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Dokumentenidentifikation DE60127665T2 03.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001286915
Titel PARTIKELENTFERNUNG BEI DER REFORMIERUNG VON HALOGENIERTEN ORGANISCHEN MATERIALIEN
Anmelder THE DOW CHEMICAL COMPANY, Midland, Mich., US
Erfinder SALINAS, Leopoldo III, Lake Jackson, TX 77566, US;
JEWELL, Dennis W., Angleton, TX 77515, US
Vertreter Fleischer, Godemeyer, Kierdorf & Partner, Patentanwälte, 51429 Bergisch Gladbach
DE-Aktenzeichen 60127665
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.05.2001
EP-Aktenzeichen 019330349
WO-Anmeldetag 04.05.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/US01/14498
WO-Veröffentlichungsnummer 2001085609
WO-Veröffentlichungsdatum 15.11.2001
EP-Offenlegungsdatum 05.03.2003
EP date of grant 04.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse C01B 7/01(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Umbildung halogenierter Materialien und insbesondere Verfahren zur Partikelentfernung aus einem Vergasungsprodukt in einem Verfahren zur Umbildung halogenierter Materialien.

Damit verbundene Erfindungen umfassen eine vorherige Patentanmeldung für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines oder mehrerer nützlicher Produkte aus weniger wertvollen halogenierten Materialien, siehe die internationale PCT-Anmeldung PCT/US/98/26298, die am 1. Juli 1999 mit der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 99/32397 veröffentlicht wurde. Die PCT-Anmeldung offenbart Verfahren und Vorrichtungen zur Umbildung einer Einspeisung, die im Wesentlichen aus halogenierten Materialien besteht, insbesondere chlorierten Kohlenwasserstoffen als Nebenprodukt und Abfall, wie sie bei einer Reihe von chemischen Herstellungsverfahren hergestellt werden, in ein oder mehrere „wertvollere Produkte" über einen Umbildungsschritt mit Teiloxidation in einem Vergasungsreaktor.

Die Vergasung ist eine Technologie zur Umsetzung halogenierter Materialien, typischerweise flüssiger, chlorierter, organischer Nebenprodukte und Abwasserströme (RCls), in nützliche Produkte. Die erfolgreiche Implementierung einer Vergasungstechnologie könnte flüssige thermische Oxidationseinrichtungen ersetzen, die das derzeitige Verfahren in der Industrie zur Behandlung dieser Abwasserströme darstellen. Die Vergasung bietet mehrere Vorteile gegenüber der thermischen Oxidation, einschließlich niedrigere ökonomische Kosten, verringerte Emissionen und eine optimalere Erfassung des chemischen Werts von Bestandteilen aus Zufuhrströmen. Die Vergasung ist auch insofern flexibler als damit konkurrierende Abfallbehandlungstechnologien für halogenierte Materialien, dass sie einen wesentlich breiteren Bereich von möglichen Zusammensetzungen des Ausgangsmaterials aufweist.

Eine bevorzugte Ausführungsform für ein Vergasungsverfahren wird im Allgemeinen unten in Verbindung mit einem dargestellten Blockfliesdiagramm in 1 und einer in 2 dargestellten Vergasungseinheit besprochen.

Die Entfernung von Russ aus wässrigen Strömen wird im Allgemeinen nicht in der Vergasungsliteratur erwähnt. Dies ist wahrscheinlich so, weil typische Vergasungsverfahren, die sich im Wesentlichen auf kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterialien beziehen, sich mit der Herstellung eines Produkts (Synthesegas) auseinandersetzen, anstatt auch mit der Herstellung einer vermarktbaren Säure, und dem entsprechend ist die Aufreinigung von Prozesswasser zur Entfernung von Russ typischerweise kein kritischer Betriebsschritt. Im Gegensatz dazu ist bei der Vergasung von halogenierten oder chlorierten Ausgangsstoffen, um die es hier geht, bei denen ein vermarktbares Halogenwasserstoffsäureprodukt herzustellen ist, die effiziente Russentfernung kritisch. Die Erfindung offenbart kosteneffektive und effiziente Verfahren zur Erfassung und Entfernung des Rußes aus wässrigen Strömen, damit sie nicht ein Synthesegasprodukt verunreinigen und dass ein Halogenwasserstoffprodukt mit hoher Reinheit hergestellt werden kann.

Der Begriff „Gasstrom", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf Gas und/oder Dampf und/oder Aerosol oder ein Gas mit suspendierten Teilchen und/oder flüssigen Tröpfchen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Partikelentfernung in Prozessen zur Umbildung halogenierter Materialien. Die Verfahren umfassen das Mischen eines Gasstroms aus einem Reaktor (RGS von 3A), wobei der Gasstrom Halogenwasserstoffe enthält, mit einem ersten Flüssigkeitsstrom (LS1 von 3A), um einen gequenchten Gasstrom (QGS von 3A) zu bilden. Vorzugsweise ist der erste Flüssigkeitsstrom ein wässriger Flüssigkeitsstrom und mehr bevorzugt ein Recyclingstrom, der eine Lösung aus Halogenwasserstoffen enthält, die optional von einem nachgeschalteten Absorber recycelt wird. Vorzugsweise ist der erste Flüssigkeitsstrom eine gequenchte Flüssigkeit, die verwendet wird, um die heißen Synthesegase aus dem Reaktor zu kühlen.

