DE3236504A1

DE3236504A1 - Verfahren zur gewinnung von kohlenwasserstoffen aus oelhaltigem gestein oder sand durch hydrierende schwelung

Info

Publication number: DE3236504A1
Application number: DE19823236504
Authority: DE
Inventors: Gerd Prof. 8542 Roth Brunner; Rainer Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Hoffmann; Konrad Dipl.-Ing. 8551 Röttenbach Künstle
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1984-03-29
Also published as: BR8305297A; AU577030B2; CA1214743A; DE3236504C2; US4505808A; AU1966983A

Description

KRAFTWERK UNION AKTlENGESIlLLGtIIAFT Unser Zeichen 4330 Mülheim/Ruhr VPA 82 P 6064 DE

Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus ölhaltigem Gestein oder Sand durch hydrierende Schwelung

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Gewinnung von

Kohlenwasserstoffen und ist bei der hydrierenden Schwelung

von ölhaltigem Gestein oder Sand zur Optimierung der Gasversorgung des Schwelprozesses anzuwenden.

In Ölsanden und Ölschiefer sind erhebliche Rohölreserven gespeichert. Die Gewinnung von Öl aus diesen Reserven ist unter anderem mit hohen Kosten für die Trennung des Öles vorn Sand oder Schiefer verbunden. Man ist daher bemüht, die hierfür erforderlichen technischen Prozesse hinsichtlich Verfahrensabltiuf, Stoffeinsatz und Energieverbrauch günstiger zu gestalten.

Bei einem bekannten 'Verfahren zur Gewinnung von Öl aus Ölsand oder Ölschiefer wird dieser in einem Reaktor einer hydrierenden Schwelung unterzogen. Dabei wirken auf das mechanisch aufbereitete Ausgangsmaterial Kohlenmonoxyd und Wasserstoff ein, die durch partielle Oxidation gasförmiger Nebenprodukte des Trennprozesses erzeugt werden. Zur Verbesserung der Rohölausbeute kann dem Reaktor zusätzlich Wasser oder Wasserdampf zugeführt werden. - Um bei diesem Verfahren im Zuge der Kondensation des abgezogenen, gasförmigen Schwelgemisches Feststoffanteile auszuscheiden, ist es erforderlich, gleichzeitig mit der Abkühlung des Schwelgemioches dessen Druck zu vermindern. Das dabei im Kreislauf geführte Schwelgas muß anschließend wieder verdichtet werden (US-PS 3 617 472).

Zm 3 Un / 27.09.1982

- J? - VPA 82 P 6064 DE

Ausgehend von einem Verfahren mit. den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung der im Zuge der Kondensation des gasförmigen Schwelgemisches abgeschiedenen Feststoffe den Energieaufwand für die Aufbereitung des für die hydrierende Schwelung benötigten Wasserstoffes zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Schwelgemisch in einer ersten Abscheidestufe auf eine Temperatur von etwa 350 C abgekühlt wird, wobei die abgeschiedene flüssige Phase einem Feststoff abschei der zugeführt und mit einem im Kreislauf geführten Gas aus Kohlendioxyd und einer C,/C^-Kohlenwasserstoffraktion kontaktiert wird, daß das Schwelgemisch weiterhin in einer zweiten Abscheidestufe mit Wasser gewaschen und auf etwa 250 C abgekühlt wird, wobei verbleibender Wasserstoff wenigstens, teilweise wieder dem Reaktor zugeführt wird, und daß aus den im Anschluß an die erste Abscheidestufe gewonnenen Feststoffen durch Einwirkung von Kohlendioxyd, das in heißen Brenngasen einer Feuerung enthalten ist, Kohlenmonoxyd gewonnen wird, welches gemeinsam mit dem Kohlendioxyd der Brenngase dem Reaktor zugeführt wird.

Bei einem derart ausgebildeten Verfahren werden die in dem gasförmigen Schwelgemisch enthaltenen Feststoffe ohne Druckverlust abgeschieden und zur Erzeugung von Wasserstoff eingesetzt, wie er für den Schwelprozeß notwendig ist; weiterhin wird der in dem Schwelgemisch enthaltene Wasserstoff ohne Druckverlust ausgefiltert und der weiteren Verarbeitung zugeführt oder in den Reaktor rückgeführt.

