DE69732164T2

DE69732164T2 - Thermisches Gerät und Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus Öl

Info

Publication number: DE69732164T2
Application number: DE69732164T
Authority: DE
Inventors: William Calgary Taciuk; Steve Calgary Odut; Gordon Calgary Taciuk; Charlie Calgary Wheeler
Original assignee: Alberta Oil Sands Technology and Research Authority
Current assignee: Alberta Oil Sands Technology and Research Authority
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JP2001049265A; EP1067171A2; EP0832962A3; CA2186658A1; CA2314586C; DE69727509D1; EP1067171A3; CA2186658C; EP0832962A2; JP4043169B2; DE69727509T2; EP1067171B1; JPH10158662A; CA2314586A1; DE69732164D1; EP0832962B1

Description

Sachgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfernen von Kontaminierungsbestandteilen aus gebrauchtem Öl, wobei die Vorrichtung so aufgebaut ist, um das Öl einer Verdampfung und Pyrolyse zu unterwerfen, wodurch Koks gebildet wird. Die Kontaminierungsbestandteile verbleiben mit dem Koks, die dann von dem Öl getrennt werden können. Die Vorrichtung weist eine sich drehende, indirekt beheizte Retorte oder einen Reaktor auf, in dem der Prozess durchgeführt wird.
Hintergrund der Erfindung
Prozesse sind zum Zurückgewinnen von Öl aus kontaminiertem, benutztem Öl (manchmal bezeichnet als Abfallöl) bekannt.
Ein solcher Prozess ist in dem US-Patent 5,271, 808, herausgegeben am 21. Dezember 1993 für Shurtleff, offenbart. Shurtleff offenbart einen Prozess, bei dem ein geneigter Boiler das Abfallöl erwärmt, wobei leichtere Kohlenwasserstoffe bei Temperaturen von ungefähr 343°C (650°F) verdampft und ausgetrieben werden. Schwerere Kohlenwasserstoffe und Kontaminierungsbestandteile, die bis zu 10% des ursprünglichen Öls betragen, sammeln sich als Schlämme an dem Boden des Boilers. Die Schlämme wird zur Entsorgung abgelassen. Die leichteren Kohlenwasserstoffe werden als ein zurückgewonnenes Ölprodukt kondensiert.
Allerdings erzeugt der Prozess nach Shurtleff einen öligen Abfall, der selbst eine spezielle Entsorgung erfordert.
Andere Verfahren, die ein zurückgewonnenes Öl und einen Öl-Trocken-Kontaminierungsbestandteil erzeugen können, setzen typischerweise ein Unterwerfen des Abfallöls einer thermischen Pyrolyse ein.
Zum Beispiel ist in dem US-Patent 5,423,891, herausgegeben für Taylor, ein Prozess für die Vergasung von festem Abfall offenbart. Wärmeträgerfeststoffe (Heat Carrier Solids – HCS) werden zuerst erhitzt und dann gleichzeitig mit Kohlenwasserstoff tragendem Feststoffabfall über eine sich drehende Ofen-Retorte zugeführt. Die sich ergebenden Temperaturen von 649 bis 816°C (1200 bis 1500°F) sind dazu geeignet, thermisch die Kohlenwasserstoffe in dem Abfall zu pyrolysieren. Die sich ergebenden Dämpfe werden für eine Kondensation extrahiert. Die Retorte-Feststoffe und HCS werden aus dem Ofen für eine Rückgewinnung der Retorte-Feststoffe und für ein erneutes Erhitzen der HCS herausgenommen.
In dem System nach Taylor werden die HCS kontinuierlich in einer Materialbearbeitungsschleife zirkuliert. Das HCS ist ein grober, granularer Feststoff, der außerhalb des Ofens erhitzt wird und seine Wärme innerhalb des Ofens abgibt. Ein Transport des HCS um die Schleife herum erfordert eine beträchtliche, Materialien handhabende Ausrüstung.
In dem US-Patent 4,473,464, herausgegeben für Boyer et al, wird ein Prozess zum Behandeln von schwerem Rohöl offenbart. Kohlenstoffhaltige Feststoffe werden fein für ein gleichzeitiges Zuführen mit Rohöl zu einem indirekt beheizten Brennofen zugeführt. Pyrolysierte Kohlenwasserstoffdämpfe werden kondensiert. Koks und kohlenstoffhaltige Feststoffe werden gesiebt, gemahlen und außerhalb des Brennofens recycelt. Ein Wärmeverlust an den Feststoffen wird minimiert und das Rohöl wird auf eine Temperatur hoch genug vorerwärmt, um irgendeinen Temperaturverlust durch die Feststoffe auszugleichen.
Das US-Patent 4,303,477, herausgegeben für Schmidt et al, offenbart ein gleichzeitiges Hinzufügen eines verbrauchbaren, feinkörnigen, reaktiven Feststoffs zu einem Abfallmaterial, um Metall- und Schwefel-Kontaminierungsbestandteile während einer Behandlung zu binden. Die reaktiven Feststoffe, wie beispielsweise Kalk, besitzen eine Korngröße, typischerweise geringer als 1 mm, und Abfälle werden thermisch gebrochen, wenn sie durch einen sich drehenden, indirekt beheizten Brennofen hindurchführen. Die Feststoffe nehmen einen einzelnen Durchgang durch den Brennofen vor, wobei der reaktive Feststoff in dem Prozess verbraucht wird.
