Коксование в псевдоожиженном слое с получением топливного газа
COKING IN A FLUIDIZED BED TO OBTAIN FUEL GAS

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу коксования в псевдоожиженном слое, в котором тяжелое нефтяное сырье подвергают термическому крекингу (коксованию) в ректоре с псевдоожиженном слоем, причем продукт коксования преобразуют посредством газификации с получением топливного газа.
Уровень техники
Тяжелые нефтяные масла и получаемые из них остаточные фракции характеризуются сочетанием свойств, которое включает высокую начальную температуру кипения, высокую молекулярную массу и низкое содержание водорода относительно более низкокипящих фракций, таких как лигроин, газолин и дистилляты; часто эти тяжелые масла и высококипящие фракции характеризуются высокой плотностью (низкой плотностью в градусах Американского нефтяного института (АНИ)), высокой вязкостью, высоким содержанием кокса, высоким содержанием азота, высоким содержанием серы и высоким содержанием металлов.
Технологии облагораживания тяжелого нефтяного сырья в широком смысле можно разделить на способы извлечения углерода и присоединения водорода. Извлечение углерода приводит к перераспределению водорода среди различных компонентов, в результате чего получают фракции с повышенным атомным отношением Н/С и продукты, включающие фракции с более низким атомным отношением Н/С и твердые коксоподобные материалы. Напротив, способы присоединения водорода, включают взаимодействие тяжелой сырой нефти с внешним источником водорода и приводят к общему увеличению отношения Н/С.
Способы извлечения углерода обычно проводят при средних и высоких температурах и низких давлениях, и они имеют более низкий выход жидкого продукта для транспортного топлива, чем способы присоединения водорода, так как большую часть сырья удаляют в виде твердого кокса; также образуются легкие газы в качестве побочных продуктов в ходе реакции термического крекинга, и они, имея высокое отношение Н/С, как правило, снижают количество более ценных жидких продуктов. Жидкости, как правило, имеют низкое качество, и их обычно требуется подвергать гидроочистке, чтобы сделать пригодными в качестве сырья для каталитических процессов с получением транспортного топлива.
Способы термического крекинга включают такие как висбрекинг, который проводят при относительно мягких условиях, и они главным образом предназначены для повышения выхода продуктов перегонки из остаточных фракций. Напротив, способы коксования осуществляют при значительно более жестких режимах работы, и они дают значительное количество кокса в качестве побочного продукта; количество кокса обычно составляет порядка одной трети массы подаваемого материала. Основные способы коксования, используемые в настоящее время, представляют собой замедленное коксование, коксование в псевдоожиженном слое и его вариант - флексикокинг (Flexicoking™). Настоящее изобретение относится к флексикокингу.
Коксование в псевдоожиженном слое представляет собой способ переработки нефти, при котором тяжелые нефтепродукты, обычно неперегоняемый остаток (кубовые остатки) от разделения на фракции тяжелой нефти превращают в более легкие, более полезные продукты путем термического разложения при повышенных реакционных температурах, обычно приблизительно от 480 до 590°С, (от 900 до 1100°F) и, в большинстве случаев, приблизительно от 500 до 550°С (от 930 до 1020°F). Тяжелые нефтепродукты, которые можно обрабатывать посредством коксования в псевдоожиженном слое, включают тяжелые остатки атмосферной перегонки, остатки вакуумной перегонки нефти, ароматические экстракты, асфальтовые вещества и битумы из нефтеносных песков, асфальтовых ям и асфальтовых озер Канады (Атабаска, Альта), Тринидада, Южной Калифорнии (Ла Бреа (Лос-Анджелес)), Маккиттрик (Бейкерсфилд, Калифорния), Карпинтерия (Санта-Барбара Каунти, штат Калифорния), озера Бермудес (Венесуэла) и аналогичные отложения, такие как встречающиеся в Техасе, Перу, Иране, России и Польше.
