DE4401193C2 - Verfahren und Anlage zur energiesparenden und abgasarmen Erdölverarbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur energiesparenden und abgasarmen Erdöl­ verarbeitung.

Es sind Industrieöfen mit offener Ölfeuerung bekannt, bei denen zur Verbesse­ rung der Heizleistung Abwärmekessel und Abgasvorwärmer eingesetzt werden. Die Nachteile diese Lösung liegen in ihrem niedrigen Wirkungsgrad, erhöhten Heizölverbrauch und in der hohen Schadstoffemissionen in die Atmosphäre.

Eine leistungsstarke, mit Industrieöfen ausgerüstete Erdölverarbeitungsanlage in Rußland hat eine Rohölverarbeitungsleistung von 8 × 10⁶ t/Jahr. Diese Anlage hat folgende Nachteile:

• - hohe Rauchgastemperaturen (über 330°C) und große Wärmeverluste (über 2,67 × 10⁶ GJ/Jahr), erhöhter Heizölverbrauch von über 65 × 10³ t/Jahr;
• - niedriger thermischer Wirkungsgrad der Öfen (unter 70%);
• - hohe Schadstoffemissionen in die Atmosphäre (mehr als 3,0 × 10⁵ t/Jahr SO₂, NO₂ und CO₂);
• - unkontrollierbare Emission und Entweichen von Dämpfen von Erdölprodukten aus Behältern und Lagertanks, Werkabgase, die in der Regel abgefackelt wer­ den (was Wärmeverlusten von nicht weniger als 0,1 × 10⁵ GJ/Jahr entspricht);
• - große Mengen von Erdölverarbeitungsrückständen (Schlamm, Schlick) von mehr als 2,0 × 10⁵ t/Jahr. Für deren Verbrennung in speziellen Wärmeöfen wer­ den weitere 3,0 × 10⁵ GJ/Jahr verbraucht.

Weiterer Stand der Technik ist in einem Artikel von K. Weinzierl (Thermodynamische Auslegung von Kombi-Prozessen zur Steinkohleverstrom­ ung; in VGB KRAFTWERKSTECHNIK 68, 1988 (9), S. 901-907) be­ schrieben. Die dort angegebene Lösung betrifft ein Anlage zur Vergasung von Steinkohle mit anschließender Gasturbinenanlage. Zweck der technischen Lö­ sung ist die Erhöhung des Wirkungsgrades der Kraftwerksanlage durch Ein­ satz des kombinierten Gas-/Dampfturbinenprozesses. Die Frage der Kontami­ nation der Atmosphäre mit Rauchgasen und deren Weiterverwertung spielt in dieser Lösung keine Rolle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur Erdölverarbeitung vorzuschlagen, bei der die Wärmeverluste und der Schad­ stoffausstoß minimiert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 2 angegeben. Das er­ findungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage bezweckt zu ihrer Realisierung den Einsatz bekannter Anlagen (Gaserzeuger, Gasturbine, Expan­ sionsturbine, Wärmetauscher, Kompressoren, Kälteanlagen usw.). Das Wirk­ prinzip jeder dieser Anlagen ist bekannt. Diese Anlagen werden jedoch auf eine prinzipiell neue Art und Weise, in einer bisher nicht gekannten Kombination und mit anderen Arbeitsparametern verwendet. In dem vorgeschlagenen Verfahren und der vorgeschlagenen Anlage werden keine Standard-Energieumwandlungs­ anlagen, wie Industrieöfen für die atmosphärische und die Vakuum-Erdöl­ destillation, hydrierende Raffinations- und Reformieranlagen und alle sonstigen Öfen, Abhitzkessel u. dgl. eingesetzt.