Die DE 699 707C offenbart einen sich drehenden Brennofen zum Umwandeln von öligen und bitumenhaltigen Feststoffen, erhalten von der Druckhydrierung von Kohle, Teeren, Mineralölen, und dergleichen, oder von der Extraktion von festen, Kohlenstoff enthaltenden Substanzen, insbesondere von Kohle. Der Ofen besitzt eine zylindrische Form und weist ein äußeres Gehäuse, eine Anzahl von Füllkörpern, Einrichtungen zum Heizen, Einrichtungen zum kontinuierlichen Zuführen von Material in den Ofen, Einrichtungen, über die Öldämpfe und Gase entfernt werden, und Einrichtungen zum Entfernen von Kohlestaub auf.
Allerdings weist die Einrichtung zum Entfernen von Kohlestaub eine Endkammer auf, in die Material abgegeben wird, und Schaufeln, die den Kohlestaub aufnehmen, damit er über eine Rutsche entfernt werden kann. Die DE 699 707C erfordert weiterhin, dass der Ofen in Kammern unterteilt wird, wobei sich das Material fortschreitend entlang des Ofens, durch die aufeinanderfolgenden Kammern, bewegt. Zusätzlich wird Dampf in den Ofen eingeführt und wird in einer Gegenströmung über das Material geführt.
Einige der vorstehend beschriebenen Prozesse nach dem Stand der Technik setzen wesentliche Materialhandhabungsmaßnahmen beim Recyceln und Befördern großer Massen von heißen, groben Feststoffen ein. Andere Prozesse, die nicht heiße Feststoffe recyceln, setzen ein Aussondern eines Teils des öligen Abfalls oder einen irreversiblen Verbrauch eines Katalysators ein.
Es ist deshalb ein Bedarf nach einem vereinfachten Verfahren zum Trennen von Kontaminierungsbestandteilen aus gebrauchten Ölen vorhanden. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren zu schaffen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine einfache Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zum Zurückgewinnen von Öl von gebrauchtem, kontaminiertem Öl. Allgemein weist das Verfahren ein Zuführen von gebrauchtem Öl durch eine Zuführleitung zu einem sich drehenden, thermischen Reaktorgefäß auf, wobei das Öl pyrolysiert wird, um Kohlenwasserstoffdampf und Koks zu erzeugen. Die Kontaminierungsbestandteile werden dem Koks zugeordnet. Der Dampf und die verkokten Feststoffe werden getrennt von dem Behälter entfernt. Der Dampf wird kondensiert, um ein im Wesentlichen kontaminierungsfreies Ölprodukt zu erzeugen, und die an Kontaminierungsbestandteilen reichen, verkokten Feststoffe werden zum Entsorgen, möglicherweise als Zuschlag für einen Zementbrennofen, gesammelt.
Die Ausrüstung, die verwendet wird, umfasst einen Reaktor, der einen sich drehenden Behälter, aufgenommen in einer Heizkammer, Einrichtungen zum Zufüh ren von gebrauchtem Öl in den sich drehenden Behälter, und ein Ölzurückgewinnungssystem, das eine Dampfextraktionsleitung, einen Feststoffe entfernenden Zyklon und eine Dampfkondensationsausrüstung, aufweist.
Insbesondere weist der sich drehende Behälter eine zylindrische Seitenwand und Stirnwände, die eine einzelne, innere Reaktionskammer bilden, auf. Strukturelle Zylinder erstrecken sich von den Stirnwänden entlang der Längsachse des Behälters. Der Durchmesser der Endzylinder ist relativ klein zu demjenigen der zylindrischen Seitenwand. Ein Außengehäuse umgibt den Behälter und verbindet sich damit, um eine ringförmige Heizkammer zu bilden. Das Außengehäuse ist an den Endzylindern durch Drehdichtungen gedichtet. Ein Brenner erstreckt sich in die Heizkammer hinein. Der sich drehende Behälter wird außen so beheizt, dass seine Innenflächen ausreichend heiß sind, um das zugeführt Öl zu verdampfen und zu pyrolysieren. Das zugeführte Öl wird in die Reaktionskammer eingeführt, wo es verdampft und pyrolysiert, unter Bildung von Kohlenwasserstoffdampf und Koks. Metalle und andere Kontaminierungsbestandteile werden mit dem Koks vereint. Ein Bett aus nicht ablatierenden, granularen, groben Feststoffen ist innerhalb der Reaktionskammer vorgesehen. Wenn sich der Behälter dreht, scheuern die groben Feststoffe an der Innenfläche des Behälters und zersplittern den Koks in feine Feststoffe. Die feinen Feststoffe umfassen Feststoffe, die mit dem zugeführten Öl zugeführt sind. Der Dampf wird von der Reaktionskammer durch eine axiale Leitung, die sich durch einen Stirnzylinder hindurch erstreckt, extrahiert. Die feinen Feststoffe werden innerhalb der Reaktionskammer von den groben, granularen Feststoffen zum Entfernen von dem Behälter, vorzugsweise unter Verwendung einer spiralförmigen Rutsche, getrennt. Die Rutsche läuft spiralförmig von einem mit Sieb versehenen Eintritt an dem Umfang des Behälters zu einem Auslass an der Achse des Behälters. Das Sieb der Rutsche nimmt grobe Feststoffe heraus und sammelt nur die feinen Feststoffe. Die feinen Feststoffe werden aus dem Behälter durch einen Stirnzylinder für eine Entsorgung herausbefördert. Feine Feststoffe können auch mit den Dämpfen ausgewaschen werden. Irgendwelche feinen Feststoffe, die den Dämpfen zugeordnet sind, werden zur Verarbeitung in einer Einrichtung, wie beispielsweise einem Zyklon, separiert. Die im Wesentlichen feststofffreien Dämpfe werden dann kondensiert, um ein Ölprodukt zu erhalten. Die an Kon taminierungsbestandteilen reichen, feinen Feststoffe werden für eine Entsorgung gesammelt.
