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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft
wirtschaftlich sinnvolle Verwendungen für Rückstandsheizöl. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung die Behandlung von vanadiumhaltigem
Rückstandsheizöl, so daß es in
einer Gasturbine zur Stromerzeugung verbrannt werden kann, ohne
daß sich
das Vanadium abträglich
auf die Gasturbine auswirkt.
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Systeme auf Gasturbinenbasis sind
als Mittel zum Erzeugen von Strom durch ihre hohe Effizienz, ihre
geringen Kapitalkosten und ihre kurze Anlaufzeit für Stromversorgungsunternehmen
besonders attraktiv. Der Gasturbineneinsatz war traditionellerweise
jedoch auf teure und manchmal geographisch rare Brennstoffe beschränkt, und
zwar hauptsächlich
Destillatöl
und Erdgas. Systeme auf der Basis von Gasturbinen tolerieren leider
keine Brennstoffe, die Metalle, wie etwa Vanadium, enthalten. Wenn
vanadiumhaltige Brennstoffe über
650°C (1200°F) verbrannt
werden, wie dies in Gasturbinen geschieht, greift das Vanadium die
Metallteile der Turbine an und verkürzt ihre Nutzlebensdauer.
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Ein derartiger vanadiumhaltiger Brennstoff ist
das Rückstandsheizöl („RFO"), das ein Nebenprodukt
bei der Raffinierung von Rohöl
ist und oft als Abfallnebenprodukt angesehen wird. Traditionellerweise
wird das RFO entweder in die Heizölmenge eingemischt, wodurch
die Brennstoffqualität
sinkt, behandelt, bei Nachfrage im Markt verkauft, was einen erheblichen
Verlust darstellen kann, oder entsorgt. Die Behandlungsverfahren
für das
RFO sind relativ teuer, wobei Verfahren wie das katalytische Wirbelbettkracken,
die superkritische Restölextrahierung,
die superkritische Fluidextrahierung, das Hochdruckhydrokracken,
das Flexicoking, das thermische Viskositätsbrechen, das Vergasen, die
verzögerte
Verkokung, die Zentrifugierung und das Anwenden von auf Magnesium
basierenden Vanadiuminhibitoren im RFO verwendet werden. Das unbehandelte
RFO hat im offenen Markt kaum Wert, und die Raffinerie muß es oft
kostenlos abgeben oder für
seine Entsorgung bezahlen.
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Da mehr Rohöl geringerer Qualität als in
der Vergangenheit raffiniert wird, steigt die Menge des erzeugten
RFO. Länder
in der dritten und zweiten Welt entscheiden sich oftmals dafür, ihr raffiniertes Öl im Ausland
gegen viel benötigtes
Kapital zu verkaufen, anstatt es selbst in Gasturbinen zur Stromerzeugung zu
verbrauchen. Dies führt
dazu, daß in
diesen Ländern
Brennstoff in Form von RFO existiert, ohne daß es einen wirtschaftlich sinnvollen
Weg gäbe,
daraus Strom zu erzeugen.
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Die Offenbarung von EP-A-0757091
liefert eine Vorgehensweise, von der angegeben wird, daß sie zum
Erzeugen elektrischer Energie aus bisher verwendeten Ölen und
anderen Erdölresten
verwendet wird.
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Es ist deshalb wünschenswert, ein wirtschaftliches
Verfahren und ein wirtschaftliches System zum Erzeugen von Strom
aus dem RFO bereitzustellen.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Dementsprechend besteht die allgemeine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens
und eines Systems zum Entasphaltieren des RFO in Ströme entasphaltierten Öls und Pechs,
die verbrannt werden können,
um Strom und Dampf zu erzeugen. Die Entasphaltierungs- und Strom-/Dampferzeugungssysteme
sind so integriert, daß der
durch Verbrennen des entasphaltierten Öls und Peches erzeugte Dampf
beim Entasphaltierungsschritt verwendet wird. Durch Integrieren
dieser Systeme wird Energie aus dem Verbrennen von Brennstoff zur
Stromerzeugung, die ansonsten verlorengehen würde, im Entasphaltierungsprozeß verwendet,
was zu größeren Vorzügen führt, als
wenn die beiden Systeme unabhängig
betrieben würden. Bewerkstelligt
wird diese Aufgabe, kurz gesagt, sowie andere Aufgaben der vorliegenden
Erfindung durch ein Verfahren zum Erzeugen von Strom aus Rückstandsheizöl, mit den
folgenden Schritten:
- a) Verarbeiten des Rückstandsheizöls unter
Verwendung eines Lösungsmittels
zur Bereitstellung eines ersten Stroms aus Raffinat/Lösungsmittel und
eines zweiten Stroms aus Lösungsmittel/entasphaltiertem Öl;
- b) Verwenden eines Flusses von Prozeßdampf an dem Strom aus Raffinat/Lösungsmittel
und Lösungsmittel/entasphaltiertem Öl zum Erzeugen eines
Stroms aus entasphaltiertem Öl
und eines Pechstroms;
- c) Verbrennen mindestens eines Teils des Stroms aus entasphaltiertem Öl in einem
unter Druck stehenden, Sauerstoff führenden Gas zur Erzeugung eines
unter Druck stehenden Heißgasstroms;
- d) Expandieren des unter Druck stehenden Heißgasstroms in einer ersten
Turbine zum Erzeugen von Wellenleistung und einem expandierten Gasstrom;
und
- e) Kühlen
des expandierten Gasstroms durch Übertragen von Wärme von
dem expandierten Gasstrom zu einem ersten Fluß von Speisewasser zum Erzeugen
eines ersten Flusses von erzeugtem Dampf, wobei der Fluß von Prozeßdampf mindestens
einen ersten Teil des ersten Flusses von erzeugtem Dampf umfaßt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schemadiagramm einer Stromerzeugungsund Heizölbehandlungsanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
ein Schemadiagramm des in 1 gezeigten
Heizölbehandlungssystems.
