DE60025429T2

DE60025429T2 - Rückstandsölteilchen, Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE60025429T2
Application number: DE60025429T
Authority: DE
Inventors: Jon C. Houston Moretta; Murugesan Houston Subramanian
Original assignee: Kellogg Brown and Root LLC
Current assignee: Kellogg Brown and Root LLC
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: KR20010060377A; CA2326213A1; JP2001192671A; MXPA00011489A; PL344118A1; US6331245B1; PL196460B1; ATE315436T1; EP1103299B1; SG107558A1; DE60025429D1; CA2326213C; EP1103299A3; JP2011017022A; BR0005520B1; ES2251341T3; EP1103299A2; KR100731950B1; BR0005520A

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pelletisieren eines Erdölrückstands, worin der Rückstand in einem geschmolzenen Zustand geprillt bzw. sprühkristallisiert wird, unter Verwendung eines rotierenden Sprühkristallisationskopfes, wobei flüssige Teilchen des Rückstands, die durch den Sprühkristallisationskopf hergestellt werden, zu Kügelchen vor dem Verfestigen geformt werden und worin die sphärischen Teilchen dann abgeschreckt und verfestigt werden in einer im Wesentlichen sphärischen Form. Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf Erdölrückstandspellets, die aufbewahrt und/oder befördert werden können bei Umgebungstemperaturen. Die Erfindung richtet sich auch auf das Verfestigen bzw. Härten eines relativ weichen Erdölrückstands durch gesteuerte Luftoxidation bei erhöhten Temperaturen, um einen harten Erdölrückstand zu bilden, der pelletisiert und aufbewahrt/befördert bei Raumtemperatur werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Der Rückstand aus der Erdöldestillation hat zahlreiche Anwendungen, einschließlich Straßenbauasphalt und Brennstoff. Asphaltqualität, die beim Straßenbau verwendet wird, muss eine Vielzahl von Spezifikationen erfüllen, einschließlich der jüngsten SHRP-Spezifikation, Viskosität (üblicherweise 200–5000 Poise bei 15,6°C (60°F)), Penetration (üblicherweise größer als 30 bis 200 dmm), Penetrationsverhältnis bei –9,4°C/–3,9°C (15°F/25°F) (üblicherweise über etwa 0,3), Duktilität, Temperatursuzeptibilität und andere.
Das Inkontaktbringen der Rückstandsfraktion von Erdöl mit Luft bei einer erhöhten Temperatur, das ebenfalls als "Luftblasen" bezeichnet wird, ist eine herkömmliche Art zum Verbessern der Charakteristika bestimmter Rückstandsqualitäten, um sie geeignet zur Verwendung als ein Straßenbauasphalt zu machen. Jedoch erscheint es, dass der Stand der Technik nicht die praktische Anwendung des Luftblasens eines relativ weichen Rückstands offenbart, um einen relativ harten Rückstand zu erhalten, der zur Aufbewahrung und/oder Beförderung pelletisiert werden kann. Wie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, betrifft ein "weicher Rückstand" oder eine "niedere Erweichungspunkttemperatur" einen Erdölrückstand mit einer Penetration über 0 und einer Ring-Kugel (Ring and Ball) (R & B)-Erweichungspunkttemperatur unter 93,3°C (200°F). Ein "harter Rückstand" oder eine "hohe Erweichungspunkttemperatur" betrifft einen Erdölrückstand mit einer Penetration von im Wesentlichen 0 und einer R & B-Erweichungspunkttemperatur über 93,3°C (200°F).
Beispielhafte Literaturstellen, die Rückstands- oder Asphalten-Luftblasausstattungen und Methoden offenbaren, umfassen die U.S. Patente 2,616,837 von Roediger; 2,627,498 von Fink et al.; 2,861,939 von Biribauer et al.; 2,889,296 von Morris et al.; 3,462,359 von Fauber; 3,598,716 von Fauber; 3,751,278 von Alexander; 3,779,892 von Forster et al.; 3,868,315 von Forster et al.; 3,935,093 von Senolt et al.; 3,989,616 von Pagen et al.; 4,052,290 von Cushman et al.; 4,207,117 von Espenscheid et al.; 4,283,230 von Clementoni et al.; 4,332,671 von Boyer; 4,933,067 von Rankel; 4,975,176 von Begliardi et al.; 5,228,977 von Moran et al.; 5,320,739 von Moran et al.; 5,932,186 von Romine et al.; und 5,939,474 von Gooswilligen et al. Luftblastechnologie ist kommerziell z.B. unter der Handelsbezeichnung BITUROX erhältlich.
Im Gegensatz zu Straßenbauasphalt, sind die Spezifikationen für Erdölrückstand in Brennstoffqualität, der als ein Brennstoff verbrannt wird, weniger streng. Der Rückstand weist im Allgemeinen einen höheren kalorischen Wert und bessere Verbrennungscharakteristika im Vergleich mit Kohle und Erdölkoks auf, was dazu führte, dass der Rückstand zu Kohle und Koks als Brennstoffadditiv zugegeben wurde, um die Verbrennung zu unterstützen. Jedoch ist ein schwerer Rückstand mit einer niederen Erweichungspunkttemperatur schwierig aufzubewahren und/oder zu befördern, ohne wesentliche Handhabungs- und Verpackungsanforderungen. Mit der Zeit zeigen diese Materialien mit niederem Erweichungspunkt selbst wenn sie anfangs bei Umgebungsbedingungen fest erscheinen, Flüssigkeitsflusscharakteristika bei erhöhten Temperaturen. Diese Materialien wurden typischerweise als halbfeste Produkte befördert, als ein Flüssigrohprodukt oder als ein Verschnitt-Flüssigprodukt. Die halbfeste Form muss in einem geschlossenen Behälter befördert werden, um ein Auslaufen und ein Verschütten bzw. Spillage zu verhindern, üblicherweise wird vor der Verwendung wieder erhitzt und die hohen Kosten des Verpackens und des Handhabens des Materials begrenzen auf diese Art die Anwendung auf relativ geringe Volumina des Produkts.
Als ein flüssiges Rohprodukt wird schwerer Rückstand bei erhöhten Temperaturen gehalten, die ausreichend sind, um das Material in einem flüssigen Zustand zu halten. Dieses Verfahren ist ebenfalls kostenintensiv und weist eine begrenzte praktisch Anwendung auf.
Als ein Verschnittflüssigprodukt wird schwerer Rückstand mit leichten Kohlenwasserstoffverschnitt gemischt, um das Gemisch in einem flüssigen Zustand bei niederen Temperaturen zu halten. Als ein Ergebnis wird der Wert der leichteren Kohlenwasserstoffe, mit welchen der Rückstand gemischt wird, wesentlich Wertverringert.
Ein pelletisierter Rückstand, der fest bleibt, würde nicht fließen und könnte leicht aufbewahrt, verpackt, befördert und gehandhabt werden. Frühere Versuche zum Pelletisieren von Rückstand mit einer niederen Erweichungspunkttemperatur beruhten auf der Einkapselung des Rückstands mit einer festen Beschichtung. Die Beschichtung des Rückstands erschwert das Einkapselungsverfahren, führt zu einem bezüglich der Zusammensetzung heterogenen Produkt, führt zu Mehrkosten aufgrund der im Allgemeinen hohen Kosten des Beschichtungsmaterials, ist nicht immer wirkungsvoll aufgrund von Einreißen oder Brechen der Beschichtung und/oder Lösung der Beschichtung durch Wasser, wenn die Beschichtung wasserlöslich ist, und die Beschichtung kann die Verbrennungscharakteristika des Rückstands nachteilig beeinflussen. Vergleichsbeispiele, die eine verschiedene Einkapselung und Methodologie lehren, umfassen die U.S. Patente 3,015,128 von Somerville; 3,310,612 von Somerville; 4,123,206 von Dannelly; 4,128,409 von Dannelly; 4,386,895 von Sodickson; und 5,637,350 von Ross.
Das U.S. Patent 4,931,231 von Teppo et al. offenbart ein Verfahren zum Herstellen diskreter Pellets aus asphaltartigem Material durch Einfließenlassen des asphaltartigen Materials in geschmolzener Form als ein ausgedehnter ringförmiger Strom direkt in Kühlwasser, zum Verfestigen und Zersplittern des ausgedehnten Stroms in diskrete feste Teilchen. Die als ein Ergebnis des Zersplitterns gebildeten Teilchen sind nicht sphärisch und weisen nicht wünschenswerte Fließ- und/oder Handhabungscharakteristika auf. Zum Beispiel können die Teilchen staubfrei sein wenn sie hergestellt werden, jedoch aufgrund von gezackten Kanten können sie zu beachtlicher Staubbildung beim Handhaben führen.
