WO2016173732A1 - Vorrichtung und verfahren zur abtrennung von asphaltenen aus einem ölhaltigen brennstoff - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur abtrennung von asphaltenen aus einem ölhaltigen brennstoff Download PDF

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WO2016173732A1
WO2016173732A1 PCT/EP2016/052955 EP2016052955W WO2016173732A1 WO 2016173732 A1 WO2016173732 A1 WO 2016173732A1 EP 2016052955 W EP2016052955 W EP 2016052955W WO 2016173732 A1 WO2016173732 A1 WO 2016173732A1
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WO
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container
particles
asphaltenes
asphaltene
asphaltene particles
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PCT/EP2016/052955
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Kinzl
Ansgar Kursawe
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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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
    • C10G21/00—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by extraction with selective solvents
    • C10G21/003—Solvent de-asphalting
    • 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
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/20—Characteristics of the feedstock or the products
    • C10G2300/201—Impurities
    • C10G2300/205—Metal content
    • C10G2300/206—Asphaltenes

Definitions

  • the invention relates to a device for separating asphaltenes from an oil-containing fuel. Furthermore, the invention relates to a corresponding method for the separation of asphaltenes from an oil-containing fuel.
  • oily fuels such as crude and heavy oils
  • crude and heavy oils which are available as low-cost fuels for energy production by gas turbines.
  • asphaltenes which in turn contain chemically bound heavy metals.
  • heavy metals such as vanadium or nickel are released as metal oxides.
  • the Me ⁇ -metal oxides alloyed with the metals of the turbine blades and corrode and weaken.
  • asphaltenes have the property of precipitating as a solid under severe pressure or temperature changes. These solid asphalt particles can influence lines or fine nozzles of the torch used clog fen and the mixture formation in the turbine, whereby the efficiency of the turbine is marlose ⁇ lert.
  • oils containing vanadium are added with an inhibitor which prevents alloying of the metal oxides with the metal of the turbine blade.
  • a refractory Magnesiumvanadat forms instead of low melting Alkalivanadate.
  • the deposits or type of connection must crusts are removed from the turbine blades, which requires a regular time-consuming and costly service effort. In particular, such a cleaning is associated with a turbine stoppage of several hours.
  • deasphalting processes are known, which are based on an extraction of asphaltenes with saturated aliphatic hydrocarbons as precipitants.
  • these asphaltene reduction methods are only used in the refinery sector.
  • the use in a power plant environment is not effective since, for example providing for "classical" deasphalting means of the so-called ROSE process an asphalt extraction with low-molecular Ali triphosphates, which require residence times partially to meh ⁇ eral hours.
  • ROSE- Process an asphalt extraction with low-molecular Ali triphosphates, which require residence times partially to meh ⁇ eral hours.
  • Such a deasphalting is just at ROSE- Process associated with high temperatures and pressures in the "critical" range of solvents.
  • Specify device by means of which the Asphaltenabschei- tion can be achieved from an oil-containing fuel efficiently and inexpensively.
  • a second object of the invention is to provide a method that allows a correspondingly simple and kos ⁇ ten montene separation.
  • the first object of the invention is inventively achieved by a device for the removal of asphaltenes from an oil-containing fuel comprising a mixing element for intensive in ⁇ mixing of the oil-containing fuel with an solu- solvents to form a supersaturated with asphaltenes solution, a container for desupersaturation by deposition of the asphaltenes from the supersaturated solution, a growing zone formed inside the container for growing asphaltene particles through the asphaltenes separated from the supersaturated solution, and a fluidically connected classifier for separating the asphaltene particles grown in the growth zone into their particle size according to, wherein the Benzol ⁇ ter is designed and arranged such that a
  • Asphaltene particles containing stream between the Mischele ⁇ ment and the growth zone of the container circulates.
  • the invention faces two fundamental problems that arise in the precipitation of asphaltenes from an oily fuel.
  • On the one hand there is the risk of uncontrolled early precipitation of asphaltene particles in the addition of precipitants or solvents, as is customary in the case of deasphalting, since the solvents used in the deasphalting and the respective oil-containing fuels are not completely miscible.
  • the phase interface which arises despite the mixing, favors the spontaneous and uncontrolled precipitation of the
  • Asphaltenes The particles formed in a precipitation are usually ultrafine particles whose separation from the respective mother solution, that is to say in the present case the oil-containing fuel, is scarcely possible. This gives rise to the second problem. Available to the precipitated fines growth nuclei or correspondingly large upper surfaces ⁇ available, then the particles separate out there. With regard to the devices used for deasphalting, these surfaces are provided by the walls of the individual device components or by growth nuclei contained in the fuel, at which the asphaltene particles deposit and grow. This applies ever ⁇ but in terms of unwanted deposits and blockages, called fouling, and to prevent the associated From ⁇ effects on a downstream gas turbine process.
  • the invention now recognizes that precipitation and separation for the subsequent separation of the asphaltene particles from the oil-containing fuel can be implemented in a controlled manner, especially when rapid mixing takes place in combination with a targeted provision of growth nuclei.
  • the device used for the separation comprises for this purpose a mixing element for intensive mixing of the oil-containing fuel with a solvent to form a
  • Asphaltene supersaturated solution and a container to reduce supersaturation by deposition of asphaltenes from the supersaturated solution Within the vessel, a wax ⁇ tumszone is formed separated in the existing asphalt particles by the from the supersaturated solution
  • the container is in this case such forms ⁇ out and arranged such that a circulating asphalt particles contained ⁇ tender flow between the mixing element and the growth zone of the container.
  • the stream containing the asphaltene particles circulates here between the mixing element and the growth zone in such a way that the volume elements contained in the asphaltene particles pass through both the growth zone and the mixing element several times.
  • existing particles preferentially enlarge instead of forming the new microfine particles.
  • the particles accumulate within the container and can then be separated from the oil-containing fuel by the classifier connected to the container according to their particle size.
  • a mixing pump is used as the mixing element, which has a high shear rate.
  • the asphaltene particles present in the mixing zone or at the mixing point as a result of the circulation of the stream, the asphaltenes which precipitate out of the solution can deposit thereon and grow there.
  • the supersaturation of the solution can thus be reduced in a controlled manner thanks to the presence of the asphaltene particles present in the stream.
  • the growth of asphaltene particles continues within the container.
  • the particles may grow so far that they Errei ⁇ chen the desired particle size for separation.
  • the separation of the particles takes place via the classifier connected to the container.
  • the fuel to be purified by asphaltenes is, in particular, a heavy oil whose main constituents, in addition to the asphaltenes (highly condensed aromatic hydrocarbons), are above all alkanes, alkenes, cycloalkanes. In addition there alipha ⁇ tables and heterocyclic nitrogen and Schwefelverbin ⁇ decisions occur.
  • Suitable solvents are in particular short-chain hydrocarbons, such as butanes (C4), pentanes (C5), hexanes (C6) and / or heptanes (C7).
  • the solvent in this case serves to dissolve soluble constituents contained in the oil-containing fuel, for example aliphatics.
  • the asphaltenes contained in the oil-containing fuel are insoluble in the solvent used, so that the solvent respect ⁇ Lich of the asphaltenes can be ⁇ is characterized as a sort of an "anti-solvent".
  • a supply line for the oil-containing fuel and / or a supply line for the solvent are connected to the mixing element. If both supply lines are connected to the mixing element, the two components are mixed directly in the mixing element. Such an staltung is particularly preferred because of ensuring fast and good mixing.
  • the container itself is in particular designed such that it allows a sufficiently large residence time for the growth of the asphaltene particles.
  • the required for the separation solids accumulation is ensured in the container.
  • the precipitated asphaltene particles continue to grow before their separation.
  • the growth will be affected by the balance between the quantity of the lingering in the loading container ⁇ particles and the amount of circulating particles or limited.
  • the higher the residence time the higher the deposition rate and thus, due to the improved separation, the cleaning performance of the device used for the separation.
  • the zone such is understood ⁇ , in which the asphalt particles grow by the deposition of white ⁇ more excellent asphaltenes from the mixture, thus the supersaturated solution.
  • the growth zone may in this case be limited to a volume within the container. Alternatively, the entire container volume as a growth zone for the
  • Asphaltene particles are available.
  • Classifier connected. The separation takes place here according to the particle size, with small and large
  • the classifier ⁇ device preferably comprises for this purpose a number of
  • the average diameter of the separated particles is in this case, for example, depending on the oil used, the set separation grain size and the speed of the asphalt profundsge ⁇ particles.
  • the desired accumulation of asphaltene particles in the container can be achieved.
  • the amount of solids present in the container which can be achieved by the targeted control of the two partial streams taken from the container, the desired adaptation of the available surface to the process requirements is possible.
  • the particles Due to the particle growth within the container and the associated increasing accumulation of particles and the available surface decreases the required volume of the container.
  • the particles in this case have a ⁇ interpreting Lich higher residence time and thus growth within the container as the liquid flowing through, whereby large and well-separable particle arise.
  • due to the accumulation of solids within the container it is possible to specify different residence times for the liquid and the solid.
  • the requirements for the growth time of the solid particles, as well as the short remplisstechniksverweilzeit which allows the use of a container of small size, glei ⁇ che impart taken into account.
  • the available surface for the Parti ⁇ kelwachstum is also about 3 times greater.
  • the volume-specific separation capacity (kg of asphaltenes / hm 3 ) of the container increases by a factor of 3, so that the container volume can be reduced by a factor of 3 with the same separation performance compared to non-successful particle enrichment with a low residence time.
  • a particle enrichment within the container or within the corresponding growth zone allows the use of a container with structurally smaller dimensions.
  • small asphaltene particles in the present case are understood as meaning those particles which have not yet grown sufficiently to be able to be retained by a classifier, ie kept in the process.
  • the hyd ⁇ rodynamische residence time is about 1 ⁇ .
  • the mean diameter of the small asphaltene particles is typically below 5 ⁇ m.
  • Large asphaltene particles are understood to be the particles which, owing to their significantly larger average diameter, can be easily separated off by the classifier and fed to a further utilization as a solid.
  • such isolated as large asphalt particles whose mittle ⁇ rer diameter is above 25 ym.
  • the mixing element and the growth zone of Be ⁇ boders circulating stream preferably contains asphaltene particle medium size.
  • the current-saving circuiate ⁇ asphalt particles having an average diameter containing in a range between 5 .mu.m and 20 .mu.m.
  • the amount of asphaltene particles circulating in the partial flow is through the residence time in the container - depending on the classification of the particles - determined.
  • the specified particle sizes of the small, medium and large asphaltene particles are not limited to the ranges indicated.
  • the desired residence time within the vessel or within the growth zone and to clean ⁇ constricting oil-containing fuel the particle sizes of the designated values or the area may be different.
  • the medium-sized asphalt particles flow from the wax ⁇ tumszone the mixing element to stand there as growth nuclei for the deposited from the mixture asphaltenes available.
  • the mixing element of the stream is mixed with a solvent and the oily ⁇ set to be cleaned fuel. Those contained in the mixture
  • a two-stage classifier ie a classifier with two separation stages
  • the separation stages preferably small and large asphaltene particles are separated from one another and at the same time from the "mother solution", ie the mixture of fuel and solvent.
  • the circulation of the asphaltene particle-containing stream is achieved in an advantageous embodiment of the invention via a fluidic connection of the mixing element with the container.
  • the container for circulating the asphaltene particle-containing stream is expediently fluidly connected to the mixing element.
  • About this fluidic connection containing the asphaltene particles stream is supplied from the container to the mixing element and mixed here with oily fuel and solvent.
