittel aus dem Verdampfungsvorgang wird dann unter den Taupunkt des H₂O und des organischen Extraktionsmittels durch indirekten Wärmeaustausch abgekühlt, wobei dieser Wärmeaustausch in wenigstens drei hintereinandergeschalteten, voneinander getrennten Wärmetauscherzonen durchgeführt wird. In jeder Zone wird dabei ein unterschiedliches Kühlmittel verwendet. In jeder Zone können außerdem ein oder mehrere Wärmetauscher vorgesehen sein.

Wasser und flüssiges organisches Extraktionsmittel werden in den Wärmetauschern auskondensiert und in einem Sammelbehälter gesammelt. Die beiden miteinander nicht mischbaren Flüssigkeiten trennen sich im Sammelbehälter unter Schwerkrafteinfluß, wobei das Wasser am Boden abgezogen wird. Dieses abgezogene Wasser kann ggf. gereinigt und wieder für den Waschvorgang verwendet werden. Der Sammelbehälter kann mit einem gekühlten Abgasstutzen versehen sein, um Abgasverluste durch Verdampfen des flüssigen organischen Extraktionsmittels möglichst gering zu halten. Das flüssige organische Extraktionsmittel wird aus dem Sammelbehälter abgezogen und zusammen mit frischem, flüssigen organischem Extraktionsmittel als Kühlmittel in eine der Wärmetauscherzonen eingeleitet. Das flüssige organische Extraktionsmittel kann dadurch vorgewärmt werden, bevor es im Dekantiervorgang eingesetzt wird. Bei Verwendung als Kühlmittel in einer der Wärmetauscherzonen wird das flüssige organische Extraktionsmittel in indirektem Wärmeaustausch gebracht mit dem Dampfstripper-Kopfstrom, dem von 0 bis 100 Vol.-% des Gemischs aus Dampf und organischem Extraktionsmitteldampf aus dem Verdampfungsvorgang zugesetzt sind.

Wenn die Temperatur des Kopfstroms aus dem Dekantierbehälter oder des Extraktionsöls oder des Gemischs beider Ströme zu hoch ist, um die Verwendung dieser Ströme als Kühlmittel in einer Wärmeaustauscherzone zu gestatten, kann wenigstens ein Teil oder 10 bis 100 Vol.-% dieser Ströme im Nebenstrom an dieser Zone vorbeigeleitet werden. In diesem Falle werden diese Ströme unmittelbar der Verdampfungszone zugeführt. Vorzugsweise weist jedoch der Kopfstrom aus dem Dekantierbehälter oder das Extraktionsöl oder ein Gemisch dieser beiden Ströme eine ausreichend niedrige Temperatur auf, welche den Einsatz derselben als Kühlmittel in einer Wärmetauscherzone gestattet.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens mit drei Wärmetauscherzonen zur Abkühlung und Verflüssigung des Stripp-Kolonnen-Kopfstroms, dem 0 bis 100 Vol.-% Dampf und verdampftes organisches Extraktionsmittel aus dem Verdampfungsvorgang zugesetzt sind, kann das Kühlmittel in der ersten Wärmetauscherzone aus wenigstens einem Teil wie z. B. 10 bis 100 Vol.-% und vorzugsweise 100 Vol.-% des Kopfstroms aus dem Dekantierbehälter in Beimischung mit wenigstens einem Teil wie z. B. 10 bis 100 Vol.-% und vorzugsweise 100 Vol.-% des Extraktionsölstroms bestehen. Die Nebenstromanteile des Kopfstroms aus dem Dekantierbehälter und von Extraktionsöl werden mit dem in der ersten Wärmetauscherzone vorgewärmten Gemisch dieser Flüssigkeiten vermischt, und dieses Gemisch wird dem Verdampfungsvorgang zugeführt. Bei dieser Ausführungsform besteht das Kühlmittel in der zweiten Wärmetauscherzone aus wenigstens einem Teil wie z. B. 10 bis 100 Vol.-% und vorzugsweise 100 Vol.-% des flüssigen organischen Extraktionsmittels aus dem Sammelbehälter, zuzüglich ggf. zugeführtem frischem, organischem Extraktionsmittel. Das Kühlmittel in der dritten Wärmetauscherzone besteht aus Luft oder Wasser. Die Kühlmittel in den beiden ersten Wärmetauscherzonen lassen sich dabei gegenseitig austauschen.

Die Dispersion aus Kohlenstoff, flüssigem organischem Extraktionsmittel und Wasser tritt am oberen Ende des Dekantierbehälters als Kopfstrom mit einer Temperatur im Bereich von etwa 38 bis 177°C und insbesondere im Bereich von etwa 93 bis 135°C aus. Das Extraktionsöl wird mit einer Temperatur im Bereich von etwa Raumtemperatur bis zu 427°C oder insbesondere von etwa 93 bis 316°C zugeführt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Extraktionsöl um einen schweren, flüssigen Kohlenwasserstoff-Brennstoff ("schweres Heizöl") mit einer API-Dichte im Bereich von etwa -20 bis 20. Bevorzugte Extraktionsöle sind z. B. Schwerdestillate, Rückstandsheizöle, Vakuumrückstände, Asphalt, Bunkerheizöl und Gemische dieser Stoffe.

Das Verfahren ist anpassungsfähig. Als kohlenwasserstoffhaltiges Ausgangsmaterial kann auch ein anderes Beschickungsmaterial als das Extraktionsöl verwendet werden. Erhebliche wirtschaftliche Vorteile ergeben sich jedoch dann, wenn diese verhältnismäßig preiswerten, schweren, flüssigen Kohlenwasserstoff- Extraktionsöle auch als wenigstens ein Teil des kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsstroms zum Gasgenerator eingesetzt werden. Entsprechend einer Ausführungsform kann zunächst als kohlenwasserstoffhaltiges Ausgangsmaterial nur Extraktionsöl zugeführt werden. In diesem Falle stellt die Kohlenstoffdispersion in Extraktionsöl am Boden des Dampfstrippers den ganzen kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsstrom zum Gasgenerator dar. Bei Verwendung dieser Stoffe im vorgeschlagenen Verfahren zunächst als Extraktionsöl, wobei diese Stoffe vorgewärmt werden, und dann als Beschickungsstrom zum Gasgenerator, wird eine nur sehr geringe Erhitzung des dem Gasgenerator zugeführten Beschickungsstroms benötigt, und diese kann ggf. ganz entfallen.

