DE1470647C3 - Verfahren zum Kühlen von geblasenem Bitumen aus Erdölrückständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von geblasenem Bitumen aus Erdölrückständen, das gegebenenfalls durch indirekten Wärmeaustausch mit vorzuwärmender Beschickung für die Blasvorrichtung vorgekühlt worden ist, durch indirekten Wärmeaustausch.

Das oder ein Teil des im Dampfzustand aus der Blasvorrichtung abgezogene(n) Produkt(s) wird nachstehend als »Dampfprodukt« und das oder ein Teil des als Flüssigkeit aus der genannten Vorrichtung abgezogene(n) Produkt(s) wird als »flüssiges Produkt« bezeichnet, auch wenn sich der physikalische Zustand eines solchen Produktes nachträglich ändern sollte.

Es ist bekannt, gegebenenfalls mit anderen hochsiedenden Stoffen, wie schweren Destillaten, gemischte Erdölrückstände (direkt destilliert oder durch Spalten oder andere Umwandlungsverfahren erhalten) zur Herstellung von geblasenem Bitumen bei erhöhter Temperatur (im allgemeinen zwischen 200 und 400° C und meistens zwischen 250 und 350° C) mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas, gewöhnlich Luft, zu behandeln. Diese Maßnahme kann erwünschtenf alls zur Herstellung von zunehmend härteren geblasenen Produkten mehrere Male wiederholt werden. Bei diesem Verfahren wird ein oder werden mehrere Dampfprodukte, wie ein heißes Gasgemisch, das verbrauchtes Blasgas enthält, Wasserdampf und geblasenes Destillat, aus dem verwendeten Reaktionskessel abgeführt. Wenn Luft als Blasgas verwendet wird, besteht dieses verbrauchte Blasgas zum größten Teil aus Stickstoff. Es enthält außerdem eine geringe Menge an nichtverbrauchtem Sauerstoff und geringe Mengen von Oxydations- und Zersetzungsprodukten des Erdölrückstandes, wie Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, leichte Kohlenwasserstoffe, Schwefelwasserstoff und Mercaptane. Wasserdampf ist in diesen heißen Gasgemischen immer enthalten, da Wasser bei der Blasreaktion gebildet wird und Dampf und/oder Wasser im allgemeinen in den Reaktionskessel eingeführt wird (werden), um die Reaktion unter Kontrolle zu halten. Schließlich besteht das geblasene Destillat aus einem Gemisch von bei Zimmertemperatur flüssigen Kohlenwasserstoffen, die aus dem Erdölrückstand im Dampfzustand während der Blasreaktion entweichen.

Zusätzlich wird ein oder werden mehrere flüssige Produkte aus dem Reaktionsgefäß abgezogen, nämlich geblasenes Bitumen oder gewünschtenfalls eine Reihe von Bitumina mit wechselndem Härtegrad.
Solche flüssigen Produkte, welche mit hohen Temperaturen von etwa 200 bis etwa 400° C aus der Blaseinrichtung abgezogen werden, müssen vor der Lagerung gekühlt werden.

Bei einem in der US-PS 2122764 beschriebenen Verfahren zur Herstellung von geblasenem Bitumen

^X5 werden Kühlmaßnahmen im Reaktionsraum selbst zur Temperaturregelung des Blasvorganges durchgeführt und das geblasene flüssige Produkt wird vor der Lagerung gekühlt. Außerdem wird das vom oberen Teil der Blaseinrichtung gemäß diesem Verfahren abgezogene Dampfprodukt in einem Kühler abgekühlt und dabei der kondensierbare Teil des Dampfprodukts verflüssigt. Das Kühlen des beim Blasen erhaltenen flüssigen Produkts wird dabei in einem Wärmeaustauscher durchgeführt, in dem gegebenenfalls frisches, noch nicht behandeltes Ausgangsprodukt als Kühlmittel verwendet wird. Das Ausgangsmaterial wird dabei gleichzeitig für den Blasvorgang vorgewärmt. Beim Verfahren gemäß der vorgenannten US-Patentschrift besteht jedoch keine Verbindungsleitung zwischen dem vom Kopf der Blaseinrichtung abgezogenen Dampfprodukt und dem zum Abkühlen des geblasenen Bitumens vor dessen Lagerung verwendeten Wärmeaustauscher und das Dampfprodukt bzw. das Kühlmittel zum Abkühlen des Dampfprodukts wird demgemäß bei diesem Verfahren nicht zum Abkühlen des geblasenen Produkts vor seiner Lagerung in dem dafür bestimmten Wärmeaustauscher verwendet.