  • the resulting mixed stream is fed to the container, for which purpose the mixing element is preferably fluidly connected via a discharge line to a supply line of the container.
  • the asphaltene particles contained in the mixed flow grow.
  • the large asphaltene particles are separated off.
  • Small particles are ⁇ carry out the oil flow.
  • the stream containing essentially asphalt particle medium size is again ge ⁇ leads into the mixing element.
  • the latter is preferably connected via a discharge line in terms of flow to a supply line of the mixing element.
  • the stream supplied from the container to the mixing element is mixed again within the mixing element with the freshly supplied oily fuel and the solvent.
  • the asphaltene particles contained in the stream serve as growth nuclei. They provide the surface necessary for growing the asphaltene particles. This is where a large part of the mix, so the Asphal ⁇ tenpelle containing stream, out repeatedly in a loop.
  • the amounts of each circulating streams can be described by mass flow conditions.
  • a mass flow is the mass of a medium which moves through a cross-section per unit of time.
  • the mass flow ratio between the asphalt particles is preferably containing stream and the mixed stream (me sum of the feed streams of the oil containing fuel and Lö ⁇ sungsstoffs) is considered.
  • the ratio of the flow supplied by the container to the mixing element to the sum of the inlet flow Depending on the concentration of solids present, it is preferably in a range between 0.1: 1 to 100: 1.
  • a lower ratio of the mass flows can be set with a higher solids concentration.
  • a low mass flow ratio is desirable, in particular due to cost reasons, since higher KreislaufVer conception ⁇ nisse require larger pumps and larger pipe diameter, which are recorded pressure losses.
  • a mass flow ratio in a range between 10: 1 and 10: 5 is advantageous here. Particularly preferred is a mass flow ratio of 10: 1.
  • a ratio of 10: 1 be ⁇ indicated that the mass of the asphalt particle-containing stream flowing in the direction of the mixing element, times greater than about 10, the sum of the feed streams of the oil containing fuel and the solvent to the mixing element.
  • An alternative embodiment of the invention provides that the mixing element is arranged within the container.
  • the mixing element In the arrangement of the mixing element within the container ⁇ which the oil-containing fuel and the solvent via ent ⁇ speaking leads dosed into the container, where they are mixed vice ⁇ starting intensive.
  • a mixing element is preferably used, which operates on the rotor-stator principle and has a high shear rate. Also possible here is the use of a mixing pump whose static part is arranged, for example, on the wall of the container.
  • the mixing is preferably carried out in a so-called mixing zone or at a mixing point within the container.
  • the mixing zone is expediently located in the vicinity of the container wall, so that thorough mixing takes place immediately after inflow of the feed streams, ie of the oil-containing fuel and the solvent, to form a supersaturated solution.
  • the mixture flows through a suitable flow guide within the container in the growth zone of the container where the asphaltenes precipitate. As growth germs they are also available here in the container asphaltene particles available.
  • the circulation of the asphalt particles containing stream between the wax ⁇ tumszone the container and the mixing element is carried out. Overall, circulation of an asphaltene-containing stream between the growth zone of the container and the mixing element - regardless of whether the mixing element is formed as a separate component or disposed within the Benzol ⁇ ters - provide a provision for the
  • Deasphalting of an oil-containing fuel required large surface area for selective separation of the asphaltenes and at the same time prevention of crust formation by fouling.
  • the asphaltene particles grown within the growth zone of the container undergo a separation of their particle size.
  • By the connected to the container classifying a targeted enrichment of solids Parti ⁇ angles is possible, which increases the deposition rate and thus the cleaning ⁇ cleaning performance in the separation.
  • a classifier which includes several separation stages, so as to achieve the best ⁇ g ⁇ lichster separation performance.
  • the term separation stage is to be understood as meaning, in particular, those structural components which permit a targeted separation of the asphaltene particles according to their particle size.
  • the separation stages used in each case are preferably designed as hydrocyclones.
  • a hydrocyclone is a centrifugal separator for liquid mixtures. With a hydrocyclone solid particles contained in suspensions can be separated or classified. The discharged from the container, enriched with large asphaltene particles first partial flow is through passed the hydrocyclone and this separated the large asphaltene particles from the mother solution.
  • hydrocyclone is advantageous here, since it consists of a container without moving parts and has a low volume due to the short residence time of the first partial flow .
  • An alternative embodiment of the invention provides for the use of decanters and / or self-cleaning edge gap filters, alternatively or in addition to the hydrocyclones as separation stages.
  • the classification device used for the separation comprises a first separation stage for separating large ones
  • the container For the supply of the first partial stream to the first separation stage, the container is suitably ⁇ flow-connected to a supply line of the first separation stage via a first discharge line.
  • the first discharge line of the container is vorzugswei ⁇ se arranged at the bottom thereof, so that the first partial stream withdrawn at the bottom of the container and the first separation stage is supplied ⁇ leads.
  • the separation within the first separation stage takes place taking into account a preset separation grain size.
  • Asphaltene particles with a mean diameter greater than a pre-set size of separation particles are discharged from the process and removed. With a cut-off particle size of 25 ⁇ m, particles having an average diameter greater than 25 ⁇ m are thus discharged.
  • the first separation stage ⁇ advantageous way legally is fluidically connected via a return line to a supply line of the container.
  • a reflux is formed which comprises asphaltene particles whose size falls below the set separation particle size.
  • This return is returned to the container, with the in Return still contained asphaltene particles within the Be ⁇ container or serve within the growth zone of the container as growth nuclei.
  • the first separation stage is a Aufberei ⁇ processing device fluidically connected downstream.
  • the classifier preferably comprises a second separation stage.
  • the container is for supplying the second partial flow to the second separation stage advantageously via ei ⁇ ne second discharge line fluidly connected to a supply line of the second separation stage.
  • the second discharge line of the container is expediently arranged on its head, so that the second partial stream is supplied from the top of the container to the second separating stage.
  • the asphalt particles contained in the discharge line of the container through the second out ⁇ transmitted second part stream are separated in the second separation stage from the solution.
  • the small particles that are not yet grown sufficiently to ⁇ to be separated finally be held in the process.
  • the second separation stage is connected to return a small asphaltene particles enriched second return via a return line to a supply line of the container.
  • the small asphaltene particles are returned to the container and can continue to grow there.
  • the second separation stage is a Aufberei ⁇ processing device fluidically connected downstream.
  • the separation device can be designed, for example, as a solvent treatment, in which the solvent or, based on the asphaltenes, the so-called "anti-solvent", ie the short-chain alkane used, is recovered by evaporation zu ⁇ out and used for renewed Deasphaltmaschine.
  • the container for classifying the asphalt particles is designed according to their particle size ⁇ .
  • the container preferably comprises a classifying zone, within which the asphaltene particles are separated according to their particle size.
  • the classification zone is so ⁇ with integrated in the container and suitably provided in the edge region of the container ⁇ .
  • Deasphalting is possible as an oil pretreatment, which permits the use of heavy fuel oil containing more than 100 ppm of vanadium for power generation by E-class gas engines. allowed. Also, crude oil (Crude) Oil with significantly height ⁇ ren vanadium concentrations than 10 ppm in E-class gas turbines are used, the previously economically through large amounts of magnesium inhibitors and the enormous effort service associated with vigorous Pressure is.
  • the second object of the invention is achieved by methods for the separation of asphaltenes from an oil-containing fuel, wherein the oil-containing fuel is mixed intensively by means of a mixing element with a solvent, wherein during the mixing process on
  • Asphaltenes supersaturated solution is formed, the supersaturation by deposition of the asphaltenes from the supersaturated solution in a container is reduced, whereby existing asphaltene particles grow in a growth zone of the container by deposited from the supersaturated solution asphaltenes, the attached in the growth zone ⁇ grown Asphaltene particles are separated by a classifier according to their particle size, and wherein a
  • Asphaltene particles containing stream between the growth zone of the container and the mixing element circulates.
  • asphaltene particles are already available when mixing the oil-containing fuel to be cleaned with the solvent, which serve as growth nuclei.
  • asphalt particles grow, rather than that new fines need to make.
  • Such fine particulate formation takes place only once at the beginning of the process, al- so when starting the system.
  • These ultrafine particles then serve as growth germs present in the process and they enable a reduction of the supersaturation by precipitation of asphaltene particles from the supersaturated solution.
  • the stream containing asphaltene particles flows from the container into the mixing element.
  • the stream containing asphaltene particles flows from the container into the mixing element.
  • Asphaltenes required particles provided.
  • the asphalt is mixed particles containing stream in the mixing element with the oil-containing fuel and the solution ⁇ medium.
  • the oil-containing fuel and the solvent are mixed within the Be Schol ⁇ ters.
  • the mixing element is hereby arranged —particularly joserwei ⁇ se within the container.
  • the oleaginous internal ⁇ material and the solvent are mixed directly into the container do ⁇ Siert and at the entry point.
  • the entry point is thus preferably designed as a mixing point or as a mixing zone.
  • the mixing is preferably carried out ⁇ by means of a working according to the rotor-stator principle mixing element with a high shear rate.
  • the first partial stream is expediently withdrawn from the bottom of the container from this and flows from there into the first separation stage. In the first separation stage the large asphalt particles that exceed a certain set before ⁇ cut size are separated and thus removed from the process.
  • the return includes asphalt particles un ⁇ terrenz the separation grain size of the first separation stage are.
  • the particles serve within the container again as growth ⁇ germs and improve the solids accumulation within the container.
  • the large asphaltene particles separated from the first partial stream are expediently fed to a treatment device.
  • the treatment device can be designed as a centrifuge, by means of which the large particles are separated.
  • One possible use of the separated asphaltene particles is in road construction.
  • a second partial stream for separating small asphaltene particles is fed to a second separating stage of the classifying device.
  • the second partial stream is expediently withdrawn therefrom at the top of the container and fed to the second separation stage.
  • Asphaltene particles enriched second reflux arises.
  • the asphalt with small particles angerei ⁇ -assured second return is supplied to the container. This allows the small particles within the container to continue growing up.
  • the effluent freed from small asphaltene particles, the clear flow is preferably fed to a treatment device. In this case, it is preferred if the outflow stream is fed to a solvent recovery in which the solvent is evaporated and regenerated. Finally, the regenerated solvent can be in this way, be re-used for mixing with the oil-containing fuel at ⁇ play a pentagonal section.
  • the asphaltene particles are separated within a classification of the container according to their particle size.
  • Wor ⁇ th of the container acts as a classifier, in which the particles are pre-separated according to their particle size. It is therefore an internal classification zone within the Be Schol ⁇ ters, which is expediently provided in the edge region of the container in the form of a quiet zone.
  • FIG. 1 shows a device for separating asphaltenes from an oil-containing fuel with a mixing element fluidically connected container, as well as
  • Asphaltenes from an oil-containing fuel with an arranged mixing elements ⁇ within a container Asphaltenes from an oil-containing fuel with an arranged mixing elements ⁇ within a container.
  • FIG. 1 shows a device 1 for the separation of asphaltenes from an oil-containing fuel 3.
  • fuel 3 a heavy oil is used.
  • the heavy oil 3 will be together with pentane supplied as a solvent 5 via corresponding supply lines 7, 9 designed as a mixing pump mixing element 11. Within ⁇ within the mixing element 11, the heavy oil 3 and the solvent 5 are mixed ultrafast.
  • a rapid mixing produces a metastable, supersaturated solution, which avoids the formation of a phase interface between the heavy oil 3 and the pentane 5 and thus prevents premature precipitation of asphaltene particles during the mixing process.