Vor Einführen des Gemischs aus Extraktionsöl, Kohlenstoff, flüssigem organischem Extraktionsmittel und Wasser, das wie vorstehend beschrieben ggf. in einer Wärmetauscherzone vorgewärmt wird, wird dieses Gemisch mit einer Temperatur im Bereich von etwa 26 bis 260°C dem Verdampfungsvorgang unterworfen, bei dem eine Erhitzung, eine Entspannungsverdampfung oder beide Behandlungen durchgeführt werden. Auf diese Weise kann vor der Verdampfung ein großer Teil wie z. B. etwa 87 bis 95 Vol.-% oder mehr des im Gemisch enthaltenden Wassers und flüssigen organischen Extraktionsmittels zur Verdampfung gebracht werden. Für den Verdampfungsvorgang wird wenigstens ein Wärmetauscher verwendet; vorzugsweise werden jedoch zwei hintereinandergeschaltete Wärmetauscher verwendet, um die Temperatur des Verfahrensstroms über den Verdampfungspunkt des Wassers und des flüssigen organischen Extraktionsmittels anzuheben.

Bei Verwendung von zwei hintereinandergeschalteten dampfbeheizten Wärmetauschern für den Verdampfungsvorgang können etwa 50 bis 95 Vol.-% des Wassers und des flüssigen organischen Extraktionsmittels im ersten Wärmetauscher verdampft werden. Ein bevorzugter Betriebsdruck liegt dabei im Bereich von etwa 1 bis 3,5 bar, um eine Entspannungsdampfung herbeizuführen. Verdampftes Wasser und organisches Extraktionsmittel, sowie ein davon getrennter flüssiger Bodenstrom treten aus dem ersten Wärmetauscher mit einer Temperatur im Bereich von etwa 132 bis 274°C und etwa von 150 bis 218°C aus und werden sofort in den zweiten dampfbeheizten Wärmetauscher eingeleitet, in welchem eine weitere Verdampfung von Wasser und flüssigen organischem Extraktionsmittel stattfindet. Der bevorzugte Arbeitsdruck liegt dabei im Bereich von etwa 1 bis 14 bar, insbesondere von 1 bis 7 bar. Die Rückstandsdispersion aus dem letzten Wärmetauscher enthält weniger als etwa 3 Mol-% Wasser und weniger als etwa 10 Mol-% flüssiges organisches Extraktionsmittel aus dem Dekantierbehälter neben praktisch sämtlichen Kohlenstoff und Extraktionsöl. Dieser Bodenstrom aus dem letzten dampfbeheizten Wärmetauscher wird mit einer Temperatur im Bereich von etwa 216 bis 302°C in den oberen Bereich einer Dampfstripp- Kolonne eingeleitet. Der flüssige Bodenstrom fließt im Gegenstrom zu dem Strippdampf durch die Säule nach unten. Praktisch sämtliches zurückbleibendes Wasser und flüssiges organisches Extraktionsmittel werden dabei verdampft und treten am oberen Ende der Kolonne zusammen mit Strippdampf mit einer Temperatur im Bereich von etwa 190 bis 370°C und insbesondere von 218 bis 288°C aus. Der teilchenförmige Kohlenstoff bildet zusammen mit dem nicht verdampften Extraktionsöl eine pumpfähige Dispersion mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 0,5 bis 25 Gew.-% und insbesondere von 0,5 bis 6,0 Gew.-%. Diese Dispersion wird am Boden der Kolonne abgeführt und weist die gleiche Temperatur wie der aus der Kolonne austretende Kopfstrom auf. Wie bereits erwähnt, wird wenigstens ein Teil dieses Bodenstroms mit dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial vermischt und als Ergänzungsstrom in den Gasgenerator eingeleitet werden.

Etwa 0 bis 100 Vol.-% des dampfförmigen Kopfstroms aus Wasserdampf und verdampften organischen Extraktionsmittel aus dem einen dampfbeheizten Wärmetauscher oder den ggf. mehreren dampfbeheizten Wärmetauschern wird mit sämtlichem Dampfkopfstrom aus der Kolonne vermischt, wobei ein Dampfstrom mit einer Temperatur im Bereich von etwa 135 bis 274°C erhalten wird. Der Rest des Dampfstroms aus dem einen oder den ggf. mehreren dampfbeheizten Wärmetauschern, d. h. von 0 bis 100 Vol.-% des Dampfstroms, wird wieder in den oberen Bereich der Kolonne eingeleitet. Die jeweilige Aufteilung wird anhand der Zusammensetzung der Dampfströme und den Betriebsbedingungen festgelegt. In einigen Fällen kann beispielsweise wünschenswert sein, sämtliche Dämpfe aus den dampfbeheizten Wärmetauschern in das obere Ende der Kolonne einzuleiten, um ein Verschleppen von Extraktionsöl zu vermeiden. Andererseits kann in einigen Fällen wirtschaftlicher sein, sämtliche Dämpfe aus den dampfbeheizten Wärmetauschern außerhalb der Kolonne mit dem ganzen dampfförmigen Kopfstrom aus der Kolonne zu vermischen.