Способ осуществляют в установке с большим реактором, содержащим частицы горячего кокса, которые поддерживают в псевдоожиженном состоянии при заданной температуре реакции с помощью пара, вводимого в нижней части емкости, при среднем направлении перемещения частиц кокса вниз через слой. Подаваемый тяжелый нефтяной материал нагревают до температуры позволяющей перекачивание, обычно приблизительно от 350 до 400°С (от 660 до 750°F), смешивают с распыляющим паром и подают через подающие форсунки, расположенные на нескольких последовательных уровнях в реакторе. Пар вводят в зону отпарки на дне реактора и пропускают вверх через частицы кокса, опускающиеся через плотную фазу псевдоожиженного слоя в основной части реактора над зоной отпарки. Часть подаваемой жидкости покрывает частицы кокса в псевдоожиженном слое и впоследствии подвергается крекингу с образованием слоев твердого кокса и более легких продуктов, которые выделяются в виде газа или паров жидкости. Давление реактора является относительно низким, чтобы способствовать испарению углеводородов, которые проходят вверх из плотной фазы в разбавленную фазу псевдоожиженного слоя в зоне коксования и в циклоны сверху зоны коксования, в которых большинство захваченных твердых частиц отделяют от газовой фазы посредством центробежной силы в одном или более циклонах и возвращают в плотный псевдоожиженный слой под действием силы тяжести через опускные трубы циклонов. Смесь пара и паров углеводородов из реактора впоследствии выпускают из выпускных отверстий для газа циклона в зону мокрой очистки в камере, расположенной над зоной коксования и отделенной от нее перегородкой. Эта смесь быстро охлаждается в зоне мокрой очистки посредством контакта с жидкостью, опускающейся по отбойным тарелкам. Циркуляционный контур обеспечивает циркуляцию конденсированной жидкости к внешнему холодильнику и обратно к верхнему ряду отбойных тарелок зоны мокрой очистки, чтобы обеспечить охлаждение для быстрого охлаждения и конденсации наиболее тяжелой фракции жидкого продукта. Эту тяжелую фракцию обычно рециркулируют до ее исчезновения посредством подачи обратно в зону коксования в реакторе.
Частицы кокса, образующиеся в зоне коксования, проходят вниз в реакторе и выходят из нижней части реакционной емкости через зону отпарки, где их подвергают воздействию пара для удаления поглощенных углеводородов. Твердый кокс из реактора, в основном состоящий из углерода с небольшим количеством водорода, серы, азота и следами ванадия, никеля, железа и других элементов, поступивших из подаваемого потока, проходит через зону отпарки и выходит из реакционной емкости в горелку или нагреватель, где его частично сжигают в псевдоожиженном слое с помощью воздуха, чтобы повысить его температуру от приблизительно 480 до 700°С (приблизительно от 900° до 1300°F) для поставки тепла, требуемого для эндотермической реакции коксования, после чего часть частиц горячего кокса рециркулируют в реакционную зону с псевдоожиженным слоем для передачи тепла в реактор и в качестве зародышей для образования кокса. Остаток извлекают в виде продукта коксования. Чистый выход кокса составляет только приблизительно 65 процентов от величины, получаемой при замедленном коксовании.
Способ флексикокинга (Flexicoking™), также разработанный Exxon Research and Engineering Company фактически является вариантом способа коксования в псевдоожиженном слое, который осуществляют на установке, включающей реактор и нагреватель, но также включающей газификатор для газификации продукта коксования посредством взаимодействия со смесью воздух/пар с получением топливного газа с низкой теплотой сгорания. Поток кокса пропускают из нагревателя в газификатор, в котором весь, за исключением небольшой доли, кокс газифицируют с получением газа с низкой теплотой сгорания ~ 127кДж (~ 120 БТЕ/стандартный кубический фут) посредством добавления пара и воздуха в псевдоожиженный слой в среде с недостатком кислорода с получением топливного газа, включающего монооксид углерода и водород. Полученный топливный газ, содержащий захваченные частицы кокса, из газификатора возвращают в нагреватель для обеспечения большей части тепла, требующегося для термического крекинга в ректоре, при этом оставшуюся часть тепла, потребляемого реактором, поставляют посредством сжигания в нагревателе. Небольшое количество чистого кокса (приблизительно 1 процент от подаваемого материала) извлекают из нагревателя для очистки системы от металлов и золы. Выход жидкого продукта и свойства сравнимы с параметрами, которые получают при коксовании в псевдоожиженном слое. Полученный топливный газ (флексигаз) отводят из нагревателя с последующим разделением во внутренних циклонах, с помощью которых возвращают частицы кокса через опускные трубы циклонов.
