NO164035B - Brennstoffdetergentadditiv. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av koksagglomerater fra relativt små bekpartikler og findelte karbonholdige partikler.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer fremstillingen av koksagglomerater fra relativt små bekpartikler og findelte karbonholdige partikler, særlig kokspartikler fra en fluid-forkoksningsprosess.

Den kjente fluid-forkoksningsprosess gir fine kokspartikler

i et ganske snevert storrelsesområde. For spesielle bruksområder slik som elektrodefabrikasjon eller i fremstillingen av karbonblokker og strukturelle former eller lignende, onskes et bredere partikkelstorr-elsesområde som omfatter storrelser opp til ca. 2.5 cm.

Dannelsen av relativt 'store klumper eller agglomerater omfatter å dryppe bekbindemiddel enten som væskeformige dråper eller i form av faste partikler ned i et rolig fluidisert sjikt, for å agglomerere store partikler som avsettes i hele laget, for å krakke bekbindemidlet og danne tette klumper av koks. Brenning av agglomeratene tilveiebringes ved en motstrom av klumper og findelt koks.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte til fremstilling av koksagglomerater fra relativt små bekpartikler og findelte karbonholdige partikler, særlig kokspartikler fra en fluid-forkoksningsprosess, kjennetegnet ved at relativt små bekpartikler tilfores på overflaten av et rolig ikke-turbulent fluidisert sjikt av findelte karbonholdige partikler, hvor det fluidiserte sjikt har et lengde-til-diameterforhold på minst 3;1 og holdes ved en temperatur på over 4. 2rJ°C i dets ovre del og ved en temperatur på over 593°C i dets nedre del, hvorved tilforingen av nevnte små bekpartikler på overflaten av det rolige fluidiserte sjikt forårsaker agglomerering av de findelte karbonholdige partikler i det fluidiserte sjikt på bekpartiklene, de agglomererte partikler synker nedover gjennom den åk-ende temperaturgradient i det rolige fluidiserte sjikt og bekkomponenten i de agglomererte partikler krakkes hvorved det dannes storre agglomerater som er bundet sammen ved hjelp av det resterende karbon oppnådd fra krakkingen av beken, hvorpå de storre koksagglomerater fjernes fra den nedre del av det rolige, ikke-turbulente fluidiserte sjikt.

De dannede agglomerater blir fortrinnsvis separert fra de findelte karbonholdige partikler med en utvaskingsgass, som derved forvarmes og deretter brukes som fluidiseringsgass for det rolige ikke-turbulente fluidiserte sjikt. Det er foretrukket at de findelte karbonholdige partikler i det rolige, ikke-turbulente fluidiserte sjikt har en storrelse på under 1000 mikron. Ifolge et ytterligere kjenne-tegn ved oppfinnelsen er temperaturen i den ovre del av det rolige ikke-turbulente fluidiserte sjikt mellom /\. 2rJ°C og 53°<>>°C og temperaturen i den nedre del av det fluidiserte sjikt er over 871°C.

Ved utf5relse av fremgangsmåten blir det fluidiserte sjikt bibeholdt i rolig tilstand ved å fore en gass oppover gjennom sjiktet med en overflatehastighet på mellom 0.03 og 0.18 m/sekund i den ovre delen av sjiktet. Det er foretrukket at oppvarmede findelte kokspartikler tilfores til den nedre del av det fluidiserte sjikt for å tilfore varme til sjiktet og for å etterfylle kokspartikler.

På tegningen er figur 1 en skjematisk fluid-forkoksningsenhet som er forbundet med en agglomereringsenhet, og

figur 2 representerer et vertikalt tverrsnitt av en form for en agglomereringsbeholder.

Under henvisning til tegningen betegner 10 en fluid-forkoks-ningsreaktor som har-en charge-innlopsledning 12 for innmatning av restolje slik som tung råolje, atmosfæriske og rå vakuumrester, asfalt, andre tunge petroleumoljerester eller blandinger derav. Slike olje-charger kan ha typiske innledende kokepunkt på ca. 343°c eller hoyere, en.API-tyngde på 0° til 20°, og et Conradson karbonrestinnhold på ca.

5 til 40 vektprosent.

