EP0116180B1 - Verfahren zum Schwelen von Hydrierrückständen - Google Patents

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EP0116180B1
EP0116180B1 EP83113264A EP83113264A EP0116180B1 EP 0116180 B1 EP0116180 B1 EP 0116180B1 EP 83113264 A EP83113264 A EP 83113264A EP 83113264 A EP83113264 A EP 83113264A EP 0116180 B1 EP0116180 B1 EP 0116180B1
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gas
drum
carbonization
smoldering
residues
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Gerd Dr. Escher
Rolf Dr. Holighaus
Hans-Peter Wenning
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Veba Oel Technologie und Automatisierung GmbH
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Veba Oel Technologie und Automatisierung GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/002—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal in combination with oil conversion- or refining processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/02—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by distillation

Definitions

  • the hydrogenation product contains the desired reaction temperature volatile constituents non-volatile residues, such as asphaltenes, catalysts and unreacted coal in the hydrogenation of coal or coal or coke as a catalyst carrier in the hydrogenation of oil.
  • the residues are separated from the gaseous product in one or more hot separators and have to be worked up.
  • a common smoldering plant for the hydrogenation residues consisted of a slightly inclined rotating drum, heated from the outside with gas burners, into which the pasty residue, preheated to around 400 ° C to 450 ° C, was introduced and smelted at temperatures of around 550 ° C to 600 ° C .
  • the specific throughput of the carbonization drum was essentially determined by the heat to be introduced into the drum per m 2 of drum surface.
  • the heated area of the drum could be reduced accordingly or the throughput of the drum increased.
  • the preheating temperature was limited by the start of cracking reactions during heating, this type of throughput increase was limited.
  • the document DD-A-26 871 describes a process for the treatment of oil and solid-containing refinery and hydrogenation residues in an upright retort while maintaining a fluidized bed, in which the pyrolysis process (smoldering, cracking, etc.) is carried out using flue gas as a heat transfer medium in direct heat exchange .
  • the carbonization gas serving as a heat transfer medium is circulated between the carbonization drum, condensation and reheating.
  • the condensation is carried out in a conventional manner, with the absence of water vapor compared to the earlier process simpler conditions which lead to less environmental nuisance.
  • the condensation stage can also be made smaller and the coolant consumption reduced.
  • the heat generated during the combustion of the carbonization gas not required as a cycle gas can be used for the reheating of the cycle gas, which heat is indirectly transferred to the cycle gas via a heat exchanger.
  • the method according to the invention enables a specific throughput increase of 50% for a given drum size and a lower specific heating gas requirement compared to the known method with carbonization preheating.
  • the drum can be downsized with direct heating by circulating gas.
  • the tendency to form coke deposits on the drum walls is less.
  • the caking can be further countered by the fact that the char is in a fine distribution, for. B. atomized, is introduced into the heating gas. It is therefore not necessary to use steel balls in the drum. However, it can be useful together with the char Solids, e.g. B. fine coke particles, which arose in the earlier course of smoldering, as germs for further coke deposits with the char.
  • the heat necessary for the smoldering of the hydrogenation residues is essentially introduced into the smoldering drum by the smoldering gas circulated.
  • the heating of the drum shell is therefore unnecessary; however, it has proven to be expedient to return the heat lost through radiation to it. This can be done by additional heating, the z. B. is operated with excess flue gas.
  • the hydrogenation residue 6 is z. B. with a temperature of 370 ° C in the rotary drum 1, where the smoldering takes place.
  • the drum is inclined, mounted on rollers and driven by a motor.
  • the heat required for smoldering is directly by recycled smoldering gas 7 with z. B. a temperature of 600 ° C - 950 ° C.
  • carbonized material 6 and heating gas 7 are conducted in cocurrent. Both can also be performed in counterflow.
  • the coke 12 formed during the smoldering is discharged from the drum via a suitable device.
  • the carbonization gases 11 are led to the condensation 2, in which the carbonization oil 13 is separated.
  • the uncondensed portions of the carbonization gas are drawn off with the blower 3, a partial flow 14 being conveyed back to the rotary drum 1 for further processing and a partial flow 7 via the heat exchanger 4.
  • the flue gases 15 produced in the combustion chamber 5 by burning heating gas 10, in particular carbonization gases 14 not required as recycle gas, with air 9 are cooled in the heat exchanger 4 against the recirculated carbonization gas 7, the heat required for direct heating of the drum being obtained.
  • Solids 8, in particular lime and / or coke, can be added to the rotary drum to incorporate pollutants during the smoldering process and to favor the coke separation.

