DE1920993C3 - Bitumenblasverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bitumenblasverfahren, bei welchem der Blasreaktorinhalt während des Blasprozesses durch Zusatz von Wasser zu der über die Blasluftleitung zugeführten Blasluft gekühlt wird.

Bekanntlich dient das Bitumenblasverfahren zur Erzeugung von Erdölbitumen beliebiger Härte aus weichen Erdöldestillationsrücksländen, also sogenannten Weichbitumen.

Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß in das in einen Blasreaktor eingebrachte Weichbitumen Luft eingeblasen und fein verteilt wird. Die günstigste Reaktionstemperatur hängt zwar von der jeweiligen Zusammensetzung der eingesetzten Erdöldestillationsrückstände ab, beträgt jedoch im allgemeinen etwa 250⁰C. Da aber der Blasprozeß exotherm ist, bewirkt die entstehende Reaktionswärme einen raschen Anstieg der Temperatur des behandelten Gutes, so daß die gewünschte Reaktionstemperatur überschritten wird, was die Qualität des Endproduktes erheblich beeinträchtigt. Zu hohe Temperaturen führen zur Bildung von Ablagerungen, die bekanntlich unerwünscht sind. Es ist daher notwendig, die Reaktionswärme abzuführen.

Gemäß der US-Patentschrift 20 99 434 ist bereits vorgeschlagen worden, die in dem Blasreaktor entstehende Wärme im indirekten Wärmeaustausch abzuführen, indem in einer Rückführleitung für das Bitumen oder im Blasreaktor selbst ein Wärmeaustauscher vorgesehen wird. Soll bei diesem Verfahren aber der Wärmeaustausch mit Hilfe von Wasser durchgeführt werden, so bedingt dies, daß auf der Kühlwasserseite sehr hohe Drücke aufrechterhalten werden müssen, um überhaupt einen einigermaßen günstigen Wärmeübergang zu erreichen, da die Reaktion in dem Blasreaktor im allgemeinen etwa bei einer Temperatur von 250⁰C durchgeführt wird. Der Wärmeaustauscher muß deshalb einem äußerst hohen Druckunterschied standhalten. Aufgrund der verhältnismäßig hohen auftretenden Korrosion besteht trotzdem eine erhöhte Gefahr des Platzens eines Rohres aufgrund des hohen Überdruckes, was in kürzester Zeit zu einem Überschäumen des Reaktors und zum Stillsetzen der Anlage führt.

Aus der US-Patentschrift 77 38 313 ist auch bereits ein Verfahren zum Blasen von Bitumen bekannt geworden, bei dem das Sauerstoff enthaltende Gas, das für die Oxydation des Bitumens durch das Bitumen geblasen wird, zuvor durch einen Brenner zur Steuerung des Sauerstoffgehaltes geführt wird. Das den Brenner verlassende, erhitzte Gas wird in der Zuführleitung des Gases zu dem Blasreaklor dadurch gekühlt, daß Wasser in das erhitzte Gas eingespritzt wird, das in dem Gasstrom verdampft und diesen dadurch kühlt. Das gekühlte Gas wird sodann zusammen mit dem Wasserdampf in das Bitumen eingeführt. Durch die Steuerung der Temperatur der in das Bitumen eingeführten Gase kann die Temperatur in dem Bitumen aber nicht wirksam geregell werden.

