專利名稱：氣化系統中煙灰的去除的制作方法
技術領域：
本發明涉及對烴原料部分氧化生產包含H2、CO和其它氣態物質的合成氣或合成氣混合物過程的改進。特別地，所述改進涉及回收未反應的碳，調節用于生產所述氣態物質的反應器的溫度，其中將與循環炭黑煙灰的分散相混合的烴進料引入氣化系統特別是進油氣化系統中。
背景技術：
由烴原料生產合成氣需要向合成氣反應器(也稱為合成氣發生器或氣化器)中加氧。該過程需要加入調節劑如CO2、水蒸汽或水以使反應器溫度保持在由操作的經濟性和反應器構成耐火材料所確定的允許限度內。
與部分氧化氣化法相關的問題是在粗合成氣產品中存在未反應或未轉化的碳，多數為煙灰形式。可用幾種技術除去所述煙灰，最常用的是在滌氣器中用水洗滌合成氣產品，其中夾帶的碳轉移至洗滌水中，產生洗滌后的無煙合成氣。
所述含煙灰的水可進一步用石腦油處理從水相中萃取所述碳。然后用重油從石腦油中萃取煙灰。所述重油將包含基本上所有夾帶碳，可作為所述部分氧化反應器的原料，從而利用碳的能量值。可用苯代替石腦油作為碳的萃取劑。用苯從水中分離出碳之后，汽提出苯，而回收再利用。
用于除去未反應或未轉化碳的另一技術是過濾所述洗滌水，回收所述碳濾餅進一步處理。
美國專利US3979188(McCallister)公開了一種方法，將來自反應器氣態流出物滌氣步驟的水-碳漿液濃縮至約5-7％碳，使所述濃縮漿液與燃油混合，使所述碳/油/水混合物在不汽化的情況下返回部分氧化反應器作為常用高壓過熱蒸汽調節劑的替代物。
美國專利US4699631(Marion)也公開了一種方法，將煙灰的水分散相濃縮產生含約0.55-4.0％(重)炭黑煙灰的可泵送煙-水分散相，將所述煙-水分散相循環至部分氧化氣化器的氣體進料中。
美國專利UK1321069(Shell International Research)公開用烴油作為助劑使煙灰顆粒附聚而除去炭黑煙灰。還公開了使煙灰顆粒憎水和親油的助劑物質的用途。形成附聚顆粒后，濾篩除去附聚顆粒，干燥除去殘留的水，最后循環回氣化器作為反應物。
美國專利US4289647(Tippmer)公開了從氣化反應的流出氣中回收碳的方法。用水使所述氣體驟冷分離出未燃燒的碳和灰，用所述流出氣的熱產生水蒸汽。然后潷析所述洗水分成清水、含碳水和灰漿。用所述含碳水產生蒸汽控制所述氣化反應中灰油的轉化。
部分氧化氣化器通常在高轉化率下操作使煙灰的形成最少。不希望生成很多煙灰，因為煙灰懸浮液不穩定且本體粘度增加。生成的煙灰多意味著冷氣效率低，除非回收煙灰的熱值。
可用于洗滌煙灰的水量限于通過熱平衡確定的在所述部分氧化氣化器中作為調節劑所需要的量。產生的煙灰量由碳/氧之比決定。因此不能改變水量以防止煙灰過度積累。本發明的目的是使水和煙灰物流分離從而可改變用于洗滌煙灰的驟冷水量。
本發明的另一目的是在煙/水或煙/油混合物中保持低粘度。理想地，在使煙/水或煙/油混合物保持低粘度的同時以較低的合成氣轉化率運行所述氣化器。
在所述部分氧化氣化法中，所述粗工藝氣流在約1700至約3500°F、典型地約2000至約2800°F范圍內的溫度下，在約200至約2500psia、典型地約700至約1500psia的壓力下，離開所述氣化器的反應區。顆粒碳的存在量基于原進料中碳量在0至約20％(重)的范圍內。
美國專利US4021366(Robin等)公開了使顆粒碳在驟冷水中的濃度保持在0至2％(重)的范圍內是理想的，優選低于1.5％(重)。
離開部分氧化氣化器的反應區的熱粗流出合成氣流載有所述氣化器反應區中產生的基本上所有顆粒炭黑煙灰。將所述熱粗流出合成氣流引入位于所述氣化器的反應區下游的驟冷區或室內。大量合成氣鼓泡通過驟冷區中存在的驟冷水所引起的湍流狀態有助于從合成氣中洗滌出大部分煙灰。驟冷室產生大量與水混合的煙灰。可將驟冷水循環至驟冷區的驟冷環線使此煙灰濃縮。
