DE2645132C3 - Verfahren zur hydrierenden Aufarbeitung von Rückständen aus der atmosphärischen Destillation von Rohöl - Google Patents
Verfahren zur hydrierenden Aufarbeitung von Rückständen aus der atmosphärischen Destillation von RohölInfo
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Description
Bei der Verarbeitung von Rohöl in einer Erdölraffinerie wird das Erdöl zunächst einer Anlage zur
atmosphärischen Destillation zugeführt. Wie beispielsweise in dem Buch »Die Verarbeitung des Erdöls« von
R i e d i g e r, Springer-Verlag 1971, beschrieben und auf
Seite 953 in der Abbildung N/6 dargestellt ist, ist der Anlage zur atmosphärischen Destillation eine weitere
Anlage zur Vakuumdestillation sowie einzelne Anlagen zum Cracken von Kohlenstoffverbindungen nachgeschaltet.
Trotzdem erhält man, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Rohöls, etwa 20% minderwertige und
schwer zu verarbeitende Rückstände. Diese Rückstände sind insbesondere dadurch schwer zu verwenden, da
deren Schwefelgehalte hoch sind. Um auch diese Rückstände zu entschwefeln und zu leichten Kohlenwasserstoffen
aufzuarbeiten, müssen hydrierende Prozesse eingesetzt werden, die durch ihren hohen
Wasserstoffbedarf kostspielig und damit unwirtschaftlich sind. Aus diesem Grunde wird die Anlage zur
atmosphärischen Destillation und insbesondere deren Sumpftemperatur so hoch gewählt, daß möglichst
wenige Rückstände aus dem Boden des Destillationsbehälters abgezogen werden müssen.
Außerdem ist es aus der DD-Patentschrift 1 12 283 bekanntgeworden, Erdölrückstände durch thermisches Hydrocracken aufzuarbeiten.
Außerdem ist es aus der DD-Patentschrift 1 12 283 bekanntgeworden, Erdölrückstände durch thermisches Hydrocracken aufzuarbeiten.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Verwendung einer Anlage zur atmosphärischen Destillation ein Verfahren
ίο anzugeben, das erstens eine nahezu vollständige
Aufarbeitung des eingesetzten Rohöls zu leichten Kohlenwasserstoffen ermöglicht und das dazu durch
Verminderung von Verbrennungsvorgängen in der Anlage eine wesentlich verringerte Umweltbelastung
zur Folge hat, ohne daß Einbußen bei der Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage auftreten.
Im Gegensatz zu der geschilderten bekannten Anlage wird die Sumpftemperatur der Anlage zur atmosphärischen
Destillation auf ca. 275° C begrenzt, und es wird
dadurch bewußt eine Erhöhung der Menge der aus der atmosphärischen Destillationsanlage anfallenden Rückstände
auf über 50% des eingesetzten Rohöls in Kauf genommen. Hierdurch ist es möglich, für die Beheizung
der Anlage zur atmosphärischen Destillation Dampf aus einem Leichtwasserreaktor mit einem Druck von etwa
60 bar zu verwenden. Dadurch enthalten die Sumpfprodukte einen größeren Anteil an niedrigsiedenden
Komponenten, die eine leichtere Verteilung des Öles im Reaktionswasserstoffstrom bei der Hydrierung durch
thermischen Strahlzerfall und eine Unterstützung bei Hydrierung durch Bildung von teilhydrierten Produkten
hervorruft Diese Produkte wären auch bei der bekannten Anlage zu hydrieren. Der Dampf aus dem
Kernreaktor kann bei Anwendung des erfindungsgemä-Ben Verfahrens außerdem zur Aufarbeitung der
Rückstände eingesetzt werden. Hierdurch gestattet es das erfindungsgemäße Verfahren, die gesamten Rückstände
nahezu vollständig zu gesättigten Kohlenwasserstoffen aufzuarbeiten, die dann oberhalb der Einlaßstelle
für das Rohöl in den Behälter zur atmosphärischen Destillation wieder eingespeist werden. Hierbei ist eine
der atmosphärischen Destillationsanlage nachgeschaltete Einrichtung zur Destillation unter Vakuum
überflüssig und auch Einrichtungen zum Cracken von Kohlenstoffketten können entfallen.