Nur ein kleiner Teil des zugeführten Öls wird zu Koks umgewandelt, und der Rest wird als ein im Wesentlichen kontaminierungsfreies Ölprodukt zurückgewonnen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines mit Öl kontaminierten, thermischen Behandlungsreaktors, einer Heizkammer und eines Kohlenwasserstoffdampf-Kondensationssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Querschnittsansicht der Heizkammer, des Reaktors, eines Drehantriebs und der Trageanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine Querschnittsansicht des Reaktorbehälters entlang der Linie III-III der 2, die insbesondere die Rutsche zum Entfernen von feinen Feststoffen darstellt; und
4 zeigt eine Teilquerschnittsansicht der zweiten Stirnseite des Reaktorbehälters, mit der Rutsche zum Entfernen von feinen Feststoffen und mit einer Schneckenfördereinrichtung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 1 wird der Vorgang, der in der Vorrichtung ausgeführt wird, in einer Übersicht beschrieben. Ein Reaktor 1 ist für eine thermische Behandlung von gebrauchtem, kontaminiertem Öl 2 vorgesehen. Der Reaktor 1 weist einen drehbaren Behälter 30, aufgenommen innerhalb einer Heizkammer 3, gebildet durch ein Gehäuse 3a, auf. Wärme wird in der Heizkammer 3 erzeugt, um den Behälter 30 zu erwärmen. Der Behälter 30 bildet eine Reaktionskammer 50. Zugeführtes Öl 2, kontaminiert mit Metallen und mit Wasser und/oder Feststoffen, wird zu der Reaktionskammer 50 für die Separation des Kontaminierungsbestandteils von der Ölkomponenten zugeführt. Innerhalb der Reaktionskammer 50 wird das zugeführte Öl verdampft und pyrolysiert, was einen Kohlenwasserstoffdampfstrom 4 erzeugt, der Dampf enthalten kann; Koks 5 wird als ein Nebenprodukt gebildet; Metalle und Feststoff-Kontaminierungsbestandteile werden dem Koks 5 zugeordnet; und der Koks 5 wird von den Kohlenwasserstoffdämpfen 4 getrennt. Die Kohlenwasserstoffdämpfe 4 verlassen die Reaktionskammer 50 und werden zu einem Dampfkondensationssy stem 6 befördert. Hier werden die Kohlenwasserstoffdämpfe 4 als ein im Wesentlichen kontaminierungsfreies Ölprodukt 7 kondensiert, das dazu geeignet ist, einen Raffinerie-Vorrat zu bilden. Der Koks 5 wird von der Reaktionskammer 50 entfernt und wird bevorratet oder als Brennstoff verwendet.
Genauer gesagt weist das Dampfkondensationssystem 6 einen Zyklon 10 zum Entfernen von feinen Feststoffen 11, einschließlich Koks, von den heißen Dämpfen 4 auf. Die entfernten Feststoffe 11 werden für eine Entsorgung abgegeben. Der entfernte Dampf 12 läuft durch einen Dampfreinigungsturm („Scrubber" – „Reinigungseinrichtung") 13, einen Abschreckturm („Quencher" – „Abschreckeinrichtung") 14, einen Wärmeaustauscher 15 und weiter in eine obenliegende Trommel 16. In der Reinigungseinrichtung 13 bewirken ein Rückfluss 17 aus leichtem Öl von der Abschreckeinrichtung 14 und rezirkuliertes, gereinigtes Öl 13, dass ein schwerer Bestandteil des von Kohlenwasserstoff befreiten Dampfs 12 kondensiert (unter Bildung des abgescheuerten Öls 18), unter Einfangen irgendwelcher Feststoffe, die nicht durch den Zyklon 10 entfernt sind. Das schwere, abgescheuerte Öl 18 wird zu dem Reaktor 1 recycelt, indem es mit dem zugeführten Öl 2, vor einer Behandlung, gemischt wird. Der nicht kondensierte Dampf 19 von der Reinigungseinrichtung 13 wird zu der Abschreckeinrichtung 14 gerichtet, wo leichtes, kondensiertes Öl 20 von der obenliegenden Trommel 16 und das recycelte Öl 17 der Abschreckeinrichtung für eine Kondensation des größeren Anteils des Dampfes 19 zurückgeführt werden. Das Öl 17 der Abschreckeinrichtung wird durch einen Wärmetauscher 21 hindurchgeführt, um das zugeführte Öl 2 vorzuwärmen. Nicht kondensierter Dampf 22 von der Abschreckeinrichtung 14 wird zu der obenliegenden Trommel 16 für die Trennung des Wassers von der leichtesten Fraktion des kondensierten Öls 20 und von nicht kondensierbaren Abgasen 23 gerichtet. Ein Abgaskompressor 24 liefert die Energie, um Dampf 4 von der Reaktionskammer 50 des Reaktors 1 anzuziehen. Irgendwelches separiertes Wasser wird als ein Wasserprodukt 25 abgegeben. Das Öl 20 der obenliegenden Trommel und das Öl 17 der Abschreckeinrichtung werden zusammengeführt, um das Produktöl 7 zu bilden.