Das Verfahren umfasst das Abtrennen eines ersten gewaschenen Gasstroms (WGS1 von 3A), der Halogenwasserstoffe enthält, von dem gequenchten Gasstrom und das Abtrennen wenigstens eines Teils eines Bodenstroms (QGS von 3A) aus dem gequenchten Gasstrom und das Entfernen von Feststoffen aus dem Teil des Bodenstroms in einer Filtereinheit (siehe 3B).

Vorzugsweise umfasst das Verfahren auch das Mischen des ersten gewaschenen Gasstroms WGS1 mit einem zweiten Flüssigkeitsstrom (LS2 von 3A) zur Bildung eines zerstäubten Gasstroms (AGS von 3A). Der zweite Gasstrom LS2 ist vorzugsweise ein wässriger Flüssigkeitsstrom und mehr bevorzugt ein recycelter Strom, der eine Lösung aus Halogenwasserstoff enthält, die optional von einem nachgeschalteten Absorber wieder recycelt wird. Vorzugsweise umfasst das Verfahren das Abtrennen eines zweiten gewaschenen Gasstroms (WGS2 von 3A), der Halogenwasserstoffe aus der zerstäubten Gasmischung enthält, und das Abtrennen wenigstens eines Teils des Bodenstroms aus dem zerstäubten Gasstrom und das Entfernen von Feststoffen aus dem Teil des Bodenstroms in einer Filtereinheit (3B).

Bei bevorzugten Konstruktionen verwendet das Quenchmischen des ersten Flüssigkeitsstroms einen Überlaufquencher, der mit einer Dampf/Flüssigkeits-Scheidetrommel verbunden ist, und das Mischen des zweiten zerstäubten Gasstroms mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom umfasst einen nassen Venturi-Gaswäscher, der mit einer zweiten Dampf/Flüssigkeits-Scheidetrommel verbunden ist. In bevorzugten Konstruktionen werden Teile der Bodenströme aus den ersten und zweiten Trennschritten miteinander verbunden und in eine Filtereinheit fließen gelassen. Die Filtereinheit umfasst vorzugsweise einen Primärfilter und einen Sekundärfilter. Das Filtrat aus der Filtereinheit kann zur Verwendung in dem ersten Flüssigkeitsstrom zurück gebracht werden, während der nasse Kuchen aus der Filtereinheit entfernt wird.

Man kann ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen berücksichtigt wird, in denen:

1 in einem Blockfliesdiagram Stufen einer bevorzugten Ausführungsform für ein Vergasungsverfahren für halogenierte Materialien darstellt.

2 im Detail ein Vergasungsschritt und Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform für die Vergasung der halogenierten Materialien darstellt.

3A und 3B ein Quench- und Partikelentfernungsverfahren zur Verwendung bei der Vergasung von halogenierten Materialien darstellt.

4 einen Absorberprozess zur Verwendung in einem Verfahren zur Vergasung halogenierter Materialien darstellt.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Vergasungsverfahrens für halogenierte Materialien wird zuerst allgemein zur Erklärung des Hintergrundes diskutiert. Die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht aus fünf großen Prozessbereichen, die in dem Blockfliesdiagramm der 1 dargestellt werden.

  • 1. Vergaser 200
  • 2. Quencher 300
  • 3. Partikelentfernung und Rückgewinnung 350
  • 4. Wässrige Rückgewinnung von HCl und Aufreinigung 400, 450
  • 5. Fertigstellung des Syngases 700

Jeder Bereich wird kurz diskutiert werden. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Vergasungsreaktors, wie sie in 2 dargestellt wird, wird auch diskutiert werden. Von den halogenierten Materialien wird angenommen, dass sie in der folgenden Ausführungsform chlorierte organische Verbindungen sind.

Es werden nun Bezug nehmend auf die 1 mehrere flüssige chlorierte Kohlenwasserstoffausgangsmaterialien (CHCs) vorzugsweise in einem Zufuhrtank vermischt (natürlich mit sinnvollen chemischen Beschränkungen), aus dem sie durch einen Vorwärmer zum Einspritzen in einen Vergaser gepumpt werden können.

Der Vergaserbereich 200, wie er genauer in 2 dargestellt wird und weiter unten mehr im Detail diskutiert wird, besteht aus zwei Reaktionsgefäßen, R-200 und R-210, und deren Zubehör für den grundlegenden Zweck der Umbildung des halogenierten Materials, typischerweise von RCls in Synthesegas und Halogenwasserstoffprodukten. (Halogeniertes Material wird hierin als RCls bezeichnet, eine typische Form). Die RCls oder ein ähnlicher Flüssigkeitsstrom 144 werden vorzugsweise in einem Primärreaktor R-200 zerstäubt, vorzugsweise mit reinem Sauerstoff 291 und dem Strom 298. In einer harten Vergasungsumgebung werden die RCls oder die ähnlichen Komponenten teilweise oxidiert und in Synthesegas (Syngas) oder in einen Synthesegasstrom umgebildet, der hauptsächlich aus Kohlenmonoxid, Salzsäure und Wasserstoff mit kleineren Mengen an Wasserdampf und Kohlendioxid und Spurenmengen von anderen Elementen einschließlich Ruß, das im Wesentlichen Kohlenstoff ist, besteht. Das Syngas fließt vorzugsweise in einen Sekundärreaktor R-210, um es allen Reaktionen zu ermöglichen, vollständig abzulaufen, was somit sehr hohe Umbildungseffizienzen für alle halogenierten Spezies ergibt und unerwünschte Nebenprodukte minimiert. Bezug nehmend auf 1 werden heiße Gase aus dem Reaktorabschnitt 200 vorzugsweise in einem Quenchbereich 300 durch direkten Kontakt mit einem zirkulierenden Wasserstrom gekühlt. Der Quenchbereich 300 und der Bereich zur Partikelentfernung 350 werden im Detail unten diskutiert.