U.S. Patent 3,877,918 von Cerbo offenbart eine Vorrichtung zum Herstellen von sphärischen Glasteilchen durch zentrifugal ausgeworfenen, feste gebrochene Glasteilchen in das Einzugsrohr eines Kugelofens unter Verwendung eines Rotationsbehälters. Der Rotationsbehälter bildet eine Wolke aus gleichmäßig verteilten festen Glasteilchen, welche in der Expansionskammer des Ofens nach oben gerichtet werden, um die Glasteilchen zu erhitzen und in Kügelchen zu formen durch Oberflächenspannung.
Die Patentanmeldung GB 1,089,719 von Chicago Bridge and Iron Co. offenbart eine Vorrichtung zum Sprühen von Materialien in einem Sprühkristallisationsverfahren, im Besonderen in einer Vorrichtung, wobei Tröpfchen durch mehrere stationäre Sprühdüsen gebildet werden. Das Dokument behauptet, dass die Tröpfchen sphärisch und einheitlich sind bevor sie die "heiße" Kammer verlassen.
Das U.S. Patent Nr. 2,887,723 von Hallie et al. offenbart ein Verfahren zum Granulieren von Material, im Besonderen ein Verfahren, das einen rotierenden Verteilerkopf mit Öffnungen umfasst, um Tröpfchen eines geschmolzenen Materials in eine Ölsäule zu verteilen, wobei sie einen Keimbildungsmaterial ausgesetzt werden und man sie kristallisieren und aushärten lässt.
Das U.S. Patent Nr. 3,197,413 von Wingerd offenbart ein Verfahren zum Zerstäuben von Asphalt, im Besonderen ein Verfahren zum Herstellen wässriger Suspensionen aus zerstäubtem Asphalt. Das Dokument offenbart ein Verfahren zum Versprühen von geschmolzenem Asphalt durch einen Zerstäuberkopf direkt in eine Dusche aus kaltem Wasser, um feste Asphaltteilchen zu bilden, die sich am Boden der Sammelkammer mit Wasser sammeln, um eine Aufschlämmung zu bilden.
Der Stand der Technik scheint kein Verfahren oder keine Vorrichtung zum Herstellen sphärischer Erdölrückstandpellets zu offenbaren, durch Einspeisen des Rückstands in einem geschmolzenen Zustand in einen Rotationssprühkristallisationskopf, wobei es erlaubt wird, dass der Rückstand aus dem Sprühkristallisationskopf ausgetragen wird, um in Teilchen zu zerbrechen und zu Kügelchen geformt zu werden, aufgrund der Oberflächenspannung des geschmolzenen Rückstands, wenn die Teilchen durch Gravitation eine hohe Temperaturzone durchlaufen und dann Abschrecken des geschmolzenen Materials in einem Kühlmedium, um die Teilchen in ihrer im Wesentlichen sphärischen Form zu verfestigen. Weiterhin scheint es nicht, dass es eine vorhergehende Offenbarung von im Wesentlichen sphärischen, zusammensetzungsmäßig homogenen (unbeschichteten) Erdölrückstandpellets gibt, die eine hohe Erweichungspunkttemperatur aufweisen, noch gibt es ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Herstellen sphärischer Rückstandspellets zur Aufbewahrung bei Raumtemperatur und Beförderung zur Verwendung in Verbrennungsverfahren als ein Brennstoff oder Brennstoffadditiv.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung erzeugt im Wesentlichen sphärische Teilchen aus einem Material, wie etwa Erdölrückstand, der normalerweise bei Umgebungstemperatur fest ist, jedoch bei einer erhöhten Temperatur verflüssigt werden kann. Die vorliegende Erfindung erzeugt ein in seiner Zusammensetzung homogenes pelletisiertes Erdölrückstandsprodukt, das geeignet ist zur Aufbewahrung bei Umgebungstemperatur und Beförderung vor einer Endanwendung. Die Pellets sind relativ hart und weisen eine Erweichungspunkttemperatur über 93,3°C (200°F) auf, sodass sie nicht aneinander bei Aufbewahrung bei Umgebungstemperatur und Transporttemperaturen kleben. Wenn das Rückstandsausgangsmaterial nicht ausreichend hart ist, kann es durch Oxidation mit Luft bei erhöhter Temperatur gehärtet werden. Der Rückstand wird bei Schmelztemperaturen sprühkristallisiert, unter Verwendung eines Rotationssprühkristallisationskopfes, der den geschmolzenen Rückstand in einen Hochtemperaturdampfraum austrägt. Wenn der Rückstand von dem Sprühkristallisationskopf abgezogen wird und durch Gravitation fällt, zerfällt er in kleine Teilchen, die sich zu Kügelchen formen, während sie flüssig sind. Nachdem die Kügelchen in einem flüssigen Zustand geformt sind, werden die Pellets gekühlt und verfestigt, z.B. durch Durchführen der Teilchen durch einen Wassernebel und indem sie in einem Wasserbad aufgenommen werden.
Im Allgemeinen liefert die Erfindung ein Verfahren zum Pelletisieren eines Erdölrückstands. Das Verfahren umfasst (1) Erhitzen des Rückstands auf eine Temperatur, bei welcher er in einem flüssigen Zustand ist, (2) kontinuierliches Einspeisen des geschmolzenen Rückstands in einen Einlass eines Zentrifugalsprühkristallisationskopfes, umfassend mehrere radial angeordnete Austragsöffnungen in Fluidverbindung mit dem Einlass, (3) Rotieren des Sprühkristallisationskopfes, um den Rückstand aus den Öffnungen in den freien Raum nahe eines oberen Endes eines Pelletisierbehältnisses auszuwerfen, das einen Durchmesser aufweist, der größer ist als ein Auswurfdurchmesser des ausgetragenen Rückstands, (4) Zulassen, dass der ausgetragene Rückstand auseinanderbricht und sich in im Wesentlichen sphärische Pellets formt in einer Hochtemperaturzone des Pelletisierungsbehältnisses, in welchem der Rückstand eine Flüssigkeit ist, und Fallen nach unten in Kontakt mit einem Kühlmedium, worin der Rückstand unlöslich ist, und welches bei einer Temperatur gehalten wird, die wirkungsvoll ist, um die Pellets zu kühlen/zu verfestigen, (5) Abziehen eines Gemischs der verfestigten Pellets und des Kühlmediums aus dem Pelletisierungsbehältnis und (6) im Wesentlichen Abtrennen der Pellets von dem Kühlmedium.
Die Austragungsöffnungen des Sprühkristallisationskopfes sind vorzugsweise in einem Umfang des Sprühkristallisationskopfes angeordnet in mehreren vertikal beabstandeten oberen und unteren Reihen. Die untere Reihe oder unteren Reihen können in einem geringeren Abstand von der Rotationsachse des Sprühkristallisationskopfes angeordnet sein als die obere Reihe oder oberen Reihen. Der Sprühkristallisationskopf weist vorzugsweise einen Umfang auf, der von einer obersten Reihe von Öffnungen zu einer untersten Reihe Öffnungen konisch zuläuft bzw. sich verjüngt und kann rotiert werden mit von etwa 10 bis etwa 5000 UpM. Der Sprühkristallisationskopf weist vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 5,08 cm (2 Zoll) bis etwa 152,4 cm (5 Fuß) auf, die Öffnungen einen Durchmesser von etwa 0,0794 cm (1/32 Zoll) bis etwa 2,54 cm (1 Zoll) und eine Produktionskapazität von etwa 453,59 g/h (1 lbs/h) bis etwa 453,59 kg/h (1000 lbs/h) pro Öffnung, wobei der Auswurfdurchmesser von etwa 30,48 cm (1 Fuß) bis etwa 457,2 cm (15 Fuß) ist und Pellets eine Größe von etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm aufweisen.
Das Kühlmedium ist vorzugsweise Wasser und das Wasserbad wird in dem Pelletisierungsbehältnis bei einer Temperatur von etwa 4,4°C (40°F) bis etwa 87,8°C (190°F) gehalten. Das Wasser wird vorzugsweise in das Pelletisierungsbehältnis als ein nach innen gerichteter Sprühstrahl eingeleitet, z.B. als ein feiner Nebel, in eine Kühlzone über dem Bad, um zumindest teilweise die sphärischen Teilchen zu kühlen bevor sie in das Bad eintreten. Die Aufschlämmung, die aus dem Pelletisierungsbehältnis abgezogen wird, ist vorzugsweise nicht wärmer als etwa 10°C (50°F) als das Wasser, das in die Kühlzone eingeleitet wird. Das Verfahren kann auch die Schritte des Sammelns von Wasser aus dem Separationsschritt und das Filtern, Kühlen und Rezirkulieren des gekühlten Wassers in die Kühlzone umfassen.