Genauer gesagt weist, unter Bezugnahme auf die 2 bis 4, der Reaktor 1 einen drehbaren Behälter 30 auf, der ein erstes Ende 31 und ein zweites Ende 32 besitzt. Der Behälter 30 weist eine zylindrische Seitenwand, verbunden durch koni sche Übergangs-Stirnwände 35, 36, zu den ersten und zweiten Stirnzylindern 33, 34, die sich entlang der Längsachse des Behälters erstrecken, auf.
Der Behälter 30 ist drehbar innerhalb der Heizkammer 3 gehalten. Ein ringförmiger Raum 37 oder eine Heizkammer ist zwischen dem Außengehäuse 3a und dem Behälter 30 gebildet.
Unter Rückkehr nun zunächst zu der schematischen Darstellung, die in 1 gezeigt ist, gibt der Brenner 38 erwärmtes Verbrennungsgas 39 für eine Zirkulation durch den ringförmigen Raum 37 ab. Ein Abzugsschacht 40 an der Oberseite der Kammer 3 gibt Verbrennungsgase 39 ab.
Der erste und der zweite Stirnzylinder 33, 34 erstrecken sich durch Drehdichtungen 41, gebildet in den Seitenwänden 42 des Außengehäuses 3a. Laufringe 43 sind umfangsmäßig an den Zylindern 33, 34, positioniert außerhalb der Gehäusestirnwände 42 der Kammer, befestigt. Die Laufringe und der Behälter werden auf Rollen 44 gelagert.
Die Reaktionskammer 50 des drehbaren Behälters 30 ist an deren ersten und zweiten Stirnseiten 31, 32 durch erste und zweite Platten 45, 46 jeweils abgedichtet.
Eine axial positionierte Dampfleitung 53 erstreckt sich durch die zweite Platte 46. Die Dampfleitung 53 verbindet die Reaktionskammer 50 und das Kondensationssystem 6 miteinander. Eine Zuführölleitung 51 erstreckt sich durch die Dampfleitung 53 und die zweite Endplatte 46. Die Leitung 51 verteilt zugeführtes Öl 2 in der Reaktionskammer 50 und gibt es ab.
Der Behälter 30 enthält innere, eine Wärmeübertragung erhöhende Oberflächen in der Form von sich radial und nach innen erstreckenden Ringen oder Finnen 54.
Wie nun die 3 und 4 zeigen, wird die Reaktionskammer 50 mit nicht-ablatierenden, granularen, groben Feststoffen beladen, die permanent innerhalb des Behälters 30 vorhanden sind. Die groben Feststoffe bilden ein Bett 55 an dem Boden der Reaktionskammer 50 des Behälters.
An dem zweiten Ende des Behälters 30 ist eine Rutsche 56 für das Entfernen von Feinanteilen vorhanden. Die Rutsche 56 besitzt einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden, ersten Bereich 57, der mit einem spiralförmigen, zweiten Bereich 58 verbunden ist. Die Rutsche 56 bildet einen Durchgangsweg 59 für den Transport von feinen Feststoffen zu der Dampfleitung 53. Die Rutsche erstreckt sich entgegengesetzt zu der Drehrichtung, von dem ersten Bereich 57 zu dem zweiten Bereich 58. So treten feine Feststoffe in den ersten Bereich 57 der Rutsche 56 ein und schreiten über den zweiten Bereich 58 fort, wenn sich der Behälter 30 dreht.
Der erste Bereich 57 der Rutsche liegt gegen den Innenumfang des Behälters 30 an und erstreckt sich in Umfangsrichtung für ungefähr 120°. Der erste Bereich 57 der Rutsche weist Seitenwände 60, passend gebildet durch angrenzende Finnen 54, und einen Boden, gebildet durch die Wand des Behälters 30 an seinem äußeren Radius, auf. Der innere Radius oder die Oberseite des ersten Bereichs 57 ist mit einem Sieb 61 verbunden. Die Öffnungen 61 des Siebs sind klein genug, um die groben, granularen Feststoffe abzuhalten, allerdings dennoch einen Durchgang von feineren Feststoffen zuzulassen.