Temperaturen i reaktoren 10 er mellom 4^2° og 593°C for å krakke oljen til damp og koks som oppsamles på kokspartiklene i det tette fluidiserte turbulente sjiktet i reaktoren. Produktdampene taes inn oventil gjennom ledningen 14 og fores til en fraksjonerings-anordning for å skille eller gjenvinne gass og lette destillater fra disse dampene. Vanndamp tilsettes fortrinnsvis som fluidiseringsdamp til reaktoren 10 gjennom ledningen 16. Kokspartiklene i reaktoren har en storrelse på mellom ca. 44 °g 1000 mikron, idet de fleste kokspartiklene er mellom 74 og 400 mikron. Overflatehastigheten på det gassformige materiale som går opp gjennom reaktoren 10 inneholdende det fluidiserte sjikt, er mellom ca. 0.15 og 1.2 m/sekund for å frembringe et tett turbulent fluidisert sjikt av kokspartikler i reaktoren 10.

Varmen som skal til for å utfore forkoksningsreaksjonen ut-vikles i en brennerbeholder. Kokspartiklene fjernes fra reaktoren 10, og blir fortrinnsvis dampdestillert for å fjerne oljedamper og deretter transportert gjennom ledningen 18 til brenneren 22. Brenneren 22 kan være en overforingsbrenner eller en brenner for fluidisert sjikt hvor det benyttes et standror og stigeledningssystem, vist skjematisk idet luft tilfores til stigeledningen for å fore kokspartiklene til brennerbeholderen. Tilstrekkelig kokspartikler eller tilsatt kar-bonholdig materiale eller brensel brennes i brennerbeholderen for å oppvarme de faste koksklumpene til en hoyere temperatur enn de faste stoffene i reaktoren 10. Temperaturen i brennerbeholderen 22 er mellom ca. 593° og 1204°C. Netto koksproduksjonen, som representerer koks-tilvirkningen minus koksen i brenneren, fjernes som koksprodukt. De varme kokspartiklene fjernes fra brenneren 22 gjennom ledningen 24 og sendes tilbake gjennom ledningen 24 til reaktoren 10. Varme for-brenningsgasser ledes oventil gjennom ledningen 26. Luft fores som vist inn i den nedre delen av brenneren 22 gjennom ledningen 28.

For å lage agglomerater eller klumper, innfores bek i den 5vre delen av agglomereringsbeholderen 32 gjennom ledningen 34 for å fSres nedover gjennom et rolig ikke-turbulent fluidisert sjikt av kokspartikler, hvilket skal beskrives mer detaljert i forbindelse med figur 2. Agglomeratene fjernes fra bunnen av agglomereringsbeholderen 32 gjennom ledningen 36. Krakkede damper fores oventil gjennom ledningen 38»

Varme kokspartikler fra brennerbeholderen 22 overfores til bunnen av agglomereringsbeholderen 32 gjennom ledningen 42. Hvis det er nodvendig å tilfore varme eller supplere konsentrasjonen av findelte materialer, kan kokspartikler fra den ovre delen av det rolige fluidiserte sjikt i beholderen J2 fjernes og sendes tilbake til brennerbeholderen 22 gjennom ledningen 44- Hvis de varme kokspartiklene fra brennerbeholderen ikke er varme nok for bruk i agglomereringsbeholderen 32, kan ytterligere varme tilfores til kokspartiklene fra utvendige varmekilder eller en oksygenholdig gass kan innfores i beholderen 32 for å brenne en del av den koksen og/eller de krakkede hydrokarbongassene som dannes under agglomereringstrinnet. Varme kan også tilfores ved å sirkulere de fine kokspartiklene til en utvendig varmekilde.

Istedenfor å bruke kokspartikler fra brennerbeholderen kan kokspartikler fra hvilken som helst kilde brukes hvor temperaturen på koksen er mellom ca. 87I<0> og 1538°C.

Under henvisning til figur 2 er agglomereringsbeholderen 32 vist som en avlang sylindrisk beholder som har et forhold mellom lengden og diameteren på minst 3;1 og fortrinnsvis 10:1 eller storre, for å gjore blanding av kokspartiklene i det fluidiserte sjikt, fra topp til bunn, så liten som mulig. Figuren viser ledeplater 46 som skråner nedover fra den indre veggen i beholderen 32 i en vinkel som er storre enn friksjonsvinkelen for kokspartiklene, som er storre enn ca. 30°• Ledeplatene anvendes fortrinnsvis for i ytterligere grad å redusere blanding av partiklene i ovre del med de i den nedre. På figur 2 er ledeplatene 46 vist i vertikal avstand fra hverandre og anordnet på motsatte sider av den indre veggen i beholderen 32 for å bevirke en kaskadestrom og forårsake at agglomeratene som dannes strommer eller fores nedover gjennom beholderen 32 i en buktet bane. Ledeplatene kan være perforert for å fore gass og findelte kokspartikler oppover, men de strekker seg ikke over hele beholderens horisontale tverrsnitt, slik at de tilformede agglomeratene derfor kan strSmme over hver lede-plate og ned gjennom det frie området som eksisterer mellom ledeplatene .