Die Erfindung betrifft damit ein Verfahren zur hydrierenden Aufarbeitung von Rückständen aus der
atmosphärischen Destillation von Rohöl durch Behandlung der Rückstände bei Überdruck und höheren
so Tymperaturen mit Wasserstoff.
Das Neue besteht erfindungsgemäß darin, daß die Sumpftemperatur bei der atmosphärischen Destillation
so niedrig gehalten wird, daß mehr als 50% des Rohöles als Rückstände anfallen, daß diese Rückstände in einem
ersten Reaktionsrohr mit einem Strom von Wasserstoff mit einer Temperatur über 700°C eingedüst werden,
daß das Gemisch in einen ersten Zyklon eingeführt wird, daß die im ersten Zyklon anfallenden, nicht verdampfenden
Feststoffe in ein zweites Reaktionsrohr mit einem
bo auf über 7500C erhitzten Gemisch aus strömendem
Wasserdampf, aus gesättigten Kohlenwasserstoffen mit ein und zwei C-Atomen und den gasförmigen
Bestandteilen des dritten Zyklons eingeführt werden, daß die einen zweiten Zyklon verlassenden gasförmigen
μ Bestandteile zur Überhitzung des in das zweite
Reaktionsrohr eingeführten Wasserdampfes und des im ersten Reaktionsrohr eingeführten Sumpfproduktes
dienen, und daß die den ersten Zyklon verlassenden
kondensierbaren Bestandteile in einer Gaswasch- und Aufbereitungsanlage niedergeschlagen und dem Destillationsbehälter zur atmosphärischen Destillation mit
Siedetemperatur wieder zugeführt werden, und daß die den zweiten Zyklon verlassenden festen Bestandteile in
ein drittes, dem dritten Zyklon vorgeschaltetes Reaktionsrohr mit strömendem Sauerstoff eingeführt werden.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemätien
Verfahrens 2Jne Schaltung dargestellt, die die wesentlichen, sich vom Bekannten unterscheidenden Anlagenteile zeigt
Zur Beheizung des Destillationsbehälters 1 wird über
eine Dampfleitung 2 Dampf mit einem Druck von etwa 60 bar der Heizwicklung 3 zugeführt. In den unteren Teil
120(CH1J + 15,3 H2-
Bei dieser Gleichung bedeutet (C Hi*), daß bei der
Molekülkette im Durchschnitt auf 1 C-Atom 1,6 Η-Atome entfallen.
Das Reaktionsrohr 8 verjüngt sich zur Erhöhung der Geschwindigkeit des darin strömenden Gemisches
stetig und erweitert sich nach einem kurzen zylindrischen Teil kurz vor seinem Ende wieder, um die
Strömung zu stabilisieren. Es mündet in einen ersten Zyklon 12, in dem die gasförmigen Bestandteile von den
Feststoffteilen des Gemisches getrennt werden.
Die Feststoffteile werden Ober einen Extruder 13 einem zweiten Reaktionsrohr 14 zugeführt Das
des DestiUationsbehälters 2 wird außerdem über eine
Leitung 4 das Rohöl eingespeist Ein in die Leitung 4 eingeschalteter Wärmetauscher 5 heizt dabei das Rohöl
bis auf annähernd Siedetemperatur aaf. Durch die im Verhältnis zur bekannten atmosphärischen Destillation
niedrige Temperatur der Heizwicklung 3 verdampft im unteren Teil des DestiUationsbehälters ί weniger als die
Hälfte des eingespeisten Rohöles. Der Rest gelangt über eine Falleitung 6 sowie über einen Wärmetauscher 7 in
ein erstes Reaktionsrohr 8. In dieses Reaktionsrohr wird außerdem Wasserstoff eingeblasen, der in einem
Wärmetauscher 9 erhitzt wird und über eine Leitung 10 von einer Gasaufbereitungsanlage 11 zur Verfügung
gestellt wird. In dem ersten Reaktionsrohr 8 reagiert das
eingedüste Öl mit dem etwa 750° C heißen Wasserstoff nach folgender Gleichung:
■ 106(CH21) + 14C
(schwach exotherm)
Einlaßende des zweiten Reaktionsrohres 14 ist über eine Leitung 15 und einen Wärmetauscher 16 zur Dampfüberhitzung mit der Dampfleitung 2 verbunden.