  • the resulting mixture 13 is supplied to a mixing element 11 connected to the mixing tank 11, to which the mixing element 11 is fluidly connected via a discharge line 17 with a supply line 19 of the container 15.
  • the precipitation process of asphaltenes begins. The precipitating from the solution asphaltenes failed ⁇ off to existing in the process asphalt particles.
  • a growth zone 23 in which grow the asphaltene particles.
  • the required for the subsequent separation of the growth of solid enrichment within the container 15 is ensured by a sufficiently long residence time of the asphalt particles in Bephol ⁇ ter 15th The longer the residence time of the asphalt particles
  • Asphaltene particles the higher the deposition rate and thus, due to the improved separation of the particles, and the cleaning performance of the separation device 1 used.
  • a classifying device 25 is fluidically connected to the container 15.
  • the classifier 25 for this purpose comprises two plates 27, 29.
  • the coupling of the first separation stage 27 to the Benzol ⁇ ter via the connection of a first discharge line 31 of the container 15 to a supply line 33 of the first separation stage 27 via lines 31, 33 the first Trennstu ⁇ fe 27, a first portion stream 35 is supplied.
  • the discharge line 31 of the container 15 is connected to the bottom 37 thereof.
  • the first separation stage 27 which is designed as a hydrocyclone, are large asphalt particles 39 that exceed a set before ⁇ separation grain size of 25 ym, removed from the process. They are fed via a discharge line 41 to a treatment device 43 and can subsequently be supplied to a further use, for example in road construction.
  • the first separation stage 27 is connected to a return line 47, which is fluidically connected to a supply line 49 of the container 15.
  • the asphalt particles now still contained in the return 45 are within the container 15 or within the growth zone 23 of the Be ⁇ boders 15 as a growth germ.
  • the second separation stage 29 of the classifier 25 is used to separate smaller asphalt particles 51 from a second part flow 53.
  • the second discharge line 55 of the container is arranged on the head 59.
  • the second partial flow 53 essentially comprises small
  • Asphaltene particles 51 which are to be kept in the process in order to continue to grow there. Accordingly, in the second separation stage 29 which is also formed as a hydrocyclone off asphalt particles 51 separated by an average ym By ⁇ diameter above 5 from the liquid and returned to the container 15th The return of the enriched with small asphaltene particles 51 second return 61 via a connection of a return line 63 of the second separation stage 29 with a feed line 65 of the container 15th
  • the second separation stage 29 is a Aufberei ⁇ processing device 67 downstream of flow.
  • the processing device 67 29 is connected discharge pipe 69 of the formed in the Abtren ⁇ drying the asphalt particles 51 flow stream 71, a clear effluent is fed via one of the second separation stage.
  • the solvent 5 can be recovered and returned to the mixing element 11.
  • ⁇ ses asphalt particles 73 having an average diameter in a range between 5 .mu.m and 25 .mu.m, which can be performed in a circuit 75 miles.
  • a partial flow 79 with these asphaltene particles 73 is fed to the mixing element 11 via a return line 77 connected to the container 15.
  • the return line 77 of the container 15 is connected to a feed line 81 of the mixing element 11.
  • the feed element 81 is also connected to the mixing element 11, via which the feed or the circulation of growth nuclei for the asphaltene separation is ensured.
  • the asphaltene particles 73 contained in the circulating stream 79 are already at the time of Mixing of the oil-containing fuel 3 and the Absmit ⁇ tel 5 growth nuclei for the asphaltenes available.
  • the asphaltenes contained in the supersaturated solution, ie the mixture 13 are deposited only on the asphaltene particles 73 already present and grow there. In other words, the precipitate, which occurs substantially immediately after the mixing of the oily fuel 3 and the solvent 5, by the circulation of the
  • Asphaltene particles between the mixing element 11 and the growth zone 23 of the container 15 are selectively controlled.
  • a classifying zone 83 which alternatively or in addition to the first separation stage 27 separates large asphaltene particles.
  • the position of the classifying zone 83 within the container 15 is indicated here by an arrow.
  • FIG. 2 shows a further device 91 which likewise serves to separate asphaltenes from an oil-containing fuel 3 by means of a solvent 93, in the present case hexane.
  • the structural difference between the device 91 and the device 1 according to IG 1 is that the mixing element 95 used is not connected upstream of the container 97, as is the case with the device 1, but instead is arranged inside the container 97.
  • the mixing takes place within the container 97 in a formed on the wall 103 mixing zone 105 by means of the mixing element formed as an internal mixing pump 95 immediately upon entry of the heavy oil 3 and the solvent 93.
  • the mixing ⁇ element 95 By the mixing ⁇ element 95, the necessary ultrafast mixing of the two components 3, 93 ensured.
  • the mixture 109 resulting from the mixing flows through a suitable flow guide within the container 95 into the growth zone 111 of the container 95, where the asphaltenes precipitate or those which have already precipitated
  • Asphaltene particles continue to grow. As growth nuclei, they are also available here in the container 95 asphaltene particles 113 medium size available. Zirku ⁇ thus also prominent between the mixing element 95 and the growth zone 111 due to the flow conditions, an Asphal ⁇ tenpumble 113 containing partial stream 115.
  • the asphalt particles 113 provide as growth nuclei a surface be ⁇ riding that favors the deposition of asphaltenes and at the same deposition caused contamination of Wandun ⁇ conditions, pipelines or the like of a device used for Deasphaltmaschine 1 prevents.
  • the container 97 may be a classifying zone 117, whose position is indicated by an arrow out ⁇ forms which serves as an alternative or in addition to the first separation stage 27 of the classifying large asphalt particles.
  • the detailed description of the device 1 according to FIG. 1 can be transferred to the device 91 according to FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1, 91) zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff (3), umfassend ein Mischelement (11, 95) zur intensiven Vermischung des ölhaltigen Brennstoffs (3) mit einem Lösungsmittel (5, 93) unter Bildung einer mit Asphaltenen übersättigten Lösung, einen Behälter (15, 97) zum Abbau der Übersättigung durch Abscheidung der Asphaltene aus der übersättigten Lösung, eine innerhalb des Behälters (15, 97) ausgebildete Wachstumszone (23, 111) zum Anwachsen von vorhandenen Asphaltenpartikeln durch die aus der übersättigten Lösung abgeschiedenen Asphaltene, sowie eine dem Behälter (15, 97) strömungstechnisch angeschlossene Klassiereinrichtung (25) zur Trennung der in der Wachstumszone (23, 111) angewachsenen Asphaltenpartikel ihrer Partikelgröße nach, wobei der Behälter (15, 97) derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass ein Asphaltenpartikel enthaltender Strom (79, 113) zwischen dem Mischelement (11, 95) und der Wachstumszone (23, 111) des Behälters (15, 97) zirkuliert. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren, bei welchem ein Asphaltenpartikel enthaltender Strom (79, 113) zwischen dem Mischelement (11, 95) und der Wachstumszone (23, 111) des Behälters (15, 97) zirkuliert.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff.
Im Rahmen der Energieerzeugung wird häufig auf ölhaltige Brennstoffe, wie Roh- und Schweröle zurückgegriffen, die als preiswerte Brennstoffe zur Energiegewinnung durch Gasturbinen verfügbar sind. Solche Roh- und Schweröle enthalten jedoch Asphaltene, die wiederum chemisch gebundenen Schwermetalle enthalten. Bei der Verbrennung der Öle werden Schwermetalle wie Vanadium oder Nickel als Metalloxide freigesetzt. Die Me¬ talloxide legieren mit den Metallen der Turbinenschaufeln und korrodieren bzw. schwächen diese.
Zudem haben Asphaltene unabhängig von Ihrem Metallgehalt die Eigenschaft, bei starken Druck- oder Temperaturänderungen als Feststoff auszufallen. Diese festen Asphaltenpartikel können Leitungen bzw. feine Düsen der eingesetzten Brenner verstop- fen und damit die Gemischbildung in der Turbine nachhaltig beeinflussen, wodurch der Wirkungsgrad der Turbine geschmä¬ lert wird.
Entsprechend wird Ölen, die Vanadium enthalten, ein Inhibitor zugegeben, der eine Legierung der Metalloxide mit dem Metall der Turbinenschaufel verhindert. Beim Einsatz eines als Inhi¬ bitor gängigen, jedoch hochpreisigen Magnesium-Additivs bildet sich anstelle niedrig schmelzender Alkalivanadate ein hochschmelzendes Magnesiumvanadat . Hierbei besteht jedoch die Gefahr der Krustenbildung an den Turbinenschaufeln durch schichtweise Abscheidung des Magnesiumvanadats . Zur Sicher¬ stellung der Funktion der Turbine und zur Wahrung der aerodynamischen Güte / Effizienz müssen die Abscheidungen bzw. Ver- krustungen von den Turbinenschaufeln entfernt werden, was einen regelmäßigen zeit- und kostenintensiven Serviceaufwand erfordert. Insbesondere ist eine solche Reinigung mit einem mehrstündigen Turbinenstillstand verbunden.
Für empfindlichere Turbinen mit beispielsweise gasgekühlten Schaufeln ist die Problematik der Verstopfungen der Brennerdüsen durch unerwünschte Asphalten-Abscheidungen bzw. die Verstopfung der Kühlkanäle durch Vanadate bislang noch gar nicht gelöst worden.
Weiterhin sind sogenannte Deasphaltierungsverfahren bekannt, die auf einer Extraktion von Asphaltenen mit gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen als Fällungsmitteln basieren. Diese Verfahren zur Asphalten-Reduzierung finden jedoch lediglich im Raffineriebereich Anwendung. Der Einsatz im Kraftwerksumfeld ist nicht zielführend, da beispielsweise die „klassische" Deasphaltierung mittels des sogenannten ROSE- Prozesses eine Asphaltenextraktion mit niedermolekularen Ali- phaten vorsieht, die Verweilzeiten teilweise bis hin zu meh¬ reren Stunden erfordern. Eine solche Deasphaltierung ist gerade beim ROSE-Prozess mit hohen Temperaturen und Drücken im „kritischen" Bereich der Lösemittel verbunden. Auch sind klassische Verfahren hinsichtlich einer kraftwerkstypischen Anforderung, die einen Ölzulauf von 200 t/h und geringe Betriebskosten erfordern, anders zu dimensionieren als in einer Raffinerie. Einerseits werden zur Durchsatzsteige¬ rung geringe Verweilzeiten gefordert, andererseits steht bei den typischerweise zu betrachtenden Single-Cycle-Gasturbinen- Kraftwerken genügend „kostenlose" Abwärme zur Verfügung, um den Prozess ohne externe Heizung und damit verbundenen zu¬ sätzlichen Brennstoffkosten betreiben zu können. Der Erfindung liegt als eine erste Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung anzugeben, mittels welcher die Asphaltenabschei- dung aus einem ölhaltigen Brennstoff effizient und kostengünstig erreicht werden kann. Als eine zweite Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine entsprechend einfache und kos¬ tengünstige Asphaltenabscheidung erlaubt.
Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff, umfassend ein Mischelement zur in¬ tensiven Vermischung des ölhaltigen Brennstoffs mit einem Lö- sungsmittel unter Bildung einer mit Asphaltenen übersättigten Lösung, einen Behälter zum Abbau der Übersättigung durch Ab- scheidung der Asphaltene aus der übersättigten Lösung, eine innerhalb des Behälters ausgebildete Wachstumszone zum An¬ wachsen von vorhandenen Asphaltenpartikeln durch die aus der übersättigten Lösung abgeschiedenen Asphaltene, sowie eine dem Behälter strömungstechnisch angeschlossene Klassiereinrichtung zur Trennung der in der Wachstumszone angewachsenen Asphaltenpartikel ihrer Partikelgröße nach, wobei der Behäl¬ ter derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass ein
Asphaltenpartikel enthaltender Strom zwischen dem Mischele¬ ment und der Wachstumszone des Behälters zirkuliert.
Die Erfindung sieht sich mit zwei grundsätzlichen Problemen konfrontiert, die sich bei der Fällung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff ergeben. Zum Einen besteht bei der Zugabe von Fällungs- bzw. Lösungsmitteln, wie dies bei der Deasphaltierung üblich ist, die Gefahr der unkontrollierten frühzeitigen Ausfällung von Asphaltenpartikeln, da die bei der Deasphaltierung eingesetzten Lösungsmittel und die jeweilige ölhaltigen Brennstoffe nicht vollständig mischbar sind. Die trotz der Vermischung entstehende Phasengrenzfläche begünstigt die spontane und unkontrollierte Fällung der
Asphaltene. Die bei einer Fällung entstehenden Partikel sind üblicherweise Feinstpartikel, derer Abtrennung aus der jewei- ligen Mutterlösung, also vorliegend dem ölhaltigen Brennstoff, kaum möglich ist. Hieraus erwächst das zweite Problem. Stehen den ausgefällten Feinstpartikeln Wachstumskeime oder entsprechend große Ober¬ flächen zur Verfügung, so scheiden sich die Partikel dort ab. Im Hinblick auf die zur Deasphaltierung eingesetzten Vorrich- tungen werden diese Oberflächen von den Wandungen der einzelnen Vorrichtungskomponenten oder durch im Brennstoff enthaltene Wachstumskeime zur Verfügung gestellt, an denen sich die Asphaltenpartikel abscheiden und aufwachsen. Dies gilt es je¬ doch im Hinblick auf unerwünschte Verkrustungen und Verstop- fungen, sogenanntes Fouling, und die damit verbundenen Aus¬ wirkungen auf einen nachgeschalteten Gasturbinenprozess zu verhindern .
Unter Berücksichtigung dieser Problematik erkennt die Erfindung nun, dass eine Ausfällung und Abscheidung zur anschließenden Abtrennung der Asphaltenpartikel aus dem ölhaltigen Brennstoff insbesondere dann kontrolliert umsetzbar ist, wenn eine schnelle Durchmischung in Kombination mit einer gezielten Bereitstellung von Wachstumskeimen erfolgt.
Die zur Abtrennung eingesetzte Vorrichtung umfasst hierzu ein Mischelement zur intensiven Vermischung des ölhaltigen Brennstoffs mit einem Lösungsmittel unter Bildung einer mit
Asphaltenen übersättigten Lösung und einen Behälter zum Abbau der Übersättigung durch Abscheidung der Asphaltene aus der übersättigten Lösung. Innerhalb des Behälters ist eine Wachs¬ tumszone ausgebildet, in der vorhandene Asphaltenpartikel durch die aus der übersättigten Lösung abgeschiedenen
Asphaltene anwachsen. Der Behälter ist hierbei derart ausge¬ bildet und eingerichtet, dass ein Asphaltenpartikel enthal¬ tender Strom zwischen dem Mischelement und der Wachstumszone des Behälters zirkuliert.
Durch die Zirkulation des Asphaltenpartikel enthaltenden Stroms zwischen der Wachstumszone und dem Mischelement werden gleichzeitig zwei Effekte erreicht. Einerseits wird durch den Einsatz eines Mischelements, welches eine schnelle und inten¬ sive Durchmischung des zu reinigenden ölhaltigen Brennstoffs mit dem zur Ausfällung der Asphaltene eingesetzten Lösungsmittel sicherstellt, die Entstehung einer metastabilen, übersättigten Lösung erreicht, die die Bildung einer Phasengrenzfläche zwischen beiden Komponenten unterbindet und damit eine frühzeitige Ausfällung von Asphaltenpartikeln während des Mischvorgangs verhindert.
Andererseits wird durch die Zirkulation der Asphaltenpartikel sichergestellt, dass an jeder Stelle, an der Partikel gebil- det werden und beginnen auszufallen, also bereits auch nach Beendigung des Mischvorgangs, auf den Abtrennprozess abge¬ stimmte Wachstumskeime zur Abscheidung und zum Aufwachsen der Asphaltene zur Verfügung stehen. Die gebildeten Partikel scheiden sich somit nicht als Feinstpartikel ab, sondern ha- ben die Möglichkeit, an einem bestehenden, zur Verfügung gestellten Partikel aufzuwachsen. Entsprechend ist auch die folgende Abtrennung mittels der Klassiereinrichtung vereinfacht . Insgesamt werden im Prozess vorhandene Asphaltenpartikel so¬ mit gezielt als Wachstumskeime eingesetzt, die eine Abschei¬ dung von Asphaltenen begünstigen und gleichzeitig abschei- dungsbedingte Verschmutzungen von Wandungen, Rohrleitungen oder ähnlichem einer entsprechend zur Deasphaltierung einge- setzten Vorrichtung verhindern.
Der die Asphaltenpartikel enthaltende Strom zirkuliert hier¬ bei derart zwischen dem Mischelement und der Wachstumszone, dass die die Asphaltenpartikel enthaltenen Volumenelemente mehrfach sowohl die Wachstumszone, als auch das Mischelement passieren. Somit vergrößern sich bei der Abscheidung der Asphaltene bevorzugt bereits bestehende Partikel, anstatt das neue Feinstpartikel gebildet werden. Die Partikel reichern sich innerhalb des Behälters an und können dann durch die dem Behälter angeschlossene Klassiereinrichtung ihrer Partikelgröße nach aus dem ölhaltigen Brennstoff abgetrennt werden. Vorzugsweise ist als Mischelement eine Mischpumpe eingesetzt, die eine hohe Scherrate aufweist. Mit Beendigung des Mischvorgangs, wenn also übersättigte Lö¬ sung aus ölhaltigem Brennstoff und Lösungsmittel die Mischzo¬ ne bzw. das Mischelement verlässt, beginnt die Abscheidung der Asphaltene. Dank der durch die Zirkulation des Stroms in der Mischzone bzw. an der Mischstelle vorhandenen Asphaltenpartikel können die aus der Lösung ausfallenden Asphaltene sich an diesen abscheiden und dort aufwachsen. Die Übersättigung der Lösung lässt sich somit dank der Anwesenheit der im Strom enthaltenen Asphaltenpartikeln kontrolliert abbauen. Das Wachstum der Asphaltenpartikel setzt sich innerhalb des Behälters fort. Hier können die Partikel soweit aufwachsen, dass sie die zur Abtrennung gewünschte Partikelgröße errei¬ chen. Die Abtrennung der Partikel erfolgt über die dem Behäl- ter angeschlossene Klassiereinrichtung.
Der von Asphaltenen zu reinigende Brennstoff ist insbesondere ein Schweröl, dessen Hauptbestandteile neben den Asphaltenen (hochkondensierte aromatische Kohlenwasserstoffe) vor allem Alkane, Alkene, Cycloalkane sind. Daneben treten noch alipha¬ tische sowie heterocyclische Stickstoff- und Schwefelverbin¬ dungen auf.
Als Lösungsmittels eignen sich insbesondere kurzkettige Koh- lenwasserstoffe, wie Butane (C4), Pentane (C5) , Hexane (C6) und/oder Heptane (C7) . Das Lösungsmittel dient hierbei zur Lösung von im ölhaltigen Brennstoff enthaltenen löslichen Bestandteilen, wie beispielsweise Aliphate. Die im ölhaltigen Brennstoff enthaltenen Asphaltene sind in dem eingesetzten Lösungsmittel unlöslich, so dass das Lösungsmittel hinsicht¬ lich der Asphaltene gewissermaßen als ein „Anti-Solvent" be¬ zeichnet werden kann.
Besonders bevorzugt sind dem Mischelement eine Zuleitung für den ölhaltigen Brennstoff und/oder eine Zuleitung für das Lösungsmittel angeschlossen. Sind beide Zuleitungen dem Mischelement angeschlossen, so erfolgt eine Vermischung der beiden Komponenten direkt in dem Mischelement. Eine solche Ausge- staltung ist aufgrund der Sicherstellung einer schnellen und guten Vermischung besonders bevorzugt.
Alternativ ist auch ein „In-Kontakt-Bringen" von ölhaltigem Brennstoff und Lösungsmittel vor dem Eintritt in Mischelement möglich, was beispielsweise aufgrund von baulichen Gegebenheiten notwendig sein kann. Die Ströme werden dann gemeinsam dem Mischelement zugeführt, wo dann durch ein schnelles Ver¬ mischen eine übersättigte Lösung resultiert.
Der Behälter selbst ist insbesondere derart ausgebildet, dass er eine ausreichend große Verweilzeit für das Wachstum der Asphaltenpartikel ermöglicht. So wird die für die Abtrennung geforderte Feststoffanreicherung im Behälter sichergestellt. Innerhalb des Behälters wachsen die ausgefällten Asphaltenpartikel vor deren Abtrennung weiter an. Das Wachstum wird hierbei durch das Gleichgewicht zwischen der Menge der im Be¬ hälter verweilenden Partikel und der Menge der zirkulierenden Partikel beeinflusst bzw. limitiert. Hierbei gilt, dass je höher die Verweilzeit, desto höher ist auch die Abscheiderate und damit, aufgrund der verbesserten Abtrennung, auch die Reinigungsleistung der zur Abtrennung eingesetzten Vorrichtung . Unter der Wachstumszone des Behälters wird die Zone verstan¬ den, in der die Asphaltenpartikel durch die Abscheidung wei¬ terer Asphaltene aus der Mischung, also der übersättigten Lösung wachsen. Die Wachstumszone kann hierbei auf ein Volumen innerhalb des Behälters begrenzt sein. Alternativ kann das gesamte Behältervolumen als Wachstumszone für die
Asphaltenpartikel zur Verfügung stehen.
Das Partikelwachstum und damit die Abtrennung der Asphaltene aus der Flüssigphase finden an der Oberfläche der Asphalten- partikel statt. Kleine Partikel haben eine hohe spezifische Oberfläche, lassen sich allerdings nur schlecht abtrennen. Ein Behälter mit einer Wachstumszone, in der eine hohe Masse an Partikeln pro Volumen bereitgestellt wird, erlaubt das Wachstum großer und leicht abtrennbarer Partikel und stellt zugleich eine hohe absolute Oberfläche für eine hohe
Abscheideleistung zur Verfügung. Zur Abtrennung der in dem Behälter befindlichen Asphaltenpartikel und insbesondere, um die zum Wachstum benötigten Partikel im Behälter zu halten, ist dem Behälter die
Klassiereinrichtung angeschlossen. Die Abtrennung erfolgt hierbei der Partikelgröße nach, wobei kleine und große
Asphaltenpartikel voneinander getrennt werden. Die Klassier¬ vorrichtung umfasst hierzu vorzugsweise eine Anzahl von
Trennstufen, denen jeweils ein Teilstrom mit Partikeln zugeführt wird. Der mittlere Durchmesser der abgetrennten Partikel ist hierbei beispielsweise abhängig von dem eingesetzten Öl, der eingestellten Trennkorngröße und der Wachstumsge¬ schwindigkeit der Asphaltenpartikel.