Oppvarmede findelte kokspartikler med en storrelse mellom ca.

74 og 400 mikron ved en temperatur mellom 593° °g 1538°C fores gjennom ledningen 42 inn i bunnen på den avlange beholderen 32 over den minste seksjonen 36. En gass, slik som H2, E^ O, CH^ eller Ng, alene eller i kombinasjon, innfores gjennom ledningen 48 i-nn i bunnen på beholderen 32 hvor gassen er i direkte kontakt med de grove agglomeratene som er dannet i beholderen 32. Beholderen 32 er i sin nedre del utformet med en smalere eller mindre diameterseksjon 36 som vist i figur 2 hvor de store agglomeratene 47 oppsamles etter å ha blitt tilformet oventil i agglomeratoren 32. Gassen fra ledningen 48 brukes til å utskille eller utvaske fine partikler fra klumpene eller agglomeratene og også til å avkjole klumpene eller agglomeratene. Samtidig forvarmes gassen.

Den gassmengde som innfores gjennom ledningen 48 er akkurat tilstrekkelig til å gi en overflatehastighet på ca. 0.03 til 0.18 m/sekund på toppen av sjiktet 52 av kokspartikler som holdes i beholderen 32. Det fluidiserte sjikt har et nivå som er vist ved 54-Overflatehastigheten på gassen i toppen av sjiktet 52 holdes ved et begynnende fluidiseringspunkt fikke turbulent tett fluidisert lag). Overflatehastigheten kan variere med kokspartikkelstorrelse, fluidi-serende gass-sammensetning, osv., og kan variere mellom 10 og 80% over den gitte hastighet og kan opprettes ved valgte driftsbetingelser slik at det forekommer et rolig ikke-turbulent fluidisert sjikt. Den lave overflatehastigheten holdes for å gjore topp-til-bunn-blanding i sjiktet 52 så liten som mulig, men den må være tilstrekkelig hoy til å tillate utfelling av de tildannede agglomeratene. Hastigheten i den nedre delen av beholderen 32 er ikke kritisk. Hvis det er novendig kan imidlertid diameteren til beholderen 32 forandres ved å gi den en storre eller mindre diameter i overensstemmelse med det som trenges for å tilveiebringe en overflatehastighet som er nodvendig for fort-satt utfelling av de grovkornede agglomeratene med minimum tilbake-blanding av de fine kokspartiklene, normalt ca. 0.03 til 0.45 m/sek. De tildannede storre agglomeratene fjernes fra den smale nedre seksjonen 36 på beholderen 32 og taes ut gjennom en utlopsanordning 56 ved den nedre enden av seksjonen 36. Temperaturen i den ovre delen av seksjonen 36 på beholderen 32 er mellom ca. 871° og 1538°C. De fjernede agglomeratene avkjoles til mellom 204° og 4°'20C ved å kon-trollere mengden og typen avkjolende gasser som innfores gjennom ledningen 48.

Agglomeratene tilformes fra kokspartiklene i det fluidiserte sjikt 52 ved å dryppe bek fra ledningen 34 på overflaten 54 av sjiktet 52 i beholderen 32. Beken kan dryppes i form av væskeformige dråper eller i form av faste partikler. Toppdelen av sjiktet 52 i området ved toppledeplaten 46 > opprettholdes ved en temperatur mellom ca. 427°

°g 530>0C og temperaturen ved bunndelen av sjiktet 52 under eller i området ved bunnledeplaten 46, holdes mellom ca. 593° og 1538°C.

Bek-chargen kan være ved en temperatur mellom ca. 21° og

3l6°C og kan være avledet fra en petroleumkilde eller en kulltjære-

kilde. Bek-chargen eller bindemidlet burde ha et Conradson karbon-

innhold på minst 25 vektprosent og fortrinnsvis over 40 vektprosent. Bek-chargen kan behandles ved oksydasjon eller med kjemiske additiver

for å fremme mengden av restkarbon som avsettes fra beken eller bekbindemidlet ved krakking i det rolige fluidiserte sjikt 52. Findelt karbon, slik som findelt fluidisert koks, kjonnrok, osv., mindre enn ca. 150 mikron og fortrinnsvis mindre enn 75 mikron, kan innbefattes i bekbindemidlet opp til ,50 vektprosent. Dette kan være spesielt nyttig hvis bekkilder, som har et tilstrekkelig hoyt Conradson karboninnhold, ikke er tilgjengelig.

