WO2016192895A1 - Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen brennstoff - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen brennstoff Download PDF

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WO2016192895A1
WO2016192895A1 PCT/EP2016/058850 EP2016058850W WO2016192895A1 WO 2016192895 A1 WO2016192895 A1 WO 2016192895A1 EP 2016058850 W EP2016058850 W EP 2016058850W WO 2016192895 A1 WO2016192895 A1 WO 2016192895A1
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asphaltenes
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Sebastian LÖW
Markus Kinzl
Ralph Joh
Ansgar Kursawe
Herbert FAHRNBAUER
Thomas Fuchs
Jochen Petersen
Rüdiger Schneider
Nicolas Vortmeyer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • C10G2300/206—Asphaltenes
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    • C10L2270/00—Specifically adapted fuels
    • C10L2270/04—Specifically adapted fuels for turbines, planes, power generation

Definitions

  • the invention relates to a process for the separation of
  • Asphaltenes from an asphaltene-containing fuel Furthermore, the invention relates to a corresponding device for the separation of asphaltenes from an asphaltene-containing fuel.
  • Heavy oils are used, which are available as low-cost fuels for energy production by gas turbines.
  • crude and heavy oils contain asphaltenes, which in turn contain chemically bound heavy metals.
  • heavy metals such as vanadium or nickel are released as metal oxides.
  • the metal oxides alloy with the metals of the turbine blades and corrode or weaken them.
  • asphaltenes have the property of precipitating as a solid under severe pressure or temperature changes. These solid asphalt particles can clog pipes or fine nozzles of the burner used, and thus a lasting effect on the mixture formation in the turbine, thereby ge ⁇ will detract from the efficiency of the turbine.
  • the combustion of crude oils in gas turbines is therefore subject to high requirements.
  • Light crude oils are only suitable for power generation in gas turbines, as modern high performance turbines heavy metal such as nickel or vanadium ⁇ le in the fuel only tolerate up to values which are below the concentration in most crude oils. For this reason alone, their use in heavy metal-sensitive high-performance turbines is prohibited.
  • gas turbines of other classes are used. Although such gas turbines, which are operated at lower temperatures, lower efficiencies than the heavy metal-sensitive high-performance turbines. However, they are more tolerant of the heavy metals contained in crude and heavy oils. However, these heavy metal tolerant or vanadium insensitive standard turbines require an additive such as a magnesium salt to suppress the above-described corrosive effects of the heavy metals.
  • Magnesium vanadate To ensure the function of the turbine, the deposits or incrustations must be 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.
  • Deasphal- known t michsvon In order to separate the asphaltenes and the heavy metals from a entspre ⁇ sponding crude oil and thus render the crude oil for combustion in gas turbines, are so-called Deasphal- known t michsvon. Deasphalting processes are based on extraction of asphaltenes by addition of saturated aliphatic hydrocarbons as precipitant or as solvent for the remaining oil constituents.
  • the heavy metals are strongly enriched in the asphaltenes, so that removal of the asphaltenes leads to an immediate removal of the heavy metals.
  • the asphaltenes are precipitated as a solid.
  • the precipitated asphaltenes and the heavy metals removed during the precipitation of the asphaltenes then separated from the crude oil and thus removed from the process.
  • the preferred short-chain alkanes used as solvent (deasphalting agent) can be obtained after
  • the invention is based, as a first object to provide a drive ⁇ Ver which allows by an efficient and inexpensive separation of asphaltenes from an asphaltene-containing fuel whose combustion in a Gasturbinenpro- process.
  • a second object of the invention is to specify a device by means of which such a method can be implemented in a correspondingly efficient and cost-effective manner.
  • the first object of the invention is achieved by a method for separating asphaltenes from an asphaltene-containing fuel, wherein the fuel is a Ab ⁇ separating unit is supplied, in which a partial stream with low-boiling fuel components is separated from the fuel, wherein the fuel after the Separation of the partial flow of a deasphalting unit is fed in the asphaltene contained in the fuel by means of a Lö- the solvent is separated after separation of the asphaltenes from the fuel in a solvent recovery unit, wherein the separated solvent is recycled to the Deasphal- t istsaku, and wherein the from
  • the invention is based on the consideration that due to the incomplete separation of the solvent used for deasphalting in the continuous process always solvent losses are recorded, so that the deasphalting as such in the worst case can not be completed and so not the desired cleaning effect can be achieved. Accordingly, to compensate for the solvent losses, a subsequent metering of the solvent in the deasphalting process is necessary.
  • asphaltene-containing fuel by about € 20 to 60 million / year. If more specialized solvent fractions, such as a pentane cut are needed for refilling, the costs incurred would be much higher.
  • the invention considers in a second step the composition of the asphaltene-containing fuels to be purified.
  • Asphalten inconveniencer fuel is usually a crude oil used, in addition to the asphaltenes to be removed, ie contains the highly condensed aromatic hydrocarbons, especially a low molecular weight fraction of alkanes, alkenes and cycloalkanes. This fact now uses the invention in a third
  • the invention recognizes that it is possible to reduce the unwanted and unavoidable loss of solvent by the targeted treatment of the asphaltene-containing
  • asphaltene-containing fuel can be provided as such sufficient amounts of solvent, which compensate for the ⁇ loss of solvent.
  • the solvent required for deasphalting is thus generated in the process itself, so that the cost of providing ⁇ position of the process metered solvent reduced to a minimum and avoided completely ideally.
  • the preventable by applying the method greed- th will be a Deasphalt michsvon adapted to the on ⁇ requirements of a 1000 MW power plant, in a range between € / year and 60 million € 20 million / year.
  • the solvent required for deasphalting is guided between the Deasphaltsammlungsritt and the solvent recovery unit continuously in the circuit, ie in a Lö ⁇ sungsstoffnikank.
  • the solvent circuit By supplying the separated ⁇ th solvent fraction to the solvent circuit is the circulating solvent constantly renewed. An Anrei ⁇ tion of unwanted secondary components and the resulting waste does not occur.
  • the overall process thus does not require any waste stream and merely generates the stream of purified fuel that can be supplied to a gas turbine and the stream of separated asphaltenes, which can be used, for example, to produce high-quality road asphalt.
  • the process can be carried out under moderate process conditions.
  • Supercritical and generally very high costs associated process conditions such as in particular in the solvent recovery in the ROSE process, are not necessary.
  • the fuel to be purified by asphaltenes is in particular a crude oil whose main constituents, in addition to asphaltenes (highly condensed aromatic hydrocarbons), are above all alkanes, alkenes, cycloalkanes. Besides still occur alipha ⁇ tables and heterocyclic nitrogen and Schwefelverbin- to fertilize.
  • the separation of the partial stream from the asphaltene-containing fuel to be cleaned takes place in the separation unit.
  • the first partial flow is understood as meaning the low-boiling fraction of the asphaltene-containing fuel, that is to say as a fraction with the low-boiling fuel constituents. This fraction is essentially free of heavy metals such as vanadium and nickel.
  • the partial stream is expediently separated by distillation from the fuel.
  • the solvent fraction is distilled off from the substream by depletion of the substream.
  • the partial stream which corresponds to the total flow of the withdrawn low boilers, specifically separated those components as distillate, which are most suitable for the deasphalting.
  • the distillate obtained is in the solution ⁇ medium circuit between the Deasphalt istsritt and solu- sungsstoffenburg justungsappel dosed and flows zusharm ⁇ Lich to the circulating solvent in the
  • Suitable solvents for deasphalting is insbesonde ⁇ re short-chain hydrocarbons, such as butanes (C4), pentanes (C5), hexanes (C6) and / or heptanes (C7).
  • Butane (C4), pentanes (C5) and hexanes (C6), also referred to as C4-C6 fraction, are particularly preferably used. Accordingly, it is preferable to separate a solvent fraction from the partial stream containing C4-C6 carbons.
  • the solvent is used in the deasphalting to dissolve soluble constituents contained in the asphaltene-containing fuel, such as, for example, aliphatics, aromatics and paraffins.
  • the asphaltene fraction (asphaltenes and heavy metals) contained in the asphaltene-containing fuel is insoluble in the solvent used so that the complementary and ⁇ tel is used with regard to the asphaltenes in a sense as an "anti-solvent".
  • the heavy metals are largely in the so-called asphaltene fraction, which is defined as that of an oil which, when mixed with alkanes, typically propane, butane, Pentane, hexane or heptane, not dissolved by the added alkane.
  • asphaltene fraction is defined as that of an oil which, when mixed with alkanes, typically propane, butane, Pentane, hexane or heptane, not dissolved by the added alkane.
  • Asphaltenes stay behind as the second phase. This will allows the separation of the asphaltenes and the heavy metals enriched therein, with the heavy metal depletion levels usually ranging between 50% and 80%.
  • the solvent used for deasphalting is substantially made of Deasphalt michsritt starting from the Lö ⁇ sungsstoffschreib Weg justungsappel available.
  • a fraction which preferably butanes (C4), pentanes (C5) and hexanes (C6) is containing the Deasphalt réellesritt supplied.
  • the solvent fraction of the Deasphalt michsritt is fed together with the recycled from the solvent recovery unit Lö ⁇ solvents. Both streams are pooled accordingly before entering the deasphalting unit.
  • the solvent recovery unit After deasphalting be the te gereinig- of asphaltenes, ie the deasphalted fuel, and the complementary and ⁇ tel, conveniently supplied to the solvent recovery unit.
  • the solvent is purified and separated from the deasphalted fuel.
  • the solvent is recycled to the deasphalting process.
  • the solvent fraction obtained from the first part stream is the ⁇
  • the asphaltenes separated from the fuel in the deasphalting unit are preferably drawn off and sent for further utilization.
  • the purified fuel is expediently fed to a gas turbine and burnt there to produce energy.
  • the depleted of the solvent fraction partial stream is fed to a gas turbine.
  • the purified fuel and the depleted partial stream are combined before the supply to the gas turbine.
  • both streams are merged and fed together to the gas turbine. The union or the interference of the gaseous withdrawn
  • the research is done Vermi- depleted of the solvent fraction part stream and the solvent recovery unit leaving ⁇ send Brennstoffström liquid in a quench apparatus.
  • An advantage of such an association is that no condenser and no coolant supply are necessary.
  • the quenching apparatus of the gaseous depleted from the complementary and ⁇ telfr quasi partial stream is brought into intimate contact with the liquid cleaned fuel.
  • the gas is condensed by the liquid.
  • the ⁇ de condensation heat are hereby remains free in the liquid mixture, so that its temperature rises slightly.
  • standard turbines with high heavy metal tolerance vanadium insensitive standard turbines
  • ⁇ 's High Performance Turbines with low heavy metal tolerance vanadium-sensitive high performance turbines
  • the depleted of the solvent fraction first partial stream of a vanadium-sensitive high-performance turbine is supplied and there flows. There is no need for Addi ⁇ tive and there are also no turbine damage to be feared.