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Zur weiteren Optimierung des neuen Verfahrens empfiehlt es sich, in Weiterbildung der Erfindung folgende Maßnahmen einzeln oder gemeinsam anzuwenden:

- Die Abkühlung des Schwelgemisches in der ersten Abscheidestufe erfolgt durch den Gegenstrom der Frischwasser- und Wasserstoff-Zufuhr zum Reaktor. Dadurch wird der Wärmeinhalt der Schwelgase energiesparend ausgenutzt.

- Das im Anschluß an die erste Abscheidestufe im Kreislauf geführte Gas durchströmt einen auf etwa 250 C abgekühlten Abscheider zur Trennung des Gases von den schwer flüchtigen Kohlenwasserstoffen. Hierdurch erfolgt die endgültige Trennung der Feststoffteile worn Rohöl.

- Die Waschflüssigkeit der zweiten Abscheidestufe wird in einem Absetzbecken in eine wasserreiche und eine organische Phase getrennt. Hierdurch erfolgt die endgültige Trennung des im Prozeß anfallenden Wassers vom Rohöl.

- Aus der durch Einwirkung der heißen Brenngase auf die Feststoffteile resultierenden Gasmischung werden Kahlenmonoxyd und Kohlendioxyd ausgewaschen und durch laufen anschließend nach einer Verdichtung im Gegenstrom zu der Gasmischung einen oder mehrere Wärmetauscher. Dadurch werden die Brenngase einer zusätzlichen Feuerung ausgenutzt, um das für den Schwelprozeß erforderliche Kohlenmonoxyd zu erzeugen und auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen. Zweckmäßig werden die hierfür verwendeten heißen Brenngase dem Abgas eines benachbarten Kraftwerkes entnommen, dessen Generator von einer Gasturbine oder einer Dampfturbine getrieben wird.

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Die Figur zeigt ein Diagramm, anhand dessen der Ablauf des neuen Verfahrens naher erläutert vi/ird.

Einem Reaktor R werden mechanisch aufbereiteter Ölschiefer OS sowie ein gasförmiges R3aktionsgemisch RG aus im wesentlichen Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und Wasserdampf zugeführt. Bei Temperaturen von etwa 450 bis 520 C und unter einem Druck von 50 bar entsteht ein gasförmiges Schwelgemisch,' das oben vom Reaktor R abgezogen wird und im wesentlichen aus einem Schwelgas SG, gasförmigen Reaktionsprodukten SP und feinen, mitgerissenen Feststoffteilen F in Form von mineralischem Gut des Ölschiefers OS besteht. Die Auftrennung dieses Schwelgemisches in seine verschiedenen Bestandteile erfolgt unter Schweldruck durch stufenweises Senken.der Temperatur in der Weise, daß die Produkte eine gewünschte Siedelage aufweisen.

Nach Durchströmen eines Wärmetauschers WTl wird das Schwelgemisch in einer ersten Abscheidestufe AS durch einen Gegenstrom von Frischwasser W und Schwelgas SG . auf eine Temperatur von etwa 350 C gesenkt. Dadurch werden zunächst die schwerstflüchtigen Reaktionsprodukte der Schwelung mit Siedetemperaturen oberhalb 250 C bei Normaldruck bzw. mit kritischen Temperaturen oberhalb 450° C abgeschieden. Die dabei entstehende flüssige Phase FC enthält weitgehend die feinen mineralischen Bestandteile des Schwelgemisches. Diese flüssige Phase wird zur Feststoffabscheidung in den Absetzapparat AB geführt, in dem sie mit einem im Kreislauf geführten Gas KG in Kontakt gebracht wird. Dieses Gas besteht im wesentlichen aus Kohlendioxyd und einer C^/C-j-Kohlenwasserstoffraktion. Bei der entstehenden fluiden Mischung setzen sich die feinen Feststoffteilchen durch die Verminderung der Viskosität und durch Agglomeration so

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VPA 82 P 6064 DE schnell ab, daß am Kopf des Absetzapparates kontinuierlich ein feststoffreier Strom abgezogen werden kann, der aus dem im Kreislauf geführten Gas und in ihm gelösten schwerflüchtigen Kohlenu/asserstoffen besteht. Aus dem Sumpf des Absetzapparates AB kann ebenfalls kontinuierlich ein feststoffhaltiger Strom abgezogen werden, der aus mineralischen Bestandteilen, dem Restkohlenstoff des dem Ölschiefer entnommenen Kerogens und dem während der Schwelung entstandenen Koks besteht.