Способ флексикокинга описан в патентах Exxon Research and Engineering Company, включая, например, US 3661543 (Saxton), US 3759676 (Lahn), US 3816084 (Moser), US 3702516 (Luckenbach), US 4269696 (Metrailer). В US 4213848 (Saxton) описан вариант, в котором потребность в тепле зоны коксования реактора удовлетворяют посредством введения потока жидких углеводородов из колонны фракционирования продуктов в реактор, вместо потока частиц горячего кокса из нагревателя. В US 5472596 (Kerby) описан другой вариант, в котором используют поток легких парафинов, введенных в возвратный трубопровод для горячего кокса, чтобы получить олефины. В более ранних документах предложены установки с многоярусной конфигурацией, но позднее созданные установки имеют конфигурацию с расположением в один ряд.
В то время как конфигурация установки с использованием отдельного реактора, нагревателя и газификатора продемонстрировала свои возможности и потенциал на ряде действующих установок, обеспечивая привлекательную доходность капитала, конечно было бы желательно снизить капитальные затраты, чтобы повысить доход.
Краткое описание изобретения
В настоящее время нами разработана новая форма установки флексикокинга, которая сохраняет возможность преобразования подаваемых тяжелых нефтяных потоков в жидкие углеводородные продукты с более низкой температурой кипения лишь с минимальным выходом кокса, но которую можно соорудить с более низкими капитальными затратами. В настоящем изобретении нагреватель традиционной трехсекционной установки (реактор, нагреватель, газификатор) исключен, и холодный кокс из реактора подают непосредственно в газификатор, который модифицирован посредством установки внутреннего или внешнего циклонов для отделения частиц кокса от полученного газа, который извлекают из газификатора через выходы для газа циклонов. Горячий кокс из газификатора подают непосредственно в зону коксования реактора, чтобы подвести тепло для поддержания эндотермических реакций крекинга и обеспечить затравочные кристаллы для образования кокса в реакторе. Кокс извлекают из газификатора для удаления избыточного кокса и для очистки системы от металлов и золы.
В соответствии с настоящим изобретением, способ коксования для преобразования тяжелого углеводородного сырья в продукты с более низкой температурой кипения, осуществляемый на установке коксования в псевдоожиженном слое, включающей реактор коксования в псевдоожиженном слое и реактор газификации (газификатор), включает: (i) введение тяжелого углеводородного сырья в зону коксования реактора коксования в псевдоожиженном слое, содержащего псевдоожиженный слой твердых частиц, поддерживаемый при температуре коксования, с получением парофазного продукта, включающего жидкие при нормальных условиях углеводороды, тогда как кокс осаждается на твердых частицах; (ii) пропускание твердых частиц с осажденным на них коксом в газификатор; (iii) обеспечение контакта твердых частиц с осажденным на них коксом в газификаторе с паром и кислородсодержащим газом, обычно воздухом или обогащенным кислородом воздухом, в атмосфере с ограниченным количеством кислорода при повышенной температуре для нагрева твердых частиц и образования продукта - топливного газа, включающего монооксид углерода и водород, (iv) рециркуляцию нагретых твердых частиц из газификатора в зону коксования для подачи тепла в зону коксования.
Твердые частицы обычно состоят только из кокса и по этой причине их далее называют частицами кокса, хотя можно использовать другие твердые частицы в качестве циркулирующей теплопередающей среды, чтобы осаждать на них в реакторе кокс и удалять в ходе реакции газификации в отдельном газификаторе. Тепло, требующееся для поддержания реакции крекинга, обеспечивают посредством экзотермических реакций, протекающих в газификаторе, и это тепло передают в реактор при транспортировке частично газифицированных частиц из газификатора в реактор. В настоящем изобретении частицы кокса подают непосредственно в газификатор из реактора коксования, и это означает, что их перемещают в газификатор без пропускания через промежуточный нагреватель и что их рециркулируют непосредственно из газификатора в реактор коксования опять-таки без пропускания через нагреватель.
