專利名稱：炭黑濾餅處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對利用烴類原料的部分氧化反應(yīng)來生產(chǎn)包含H2、CO和其它氣態(tài)物質(zhì)的合成氣或合成氣混合物的方法的改進(jìn)。特別是，該改進(jìn)涉及未反應(yīng)碳的回收以及用于生產(chǎn)合成氣的其中與循環(huán)炭黑分散體混合的烴類原料被引入氣化系統(tǒng)、特別是供給油的氣化系統(tǒng)的氣化反應(yīng)器溫度的調(diào)節(jié)。
用烴類原料生產(chǎn)合成氣需要向合成氣反應(yīng)器中添加氧，合成氣反應(yīng)器也叫合成氣發(fā)生器或氣化器。該方法也需要加入諸如CO2、蒸汽或水之類的調(diào)節(jié)劑以將反應(yīng)器溫度保持在運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性所允許的限度內(nèi)以及反應(yīng)器耐火材料結(jié)構(gòu)所允許的限度內(nèi)。
與部分氧化氣化方法相關(guān)聯(lián)的問題是在粗合成氣產(chǎn)物中存在著未反應(yīng)或未轉(zhuǎn)化的主要是以炭黑形式存在的碳。一些技術(shù)可被用來除去這些炭黑，最常用的是在洗滌塔中用水洗滌合成氣產(chǎn)物，在洗滌塔中，所夾帶的碳被轉(zhuǎn)移到洗滌水中，從而制得洗滌過的不帶炭黑的合成氣。
可通過利用石腦油將碳從水相中萃取出來對含炭黑的水進(jìn)一步處理。然后炭黑可以用重油從石腦油中萃取出來。這樣所述重油將含有基本上所有被夾帶的碳，并可被用作部分氧化反應(yīng)器的原料，這樣就利用了這些碳的能量。苯也可被用來代替石腦油作為碳的萃取劑。用苯將碳從水中分離出來以后，苯被汽提掉并被回收以再利用。
用來除去未反應(yīng)或未轉(zhuǎn)化的碳的另一項(xiàng)技術(shù)是過濾上述洗滌水并回收碳濾餅用于進(jìn)一步處理。
授予McCallister的美國專利No.3,979,188公開了一種方法，其將從反應(yīng)器氣態(tài)排出物洗滌方法中得到的水—碳淤漿濃縮至含碳量大約為5到7％，并將濃縮后的淤漿與燃料油混合后，將該碳/油/水混合物不經(jīng)汽化作用送回到部分氧化反應(yīng)器以替代普遍使用的高壓過熱蒸汽調(diào)節(jié)劑。
授予Marion的美國專利No.4,699,631也公開了一種方法，其濃縮炭黑的水分散體以制得可泵送的約0.55至4.0重量％煙灰的炭黑—水分散體，并將該炭黑—水分散體再循環(huán)至部分氧化氣化器的氣體進(jìn)料側(cè)。
授予殼牌國際研究所(Shell International Research)的英國專利No.1,321,069公開了通過借助烴油作助劑來附聚煙灰粒以除去炭黑的方法。其還公開了一種能夠使煙灰粒變得疏水或親油的輔助物質(zhì)的應(yīng)用。該附聚粉末一旦成型，可利用篩子使用物理方法除去，并被干燥以除去殘余水份，最后作為反應(yīng)物被再循環(huán)回到氣化器。
授予Tippmer的美國專利No.4,289,647公開了一種從氣化反應(yīng)排出氣體中回收碳的方法。用水使該氣體驟冷以分離未燃燒的碳和灰分，排出氣體的熱量被用來產(chǎn)生蒸汽。然后，該洗滌水被潷析以分離成清水、含碳水和灰泥。含碳水被用來產(chǎn)生蒸汽以控制在氣化反應(yīng)中灰油(ash oil)的轉(zhuǎn)化。
部分氧化氣化器通常以高轉(zhuǎn)化率運(yùn)行以使炭黑的生成量減到最小。由于炭黑懸浮液的不穩(wěn)定以及體積粘度的增加，人們不希望炭黑形成率很高。除非炭黑的熱值被回收了，否則越高的炭黑形成率意味著越低的冷氣體效率(cold gas efficiency)。
可被用來洗滌炭黑的水量被限制在由熱平衡決定的在部分氧化氣化器里作為調(diào)節(jié)劑發(fā)揮作用的水量。炭黑生成量由碳氧的比例設(shè)定。因此不能為防止炭黑過度堆積而改變水量。本發(fā)明的一個目的是分離上述水和炭黑物流以允許用于洗滌炭黑的驟冷水量變化。通過將驟冷水再循環(huán)到驟冷區(qū)的驟冷環(huán)，該炭黑可被濃縮。
理論上，當(dāng)炭黑/水混合物保持低粘度時(shí)，氣化器可以以較低的合成氣轉(zhuǎn)化率運(yùn)行。
