DE2710833A1 - Krack- oder reforming-verfahren fuer kohlenwasserstoffe und anlage zur durchfuehrung desselben - Google Patents

Krack- oder reforming-verfahren fuer kohlenwasserstoffe und anlage zur durchfuehrung desselben

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DE2710833A1
DE2710833A1 DE19772710833 DE2710833A DE2710833A1 DE 2710833 A1 DE2710833 A1 DE 2710833A1 DE 19772710833 DE19772710833 DE 19772710833 DE 2710833 A DE2710833 A DE 2710833A DE 2710833 A1 DE2710833 A1 DE 2710833A1
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Description

Andrejewski, Honlce, Gesthuysen & Masch Patentanwälte
I Diplom-Physiker
J Dr. Walter Andrejewski
Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honice Diplom-Ingenieur Hans Dieter Gesthuysen
Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 4 9 blyTi&th 43 Essen 1,Theaterplatz 3, Postf.789
11. März 1-77
Patentanmeldung
Comprimo B.V.
James Wattstraat 79,
Amsterdam, Holland
Krack- oder Reforming-Verfahren für Kohlenwasserstoffe und Anlage zur Durchführung desselben.
In einer Krack- oder Reforming-Anlage zur thermischen oder katalytischen Aufspaltung von Kohlenwasserstoffen mit wenigstens einem Krack- oder Reforming-Ofen, müssen die Brenner dieser Öfen durch hochwertigen Brennstoff, wie beispielsweise Naphta, Kerosin, Dieselöl oder Erdgas beheizt werden, um eine Korrosion der überaus heißen Rohre, in denen die Kohlenwasserstoffe gekrackt oder reformt werden, zu verhindern. Dabei muß auch der zu
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Krackende oder zu reforrriende Kohlenwasserstoff hochwertig sein, und zwar insbesondere, wenn das dabei entstehende gasförmige Produkt für weitere Synthese (Synthesegas) verwendet werden soll. Infolgedessen wird in der Regel sowohl für die Kohlenwasserstoff-Versorgung wie für die Speisung der Heizbrenner hochwertiger Brennstoff benötigt.
Für die Herstellung von Synthesegas kennt man bereits die Teiloxidation von Kohlenwasserstoffen mit reinem Sauerstoff oder mit sauerstoffreichen Gasen. Dazu ist jedoch der Einsatz einer kostspieligen Luftzerlegungseinrichtung nötig, welche den Sauerstoff liefert. Man kennt auch bereits Anlagen, in denen Kohlenwasserstoff gekrackt oder reformt wird und kombiniert damit Kohlenwasserstoffe ohne Verwendung einer Luftzerlegungseinrichtung verbrannt werden, wobei jedoch eine Gasturbine vorgesehen ist, um die in den Gasen vorhandene Energie zurückzugewinnen.
Ali diese bekannten Verfahren und die nach ihnen arbeitenden Anlagen benötigen jedoch als Ausgangsmaterial und zur Speisung der Brenner hochwertige Brennstoffe. Da die Preise für derartige hochwertige Brennstoffe bereits sehr hoch liegen und ständig weiter steigen, erhebt sich die Forderung nach preiswerteren Brennstoffen.
Man kennt bereits die Herstellung eines hochwertigen Heizgases aus Schwefel enthaltenden Brennstoffen durch Teiloxidation mit einem sauerstoffreichen Gas und Entfernung des durch die Teiloxidation erzeugten Schwefelwasserstoffes. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird jedoch ebenfalls eine kostspielige Luft-
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Zerlegungseinrichtung benötigt. Eine Umstellung einer bestehenden Anlage zum Kracken oder Reformen von Kohlenwasserstoffen auf dieses Verfahren einer Teiloxidation von Kohlenwasserstoffen erfordert eine vollständig neue Anlage und daher hohe Investitionskosten, welche vor allem dann wirtschaftlich nicht vertretbar sind, wenn die vorhandenen Anlagen noch in einwandfreiem Zustande sind.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren anzugeben sowie eine zu dessen Durchführung geeignete Anlage zu schaffen, durch welches bzw. durch welche zumindest das für die Brenner des Krack- oder Reforming-üfens benötigte Heizgas aus preiswerteren Brennstoffen gewonnen werden kann, ohne daß die vorhandenen Anlagen ersetzt werden müssen. Dabei hat die Erfindung festgestellt, daß sich für diese ZwecKe besonders das preiswerte schwere Restöl eignet, wenn aus diesem ein Heizgas hergestellt wird, durch welches zumindest die Versorgung der Heizbrenner des Krackofens sichergestellt werden kann, so daß ein Teil der hochwertigen und kostspieligen Brennstoffe eingespart werden kann. Dabei bleiben die bisher vorhandenen Einrichtungen der Anlagen völlig intakt.
