TW500621B - Method for the recovery and reuse of unreacted carbon soot to produce an effluent stream of synthesis gas and entrained carbon soot - Google Patents
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Description
500621 A7 B7 五、發明説明( 本發明係有關碳氫化合物原料之部份氧化之方法的改 良以產生包含Ha、C〇、及其他氣態物質之煤氣或合成氣 體混备物.,特別地,該改良係有關於未反應碳之回收及用 以產生該合成氣體之該氣化反應器之溫度的調節,其中一 碳氫化合物進料與一回收碳煙灰之分散物之混合物被導入 一氣化系統’特別是一進油氣化系統。 由碳氫化合物原料產生合戒氣體必須將氧氣加入該合 成氣體反應器中,該合成氣體反應器也被稱為一合成氣體 產生姦,或氣化爐。這方法還必須加入一緩和劑如c〇2、 水蒸氣或水以保持該反應器溫度在由操作之經濟考量及反 應器之财熱材料結構的極限所設定之可容許的界限内。 該部伤氧化氣化方法的一問題是在粗合成氣體產物中 出現未反應或未轉化碳,大多數是呈煙灰的形態,數種方 法可被用來移除該煙灰,最常用的是以水在一洗滌器中洗 滌該合成乳體產物’在該洗務器中,被夾帶的碳轉移到洗 • - ·.. - ' - 滌水中並且產生一經過洗滌的無煙灰合成氣體。 該含煙灰水可以使用石油精再處理以便由水相中萃取 碳,然後該煙灰可以一重油由該石油精中萃取出來。該重 油接著將含有大致所有的被夾帶的碳並且可以被當做該部 份氧化反應的一原料來使用,藉此利用該碳之能量值。苯 也可以被用來當做石油精的另一種選擇而做為該碳的一萃 取劑,在以苯使該碳與水分離之後,該苯被移除並且回收 供再利用' 用來移除該未反應或未轉化碳之另一方涤是過濾該洗 _ i 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) i裝· 、v5u 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- 500621 A7 B7 五、發明説明(2 ) 滌水及回收該碳濾餅以進一步處理。
McCallister之美國專利第3,979,188號揭露了 一種方 法’包括》辰縮來自該反應氣流洗務步骤之該水-竣漿液 到百分之5至7的—礙、將該濃縮漿液與一燃料油混合及使該 礙/油/水混合物不必蒸發而回到該部份氧化反應器中做 為一般所使用之超熱高壓蒸氣緩和劑的一替代物。 k Marion之美國專利第4,699,631號也揭露了一種方法, 用以濃縮一煙灰之水溶液懸浮液以產生具有大約〇.55到4.0 重量百分比之碳煙灰之一可泵送的煙灰-水懸浮液,及回 收該煙灰-水懸浮液到進入該部份氧化氣化爐的氣體進 • She11國際研究機構所擁有的英國專利第1,321,069號揭 露藉由以一碳氫化合物油做為一辅助劑使煙灰粒子結塊來 移除碳煙灰,也揭露了使用使該煙灰粒子成為疏水性或親 油性的一輔助物質,一旦形成之後,該結塊的粒子使用一 ® 篩網物理性地被移除,接著乾燥以移除剩餘的水份,並且 最後再回收到該氣化爐做為一反應物。
Tippmer之美國專利第4,289,647號揭露用以由一氣化 ^ 反應之排出氣體回收碳的一方法,該氣體以水驟冷以分離 該未燃燒碳與灰,並且該排出氣體之熱被用來產生蒸氣, 接著該沖洗水被傾析以將它分離成澄清的水、含碳的水、 及灰泥。該含碳水被用來產生蒸氣以控制在該氣化反應中 之灰油的轉化。 部份氧化氣化爐通常在高轉化率下操作以減少煙灰之 / 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公董) ------t-— — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 500621
• S A7 B7 五、發明説明(3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 形成’由於會造成不穩定煙灰懸浮液及體積黏度增加,高 量煙灰形成是不必要的。較多的煙灰形成表示低冷卻氣體 效率,除非該煙灰之熱值被回收❶ 可以被用來洗滌該煙灰之水量受限於由一熱平衡所決 定之必須用來做為在該部份氧化氣化爐中之一缓和劑者, 所產生之煙灰量係由礙:氧之比例來決定,因此;,水量無 法改變以防止過多的煙灰產生。本發明之一目的是使水流 與煙灰流分離以便改變用來洗滌‘該煙灰之冷卻水的量。該 煙灰可以藉由使該冷卻水循環到該冷卻區域之冷卻環加以 濃縮。 理想地,該氣化爐應在低合成氣體轉化率下運轉,但 仍保持該煙灰/水混合物於一低黏度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在該部份氧化氣化製程中,該粗處理氣以大約17〇〇°F 到大約3500°F,通常是大约2000T到大約2800T之範圍内 的溫度及在·大約200psia到大約2500psia,通常是大約 700psia到大約1500psia之壓力下離開該氣化爐之反應區 域。粒狀碳係以在以碳在初始進料中之碳量為基準由零到 大約20重量百分比之範圍内出現。