在部分氧化氣化方法中，粗方法氣體以范圍為大約1700°F至3500°F，典型地從大約2000°F至2800°F的溫度，大約200磅/平方英寸至2500磅/平方英寸，典型地大約700磅/平方英寸至1500磅/平方英寸的壓力從氣化器的反應(yīng)區(qū)排出。根據(jù)原料中碳的量，碳粒所存在的范圍為0至約20％重量。
授予Robin等人的美國專利No.4,021,366指出應(yīng)將驟冷水中碳粒的濃度保持在0到202％重量的范圍內(nèi)，最好低于1.5％重量。
離開部分氧化氣化器反應(yīng)區(qū)的熱粗合成氣排出物流攜帶著在氣化器反應(yīng)區(qū)中產(chǎn)生的基本上所有炭黑顆粒。熱粗合成氣排出物流被引入一位于該氣化器反應(yīng)區(qū)下方的驟冷區(qū)或室。通過大體積量的合成氣鼓泡穿過存在于其中的驟冷水而引起的該驟冷區(qū)的湍流條件有助于將合成氣中大部分炭黑洗滌去或除去。驟冷室產(chǎn)生大量與水混合的炭黑。
在一些氣化反應(yīng)方法中，油進(jìn)料需要使用蒸汽、水或其它諸如二氧化碳之類材料等形式的調(diào)節(jié)劑。當(dāng)使用蒸汽時(shí)，一般所需氧量較少，并可具有更高的冷氣體效率。
當(dāng)在氣化器中用水作調(diào)節(jié)劑時(shí)，在部分氧化氣化反應(yīng)方法中形成的炭黑和水可被再循環(huán)至該氣化器，因此最大限度地降低或完全消除對排出炭黑濾餅的需要或?qū)μ驾腿卧男枰?br> 本發(fā)明通過將炭黑和水再循環(huán)至油進(jìn)料從而綜合了水蒸汽調(diào)節(jié)劑和水調(diào)節(jié)劑的優(yōu)點(diǎn)。然后通過在高壓下汽化將水除去。
對由過濾驟冷水而得到的濾餅進(jìn)行簡單處理會造成許多環(huán)境難題。本發(fā)明提供一個通過將炭黑濾餅作為反應(yīng)物再循環(huán)至氣化器來利用炭黑濾餅的新方法。
本發(fā)明提供一種回收在烴類燃料與氧的部分氧化反應(yīng)方法中產(chǎn)生的單質(zhì)碳或炭黑的方法。在部分氧化反應(yīng)方法中產(chǎn)生一粗合成氣或夾帶著炭黑的合成氣的排出流。該排出流用水洗滌以生成一無炭黑合成氣流和一被炭黑污染了的水流。通常通過過濾或其它等效手段將炭黑從水中除去以形成濾餅。這些濾餅大部分或者全部被作為反應(yīng)物再循環(huán)至氣化器。


圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖。
根據(jù)本發(fā)明，包含少量夾帶炭黑和少量夾帶灰分的粗合成氣排出流用水來洗滌。從而生成一清潔的合成氣流和一包含炭黑和灰分的洗滌水流。
洗滌水流通過過濾除去以濾餅形式存在的炭黑的主要部分。典型地，該濾餅包含大約50至85重量％水、大約15至50重量％炭黑及大約2到20重量％灰分。
這些濕濾餅的大部分或全部與供應(yīng)給氣化器的進(jìn)油的滑流在升壓下相接觸。基本上所有的水都從濾餅中汽化以形成蒸汽，并被通向該氣化器的燃燒區(qū)，并在燃燒區(qū)中作為溫度調(diào)節(jié)劑。炭黑和灰分變成油滑流的一部分以形成一油/炭黑/灰分混合物，然后該混合物與引入該氣化器反應(yīng)區(qū)中的主要給油相結(jié)合。
本發(fā)明可使上述炭黑在氣化器中被完全燒掉，從而使整個方法的效率被提高了。并且最大限度地降低或完全消除對濾餅的固體廢物處理的需要，因此消除或充分減少了有關(guān)的環(huán)境問題和運(yùn)行成本。
本發(fā)明的操作系統(tǒng)包括至少一個活底料斗或等效設(shè)備，也可包含兩個或多個并行工作的活底料斗、一公用分離器、循環(huán)泵和熱交換器。
參照附圖1，通常通過過濾合成氣洗滌水得到的濕炭黑濾餅2在環(huán)境條件下進(jìn)入受料倉10。
該濾餅2可以被分成濾餅部分4和6。濾餅部分4可以被引向固體廢物處理系統(tǒng)(未示出)以控制系統(tǒng)中灰分的堆積。通常，濾餅部分4占被處理的總濾餅量的比例可高達(dá)大約20重量％。
濾餅部分6可被送至與活底料斗14并行工作的一個或多個活底料斗(未示出)。
濕濾餅8離開受料倉10，通過打開的閥12在優(yōu)選為氮?dú)獾亩栊詺夥障逻M(jìn)入活底料斗14?；畹琢隙?4的入口被閥16、18、20、22環(huán)繞著，這些閥在濕濾餅8通過閥12進(jìn)入的方法中處于關(guān)閉位置。
當(dāng)濕濾餅占活底料斗14的總?cè)莘e約10％到約50％時(shí)，閥12關(guān)閉，活底料斗14被加壓到高于部分氧化氣化器操作壓力約100磅/平方英寸至300磅/平方英寸。