Das Verfahren kann auch den Schritt des Ableitens von Dampf nahe eines oberen Endes des Pelletisierungsbehältnisses und/oder den Schritt des Erhitzens eines oberen Endes des Pelletisierungsbehältnisses umfassen, um eine im Wesentlichen konstante Temperaturzone in der Nähe des Pelletisierungskopfes beizubehalten. Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Beförderns der zurückgewonnen Pellets bei Umgebungstemperatur zu einem Ort, der entfernt von dem Pelletisierungsbehältnis ist, umfassen, worin die Pellets zur Verbrennung verwendet werden, als ein Verbrennungsverbesserungsmittel oder Additiv für Koks und/oder eine Kohle, in Beimischung mit einem Verschnitt bzw. Cutstock für Brennstofföl oder dgl.
Der Erdölrückstand, der in den Heizschritt eingespeist wird, weist vorzugsweise eine Penetration von im Wesentlichen 0 und eine Erweichungstemperatur von 93,3°C (200°F) bis 204,4°C (400°F) auf, bevorzugter eine Erweichungspunkttemperatur von etwa 110°C (230°F) bis etwa 176,7°C (350°F). Der Rückstand wird vorzugsweise als die asphaltenreiche Fraktion aus einem Lösungsmittel-Entasphaltierungsverfahren erhalten. Die Rückstandseinspeisung wird vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 176,7°C (350°F) bis etwa 371,1°C (700°F) erhitzt und die aus der Abtrennung erhaltenen Pellets können einen Wasserrestgehalt von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent aufweisen. Das Verfahren kann auch das Verbrennen der beförderten Rückstandspellets umfassen, z.B. als ein Verbrennungsbrennstoff, als ein Additiv bei der Verbrennung von Kohle und/oder Erdölkoks oder als eine Gemischkomponente mit Verschnitt in einem Brennstofföl.
Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Inkontaktbringens eines weichen Erdölrückstands mit Luft bei einer Temperatur von etwa 176,7°C (350°F) bis etwa 371,1°C (700°F) für eine Zeitdauer umfassen, die ausreichend ist, um die Penetration des Rückstands auf im Wesentlichen 0 zu verringern und zum Erhöhen der Erweichungspunkttemperatur auf über 93,3°C (200°F), um einen harten Rückstand zu bilden, der geeignet ist zur Verwendung als die Rückstandseinspeisung zum Sprühkristallisieren. Der weiche Rückstand kann erhalten werden als ein atmosphärischer Turmrückstand oder die asphaltenreiche Fraktion aus dem Lösungsmittel-Entasphaltieren eines Erdölrückstands, im Besonderen Propan-Entasphaltieren. Der Luftkontaktschritt ist vorzugsweise für eine Zeitdauer von etwa 2 bis etwa 5 Stunden.
In einer anderen Hinsicht der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Herstellen von Erdölrückstandspellets aus einem weichen Erdölrückstand. Das Verfahren umfasst das Inkontaktbringen eines weichen Rückstands mit einer Penetration von größer als 0 und einer Erweichungstemperatur unter etwa 93,3°C (200°F) mit Luft bei einer Temperatur von etwa 176,7°C (350°F) bis etwa 371,1°C (700°F) für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um einen harten Rückstand zu bilden, der eine Penetration von im Wesentlichen 0 und eine Erweichungspunkttemperatur über 93,3°C (200°F) aufweist und das Formen des harten Rückstands in Pellets. Das Verfahren kann beispielsweise auch das Verbrennen der Pellets als ein Brennstoff oder Brennstoffadditiv umfassen.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Pelletisiervorrichtung bereitgestellt zum Herstellen sphärischer Pellets aus einem Material, wie etwa Erdölrückstand, welches normalerweise bei Umgebungstemperatur fest ist, jedoch welches verflüssigt werden kann bei erhöhter Temperatur. Die Pelletisiervorrichtung umfasst ein aufrechtes Pelletisiergefäß mit einer oberen Sprühkristallisationszone, einer heißen Kügelchenbildungszone unter der Sprühkristallisationszone, eine Kühlzone unter der Kügelchenbildungszone und ein unteres Flüssigkeitskühlbad unter der Kühlzone. Ein Sprühkristallisationskopf ist zentral angeordnet in der Sprühkristallisationszone und ist entlang einer vertikalen Achse rotierbar. Der Sprühkristallisationskopf weist mehrere Austragsöffnungen zum radialen Auswerfen des geschmolzenen Materials auf. Ein Auswurfdurchmesser des Sprühkristallisationskopfes ist kleiner als der Innendurchmessers des Pelletisierbehältnisses. Eine Verfahrensleitung zum Zuführen des Materials zu dem Sprühkopf wird bereitgestellt. Eine vertikale Höhe der Kügelchenbildungszone ist ausreichend, um es zu erlauben, dass flüssiges Material aus dem Sprühkristallisationskopf ausgeworfen wird, um zu einer im Wesentlichen sphärischen Form im flüssigen Zustand geformt zu werden. Düsen können zum Sprühen von flüssigem Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, in der Form eines Nebels, in die Kühlzone bereitgestellt werden, um mindestens eine äußere Oberfläche der Kügelchen, die in dem Bad gesammelt werden sollen, zu kühlen und zu verfestigen. Eine andere Leitung wird bereitgestellt zum Zuführen von Wasser zu den Düsen und dem Bad, um die relativ niedere Temperatur des Bades in dem Pelletisierbehältnis aufrecht zu erhalten. Eine weitere Leitung wird bereitgestellt zum Abziehen einer Aufschlämmung der Pellets in dem Badwasser. Ein Flüssig-Fest-Separator wird bereitgestellt zum Entwässern der Pellets der Aufschlämmung.
Die Pelletisiervorrichtung umfasst auch ein Oxidationsbehältnis zum Inkontaktbringen eines weichen Rückstands mit einer Penetration von größer als 0 und vorzugsweise weniger als 100 dmm mit Luft bei einer Temperatur von etwa 176,7°C (350°F) bis etwa 371,1°C (700°F) für eine Zeitdauer, die wirkungsvoll ist, um die Penetration des Rückstands auf im Wesentlichen 0 zu verringern und die Erweichungstemperatur auf über 93,3°C (200°F) zu erhöhen, um einen harten Rückstand zu bilden, der zur Einspeisung in den Sprühkopf geeignet ist. Die Pelletisiervorrichtung kann weiterhin eine Lösungsmittelentasphaltierungseinheit umfassen, um den weichen Rückstand als die Asphaltenfraktion aus dem Lösungsmittel-Entasphaltieren eines Erdölrückstands zu erhalten.
Die Austragsöffnungen des Sprühkristallisationskopfes sind vorzugsweise in einem Umfang des Sprühkristallisationskopfes in mehreren vertikal beabstandeten oberen und unteren Reihen angeordnet, worin die untere Reihe oder unteren Reihen in einem kleineren Durchmesser von der Rotationsachse des Sprühkopfes angeordnet sind als die obere Reihe bzw. oberen Reihen. Der Sprühkristallisationskopf kann einen konisch zulaufenden Umfang aufweisen, entweder kontinuierlich oder stufenweise, von einer obersten Reihe, mit einem relativ großen Durchmesser, zu einer untersten Reihe, mit einem relativ kleinen Durchmesser. In einer alternativen Ausführungsform umfasst der Sprühkristallisationskopf vorzugsweise mehrere Ringe mit verschiedenem Durchmesser, mit Öffnungen, die in einem äußeren Umfang von jedem Ring gebildet sind, worin die Ringe an dem Sprühkristallisationskopf auf eine absteigende Art befestigt sind, wobei jeder nachfolgend tiefere Ring einen geringeren Durchmesser aufweist als der vorhergehende Ring. Die Pelletisiervorrichtung weist vorzugsweise einen Antrieb zum Rotieren des Sprühkristallisationskopfes mit von etwa 10 bis etwa 5000 UpM auf, worin der Sprühkristallisationskopf einen Durchmesser von etwa 5,08 cm (2 Zoll) bis etwa 152,4 cm (5 Fuß) aufweist und worin die Öffnungen einen Durchmesser von etwa 0,0794 cm (1/32 Zoll) bis etwa 2,54 cm (1 Zoll) aufweisen und eine Produktionskapazität von etwa 453,59 g/h (1 lbs/h) bis etwa 453,59 kg/h (1000 lbs/h) geschmolzenes Material pro Öffnung.