Durch die Klassierung innerhalb der Klassiereinrichtung bzw. innerhalb der Trennstufen kann die gewünschte Anreicherung der Asphaltenpartikel im Behälter erreicht werden. Durch die Anpassung der im Behälter vorhandenen Feststoffmenge, die durch die gezielte Regelung der beiden dem Behälter entnommenen Teilströme erreicht werden kann, ist eine die gewünschte Anpassung der verfügbaren Oberfläche an die Prozesserforder- nisse möglich.
Durch das Partikelwachstum innerhalb des Behälters und durch die damit verbundene steigende Anreicherung an Partikeln und der zur Verfügung stehenden Oberfläche sinkt das benötigte Volumen des Behälters. Die Partikel haben hierbei eine deut¬ lich höhere Aufenthalts- und somit Wachstumsdauer innerhalb des Behälters, als die durchströmende Flüssigkeit, wodurch große und gut abtrennbare Partikel entstehen. Mit anderen Worten ergibt sich durch die Feststoffanreicherung innerhalb des Behälters die Möglichkeit, für die Flüssigkeit und den Feststoff unterschiedliche Verweilzeiten vorzugeben. Hierdurch wird den Anforderungen an die Wachstumsdauer der Feststoffpartikel , wie auch der kurzen Flüssigkeitsverweilzeit, die den Einsatz eines Behälters geringer Größe erlaubt, glei¬ chermaßen Rechnung getragen.
Steigt die Partikelkonzentration bei einer langen Verweilzeit innerhalb des Behälters beispielsweise um einen Faktor von 3 an, ist die zur Verfügung stehende Oberfläche für das Parti¬ kelwachstum ebenfalls etwa 3-mal größer. Hierdurch steigt die volumenspezifische Abscheideleistung (kg Asphaltene/ h-m3) des Behälters um einen Faktor von 3 an, sodass das Behälter- volumen bei gleicher Abscheideleistung im Vergleich zu nicht erfolgender Partikelanreicherung bei geringer Verweilzeit um einen Faktor von 3 verringert werden kann. Mit anderen Worten erlaubt eine Partikelanreicherung innerhalb des Behälters bzw. innerhalb der entsprechenden Wachstumszone den Einsatz eines Behälters mit baulich kleineren Abmessungen.
Grundsätzlich werden unter kleinen Asphaltenpartikeln vorliegend solche Partikel verstanden, die noch nicht ausreichend gewachsen sind, um durch eine Klassiereinrichtung zurückge- halten, also im Prozess gehalten werden können. Für
Feinstpartikel, die nicht klassiert werden, beträgt die hyd¬ rodynamische Verweilzeit etwa 1 τ.
Der mittlere Durchmesser der kleinen Asphaltenpartikel liegt typischerweise unterhalb von 5 ym. Unter großen Asphaltenpartikeln werden die Partikel verstanden, die aufgrund ihres deutlich größeren mittleren Durchmessers durch die Klassiereinrichtung einfach abgetrennt und einer weiteren Verwertung als Feststoff zugeführt werden können. Vorzugsweise werden als große Asphaltenpartikel solche abgetrennt, deren mittle¬ rer Durchmesser oberhalb von 25 ym liegt.
Der zwischen dem Mischelement und der Wachstumszone des Be¬ hälters zirkulierende Strom enthält vorzugsweise Asphalten- partikel mittlerer Größe. Insbesondere enthält der zirkulie¬ rende Strom Asphaltenpartikeln mit einem mittleren Durchmesser in einem Bereich zwischen 5 ym und 20 ym. Die Menge der in dem Teilstrom zirkulierenden Asphaltenpartikel wird durch die Verweilzeit im Behälter - abhängig von der Klassierung der Partikel - bestimmt.
Selbstverständlich sind die angegebenen Partikelgrößen der kleinen, mittelgroßen und großen Asphaltenpartikel nicht auf die angegebenen Bereiche beschränkt. Je nach Ausgestaltung der Vorrichtung, der gewünschten Verweilzeit innerhalb des Behälters bzw. innerhalb der Wachstumszone und dem zu reini¬ genden ölhaltigen Brennstoff können die Partikelgrößen von den benannten Werten bzw. den Bereich verschieden sein.
Die Asphaltenpartikel mittlerer Größe strömen von der Wachs¬ tumszone zum Mischelement, um dort als Wachstumskeime für die aus der Mischung abzuscheidenden Asphaltenen zu Verfügung zu stehen. Mittels des Mischelements wird der Strom mit dem ein¬ gesetzten Lösungsmittel und dem zu reinigenden ölhaltigem Brennstoff gemischt. Die in der Mischung enthaltenen
Asphaltene scheiden sich dann an den bereits als Feststoff¬ partikel in der Mischung vorliegenden Asphaltenpartikeln ab und wachsen im Weiteren an Ihnen auf.
Um bestmöglichste Wachstumsbedingungen für die Asphaltenpartikel zu schaffen und zugleich flexibel auf verschiedene ölhaltige Brennstoffe reagieren können, wird vorzugsweise ei- ne zweistufige Klassiereinrichtung, also eine Klassiereinrichtung mit zwei Trennstufen eingesetzt. Mittels der Trennstufen werden vorzugsweise kleine und große Asphaltenpartikel voneinander und gleichzeitig von der „Mutterlösung", also dem Gemisch aus Brennstoff und Lösungsmittel, abgetrennt.
Die Zirkulation des Asphaltenpartikel enthaltenden Stroms wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung über eine strömungstechnische Verbindung des Mischelements mit dem Behälter erreicht. Hierzu ist der Behälter zur Zirkulation des Asphaltenpartikel enthaltenden Stroms zweckmäßigerweise strömungstechnisch mit dem Mischelement verbunden. Über diese strömungstechnische Verbindung wird der Asphaltenpartikel enthaltende Strom ausgehend vom Behälter dem Mischelement zugeführt und hier mit ölhaltigem Brennstoff und Lösungsmittel vermischt. Der resultierende Mischstrom wird dem Behälter zugeführt, wozu das Mischelement bevorzugt über eine Abführleitung strömungstechnisch mit einer Zuführleitung des Behälters verbunden ist.
Innerhalb des Behälters wachsen die in dem Mischstrom enthal- tenen Asphaltenpartikel an. Die großen Asphaltenpartikel wer¬ den abgetrennt. Kleine Partikel werden mit dem Ölstrom ausge¬ tragen. Der Strom, der im Wesentlichen Asphaltenpartikel mittlerer Größe enthält, wird wieder in das Mischelement ge¬ führt. Zur Abfuhr des Stroms mit im Wesentlichen mittelgroßen Asphaltenpartikeln aus dem Behälter ist dieser vorzugsweise über eine Abführleitung strömungstechnisch mit einer Zuführleitung des Mischelements verbunden.
Der ausgehend von dem Behälter dem Mischelement zugeführte Strom wird innerhalb des Mischelements erneut mit dem frisch zugeführten ölhaltigen Brennstoff und dem Lösungsmittel vermischt. Die in dem Strom enthaltenen Asphaltenpartikel dienen hierbei als Wachstumskeime. Sie stellen die zum Aufwachsen der Asphaltenpartikel notwendige Oberfläche zu Verfügung. Hierbei wird ein großer Teil der Mischung, also der Asphal¬ tenpartikel enthaltende Strom, mehrfach in einem Kreislauf geführt .
Die Mengen der jeweils im Kreislauf geführten Ströme lassen sich durch Massenstromverhältnisse beschreiben. Unter einem Massenstrom versteht man die Masse eines Mediums, das sich pro Zeiteinheit durch einen Querschnitt bewegt. Vorliegend wird vorzugsweise das Massenstromverhältnis zwischen dem Asphaltenpartikel enthaltenden Strom und dem Mischstrom (Sum- me der Zulaufströme des ölhaltigen Brennstoffes und des Lö¬ sungsmittels) betrachtet. Das Verhältnis des von dem Behälter dem Mischelement zugeführten Stroms zur Summe der Zulaufströ- me liegt in Abhängigkeit der enthaltenen Feststoffkonzentra- tion vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,1:1 bis 100:1.
Hierbei gilt, dass mit höherer Feststoffkonzentration ein ge- ringeres Verhältnis der Massenströme eingestellt werden kann. Ein geringes Massenstromverhältnis ist insbesondere aufgrund von Kostengründen wünschenswert, da höhere KreislaufVerhält¬ nisse größere Pumpen und größere Rohrdurchmesser erfordern, wodurch Druckverluste zu verzeichnen sind.
Ein Massenstromverhältnis in einem Bereich zwischen 10:1 und 10:5 ist hierbei von Vorteil. Insbesondere bevorzugt ist ein Massenstromverhältnis von 10:1. Ein Verhältnis von 10:1 be¬ deutet, dass die Masse des Asphaltenpartikel enthaltenden Stroms, der in Richtung des Mischelements strömt, etwa 10 mal größer ist, als die Summe der Zulaufströme des ölhaltigen Brennstoffes und des Lösungsmittels zum Mischelement.
Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Mischelement innerhalb des Behälters angeordnet ist. Bei der Anordnung des Mischelements innerhalb des Behälters wer¬ den der ölhaltige Brennstoff und das Lösungsmittel über ent¬ sprechende Zuleitungen in den Behälter dosiert, wo sie umge¬ hend intensiv durchmischt werden. Zur Mischung wird vorzugs- weise ein Mischelement eingesetzt, welches nach dem Rotor- Stator-Prinzip arbeitet und eine hohe Scherrate aufweist. Möglich ist hierbei ebenfalls der Einsatz einer Mischpumpe, deren statischer Teil beispielsweise an der Wandung des Behälters angeordnet wird.
Die Durchmischung erfolgt vorzugsweise in einer sogenannten Mischzone bzw. an einer Mischstelle innerhalb des Behälters. Die Mischzone befindet sich zweckmäßigerweise in der Nähe der Behälterwandung, so dass die Durchmischung unmittelbar nach Einströmen der Zulaufströme, also des ölhaltigen Brennstoffes und des Lösungsmittels, unter Ausbildung einer übersättigten Lösung erfolgt. Die Mischung strömt durch eine geeignete Strömungsführung innerhalb des Behälters in die Wachstumszone des Behälters, wo die Asphaltenen ausfallen. Als Wachstumskeime stehen ihnen auch hier bereits im Behälter vorhandenen Asphaltenpartikel zur Verfügung. Wie auch bei einer baulich getrennten Anordnung von Mischelement und Behälter erfolgt die Zirkulation des Asphaltenpartikel enthaltenden Stroms zwischen der Wachs¬ tumszone des Behälters und dem Mischelement. Insgesamt ermöglichen Zirkulation eines Asphaltenpartikel enthaltenden Stroms zwischen der Wachstumszone des Behälters und dem Mischelement - unabhängig davon, ob das Mischelement als separates Bauteil ausgebildet oder innerhalb des Behäl¬ ters angeordnet ist - die Bereitstellung einer für die
Deasphaltierung eines ölhaltigen Brennstoffes benötigte große Oberfläche zum gezielten Abscheiden der Asphaltene und gleichzeitiger Verhinderung von Krustenbildung durch Fouling.
Die innerhalb der Wachstumszone des Behälters angewachsenen Asphaltenpartikel erfahren eine Trennung ihrer Partikelgröße nach. Durch die dem Behälter angeschlossene Klassiereinrichtung wird eine gezielte Anreicherung von FeststoffParti¬ keln ermöglicht, die die Abscheiderate und damit die Reini¬ gungsleistung bei der Abtrennung erhöht.