Gekennzeichnet ist eine erfindungsgemäße Krack- oder Reforming-Anlage zur thermischen oder katalytischen Aufspaltung von Kohlenwasserstoffen mit wenigstens einem durch hochwertigen Brennstoff beheizten Krack- oder Reforming-Ofen im wesentlichen durch eine Anordnung zur Vergasung eines schweren Restöles durch Teiloxidation mit einer begrenzten Sauerstoffmenge, einen HpS aus dem entstehenden Gas entfernenden Gasreiniger mit
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wahlweise nachgeschaltetem Claus-Ofen zur Schwefelrückgewinnung, eine Gasturbine zur Erzeugung von elektrischem Strom aus dem den Gasreiniger verlassenden gereinigten Gas zur Versorgung der verschiedenen Anordnungen der Anlage mit elektrischer Energie, eine das gereinigte Gas vom Gasreiniger den Brennern des Krack- oder Reforriiing-Ofens zuführende Heizgasleitung und eine das sauerstoffreiche Abgas der Gasturbine den Lufteinlässen der Brenner des Krack- oder Refomiing-Üfens zufünrende Leitung.
In verfahrensmäßiger Hinsicht schlägt die Erfindung zum Kracken oder Reformen von Kohlenwasserstoffen vor, daß die zur Beheizung eines an sich bekannten Krack- oder Reforming-Ofens erforderlichen Gase in der Weise erzeugt werden, daß schweres Restöl mit einer begrenzten Sauerstoffmenge teiloxidiert wird, daß das entstehende Gas von HpS und vorzugsweise auch von COS befreit wird und der freigewordene HpS wahlweise in Schwefel umgewandelt wird, daß ein Teil des gereinigten Gases einer Gasturbine zugeleitet wird, welche elektrischen Strom und ein sauerstoffreiches Abgas erzeugt, und daß dieses sauerstoffreiche Abgas mit wenigstens einem Teil des restlichen gereinigten Gases den Heizbrennern des Krack- oder Reforming-Ofens zugeführt wird.
Das zur Vergasung des schweren Restöles verwendete sauerstoffreiche Gas kann in einer Luftzerlegungseinrichtung erzeugt werden, welche Luft in ein sauerstoffreiches und in ein stickstoffreiches Gas zerlegt. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besitzt die Anlage außerdem einen Abhitzekessel, welcher mit einem Teil des sauerstoffreichen Abgases der Gasturbine gespeist wird, um Dampf zu erzeugen.
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Bei einen- weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Krack- oder Reforming-Amage ein Teil des den Gasreiniger nach Ausscheiden des Schwefeiwasserstoffes verlassenden gereinigten Gases in eine Entschwefelungseinrichtung eingespeist und das diese Einrichtung verlassende Gas einer Abgasleitung (Hp+C.,) des Reforming-Ofens oder der Reforming-üfen zugeleitet.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf, daß a) das durch die Vergasung des schweren Restöles hergestellte Gas bereits den richtigen DrucK aufweist, um den Brennern des Ofens oder der Ofen und der Verbrennungskammer der Gasturbine zugeleitet zu werden, und b) daß die Gasturbine ein Abgas liefert, welches einen ausreichenden Sauerstoffgehalt besitzt, um als Verbrennungsluft für die Brenner des Ofens oder der Öfen zu dienen, und schließlich daß c) die Hitze der Abgase der Gasturbine wirtschaftlich ausgenutzt wird.