Das Verfahren und die Anlage mit einer neuen Kombination der Anlagen gestat­ ten es, ein in der Industrie bisher nicht bekanntes Prinzip des Energieeinsatzes für die technologischen Prozesse der Erdölverarbeitung zu realisieren. Hierbei wird eine Brennstoffeinsparung erzielt und das Umweltproblem gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Erdölrückstände und Heizöl un­ ter einem Druck von 1,6-2,2 MPa und bei einer Temperatur von 350-400°C vergast. Das entstandene Gas wird mit den Dämpfen der Erdölprodukte und den Werkabgasen vermischt und in Wärmetauschern unter hohem Druck verbrannt. Die Rauchgase, die SO₂, H₂S, CO₂ und NO₂ enthalten, werden von einem Druck von 1,4-2,0 MPa und einer Temperatur von 800-1000°C in der Gasturbine zunächst auf einen Druck von 0,6 MPa expandiert und auf eine Temperatur von 550-600°C gesenkt und anschließend bei einem Druck von 0,6-0,5 MPa in einem intensiven Rückgewinnungssystem bis auf Außen­ temperatur abgekühlt. Die gekühlten Rauchgase, die SO₂, H₂S, CO₂ und NO₂ enthalten, werden bei einem Druck von 0,5 MPa und einer Temperatur von 30°C auf 2-5°C abgekühlt, wonach sie in den Expansionsturbinen auf atmosphä­ rischen Druck expandiert und auf eine Temperatur von -80 bis -83°C abgekühlt werden. Die aus den Rauchgasen gewonnenen SO₂, H₂S, CO₂ und NO₂-Be­ standteile werden anschließend aus der Anlage abgeleitet und in der Produktion weiterverwendet.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Erdölverarbeitung besteht aus einem Reak­ tor, vor dem sich ein Mischer befindet. Vom Reaktorausgang besteht über einen Wirbelscheider und einen Filter eine Verbindung zu einer Brennkammer und zu Wärmetauschern, die in den Sektionen Erdölentsalzung und Eröldestillation, katalytisches Reformieren, hydrierende Petrol- und Dieselölraffination, Verar­ beitung der Gase und Pentan-Aggregat aufgestellt sind. Der Ausgang der Brennkammer und die Ausgänge der Wärmetauscher stehen in Verbindung mit einer Misch- und Nachbrennkammer, von der ein Anschluß zu einer Gasturbine besteht, durch die ein Kompressor angetrieben wird. Von der Gasturbine wer­ den die Gase über ein System der intensiven Rückgewinnung, d. h. den Luftvor­ wärmer des Reaktors, den Schweröl- oder Heizölvorwärmer der Stufe 2, den Rohölvorwärmer, den Vorwärmer der zur Vergasung eingeleiteten Rückstände (Schlamm, Schlick), den Schwer- oder Heizölvorwärmer der Stufe 1 und den Industriewasser-Vorwärmern zu einem Abscheider und weiter in einen Konden­ sator geleitet. Von hier werden die Rauchgase in eine Entspannungsturbinen der Stufe 1 und weiter über einen weiteren Kondensator und eine weitere Entspan­ nungsturbine der Stufe 2 zu einem weiteren Abscheider geführt. Danach gelan­ gen die Gase durch die Luftkühler, die für die Verminderung der Antriebslei­ stung der Kompressoranlagen verwendet werden. In der erfindungsgemäßen Anlage ist eine gleitende Temperaturregelung in den Kondensatoren mit Hilfe von Ventilen vorgesehen. In den Sektionen sind Gasfänger aufgestellt, die prak­ tisch sämtliche Dämpfe von Erdölprodukten aus Behältern und Lagertanks so­ wie sämtliche Werkabgase auffangen, die dann in einem Gassammler zusam­ mengeführt, mit Luft vermischt und in die Kompressoranlage geleitet werden. Mit Hilfe eines Luftverbrauchreglers wird ein optimales Ansaugvakuum in den Gasfängern gewährleistet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein hoher Erdölverarbeitungsgrad und eine vollständigere Ausnutzung der Rauch­ gaswärme erreicht, der Eigenbedarf des Werkes an Heizöl gesenkt wird, die Abmessungen und der Metalleinsatz in den Wärme erzeugenden Anlagen verrin­ gert und Wärmeverluste der Gase vermieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage.