Der zweite Bereich 58 der Rutsche ist mit dem Ende des ersten Bereichs 57 verbunden und weist eine spiralförmige Leitung 62 auf, die spiralförmig innerhalb des Umfangs des Behälters zu der Mittellinie des Behälters hin verläuft. Die spiralförmige Leitung 62 dreht sich über ungefähr 180°, um feine Feststoffe in das Ende der Dampfleitung 53 hinein zu richten. Eine Schneckenfördereinrichtung 63 liegt entlang des Bodens der Dampfleitung 53 und erstreckt sich dort hindurch zu einem Punkt außerhalb der Heizkammer 3. Ein Antrieb 64 dreht die Schneckenfördereinrichtung 63.
Aus dem Vorstehenden wird verständlich werden, dass eine Pyrolysevorrichtung vorgesehen ist, die aufweist:

• einen drehbaren Behälter 30, der eine zylindrische Seitenwand und Stirnwände 35, 36, die zusammen eine einzelne, innere Reaktionskammer 50 bilden, aufweist;
• der Behälter ist an seinen Enden mit ersten und zweiten Stirnzylindern 33, 34 verbunden, die sich entlang der Längsachse des Behälters erstrecken – diese Stirnzylinder besitzen einen kleineren Durchmesser als die Seitenwand;
• ein äußeres Gehäuse 3a umgibt den Behälter und verbindet sich damit so, um einen ringförmigen Raum oder eine Heizkammer 37 zu bilden;
• ein Brenner 38 ist mit der Heizkammer verbunden und wirkt dahingehend, Wärme in die Reaktionskammer durch Leiten über die Behälter wand und das Bett 55 aus den groben Feststoffen, in einer ausreichenden Menge, zuzuführen, so dass das kontaminierte Öl in der Reaktionskammer verdampfen und pyrolysieren wird, um Kohlenwasserstoffdämpfe und Koks zu bilden mit dem Ergebnis, dass sich Kontaminierungsbestandteile in dem Koks konzentrieren;
• ein Abzugskanal 40 lässt heißes Verbrennungsgas 39 von der Heizkammer ab;
• die Behälterstirnzylinder stehen nach außen über die Wand des äußeren Gehäuses vor;
• das äußere Gehäuse besitzt Drehdichtungen 41, die um die sich drehenden Stirnzylinder herum abdichten, so dass der Behälter an seinem kleinsten Durchmesser abgedichtet ist;
• der Behälter wird durch Einrichtungen so gedreht (wie beispielsweise durch Laufringe 43, Tragerollen 44 und eine Antriebsanordnung, die den Stirnzylindern zugeordnet ist), dass das Bett aus groben Feststoffen den Koks bricht bzw. zersplittert, um feine Teilchen zu bilden;
• der Behälter enthält ein Bett 55 aus nicht-ablatierenden, granularen, groben Feststoffen (wie beispielsweise Metallspäne) innerhalb der Reaktionskammer – diese Feststoffe wirken dahingehend, Koks von der Behälterwand abzuscheuern und zu zersplittern, und dabei zu unterstützen, eine thermische Belastung zu erreichen, um das Öl zu pyrolysieren;
• Einrichtungen (wie beispielsweise die Leitung 51) sind zum Zuführen von kontaminiertem, gebrauchtem Öl in die Reaktionskammer vorgesehen;
• erste Einrichtungen (wie beispielsweise die axial positionierte Dampfleitung und der Schneckenförderer 63) sind zum Entfernen von feinen Feststoffen (die Koksteilchen) von dem Behälter über den Stirnzylinder 34 vorgesehen;
• zweite Einrichtungen (wie beispielsweise die mit Sieb versehene Rutsche 56) sind zum Trennen von feinen Feststoffen (die Koksteilchen) von den groben Feststoffen (die Metallspäne), angrenzend an der Be hälterseitenwand, und zum Befördern der abgetrennten, feinen Feststoffe zu den ersten Einrichtungen zum Entfernen von dem Behälter als ein separater Strom aus Feststoffen vorgesehen;
• dritte Einrichtungen (wie beispielsweise die axial positionierte Dampfleitung 53) sind zum Entfernen von Kohlenwasserstoffdämpfen von der Reaktionskammer über den Endzylinder 34 als ein separater Dampfstrom, der einige feine Koksteilchen enthält, vorgesehen; und
• vierte Einrichtungen, die ein Dampfkondensationssystem 6, verbunden mit den dritten Einrichtungen, aufweisen, sind zum Separieren der verbleibenden, feinen Feststoffe von dem Dampfstrom und zum Kondensieren von Kohlenwasserstoffen von dem Dampfstrom vorgesehen.

Wie wiederum 1 zeigt, wird, im Betrieb, der Behälter 30 auf seiner Achse gedreht. Strahlungs- und Leitungswärme von den Verbrennungsgasen 39 des Brenners erwärmen den ringförmigen Raum 37 und die Wände des Behälters 30. Die Drehdichtungen 41 werden mit einer Strömung aus Verbrennungsluft (nicht dargestellt) gekühlt.
Wärme wird direkt durch die Leitung über die Wände des sich drehenden Behälters 30 zu der Reaktionskammer 50 übertragen. Wärme wird von den Wänden und den Finnen 54 des Behälters auf die granularen Feststoffe übertragen, um deren Temperatur bei ungefähr 427–704°C (800–1300°F) beizubehalten, was ausreichend hoch ist, dass das zugeführte Öl verdampft und pyrolysiert wird. Typischerweise beträgt der entsprechende Bereich der Temperaturen der Heizkammer, der erforderlich ist, ungefähr 552–788°C (1025–1450°F).