Når bek-chargepartiklene kommer i kontakt med de varme kokspartiklene i sjiktet 52, forårsaker de lokal defluidisering i laget,

og flere kokspartikler i laget er bundet sammen av bekpartiklene idet de utfelles gjennom sjiktet 52 hvor de sto ter på okende temperaturer og bek-chargen eller bindemidlet krakkes for således å frembringe koks eller karbon og gass og kokspartiklene er bundet sammen av den således tilformede koks slik at det dannes storre agglomerater enn bek-chargepartiklene. Gassen går oppover gjennom sjiktet 52 og gjenvinnes oven-

til gjennom ledningen 38 sammen med fluidiseringsgass som innfores gjennom ledningen 48.

Idet agglomeratene utfelles gjennom det fluidiserte sjikt 52,

stoter de på stadig hoyere temperaturer og de brennes til omtrent den temperatur som innehas av de innkommende kokspartikler, som fores gjennom ledningen 42..

Når bekdråper eller partikler ved en temperatur på ca. 260°C

og med en storrelse på ca. 2000 mikron innfores ved toppen på det fluidiserte sjikt 52 som er 7-5 m hoyt og har en diameter på ca. 3 m>

hvor temperaturen er omtrent 496°C, dannes agglomerater. Agglomerateni dannes i lopet av en operasjon; det er ingen resirkulering av agglo-

merater. Bekpartiklene som fores gjennom ledningen 34 oker i storrel-

se og agglomeratene 47 som fjernes fra seksjonen 36 kan være mellom 3

og 20 ganger så tunge. Ettersom agglomeratene passerer nedover gjen-

nom sjiktet, oker temperaturen i det fluidiserte sjikt til ca. 982°C

og tilformede agglomerater med en storrelse på 10000 mikron separeres og fjernes fra bunnseksjonen 36 i beholderen 32. Ved ;å variere be-tingelsene, kan det dannes forskjellige agglomeratstorrelser. Bek-chargepartiklene kan være mellom 800 og 3000 mikron og med en temperatur i den ovre delen av sjiktet 52 på mellom 427° og 538°C og med en temperatur i den nedre delen av sjiktet 52 på mellom 871° og 1538°C, og med en kokspartikkelstorrelse i sjiktet 52 på mellom '74 °g 4000 mikron vil det dannes agglomerater med en storrelse på mellom 2400 og 24000 mikron og disse vil oppsamles i seksjonen }" 6.

I et spesielt eksempel er beholderen 32 9 m lang og har en diameter på 0.9 ni. Sjiktet 52 er ca. 6.3 m langt fra innlopsled-ningen 42 til nivået 54- Forholdet mellom lengden og diameteren er ca. 7:1. Varme findelte kokspartikler på en storrelse mellom 74 og 4000 mikron ved en temperatur på 982°C innfores gjennom ledningen 4-2 inn i bunndelen av det fluidiserte sjikt 52 hvor temperaturen holdes på ca. 871°C. Overflatehastigheten på gassene som går opp gjennom sjiktet 52, er ca. 6 cm per sekund for å opprettholde et ikke-turbulent stillestående fluidisert sjikt 52 med liten eller ingen topp til bunn-blanding av kokspartiklene i sjiktet 52.

Bek-chargen som består av et bekbindemiddel med en spesifikk vekt på 1.2° API og et Conradson karboninnhold på 32, innfores i en partikkelstorrelse på 800 mikron og ved en temperatur på omtrent 260°C og som en væske gjennom ledningen 34 i ®n mengde på ca. 900 kg/time på sjiktet 52 som inneholder ca. 3«5 tonn kokspartikler. Når bekpartiklene kommer i kontakt med de varme kokspartiklene i sjiktet 52, forårsaker de lokal de-fluidisering av sjiktet 52 og flere kokspartikler fra sjiktet blir bundet sammen eller, sammenhopet av beken.

