DE60126769T2 - Transportfähige fischer-tropschwachs-kohlenwasserstoffgemische - Google Patents

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus Fischer-Tropsch-Wachs, das unter Umgebungsbedingungen (zwischen 0°C (32°F) und 35°C (95°F)) fest ist, und einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit, die ein Naphtha ist, bei Umgebungstemperatur, die von einem entfernten Ort gepumpt werden kann und nachfolgend durch konventionelle Verfahren getrennt werden kann, wie Flashen, Destillation oder Filtration, mit minimaler Verunreinigung aus der Kohlenwasserstoffflüssigkeit.
• Hintergrundinformation
• Mit Ölfeldern vergesellschaftet finden sich Erdgasvorräte. In entfernten Orten, wo der Transport dieses Gases möglicherweise wirtschaftlich nicht attraktiv ist, kann die Gasumwandlungstechnologie verwendet werden, um Erdgas chemisch in Kohlenwasserstoffe mit höherem Molekulargewicht umzuwandeln. Derzeitige Gasumwandlungstechnologien basieren auf der chemischen Umwandlung von Erdgas zu Synthesegas, das eine Mischung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff ist. Synthesegas wird danach in einem katalysierten Kohlenwasserstoffsyntheseverfahren umgesetzt, das üblicherweise als Fischer-Tropsch-Synthese bekannt ist, wie in US 5,348,982 beschrieben ist, um Kohlenwasserstoffe mit höherem Molekulargewicht zu bilden.
• Durch die Fischer-Tropsch-Synthese hergestellte Wachse haben sehr erwünschte Eigenschaften. Diese Wachse haben eine sehr hohe Reinheit, da sie im Wesentlichen frei von jeglichem Schwefel, Stickstoff und Aromaten sind. Außerdem haben Fischer-Tropsch-Wachse einen hohen n-Paraffingehalt.
• Der Wachstransport ist allgemein kein Problem, weil das Wachs, das in der Regel unter 37,8°C (100°F) ein Feststoff ist, in Raffinerien oder chemischen Anlagen mit leichtem Zugang zu Eisenbahnwaggon- oder Lastwagenverladestellen hergestellt wird. Die meisten Gasumwandlungsanlagen befinden sich jedoch an entfernten Orten, und somit stehen die oben genannten konventionellen Verfahren zum Transportieren des Wachses oft nicht zur Verfügung.
• Einige Verfahren zum Transportieren des Wachses aus einem entfernten Oft beinhalten das Verschiffen desselben zu einem Verladehafen als Feststoff, in geheizten Tanks und Tankern, in einem Lösungsmittel, wasserdampfumgebenen Leitungen oder als Aufschlämmung. Lösungen und Aufschlämmungen sind attraktive Verfahren, weil sie unter Umgebungsbedingungen gepumpt werden können. Die Verfügbarkeit von Lösungsmitteln an entfernten Orten kann jedoch ein Problem sein.
• Es ist daher erwünscht, das Fischer-Tropsch-Produkt, das unter Umgebungsbedingungen fest ist, in einem Medium zu transportieren, das an einem entfernten Ort leicht erhältlich ist und sich von dem Fischer-Tropsch-Produkt nach Abschluss des Transports mit minimaler Verunreinigung aus dem flüssigen Kohlenwasserstoffmedium leicht abtrennen lässt.
• Die US 3,880,177 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus einem Wachs und einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit, die bei realistischer Temperatur transportiert werden kann, wobei man die erstarrten Wachsteilchen in dem flüssigen Kohlenwasserstoff aufschlämmt und die Temperatur der Mischung auf unter die Auflösetemperatur des Wachses regelt.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Erfindungsgemäß wird ein Fischer-Tropsch-Wachsprodukt, das bei Umgebungsbedingungen (zwischen 0°C (32°F) und 35°C (95°F)) fest ist, das ein Fischer-Tropsch-Wachs ist, mit Kohlenwasserstoffflüssigkeit bei Umgebungstemperatur (zwischen 0°C und 32°C) (32°F und 95°F) gemischt, die Naphtha ist, das durch Fischer-Tropsch-Synthese hergestellt ist und einen Siedebereich von 35°C bis 160°C (95 bis 320°F) aufweist, um eine Mischung zu bilden, die man bei Umgebungstemperatur pumpen kann. Die Temperatur der Mischung wird unter den Schmelzpunkt des Fischer-Tropsch-Produkts gesteuert, wodurch eine heterogene Mischung produziert wird.