Vom Quenchbereich 300 wird als nächstes partikelfreies Syngas aus einem Dampf/Flüssigkeits-Scheidetrommelwäscher in eine Säureabsorbtionskolonne 400 eingeführt. Nicht kondensierbare Komponenten des Syngases sollten oben durch die Absorberköpfe und zu einem Fertigstellungsbereich für das Syngas 700 überführt werden. Das HCl in dem Syngas aus der Umbildung der RCl-Ausgangsstoffe wird an einen Bodenstrom mit konzentrierter Säure von ungefähr 35 Gewichtsprozent HCl absorbiert. Dies ist ein qualitativ hochwertiger wässriger Säurestrom und wird vorzugsweise filtriert und durch ein Adsorptionsbett 450 durchgeführt, um letzte Spuren von Partikeln und organischen Stoffen zu entfernen, was ein wässriges HCl-Produkt ergibt, das für den Vertrieb oder firmeninterne Verwendungen geeignet ist.

Ein kaustischer Gaswäscher und eine Syngas-Fackelanlage („flare system") können den Bereich zur Fertigstellung des Syngases 700 ausmachen. Der kaustische Gaswäscher oder die Fertigstellungssäule für das Syngas verwenden in dem unteren Abschnitt der Säule Zeilausfluss zur Absorption letzter Spuren von HCl und Cl2 aus dem Syngasstrom. Wasser kann in dem oberen Abschnitt der Säule als letzter Waschschritt des Produkts Syngas verwendet werden. Wenn der Kunde nicht in der Lage ist, das Syngas abzunehmen, kann es in einer zweckgebundenen Fackelanlage abgeflammt werden. Die verbrauchte Lösung aus den Säulenböden kann in ein geeignetes Abwasserbehandlungssystem entsorgt werden (nicht gezeigt). Nach der Besprechung einer bevorzugten Ausführungsform eines Vergasungsreaktorverfahrens für halogenierte Materialien im Allgemeinen wird nun der Vergasungsbereich 200, wie er in den 2 dargestellt wird, mehr im Detail besprochen werden. Wie es oben diskutiert wurde, besteht der Vergasungsbereich 200 in einer besonders bevorzugten Ausführungsform aus zwei Reaktionsgefäßen R-200 und R-210 und deren Hilfszubehör für den grundlegenden Zweck der Umbildung von halogeniertem Ausgangsmaterial und der Umsetzung in Produkte mit höherem Wert. Für den Zweck der folgenden Diskussion geht man davon aus, dass das halogenierte Material RCls, eine typische Form, enthält. Der RCl-Flüssigkeitsstrom wird vorzugsweise in einem ersten Reaktor R-200 mit vorzugsweise einem reinen Sauerstoffstrom 291 und einem Dampfstrom 298 durch einen Hauptbrenner oder die Düse BL-200 zerstäubt.

In der harten Vergasungsumgebung werden die RCl-Komponenten teilweise oxidiert und in Synthesegas (Syngas) umgesetzt, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Salzsäure und kleineren Mengen an Wasserdampf und Kohlendioxid sowie Spurenelementen, die teilchenförmigen Kohlenstoff (oder Ruß) umfassen, besteht. Das Syngas fließt vorzugsweise in einen Sekundärreaktor R-210, der zur Verfügung gestellt wird, um es allen Reaktionen zu ermöglichen, zur Vollständigkeit zu gelangen, wodurch sehr hohe Umsetzungsausbeuten für alle halogenierten Spezies (alle RCls) erreicht werden und unerwünschte Nebenprodukte minimiert werden.

Der primäre Vergaser (R-200) fungiert in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform als ein niedrig feuernder durch Luftstrom gerührter Reaktor, dessen Hauptzweck es ist, den flüssigen Brennstoff zu zerstäuben, den flüssigen Brennstoff zu verdampfen und ausgiebig den Brennstoff mit Sauerstoff, einem Moderator und heißen Reaktionsprodukten zu vermischen. Der Vergaser wird bei ungefähr 1450°C und 5 bar Druck (75 psig) betrieben. Diese harten Bedingungen stellen eine fast vollständige Umsetzung oder Umbildung aller RCls oder halogenierten organischen Zufuhrkomponenten sicher.