  • the vanadium-free low-boiling fraction ie the sauce ⁇ separated in the separation of the fuel part of energy, not only for the recovery of Deasphal- t istsstoff, so the solvent fraction used son ⁇ countries can be efficiently radiates in a vanadiumempfind ⁇ union high performance turbine then ,
  • the purified fuel is preferably one
  • Vanadiumunwidvanadiumtoleranten standard turbine supplied. Although residues of vanadium and / or heavy metals are still possible in this deasphalted fuel. However, these proportions are sufficiently low so that the combustion ⁇ material can be utilized energetically by a vanadium insensitive standard turbine.
  • Deasphalting unit preferably by distillation into a heavy metal-free fraction of low boilers ("top fraction") and an enriched in heavy metals high-boiling fraction (“bottom fraction”) separated.
  • the low-energy is here taken from the solvent fraction which is fed to the deasphalting process.
  • vanadium-insensitive standard turbine continues to exploit energe ⁇ table.
  • the Aufberei ⁇ processing of a total asphalt-containing fuel stream 200 is exemplarily t / h explained in a proportion of 30 ppm of metals such as vanadium and nickel.
  • the high boiler so the remaining 25% of the fuels is fes, contain a result of the separation of low-boiling part stream and the associated concentration of the bottoms fraction of a fraction of 12% (6 t / h corresponds to 3% be ⁇ subjected to the total current) and 120 ppm of heavy metals in the "swamp" and are fed to a deasphalting unit.
  • a deasphalted fuel with vanadium content depleted by about 70% is recovered from the bottom fraction.
  • the asphaltenes vanadium concentration about 700 ppm to 800 ppm
  • the vanadium content results from the mass balance. There remain from the initial 25% of the asphalt-containing fuel with a Schwerme ⁇ tallkonzentration of 120 ppm about 22% of its mass as deasphalted and demetallized fuel with a vanadium concentration of 36 ppm.
  • the vanadium content of the deasphalted fuel is thus only slightly higher than the 36 ppm
  • Vanadiumanteil of the starting fuel with 30 ppm can still be energetically used by a vanadiumunfixede standard turbine.
  • vanadium-sensitive high-performance turbine are exuded.
  • the remaining 22% of the fuel after separation of the asphaltenes and most of the heavy metals are processed in a vanadium-insensitive standard turbine.
  • almost 75% of additives can be saved, the service cost decreases almost proportionally.
  • the discharged 3% of asphaltenes are preferably subjected to secondary recycling such as bitumen, supplied as an aggregate for asphalt in road construction.
  • secondary recycling such as bitumen
  • Blower / Coker subject to be recycled as a building material Blower / Coker subject to be recycled as a building material.
  • the invention provides as a further alternative, the deasphalt mandat fuel supply only so much of the heavy metal-free top fraction that the financial tolerance of service and additive costs of a vanadium-insensitive standard turbine is not exceeded. For this purpose, only part of the depleted of the solvent fraction substream prior to entry into a vanadium-insensitive standard turbine is combined with the deasphalted fuel. The remainder of the heavy metal-free top fraction then remains unchanged
  • An economically valuable Siedefrak ⁇ tion is more preferably separated from the fuel.
  • An economically valuable boiling fraction is understood as meaning such a fraction or such a partial stream which contains components which, when economically exploited and / or sold, achieve a yield significantly above the calorific value of the fuel used.
  • the separation of the boiling fraction is preferably carried out before the asphaltene-containing
  • Fuel to the deasphalting unit Suitable for this purpose is the separation unit, in which the partial stream is withdrawn from the asphaltene-containing fuel to obtain the solvent fraction.
  • a fraction of "medium boilers" is at ei ⁇ ner preferably carried out distillation withdrawn. This fraction is then fed to a WEI direct working up and can then be resold for profit.
  • the second object of the invention is inventively achieved by a device for the removal of asphaltenes from an asphaltene-containing fuel comprising a Deasphal- t michsussi for separating contained requested in the fuel asphaltenes by means of a solvent, a solution ⁇ medium recovery unit for separation of the solvent from the fuel, wherein the solvent recovery unit is flow ⁇ physically connected for returning the separated solvent to the Deasphalt réellesaku, so-as comprising a with the Deasphalt michsvenez flow ⁇ technically associated separating unit for separating a partial flow with low-boiling fuel components from the fuel, wherein the separation unit and the Deasphal ⁇ têtstechnik such fluidically connected to one another are the that a recoverable from the separated part from the fuel stream ⁇ solvent fraction, in addition to that of the L solvent recovery unit recycled Lö ⁇ sungsstoff the deasphalting unit can be fed.
  • a device for the removal of asphaltenes from an asphaltene-containing fuel comprising
  • Such a device allows through the fluidic connection of the separation unit and the Deasphalt ists ⁇ unit to compensate for unwanted process-related solvent losses.
  • the recoverable solvent fraction which can be additionally fed to the deasphalting unit, avoids expensive replenishment or replenishment of solvent in the deasphalting process.
  • the Deasphaltianssritt is suitably connected a trailing conduit that is fluidly verbun to a supply of solvent recovery unit ⁇ .
  • the solvent recovery unit is antioxidant zucchini ⁇ ßigerweise also connected to a discharge line. These The discharge line is preferably fluidically connected to a return line of the deasphalting unit.
  • the interconnected lines thus form a solvent circuit between the deasphalting unit and the solvent recovery unit.
  • the solvent used for deasphalting circulated.
  • the recoverable from the partial flow complementary and ⁇ telfr be supplied via this solvent circuit in addition to the circulating solvent of the deasphalting unit ⁇ and the Deasphalt michsrea.
  • Deasphalt michsö is connected a trailing conduit for removal of the remote from the fuel in Deasphalt michsrea asphaltenes.
  • the separation unit upstream of the Deasphalt istsech — ssen ⁇ gush flow technology.
  • the separation unit which is preferably designed as a distillation unit, a partial stream with low boilers is separated from the asphaltene-containing fuel.
  • For the withdrawal of the partial flow of the separation unit is preferably ei ⁇ ne discharge line connected.
  • About the discharge line of the low-boiling components of the asphaltene-containing fuel containing partial stream is withdrawn, from which the solvent fraction is recovered.
  • the solvent fraction is withdrawn from the substream.
  • For deduction of the solvent fraction of the discharge line is preferably connected to an Ab branch line.
  • the branch line itself is advantageously flow ⁇ -connected to a discharge of the solvent recovery unit. So one overall exploitable resources from the partial flow solvent fraction can be fed to the solvent circuit to ⁇ and correspondingly ge in Deasphalt istsech ⁇ uses.
  • the separation unit is advantageously fluidly connected to a gas turbine. This fluidic connection is expediently realized via the connection of the withdrawal line connected to the separation unit with a corresponding supply to the gas turbine. The depleted of the solvent fraction substream is fed according to the gas turbine and burned there. The same applies to the solvent recovery unit leaving ⁇ send of asphaltenes and solvents freed fuel.
  • the complementary and ⁇ tel Wegneckstechnik is expediently likewise strö ⁇ mung-connected to a gas turbine.
  • the solvent are recovery unit and the separating unit flow piercing ⁇ cally connected to the same gas turbine.
  • the depleted of the solvent fraction substream and the fuel are preferably supplied here as a total flow of the turbine.
  • the discharge line of the disconnection is unit expediently with a drain line of Lö ⁇ sungsstoffrück justungsappel fluidic verbun ⁇ .
  • the solvent recovery unit and the separation unit are fluidly coupled to different gas turbines.
  • the solvent recovery unit is fluidically connected to a vanadium-sensitive high-performance turbine. This possibility arises, the first part stream is essentially free of heavy metals, so that can be done a power generation without the addition of additives and without possible Turbinenbe ⁇ damage.
  • the purified fuel is preferably one
  • vanadium-insensitive standard turbine is supplied.
  • the solvent recovery unit ssenßi ⁇ gate fluidly with a vanadium-insensitive Standard turbine connected. If necessary, heavy metals still present in the fuel have no influence on their function because of the considerable higher heavy metal tolerance of vanadium-insensitive standard turbines compared to the vanadium-sensitive high-performance turbine.
  • an economically valuable boiling fraction can be separated from the asphaltene-containing fuel in the separation unit.
  • a discharge line connected ⁇ closed is expediently a discharge line connected ⁇ closed.
  • Asphaltenes from an asphaltene-containing fuel are asphaltene-containing fuel
  • the device 1 comprises a separation unit 5, one of the Ab ⁇ separation unit fluidly connected downstream Deasphalttechniksaku 7, and a fluidically coupled to the Deasphalt disciplinessappel 7 Solvent conditioning ⁇ unit. 9
  • the separation unit 5 is a total flow of 200 t / h of an asphalten inconveniencen fuel 3 via a supply line 11 is metered.
  • a partial flow 13 with low-boiling components 15, the so-called top fraction separated from the fuel 3 and deducted via a separation unit 5 connected to the exhaust line 17.
  • the amount of withdrawn overhead fraction is 75 ⁇ 6, which corresponds to a fuel flow of 150 t / h.
  • the head fraction 13 is free of vanadium.
  • the concentrated fuel 19 containing 12% (corresponding to a flow of 6 t / h) of asphaltenes is supplied to the deasphalting unit 7 through a discharge pipe 21 connected to the separation unit 5.
  • the fuel 19 is purified of asphaltenes and heavy metals. Because the
  • a solvent is used 23, which in ⁇ We sentlichen butanes (C4), pentanes (C5) and hexanes (C6) contains.
  • the solvent 23 is used in the deasphalting for the solution of soluble constituents contained in asphaltene-containing fuel 19.
  • the asphaltenes contained in the asphalten inconveniencen fuel 19 are insoluble in the solvent used 23, so that the solvent 23 is an "anti-solvent" with respect to the asphaltenes.
  • the separated asphaltenes and heavy metals are connected via ei ⁇ ne the Deasphalt istsvik 7 withdrawal line 24 of a present unspecified workup and subsequent recovery in accordance with this latest ⁇ formed devices supplied.
  • the deasphalted fuel 25 (DAO fraction) now still contains 36 ppm of vanadium and is fed together with the solvent to the solvent recovery unit 9. This is one of the
  • deasphalted fuel 25 separated and returned to the deasphalting process.
  • the solvent ⁇ recovery unit 9 is connected a discharge line 31, which fluidly connected to a return line 33
  • Deasphaltierungstician 7 is connected. Via these lines 27, 29, 31, 33, the solvent 23 circulates between the deasphalting unit 7 and the solvent recovery unit 9 in a solvent circuit 35.
