DE2645132A1

DE2645132A1 - Verfahren zur hydrierenden aufarbeitung von erdoel oder daraus gewonnenen rueckstaenden zu leichten gesaettigten kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2645132A1
Application number: DE19762645132
Authority: DE
Inventors: Rainer Dorn; Christian Dr Ing Koch; Konrad Dipl Ing Kuenstle; Kurt Dipl Ing Reiter
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1976-10-06
Publication date: 1978-04-13
Also published as: NL7710583A; US4159936A; CA1100077A; DE2645132B2; DE2645132C3; JPS5346301A; JPS6041115B2; BR7706637A; GB1551196A

Description

KRAFTWERK UHION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Verfahren zur hydrierenden Aufarbeitung von Erdöl oder daraus gewonnenen Rückständen zu leichten gesättigten Kohlenwasserstoffen

Bei der Verarbeitung von Rohöl in einer Erdölraffinerie wird das ErSSl zunächst einer Anlage zur atmosphärischen Destillation zugeführt. Wie beispielsweise in dem Buch "Die Verarbeitung des Erdöls" von Riediger, Springer-Verlag 1971, beschrieben und auf Seite 953 in der Abbildung N/6 dargestellt ist, ist der Anlage zur atmosphärischen Destillation eine weitere Anlage zur Vakuumdestillation sowie einzelne Anlagen zum Cracken von Kohlenstoffverbindungen nachgeschaltet. Trotzdem erhält man, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Rohöls, etwa 20 # minderwertige und schwer zu verarbeitende Rückstände. Diese Rückstände sind insbesondere dadurch schwer zu verwenden, da deren Schwefelgehalte hoch liegen. Um auch diese Rückstände zu entschwefeln und zu leichten Kohlenwasserstoffen aufzuarbeiten, müssen hydrierende Prozesse eingesetzt werden, die durch ihren hohen Wasserstoffbedarf kostspielig und damit unwirtschaftlich sind. Aus diesem Grunde wird die Anlage zur atmosphärischen Destillation und insbesondere deren Sumpftemperatur so hoch gewählt, daß möglichst wenige Rückstände aus dem Boden des Destillationebehälters abgezogen werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Verwendung einer Anlage zur atmosphärischen Destillation ein Verfahren anzugeben, das erstens eine nahezu vollständige Aufarbeitung des eingesetzten Rohöls zu leichten Kohlenwasserstoffen

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ermöglicht und da« dazu durch Verminderung von Verbrennungsvorgängen in der Anlage eine wesentlich verringerte Umweltbelastung zur Folge hat, ohne daß Einbußen bei der Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage auftreten.

Im Gegensatz zu der geschilderten bekannten Anlage wird die Sumpftemperatur der Anlage zur atmosphärischen Destillation auf ca. 275⁰C begrenzt und es wird dadurch bewußt eine Erhöhung der Menge der aus der atmosphärischen Destillationsanlage anfallenden Rückstände auf über 50 # des eingesetzten Rohöls in Kauf genommen. Hierdurch ist es möglich, für die Beheizung der Anlage zur atmosphärischen Destillation Dampf aus einem Leichtwasserreaktor mit einem Druck von etwa 60 bar zu verwenden. Dadurch enthalten die Sumpfprodukte einen größeren Anteil an niedrigsiedenden Komponenten, die eine leichtere Verteilung des Öles im Reaktionswasserstoffstrom bei der Hydrierung durch thermischen Strahlzerfall und eine Unterstützung bei Hydrierung durch Bildung von teilhydrierten Produkten hervorruft. Diese Produkte wären auch bei der bekannten Anlage zu hydrieren. Der Dampf aus dem Kernreaktor kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens außerdem zur Aufarbeitung der Rückstände eingesetzt werden. Hierdurch gestattet es das erfindungsgemäße Verfahren, die gesamten Rückstände nahezu vollständig zu gesättigten Ko hlenwasserstoffen aufzuarbeiten, die dann oberhalb der Einlaßstelle für das Rohöl in den Behälter zur atmosphärischen Destillation wieder eingespeist werden. Hierbei ist eine der atmosphärischen Destillationsanlage naehgeschaltete Einrichtung zur Destillation unter Vakuum überflüssig und auch Einrichtungen zum Cracken von Kohlenstoffketten können entfallen.

Die Erfindung betrifft damit ein Verfahren xur hydrierenden Verdampfung von Rückständen aus der atmosphärischen Destillation von Rohöl.