Die Kolonne wird mit einer Temperatur im Bereich von etwa 190 bis 377°C und vorzugsweise von etwa 218 bis 288°C und unter einem Druck im Bereich von etwa 1 bis 2,8 bar betrieben. Die Temperatur des Kopfstroms liegt um wenigstens 28°C über dem Taupunkt des im Kopfstrom enthaltenen Wasserdampfs. Die Kolonne arbeitet ohne Rückfluß, ohne Anreicherungsbereich und vorzugsweise auch ohne Aufwärmer. Die Kolonne kann etwa 4 bis 20 Gasabscheideeinheiten oder Siebschalen enthalten. Etwa 0,01 bis 0,15 kg Dampf pro 1 kg der Kolonne zugeführter flüssiger Bodenstrom und vorzugsweise 0,02 bis 0,07 kg Dampf pro kg Bodenstrom werden in das untere Ende des Dampfstrippers unter einem Druck im Bereich von etwa 5,2 bis 24,6 bar eingeleitet.

Das Verfahren deckt in vorteilhafter Weise seinen Dampfbedarf. Gesättigter oder überhitzter Dampf wird erzeugt durch Abkühlen der aus dem Gasgenerator austretenden heißen Gase durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser in einem Gaskühlvorgang. Dabei wird unter einem mittleren Druck im Bereich von etwa 4,9 bis 28 bar wie z. B. im Bereich um etwa 17,6 bar herum stehender Dampf erzeugt, welcher zur Beheizung des ersten dampfbeheizten Wärmetauschers und der Dampfstripp-Kolonne verwendet wird. In entsprechender Weise wird Hochdruckdampf mit einem Druck im Bereich von z. B. etwa 35 bis 105 bar, so z. B. 87,8 bar erzeugt und zur Beheizung des zweiten dampfbeheizten Wärmetauschers verwendet. Stattdessen können natürlich auch ein oder zwei ölbeheizte Vorwärmer oder Vorerhitzer eingesetzt werden. Der Brennstoff für die ölbeheizten Vorwärmer kann ggf. aus einem Teil des Bodenstroms aus der Kolonne bestehen.

In vorteilhafter Weise werden durch das verbesserte Trennverfahren unter Verwendung einer Kolonne der thermische und der Trennwirkungsgrad maximiert, das Verschleppen von Extraktionsöl wird zugleich auf ein Minimum gebracht, und die am Boden der Kolonne austretende Aufschlämmung aus Extraktionsöl und Kohlenstoff wird mit der für einen Beschickungsstrom zum Gasgenerator geeigneten Temperatur erhalten.

Der dampfförmige Kopfstrom aus der Kolonne enthält etwa 20 bis 75 Mol-% H₂O und etwa 25 bis 80 Mol-% an verdampftem organischem Extraktionsmittel. Nach Vermischen des Kolonnen- Kopfstroms mit 0 bis 100 Vol.-% des dampfförmigen Kopfstroms aus dem vorstehend beschriebenen Verdampfungsvorgang wird das Gasgemisch wie vorstehend beschrieben in wenigstens drei hintereinandergeschalteten Wärmetauscherzonen abgekühlt, um die normalerweise flüssigen Bestandteile, d. h. Wasser und flüssiges organisches Extraktionsmittel, auszukondensieren und abzuscheiden.

Der dampfförmige Kopfstrom der Kolonne wird in Beimischung mit 0 bis 100 Vol.-% des dampfförmigen Kopfstroms aus dem vorstehend beschriebenen Verdampfungsvorgang mit einer Temperatur im Bereich von etwa 135 bis 274°C und unter einem Druck im Bereich von etwa 1 bis 2,8 bar in die erste Wärmetauscherzone eingeleitet und tritt aus dieser mit einer Temperatur im Bereich von etwa 93 bis 177°C und unter einem Druck im Bereich von etwa 0,7 bis 2,2 bar wieder aus. Die Abkühlung und Verflüssigung dieses Gasstroms auf eine Temperatur im Bereich von etwa 60 bis 135°C und einen Druck im Bereich von etwa 0,3 bar bis 1,6 bar kann in der zweiten Wärmetauscherzone erfolgen. Die Endabkühlung und Verflüssigung des organischen Extraktionsmittels und des Wassers auf eine Temperatur im Bereich von etwa 38 bis 82°C und einen Druck im Bereich von etwa 0,07 bis 1,05 bar erfolgt in der dritten Wärmetauscherzone. Der Druck im Sammelbehälter, in welchem das auskondensierte Wasser und das flüssige organische Extraktionsmittel gesammelt und voneinander getrennt werden, liegt dabei im Bereich von etwa 0,07 bis 1,05 bar und etwa bei 0,35 bar.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich durch niedrige Anlage- und Betriebskosten aus. Da in der Kolonne kein Rückfluß erfolgt, läßt sich der Durchmesser dieser Säule wesentlich verringern. Außerdem entfällt der Anreicherungsbereich. Die Anlagekosten für die Verflüssigung eines Rückstroms entfallen somit. Da außerdem auch kein Rückstrom vorhanden ist, der erneut verdampft werden muß, können die Heizvorrichtungen für den Beschickungsstrom kleiner ausgelegt werden.

Die gesenkten Betriebskosten ergeben sich aus dem höheren thermischen Wirkungsgrad des Verfahrens. Da kein Rückstrom aufgeheizt zu werden braucht, liegen die Dampfkosten für die Vorerhitzer niedriger. Bei Verwendung von zwei dampfbeheizten Vorerhitzern ergibt sich eine weitere Energieeinsparung durch Verwendung von preisgünstigem, unter mittlerem Druck stehendem Dampf für den größten Teil des Heizbedarfs in der ersten Heizvorrichtung, wobei der teuere Hochdruckdampf für einen geringeren Heizbedarf in der zweiten Heizvorrichtung reserviert bleibt. Da die Wärme des Kopfstroms aus der Kolonne weitgehend rückgewonnen wird, ergibt sich dadurch eine weitere Steigerung des thermischen Wirkungsgrads des Verfahrens, wobei die Kosten für sowohl den Heiz- als auch den Kühlbedarf gesenkt werden.