Das Kühlmedium ist vorzugsweise Wasser und die Pelletisiervorrichtung umfasst vorzugsweise auch einen Kühler zum Halten des Bades in dem Pelletisierbehältnis bei einer Temperatur von etwa 4,4°C (40°F) bis etwa 87,8°C (190°F). Das wässrige Bad enthält vorzugsweise eine kleinere Menge eines nichtschäumenden oberflächenaktiven Mittels. Das Behältnis weist vorzugsweise einen konischen Boden auf, der das Bad enthält, und einen Austrag an einem unteren Ende des konischen Bodens zum Einspeisen der Aufschlämmung in die Abzugsleitung. Ein Filter zum Filtern von Wasser, das aus dem Flüssig-Fest-Separator zurückgewonnen wird, kann bereitgestellt werden, ein Kühler, zum Kühlen des gefilterten Wassers kann bereitgestellt werden und eine Rezirkulationsleitung zum Rezirkulieren des gekühlten Wassers in die Zuführungsleitung kann bereitgestellt werden.
Eine Entlüftungsleitung wird vorzugsweise zum Abziehen von Dampf aus dem Pelletisierbehälter nahe einem oberen Ende davon bereitgestellt. Ein Heizer kann ebenfalls bereitgestellt werden zum Erhitzen eines oberen Ende des Behältnisses, zum Beibehalten einer im Wesentlichen konstanten Temperaturzone, benachbart zum Sprühkristallisationskopf, im Besonderen während der Anfahrschritte. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Leitung zum Einleiten von Dampf in die Kügelchenbildungszone bereitgestellt.
Der Flüssig-Fest-Separator umfasst vorzugsweise ein Vibrationssieb. Die Pelletisiervorrichtung kann weiterhin ein Förderband zum Befördern der Pellets von dem Vibrationssieb zu einer Aufbewahrung bei Umgebungstemperatur, zur Verpackung und/oder Beförderung umfassen.
In einer weiteren Hinsicht liefert die vorliegende Erfindung im Wesentlichen sphärische, homogene Erdölrückstandspellets, die geeignet sind zur Verbrennung, mit einem Teilchengrößenbereich zwischen 0,1 und 10 mm, einer Penetration von im Wesentlichen 0, einer Erweichungspunkttemperatur von etwa 93,3°C (200°F) bis etwa 204,4°C (400°F), vorzugsweise von etwa 110°C (230°F) bis etwa 176,7°C (350°F), einem Wasserrestgehalt von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent und einem Schwefelgehalt von weniger als 10 Gewichtsprozent. Die Rückstandpellets können einen harten Rückstand umfassen, der hergestellt wird durch ein Verfahren, umfassend das Inkontaktbringen eines weichen Rückstands mit Luft bei einer erhöhten Temperatur, für eine Zeitdauer, die wirkungsvoll ist, um den weichen Rückstand in einen harten Rückstand überzuführen, vorzugsweise von 2 bis 5 Stunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein vereinfachtes Verfahrensflussdiagramms einer Ausführungsform des Verfahrens zum Pelletisieren eines harten Erdölrückstands gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein vereinfachtes Verfahrensflussdiagramm einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens von 1, einschließlich Luftoxidation eines weichen Rückstands, um ihn in einen harten Rückstand vor dem Sprühkristallisieren überzuführen.
3 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Pelletisiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 ist ein vereinfachtes Schema einer Ausführungsform eines Sprühkristallisationskopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein vereinfachtes Schema einer alternativen Ausführungsform eines Sprühkristallisationskopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Die Erdölrückstände, die geeignet sind zum Pelletisieren gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen jedes asphaltenreiche Material, insbesondere die Asphaltenfraktion des Lösungsmittel-Entasphaltierens mit Propan oder einem anderen Lösungsmittel, wie in der Lösungsmittel-Entasphaltierungsverfahrenstechnologie durchgeführt, kommerziell erhältlich unter den Handelsbezeichnungen ROSE, DEMEX, SOLVAHL und dgl. Der Ausdruck "Rückstand", wie er in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, umfasst auch andere asphaltenenthaltende Quellen von Erdölrückständen, wie etwa z.B. Atmosphärenturmsümpfe, Vakkumturmsümpfe, Visbreaking-Rückstand, Rückstand aus thermischem Cracken, Soaker-Rückstand, Hydrobehandler (Hydrotreater)-Rückstand, Hydrocracker-Rückstand und dgl. Der Rückstand kann eine Erweichungspunkttemperatur von –17,8°C (0°F) bis 204,4°C (400°F), eine Penetration von 0 bis 100 dmm und einen Schwefelgehalt von 0 bis 10 Gewichtsprozent aufweisen. Rückstände aus der Propan-Deasphaltierung und Atmosphärenturmsümpfe weisen typischerweise eine Erweichungspunkttemperatur unter 93,3°C (200°F) auf. Beispielhafte Erdölrücksände und ihre Eigenschaften sind in folgender Tabelle 1 aufgelistet:
Tabelle 1
Erdölrückstände können in zwei Gruppen aufgeteilt werden, weiche und harte Rückstände, die voneinander unterschieden werden mittels ihrer R & B-Erweichungspunkttemperaturen gemäß Messung durch ASTM D3461-85 und Penetration, gemäß Messung durch ASTM D5. Die R & B-Erweichungspunkttemperaturen weicher Rückstände werden im Allgemeinen unter 93,3°C (200°F) sein und ihre Penetrationen größer als 0; die harten Rückstände werden R & B-Erweichungspunkttemperaturen von ungefähr 93,3°C (200°F) und höher und eine Penetration von im Wesentlichen 0 aufweisen. Die R & B- Erweichungspunkttemperatur für einen Erdölrückstand ist definiert als die Temperatur, bei welcher die Viskosität des Rückstands ungefähr 1.000.000 cSt ist und Phasenübergang von fest in halbfest auftritt. Die aus den weicheren Rückständen erzeugten Pellets können aneinanderkleben und können schlechte Aufbewahrungs- und Transportmöglichkeiten unter Umgebungsbedingungen aufweisen. Daher sind die weichen Rückstände im Allgemeinen nicht geeignet zur kommerziellen Pelletisierung, es sei denn sie werden vorbehandelt, um diese Materialien chemisch zu modifizieren (durch Luftoxidation oder ein anderes geeignetes Verfahren) oder die resultierenden Pellets einzukapseln mit einer undurchlässigen Beschichtung. Im Gegensatz hierzu können die Pellets, die aus harten Rückständen hergestellt sind, gute Aufbewahrungs- und Transportmöglichkeiten ohne Vorbehandlung zeigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die weichen Harze zuerst in einem herkömmlichen Luft-Blas-Reaktor oxidiert, der typischerweise unter mildem Druck (< 50 psig) und moderater Temperatur 176,7°C bis 371,1°C (350°F bis 700°F) arbeitet, durch Spülen mit Luft. Der Rückstand härtet mit der Luftblaszeit bei konstanter Temperatur und konstanter Luftflussrate pro Einheitsgewicht aus. Die typische Luftblaszeit ist 2 bis 5 Stunden. Jedoch kann die Luftblaszeit verringert werden durch Erhöhen der Temperatur und/oder der Luftflussrate pro Einheitsgewicht des Rückstands. Ein gewisser Anteil der in dem weichen Rückstand vorliegenden Harze wird oxidiert und in Asphaltene übergeführt. Einige der Harze und Asphaltene werden in leichte Kohlenwasserstoffe, leichte Kohlenwasserstoffflüssigkeiten und Abgase (enthaltend CO, CO₂, gasförmige Kohlenwasserstoffe und H₂) übergeführt. Das Luftblasverfahren verringert im Allgemeinen den Heizwert des Rückstands, erhöht jedoch die R & B-Erweichungspunkttemperatur und den Sauerstoffgehalt des Rückstands. Der oxidierte Rückstand mit R & B über 93,3°C (200°F) ist zum Pelletisieren geeignet.
Diese Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Pellets oder Sprühkristallen bzw. durch Prillen erzeugte Granalien aus sowohl weichen als auch harten Erdölrückständen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der harte Rückstand 10, d.h. mit einer Anfangs-R & B-Erweichungspunkttemperatur über 93,3°C (200°F), direkt pelletisiert werden, d.h. ohne eine Vorbehandlung (Bezugnahme auf 1). Der weiche Rückstand 12 wird vorzugsweise zuerst einer Luftoxidation oder einem Blasen 14 bei erhöhter Temperatur und mildem Druck unterzogen, um ihn in einen gehärteten Zustand mit einer R & B-Erweichungspunkttemperatur von 93,3°C (200°F) und darüber überzuführen, um ihn geeigneter zum Pelletisieren zu machen (2). Die Pelletisierung von sowohl den harten als auch gehärteten weichen Rückständen wird unter Verwendung eines Pelletisierungsschritts 16 durchgeführt, der eine Zentrifugalsprühkristallisationsvorrichtung verwendet. Die Zentrifugalsprühkristallisationsvorrichtung besitzt eine hohe Sprühkristallisationskapazität, Flexibilität, um Pellets verschiedenen Größen und aus einer Vielzahl von Rückständen zu erzeugen, einen leichten Betrieb, eine Selbstreinigungskapazität und ermöglicht ein einfaches Anfahren und Abschalten.