  • the separation of the solvent 23 in the solvent ⁇ recovery unit 9 is generally associated with losses. A portion of the solvent portion 23 remains in the stream of purified fuel 25 and is burned with this in a solvent recovery unit 9 connected gas turbine ⁇ 37. This undesirable Amsterdamsstoffver ⁇ loss must be compensated.
  • the separated in the separation unit 5 from the fuel asphalted ten condominiumn 3 partial stream is used with 13 easily ⁇ boiling components 15th
  • a solvent fraction 39 is separated by distillation.
  • the partial stream 13 which corresponds to the total flow of the removed low-boiling components, specifically those components separated as a distillate, which are suitable for the deasphalting bes ⁇ th.
  • a C4 / C5 / C6 fraction 39 is separated from the partial flow 13.
  • the distillate 39 obtained is metered into the solvent circuit 35 between the Deasphalt istsö 7 and the complementary and ⁇ telrück justungsaku 9 and flows in addition to the recirculated 35 solvent 23 in the
  • Deasphalting unit 7 a The discharge line 17 of the Ab ⁇ separation unit 3 is for this purpose a branch line 41 is Schlos ⁇ sen, which is in turn fluidly connected to the discharge line 31 of the solvent recovery unit 9 and with the rear ⁇ conduit 33 of the Deasphalt istsaku. 7
  • Both the solvent recovery unit 9, as well as the separation unit 3 are fluidly connected to the gas turbine 37.
  • the depleted from the solvent fraction 39 gaseous partial stream is combined with the solution 13, the medium ⁇ recovery unit 9 exiting liquid fuel ⁇ material flow 25th
  • two liquid streams 13, 25 are combined and then jointly supplied to the gas turbine 37 for combustion.
  • the discharge line 17 of the separation unit 5 is fluidly connected to a discharge line 45 of the solvent recovery unit 9.
  • the method and the apparatus 1 used to allows its implementing the targeted treatmen ⁇ development of asphalt-containing fuel to generate the 3 needed for the solvent deasphalting 23, 39, so that the cost for the provision of the solvent 23 a minimum is reduced and ideally avoided altogether.
  • FIG. 2 shows a further device 51 for removing asphaltenes from an asphaltene-containing fuel 3.
  • the device 51 is designed substantially like the device 1 according to FIG. 1.
  • the device 51 includes the separating unit 5, which the separating strö ⁇ mung technically downstream Deasphalttechniksaku 7 so ⁇ as with the Deasphalt disciplinessappel fluidically coupled solvent treatment unit 9. Accordingly, the detailed description of Figure 1 can be transmitted to the Vorrich ⁇ tung 51 of FIG. 2
  • the essential difference between the two devices 1, 51 lies in the combination of the depleted of the solvent fraction 39 substream 13 and the asphaltenes purified, separated in the solvent processing unit 9 from the solvent 23 fuel 25.
  • the device 51 herein comprises instead of a cooler, as it is inserted in the device 1 according to FIG 1, a quenching apparatus 53. the quench apparatus 53 is attached ⁇ belongs to the Ab ⁇ zugs réelle 45 of the solvent recovery unit. 9
  • the mixing of the depleted of the solvent fraction 39, gaseous substream 13 and the Lö ⁇ sungsmittelrück justungsappel 9 leaving liquid fuel stream 25 is carried out directly in a quenching apparatus. With such a direct union no cooler is necessary.
  • the separating unit 5 comprises a further trigger ⁇ line 55 via which an economically valuable Siedefrakti ⁇ on 57, in this case with aromatic components 59, from the Asphalten inconveniencen fuel 3 is subtracted.
  • This boiling ⁇ fraction 57 is recovered as a medium-boiling fraction, the aromatics contained then fed to a presently unspecified ge ⁇ showed work-up and then can be sold at a profit.
  • FIG. 3 shows a device 71 which is likewise used to separate asphaltenes from the asphaltene-containing fuel 3.
  • the separation unit 5, the Deasphalt iststechnik 7, and the solution inflow preparation ⁇ processing unit 9 are used, so that it can be made to the devices 1, 51 according to FIGS 1 and 2 with regard to the detail ⁇ profiled description.
  • the main difference from the Figures 1 and 2 lies in the combustion of the sub-stream 13 and the fuel 25. Before ⁇ lying the purified fuel 25 and the partial flow is 13-assured Torei- different turbines 73, 75, respectively.
  • the vanadium-free low-boiling fraction that is to say the partial stream 13 separated off from the fuel 3 in the separation unit 5, is not only used for obtaining
  • vanadium-sensitive high-performance turbine 73 are exuded.
  • the purified fuel 25 becomes one
  • vanadium-insensitive standard turbine 75 supplied. There are Residues of vanadium and / or heavy metals are still possible in this deasphalted fuel. However, these proportions are sufficiently low, so that the fuel 25 can be energetically utilized by a vanadium-insensitive standard turbine 75.
  • Vanadiumanteil in the deasphalted fuel 25 exceeds the turbines ⁇ specific heavy metal tolerance limit. If this is the case, it is possible to meter a low-boiling part 77 of the partial flow 13 to the fuel 25, so that the economic tolerance limit is not exceeded by service and additive costs of the vanadium-insensitive standard turbine 75.
  • the portion 77 of the depleted of the solvent fraction 39 substream 13 before entering the fuel 25 in the vanadium insensitive standard turbine 75 is combined with this.
  • the discharge line 17 of the Ab ⁇ separation unit 5 and the discharge line 45 of the solvent recovery unit ⁇ 9 are for this purpose fluidly connected to each other via a Kopplungslei ⁇ tung 79th This Kopp- development line 79 is never identified in FIG 3 as an option as dashed Li ⁇ .
  • the remainder of the partial flow 13 remaining after the separation of the low-boiling part 77 is fed to the vanadium-sensitive high-performance turbine 73 as described above and is burned there with high efficiency.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff (3), wobei der Brennstoff (3) einer Abtrenneinheit (5) zugeführt wird, in der ein Teilstrom (13) mit leichtsiedenden Brennstoffbestandteilen (15) von dem Brennstoff (3) abgetrennt wird, wobei der Brennstoff (3, 19) nach der Abtrennung des Teilstroms (13) einer Deasphaltierungseinheit (7) zugeführt wird, in der im Brennstoff (3, 19) enthaltene Asphaltene mittels eines Lösungsmittels (23) abgetrennt werden, wobei das Lösungsmittel (23) nach erfolgter Abtrennung der Asphaltene aus dem Brennstoff (3, 19) in einer Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (9) von diesem abgetrennt wird, wobei das abgetrennte Lösungsmittel (23) in die Deasphaltierungseinheit (7) zurückgeführt wird, und wobei aus dem vom Brennstoff (3) abgetrennten Teilström (13) eine Lösungsmittelfraktion (39) gewonnen wird, die zusätzlich zu dem aus der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (9) zurückgeführten Lösungsmittel (23) der Deasphaltierungseinheit (7) zugeführt wird. Mittels eines solchen Verfahrens kann ein prozessbedingter Lösungsmittelverlust durch die gezielte Behandlung des asphaltenhaltigen Brennstoffes auf einfache und kostengünstige Weise ausgeglichen werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Vorrichtung (1, 51, 71) zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von
Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff.
Im Rahmen der Energieerzeugung wird häufig auf 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 Metalloxide legieren mit den Metallen der Turbinenschaufeln und korrodieren bzw. schwächen diese.
Weiterhin 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 verstopfen und damit die Gemischbildung in der Turbine nachhaltig beeinflussen, wodurch der Wirkungsgrad der Turbine ge¬ schmälert wird. Die Verbrennung von Rohölen in Gasturbinen unterliegt somit hohen Anforderungen.
Leichte Rohöle sind zur Verstromung in Gasturbinen nur bedingt geeignet, da moderne Hochleistungsturbinen Schwermetal¬ le wie Nickel oder Vanadium im Brennstoff lediglich bis zu Werten tolerieren, die unterhalb der Konzentration in den meisten Rohölen liegen. Schon alleine aus diesem Grund verbietet sich deren Nutzung in schwermetallempfindlichen Hochleistungsturbinen . Daneben werden auch Gasturbinen anderer Klassen eingesetzt. Zwar weisen derartige Gasturbinen, die bei geringeren Temperaturen betrieben werden, niedrigere Wirkungsgrade auf als die schwermetallempfindlichen Hochleistungsturbinen. Sie sind jedoch toleranter gegenüber den in Roh- und Schwerölen enthaltenen Schwermetallen. Diese schwermetalltoleranten bzw. vanadiumunempfindlichen Standard-Turbinen benötigen jedoch ein Additiv wie ein Magnesiumsalz, um die vorbeschriebenen korrosiven Auswirkungen der Schwermetalle zu unterdrücken.
Beim Einsatz eines als Inhibitor gängigen, jedoch hochpreisi- gen Magnesiumsalz-Additivs bildet sich anstelle niedrig schmelzender Vanadate ein hochschmelzendes Magnesiumvanadat . Hierbei besteht jedoch die Gefahr der Krustenbildung an den Turbinenschaufeln durch schichtweise Abscheidung des
Magnesiumvanadats . Zur Sicherstellung der Funktion der Turbine müssen die Abscheidungen bzw. Verkrustungen von den Turbinenschaufeln entfernt werden, was einen regelmäßigen zeit- und kostenintensiven Serviceaufwand erfordert. Insbesondere ist eine solche Reinigung mit einem mehrstündigen Turbinenstillstand verbunden.
Um die Asphaltene und die Schwermetalle aus einem entspre¬ chenden Rohöl abzutrennen und das Rohöl somit zur Verbrennung in Gasturbinen aufzubereiten, sind sogenannte Deasphal- tierungsverfahren bekannt. Deasphaltierungsverfahren basieren auf einer Extraktion von Asphaltenen durch Zugabe von gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen als Fällungsmittel bzw. als Lösungsmittel für die restlichen Ölbestandteile .
Die Schwermetalle sind in den Asphaltenen stark angereichert, so dass einen Entfernung der Asphaltene zu einer umgehenden Entfernung der Schwermetalle führt. Durch ein Vermischen des Asphaltene und Schwermetalle enthaltenden Rohöls mit dem ent- sprechenden Lösungsmittel werden die Asphaltene als Feststoff ausgefällt. Die ausgefällten Asphaltene und die gleichzeitig bei der Fällung der Asphaltene entfernten Schwermetalle kön- nen dann aus dem Rohöl abgetrennt und somit aus dem Prozess entfernt werden.