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3 ist
ein Schemadiagramm des in 1 gezeigten
Strom- und Dampferzeugungssystems.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen,
bei denen sich gleiche Bezugszahlen auf gleiche Elemente beziehen,
wird in 1 ein Schemadiagramm der
Integration eines Entasphaltierungssystems 200 mit einem
Strom- und Dampferzeugungssystem 1 gezeigt. Das Entasphaltierungssystem 200 erhält Rückstandsheizöl („RFO") 202 und
verarbeitet es, damit unter anderem entasphaltiertes Öl („DAO") 43 und
Pech 44 erzeugt werden. Das DAO 43- und das Pech 44 werden
im Strom- und Dampferzeugungssystem 1 zur Erzeugung von
Drehwellenleistung, die Stromgeneratoren 8 und 9 antreibt,
verbrannt.
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Die beiden Systeme 1 und 200 sind
integriert, da sie einander die zum Betrieb erforderlichen benötigten Ströme gegenseitig
zuführen,
einschließlich
des DAO 43 und des Pechs 44, die dem Strom- und
Dampferzeugungssystem 1 zugeführt werden. Das Entasphaltierungssystem 200 benötigt zum Trennen
des RFO 202 in DAO 43 und Pech 44 Dampf und
Wärmeenergie.
Das Strom- und Dampferzeugungssystem 1 erfüllt diesen
Bedarf über
den Dampf 58 und 62. Außerdem wird das Kondensat 71,
das sich aus dem im Entasphaltierungssystem 200 kondensierenden
Dampf bildet, dem Strom- und Dampferzeugungssystem 1 zugeführt, damit
ein effizientes geschlossenes Dampfkreislaufsystem entsteht. Alle diese
Integrationen tragen dazu bei, daß die thermodynamische Effizienz
des Gesamtsystems im Vergleich zum getrennten Betreiben der Systeme 1 und 200 verbessert
ist.
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Diese Systeme sind weiterhin durch
ein Steuermittel 100 integriert, bei dem es sich um eine auf
einem Mikroprozessor basierende Steuerung handeln kann, die Eingaben
A-X von verschiedenen Komponenten beider Systeme über Übertragungsmittel 102 empfängt. Das Steuermittel 100 entscheidet über die
Arbeitsbedingungen für
beide Systeme auf der Basis der Eingaben A-X und überträgt Ausgaben
AA-QQ durch die Übertragungsmittel 102 zu
verschiedenen anderen Komponenten beider Systeme, um die gewünschten
Arbeitsbedingungen zu erreichen. Einzelheiten dieser Eingaben und
Ausgaben sind unten beschrieben.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 2 wird das Entasphaltierungssystem 200 der
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Bei dem Entasphaltierungssystem 200 handelt
es sich bevorzugt um einen „ROSE"(Residual Oil Supercritical
Extraction)-Entasphaltierungsprozeß, der so modifiziert worden
ist, daß er
Dampf als Quelle der zur Behandlung des RFO-Stroms 202 benötigte Wärmeenergie verwendet.
Unter der Behandlung des RFO 202 ist zu verstehen, daß das Entasphaltierungssystem 200 das
RFO 202, das bis zu 1000 ppm Vanadium und mehr aufweist,
in das DAO 43 mit reduzierten Vanadiumkonzentrationen und
Pech 44 mit dem größten Teil
des Vanadiums trennt. Ein modifizierter ROSE-Entasphaltierungsprozeß ist erhältlich von
der Firma The M. W. Kellogg Technology Company, 601 Jefferson Ave.,
Houston, TX 77002–7990.
Weitere Ausführungsformen
der Erfindung können
andere Entasphaltierungsprozesse verwenden, wie etwa den Solvahl-Prozeß, der erhältlich ist
vom Institut Francais du Petrole, Petrole Refining, Petrochemistry,
Gas Grad. Centre 4, P. B. 311, Avenue de Bois Preau, 92506 Rueil-Malmaison,
den LEDA-Entasphaltierungsprozeß der
Firma Foster Wheeler USA Corp., Livingston, New Jersey, und den
superkritischen Fluidextraktionsprozeß, der erhältlich ist durch State Key
Laboratory of Heavy Oil Processing at the Petroleum University,
Beijing, China, die modifiziert worden sind, so daß sie Dampf
verwenden, um die erforderliche Wärmeenergie zu liefern.