Kontaminiertes Öl 2 wird über die Leitung 51 zu der Reaktionskammer 50 des sich drehenden Behälters 30 zugeführt. Falls flüssiges Wasser zu der Reaktionskammer 50 zugeführt wird, wird es aufflammen und kann die Balance des Unter-Atmosphärendrucks einstellen. Ein Vorerwärmen des Öls 2 über den Austauscher 21 verdampft Wasser zu Dampf und unterstützt beim Umwandeln von Wärme. Kleine Mengen an Wasser (beispielsweise geringer als ungefähr 1-Gew.-%), vorhanden in dem zugeführten Öl 2, können noch keine Vorerwärmung erfordern.
Wenn sich der Behälter 30 dreht, bilden grobe Feststoffe ein Bett 55, das kontinuierlich die Inhalte des Betts in Kontakt mit den Seitenwänden und den Finnen 54 des Behälters bringt, was die berührten Oberflächen abscheuert. Die groben Feststoffe absorbieren Wärme, wenn sie den Behälter 30 berühren.
In einer ersten Ausführungsform wird das zugeführte Öl 2 so gerichtet, um die zylindrische Wand des Reaktorbehälters zu berühren, unmittelbar bevor es sich unter dem Bett 55 dreht. Die thermische Masse des Behälters 30 führt zu einer ausreichenden Wärme, um im Wesentlichen augenblicklich das Öl zu verdampfen und zu pyrolyiseren. Kohlenwasserstoffdampf 4 wird erzeugt und ein festes Koksnebenprodukt 5 bildet sich auf den Oberflächen der zylindrischen Wände des Behälters 30 und der Finnen 54.
Kontaminierungsbestandteile, wie beispielsweise Metalle und Feststoffe, verbleiben im Wesentlichen dem Koks zugeordnet.
In einer zweiten Ausführungsform wird das Öl so gerichtet, um das Bett 55 zu berühren, das auf Pyrolyse-Temperaturen über eine Leitungswärmeübertragung mit der Wand gehalten wird. Von dem Bett 55 wird gefordert, dass es die thermische Energie liefert, um das Öl zu pyrolysieren. Die Wand des Behälters 30 wird auf einer höheren Temperatur gehalten, als dies in der ersten Ausführungsform erforderlich ist, um eine ausreichende Temperatur der granularen Feststoffe in dem Bett 55 beizubehalten.
In beiden Ausführungsformen reibt das Bett aus granularen Feststoffen die Wände und die Finnen des Behälters ab. Der an Kontaminierungsbestandteilen reiche Koks und die Feststoffe, die dem zugeführten Öl zugeordnet sind, werden abgerieben und dadurch in feine Feststoffe zersplittert, die frei von den Wänden und den groben, granularen Feststoffen sind.
Der erzeugte Dampf 4 wird über die Dampfleitung 53 extrahiert. Die Geschwindigkeit des Dampfs, der den Reaktorbehälter verlässt, wird einige der feinen Feststoffe 5 auswaschen. Die ausgewaschenen, feinen Feststoffe 5 verlassen die Dampfleitung 53 und werden durch den Zyklon 10, für eine Separation der Feststoffe 5 von dem Dampfstrom 4, hindurchgeführt.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird der Dampfstrom 4 durch das Kondensationssystem 6 hindurchgeführt, was zu einem flüssigen Produkt 7 und einer nicht kondensierbaren Abgasströmung 23 führt. Das flüssige Produkt 7 ist ausreichend frei von Kontaminierungsbestandteilen, um so als Raffinerie-Vorrat akzeptierbar zu sein. Die Abgase 23 können abgefackelt oder recycelt werden, um die Brenner 38 der Heizkammer mit Brennstoff zu versorgen.
Die Funktionsweise des Systems wird in dem folgenden Beispiel erläutert:
BEISPIEL I
Ein zylindrischer Reaktorbehälter 30, 3,0 m (10 Fuß) im Durchmesser und 2,4 m (8 Fuß) lang, wurde aus 12,7 mm (1/2'') dickem, rostfreiem Stahl aufgebaut. Eine Mehrzahl von 101,6 mm (4'') hohen, 12,7 mm (1/2'') dicken Finnen 54 wurde, unter einer Beabstandungen von 203,2 mm (8''), inistalliert. Zwei Zylinder, mit einem Durchmesser von 1,2 m (4 Fuß), bildeten das erste und das zweite Ende 31, 32. Ein Laufring 43 wurde an jedem stirnseitigen Zylinder angeordnet und wurde drehbar auf festen Gummirollen, befestigt auf Laufbalken, getragen. Ein Kettenrad an dem äußersten, außenliegenden Ende des ersten Stirnzylinders und ein Kettenantrieb ermöglichten eine Drehung des Behälters.
Die Rutsche 56, gebildet aus einem rechtwinkligen Abschnitt mit 203,2 mm (8'') mal 101,6 mm (4'') wies einen ersten Bereich 57 und eine spiralförmigen, zweiten Rohabschnitt 58 mit einem Durchmesser von 101,6 mm (4'') auf. Die Rutsche umschloss ungefähr 330° einer Drehung.