Gemäß der US-Patentschrift 19 88 766 wurde deshalb auch bereits versucht, Wasser direkt in das Bitumen im Blasreaktor einzuführen. Sobald aber das Wasser mit dem heißen Bitumen in Kontakt kommt, findet eine explosionsartige Verdampfung des Wassers statt, was zu Unregelmäßigkeiten in der Behandlung des Bitumens und nicht seilen sogar zu einem Überschäumen des Blasreaktorinhaltes führt. Letzteres tritt namentlich dann ein, wenn das Wasser über die Blar.luftleitung zugeführt wird und sich an einzelnen Stellen der Blasluftleitung Wasseransammlungen bilden, die dann plötzlich in das heiße Reaktionsgut eingeblasen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Kühlung des Reaktorinhaltes mit Wasser bei einem Bitumenblasverfahren anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wasser bis zu seiner Verdampfung durch Wärmeentzug im indirekten Wärmeaustausch mit dem Blasreaktorinhalt in der Blasluftleitung gehalten und sodann in Dampfform direkt in den Blasreaktorinhali eingeführt wird.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der Einführung des Wassers in die Blasluftleitung dem Bitumen die Wärmemenge entzogen, die z>jr Verdampfung des Wassers erforderlich ist. Der entstandene Wasserdampf läßt sich sodann problemlos in das Bitumen einführen. Es findet somit kein direkter Kontakt zwischen heißem Bitumen und in flüssigem Zustand befindlichem Wasser statt, wodurch eine regelmäßige Behandlung des Gutes erzielbar ist, da die Reaktionstemperatur ohne nennenswerte Schwankungen ständig auf der gewünschten Höhe gehalten werden kann, so daß einem Überschäumen des Blasreaktorinhaltes wirksam vorgebeugt ist. Die Kühlung ist dabei äußerst ausgiebig. An keiner Stelle der Blasluftleitung wird jedoch die Reaktionstemperatur wesentlich unterschritten. Der Wärmeübergang durch natürliche Konvektion bleibt erhalten. Das Erfordernis an Kühlmittel ist aber auch äußerst sparsam, da nicht nur der Wärmeinhalt, sondern auch die etwa siebenmal so große Verdampfungswärme des Wassers zur Kühlung ausgenutzt wird. Ein Ansetzen von Kesselstein an den Kühlflächen ist nicht zu befürchten, zumal die Innenfläche der Blasluftleitung in der Regel mit Bitumen benetzt ist.

Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Strömungsgeschwindigkeit der Blasluft in der Blasluttleitung vor dem Einbringen des Wassers auf 5 bis 8 m pro Sekunde herabzusetzen. Eine solche Luftgeschwindigkeit gewährleistet eine vollkommene Verdampfung des mitgerissenen Wassers noch innerhalb der Blasluft-

I itung und damit einen Wärmeentzug aus dem Blasreaktorinhalt auch dann, wenn die Länge der Blasluftleitung iir. Blasreaktor verhältnismäßig gering

Mittels des in der Blasluflleitunp: gebildeten und in 5 den Blasreakiorinhalt eingeführten Dampfes können die . Weichbitumen befindlichen niedermolekularen Kohlenwasserstoffe ausgetrieben werden, wodurch sich das Verfahren auch in dieser Hinsicht als besonders vorteilhaft erweist. Bekanntlich bilden sich beim Bitumenblasverfahren nicht nur die gewünschten hochmolekularen Polymerisationsprodukte (Asphaltene) sondern auch Reaktionsnebenprodukte, wie HiO, CO? und niedermolekulare Kohlenwasserstoffe (Blasdestillate), die nur zum Teil zusammen mit der verbrauchten Abluft entweichen, wobei ein erheblicher Pest im Bitumen verbleibt, was sich nicht nur in einer Verlangsamung des Blasprozesses, sondern auch in einer Qualitätsverschlechterung des Endproduktes bemerkbar macht. Unter anderem wird durch die besagten Reaktionsneber.produkte der Flammpunkt erniedrigt bzw. der Gewichtsverlust beim Erhitzen erhöht. Der Bedarf an überhitztem Dampf für das Austreiben der unerwünschten Reaktionsnebenprodukte also für das sogenannte Abstreifen des Reaktionsgute's, beträgt etwa 60 kg pro Tonne dieses Gutes. Dieser Bedarf kann nun beim erfindungsgemäßen Verfahren durch das in der Blasluftleitung verdampfte und in Dampfform dem Blasreaktorinhalt zug,eführte Kühlwasser weitaus gedeckt werden, so daß sich die Zuführung von zusätzlichem Ausblasdampf vollkommen erübrigt. Der in der Blasluftleitung gebildete Heißdampf übernimmt somit auch die Funktion des Abstreifens, wobei letzteres besonders intensiv erfolgt, zumal beispielsweise bei einem Blasrcaktor von 40 Tonnen Fassungsvermögen bis 120 kg Wasser pro Tonne Reaktionsgut in die Blasluftleitung eingebracht werden können. Bei Einsparung des sonst üblichen, zusätzlichen Abstreifdampfes ergibt sich somit bei besonders wirksamer Kühlung auch eine besonders weitgehende Verminderung der niedrigsiedenden öligen Anteile des Reaktionsgutes, was eine Konzentrierung der Asphaltene bedeutet. Prüfungen hinsichtlich Flammpunkt und Gewichtsverlust beim Erhitzen ergaben bei einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geblasenen Material hervorragend gute Werte.