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Das Entasphaltierungssystem 200 empfängt das
RFO 202 in einen Kontaktor 204. Der Fluß des RFO 202 wird über ein Steuerventil 270 gesteuert, das
von dem Steuermittel 100 über die Ausgabe AA gesteuert
wird. Eine Pumpe 203 setzt das RFO 202 unter ausreichend
hohen Druck, damit es dem Kontaktor 204 zugeführt werden
kann. Ein Speiselösungsmittelstrom 230 wird
ebenfalls in den Kontaktor 204 eingespeist. Bei anderen
Ausführungsformen der
Erfindung wird ein Teil des Speiselösungsmittelstroms 230 vor
seinem Eintritt in den Kontaktor 204 mit dem RFO 202 vermischt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Speiselösungsmittel
N-Butan, doch können
bei anderen Ausführungsformen
der Erfindung andere geeignete Lösungsmittel
verwendet werden.
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Ein erster Schritt zum Entfernen
der Asphaltene oder des „Pechs" erfolgt im Kontaktor 204.
Das Pech ist in dem ein geringeres spezifisches Gewicht aufweisenden
Lösungsmittel
viel weniger löslich
als das ein höheres
spezifisches Gewicht aufweisende Raffinat. Deshalb strömt das Raffinat
nach unten und tritt aus dem Boden des Kontaktors als Strom 231 aus
Raffinat/Lösungsmittel
aus. Bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung tritt geringfügig
weniger als ein Volumen des mitgeführten Lösungsmittels pro Volumen Asphalten
als Teil des Stroms 231 aus Raffinat/Lösungsmittel aus.
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Im nächsten Schritt wird der Strom 231 aus Raffinat/Lösungsmittel
zu einem Raffinatstripper 210 geführt, wo der größte Teil
des verbleibenden Lösungsmittels
unter Verwendung eines Dampfflusses 234 aus dem Strom 231 ausgetrieben
wird, um einen Raffinatstrom 232 und einen mit Wasser beladenen Lösungsmittelstrom 233 zu
bilden. Der Dampffluß 234 kommt
von dem kombinierten Dampffluß 58 und 62,
der im Strom- und Dampferzeugungssystem 1 produziert wird. Der Raffinatstrom 232 wird
zu einem Raffinatspeichertank 214 geführt, mit Ausnahme eines Teils,
der die Raffinatstripperreboilerleitung 237 bildet. Der
Lösungsmittelstrom 233 wird
zu einem Lösungsmittelsammelrohr 238 gelenkt.
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Der Strom 231 aus Raffinat/Lösungsmittel tritt
oben in den Raffinatstripper 210 ein, wo das Lösungsmittel
in einer Umgebung mit einem relativ geringen Druck von unter 100
psig (690 kPa) schnell verdampft wird. Eine andere Ausführungsform
der Erfindung kann an dem Strom 231 eine Vorheizeinrichtung
aufweisen, um eine Mindestspeisebodentemperatur zu erzielen. Die
Pechkomponente des Stroms 231 wird durch den Dampffluß 234 ausgetrieben,
der zu einem Reboiler 216 geführt wird. Ein Kondensatstrom 241 tritt
aus dem Reboiler 216 aus und wird mit anderen unten beschriebenen
Kondensatleitungen zusammengeführt,
um das Kondensat 71 zu bilden, das zum Strom- und Dampferzeugungssystem 1 geführt wird.
Das Volumen des Dampfflusses 234 wird über das Steuerventil 272 gesteuert,
das von dem Steuermittel 100 über die Ausgabe FF gesteuert
wird. Das Volumen der Pechstripperreboilerleitung 237,
die die Wärmeenergie
für den
Stripper 210 bereitstellt, wird über das Steuerventil 273 gesteuert,
das von dem Steuermittel 100 über die Ausgabe HH gesteuert
wird. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung sind folgende einige der Eingaben, die das Steuermittel
100 zum Bestimmen seiner Ausgaben FF und HH verwendet: Eingabe E,
die die Bedingungen des Pechstrippers 210 überträgt; Eingabe
N, die die Bedingungen des Pechstroms 232 überträgt und Eingabe
S, die die Bedingungen des Dampfflusses 234 überträgt. Unter
dem Ausdruck „Bedingungen" sollen der mittlere
Durchsatz, der Druck, die Temperatur, das Volumen, der Pegel oder
etwaige andere Systemmessungen verstanden werden, die man durch
Instrumentierung erhält
und die für
das Bestimmen von Ausgaben des Steuermittels 100 relevant
sind. Andere Ausführungsformen
der Erfindung können
andere Eingaben verwenden und andere Mittel zum Steuern von Bedingungen
aufweisen, als die, die gezeigt sind. Diese Feststellung gilt nicht
nur für
diesen spezifischen Abschnitt dieser Ausführungsform der Erfindung, sondern
auch für
andere Abschnitte dieser und anderer Ausführungsformen der Erfindung.