Die Anordnung zur Vergasung des schweren Restöles kann dadurch mit Sauerstoff gespeist werden, daß normale Luft als Vergasungsmedium eingeführt wird. Dies ist vor allem dann angebracht, wenn die Konstruktion des KracK- oder Reforming-Ofens auf den niedrigen Wärmewert des erzeugten Gases von beispielsweise 1100 kcal/Nrrr eingestellt ist. Hierbei sollte die wirksame Oberfläche der Wärmetauscherflächen diesem niedrigen Heizwert angepaßt werden. Die Luft muß verdichtet werden und die zur Betätigung des Luftverdiohters erforderliche Energie kann von der Gasturbine geliefert werden. Andererseits kann die Anlage auch eine Luftzerlegungseinrichtung aufweisen, welche ebenfalls von der Gasturbine gespeist wird.
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Da in der erfindungsgemäßen Anlage bei Verwendung einer Luftzerlegungseinrichtung zur Erzeugung eines sauerstoff reichen Gases aus Luft Stickstoff anfällt, ergeben sich durch die erfindungsgemäße Anlage besondere Vorteile für die Herstellung eines Beschickungsgases für eine Ammoniak-Synthese-Anlage. Aus diesem Grunde bezieht sich die nachstehende Erläuterung der Erfindung insbesondere auf Ammoniak-Synthese-Anlagen. Naturgemäß lassen sich die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren auch für andere Anlagen einsetzen, welche ein Synthesegas verwenden, wie beispielsweise eine Methanol-Synthese-Anlage.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigt
Pig.l ein Stoff-Flußbild eines ersten AusfUhrungsbeispiels der Erfindung in seiner Anwendung bei einer Ammoniak-Anlage, bei welcher das Heizgas für die Brenner des Krack- oder Reforming-Ofens aus der Vergasung von Schweröl stammt;
Fig.2 ein Stoff-Flußbild einer abgewandelten Anlage, bei welcher ein Teil des Synthesegases ebenfalls der SchwerölVergasung entnommen wird;
Fig.3 ein Stoff-Flußbild einer weiteren Abwandlung der Anlage aus Fig.l, in welcher ein Teil der in der Gasturbine erzeugten Druckluft als Verdünnungsmittel für das die Luftzerlegungseinrichtung verlassende sauerstoffreiche Gas verwendet wird; und
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Pig.4 ein Stoff-Flußbild eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei welchem statt der Luftzerlegungseinrichtung ein Luftverdichter eingesetzt ist.
Das Stoff-Flußbild aus Fig.l zeigt eine Ammoniak-Synthese-Anlage unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Anlage in ihrer einfachsten Form. Herkömmlicherweise werden die Brenner 2 eines Hauptreforming-Ofens 1 mit einem hochwertigen Brennstoff wie beispielsweise Naphta, Kerosin, Dieselöl oder Erdgas beheizt, um eine Korrosion der extrem heißen Röhren, in denen ein Kohlenwasserstoff gekrackt oder reformt wird, zu verhindern.
Dieser hochwertige Brennstoff wird erfindungsgemäß durch einen Brennstoff geringerer Qualität ersetzt, welcher infolgedessen preiswerterer erhältlich ist. Zu diesem Zweck wird eine ülvergasungseinrichtung 3 verwendet, welche nach den allgemein bekannten Grundsätzen derartiger Brennstoffumwandlung arbeitet. In dieser Einrichtung 3 erfolgt die Vergasung von schwerem Restöl infolge einer Teilverbrennung dieses Öles, und zwar vorzugsweise unter Verwendung von Sauerstoff mit etwa 95#-iger Reinheit, welcher in einer Luftzerlegungseinrichtung 4 hergestellt wird. Das auf diese Weise erhaltene rohe Heizgas wird in der Vergasungseinrichtung abgekühlt und erzeugt eine gewisse Dampfmenge aus dem Kesselspeisewasser, welche über eine Rohrleitung 5 den verschiedenen anderen Bedarfsstellen zuströmt. Das Rohgas strömt dann durch eine Leitung 6 in einen Gasreiniger 7, in welchem der im Gas vorhandene Schwefelwasserstoff und ein Teil des CX)S in an sich bekannter Weise entfernt werden. In der Praxis eignen sich für diese Entfernung verschiedene Prozesse.