Wenn übliche Kühlmethoden verwendet werden, ergibt sich jedoch das Risiko, daß die Temperatur des aus der Blaseinrichtung im flüssigen Zustand abgezogenen Materials während des Kühlverfahrens bis unterhalb des Stockpunktes des genannten Materials absinken kann, wodurch ein Verstopfen- in der verwendeten Kühlanlage (wie Rohrleitungen und Wärmeaustauscher) verursacht wird.

Es wurde jetzt ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Verfahren zur Kühlung der flüssigen Produkte unter gleichzeitiger Verhinderung des Ver-Stopfens der Kühlanlage gefunden, bei dem gekühltes kondensiertes Dampfprodukt und/oder vorher zum Kühlen von Dampfprodukt verwendetes Kühlmittel als Kühlmittel für das flüssige Produkt aus der Blaseinrichtung eingesetzt wird.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zum Kühlen von geblasenem Bitumen aus Erdölrückständen, das gegebenenfalls durch indirekten Wärmeaustausch mit vorzuwärmender Beschickung für die Blasvorrichtung vorgekühlt worden ist, durch indirekten Wärmeaustausch, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das flüssige geblasene Bitumen mit durch Kühlung des in der Blaseinrichtung gebildeten Dampfprodukts erhaltenem Kondensat und/oder vorher zum Kühlen des Dampfprodukts verwendetem und dabei vorgewärmtem Kühlmittel auf eine über seinem Stockpunkt liegende Temperatur abgekühlt wird.

Erfindungsgemäß umfaßt die Bezeichnung »Erdölrückstände« sowohl solche Rückstände enthaltende

Gemische als auch Rückstände und Gemische, die bereits ein- oder mehrmals geblasen worden sind.

Da das kondensierte Dampfprodukt, obwohl kühler als das flüssige Produkt, im allgemeinen eine Temperatur über dem Stockpunkt des letztgenannten Produktes aufweist, ist ein solches kondensiertes Dampfprodukt vorzüglich zur Anwendung bei der Kühlung von flüssigem Produkt unter Verhinderung des Verstopfens der Kühleinrichtung geeignet.

Als Alternative zu dem kondensierten Dampfprodukt selbst ist ein Kühlmittel (z. B. eines der üblichen Kühlmittel, wie Wasser und Luft), das vorher zum Kühlen dieses Dampfprodukts verwendet und dabei vorgewärmt worden ist, wie bereits erwähnt, ebenfalls zur Anwendung beim Kühlen des flüssigen Produktes ¹S geeignet, da die Temperatur eines solchen vorgewärmten Kühlmittels beträchtlich höher als der Stockpunkt des zu kühlenden flüssigen Produkts ist.

Der Kühlvorgang zur Herstellung eines solchen vorgewärmten Kühlmittels kann in indirekter Weise durchgeführt werden, z. B, mit Hilfe eines Wärmeaustauschers. Das Kühlmittel wird jedoch vorzugsweise auf direkte. Weise vorgewärmt, nämlich durch Anwendung desselben als Waschmittel für das Dampfprodukt oder einen Teil desselben in einer Kühlkolonne.

Eine Fraktion eines Dampfproduktes, welches sich besonders zur Anwendung als Kühlmittel für flüssiges Produkt eignet, ist ein Kondensat, das aus einem früheren Produkt (oder einem Teil eines solchen) gewonnen worden ist (z.B. durch Kühlen), wobei die Kühlung wiederum in direkter Weise durch Waschen bewirkt werden kann. In diesem Fall wird also das Kondensat zusammen mit dem verwendeten Waschmittel wiedergewonnen.