Die bevorzugt als Lösungsmittel (Deasphaltierungsmittel) ein- gesetzten kurzkettigen Alkane lassen sich nach erfolgter
Deasphaltierung jedoch nicht vollständig vom aufgereinigten asphaltenhaltigen Brennstoff abtrennen und in den Deasphal- tierungsprozess zurückführen. Gängige Abtrennverfahren wie eine Lösungsmittelverdampfung in entsprechend hierzu eingesetzten Aufbereitungseinheiten sind generell mit Verlusten des abzutrennenden Lösungsmittels ver¬ bunden, da eine vollständige Abtrennung entweder aus technischen Gründen nicht möglich oder mit sehr hohen Kosten ver- bunden ist. Der nicht abgetrennte Lösungsmittelteil verbleibt somit im Strom des aufgereinigten asphaltenhaltigen Brennstoffs und wird mit diesem in der Gasturbine verbrannt. Somit muss ein unerwünschter Lösungsmittelverlust in Kauf genommen werden .
Der Erfindung liegt als eine erste Aufgabe zugrunde, ein Ver¬ fahren anzugeben, welches durch eine effiziente und kostengünstige Abtrennung von Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff dessen Verbrennung in einem Gasturbinenpro- zess ermöglicht.
Als eine zweite Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mittels welcher ein solches Verfahren entsprechend effizient und kostengünstig umsetzbar ist.
Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff, wobei der Brennstoff einer Ab¬ trenneinheit zugeführt wird, in der ein Teilstrom mit leicht- siedenden Brennstoffbestandteilen von dem Brennstoff abgetrennt wird, wobei der Brennstoff nach der Abtrennung des Teilstroms einer Deasphaltierungseinheit zugeführt wird, in der im Brennstoff enthaltene Asphaltene mittels eines Lö- sungsmittels abgetrennt werden, wobei das Lösungsmittel nach erfolgter Abtrennung der Asphaltene aus dem Brennstoff in einer Lösungsmittelrückgewinnungseinheit von diesem abgetrennt wird, wobei das abgetrennte Lösungsmittel in die Deasphal- tierungseinheit zurückgeführt wird, und wobei aus dem vom
Brennstoff abgetrennten Teilstrom eine Lösungsmittelfraktion gewonnen wird, die zusätzlich zu dem aus der Lösungsmittel¬ rückgewinnungseinheit zurückgeführten Lösungsmittel der
Deasphaltierungseinheit zugeführt wird.
In einem ersten Schritt geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass aufgrund der unvollständigen Abtrennung des zur Deasphaltierung eingesetzten Lösungsmittels im kontinuierlichen Verfahren immer Lösungsmittelverluste zu verzeichnen sind, so dass die Deasphaltierung als solche im ungünstigsten Fall nicht vollständig erfolgen kann und so die gewünschte Reinigungswirkung nicht erzielt werden kann. Entsprechend ist zum Ausgleich der Lösungsmittelverluste eine Nachdosierung des Lösungsmittels in den Deasphaltierungsprozess notwendig.
Aufgrund der deutlich höheren Kosten für die Lösungsmittel im Vergleich zum asphaltenhaltigen Brennstoff werden hierdurch jedoch die Betriebskosten der Deasphaltierung in die Höhe getrieben. So erhöhen sich die Betriebskosten beispielsweise für eine Benzinfraktion mit vergleichsweise niedrigen Herstellkosten von 0,5 €/L zur Nachfüllung bei einer Auslegung auf ein 1000 MW-Kraftwerk und einem angenommenen Lösungsmittelverlust von 1% in Abhängigkeit des zu reinigenden
asphaltenhaltigen Brennstoffes um etwa 20 bis 60 Mio. €/Jahr. Sollten speziellere Lösungsmittelfraktionen, wie zum Beispiel ein Pentan-Schnitt zur Nachfüllung benötigt werden, wären die anfallenden Kosten noch deutlich höher anzusetzen.
Unter Berücksichtigung dieser Überlegungen betrachtet die Er- findung in einem zweiten Schritt die Zusammensetzung der aufzureinigenden asphaltenhaltigen Brennstoffe. Als
asphaltenhaltiger Brennstoff wird üblicherweise ein Rohöl eingesetzt, das neben den zu entfernenden Asphaltenen, also den hochkondensierten aromatischen Kohlenwasserstoffen, vor allem auch eine niedermolekulare Fraktion aus Alkanen, Alke- nen und Cycloalkanen enthält. Diese Tatsache nutzt die Erfindung nun in einem dritten
Schritt und erkennt, dass der aufzureinigende asphaltenhal- tige Brennstoff selbst zur Gewinnung von Lösungsmittel nutz¬ bar ist, wenn aus dem asphaltenhaltigen Brennstoff eine Lösungsmittelfraktion gewonnen wird, die der Deasphal- tierungseinheit zur Abtrennung der Asphaltene aus dem
asphaltenhaltigen Brennstoff zugeführt wird.
Mit anderen Worten erkennt die Erfindung, dass es möglich ist, den unerwünschten und unvermeidlichen Lösungsmittelver- lust durch die gezielte Behandlung des asphaltenhaltigen
Brennstoffes auf einfache und kostengünstige Weise auszuglei¬ chen und diesen Verlust im Wesentlichen vollständig zu verhindern. Beim Einsatz kurzkettiger Alkane als Lösungsmittel bzw. als Deasphaltierungsmittel entfällt eine Nachdosierung bzw. eine Nachfüllung vollständig, da durch den
asphaltenhaltigen Brennstoff als solchen ausreichende Mengen an Lösungsmittel bereitgestellt werden, die den Lösungsmit¬ telverlust ausgleichen. Das zur Deasphaltierung benötigte Lösungsmittel wird somit im Prozess selbst generiert, so dass die Kosten für die Bereit¬ stellung von dem Prozess zudosierten Lösungsmittel auf ein Minimum reduziert und im Idealfall gänzlich vermieden werden. Die durch Anwendung des Verfahrens vermeidbaren Rückfüllkos- ten liegen bei einem Deasphaltierungsprozess , der an die An¬ forderungen eines 1000 MW- Kraftwerks angepasst ist, in einem Bereich zwischen 20 Mio. €/Jahr und 60 Mio. €/Jahr.
Das zur Deasphaltierung benötigte Lösungsmittel wird zwischen der Deasphaltierungseinheit und der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit kontinuierlich im Kreislauf, also in einem Lö¬ sungsmittelkreislauf geführt. Durch die Zufuhr der abgetrenn¬ ten Lösungsmittelfraktion zu dem Lösungsmittelkreislauf wird das zirkulierende Lösungsmittel ständig erneuert. Eine Anrei¬ cherung unerwünschter Nebenkomponenten und die daraus resultierenden Abfälle treten nicht auf. Der Gesamtprozess kommt somit ohne Abfallstrom aus und erzeugt lediglich den einer Gasturbine zuführbaren Strom an gereinigtem Brennstoff und den Strom an abgetrennten Asphaltenen, der beispielsweise zur Herstellung hochwertigen Straßenasphalts genutzt werden kann.
Weiterhin kann das Verfahren bei moderaten Prozessbedingungen durchgeführt werden. Überkritische und generell mit sehr ho¬ hen Kosten verbundene Prozessbedingungen, wie insbesondere bei der Lösungsmittel-Rückgewinnung im Rahmen des ROSE- Prozesses, sind nicht notwendig. Der von Asphaltenen zu reinigende Brennstoff ist insbesondere ein Rohöl, dessen Hauptbestandteile neben den Asphaltenen (hochkondensierte aromatische Kohlenwasserstoffe) vor allem Alkane, Alkene, Cycloalkane sind. Daneben treten noch alipha¬ tische sowie heterocyclische Stickstoff- und Schwefelverbin- düngen auf.
Die Abtrennung des Teilstroms von dem zu reinigenden asphal- tenhaltigen Brennstoff erfolgt in der Abtrenneinheit. Unter dem ersten Teilstrom wird vorliegend die leichtsiedende Frak- tion des asphaltenhaltigen Brennstoffes, also als Fraktion mit den leichtsiedenden Brennstoffbestandteilen verstanden. Diese Fraktion ist im Wesentlichen frei von Schwermetallen wie Vanadium und Nickel. Der Teilstrom wird zweckmäßigerweise destillativ aus dem Brennstoff abgetrennt.
Um aus dem Teilstrom die gewünschte Lösungsmittelfraktion zu gewinnen, wird die Lösungsmittelfraktion unter Abreicherung des Teilstroms destillativ aus diesem abgetrennt. Hierbei werden aus dem Teilstrom, der dem Gesamtstrom der abgezogenen Leichtsieder entspricht, gezielt diejenigen Komponenten als Destillat separiert, die für die Deasphaltierung am besten geeignet sind. Das gewonnene Destillat wird in den Lösungs¬ mittelkreislauf zwischen der Deasphaltierungseinheit und Lö- sungsmittelrückgewinnungseinheit dosiert und strömt zusätz¬ lich zu dem im Kreislauf geführten Lösungsmittel in die
Deasphaltierungseinheit ein. Als Lösungsmittel zur Deasphaltierung eignen sich insbesonde¬ re kurzkettige Kohlenwasserstoffe, wie Butane (C4), Pentane (C5) , Hexane (C6) und/oder Heptane (C7). Besonders bevorzugt werden als Lösungsmittel Butane (C4), Pentane (C5) und Hexane (C6) , auch als C4-C6-Fraktion bezeichnet, eingesetzt. Ent- sprechend wird vorzugsweise eine Lösungsmittelfraktion aus dem Teilstrom abgetrennt, die C4-C6-Kohlenstoffe enthält.
Das Lösungsmittel dient bei der Deasphaltierung zur Lösung von im asphaltenhaltigen Brennstoff enthaltenen löslichen Be- standteilen, wie beispielsweise von Aliphaten, Aromaten und Paraffinen. Die im asphaltenhaltigen Brennstoff enthaltene Asphaltenfraktion (Asphaltene und Schwermetalle) ist in dem eingesetzten Lösungsmittel unlöslich, so dass das Lösungsmit¬ tel hinsichtlich der Asphaltene gewissermaßen als ein „Anti- Solvent" eingesetzt wird.
Bei der Abtrennung des ersten Teilstroms verbleibt eine
Sumpffraktion, also der Brennstoff, der die schwersiedenden Bestandteilen und insbesondere alle Schwermetalle und
Asphaltene enthält. Der Brennstoff ist also an Asphaltenen und Schwermetallen aufkonzentriert . Diese Sumpffraktion ermöglicht die Abtrennung der Asphaltene und der darin angerei¬ cherten Schwermetalle. Der Brennstoff wird hierzu zweckmäßi¬ gerweise der Deasphaltierungseinheit zugeführt.