Der sekundäre Vergaser R-210 fungiert in der bevorzugten Ausführungsform, um es den im primären Vergaser begonnenen Reaktionen zu ermöglichen, zum Gleichgewichtszustand zu gelangen. Der sekundäre Vergaser R-210 wird bei ungefähr 1400°C und 5 bar Druck (75 psig) betrieben. Dies ist einfach eine Funktion der Bedingungen, die im primären Vergaser etabliert wurden, abzüglich eines beschränkten Wärmeverlustes. Fast der gesamte Sauerstoff wird in dem primären Vergaser R-200 verbraucht.

Das Folgende stellt eine typische Betriebsleistung des Vergasersystems in Bezug auf die Herstellung von Spezies ausser dem gewünschten CO, H2 und HCl dar: Konzentration an CO2 des ausgehenden Gases: 1,0–10,0 Volumenprozent Konzentration an H2O des ausgehenden Gases: 1,0–10,0 Volumenprozent

Das folgende Beispiel wird für Hintergrundwissen zur Verfügung gestellt.

Beispiel 1

Die folgenden Zufuhrströme werden zu dem Vergaser durch eine geeignete Mischdüse geführt: Chloriertes organisches Material: 9.037 kg/Std. Sauerstoff (99,5 Prozent rein): 4.419 kg/Std. Recycelter Dampf oder Moderator: 4.540 kg/Std.

  • [58,8 Gewichtsprozent Wasserdampf, 41,2 Gewichtsprozent Salzsäure].

Die resultierenden Vergasungsreaktionen führten zu einem Synthesegasstrom, der reich an Salzsäure ist sowie zu Kammerbedingungen von ungefähr 1.450°C und einem Druck von 5 bar.

Unter Berücksichtigung der zuvor genannten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform eines Vergasungsverfahrens im Allgemeinen, das einen Vergaser sowie die Produkte der Vergasung umfasst, werden unten unter besonderer Bezugnahmen auf die 3A, 3B und 4 bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diskutiert. Es wird angenommen, dass das halogenierte Material chlorierte organische Verbindungen sind und es wird angenommen, dass die Halogenwasserstoffe HCl sind. Wie oben umfasst der Begriff „Gasstrom" Gase und/oder Dämpfe und/oder Aerosole", die teilchenförmiges Material und/oder Flüssigkeitströpfchen enthalten.

Ein heißer Gasstrom 210 (der RGS) vom Reaktor R-210 wird vorzugsweise in einem Quenchbereich 300 durch direkten Kontakt mit einem Flüssigkeitsstrom 317 (oder LS1), vorzugsweise einem Strom aus zirkulierendem wässrigen Halogenwasserstoff oder Chlorwasserstoff gekühlt. Das vom Reaktor ausgehende Syngas und der wässrige Strom werden vorzugsweise innig miteinander in einem Überlaufquenchgefäß Q-310 vermischt. Die Mischung oder der gequenchte Gasstrom fließt dann vorzugsweise zu einem Dampf/Flüssigkeits-Abscheider D-310, wie er als eine Trommel ausgeführt wird, von dem aus ein erster gewaschener Gasstrom WGS1 oben abfließt. Ein Bodenflüssigkeitsstrom 311 (der QGS) von dem Abscheider D-310 wird vorzugsweise durch die Pumpe P-310 A/B/C gepumpt und in einem Kühler wie E-310 gekühlt und zum Überlaufquencher Q-310 als Flüssigkeitsstrom 317 recycelt.

Der erste gewaschene Gasstrom WGS1, der aus dem Abscheider D-310 herauskommt, wird vorzugsweise in einen Zerstäuber oder Venturi-Wäscher VS-310, vorzugsweise einem nassen Venturi-Wäscher, geführt. Die partikelförmigen Teilchen in dem ersten gewaschenen Gasstrom, die hauptsächlich aus Ruß bestehen, werden aus dem ersten gewaschenen Gasstrom in dem zerstäubenden nassen Venturi-Gaswäscher mittels des Einfangens der Partikel in Flüssigkeitströpfchen ausgewaschen. Ein Flüssigkeitsstrom des Wäschers LS2 wird vorzugsweise in einer zirkulierenden Schlaufe betrieben, so dass der Bodenflüssigkeitsstrom 322 vorzugsweise in einer nachgeschalteten Dampf/Flüssigkeits-Scheidetrommel D-320 abgetrennt und recycelt wird. Ein abgeführter Strom 325 von dem Flüssigkeitsrecyclingsystem des Wäschers, siehe die Ströme 323 und 324, wird vorzugsweise mit einem Wirbelstrom („Slipstream") 314 aus dem Quenchflüssigkeitsrecyclingsystem, siehe Ströme 312 und 313, kombiniert und in eine Filtereinheit fließen gelassen, vorzugsweise eine kontinuierliche Kerzenfilterpartikelrückgewinnungseinheit 350.