Die Pelletisierung 16 erzeugt Pellets, die im Wesentlichen sphärisch sind, mit guten Aufbewahrungs-, Transport- und Brennstoffcharakteristika. Die Pellets aus der Pelletisierung 16 werden optional verbracht zur Aufbewahrung 18 (1) auf einer Unterlage oder in einem Schacht, Silo, Tank oder einer Trommel oder die Aufbewahrung kann das Verpacken in Beutel, Kisten, Trommeln oder dgl. umfassen. Die Pellets können dann zur Beförderung 20 durch einen LKW, Eisenbahnwagon, Schiff, Frachtkran oder dgl. versendet werden. Die Pellets können ebenfalls nach der Beförderung gelagert werden, wie aus 2 ersichtlich. Wünschenswerterweise werden die Pellets dann mit Luft in einer herkömmlichen Verbrennungsausstattung 22 verbrannt, die geeignet ausgestaltet ist zur Rückstandsverbrennung, die in der Technik allgemein bekannt ist, um ein Abgas bzw. Rauchgas 24 zu erhalten, aus welchem Wärme typischerweise zurückgewonnen wird. Die Erfindung ist jedoch nicht notwendigerweise auf die Verbrennung der Pellets, die auch andere Anwendungen haben können, begrenzt.
Bezugnehmend auf 3 wird der harte Rückstand 10 (oder der gehärtete weiche Rückstand aus einer Luftblaseinheit oder anderen Verarbeitungseinheiten, die gehärtete weiche Rückstände erzeugen können) in das Zwischengefäß 30 eingebracht. Der Zweck des Zwischengefäßes 30 ist die Entfernung von restlichem Lösungsmittel, das in dem Rückstand enthalten ist (z.B. aus Asphaltenen, die aus Losungsmittelentasphaltierungsverfahren gewonnen werden), welches über Kopf abgeleitet wird in Leitung 32, und ebenfalls zur Bereitstellung eines positiven Soges zur positiven Verdrängerpumpe 34. Die positive Verdrängerpumpe 34 befördert den Rückstand zum Pelletisierungsbehälter 36 mit einer wünschenswerten Flussrate. Eine Rückflussanordnung, einschließlich Drucksteuerungsventil 38 und Rückführungsleitung 40, hält die Rückstandsgehalte in dem Zwischengefäß 30 bei und gleicht auch Schwankungen in der Pelletproduktion aus. Das Harz aus der positiven Verdrängerpumpe 34 strömt durch den Rückstandsausgleichserhitzer (resid trim heater) 42, worin der Rückstand auf die gewünschte Betriebstemperatur für erfolgreiches Pelletisieren erhitzt wird. Eine typische Ausgabetemperatur aus dem Rückstandsausgleicherhitzer 42 liegt im Bereich von etwa 176,7°C (350°F) bis etwa 315,6°C (600°F) oder 371,1°C (700°F), in Abhängigkeit von der Viskosität und der R & B-Erweichungspunkttemperatur des Rückstands.
Der heiße Rückstand fließt über Leitung 44 zu der Oberseite des Pelletisierungsbehältnisses 36, wo er in den Rotationssprühkristallisationskopf 46 gelangt. Der Rotationskopf 46 ist direkt auf der Oberseite des Pelletisierungsbehältnisses 36 befestigt und wird unter Verwendung eines Elektromotors 48 oder eines anderen herkömmlichen Antriebsmittels rotiert. Der Rotationskopf 46 wird mit Geschwindigkeiten im Bereich von etwa 10 bis etwa 5000 UpM gedreht.
Der Rotationskopf 46 kann verschiedene Ausgestaltungen aufweisen, einschließlich, ohne darauf begrenzt zu sein, Ausgestaltungen eines kegelförmigen Korbes 46a oder eines Kopfes mit verschiedenem Durchmesser 46b, welche in den 4 bzw. 5 gezeigt werden. Die Öffnungen 50 sind gleichmäßig auf dem Umfang der Köpfe 46a, 46b in einer oder mehreren Reihen in dreieckiger oder viereckiger Anordnung oder in anderen Anordnungen, wie detaillierter unten beschrieben, angeordnet. Der Durchmesser von Öffnung 50 kann variiert werden von etwa 0,03 bis etwa 1 Zoll (etwa 0,8 bis 25 mm), um die gewünschte Pelletgröße und Verteilung herzustellen. Die Kombination des Durchmessers des Rotationskopfes 46, der UpM, der Größe der Öffnung 50 und der Fluidtemperatur (Viskosität) steuert die Pelletgröße und die Größenverteilung, den Rückstandsdurchsatz pro Öffnung und den Auswurfdurchmesser der Pellets. Wenn der Rückstand in den Rotationskopf 46 eintritt, ergibt die Zentrifugalkraft die Ausgabe langer, dünner Zylinder des Rückstands in den freien Raum an der Oberseite des Pelletisierbehältnisses 36. Wenn der Rückstand nach außen und/oder nach unten durch das Pelletisierbehältnis 36 wandert, bricht der Rückstand in sphärische Pellets, wenn die Oberflächenspannungskraft die kombinierten Viskositäts- und Trägkeitskräfte überschreitet. Die Pellets fallen spiralförmig in das Kühlwasserbad 52 (siehe 3), welches in einem vorzugsweise konischen Boden 54 des Pelletisierungsbehältnisses 36 gehalten wird. Der horizontale Abstand zwischen der Rotationsachse des Rotationskopfes 46 und dem Punkt, an welchem das Pellet aufhört von dem Kopf 46 wegzuwandern und nach unten zu fallen wird als der Auswurfradius bezeichnet. Der Auswurfdurchmesser, d.h. das Doppelte des Auswurfradius, ist vorzugsweise kleiner als der Innendurchmesser des Pelletisierungsbehältnisses 36, um zu verhindern, dass Pellets an die Wand des Behältnisses 36 stoßen und sich darauf akkumulieren.
Dampf, elektrische Heizschlangen oder andere Heizelemente 56 können in dem oberen Abschnitt des Pelletisierungsbehältnisses vorgesehen sein, um den dem Kopf 46 benachbarten Bereich heiß zu halten, während der Rückstand nach außen von dem Rotationskopf 46 fließt. Erhitzen der Fläche innerhalb des oberen Bereichs des Pelletisierungsbehältnisses 36 wird primär angewendet während dem Anfahren, kann jedoch auch verwendet werden, um eine konstante Dampftemperatur innerhalb des Pelletisierungsbehältnisses 36 während des regulären Betriebs zu erhalten. Falls es gewünscht ist, kann Dampf über Leitung 57 eingeleitet werden, um das Behältnis 36 für ein gleichzeitiges Anfahren zu erhitzen, anstelle oder zusätzlich zu den Heizelementen 56. Das Einleiten von Dampf beim Anfahren kann auch dabei helfen, Luft von dem Pelletisierbehältnis 46 zu ersetzen, welche unerwünscht die Rückstandspellets oxidieren könnte. Die Beibehaltung einer konstanten Dampftemperatur nahe der Temperatur der Rückstandseinspeisung 44 hilft dabei, die Viskositätskräfte zu überwinden und kann dabei helfen, den Auswurfdurchmesser und die Fadenbildung des Rückstands zu verringern. Die durch den heißen Rückstand erzeugten Dämpfe und Dampf von verdampftem Kühlwasser verlassen die Oberseite des Behältnisses 36 über eine Entlüftungsleitung 58 und werden wunschgemäß zurückgewonnen oder verbrannt.
Die Pellets laufen spiralförmig nach unten zu dem Kühlwasserbad 52, das in dem Bodenabschnitt des Pelletisierungsbehältnisses 36 vorgehalten wird. Ein Wassernebel, der durch Sprühdüsen 60 erzeugt wird, sorgt vorzugsweise für unmittelbares Kühlen und Härten der Oberfläche der Pellets, welche in dieser Stufe weiterhin einen geschmolzenen Kern aufweisen können. Die oberflächengehärteten Pellets fallen in das Wasserbad 52, worin das Wasser in den Bodenabschnitt des Pelletisierungsbehältnisses 36 eintritt, wobei für eine Turbulenz gesorgt wird, um bei der Entfernung der Pellets aus dem Pelletisierungsbehältnis 36 zu helfen und ebenfalls zur Bereitstellung eines weiteren Kühlens der Pellets. Geringe Gehalte (weniger als 20 ppm) eines oder mehrerer nicht schäumender oberflächenaktiver Mittel verschiedener Hersteller, einschließlich, ohne darauf begrenzt sein, diejenigen, die unter den Handelsbezeichnungen TERGITOL und TRITON erhältlich sind, können in dem Kühlwasser verwendet werden, um ein weiches Landen von Pellets zu ermöglichen, um ein Flachwerden der sphärischen Pellets zu verringern. Die Kühlwasserflussrate wird vorzugsweise so gehalten, um eine Temperaturerhöhung von –12,2°C (10°F) bis etwa 10°C (50°F), bevorzugter von etwa –9,4°C (15°F) bis etwa –3,9°C (25°F), zwischen der Einlasswasserzuführung über die Leitungen 62, 64 und der Auslassleitung 66 vorzusehen.
