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Die Erfindung hat eine Vorrichtung zur kontinuierlichen destillativen Auftrennung von Rohöl mit einem Destillationsturm zum Gegenstand.
Bei der destillativen Auftrennung von Rohöl ist die gleichmässige Erwärmung desselben von besonders hoher Bedeutung. Einerseits muss dafür Sorge getragen werden, dass das Rohöl gleichmässig erhitzt wird, wobei gleichzeitig die Verweilzeit in der Heizeinrichtung zur Erhitzung, beispielsweise von 20 C auf 360 C bis 400 C, besonders gering gehalten werden soll, um eine Zersetzung des rohen Erdöles zu verhindern. So sind Röhrenofen beispielsweise mit einer Wanderrostfeuerung, wenn feste Brennstoffe verwendet werden, oder Düsen für Ol oder Gas vorgesehen Ein Rohrschlangensystem, durch das das Rohöl gepumpt wird, wird von den Heizgasen des Ofens erwärmt.
Um eine schonende Erhitzung des Erdöles durchzuführen, sind sogenannte Strahlungsöfen im Einsatz, bei welchen das Rohrsystem für das Rohöl in vom Brenner getrennten Kammern untergebracht ist, so kann beispielsweise das Rohöl im unteren Temperaturbereich langsam und im oberen Temperaturbereich rasch erhitzt werden, um ein Verkoken zu verringern
Neben den Rohröfen sind auch stehende Zylinderöfen bekannt, bei welchen eine senkrechte zylinderförmige Brennkammer vorgesehen ist, die von kreisförmig angeordneten stehenden Rohren umgeben ist.
Am Boden des Zylinderofens sind die Brenndüsen für eine Gasheizung angeordnet, wohingegen im oberen Bereich ein Strahlungskegel vorgesehen ist, der für eine gleichmässige Wärmeübertragung von den Gasen auf die Rohrbündel Sorge trägt
Neben der möglichst gleichmässigen Übertragung der Wärme ist die besonders effiziente Nutzung derselben von besonderer Bedeutung.
Erstellt man eine Energiebilanz in einem Erdölverarbeitungsbetrieb, so ist ein energetischer Verbrauch von ca 5 % des zu verarbeitenden Roherdöles für die aufzuwendende Wärmeenergie einzusetzen Demgemäss wird der Rückgewinnung und Verwertung von Abwärme ein besonders grosses Augenmerk gewidmet. So wird die Abwärme von einzelnen Fraktionen dazu genutzt, ein Vorwärmen von Luft, beispielsweise für die Verbrennungsöfen oder auch Vorwärmen anderer Fraktionen, zu erreichen. Auch wird die Abwärme für die Dampferzeugung für den Eigenbedarf in der Raffinerie als auch Fernwärme eingesetzt.
In der DE 25 00 836A1 wird der Vorschlag gebracht, bei einer Rohöldestillationsanlage das Rohöl auf eine Temperatur von 290 C durch in einem Dampferhitzer erzeugten Dampf zu erhitzen Der Wasserdampf mit einem Druck von 120 bar wird in einem Turbogenerator teilweise abgearbeitet und zur Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt. Zusätzliche Vorrichtungen bedingen jeweils die Senkung des Wirkungsgrades der Gesamtanlage.
Um den Verbrauch von Rohöl oder seinen Produkten für die Wärmezufuhr innerhalb einer Ölraffinerie zu verringem, wurden bereits unterschiedlichste Wärmequellen vorgeschlagen (13 World Petrol Congress Buenos Aires 1991, Proceedings V3,297 bis 301) So wurde der allgemeine Vorschlag gemacht, die Wärme eines gasgekühlten Hochtemperaturkernreaktors, der nicht realisiert wurde, zu nutzen, Solarenergie, welche zu hohe Investitionskosten verursacht, einzusetzen und auch die Abwärme von Gasturbinen, die in kurzen Abständen für Servicearbeiten abgeschaltet werden müssen, zu nutzen.
Der vorliegenden Erfindung ist zum Ziel gesetzt, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen destillativen Aufarbeitung von Rohöl zu schaffen, bei welcher das Rohöl besonders schonend kontinuierlich und gleichmässig auch bei unterschiedlichem Wärmebedarf bis auf Temperaturen zwischen 350 C und 400 C erhitzt werden kann, wobei gleichzeitig elektrische Energie gewonnen und die Abwärme einer hochwertigen Nutzung zugeführt werden kann.
