气化系统中烟灰的去除的制作方法

文档序号:5015245阅读:317来源:国知局
专利名称:气化系统中烟灰的去除的制作方法
技术领域
本发明涉及对烃原料部分氧化生产包含H2、CO和其它气态物质的合成气或合成气混合物过程的改进。特别地,所述改进涉及回收未反应的碳,调节用于生产所述气态物质的反应器的温度,其中将与循环炭黑烟灰的分散相混合的烃进料引入气化系统特别是进油气化系统中。
背景技术
由烃原料生产合成气需要向合成气反应器(也称为合成气发生器或气化器)中加氧。该过程需要加入调节剂如CO2、水蒸汽或水以使反应器温度保持在由操作的经济性和反应器构成耐火材料所确定的允许限度内。
与部分氧化气化法相关的问题是在粗合成气产品中存在未反应或未转化的碳,多数为烟灰形式。可用几种技术除去所述烟灰,最常用的是在涤气器中用水洗涤合成气产品,其中夹带的碳转移至洗涤水中,产生洗涤后的无烟合成气。
所述含烟灰的水可进一步用石脑油处理从水相中萃取所述碳。然后用重油从石脑油中萃取烟灰。所述重油将包含基本上所有夹带碳,可作为所述部分氧化反应器的原料,从而利用碳的能量值。可用苯代替石脑油作为碳的萃取剂。用苯从水中分离出碳之后,汽提出苯,而回收再利用。
用于除去未反应或未转化碳的另一技术是过滤所述洗涤水,回收所述碳滤饼进一步处理。
美国专利US3979188(McCallister)公开了一种方法,将来自反应器气态流出物涤气步骤的水-碳浆液浓缩至约5-7%碳,使所述浓缩浆液与燃油混合,使所述碳/油/水混合物在不汽化的情况下返回部分氧化反应器作为常用高压过热蒸汽调节剂的替代物。
美国专利US4699631(Marion)也公开了一种方法,将烟灰的水分散相浓缩产生含约0.55-4.0%(重)炭黑烟灰的可泵送烟-水分散相,将所述烟-水分散相循环至部分氧化气化器的气体进料中。
美国专利UK1321069(Shell International Research)公开用烃油作为助剂使烟灰颗粒附聚而除去炭黑烟灰。还公开了使烟灰颗粒憎水和亲油的助剂物质的用途。形成附聚颗粒后,滤筛除去附聚颗粒,干燥除去残留的水,最后循环回气化器作为反应物。
美国专利US4289647(Tippmer)公开了从气化反应的流出气中回收碳的方法。用水使所述气体骤冷分离出未燃烧的碳和灰,用所述流出气的热产生水蒸汽。然后滗析所述洗水分成清水、含碳水和灰浆。用所述含碳水产生蒸汽控制所述气化反应中灰油的转化。
部分氧化气化器通常在高转化率下操作使烟灰的形成最少。不希望生成很多烟灰,因为烟灰悬浮液不稳定且本体粘度增加。生成的烟灰多意味着冷气效率低,除非回收烟灰的热值。
可用于洗涤烟灰的水量限于通过热平衡确定的在所述部分氧化气化器中作为调节剂所需要的量。产生的烟灰量由碳/氧之比决定。因此不能改变水量以防止烟灰过度积累。本发明的目的是使水和烟灰物流分离从而可改变用于洗涤烟灰的骤冷水量。
本发明的另一目的是在烟/水或烟/油混合物中保持低粘度。理想地,在使烟/水或烟/油混合物保持低粘度的同时以较低的合成气转化率运行所述气化器。
在所述部分氧化气化法中,所述粗工艺气流在约1700至约3500°F、典型地约2000至约2800°F范围内的温度下,在约200至约2500psia、典型地约700至约1500psia的压力下,离开所述气化器的反应区。颗粒碳的存在量基于原进料中碳量在0至约20%(重)的范围内。
美国专利US4021366(Robin等)公开了使颗粒碳在骤冷水中的浓度保持在0至2%(重)的范围内是理想的,优选低于1.5%(重)。
离开部分氧化气化器的反应区的热粗流出合成气流载有所述气化器反应区中产生的基本上所有颗粒炭黑烟灰。将所述热粗流出合成气流引入位于所述气化器的反应区下游的骤冷区或室内。大量合成气鼓泡通过骤冷区中存在的骤冷水所引起的湍流状态有助于从合成气中洗涤出大部分烟灰。骤冷室产生大量与水混合的烟灰。可将骤冷水循环至骤冷区的骤冷环线使此烟灰浓缩。