Außerdem mündet eine aus dem später zu beschreibenden dritten Zyklon 17 herausführende Gasleitung 18
über einen Kühler 19 und Leitung 2 ebenfalls in die Leitung 15. Dem zweiten Reaktionsrohr 14 wird daher
ein Gemisch aus Wasserdampf und aus den den dritten Zyklon 17 verlassenden Gasen zugeführt Damit findet
in dem zweiten Reaktionsrohr 14 folgende Reaktion statt:
14 + 15,3H2O + 2,85O2 + 3CO2 + CO -* 4C + 6CO + 8CO2 + 6H2O + 9,3H2 -0,79 kcal/mol CH16
Das zweite Reaktionsrohr 14 ist genauso geformt wie das erste Reaktionsrohr 8 und mündet in einen zweiten
Zyklon 20. Die dort anfallenden Feststoffpartikeln gelangen durch einen Extruder 21 in ein drittes
Reaktionsrohr 22, das in den dritten Zyklon 17 mündet Der Einlaß des Reaktionsrohres 22 ist an den Ausgang
für Sauerstoff einer Luftzerlegungsanlage 23 angeschlossen. Ein Verdichter 24 sorgt für eine ge .lugend
hohe Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffes. Die Luftzerlegungsanlage wird über eine Ansaugleitung 25
mit Umgebungsluft versorgt. Die Ausgangsleitung 26 dient zur Abführung des anfallenden Stickstoffes. In
dem dritten Reaktionsrohr 22 reagieren die durch den Extruder 21 eingeschleusten Kohlenstoffe mit dem
Sauerstoff aus der Luftzerlegungsanlage 23 nach folgender Formel:
4C + 6,35O2
CO + 3CO2 + 2,85O2 -
Im dritten Zyklon 17 werden die aus dem dritten Reaktionsrohr 22 austretenden gasförmigen Bestandteile von der übrigbleibenden Asche und den Rückständen
getrennt Die Asche und die Rückstände werden durch einen Extruder 27 aus dem dritten Zyklon 17 entfernt
und gelangen auf ein Förderband 28 zum Abtransport. In den unteren Teil des dritten Zyklons i7 mündet
außerdem noch eine Abschlammleitung 29, die den in einer Wasseraufbereitungsanlage 30 der Raffinerie
anfallenden Schlamm dem dritten Zyklon 17 zuführt so
6CO + 8CO2 + 6H2O + 9,3H2 -»
daß dieser Schlamm mit der dort anfallenden heißen Asche gemischt wird.
Die aus dem zweiten Zyklon 20 austretenden Gase gelangen durch eine Gasleitung 31 und einen Wärmetauscher 32 zunächst in den Wärmetauscher 16, in dem
diese Gase einerseits weiter abgekühlt werden und andererseits zur Überhitzung des Dampfes in der
Dampfleitung 2 dienen. Von da aus strömen sie in eine Konvertierungsanlage 33, in der der Wasserdampf nach
folgender Gleichung umgesetzt wird:
14CO2 + 15,3H2 - 0,49 kcal molC H1Λ
Das aus der Konvertierungsanlage 33 austretende Gasgemisch gelangt durch eine Leitung 34 ebenfalls zur
Gasaufbereitungsanlage 11. Hier wird unter anderem der in diesem Gasgemisch enthaltene Wasserstoff von
dem mitgeführten CO2 und H2S getrennt so daß er über
die Leitung 10 dem ersten Reaktionsrohr 8 wieder zugeführt werden kann. Der in die Leitung 10
eingeschaltete Wärmetauscher 9 ist mit seiner Wicklung mit der Wicklung des Kühlers 19 verbunden. Hierdurch
wirr1 die Abwärme des aus dem dritten Zyklon 17
austretenden Gases zur Aufheizung des Wasserstoffes verwendet. In gleicher Weise ist die Wicklung des
Wärmetauschers 32 mit der Wicklung des Wärmetauschers 7 verbunden, so daß die aus dem zweiten Zyklon
20 austretenden Gase zur Vorwärmung des ölgemisches dienen, das aus dem Destillationsbehälter 1
abgezogen wird.
