DE2851815A1 - Verfahren zur unterdruckfraktionierung einer eine schwere erdoelfraktion oder einen bei atmosphaerendruck gebildeten rueckstand enthaltenden komponente sowie eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur unterdruckfraktionierung einer eine schwere erdoelfraktion oder einen bei atmosphaerendruck gebildeten rueckstand enthaltenden komponente sowie eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Beschreibung
Vorliegende Erfindung" betrifft ein Verfahren zur Unterdruckfraktionierung
einer Komponente, die eine schwere Erdö!fraktion
oder einen bei Atmosphärendruck gebildeten Rückstand enthält,
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herste Llung von
Brennstoff- oder Schmierölfraktionen geeignet, insbesondere aber bei der Herstellung von Gasöl mit Hilfe eines Vakuumröhrendestillationsofens
vorteilhaft einzusetzen.
Mit einem Vakuumröhrendestillationsofen (nachfolgend VRS abgekürzt)
für Brennstoffe wird Gasöl aus Destillationsrückständen,
die man z.B. aus einem unter Atmosphärendruck arbeitenden Röhrendestillationsofen
erhält, hergestellt. Das heiße Des ti LIationsrückstandsprodukt aus der unter Atmosphärendruck arbeitenden
Röhrendestillationsanlage wird zunächst in einem weiteren Röhrendestillationsofen von einer Anfangs temperatür von
annähernd 370 C auf eine Austritts temperatur von ungefähr
430 C erhitzt und dann in den VRS eingeleitet, der an der Eintrittsstelle
beispielsweise einen Druck von 70 bis 110 minllg
aufweist. Im VRS werden die leichten Kohlenwasserstoffe sowie
eine schwerere Kohlenwasserstofffraktion verdampft (angetrieben)
, während das am schwersten flüchtige Material als Destillationsrückstand
nach unten fällt. Die genannte schwerere
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Fraktion ist ein Turmdestillatschnitt eines Brennstoffs, allgemein
als Vakuumgasöl bezeichnet, das als solches vorteilhaft eingesetzt werden kann, vor allem aber geeignet ist als Quelle
für leichtere Kohlenwasserstoffe. Daher dient das Gasöl vorteilhaft
als Beschickungsmaterial· für eine Aniage zum thermischen oder katalytischen Cracken.
Es ist bekannt, Dampf, der im Röhrendestillationsofen vorerhitzt
wird, in den unteren Teil des VRS als Abtriebmittel zum Abtreiben des im VRS befindlichen Desti^ationsruckstandes zu injizieren,
wodurch leichte Kohlenwasserstoffe und Gasö!kohlenwasserstoffe
wirkungsvoller entfernt werden, so daß der Flammpunkt des Destillationsrückstandes einen genügend hohen und gleichbleibenden
Wert hat und der Rückstand, gegebenenfalls nach weiterer Behandlung, als Petroleumasphalt abgegeben werden
kann.
Es ist vielfach sehr erwünscht, die aus einer vorgegebenen Rückstandsbeschickung
im VRS erzeugte Menge an Vakuumgasöl· zu steigern. Dies macht erforderiich, daß eine größere Menge der schwereren
Fraktion abgedampft wird, und führt natüriich neben mehr
Vakuumgasöl· zu einem Destiilationsrückstand mit einem höheren
Flammpunkt. In der Praxis ist jedoch die Fähigkeit eines vorge- gebenen konventione^en VRS, einen tieferen Desti^ationsschnitt
zu erzeugen, stark begrenzt durch ein oder mehrere der foigenden Faktoren:
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(a) durch die Temperatur des Beschickungsmaterials vom Röhrendestillationsofen
zum VRS, weil zur Temperaturerhöhung der Einsatz von überschüssigem Brennstoff erforderlich ist, was
wiederum zum Cracken des unter Atmosphärendruck erhaltenen Rückstandes und zum Verkoken der Rohrschlangen des Röhrendestillationsofens
führen kann;
(b) durch den Grad der Druckverminderung, der im VRS wirtschaftlich
möglich ist;
(c) durch die größtmögliche Kapazität der VRS-überkopfkondensation
("overhead condensing") und des Behandlungssystems mit angesäuertem Wasser, durch die die zur Verfügung stehende Menge
des Abtriebdampfes begrenzt wird.
