DE69927062T2

DE69927062T2 - Verfahren zur abfallentsorgung durch ein verkokungsprozess

Info

Publication number: DE69927062T2
Application number: DE69927062T
Authority: DE
Inventors: Klaus Genssler; R. Raymond RUTH
Original assignee: US Filter Scaltech Inc
Current assignee: Veolia Water Scaltech Inc
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: AU1813700A; EP1171546A1; ATE303423T1; DE69927062D1; BR9914987A; EP1171546B1; EP1171546A4; ES2245519T3; WO2000026324A1; US6204421B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recyceln von Abfall, insbesondere von Erdölabfall, welcher bei Raffineriearbeiten erzeugt wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Entsorgung und/oder das Recyceln von Abfall in einem Verkokungsprozess.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der Verkokungsprozess
Verkokung wird seit vielen Jahren praktiziert. Das Verfahren umfasst das Aussetzen eines Zuführstroms der Hitze, was zu einem thermischen Cracken von schweren flüssigen Kohlenwasserstoffen in dem Strom führt, um Gas, flüssige Ströme mit verschiedenen Siedebereichen und Koks zu produzieren. Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Koks aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einem verzögerten Verkokungsverfahren wird eine Erdölfraktion bis zu Verkokungstemperaturen erhitzt und dann unter Bedingungen, die ein thermisches Cracken initiieren, in einen Kokssammler eingespeist. Nach dem Wegbrechen leichterer Bestandteile findet eine Polymerisation der aromatischen Strukturen statt, wobei eine poröse Koksmasse im Sammler abgeschieden wird.
Bei einem typischen verzögerten Verkokungsverfahren wird Rückstandsöl durch Wärmeaustausch mit den flüssigen Produkten aus dem Prozess erhitzt und dann in einen Destillationsturm eingespeist, in dem alle leichten Produkte, die in dem Rückstandsöl zurückgeblieben sein könnten, herausdestilliert werden. Das Öl wird dann durch einen Ofen gepumpt, wo es auf die gewünschte Verkokungstemperatur erhitzt wird. Aus dem Ofen wird das heiße Öl in den Sumpf des Kokssammlers eingebracht. Das Öl wird einem thermischen Cracken und einer Polymerisation während eines ausgedehnten Zeitraums ausgesetzt, was zu der Produktion von Kohlenwasserstoffdämpfen und von porösem kohleartigem Koks, welches in dem Sammler verbleibt, führt. Die Dämpfe verlassen den Kopf des Sammlers und werden in den Destillationsturm zurückgebracht, wo sie in die gewünschten Fraktionen destilliert werden. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis der Sammler im Wesentlichen voll mit porösem Koks ist. Die Rückstandsöleinspeisung wird dann typischerweise in einen zweiten parallelen Sammler umgeleitet, während Dampf durch den Sumpfeinlass des ersten Sammlers eingeführt wird, um den Koks abzuschrecken.
Der Dampf zerlegt das verbleibende ungekrackte Öl im Sammler. Während der frühen Stufe des Bedampfungsvorgangs wird die Mischung aus Wasser- und Öldämpfen weiterhin einer Produktrückgewinnung zugeführt, wie während der Verkokungsstufe. Danach wird aus dem Backofen der resultierende Abfluss in "Blow-Down"-Anlagen abgelenkt, wo er kondensiert und in Absetzbehälter transferiert wird. In den Absetzbehältern wird Öl von der Oberfläche des Wassers abgeschöpft.
Nach einem Dampfabkühlen auf ca. 700 Grad bis 750 Grad F. wird Wasser in den Sumpf des Kokssammlers eingebracht, um das Abschrecken zu komplettieren. Die ersten Anteile an Wasser werden natürlich durch den heißen Koks verdampft. Der restliche Dampf plus der Öldampf werden durchgeführt, um zur Kondensati on und zum Abschöpfen ausgeblasen zu werden, um Öl zu separieren. Die Wasserzugabe wird fortgesetzt, bis der Sammler komplett mit Wasser gefüllt ist. Für einen Zeitabschnitt danach wird Wasser eingebracht, um den Sammler mit dem Abfluss zu überfüllen, welcher zu der Absetzvorrichtung geleitet worden ist; und zwar zum Entfernen von mitgerissenem Öl etc.
Das Wasserabsetzsystem nimmt auch Wasser von anderen Prozessen in der Verkokungsanlage auf, wie später beschrieben wird. Das geklärte Wasser, welches durch das Absetzsystem produziert wird, stellt das Wasser zum Abschrecken und zum Rückgewinnen des Koks von dem Sammler zur Verfügung. Die Koksrückgewinnung geschieht durch Abführen von Kopf- und Sumpfhitze aus dem Sammler und Schneiden des Koks durch hydraulische Düsen. Zuerst wird eine vertikale Vorbohrung durch das Volumen des Koks gebohrt, um einen Kanal für eine Koksabfuhr durch die Sumpföffnung zur Verfügung zu stellen. Dann wird eine hydraulische Düse gegen die Oberseite des Koks in einem Abstand von der zentralen Abführbohrung gerichtet, wobei der Koks in Stücke geschnitten wird. Die Stücke fallen aus dem Kokssammler durch die Vorbohrung heraus. Die Schneiddüse überquert den Sammler, bis das Koksbett komplett entfernt ist.
Das austretende Koks bewegt sich in einer Größe von großen Klumpen bis zu feinen Partikeln. In einem beträchtlichen Umfang werden die feinen von den größeren Stücken getrennt, da sich der Koks in geschlitzte Eimer oder Trichterwagen entleert, wobei das Wasser durch die Schlitze abgeleitet wird. Die Dispersion von Feinpartikeln in Wasser wird durchgeführt, um die Feinpartikel als festen Brennstoff zurückzugewinnen, und das Wasser kehrt in das System zur Verwendung beim Abschrecken und Schneiden zurück.
Bei einem "Flexiverkokungs-Verfahren" zirkuliert ein Materialstrom kontinuierlich zwischen einem Reaktor und einem Erhitzer. Insbesondere wird ein Zuführstrom in ein Fließbett zusammen mit einem Strom aus heißem rezirkulierenden Material einem Fließbett zugeführt. Von dem Reaktor wird ein Strom, der Koks enthält, zu einem Heizgefäß geleitet, wo er erhitzt wird. Der heiße Koksstrom wird von dem Erhitzer zu einem Vergaser geleitet, wo er mit Luft und Dampf reagiert. Das Vergaser-Produktgas, das als Koksgas bezeichnet wird und mitgerissene Kokspartikel enthält, wird zu dem Erhitzer zurückgeführt und durch kalten Koks aus dem Reaktor gekühlt, um einen Teil des Reaktorhitzebedarfs bereitzustellen. Ein Rückstrom aus Koks, welcher von dem Vergaser zu dem Erhitzer geleitet wird, stellt die Restmenge des Hitzebedarfs zur Verfügung. Heißes Koksgas, welches den Erhitzer verlässt, wird verwendet, um einen Hochdruck-Dampf zu erzeugen, bevor es für Reinigungsarbeiten verarbeitet wird. Koks wird kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt.