Das Verfahren ist im nachfolgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Der kohlenwasserstoffhaltige Beschickungsstrom zum frei durchströmbaren, nichtkatalytischen, feuerfest ausgekleideten Gasgenerator 1, in dem die Partialloxidation stattfindet, besteht bei dem Verfahren aus einem Teil des über die Leitung 2 zugeführten, frischen, flüssigen, kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials und einer Dispersion aus teilchenförmigem Kohlenstoff und schwerem, flüssigen kohlenwasserstoffhaltigem Material, welche über die Leitung 3 zugeführt werden. Diese Dispersion besteht aus dem Bodenstrom aus Stripp-Kolonne 4. Vermittels der Pumpe 5 wird wenigstens ein Teil des Bodenstroms durch die Leitungen 6, 7 und 3 in die Leitung 8 gepumpt, in welcher er mit einem Teil des durch die Leitung 2 und ggf. über eine Heizvorrichtung 9 und die Leitungen 10 und 11 zugeführten frischen, flüssigen, kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials vermischt wird. Wenn es sich bei dem flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial um ein schweres Heizöl mit einer Dichte nach API im Bereich von etwa -20 bis 20 handelt, wird das Gemisch in Leitung 8 vorzugsweise in Leitung 12 mit einem über Leitung 13 zugeführten, umgewälzten Strom aus Beschickungsmaterial vermischt. Von da kann der Beschickungsstrom zum Gasgenerator über eine zur Aufrechterhaltung der Temperatur dienende Heizvorrichtung 14 und die Leitung 15 einem Zwischenbehälter 16 zugeführt werden. Der kohlenwasserstoffhaltige Beschickungsstrom im Zwischenbehälter 16 wird über die Leitung 17, die Umwälzpumpe 18, die Leitungen 19 und 20, die Kolbenpumpe 21, die Leitungen 22 und 23 und durch einen (hier nicht dargestellten) Ringkanal in einem Ringbrenner 24 in den Gasgenerator 1 gepumpt. Wie bereits erwähnt, können bei Verwendung von schwerem Heizöl als Ausgangsmaterial die Temperatur und die Viskosität des Beschickungsstroms im Zwischenbehälter 16 dadurch aufrecht, d. h. auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden, daß ein Teil dieses Beschickungsstroms über die Leitung 25, den Schieber 26 und die Leitung 13 umgewälzt wird.

Die weiteren Beschickungsströme zum Teiloxidations-Gasgenerator bestehen aus einem Temperaturmoderator wie z. B. H₂O oder N₂, welcher über die Leitung 27 zugeführt und in Leitung 23 mit dem über Leitung 22 zugeführten kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsstrom vermischt wird, sowie einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas wie z. B. Luft oder praktisch reinem O₂, das über Leitung 28 und den (hier nicht dargestellten) mittleren Kanal des Ringbrenners 24 in den Gasgenerator eingeleitet wird.

Der Rohgasstrom tritt aus dem Gasgenerator 1 durch die Leitung 30 aus. Wenn der dem Gasgenerator zugeführte kohlenwasserstoffhaltige Beschickungsstrom aus einem festen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff von hohem Aschenanteil besteht, kann in der Leitung unmittelbar hinter dem Gasgenerator 1 ein (hier nicht dargestellter) frei durchströmbarer Fangbehälter angeordnet werden, in welchem wenigstens ein Teil der Aschen- und anderen Feststoffteilchen wie z. B. vom austretenden Rohgasstrom mitgeführte Teilchen der feuerfesten Auskleidung abgeschieden werden. Der Gasstrom wird dann in den Gaskühler 31 eingeleitet und in diesem durch Wärmeaustausch mit Kesselspeisewasser abgekühlt, das über die Leitung 32 zugeführt wird und den Gaskühler als Dampf über die Leitung 33 verläßt. Der abgekühlte Gasstrom in Leitung 34 wird im Wäscher 35 mit Wasser gewaschen. Das Wasser wird über die Leitung 36 zugeführt und im Wäscher in Berührung mit dem hindurchgeleiteten Gasstrom gebracht. Der Wäscher 35 kann aus einem herkömmlichen Venturiwäscher, einem Tauchrohr und (hier nicht dargestellten) Gasabscheideeinheiten oder Siebschalen bestehen, an welchen die Berührung zwischen dem Wasser und dem Gas erfolgt und der teilchenförmige Kohlenstoff ausgewaschen wird. Sauberes Produktgas tritt über Leitung 37 aus, während eine Dispersion aus teilchenförmigem Kohlenstoff und Wasser über die Leitung 38 abgeführt wird.

Die Kohlenstoff-Wasser-Dispersion in Leitung 38 wird in die Leitung 45 eingeführt und in der nachstehend beschriebenen Weise aufbereitet, so daß abgeklärtes Wasser in den Rohrleitungen 43 und 130 und eine Bodenstrom-Dispersion aus Kohlenstoff und Extraktionsöl in Leitung 6 erhalten werden.

Die Kohlenstoff-Wasser-Dispersion in Leitung 45 wird mit einer ausreichend hohen Menge an über die Leitung 47 zugeführtem, vorgewärmten, flüssigem organischem Extraktionsmittel vermischt, um die Dispersion zu trennen. Das Gemisch in Leitung 48 tritt dann über den Einlaß 49 in einen zweistufigen Dekantierbehälter 50 ein, gelangt durch den Ringkanal 51 zwischen dem inneren Rohr 52 und dem äußeren Rohr 53 nach oben und tritt am oberen Ende durch die untere waagerechte Radialdüse 54 aus. Der teilchenförmige Kohlenstoff treibt zur Grenzfläche 55 auf. Abgeklärtes Wasser setzt sich unter Schwerkrafteinwirkung unterhalb der Grenzfläche 55 ab und wird durch die Leitung 43 kontinuierlich abgezogen. Dieses Wasser kann dann nach Reinigung über die Leitung 36 wiederum dem Wäscher 35 zugeführt werden. Weiteres, vorgewärmtes, flüssiges organisches Extraktionsmittel aus Leitung 60 wird über den Einlaß 61 in das innere Rohr 52 eingeleitet und tritt durch die obere waagerechte Radialdüse 62 aus. Dieses flüssige organische Extraktionsmittel nimmt den an der Grenzfläche 55 befindlichen teilchenförmigen Kohlenstoff mit und führt diesen über die Leitung 63 in Form einer Dispersion aus Kohlenstoff und flüssigem organischem Extraktionsmittel aus dem Dekantierbehälter 50 ab.