Der feststoffreic3 Strom aus im Kreislauf geführtem Gas und in ihm gelösten schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen wird auf etwa 250° C abgekühlt und einem Abscheider AK2 zugeführt, in dem sich die gesamten schwer flüchtigen Kohlenwasserstoffe als flüssiges Produkt SP2 abziehen lassen. Das so regenierte Gas KG wird in dem Absetzapparat AB zurückgeführt.

Das hinter der ersten Abscheidestufe AS verbleibende gasförmige Schwelgemisch wird anschließend dem Sumpf einer Wasserwäsche WW zugeführt, in dem das Schwelgemich bei einer Temperatur, die 20 bis 30 C unterhalb der Sättigungstemperatur des Wassers liegt, und bei einem dem Schweldruck entsprechenden Druck im Gegenstrom mit Wasser gewaschen wird. Dadurch werden aus dem Schwelgemisch neben den Kohlenwasserstoffen auch wasserlösliche Verunreinigungen wie Schwefel- und Stickstoffverbindungen entfernt. Die Waschflüssigkeit wird anschließend im Abscheider AKl in eine wasserreiche Phase WP und eine organische Phase SPl getrennt. Die wasserreiche Phase wird durch Entspannung regeneriert und anschließend wieder als Waschflüssigkeit verwendet. Die organische Phase wird ebenfalls entspannt und der flüssige Anteil als Produkt fraktion dar weiteren Aufbereitung zugeführt.

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Das in der Wasserwäsche WW gewaschene Gas wird in ein - Produktgas PG und in ein Schwelgas.SG aufgeteilt, bei dem es sich im wesentlichen um Wasserstoff handelt und das dem Reaktor R gemeinsam mit Frischwasser W zugeführt wird.

Der aus dem Absetzapparat AB gewonnene Feststoffstrom F wird weiterhin zur Gewinnung von Kqhlenmonoxyd verwendet. Hierzu werden der Feststoffstrom und die heißen Brenngase BG einer Feuerungsanlage ganz oder teilweise dem Reaktor CM zugeführt, der vorzugsweise als Wirbelschichtreaktor ausgebildet ist und in dem das Kohlendioxyd der heißen Brenngase BG bei Temperaturen von etwa 600 bis 700 C mit dem Kohlenstoff des Feststoffstromes F reagiert. Dabei entsteht nach der bekannten Boudouard-Reaktion Kohlenmonoxyd, beispielsweise bei einer Temperatur von 650° etwa 38 %. Bei diesem Prozeß zur Gewinnung von Kohlenmonoxyd aus dem Restkohlenstoff des Kerogens und dem während der Schwelung entstandenen Koks wirkt der hohe mineralische Anteil im Feststoffstrom katalytisch auf die Gleichgewichtseinstellung. In ungünstigen Fällen kann durch Zugabe preiswerter Einwegkatalysatoren die Einstellung des Gleichgewichtes erreicht werden.

Den Reaktor CM verläßt außer dem verbrauchten Feststoffstrom VF ein Gasgemisch GM, das aus Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd und Stickstoff besteht, das in den Wärmetauschern WT2 und WT3 abgekühlt und anschließend einer Gaswäsche CW zugeführt wird, in der Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd ausgewaschen werden. Das Gasgemisch GG aus Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd wird anschließend mit Hilfe eines Verdichters auf den Druck der hydrierenden Schwelung' verdichtet und zusätzlich im Wärmetauscher WT3 erwärmt.

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Gemeinsam mit dem Schwelgas SG und Wasserdampf wird es anschließend über den Wärmetauscher WT2 in den Reaktor R eingespeist.