Hierbei wird die Ungleichverteilung der Schwermetalle in den unterschiedlichen Fraktionen dieser Brennstoffe ausgenutzt: Die Schwermetalle befinden sich zum großen Teil in der sogenannten Asphaltenfraktion, die dadurch definiert ist, dass sie denjenigen Anteil eines Öls darstellt, der beim Mischen mit Alkanen, typischerweise Propan, Butan, Pentan, Hexan oder Heptan, nicht vom zugegebenen Alkan gelöst wird. Die
Asphaltene bleiben als zweite Phase zurück. Hierdurch wird die Abtrennung der Asphaltene und der darin angereicherten Schwermetalle ermöglicht, wobei die Schwermetall- Abreicherungsgrade gewöhnlich im Bereich zwischen 50 % und 80 % liegen.
Das zur Deasphaltierung eingesetzte Lösungsmittel wird der Deasphaltierungseinheit im Wesentlichen ausgehend von der Lö¬ sungsmittelrückgewinnungseinheit zur Verfügung gestellt. Zu¬ sätzlich zu dem zurückgeführten Lösungsmittel wird die aus dem Teilstrom gewonnene Lösungsmittelfraktion, eine Fraktion die vorzugsweise Butane (C4), Pentane (C5) und Hexane (C6) enthält, der Deasphaltierungseinheit zugeführt. In einer vor¬ teilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Lösungsmittelfraktion der Deasphaltierungseinheit gemeinsam mit dem aus der Lösungsmittelsaufbereitungseinheit zurückgeführten Lö¬ sungsmittel zugeführt. Beide Ströme werden entsprechend vor dem Eintritt in die Deasphaltierungseinheit vereinigt.
Nach der Deasphaltierung werden der von Asphaltenen gereinig- te, also der deasphaltierte Brennstoff, und das Lösungsmit¬ tel, zweckmäßigerweise der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit zugeführt. Hier wird das Lösungsmittel aufgereinigt und vom deasphaltierten Brennstoff abgetrennt. Das Lösungsmittel wird in den Deasphaltierungsprozess zurückgeführt. Zusätzlich zu dem rückgeführten Lösungsmittel wird die aus dem ersten Teil¬ strom gewonnene Lösungsmittelfraktion dem
Deasphaltierungsprozess zugeführt .
Die in der Deasphaltierungseinheit aus dem Brennstoff abge- trennten Asphaltene werden vorzugsweise abgezogen und einer weiteren Verwertung zugeführt.
Nach der Abtrennung des Lösungsmittels wird der gereinigte Brennstoff zweckmäßigerweise einer Gasturbine zugeführt und dort zur Erzeugung von Energie verbrannt. Bevorzugt wird auch der von der Lösungsmittelfraktion abgereicherte Teilstrom einer Gasturbine zugeführt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der gereinigte Brennstoff und der abgereicherte Teilstrom vor der Zufuhr zur Gasturbine vereinigt. Hierzu werden beide Ströme zusammengeführt und gemeinsam der Gasturbine zugeführt. Die Vereinigung bzw. die Einmischung des gasförmig abgezogenen
Stroms, also des von der Lösungsmittelfraktion abgereicherten Teilstroms in den die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit ver¬ lassenden flüssigen Brennstoffström erfolgt in einer bevorzugten Ausgestaltung nach vorheriger Verflüssigung des Teil- Stroms durch Kondensation. In diesem Fall werden zwei flüssige Ströme vereinigt und einer Gasturbine zur Verbrennung zu¬ geführt .
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Vermi- schung des von der Lösungsmittelfraktion abgereicherten Teilstroms und des die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit verlas¬ senden flüssigen Brennstoffström in einem Quench-Apparat . Ein Vorteil einer solchen Vereinigung besteht darin, dass kein Kondensator und keine Kühlmittelzuführung notwendig sind. In dem Quench-Apparat wird der gasförmige, von der Lösungsmit¬ telfraktion abgereicherte Teilstrom mit dem flüssigen gereinigten Brennstoff in innigen Kontakt gebracht. Dabei wird das Gas von der Flüssigkeit kondensiert. Die hierbei frei werden¬ de Kondensationswärme verbleibt im flüssigen Gemisch, so dass dessen Temperatur leicht ansteigt.
Weiterhin wird die zuvor für die Verdampfung des Teilstroms eingesetzte Energie, die bei einer Kondensation wieder abge¬ führt würde und damit dem System verloren ginge, durch das Quenchen im System gehalten. Die Energie verbleibt nach dem
Quenchen im durch die Vereinigung der Ströme entstehenden Gesamtstrom des Brennstoffes. Dieser Brennstoffström weist nach dem Quenchen somit eine entsprechend leicht höhere Temperatur auf als der die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit verlassen- de Brennstoff vor der Vereinigung.
In einer alternativ besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden der gereinigte Brennstoff und der abgerei- cherte Teilstrom unterschiedlichen Turbinen zugeführt. Hierbei wird zwischen Standard-Turbinen mit hoher Schwermetalltoleranz (vanadiumunempfindliche Standard-Turbinen) und soge¬ nannten „High Performances-Turbinen mit geringer Schwerme- talltoleranz (vanadiumempfindliche Hochleistungsturbinen) unterschieden .
Nach der Abtrennung der Lösungsmittelfraktion aus dem ersten Teilstrom ist dieser entsprechend von Vanadium abgereichert . In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der von der Lösungsmittelfraktion abgereicherte erste Teilstrom einer vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine zugeführt und dort verströmt. Es bedarf hierbei keiner Addi¬ tive und es sind ebenfalls keine Turbinenbeschädigungen zu befürchten.
Mit anderen Worten wird die vanadiumfreie Leichtsiederfraktion, also der in der Abtrenneinheit aus dem Brennstoff abge¬ trennte Teilstrom, nicht nur zur Gewinnung von Deasphal- tierungsmittel , also der Lösungsmittelfraktion, genutzt, son¬ dern kann anschließend effizient in einer vanadiumempfind¬ lichen Hochleistungsturbine verströmt werden.
Der gereinigte Brennstoff wird bevorzugt einer
vanadiumunempfindlichvanadiumtoleranten Standard-Turbine zugeführt. Zwar sind in diesem deasphaltierten Brennstoff noch Rückstände an Vanadium und/oder Schwermetallen möglich. Diese Anteile sind jedoch hinreichend gering, so dass der Brenn¬ stoff durch eine vanadiumunempfindlichStandard-Turbine ener- getisch verwertet werden kann.
Im Folgenden wird beispielhaft die Aufbereitung und anschlie¬ ßende Verstromung eines asphaltenhaltigen Brennstoffes erläu¬ tert. Ein Brennstoffström wird vor dem Eintritt in eine
Deasphaltierungseinheit vorzugsweise destillativ in eine schwermetallfreie Fraktion von Leichtsiedern („Kopffraktion" ) und eine an Schwermetallen angereicherte Schwersiederfraktion („Sumpffraktion" ) aufgetrennt. Den Leichtsiedern wird hierbei die Lösungsmittelfraktion entnommen, die dem Deasphaltierungsprozess zugeführt wird.
Die Schwersieder, die nun an Asphaltenen und Schwermetallen aufkonzentriert sind, werden unter Zuhilfenahme des Lösungs¬ mittels einem Deasphaltierungsprozess unterzogen. Auf diese Weise werden die Schwermetalle über die Asphaltenfraktion entfernt. Im Rahmen der Deasphaltierung werden je nach Prozessbedingungen typischerweise 2/3 bis 3/4 der Schwermetalle entfernt. Der im deasphaltierten Brennstoff zu erwartende An¬ teil an Schwermetallen ist hierbei durch eine
vanadiumunempfindliche Standard-Turbine nach wie vor energe¬ tisch zu verwerten. Anhand der folgenden Tabelle wird exemplarisch die Aufberei¬ tung eines asphaltenhaltigen GesamtbrennstoffStroms von 200 t/h mit einem Anteil von je 30 ppm an Metallen wie Vanadium und Nickel erläutert.
Brennstoff [t/h] Vanadium [ppm]
Gesamtbrennstoffstrom 200 (100 %) 30
Leichtsieder 150 (75 o \
0 } 0
Schwersieder 50 (25 o \
0 } 120
Davon: Asphaltene 6 (12 o \
0 } 700
DAO-Fraktion 44 (88 o \
0 } 36
Brennstoff-Nutzung (total) 194 (97 %)
ergibt sich aus der Massenbilanz
Bei der destillativen Auftrennung des GesamtbrennstoffStroms (200 t/h) sieden etwa 75 % (150 t/h) des Brennstoffs als vanadiumfreie, leichtsiedende Kopffraktion . Die restlichen 25 % (50 t/h) verbleiben nebst allen Schwermetallen und Asphalten als Schwersieder bzw. als Sumpffraktion in der Abtrenneinheit. Die 75 % Leichtsieder können nach erfolgter Abtrennung der gewünschten Lösungsmittelfraktion in einer vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine effizient ver¬ strömt werden.
Die Schwersieder, also die verbleibenden 25 % des Brennstof- fes, enthalten aufgrund der Abtrennung des leichtsiedenden Teilstroms und der damit verbundenen Aufkonzentrierung der Sumpffraktion eine Anteil von 12 % (6 t/h, entspricht 3 % be¬ zogen auf den Gesamtstrom) und 120 ppm an Schwermetallen im „Sumpf" und werden einer Deasphaltierungseinheit zugeführt.
Aus der Sumpffraktion wird nach der Deasphaltierung ein deasphaltierter Brennstoff (DAO-Fraktion) mit einem um etwa 70 % abgereicherten Vanadiumanteil gewonnen. Hierbei werden die Asphaltene (Vanadiumkonzentration etwa 700 ppm bis 800 ppm) aus dem Brennstoff entfernt. Der Vanadiumanteil ergibt sich aus der Massenbilanz. Es verbleiben von den anfänglich 25% des asphaltenhaltigen Brennstoffes mit einer Schwerme¬ tallkonzentration von 120 ppm etwa 22% von dessen Masse als deasphaltierter und demetallisierter Brennstoff mit einer Vanadiumkonzentration von 36 ppm.
Der Vanadiumanteil des deasphaltierten Brennstoffs liegt mit diesen 36 ppm also nur geringfügig höher als der
Vanadiumanteil des Ausgangsbrennstoffs mit 30 ppm, und kann nach wie vor durch eine vanadiumunempfindliche Standard- Turbine energetisch verwertet werden.
Insgesamt können so in Summe 97 % des Brennstoffes gezielt genutzt werden, wobei 75 % des Brennstoffes in einer
vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine verströmt werden. Die nach der Abtrennung der Asphaltene und des Großteils der Schwermetalle verbleibenden 22 % des Brennstoffes werden in einer vanadiumunempfindlichen Standard-Turbine verarbeitet. In Summe können so fast 75% an Additiven eingespart werden, der Service-Aufwand sinkt nahezu proportional.
Die ausgeschleusten 3 % an Asphaltenen werden vorzugsweise einer sekundären Verwertung wie beispielsweise als Bitumen, als Zuschlagstoff für Asphalt im Straßenbau zugeführt. Wei¬ terhin besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die abgetrennten Asphaltene in einer Raffinerie einem „Upgrade" mittels
Blower/Coker zu unterziehen, um einer Verwertung als Baustoff zugeführt zu werden.