发明概述部分氧化气化器中产生的粗合成气还包括炭黑烟灰,通过用水洗涤从合成气中除去并回收。所述洗涤水包含一或多种高温表面活性剂,可使所述气化器的水洗骤冷区中烟灰浓度更高。利用洗涤油使炭黑烟灰与洗涤水分离。借助一或多种使烟灰颗粒憎水亲油的表面活性剂促进炭黑烟灰与洗涤水的分离。回收的炭黑烟灰最终循环至气化器以在部分氧化反应期间回收碳的能量值。通过在循环所述烟灰之前从烟灰混合物中除去所有或大部分水,可提高所述气化过程的总能效。使烟灰与水分离可根据气化器内反应条件独立地调节烟灰和水循环物流。
附图简述

图1为本发明方法的示意图。
发明详述根据本发明,添加一或多种表面活性剂如木素磺酸铵或其它等效表面活性剂,使烟灰能在水中以稳定悬浮液形式浓缩。所述表面活性剂还通过降低总本体粘度改善混合物的可泵性。在水洗涤器的骤冷区可获得更高的烟灰浓度,约3%(重)或更高。
从合成气洗涤操作中回收的烟/水混合物与涤气油混合,加热,送至高压分离器。使水挥发,烟灰在高压分离器中与所述油形成悬浮液。所述烟-油混合物从分离器中排出,返回气化器作为燃料源。挥发的水(也含有少量轻油)离开高压分离器,返回气化器作为温度调节剂。
在气化器中用水作为调节剂时,部分氧化气化反应期间生成的烟灰和水可循环回所述气化器。从而不需要使烟灰滤饼泄料或不需碳萃取装置使烟灰循环回气化器,或使此需要最小。
本发明通过将烟灰和水循环至气化器的油时料流中,然后在高压下使水挥发并除去水,而结合了水蒸汽和水调节剂的优点。
参见图1,在气化器2的顶部反应区(未示出)中产生含少量夹带炭黑烟灰和极少量夹带矿物灰的粗热合成气。所述热合成气通入气化器2底部的骤冷区(未示出)。在此与骤冷水流4和含有一或多种高温表面活性剂的水基溶液6接触。粗合成气的温度显著下降,从所述合成气中除去基本上所有炭黑烟灰和矿物灰。冷却净化的合成气8离开所述骤冷区通过所述系统之外的设备进一步处理。
所述骤冷水流4包含约0.1至约1.5%(重)的烟灰。它是在冷却净化合成气8下游的合成气洗涤装置中产生的。
所述水基溶液6包含一或多种高温表面活性剂如木素磺酸铵或在约300至约600°F的温度下热稳定的等效表面活性剂。这种表面活性剂为本领域公知,例如有机磷酸盐、磺酸盐和胺表面活性剂。用所述表面活性剂在骤冷室底部建立稳定的烟灰水悬浮液,其中烟灰浓度在约3.0至约15.0%(重)的范围内。所述表面活性剂还降低液体的总粘度。在所述骤冷室底部活性表面活性剂的浓度在约0.01至约0.30%(重)的范围内。
浓缩的烟-水液流10离开气化器骤冷区。一小股泄料流12从液流10中分出,而离开所述系统。液流12的用途是从系统中清除矿物灰如盐和悬浮的重金属。液流12可送入金属回收操作(未示出)或按适用的环境规定送入适合的废物处理系统。泄料流12的质量流量为烟-水液流10的约0.005至约0.050。
剩余的烟-水液流14流过泵16,使其压力升至足以进入高压闪蒸分离器44。
离开泵16的加压烟-水18可添增可选的泄料水流20,水流20由所述系统以外、通常由下游合成气洗涤装置(未示出)提供。泄料水流20通常含有高浓度的氨和甲酸盐,它们在高压闪蒸分离器44中优选闪蒸。氨和甲酸盐进入气化器2的反应区,在剧烈操作条件下分解。泄料水流20与加压烟-水液流18合并形成高压烟-水/泄料流22,所述合成气洗涤装置不需要废水汽提塔。
然后使合并的高压物流22与油-烟循环物流24接触形成烟-油/水物流26,进入高剪切动力混合器36,在其中与来自系统外的油涤气器进料28和用于使烟灰颗粒憎水亲油的一或多种表面活性剂的油基溶液32紧密混合。
油涤气器进料28可以是任何常用燃料油,但优选约30-50API比重(API Gravity)范围内的中间馏分。调节油涤气器进料28的流量使高压闪蒸分离器44底部烟灰浓度保持在约5.0至约50.0%(重)的范围内。
油基溶液32中使用第二表面活性剂的目的是使烟灰颗粒憎水亲油。这些表面活性剂为本领域公知,包括羧酸盐、磷酸盐、磺酸盐、硫酸盐、醇、二元醇、胺和有机氧化物,优选亚烷基二醇的聚合物、烷基醚胺、氧亚烷基胺、和氧亚丙基二胺。表面活性剂的浓度在离开动力混合器36的总烟/油/水混合物38的约0.01至约0.30%(重)的范围内改变。