Im Reaktor 1 werden mit Hilfe eines Heißluftgebläses bei einem Druck von 1,6-2,2 MPa und einer Temperatur von 350-400°C Heizöl sowie Ruß und Erd­ ölrückstände (Schlämme, Schlick), die aus dem Mischer 2 eingeleitet werden, vergast. Als Resultat der Vergasungsreaktion im Reaktor 1 wird Kohlen­ wasserstoffgas mit einer Beimengung fester Vergasungsrückstände (Flugasche, Ruß) gebildet. Das Gas weist am Reaktorausgang einen Druck von 1,5-2,1 MPa und eine Temperatur von 900-1100°C auf. Im Wirbelscheider 3 wird ein großer Teil der Asche und im Filter 4 die restliche Asche und Ruß abge­ schieden. Das von den Beimengungen gereinigte Gas wird in der Brennkammer 5 und den Wärmetauschern 6 unter Druck verbrannt. Die Wärmetaucher 6 wer­ den in der Sektion 100 (Erdölentsalzung und -destillation), in der Sektion 200 (katalytisches Reformieren), in den Sektionen 300-1 und 300-2 (hydrierende Petrol- und Dieselölraffination), in den Sektionen 400 und 500 (Verarbeitung der Gase und Pentan-Aggregat) aufgestellt. Die Rauchgase werden aus der Brennkammer 5 und den Wärmetauschern 6 in die Misch- und Nachbrennkam­ mer 7 geleitet. Hier erfolgt die vollständige Verbrennung des Generatorgases, des CO₂ und der Schwefelverbindungen. Außerdem erfolgt in der Kammer 7 die Stabilisierung der Gaszustandsgrößen Druck und Temperatur auf 1,4-2,0 MPa und 800-1000°C. Mit diesen Parametern gelangen die Rauchgase in die Gasturbine 8, wo ihr Druck auf 0,6 MPa gesenkt wird. Die Energie der Gastur­ bine wird nur für den Antrieb des Kompressors 9 verwendet. Aus der Gasturbi­ ne werden die Gase mit einer Temperatur von 550-600°C in das System der intensiven Rückgewinnung geleitet, d. h. den Luftvorwärmer 10 des Reaktors 1, den Schweröl- oder Heizölvorwärmer 11 der Stufe 2, den Rohölvorwärmer 12, den Vorwärmer 13 der zur Vergasung eingeleiteten Rückstände (Schlamm, Schlick), den Masut-Vorwärmer 14 der Stufe 1, den Industriewasser-Vor­ wärmern 15 und 16. Danach gelangen die Rauchgase mit einem Druck von 0,4-0,5 MPa und einer Temperatur von unter 30°C in den Abscheider 17, wo die Abscheidung des Flüssigdampfes erfolgt, und weiter in den Kondensator 18 für die SO₂-Dämpfe und die Dämpfe des Schwefligsäureanhydrids. Hier erfolgt auch die weitere Kühlung der Gase bis auf eine Temperatur von 2-5°C. Mit einem Druck von 0,4-0,5 MPa und einer Temperatur unter 5°C werden die Rauchgase in die Entspannungsturbinen 19 der Stufe 1 geleitet, wo ihr Druck bis auf 0,16 MPa und die Temperatur auf -60°C gesenkt wird. Im Kondensator 20 wird das Gas weiter nachgekühlt, und es erfolgt die Kondensation und Ablei­ tung der H₂S-Restanteile aus dem Gas. Die von H₂O, 502 und H₂S gereinigten Rauchgase werden in die Entspannungsturbine 21 der Stufe 2 geleitet, wo ihr Druck auf 0,1 MPa und die Temperatur der Restgase auf -80 bis -83°C ge­ senkt wird. Bei dieser Temperatur ist im Abscheider 22 die Sublimation (T_sub = -78,3°C) und die Abscheidung der technischen Kohlensäure CO₂ möglich.

Danach gelangen die im wesentlichen aus NO₂ bestehenden Gase durch die Luftkühler 23 und 24, die für die Verminderung der Antriebsleistung der Kom­ pressoranlagen 25 und 9 verwendet werden. Nach der Reinigung kann dieser Anteil der Gase für die Herstellung von Salpetersäure oder als Tieftempera­ turmittel in Kälteanlagen verwendet werden. In der erfindungsgemäßen Anlage ist eine gleitende Temperaturregelung in den Kondensatoren 18 und 20 mit Hilfe der Ventile 26 vorgesehen. Das Vakuum am Kompressoreingang 25 dient zum Auffangen praktisch sämtlicher Dämpfe von Erdölprodukten aus Behältern und Lagertanks sowie sämtlicher Werkabgase. Zu diesem Zweck werden Gas­ fänger 27 aufgestellt. Sämtliche Werkgase und Dämpfe werden im Gassammler 28 zusammengeführt, dort mit Luft vermischt und in die Kompressoranlage geleitet. Mit Hilfe des Luftverbrauchreglers 29, der vor dem Gassammler 29 an­ geordnet ist, wird ein optimales Ansaugvakuum in den Gasfängern 27 gewähr­ leistet. Das Abfackeln der Werkgase, wie es praktisch in allen erdölverar­ beitenden Werken üblich ist, ist somit ausgeschlossen.