Eine getrennte Verstromung der in der Abtrenneinheit getrenn¬ ten und im Folgen den unterschiedlich behandelten Ströme ist so lange anwendbar, bis der Vanadiumanteil im deasphaltierten Brennstoff die wirtschaftliche Toleranzgrenze schwermetallto- leranter Gasturbinen überschreitet.
Somit werden etwa 75 % des Brennstoffes, bzw. der nach der Abtrennung der Lösungsmittelfraktion verbleibende Anteil von 70 % bis 72 %, mit hohem Wirkungsgrad in einer vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine verströmt. Nur der nach der Deasphaltierung verbleibende Rest des Brennstoffes von etwa 22 % wird mit einem geringeren Wirkungsgrad in einer vanadiumunempfindlichen Standard-Turbine verströmt, was auf- grund der relativ guten Vanadiumtoleranz dieser Turbinen überhaupt erst möglich ist. Insgesamt kann so der größtmögli¬ che energetische Nutzen aus einem eingesetzten
asphaltenhaltigen Brennstoff gezogen werden. Da sehr metallhaltige Brennstoffe trotz einer Deasphaltierung noch hohe Metallanteile haben können, sieht die Erfindung als weitere Alternative vor, dem deasphaltierten Brennstoff nur so viel der schwermetallfreien Kopffraktion zuzuführen, dass die finanzielle Toleranzgrenze von Service- und Additivkosten einer vanadiumunempfindlichen Standard-Turbine nicht überschritten wird. Hierzu wird lediglich ein Teil des von der Lösungsmittelfraktion abgereicherten Teilstroms vor dem Eintritt in eine vanadiumunempfindliche Standard-Turbine mit dem deasphaltierten Brennstoff vereinigt. Der Rest der schwerme- tallfreien Kopffraktion wird dann unverändert einer
vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine zugeführt. So können weite Teile von Brennstoffen, insbesondere von leichten Rohölen in vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbinen ohne nennenswerte Toleranz für Schwermetalle hocheffizi¬ ent verströmt werden.
Weiter bevorzugt wird eine ökonomisch werthaltige Siedefrak¬ tion aus dem Brennstoff abgetrennt. Unter einer ökonomisch werthaltigen Siedefraktion wird eine solche Fraktion bzw. ein solcher Teilstrom verstanden, der Komponenten enthält, die bei wirtschaftlicher Verwertung und/oder bei einem Verkauf einen Erlös deutlich oberhalb des Heizwertes des eingesetzten Brennstoffes erzielen. Die Abtrennung der Siedefraktion erfolgt vorzugsweise vor der Zufuhr des asphaltenhaltigen
Brennstoffes zur Deasphaltierungseinheit . Geeignet hierfür ist die Abtrenneinheit, in der der Teilstrom zur Gewinnung der Lösungsmittelfraktion aus dem asphaltenhaltigen Brennstoff abgezogen wird. Im Rahmen dieses Prozesses wird bei ei¬ ner bevorzugt durchgeführten Destillation eine Fraktion von „Mittelsiedern" entzogen. Diese Fraktion wird dann einer wei- teren Aufarbeitung zugeführt und kann anschließend gewinnbringend weiterverkauft werden.
Insgesamt bietet sich durch eine der Deasphaltierung vorgeschaltete gezielte Trennung eines asphaltenhaltigen Brenn- Stoffes in verschiedenen (Teil-) ströme die Möglichkeit, auf effiziente und kostengünstige Weise gezielt das für den
Deasphaltierungsprozess benötigte Lösungsmittel im laufenden Prozess zu generieren und zu nutzen. Zusätzlich können die sich hinsichtlich Ihrer Zusammensetzung voneinander unter- scheidenden Teilströme gezielt für den Einsatz in einem Großkraftwerk mit mehreren zu betreibenden Turbinen genutzt werden .
Hierbei wird bezüglich der die schwersiedenden Bestandteile enthaltenen Brennstofffraktion, also dem Sumpf, die Robustheit einer vanadiumunempfindlichen Standard-Turbine bestmög¬ lich ausgenutzt und durch die Aufkonzentration der Asphaltene in der Sumpffraktion bestmögliche Bedingungen für den Deasphaltierungsprozess geschaffen. Zugleich wird durch die Verstromung des Teilstroms mit den leichtsiedenden Bestandteilen der hohe Wirkungsgrad einer vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine erreicht.
Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff, umfassend eine Deasphal- tierungseinheit zur Abtrennung von in dem Brennstoff enthal- tenen Asphaltenen mittels eines Lösungsmittels, eine Lösungs¬ mittelrückgewinnungseinheit zur Abtrennung des Lösungsmittels vom Brennstoff, wobei die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit zur Rückführung des abgetrennten Lösungsmittels strömungs¬ technisch mit der Deasphaltierungseinheit verbunden ist, so- wie umfassend eine mit der Deasphaltierungseinheit strömungs¬ technisch verbundene Abtrenneinheit zur Abtrennung eines Teilstroms mit leichtsiedenden Brennstoffbestandteilen von dem Brennstoff, wobei die Abtrenneinheit und die Deasphal¬ tierungseinheit derart strömungstechnisch miteinander verbun- den sind, dass eine aus dem vom Brennstoff abgetrennten Teil¬ strom gewinnbare Lösungsmittelfraktion zusätzlich zu dem aus der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit zurückgeführten Lö¬ sungsmittel der Deasphaltierungseinheit zuführbar ist. Eine solche Vorrichtung ermöglicht durch die strömungstechnische Verbindung der Abtrenneinheit und der Deasphaltierungs¬ einheit den Ausgleich unerwünschter prozessbedingter Lösungsmittelverluste. Durch die gewinnbare Lösungsmittelfraktion, die der Deasphaltierungseinheit zusätzlich zuführbar ist, wird eine teure Nachdosierung bzw. Nachfüllung von Lösungsmittel in den Deasphaltierungsprozess vermieden.
Der Deasphaltierungseinheit ist zweckmäßigerweise eine Ab¬ führleitung angeschlossen, die strömungstechnisch mit einer Zuführleitung der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit verbun¬ den ist. Der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit ist zweckmä¬ ßigerweise ebenfalls eine Abführleitung angeschlossen. Diese Abführleitung ist vorzugsweise strömungstechnisch mit einer Rückführleitung der Deasphaltierungseinheit verbunden.
Die miteinander verbundenen Leitungen bilden so einen Lö- sungsmittelkreislauf zwischen der Deasphaltierungseinheit und der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit. In diesem Lösungsmit¬ telkreislauf zirkuliert das zur Deasphaltierung eingesetzte Lösungsmittel. Die aus dem Teilstrom gewinnbare Lösungsmit¬ telfraktion ist über diesen Lösungsmittelkreislauf zusätzlich zu dem zirkulierenden Lösungsmittel der Deasphaltierungs¬ einheit und damit dem Deasphaltierungsprozess zuführbar.
Weiter vorteilhaft ist der Deasphaltierungseinheit eine Ab¬ führleitung zur Entnahme der im Deasphaltierungsprozess aus dem Brennstoff entfernten Asphaltene angeschlossen.
Die Abtrenneinheit ist der Deasphaltierungseinheit zweckmäßi¬ gerweise strömungstechnisch vorgeschaltet. In der Abtrenneinheit, die vorzugsweise als eine Destillationseinheit ausge- bildet ist, wird ein Teilstrom mit Leichtsiedern aus dem asphaltenhaltigen Brennstoff abgetrennt.
Zum Abzug des Teilstroms ist der Abtrenneinheit bevorzugt ei¬ ne Abzugsleitung angeschlossen. Über die Abzugsleitung wird der die leichtsiedenden Bestandteile des asphaltenhaltigen Brennstoffes enthaltenden Teilstrom abgezogen, aus dem die Lösungsmittelfraktion gewonnen wird. Die Lösungsmittelfraktion wird aus dem Teilstrom abgezogen. Zum Abzug der Lösungsmittelfraktion ist der Abzugsleitung vorzugsweise eine Ab- Zweigleitung angeschlossen.
Die Abzweigleitung selbst ist zweckmäßigerweise strömungs¬ technisch mit einer Abführleitung der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit verbunden. So kann eine aus dem Teilstrom ge- winnbare Lösungsmittelfraktion dem Lösungsmittelkreislauf zu¬ geführt und entsprechend in der Deasphaltierungseinheit ge¬ nutzt werden. Die Abtrenneinheit ist vorteilhafterweise strömungstechnisch mit einer Gasturbine verbunden. Diese strömungstechnische Verbindung wird zweckmäßigerweise über die Verbindung der der Abtrenneinheit angeschlossenen Abzugsleitung mit einer ent- sprechenden Zufuhr zur Gasturbine verwirklicht. Der von der Lösungsmittelfraktion abgereicherte Teilstrom wird entsprechend der Gasturbine zugeführt und dort verbrannt. Gleiches gilt für den die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit verlas¬ senden von Asphaltenen und Lösungsmittel befreiten Brenn- Stoff. Zur Verbrennung des Brennstoffes ist die Lösungsmit¬ telrückgewinnungseinheit zweckmäßigerweise ebenfalls strö¬ mungstechnisch mit einer Gasturbine verbunden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Lösungsmittel- rückgewinnungseinheit und die Abtrenneinheit strömungstech¬ nisch mit der gleichen Gasturbine verbunden. Der von der Lösungsmittelfraktion abgereicherte Teilstrom und der Brennstoff werden hierbei vorzugsweise als ein Gesamtstrom der Turbine zugeführt. Hierzu ist die Abzugsleitung der Abtrenn- einheit zweckmäßigerweise mit einer Abzugsleitung der Lö¬ sungsmittelrückgewinnungseinheit strömungstechnisch verbun¬ den .
In einer besonders bevorzugten alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit und die Abtrenneinheit strömungstechnisch mit unterschiedlichen Gasturbinen gekoppelt. Insbesondere von Vorteil ist es, wenn die die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit strömungstechnisch mit einer vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine verbunden ist. Diese Möglichkeit ergibt sich, der erste Teilstrom im Wesentlichen schwermetallfrei ist, so dass eine Verstromung ohne den Zusatz von Additiven und ohne mögliche Turbinenbe¬ schädigungen erfolgen kann. Der gereinigte Brennstoff wird bevorzugt einer
vanadiumunempfindlichen Standard-Turbine zugeführt wird.
Hierzu ist die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit zweckmäßi¬ gerweise strömungstechnisch mit einer vanadiumunempfindlichen Standard-Turbine verbunden. Gegebenenfalls noch im Brennstoff enthaltene Schwermetalle haben hierbei aufgrund der gegenüber der vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine deutlich höheren Schwermetalltoleranz von vanadiumunempfindlichen Standard-Turbinen keinen Einfluss auf deren Funktion.