In einem Flüssig-Verkokungsprozess wird ein Fließbettreaktor in Verbindung mit einem Brenner verwendet, um eine kontinuierliche Koksherstellung zu ermöglichen. Der Zuführstrom wird in einen Wascher eingebracht, wo er Wärme mit dem Reaktor-Overheadabfluss austauscht und die schwerste Fraktion der Kohlenwasserstoffe, welche den Kopf des Reaktors verlassen, kondensiert. Die komplette Reaktorzuführung einschließlich sowohl der frischen Zuführung als auch die Rückschleusung, welche im Wascher kondensiert ist, wird in ein Fließbett aus Koks in den Reaktor eingespeist. Der Koks wird auf die fluidisierten Kokspartikel abgelegt, während die Kohlenwasserstoffdämpfe overhead in den Wascher strömen. Der Reaktor wird überkopf ge schrubbt zur Entfernung von Feststoffen und das hochsiedende Material wird kondensiert und in den Reaktor zurückgeführt. Die leichteren Kohlenwasserstoffe werden von dem Wascher zu konventionellen Fraktionierungs-, Gaskompressions- und Vorlaufrückgewinnungseinheiten geleitet.
Wärme, die benötigt wird, um den Reaktor auf einer Verkokungstemperatur zu halten, wird durch das Zirkulieren von Koks zwischen dem Reaktor und dem Brenner zugeführt. Ein Teil des Koks, welcher in dem Reaktor produziert wird, wird mit Luft verbrannt, um den Prozesswärmebedarf zu befriedigen. Der Überschuss an Koks wird vom Brenner abgezogen und einer Lagerung zugeführt.
Schlammbeseitigung
Viele Raffinerien, Chemiefabriken, Abwasserbehandlungsanlagen und andere solche industrielle und städtische Anlagen generieren Abfallprodukte im Verlauf ihrer Arbeiten. Zum Beispiel werden bei der Erdölraffination Abfallprodukte oder Ströme produziert, wie beispielsweise Schwerölschlämme, biologische Schlämme aus Kläranlagen, Belebtschlämme, Gravitationsseparatorsümpfe, Lagertanksümpfe, Ölemulsionsfeststoffe, einschließlich Schlickerölemulsionsfeststoffe, und gelöste Luft-Flotation (DAF), reloziert von Flokulations-Separationsprozessen, etc. Die Entsorgung dieser Abfallprodukte kann schwierige und teure Umweltprobleme aufwerfen, in erster Linie, weil die Abfallströme nicht einfach aufbereitet werden können im Hinblick auf eine Umwandlung zu nützlicheren, brauchbaren oder ökologisch harmlosen Produkten.
Es wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, die das Entsorgen von Abfallprodukten, wie beispielsweise Erdölraffinerieschlämme und andere derartige Abfallprodukte auf eine ökonomische und umweltfreundliche Weise behandeln. Ein Vorschlag für das Umgehen mit Erdölschlämmen wird in dem US-Patent Nr. 3,917,564 offenbart, welches ein Verfahren offenbart, bei dem Schlämme und andere nasse Nebenprodukte aus industriellen und städtischen Aktivitäten während dem Bedampfungsabschnitt eines zeitverzögerten Verkokungs-Zyklus als ein wässriges Bedampfungsmedium einem zeitverzögerten Coker zugegeben werden. Die brennbaren, festen Anteile des Nebenprodukts werden Teil des Koks und die nicht brennbaren Feststoffe werden über das Volumen des Koks verteilt, so dass der Anstieg des Aschegehalts des Koks innerhalb kommerzieller Spezifikationen liegt, insbesondere für Koksprodukte mit Brennstoffqualität.
Ein weiteres Patent, welches das Entsorgen von Raffinerieabfallfeststoffen in einem Verkokungsqentschstrom betrifft, betrifft das US-Patent. Nr. 5,443,717, welches das Vorbehandeln des Schlammes vor dessen Einspeisung in den Hauptquentschstrom offenbart. Insbesondere offenbart das Patent '717 das Hindurchführen des Abfallstroms (Schlamm) durch eine Zentrifuge, in der es in einen Ölstrom, einen Wasserstrom und einen nassen Sedimentstrom separiert wird. Der nasse Sedimentstrom wird wiederum durch eine Entwässerungsvorrichtung geleitet und die entwässerten Feststoffe werden dann in den Hauptquentschstrom des Cokers eingespeist.
Ein weiteres Verfahren ist in dem US-Patent Nr. 4,666,585 offenbart, welches ein Verfahren offenbart, bei dem Erdölschlämme dadurch recycelt werden, dass sie zum Ausgangsmaterial eines verzögerten Cokers vor dem Quentsch-Zyklus zugegeben wer den, sodass der Schlamm zusammen mit der Einspeisung einem verzögerten Verkoken unterworfen wird. Dieses Verfahren hat den wünschenswerten Aspekt, dass der brennbare Anteil des Schlammes den hohen Verkokungstemperaturen ausgesetzt wird, so dass entweder die Umwandlung in Koks oder die Destillation der restlichen Kohlenwasserstoffprodukte erfolgt. Die Anwesenheit von Wasser in dem Schlamm neigt dazu, die Temperatur im Coker zu erniedrigen, bis eine Kompensation in dieser Hinsicht, z.B. durch Erhöhung der Betriebstemperatur des Verkokungsofens, erfolgt. Dies kann wiederum die Ausbeute des bevorzugteren flüssigen Produkts aus dem verzögerten Verkokungsprozess verringern. Ferner ist die Menge an Schlamm, die zu der Cokerzuführung zugegeben werden kann, durch die Anwesenheit einer relativ großen Menge an Wasser im Schlamm limitiert, weil der Schlamm große Mengen an Wasser und an Öl enthält. Es wurde berechnet, dass für jede Tonne Wasser, welche durch die Verkokungseinheit durchtritt, die Cokerproduktion um annähernd viereinhalb Tonnen der Cokerzuführung reduziert wird. Ebenfalls ist Öl im Abfall unnötig für eine Cokereinheit. Es wurde berechnet, dass jede Tonne Öl, welche durch die Cokereinheit tritt, die Cokerzuführung um annähernd eineinhalb Tonnen reduziert. Wie in dem Paten '585 beschrieben ist, wird die Menge an Schlamm in dem Strom auf ein Maximum von zwei Gewichtsprozent limitiert.
Ein weiterer Vorschlag, der sich mit dem Umgang mit Erdölschlämmen beschäftigt, wird in dem US-Patent Nr. 4,874,505 offenbart, bei dem ölige Schlämme und andere Raffinerie-Abfallströme in einen Abfall mit hohem Ölgehalt, welcher in eine verzögerte Cokereinheit während der Verkokungsphase des Zyklus eingespeist wird, und in einen Abfall mit einem hohen Wassergehalt getrennt werden, welcher während der Quentsch- Phase des verzögerten Verkokungszyklus eingespeist wird. Wie man sagt, erhöht dieses Verfahren die Kapazität des verzögerten Cokers, um Raffinerieabfälle und Schlämme zu verarbeiten, und es hat das Potential, die Qualität des resultierenden Koks, welcher aus diesem Prozess erhalten wird, zu verbessern. Unter Verwendung dieses Verfahrens können Raffinerieschlämme in einer Rate von bis zu ca. 2 bbl/Tonne an erzeugtem Koks zugegeben werden. Das Separationsverfahren fügt einen weiteren Verfahrensschritt hinzu, und kein Strom ist befriedigend zugeschnitten, um das unerwünschte Beeinflussen des Coker-Betriebs zu verhindern. Zum Beispiel ist offenbart, dass der Wassergehalt des Stromes, welcher den Coker erreicht, 25% beträgt, wiederum resultierend in einer beträchtlichen Reduktion der Cokereffizienz. Das US-Patent Nr. 5,009,767 offenbart einen Prozess, welcher ähnlich dem in Patent 4,874,505 ist, mit der Modifikation, dass der Schlamm mit hohem Ölgehalt gefiltert wird, um Wasser zu entfernen, und dass ein Erdölstrom, wie beispielsweise Gasöl, zugegeben wird, um den entwässerten Schlamm rückzuschlämmen, bevor dieser in die verzögerte Cokereinheit während der Verkokungsphase des Zyklus eingebracht wird.