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So kann beispielsweise in den Gasreiniger 7 über eine Leitung 11 Dampf eingeführt werden, um K2S aus der Lösung herauszutreiben. Dieser HpS strömt dann über die Leitung 8 zu einem Claus-Ofen 9, in welchem er in reinen flüssigen Schwefel umgewandelt wird. Das den Gasreiniger 7 durch die Leitung 10 verlassende Heizgas besitzt einen Heizwert von etwa 300 kcal/Nnr und besteht im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Es kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, wie beispielsweise als Heizgas, um über die Leitung 12 den Brennern 2 des Ofens 1 zugeführt zu werden, als Heizgas für über eine Leitung 13 zu speisende Dampfkessel und als Heizgas für eine Gasturbine 15» welcher dieses Heizgas über eine Leitung 14 zugeführt wird. Diese Gasturbine 14 erzeugt elektrischen Strom, welcher über eine Leitung 16 abgenommen wird und ausreicht, um von einer Hauptstromleitung 17 die Luftzerlegungseinrichtung 4, die Vergasungseinrichtung 3, den Gasreiniger 7 und den Claus-Ofen 9 sowie möglicherweise auch die Ammoniak-Synthese-Anlage 19 zu versorgen.
Das Abgas der Gasturbine 15 wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in zwei Teilströme unterteilt, wobei der durch die Leitung 21 strömende Hauptteil einen Sauerstoffträger zur Verbrennung des aus der Heizgasleitung 12 den Brennern 2 zuströmenden Heizgases bildet. Über eine Leitung 22 wird ein kleinerer Teil des Abgases einem Abhitzekessel 23 zugeleitet, in welchem Dampf erzeugt wird, welcher über eine Leitung 24 dem Dampfverteilungssystem zugeleitet wird.
Falls gewünscht, läßt sich die Stromabgabe des von der Gasturbine 15 betriebenen Generators 16 auch erhöhen, sodaß eine gewisse
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Elektrizitätsmenge über eine Leitung 29 anderen Zwecken zugeleitet oder verkauft werden kann.
Eine Abwandlung der vorbeschriebenen Anlage, bei welcher der Wirtschaftlichkeitsfaktor noch erhöht wird, zeigt Fig.2. Die einzelnen Einrichtungen und ihre Wirkungsweise entsprechen denen der Fig.l, doch wird hier die Erzeugung von Heizgas aus der öl. Vergasung derart erhöht, daß eine gewisse Menge von Heizgas über eine Leitung 25 nach Durchlaufen einer weiteren Entschwefelungseinrichtung 26 und nach Erhitzung in einem Wärmetauscher 27 mit dem der Ammoniak-Synthese-Anlage 19 zuströmenden Gasstrom vermischt werden kann. Dies erlaubt eine gewisse Herabsetzung der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen über die Leitung 28, sodaß die allgemeine Wirtschaftlichkeit dieser Anlage dadurch erhöht wird.
Bei der in Fig.3 dargestellten weiteren Abwandlung erfolgt die Vergasung des schweren Restöles in der Einrichtung 3 durch Teiloxidation mit angereicherter Luft anstelle von Sauerstoff mit etwa 95#-iger Reinheit. Der durch die Leitung 33 einströmende angereicherte Luftstrom kann im allgemeinen einen Sauerstoffanteil von 50-60 % besitzen und kann dadurch erhalten werden, daß
a) das in Fig.3 dargestellte System verwendet wird, wobei von der Kompressorseite der Gasturbine I5 über eine Leitung 30 Luft abgenommen und in einem Booster-Kompressor 3I nochmals verdichtet wird, woraufhin sie mit einem die Luftzerlegungseinrichtung 4 über die Leitung 32 verlassenden Sauerstoffstrom 32 vermischt wird, sodaß der Schwerölvergasungseinrichtung 3 über die Leitung 33 ein angereicherter Luftstrom zufließt;
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b) ein LuftZerlegungssystem 4 verwendet wird, bei welchem die Luftzerlegung durch Molekularsiebe erfolgt, welche die Eigenschaft besitzen, Sauerstoff zu relativ niedrigen Kosten, jedoch auch mit geringer Reinheit zu liefern. Der Sauerstoffgehalt der auf diese Weise angereicherten Luftmenge beträgt im allgemeinen 50-70 j&.