Dem Einsatz von Gasturbinen bei der destillativen Auftrennung von Rohöl steht entgegen, dass Gasturbinen in kurzfristigen mehrmonatigen Abständen Wartungsarbeiten erforderlich machen, wohingegen Vorrichtungen zur kontinuierlichen destillativen Auftrennung von Rohöl uber Jahre hindurch kontinuierlich in Betrieb sein müssen, um die erforderliche Wirtschaftlichkeit zu sichern Selbst geringe Änderungen bedingen einen aufwendigen Einstellvorgang, um die erwünschten Produktzusammensetzungen zu erhalten. Auch beim Einsatz eines neuen Rohöles in einem Destillationsturm ist es erforderlich, dass der Destillationsvorgang im Turm erneut eingestellt werden muss, wobei die Temperatur des eintretenden Rohöles, die Menge des Rückflusses im Destillationsturm und dgl. genau vorgegeben und geregelt werden.
Während des Regelvorganges, welcher sich über vier bis sechs Stunden erstreckt, werden Produkte gewonnen, die einer erneuten Auftrennung zugeführt werden müssen, um den erforderlichen Qualitätsstandard sicherzustellen Wird jedoch ein Destillationsturm frisch in Betrieb genommen, so liegt ein noch aufwendigerer Vorgang vor, welcher, wie z.
B. bei Hochöfen, möglichst lange vermieden wird
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur kontinuierlichen destillativen Auftrennung von Rohöl, das über eine Rohrleitung zumindest einem, insbesondere gasbeheizten, Ofen zuleitbar ist, welcher über eine Rohrleitung mittel- bzw unmittelbar mit der Verdampfungszone eines Destillationsturmes mit Aufnahmeböden, insbesondere Glockenböden, verbunden ist, mit Strippern, welche mit zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmeböden und mit einem Wasser- dampferzeuger und/oder -überhitzer verbunden sind und einem Kopfkühler, besteht im wesentlichen darin, dass zusätzlich eine Gasturbine, die mit einem Stromgenerator verbunden ist, mit einem Abgaswärmetauscher für das Rohöl vorgesehen ist, über welchen direkt und/oder indirekt das Rohöl erwärmbar ist.
Dadurch, dass zusätzlich zur Gasturbine ein Ofen vorgesehen ist, kann bei Wartungsarbeiten an der Gasturbine die destillative Auftrennung des Rohöles weiterhin durchgeführt werden, wobei durch Steuerung der Heizleistung des Ofens der unterschiedliche Wärmebedarf abgedeckt und damit eine gleichmässige Leistung der Gasturbine sichergestellt werden kann.
Bei Nutzung des an sich hohen Abwärmepotentiales einer Gasturbine muss besonders darauf geachtet werden, dass der Strömungswiderstand der Abgase im Wärmetauscher gering ist, damit die elektrische Leistung der Gasturbine nicht abgesenkt wird, womit bei grossem Strömungsquerschnitt relativ grosse Flächen vorliegen, entlang welchen der Wärmeaustausch durchgeführt wird Neben diesen allgemeinen Bedingungen, welche aufwendige Wärmetauscher verursachen, ist es noch zusätzlich erforderlich, dass die Kapazität des Ofens so gross gehalten wird, dass derselbe ohne Zusatzheizung durch die Gasturbine das Rohöl auf die erwünschte Temperatur erhitzen kann. Anstelle von einem Ofen, um beispielsweise einen besseren Wirkungsgrad bei geringeren Heizleistungen zu erreichen, sind zwei oder mehrere Öfen vorzusehen.
Diese Ofen können eine einheitliche Heizung, beispielsweise Gasheizung, aufweisen
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verbrannt werden können, denkbar.
Ist der Abgaswärmetauscher über Leitungen für ein Wärmeträgerfluid mit einem weiteren Wärmetauscher für das Rohöl verbunden, so kann für eine besonders schonende Erwärmung des Rohöles Sorge getragen werden, da Temperaturspitzen, wie sie in den Rauchgasen vorliegen, keinesfalls an das rohe Erdöl weitergegeben werden. Weiters kann dadurch erreicht werden, dass die Abwärme der Gasturbine nicht nur für die Erwärmung des Rohöles, sondern auch für weitere Aufgaben eingesetzt werden kann.