In einer Ausführungsform dieser Partikelrückgewinnungseinheit 350, 3B, würde der primäre Filter FL-310 Feststoffe aus diesen Prozessströmen 314 und 325 entfernen und die Feststoffe als eine konzentrierte Schlämmung 354 ausstoßen. Vorzugsweise würde dieser konzentrierte Schlämmstrom 354 zu einem Sekundärfilter FL-350 geführt werden, wo die Schlämmung filtriert und zu einem feuchten Kuchen entwässert werden würde, der als Strom 355 zu einem RCl-Zuführtank zum Wiedereinbringen in einen Vergaser oder zu einem geeigneten Abfallsystem entladen werden würde. Alternativ und bevorzugt kann die Partikelrückgewinnungseinheit 350 mit einer Einzelfiltereinheit betrieben werden, die einen trockenen Kuchen herstellt, wie zum Beispiel in der 3B, wo der Quenchflüssigkeitswirbelstrahl 330 direkt zu FL-350 geführt wird.

Es wurde herausgefunden, dass das Einfangen von partikelförmigen Materialien aus einem Vergasungsprozess für halogenierte Materialien wirksam mit einer Gaswäsche und insbesondere mit zwei Gaswäschen, einem Quench kombiniert mit einem zerstäubenden Gaswäschersystem erreicht werden kann. Es wurde auch herausgefunden, dass die Partikel, die im Wesentlichen (aber nicht vollständig) aus Rußfiltermaterialien bestehen, effizient mit einem Kerzenfiltersystem entfernt werden können. Wichtig ist, dass ein zweiter gewaschener Gasstrom WGS2, der aus dem Flüssigkeits/Dampf-Abscheider des Gaswäschers herauskommt und einem HCl-Absorptionsturm zugeführt wird, wie dem TG-410 von 4, im Wesentlichen frei von partikelförmigen Materialien ist (nur ein kleines Kartuschenfiltersystem wäre üblicherweise notwendig, um Spuren von Partikeln aus dem Strom WGS2 zu entfernen).

Eine bevorzugte Ablaufquenchkonstruktion Q-310, die in 3A dargestellt wird, das die erste Gaswäsche durchführt, ist im Wesentlichen ein kurzer vertikaler Ablaufzylinder, der eine flache Platte durchdringt. Die Quenchflüssigkeit fließt in ein ringförmiges Volumen, das von einer Gefäßwand und dem Zylinder oberhalb der flachen Platte begrenzt wird. Die Flüssigkeit fließt kontinuierlich oben über den Zylinder und fließt die Wände des Zylinders herunter. Gleichzeitig fließen auch heiße Gase durch den Zylinder in den unteren Bereich. Dieses nebeneinander Fließen von Flüssigkeit und Gas, wobei Flüssigkeit verdampft, während sie das Gas kühlt, stellt eine innige Mischung und Kühlung des Gassystems zur Verfügung. Ein Vorrat an Flüssigkeit um den Überlauf herum kann in dem Fall einer zeitweiligen Unterbrechung des Flüssigkeitsflusses als ein Reservoir dienen. In einer bevorzugten Betriebsweise würde der Flüssigkeitsfluss den Überlauf-ID vollständig benetzen, was letztendlich einen vollständigen Flüssigkeitsvorhang bildet, würde aber den Querschnitt des Überlaufes nicht vollständig füllen. Das heißt, ein Gasflussbereich ist immer noch entlang des Überlaufdurchmessers nach unten verfügbar. In solch einer Weise fungiert der Überlaufquencher Q-310 als ein wirksamer Gaswäscher zur Entfernung von Verunreinigungen während des inhärenten Gas-Flüssigkeitskontaktes. Sowohl Partikel wie auch andere Spurenspezies im Gas werden in einem bestimmten Ausmaß entfernt, wobei sich die Effizienz der Entfernung mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht. Solch ein Überlaufquencher, insbesondere wenn er mit einem weiteren nachgeschalteten Partikelwäscher VS-320 gekoppelt wird, sollte im Wesentlichen alle flüssigen säurelöslichen Verunreinigungen aus einem Gasstrom entfernen, so dass die wässrige Säure, die in einem nachfolgenden Absorber hergestellt wird, die Verunreinigungsgrenzwerte der Spezifikationen für wässrige HCl erfüllen. Diese in Frage kommenden Verunreinigungen umfassen hauptsächlich NH3, Metalle und Metallsalze.

Eingefangene Partikel werden wirksam aus einem zirkulierenden Quenchflüssigkeitsstrom mittels des oben beschriebenen Wirbelstrom („slipstream")-Filtersystems abgefangen, das zwischen einer zirkulierenden Quenchflüssigkeitspumpe P-310 und einem zirkulierenden Quenchflüssigkeitskühler E-310 eingefügt ist. Der Fluss des Stroms 314 kann angepasst werden, um eine Konzentration an Feststoffen in dem Hauptstrom von weniger als 0,10 Gewichtsprozent zu allen Zeiten aufrecht zu erhalten. Bei einem erwarteten maximalen Russergebnis von 0,5 Gewichtsprozent an Ausbeute von Russ zu RCl setzt dies zum Beispiel ungefähr 75 Liter/Minute (20 gpm) des Wirbelstrom-(„slipstream")-Flusses voraus. Höhere Konzentrationen können Erosionsgeschwindigkeiten und das Verstopfungspotential erhöhen. Ein bevorzugter Filtrationsbetrieb wird im mehr Detail unten abgedeckt.