發明概述部分氧化氣化器中產生的粗合成氣還包括炭黑煙灰，通過用水洗滌從合成氣中除去并回收。所述洗滌水包含一或多種高溫表面活性劑，可使所述氣化器的水洗驟冷區中煙灰濃度更高。利用洗滌油使炭黑煙灰與洗滌水分離。借助一或多種使煙灰顆粒憎水親油的表面活性劑促進炭黑煙灰與洗滌水的分離。回收的炭黑煙灰最終循環至氣化器以在部分氧化反應期間回收碳的能量值。通過在循環所述煙灰之前從煙灰混合物中除去所有或大部分水，可提高所述氣化過程的總能效。使煙灰與水分離可根據氣化器內反應條件獨立地調節煙灰和水循環物流。
附圖簡述
圖1為本發明方法的示意圖。
發明詳述根據本發明，添加一或多種表面活性劑如木素磺酸銨或其它等效表面活性劑，使煙灰能在水中以穩定懸浮液形式濃縮。所述表面活性劑還通過降低總本體粘度改善混合物的可泵性。在水洗滌器的驟冷區可獲得更高的煙灰濃度，約3％(重)或更高。
從合成氣洗滌操作中回收的煙/水混合物與滌氣油混合，加熱，送至高壓分離器。使水揮發，煙灰在高壓分離器中與所述油形成懸浮液。所述煙-油混合物從分離器中排出，返回氣化器作為燃料源。揮發的水(也含有少量輕油)離開高壓分離器，返回氣化器作為溫度調節劑。
在氣化器中用水作為調節劑時，部分氧化氣化反應期間生成的煙灰和水可循環回所述氣化器。從而不需要使煙灰濾餅泄料或不需碳萃取裝置使煙灰循環回氣化器，或使此需要最小。
本發明通過將煙灰和水循環至氣化器的油時料流中，然后在高壓下使水揮發并除去水，而結合了水蒸汽和水調節劑的優點。
參見圖1，在氣化器2的頂部反應區(未示出)中產生含少量夾帶炭黑煙灰和極少量夾帶礦物灰的粗熱合成氣。所述熱合成氣通入氣化器2底部的驟冷區(未示出)。在此與驟冷水流4和含有一或多種高溫表面活性劑的水基溶液6接觸。粗合成氣的溫度顯著下降，從所述合成氣中除去基本上所有炭黑煙灰和礦物灰。冷卻凈化的合成氣8離開所述驟冷區通過所述系統之外的設備進一步處理。
所述驟冷水流4包含約0.1至約1.5％(重)的煙灰。它是在冷卻凈化合成氣8下游的合成氣洗滌裝置中產生的。
所述水基溶液6包含一或多種高溫表面活性劑如木素磺酸銨或在約300至約600°F的溫度下熱穩定的等效表面活性劑。這種表面活性劑為本領域公知，例如有機磷酸鹽、磺酸鹽和胺表面活性劑。用所述表面活性劑在驟冷室底部建立穩定的煙灰水懸浮液，其中煙灰濃度在約3.0至約15.0％(重)的范圍內。所述表面活性劑還降低液體的總粘度。在所述驟冷室底部活性表面活性劑的濃度在約0.01至約0.30％(重)的范圍內。
濃縮的煙-水液流10離開氣化器驟冷區。一小股泄料流12從液流10中分出，而離開所述系統。液流12的用途是從系統中清除礦物灰如鹽和懸浮的重金屬。液流12可送入金屬回收操作(未示出)或按適用的環境規定送入適合的廢物處理系統。泄料流12的質量流量為煙-水液流10的約0.005至約0.050。
剩余的煙-水液流14流過泵16，使其壓力升至足以進入高壓閃蒸分離器44。
離開泵16的加壓煙-水18可添增可選的泄料水流20，水流20由所述系統以外、通常由下游合成氣洗滌裝置(未示出)提供。泄料水流20通常含有高濃度的氨和甲酸鹽，它們在高壓閃蒸分離器44中優選閃蒸。氨和甲酸鹽進入氣化器2的反應區，在劇烈操作條件下分解。泄料水流20與加壓煙-水液流18合并形成高壓煙-水/泄料流22，所述合成氣洗滌裝置不需要廢水汽提塔。
然后使合并的高壓物流22與油-煙循環物流24接觸形成煙-油/水物流26，進入高剪切動力混合器36，在其中與來自系統外的油滌氣器進料28和用于使煙灰顆粒憎水親油的一或多種表面活性劑的油基溶液32緊密混合。
油滌氣器進料28可以是任何常用燃料油，但優選約30-50API比重(API Gravity)范圍內的中間餾分。調節油滌氣器進料28的流量使高壓閃蒸分離器44底部煙灰濃度保持在約5.0至約50.0％(重)的范圍內。
油基溶液32中使用第二表面活性劑的目的是使煙灰顆粒憎水親油。這些表面活性劑為本領域公知，包括羧酸鹽、磷酸鹽、磺酸鹽、硫酸鹽、醇、二元醇、胺和有機氧化物，優選亞烷基二醇的聚合物、烷基醚胺、氧亞烷基胺、和氧亞丙基二胺。表面活性劑的濃度在離開動力混合器36的總煙/油/水混合物38的約0.01至約0.30％(重)的范圍內改變。