Zusätzlich zu dem Teilstrom mit den leichtsiedenden Bestandteilen kann in der Abtrenneinheit auch eine ökonomisch werthaltige Siedefraktion aus dem asphaltenhaltigen Brennstoff abgetrennt werden. Zum Abzug einer solchen Fraktion ist der Abtrenneinheit zweckmäßigerweise eine Abzugsleitung ange¬ schlossen .
Die zu bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens genannten Vorteile können sinngemäß auf entsprechende Ausgestaltungen der Vorrichtung übertragen werden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
FIG 1 eine erste Vorrichtung zur Entfernung von
Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff,
FIG 2 eine zweite Vorrichtung zur Entfernung von
Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff
FIG 3 eine dritte Vorrichtung zur Entfernung von
Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff
In FIG 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Entfernung von
Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff 3 gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Abtrenneinheit 5, eine der Ab¬ trenneinheit strömungstechnisch nachgeschaltete Deasphal- tierungseinheit 7, sowie eine mit der Deasphaltierungseinheit 7 strömungstechnisch gekoppelte Lösungsmittelaufbereitungs¬ einheit 9. Der Abtrenneinheit 5 wird ein Gesamtstrom von 200 t/h eines asphaltenhaltigen Brennstoffs 3 über eine Zufuhrleitung 11 zudosiert. Innerhalb der Abtrenneinheit 5, die vorliegend als Destillationseinheit ausgebildet ist, wird ein Teilstrom 13 mit leichtsiedenden Bestandteilen 15, die sogenannte Kopffraktion, aus dem Brennstoff 3 abgetrennt und über eine der Abtrenneinheit 5 angeschlossene Abzugsleitung 17 abgezogen. Die Menge der abgezogenen Kopffraktion liegt bei 75 ~6 , was einem Brennstoffström von 150 t/h entspricht. Die Kopffrakti- on 13 ist frei von Vanadium.
In der Abtrenneinheit 5 verbleibt der an Asphaltenen
aufkonzentrierte Brennstoff 19. Hierbei handelt es sich um die Schwersieder, die 25% (50 t/h) des Brennstoffes 3 und 120 ppm an Vanadium enthalten.
Der aufkonzentrierte Brennstoff 19, der 12 % (entsprechend einem Strom von 6 t/h) an Asphaltenen enthält, wird über eine der Abtrenneinheit 5 angeschlossene Abführleitung 21 der Deasphaltierungseinheit 7 zugeführt. Hier wird der Brennstoff 19 von Asphaltenen und Schwermetallen gereinigt. Da die
Schwermetalle gemeinsam mit den Asphaltenen entfernt werden, werden beim Abzug von 6 t Asphaltenen pro Stunde gemeinsam gleichzeitig etwa 700 bis 800 ppm an Vanadium aus dem Brenn- Stoff 19 entfernt.
Hierzu wird ein Lösungsmittel 23 eingesetzt, welches im We¬ sentlichen Butane (C4), Pentane (C5) und Hexane (C6) enthält. Das Lösungsmittel 23 dient bei der Deasphaltierung zur Lösung von im asphaltenhaltigen Brennstoff 19 enthaltenen löslichen Bestandteilen. Die im asphaltenhaltigen Brennstoff 19 enthaltenen Asphaltene sind in dem eingesetzten Lösungsmittel 23 unlöslich, so dass das Lösungsmittel 23 hinsichtlich der Asphaltene ein „Anti-Solvent" darstellt.
Die abgetrennten Asphaltene und Schwermetalle werden über ei¬ ne der Deasphaltierungseinheit 7 angeschlossen Abzugsleitung 24 einer vorliegend nicht näher spezifizierten Aufarbeitung und anschließenden Verwertung in entsprechend hierzu ausge¬ bildeten Vorrichtungen zugeführt. Der deasphaltierte Brennstoff 25 (DAO-Fraktion) enthält nun noch 36 ppm an Vanadium und wird gemeinsam mit dem Lösungsmittel der Lösungsmittel- rückgewinnungseinheit 9 zugeführt. Hierzu ist eine der
Deasphaltierungseinheit 7 angeschlossene Abführleitung 27 strömungstechnisch mit einer Zuführleitung 29 der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 9 verbunden. In der Lösungsmittel¬ rückgewinnungseinheit 9 wird das Lösungsmittel 23 vom
deasphaltierten Brennstoff 25 abgetrennt und wieder in den Deasphaltierungsprozess zurückgeführt .
Zur Rückführung des Lösungsmittels 23 ist der Lösungsmittel¬ rückgewinnungseinheit 9 eine Abführleitung 31 angeschlossen, die strömungstechnisch mit einer Rückführleitung 33 der
Deasphaltierungseinheit 7 verbunden ist. Über diese Leitungen 27, 29, 31, 33 zirkuliert das Lösungsmittel 23 zwischen der Deasphaltierungseinheit 7 und der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 9 in einem Lösungsmittelkreislauf 35.
Die Abtrennung des Lösungsmittels 23 in der Lösungsmittel¬ rückgewinnungseinheit 9 ist generell mit Verlusten verbunden. Ein Teil des Lösungsmittelteils 23 verbleibt im Strom des aufgereinigten Brennstoffs 25 und wird mit diesem in einer der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 9 angeschlossenen Gas¬ turbine 37 verbrannt. Dieser unerwünschte Lösungsmittelver¬ lust muss ausgeglichen werden.
Hierzu wird der in der Abtrenneinheit 5 aus dem asphal- tenhaltigen Brennstoff 3 abgetrennte Teilstrom 13 mit leicht¬ siedenden Bestandteilen 15 genutzt. Aus dem Teilstrom 13 wird destillativ eine Lösungsmittelfraktion 39 abgetrennt. Hierbei werden aus dem Teilstrom 13, der dem Gesamtstrom der abgezogenen Leichtsieder entspricht, gezielt diejenigen Komponenten als Destillat separiert, die für die Deasphaltierung am bes¬ ten geeignet sind. Vorliegend wird eine C4/C5/C6-Fraktion 39 aus dem Teilstrom 13 abgetrennt. Das gewonnene Destillat 39 wird in den Lösungsmittelkreislauf 35 zwischen der Deasphaltierungseinheit 7 und der Lösungsmit¬ telrückgewinnungseinheit 9 dosiert und strömt zusätzlich zu dem im Kreislauf 35 geführten Lösungsmittel 23 in die
Deasphaltierungseinheit 7 ein. Der Abzugsleitung 17 der Ab¬ trenneinheit 3 ist hierzu eine Abzweigleitung 41 angeschlos¬ sen, die wiederum strömungstechnisch mit der Abführleitung 31 der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 9 bzw. mit der Rück¬ führleitung 33 der Deasphaltierungseinheit 7 verbunden ist.
Durch die Zudosierung der Lösungsmittelfraktion 39 zu dem zirkulierenden Lösungsmittel 23 kann auf eine Nachfüllung verzichtet und damit die Kosten für die Breitstellung des für die Deasphaltierung benötigten Lösungsmittels 23 auf ein Mi- nimum reduziert werden.
Sowohl die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 9, als auch die Abtrenneinheit 3 sind strömungstechnisch mit der Gasturbine 37 verbunden. Hierzu wird der von der Lösungsmittelfraktion 39 abgereicherte gasförmige Teilstrom 13 mit dem die Lösungs¬ mittelrückgewinnungseinheit 9 verlassenden flüssigen Brenn¬ stoffström 25 vereinigt. Hierbei wird der gasförmige Teil¬ strom 13 vor der Vereinigung zuerst verflüssigt, wozu in der Abzugsleitung 17 der Abtrenneinheit 5 ein Kühler 43 angeord- net ist. Es werden also zwei flüssige Ströme 13, 25 vereinigt und anschließend gemeinsam der Gasturbine 37 zur Verbrennung zugeführt .
Zur Beimischung des nach der Kondensation verflüssigten Teil- Stroms 13 ist die Abzugsleitung 17 der Abtrenneinheit 5 mit einer Abzugsleitung 45 der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 9 strömungstechnisch verbunden.
Insgesamt ermöglich das Verfahren bzw. die zu dessen Durch- führung eingesetzte Vorrichtung 1 durch die gezielte Behand¬ lung des asphaltenhaltigen Brennstoffes 3 die Generierung des zur Deasphaltierung benötigten Lösungsmittels 23, 39, so dass die Kosten für die Bereitstellung des Lösungsmittels 23 auf ein Minimum reduziert und im Idealfall gänzlich vermieden werden .
FIG 2 zeigt eine weitere Vorrichtung 51 zur Entfernung von Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff 3. Die Vorrichtung 51 ist hierbei im Wesentlichen so ausgebildet, wie die Vorrichtung 1 gemäß FIG 1.
Das mit der Vorrichtung 51 durchführbare Verfahren, ebenso wie die einzelnen Vorrichtungskomponenten, entspricht denen der Vorrichtung 1 gemäß FIG 1. So umfasst auch die Vorrichtung 51 die Abtrenneinheit 5, die der Abtrenneinheit strö¬ mungstechnisch nachgeschaltete Deasphaltierungseinheit 7, so¬ wie die mit der Deasphaltierungseinheit strömungstechnisch gekoppelte Lösungsmittelaufbereitungseinheit 9. Entsprechend kann die detaillierte Beschreibung zu FIG 1 auf die Vorrich¬ tung 51 gemäß FIG 2 übertragen werden.
Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Vorrichtungen 1, 51 liegt in der Vereinigung des von der Lösungsmittelfraktion 39 abgereicherten Teilstroms 13 und des von Asphaltenen gereinigten, in der Lösungsmittelaufbereitungseinheit 9 von dem Lösungsmittel 23 abgetrennten Brennstoffes 25. Die Vorrichtung 51 umfasst vorliegend anstelle eines Kühlers, wie er in der Vorrichtung 1 gemäß FIG 1 eingesetzt ist, einen Quench-Apparat 53. Dieser Quench-Apparat 53 ist in der Ab¬ zugsleitung 45 der Lösungsmittelaufbereitungseinheit 9 ange¬ ordnet. Die Vermischung des von der Lösungsmittelfraktion 39 abgereicherten, gasförmigen Teilstroms 13 und des die Lö¬ sungsmittelrückgewinnungseinheit 9 verlassenden flüssigen BrennstoffStroms 25 erfolgt direkt in einem Quench-Apparat. Bei einer solchen direkten Vereinigung ist kein Kühler notwendig .