Модифицированная установка коксования в соответствии с настоящим изобретением включает: (i) реактор коксования в псевдоожиженном слое со входом для тяжелого углеводородного сырья, выходом для крекированных паров углеводородов в верхней части реактора, входом в нижней части реактора для псевдоожижающего газа, входом для нагретых твердых частиц и выходом в нижней части реактора для твердых частиц с осажденным на них коксом, (ii) газификатор со входом для пара и кислородсодержащего газа в нижней части, входом для твердых частиц с осажденным на них коксом (например, в боковой части емкости на границе раздела плотного слоя и разбавленной фазы), выходом для топливного газа в верхней части и выходом для твердых частиц, нагретых в газификаторе (например, в другом месте боковой части емкости на границе раздела плотного слоя и разбавленной фазы), (iii) трубопровод для пропускания твердых частиц с осажденным на них коксом от выхода для твердых частиц непосредственно ко входу для твердых частиц газификатора, (iv) трубопровод для пропускания твердых частиц, нагретых в газификаторе, из выхода для твердых частиц газификатора ко входу для твердых частиц реактора для рециркуляции нагретых твердых частиц из газификатора в реактор, чтобы обеспечить тепло для зоны коксования реактора.
Краткое описание чертежей
На прилагаемых чертежах:
на Фиг. 1А представлена упрощенная схема установки флексикокинга с тремя емкостями, расположенными в ряд, включающей реактор, нагреватель и газификатор;
на Фиг. 1В представлена упрощенная схема установки флексикокинга с двумя емкостями, расположенными в ряд, включающей реактор и газификатор;
на Фиг. 2 представлена упрощенная схема установки флексикокинга с расположенными в ряд емкостями, включающей реактор, непосредственно соединенный с газификатором, с сепаратором твердых частиц, расположенным снаружи газификатора.
Подробное описание изобретения
В данном описании термин «флексикокинг» (товарный знак ExxonMobil Research and Engineering Company) используют для обозначения способа коксования в псевдоожиженном слое, в котором тяжелое нефтяное сырье подвергают термическому крекингу в псевдоожиженном слое нагретых твердых частиц с получением углеводородов с низкой молекулярной массой и температурой кипения наряду с коксом в качестве побочного продукта, который осаждается на твердые частицы в псевдоожиженном слое; кокс затем преобразуют в топливный газ посредством приведения в контакт при повышенной температуре с паром и кислородсодержащим газом в реакторе газификации (газификаторе).
На Фиг. 1А представлена установка флексикокинга с характерными для нее тремя реакционными емкостями: реактором, нагревателем и газификатором, расположенными в ряд; хотя наземная площадь при расположении в ряд больше, чем наземная площадь многоярусных установок, представленных в US 3661543 и US 3816084, эта компоновка меньше подвержена сбоям и потенциальным отказам оборудования, как отмечено в US 3759676, и в настоящее время она стала общепринятой.
Установка включает секцию реактора 10 с зоной коксования и соединенными с ней зонами отпарки и мокрой очистки (не показаны особо, поскольку являются традиционными), секцию нагревателя 11 и секцию газификатора 12. Соотношение зоны коксования, зоны мокрой очистки и зоны отпарки в секции реактора показано, например, в US 5472596, на который сделана ссылка для описания установки флексикокинга и ее секции реактора. Тяжелое нефтяное сырье вводят в установку по трубопроводу 13, а крекированный углеводородный продукт выводят через трубопровод 14. Псевдоожижающий пар и пар для отпарки подают через трубопровод 15. Холодный кокс извлекают из зоны отпарки в основании реактора 10 через трубопровод 16 и перемещают к нагревателю 11. Термин «холодный» применительно к температуре извлекаемого кокса, конечно, является относительным, поскольку она значительно выше окружающей среды при рабочей температуре зоны отпарки. Циркуляцию горячего кокса от нагревателя 11 к реактору 10 обеспечивают через трубопровод 17. Кокс от нагревателя 11 перемещают в газификатор 12 через трубопровод 21, а циркуляцию горячих, частично газифицированных частиц кокса из газификатора обратно к нагревателю обеспечивают через трубопровод 22. Избыточный кокс отводят из нагревателя 11 посредством трубопровода 23. Газификатор 12 обеспечивают подачей пара и воздуха через трубопровод 24, а горячий топливный газ извлекают из газификатора в нагреватель через трубопровод 25. Низкокалорийный топливный газ извлекают из установки посредством трубопровода 26 на нагревателе; коксовую мелочь извлекают из топливного газа в циклонной системе 27 нагревателя, включающей последовательно соединенные первичный и вторичный циклоны с опускными трубами, которые позволяют возвращать отделенную мелочь в псевдоожиженный слой в нагревателе.
