专利名称：炭黑滤饼处理方法
技术领域：
本发明涉及对利用烃类原料的部分氧化反应来生产包含H2、CO和其它气态物质的合成气或合成气混合物的方法的改进。特别是，该改进涉及未反应碳的回收以及用于生产合成气的其中与循环炭黑分散体混合的烃类原料被引入气化系统、特别是供给油的气化系统的气化反应器温度的调节。
用烃类原料生产合成气需要向合成气反应器中添加氧，合成气反应器也叫合成气发生器或气化器。该方法也需要加入诸如CO2、蒸汽或水之类的调节剂以将反应器温度保持在运行的经济性所允许的限度内以及反应器耐火材料结构所允许的限度内。
与部分氧化气化方法相关联的问题是在粗合成气产物中存在着未反应或未转化的主要是以炭黑形式存在的碳。一些技术可被用来除去这些炭黑，最常用的是在洗涤塔中用水洗涤合成气产物，在洗涤塔中，所夹带的碳被转移到洗涤水中，从而制得洗涤过的不带炭黑的合成气。
可通过利用石脑油将碳从水相中萃取出来对含炭黑的水进一步处理。然后炭黑可以用重油从石脑油中萃取出来。这样所述重油将含有基本上所有被夹带的碳，并可被用作部分氧化反应器的原料，这样就利用了这些碳的能量。苯也可被用来代替石脑油作为碳的萃取剂。用苯将碳从水中分离出来以后，苯被汽提掉并被回收以再利用。
用来除去未反应或未转化的碳的另一项技术是过滤上述洗涤水并回收碳滤饼用于进一步处理。
授予McCallister的美国专利No.3,979,188公开了一种方法，其将从反应器气态排出物洗涤方法中得到的水—碳淤浆浓缩至含碳量大约为5到7％，并将浓缩后的淤浆与燃料油混合后，将该碳/油/水混合物不经汽化作用送回到部分氧化反应器以替代普遍使用的高压过热蒸汽调节剂。
授予Marion的美国专利No.4,699,631也公开了一种方法，其浓缩炭黑的水分散体以制得可泵送的约0.55至4.0重量％烟灰的炭黑—水分散体，并将该炭黑—水分散体再循环至部分氧化气化器的气体进料侧。
授予壳牌国际研究所(Shell International Research)的英国专利No.1,321,069公开了通过借助烃油作助剂来附聚烟灰粒以除去炭黑的方法。其还公开了一种能够使烟灰粒变得疏水或亲油的辅助物质的应用。该附聚粉末一旦成型，可利用筛子使用物理方法除去，并被干燥以除去残余水份，最后作为反应物被再循环回到气化器。
授予Tippmer的美国专利No.4,289,647公开了一种从气化反应排出气体中回收碳的方法。用水使该气体骤冷以分离未燃烧的碳和灰分，排出气体的热量被用来产生蒸汽。然后，该洗涤水被滗析以分离成清水、含碳水和灰泥。含碳水被用来产生蒸汽以控制在气化反应中灰油(ash oil)的转化。
部分氧化气化器通常以高转化率运行以使炭黑的生成量减到最小。由于炭黑悬浮液的不稳定以及体积粘度的增加，人们不希望炭黑形成率很高。除非炭黑的热值被回收了，否则越高的炭黑形成率意味着越低的冷气体效率(cold gas efficiency)。
可被用来洗涤炭黑的水量被限制在由热平衡决定的在部分氧化气化器里作为调节剂发挥作用的水量。炭黑生成量由碳氧的比例设定。因此不能为防止炭黑过度堆积而改变水量。本发明的一个目的是分离上述水和炭黑物流以允许用于洗涤炭黑的骤冷水量变化。通过将骤冷水再循环到骤冷区的骤冷环，该炭黑可被浓缩。
理论上，当炭黑/水混合物保持低粘度时，气化器可以以较低的合成气转化率运行。