• Die Mischung aus Fischer-Tropsch-Produkt und Kohlenwasserstoffflüssigkeit wird nach konventionellen Verfahren zur Bewegung von Flüssigkeiten transportiert, z.B. mittels einer Pipeline, eines Tankers oder eines Eisenbahnwaggons.
• Nach Abschluss des Transports werden die Kohlenwasserstoffflüssigkeit und das Fischer-Tropsch-Produkt durch konventionelle Verfahren getrennt, wie Flashen, Destillation oder Filtration. Die aus der Fischer-Tropsch-Synthese stammende Kohlenwasserstoffflüssigkeit, die an einem entfernten Ort zur Verfügung steht, ermöglicht den Transport des Fischer-Tropsch-Produkts mit minimaler Verunreinigung aus der Kohlenwasserstoffflüssigkeit.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 ist ein Verfahrensfließschema zur Herstellung und zum Transport der Mischung aus Fischer-Tropsch-Produkt und Kohlenwasserstoffflüssigkeit.
• Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 offenbart ist, zur Herstellung einer Mischung aus Fischer-Tropsch-Wachs, das bei Umgebungstemperatur fest ist, mit einem Siedepunkt von 233°C bis 609,4°C (453 bis 1209°F) und einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit, die Naphtha ist, bei Umgebungstemperatur. Das Naphtha hat einen Siedebereich von 35°C bis 160°C (95 bis 320°F).
• Die Mischung aus Fischer-Tropsch-Wachs und Naphtha kann 1 bis 22 Gew.-% Fischer-Tropsch-Wachs, vorzugsweise 8 bis 10 Gew.-% enthalten, die bei Umgebungstemperatur gepumpt werden kann.
• Wie in 1 illustriert ist, wird das Fischer-Tropsch-Produkt (1) aus einem Fischer-Tropsch-Reaktor zu Produkten wie leichten Gasen (2), Naphtha (3), Düsentreibstoff (4), Dieselkraftstoff (5) und einem schweren Kohlenwasserstoffstrom (6) fraktioniert. Das Fischer-Tropsch-Produkt (1) kann vor der Trennung wasserstoffbehandelt, verarbeitet oder hydroisomerisiert werden, oder kann getrennt werden und die fraktionierten Produkte individuell verarbeitet werden. Die Produkte können mit betrieblichen Zielen variieren und können wie hergestellt verwendet werden, oder mit zusätzlichem Hydrotreating, Veredeln, Mischen oder mit Additiven.
• Der schwere Kohlenwasserstoffstrom (6) kann das Gesamtwachs aus der Fischer-Tropsch-Synthese sein, kann zu spezifischen Siedebereichen fraktioniert oder hydroisomerisiert sein, um ein Schmierstoffbasismaterial zu produzieren, mit Lösungsmittelentparaffinierung, um das Wachs zu erhalten, oder eine beliebige Kombination dieser Optionen. Das Wachs aus dem schweren Kohlenwasserstoffstrom (6) kann wasserstoffbehandelt werden, um das Wachs als raffiniertes Wachs zu verkaufen.