Kondensiertes Dampfprodukt und/oder vorgewärmtes Kühlmittel, welches bereits zur Kühlung von flüssigem Produkt verwendet worden ist, kann zweckmäßigerweise zum Kühlen von flüssigem Produkt (des gleichen oder eines anderen) wiederverwendet werden, wobei es natürlich auf die gewünschte Kühltemperatur gebracht werden muß. Dies kann vorteilhafterweise mindestens zum Teil bewirkt werden, indem man das auf die erwünschte Temperatur zu bringende Material mit Kondensat, das aus dem Dampfprodukt und/oder mit Kühlmittel wiedergewonnen worden ist, insbesondere Waschmittel, das vorher zum Kühlen, insbesondere zum direkten Kühlen von Dampfprodukt verwendet worden ist, vereinigt. Offensichtlich ist es auch möglich, diese gewünschte Temperatur durch Kühlen gegebenenfalls nach der vorbeschriebenen Vereinigung zu erreichen.

Das nacheinander durchgeführte Kühlen von Dampf- und flüssigem Produkt kann auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, indem man zuerst flüssiges Produkt und dann Dampfprodukt mit Hilfe des gleichen Kühlmittels kühlt. Da das Kühlmittel, welches durch Kühlen von (heißem) flüssigem Produkt vorgewärmt worden ist, im allgemeinen zu heiß ist, um unmittelbar zum Kühlen von Dampfprodukt verwendet zu werden, muß dieses Kühlmittel (oder ein Teil desselben, der zum Kühlen des Dampfproduktes verwendet werden soll), zuerst wiederum auf eine Temperatur gebracht werden, die für diese Kühlung erwünscht ist. Dies kann z.B. mit Hilfe von Wasser- und/oder Luftkühlung erreicht werden.

Zu diesem Zweck kann das kondensierte Dampfprodukt, das zum Kühlen von flüssigem Produkt verwendet worden ist, zweckmäßigerweise auf eine Temperatur gebracht werden, die zum Kühlen (des gleichen oder eines verschiedenen) Dampfproduktes erwünscht ist, und bei dieser Kühlung verwendet werden.

Wenn das Kühlen des beim Blasen erhaltenen flüssigen Produktes nicht mit kondensiertem Dampfprodukt sondern mit Hilfe von Kühlmittel durchgeführt wird, das durch Dampfproduktkühlung vorgewärmt worden ist, wird auf diese Weise eine Kombination der beiden beschriebenen Kühlmethoden in Reihenschaltung erreicht. Dieses Kühlmittel wird daher im Kreislauf (wobei das Kühlmittel frisch oder aufgefrischt sein kann) von einer Kühlvorrichtung für Dampfprodukt über eine Kühlvorrichtung für flüssiges Produkt zurück zu der ersten Kühleinrichtung geführt. Gewünschtenfalls kann zusätzliche Kühlung in irgendeiner anderen Weise angewandt werden. Es ist auch möglich, kondensiertes Dampfprodukt teilweise zum Kühlen von Dampfprodukt und teilweise wiederum zum Kühlen von flüssigem Produkt zu verwenden, das bereits zum Kühlen von flüssigem Produkt (Kühlmittel) verwendet worden ist.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Gewinnung von Kondensat aus Dampfprodukt durch direkte Kühlung mit Hilfe eines Waschmittels, Verwendung des Kondensats (mindestens teilweise) als Kühlmittel für flüssiges Produkt und Einstellen mindestens eines Teils des Kondensats, gegebenenfalls nach zumindest teilweiser Verwendung als Kühlmittel für flüssiges Produkt, auf eine Temperatur, die zum Kühlen von Dampfprodukt erwünscht ist, und nachfolgender Verwendung desselben als das erwähnte Waschmittel. Vorzugsweise wird ein Teil des als Kühlmittel für flüssiges Produkt verwendeten Kondensats wiederum als Kühlmittel für flüssiges Produkt verwendet, nachdem es mit noch nicht für diesen Zweck verwendetem Kondensat kombiniert worden ist. Auf diese Weise können alle erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile kombiniert werden, nämlich die Herstellung eines Kühlmittels sowohl für das Dampfprodukt als auch für flüssiges Produkt aus dem Dampfprodukt selbst, wobei die Verwendung fremder Waschmittel vermieden wird, und gewünschtenfalls das Einstellen des wiederzuverwendenden Kühlmittels für flüssiges Produkt auf die gewünschte Temperatur, indem man dieses mit frischem Kondensat kombiniert, so daß ein Kühlmittelgemisch mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur erhalten wird, das auch zur Kühlung von flüssigem, einen verhältnismäßig hohen Stockpunkt aufweisenden Produkt (sogenanntem vollständig geblasenem Bitumen) verwendet werden kann.

Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, welche aber nicht alle Pumpen, Ventile, Kontroll- und andere Hilfseinrichtungen enthalten.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, welche sich in erster Linie auf das Aufarbeiten eines geblasenen Bitumens mit einem verhältnismäßig niedrigen Stockpunkt von z.B. 30° C bezieht.

Ein Rohöldestillatrückstand wird durch eine Leitung 1 in einen Vorerhitzer 2 (Ofen, Wärmeaustauscher) geleitet, in welchem er erhitzt und aus welchem er über eine Leitung 3 in eine Blaskolonne 4 geleitet wird. Ein sauerstoffhaltiges Gas, in diesem Fall Luft, wird durch eine Leitung 5 in die Blaskolonne eingeleitet. Geblasenes Bitumen fließt als flüssiges Produkt

von der Blaskolonne durch eine Leitung 6 zu einem Kontrollgefäß für den Flüssigkeitsstand 7, von dem es durch eine Leitung 8 abgezogen wird. Die gestrichelten Linien AB und CD zeigen den Flüssigkeitsstand in der Blaskolonne bzw. in dem Regelgefäß an. Eine Leitung 9 dient zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Druckes in der Blaskolonne und dem Gefäß für die Flüssigkeitsstandsregelung. Durch eine Leitung 10 kann Dampf in den Dampfraum der Blaskolonne eingespeist werden, um ein Nachbrennen zu verhindern.

Das geblasenes Bitumen enthaltende Dampfprodukt, welches am oberen Ende der Blaskolonne 4 entweicht, wird durch eine Leitung 11 in eine Kühlkolonne 12 geführt. Die Kühlkolonne 12 besteht aus einem zylindrischen Gefäß, das im vorliegenden Fall mit einer Reihe von Böden ausgerüstet ist (schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt). Das geblasene Bitumen kondensiert in der Kühlkolonne 12. Es verläßt diese Kolonne durch eine Entnahmeleitung 13 und wird, mindestens zum Teil, durch eine Pumpe 14, eine Leitung 15 und eine Kühlvorrichtung 16, welche hier mit Luft gekühlt wird, und eine Zuleitung 17 (mit einem Kontrollventil 18) als Waschmittel in die Kühlkolonne 12 zurückgepumpt. Die Kühlvorrichtung 16 gewährleistet, daß das kondensierte Dampfprodukt in die Kühlkolonne 12 durch die Zuleitung 17 mit einer Temperatur eintritt, die zum Kondensieren weiterer Mengen von geblasenem Bitumen ausreicht. Das Regelventil 18 dient zur Kontrolle der Mengen an kondensiertem Dampfprodukt, welche durch die Zuleitung 17 in die Kühlkolonne 12 zurückgeführt werden. Die Zuleitung 17 weist eine Abzweigung 19 auf (im vorliegenden Fall hinter der Kühlvorrichtung 16, aber gegebenenfalls auch vor derselben), die mit einem Regelventil 20 versehen ist. Der nicht zur Kühlkolonne 12 zurückgeführte Teil des kondensierten Dampf produktes wird durch diese Leitung abgezogen. Das Abführen dieses Kondensats durch die Leitung 19 wird automatisch durch einen Flüssigkeitsstandsanzeiger 21 mit Regelventil 20 geregelt. Der nichtkondensierte Teil des Dampfproduktes (verbrauchtes Blasgas, wie Wasserdampf, und ein leichtflüchtiger Anteil des geblasenen Bitumens) verläßt die Kühlkolonne 12 durch eine Leitung 22 im Dampfzustand. Gewünschtenfalls kann dieser Teil noch weiter behandelt werden, wobei das verbrauchte Blasgas gegebenenfalls in den Vorerhitzer 2 zur Verbrennung zurückgeführt wird (nicht dargestellt).