Das Neue besteht erfindungsgemäß darin, daß die Sumpftemperatür bei der atmosphärischen Destillation so niedrig gehalten wird, daß mehr als 50 % des Rohöles als Rückstände anfallen, daß diese

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Rückstände in einem ersten Reaktionsrohr mit einem Strom von Wasserstoff mit einer Temperatur über 700⁰C eingedüst werden, daß das Gemisch in einen ersten Zyklon eingeführt wird, daß die im ersten Zyklon anfallenden, nicht verdampfenden Peststoffe in ein zweites Reaktionsrohr mit einem auf über 75O⁰C erhitzten Gemisch aus strömende» Wasserdampf, aus überschüssigen, gesättigten Kohlenwasserstoffen mit ein und zwei C-Atomen und den gasförmigen Bestandteilen des dritten Zyklons eingeführt werden, daß die den zweiten Zyklon verlassenden gasförmigen Bestandteile zur Überhitzung des in das zweite Reaktionsrohr eingeführten Wasserdampfes und des im ersten Reaktionsrohr eingeführten SumpfProduktes dienen, und daß die den ersten Zyklon verlassenden kondensierbaren Bestandteile in einer Gaswasch- und Aufbereitungsanlage niedergeschlagen und dem Destillationsbehälter zur atmosphärischen Destillation mit Siedetemperatur wieder zugeführt werden, und daß die den zweiten Zyklon verlassenden festen Bestandteile in ein drittes, dem dritten Zyklon vorgeschaltetes Reaktionsrohr mit strömendem Sauerstoff eingeführt werden.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Schaltung dargestellt, die die wesentlichen, sich vom Bekannten unterscheidenden Anlagenteile zeigt.

Zur Beheizung des Destillationsbehälters 1 wird über eine Dampfleitung 2 Dampf mit einem Druck von etwa 60 bar der Heizwicklung 3 zugeführt. In den unteren Teil des Destillationsbehälters 1 wird außerdem über eine Leitung 4 das Rohöl eingespeist. Ein in die Leitung 4 eingeschalteter Wärmetauscher 5 heizt dabei das Rohöl bis auf annähernd Siedetemperatur auf. Durch die im Verhältnis zur bekannten atmosphärischen Destillation niedrige Temperatur der Heizwicklung 3 verdampft im unteren Teil des Destillstionsbehelters 1 weniger als die Hälfte des eingespeisten Rohöles. Γer Rest gelangt über eine Falleitung 6 sowie über einen Wärmetauscher 7 in ein erstes Reaktionsrohr 8. In dieses Reaktionsrohr wird außerdem Wasser-

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stoff eingeblasen, der in einem Wärmetauscher 9 erhitzt wird und über eine Leitung 10 von einer Gasaufbereitungsanlage 11 zur Verfügung gestellt wird. In dem ersten Reaktionsrohr 8 reagiert das eingedüste Öl mit dem etwa 75O⁰C heißen Wasserstoff nach folgender Gleichung:

120 (C H_{1 6}) + 15,3 H₂ ^ 106 (C H₂ .,) + HC

(schwach exotherm)

Das Reaktionsrohr 8 verjüngt sich zur Erhöhung der Geschwindigkeit des darin strömenden Gemisches stetig und erweitert sich nach einem kurzen zylindrischen Teil kurz vor seinem Ende wieder, um die Strömimg zu stabilisieren. Es mündet in einen ersten Zyklon 12, in dem die gasförmigen Bestandteile von den Feststoff teilen des Gemisches getrennt werden.

Die Feststoffteile werden über einen Extruder 13 einem zweiten Reaktionsrohr 14 zugeführt. Das Einlaßende des zweiten Reaktionsrohres 14 ist über eine leitung 15 und einen Wärmetauscher zur Dampfüberhitzung mit der Dampfleitung 2 verbunden. Außerdem mündet eine aus dem später zuibeschreibenden dritten Zyklon herausführende Gasleitung 18 über einen Kühler 19 ebenfalls in die Leitung 15· Des zweiten Reaktionsrohr 14 wird daher ein Gemisch aus Wasserdampf und aus den den dritten Zyklon 17 verlassenden Gasen zugeführt. Damit findet in dem zweiten Reaktionsrohr 14 folgende Reaktion statt:

14 + 15,3 H₂O +

2,85 O₂ + 3- 0O₂-:+ CO _ » 4C + 6 CO + 8 8 CO₂

+ 6 H₂O + 9,3 H₂

- 0,79 kcal/CH., _g

Das zweite Reaktionsrohr 14 ist gen ^u so geformt wie das erste Reaktionsrohr 8 und mündet in einen zweiten Zyklon 20. Die dort anfallenden Feststoffpartikel gelangen durch einen