Besonders von Vorteil ist der Einsatz einer Klassiereinrichtung, die mehrere Trennstufen umfasst, um so die bestmög¬ lichster Trennleistung zu erreichen. Unter dem Begriff Trennstufe sollen vorliegend insbesondere solche baulichen Kompo- nenten verstanden werden, die eine gezielte Trennung der Asphaltenpartikel ihrer Partikelgröße nach ermöglichen.
Die jeweils eingesetzten Trennstufen sind vorzugsweise als Hydrozyklone ausgebildet. Ein Hydrozyklon ist ein Fliehkraft- abscheider für Flüssiggemische. Mit einem Hydrozyklon können in Suspensionen enthaltene Feststoffpartikel abgetrennt oder klassiert werden. Der aus dem Behälter abgeführte, mit großen Asphaltenpartikeln angereicherte erste Teilstrom wird durch den Hydrozyklon geleitet und hierbei die großen Asphaltenpartikel von der Mutterlösung getrennt.
Der Einsatz eines Hydrozyklons ist hier von Vorteil, da er aus einem Behälter ohne bewegliche Teile besteht und aufgrund der kurzen Verweilzeit des ersten Teilstroms ein geringes Vo¬ lumen aufweist. Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht den Einsatz von Dekantern und/oder selbstreinigenden Kantenspaltfiltern, alternativ oder zusätzlich zu den Hydro- Zyklonen als Trennstufen vor.
Vorzugsweise umfasst die zur Trennung eingesetzte Klassier¬ einrichtung eine erste Trennstufe zur Abtrennung großer
Asphaltenpartikeln aus einem ersten Teilstrom. Zur Zufuhr des ersten Teilstroms zur ersten Trennstufe ist der Behälter zweckmäßigerweise über eine erste Abführleitung strömungs¬ technisch mit einer Zuführleitung der ersten Trennstufe verbunden. Die erste Abführleitung des Behälters ist vorzugswei¬ se an dessen Boden angeordnet, so dass der erste Teilstrom am Boden des Behälters abgezogen und der ersten Trennstufe zuge¬ führt wird.
Die Abtrennung innerhalb der ersten Trennstufe erfolgt unter Berücksichtigung einer voreingestellten Trennkorngröße.
Asphaltenpartikel, deren mittlerer Durchmesser größer ist, als eine voreingestellte Trennkorngröße, werden aus dem Pro- zess ausgetragen und abgeführt. Bei einer Trennkorngröße von 25 ym werden also werden solche Partikel mit einem mittleren Durchmesser größer als 25 ym ausgetragen.
Zur Rückführung eines von großen Asphaltenpartikeln abgerei- cherten ersten Rücklaufs ist die erste Trennstufe vorteil¬ hafterweise über eine Rückführleitung strömungstechnisch mit einer Zuführleitung des Behälters verbunden. Mit anderen Wor- ten bildet sich durch die Abtrennung der großen Asphaltenpartikel ein Rücklauf, der Asphaltenpartikel umfasst, deren Größe die eingestellte Trennkorngröße unterschreitet. Dieser Rücklauf wird in den Behälter zurückgeführt, wobei die im Rücklauf noch enthaltenen Asphaltenpartikel innerhalb des Be¬ hälters bzw. innerhalb der Wachstumszone des Behälters als Wachstumskeime dienen. Zweckmäßigerweise ist der ersten Trennstufe eine Aufberei¬ tungsvorrichtung strömungstechnisch nachgeschaltet. Als Auf- bereitungsvorrichtung kann beispielsweise eine Zentrifuge eingesetzt werden, mittels derer die in der ersten Trennstufe abgetrennten großen Asphaltenpartikel endgültig abgetrennt, von anhaftender Mutterlösung befreit und aus dem Abtrennpro- zess entfernt werden. Die großen Asphaltenpartikel können dann einer weiteren Verwendung, wie beispielsweise zur Verarbeitung im Straßenbau zugeführt werden. Zur Abtrennung kleiner Asphaltenpartikel aus einem zweiten Teilstrom umfasst die Klassiereinrichtung bevorzugt eine zweite Trennstufe. Der Behälter ist zur Zufuhr des zweiten Teilstroms zur zweiten Trennstufe vorteilhafterweise über ei¬ ne zweite Abführleitung strömungstechnisch mit einer Zuführ- leitung der zweiten Trennstufe verbunden. Die zweite Abführleitung des Behälters ist zweckmäßigerweise an dessen Kopf angeordnet, sodass der zweite Teilstrom ausgehend vom Kopf des Behälters der zweiten Trennstufe zugeführt wird. Die in dem über die zweite Abführleitung des Behälters ausge¬ tragenen zweiten Teilstrom enthaltenen Asphaltenpartikel werden innerhalb der zweiten Trennstufe von der Lösung abgetrennt. Die kleinen Partikel, die noch nicht ausreichend an¬ gewachsen sind, um abschließend abgetrennt zu werden, werden im Prozess gehalten. Hierzu ist es insbesondere von Vorteil, wenn die zweite Trennstufe zur Rückführung eines mit kleinen Asphaltenpartikeln angereicherten zweiten Rücklaufs über eine Rückführleitung mit einer Zuführleitung des Behälters verbunden ist. Die kleinen Asphaltenpartikel werden so in den Be- hälter zurückgeführt und können dort weiter aufwachsen.
Zweckmäßigerweise ist der zweiten Trennstufe eine Aufberei¬ tungsvorrichtung strömungstechnisch nachgeschaltet. Bei der Abtrennung der kleinen Asphaltenpartikel aus dem zweiten Teilstrom entsteht ein Klarlauf, der im Wesentlichen frei ist von Asphaltenpartikeln. Ausgehend von der zweiten Trennstufe wird dieser Klarlauf als Ablaufstom der Aufbereitungsvorrich- tung zugeführt. Die Aufbereitungsvorrichtung kann beispielsweise als eine Lösungsmittelaufbereitung ausgebildet sein, in der das Lösungsmittel, bzw. bezogen auf die Asphaltene das sogenannte „Anti-Solvent", also das eingesetzte kurzkettige Alkan, durch Verdampfung zurückgewonnen wird. Das auf diese Weise regenerierte Lösungsmittel kann wieder dem Prozess zu¬ geführt und zur erneuten Deasphaltierung genutzt werden.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist der Behälter zur Klassierung der Asphaltenpartikel nach ihrer Partikel¬ größe ausgebildet. Vorzugsweise umfasst der Behälter hierzu eine Klassierzone, innerhalb derer die Asphaltenpartikel nach ihrer Partikelgröße getrennt werden. Die Klassierzone ist so¬ mit in den Behälter integriert und zweckmäßigerweise im Rand¬ bereich des Behälters vorgesehen. Bei dem Einsatz eines Behälters mit einer integrierten Klassierzone besteht insbeson¬ dere die Möglichkeit, auf die erste Trennstufe zu verzichten, da die klassierende Abführung großer Partikel bereits durch die Bauform des Behälters und die Strömungsführung innerhalb des Behälters erreicht wird.
Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, zusätzlich zu einem Behälter mit einer wie vorbeschrieben intern klassierenden Funktion zusätzlich eine externe Trennstufe einzuset¬ zen, die eine weitere Trennung der Asphaltenpartikel ermög¬ licht .
Insgesamt ist es möglich, eine solche Vorrichtung großtechnisch im Kraftwerksumfeld einzusetzen, da die Anlagengröße sowie die Investitions- und Betriebskosten gegenüber gängigen Vorrichtungen zur Deasphaltierung deutlich reduziert sind. Es wird eine Deasphaltierung als Öl-Vorbehandlung ermöglicht, die den Einsatz von Schweröl (Heavy Fuel Oil) mit mehr als 100 ppm Vanadium zur Energieerzeugung durch E-Klasse- Gastur- binen erlaubt. Auch kann Rohöl (Crude) Oil mit deutlich höhe¬ ren Vanadium-Konzentrationen als 10 ppm in E-Klasse-Gastur- binen eingesetzt werden, der bisher durch die großen Mengen an Magnesium-Inhibitoren und den damit verbundenen enormen Service-Aufwand unter starkem wirtschaftlichem Druck steht.
Weiterhin können auch leichte Rohöle, wie beispielsweise Arabian Extra Light Crude mit 1 ppm Vanadium oder Arabian Light Crude mit > 10 ppm Vanadium in sehr effizienten, aber auch empfindlichen F- und H-Klasse-Gasturbinen eingesetzt werden. Ein solcher Einsatz war bisher aufgrund nicht vernachlässigbarer Asphalten-Konzentrationen stark eingeschränkt und bei Vanadium-Konzentrationen oberhalb von 0,5 ppm sogar gänzlich ausgeschlossen.
Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch Verfahren zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff, wobei der ölhaltige Brennstoff mittels eines Mischelements mit einem Lösungsmittel intensiv ver- mischt wird, wobei während des Mischvorgangs eine an
Asphaltenen übersättigte Lösung gebildet wird, wobei die Übersättigung durch Abscheidung der Asphaltene aus der übersättigten Lösung in einem Behälter abgebaut wird, wobei in einer Wachstumszone des Behälters vorhandene Asphalten- partikel durch aus der übersättigten Lösung abgeschiedene Asphaltene anwachsen, wobei die in der Wachstumszone ange¬ wachsenen Asphaltenpartikel mittels einer Klassiereinrichtung nach ihrer Partikelgröße getrennt werden, und wobei ein
Asphaltenpartikel enthaltender Strom zwischen der Wachstums- zone des Behälters und dem Mischelement zirkuliert.
Durch das Zirkulieren des Asphaltenpartikel enthaltenden Stroms stehen bereits beim Mischen des zu reinigenden ölhaltigen Brennstoffs mit dem Lösungsmittel Asphaltenpartikel zur Verfügung, die als Wachstumskeime dienen. Hierbei wachsen be¬ reits bestehende Asphaltenpartikel an, anstatt dass sich neue Feinstpartikel bilden müssen. Eine solche Feinstpartikel- bildung erfolgt lediglich einmal zu Beginn des Prozesses, al- so beim Anfahren der Anlage. Diese Feinstpartikel dienen dann im Weiteren als im Prozess vorhandene Wachstumskeime und er¬ möglichen einen Abbau der Übersättigung durch Abscheidung von Asphaltenpartikeln aus der übersättigten Lösung.
Entsprechend wird ein großer Teil der Mischung, also der Asphaltenpartikel enthaltende Strom, in einem Kreislauf ge¬ führt. Weiterhin wird die gezielte Anreicherung von Fest¬ stoffPartikeln, also der abzutrennenden Asphaltenpartikel zur Erhöhung der Abscheiderate und damit zur Verbesserung der Reinigungsleistung genutzt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung strömt der Asphaltenpartikel enthaltende Strom von dem Behälter in das Mischelement. Hierbei werden die zur Abscheidung von
Asphaltenen benötigten Partikel bereitgestellt. Zweckmäßigerweise wird der Asphaltenpartikel enthaltende Strom in dem Mischelement mit dem ölhaltigen Brennstoff und dem Lösungs¬ mittel vermischt.
Bei der Mischung entsteht eine übersättigte Lösung, aus der die Asphaltene ausgefällt werden und sich an der Oberfläche der als Wachstumskeime wirkenden Asphaltenpartikel abschei¬ den. Vorzugsweise wird die Mischung aus dem Asphaltenpartikel enthaltenden Strom, dem ölhaltigen Brennstoff und dem Lösungsmittel wird dem Behälter zugeführt. Innerhalb des Behäl¬ ters wachsen sie Asphaltenpartikel weiter an.