Die Pellets und Kühlwasser fließen als eine Aufschlämmung aus dem Pelletisierungsbehältnis 36 in eine Separationsvorrichtung, wie etwa ein Vibrationssieb 68, worin die Pellets entwässert werden. Die Pellets können einen Restwassergehalt bis zu etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise bei 1 oder sogar 0,1 Gewichtsprozent oder weniger, aufweisen. Die Pellets können in ein herkömmliches Silo, einen offenen Schacht, eine Verpackungseinheit oder eine LKW-Beladungseinrichtung (nicht gezeigt) durch Förderbänder 70 gefördert werden. Das Wasser aus dem Entwässerungssieb 68 fliegt zum Wassersumpf 72. Der Wassersumpf 72 liefert einen ausreichend positiven Sog bezüglich der Kühlwasserpumpe 74. Das Wasser kann alternativ direkt durch den Pumpensog des Entwässerungssiebes (nicht gezeigt) befördert werden. Das Kühlwasser wird zurück zu dem Pelletisierer durch ein Feststoffentfernungselement 56 gepumpt, wie etwa z.B. einen Filter, worin Feinteile und Feststoffe entfernt werden. Das Kühlwasser wird auf Umgebungstemperatur, z.B. durch einen Luftkühler 78, gekühlt, durch Wärmeaustausch mit einem Raffineriekühlwassersystem (nicht gezeigt) oder durch andere herkömmliche Kühlmittel, zum Rezirkulieren in das Pelletisierungsbehältnis 36 über Leitung 80.
Typische Betriebsbedingungen für den Pelletisierer von 3 sind wie in Tabelle 2 unten gezeigt. Tabelle 2 Typische Pelletisiererbetriebsbedingungen

– * 453,59 g/h bis 453,59 kg/h
– ** 181,14 kg/h

Die vorliegende Erfindung offenbart die Verwendung der Zentrifugalextrusionsvorrichtung 46 zum Pelletisieren von Erdölrückständen. Die Zentrifugalextrusionsvorrichtung 46 führt zu der Vorrichtung mit geringen Kosten, hohem Durchsatz, Flexibilität und Selbstreinigungskapazität, um die Rückstände zu pelletisieren. Die Öffnungen 50 sind auf dem Umfang des Rotationskopfes 46 angeordnet. Die Anzahl der Öffnungen 50, die erforderlich sind, um die gewünschte Produktion zu erreichen, wird erhöht durch Erhöhen des Durchmessers des Kopfes 46 und/oder Verringern des Abstandes zwischen den Öffnungen 50 in einer Reihe und axialer Abstände der Öffnungen 50 in verschiedenen Stufen. Die Öffnungen 50 können axial in dreieckiger oder viereckiger Form oder in einer anderen Konfiguration angeordnet sein.
Der Rotationskopf 46 kann verschiedene Ausgestaltungen aufweisen, einschließlich, ohne darauf begrenzt zu sein, des konischen Korbes 46a oder der Kopfausgestaltung mit verschiedenen Durchmessern 46b, die in den 4 bzw. 5 gezeigt werden. Die Kombination des Durchmessers des Kopfes 46 und der Rotationsgeschwindigkeit bestimmt die Zentrifugalkraft, mit welcher der Rückstand aus dem Zentrifugalkopf 46 austritt. Durch Bereitstellung von Öffnungen 50 bei verschiedenen Umfängen des Kopfes 46b wird z.B. angenommen, dass eine Tendenz zur Kollision von geschmolzenen/klebrigen Teilchen minimiert wird, da hier verschiedene Auswurfdurchmesser vorliegen, wobei Agglomeration von Rückstandteilchen verhindert wird bevor sie gekühlt und verfestigt werden können. Falls es gewünscht ist, können verschiedene Ringe 47a–c in dem Kopf 46b mit verschiedenen Geschwindigkeiten rotiert werden, z.B. um etwa die gleiche Zentrifugalkraft bei entsprechenden Umfängen zu erhalten.
Neben der Rotationsgeschwindigkeit und dem Durchmesser des Kopfes 46 sind die anderen Betriebsparameter die Größe der Öffnung 50, Rückstandstemperatur, Umgebungstemperatur, Größe des Rückstandsflusskanals in den Kopf 50 (nicht gezeigt), Viskosität und Oberflächenspannung des Rückstands. Diese Variablen und ihre Relation zur Pelletgröße, Herstellungsrate pro Öffnung, Auswurfdurchmesser und Strahlbruchlänge werden unten erklärt.
Die Größe der Öffnung 50 beeinflusst die Pelletgröße. Eine kleinere Größe der Öffnung 50 erzeugt kleinere Pellets, während eine größere Größe größere Pellets für eine gegebene Viskosität (Temperatur), Rotationsgeschwindigkeit, Durchmesser des Kopfes 46 und Durchsatz erzeugt. Der Auswurfdurchmesser erhöht sich mit einer Abnahme der Größe der Öffnung 50 unter gleichen Betriebsbedingungen. Durch Einstellen der Rotationsgeschwindigkeit, des Durchmessers des Kopfes 46 und des Durchsatzes können die Pellets mit variierenden Größenbereichen hergestellt werden. In Abhängigkeit von dem Durchsatz kann die Anzahl der Öffnungen 50 von 10 oder weniger bis 700 oder mehr sein.
Die Rotationsgeschwindigkeit und der Durchmesser des Zentrifugenkopfes 46 beeinflussen die Zentrifugalkraft, mit welcher die Extrusion des Rückstands stattfindet. Das Erhöhen der UpM verringert die Pelletgröße und erhöht den Auswurfdurchmesser, unter der Annahme, dass andere Bedingungen konstant bleiben. Die Erhöhung des Durchmessers des Kopfes 46 erhöht die Zentrifugalkraft und zum Beibehalten konstanter Zentrifugalkraft können die UpM proportional zur Quadratwurzel des Verhältnisses des Durchmessers des Kopfes 46 verringert werden. Für eine höhere Produktionsrate pro Öffnung 50 ist allgemein eine größere Rotationsgeschwindigkeit erforderlich. Der typische UpM-Bereich ist 10 bis 5000. Der Durchmesser des Zentrifugenkopfes 46 kann von 5,08 cm (2 Zoll) bis 152,4 cm (5 Fuß) Durchmesser variieren.
Die Viskosität des Rückstands erhöht sich im Allgemeinen exponentiell mit einer Abnahme der Temperatur. Die Rückstandsviskosität bei verschiedenen Temperaturen können abgeschätzt werden durch Interpolation unter Verwendung der ASTM-Technik, die dem Fachmann in der Technik bekannt ist, vorausgesetzt, die Viskositäten bei zwei Temperaturen sind bekannt. Die Viskosität beeinflusst die Größe der erzeugten Pellets, wobei höhere Viskosität des Rückstands größere Pellets ergibt, sofern die anderen Bedingungen konstant bleiben.
Beispiele 1 und 2
Es wurden Versuche mit zwei Erdölrückständen durchgeführt, die erzeugt wurden aus Lösungsmittel-Entasphaltierung, welche R & B-Erweichungspunkttemperaturen von 129,4°C (265°F) und 144,4°C (292°F) aufwiesen. Der Versuchsaufbau bestand aus einem Einspeisungstankofen, einer Pelletisiererrückstandspumpe, einer erhitzten Einspeisungsleitung, Dichtungen zum Überführen des Rückstands in den Zentrifugenkopf, einem Zentrifugenkopf mit mehreren Öffnungen, einem Motor und einem Band zum Rotieren des Kopfes und einem Pelletsammelgefäß. Der Rückstand wurde auf die gewünschte Betriebstemperatur in dem Trommelofen erhitzt und zu dem rotierenden Zentrifugenkopf durch die Pelletisiererrückstandspumpe gepumpt. Die Pelletisiererrückstandspumpe war eine Zahnradpumpe, die bis zu 5 gpM pumpen konnte. Dichtungen für hohe Temperatur bei geringem Druck sorgten für eine positive leckfreie Verbindung zwischen der Einspeisungsleitung und dem Zentrifugalkopf während des Überführens des Rückstands.