表面活性劑處理過的緊密混合的煙/油/水流38進入換熱器40，以加熱的煙/油/水液42形式在其進入高壓閃蒸分離器44時要求的閃蒸分離所需條件下離開換熱器40。所述高壓閃蒸分離器44典型地在比氣化器2的操作壓力高約100至約200psi的壓力下操作，氣化器2在約200至約2500psia、優選約700至約1500psia的壓力下操作。高壓閃蒸分離器44的操作溫度為約450至約650°F。
水蒸汽流46離開高壓閃蒸分離器44，含有少量夾帶的汽化油，約0.1至約5.0％(重)。蒸汽流46用作調節劑調節部分氧化氣化器2中的溫度。但不需用作溫度調節劑的蒸汽流46的一部分48可分出，引入廢熱和輕油回收裝置50。
要用作調節劑的剩余蒸汽流52經過換熱器54，使之過熱至高于飽和狀態約50至約150°F的溫度，以過熱蒸氣流56離開，進入氣化器2，在其中作為溫度調節劑。過熱蒸汽改善了作為烴燃料66進入氣化器2的入口的進料噴嘴(未示出)的總性能。
離開高壓閃蒸分離器44的濃縮煙-油混合物58基本上無水，通過泵60，使其壓力升至比氣化器2的操作壓力高約100-200psi。加壓的濃縮煙-油混合物62離開泵60，分成液流24和64。調節液流24的流量使液流38中水/油之重量比保持在約0.3∶1至3∶0的范圍內。通過高壓閃蒸分離器44的液位控制液流64的流量，使之基本上等于滌氣器油進料流28的流量。
加壓的濃縮煙-油混合物64進入部分氧化氣化器2，補充烴燃料66作為反應物。液流64與液流66之重量比一般為約0.05∶1至約0.30∶1的范圍內。
濃縮煙-油混合物的剩余部分24與高壓煙-水泄料流22接觸混合。
權利要求
1.一種與烴原料的部分氧化氣化反應過程中產生的粗合成氣相伴的炭黑煙灰的回收和再利用方法，包括a)通過在第一表面活性劑存在下用水洗滌從所述粗合成氣中除去所述炭黑煙灰形成濃縮的碳煙灰/水混合物；b)在第二表面活性劑存在下使所述碳黑煙灰/水混合物與滌氣油接觸形成碳黑煙灰/油/水的緊密混合物；c)將所述煙灰/油/水混合物分離成碳黑煙灰/油混合物和無炭黑煙灰水；和d)使所述碳黑煙灰/油混合物循環回所述部分氧化氣化反應。
2.權利要求1的方法，其中使所述無炭黑煙灰水的至少一部分汽化并循環回所述部分氧化氣化反應作為溫度調節劑。
3.權利要求1的方法，其中所述第一表面活性劑選自有機磷酸鹽、磺酸鹽和胺。
4.權利要求3的方法，其中所述表面活性劑為木素磺酸銨。
5.權利要求1的方法，其中所述濃縮的煙灰/水混合物含有約3.0至15.0重量％的炭黑煙灰。
6.權利要求1的方法，其中所述滌氣油為約30-50 API比重范圍的中間餾分。
7.權利要求1的方法，其中所述碳黑煙灰/油/水混合物在高壓閃蒸分離操作中被分離為碳黑煙灰/油混合物和無碳黑煙灰的水。
8.權利要求6的方法，其中離開所述高壓閃蒸分離操作的炭黑煙灰/油混合物中煙灰的濃度在大約5.0至50.0重量％的范圍內變化。
9.權利要求1的方法，其中所述高壓閃蒸分離操作期間的壓力比所述部分氧化氣化反應的壓力高大約100至大約200psig。
10.權利要求1的方法，其中所述第二表面活性劑使所述炭黑煙灰顆粒憎水親油。
全文摘要
在部分氧化氣化器(2)中產生的粗合成氣還包括炭黑煙灰,通過用水洗滌從所述合成氣中除去并回收所述炭黑煙灰。所述洗滌水(4)包含一或多種高溫表面活性劑(6),可使氣化器(2)的水洗驟冷區中炭黑煙灰濃度更高。利用使炭黑煙灰顆粒憎水親油的一或多種表面活性劑(6)增強炭黑煙灰與洗滌水(10)的分離。回收的炭黑煙灰最終循環回氣化器(2)在部分氧化反應期間回收碳的能量值。通過在循環所述炭黑煙灰之前從炭黑煙灰混合物中除去所有或大部分水可提高該氣化過程的總能效。使炭黑煙灰與水分離可根據氣化器(2)中的反應狀態獨立地調節炭黑煙灰和水循環流。
文檔編號B01D47/06GK1326496SQ99813362
公開日2001年12月12日 申請日期1999年11月12日 優先權日1998年11月16日
發明者F·C·詹克 申請人:德士古發展公司