In einer alternativ bevorzugten Ausgestaltung werden der öl- haltige Brennstoff und das Lösungsmittel innerhalb des Behäl¬ ters vermischt. Das Mischelement ist hierbei zweckmäßigerwei¬ se innerhalb des Behälters angeordnet. Der ölhaltige Brenn¬ stoff und das Lösungsmittel werden direkt in den Behälter do¬ siert und an der Eintrittsstelle vermischt. Die Eintritts- stelle ist somit vorzugsweise als eine Mischstelle bzw. als eine Mischzone ausgebildet. Das Durchmischen erfolgt vorzugs¬ weise mittels eines nach dem Rotor-Stator-Prinzip arbeitenden Mischelements mit einer hohen Scherrate. Bevorzugt wird ein erster Teilstrom zur Abtrennung großer Asphaltenpartikel einer ersten Trennstufe der Klassierein¬ richtung zugeführt. Der erste Teilstrom wird zweckmäßigerwei- se am Boden des Behälters aus diesem abgezogen und strömt von da aus in die erste Trennstufe ein. In der ersten Trennstufe werden die großen Asphaltenpartikel, die eine bestimmte vor¬ eingestellte Trennkorngröße überschreiten, abgetrennt und so aus dem Prozess entfernt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein von großen Asphalten¬ partikeln abgereicherter erster Rücklauf dem Behälter zugeführt wird. Der Rücklauf enthält Asphaltenpartikel, die un¬ terhalb der Trennkorngröße der ersten Trennstufe liegen. Die Partikel dienen innerhalb des Behälters erneut als Wachstums¬ keime und verbessern die Feststoffanreicherung innerhalb des Behälters .
Die aus dem ersten Teilstrom abgetrennten großen Asphalten- partikel werden zweckmäßigerweise einer Aufbereitungsvorrich- tung zugeführt. Die Aufbereitungsvorrichtung kann beispiels- wiese als eine Zentrifuge ausgebildet sein, mittels derer die großen Partikel abgetrennt werden. Eine mögliche Verwendung der abgetrennten Asphaltenpartikel liegt im Straßenbau.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn ein zweiter Teilstrom zur Abtrennung kleiner Asphaltenpartikel einer zweiten Trennstufe der Klassiereinrichtung zugeführt wird. Der zweite Teilstrom wird zweckmäßigerweise am Kopf des Behälters aus diesem abge- zogen und der zweiten Trennstufe zugeführt.
Innerhalb der zweiten Trennstufe werden im Wesentlichen kleine Asphaltenpartikel abgetrennt, wobei ein mit kleinen
Asphaltenpartikeln angereicherter zweiter Rücklauf entsteht. Vorzugsweise wird der mit kleinen Asphaltenpartikeln angerei¬ cherte zweite Rücklauf dem Behälter zugeführt. So können die kleinen Partikel innerhalb des Behälters weiter aufwachsen. Der von kleinen Asphaltenpartikeln befreite Ablaufstrom, der Klarlauf, wird vorzugsweise einer Aufbereitungsvorrichtung zugeführt. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Ablaufström ei¬ ner Lösungsmittelrückgewinnung zugeführt wird, bei der das Lösungsmittel verdampft und regeneriert wird. Schließlich kann das auf diesem Wege regenerierte Lösungsmittel, bei¬ spielsweise ein Pentanschnitt, wieder zur Mischung mit dem ölhaltigen Brennstoff genutzt werden. In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Asphaltenpartikel innerhalb einer Klassierzone des Behälters nach ihrer Partikelgröße getrennt. Mit anderen Wor¬ ten fungiert der Behälter als Klassierer, in welchem die Partikel nach ihrer Partikelgröße vorgetrennt werden. Es handelt sich somit um eine interne Klassierzone innerhalb des Behäl¬ ters, die zweckmäßigerweise im Randbereich des Behälters in Form einer Ruhezone vorgesehen ist.
Die zu bevorzugten Ausgestaltungen der Vorrichtung genannten Vorteile können hierbei sinngemäß auf entsprechende Ausge¬ staltungen des Verfahrens übertragen werden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 eine Vorrichtung zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff mit einem einem Mischelement strömungstechnisch angeschlossenen Behälter, sowie
FIG 2 eine weitere Vorrichtung zur Abtrennung von
Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff mit einem innerhalb eines Behälters angeordneten Misch¬ elements .
FIG 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff 3. Als Brennstoff 3 ist ein Schweröl eingesetzt. Das Schweröl 3 wird gemeinsam mit Pentan als Lösungsmittel 5 über entsprechende Zuleitungen 7, 9 einem als Mischpumpe ausgebildeten Mischelement 11 zugeführt. In¬ nerhalb des Mischelements 11 werden das Schweröl 3 und das Lösungsmittel 5 ultraschnell durchmischt.
Bei einer schnellen Durchmischung entsteht eine metastabile, übersättigte Lösung, wodurch die Bildung einer Phasengrenzfläche zwischen dem Schweröl 3 und dem Pentan 5 vermieden und damit eine frühzeitige Ausfällung von Asphaltenpartikeln wäh- rend des Mischvorgangs verhindert wird.
Die resultierende Mischung 13 wird einem dem Mischelement 11 strömungstechnisch angeschlossenen Behälter 15 zugeführt, wozu das Mischelement 11 über eine Abführleitung 17 strömungs- technisch mit einer Zuführleitung 19 des Behälters 15 verbunden ist. Bereits bei der Zufuhr zum Behälter 15, also nach Beendigung des Mischvorgangs, beginnt der Fällungsprozess der Asphaltene. Die aus der Lösung ausfallenden Asphaltene schei¬ den sich an bereits im Prozess vorhandenen Asphaltenpartikeln ab.
Innerhalb des Behälters 15 befindet sich eine Wachstumszone 23, in welcher die Asphaltenpartikel aufwachsen. Die für die sich dem Wachstum anschließende Abtrennung geforderte Fest- stoffanreicherung innerhalb des Behälters 15 wird durch eine ausreichend lange Verweilzeit der Asphaltenpartikel im Behäl¬ ter 15 sichergestellt. Je länger die Verweilzeit der
Asphaltenpartikel ist, desto höher ist auch die Abscheiderate und damit, aufgrund der verbesserten Abtrennung der Partikel, auch die Reinigungsleistung der eingesetzten Abtrennvorrichtung 1.
Zur Abtrennung der in der Wachstumszone 23 angewachsenen Asphaltenpartikel ihrer Partikelgröße nach ist dem Behälter 15 eine Klassiereinrichtung 25 strömungstechnisch angeschlossen . Die Klassiereinrichtung 25 umfasst hierzu zwei Trennstufen 27, 29. Die Kopplung der ersten Trennstufe 27 mit dem Behäl¬ ter erfolgt über die Verbindung einer ersten Abführleitung 31 des Behälters 15 mit einer Zuführleitung 33 der ersten Trenn- stufe 27. Über die Leitungen 31, 33 wird der ersten Trennstu¬ fe 27 ein erster Teilstrom 35 zugeführt. Die Abführleitung 31 des Behälters 15 ist an dessen Boden 37 angeschlossen.
In der ersten Trennstufe 27, die als ein Hydrozyklon ausge- bildet ist, werden große Asphaltenpartikel 39, die eine vor¬ eingestellt Trennkorngröße von 25 ym überschreiten, aus dem Prozess entfernt. Sie werden über eine Abzugsleitung 41 einer Aufbereitungsvorrichtung 43 zugeführt und können anschließend einer weiteren Verwendung, beispielsweis im Straßenbau zuge- führt werden.
Durch die Abtrennung der großen Asphaltenpartikeln 39 entsteht eine Lösung, die als ein erster Rücklauf 45 wieder dem Behälter 15 zugeführt wird. Der erste Rücklauf 45 enthält nun nur noch solche Asphaltenpartikel, deren mittlerer Durchmes¬ ser unterhalb von 25 ym liegt. Zur Rückführung des Rücklaufs 45, also des von großen Asphaltenpartikeln abgereicherten Teilstroms, ist der ersten Trennstufe 27 eine Rückführleitung 47 angeschlossen, die strömungstechnisch mit einer Zuführlei- tung 49 des Behälters 15 verbunden ist. Die nun noch in dem Rücklauf 45 enthaltenen Asphaltenpartikel dienen innerhalb des Behälters 15 bzw. innerhalb der Wachstumszone 23 des Be¬ hälters 15 als Wachstumskeime. Die zweite Trennstufe 29 der Klassiereinrichtung 25 dient der Abtrennung kleiner Asphaltenpartikel 51 aus einem zweiten Teilstrom 53. Zur Zufuhr des zweiten Teilstroms 53 zur zweiten Trennstufe 29 ist der Behälter 15 über eine zweite Ab¬ führleitung 55 strömungstechnisch mit einer Zuführleitung 57 der zweiten Trennstufe 29 verbunden. Die zweite Abführleitung 55 des Behälters ist an dessen am Kopf 59 angeordnet. Der zweite Teilstrom 53 umfasst im Wesentlichen kleine
Asphaltenpartikel 51, die im Prozess gehalten werden sollen, um dort weiter wachsen zu können. Entsprechend werden in der zweiten Trennstufe 29, die ebenfalls als ein Hydrozyklon aus- gebildet ist, Asphaltenpartikel 51 mit einem mittleren Durch¬ messer oberhalb von 5 ym von der Flüssigkeit abgetrennt und in den Behälter 15 zurückgeführt. Die Rückführung des mit kleinen Asphaltenpartikeln 51 angereicherten zweiten Rücklaufs 61 erfolgt über eine Verbindung einer Rückführleitung 63 der zweiten Trennstufe 29 mit einer Zuführleitung 65 des Behälters 15.
Weiterhin ist auch der zweiten Trennstufe 29 eine Aufberei¬ tungsvorrichtung 67 strömungstechnisch nachgeschaltet. Der Aufbereitungsvorrichtung 67 wird über eine der zweiten Trennstufe 29 angeschlossene Abführleitung 69 der bei der Abtren¬ nung der Asphaltenpartikel 51 entstehende Ablaufstrom 71, ein Klarlauf zugeführt wird. Innerhalb der Aufbereitungsvorrich¬ tung 67 kann das Lösungsmittel 5 zurückgewonnen und erneut dem Mischelement 11 zugeführt werden.
Innerhalb des Behälters 15 befinden sich während des Prozes¬ ses Asphaltenpartikel 73 mit einem mittleren Durchmesser in einem Bereich zwischen 5 ym und 25 ym, die in einem Kreislauf 75 geführt werden können. Über eine dem Behälter 15 angeschlossene Rückführleitung 77 wird ein Teilstrom 79 mit diesen Asphaltenpartikeln 73 dem Mischelement 11 zugeführt.
Hierzu ist die Rückführleitung 77 des Behälters 15 mit einer Zuführleitung 81 des Mischelements 11 verbunden. Dem Mischelement 11 ist also zusätzlich zu der Zuleitung 7 für das Schweröl 3 und der Zuleitung 9 für Pentan 5 auch die Zuführleitung 81 angeschlossen, über welche die Zufuhr bzw. die Zirkulation von Wachstumskeimen für die Asphaltenabscheidung sicherstellt.