Deretter, ettersom disse agglomeratene som er bundet sammen av beken, utfelles gjennom det fluidiserte sjikt 52 stoter de på 6k-ende temperaturer og beken krakker og etterlater seg kokspartikler som er bundet sammen av restkarbon eller koks tilveiebragt fra krakkingen av bindemidlet. Agglomeratene med en storrelse som er storre enn ca. 2000 mikron og i en mengde på ca. l800 kg/time oppsamles i seksjonen 36 fra hvilken de fjernes ved hjelp av en utforingsanordning 56 og avkjoles av damp som kommer inn i ledningen 48. Resulterende agglomerater har en kvikksolv-fortrengningstetthet på ca. 1.3 g/cm^ og et innhold av flyktige stoffer på mindre enn 1 vektprosent. Beken krakker raskt etter at den kommer inn i det fluidiserte sjikt 52 og når ikke seksjonen 36 som bek.

For å opprettholde temperaturen i sjiktet 52, er det nod-

vendig å tilfore varme og dette kan gjores ved å fjerne findelte kokspartikler fra toppen av det fluidiserte sjikt 52 gjennom led-

ningen 44 > oppvarme dem i en konvensjonell ovn eller i en brenner-

beholder 22 og deretter sende de oppvarmede kokspartiklene tilbake til bunnen av sjiktet 52 gjennom ledningen 42.

Idet dannelsen av agglomeratene forbruker koks fra sjiktet

52, er det nodvendig å tilsette findelte kokspartikler og å holde nivået 54 i sjiktet 52 i alt vesentlig konstant ved tilsetning av fin-

delt koks. Koks som er laget ved hjelp av andre prosesser enn fluid-forkoksningsprosessen, kan brukes i forbindelse med oppfinnelsen,

eller kull kan også benyttes for å agglomerere jern, jernmalm, mine-

raler, osv.

En måte å inkorporere det findelte karbon i bekbindemidlet

på, er å oppvarme bekbindemidlet til ca. 11°C over mykningspunktet for bekbindemidlet for å gjore bindemidlet flytende. Det findelte karbon i den onskede mengde, tilsettes til det flytendegjorte binde-

midlet og omrores eller blandes i dette. Bekbindemidlet blir deretter brukt som charge for fremstillingen av agglomerater.

Bekbindemidlet kan velges fra kulltjærebek, petroleumbek,

bektyper fra andre karbonholdige produkter og har et mykningspunkt mellom ca. 54° og 127°C

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av koksagglomerater fra rela-

tivt små bekpartikler og findelte karbonholdige partikler, særlig kokspartikler fra en fluid-forkoksningsprosess, karakterisert ved at relativt små bekpartikler tilfores på overflaten av et rolig ikke-turbulent fluidisert sjikt av findelte karbonholdige partikler, hvor det fluidiserte sjikt har et lengde-til-diameterforhold på minst 3:1 og holdes ved en temperatur på over 427°C i dets ovre del og ved en temperatur på over 593°c i dets nedre del, hvorved til-føringen av nevnte små bekpartikler på overflaten av det rolige fluidiserte sjikt forårsaker agglomerering av de findelte karbonholdige partikler i det fluidiserte sjikt på bekpartiklene, de agglomererte partikler synker nedover gjennom den okende temperaturgradient i det rolige fluidiserte sjikt og bekkomponenten i de agglomererte partikler krakkes hvorved det dannes storre agglomerater som er bundet sammen ved hjelp av det resterende karbon oppnådd fra krakkingen av beken, hvorpå de storre koksagglomerater fjernes fra den nedre del av det rolige, ikke-turbulente fluidiserte sjikt.

2. Fremgangsmåte if61ge krav 1, karakterisert ved at de dannede agglomeratene separeres fra de findelte karbonholdige partikler med en utvaskingsgass, som derved forvarmes og deretter brukes som fluidiseringsgass for det rolige ikke-turbulente fluidiserte sjikt.

3. Fremgangsmåte ifolge hvilket som helst av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at de findelte karbonholdige partikler i det rolige ikke-turbulente fluidiserte sjikt har en storrelse på under 1000 mikron.

4. Fremgangsmåte ifolge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at temperaturen i den ovre del av det rolige ikke-turbulente fluidiserte sjikt er mellom 427° og 538°C og at temperaturen i den nedre del av det fluidiserte sjikt er over 871°C.

5". Fremgangsmåte ifolge hvilket som helst av de foregående krav 1-4, karakterisert ved at det fluidiserte sjikt bibeholdes som et rolig ikke-turbulent fluidisert sjikt ved å fore en gass oppover gjennom sjiktet med en overflatehastighet på mellom 0.03 og 0.l8 m/sekund i den ovre delen av sjiktet.

6. Fremgangsmåte ifolge hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at oppvarmede findelte kokspartikler tilfores til den nedre del av det fluidiserte sjikt for å tilfore varme til sjiktet og for å etterfylle kokspartikler.