На Фиг. 1В показана модифицированная установка, в основном состоящая из реактора 30, который сконструирован и работает таким же образом, как реактор 10, в который через трубопровод 33 подают псевдоожижающий/отпаривающий пар и через трубопровод 34 извлекают крекированные углеводородные продукты. Холодный кокс перемещают непосредственно из реактора 30 в газификатор 31 через трубопровод 35, а горячие, частично газифицированные частицы кокса перемещают непосредственно из газификатора 31 в реактор 30 через трубопровод 36 для обеспечения тепла, необходимого для реакций крекинга в зоне коксования реактора. Пар и воздух подают в газификатор из трубопровода 37, и низкокалорийный топливный газ направляют из газификатора через трубопровод 38; коксовую мелочь извлекают из топливного газа в газификаторе в циклонной системе 39, включающей последовательно соединенные первичный и вторичный циклоны с опускными трубами, по которым возвращают отделенную мелочь в псевдоожиженный слой в газификаторе. Кокс может быть удален из газификатора через линию СР.
Во многих отношениях установка флексикокинга по настоящему изобретению имеет сходство с известным типом установки флексикокинга с тремя емкостями, и рабочие параметры подобны во многих отношениях.
В частности, реактор эксплуатируют в соответствии с параметрами, необходимыми для требуемых процессов коксования. Таким образом, тяжелый нефтяной подаваемый материал обычно представляет собой тяжелую (высококипящую), освобожденную от легких фракций сырую нефть; кубовые остатки атмосферной перегонки нефти; кубовые остатки вакуумной перегонки нефти или остаточные фракции; пек; асфальт; битум; другие остаточные фракции тяжелых углеводородов; нефть из нефтеносных песков; нефть битуминозных сланцев или даже угольную пульпу или продукт ожижения угля, такой как кубовые остатки ожижения угля. Такой подаваемый материал обычно имеет содержание кокса по Конрадсону (ASTM D189-165) по меньшей мере 5 масс. %, обычно приблизительно от 5 до 50 масс. %. Предпочтительно подаваемый поток представляет собой остаток вакуумной перегонки нефти.
Типичный исходный нефтяной материал, подходящий для реализации настоящего изобретения, имеет состав и свойства в указанных ниже диапазонах.
Содержание кокса по Конрадсону от 5 до 40 масс. %
Плотность нефти в градусах АНИ от -10 до 35°
Температура кипения от 340°С+ до 650°С+
Сера от 1,5 до 8 масс. %
Водород от 9 до 11 масс. %
Азот от 0,2 до 2 масс. %
Углерод от 80 до 86 масс. %
Металлы от 1 до 2000 массовых частей на млн.