表面活性剂处理过的紧密混合的烟/油/水流38进入换热器40,以加热的烟/油/水液42形式在其进入高压闪蒸分离器44时要求的闪蒸分离所需条件下离开换热器40。所述高压闪蒸分离器44典型地在比气化器2的操作压力高约100至约200psi的压力下操作,气化器2在约200至约2500psia、优选约700至约1500psia的压力下操作。高压闪蒸分离器44的操作温度为约450至约650°F。
水蒸汽流46离开高压闪蒸分离器44,含有少量夹带的汽化油,约0.1至约5.0%(重)。蒸汽流46用作调节剂调节部分氧化气化器2中的温度。但不需用作温度调节剂的蒸汽流46的一部分48可分出,引入废热和轻油回收装置50。
要用作调节剂的剩余蒸汽流52经过换热器54,使之过热至高于饱和状态约50至约150°F的温度,以过热蒸气流56离开,进入气化器2,在其中作为温度调节剂。过热蒸汽改善了作为烃燃料66进入气化器2的入口的进料喷嘴(未示出)的总性能。
离开高压闪蒸分离器44的浓缩烟-油混合物58基本上无水,通过泵60,使其压力升至比气化器2的操作压力高约100-200psi。加压的浓缩烟-油混合物62离开泵60,分成液流24和64。调节液流24的流量使液流38中水/油之重量比保持在约0.3∶1至3∶0的范围内。通过高压闪蒸分离器44的液位控制液流64的流量,使之基本上等于涤气器油进料流28的流量。
加压的浓缩烟-油混合物64进入部分氧化气化器2,补充烃燃料66作为反应物。液流64与液流66之重量比一般为约0.05∶1至约0.30∶1的范围内。
浓缩烟-油混合物的剩余部分24与高压烟-水泄料流22接触混合。
权利要求
1.一种与烃原料的部分氧化气化反应过程中产生的粗合成气相伴的炭黑烟灰的回收和再利用方法,包括a)通过在第一表面活性剂存在下用水洗涤从所述粗合成气中除去所述炭黑烟灰形成浓缩的碳烟灰/水混合物;b)在第二表面活性剂存在下使所述碳黑烟灰/水混合物与涤气油接触形成碳黑烟灰/油/水的紧密混合物;c)将所述烟灰/油/水混合物分离成碳黑烟灰/油混合物和无炭黑烟灰水;和d)使所述碳黑烟灰/油混合物循环回所述部分氧化气化反应。
2.权利要求1的方法,其中使所述无炭黑烟灰水的至少一部分汽化并循环回所述部分氧化气化反应作为温度调节剂。
3.权利要求1的方法,其中所述第一表面活性剂选自有机磷酸盐、磺酸盐和胺。
4.权利要求3的方法,其中所述表面活性剂为木素磺酸铵。
5.权利要求1的方法,其中所述浓缩的烟灰/水混合物含有约3.0至15.0重量%的炭黑烟灰。
6.权利要求1的方法,其中所述涤气油为约30-50 API比重范围的中间馏分。
7.权利要求1的方法,其中所述碳黑烟灰/油/水混合物在高压闪蒸分离操作中被分离为碳黑烟灰/油混合物和无碳黑烟灰的水。
8.权利要求6的方法,其中离开所述高压闪蒸分离操作的炭黑烟灰/油混合物中烟灰的浓度在大约5.0至50.0重量%的范围内变化。
9.权利要求1的方法,其中所述高压闪蒸分离操作期间的压力比所述部分氧化气化反应的压力高大约100至大约200psig。
10.权利要求1的方法,其中所述第二表面活性剂使所述炭黑烟灰颗粒憎水亲油。
全文摘要
在部分氧化气化器(2)中产生的粗合成气还包括炭黑烟灰,通过用水洗涤从所述合成气中除去并回收所述炭黑烟灰。所述洗涤水(4)包含一或多种高温表面活性剂(6),可使气化器(2)的水洗骤冷区中炭黑烟灰浓度更高。利用使炭黑烟灰颗粒憎水亲油的一或多种表面活性剂(6)增强炭黑烟灰与洗涤水(10)的分离。回收的炭黑烟灰最终循环回气化器(2)在部分氧化反应期间回收碳的能量值。通过在循环所述炭黑烟灰之前从炭黑烟灰混合物中除去所有或大部分水可提高该气化过程的总能效。使炭黑烟灰与水分离可根据气化器(2)中的反应状态独立地调节炭黑烟灰和水循环流。
文档编号B01D47/06GK1326496SQ99813362
公开日2001年12月12日 申请日期1999年11月12日 优先权日1998年11月16日
发明者F·C·詹克 申请人:德士古发展公司
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