In einem ersten Test wurde der Behälter mit 3856 kg (8500 Pound) von inerten, keramischen Kugeln, erhältlich unter der Handelsmarke Denstone 2000, von Norton Chemical Process Products Corp., Akron, OH, beladen. Wie in 3 zu sehen ist, erzeugte dies ein tiefes Bett, wobei die Sehne davon ungefähr 120° betrug. Der Behälter wurde mit 3 bis 4 U/min gedreht. Das zugeführte Öl wurde so gerichtet, um entlang des rollenden Betts verteilt zu werden.
Zwei Brenner 38 lieferten ungefähr 586200 W (zwei Million BTU/hr) zum Halten der Heizkammer 3 auf ungefähr 749°C (1380°F). Die sich ergebende Wärmeübertragung über die Behälterwand hob die Temperatur der keramischen Kugeln auf ungefähr 429°C (805°F) an.
29,4 m³ pro Tag (185 Barrel pro Tag) eines 28° API kontaminierten Schmieröls wurden auf 249°C (480°F) vorerwärmt, bevor es in den Reaktor 1 abgegeben wurde. Das Öl enthielt ungefähr 0,6% Wasser. Der Reaktor wurde unter einem leichten Vakuum von –25,4 bis –50,8 mm (–1 bis –2 Inch) Wassersäule gehalten.
Dampf wurde von der Reaktionskammer 50 extrahiert und kondensiert, um 27,8 m³ pro Tag (175 bbl/Tag) eines 32° API Produkt-Öls zu erzeugen. Das Produkt-Öl war primäres Öl der Abschreckeinrichtung (95 bis 98%), mit einem kleinen Anteil (2 bis 5%) von dem Öl der obenliegenden Trommel. Dampf-Abschabeinrichtungs-Bodenöl wurde zu dem Reaktor 1 mit ungefähr 2,9 m³ pro Tag (18,5 bbl/Tag) recycelt (es ist anzumerken, dass der Anteil der Feststoffe für diesen Test ungefähr 0,5% betrug, und es wird erwartet, dass er in anderen Tests höher ist). Die gesamte Produktion von nicht kondensierbaren Abgasen betrug 1912 kg/Tag. Weitere 147 kg/Tag an Wasser wurden separiert und von dem Kondensationssystem erzeugt.

Koks, der Kontaminierungsbestandteile enthielt, wurde unter Raten von 445 kg/Tag erzeugt. Zusammengefasst: TABELLE 1

Zuführrate	29,4 m³/Tag (185 bbl/Tag) 28° API
Abschabeinrichtung-Recycling	2,94 m³/Tag (18,5 bbl/Tag) (< 0,5% Feststoffe)
Produkt-Öl	27,8 m³/Tag (175 bbl/Tag) 32° API
Abgas	1912 kg/Tag
Wasser	147 kg/Tag
Koks	445 kg/Tag

Eine Analyse des zugeführten Öls und des Produkt-Öls bestätigte eine Entfernung von 99,84% an Metallen. Dies wurde mit nur einer Verringerung von 5,4% in dem ursprünglichen Volumen des zugeführten Öls erreicht, was eine geringe Herabsetzung des zugeführten Öls zeigte. Das erhaltene Öl war ein leicht leichteres Produkt, das ein verringertes, spezifisches Gewicht von 28 auf 32 API besaß. Die gesamten Halogenide wurden um 80% reduziert. Eine detailliertere Analyse ist in Tabelle 2 angegeben.
TABELLE 2
Unter der Annahme, dass keine Metalle in Bezug auf das obenliegende Öl angegeben sind, wurde die Verringerung der Metalle von dem zugeführten Öl zu dem Produkt-Öl dahingehend bestimmt, dass sie (3808,8 – 6,2)/3808,8 = 99,8% betrug. Die Metalle, die angegeben wurden, waren im Wesentlichen dem Koks zuzuordnen.
Die Reduktion von Halogeniden wurde als (490 – 98,5)/490 ≌ 80% festgestellt.
Die keramischen Kugeln waren nicht insgesamt beim Abschaben des gesamten Koks von den Wänden des Reaktorbehälters erfolgreich. Demzufolge wurde das meiste des feinen Kokses über eine Schlämme, und nicht über die spiralförmige Rutsche, deren Sieb durch eine Koksansammlung verstopft wurde, erzeugt.
BEISPIEL II
In einem zweiten Testlauf, durchgeführt mit derselben Ausrüstung, wurden die keramischen Kugeln gegen eine Füllung von zylindrischen, dicken Stanzteilen oder Spänen aus Federstahl, mit einem Durchmesser von 25,4 bis 50,8 mm (1 bis 2''), einer Dicke von 12,7 mm (1/2''), ersetzt. Auch sind in 3 ungefähr 1497 kg (3300 Pound) an Spänen, die ein Niveau eines flachen Bettes in dem Behälter bildeten, mit einem Sehnenwinkel des Betts von ungefähr 75°, dargestellt.