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Der Durchsatz des Dampfflusses 234 beträgt bevorzugt
0,5 bis 1,0 lbs/h (0,227 bis 0,454 kg/h) Dampf pro Barrel Raffinat 44 pro
Tag. Der Dampffluß 234 kommt
von getrennten Zwischen- und Hochdruckdampfflüssen 58 und 62,
die in dem in 3 gezeigten
Strom- und Dampferzeugungssystem 1 erzeugt werden. Der
Dampffluß 58 und 62 können wie in 2 gezeigt in eine einzige
Dampfflußsammelleitung
kombiniert werden. Andere Ausführungsformen der
Erfindung können
mehrfache Sammelleitungen und/oder getrennte Sammelleitungen für jeden Dampfflußdruck aufweisen.
Eine zusätzlichen
Ausführungsform
der Erfindung kann einen anderen Dampffluß aufweisen, der direkt in
den Raffinatstripper 210 geht, was zur Produktion von saurem
Wasser führt.
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Der Pechspeichertank 214 empfängt den Raffinatstrom 232 und
hält ihn
erwärmt,
um die Viskosität
bis zu seinem Austritt aus dem Tank beizubehalten. Der Pechspeichertank
wird von einem Dampffluß 240 erwärmt. Das
Volumen des Dampfflusses 240 wird von einem Steuerventil 275 reguliert, das
durch ein Ausgangssignal PP gesteuert wird. Eine Eingabe G vom Pechspeichertank 214 wird
zum Steuermittel 100 übertragen,
um das Dampfvolumen zu bestimmen, das zum Aufrechterhalten der Viskosität des Peches
benötigt
wird. Ein Kondensatstrom 242 entfernt das ausgebildete
Kondensat aus dem kondensierenden Dampffluß 240 und leitet es
zum Kondensat 71. Das Pech tritt aus dem Tank 214 als Pechströme 44 und 239 aus.
Das Pech 44 wird zur Verwendung als Brennstoff, wie unten
beschrieben, dem Strom- und Dampferzeugungssystem 1 zugeführt. Der
Pechstrom 239 wird für
andere Zwecke verwendet, wie etwa als Komponente für Asphaltzement-Bitumen, Asphaltemulsionen,
Dacheindeckungen, Beschichtungen, Bindemittel, Brennstoff und chemische
Einsatzstoffe. Die Volumen des Peches 44 und des Pechstroms 239 werden
vom Steuermittel 100 über
die zu den Steuerventilen 284 und 274 übertragenen
Ausgaben II beziehungsweise NN gesteuert. Bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung optimiert das Steuermittel 100 die Volumen des
Peches 44 und des Pechstroms 239 aus wirtschaftlichen
Gründen.
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Der Kontaktor 204 erzeugt
auch einen Strom 245 aus Lösungsmittel/DAO, der durch
eine Heizeinrichtung 220 erwärmt und zu einem DAO-Separator 206 geführt wird.
Ein Dampffluß 248 wird
zur Heizvorrichtung 220 gelenkt, wobei das Volumen des Dampfs
vom Steuermittel 100 über
die Ausgaben OO zu einem Inline-Steuerventil 278 gesteuert
wird. Ein Kondensatstrom 244 von der Heizeinrichtung 220 wird
zum Kondensat 71 gelenkt. Die Heizeinrichtung 220 erwärmt den
Strom 245 aus Lösungsmittel/DAO über die
kritische Temperatur des reinen Lösungsmittels. Bei anderen Ausführungsformen
der Erfindung wird dem Strom 245 Wärmeenergie durch andere Mittel
zugeführt,
einschließlich
des Austauschs von Wärmeenergie
mit anderen Strömen
im System. Durch das Erwärmen
des Stroms 245 über
die kritische Temperatur des Lösungsmittels
soll die Dichte des Lösungsmittels
gesenkt werden. Dies führt
dazu, daß die
DAO-Komponente im Strom 245 aus Lösungsmittel/DAO im Lösungsmittel
weniger löslich ist,
so daß es
zu einer Phasentrennung kommt. Bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung trennen sich mindestens 90% des Lösungsmittels im Strom aus Lösungsmittel/DAO
im DAO-Separator heraus und treten als Lösungsmittelstrom 250 aus. Der
Rest tritt aus dem DAO-Separator 206 als Bodenstrom 251 aus
und wird zu einem DAO-Stripper 208 geleitet. Bei der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung enthält
der Bodenstrom 251 etwas weniger als 1 Volumen mitgeführten Lösungsmittels
pro Volumen DAO. Die Arbeitsbedingungen des DAO-Separators 206 werden
so eingestellt, daß man die
für eine
guten Trennung benötigte
erforderliche Dichtedifferenz erzielt.