Description

  • Bei der Hydrierung von Kohle sowie von Mineralölen, insbesondere Destillationsrückständen von Mineralölen sowie von Schwer- und Schwerstölen bei Temperaturen von 400°C bis 520°C und Drücken von 100 bar bis 700 bar in der Sumpfphase enthält das Hydrierprodukt neben den gewünschten, bei der Reaktionstemperatur flüchtigen Bestandteilen nicht flüchtige Rückstände, wie Asphaltene, Katalysatoren und nicht umgesetzte Kohle bei der Kohlehydrierung bzw. Kohle oder Koks als Katalysatorträger bei der Ölhydrierung. In einem oder mehreren Heißabscheidern werden die Rückstände von dem gasförmigen Produkt getrennt und müssen aufgearbeitet werden. Bei dem in Deutschland bis zum Ende des 2. Weltkrieges angewandten Kohlehydrierungsverfahren wurden die Rückstände, ggfs. nach Erhöhung des Feststoffgehaltes durch Schleudern, in eine Schwelanlage gegeben, in der die nicht flüchtigen Bestandteile zu Gas, Öl und Koks zersetzt wurden.
  • Eine gebräuchliche Schwelanlage für die Hydrierrückstände bestand aus einer leicht geneigt gelagerten, von außen mit Gasbrennern beheizten Drehtrommel, in die der auf etwa 400° C bis 450° C vorerhitzte pastöse Rückstand eingebracht und bei Temperaturen von etwa 550°C bis 600°C geschwelt wurde. (vergleiche W. Krönig "Die katalytische Druckhydrierung von Kohlen, Teeren und Mineralölen", Berling/Göttinge/Heidelberg 1950, insbesondere Seiten 44/45 und 188/189 sowie M. Höring und E. B. Donath in "Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie" 3. Auflage, 10. Band, München/Berlin 1958, insbesondere Seiten 518/519.) Zur Vermeidung von Koksanbackungen an der Trommel enthielt diese Stahlkugeln, die bei ihrer Umwälzung die Anbackungen abschlugen. Als Spülgas wurden in die Trommel ca. 100 kg Wasserdampf pro Tonne Einsatzprodukt geleitet.
  • Bei diesem bekannten Verfahren wurde der spezifische Durchsatz der Schweltrommel wesentlich durch die von außen pro m2 Trommelfläche in die Trommel einzubringende Wärme bestimmt. Durch eine Vorwärmung des zu schwelenden Rückstandes möglichst bis an die Cracktemperatur konnte die beheizte Fläche der Trommel entsprechend verkleinert bzw. der Durchsatz der Trommel erhöht werden. Da die Vorwärmtemperatur jedoch durch den Beginn von Crackreaktionen während der Aufheizung begrenzt wurde, waren dieser Art von Durchsatzsteigerung Grenzen gesetzt.
  • Wegen der indirekten Beheizung der Schweltrommeln über deren Wandungen war dieses Verfahren sehr energieaufwendig und wenig wirtschaftlich, die Lärmbelästigung durch die im Innern der Trommel herabfallenden Stahlkugeln war beträchtlich und die Reinigung des bei der Kondensation anfallenden, aus dem als Spülgas eingebrachten Wasserdampf entstandenen Schwelwasser war sehr aufwendig. Daher vertrat die Fachwelt die Auffassung, solche Schwelöfen bzw. Schwelverfahren seien künftig nicht mehr denkbar (vergleiche Winnacker-Küchler, "Chemische Technologie", München/Wien 1981, Band 5, Seite 457).
  • Das Dokument DD-A-26 871 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung öl- und feststoffhaltiger Raffinerie- und Hydrierwerksrückstände in einer aufrechtstehenden Retorte unter Aufrechterhalten einer Wirbelschicht, bei welchem der pyrolysevorgang (Schwelen, Cracken usw.) mittels Rauchgas als Wärmeträger im direkten Wärmetausch durchgeführt wird.
  • Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Nachteile der Trommelschwelung von Hydrierrückständen vermieden werden können, wenn die Beheizung des Trommelinhaltes, des Schwelgutes, direkt mittels eines auf Temperaturen von 600°C bis 950°C erhitzten Heizgases erfolgt. Als Heizgas dient insbesondere Schwelgas nach Entfernen seiner kondensierbaren Anteile. Das Heizgas besitzt also eine höhere Temperatur als der früher verwendete Wasserdampf; es wirkt nicht nur wie jener als Spülgas, sondern auch insbesondere als Heizmittel für die Schwelung der Hydrierrückstände.
  • Das als Wärmeträger dienende Schwelgas wird im Kreislauf zwischen Schweltrommel, Kondensation und Wiederaufheizung gefahren. Die Kondensation erfolgt in üblicher Weise, wobei wegen des Fehlens von Wasserdampf gegenüber dem früheren Verfahren einfachere Verhältnisse vorliegen, die zu geringeren Umweltbelästigungen führen. Auch kann die Kondensationsstufe kleiner ausgeführt und der Kühlmittelverbrauch verringert werden. Für das Wiederaufheizen des Kreislaufgases kann insbesondere die bei der Verbrennung des nicht als Kreislaufgas benötigten Schwelgases entstehende Wärme genutzt werden, die über einen Wärmeaustauscher indirekt auf das Kreislaufgas übertragen wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht gegenüber dem bekannten Verfahren mit Schwelgutvorwärmung eine spezifische Durchsatzsteigerung von 50 % bei gegebener Trommelgröße und einen geringeren spezifischen Heizgasbedarf. Für einen bestimmten Durchsatz kann bei direkter Beheizung durch Kreisgas die Trommel verkleinert werden.