然后閥22和16打開，給油流36通過閥22進(jìn)入活底料斗14以在其中形成一濕濾餅/給油混合物。當(dāng)在活底料斗14中的油的水位上升時(shí)，氮?dú)馔ㄟ^閥16、包含一壓力控制閥(未示出)的管線38被排出，并流經(jīng)管線42、進(jìn)入分離器44。
活底料斗14最終完全被濕濾餅/給油混合物充滿，接著濕濾餅/給油混合物通過閥16排出，并類似地經(jīng)過管線38和42流入分離器44。
管線38的控制閥下游的壓力被調(diào)節(jié)以使一部分水汽化，以便直到它被用作溫度調(diào)節(jié)劑進(jìn)入氣化器的反應(yīng)區(qū)為止始終保持在汽相。根據(jù)氣化器的要求，所有或一部分這些水蒸汽加上伴隨的油蒸汽可被通向氣化器。
該油和水的蒸汽混合物離開分離器44，流經(jīng)管線46和50，進(jìn)入該氣化器(未示出)的反應(yīng)區(qū)。油蒸汽在部分氧化反應(yīng)中被消耗，水蒸汽有助于調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度。
更加濃縮的濕濾餅/給油混合物在分離器44中堆積，直到達(dá)到了運(yùn)行水位為止。按容積計(jì)算，運(yùn)行水位處在分離器44總體積的約30％至約50％。
一旦在分離器44中達(dá)到指定的運(yùn)行水位，活底料斗閥18打開。更濃縮的濕濾餅/給油混合物流經(jīng)管線52、泵54和管線56進(jìn)入熱交換器58，在熱交換器58中熱量被供給至作為流60流出并接著被分成流62和64的更濃縮的濕濾餅/給油混合物。流64經(jīng)過閥18流入活底料斗14。流62進(jìn)入另一個并行的活底料斗(未示出)。
在活底料斗14內(nèi)，更濃縮的濕濾餅/給油60與通過閥22進(jìn)入的給油流36混合。給油和更濃縮的濕濾餅/給油的合并混合物從活底料斗14的頂部排出，并經(jīng)過閥16、管線38上的壓力控制閥(未示出)。經(jīng)過壓力控制閥時(shí)發(fā)生閃蒸以產(chǎn)生一含小量油的水蒸汽流和一較干的濾餅/給油混合物，它們?nèi)缜八鲞M(jìn)入分離器44并被分成管線46和52。
較干的濾餅/給油流52從分離器44至活底料斗14的循環(huán)方法不斷進(jìn)行，直到在管線46中幾乎沒有額外水蒸汽產(chǎn)生并且得到了基本上干的濾餅/給油時(shí)為止。例如，典型地，含水量小于約0.5重量％。
然后，循環(huán)泵54和熱交換器58停止工作。活底料斗閥16、18和22關(guān)閉，活底料斗閥20打開?；旧细傻慕o油和濾餅的混合物，更確切地說是給油/碳?；旌衔铮懦龌畹琢隙?4，經(jīng)過管線66和70，進(jìn)入給油儲罐26。
給油24進(jìn)入給油儲罐26的一側(cè)。給油的壓力從大約300磅/平方英寸到2600磅/平方英寸，優(yōu)選從大約600磅/平方英寸到1600磅/平方英寸變化。給油的溫度從大約400°F到700°F變化，優(yōu)選從大約450°F到650°F變化。
給油24的大部分流過內(nèi)部擋板27進(jìn)入罐26的另一側(cè)。留在鼓26左邊入口側(cè)的部分油流經(jīng)管線28、泵30、管線32，然后被分成管線34和36。管線36向活底料斗14提供給油流，管線34向其他活底料斗(未示出)提供給油流。管線36上的水位控制閥(未示出)調(diào)節(jié)向活底料斗14供給的給油流。
給油及其夾帶的固體的無水混合物通過管線70進(jìn)入罐26右側(cè)，并通過管線72排出，流經(jīng)泵74、管線76，然后進(jìn)入氣化器(未示出)的反應(yīng)區(qū)。
物流40、48、62和68與最好是并行工作的其他活底料斗相連。物流40與物流38相似，用作高壓氮?dú)饧皾駷V餅/給油混合物流出系統(tǒng)內(nèi)一并行的活底料斗(未示出)的管道。料流48與料流46相似，用作系統(tǒng)內(nèi)一并行分離罐(未示出)的油和水蒸汽輸出管線。料流62與料流64相似，用作系統(tǒng)內(nèi)一未閃蒸濕濾餅/給油流進(jìn)入并行活底料斗(未示出)的管線。料流68與料流66相似，用作系統(tǒng)內(nèi)給油及其夾帶固體的基本上不含水混合物離開并行活底料斗(未示出)的管線。
就像已經(jīng)說明的那樣，在濕濾餅被加載后與在熱油供給流引入之前，這些活底料斗用氮?dú)饧訅?。這樣做是為了避免水的顯著汽化及因此而引起的油的顯著冷卻。由于油的粘度隨著溫度的降低而增大，因此油的顯著冷卻將引起堵塞問題。