Während die oben beschriebenen Prozesse einigermaßen effektiv sind für die Entsorgung von Abfallprodukten, wie beispielsweise Raffinerieschlämme, sind sie im allgemeinen nicht gänzlich zufriedenstellend. Zum Beispiel gibt es oft einen signifikanten Mangel an nützlichem Öl (Organika), welches im Koks absorbiert ist oder im "Blow-Down"-System gesammelt wird. Mit der Quentsch-Zyklus-Einspeisung von unbehandelten Ölschlämmen gibt es eine Tendenz eines öligen Anstiegs im Kokssammler, was bewirkt, dass das Level an verdampfbarer, brennbarer Substanz (VCM) im Koks unangenehm hoch sind. Ähnlich beeinflussen so wohl Öl als auch Wasser im Schlamm nachteilig die Effizienz des Systems durch Reduzierung der Produktion von Koks, wenn Schlamm in dem Coker-Ausgangsmaterial enthalten ist.
Daher ist es wünschenswert, ein Verfahren bereitzustellen, welches die Zugabe eines Raffinerieabfallstroms oder eines Schlamms zu dem Verkokungsprozess erlaubt, ohne dass die oben genannten Nachteile, die mit solchen Zugaben verbunden sind, auftreten. Die vorliegende Erfindung minimiert die Nachteile des Standes der Technik signifikant.
Die EP-A-348707 offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Erdölraffinerieschlamm, um ein koksähnliches Restprodukt herzustellen, wobei ein öliger Erdölraffinerieschlamm, der organisches festes Material enthält, welches oberhalb von 1000 Grad Fahrenheit siedet, und Wasser auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunkts von Wasser und unterhalb der thermischen Crack-Temperatur von Kohlenwasserstoffen erhitzt werden. Wasser im Schlamm erzeugt Dampf, welcher zum Stripdampfen aller leichten Kohlenwasserstoffe aus dem organischen festen Material verwendet wird, welches als festes koksähnliches Restprodukt zurückgewonnen wird.
Die EP-A-463379 offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Abwasserschlamm durch ein komplettes Trocknen des Schlamms und ein Unterziehen des getrockneten Schlamms einer thermischen Behandlung, welche ein Trocknen zwischen 400 Grad Celsius und 500 Grad Celsius, ein Pulverisieren des Koksschlamms und eine Zugabe von Kalkstein dazu umfasst.
Die EP-A-393278 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Öl aus wässrigem Ölraffinerieabfall. Das Verfahren beinhaltet ein Mischen des Abfalls mit verflüssigtem Öl und Abdampfen des Wassers aus dem Gemisch in einer Vielzahl von Schritten. Das entwässerte Gemisch wird in ein verzögertes Cokersystem eingespeist, in welchem ein konventionelles Verkokungseinsatzmaterial verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Recycling eines Abfallstromes zur Verfügung gestellt, umfassend:
Entfernen von Wasser und Öl aus dem Abfallstrom, um einen Feststoffstrom, der weniger als 60 Gew.-% Wasser umfasst, und einen Ölstrom zu erzeugen; Zugabe zumindest eines Teils des Ölstroms zu dem Feststoffstrom; Trocknen des Feststoffstroms, um einen Abfallzufuhreinsatzstoff zu erzeugen, der weniger als 15 Gew.-% Wasser und mindestes 30 Gew.-% Feststoffe umfasst; und Einleiten des Abfallzufuhreinsatzstoffes in einen Coker.
Bei Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Zugeben eines Raffinerieabfallstroms oder Schlammes zum Zuführstrom eines Cokers bereit, ohne auf die oben genannten Nachteile zu stoßen, welche mit solchen Zugaben verbunden sind. Das vorliegende Verfahren führt zu einem Entfernen von genügend Wasser und Öl von einem Strom, welcher anfänglich Wasser, Öl und Feststoffe enthält, so dass der zurückbleibende Strom während dem Verkokungsprozess einem Coker zugeführt werden kann, ohne die Effizienz des genannten Prozesses nachteilig zu beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines bearbeiteten Abfallzufuhreinsatzstoffes zum Rückführen in einen Verkokungsprozess. Der Abfallzufuhreinsatzstoff wird hergestellt durch Einleiten des Abfalls oder Schlammes in eine Separationseinheit, wie beispielsweise eine Zentrifuge, welche den Abfall in eine Ölfraktion, eine Wasserfraktion und eine Feststofffraktion trennt. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Feststoffe eine Partikelgröße von weniger als 250 μm und vorzugsweise von weniger als 75 μm aufweisen, um zu gewährleisten, dass sich die Feststoffe nicht während des Transports zu der Verkokungsanlage aus dem Abfall absetzen.
Wenn der Abfallzufuhreinsatzstoff in der Verkokungsanlage hergestellt wird und direkt in den Verkokungsprozess gepumpt wird, werden die Partikelgrößen der Feststoffe weniger wichtig, weil der Abfallstrom bewegt werden kann, um die Feststoffe im Schlamm suspendiert zu halten. Sollte der Abfallzufuhreinsatzstoff jedoch durch einen Tanker zu der Verkokungsanlage transportiert werden, ist es bevorzugt, dass die Partikelgröße der Feststoffe weniger als 250 μm beträgt, um jegliches Absetzten vor dem Erreichen der Verkokungsanlage zu vermeiden.
Die Feststofffraktion wird zu einem Mixer geleitet, welcher den Abfall emulgiert und wo Öl zugegeben werden kann, um die Pumpfähigkeit des Abfallzufuhreinsatzstoffes zu gewährleisten. Während die maximale pumpfähige Viskosität vom verfügbaren Equipment abhängt, wird allgemein angenommen, dass Zusammensetzungen mit Viskositäten größer als 5000 cb bei mehr als 150 Grad F außerhalb des pumpfähigen Bereichs für typische Pumpsysteme sind. Der Abfluss vom Mixer fließt zu einem Trockner, wo der Wassergehalt des Abfallzufuhreinsatzstoffes weiter reduziert wird. Vorzugsweise wird der Wassergehalt bis auf 15 Gew.-%, und besonders bevorzugt bis zu 3 Gew.-% reduziert. Falls gewünscht, kann der Wassergehalt weiter bis auf im Wesentlichen Null reduziert werden. Es ist nötig, dass das Öl in dem Abfallzufuhreinsatzstoff mindestens 30 Gew.-% beträgt, um zu gewährleisten, dass der Abfallzufuhreinsatzstoff pumpfähig ist. Es ist besonders bevorzugt, dass die Feststoffe und das Öl annähernd gleiche Gewichtsteile aufweisen.