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Ein Teil 253 des Lösungsmittelstroms 250 wird
mit dem Speiselösungsmittelstrom 260 zusammengeführt, um
dem Kontaktor 204 zurückgeführtes Lösungsmittel
sowie Wärmeenergie
zuzuführen.
Die Arbeitstemperatur, die Lösungsmittelzusammensetzung,
das Lösungsmittel-Öl-Verhältnis und
in einem geringeren Maß der
Druck im Kontaktor 204 beeinflussen die DAO-Ausbeute und – qualität. Da bestimmte
Parameter (d. h. das Lösungsmittel-Öl-Gesamtverhältnis, die
Lösungsmittelzusammensetzung und
der Arbeitsdruck) auf relativ konstante Werte fixiert sind, wird
die Arbeitstemperatur des Kontaktors 204 als die primäre Leistungsvariable
verwendet. Weiterhin wird die Ertragsmenge von DAO aus dem RFO 202 effektiv
durch die Arbeitstemperatur. des Kontaktors 204 gesteuert.
Höhere
Arbeitstemperaturen führen
zu weniger DAO im Strom 245 aus Lösungsmittel/DAO. Niedrigere
Arbeitstemperaturen produzieren einen Strom 245 aus Lösungsmittel/DAO
mit relativ mehr DAO, aber von schlechter Qualität. Die Bedingungen des Kontaktors 204 werden über die
Eingabe B zum Steuermittel 100 übertragen. Das Steuermittel 100 steuert
die Temperatur im Kontaktor 204, indem es die Temperatur
und den Fluß des
Lösungsmittelspeisestroms 230 steuert.
Die Temperatur des Stroms 23G wird durch die Heizvorrichtung 220 angehoben,
die die Temperatur des Stroms 245 aus Lösungsmittel/Dampf und dadurch des
Lösungsmittelstroms 253 anhebt.
Die Temperatur des Lösungsmittelstroms 230 wird
durch einen Kühler 222 abgesenkt,
der Umgebungsluft als Kühlmedium
verwendet und über
eine Ausgabe QQ gesteuert wird, wodurch Wärmeenergie aus dem Strom 230 entfernt
wird. Die Menge oder der Fluß des Stroms 230 wird über Steuerventile 276 und 277 gesteuert,
die vom Steuermittel 100 durch Ausgaben JJ beziehungsweise
BB gesteuert werden. Das Steuerventil 276 steuert die Menge
an Speiselösungsmittel 260,
die von einem Lösungsmittelpuffertanksystem 212 zum
System zurückgeschickt
wird. Das Steuerventil 277 steuert den Fluß eines
Lösungsmittelstroms 252,
bei dem es sich um denjenigen Teil des Stroms 250 handelt,
der zum Strom 253 wird und der zum Lösungsmittelpuffer tanksystem 212 geleitet wird.
Durch Erhöhen
des Flusses des Stroms 252 sinkt der Fluß des Stroms 253.
Damit es die erforderlichen Bestimmungen vornehmen kann, empfängt das
Steuermittel 100 die Eingaben A, B, C, F, I, J, K und V.
Andere Ausführungsformen
der Erfindung können
andere Eingaben verwenden. Überschüssiges Lösungsmittel
im Lösungsmittelpuffertanksystem kann über die Überschußlösungsmittelleitung 259 entfernt
werden.
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Der DAO-Stripper 208 treibt
den größten Teil des
verbleibenden Lösungsmittels
unter Verwendung eines Dampfflusses 254 aus dem Bodenstrom 251 aus,
wodurch das DAO 43 und ein Lösungsmittelstrom 258 entstehen.
Der Bodenstrom 251 tritt in den oberen Teil des DAO-Strippers 208 ein.
Da der Druck im Stripper unter 100 psig (690 kPa) liegt, verdampft mindestens
ein Teil des Lösungsmittelstroms
im Bodenstrom 251 schnell und bildet den Lösungsmittelstrom 258.
Die DAO-Komponente des Stroms wird mit einem Dampffluß 254 aufgekocht,
der zu einem Reboiler 218 in einer DAO-Stripper-Zurückführleitung 257 gelenkt
wird. Das Volumen des Dampfflusses 254 wird über ein
Steuerventil 280 gesteuert, das vom Steuermittel 100 über die
Ausgabe EE gesteuert wird. Das Volumen der DAO-Stripperreboilerleitung 257,
das die Wärmeenergie
für den
Stripper 208 liefert, wird über ein Steuerventil 281 gesteuert,
das vom Steuermittel 100 über die Ausgabe GG gesteuert
wird. Bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform der
Erfindung sind folgende einige der Eingaben, mit denen das Steuermittel
seine Ausgaben EE und GG bestimmt: Eingabe D, die die Bedingungen
des DAO-Strippers 208 überträgt; Eingabe
M, die die Bedingungen des DAO 43 überträgt; und die Eingabe R, die
die Bedingungen des Dampfflusses 254 überträgt. Andere Ausführungsformen
der Erfindung können
andere Eingaben verwenden und andere Mittel zum Steuern von Bedingungen
aufweisen, als die, die gezeigt sind. Ein Kondensatstrom 243 tritt
aus dem Reboiler 218 aus und wird mit anderen Kondensatleitungen 244, 241 und 242 zusammengeführt, wodurch
das Kondensat 41 entsteht, das zum Strom- und Dampferzeugungssystem 1 gelenkt
wird.