Das zugeführte Öl wurde so gerichtet, um direkt auf die Wand des Reaktorbehälters aufzutreffen. Die thermische Belastung, um das Öl zu verdampfen, wurde durch die Wand selbst, und nicht durch die Stahlspäne, bereitgestellt. Demzufolge musste die Wand keine große Menge an Wärme zu den Spänen über Leitung führen und die Temperatur der Wand war entsprechend niedriger.
Die Stahlspäne rieben erfolgreich Koks von den Behälterwänden ab, ausreichend, um ein Zusetzen des Siebs der Rutsche zu verhindern und um eine aufrechterhaltbare Extraktion von feinem Koks von der Reaktionszone, als er erzeugt wurde, zu ermöglichen.
Ein Vergleich der Prozesstemperaturbedingungen in sowohl den Durchläufen mit den keramischen Kugeln als auch mit den Stahlspänen waren so, wie dies in Tabelle 3 angegeben ist (gerundet auf die nächsten 2,8°C (5°F)).
TABELLE 3 (°F) [(°C)]
Der vorstehende Prozess bringt die folgenden Vorteile mit sich:

• er ist ein kontinuierlicher Prozess mit einem kontinuierlichen Entfernen von Koks, der Kontaminierungsbestandteile enthält;
• Entfernen von Kontaminierungsbestandteilen wird mit einer minimalen Verschlechterung des zugeführten Öls erreicht;
• Dabei ist ein minimales Erfordernis für eine Ausrüstung, die die Materialien behandelt, vorhanden, mit nur einem sich drehenden Behälter, einer Schneckenfördereinrichtung und einem Zyklon;
• Vermeiden der Verwendung von verbrauchbaren Materialien; und
• Einfachheit der Betriebsweise.

Claims

Pyrolysevorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus Öl (2), die umfasst: einen drehbaren Behälter (30), der durch eine zylindrische Seitenwand und Stirnwände (35, 36) gebildet wird, wobei die Stirnwände (35, 36) mit einem ersten und einem zweiten Stirnseitenzylinder (33, 34) verbunden sind, die einen kleineren Durchmesser haben als die Seitenwand, und der Behälter eine einzelne innere Reaktionskammer (50) bildet und eine Außenfläche sowie eine Längsachse hat, wobei die Stirnseitenzylinder (33, 34) entlang der Längsachse angeordnet sind; ein äußeres Gehäuse (3a), das den Behälter umgibt und einen ringförmigen Raum (37) dazwischen bildet, wobei das Gehäuse (3a) Drehdichtungen (41) aufweist, die mit den Stirnseitenzylindern (33, 34) in Kontakt sind; nicht ablative, körnige, grobe Feststoffe, die ein Bett (55) in der Reaktionskammer (50) bilden; eine Brennereinrichtung (38), die mit dem ringförmigen Raum (37) verbunden ist, um die Außenfläche des Behälters (30) zu erhitzen und die Seitenwand des Behälters, das Bett sowie die Reaktionskammer durch Leitung zu erwärmen und so Pyrolyse des Öls in der Reaktionskammer zu verursachen; wobei das Gehäuse einen Rauchabzug (40) zum Ablassen von Verbrennungsgas (39) aus dem ringförmigen Raum (37) aufweist; eine Zuführleitung (51) zum Zuführen von verunreinigtem Öl in die Reaktionskammer, wobei die Reaktionskammer so eingerichtet ist, dass das Öl verdampft und pyrolysiert, so dass Kohlenwasserstoffdämpfe und Koks entstehen und sich Verunreinigungen in dem Koks konzentrieren, und so, dass das Bett (55) aus groben Feststoffen bewirkt, dass die Koksablagerungen abgescheuert werden und der Koks zerkleinert wird, so dass feine Teilchen entstehen; eine erste Einrichtung (63, 64) zum Entfernen feiner Feststoffe aus der Reaktionskammer über den zweiten Stirnseitenzylinder (34); eine zweite Einrichtung (56) zum Trennen feiner Feststoffe von den groben Feststoffen an die Behälter-Seitenwand angrenzend und zum Befördern der abgetrennten feinen Feststoffe zu der ersten Einrichtung (63) zur Entfernung aus dem Behälter (30) als ein separater Feststoffstrom; eine dritte Einrichtung (53) zum Entfernen von Kohlenwasserstoffdämpfen aus der Reaktionskammer über einen Stirnseitenzylinder (33, 34) als einen separaten Dampfstrom, der feine Feststoffe enthält; und eine vierte Einrichtung (6), die mit der dritten Einrichtung (53) verbunden ist und ein Dampfkondensationssystem zum Kondensieren von Kohlenwasserstoffen aus dem Dampfstrom umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die dritte Einrichtung (53) ein Dampfrohr ist, das sich entlang der Längsachse des Behälters (30) erstreckt und über den zweiten Stirnseitenzylinder vorsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Einrichtung (63, 64) sich durch das Dampfrohr erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die zweite Einrichtung (56) eine Wendelrutsche (57, 58) mit einem Siebeinlass (61) an die Seitenwand des Behälters angrenzend, um feine Koksteilchen von den groben Bett-Feststoffen zu trennen, sowie einen Auslass umfasst, der in die erste Einrichtung (63, 64) austritt.