對于一給定的給油組合物，濾餅排料流4的尺寸相對于總濾餅料流2的尺寸決定了系統(tǒng)內(nèi)灰分的平衡濃度。排出物流4數(shù)量大會導(dǎo)致低的金屬濃度，而排出物流4數(shù)量少會導(dǎo)致高的金屬濃度。
在后一種情況下，濾餅的金屬含量可以足夠高，從而將該排出物流送到金屬回收設(shè)備而不是送到固體廢料處理設(shè)備。如果100％濾餅被再循環(huán)到活底料斗，則不會有金屬排料。在這個方案下，需要定期地，例如一年一次地，進(jìn)行氣化器的受控氧化除渣以處理減壓殘?jiān)M(jìn)料。
權(quán)利要求
1.用于回收和再利用通過烴類燃料與氧在部分氧化反應(yīng)器中進(jìn)行的生成合成氣及夾帶炭黑的排出流的部分氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的未反應(yīng)炭黑的方法，其中包括a)用水洗滌所述排出流以從中除去所夾帶的碳，由此產(chǎn)生不含炭黑的合成氣和含有水與被夾帶碳的物流；b)過濾所述含水與被夾帶碳的物流以生成一炭黑濕濾餅；c)所述濕濾餅在第一壓力下與油接觸以形成一炭黑/油/水初始混合物；d)將所述炭黑/油/水混合物暴露于第二壓力下，然后降低所述第一壓力，以汽化和分離所述炭黑/油/水混合物中的一部分水份并由此形成更濃縮的炭黑/油/水混合物；e)將所述濃縮的炭黑/油/水混合物再循環(huán)至步驟(c)和(d)，直到得到一基本上無水的炭黑/油混合物為止；以及f)將所述基本上無水的炭黑/油混合物作為反應(yīng)物送到一部分氧化氣化反應(yīng)中。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于在所述部分氧化氣化反應(yīng)中，所述水蒸汽的全部或一部分被用作溫度調(diào)節(jié)劑。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述第一壓力比所述部分氧化氣化反應(yīng)的操作壓力高大約100磅/平方英寸至300磅/平方英寸。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述第二壓力足以使所述水蒸汽保持在汽相，直到其進(jìn)入所述氣化器的反應(yīng)區(qū)為止。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(c)在一活底料斗中進(jìn)行。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于所述濕濾餅與所述油的初始接觸發(fā)生在濕濾餅占到所述活底料斗總?cè)莘e的大約10％至50％的時(shí)候。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(d)中的水蒸汽的分離過程在分離器中進(jìn)行。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于當(dāng)所述分離器的容積的大約30％至50％被充滿時(shí)，所述更濃縮的炭黑/油/水混合物從所述分離器被再循環(huán)。
9.權(quán)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約0.5重量％水。
全文摘要
本發(fā)明提供用于回收在烴類燃料與氧的部分氧化反應(yīng)方法中產(chǎn)生的單質(zhì)碳或炭黑的方法。在該部分氧化反應(yīng)中產(chǎn)生粗合成氣或夾帶著炭黑的合成氣的排出流。濾餅(2)被送到受料倉(10),然后被送到活底料斗(14),在活底料斗中該濕濾餅被加壓。從活底料斗(14)出來的濕濾餅/給油混合物通過管線(38)被送到分離器(44),從該分離器油和水蒸汽輸出(50)到氣化器。給油/碳?；旌衔飶幕畹琢隙?14)中排出,并經(jīng)過管線(66)和(70)被送到給油儲罐(26),該給油儲罐由給油(24)進(jìn)料,并輸出油和固體的無水混合物(76)到氣化器反應(yīng)區(qū)。
文檔編號C10J3/52GK1326422SQ99813355
公開日2001年12月12日 申請日期1999年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月16日
發(fā)明者F·C·簡克 申請人:德士古發(fā)展公司