Das durch Leitung 8 abgezogene flüssige Produkt kann gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform mit dem Material in Leitung 1 im Vorerhitzer 2 in Wärmeaustausch gebracht werden. Erfindungsgemäß wird es in einem Wärmeaustauscher 23 mit dem in Leitung 15 zirkulierenden kondensierten Dampfprodukt in Wärmekontakt gebracht, so daß das geblasene Bitumen die gewünschte Lagertemperatur erhält. Auf diese Weise wird die Temperatur des Kondensats nur so weit erhöht, daß eine verhältnismäßig geringe Kühlfläche der Kühlvorrichtung 16 ausreicht. Gewünschtenfalls kann gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform ein Teil des Kondensats direkt, d.h. ohne durch die Kühlvorrichtung 16 zu fließen, in die Kühlkolonne 12 als Waschmittel zurückgeführt werden, nachdem er gegebenenfalls durch den Wärmeaustauscher 23 geflossen ist.

Die Fig. 2 der Zeichnung erläutert eine etwas von der Arbeitsweise gemäß Fig. 1 abweichende Arbeitsweise, die sich besonders zum Kühlen von geblasenem Bitumen mit einem verhältnismäßig hohen Stockpunkt von z.B. 60° C eignet.

In F i g. 2 sind entsprechende Elemente des Verfahrens bzw. der Einrichtung mit den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird ein Teil des noch nicht gekühlten geblasenen Bitumens mit frisch gebildetem Kondensat und mit Waschmittel

ίο über eine Zweigleitung 24, die im gezeichneten Fall in den unteren Teil der Kühlkolonne 12 mündet, aber nicht bis zu der Entnahmeleitung 13 reicht, vereinigt. Weiterhin befindet sich der Wärmeaustauscher 23 jetzt nicht in der Leitung 15, sondern in der erwähnten Zweigleitung 24, so daß in diesem Fall das Kondensat aus der Kühlkolonne 12, das als Waschmittel verwendet werdensoll, ohne Wärmekontakt mit dem zu kühlenden Bitumen aber gegebenenfalls unter Hindurchleiten durch die Kühlvorrichtung 16 direkt in die Kühlkolonne 12 zurückgeführt wird. Gegenüber der in Fig.-l dargestellten Ausführungsform weist die' Ausführungsform gemäß Fig. 2 bei der Kühlung von Bitumen mit hohem Stockpunkt die Vorteile auf, daß einerseits die Menge an kondensiertem Dampfpro-

^a5 dukt, welche durch den Wärmeaustauscher 23 als Kühlmittel geleitet wird, geringer ist und daß infolgedessen die Temperatur des Bitumens bestimmt nicht unter den Stockpunkt absinken kann, und daß andererseits die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschers durch die Rückführung von noch nicht gekühltem Kondensat durch die Leitung 24 erhöht wird, wodurch ebenfalls ein Absinken der Temperatur des Bitumens unter den Stockpunkt verhindert wird.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.