在部分氧化气化方法中，粗方法气体以范围为大约1700°F至3500°F，典型地从大约2000°F至2800°F的温度，大约200磅/平方英寸至2500磅/平方英寸，典型地大约700磅/平方英寸至1500磅/平方英寸的压力从气化器的反应区排出。根据原料中碳的量，碳粒所存在的范围为0至约20％重量。
授予Robin等人的美国专利No.4,021,366指出应将骤冷水中碳粒的浓度保持在0到202％重量的范围内，最好低于1.5％重量。
离开部分氧化气化器反应区的热粗合成气排出物流携带着在气化器反应区中产生的基本上所有炭黑颗粒。热粗合成气排出物流被引入一位于该气化器反应区下方的骤冷区或室。通过大体积量的合成气鼓泡穿过存在于其中的骤冷水而引起的该骤冷区的湍流条件有助于将合成气中大部分炭黑洗涤去或除去。骤冷室产生大量与水混合的炭黑。
在一些气化反应方法中，油进料需要使用蒸汽、水或其它诸如二氧化碳之类材料等形式的调节剂。当使用蒸汽时，一般所需氧量较少，并可具有更高的冷气体效率。
当在气化器中用水作调节剂时，在部分氧化气化反应方法中形成的炭黑和水可被再循环至该气化器，因此最大限度地降低或完全消除对排出炭黑滤饼的需要或对碳萃取单元的需要。
本发明通过将炭黑和水再循环至油进料从而综合了水蒸汽调节剂和水调节剂的优点。然后通过在高压下汽化将水除去。
对由过滤骤冷水而得到的滤饼进行简单处理会造成许多环境难题。本发明提供一个通过将炭黑滤饼作为反应物再循环至气化器来利用炭黑滤饼的新方法。
本发明提供一种回收在烃类燃料与氧的部分氧化反应方法中产生的单质碳或炭黑的方法。在部分氧化反应方法中产生一粗合成气或夹带着炭黑的合成气的排出流。该排出流用水洗涤以生成一无炭黑合成气流和一被炭黑污染了的水流。通常通过过滤或其它等效手段将炭黑从水中除去以形成滤饼。这些滤饼大部分或者全部被作为反应物再循环至气化器。
图1是本发明方法的流程示意图。
根据本发明，包含少量夹带炭黑和少量夹带灰分的粗合成气排出流用水来洗涤。从而生成一清洁的合成气流和一包含炭黑和灰分的洗涤水流。
洗涤水流通过过滤除去以滤饼形式存在的炭黑的主要部分。典型地，该滤饼包含大约50至85重量％水、大约15至50重量％炭黑及大约2到20重量％灰分。
这些湿滤饼的大部分或全部与供应给气化器的进油的滑流在升压下相接触。基本上所有的水都从滤饼中汽化以形成蒸汽，并被通向该气化器的燃烧区，并在燃烧区中作为温度调节剂。炭黑和灰分变成油滑流的一部分以形成一油/炭黑/灰分混合物，然后该混合物与引入该气化器反应区中的主要给油相结合。
本发明可使上述炭黑在气化器中被完全烧掉，从而使整个方法的效率被提高了。并且最大限度地降低或完全消除对滤饼的固体废物处理的需要，因此消除或充分减少了有关的环境问题和运行成本。
本发明的操作系统包括至少一个活底料斗或等效设备，也可包含两个或多个并行工作的活底料斗、一公用分离器、循环泵和热交换器。
参照附图1，通常通过过滤合成气洗涤水得到的湿炭黑滤饼2在环境条件下进入受料仓10。
该滤饼2可以被分成滤饼部分4和6。滤饼部分4可以被引向固体废物处理系统(未示出)以控制系统中灰分的堆积。通常，滤饼部分4占被处理的总滤饼量的比例可高达大约20重量％。
滤饼部分6可被送至与活底料斗14并行工作的一个或多个活底料斗(未示出)。
湿滤饼8离开受料仓10，通过打开的阀12在优选为氮气的惰性气氛下进入活底料斗14。活底料斗14的入口被阀16、18、20、22环绕着，这些阀在湿滤饼8通过阀12进入的方法中处于关闭位置。
当湿滤饼占活底料斗14的总容积约10％到约50％时，阀12关闭，活底料斗14被加压到高于部分氧化气化器操作压力约100磅/平方英寸至300磅/平方英寸。