• Das raffinierte oder unraffinierte Wachs wird verfestigt, granuliert und mit dem gesamten oder einem Teil des Naphtha (3) vermischt, um eine heterogene Mischung (8) aus Fischer-Tropsch-Wachs und Naphtha zu produzieren. Die Menge an Fischer-Tropsch-Wachs, die gemischt werden kann, beträgt, wie bereits gesagt, 1 bis 22 Gew.-% Fischer-Tropsch-Wachs, vor zugsweise 8 bis 10 Gew.-%. Der Stockpunkt der Mischung sollte unter 23,9°C (75°F) liegen, insbesondere unter 0°C (32°F). Diese Bereiche und Stockpunkte basieren auf der Tendenz des Naphtha, das Wachs bei Mengen oberhalb dieser Bereiche unter Bildung einer Paste aufzuquellen.
• Die Viskosität der Mischung sollte unter 1500·10^–3 Pa·s (cP), vorzugsweise unter 500·10^–3 Pa·s (cP) liegen. Ansonsten erschwert die erhöhte Viskosität den Transport der Mischung.
• Die Temperatur der Mischung wird unter den Schmelzpunkt des Wachses geregelt, um die Löslichkeit des Wachses zu begrenzen. Der Molekulargewichtsunterschied zwischen dem Wachs und dem Naphtha trägt auch dazu bei, die Löslichkeit des Wachses zu begrenzen. Dieses Ziel ist wichtig, weil es das lösliche Wachs ist, das sich an den Wänden einer Pipeline oder eines Tankers absetzt. Das abgesetzte Wachs führt typischerweise zu einem Anstieg des Druckabfalls in der Pipeline durch eine Reduktion der Querschnittfläche und somit zu einer reduzierten Effizienz des Transports der Mischung.
• Obwohl jedes beliebige Fischer-Tropsch Wachs erfindungsgemäß verwendet werden kann, ist der bevorzugte Siedebereich des zu mischenden Wachses 371°C (700+°F), insbesondere 385°C bis 551,7°C (725°F bis 1025°F).
• Beispiel
• Ein Fischer-Tropsch-Syntheseprodukt wurde fraktioniert, um Naphtha mit einem Siedebereich von 35°C (95°F) bis 160°C (320°F) zu erhalten. Die Trennqualität wurde durch Hochtemperatur-simulierte Destillations-Gaschromatographie (GCD) mit einem HP Gaschromatographen der Reihe 6890 gemessen. Das Wachs war das gesamte feste Produkt aus der Fischer-Tropsch-Synthese bei Umgebungsbedingungen mit einem Siedebereich von 233,9°C (453°F) bis 609,4°C (1129°F), bezogen auf 5 beziehungsweise 95 Gew.-% GCD. Die GCD-Daten sind in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1 Naphtha- und Wachs-GCD

  
• Die Mischungen wurden hergestellt, indem man das Wachs zu feinteiligen Flocken granuliert und man danach das Wachs mit dem Naphtha in einer Kolloidmühle mit variierenden Rotor-Stator-Spaltbreiten und Zeiten mischt. Dieses Mischverfahren wurde für einen Bereich der Wachskonzentrationen von 7 bis 30 Gew.-% wiederholt.
• Stockpunkte wurden mit einem ISL-Stockpunktanalysegerät gemessen, und die Brookfield-Viskosität wurde mit einem Viskometer von 37,8°C (100°F) bis zu dem Stockpunkt gemessen. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 Naphtha-Wachs-Kolloideigenschaften

  
• Bei Gesamtwachskonzentrationen von mehr als 28 Gew.-% neigte die Mischung dazu, durch das Aufquellen des Wachses, das durch das Naphtha hervorgerufen wurde, eine Paste zu bilden. Gesamtwachskonzentrationen zwischen 7 und 22 Gew.-% Wachs ergaben Stockpunkte unter typischen Umgebungsbedingungen.
• Die Möglichkeit, die Mischung zu pumpen, gemessen durch die Brookfield-Viskosität bei 0°C (32°F), wurde für 7 und 13 Gew.-% Wachs erhalten. Die resultierenden Werte waren 372·10^–3 Pa·s beziehungsweise 1218·10^–3 Pa·s (372 cP und 1218 cP) . Wie durch die Daten gezeigt wird, führte ein Anstieg der Wachskonzentration zu einem deutlichen Anstieg der Viskosität bei niedriger Temperatur.