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Extruder 21 in ein drittes Reaktionsrohr 22, das in den dritten Zyklon 17 mündet. Der Einlaß des Reaktionsrohres 22 ist an den Ausgang für Sauerstoff einer Luftzerlegungsanlage 23 angeschlossen. Ein Verdichter 24 sorgt für eine genügend hohe Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffes. Die Luftzerlegungsanlage wird über eine Ansaugleitung 25 mit Umgebungsluft versorgt. Die Ausgangsleitung 26 dient zur Abführung des anfallenden Stickstoffes. In dem dritten Reaktionsrohr 22 reagieren die durch den Extruder 21 eingeschleusten Kohlenstoffe mit dem Sauerstoff aus der Luftzerlegungsanlage 23 nach folgender Formel:

0 4 + 6,35 O₂ > CO + 3 CO₂ + 2,85 O₂

- 2,67 kcal/mol (C H_{1 6})

Ia dritten Zyklon 17 werden die aus dem dritten Reationsrohr 22 austretenden gasförmigen Bestandteile von der übrigbleibenden Asche und den Rückständen getrennt. Die Asche und die Rückstände werden durch einen Extruder 27 aus dem dritten Zyklon 17 entfernt und gelangen auf ein Förderband 28 zum Abtransport. In den unteren Teil des dritten Zyklons 17 mündet außerdem noch eine Abschlammleitung 29, die den in einer Wasseraufbereitungsanlage 30 der Raffinerie anfallenden Schlamm dem dritten Zyklon 17 zuführt, so daß dieser Schlamm mit der dort anfallenden heißen Asche gemischt wird.

Die aus dem zweiten Zyklon 20 austretenden Grase gelangen durch eine Gasleitung 31 und einen Wärmetauscher 32 zunächst in den Wärmetauscher 16, in dem diese Gase einerseits weiter abgekühlt werden und andererseits zur Überhitzung des Dampfes in der Dampfleitung 2 dienen. Von da aus strömen sie in eine Konvertierungsanlage 33, in der der Wasserdampf nach folgender Gleichung umgesetzt wird:

6 CO + 8 CO₂ + 6 H₂O + 9,3 H₂ > 14 CO₂ + 15,3 H₂

- 0,49 kcal/ C H_{1 ß}

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Das aus der Konvertierungsanlage 33 austretende Gasgemisch gelangt durch eine Leitung 34- ebenfalls zur Grasaufbereitungsanlage 11. Hier wird unter anderem der in diesem Gasgemisch enthaltene Wasserstoff von dem mitgeführten CO« und PUS getrennt, so daß er über die Leitung 10 dem ersten Reaktionsrohr 8 wieder zugeführt werden kann. Der in die Leitung 10 eingeschaltete Wärmetauscher 9 ist mit seiner Wicklung mit der Wicklung des Kühlers 19 verbunden. Hierdurch wird die Abwärme des aus dem dritten Zyklon 17 austretenden Gases zur Aufheizung des Wasserstoffes verwendet. In gleicher Weise ist die Wicklung des Wärmetauschers 32 mit der Wicklung des Wärmetauschers 7 verbunden, so daß die aus dem zweiten Zyklon 20 austretenden Gase zur Vorwärmung des ölgemisches dienen, das aus dem Destillationsbehälter abgezogen wird.

Die gasförmigen Produkte, die aus dem zweiten Zyklon 20 und dem dritten Zyklon 17 austreten, dienen also dazu, die notwendige Erhitzungswärme für den Wasserstoff und Wasserdampf des ersten und zweiten Reaktionsrohres bereitzustellen und dazu, den für das erste Reaktionsrohr 8 benötigten Wasserstoff zu erzeugen. TJm zu verhindern, daß während des Betriebes der Anlage die Temperaturen kontinuierlich ansteigen, wird je ein Teil der aus dem zweiten bzw. dritten Zyklon austretenden Gase an den Kühlern bzw. Wärmetauschern vorbeigeleitet. Diese Schaltung zur Regelung des Temperaturniveaus ist allerdings in der Zeichnung nicht mit aufgenommen. Die gesättigten Kohlenwasserstoffe, die das eigentliche Nutzprodukt aus den Reaktionen im ersten, zweiten und dritten Reaktionsrohr darstellen, werden dem ersten Zyklon 12 entnommen und gelangen über eine Gasleitung 35 in eine Gaswasch- und Aufbereitungsanlage 36, 37. Hier werden die in dem Gas enthaltenen kondensierbaren leichten Kohlwnwasserstoffe auskondensiert und gelangen über eine Ölleitung 38 oberhalb des Rohöleinlasses wieder in den Deetillationsbehälter 1. In die Ölleitung 38 ist zur ^jjpa3sung der Temperatur des Öles ein dampfbeheizter Wärmetauscher 39 eingeschaltet. Die nichtkondensierbaren Bestandteile treten über die Leitung 40 aus der Gaswasch- und Aufbereitungsanlage 36, 37 aus und gelangen

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zur Grasaufbereitungsanlage 11. Hier werden die darin enthaltenen gasförmigen Bestandteile nach Arten getrennt und gelangen in die jeweiligen Reaktionsrohre, d.h. der abgetrennte Wasserstoff in das erste Reaktionsrohr 8 und die abgetrennten Kohlenstoffbestandteile in das zweite Reaktionsrohr 14. Hierzu ist die Grasaufbereitungsanlage 11 über eine Leitung 41 mit der Leitung 15 verbunden.