Durch entsprechendes Einstellen der Schieber 64 bis 67 können 0 bis 100 Vol.-% des Kopfstroms aus dem Dekantierbehälter in Leitung 63 und von 0 bis 100 Vol.-% des schweren, flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsstroms in Leitung 75 oder Gemische aus beiden Strömen im Wärmetauscher oder Verflüssiger 78 durch Abkühlen des über die Leitung 79 zugeführten heißen Gasstroms vorgewärmt werden. Wenn ein Teil eines oder beider Ströme in den Leitungen 69 und 77 im Wärmetauscher 78 erhitzt wird, wird der jeweils übrige Anteil dieser Ströme in den Leitungen 80 und 84, welche im Nebenstrom an dem Wärmetauscher oder Verflüssiger 78 vorbeigeleitet werden, in Leitung 86 mit den über die Leitungen 83 und 85 zugeführten erhitzten Strömen vermischt. Wenn beispielsweise die Schieber 64 und 65 geöffnet und die Schieber 66 und 67 geschlossen sind, gelangt die Dispersion aus Kohlenstoff und flüssigem organischem Extraktionsmittel vollständig in Leitung 63 über die Leitung 68, den Schieber 64 und die Leitung 69 zur Leitung 70, in welcher sie mit sämtlichem Extraktionsöl vermischt wird, das vorzugsweise aus einem Anteil des schweren flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff-Beschickungsmaterials aus Leitung 2 besteht. In diesem Falle gelangt das Extraktionsöl bei geschlossenem Schieber 72 und geöffnetem Schieber 71 durch die Heizvorrichtung 9, die Leitungen 10, 73, den Schieber 71, die Leitungen 74 bis 76 und den Schieber 65 in die Leitung 77. Wenn der Schieber 71 geschlossen und der Schieber 72 geöffnet wird, kann ggf. ein getrennter Extraktionsölstrom durch die Leitung 97, den Schieber 72, die Leitungen 98, 75, 76 und den Schieber 65 in die Leitung 77 zugeführt werden. Das Gemisch aus Extraktionsöl und Kopfstromdispersion aus dem Dekantierbehälter in Leitung 70 wird im Wärmetauscher 78 durch berührungsfreien indirekten Wärmeaustausch mit dem Kolonnen-Kopfstrom vorgewärmt, welcher in den Wärmetauscher 78 über die Leitung 79 eintritt und in Beimischung 0 bis 100 Vol.-% der Kopfstromdämpfe eines oder beider dampfbeheizter Wärmetauscher 87 und 88 aufweist. Der übrige Teil der Kopfstromdämpfe eines oder beider Wärmetauscher 87 und 88 wird über die Leitung 111 in den Dampfstripper 4 eingeleitet.

Bei einer anderen Ausführungsform kann sämtlicher Kopfstrom aus dem Dekantierbehälter oder sämtliches Extraktionsöl im Nebenstrom an dem Wärmetauscher 78 vorbeigeführt und dann mit dem jeweils anderen Strom vermischt werden, welcher im Wärmetauscher 78 erhitzt worden ist. Wenn beispielsweise die Schieber 65 und 66 geöffnet und die Schieber 64 und 67 geschlossen sind, gelangt die Dispersion aus Kohlenstoff und flüssigem organischem Extraktionsmittel aus Leitung 63 über die Leitung 80, den Schieber 66 und die Leitung 81 in die Leitung 82, in welcher sie mit frischem, schwerem, flüssigem kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff-Extraktionsöl vermischt wird. Das Extraktionsöl gelangt durch die Leitungen 75, 76, den Schieber 65 und die Leitungen 77 und 70 zum Wärmetauscher 78, wird in diesem vorgewärmt, wobei der aus Leitung 79 zugeführte heiße Dampfstrom abgekühlt wird, und gelangt dann über die Leitung 83 in die Leitung 82. Wenn stattdessen der Schieber 67 geöffnet und der Schieber 65 geschlossen ist, kann der frische kohlenwasserstoffhaltige Brennstoff in der Leitung 75 über die Leitung 84, den Schieber 67 und die Leitungen 85 und 86 im Nebenstrom an dem Wärmetauscher 78 vorbeigeführt werden. Andererseits können entsprechend einer weiteren Ausführungsform auch sämtliche Schieber 64 bis 67 jeweils in eine teilweise geöffnete Stellung gebracht werden.