• Das gelöste Wachs setzt sich, wie bereits gesagt, an den Wänden der Pipeline oder des Tankers ab, wodurch die Effizienz des Transportvorgangs herabgesetzt wird. Überzugbildung an den Wänden erfolgt durch Absetzen von gelöstem Wachs an einer kühlen Oberfläche und ist proportional zu der Wärmeübertragung an der Grenzfläche. Oberflächenbeschichten kann reduziert werden, indem man die Menge an gelöstem Wachs begrenzt, weil der Gehalt an gelöstem Wachs proportional zur Abscheidung ist. Bei dem gesamten Wachs mit einem Siedebereich von 233,9°C (453°F) bis 609,4°C (1129°F) wurden nur 5,5 ± 2,0 g Wachs pro Liter. der Mischung gelöst. Das Erhöhen der Wachskonzentration erhöhte das gelöste Wachs nicht, wodurch gezeigt wird, dass die Mischung gesättigt war. Diese Experimente wurden bei Raumtemperatur durchgeführt. Bei schwereren Wachsen, wie jenen mit einem Siedebereich von 385°C (725°F) bis 551,7°C (1025°F) anstelle der gesamten 233,9°C (453°F) bis 609,4°C (1129°F) Fraktion, nahm die Löslichkeit des Wachses in Naphtha ab und die Trennung wurde leichter.
• Visuelle Beobachtungen der Mischung nach zwei Wochen zeigte, dass sich in der Mischung keine Agglomerate bildeten. We gen des Dichteunterschieds zwischen dem Naphtha und dem Wachs fand jedoch etwas Absitzen von festen Teilchen in der Mischung statt. Diese Wachsteilchen wurden durch leichtes Bewegen leicht suspendiert, wodurch gezeigt wird, dass dem Absitzen der Mischung in einem Tank oder Tanker durch Zirkulation oder Bewegen entweder während des Verschiffens oder vor dem Entladen der Mischung entgegengewirkt werden kann.
• Trennen der Mischung aus Wachs und Naphtha wurde erreicht, indem man die Mischung bei 204,4°C (400°F) bei den 7, 13 und 19 Gew.-% Wachs fraktionierte, wobei die Güte des Schnitts durch GCD bestimmt wurde, wie in der folgenden Tabelle 3 gezeigt wird. Die Fraktionierung ist für Fischer-Tropsch-Wachse im höheren Siedebereich schärfer. Tabelle 3 Destillationsprodukte nach dem Mischen

  

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer Mischung von Fischer-Tropsch-Wachs mit einem Siedebereich von 233,9°C (453°F) bis 609,4°C (1129°F) und Kohlenwasserstoffflüssigkeit, die bei Umgebungstemperatur gepumpt werden kann, indem: (a) man das Fischer-Tropsch-Wachs, das bei Umgebungstemperatur fest ist, zu feinteiligen Flocken granuliert und man das Wachs mit der Kohlenwasserstoffflüssigkeit, die ein Naphtha ist, das durch Fischer-Tropsch-Synthese hergestellt ist und einen Siedebereich von 35°C bis 160°C (95 bis 320°F) hat, bei Umgebungstemperatur in einer Kolloidmühle mischt, um eine Mischung zu bilden, und (b) man die Temperatur der Mischung unter den Schmelzpunkt des Fischer-Tropsch-Wachses regelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mischung 1 bis 22 Gew.-% Wachs enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Siedebereich des Wachses 371,1 °C bis 551,7°C (700 bis 1025°F) beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem man weiterhin das Fischer-Tropsch-Wachs und die Kohlenwasserstoffflüssigkeit transportiert.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem man weiterhin nach Abschluss des Transports das Fischer-Tropsch-Wachs und die Kohlenwasserstoffflüssigkeit trennt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Trennen durch Flashen erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Trennen durch Destillation erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Trennen durch Filtration erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Umgebungstemperatur 0°C bis 35°C (32 bis 95°F) beträgt.