Die Schwelung des Ölschiefers im Reaktor R erfolgt bei Temperaturen von 400 bis 500 C und Drücken bis zu 150 bar unter Einwirkung des aus Wasserstoff, Wasserdampf, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd bestehenden Gasgemisches RG. Dabei entsteht aus dem zugeführten Wasserdampf und dem Kohlenmc-noxyd Wasserstoff und Kohlendioxyd entsprechend dem Wassergasgleichgew.icht und der Beziehung

CO + H₂O ^-^ CO₂ + H₂ .

Während bei hohen Temperaturen das Gleichgewicht nach links verschoben ist, liegt es bei tieferen Temperaturen der Schwelung auf der rechten Seite. Damit wird der zur hydrierenden Schwelung nötige Wasserstoff im Schwelreaktor R selbst erzeugt. Überschüssiger Wasserstoff kann nach dem Abscheideprozeß als llydrierwasserstoff PG für das Upgrading und Refining der Produkte verwendet oder ohne weitere Aufarbeitung als Rohwasserstoff entnommen werden.

Die dem Reaktor CM zugeführten Brenngase BG werden entweder einer speziellen Feuerung entnommen oder aber den Abgasen eines Kraftwerkes, das auch die für das Verfahren notwendige elektrische Energie zur Verfügung stellt und bei dem es sich um ein Gasturbinenkraftwerk mit der Gasturbine GT oder um ein konventionelles Dampfturbinenkraftwerk handelt.

6 Ansprüche
1 Figur

Leerseite

Claims

if· -β« O* ·» »4 »* ^ UPA 82 P 6064 DE Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung flüssiger Kohlenwasserstoffe aus ölhaltigem Gestein oder Sand, bei dem das ölhaltige Gestein oder der ölhaltige Sand bei Temperaturen um 450 bis 520 C und einem Druck von etwa 50 bar durch Einwirkung von Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und Wasserdampf in einem Reaktor einer hydrierenden Schwelung unterzogen wird

und bei dem aus dem entstehenden gasförmigen Schwelgemisch die Kohlenwasserstoffe abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwelgemisch.· in einer ersten Abscheidestufe (AF) auf eine Temperatur von etwa 350^Q C abgekühlt wird, wobei die abgeschiedene flüssige Phase (FC) einem Feststoffabscheider (AB) zugeführt und mit einem im Kreislauf geführten Gas (KG) aus Kohlendioxyd und einer C./C -Kohlenwasserstoff fraktion kontaktiert wird, daß das Schwelgemisch in einer zweiten Abscheidestufe (WW, AK 1) mit Wasser gewaschen und auf etwa 250° C abgekühlt wird, wobei verbleibender Wasserstoff (SG) wenigstens teilweise wieder dem Reaktor (R) zugeführt wird, und daß aus den im Anschluß an die erste Abscheidestufe gewonnenen Feststoffen (F) durch Einwirkung von Kohlendic-xyd, das in heißen Brenngasen (BG) einer Feuerung enthalten ist, Kohlenmonoxyd gewonnen wird, welches gemeinsam (GG) mit dem Kohlendioxyd der Brenngase dem Reaktor (R) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abkühlung in der ersten Abscheidestufe (AF) durch den Gegenstrom der Frischwasser- und Wasserstoff-Zufuhr (W, SG) zum Reaktor (R) erfolgt.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

(j e k e η η ζ e j c h η e t , daß das im Anschluß an die erste Abscheidestufe (AF, AB) im Kreislauf geführte Gas (KG) einen auf etvi/a 250 C abgekühlten Abscheider (AK2) zur Trennung des Gases von den schwer flüchtigen Kohlenwasserstoffen (SP2) durchströmt,

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis. 3, d a durch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit der zweiten Abscheidestufe (WW, AKl) in einem Absetzbecken (AKl) in eine wasserreiche (WP) und eine organische (SPl) Phase getrennt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß aus

der durch Einwirkung der heißen Brenngase (BG) resultierenden Gasmischung (GM) Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd ausgewaschen (CW) werden und anschließend nach einer Verdichtung im Gegenstrom zu der Gasmischung einen oder mehrere Wärmetauscher (WT2, WT3) durchlaufen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichent, daß die heißen Brenngase (BG) dem Abgas eines benachbarten Kraftwerkes (GT) entnommen werden.