Partikel, die in einem ersten gewaschenen Gasstrom WGS1 aus dem oben beschriebenen Quenchsystem zurück bleiben, wobei die Partikel hauptsächlich aus Ruß bestehen, werden zusätzlich wirksam aus dem Gasstrom in dem zerstäubenden Gaswäscher VS-320, vorzugsweise einem nassen Venturi-Gaswäscher, wie er oben diskutiert wurde, gewaschen. Das zerstäubende Gaswäschesystem würde typischerweise bei 90 bis 110°C sowie bei einem Betriebsdruck für ein Syngassystem (der nominal bei 4,8 bar Druck (70 PSI) liegt) betrieben werden. Eine normale Dampfbeladung oder Fluss ist ein effektiver Kubikmeter/Sekunde (2.100 effektive Kubikfuß pro Minute bei Betriebsbedingungen), die ungefähr 1.875 Liter/Minute (500 gpm) wässrige Waschflüssigkeit benötigt (wobei dazu 30 bis 35 Gewichtsprozent HCl bevorzugt sind). Der Druckabfall entlang des Zerstäubers liegt typischerweise bei 0,7 bar (10 PSI). Die Konzentration der Feststoffe in der zirkulierenden Waschflüssigkeit wäre ungefähr 0,5 Gewichtsprozent. Die letzte Entfernung von Partikeln aus einem Syngasstrom wird vorzugsweise mit einem solchen Venturi-Gaswäscher VS-320 erreicht. Eine effiziente Entfernung von Partikeln ist wünschenswert, um Verstopfungsprobleme in nachgeschaltetem Zubehör zu vermeiden und um die Spezifikationen von Syngas bezüglich partikelförmigen Materialien einzuhalten. Die Venturi-Technologie ist eine der effizienteren Technologien zur Entfernung sehr feiner Feststoffe aus einem Dampfstrom. Die durch einen Venturi-Wäscher aufgewandte hohe Energie verbessert die Einfangseffizienz für Partikel von allen Größen im Vergleich zu anderen nassen Gaswäschervorrichtungen. Der Druckabfall durch einen Venturi-Wäscher würde vorzugsweise bei ungefähr 10,0 PSI liegen. Die Partikel dringen durch die Flüssigkeitsbeschleunigung und die Verlangsamung, die durch den Venturi-Wäscher bewirkt wird, in Flüssigkeitströpfchen ein und werden darin gefangen. Der Druckabfall wird optimiert, um die Zerstäubung und die Geschwindigkeitsunterschiede für das Einfangen von Partikeln zu optimieren. Der Druckabfall ist jedoch bis auf unterhalb des Punktes beschränkt, bei dem die Zerstäubung der Flüssigkeit zu fein wird, wobei Tröpfchen hergestellt werden, die zu klein sind, um in einem Dampf/Flüssigkeits-Abscheider eines Wäschers abgetrennt zu werden.

Vorzugsweise würde eine Dreiphasenmischung aus dem Venturi-Wäscher VS-320 tangential in eine Dampf/Flüssigkeits-Abscheidetrommel D-320 entladen werden. Dieser schräge Eingang kann eine zyklonische Wirkung auslösen, wobei die Zentrifugalkraft davon die Flüssigkeitströpfchen (mit den eingefangenen Feststoffen) zu den Wänden zwingt, wo sie verschmelzen und durch Schwerkraft zu Boden sinken. Ein radialer Schaufelabscheider, dem ein Winkelschaufelabscheider in der oberen Hälfte der Abscheidetrommel (nicht gezeigt) folgt, kann verwendet werden, um die beste Entfernung von Flüssigkeitströpfchen aus dem Gasstrom zu erreichen. Ein im Wesentlichen partikelfreier Gasstrom WGS2 kann somit auf ein HCl-Absorptionssystem 400 fließen.

Der Bodenflüssigkeitsstrom 322 aus einem Dampf/Flüssigkeits-Abscheider eines Gaswäschers, der tatsächlich eine sehr verdünnte Aufschlämmung ist, kann durch die Pumpe P-320 direkt zurück zu dem Eingang des Venturi-Wäschers VS-320 gepumpt werden. Vorzugsweise werden ungefähr 80 Prozent des Flüssigkeitsstromes LS2 aus dem Wäscher direkt in der Mitte der Venturi-Öffnung durch eine druckbetriebene Zerstäuberdüse zerstäubt. Die verbleibende Flüssigkeit wird vorzugsweise über mehrere Tangentialdüsen eingeführt, um einen wirbelnden Film aus Flüssigkeit herzustellen, der die Wände des Venturi-Wäschers an der Öffnung benetzt. Für eine wirksame Wascheffizienz sollten die Verhältnisse von Flüssigkeit zu Gas vorzugsweise auf oder in der Nähe von 0,25 Gallonen Waschflüssigkeit pro effektiven Kubikfuß Gas eingestellt werden. Wegen des intensiven Gas-Flüssigkeitskontaktes in dem Venturi-Wäscher sollte diese Waschflüssigkeit mit der Gasphase nahe am Gleichgewichtszustand sein. Das heißt, dass die Waschflüssigkeit typischerweise 30–32 Gewichtsprozent HCl als Grundkonstruktionsbedingung aufweist. Die Flüssigkeit für das System kann aus einem Absorber-Bodenstrom 406 von einem Absorbersystem 400 zur Verfügung gestellt werden, der eine genügend hohe HCl-Konzentration haben sollte, um eine Absorption von HCl aus dem Gas zu vermeiden, und es stattdessen eher dahin durchlassen sollte, wo es als verkäufliche Säure in dem Absorber eingefangen werden kann.