Robin等人之美國專利第4,021,366號揭露保持在該冷 卻水中之粒狀碳的濃度在由零到2重量百分比之範圍中是 必須的,最妤是在1.5重量百分比以下。 離開該部份氧化氣化爐之反應區域之該熱粗排出合成 氣體流大致夾帶在該氣化爐之反應區域中所產生的所有粒 狀後煙灰,該熱粗排出合成氣體流被導入位在該氣化爐之 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -6- 經濟部智薦財產局員工消費合作社印製 500621 — A7 為 * ----*----- —__— 五、發明說明(4 ) 反應區域下方的-冷卻區域或室中,由大量合成氣體以氣 泡上升通過存在其中之冷卻水所造成該冷卻區域的渴流狀 態有助於洗滌或移除該合成氣體中之煙灰,該冷卻室產生 與水混合的大量煙灰。 ^ 在某些氣化製程中,在油進料中需要有形態為蒸氣、 ^ 水或其他材料如二氧化碳的緩和劑,當使用蒸氣時,通常 所需要的氧氣較少並且可達到較高的冷氣體效率。 當在该氣化爐中使用水做為該緩和劑時,在該部份氧 化氣化反應時所形成之煙灰及水可以被回收到該氣化爐 中,因此減少或消除煙灰濾餅排除或一碳萃取單元之必 性。 藉由將煙灰與水回收到該油進料中而使本發明具有蒸 氣與水緩和劑的優點,本發明提供一新的方法藉由將該煙 灰濾餅回收到該氣化爐做為一反應物來使用該煙灰濾餅。 本發明提供用以回收在一碳氫化合物燃料及氧氣之部 份氧化反應時所產生之元素碳或煙灰的一方法,具有含碳 煙灰之粗煤氣或合成氣體之一廢氣流在該部份氧化反應時 產生’該廢氣流以水加以洗滌以產生一無煙灰合成氣體流 及一受煙灰污染的水流。該煙灰通常藉由過濾或其他等效 的裝置與水分離以形成一濾餅,大多數或所有濾餅被回收 到氣化爐以做為一反應物。 圖式簡要說明 第1圖是本發明之方法的一示意圖。 依據本發明,含有少量夾帶碳煙灰及少量夾帶礦物灰 的該粗合成氣體排出流被水洗滌,因此產生了一清潔的合 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) — — — — — — — * 1 I I l· 1 I I β |垂|1 藤 1|1„ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -7- 500621 A7 B7 五、發明説明(5 ) 成氣體流與含有碳煙灰及礦物灰的一洗滌水流。 該洗滌水流被過濾以移除大部份呈一濾餅形態的碳煙 灰,該濾餅通常包含大約50到85%重量的水,大約15到50% 重量的碳煙灰,及大約2到20%的破物灰。 大多數或全部的濾餅與在一高壓下進入該氣化爐之油 進料之一滑流接觸,大致所省來自該濾餅的水被蒸發以形 • - ' . ; 成蒸氣並且通過該氣化爐的燃燒室,其中它做為一溫度緩 和劑。該碳煙灰及礦物灰變成該油滑流的一部份以形成一 油/煙灰/灰混合物,該油/煙灰/灰混合物接著與被導 入讓氣化爐之反應區域中的主要油進料結合。 本發明可使諼碳煙灰完全在該氣化爐中被槪燒並且使 整個製程的效率增加,它也減少或免除了濾餅之固體廢料 的處理,因此免除了或實質地減少了相關的環境事項及操 作成本。 本發明之操作系統包括至少一活底料斗或等效裝置, - . 並且也可以包含並聯操作之兩個或兩偭以上的活底料斗, 及一共用倒出容器,循環泵,以及^熱交換器' 請參閱第1圖,經常是由一合成氣體洗滌水過濾而得 之一濕碳煙灰濾餅2進入在室溢狀態下的容納料斗1〇。 該濾餅2可以被分成濾餅部份4及6,濾餅部份4可以被 分散成體廢料(圖未示)以控制礦物灰在該系統中的堆 積’濾餅部份4通常包含最多到欲被處理之總濾餅的20重 渡餅部份6可以回到與活底料斗14一或多個並聯操作 • . / 尽紙浓人度通用中國國家標準(CNS) A4規格(2i〇x297公釐》 各 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ·裝· •訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^00621 ^00621 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(6 ) 活底料斗(圖未示)。 濕濾餅8離開容納料斗1〇並且經由開啟闕12在惰性氣 體,以氮氣為佳,中進入活底料斗14,活底料斗14之入口 被閥16、18、20與22所環繞,這些闊在濕濾餅8經由闕12 進入時係在關閉的狀態。 當該濕濾餅佔據活底料斗14之總體積的大約1〇%到大 • 約50%時,閥12關閉並且活底料斗14被加壓到高於該部份 氧化氣化爐之操作壓力大约l〇〇pSi到大約3〇〇psi。 