Bei Verwendung eines Leichtwasserreaktors zur Erzeugung des Heizdampfes und des Reaktionsdaapfes ermöglicht das erfindungagemäße Verfahren eine nahezu hundertprozentige Aufarbeitung der eingesetzten Rohölkomponenten zu leichten Kohlenwasserstoffen bei einer gleichzeitig wesentlich verringerten Umweltbelastung durch Ausschluß von Verbrennungsvorgängen in der Raffinerie.

6 Patentansprüche
1 Figur

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Bezüge ze ichenlis te

1 Destillationsbehälter *^' lO^O \

2 Dampfleitung

3 Heizwicklung

4 Leitung

5 Wärmetauscher

6 Falleitung

7 Warnetauscher

8 erstes Reaktionsrohr

9 Wärmetauscher

10 Leitung

11 Gasaufbereitungs anlage

12 erster Zyklon

13 Extruder

14 zweites Reaktionsrohr

15 Leitung

16 Wärmetauscher

17 dritter Zyklon

18 Gras leitung

19 Kühler

20 zweiter Zyklon

21 Extruder

22 drittes Reaktionsrohr

23 Luftzerlegungsanlage

24 Ventilator

25 Ausgangsleitung

26 Ausgangsleitung

27 Extruder

28 Förderband

29 Abschlammleitung

30 Wasseraufbereitungsanlage

31 Grasleitung

32 Wärmetauscher

33 Konrertierungsanlage 34- Leitung

35 Gasleitung

36, 37 Graswasch- und Aufbereitungsanlage

38 Ölleitung

39 Wärmetauscher 40

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41 Leitung

Claims

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ν
Il Verfahren zur hydrierenden Verdampfung von Rückständen aus der atmosphärischen Destillation von Rohöl, dadurch gekennzeichnet, da" die Sumpftemperatur bei der atmosphärischen Destillation so niedrig gehalten wird, daß mehr als 50 $> des Rohöles als Rückstände anfallen, daß diese Rückstände in einem ersten Reaktionsrohr (8) mit einem Strom von Wasserstoff mit einer Temperatur über 700⁰C eingedüst werden, daß das Gemisch in einen ersten Zyklon (12) eingeführt wird, daß die im ersten Zyklon anfallenden, nicht verdampfenden Feststoffe in ein zweites Reaktionsrohr (14) mit einem auf über 75O⁰C erhitzten Gemisch aus strömendem Wasserdampf, aus überschüssigen, gesättigten Kohlenwasserstoffen mit ein und zwei C Atomen und den gasförmigen Bestandteilen des dritten Zyklons (17) eingeführt werden, daß die den zweiten Zyklon (20) verlassenden gasförmigen Bestandteile zur Überhitzung des in das zweite Reaktionsrohr (14) eingeführten Wasserdampfes und des im ersten Reaktionsrohr (8) eingeführten SumpfProduktes dienen, und daß die den ersten Zyklon (12) verlassenden kondensierbaren Bestandteile in einer Gaswasch- und Aufbereitungsanlage (36, 37) niedergeschlagen und deia Iiestillationsbehälter (1) zur atmosphärischen Destillation mit Siedetemperatur wieder zugeführt werden, und daß die den zweiten Zyklon (20) verlassenden festen Bestandteile in ein drittes, dem dritten Zyklon (17) vorgeschaltetes Reaktionsrohr (22) mit strömendem Sauerstoff eingeführt werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den dritten Zyklon (17) verlassenden Verbrennungsgase zur Endaufwärmung des dem ersten Reaktionsrohr (8) zugeführten Wasserstoffes dienen und anschließend dem Gemisch für das zweite Reaktionsrohr (14) zugesetzt werden.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ileaktionsrohre (8,14,22) zur stetigen Beschleunigung der strömenden Medien sich in Richtung auf die nachgeschalteten Zyklone (12,20·, 17) konisch verengen und am Ende ein kurzes sich konisch erweiterndes Stück aufweisen.

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Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der konischen Verengung und der konischen Erweiterung ein zylindrisches Rohrstück befindet. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf für das zweite Reaktionsrohr (H) in einer Kernreaktoranlage erzeugt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Gas, das den zweiten Zyklon (20) verläßt, Wasserstoff gewonnen wird und daß mindestens ein Teil dieses Wasserstoffes zum ersten Reaktionsrohr (8) geleitet wird.

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