Ein kontinuierlicher abgeführter Strom 325 zur Filtereinheit 350 zur Entfernung von Partikeln steuert die Feststoffkonzentration in einer zerstäubenden Schlaufe zur Flüssigkeitszirkulation. Die Feststoffkonzentration kann am Besten bei 0,5 Gewichtsprozent eingestellt werden und vorzugsweise bei nicht mehr als 1,0 Gewichtsprozent Feststoffe. Dieses Abführen zu einer Filtereinheit dient auch zur Steuerung der wässrigen Chemie einer zerstäubenden zirkulierenden Flüssigkeitsschlaufe und hilft, Salz- und Metallkonzentrationen auf verträgliche Mengen zu beschränken.

Der Flüssigkeitsstrom des Wäschers LS2 wird vorzugsweise in einer zirkulierenden Schlaufe betrieben und wie es oben diskutiert wird, wird ein abgeführter Strom 325 aus dieser Wäscherflüssigkeit des Recyclingsystems mit dem Wirbelstrom 314 aus dem Quenchrecyclingflüssigkeitssystem kombiniert und beide fließen zu einer Filtereinheit 350, vorzugsweise der kontinuierlichen Kerzenfiltereinheit. Ein normaler Fluss zu dem Primärfilter FL-310 könnte ungefähr 750 Liter/Minute (200 gpm) bei 100°C und 0,10 Gewichtsprozent Feststoffanteil sein. Der Primärfilter FL-310 entfernt Feststoffe aus den Prozessströmen und entlädt diese als konzentrierten Schlämmstrom 354, der zu einem Sekundärfilter FL-350 weitergeleitet wird, wo er filtriert und zu einem feuchten Kuchen 355 entwässert wird, der dann in einen RCl-Zuführtank zum Wiedereinbringen in einen Vergaser oder in Verpackungen zum Transport zu einem Brennofen oder einer Müllhalde entlassen wird. Der Primärfilter FL-310 fungiert ähnlich wie ein konventioneller Gewebeentstäuber, nur im Flüssigkeitsbetrieb.

Der Primärfilter FL310 besteht vorzugsweise aus einem Druckgefäß, das mehrere Filterelemente enthält. Mehrere Kerzen-/beutelartige Filterelemente können einen Cluster bilden. Die Cluster werden außen zusammen an dem Gefäß befestigt, und mit Ventilen versehen, so dass sie einzeln isoliert und pulsartig beladen werden können. Die Flussrichtung nach vorn ist von OD zu ID. Der Feststoffkuchen wird auf dem OD des Bauteils gesammelt und wird periodisch zurückgeführt, wo er sich am Bodenkonus des Gefäßes absetzt. Die Cluster werden nacheinander pulsartig beladen, so dass der Filter im kontinuierlichen Betrieb verwendet wird. Die zurückgeführte Flüssigkeit kann verdünnte Säure aus einer Pumpe für verdünnte Säure sein. Das Filtrat 315 kann zu einem Umgebungsbereich zum Sammeln und zur Entsorgung fließen oder zu dem Quenchkühler E-310.

Feststoffe, die sich an dem Boden eines primären Filtergefäßes absetzen, können periodisch als ein konzentrierter Schlämmstrom 354 mit 2 Gewichtsprozent an eine Schlämmhaltetrommel D-350 entladen werden. Dieser Tank wird gerührt, um die Feststoffe in vollständiger Suspension zu halten. Dieser Schlamm wird dann vorzugsweise zu einem Sekundärfilter FL-350 gepumpt.

Der Sekundärfilter FL-350 hat ein ähnliches Design wie der Primärfilter FL-310, arbeitet aber in einem anderen Modus. Der Schlamm fließt wiederum vom OD zum ID der Bauteile, wobei der Kuchen am OD gesammelt wird. In einem zeitlich festgelegten Intervall oder bei maximalem Differentialdruck wird der Schlämmungsfluss abgestellt und die Flüssigkeit im Gefäß wird abgezogen. Ein Stickstofffluss wird dann durch den Filter geleitet, um freie Flüssigkeit heraus zu blasen und den Kuchen teilweise zu trocknen. Die Elemente werden dann mit Stickstoff durchgepulst, um Kuchen zu lösen, der durch einen Bodenfilterkonus und in einen nassen RCl-Tank fällt. Ein Tankrührer mischt und suspendiert die partikelförmigen Materialien in der RCl-Flüssigkeit und kann diese dann zurück in den Vergaser führen, wo sie vergast werden können. Der Kuchen hätte ungefähr 50 Gewichtsprozent Feuchtigkeitsanteil.