Zusätzlich umfasst die Abtrenneinheit 5 eine weitere Abzugs¬ leitung 55, über die eine ökonomisch werthaltige Siedefrakti¬ on 57, vorliegend mit aromatischen Bestandteilen 59, aus dem asphaltenhaltigen Brennstoff 3 abgezogen wird. Diese Siede¬ fraktion 57 wird als mittelsiedende Fraktion gewonnen, wobei die enthaltenen Aromate dann einer vorliegend nicht näher ge¬ zeigten Aufarbeitung zugeführt und anschließend gewinnbrin- gend weiterverkauft werden können.
In FIG 3 ist eine Vorrichtung 71 gezeigt, die ebenfalls zur Abtrennung von Asphaltenen aus dem asphaltenhaltigen Brennstoff 3 eingesetzt wird. Auch hier sind die Abtrenneinheit 5, die Deasphaltierungseinheit 7, und die Lösungsmittelaufberei¬ tungseinheit 9 eingesetzt, so dass hinsichtlich der detail¬ lierten Beschreibung auf die Vorrichtungen 1, 51 gemäß den FIG 1 und 2 zurückgegriffen werden kann. Der wesentliche Unterschied zu den FIG 1 und 2 liegt in der Verbrennung des Teilstroms 13 und des Brennstoffes 25. Vor¬ liegend wird der gereinigte Brennstoff 25 und der abgerei- cherte Teilstrom 13 unterschiedlichen Turbinen 73, 75 zugeführt .
Diese Möglichkeit ist aufgrund der unterschiedlichen Zusam¬ mensetzungen der jeweiligen Ströme 13, 25 gegeben. Da der Teilstrom 13 lediglich leichtsiedende Bestandteile 15 und keine Schwermetalle oder Asphaltenen mehr enthält, kann die- ser in einer vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine 73 verströmt werden. Es bedarf hierbei keiner Additive und es sind ebenfalls keine Turbinenbeschädigungen zu befürchten.
Mit anderen Worten wird die vanadiumfreie Leichtsiederfrak- tion, also der in der Abtrenneinheit 5 aus dem Brennstoff 3 abgetrennte Teilstrom 13, nicht nur zur Gewinnung von
Deasphaltierungsmittel , also der Lösungsmittelfraktion 39, genutzt, sondern kann anschließend effizient in einer
vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine 73 verströmt wer- den.
Der gereinigte Brennstoff 25 wird einer
vanadiumunempfindliche Standard-Turbine 75 zugeführt. Es sind in diesem deasphaltierten Brennstoff 25 noch Rückstände an Vanadium und/oder Schwermetallen möglich. Diese Anteile sind jedoch hinreichend gering, so dass der Brennstoff 25 durch eine vanadiumunempfindliche Standard-Turbine 75 energetisch verwertet werden kann.
Eine solche getrennte Verstromung der in der Abtrenneinheit 3 voneinander getrennten und im Folgenden unterschiedlich behandelten Ströme 13, 25 ist so lange anwendbar, bis der
Vanadiumanteil im deasphaltierten Brennstoff 25 die turbinen¬ spezifischen Schwermetall-Toleranzgrenze überschreit. Ist dies der Fall, besteht die Möglichkeit, einen leichtsiedenden Teil 77 des Teilstroms 13 dem Brennstoff 25 zu zudosieren, so dass die wirtschaftliche Toleranzgrenze durch Service- und Additivkosten der vanadiumunempfindlichen Standard-Turbine 75 nicht überschritten wird.
Entsprechend wird der Teil 77 des von der Lösungsmittelfraktion 39 abgereicherten Teilstroms 13 vor dem Eintritt des Brennstoffes 25 in die vanadiumunempfindliche Standard- Turbine 75 mit diesem vereinigt. Die Abzugsleitung 17 der Ab¬ trenneinheit 5 und die Abzugsleitung 45 der Lösungsmittel¬ rückgewinnungseinheit 9 sind hierzu über einen Kopplungslei¬ tung 79 strömungstechnisch miteinander verbunden. Diese Kopp- lungsleitung 79 ist in FIG 3 als Option als gestrichelte Li¬ nie kenntlich gemacht. Der nach der Abtrennung des leichtsiedenden Teils 77 verbleibende Rest des Teilstroms 13 wird wie vorbeschrieben der vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine 73 zugeführt und dort mit hohem Wirkungsgrad verbrannt.
Insgesamt bietet sich durch eine der Deasphaltierungseinheit 7 vorgeschaltete Abtrenneinheit 5 und der damit verbundenen Möglichkeit einer gezielten Trennung eines asphaltenhaltigen Brennstoffes 3 in verschiedenen (Teil-) ströme 13, 25 die Mög- lichkeit, auf effiziente und kostengünstige Weise gezielt das für den Deasphaltierungsprozess benötigte Lösungsmittel 23, 39 im laufenden Prozess zu generieren und zu nutzen. Zusätzlich können die sich hinsichtlich Ihrer Zusammensetzung voneinander unterscheidenden Teilströme 13, 25 gezielt für den Einsatz in einem Großkraftwerk mit mehreren zu betreibenden Turbinen, wie einer vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine 73 und einer vanadiumunempfindlichen Standard-Turbine 75 genutzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff (3) , wobei der Brennstoff (3) einer Abtrenneinheit (5) zugeführt wird, in der ein Teilstrom (13) mit leichtsiedenden Brennstoffbestandteilen (15) von dem Brennstoff (3) abgetrennt wird, wobei der Brennstoff (3, 19) nach der Abtrennung des Teilstroms (13) einer
Deasphaltierungseinheit (7) zugeführt wird, in der im Brenn- Stoff (3, 19) enthaltene Asphaltene mittels eines Lösungsmit¬ tels (23) abgetrennt werden, wobei das Lösungsmittel (23) nach erfolgter Abtrennung der Asphaltene aus dem Brennstoff (3, 19) in einer Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (9) von diesem abgetrennt wird, wobei das abgetrennte Lösungsmittel (23) in die Deasphaltierungseinheit (7) zurückgeführt wird, und wobei aus dem vom Brennstoff (3) abgetrennten Teilstrom (13) eine Lösungsmittelfraktion (39) gewonnen wird, die zusätzlich zu dem aus der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (9) zurückgeführten Lösungsmittel (23) der
Deasphaltierungseinheit (7) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Teilstrom (13) mit leichtsiedenden Brennstoffbestandteilen (15) destillativ aus dem Brennstoff (3) abgetrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lösungsmittelfraktion (39) destillativ unter Abreicherung des Teilstroms (13) aus diesem abgetrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der von der Lösungsmittelfraktion (39) abgereicherte Teilstrom (13) einer Gasturbi¬ ne (37, 73, 75) zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gereinigte Brennstoff (25) nach der Abtrennung des Lö¬ sungsmittels (23) einer Gasturbine (37, 73, 75) zugeführt wird .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gereinigte Brennstoff (25) und der abgereicherte Teil¬ strom (13) vor der Zufuhr zur Gasturbine (37, 73, 75) verei¬ nigt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der abgereicherte Teilstrom (13) einer vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine (73) zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, wobei der gereinigte Brennstoff (25) einer vanadiumunempfindlichen Standard-Turbine (75) zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine ökonomisch werthaltige Siedefraktion (57) aus dem Brennstoff (3) abgetrennt wird.
10. Vorrichtung (1, 51, 71) zur Abtrennung von Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Brennstoff (3) , umfassend eine Deasphaltierungseinheit (7) zur Abtrennung von in dem Brennstoff (3, 19) enthaltenen Asphaltenen mittels eines Lösungs¬ mittels (23), eine Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (9) zur Abtrennung des Lösungsmittels (23) vom Brennstoff (3, 19), wobei die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (9) zur Rückfüh- rung des abgetrennten Lösungsmittels (23) strömungstechnisch mit der Deasphaltierungseinheit (7) verbunden ist, sowie um¬ fassend eine mit der Deasphaltierungseinheit (7) strömungs¬ technisch verbundene Abtrenneinheit (5) zur Abtrennung eines Teilstrom (13) mit leichtsiedenden Brennstoffbestandteilen (15) von dem Brennstoff (3) , wobei die Abtrenneinheit (5) und die Deasphaltierungseinheit (7) derart strömungstechnisch miteinander verbunden sind, dass eine aus dem vom Brennstoff (3) abgetrennten Teilstrom (13) gewinnbare Lösungsmittelfraktion (39) zusätzlich zu dem aus der Lösungsmittelrückgewin- nungseinheit (9) zurückgeführten Lösungsmittel (23) der
Deasphaltierungseinheit (7) zuführbar ist.
11. Vorrichtung (1, 51, 71) nach Anspruch 10, wobei die Abtrenneinheit (5) der Deasphaltierungseinheit (7) strömungs¬ technisch vorgeschaltet ist.
12. Vorrichtung (1, 51, 71) nach Anspruch 10 oder 11, wobei als Abtrenneinheit (5) eine Destillationseinheit eingesetzt ist .
13. Vorrichtung (1, 51, 71) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Abtrenneinheit (5) eine Abzugsleitung (17) zum
Abzug des Teilstroms (13) angeschlossen ist.
14. Vorrichtung (1, 51, 71) nach Anspruch 13, wobei der Abzugsleitung (17) eine Abzweigleitung (41) zum Abzug der Lö- sungsmittelfraktion (39) angeschlossen ist.
15. Vorrichtung (1, 51, 71) nach Anspruch 14, wobei die Abzweigleitung (41) strömungstechnisch mit einer Abführleitung (31) der Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (9) verbunden ist.
16. Vorrichtung (1, 51, 71) nach einem der Ansprüche 10 bis
15, wobei die Abtrenneinheit (5) strömungstechnisch mit einer Gasturbine (37, 73, 75) verbunden ist.
17. Vorrichtung (1, 51, 71) nach einem der Ansprüche 10 bis
16, wobei die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (9) strö¬ mungstechnisch mit einer Gasturbine (37, 73, 75) verbunden ist .
18. Vorrichtung (1, 51, 71) nach einem der Ansprüche 10 bis
17, wobei die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (9) und die Abtrenneinheit (5) strömungstechnisch mit der gleichen Gasturbine (37, 73, 75) verbunden sind.
19. Vorrichtung (1, 51, 71) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Abtrenneinheit (5) strömungstechnisch mit einer vanadiumempfindlichen Hochleistungsturbine (73) verbunden ist .
20. Vorrichtung (1, 51, 71) nach einem der Ansprüche 10 bis 17 und 19, wobei die Lösungsmittelrückgewinnungseinheit (9) strömungstechnisch mit einer vanadiumunempfindlichen Standard-Turbine (75) verbunden ist.
21. Vorrichtung (1, 51, 71) nach einem der Ansprüche 10 bis 20, wobei der Abtrenneinheit (5) eine Abzugsleitung (55) zum
Abzug einer ökonomisch werthaltigen Siedefraktion (57) aus dem Brennstoff (3) angeschlossen ist.
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