Die vorgewärmte flüssige Dispersion in Leitung 86, welche aus teilchenförmigem Kohlenstoff, flüssigem organischem Extraktionsmittel, Wasser und Extraktionsöl besteht, wird dann in den dampfbeheizten Wärmetauschern 87 und 88 erhitzt, um das Wasser und das flüssige organische Extraktionsmittel zur Entspannungsverdampfung zu bringen. Unter mittlerem Druck stehender Dampf wird über die Leitung 89 in den Wärmetauscher 87 eingeleitet und tritt über die Leitung 90 wieder aus. Ein Gemisch aus Dampf und etwas verdampftem organischem Extraktionsmittel tritt über die Leitung 91 aus. Wenn der Schieber 92 in Leitung 93 geschlossen und der Schieber 94 geöffnet ist, gelangt dieses Gasgemisch über die Leitung 95, den Schieber 94, die Leitung 96 in die Leitung 79 und wird in dieser mit dem Kolonnen-Kopfstrom und ggf. mit über die Leitung 108 aus dem Wärmetauscher 88 zugeführten Kopfstrom vermischt. Die flüssige Bodenstrom-Dispersion aus dem Wärmetauscher 87 wird über die Leitung 100 in den Wärmetauscher 88 eingeleitet und in diesem vermittels Hochdruckdampf, der über die Leitung 101 zugeführt wird und über die Leitung 102 wieder austritt, auf eine höhere Temperatur erhitzt. Ein Gemisch aus Dampf und etwas verdampften organischem Extraktionsmittel tritt durch die Kopfstromleitung 103 aus. Wenn der Schieber 116 in Leitung 115 geschlossen und der Schieber 106 geöffnet ist, gelangt der gasförmige Kopfstrom aus dem Wärmetauscher 88 über die Leitungen 103, 107, den Schieber 106 und die Leitung 108 in die Leitung 109, in welcher er mit dem Kolonnen-Kopfstrom aus Leitung 123 vermischt wird. Wenn die Schieber 94 und 106 teilweise geschlossen und die Schieber 92 und 116 teilweise geöffnet werden, kann ein Teil des gasförmigen Kopfstroms aus dem Wärmetauscher 87 über die Leitung 93, den Schieber 92 und die Leitung 110 in die Leitung 111 eingeleitet und in dieser mit einem Teil des gasförmigen Kopfstroms aus dem Wärmetauscher 88 vermischt werden, welcher über die Leitungen 103 und 115, den Schieber 116 und die Leitung 117 zugeführt wird. Das Gasgemisch gelangt dann durch die Leitung 111 in den oberen Bereich der Kolonne 4. Der heiße flüssige Bodenstrom aus dem Wärmetauscher 88, welcher aus einer Dispersion aus teilchenförmigem Kohlenstoff, flüssigem organischem Extraktionsmittel, Wasser und Extraktionsöl besteht, wird über die Leitung 112 in den oberen Bereich der Kolonne 4 eingeleitet.

Strippingdampf wird über Leitung 119 in den unteren Bereich der Kolonne 4 eingeführt. Eine Aufschlämmung aus teilchenförmigem Kohlenstoff und Extraktionsöl tritt am Boden der Kolonne 4 durch die Leitung 6 aus, wobei wenigstens ein Teil dieser Aufschlämmung vermittels der Pumpe 5 durch die Leitungen 7 und 3 gepumpt wird. Wie bereits erwähnt, wird diese Aufschlämmung in Leitung 8 mit dem frisch zugeführten, flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial auf dem Wege zum Gasgenerator 1 vermischt. Ggf. kann ein Teil des Kolonnen-Bodenstroms in Leitung 7 über die Leitung 120, den Schieber 121 und die Leitung 122 abgeführt und als Heizöl für den Betrieb eines Brenners eingesetzt werden. Vermittels dieses Aufschlämmungs-Heizöls kann beispielsweise der in Leitung 33 abgegebene gesättigte Dampf in einer (hier nicht dargestellten) Heizvorrichtung erhitzt und in überhitzten Dampf übergeführt werden, der dem Wärmetauscher 88 zugeführt wird.

Ein Strom aus verdampften organischem Extraktionsmittel und H₂O tritt am oberen Ende der Kolonne 4 über die Leitung 123 aus und wird durch die Leitungen 109 und 79 abgeführt, in welchen eine Beimischung von Dampf und verdampften organischem Extraktionsmittel aus den Leitungen 96 und 108 erfolgt. Das Gasgemisch in der Leitung 79 wird dem Wärmetauscher 78 zugeführt, in welchem es abgekühlt wird, wobei Wasser und flüssiges organisches Extraktionsmittel in der bereits beschriebenen Weise durch berührungsfreien Wärmeaustausch auskondensiert werden.

Eine weitere Abkühlung und Auskondensation von noch zurückbleibendem H₂O und organischem Extraktionsmittel in Leitung 124 wird in einem in Reihe geschalteten Wärmetauscher 125 und einem weiteren, nachgeschalteten Wärmetauscher 126 erfolgen. Zu diesem Zweck wird der aus dem Wärmetauscher 125 austretende, teilweise abgekühlte Strom über die Leitung 127 in den Wärmetauscher 126 eingeleitet. Der aus dem Wärmetauscher 126 austretende, teilweise abgekühlte Strom gelangt dann über die Leitung 128 in den Sammelbehälter 129 für flüssiges organisches Extraktionsmittel. Die Trennung der Flüssigkeiten im Sammelbehälter 129 erfolgt unter Schwerkrafteinfluß. Wasser wird am Boden des Behälters über die Leitung 130 abgezogen, ggf. gereinigt und zum Wäscher 35 zugeführt. Flüssiges organisches Extraktionsmittel in der Leitung 135 wird vermittels der Pumpe 136 durch die Leitungen 137 und 138 in dem Wärmetauscher 125 eingeleitet, in welchem es vorgewärmt wird. Frisches, flüssiges organisches Extraktionsmittel kann über die Leitung 139, den Schieber 140 und die Leitung 141 zugeführt werden. Das vorgewärmte flüssige organische Extraktionsmittel in der Leitung 142 wird dann über Leitung 44, Schieber 46 und die Leitungen 47 und 48 und zugleich über Leitung 58, Schieber 59 und Leitung 60 in den Dekantierbehälter 50 eingeführt. Der Sammelbehälter 129 wird vermittels der Leitung 143, des Schiebers 144 und der Leitung 145 entlüftet. Das Kühlmittel im letzten Wärmetauscher 126 kann aus Wasser bestehen, das über die Leitung 146 zugeführt und über die Leitung 147 wieder abgeführt wird. Stattdessen kann der Wärmetauscher 126 auch von luftgekühlter Ausführung sein. Die Zeichnung stellt eine bevorzugte Anordnung dar; die Kühlmittelströme in den Wärmetauschern 78 und 125 können jedoch auch miteinander vertauscht werden. So kann beispielsweise flüssiges organisches Extraktionsmittel im Wärmetauscher 78 vorgewärmt werden, während ein Flüssigkeitsgemisch, das wenigstens einen Teil des Kopfstroms aus dem Dekantierbehälter und wenigstens einen Teil des frischen, flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsstroms umfaßt, im Wärmetauscher 125 vorgewärmt wird. Die Mengen und die Temperaturen der Ströme werden dabei entsprechend abgeglichenen Wärme- und Gewichtsverhältnissen eingestellt.