Bei einem verzögerten Verkokungsprozess wird die frische Cokerzuführung in den Sumpf des Sammlers eingespeist. Der vorbereitete Abfallzufuhreinsatzstoff wird während dem Verkokungszyklus in den Kopf des Cokers eingespeist, vorzugsweise nachdem sich eine anfängliche Menge an Koks in dem Kokssammler angehäuft hat. Im Gegensatz hierzu können bei einem Flexi-Cokungsprozess die Kokseinspeisung und der Abfallzufuhreinsatzstoff beide in den Kopf des Cokers eingebracht werden. Während des Verkokungsprozess werden die Feststoffe in dem Abfallzufuhreinsatzstoff in dem produzierten Koks dispergiert, um die Feststofffraktion des Abfalls wirkungsvoll zurückzuführen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass Raffinerieabfallströme werkseitig aufbereitet werden, um ein direktes Zuführen zu einem werkseitigen Coker zu ermöglichen. Bei einer alternativen Ausführungsform stellen die vorliegenden Erfindungen einen behandelten Schlamm bereit, welcher zu einem Coker transportiert werden kann, welcher entfernt von dem Schlammerzeugungsort angeordnet ist. Während die vorliegende Erfindung unten im Detail im Hinblick auf einen verzögerten Cokerprozess beschrieben wird, versteht es sich, dass sie mit gleichen Vorteilen bei Flexi-Cokerprozessen und ähnlichem verwendet werden kann.
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben, in denen:
1 ein schematisches Flussdiagramm des Prozesses bei einem Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein schematisches Diagramm einer alternativen Ausführungsform eines Verkokungssystems ist, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann; und
3 ein schematisches Diagramm einer zweiten alternativen Ausführungsform eines Verkokungssystems ist, bei dem die vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
Während das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit spezieller Betonung auf die Behandlung von Abfallprodukten, die bei der Raffinierung von Erdöl produziert werden, beschrieben wird, ist es zu verstehen, dass es nicht darauf beschränkt ist. Zum Beispiel können Abfallprodukte, die aus chemischen Prozessen, Kläranlagen und anderen derartigen Anlagen stammen, welche Abfallprodukte produzieren, in einem Verkokungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung entsorgt werden. Jedoch findet das Verfahren spezielle Anwendung bei der Behandlung von Abfallprodukten, welche bei der Raffination von Erdöl produziert werden, da das Verfahren das Zurückführen von Feststoffen in den Abfallprodukten und das Zurückführen von anderen Komponenten der Abfallprodukte in den Raffinationsbetrieb ermöglicht.
Abfallverarbeitung
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Ein bevorzugtes System zum Ausführen eines Beispiels einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vertikalscheibenzentrifuge 10, einen Mischtank 32, einen Trockner 40, ein Flüssigseparationssystem 70 und ein Verkokungssystem 80. Die Zentrifuge 10, der Mixer 32 und der Trockner 40 werden verwendet, um einen Abfallzufuhreinsatzstoff für die Verwendung im Verkokungsprozess vorzubereiten.
Die Vertikalscheibenzentrifuge 10 ist vorzugsweise ähnlich den Zentrifugen, welche in den US-Patenten Nrn. 4,810,393 und 4,931,176 offenbart sind. Die Vertikalscheibenzentrifuge 10 nimmt einen Abfall (Zufuhr) Strom aus einer Leitung 12 auf. Die Zentrifuge 10 separiert den Abfallstrom in eine organische Fraktion (Öl), welche die Zentrifuge 10 über die Leitung 14 verlässt, eine wässrige Fraktion (Wasser), welche die Zentrifuge 10 über die Leitung 16 verlässt, und eine Feststofffraktion (Feststoffe), welche die Zentrifuge 10 über die Leitung 18 verlässt. Die Feststofffraktion wird nachfolgend verarbeitet, um der Zufuhreinsatzstoff zum Zurückführen in das Verkokungssystem 80 zu werden. Das Wasser, welches über die Leitung 16 entfernt wird, ist im Wesentlichen frei von organischen Verbindungen und Feststoffen und kann für eine weitere Verwendung in der Raffinerie zurückgeführt werden oder kann, falls gewünscht, in eine Abwasserbehandlungsanlage geleitet werden. Die Ölauslassleitung 14 durchquert das Zweiwegeventil 20, wo sie über eine Leitung 22 für ein weiteres Verarbeiten, wie beispielsweise ein Zurückführen zur Raffinerie, zurückgeführt werden kann. Alternativ oder zusätzlich, wie unten gesehen werden wird, kann ein Teil des Öls über das Ventil 20 und die Leitung 24 zur weiteren Verwendung bei dem Verfahren eines Beispiels einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung strömen.
Allgemein gesprochen umfassen die Feststofffraktion oder das nasse Sediment, welches die Zentrifuge 10 verlässt, über 50 Gew.-%, und noch typischer mindestens 80 Gew.-% Wasser und weniger als 15 Gew.-% Öl und zurückbleibende Feststoffe. Das Wasser, welches in der Entwässerungsvorrichtung 26 entfernt wurde, wird über die Leitung 28 zur Entsorgung oder zur weiteren Verwendung geleitet. Abhängig von der Natur des Abfalls kann es wünschenswert sein, den Wassergehalt des nassen Sediments oder der Feststofffraktion, welche die Zentrifuge 10 über die Leitung 18 verlässt, vor einem weiteren Verarbeiten zu reduzieren. In diesen Fällen ist eine zusätzliche Entwässerungsvorrichtung 26 in dem System enthalten.
Eine Entwässerungsvorrichtung 26 kann jede Vorrichtung zum Separieren von Feststoffen und Flüssigkeiten sein, wie zum Beispiel ein Filtrationsequipment. Daher kann die Entwässerungsvorrichtung 26 eine Filterpresse, kontinuierliche Vakuumfilter, wie beispielsweise Trommelfilter, Scheibenfilter, Horizontalfilter, wie beispielsweise Tischfilter, Pfannenfilter und Gurtfilter, Gurtpressen, Zentrifugalseparatoren, etc. umfassen. Die Entwässerungsvorrichtung 26 kann auch einen Setztank umfassen, welcher ermöglicht, dass sich die Feststoffe in einem verdickten Schlamm konzentrieren, welcher wie gewünscht entfernt wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt), ersetzt die Entwässerungsvorrichtung 26 die Vertikalscheibenzentrifuge 10, wobei die Entwässerungsvorrichtung 26 den Groß teil an Wasser und Öl von der festen Fraktion entfernt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Feststofffraktion, welche die Entwässerungsvorrichtung 26 verlässt, 25 bis 60 Gew.-% Feststoffe, 5 bis 75 Gew.-% Öl und 5 bis 75 Gew.-% Wasser. Als Beispiel kann die Feststofffraktion, welche die Entwässerungsvorrichtung 26 verlässt, 35 Gew.-% Feststoffe und etwa gleiche Anteile an Öl und Wasser umfassen.
Die Feststofffraktion, welche die Zentrifuge 10 verlässt (oder die Entwässerungsvorrichtung 26 stromabwärts von einer Zentrifuge 10), strömt über die Leitung 30 in einen Mischtank 32. Typischerweise enthält die entwässerte Feststofffraktion bei dieser Ausführungsform weniger als ca. 60 Gew.-% Wasser und vorzugsweise weniger als ca. 50 Gew.-% Wasser, und auch ca. 30 bis ca. 45 Gew.-% Feststoffe und ca. 5 bis ca. 20 Gew.-% Öl. Zusammen mit der entwässerten Feststofffraktion wird auch Öl über die Leitung 34 in den Mischtank 32 zugegeben. Die Menge an Öl, welche über die Leitung 34 zugegeben ist, ist vorzugsweise genügend, um ein 1:1-Verhältnis von Feststoffen zu Öl herzustellen, und in jedem Fall genügend, um den Abfallzufuhreinsatzstoff pumpfähig zu machen. Im Mischtank 32 wird der Abfallzufuhreinsatzstoff einer hohen Scherbeanspruchung unterzogen, um einen im Wesentlichen homogenen Schlamm oder Emulsion zu erzeugen. Alles oder ein Teil des Öls, welches in den Mischtank 32 gegeben wird, kann, wie nachfolgend gezeigt wird, über die Leitung 36 von Öl strömen, welches in einer nachfolgenden Aufbereitung der entwässerten Feststoffe gewonnen wurde.