  • Da die Schwelung nicht, wie bei dem früheren Verfahren, bevorzugt an der Trommelwand, sondern im Trommelinneren erfolgt, ist die Tendenz zur Bildung von Koksanbackungen an den Trommelwänden geringer. Den Anbackungen kann dadurch weiter entgegengewirkt werden, daß das Schwelgut in feiner Verteilung, z. B. zerstäubt, in das Heizgas eingebracht wird. Daher kann auf die Verwendung von Stahlkugeln in der Trommel verzichtet werden. Jedoch kann es zweckmäßig sein, zusammen mit dem Schwelgut Feststoffe, z. B. feine Koksteilchen, die im früheren Verlauf der Schwelung entstanden sind, als Keime für weitere Koksabscheidungen mit dem Schwelgut einzubringen.
  • Wie bereits erwähnt, wird die zur Schwelung der Hydrierrückstände notwendige Wärme im wesentlichen durch das im Kreislauf geführte Schwelgas in die Schweltrommel eingebracht. Die Beheizung des Trommelmantels ist daher entbehrlich; es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, diesem die durch Abstrahlung verlorengehende Wärme wieder zuzuführen. Dies kann durch eine Zusatzbeheizung geschehen, die z. B. mit überschüssigem Rauchgas betrieben wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden nach der zugehörigen Zeichnung erläutert.
  • Der Hydrierrückstand 6 wird z. B. mit einer Temperatur von 370° C in die Drehtrommel 1 verdüst, wo die Schwelung stattfindet. Die Trommel ist geneigt, auf Rollen gelagert und wird mit einem Motor angetrieben. Die zur Schwelung erforderliche Wärme wird direkt durch rückgeführtes Schwelgas 7 mit z. B. einer Temperatur von 600° C - 950° C zugeführt. Bei der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens werden Schwelgut 6 und Heizgas 7 im Gleichstrom geführt. Ebenso können beide im Gegenstrom geführt werden. Der bei der Schwelung entstehende Koks 12 wird über eine geeignete Vorrichtung aus der Trommel geschleust.
  • Die Schwelgase 11 werden zur Kondensation 2 geführt, in der das Schwelöl 13 abgetrennt wird. Die nicht kondensierten Anteile des Schwelgases werden mit dem Gebläse 3 abgezogen, wobei ein Teilstrom 14 zu einer weiteren Verarbeitung und ein Teilstrom 7 über den Wärmetauscher 4 zurück zur Drehtrommel 1 gefördert werden. Die in der Brennkammer 5 durch Verfeuerung von Heizgas 10, insbesondere von nicht als Kreislaufgas benötigten Schwelgasen 14, mit Luft 9 erzeugten Rauchgase 15 werden im Wärmetauscher 4 gegen das rückgeführte Schwelgas 7 abgekühlt, wobei die zur direkten Beheizung der Trommel erforderliche Wärme gewonnen wird.
  • Die indirekte Beheizung der Trommel mittels der durch Verfeuerung von Heizgas 10, insbesondere Schwelgas 14, mit Luft 9 in der Brennkammer 5 erzeugten Rauchgase 15, dient der Kompensation der Verlustwärme sowie zum Anfahren des Prozesses.
  • Zur Einbindung von Schadstoffen während der Schwelung sowie zur Begünstigung der Koksabscheidung können Feststoffe 8, insbesondere Kalk und/oder Koks, in die Drehtrommel gegeben werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Schwelen von bei der Hydrierung von Öl, insbesondere Schweröl, oder von Kohle anfallenden Rückständen in einer beheizten Trommel, insbesondere einer Drehtrommel, bei Temperaturen von 400° C bis 600°C unter Zuführung eines heißen Gases in die Schweltrommel, dadurch gekennzeichnet, daß als heißes Gas ausschließlich Schwelgas nach Abscheiden der kondensierbaren Anteile und Erhitzen auf 600°C bis 950°C verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des als Kreislaufgas geführten Schwelgases auf 600° C bis 950°C indirekt mittels bei der Verbrennung von Öl oder Gas, z. B. von überschüssigem Schwelgas entstehenden Rauchgase erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände in feiner Verteilung in das heiße Gas eingebracht, insbesondere zerstäubt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Zusatzbeheizung, die z. B. mit überschüssigem Rauchgas betrieben wird, dem Trommelmantel die durch Abstrahlung verlorengehende Wärme wieder zugeführt wird.
EP83113264A 1983-01-07 1983-12-31 Verfahren zum Schwelen von Hydrierrückständen Expired EP0116180B1 (de)

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