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Beispiel 1

Ein direkt destillierter Erdölrückstand mit einer Penetration von 700 (100 g, 5 Sek., 25° C) wird in einer Anlage gemäß Fig. 1 aufgearbeitet. Der Rückstand wird mit einer Geschwindigkeit von 10,6 t/h durch die Leitung 1 eingespeist und in der Erhitzungsvorrichtung 2, in diesem Fall durch Wärmeaustausch mit geblasenem Produkt, auf 205 ° C erhitzt. Mit Hilfe von durch die Leitungen 5 bzw. 10 zugespeister (zugespeistem) Luft und Dampf geblasenes Material mit einer Temperatur von 320° C wird aus der Blaskolonne 4 über die Leitung 6 abgezogen. Geblasenes Bitumen (10,4 t/h, Penetration 50) mit der gleichen Temperatur wird durch die Leitung 8 erhalten. Diese Temperatur wird nach dem Durchströmen des Vorerhitzers 2 und des Wärmeaustauschers 23 auf 170° C herabgesetzt. Die Temperatur liegt somit noch weit über dem Stockpunkt des Bitumens von 57° C. Ein dampfförmiges, geblasenes Bitumen enthaltendes Produkt wird in die Kühlkolonne 12 durch Leitung 11 mit einer Temperatur von 240° C eingespeist. Kondensat mit einer Temperatur von 120° C wird durch die Entnahmeleitung 13 abgezogen, darauf im Wärmeaustauscher 23 durch Wärmeaustausch mit dem Bitumen auf 213° C erhitzt und zum Teil über den Luftkühler 16 (der infolge der hohen Einlaßtemperatur sehr wirksam arbeitet) teilweise direkt als Waschmittel in die Kühlkolonne 12 zurückgeführt. Vor dem Eintreten in die Kolonne 12 werden'die beiden Ströme in der Zuleitung 17 wieder zu einem einzigen Strom vereinigt (Temperatur 90° C). 0,2 t/h des kondensierten Dampf produktes mit einer Temperatur von 60° C werden durch die Leitung 19 abgezogen.

Beispiel 2

Ein geblasenes Bitumen aus einer Primärblaseinheit mit einer Penetration von 50 (100 g, 5 Sek., 25° C) wird in einer Menge von 10,6 t/h in einer Anlage gemäß Beispiel 2 aufgearbeitet. Die Temperatur nach Verlassen des Vorerhitzers 2 beträgt 205° C. Die Temperatur des Materials in der Leitung 6 und diejenige der 9,6 t/h des zweimal geblasenen Bitumens (Penetration 25), das durch die Leitung 8 abgezogen wird, beträgt 320° C. Nachdem das Bitumen den Vorerhitzer 2 und den Wärmeaustaucher 23 durchflossen hat, beträgt die Temperatur 190° C, d.h. sie liegt noch weit über dem Stockpunkt dieses Bitumens von 85° C. Die Temperatur des dampfförmigen

Produkts in der Leitung 11 beträgt 240° C und diejenige des Kondensats in der Leitung 13 170° C. Die letztgenannte verhältnismäßig hohe Temperatur wird durch Rückführung durch die Zweigleitung 24 von

etwa ²/₃ der durch Leitung 13 abgeführten Kondensatmenge, die im Wärmeaustauscher 23 erhitzt worden ist, erzielt. Ein Teil des als Waschmittel zu der Kühlkolonne 12 zurückgeführten Kondensats wird durch den Luftkühler 16 geführt, der in diesem Fall

ίο ebenfalls sehr wirksam arbeitet, während ein anderer ' Teil direkt zurückgeführt wird. Nach der Vereinigung dieser Ströme beträgt die Temperatur in der Zuleitung 17 etwa 100° C. 0,9 t/h kondensiertes Dampfprodukt mit einer Temperatur von 60° C werden durch die Leitung 19 abgezogen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

609 525/306

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen von geblasenem Bitumen aus Erdölrückständen, das gegebenenfalls durch indirekten Wärmeaustausch mit vorzuwärmender Beschickung für die Blasvorrichtung vorgekühlt worden ist, durch indirekten Wärmeaustausch, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige geblasene Bitumen mit durch Kühlung des in der Blasvorrichtung gebildeten Dampfprodukts erhaltenem Kondensat und/oder vorher zum Kühlen des Dampfprodukts verwendetem und dabei vorgewärmtem Kühlmittel auf eine über seinem Stockpunkt liegende Temperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat nach dem Wärmeaustausch mit dem flüssigen Bitumen und nach entsprechender Temperatureinstellung zur direkten Kühlung von Dampfprodukt verwendet wird.