然后阀22和16打开，给油流36通过阀22进入活底料斗14以在其中形成一湿滤饼/给油混合物。当在活底料斗14中的油的水位上升时，氮气通过阀16、包含一压力控制阀(未示出)的管线38被排出，并流经管线42、进入分离器44。
活底料斗14最终完全被湿滤饼/给油混合物充满，接着湿滤饼/给油混合物通过阀16排出，并类似地经过管线38和42流入分离器44。
管线38的控制阀下游的压力被调节以使一部分水汽化，以便直到它被用作温度调节剂进入气化器的反应区为止始终保持在汽相。根据气化器的要求，所有或一部分这些水蒸汽加上伴随的油蒸汽可被通向气化器。
该油和水的蒸汽混合物离开分离器44，流经管线46和50，进入该气化器(未示出)的反应区。油蒸汽在部分氧化反应中被消耗，水蒸汽有助于调节反应温度。
更加浓缩的湿滤饼/给油混合物在分离器44中堆积，直到达到了运行水位为止。按容积计算，运行水位处在分离器44总体积的约30％至约50％。
一旦在分离器44中达到指定的运行水位，活底料斗阀18打开。更浓缩的湿滤饼/给油混合物流经管线52、泵54和管线56进入热交换器58，在热交换器58中热量被供给至作为流60流出并接着被分成流62和64的更浓缩的湿滤饼/给油混合物。流64经过阀18流入活底料斗14。流62进入另一个并行的活底料斗(未示出)。
在活底料斗14内，更浓缩的湿滤饼/给油60与通过阀22进入的给油流36混合。给油和更浓缩的湿滤饼/给油的合并混合物从活底料斗14的顶部排出，并经过阀16、管线38上的压力控制阀(未示出)。经过压力控制阀时发生闪蒸以产生一含小量油的水蒸汽流和一较干的滤饼/给油混合物，它们如前所述进入分离器44并被分成管线46和52。
较干的滤饼/给油流52从分离器44至活底料斗14的循环方法不断进行，直到在管线46中几乎没有额外水蒸汽产生并且得到了基本上干的滤饼/给油时为止。例如，典型地，含水量小于约0.5重量％。
然后，循环泵54和热交换器58停止工作。活底料斗阀16、18和22关闭，活底料斗阀20打开。基本上干的给油和滤饼的混合物，更确切地说是给油/碳粒混合物，排出活底料斗14，经过管线66和70，进入给油储罐26。
给油24进入给油储罐26的一侧。给油的压力从大约300磅/平方英寸到2600磅/平方英寸，优选从大约600磅/平方英寸到1600磅/平方英寸变化。给油的温度从大约400°F到700°F变化，优选从大约450°F到650°F变化。
给油24的大部分流过内部挡板27进入罐26的另一侧。留在鼓26左边入口侧的部分油流经管线28、泵30、管线32，然后被分成管线34和36。管线36向活底料斗14提供给油流，管线34向其他活底料斗(未示出)提供给油流。管线36上的水位控制阀(未示出)调节向活底料斗14供给的给油流。
给油及其夹带的固体的无水混合物通过管线70进入罐26右侧，并通过管线72排出，流经泵74、管线76，然后进入气化器(未示出)的反应区。
物流40、48、62和68与最好是并行工作的其他活底料斗相连。物流40与物流38相似，用作高压氮气及湿滤饼/给油混合物流出系统内一并行的活底料斗(未示出)的管道。料流48与料流46相似，用作系统内一并行分离罐(未示出)的油和水蒸汽输出管线。料流62与料流64相似，用作系统内一未闪蒸湿滤饼/给油流进入并行活底料斗(未示出)的管线。料流68与料流66相似，用作系统内给油及其夹带固体的基本上不含水混合物离开并行活底料斗(未示出)的管线。
