DE3236504C2 - - Google Patents
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- C10G1/06—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by destructive hydrogenation
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Description
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 Rohölreser
ven gespeichert. Die Gewinnung von Öl aus diesen Reserven
ist unter anderem mit hohen Kosten für die Trennung
des Öles vom Sand oder Schiefer verbunden. Man ist da
her bemüht, die hierfür erforderlichen technischen Pro
zesse hinsichtlich Verfahrensablauf, 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 Kohlen
monoxyd 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 Konden
sation des abgezogenen, gasförmigen Schwelgemisches
Feststoffanteile auszuscheiden, ist es erforderlich,
gleichzeitig mit der Abkühlung des Schwelgemisches
dessen Druck zu vermindern. Das dabei im Kreislauf ge
führte Schwelgas muß anschließend wieder verdichtet
werden (US-PS 36 17 472).
Ausgehend von einem Verfahren mit den Merkmalen des
Oberbegriffes des Anspruches 1 liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung der im Zuge der Kon
densation des gasförmigen Schwelgemisches abgeschie
denen Feststoffe den Energieaufwand für die Aufbereitung
des für die hydrierende Schwelung benötigten Wasser
stoffes zu verringern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vor
gesehen, daß das Schwelgemisch in einer ersten Abschei
destufe auf eine Temperatur von etwa 350°C abgekühlt
wird, wobei die abgeschiedene flüssige Phase einem Fest
stoffabscheider zugeführt und mit einem im Kreislauf
geführten Gas aus Kohlendioxyd und einer C6/C7-Kohlen
wasserstofffraktion kontaktiert wird, daß das Schwel
gemisch 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 Fest
stoffen 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.
Zur weiteren Optimierung des neuen Verfahrens empfiehlt
es sich, in Weiterbildung der Erfindung folgende Maß
nahmen einzeln oder gemeinsam anzuwenden:
- - Die Abkühlung des Schwelgemisches in der ersten Ab scheidestufe erfolgt durch den Gegenstrom der Frisch wasser- und Wasserstoff-Zufuhr zum Reaktor. Dadurch wird der Wärmeinhalt der Schwelgase energiesparend ausgenutzt.
- - Das im Anschluß an die erste Abscheidestufe im Kreis lauf geführte Gas durchströmt einen auf etwa 250°C abgekühlten Abscheider zur Trennung des Gases von den schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen. Hierdurch erfolgt die endgültige Trennung der Feststoffteile vom 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 Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd ausgewaschen und durch laufen anschließend nach einer Verdichtung im Gegen strom zu der Gasmischung einen oder mehrere Wärme tauscher. Dadurch werden die Brenngase einer zusätz lichen Feuerung ausgenutzt, um das für den Schwel prozeß erforderliche Kohlenmonoxyd zu erzeugen und auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen. Zweck mäßig werden die hierfür verwendeten heißen Brenn gase dem Abgas eines benachbarten Kraftwerkes ent nommen, dessen Generator von einer Gasturbine oder einer Dampfturbine getrieben wird.
Die Figur zeigt ein Diagramm, anhand dessen der Ablauf
des neuen Verfahrens näher erläutert wird.
Einem Reaktor R werden mechanisch aufbereiteter Ölschiefer
OS sowie ein gasförmiges Reaktionsgemisch 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 Fest
stoffteilen F in Form von mineralischem Gut des Ölschiefers
OS besteht. Die Auftrennung dieses Schwelgemisches in
seine verschiedenen Bestandteile erfolgt unter Schwel
druck durch stufenweises Senken der Temperatur in der
Weise, daß die Produkte eine gewünschte Siedelage auf
weisen.
Nach Durchströmen eines Wärmetauschers WT 1 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 Reaktionspro
dukte 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 minera
lischen 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 C6/C7 -Kohlen
wasserstofffraktion. Bei der entstehenden fluiden Mischung
setzen sich die feinen Feststoffteilchen durch die Ver
minderung der Viskosität und durch Agglomeration so
schnell ab, daß am Kopf des Absetzapparates kontinuier
lich ein feststofffreier Strom abgezogen werden kann,
der aus dem im Kreislauf geführten Gas und in ihm ge
lösten schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen besteht.
Aus dem Sumpf des Absetzapparates AB kann ebenfalls
kontinuierlich ein feststoffhaltiger Strom abgezogen
werden, der aus mineralischen Bestandteilen, dem Rest
kohlenstoff des dem Ölschiefer entnommenen Kerogens
und dem während der Schwelung entstandenen Koks besteht.
Der feststofffreie Strom aus im Kreislauf geführtem Gas
und in ihm gelösten schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen
wird auf etwa 250°C abgekühlt und einem Abscheider
AK 2 zugeführt, in dem sich die gesamten schwerflüchtigen
Kohlenwasserstoffe als flüssiges Produkt SP 2 abziehen
lassen. Das so regenerierte Gas KG wird in dem Absetz
apparat AB zurückgeführt.