Die Pumpe wurde vor jedem Pelletisierungsversuch kalibriert. Als der Rückstand in den Zentrifugenkopf eintrat, gab die Zentrifugalkraft lange, dünne Zylinder des Rückstands in den freien Raum an der Oberseite des Pelletisierers aus. Als der Rückstand nach unten in dem Dampfraum wanderte, brach der Rückstand in sphärische Pellets sobald die Oberflächenspannungskraft die kombinierte Viskositäts- und Trägheitskräfte überschritt. Die Pellets fielen spiralförmig in das Sammelbehältnis, worin ein Kühlwasserbad gehalten wurde.
Der Der Versuchszentrifugenkopf war eingehaust in einer Metallkammer und der Dampf in der Kammer wurde nahe der Rückstandseinspeisungstemperatur unter Verwendung von zwei mit Kerosin befeuerten Lufterhitzern gehalten. Der Zentrifugenkopf wurde nahe der Rückstandstemperatur erhitzt, unter Verwendung von Induktionsschlangenerhitzern. Die Metallkammer wurde erhitzt, um die Viskositätskraft zu überwinden, um sphärische Pellets zu bilden und dies verringerte auch den Auswurfdurchmesser und verhinderte eine Fadenbildung des Rückstands. Die Versuche wurden mit einer einzelnen und mehreren Öffnungen durchgeführt und die Pellets wurden erfolgreich mit hohen Durchsatz hergestellt. Beim Betrieb mit mehreren Öffnungen agglomerierten die Pellets nicht in dem Dampfraum oder während des Fallens in das Pelletsammelgefäß.
Die Beispiele 1 und 2 zeigen den Betrieb der Rückstandspelletisierungsvorrichtung unter Verwendung einer Zentrifugalextrusionsvorrichtung gemäß den Prinzipien dieser Erfindung und zeigten die Möglichkeit dieser Vorrichtung zum erfolgreichen Herstellen von Pellets. Rückstandseigenschaften und Betriebsparameter sind in Tabelle 2 unten angegeben:
Tabelle 2
Offenbart werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen im Wesentlichen sphärischer, homogener Erdölrückstandpellets mit einem Größenbereich zwischen 0,1 und 10 mm, einer Penetration von im Wesentlichen 0, einer Erweichungspunkttemperatur von etwa 93,3°C (200°F) bis etwa 204,4°C (400°F), einem Rückstandswassergehalt von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent und einem Schwefelgehalt von weniger als 10 Gewichtsprozent. Das Verfahren umfasst das Einspeisen des Materials in einem geschmolzenen Zustand in einen rotierenden Sprühkristallisationskopf, um das Material in freien Raum in einem oberen Ende des Pelletisierungsbehältnisses auszugeben, das einen Durchmesser von größer als ein Auswurfdurchmesser des ausgebenen Materials aufweist, wobei es dem ausgebenen Material erlaubt wird, auseinanderzubrechen, sich in im Wesentlichen sphärische flüssige Pellets zu formen und nach unten in einen Flüssigkeitssprühnebel und/oder ein Flüssigkeitsbad zu fallen, um die Pellets zu verfestigen. Die Vorrichtung besitzt ein aufrechtes Pelletisierbehältnis mit einer oberen Sprühkristallisationszone, einer Kügelchenbildungszone unter der Sprühkristallisationszone, eine Kühlzone unter der Kügelchenbildungszone, ein Bad unter der Kühlzone und einen Sprühkristallisationskopf in der Sprühkristallisationszone, der rotierbar ist entlang einer vertikalen Achse und mehrere Austragsöffnungen zum Auswerfen von geschmolzenem Material radial nach außen aufweist. Eine vertikale Höhe der Kügelchenbildungszone ist ausreichend, daß das Material, das von dem Sprühkristallisationskopf ausgegeben wird, im Wesentlichen sphärische flüssige Pellets bildet. Düsen sind bereitgestellt zum Sprühen von Wasser nach innen in Kühlzonen, um die Flüssigkeitspellets, die in dem Bad zu sammeln sind, zu kühlen und zumindest teilweise zu verfestigen. Ebenfalls offenbart ist eine Vorbehandlung eines weichen Rückstands (Erweichungspunkttemperatur unter 93,3°C (200°F)) durch Luftoxidation, um einen harten Rückstand zur Einspeisung in den Sprühkristallisationskopf herzustellen.

Claims

Verfahren zum Pellitisieren von Erdölrückstand, umfassend: Erhitzen des Rückstands auf eine Temperatur, bei welcher er in einem flüssigen Zustand ist; kontinuierliches Einspeisen des heißen Rückstands in einen Einlass eines Zentrifugationssprühkristallisationskopfes, umfassend mehrere radial angeordnete Austragsöffnungen; Rotieren des Sprühkristallisationskopfes, um heißen Rückstand aus den Öffnungen in den freien Raum an einem oberen Ende eines Pelletisierbehältnisses auszutragen, das einen Durchmesser aufweist, der größer als der Auswurfdurchmesser des ausgetragenen Rückstands ist; Zulassen, dass der ausgetragene Rückstand auseinanderbricht und sich zu im Wesentlichen sphärischen Pellets in einer Hochtemperaturzone des Pelletisierungsbehältnisses formt, wobei der Rückstand flüssig ist und nach unten in ein Bad mit flüssigen Kühlmedium fällt, das bei einer Temperatur gehalten wird, die wirkungsvoll ist, um die Pellets in einer im Wesentlichen sphärischen Form zu verfestigen; Abziehen einer Aufschlämmung aus verfestigten Pellets und Kühlmedium aus dem Pelletisierbehältnis; im Wesentlichen Trennen der Pellets von dem Kühlmedium.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Rückstand eine Penetration von im Wesentlichen 0, eine Erweichungspunkttemperatur von 93,3°C (200°F) bis 204,4°C (400°F) aufweist und der Rückstand auf eine Temperatur von etwa 176,7°C (350°F) bis etwa 371,1°C (700°F) erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin umfassend den Schritt des Inkontaktbringens eines weichen Rückstands mit einer Penetration von größer als 0, gemessen durch ASTM D5, und einer Erweichungspunkttemperatur unter etwa 93,3°C (200°F) mit Luft bei einer Temperatur von etwa 176,7°C (350°F) bis etwa 371,1°C (700°F) für eine Zeitdauer, die wirkungsvoll ist, um die Penetration des Rückstands auf im Wesentlichen 0 zu verringern und Erhöhen der Erweichungspunkttemperatur auf über 93,3°C (200°F), um einen gehärteten Rückstand zu bilden, der geeignet ist zur Verwendung als die Rückstandseinspeisung für das Erhitzen.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der Luftkontaktschritt für eine Zeitdauer von etwa 2 bis etwa 5 Stunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Austragsöffnungen in einem Umfang des Sprühkristallisationskopfes angeordnet sind in mehreren vertikal beabstandeten oberen und unteren Reihen, worin die untere Reihe oder die unteren Reihen in einem kleineren Durchmesser von der Rotationsachse des Sprühkristallisationskopfes als die obere Reihe oder oberen Reihen angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 5, worin der Sprühkristallisationskopf einen Umfang aufweist, der von einer obersten Austragsöffnungsreihe zu untersten Reihe kegelförmig zuläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Sprühkristallisationskopf rotiert wird bei von etwa 10 bis etwa 5000 UpM, wobei der Sprühkristallisationskopf einen Durchmesser von etwa 5,08 cm (2 Zoll) bis etwa 152,4 cm (5 Fuß) aufweist, die Öffnungen einen Durchmesser von etwa 0,0794 cm (1/32 Zoll) bis etwa 2,54 cm (1 Zoll) aufweisen und einer Produktionskapazität von etwa 453,59 g/h (1 lbs/h) bis etwa 453,59 kg/h (1000 lbs/h) geschmolzenes Material pro Öffnung, der Auswurfdurchmesser von etwa 30,48 cm (1 Fuß) bis etwa 457,2 cm (15 Fuß) ist und die Pellets einen Größenbereich von etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kühlmedium Wasser umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, worin das Bad in dem Pelletisierungsbehältnis bei einer Temperatur von etwa 4,4°C (40°F) bis etwa 87,8°C (190°F) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das Wasser in das Pelletisierungsbehältnis eingebracht wird als ein nach innen gerichteter Sprühnebel, in eine Kühlzone überhalb des Bades, um mindestens teilweise die sphärischen Pellets zu kühlen, bevor sie in das Bad eintreten.
Verfahren nach Anspruch 9, worin die Aufschlämmung, die aus dem Pelletisierungsbehältnis abgezogen wird nicht um mehr als etwa 10°C (50°F) wärmer ist als das Wasser, das in die Kühlzone eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend die Schritte des Rückgewinnens von Wasser aus der Trennung, Filtern des gewonnenen Wassers, Kühlen des gewonnenen Wassers und Rezirkulieren des gewonnenen Wassers in die Kühlzone.