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Der zum Reboiler 218 gelenkte
Dampffluß 254 ist
vom Dampf 58 und 62 abgezweigt. Der Durchsatz
des Dampfflusses 254 ist bevorzugt 0,5 bis 1,0 lbs/h (0,227
bis 0,454 kg/h) Dampf pro Barrel DAO 43 pro Tag. Bei einer
zusätzlichen
Ausführungsform
der Erfindung kann ein anderer Dampffluß direkt in den Raffinatstripper 210 verlaufen,
was zur Produktion von saurem Wasser führt.
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Die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung kann ein Lösungsmittelregelkreissystem
verwenden, von dem Aspekte zuvor offenbart wurden. Das System hat
die Funktion, Speiselösungsmittel 230 dem
Kontaktor 204 zuzuführen,
um das DAO aus dem RFO-Strom 202 zu extrahieren. Während des Entasphaltierungsprozesses
wird das Lösungsmittel mit
DAO und Pech verunreinigt. Relativ sauberes Lösungsmittel tritt im Strom 252 auf,
der aus dem DAO-Separator 206 austritt. Ein Teil dieses,
der Strom 253, wird zum Kontaktor 204 geleitet.
Der andere Teil, der Strom 252, wird mit dem Strom 258 vom
DAO-Stripper 208 und
dem Strom 233 vom Raffinatstripper 210 zusammengeführt, um
die Lösungsmittelsammelleitung 238 zu
bilden. Die Lösungsmittelsammelleitung 238 führt zum
Lösungsmittelpuffertanksystem 212.
Das Lösungsmittelpuffertanksystem 212 führt gegebenenfalls
andere Behandlungsprozesse für
eine spezifische Ausführungsform
durch, d. h. Abführen
nicht kondensierbarer Gase zu einem Behandlungssystem. Die Größe des Lösungsmittelpuffertanksystems 212 ist
so bemessen, daß es
die den Strom 252 begleitenden Lösungsmittelstoßwellen
aufnehmen kann. Diese Situation tritt hauptsächlich während des Anlaufens auf.
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In 3 ist
das System 1 zum Erzeugen von Strom und Dampf aus dem von
dem Heizölbehandlungssystem 200 erzeugten
DAO und Pech gezeigt. Das System 1 besteht aus drei Hauptkomponenten, einer
Gasturbine 2, einem Abhitzedampferzeuger („HRSG" = heat recovery
steam generator) 10 und einer Dampfturbine 38.
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Die Gasturbine 2 besteht
herkömmlicherweise
aus einem Verdichter 4, einer Brennkammer 5 und einer
Turbine 6.
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Der HRSG 10 ist bevorzugt
vom Typ mit drei Druckstufen und besteht aus einem Kanalbrenner 12 und
Abschnitten mit Niederdruck, Mitteldruck und Hochdruck. Der Unterdruckabschnitt
besteht aus einem Unterdruckvorwärmer 16,
einem Unterdruckverdampfer 18 und einem Unterdrucküberhitzer 28.
Der Mitteldruckabschnitt besteht aus einem Mitteldruckvorwärmer 22,
einem Mitteldruckverdampfer 24, einen Mitteldrucküberhitzer 26 und
einem Mitteldruckzwischenerhitzer 36. Der Hochdruckabschnitt
besteht aus einem Hochdruckvorwärmer 30,
einem Hochdruckverdampfer 32 und einem Hochdrucküberhitzer 34.
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Die Dampfturbine 38 besteht
aus einer Hochdruckturbine 40, einer Niederdruckturbine 41,
einem Stromgenerator 9 und einem Kondensator 14.
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Im Betrieb saugt der Verdichter 4 Umgebungsluft 42 an
und erzeugt komprimierte Luft 3, die zur Brennkammer 5 gelenkt
wird. In der Brennkammer 5 wird das DAO 43 in
der komprimierten Luft 3 unter Entstehung eines heißen Gases 7 verbrannt. Da
das Brennstoffbehandlungssystem, wie oben erörtert, bewirkt, daß der Hauptteil
des Vanadiums im Rückstandsheizöl im Pech
zurückbleibt,
weist das DAO 43 bevorzugt weniger als 1 ppmw Vanadium auf.
Dadurch kann die Verbrennung von ausreichend DAO 43 das
heiße
Gas 7 auf die Höchsttemperatur erhitzen,
die die mit den Turbinenkomponenten verbundenen mechanischen Einschränkungen
gestatten, bevorzugt eine Temperatur über 1100°C (2000°F).