Der Abfallzufuhreinsatzstoff strömt über die Leitung 38 in den Trockner 40. Der Trockner 40 ist vorzugsweise ein Wärmeaustauscher, wie er beispielsweise detailliert in dem US-Patent Nr. 5,439,489 beschrieben ist. Wie darin beschrieben ist, ist der Trockner 40 vorzugsweise so beschaffen, dass er ein Erhitzen des Abfallzufuhreinsatzstoffes durch Wärmeaustausch bewirkt. Ferner ist der Trockner 40 mit Rühreinrichtungen ausgestattet, welche verstärkte Konvektionsbedingungen verursachen, um sicher zu stellen, dass sich die Feststoffe nicht absetzen, und um ein effizientes Erhitzen des Abfallzufuhreinsatzstoffes zu unterstützen. Der Trockner 40 kann alternativ irgendein geeigneter Trockner sein, der geeignet ist, um Wasser aus dem Abfallzufuhreinsatzstoff zu entfernen, und eine Einrichtung zum Wiedergewinnen von niedrig siedenden Kohlenwasserstoffen umfassen, welche während dem Trocknungsprozess verdampfen. Diese niedrig siedenden Kohlenwasserstoffe können in das vorliegende Systems zurückgeführt werden oder in das Raffinationssystem zurückgeführt werden. Ebenfalls wird Öl, welches aus der Ölfraktion, welche ursprünglich in der Zentrifuge 10 separiert wurde, zurückgewonnen wurde, über die Leitungen 24, 42 in den Trockner 40 eingebracht, wodurch ein Abfallzufuhreinsatzstoff hergestellt wird. Die Menge an Öl, welche in den Mischtank 32 und in den Trockner 40 gegeben wurde, wird vorzugsweise geregelt, um sicherzustellen, dass die Menge an Öl in dem Abfallzufuhreinsatzstoff, welcher letztlich hergestellt wird, ca. 30 bis ca. 70 Gew.-% beträgt und besonders bevorzugt ca. gleich der Menge an Feststoffen in dem Abfallzufuhreinsatzstoff ist.
Vorzugsweise wird der Abfallzufuhreinsatzstoff in Raten in den Trockner eingeleitet, die es schonend ermöglichen, um eine Blitzverdampfung von Wasser zu dämpfen, um jeglichen resultierenden Rest von Feststoffen außerhalb des Trockners 40 zu vermeiden. Im Trockner 40 wird eine Verdampfung des Wassers und der flüchtigen organischen Flüssigkeiten bei einer Temperatur von ca. 205 Grad bis ca. 300 Grad F durchgeführt, wobei das verdampfte Wasser und die organischen Flüssigkeiten aus dem Trockner 40 über die Leitung 44 in den Kondensor 46 gelangen und Kühlflüssigkeit durch den Kondensor 46 über die Leitungen 48 und 50 tritt. Die Flüssigkeit, welche im Kondensor 46 kondensiert ist, passiert über die Leitung 52 in den Separationstank 54, wo eine Gravitationstrennung der Öl/Wasser-Mischung erfolgt, wobei das Wasser über die Leitung 56 entfernt wird, das Öl über die Leitung 58 durch das Ventil 60 geführt wird und abhängig vom Bedarf entweder zurückgeführt oder über die Leitung 62 zurück für weitere Prozesse zum Trockner 40 über die Leitung 36 geführt wird.
Die Erhitzung des Abfallzufuhreinsatzstoffes im Trockner 40 durch Wärmetausch wird fortgeführt, bis der Wassergehalt des Abfallzufuhreinsatzstoffes auf einen gewünschten Level reduziert ist, z.B. bis der Abfallzufuhreinsatzstoff weniger als ca. 15 Gew.-% Wasser und mindestens ca. 30 Gew.-% Flüssigkeit, welche Wasser und Öl enthält, enthält, wobei der Rückstand aus Feststoffen besteht (im allgemeinen von ca. 35 bis ca. 70 Gew.-% Feststoffe). Falls ein niedrigerer Wassergehalt gewünscht ist, wird das Trocknen fortgesetzt, bis dieser Wassergehalt erreicht ist. Zum Beispiel ist es bevorzugt, dass der Abfallzufuhreinsatzstoff weniger als 5 Gew.-% Wasser, besonders bevorzugt weniger als 3 Gew.-% Wasser, aufweist, wobei die zurückbleibenden Feststoffe und das Öl in annähernd gleichen Teilen vorliegen. Es ist ferner wünschenswert für diese, dass der Wassergehalt im Abfallzufuhreinsatzstoff im Wesentlichen Null ist, wobei die Feststoffe und das Öl jeweils ca. 50% ausmachen. Der aufbereitete Abfallzufuhreinsatzstoff, welcher auf diese Weise erhalten wird, wird aus dem Trockner 40 über die Leitung 64 zurückgewonnen.
Verzögertes Verkoken
Es wird nun auf 1 Bezug genommen. Eine vermindert grobe oder vakuum-behandelte frische Coker-Zufuhr wird über die Leitung 112 in einen Vorerhitzer 85 eingespeist, wo sie vorerhitzt wird durch Austausch mit Gas-Öl-Produkten vor dem Erreichen der Coker-Fraktionator-Sumpf-Ausgleichszone. Die frische Cokerzufuhr wird mit einer Rückführzufuhr gemischt, welche in dem Sumpfabschnitt des Fraktionierers 89 kondensiert ist und wird durch den Erhitzer 85 gepumpt, wo die Cokerzufuhr rapide auf gewünschte Temperaturstufen für die Koksformation in den Kokssammlern erhitzt wird. Dampf wird oft in jede der Heizwendeln eingespeist, um die gewünschte minimale Geschwindigkeit und Einwirkzeit aufrechtzuerhalten und die Bildung von Koks in den Heizrohren zu unterdrücken.
Der verzögerte Verkokungsbetrieb nutzt typischerweise mindestens zwei Sammler 86, 87. Ein Sammler nimmt den Ofenabfluss auf und wandelt ihn zu Koks und Gas um, während der Koks im anderen Sammler entfernt wird. Der Abfallzufuhreinsatzstoff, welcher gemäß dem Verfahren eines Beispiels einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, wird während dem Zufuhrzyklus in einen Sammler eingebracht. Bei der bevorzugten Ausführungsform, welche in 1 gezeigt ist, wird der Abfallzufuhreinsatzstoff in eine Leitung 64 in den Kopf von einem oder dem anderen der Kokssammler 86 und 87 während des Verkokungszyklus eingespeist. Der Kokssammler-Überkopfdampf wird wie gewünscht über die Leitung 88 oder zu anderen Teilen der Raffination für eine Wiederverwendung zurückgeführt. Es ist bevorzugt aber nicht zwingend, dass der Abfallzufuhreinsatzstoff in der Leitung 64 in den Kopf des Kokssammlers eingespeist wird und nicht mit dem konventionellen Verkokungsausgangsmaterial gemischt wird. Bei einer alternativen Ausführungsform wird der Abfallzufuhreinsatzstoff in die Leitung 91 eingespeist, welche den Erhitzer verlässt. Einige Abfallzufuhreinsatzstoffe neigen dazu, das Erhitzungsequipment zu verstopfen, wie beispielsweise den Erhitzer 85, jedoch kann unter Umständen die Art des Schlammes so beschaffen sein, dass die Verstopfungstendenz niedrig genug ist, um es zu ermöglichen, dass der Schlamm direkt mit einer Cokereinspeisung entweder vor oder nach dem Erhitzer gemischt wird und dann in den Sumpf eingespeist wird.