Mittels des in der Blasluftleitung gebildeten und sodann durch den Reaktorinhalt hindurchgeführten Dampfes kann aber weiterhin auch der Restsauerstoffgehalt der Abluft erniedrigt werden. Bekrnntlich neigen bei höheren Restsauerstoffgehalten der Abluft die in dieser enthaltenen Kohlenwasserstoffdämpfe und Nebel zu Nachreaktionen, was zu unangenehmen Verkokungen des Abluftsystems, ja zu Bränden und Explosionen führen kann. Um diese Gefahren auszuschalten, wurde bisher in den oberhalb des Reaktionsgutes befindlichen Abluftruum zusätzlicher Dampf, und zwar sogenannter Abdeckdampf, eingeblasen, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist und überdies, namentlich bei absatzweisem Betrieb, wegen Kondensatbildung zu einem Überschäumen des Blasreaktorinhaltes führen kann. Beim erfindungsgemäßen Verfahren erübrigt sich nun auch das zusätzliche Erzeugen und Einbringen von Abdeckdampf, wobei noch der weitere Vorteil gegeben ist, daß sich der durch das Reaktionsgut aufgestiegene, beim Durchgang durch dasselbe weiterhin erhitzte Dampf im Abluftraum besonders gleichmäßig verteilt, da er über der gesamten Oberfläche des Reaktionsgutes austritt, wodurch eine gleichmäßige Erniedrigung des Restsauerstoffgehaltes in allen Bereichen des Abluftraumes stattfindet Das dem Blasreaktor zugefiihrte, in der Blasluftleitung verdampfte Wasser wird also nicht nur zur Kühlung, sondern darüber hinausgehend auch als Abstreifdampf und überdies auch als Abdeckdampf verwendet und somit in dreifacher Hinsicht ausgenützt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, die in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel einer Verfahrensdurchführung in einer geeigneten Vorrichtung wiedergibt.

Mit 1 ist der zylindrische Blasreaktor, mit 2 die vom oberen Teil desselben ausgehende Abluftleitung bezeichnet. Im Reaktorboden 3 ist eine Einbringöffnung 4 vorgesehen, durch welche das zu behandelnde Gut, also die in Erdölbitumen gewünschter Härte umzuwandelnden weichen Erdöldestillationsrückstände, in den Reaktor eingepumpt werden. Der Abzug des geblasenen Gutes kann durch eine ebenfalls im Reaktorboden 3 vorgesehene Ablauföffnung 5 erfolgen. Mit 6 ist die Blasluftleitung bezeichnet, die in einen oberhalb des Blasreaktors angeordnete·! Luftverteilerring 7 mündet. Von diesem gehen vier die Blasluftleitung A bildende Rohre aus, von denen in der Zeichnung, die einen Längsschnitt durch den Blasreaktor wiedergibt, nur drei sichtbar und mit 8 bezeichnet sind. Die parallel geschalteten Rohre 8 durchsetzen die obere Reaktorwand und führen durch den Reaktor zu dem im Bereich des Bodens 3 desselben angeordneten zylindrischen Gasverteiler 9, gegen dessen Außenwand die Mündungen 8' der Rohre 8 gerichtet sind. Darüber befindet sich die Dispergierturbine 9'. Der Antrieb der letzteren erfolgt durch einen Motor 10, dessen Welle 11 ein Kegelrad 12 aufweist, das in ein auf der Turbinenwelle 13 sitzendes Kegelrad 14 eingreift. Mit 15 ist das untere, mit 16 das obere Lager der Turbinenwelle 13

bezeichnet.