Bei der in Fig.4 dargestellten Abwandlung erhält man den für die ülvergasungseinrichtung 3 benötigten Sauerstoff aus der Umgebungsluft, welche im Luftverdichter 34 verdichtet wird. Dieses Ausführungsbeispiel wird lediglich dann eingesetzt, wenn der Krack- oder Reforming-Ofen einer Anlage für den Betrieb mit einem Gas mit niedrigem Heizwert eingestellt ist.
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Leerseite

Claims (7)

  1. Andrejewslei, Honlce, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen
    Patentansprüche:
    ]/· Krack- oder Reforming-Anlage zur thermischen oder katalytischen Aufspaltung von Kohlenwasserstoffen mit wenigstens einem durch hochwertigen Brennstoff beheizten Krac*.- oder Reforrning-Ofen, gekennzeichnet durch eine Anordnung (5) zur Vergasung eines schweren Restöles durch Teiloxidation mit einer begrenzten Sauerstoffmenge, einen HpS aus dem entstehenden Gas entfernenden Gasreiniger (7) mit wahlweise nachgeschaltetem Claus-Ofen (9) zur Schwefelrückgewinnung, eine Gasturbine (15) zur Erzeugung von Elektrizität aus dem den Gasreiniger verlassenden gereinigten Gas zur Versorgung der verschiedenen Anordnungen {~5, 7> 9> 19) der Anlage mit elektrischer Energie, eine das gereinigte Gas vom Gasreiniger den Brennern (2) des Krack- oder Reforming-Ofens (1) zuführende Heizgasleitung (10, 12) und eine das sauerstoffreiehe Abgas der Gasturbine den Lufteinlässen der Brenner des KracK- oder Reforming-üfens zuführende Leitung (20, 21).
  2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Anordnung (3) zur Vergasung des schweren Restöles mit Sauerstoff in Form von Druckluft speisender Luftverdichter (^4) vorgesehen ist.
  3. 3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine ein sauerstoffreiches Gas und wahlweise Stickstoff erzeugende Luftzerlegungseinrichtung (4) aufweist.
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  4. 4. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß von der zu den Lufteinlässen der Brenner (2) führenden Abgasleitung (20, 21) der Gasturbine (15) eine Zweigleitung (22) zu einem Dampfkessel (2^) mit einer Dampfabgabeleitung (24) führt.
  5. ö. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der das gereinigte Gas den Brennern (2) zuführenden Heizgasleitung (10, 12) eine Zweigleitung (23) zu einer Entschwefelungseinrichtung (26) mit nachgeschaltetem Wärmetauscher (27) führt und dessen Abgabeleitung an eine von dem bzw. den Reforming-Ofen bzw. -öfen herkommende Synthesegas-Leitung angeschlossen ist.
  6. 6. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß von dem bzw. den Reforming-Ofen bzw. -Öfen eine Synthesegas-Leitung zu einer Ammoniak-Synthese-Einrichtung (19) führt.
  7. 7. Verfahren zum Kracken oder Reformen von Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Beheizung eines an sich bekannten Krack- oder Reforming-Ofens (1) erforderlichen Gase in der Weise ezreugt werden, daß schweres Restöl mit einer begrenzten Sauerstoffmenge teiloxidiert wird, daß das entstehende Gas von HpS und vorzugsweise auch von COS befreit wird und der freigewordene HpS wahlweise in Schwefel umgewandelt wird, daß ein Teil des gereinigten Gases einer Gasturbine (15) zugeleitet wird, welche elektrischen Strom und ein säuerstoffreiches Abgas erzeugt, und daß dieses sauerstoffreiche Abgas mit wenigstens einem Teil des restlichen gereinigten Gases den Heizbrennern (2) des Krack- oder Reforming-Ofens zugeführt wird.
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