Das hinter der ersten Abscheidestufe AS verbleibende
gasförmige Schwelgemisch wird anschließend dem Sumpf
einer Wasserwäsche WW zugeführt, in dem das Schwelgemisch
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 Schwelge
misch neben den Kohlenwasserstoffen auch wasserlösliche
Verunreinigungen wie Schwefel- und Stickstoffverbin
dungen entfernt. Die Waschflüssigkeit wird anschließend
im Abscheider AK 1 in eine wasserreiche Phase WP und
eine organische Phase SP 1 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 Produktfraktion der weiteren Aufbereitung zugeführt.
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 zu
geführt wird.
Der aus dem Absetzapparat AB gewonnene Feststoffstrom F
wird weiterhin zur Gewinnung von Kohlenmonoxyd verwendet.
Hierzu werden der Feststoffstrom und die heißen Brenn
gase BG einer Feuerungsanlage ganz oder teilweise dem
Reaktor CM zugeführt, der vorzugsweise als Wirbelschicht
reaktor 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 Tempe
ratur von 650°C 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 kataly
tisch auf die Gleichgewichtseinstellung. In ungünstigen
Fällen kann durch Zugabe preiswerter Einwegkatalysa
toren die Einstellung des Gleichgewichtes erreicht werden.
Den Reaktor CM verläßt außer dem verbrauchten Feststoff
strom VF ein Gasgemisch GM, das aus Kohlenmonoxyd, Kohlen
dioxyd und Stickstoff besteht, das in den Wärmetauschern WT 2
und WT 3 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 Ver
dichters auf den Druck der hydrierenden Schwelung ver
dichtet und zusätzlich im Wärmetauscher WT 3 erwärmt.
Gemeinsam mit dem Schwelgas SG und Wasserdampf wird
es anschließend über den Wärmetauscher WT 2 in den Re
aktor 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, Wasser
dampf, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd bestehenden Gas
gemisches RG. Dabei entsteht aus dem zugeführten Wasser
dampf und dem Kohlenmonoxyd Wasserstoff und Kohlendioxyd
entsprechend dem Wassergasgleichgewicht 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 Schwel
reaktor R selbst erzeugt. Überschüssiger Wasserstoff
kann nach dem Abscheideprozeß als Hydrierwasserstoff PG
für das Upgrading und Refining der Produkte verwendet
oder ohne weitere Aufarbeitung als Rohwasserstoff ent
nommen werden.
Die dem Reaktor CM zugeführten Brenngase BG werden ent
weder 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 Dampf
turbinenkraftwerk handelt.
Claims (6)
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, Wasser stoff und Wasserdampf in einem Reaktor einer hydrierenden Schwelung unterzogen wird
und bei dem aus dem entstehenden gasförmigen Schwel gemisch die Kohlenwasserstoffe abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schwelgemisch in einer ersten Abscheidestufe (AF) auf eine Temperatur von etwa 350°C abgekühlt wird, wobei die abgeschiedene flüssige Phase (FC) einem Feststoff abscheider (AB) zugeführt und mit einem im Kreislauf geführten Gas (KG) aus Kohlendioxyd und einer C6/C7-Kohlen wasserstofffraktion 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 Abscheide stufe gewonnenen Feststoffen (F) durch Einwirkung von Kohlendioxyd, 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.
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, Wasser stoff und Wasserdampf in einem Reaktor einer hydrierenden Schwelung unterzogen wird
und bei dem aus dem entstehenden gasförmigen Schwel gemisch die Kohlenwasserstoffe abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schwelgemisch in einer ersten Abscheidestufe (AF) auf eine Temperatur von etwa 350°C abgekühlt wird, wobei die abgeschiedene flüssige Phase (FC) einem Feststoff abscheider (AB) zugeführt und mit einem im Kreislauf geführten Gas (KG) aus Kohlendioxyd und einer C6/C7-Kohlen wasserstofffraktion 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 Abscheide stufe gewonnenen Feststoffen (F) durch Einwirkung von Kohlendioxyd, 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 gekenn
zeichnet, daß die Abkühlung in der ersen Ab
scheidestufe (AF) durch den Gegenstrom der Frischwas
ser- und Wasserstoff-Zufuhr (W, SG) zum Reaktor (R)
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das im Anschluß an
die erste Abscheidestufe (AF, AB) im Kreislauf geführte
Gas (KG) zur Trennung des Gases von den schwerflüchtigen
Kohlenwasserstoffen (SP 2) durch einen auf 250°C abgekühlten Abscheider (AK 2)
geleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Wasch
flüssigkeit der zweiten Abscheidestufe (WW, AK 1) in
einem Absetzbecken (AK 1) in eine wasserreiche (WP) und
eine organische (SP 1) Phase getrennt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß aus
der durch Einwirkung der heißen Brenngase (BG) resultie
renden Gasmischung (GM) Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd
ausgewaschen (CW) werden und anschließend nach einer
Verdichtung im Gegentrom zu der Gasmischung durch einen oder
mehrere Wärmetauscher (WT 2, WT 3) geführt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die heißen
Brenngase (BG) dem Abgas eines benachbarten Kraftwerkes
(GT) entnommen werden.
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