In Fig. 1 sind folgende Hauptströme dargestellt: I - Generatorgas, II - Ruß, III - Asche, IV - Erdölschlämme, -schlick, V - Schwer- oder Heizöl, VI - Kesselspei­ sewasser, VII - Dampfkondensat, Auffüllwasser, VIII - Wasserdampf, IX - Erd­ ölprodukte, X - Gasemissionen und Dämpfe, XI - atmosphärische Luft, XII - Preß­ luft, XIII - Verbrennungsprodukte (Rauchgase) aus den Wärmetauschern, XIV - Wasserdampfkondensat, XV - Kondensat der Schwefligsäureanhydrid­ dämpfe, XVI - Schwefelwasserstoffdampf - Kondensat, XVII - CO₂; XVIII - NO₂.

Claims (3)

1. Verfahren zur energiesparenden und abgasarmen Erdölverarbeitung, bei dem man

• a) Erdölrückstände, Schwer- oder Heizöl unter einem Druck von 1,6-2,2 MPa und bei einer Temperatur von 350-400°C vergast,
• b) das entstandene Gas mit den Dämpfen der Erdölprodukte und den Werkab­ gasen vermischt und in Wärmetauschern unter hohem Druck verbrennt,
• c) die Rauchgase, die SO₂, H₂S, CO₂ und NO₂ enthalten, bei einem Druck von 1,4-2,0 MPa und einer Temperatur von 800-1000°C in der Gasturbine zu­ nächst auf einen Druck von 0,6 MPa expandiert und eine Temperatur von 550-600°C senkt und anschließend bei einem Druck von 0,6-0,5 MPa in einem intensiven Rückgewinnungssystem bis auf Außentemperatur abkühlt,
• d) die gekühlten Rauchgase, die SO₂, H₂S, CO₂ und NO₂ enthalten, bei einem Druck von 0,5 MPa und einer Temperatur von 30°C auf 2-5°C abkühlt und danach in den Expansionsturbinen auf atmosphärischen Druck expandiert und auf eine Temperatur von -80 bis -83°C abkühlt.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit folgenden Merkmalen:

• - die Anlage besteht aus einem Reaktor (1), in dem Schwer- oder Heizöl sowie Ruß und Erdölrückstände (Schlämme, Schlick), die aus dem Mischer (2) eingeleitet werden, vergast werden, nach dessen Ausgang ein Wirbelscheider (3) und ein Filter (4) angeordnet sind, wobei von dem Filter (4) eine Verbindung zur einer Brennkammer (5) und zu Wärmetauschern (6) besteht, wobei die Wärmetauscher (6) in der Sektion (100) Erdölentsalzung und -de­ stillation, in der Sektion (200) katalytisches Reformieren, in den Sektionen (300-1) und (300-2) hydrierende Petrol- und Dieselölraffination und in den Sektionen (400) und (500) Verarbeitung der Gase und Pentan-Aggregat aufge­ stellt sind,
• - der Ausgang der Brennkammer (5) und die Ausgänge der Wärmetauscher (6) stehen in Verbindung mit der Misch- und Nachbrennkammer (7), von der ein Anschluß zur Gasturbine (8) besteht, durch die der Kompressors (9) ange­ trieben wird,
• - von der Gasturbine (8) werden die Gase über das System der intensiven Rückgewinnung, d. h. den Luftvorwärmer (10) des Reaktors (1), den Schwer- oder Heizölvorwärmer (11) der Stufe 2, den Rohölvorwärmer (12), den Vorwärmer (13) der zur Vergasung eingeleiteten Rückstände (Schlamm, Schlick), den Schwer- oder Heizölvorwärmer (14) der Stufe 1 und den Industriewasser-Vorwärmern (15) und (16) zum Abscheider (17) und weiter zum Kondensator (18) geleitet,
• - vom Ausgang des Kondensators 18 werden die Gase in die Entspannungstur­ binen (19) der Stufe 1 und weiter über den Kondensator (20) und die Entspan­ nungsturbine (21) der Stufe 2 zum Abscheider (22) geführt,
• - danach gelangen die Gase durch die Luftkühler (23) und (24), die für die Verminderung der Antriebsleistung der Kompressoranlagen (25 und (9) ver­ wendet werden,
• 3. Anlage nach Anspruch 2 mit folgenden Merkmalen:
• - in den Kondensatoren (18) und (20) sind Ventile (26) angeordnet.

4. Anlage nach den Ansprüchen 2 und 3 mit folgenden Merkmalen:

• - in den Erdölverarbeitungssektionen (100) bis (500) sind Gasfanger (27) aufgestellt, die über einen Gassammler (28) mit der Kompressoranlage (25) und (9) in Verbindung stehen.
• - vor dem Gassammler (28) ist ein Luftverbrauchregler (29) angeordnet, der einen optimalen Ansaugunterdruck in den Gasfängern (27) gewährleistet.