Beispiel 1

Das nachstehende Beispiel dient zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnungsdarstellung, nach welcher der von der Kolonne kommende Kopfstrom und der vom dampfbeheizten Wärmetauscher kommende Kopfstrom durch Wärmeaustausch mit drei unterschiedlichen Kühlmitteln in drei hintereinandergeschalteten, getrennten Wärmetauschern abgekühlt und verflüssigt werden. Das Kühlmittel im ersten Wärmetauscher besteht dabei aus einem Teil des flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsstroms, der zugleich das Extraktionsöl bildet, in Beimischung mit dem vom Dekantierbehälter abgegebenen Kopfstrom. Das flüssige organische Extraktionsmittel wird vor seiner Einleitung in den Dekantierbehälter über z. B. die Leitungen 48 und 60 in der Zeichnung im zweiten Wärmetauscher vorgewärmt. Als Kühlmittel im dritten Wärmetauscher wird kaltes Wasser verwendet.

Bei dem Synthesegasverfahren handelt es sich um ein kontinuierliches Verfahren, wobei für alle Ströme jeweils die stündlichen Durchsatzraten angegeben sind.

Der kohlenwasserstoffhaltige Beschickungsstrom zum frei durchströmbaren nichtkatalytischen Gasgenerator besteht aus 9,8 t schwerem, flüssigen kohlenwasserstoffhaltigem Heizöl zusammen mit dem von der Kolonne kommenden Kopfstrom, der aus einer 5,0 gew.-%igen Aufschlämmung aus teilchenförmigem Kohlenstoff und schwerem, flüssigem Kohlenwasserstoff-Heizöl besteht. Die Zusammensetzung des schweren Heizöls nach Elementen ist wie folgt: 84,75 C, 10,91 H, 0,39 N, 3,50 S und 0,40 O. Der Aschengehalt beträgt 0,05 Gew.-%, die Dichte nach API 16,0 Grad, der Brutto-Heizwert 42 376 kJ/kg und die Viskosität CS bei 50°C 162. Der durch einen Pumpvorgang aus dem Zwischenbehälter zugeführte kohlenwasserstoffhaltige Beschickungsstrom weist eine Temperatur von 282°C auf, steht unter einem Druck von 67,3 bar und wird mit 3,43 t Dampf mit einer Temperatur von 301°C und unter einem Druck von 67,3 bar vermischt. Das Kohlenwasserstoff- Dampf-Gemisch wird dann über einen Ringbrenner in die Reaktionszone des Gasgenerators eingeleitet. Der kohlenwasserstoffhaltige Beschickungsstrom wird vor seiner Einleitung in den Gasgenerator durch Umwälzen eines Anteils über den Zwischenbehälter auf der gewünschten Einleittemperatur gehalten. 10,4 t praktisch reiner Sauerstoff von 99,5 Mol-% O₂ mit einer Temperatur von 177°C und unter einem Druck von 65,5 bar werden gleichzeitig durch den Mittelkanal des Ringbrenners eingeleitet.

Heißes Synthesegas tritt aus dem Gasgenerator mit einer Temperatur von 1386°C und unter einem Druck von 59,2 bar aus und wird in einem Glaskühler auf eine Temperatur von 312°C abgekühlt, wobei Kesselspeisewasser zu Dampf mit einer Temperatur von 301°C umgesetzt wird. Das Synthesegas wird dann mit Wasser gewaschen, um den teilchenförmigen Kohlenstoff abzuscheiden. Auf diese Weise wird eine Kohlenstoff-Wasser-Dispersion erhalten, die 1,05 Gew.-% teilchenförmigen Kohlenstoff enthält. Es werden 30,9 Millionen m³ Produktgas mit der nachstehend angegebenen Zusammensetzung erhalten: 45,49 CO, 42,54 H₂, 3,10 CO₂, 0,72 H₂S, 0,04 COS, 7,68 H₂O, 0,12 CH₄, 0,12 Ar und 0,10 N₂.