就像已经说明的那样，在湿滤饼被加载后与在热油供给流引入之前，这些活底料斗用氮气加压。这样做是为了避免水的显著汽化及因此而引起的油的显著冷却。由于油的粘度随着温度的降低而增大，因此油的显著冷却将引起堵塞问题。
对于一给定的给油组合物，滤饼排料流4的尺寸相对于总滤饼料流2的尺寸决定了系统内灰分的平衡浓度。排出物流4数量大会导致低的金属浓度，而排出物流4数量少会导致高的金属浓度。
在后一种情况下，滤饼的金属含量可以足够高，从而将该排出物流送到金属回收设备而不是送到固体废料处理设备。如果100％滤饼被再循环到活底料斗，则不会有金属排料。在这个方案下，需要定期地，例如一年一次地，进行气化器的受控氧化除渣以处理减压残渣进料。
权利要求
1.用于回收和再利用通过烃类燃料与氧在部分氧化反应器中进行的生成合成气及夹带炭黑的排出流的部分氧化反应所产生的未反应炭黑的方法，其中包括a)用水洗涤所述排出流以从中除去所夹带的碳，由此产生不含炭黑的合成气和含有水与被夹带碳的物流；b)过滤所述含水与被夹带碳的物流以生成一炭黑湿滤饼；c)所述湿滤饼在第一压力下与油接触以形成一炭黑/油/水初始混合物；d)将所述炭黑/油/水混合物暴露于第二压力下，然后降低所述第一压力，以汽化和分离所述炭黑/油/水混合物中的一部分水份并由此形成更浓缩的炭黑/油/水混合物；e)将所述浓缩的炭黑/油/水混合物再循环至步骤(c)和(d)，直到得到一基本上无水的炭黑/油混合物为止；以及f)将所述基本上无水的炭黑/油混合物作为反应物送到一部分氧化气化反应中。
2.权利要求1的方法，其特征在于在所述部分氧化气化反应中，所述水蒸汽的全部或一部分被用作温度调节剂。
3.权利要求1的方法，其特征在于所述第一压力比所述部分氧化气化反应的操作压力高大约100磅/平方英寸至300磅/平方英寸。
4.权利要求1的方法，其特征在于所述第二压力足以使所述水蒸汽保持在汽相，直到其进入所述气化器的反应区为止。
5.权利要求1的方法，其特征在于步骤(c)在一活底料斗中进行。
6.权利要求5的方法，其特征在于所述湿滤饼与所述油的初始接触发生在湿滤饼占到所述活底料斗总容积的大约10％至50％的时候。
7.权利要求1的方法，其特征在于步骤(d)中的水蒸汽的分离过程在分离器中进行。
8.权利要求7的方法，其特征在于当所述分离器的容积的大约30％至50％被充满时，所述更浓缩的炭黑/油/水混合物从所述分离器被再循环。
9.权利要求1的方法，其特征在于所述基本上不含水的炭黑/油混合物包含少于大约0.5重量％水。
全文摘要
本发明提供用于回收在烃类燃料与氧的部分氧化反应方法中产生的单质碳或炭黑的方法。在该部分氧化反应中产生粗合成气或夹带着炭黑的合成气的排出流。滤饼(2)被送到受料仓(10),然后被送到活底料斗(14),在活底料斗中该湿滤饼被加压。从活底料斗(14)出来的湿滤饼/给油混合物通过管线(38)被送到分离器(44),从该分离器油和水蒸汽输出(50)到气化器。给油/碳粒混合物从活底料斗(14)中排出,并经过管线(66)和(70)被送到给油储罐(26),该给油储罐由给油(24)进料,并输出油和固体的无水混合物(76)到气化器反应区。
文档编号C10J3/52GK1326422SQ99813355
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·简克 申请人:德士古发展公司