Тяжелый нефтяной подаваемый материал, предварительно нагретый до температуры, при которой он является текучим и поддается перекачке насосом, вводят в реактор коксования в верхней части реакционной емкости через распылительные форсунки, которые выполнены так, что распыляют подаваемый материал в слой псевдоожиженных частиц кокса в емкости. Температура зоны коксования реактора обычно составляет приблизительно от 450 до 650°С, и давление поддерживают на относительно низком уровне, обычно приблизительно от 120 до 400 кПа изб. (приблизительно от 17 до 58 фут/кв. дюйм изб.), и как правило, приблизительно от 200 до 350 кПа изб. (приблизительно от 29 до 51 фут/кв. дюйм изб.), чтобы способствовать быстрой сушке частиц кокса, предотвращая образование липких, вязких отложений углеводородов с высокой молекулярной массой на частицах, которые могут привести к загрязнению реактора. Легкие углеводородные продукты реакций коксования (термического крекинга) выпаривают, смешивают с псевдоожижающим паром и подают вверх через плотную фазу псевдоожиженного слоя в зону разбавленной фазы над плотным псевдоожиженным слоем частиц кокса. Эта смесь испаренных углеводородных продуктов, образованная в ходе реакции коксования, протекает вверх через разбавленную фазу вместе с паром, с приведенной скоростью приблизительно от 1 до 2 м/с (приблизительно от 3 до 6 фут/с), захватывая часть мелких твердых частиц кокса, которые отделяют от паровой фазы крекинга в циклонах реактора, как описано выше. Крекированные пары углеводородов выводят из циклонов в зону мокрой очистки реактора и затем на фракционирование и извлечение продукта.
По мере протекания процесса крекинга в реакторе, частицы кокса поступают вниз через зону коксования, через зону отпарки, в которой поглощенные углеводороды отпаривают восходящим потоком псевдоожижающего газа (пара). Затем их выводят из реактора коксования и подают в реактор газификации (газификатор), который содержит псевдоожиженный слой твердых частиц и который работает при более высокой температуре, чем температура зоны коксования реактора. В газификаторе частицы кокса превращают посредством реакции при повышенной температуре с паром и кислородсодержащим газом в низкокалорийный топливный газ, содержащий монооксид углерода и водород.
Зону газификации обычно поддерживают при высокой температуре приблизительно от 850 до 1000°С (от 1560 до 1830°F) и давлении от приблизительно 0 до приблизительно 1000 кПа изб. (от 0 до 150 фут/кв. дюйм изб.), предпочтительно приблизительно от 200 до 400 кПа изб. (от 30 до 60 фут/кв. дюйм изб.). Пар и кислородсодержащий газ, такой как воздух, технический кислород или воздух, смешанный с кислородом, подают в газификатор для проведения реакции с твердыми частицами, включающими кокс, осажденный на них в зоне коксования. В зоне газификации в результате реакции между коксом и паром и кислородсодержащим газом получают водород и топливный газ, содержащий монооксид углерода и частично газифицированный остаточный коксовый продукт, и условия в газификаторе выбирают соответствующим образом. Расходы пара и воздуха зависят от расхода, при котором холодный кокс поступает из реактора, и в меньшей степени от состава кокса, который, в свою очередь, меняется в зависимости от состава тяжелого нефтяного подаваемого материала и степени жесткости условий крекинга в реакторе, которые выбирают в соответствии с подаваемым материалом и требуемым диапазоном жидких продуктов. Топливный газ, полученный из газификатора, может содержать захваченные твердые частицы кокса, и их извлекают с помощью циклонов или других способов отделения в секции газификатора установки; циклоны могут быть внутренними циклонами в основной емкости газификатора или внешними в отдельной, меньшей емкости, как описано ниже. Продукт - топливный газ извлекают сверху из циклонов газификатора. Полученные частично газифицированные частицы извлекают из газификатора и вводят непосредственно в зону коксования реактора коксования на уровне разбавленной фазы над расположенной ниже плотной фазой.