閥22與16接著被開啟且油進料流36經由閥22進入活底 料斗14以形成一濕濾餅/油進料混合物於其中,當該油之 - 液面在該活底料斗14中上升時,氮氣經由閥w移動並且通 . 過包含一壓力控制閥(圖未示)的管線38 ,並且通過管線 42且進入排出容器44。 活底料斗14最後被該濕濾餅/油進料混合物完全充 滿’該濕濾餅/油進料混合物接著經由閥16離開且類似地 Φ 流經管線38與42並且進入該排出容器44。 ' 在管線38中之控制閥下游的壓力可加以調整以使水的 一部份蒸發,使得它將仍保持在蒸氣相直到它進入該氣化 爐之反應£域中以做為一溫度緩和劑為止。依該氣化爐之 需求而定’該水蒸氣之全部或一部份加上伴隨的油蒸氣可 以通過到該氣化爐。 該油與水蒸氣混合物經由管線46與50離開該排出容器 44,並且進入該氣化爐之反應區域(圖未示),該油蒸氣 在該部份氧化反應_被消耗掉,並且該蒸氣有助於緩和該 本紙張尺度適用宁國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) — .^tr------^ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -9-
500621 五、發明說明(7 ) 反應溫度。 較濃之濕濾餅/油進料混合物累積在排出容器44中直 到到達操作值為止,其發生在當排出容器44的容積充滿大 約30%到50%時。 一旦在排出容器44中到達預定的操作值之後,活底料 斗閥18開啟,該較濃之濕濾餅/油進料混合物通過管線 52 ’泵54,及管線56進入熱交換器%,在該熱交換器中, 熱被送到成為流60離開之較濃的濕濾餅/油進料混合物, 該* 60接著被分成流與64 ,流64流經閥18進入活底料斗 14,流62進入另一個平行的活底料斗(圖未示)。 在活底料斗14内,該較濃之濕濾餅/油進料6〇與經由 閥22進入之忒油進料流36混合,油進料與該較濃之濕濾餅 /油進料組合混合物經由閥16,及在管線3§中之壓力控制 閥(圖未不)離開活底料斗14之頂部。閃燃通過該壓力控 φ】閥而^生,以產生具有少量油之一水蒸氣流與隨後進入 排出容器44並且如前所述地在管線的與”中分離的一較乾 燥之濾餅/油進料混合物。 該較乾燥之濾餅/油進料流52由排出料斗料到活底料 斗14之循環將持續直到少量的額外水蒸氣在管線奸中產生 亚且產生一大致乾燥濾餅/油進料為止,例如,水含量通 常少於大約〇·5重量%。 然後該循環泵54與熱交換器58停止作動,活底料斗閥 W、18、與22關閉,並且活底料斗2〇開啟。該油進料及濾 餅之大致乾燥的混合物,更精確地說是一油進料/顆粒碳 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _
il訂---------線I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 40- 500621 經请都智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(8 ) 混合物,經由管線66與70離開活底料斗14並且進入儲存筒 26 ° 油進料24進入該油進料儲存筒26之一側,該油進料之 壓力係由大約300psig變化到大約2600psig,以由大約 600psig變化到大約I600psig為佳,該油進料之溫度係由大 約400°F變化到大約700°F,以由大約450T變化到大約650 °F為佳。 大部份的油進料24流過一内擋板27到筒26的另一側, 留在筒之左方入口側中的部份油流經管線28、泵30、及管 線32並且接著被分入管線34與36,管線36提供該油進料流 到活底料斗14,並且管線34提供該油進料到另外的活底料 斗(圖未示)。在管線36中的一液位控制闊(圖未示)調 節供應到活底料斗14之油進料流。 經由管線70進入筒26之右側之油進料與夾帶固體的無 水混合物經由管線72離開,通過泵74、及管線76並且接著 進入該氣化爐(圖未示)之反應區域。 流40、48、62與68與均與以並聯方式操作之另外的活 底料斗連接,流40係近似於流38並且做為供高壓氮氣及離 開在該系統中之一並聯活底料斗(圖未示)之一濕濾餅/ 油進料混合物用的一導管。流48近似於流46並且做為供在 該系統中之一並聯排出筒(圖未示)用的一油^/水蒸氣排 出管線。流62近似於流64並且做為供進入在該系統中之一 並聯活底料斗(圖未示)用之一未閃燃濕濾餅/油進料流。 流68近似於流66並且做為供離開在該系統中之一並聯活底 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 11 I---^---—r---^ —----1--•線 C請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) -11- 500621 A7 B7 五、發明説明(9 料斗(圖未示)之油進料與夾帶固體之大致無水混合物用 的導管。 如以上所述,在該濕遽餅被裝入之後且在該熱油進料 流被導入之前,該等活底料斗以氮氣加壓,如此做了之後 可防止水之大量蒸發及因此油之明顯冷卻。