Die gasförmigen Produkte, die aus dem zweiten Zyklon 20 und dem dritten Zyklon 17 austreten, dienen
also dazu, die notwendige Erhitzungswärme für den Wasserstoff und Wasserdampf des ersten und zweiten
Reaktionsrohres bereitzustellen, und dazu, den für das erste Reaktionsrohr 8 benötigten Wasserstoff zu
erzeugen. Um zu verhindern, daß während des Betriebes der Anlage die Temperaturen kontinuierlich
ansteigen, wird je ein Teil der aus dem zweiten bzw. dritten Zyklon austretenden Gase an den Kühlern bzw.
Wärmetauschern vorbeigeleitet. Diese Schaltung zur Regelung des Temperaturniveaus ist allerdings in der
Zeichnung nicht mit aufgenommen. Die gesättigten Kohlenwasserstoffe, die das eigentliche Nulzprodukt
aus den Reaktionen im ersten, zweiten und dritten Reaktionsrohr darstellen, werden dem ersten Zyklon 12
entnommen und gelangen über eine Gasleitung 35 in eine Gaswasch- und Aufbereitungsanlage 36, 37. Hier
werden die in dem Gas enthaltenen kondensierbaren leichten Kohlenwasserstoffe auskondensiert und gelangen
über eine Öllleitung 38 oberhalb des Rohöleinlasses wieder in den Destillationsbehälter 1. In die Ölleitung 38
ist zur Anpassung der Temperatur des Öles ein dampfbeheizter Wärmetauscher 39 eingeschaltet. Die
nichtkondensierbarcn Bestandteile treten über die Leitung 40 aus der Gaswasch- und Aufbereitungsanlage
36,37 aus und gelangen zur Gasaufbereitungsanlage 11.
Hier werden die darin enthaltenen gasförmigen Bestandteile nach Arten getrennt und gelangen in die
jeweiligen Reaktionsrohre, d. h. der abgetrennte Wasserstoff in das erste Reaktionsrohr 8 und die
abgetrennten Kohlenstoffbestandteile in das zweite Reaktionsrohr 14. Hierzu ist die Gasaufbercitungsanlage
11 über eine Leitung 41 mit der Leitung 15 verbunden.
Bei Verwendung eines Leichtwasserreaktors zur Erzeugung des Heizdampfes und des Reaktionsdampfes
ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine nahezu hundertprozentige Aufarbeitung der eingesetzten
Rohölkomponenten zu leichten Kohlenwasserstoffen bei einer gleichzeitig wesentlich verringerten
Umweltbelastung durch Ausschluß von Verbrennungsvorgängen in der Raffinerie.
Rohöl aus Wyoming, das ein spezifisches Gewicht von 0.815. einen Einweichungspunkt von etwa 12° C und
eine Viskosität (Saybolt Universal) von 42 see bei 22°C
und 36 see bei 35°C hat, wird einer atmosphärischen Destillationseinrichtung in einer Menge von 397 kg/sec
bei 2500C zugeführt In den Destillationsbehälter 1 wird
außerdem 413 kg/sec gesättigter Dampf mit einer Temperatur von 280° C eingespeist Dieser Dampf wird
in einem Druckwasserreaktor erzeugt und gelangt über die Dampfleitung 2 in die Heizwicklung 3.