16,2 t Kohlenstoff-Wasser-Dispersion aus der Gaswäsche werden mit 0,48 t Naphtha vermischt, und das Gemisch wird in der ersten Stufe in einen zweitstufigen Dekantierbehälter unterhalb der Grenzfläche eingeleitet. Das Naphtha weist eine Dichte nach API von mindestens 40 und einen Anfangssiedepunkt im Bereich von 54,4 bis 87,7°C auf. 5,64 t weiteres Naphtha werden gleichzeitig in einer zweiten Stufe in den Dekantierbehälter eingeleitet. Etwa 15,85 t abgeklärtes Wasser werden kontinuierlich am Boden des Dekantierbehälters abgezogen und zum Wäscher rückgeleitet, in welchem sie zur Säuberung von weiterem Synthesegas eingesetzt werden. Etwa 6,48 t Kopfstrom werden kontinuierlich aus dem Dekantierbehälter abgezogen und enthalten in Gew.-% 94,5 Naphtha, 2,5 Kohlenstoff und 3,0 Wasser. Der Kopfstrom weist eine Temperatur von 100,5°C auf und steht unter einem Druck von 17,6 bar. 3,08 t frisches schweres Heizöl wie vorstehend beschrieben werden mit einer Temperatur von 82,2°C mit dem Kopfstrom aus dem Dekantierbehälter vermischt. Dabei wird eine Dispersion erhalten, die durch einen ersten Wärmetauscher durchgeleitet wird, um die Dispersion zu erwärmen und einen Gasstrom aus 6,64 t/h zu verflüssigen, welcher aus den zusammengefaßten Kopfströmen der beiden dampfbeheizten Wärmetauscher und dem der Dampfstripper-Kolonne besteht. Die Dispersion aus Kohlenstoff, Naphtha, schwerem Heizöl und Wasser wird in dem ersten Wärmetauscher auf eine Temperatur von 146°C vorgewärmt. Diese Dispersion wird dann in einem ersten dampfbeheizten Wärmetauscher durch unter mittleren Druck von z. B. 17,6 bar stehendem Dampf weiter auf eine Temperatur von 190,5°C erhitzt. Der Bodenstrom aus dem ersten Wärmetauscher wird durch Hochdruckdampf von z. B. 87,8 bar in einem zweiten dampfbeheizten Wärmetauscher weiter auf eine Temperatur von 288°C erhitzt. Der flüssige Bodenstrom vom zweiten Wärmetauscher wird dann unmittelbar in den oberen Bereich der Kolonne eingeleitet und mit 181 kg trockenem Dampf, der unter einem Druck von 17,6 bar steht, gestrippt. Dieser Dampf wird dabei in den unteren Bereich der Kolonne eingeleitet. Kolonnen- Bodenstrom besteht aus der Aufschlämmung aus schwerem Heizöl und 5,0 Gew.-% teilchenförmigem Kohlenstoff, weist eine Temperatur von 274°C auf und wird kontinuierlich zum Gasgenerator rückgeleitet, wo er wie vorstehend beschrieben einen Teil des kohlenwasserstoffhaltigen Beschickungsstroms bildet. Der Kolonnen-Kopfstrom, welcher im wesentlichen aus sämtlichem Naphtha und Wasser des Kolonnenbeschickungsstroms besteht und in Beimischung die dampfförmigen Kopfströme aus den beiden dampfbeheizten Wärmetauschern enthält, wird dann in drei hintereinandergeschalteten, voneinander getrennten Wärmetauschern abgekühlt und verflüssigt. Der gemischtphasige Strom aus Naphtha und H₂O, welcher wie vorstehend beschrieben aus dem ersten Wärmetauscher austritt, weist eine Temperatur von 120°C auf, wird im zweiten Wärmetauscher auf eine Temperatur von 109°C, und dann im dritten Wärmetauscher auf eine Temperatur von 62,5°C abgekühlt. Das abgekühlte Naphtha in einem dem dritten Wärmetauscher nachgeschalteten Sammelbehälter stellt das Kühlmittel für den zweiten Wärmetauscher dar. Dabei wird das Naphtha vor seiner Einleitung in den Dekantierbehälter auf eine Temperatur von 82°C vorgewärmt. Im dritten Wärmetauscher wird als Kühlmittel Wasser eingesetzt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Rückgewinnung von nichtumgewandeltem Kohlenstoff aus einem Kohlenmonoxid, Wasserstoff und teilchenförmigem Kohlenstoff enthaltendem Synthesegasstrom, der durch Partialoxidation eines kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials mit einem freien sauerstoffhaltigem Gas in einem Gasgenerator erhalten worden ist, aus dem nach Abkühlung und Gaswäsche mit Wasser eine Kohlenstoff-Wasser-Dispersion abgeschieden wird, wobei

• a) die Kohlenstoff-Wasser-Dispersion mit einem flüssigen, organischen Extraktionsmittel vermischt und durch Dekantieren in einen Bodenstrom aus geklärtem Wasser sowie einem pumpfähigen, flüssigen Kopfstrom, bestehend aus dem Kohlenstoff, flüssigem organischen Extraktionsmittel und Wasser, getrennt wird,
• b) dieser flüssige Kopfstrom mit einem Extraktionsöl aus schweren, flüssigen Kohlenwasserstoffölen vermischt,
• c) und in eine Strippkolonne eingeführt wird, aus der ein gasförmiger Kopfstrom aus Dampf und verdampften organischen Extraktionsmittel sowie ein pumpfähiger Bodenstrom aus dem teilchenförmigen Kohlenstoff im Extraktionsöl abgezogen und der Bodenstrom mit dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial auf dem Weg zum Gasgenerator vermischt wird,
• d) der gasförmige Kopfstrom der Kolonne zu dessen Kondensation einem Wärmeaustausch zugeführt wird,
• e) man das nach d) kondensierte Wasser und flüssige Extraktionsmittel durch Schwerkrafteinwirkung absetzen und voneinander trennen läßt und
• f) wenigstens ein Teil des flüssigen organischen Extraktionsmittels nach e) - ggf. zusammen mit frischem organischem Extraktionsmittel - mit der Kohlenstoff-Wasser-Dispersion nach a) vermischt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus flüssigem Kopfstrom und Extraktionsöl aus b) einer Verdampfung (87, 88) unterworfen wird, wobei ein Gemisch aus Dampf und verdampftem organischen Extraktionsmittel sowie eine Rückstandsdispersion aus Kohlenstoff im Extraktionsöl, die noch flüssiges organisches Extraktionsmittel und Wasser enthält, anfällt, sodann die Rückstandsdispersion in den oberen Bereich der Strippkolonne (4) einführt, in deren unteren Bereich man Strippdampf zuführt, den gasförmigen Kopfstrom der Strippkolonne (4) einem Wärmeaustauscher (78) zuführt, der mit dem flüssigen Kopfstrom aus a) und/oder dem in b) eingesetzten Extraktionsöl als Kühlmittel beaufschlagt wird und dann wenigstens zwei weiteren, hintereinandergeschalteten Wärmeaustauschern (125, 126) zugeführt wird, die mit unterschiedlichen Kühlmedien beaufschlagt werden, und zwar einerseits mit dem flüssigen organischen Extraktionsmittel aus der Stufe e) vor dessen Vermischung mit der Kohlenstoff-Wasser-Dispersion und andererseits mit Luft und Wasser.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfstrom aus der Strippkolonne (4) mit dem Gemisch aus Dampf und organischem Extraktionsmittel-Dampf aus der Verdampfung (87, 88) vereinigt und den Wärmeaustauschern (79, 125, 126) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung in zwei hintereinandergeschalteten, dampfbeheizten Wärmeaustauschern (87, 88) vorgenommen wird, wobei im ersten Wärmeaustauscher (87) durch indirekten Wärmeaustausch mit Mitteldruckdampf und im zweiten Wärmeaustauscher (88) durch indirekten Wärmeaustausch mit Hochdruckdampf erhitzt wird.