Jedem der Rohre 8 ist eine eigene Wasserzuleitung 17 zugeordnet, über welche mittels einer Dosierpumpe die zur Temperaturkonstanthaltung erforderliche Kühlwassermenge einbringbar ist. Dabei weisen die Rohre 8 in ihren mit Wasser beschickbaren Teilen 8" einen Gesamtdurchflußquerschnitt auf, der gröCer als jener der Blasluftleitung S ist, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der Blasluft herabgesetzt wird. Die Kühlfläche des mit Wasser beschickbaren Teiles 8" der Blasluftleitung A ist durch die Aufteilung des Gesamtdurchflußquerschnittes auf die parallel geschalteten Rohre 8 wesentlich erhöht. Die durch diese Rohre gebildete Blasluftleitung weist dabei im Blasreaktor eine zum Verdampfen des gesamten in sie eingebrachten Wassers ausreichende Dimensionierung auf, die unter Berücksichtigung der jeweils gegebenen oder gewünschten Verhältnisse empirisch oder rechnerisch ermittelt werden kann.

Über die Blasluftleitung 6 wird dem Blasreaktor Blasluft mit einer Geschwindigkeit von 40-60 m/sec zugeführt. Diese Luft verteilt sich über den Luftverteilerring 7 auf die vier die Blasluftleitung A bildenden Rohre 8, wobei ihre Strömungsgeschwindigkeit auf 5 m/sec herabgesetzt wird. In die Rohre 8 wird dabei über die Wasserzuleitungen 17 Wasser eingespritzt, das von der Blasluft mitgerissen und noch innerhalb der von dem heißen Blasreaktorinhalt umspülten Blasluftleitung zur Gänze verdampft wird. Der dementsprechende Wärmeentzug aus dem Blasreaktorinhalt ist zufolge der hohen Verdampfungswärme des Wassers beträchtlich,

so daß bei verhältnismäßig geringem Wasserbedarf eine intensive Kühlung des Reaktionsgutes zwecks Konstanthaltung der gewünschten Reaktionstemperatur stattfindet. Der gebildete, von der Blasluft mitgenommene Heißdampf dringt zusammen mit der Blasluft über die Rohrmiindungen 8' in das Reaktionsgut ein, wird durch den zylindrischen Teil 9 zur Dispergierturbine 9' gelenkt und von dieser, ebenso wie die Luft, in feine Bläschen zerteilt, die durch das Reaktionsgut aufsteigen. Dabei wird der Dampf durch das heiße Reaktionsgut noch weiter überhitzt und bewirkt damit eine besonders intensive Abstreifung, also ein praktisch restloses Ausblasen der unerwünschten, die Qualität des Endproduktes verschlechternden und überdies den Blasprozeß verzögernden Reaktionsnebenprodukte, insbesondere der niedermolekularen Kohlenwasserstoffe. Ein Über

schäumen des Reaktors kann nicht stattfinden, da Wasser nur in Dampfform in den Blasrcaktorinhalt gelangt. Der sodann über die Oberfläche des Rcaktionsgules in weitgehend gleichmäßiger Verteilung austretendc Dampf übernimm! die Funktion des bisher verwendeten Abdeckdampfes, vermindert also den Restsaucistoffgchalt der sich im Abluftraum sammelnden, durch die Abluftleitung 2 abzuführenden Abgase. Da der überhitzte Dampf keinerlei Beimengen flüssigen Wassers enthält, ist auch hier einem Überschäumen des Blasreaklorinhalts wirksam vorgebeugt.

Das in die Rohre 8 eingebrachte Wasser wird also nicht nur zu einer besonders wirksamen Kühlung des Blasreaktorinhaltes, sondern auch zur Abstreifung unc darüber hinaus auch zur erforderlichen Behandlung dci Abluft verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Bitumenblasverfahren, bei welchem c lasreaktorinhalt während des Blasprozesses dui .ι Zusatz von Wasser zu der über die Blasluftleitung zugeführten Blasluft gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser bis zu seiner Verdampfung durch Wärmeentzug im indirekten Wärmeaustausch mit dem Blasreaktorinhali in der Blasluftleitung gehalten und sodann in Dampfform direkt in den Blasreaktorinhalt eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Blasluft in der Blasluftleitung vor dem Einbringen des Wassers auf 5 — 8 m pro Sekunde herabgesetzt wird

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Blasluftleitung gebildete und in das Bitumen eingeführte bzw. durch das Bitumen hindurchgeführte Wasserdampf als Abstreif- bzw. als Abdeckdampf im Gasraum über dem Bitumen dient.