Verfahren nach Anspruch 8, worin das Einspeisungsmaterial einen Erdölrückstand umfasst, mit einer Erweichungspunkttemperatur von etwa 110°C (230°F) bis etwa 176,7°C (350°F) und worin die Pellets, die aus der Trennung gewonnen werden, einen Restwassergehalt von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Ableitens von Dampf nahe eines oberen Endes des Pelletisierungsbehältnisses.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Erhitzens eines oberen Endes des Pelletisierungsbehältnisses, um eine im Wesentlichen konstante Temperaturzone benachbart zum Sprühkristallisationskopf während des Anfahrens zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Einleiten von Dampf in das Pelletisierungsbehältnis zwischen dem Sprühkopf und dem Bad.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Beförderns der gewonnen Pellets bei Umgebungstemperatur zu einem Ort, der von dem Pelletisierungsbehältnis entfernt ist.
Verfahren zur Verbrennung von Rückstand, umfassend das Verbrennen der Pellets, die in Anspruch 17 befördert werden, als ein Brennstoff oder Brennstoffadditiv.
Im Wesentlichen sphärische, in der Zusammensetzung homogene Erdölrückstandspellets, die geeignet sind zur Verbrennung, mit einem Größenbereich von 0,1 bis 10 mm, einer Penetration von im Wesentlichen 0, gemäß Messung durch ASTM D5, einer Erweichungspunkttemperatur von etwa 93,3°C (200°F) bis etwa 204,4°C (400°F) einem Restwassergehalt von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent und einem Schwefelgehalt von weniger als 10 Gewichtsprozent.
Rückstandspellets nach Anspruch 19, umfassend einen harten Rückstand, hergestellt durch ein Verfahren, umfassend das Inkontaktbringen eines weichen Rückstands mit einer Erweichungspunkttemperatur unter 93,3°C (200°F) und einer Penetration von größer als 0, gemessen durch ASTM D5, mit Luft bei einer erhöhten Temperatur für eine Zeitdauer, die wirkungsvoll ist, um den weichen Rückstand in einen harten Rückstand überzuführen.
Pelletisierer zum Herstellen sphärischer Pellets aus einem normalerweise festen Einspeisungsmaterial, das geschmolzen werden kann bei einer erhöhten Temperatur, umfassend: ein aufrechtes Pelletisierbehältnis mit einer oberen Sprühkristallisationszone, einer Kügelchenbildungszone unter der Sprühkristallisationszone, einer Kühlzone unter der Kügelchenbildungszone und einem unteren Kühlbad unter der Kühlzone; einen zentral angeordneten Sprühkristallisationskopf in der Sprühkristallisationszone, der rotierbar ist um eine vertikale Achse und mit mehreren Austragsöffnungen zum Auswerfen des Einspeisungsmaterials radial nach außen, worin ein Auswurfdurchmesser des Sprühkristallisationskopfes kleiner als ein Innendurchmesser des Pelletisierbehältnisses ist; eine Leitung zum Zuführen des geschmolzenen Einspeisungsmaterials zum Sprühkristallisationskopf; eine vertikale Höhe der Kügelchenbildungszone, die ausreichend ist, um es zu erlauben, dass Material, das aus dem Sprühkristallisationskopf ausgetragen wird, im Wesentlichen sphärische flüssige Pellets bildet; Düsen zum Sprühen eines flüssigen Kühlmediums nach Innen in die Kühlzone zum Kühlen und um mindestens teilweise die flüssigen Pellets zu verfestigen, welche im Bad zu sammeln sind; eine Leitung zum Zuführen von Kühlmedium zu den Düsen und dem Bad, um eine Tiefe des Bades in dem Pelletisierbehältnis aufrecht zu erhalten; eine Leitung zum Abziehen einer Aufschlämmung der Pellets in dem Kühlmedium; einen Flüssig-Fest-Separator zum Gewinnen der Pellets aus der Aufschlämmung; ein Oxidationsbehältnis zum Inkontaktbringen eines weichen Rückstands mit einer Penetration von größer als 0 und einer Erweichungspunkttemperatur unter etwa 93,3°C (200°F) mit Luft bei einer Temperatur von etwa 176,7°C (350°F) bis etwa 371,1°C (700°F) für eine Zeitdauer, die wirkungsvoll ist, um die Penetration des Rückstands auf im Wesentlichen 0 zu verringern und die Erweichungspunkttemperatur auf über 93,3°C (200°F) zu erhöhen, um einen harten Rückstand zu bilden, der geeignet ist als Einspeisungsmaterial in den Sprühkristallisationskopf; eine Verfahrensleitung zum Zuführen des harten Rückstands in die Versorgungsleitung für die geschmolzene Einspeisung.
Pelletisierer nach Anspruch 21, weiterhin umfassend eine Lösungsmittel-Entasphaltierungseinheit zum Erhalten des weichen Rückstands, als die Asphaltenfraktion aus der Lösungsmittel-Entasphaltierung eines Erdölrückstands.
Pelletisierer nach Anspruch 21, umfassend einen Erhitzer zum Erhitzen des Materials, das dem Sprühkristallisationskopf zugeführt wird.
Pelletisierer nach Anspruch 21, worin die Austragsöffnungen in einem Umfang des Sprühkristallisationskopfes in mehreren vertikal beabstandeten oberen und unteren Reihen angeordnet sind, worin die untere Reihe oder unteren Reihen in einem kleineren Radius angeordnet sind von der Rotationsachse des Sprühkristallisationskopfes als die obere Reihe oder oberen Reihen
Pelletisierer nach Anspruch 24, worin der Sprühkristallisationskopf einen Umfang hat, der von einer obersten Reihe zu einer untersten Reihe konisch zuläuft.
Pelletisierer nach Anspruch 24, worin der Sprühkristallisationskopf mehrere Ringe mit verschiedenem Durchmesser umfasst, mit Öffnungen, die gebildet sind in einem äußeren Umfang jedes Ringes, worin die Ringe auf den Sprühkristallisationskopf in einer absteigenden Art befestigt sind, worin jeder nachfolgende tiefere Ring einen kleineren Durchmesser als der vorhergehende Ring aufweist.
Pelletisierer nach Anspruch 21, weiterhin umfassend einen Antrieb zum Rotieren des Sprühkristallisationskopfes bei von 10 bis etwa 5000 UpM, worin der Sprühkristallisationskopf einen Durchmesser von etwa 5,08 cm (2 Zoll) bis etwa 152,4 cm (5 Fuß) aufweist und worin die Öffnungen einen Durchmesser von etwa 0,0794 cm (1/32 Zoll) bis etwa 2,54 cm (1 Zoll) aufweisen und einer Produktionskapazität von etwa 453,59 g/h (1 lbs/h) bis etwa 453,59 kg/h (1000 lbs/h) des Einspeisungsmaterials pro Öffnung.
Pelletisierer nach Anspruch 21, worin das Kühlmedium Wasser umfasst und weiterhin umfassend einen Kühler zum Halten des Bades in dem Pelletisierbehältnis bei einer Temperatur von etwa 4,4°C (40°F) bis etwa 87,8°C (190°F).
Pelletisierer nach Anspruch 28, worin das Bad eine kleinere Menge eines nicht schäumenden oberflächenaktiven Mittels enthält.
Pelletisierer nach Anspruch 21, worin das Behältnis einen konischen Boden umfasst, enthaltend das Bad, und einen Austrag an einem unteren Ende des konischen Bodens zum Einspeisen der Aufschlämmung in die Abziehleitung.
Pelletisierer nach Anspruch 30, weiterhin umfassend einen Filter zum Filtern von Kühlmedium, das zurückgewonnen wird aus dem Flüssig-Fest-Separator, einen Kühler zum Kühlen des gewonnen Kühlmediums und eine Rezirkulationsleitung zum Rezirkulieren des gekühlten Kühlmediums in die Zuführungsleitung.
Pelletisierer nach Anspruch 21, weiterhin umfassend einen Austritt zum Abziehen von Dampf nahe eines oberen Endes des Pelletisierbehältnisses.
Pelletisierer nach Anspruch 21, weiterhin umfassend einen Heizer zum Erhitzen eines oberen Endes des Behältnisses, um eine im Wesentlichen konstante Temperaturzone benachbart des Sprühkristallisationskopfes zu erhalten.
Pelletisierer nach Anspruch 21, worin der Flüssig-Fest-Separator ein Vibrationssieb umfasst.
Pelletisierer nach Anspruch 21, weiterhin umfassend ein Förderband zum Befördern der Pellets von dem Vibrationssieb zu einer Aufbewahrungsstelle bei Umgebungstemperatur.
Pelletisierer nach Anspruch 21, weiterhin umfassend eine Leitung zum Einleiten von Dampf in die Kügelchenbildungszone.