Obwohl gezeigt wird, dass der Abfallzufuhreinsatzstoff während des Verkokungszyklus direkt aus dem Trockner 40 und in einen der Kokssammler 86, 87 gepumpt wird, sollte betont werden, dass der Abfallzufuhreinsatzstoff beispielsweise in Tankern zu der Verkokungsanlage transportiert werden kann.
Flexiverkokung
Es wird nun auf 2 Bezug genommen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Abfallzufuhreinsatzstoff kontinuierlich in eine Flexikoker-Operation eingespeist werden. Das Flexicoker-System 200 umfasst einen Fließbettreaktor 286, einen Flüssigprodukt-Wascher 288 am Kopf des Reaktors, ein Erhitzungsgefäß 285, wo zirkulierendes Koks aus dem Reaktor durch Gas und heißes Koks aus dem Vergaser erhitzt wird, einen Vergaser 290, ein Erhitzer-Überkopf-Gaskühlsystem 292 und ein Feinstoffausscheidungssystem 294.
Eine Rückstandzufuhr wird bei 500 Grad bis 700 Grad F in den Verkokungsreaktor 286 über die Zufuhrleitung 112 eingespeist, wo sie thermisch in eine ganze Reihe von dampfförmigen Produkten und ein Koksprodukt gecrackt wird, welches sich auf den fluidisierten Kokspartikeln abscheidet. Die spürbare Wärme, die Verdampfungswärme und die endotherme Wärme beim Cracken des Rückstandes wird durch einen zirkulierenden Strom oder durch heißes Koks vom Erhitzer zur Verfügung gestellt. Gecrackte dampfförmige Produkte werden in dem nicht dargestellten Wascher-Turm gequencht. Die schwereren Fraktionen werden im Wascher 288 kondensiert und können, falls gewünscht, in den Verkokungsreaktor 286 zurückgeführt werden. Die leichteren Fraktionen strömen über Kopf von dem Wascher 288 in einen konventionellen Fraktionierer (nicht gezeigt), wo sie in die gewünschten ausgewählten Bereiche zur weiteren stromabseitigen Verarbeitung geteilt werden.
Reaktorkoks wird zum Erhitzungsgefäß 285 geleitet, wo es durch Koks und Gas aus dem Vergaser 290 erhitzt wird. Ein zirkulierender Zufuhrstrom wird vom Erhitzer 285 zum Vergaser 290 geleitet, wo er bei einer gehobenen Temperatur (1500 bis 1800 Grad F) mit Luft und Dampf reagiert, um eine Mischung aus H₂, CO, N₂O und H₂S zusammen mit einer kleinen Menge von COS zu bilden. Das Vergaser-Produktgas, bezeichnet als Koksgas, und mitgerissene Kokspartikel werden zum Erhitzer 285 zurückgeführt und werden durch kalten Koks aus dem Reaktor 286 gekühlt, um einen Teil des Reaktorwärmeerfordernisses zu erfüllen. Ein Rückstrom von Koks, welcher vom Vergaser 290 zum Erhitzer 285 geleitet wird, stellt den Rest des Wärmebedarfs zur Verfügung.
Das heiße Koksgas, welches den Erhitzer 285 verlässt, wird verwendet, um Hochdruckdampf zu erzeugen bevor es durch den Zyklonbrenner 285 zur Entfernung von mitgerissenen Kokspartikeln strömt. Die verbleibenden Koks-Feinpartikel werden in einen Venturi-Wascher 296 zurückgeführt. Das feststofffreie Koksgas wird dann zu einer nicht dargestellten Gas-Reinigungseinheit geleitet, um H₂S zu entfernen.
Gemäß einem Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der in der Leitung 64 enthaltene Abfallzufuhreinsatzstoff in den Wascher 288 auf dem Fließbettreaktor 286 gleichzeitig mit dem konventionellen Coker-Einspeisungsstrom 112 eingespeist. Alternativ kann der Abfallzufuhreinsatzstoff direkt in den Wascher 288 oder in die Leitung 289, welche den Sumpf des Cokers verlässt, eingespeist werden. Einmal in dem System werden die Komponenten der vorliegenden Brennstoffzusammensetzung in den kontinuierlichen Fluss des Materials durch den Flexicoker eingefügt. Es soll klargestellt werden, dass die Cokerzufuhr und der Abfallzufuhreinsatzstoff vor einem Fließen in den Wascher 288 gemischt werden können, beispielsweise durch Passieren der Coker-Zufuhr und des Abfallzufuhreinsatzstoffes durch ein Ventil (nicht gezeigt) an dem Einlass zum Wascher 288.
Flüssig-Verkokung
Ein vereinfachtes System für einen Flüssig-Verkokungsprozess ist in 3 gezeigt. Hier sind zwei große Fließbett-Gefäße, ein Reaktor 386 und ein Brenner 385. Die schwere Kohlenwasserstoffeinspeisung wird in einen Wascher 387 eingebracht, wo sie Wärme mit dem Reaktor-Überkopfabfluss austauscht und die schwerste Fraktion der Kohlenwasserstoffe kondensiert. Die ganze Reaktorzufuhr, einschließlich sowohl der frischen Zufuhr als auch der Rückschleusung, welche im Wascher kondensiert ist, wird in ein Bett aus fluidisiertem Koks in den Reaktor 386 eingespeist, wo sie thermisch gecrackt wird, um leichtere Flüssigkeiten, Gas und Koks zu erzeugen. Der Koks wird auf den fluidisierten Kokspartikeln niederlegt, während die Kohlenwasserstoffdämpfe über Kopf in den Wascher 387 treten. Der Überkopf-Reaktor wird zum Zwecke der Feststoffentfernung gewaschen, und das Material, welches über 975 Grad F siedet, wird kondensiert und in den Reaktor 386 zurückgeführt. Die leichteren Kohlenwasserstoffe werden vom Wascher 387 zur konventionellen Fraktionierung, Gaskompression und zu Leichtfraktions-Zurückgewinnungseinheiten geschickt.
Die Hitze, welche erforderlich ist, um den Reaktor 386 bei einer Verkokungstemperatur zu halten, wird durch ein Zirkulieren von Koks zwischen dem Reaktor 386 und dem Brenner 385 zugeführt. Ein Teil des Koks, welches im Reaktor 386 produziert wird, wird mit Luft verbrannt, um den Prozesshitze-Bedarf zu befriedigen. Das überschüssige Koks wird aus dem Brenner 385 entfernt und zur Lagerung gesendet.
Gemäß einem Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der in der Leitung 64 vorliegende Abfallzufuhreinsatzstoff zusammen mit dem konventionellen Cokerzufuhrstrom 112 in den Wascher 387 eingespeist werden. Einmal in diesem System werden die Komponenten der gegenwärtigen Brennstoffzusammensetzung in den kontinuierlichen Fluss von Material durch das Flüssig-Verkokungssystem eingebracht.