В настоящем изобретении холодный кокс из реактора перемещают непосредственно в газификатор; такое перемещение почти во всех случаях является безусловно непосредственным, когда один конец трубопровода соединен с выходом для кокса из реактора, а его другой конец соединен с входом для кокса газификатора, без промежуточной реакционной емкости, т.е. нагревателя. Однако, не следует исключать присутствие устройств, отличных нагревателя, например, входы для транспортирующего газа и т.д. Подобным образом, хотя горячие, частично газифицированные частицы кокса из газификатора, возвращают непосредственно из газификатора в реактор, это означает только что между ними отсутствует нагреватель, присутствующий в традиционной установке флексикокинга с тремя емкостями, но другие устройства могут присутствовать между газификатором и реактором, например входы и выходы для транспортирующего газа. В устройстве с двумя емкостями, показанном на Фиг. 1В, частично газифицированную коксовую мелочь отделяют от топливного газа с помощью циклонов внутри газификатора, и горячие частицы кокса перемещают из газификатора напрямую в реактор. На Фиг. 2 показана установка с секцией газификатора, в которой циклоны для отделения коксовой мелочи от топливного газа, установлены в небольшой отдельной емкости, расположенной снаружи основной емкости газификатора. В данном устройстве, включающем реактор 40, основную емкость газификатора 41 и сепаратор 42, тяжелый нефтяной подаваемый материал вводят в реактор 40 через трубопровод 43, а псевдоожижающий/отпаривающий газ через трубопровод 44; крекированные углеводородные продукты извлекают через трубопровод 45. Холодный, подвергнутый отпарке кокс направляют непосредственно из реактора 40 в газификатор 41 с помощью трубопровода 46, а горячий кокс возвращают в реактор по трубопроводу 47. Пар и воздух подают через трубопровод 48. В данном случае, топливный газ, полученный в газификаторе, не извлекают непосредственно из газификатора, как на Фиг. 1В, а вместо этого поток газа, содержащий коксовую мелочь, направляют в емкость сепаратора 42 через трубопровод 49, который соединен с выходом для газа основной емкости газификатора 41. Мелочь отделяют от потока газа в циклонной системе 50, включающей соединенные последовательно первичные и вторичные циклоны с опускными трубами, через которые возвращают отделенную мелочь в емкость сепаратора. Затем отделенную мелочь возвращают в основную емкость газификатора через возвратный трубопровод 51 и продукт - топливный газ выводят с помощью трубопровода 52. Кокс извлекают из сепаратора через трубопровод 53.
В качестве альтернативы применения циклонов для отделения коксовой мелочи от топливного газа фильтры на основе пористых спеченных металлов/керамических материалов/газовые фильтры дают преимущества в условиях высоких температур основной емкости газификатора или соседней емкости сепаратора. Фильтры на основе спеченных металлов работают при температурах вплоть до приблизительно 900°С (1650°F), тогда как керамические фильтры можно использовать вплоть до приблизительно 980°С (1800°F). Хотя необходимо осуществлять техническое обслуживание для удаления мелочи из фильтров с применением подходящего газа для обратной продувки со сбором мелочи, такие системы хорошо зарекомендовали себя, имеются в продаже и могут быть приспособлены для применения в установках по настоящему изобретению. В этих фильтрах фильтрующие элементы из спеченного металла или керамики с достаточно мелкими порами и имеющие размер, соответствующий расходу газа, удерживают твердые частицы кокса на фильтрующей поверхности. Кек из твердых частиц сдвигают при заданном перепаде давления (функция толщины кека и коэффициент сжатия), инициируя обратный поток газа, и сдвинутые твердые частицы удаляют из фильтрующей системы. Их возвращают непосредственно в газификатор для повторного использования или удаляют из системы и направляют в блок хранения или сбора.
2
Фильтрующие системы газ/твердое вещество с обратным потоком газа устраняют необходимость очищать топливный газ для удаления твердых частиц, поскольку их эффективность обычно составляет 99,99% относительно удаления твердых частиц. Единственным дополнительным требованием для использования такой методики разделения является наличие обратного потока газа высокого давления приблизительно (1,8-2,0) х (преобладающее рабочее давление), но поскольку устройства работают при относительно низком давлении, обеспечение соответствующего обратного потока не является значительной проблемой; например, азот высокого давления обычно подходит для применения в качестве обратного газа с фильтрами в секции газификатора, и он полностью совместим с основной рабочей средой и рабочими условиями. Сжатый топливный газ из установки или сжатый СО являются альтернативными источниками газа для обратного потока.
Однако при высоких нагрузках циклоны имеют преимущества небольших капиталовложений и лишь небольшого перепада давления для удаления наиболее крупных частиц. По этой причине может потребоваться использование циклонов (с первичной/вторичной ступенями циклонов) для начального отделения с последующими фильтрами, для замены ступени разделения, включающей третичный циклон/скруббер Вентури.