Anspruch[de]
Ein Verfahren zur Partikelentfernung bei der Umbildung halogenierter Materialien, umfassend:

Mischen eines Synthesegasstroms, der Halogenwasserstoffe enthält, aus einem Reaktor mit einem ersten Flüssigkeitsstrom, um einen gequenchten Gasstrom zu bilden;

Abtrennen eines ersten gewaschenen Gasstroms, der Halogenwasserstoffe enthält, von dem gequenchten Gasstrom;

Abtrennen wenigstens eines Teils eines Bodenproduktflüssigkeitsstroms aus dem gequenchten Gasstrom und

Entfernen von Feststoffen aus dem Teil des gequenchten Bodenproduktflüssigkeitsstroms in einer Filtereinheit.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Mischen ein signifikantes Kühlen der heißen Synthesegase durch Quenchen umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Kühlen das Mischen heißer Gase und eines wässrigen Flüssigkeitsstroms in einer Überlaufquencheinheit umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 1, welches das Wiedereinbringen wenigstens eines Teils des gequenchten Bodenproduktstroms in den ersten Flüssigkeitsstrom umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 1, welches das Verwenden einer wässrigen Lösung von Halogenwasserstoff in dem ersten Flüssigkeitsstrom umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 1, welches das Strömenlassen des gequenchten Gasstroms in eine erste Dampf/Flüssigkeits-Scheidetrommel umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 1, welches umfasst:

Strömenlassen des gequenchten Gasstroms in eine erste Dampf/Flüssigkeits-Scheidetrommel;

Wiedereinführen eines Bodenproduktflüssigkeitsstroms aus der ersten Scheidetrommel in den ersten Flüssigkeitsstrom und

Strömenlassen eines Teils des wiedereingeführten gequenchten Bodenproduktstroms in die Filtereinheit.
Das Verfahren nach Anspruch 1, welches das Wiedereinführen wenigstens eines Teils eines Filtrats aus der Filtereinheit in den ersten Flüssigkeitsstrom umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abtrennen des ersten gewaschenen Gasstroms das Abtrennen eines Kopfproduktstroms einschließt. Das Verfahren nach Anspruch 1, außerdem umfassend die Schritte:

Mischen des ersten gewaschenen Gasstroms mit einem zweiten Flüssigkeitsstrom, um einen zerstäubten Gasstrom zu bilden;

Abtrennen eines zweiten gewaschenen Gasstroms, der Halogenwasserstoffe enthält, von dem zerstäubten Gasstrom;

Abtrennen wenigstens eines Teils eines gereinigten flüssigen Bodenproduktstroms von dem zerstäubten Gasstrom und

Entfernen von Feststoffen aus dem Teil des gereinigten flüssigen Bodenproduktstroms des zerstäubten Gasstroms in der Filtereinheit.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei der zerstäubte Gasstrom in einem Gaswäscher gebildet wird. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Gaswäscher ein Venturi-Nasswäscher ist. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Abtrennen eines zweiten gewaschenen Gasstroms das Abtrennen in einer zweiten Dampf/Flüssigkeits-Scheidetrommel umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 10, welches das Wiedereinführen von wenigstens einem Teil des gereinigten Bodenproduktstroms aus dem zerstäubten Gasstrom in den zweiten Flüssigkeitsstrom umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 10, welches das Strömenlassen des zweiten gewaschenen Gasstroms zu einem Säureabsorber umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei der zerstäubte Gasstrom tangential aus dem Gaswäscher in eine zweite Dampf/Flüssigkeits-Scheidetrommel entladen wird. Das Verfahren nach Anspruch 10, welches das Verwenden einer wässrigen Lösung von Halogenwasserstoff in dem zweiten Flüssigkeitsstrom umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 10, außerdem umfassend das Bilden einer konzentrierten Aufschlämmung von Partikeln in wenigstens einer Filtereinheit und Entwässern wenigstens eines Teils der konzentrierten Aufschlämmung, um einen feuchten Partikelkuchen zu bilden. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 10, außerdem umfassend das Entnehmen eines feuchten Partikelkuchens aus wenigstens einer Filtereinheit. Das Verfahren nach Anspruch 18, außerdem umfassend wenigstens einen der Schritte:

Wiedereinführen des feuchten Kuchens in einen Reaktor für halogenierte Materialien, Verbrennen des Kuchens in einem Brennofen und Vergraben des Kuchens in einer Mülldeponie.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 10, wobei wenigstens eine Filtereinheit wenigstens einen ersten Filter und einen zweiten Filter umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 18, außerdem umfassend das Wiedereinführen wenigstens eines Teils der konzentrierten Aufschlämmung in einen Reaktor für halogenierte Materialien. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 10, wobei die Feststoffe aus den Bodenproduktströmen in eine konzentrierte Aufschlämmung hinein entfernt werden. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Anteile des Bodenproduktstroms aus dem gequenchten wässrigen Strom und aus dem zerstäubten Gasstrom zu derselben Filtereinheit gespült werden. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Mischen und Trennen eines ersten gewaschenen Gasstroms bei einer Temperatur oberhalb von ungefähr 90°C und einem Druck oberhalb von ungefähr 4 bar Überdruck durchgeführt werden. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bilden des zerstäubten Gasstroms und das Abtrennen des zweiten gewaschenen Gasstroms bei einer Temperatur oberhalb von ungefähr 80°C und einem Druck oberhalb von ungefähr 3,5 bar Überdruck durchgeführt werden.






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