Der Abfallstrom
Ohne den Schutzbereich des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu beschränken, enthalten die Abfallprodukte, die typischerweise in Raffinerien gefunden werden und behandelt werden können, um Abfallzufuhreinsatzstoffe herzustellen, biologische Schlämme aus Abwasserbehandlungsanlagen, wie beispielsweise belebte Schlämme und andere ölige Schlämme, enthaltend Gravitationsseparatorböden, Lagertankböden, Ölemulsionsfeststoffe, enthaltend Schlickerölemulsionsfeststoffe, fein verteilte Feststoffe oder gelöste Luftflotation (DAF) aus Flockulations-Separationsprozessen und andere ölige Abfallprodukte aus Raffinerieprozessen.
Wie oben ausgeführt, kann die Zusammensetzung, welche in einem Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, aus Raffinerie-Abfallströmen abgeleitet werden. Solche Ströme können zum Beispiel API-Separationsschlamm, gelösten Luft-Flotations-Float, Schlickeröl-Emulsionsfeststoffe, gebündelten Reinigungsschlamm aus Wärmetauschern von Tankböden (verbleit), ölige Abfallschlämme aus den primären Seiten der Raffinerien der Abwasserbehandlungssysteme und ölige Tankbodenschlämme enthalten. Jedoch muss die Quelle oder der Zufuhrstrom für die Zusammensetzung kein Abfallstrom einer Raffinerie sein. Zum Beispiel werden in vielen petrochemischen und chemischen Prozessen Farbindustrieabfall, Abfallströme, in erster Linie wässriger Natur, produziert, welche dieselben oder ähnliche Entsorgungsprobleme dadurch aufwerfen, dass sie gefährliche Feststoffe oder nicht wässrige Flüssigkeiten enthalten. Daher kann die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung aus jedem Abfallstrom abgeleitet werden, welcher eine Flüssigkeit, eine nicht wässrige Fraktion, eine Feststofffrak tion und eine wässrige Fraktion, ungeachtet der Herkunft, enthält.
Die Abfallprodukte (Ströme), welche typischerweise gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt werden, werden im allgemeinen als Schlämme bezeichnet und sind Mischungen aus Wasser, organischen Verbindungen und Feststoffen. Die Schlämme können in der Zusammensetzung stark variieren. Die ölige Komponente kann, wie oben beschrieben, eine Vielzahl organischer Verbindungen, von Kohlenwasserstoffen bis zu anderen organischen Komponenten umfassen. Diese Mischung aus organischen Verbindungen wird allgemein als „Öl" bezeichnet, weil es zum größten Teil brennbare Produkte (gewöhnlich primäre Kohlenwasserstoffe) umfasst, welche unlöslich oder unmischbar in Wasser sind oder dazu neigen.
Die Begriffe „Öl" und „öliger Bestandteil" sollen Materialen enthalten, welche organisch sind und gewöhnlich eine Mischung aus wasserunlöslichen organischen Verbindungen sind. Solche organischen Bestandteile können Kohlenwasserstoffe, sowohl aliphatische als auch aromatische, als auch andere organische Verbindungen, enthaltend Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel, wie beispielsweise Ketone, Carbonsäuren, Aldehyde, Ether, Sulfide, Amine, etc. einschließen. Im Allgemeinen sind Kohlenwasserstoffe die wesentlichen Komponenten der organischen Materialien, insbesondere im Fall von Abfallprodukten, welche bei der Raffination von Erdöl entstehen.
Die Feststoffe in den Abfallprodukten oder Strömen umfassen suspendierte kohleartige Substanzen zusammen mit variierenden Mengen an nicht brennbaren Materialien einschließlich Schlick, Sand, Rost, Katalysatorfeinpartikel und andere, im Allgemeinen anorganische Materialien. Im Allgemeinen sind die Feststoffe, die in dem Abfallstrom enthalten sind, solche Materialien, welche weder in der Wasserphase noch in der organischen Phase des Abfallstroms löslich sind. Schlämme von dem Typ, die bei dem Prozess der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, werden typischerweise auf dem Wege von verschiedenen Raffinationsprozessen, einschließlich thermische und katalytische Crack-Prozesse, und bei Wärmeaustauschern und Lagertankreinigung und in den Sümpfen von verschiedenen Prozesseinheiten, einschließlich API-Separatoren, produziert.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen des Abfallzufuhreinsatzstoffes wird ein Abfallstrom (Schlamm), wie oben beschrieben, behandelt, um einen Abfallzufuhreinsatzstoff herzustellen, der von ca. 30 bis ca. 70 Gew.-% Feststoffe, ca. 30 bis ca. 70 Gew.-% Öl und weniger als 5 Gew.-% Wasser enthält. Bei einem noch bevorzugteren Abfallzufuhreinsatzstoff weist der Einsatzstoff weniger als 3 Gew.-% Wasser mit annähernd gleichen Mengen an Feststoffen und Öl auf. Ein noch bevorzugter Abfallzufuhreinsatzstoff enthält im Wesentlichen kein Wasser und enthält gleiche Mengen an Öl und Feststoffen.
In ähnlicher Weise ist es ein Ziel, das Verhältnis von Feststoffen zu Öl in dem Cokerzufuhrstrom zu maximieren, da ein Gegenstand eines Beispiels einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Zurückführen von Abfallfeststoffen ist. Auf Anwendungsebene gibt es jedoch Nachteile, einen Feststoffstrom einzuleiten, welcher nicht mindestens 30% Flüssigkeit enthält. Insbesondere können Partikel, die nicht nass sind, wenn sie in den Coker eingebracht werden, dazu neigen, in Vorlagen gefangen zu werden. Auch besteht ein Risiko, dass Luft in den Coker gelangt, wenn der Abfallzufuhreinsatzstoff nicht hinreichend flüssig ist, um die Speiseleitung zu füllen. Momentan wird erwartet, dass ein Speisestrom, welcher annähernd gleiche Teile an Feststoffen und Öl aufweist, optimal ist.
Aus diesem Grund ist es bevorzugt, Öl zurück in die Feststofffraktion zu geben. Ein Minimum von ca. 30 Gew.-% Öl wird benötigt, um sicherzustellen, dass der Strom pumpfähig ist. Da eine optimale Pumpfähigkeit mehr als 30% Öl erfordert, ist es jedoch bevorzugt, dass die Fraktionen von Öl und Feststoffen in dem finalen Strom annähernd gleich sind. Daher würde zum Beispiel in dem bevorzugtesten Strom der Wassergehalt nahezu Null sein und die Feststoffe und das Öl würden jeweils annähernd 50 Gew.-% des Stroms umfassen. Wenn der Wassergehalt des Cokerzufuhrstroms 3% ist, ist der bevorzugte Ölgehalt 47% zusammen mit dem Gleichgewicht der Zusammensetzung, welche die Feststoffe umfasst. Das Öl, welches zu dem Feststoffstrom gegeben wird, ist vorzugsweise ein Öl, erhältlich bei der anfänglichen Separation, oder Öl, welches stromab in dem Verkokungsprozess generiert wurde, wie beispielsweise Öle, die von den Verkokungsdämpfen kondensiert sind, oder Öle, die bei dem "Blow-Down-Prozess" hergestellt sind, obwohl jeder Mischstrom verwendet werden kann.