Durch die in dem zirkulierenden Teilstrom 79 enthaltenen Asphaltenpartikel 73 stehen bereits bei zum Zeitpunkt der Vermischung des ölhaltigen Brennstoffs 3 und des Lösungsmit¬ tel 5 Wachstumskeime für die Asphaltene zur Verfügung. Die in der übersättigten Lösung, also der Mischung 13 enthaltenen Asphaltene scheiden sich nur auf den bereits vorhandenen Asphaltenpartikeln 73 ab und wachsen dort auf. Mit anderen Worten kann die Ausfällung, die im Wesentlich unmittelbar nach der Durchmischung des ölhaltigen Brennstoffs 3 und des Lösungsmittels 5 eintritt, durch die Zirkulation der
Asphaltenpartikel zwischen dem Mischelement 11 und der Wachs- tumszone 23 des Behälters 15 gezielt gesteuert werden.
Innerhalb des Behälters 15 kann weiterhin einen Klassierzone 83 ausgebildet sein, die alternativ oder zusätzlich zu der ersten Trennstufe 27 große Asphaltenpartikel abtrennt. Die Position der Klassierzone 83 innerhalb des Behälters 15 ist vorliegend durch einen Pfeil angedeutet.
FIG 2 zeigt eine weitere Vorrichtung 91, die ebenfalls der Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff 3 mithilfe eines Lösungsmittels 93, vorliegend Hexan, dient.
Der bauliche Unterschied der Vorrichtung 91 zur Vorrichtung 1 gemäß IG 1 liegt darin, dass das eingesetzte Mischelement 95 nicht, wie die bei der Vorrichtung 1 der Fall ist, dem Behäl- ter 97 vorgeschaltet ist, sondern stattdessen innerhalb des Behälters 97 angeordnet ist.
Bei der Anordnung des Mischelements 95 innerhalb des Behäl¬ ters 97 werden das Schweröl 3 und das Lösungsmittel 93 bzw. das auf die im ölhaltigen Brennstoff 3 enthaltenen
Asphaltenen bezogene „Anti-Solvent" über Zuleitungen 99, 101 direkt in den Behälter 97 dosiert. Die Durchmischung erfolgt innerhalb des Behälters 97 in einer an dessen Wandung 103 ausgebildeten Mischzone 105 mittels des als interne Mischpum- pe ausgebildeten Mischelements 95 unmittelbar bei Eintritt des Schweröls 3 und des Lösungsmittels 93. Durch das Misch¬ element 95 wird die notwendige ultraschnelle Durchmischung der beiden Komponenten 3, 93 sichergestellt. Die im Rahmen der Durchmischung resultierende Mischung 109 strömt durch eine geeignete Strömungsführung innerhalb des Behälters 95 in die Wachstumszone 111 des Behälters 95, wo die Asphaltene ausfallen bzw. die bereits ausgefallenen
Asphaltenpartikel weiter wachsen. Als Wachstumskeime stehen ihnen auch hier bereits im Behälter 95 vorhandene Asphaltenpartikel 113 mittlerer Größe zur Verfügung. Zwischen dem Mischelement 95 und der Wachstumszone 111 zirku¬ liert somit dank der Strömungsführung ebenfalls ein Asphal¬ tenpartikel 113 enthaltender Teilstrom 115. Die Asphaltenpartikel 113 stellen als Wachstumskeime eine Oberfläche be¬ reit, die die Abscheidung von Asphaltenen begünstigt und gleichzeitig abscheidungsbedingte Verschmutzungen von Wandun¬ gen, Rohrleitungen oder ähnlichem einer entsprechend zur Deasphaltierung eingesetzten Vorrichtung 1 verhindert.
Wie auch in FIG 1 kann der Behälter 97 mit einer Klassierzone 117, deren Position durch einen Pfeil angedeutet ist, ausge¬ bildet sein, die alternativ oder zusätzlich zur ersten Trennstufe 27 der Klassierung großer Asphaltenpartikel dient.
Hinsichtlich der Funktion der weiteren von der Vorrichtung 91 umfassten Vorrichtungskomponenten kann die detaillierte Beschreibung der Vorrichtung 1 gemäß FIG 1 auf die Vorrichtung 91 gemäß FIG 2 übertragen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1, 91) zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff (3) , umfassend ein Mischelement (11, 95) zur intensiven Vermischung des ölhaltigen Brennstoffs (3) mit einem Lösungsmittel (5, 93) unter Bildung ei¬ ner mit Asphaltenen übersättigten Lösung, einen Behälter (15, 97) zum Abbau der Übersättigung durch Abscheidung der
Asphaltene aus der übersättigten Lösung, eine innerhalb des Behälters (15, 97) ausgebildete Wachstumszone (23, 111) zum Anwachsen von vorhandenen Asphaltenpartikeln durch die aus der übersättigten Lösung abgeschiedenen Asphaltene, sowie eine dem Behälter (15, 97) strömungstechnisch angeschlossene Klassiereinrichtung (25) zur Trennung der in der Wachstumszo- ne (23, 111) angewachsenen Asphaltenpartikel ihrer
Partikelgröße nach, wobei der Behälter (15, 97) derart ausge¬ bildet und eingerichtet ist, dass ein Asphaltenpartikel ent¬ haltender Strom (79, 113) zwischen dem Mischelement (11, 95) und der Wachstumszone (23, 111) des Behälters (15, 97) zirku- liert.
2. Vorrichtung (1, 91) nach Anspruch 1, wobei der Behälter (15, 97) zur Zirkulation des Asphaltenpartikel enthaltenden Stroms (79, 113) strömungstechnisch mit dem Mischelement (11, 95) verbunden ist.
3. Vorrichtung (1, 91) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mischelement (11, 95) über eine Abführleitung (17) strömungs¬ technisch mit einer Zuführleitung (19) des Behälters (15, 97) verbunden ist.
4. Vorrichtung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälter (15, 97) über eine Rückführleitung (77) strömungstechnisch mit einer Zuführleitung (81) des Mischelements (11, 95) verbunden ist.
5. Vorrichtung (1, 91) nach Anspruch 1, wobei das Mischelement (11, 95) innerhalb des Behälters (15, 97) angeordnet ist .
6. Vorrichtung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klassiereinrichtung (25) eine erste Trenn¬ stufe (27) zur Abtrennung großer Asphaltenpartikel aus einem ersten Teilstroms (35) umfasst.
7. Vorrichtung (1, 91) nach Anspruch 6, wobei der Behälter (15, 97) zur Zufuhr des ersten Teilstroms (35) zur ersten Trennstufe (27) über eine erste Abführleitung (31) strömungs¬ technisch mit einer Zuführleitung (33) der ersten Trennstufe (27) verbunden ist.
8. Vorrichtung (1, 91) nach Anspruch 7, wobei die erste Abführleitung (31) des Behälters (15, 97) an dessen Boden (37) angeordnet ist.
9. Vorrichtung (1, 91) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die erste Trennstufe (27) zur Rückführung eines von großen Asphaltenpartikeln abgereicherten ersten Rücklaufs (45) über eine Rückführleitung (47) strömungstechnisch mit einer Zuführleitung (49) des Behälters (15, 97) verbunden ist.
10. Vorrichtung (1, 91) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der ersten Trennstufe (27) eine Aufbereitungsvorrich- tung (43) strömungstechnisch nachgeschaltet ist.
11. Vorrichtung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klassiereinrichtung (25) eine zweite
Trennstufe (29) zur Abtrennung kleiner Asphaltenpartikel aus einem zweiten Teilstrom (53) umfasst.
12. Vorrichtung (1, 91) nach Anspruch 11, wobei der Behälter (15, 97) zur Zufuhr des zweiten Teilstroms (53) zur zweiten Trennstufe (29) über eine zweite Abführleitung (55) strö- mungstechnisch mit einer Zuführleitung (57) der zweiten
Trennstufe (29) verbunden ist.
13. Vorrichtung (1, 91) nach Anspruch 12, wobei die zweite Abführleitung (55) des Behälters (15, 97) an dessen am Kopf
(59) angeordnet ist.
14. Vorrichtung (1, 91) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die zweite Trennstufe (29) zur Rückführung eines mit kleinen Asphaltenpartikeln angereicherten zweiten Rücklaufs (61) über eine Rückführleitung (63) mit einer Zuführleitung (65) des Behälters (15, 97) verbunden ist.
15. Vorrichtung (1, 91) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der zweiten Trennstufe (29) eine Aufbereitungsvorrich- tung (67) strömungstechnisch nachgeschaltet ist.
16. Vorrichtung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälter (15, 97) eine Klassierzone (83, 117) zur Trennung der Asphaltenpartikel nach ihrer
Partikelgröße umfasst.
17. Verfahren zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem ölhaltigen Brennstoff (3) , wobei der ölhaltige Brennstoff (3) mittels eines Mischelements (11, 95) mit einem Lösungsmittel (5, 93) intensiv vermischt wird, wobei während des Mischvor¬ gangs eine an Asphaltenen übersättigte Lösung gebildet wird, wobei die Übersättigung durch Abscheidung der Asphaltene aus der übersättigten Lösung in einem Behälter (15, 97) abgebaut wird, wobei in einer Wachstumszone (23, 111) des Behälters
(15, 97) vorhandene Asphaltenpartikel durch aus der übersät¬ tigten Lösung abgeschiedene Asphaltene anwachsen, wobei die in der Wachstumszone (23, 111) angewachsenen
Asphaltenpartikel mittels einer Klassiereinrichtung (25) nach ihrer Partikelgröße getrennt werden, und wobei ein Asphalten¬ partikel enthaltender Strom (79, 113) zwischen der Wachstumszone (23, 111) des Behälters (15, 97) und dem Mischelement (11, 95) zirkuliert.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Asphaltenpartikel enthaltende Strom (79, 113) von dem Behälter (15, 97) in das Mischelement (11, 95) strömt.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der
Asphaltenpartikel enthaltende Strom (79, 113) in dem Misch¬ element (11, 95) mit dem ölhaltigen Brennstoff (3) und dem Lösungsmittel (5, 93) vermischt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Mischung aus dem Asphaltenpartikel enthaltenden Strom (79, 113), dem ölhalti¬ gen Brennstoff (3) und dem Lösungsmittel (5, 93) dem Behälter (15, 97) zugeführt wird.
21. Vorrichtung (1, 91) nach Anspruch 17, wobei der ölhaltige Brennstoff (3) und das Lösungsmittel (5, 93) innerhalb des Behälters (15, 97) vermischt werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei ein erster Teilstrom (35) zur Abtrennung großer Asphaltenpartikel einer ersten Trennstufe (27) der Klassiereinrichtung (25) zugeführt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der erste Teilstrom
(35) am Boden (37) des Behälters (15, 97) aus diesem abgezo¬ gen wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei ein von großen Asphaltenpartikeln abgereicherter erster Rücklauf
(45) dem Behälter (15, 97) zugeführt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die aus dem ersten Teilstrom (35) abgetrennten großen
Asphaltenpartikel einer Aufbereitungsvorrichtung (43) zugeführt werden.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei ein zweiter Teilstrom (53) zur Abtrennung kleiner
Asphaltenpartikel einer zweiten Trennstufe (29) der
Klassiereinrichtung (25) zugeführt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der zweite Teilstrom (53) am Kopf (59) des Behälters (15, 97) aus diesem abgezogen wird .
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, wobei ein mit kleinen Asphaltenpartikeln angereicherter zweiter Rücklauf (61) dem Behälter (15, 97) zugeführt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 28, wobei ein von kleinen Asphaltenpartikeln befreiter Ablaufstrom (71) einer Aufbereitungsvorrichtung (67) zugeführt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 29, wobei die Asphaltenpartikel innerhalb einer Klassierzone (83, 117) des Behälters (15, 97) nach ihrer Partikelgröße getrennt werden.
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