該油之明顯冷 卻會導致阻塞的問題,因為該油之黏度隨著溫度減少而增 加0 對一預定油進料組成物而言,濾餅排出流4相對總濾 餅流2之尺寸的尺寸決定了在該系統中礦物灰之平衡濃 度,大量排出流4有利於低金屬濃度,而一小量排出流4有 利於高金屬濃度。 在後者之情形中,該濾餅之金屬含量可以高到足以將該排 出流送到一金屬再回收設備而不是到一固體廢料處理設備 中。如果100%的濾餅被回收到該等活底料斗中,不會產 生金屬排出物,在這種情形中,需要週期地,例如,一年 一度地對該氣化爐進行受控制氧化除渣工作以真空抽出剩 餘進料。 、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中 (210X297公釐 -12- 500621 A7 B7 五、發明説明(10 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元件標號對照 2…· .濾餅 48·. …流 4 · · · · .濾餅部份 50·. ...管線 6…. .濾餅部份 52.. ...管線 8 濕濾餅 54.. …泵 10... .容納料斗 56.. ...管線 12... .開啟闊 58·· 熱交換器 14.·· .活底料斗 60·. ,..濕濾餅/油進料 16··· •閥 62.. .·.流 18... 屬 64.. ,· ·流 20... .閥 66.. ...管線 22... •闊 68., ,· ·流 26... .儲存筒 70·· 管線 27... .内擋板 72., 管線 28... •管線 - 74., …泵 30... •泵 76·, ...管線 32... .管線 34... .管線 36··· .油進料流 38... •管線 40... •流 42... •管線 44… .排出容器 46··· •管線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 43-
Claims (1)
- 500621 "IC 斗月 Ο Α8 Β8 C8 D8專利範 ^88119847號發明專利申請案申請專利範圍修正本 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 修正曰期:90年8月 1· 一種用於回收及再使用未反應碳煙灰以產生一合成氣體 與被夾帶碳煙灰之排出流的方法,該未反應碳煙灰係由 碳氫化合物燃料及氧氣在部份氧化反應器之部份氧化反 應所產生,該方法包含: a) 以水洗滌該排出流以便由其中移除所夾帶的碳, 因此產生一無碳煙灰合成氣體及一夾帶碳的水流; b) 過濾該夾帶碳的水流以產生一濕的碳煙灰濾餅; 〇)使該濕濾餅與油在一第一壓力下接觸以形成一碳 煙灰/油/水的初始混合物; d) 使該碳煙灰/油/水混合物暴露於低於該第一壓 力之一第二壓力下以蒸發且分離該碳煙灰/油/水混合 物之水含量的一部份並且因此形成一較濃碳煙灰/油/ 水混合物; e) 回收該濃縮碳煙灰/油/水混合物到步驟(c)與(d) 直到一大致無水碳煙灰/油/水混合物產生為止;以及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 f) 使該大致無水碳煙灰/油/水混合物通過一部份 氧化氣化反應以做為一反應物。 2·如申請專利範圍第1項之方法,其中所有或一部份的水 蒸氣被用來做為在該部份氧化氣化反應中之一溫度緩和 劑。 3·如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一壓力係高於 該部份氧化氣化反應之操作壓力係為l〇〇pSi到3〇〇psh 本紙悵尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) JUUOZI A8 B8 C8 D8 油 該 申請專利範圍 4·如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二壓力係足以 保持該水蒸氣於-蒸氣相中直到它進入該氣化爐之反應 區域中為止。 5 ·如申清專利勒^圍第1 夕古44. 固弟1項之方法,其中步驟(C)係在一活底 料斗中進行。 6.如申請補範圍第5項之料,其中該錢餅與該油之 初始接觸係發生在該濕渡餅佔據該活底料斗之總容積的 10%到 50%時。 7·如^請專利範圍第β之方法,其中在步驟⑷中之該水 洛氣之分離係在一排出容器中進行。 8.如申請專利範圍第7項之方法,其中該較濃破煙灰/ /水混合物係在該容器的容積被充滿3〇%到5〇%時由 排出容器被回收。 9·如申請專利範圍第旧之方法,其中該大致無水碳煙灰 /油/水混合物包含少於〇·5重量%的水。 -----ί J---^------訂----- (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15-
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