Weil die Pumpfähigkeit des Abfallzufuhreinsatzstoffes durch die Partikelgrößenverteilung der Feststofffraktion beeinflusst wird, wird eine Behandlung der Abfallströme gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ausgeführt, um zu einer Abnahme der Feststoffpartikel zu kommen, sodass die Hauptpartikelgröße reduziert wird, um Feststoffe in dem Abfallzufuhreinsatzstoff herzustellen, welche eine Hauptpartikelgröße von weniger als ca. 250 μm, vorzugsweise weniger als ca. 75 μm (200 Maschen) aufweisen. Im Allgemeinen sollten die Feststoffe im Abfallstrom durch ein Zerreibeverfahren behandelt werden, so dass mehr als ca. 70%, vorzugsweise mehr als ca. 80% des gesamten Feststoffvolumens eine Partikelgröße von weniger als ca. 250 μm aufweisen. Vorzugsweise weisen die Feststoffe eine Partikelgrößenverteilung auf, welche im Allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise, nach der Gauß'schen Verteilung verteilt sind. Eine derartige Verteilung der Feststoffe, gekoppelt mit einem Aufrechterhalten der Größe der Feststoffe in dem oben genannten Partikelgrößenbereich, produziert einen Cokerzufuhrstrom, welcher weniger viskos und daher pumpfähiger ist, und welcher eine höhere Koksqualität produziert. Wenn sich zudem der Abfallzufuhreinsatzstoff absetzt, wie beispielsweise während dem Transport, werden kleinere Partikel dazu neigen, länger in der Suspension zu bleiben. Es wurde herausgefunden, dass die Vertikalscheibenzentrifuge, welche oben beschrieben ist, nicht nur den Abfallstrom trennt, sondern auch als Zerreibungsvorrichtung in dem Sinne fungiert, dass die Partikelgröße der Feststoffe reduziert wird und die gewünschte Verteilung erhalten wird. Darüber hinaus ist der Zerreibungsmechanismus derart, dass die Partikelgrößenverteilung dazu neigt, nach der Gauß'schen Verteilung verteilt zu werden.
Die Zusammensetzung des Abfallzufuhreinsatzstoffes wird nicht viskos, was es unpumpbar bei Umgebungstemperatur machen würde, weil es kleine Partikeln aufweist und einen relativ hohen Gehalt an Flüssigkeiten, welche eine geringere Polarität als Wasser aufweisen. Schlämme nach dem Stand der Technik, welche für Brennstoff in Öfen oder Zementdarren verwendet werden, leiden an dem Nachteil, dass der Feststoffgehalt unter ca. 25 Gew.-% gehalten werden muss, damit der Schlamm durch konventionelle Pumpen bearbeitet werden kann, weil der Wassergehalt hoch ist. Wie oben dargelegt, enthält die Brennstoffzusammen setzung nach der vorliegenden Erfindung ein Minimum von ca. 30 Gew.-% an Feststoffen. Sie kann bis zu ca. 70 Gew.-% Feststoffe enthalten und noch pumpfähig sein. Diese hohe Feststoffbeladung ist ferner vorteilhaft dahingehend, dass Transport- und Entsorgungskosten pro Einheit Gewicht an Feststoffen reduziert wird.
Das Behandeln des Abfallstroms, um den Abfallzufuhreinsatzstoff zu erhalten, kann nach vielen verschiedenen Verfahren zusätzlich zu denjenigen, welche oben beschrieben sind, erfolgen. Zum Beispiel kann der Abfallstrom unter Verwendung eines herkömmlichen, horizontalen Dekanters behandelt werden, um einen großen Anteil des Wassers von den mobilen organischen Stoffen und Feststoffen zu trennen, woraufhin die Feststoffe auf eine geeignete Weise weiterbehandelt werden, um den gewünschten Wassergehalt, die Partikelgröße und die Partikelgrößenverteilungscharakteristiken zu erhalten. Alternativ kann der Abfallstrom unter Verwendung von Techniken, wie beispielsweise Filtration, Dekantieren, Extraktion etc., getrennt werden, wobei die Feststoffe einer Größenreduzierung durch Techniken unterzogen werden, wie beispielsweise Kugelmühlen, Hammermühlen, Walzenmühlen oder andere Typen von Equipments, in welchen ein Mahlen oder Zertrümmern von Feststoffen durchgeführt werden kann.
Die Cokerzufuhrzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung können auch verschiedene andere Komponenten einschließen, einschließlich Dispergiermittel und/oder Tenside, wie beispielsweise Lignosulfonate. Es gibt keine Wärme-Erfordernisse für den Abfallzufuhreinsatzstoff, wobei jedoch der Abfallzufuhreinsatzstoff aufgrund seines Ölgehalts dazu neigt, eine Wärmekapazität von mindestens ca. 5.000 BTUs/Pfund aufzuweisen und noch typischer von mindestens von ca. 10.000 BTUs/Pfund.
Da der vorliegende von Abfall abgeleitete Cokerzufuhrstrom annähernd wasserfrei ist, ist die Rate, mit der dieser in den Verkokungsprozess eingespeist werden kann, durch den gewünschten Aschegehalt des Koksausstoßes begrenzt und zwar stärker als durch die Menge an Wasser, welches in den Coker eingebracht werden kann. Typische Cokerausführungen setzen eine obere Grenze von 0,1% an Aschegehalt. In dem Verkokungsprozess produziert eine Tonne an Feststoffen 0,7 Tonne Asche, wodurch die Zufuhrrate des aus Abfall stammenden Zufuhrstroms in den Coker für jeden Prozess berechnet werden kann.

Claims

Verfahren zum Recycling eines Abfallstromes, umfassend: Entfernen von Wasser und Öl aus dem Abfallstrom, um einen Feststoffstrom, der weniger als 60 Gew.-% Wasser umfasst, und einen Ölstrom zu erzeugen Zugabe zumindest eines Teils des Ölstroms zu dem Feststoffstrom; Trocknen des Feststoffstroms, um einen Abfallzufuhreinsatzstoff zu erzeugen, der weniger als 15 Gew.-% Wasser und mindestens 30 Gew.-% Feststoffe umfasst; und Einleiten des Abfallzufuhreinsatzstoffes in einen Coker.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Ölstrom zugegeben wird, bis der Abfallzufuhreinsatzstoff pumpbar gemacht ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ölstrom dem Feststoffstrom in einem Umfang zugegeben wird, der einem Faktor zwischen 0,5 und 1,5 des Gewichtes der Feststoffe entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Feststoffe und das Öl in dem Abfallzufuhreinsatzstoff etwa gleiche Anteile haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Abfallzufuhreinsatzstoff weniger als 5 Gew.-% Wasser umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Abfallzufuhreinsatzstoff weniger als 3 Gew.-% Wasser enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, des Weiteren umfassend ein Emulgieren des Feststoffstroms.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, des Weiteren umfassend eine Verringerung der mittleren Teilchengröße der Feststoffe auf weniger als 250 μm.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die mittlere Teilchengröße der Feststoffe weniger als etwa 75 μm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Abfallzufuhreinsatzstoff während eines Verkokungszyklus in den Kopf eines Coker eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, des Weiteren umfassend ein Vermengen des Abfallzufuhreinsatzstoffes mit einem Cokereinsatzmaterial und ein Einleiten des resultierenden Gemisches in den Coker.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Abfallzufuhreinsatzstoff mindestens 50 Gew.-% Feststoffe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Abfallzufuhreinsatzstoff mindestens 70 Gew.-% Feststoffe umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Abfallzufuhreinsatzstoff etwa 3 Gew.-% Wasser, etwa 50 Gew.-% Feststoffe und etwa 47 Gew.-% Öl umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Entfernung von Wasser in einer Vertikalscheibenzentrifuge durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Entfernung von Wasser in einer Dekantiereinrichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem der Coker aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem delayed Coker, einen Flexicoker und einem Fluidcoker besteht.