Ist der Abgaswärmetauscher und/oder weitere Wärmetauscher mit den/dem Ofen in Serie geschaltet, so kann eine einheitliche Temperatur des in den Destillationsturm eintretenden Rohöles ohne zusätzliche Einrichtungen, wie beispielsweise Mischeinrichtungen, in welchen das Rohöl aus dem Wärmetauscher bzw. dem Ofen gemischt werden, sichergestellt sein.
Damit ist eine Einsparung an apparativem Aufwand bei gleichzeitiger Erhöhung der Verfahrenssicherheit gegeben
Ist der Gasturbine, bezogen auf die Abgase, eine Zusatzfeuerung mit Brennstoffeinleitung in die Abgase der Gasturbine nachgeschaltet, so kann einerseits eine Nacherhitzung der Abgase erreicht werden und andererseits der noch in den Abgasen vorhandene Anteil von Sauerstoff verbrannt werden, womit eine höhere Sicherheit bei der Handhabung der Abgase, beispielsweise bei der direkten Erhitzung von Erdöl, erreicht werden kann.
Ist in Strömungsrichtung des Rohöles der Abgaswärmetauscher und/oder weitere Wärmetauscher vor zumindest einem Ofen angeordnet, so kann eine besonders schonende Erhitzung des Rohöles durchgeführt werden, da die Anhebung auf das erwünschte hohe Temperaturpotential im Ofen durchgeführt werden kann, welcher bezüglich der Strömungsgeschwindigkeiten der Wärmetauschermedien nicht den Beschränkungen, wie der Wärmetauscher der Gasturbine unterliegt. Weiters kann eine Verkokung des Rohöles verhindert bzw. besonders gering gehalten.
Ist zumindest ein Wasserwärmer und/oder Wasserdampferzeuger und/oder -überhitzer mit dem Ein- und Ausgang für das Wärmeträgerfluid des Abgaswärmetauschers über Leitungen verbunden, so kann die Abwärme aus der Gasturbine zur Erzeugung von Warmwasser oder Wasserdampf eingesetzt werden, wie beispielsweise für die Stripper erforderlich
Ist ein Temperaturmessfühler für das Rohöl vor dem Ofen, z.
B. im Abgaswärmetauscher und/oder weiterem Wärmetauscher, vorgesehen, über welchen die Brennstoffzufuhr des Ofens und/oder der Zusatzfeuerung gesteuert bzw geregelt ist, so kann auf besonders einfache Weise die Leistung der Gasturbine auf einer erwünschten Grösse gehalten werden, da dem unterschiedlichen Wärmebedarf verschiedener Rohöle, der unterschiedlichen Viskosität und damit
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Strömungswiderstand und der unterschiedlichen Durchflussmenge nicht im Abgaswärmetauscher bzw. weiteren Wärmetauscher der Gasturbine Rechnung getragen werden muss, sondern diese zusätzliche Wärmezufuhr im Ofen bzw. Zusatzfeuerung einfach gesteuert bzw geregelt werden kann.
Ist ein Temperaturmessfühler für das den Ofen verlassende Rohöl vorgesehen, über welchen die Brennstoffzufuhr zum Ofen und/oder Zusatzfeuerung gesteuert und/oder geregelt ist, so kann eine Regelung bzw Steuerung der Heizleistung des Ofens und/oder Zusatzfeuerung direkt über die Austrittstemperatur des Rohöles erfolgen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert
Es zeigen.
Fig 1 ein Schema zur Erhitzung von Rohöl und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Destillationsturmes mit Nebenaggregaten
Die in Fig 1 dargestellte mit einer Umdrehungszahl 3. 000 bzw. 3. 600 U/Min Gasturbine GT ist mechanisch mit dem Stromgenerator G gekoppelt Die Gasturbine weist einen Verbrauch von 7. 500 m3/h Erdgas auf Sie ist eine aeroderiative Turbine, z. B. LM 2500+ General Electric oder DLE 2.500+ General Electric mit geringerer Stichoxidemission. Der Generator gibt 30.000 kW ab Die aus der Gasturbine austretenden Gase mit einer Temperatur von 510 C treten in eine Zusatzfeuerung NB ein, in welcher der restliche Sauerstoffgehalt mit zusätzlich eingeleitetem Erdgas (Pfeil a) verbrannt wird. Die aus der Zusatzfeuerung austretenden Gase weisen eine Temperatur von 700 C auf. In dem Abgaswärmetauscher w1 geben die Abgase ihre Wärme an ein Wärmeträgerfluid, u. zw.