In dem Destillationsbehälter 1 wird 47% des Rohöls verdampft Das Rohöl ist in einem Wärmetauscher 5
vorgeheizt worden mit Hilfe einer Dampfmenge von 27 kg/sec.
Eine Restölmenge von etwa 210 kg/sec verläßt den Destillationsbehälter 1 über eine Leitung 6.
Sie strömt dabei durch den Wärmetauscher 7 in ein erstes Reaktionsrohr 8 und von da aus in den ersten
Zyklon IZ
Wasserstoff mit einer Temperatur von 8000C und
einem Druck von 50 bar wird in einer Menge von 44 NmVsec in das erste Reaktionsrohr 8 über die
Leitung 10 und den Wärmelauscher 9 eingeblasen. Unter diesen Bedingungen reagiert der Wasserstoff mit
den Ölresten, so daß Leichtkomponenten entstehen. Diese werden aus dem Zyklon 12 durch die Gasleitung
35 abgezogen und in der Gaswasch- und Aufbereitungsanlage 36, 37 gereinigt. Von hier aus strömt das
abgeschiedene öl durch eine Ölleitung 38 und einen
ίο Wärmetauscher 39 als Hydrieröl zurück ii d:n
Destillationsbehälter 1. Die hierbei zurückgef ihrte Menge beträgt 182 kg/sec. Die Temperatur in dem
ersten Zyklon 12 beträgt 400 bis 600° C, Die verbleibenden schweren Komponenten werden aus
is dem ersten Zyklon 12 durch einen Extruder 13 einem
zweiten Reaktionsrohr 14 bei einer Temperatur von 400 bis 6000C in einer Menge von 42 kg/sec zugeführt. In
das zweite Reaktionsrohr 14 wird ebenfalls eine Mischung von 290 kg/sec Wasserdampf, 26 kg/sec CC
und CO2 und 20 kg/sec brennbare Gase zugeführt be
einer Temperatur von 8000C Der von einem Druckwasserreaktor
erzeugte Sattdampf strömt dabei durch die Dampfleitung 2 zu. Er wird im Wärmetauscher If
überhitzt mit Hilfe des den zweiten Zyklon 2( verlassenden Gases, das durch die Gasleitung 31
abströmt. Heiße Gase verlassen den dritten Zyklon Ii
bei einer Temperatur von 10000C durch die Gasleitung
18 und gelangen über den Kühler 19 zur Dampfleitung 2. Die so entstehende Mischung strömt durch die
jo Dampfleitung 2 zu einem Mischer, wo die brennbarer
Gase aus der Gasaufbereitungsanlage 11 hinzugemischl werden. Das den zweiten Zyklon 20 verlassende
Produktgas besteht aus einer Mischung von H2, CO, CO;
und H2O. Es wird in den Wärmetauschern 16 und 32
r, abgekühlt und der Konvertierungsanlage 33 zugeführt
Die Menge ist so abgestimmt daß genügend Wasser stoff für den Wasserstoffeinlaß in das erste Reaktionsrohr
8 in einer Menge von 44 NmVsec erzeugt wird. Dit im zweiten Zyklon 20 verbleibenden schweren Anteile
werden dem dritten Reaktionsrohr 22 über einer Extruder 21 in einer Menge von 26 kg/sec zugeführt
Außerdem gelangt in den dritten Zyklon eine Sauer stoff menge von 18 NmVsec. In dem dritten Zyklon Ii
werden Asche und anorganische Reste von den Gaser
4-, getrennt und durch einen Extruder 27 in einer Meng« von 20 kg/sec abgeführt Schlamm, der in der Wasser
aufbereitungsanlage 30 anfällt, wird über eine Ab Schlammleitung 29 in den Extruder 27 eingespeist wo ei
verbrennt und sich mit der Asche vermischt. Der Drud
beträgt in allen Reaktionsrohren 50 bar. Als Produkte erhält man dabei:
27 kg/sec Topgas 132 kg/sec Benzin 59 kg/sec Kerosin
99 kg/sec Dieselöl 59 kg/sec Gasöl
Bei einem angenommenen Wirkungsgrad von 80°/i können mit dieser Anlage 10 Millionen Tonnen Rohö
pro Jahr verarbeitet werden. Zur Erzeugung de
Prozeßdampfes und der notwendigen elektrischer Energie dient ein Druckwasserreaktor mit eänei
Leistung von 3765 MW thermische Ausgangsleistung.