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Das aus der Brennkammer 5 ausströmende heiße Gas 7 dehnt
sich in der Turbine 6 aus, wodurch eine Drehwellenleistung
erzeugt wird, die einen Strom erzeugenden elektrischen Generator 8 antreibt
sowie den Verdichterrotor. Das aus der Turbine 6 austretende
heiße
Gas 46, das bei der bevorzugten Ausführungsform eine Temperatur
von etwa 566°C (1050°F) aufweist,
wird zum HRSG 10 geleitet. Im HRSG 10 wird Wärme von
dem heißen
Gas 47 auf das Speisewasser und den Dampf übertragen,
um sowohl überhitzten
Dampf für
die Dampfturbine 38 sowie einen vorerhitzenden als auch
aufkochenden Dampf für
das Brennstoffbehandlungssystem 200 zu erzeugen. Das gekühlte Abgas 48 tritt
aus dem HRSG 10 in die Atmosphäre aus.
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Im HRSG 10 wird Pech 44 aus
dem Pechspeicher 214 im Kanalbrenner 12 verbrannt,
wodurch der Sauerstoffgehalt des Abgases 46 reduziert und seine
Temperatur angehoben wird. Die verbrannte Menge an Pech 44 kann
bis zu dem Punkt maximiert werden, an dem Sauerstoff in dem aus
dem HRSG 10 austretenden abgekühlten Abgas 48 auf
nicht mehr als etwa 6 Volumenprozent reduziert ist. Der Sauerstoffgehalt
im Abgas 48 wird über
die Eingabe T zum Steuermittel 100 übertragen. Auf der Basis der Eingabe
T ändert
das Steuermittel 100 den Fluß des Peches 44 durch Übertragen
einer Ausgabe II zum Steuerventil 284, das den Sauerstoffgehalt
im Gas ändert.
Der Fluß des
Peches kann auch auf der Basis der Temperatur des Gases 47 hinter
dem Kanalbrenner 12 gesteuert werden, so daß die Gastemperatur nicht über etwa
343°C (650°F) ansteigt.
Die Temperatur des Gases 47 wird über eine Eingabe X zum Steuermittel 100 übertragen.
Auf der Basis der Eingabe X ändert
das Steuermittel 100 den Fluß des Peches 44 durch Übertragen
der Ausgabe II zum Steuerventil 284, das die Temperatur
des Gases 47 ändert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung basiert der Pechdurchsatz auf dem Sauerstoffgehalt
im abgekühlten
Abgas 48 ohne Berücksichtigung
der Temperatur des expandierten Gasstroms 47.
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Beim Betrieb des HRSG 10 wird
Kondensat 50 durch eine Pumpe 15 vom Hotwell des
Kondensators 14 zum Niederdruckvorwärmer 16 geleitet,
wo seine Temperatur bis auf einen Punkt kurz unter der Sättigungstemperatur
angehoben wird. Das erwärmte
Speisewasser vom Niederdruckvorwärmer 16 wird dann
zur Dampftrommel des Niederdruckverdampfers 18 geleitet,
der bevorzugt mit einem Druck von etwa 450 kPa (60 psig) arbeitet.
Gesättigter
Dampf 54 vom Niederdruckverdampfer 18 wird zu
einem Niederdrucküberhitzer 28 geleitet,
wo seine Temperatur bevorzugt auf etwa 316°C (600°F) angehoben wird. Der überhitzte
Niederdruckdampf 55 wird einer Zwischenstufe in der Niederdruckdampfturbine 41 zugeleitet,
wo er sich ausdehnt, wodurch Drehwellenleistung zum Antrieb des
Stromgenerators 9 erzeugt wird.
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Wie in 3 gezeigt,
wird ein Teil 51 des erwärmten Speisewassers in der
Dampftrommel des Niederdruckverdampfers 18 aus der Trommel
extrahiert und in zwei Ströme 52 und 53 aufgeteilt.
Der erste Speisewasserstrom 52 wird zu einer Mitteldruckboilerspeisepumpe 19 geleitet,
die seinen Druck erhöht
und ihn zum Mitteldruckvorwärmer 22 leitet,
wo seine Temperatur auf einen Punkt kurz unter der Sättigungstemperatur
angehoben wird. Vom Mitteldruckvorwärmer 22 wird das erwärmte Speisewasser 72 zur
Dampftrommel des Mitteldruckverdampfers 24 geleitet, der
bevorzugt mit einem Druck von etwa 2760 kPa (400 psig) arbeitet.
Mitteldruckdampf 56 vom Mitteldruckverdampfer 24 wird zum Mitteldrucküberhitzer 26 geleitet,
wo seine Temperatur bevorzugt auf etwa 290°C (550°F) angehoben wird. Der überhitzte
Mitteldruckdampf 57 wird dann in zwei Ströme 58 und 59 aufgeteilt.
Der Durchsatz des Zwischendruckdampfs 58 wird vom Steuermittel 100 über die
Ausgabe LL zu einem Steuerventil 280 in der Dampfleitung
gesteuert. Die Menge des Durchsatzes wird durch die Dampfnachfrage
des Entasphaltierungssystems 200 bestimmt. Bei der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird der
Mitteldruckdampf 58 wie oben erörtert mit dem Hochdruckdampf 62 zusammengeführt. Mitteldruckdampf 59 wird
zur weiteren Erwärmung
wie unten erörtert
mit der Hochdruckdampfturbine entweichendem Mitteldruckdampf zusammengeführt.