Diphyl (bis zu 350 C), ab. Das Wärmeträgerfluid in der Leitung w verbindet den Abgaswärmetauscher w1 mit einem weiteren Wärmetauscher W2 Im weiteren Wärmetauscher W2 wird über die Leitung l1 Rohöl mit 140 C eingeleitet und gelangt über die Leitung L2 mit 250 C in den Gasofen 1,2, in welchem es noch zusätzlich auf 370 C erhitzt wird Der weitere Wärmetauscher W2 und der Ofen 1, 2 sind in Serie geschalten Die Leitung w kann auch noch zu einem Dampferzeuger D führen, in welchem Dampf für den Stnppvorgang erzeugt wird Zur Nutzung der Abwärme werden die Abgase aus dem Wärmetauscher w1 in einen Wärme- tauscher W3 geleitet, in welchem Wasser für eine Fernheizung erhitzt wird. Die Abgase aus dem Gasofen 1, 2 werden über einen Wärmetauscher W4 abgekühlt und die Wärme gelangt für Prozess- dampf innerhalb der Raffinerie zum Einsatz.
Die Temperatur der Abgase wird über 100 C gehalten, so dass keine Kondensation im Kamin eintritt. Über die Leitung L3 wird das auf 370 C erhitzte Rohöl dem Destillationsturm zugeführt.
In der Rohrleitung L2, die den weiteren Wärmetauscher W2 mit dem Ofen 1, 2 verbindet, ist ein Temperaturmessfühler T1 angeordnet, weicher den Durchfluss eines Ventiles V, für das Gas des Ofens 1,2 aber auch die Brennstoffzufuhr, Pfeil a, zur Zusatzfeuerung NB regelt In der Ausgangsleitung L3 ist ein weiterer Temperaturmessfühler T2 angeordnet, welcher seinerseits zur Regelung und Steuerung der Durchflussmenge des Ventiles V2 Sorge trägt, womit ebenfalls die dem Ofen zugeführte Gasmenge aber auch die Brennstoffzufuhr für die Zusatzfeuerung und damit Heizleistung geregelt und gesteuert werden kann.
Der Destillationsvorgang wird im folgenden anhand der Fig. 2 näher beschrieben
Das Rohöl gelangt aus den Ofen 1 und 2 in der Leitung L3 in die Stripperkolonne 3, in welche gemäss Pfeil X1 Dampf eingeleitet wird. In die Stripperkolonne 3 gelangt weiters (Pfeil L) vom Sumpf des Destillationsturmes 4 ein Teil des Bodenproduktes. Das Rohöl, welches über die Leitung L3 eingeleitet wird, wurde über die Abwärme aus der Gasturbine und den Ofen 1,2 auf 370 C erhitzt. In der Stripperkolonne 3 wird das Rohöl von 5 bar auf 3 bar entspannt und wird sodann entlang der Leitung X2 in die Verdampfungszone des Destillationsturmes 4 geleitet In diesem tritt eine weitere Entspannung auf 1,5 bar ein.
In dem Destillationsturm 4 sind 45
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Destillationsturm abgezogenen Produkte eingeleitet, mit Dampf über Leitungen D1 D2, D3 beaufschlagt und somit die leichter flüchtigen Bestandteile ausgetrieben Im Sumpf der Stripper wird das zu gewinnende Material abgezogen, wohingegen das Kopfprodukt der Kolonne erneut zugeführt wird Der Dampf, welcher in den Strippem Verwendung findet, wurde mit der Abgaswärme der Gasturbine im Dampferzeuger D (Fig. 1) gewonnen. Das aus den Stnppern abgezogene Endprodukt wird über Wärmetauscher Ws, W6 W7 abgekühlt und die so gewonnene Wärme wieder gewonnen. Der Destillationsturm 4 weist weiters einen Kopfkühler 8 auf