Bezugszeichenliste
1 Destillationsbehälter
2 Dampfleitung
3 Heizwicklung
7 | Leitung | 26 45 132 | 8 | I | |
Wärmetauscher | 23 Luftzerlegungsanlage | m Hierzu 1 Blatt Zeichnungen j£ |
|||
4 | Falleitung | 24 Ventilator | |||
5 | Wärmetauscher | 25 Ausgangsleitung | |||
6 | erstes Reaktionsrohr | 26 Ausgangsleitung | |||
7 | Wärmetauscher | >-, 27 Extruder | |||
8 | Leitung | 28 Förderband | |||
9 | Gasaufbereitungsanlage | 29 Abschlammleitung | |||
10 | erster Zyklon | 30 Wasseraufbereitungsanlage | |||
11 | Extruder | 31 Gasleitung | |||
12 | zweites Reaktionsrohr | ίο 32 Wärmetauscher | |||
13 | Leitung | 33 Konvertierungsanlage | |||
14 | Wärmetauscher | 34 Leitung | |||
15 | dritter Zyklon | 35 Gasleitung | |||
16 | Gasleitung | 36,37 Gaswasch- und Aufbereitungsanlage | |||
17 | Kühler | H 38 Ölleitung | |||
18 | zweiter Zyklon | 39 Wärmetauscher | |||
19 | Extruder | 40 Leitung | |||
20 | drittes Reaktionsrohr | 41 · .Leitung | |||
21 | |||||
22 | |||||
Claims (3)
1. Verfahren zur hydrierenden Aufarbeitung von Rückständen aus der atmosphärischen Destillation
von Rohöl durch Behandlung der Rückstände bei Oberdruck und höheren Temperaturen mit Wasserstoff,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sumpftemperatur bei der atmosphärischen Destillation
so niedrig gehalten wird, daß mehr als 50% des Rohöles als Rückstände anfallen, daß diese Rückstände
in einem ersten Reaktionsrohr mit einem Strom von Wasserstoff mit einer Temperatur über
700° C eingedüst werden, daß das Gemisch in einen ersten Zyklon eingeführt wird, daß die im ersten
Zyklon anfallenden, nicht verdampfenden Feststoffe in ein zweites Reaktionsrohr mit einem auf über
7500C erhitzten Gemisch aus strömendem Wasserdampf,
aus gesättigten Kohlenwasserstoffen mit ein und zwei C-Atomen und den gasförmigen Bestandteilen
des dritten Zyklons eingeführt werden, daß die einen zweiten Zyklon verlassenden gasförmigen
Bestandteile zur Überhitzung des in das zweite Reaktionsrohr eingeführten Wasserdampfes und des
im ersten Reaktionsrohr eingeführten Sumpfproduktes dienen, und daß die den ersten Zyklon
verlassenden kondensierbaren Bestandteile in einer Gaswasch- und Aufbereitungsanlage niedergeschlagen
und dem Destillationsbehälter zur atmosphärischen Destillation! mit Siedetemperatur wieder
zugeführt werden, und daß die den zweiten Zyklon verlassenden festen Bestandteile in ein drittes, dem
dritten Zyklon vorgeschaltetes Reaktionsrohr mit strömendem Sauerstoff eingeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den dritten Zyklon verlassenden
Verbrennungsgase zur Endaufwärmung des dem ersten Reaktionsrohr zugeführten Wasserstoffes
dienen und anschließend dem Gemisch für das zweite Reaktionsrohr zugesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Gas, das den zweiten Zyklon
verläßt, Wasserstoff abgetrennt und mindestens ein Teil dieses Wasserstoffes zum ersten Reaktionsrohr
geleitet wird.
Priority Applications (7)
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