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Der zweite Speisewasserstrom 53 von
der Niederdruckverdampfer-Dampftrommel wird zu einer Hochdruckboilerspeisepumpe 20 gelenkt,
die seinen Druck anhebt und ihn zum Hochdruckvorwärmer 30 leitet,
wobei seine Temperatur bis kurz unter der Sättigungstemperatur angehoben
wird. Von diesem Hochdruckvorwärmer 30 wird
das erwärmte
Speisewasser 60 zur Dampftrommel des Hochdruckverdampfers 32 geleitet,
der bevorzugt bei einem Druck von etwa 11700 kPa (1700 psig) arbeitet.
Gesättigter Hochdruckdampf 61 vom
Hochdruckverdampfer 32 wird in zwei Ströme 62 und 63 aufgeteilt.
Der Durchsatz des Hochdruckdampfs 62 wird vom Steuermittel 100 über die
Ausgabe MM zu einem Steuerventil 283 in der Dampfleitung
gesteuert. Die Menge des Durchsatzes wird durch die Dampfnachfrage
des Entasphaltierungssystems 200 bestimmt.
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Der Hochdruckdampf 63 wird
zum Hochdrucküberhitzer 34 geleitet,
wo seine Temperatur bevorzugt auf etwa 538°C (1000°F) angehoben wird. Der überhitzte
Hochdruckdampf 64 wird zu der Hochdruckdampfturbine 40 geleitet,
wo er sich teilweise ausdehnt, wodurch zusätzliche Wellenleistung zum Antreiben
des Stromgenerators 9 erzeugt wird. Die Hochdruckdampfturbine 40 gibt
zwei Ströme
von Mitteldruckdampf 65 und 68 ab. Der Mitteldruckdampf 65 wird
wie oben erörtert
mit einem Teil des überhitzten
Mitteldruckdampfs 59 vom Mitteldrucküberhitzer 26 zusammengeführt und
dann im Zwischenerhitzer 36 wieder auf eine Temperatur
erwärmt,
die bevorzugt etwa 538°C
(1000°F)
beträgt.
Der wiedererwärmte
Dampf 67 wird dann zur weiteren Expandierung zu einer Zwischenstufe
in der Hochdruckdampfturbine 40 geleitet. Der Zwischendruckdampf 68 wird zur
Beendigung der Expansion zur Nieder druckdampfturbine 41 geleitet.
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Der aus der Niederdruckdampfturbine 41 austretende
Niederdruckdampf 69, der sich bevorzugt auf unteratmosphärischem
Druck befindet, wird zum Kondensator 14 geleitet, um zum
System zurückzukehren.
Dem Kondensator l4 wird auch entgastes Zusatzwasser 70 von
einer Speisewasserversorgung 80, zusammen mit dem vom Entasphaltierungssystem 200 zurückkehrenden
Kondensat 71 zugeführt.
Das Volumen des Zusatzwassers 70 wird dadurch gesteuert,
daß das
Steuermittel 100 die Ausgabe KK zum Steuerventil 282 überträgt. Das
Volumen wird auf der Basis der Eingabe W, den Bedingungen des Kondensats 50 und
der Eingabe U, den Bedingungen des Kondensats 71, bestimmt.
Weitere Ausführungsformen
der Erfindung können
andere Eingaben oder Steuermechanismen aufweisen.
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Wie ohne weiteres zu verstehen ist,
erzeugt das oben beschriebene System in den Generatoren 8 und 9 aus
dem Verbrauch des DAO 43 und des Peches 44, die
vom Heizölbehandlungssystems
erzeugt werden, eine maximale Menge an elektrischer Leistung.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
unter Bezugnahme auf ein bestimmtes System zum Erzeugen von Dampf
und Strom erörtert
worden ist, könnten
auch andere DAO verbrennende Systeme genutzt werden. Die Gasturbine
könnte
beispielsweise in einem Einfachzyklusmodus betrieben werden, und der
Dampf, den das Heizölbehandlungssystem
benötigt,
könnte
von einem das Pech verbrennenden Hilfsboiler oder einem Wärmerückgewinnungsboiler im
Heißgasweg
des Einfachzyklus zugeführt
werden. Außerdem
könnte
der ganze von dem HRSG erzeugte Dampf zur Dampfturbine geleitet
werden, und die Dampfanforderungen des Heizölbehandlungssystems könnten durch
Extrahieren von Mitteldruckdampf aus der Dampfturbine gedeckt werden.
Folglich kann die vorliegende Erfindung in anderen spezifischen
Formen verkörpert
werden, ohne vom Schutz bereich oder wesentlichen Attributen davon abzuweichen,
und es sollte zur Angabe des Schutzbereichs der Erfindung dementsprechend
auf die beigefügten
Ansprüche
Bezug genommen werden, anstatt auf die obige Patentschrift.