Von den oben genannten Faktoren ist der letztgenannte am leichtesten
zu variieren. Durch Installieren von Systemen zur im wesentlichen zusätzlichen Kondensation und Wasserbehandlung
könnte mehr Dampf zum Abtreiben eingesetzt werden.
Dies ist jedoch ein sehr kostspieliges Mittel und stellt in
der Praxis keine realistische Lösung des Problems dar.
In Wirklichkeit stellen die erforderlichen Dampfmengen bei der normalen VRS-Arbeitsweise bereits einen sehr wesentlichen Teil
der VRS-Betriebskosten dar, da nicht nur Dampf zum Abtreiben erforderlich ist, sondern ebenso zur Erzeugung des unteratmosphärischen
Druckes in dem VRS.
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Ein weiteres wichtiges Problem besteht darin, wie man einen VRS wirksamer betreiben kann, insbesondere ohne daß dabei der
Dampfverbrauch ansteigt.
Aufgabe der vor]legenden Erfindung ist dementsprechend die
Schaffung eines verbesserten Fraktionierverfahrens mit Hilfe eines Vakuumröhrendestillationsofens.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur
Unterdruckfraktionierung einer eine schwere Erdölfraktion oder einen bei Atmosphärendruck gebildeten Rückstand enthaltenden
Komponente gelöst. Das Verfahren besteht aus den folgenden Veriahrensschritten: Erhitzen und Einführen der Komponente in
einen unteren Bereich eines Röhrendestillationsofens, während in diesem Destillationsofen ein unteratmosphärischer Druck
und ein Druckgefälle zwischen dem unteren und dem oberen Bereich aufrecht erhalten wird,
Fraktionieren der Komponente zu mindestens einer gewünschten Kohlenwasserstofffraktion, wobei ein Destillationsrückstand
verbleibt,
Entfernen der erhaltenen Kohlenwasserstofffraktion bzw. Kohlenwasserstoff
fraktionen aus dem Röhrendestillationsofen an ein oder mehreren Stellen zwischen dem unteren und dem oberen
Bereich,
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Abtreiben des Destillationsrückstandes aus Kohlenwasserstoffen
mit einem niedrigeren Siedepunkt aus einer Abtriebszone ("Stripp-Zone") im unteren Bereich des Röhrendestillationsofens
und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Abtreiben mittels eines gasförmigen Abtriebmittels erfolgt, von dem wenigstens
ein Teil aus der im Umlauf befindlichen gasförmigen Mischung aus dem oberen Bereich des Röhrendestillationsofens erhalten
und in bzw. unter den Destillationsrückstand eingeführt wLrd.
Besonders bevorzugt enthält das gasförmige Abtriebmittel Dampf,
wobei unter dem Ausdruck "Dampf" insbesondere Wasserdampf zu verstehen ist. Obwohl die im Umlauf geführte gasförmige Mischung
vor allem aus Dampf, beispielsweise aus 90 bis 95 Mol%
Dampf, besteht, weist sie einen beträchtlichen Gehalt an leichten Kohlenwasserstoffen auf, die von Natur aus eine sehr unterschiedliche
Zusammensetzung und einen verschiedenen Flammpunkt des Destillationsrückstandes, zu dem die Mischung zurückgeführt
wird, haben. Es war gänzlich unerwartet und überraschend, daß eine solche gasförmige Mischung im Umlauf zurückgeführt werden
kann, ohne daß die leichten Kohlenwasserstoffe (a) eine Explosion
verursachen und (b) ohne daß die Qualität des VRS-Rückstandes,
insbesondere dessen Flammpunkt, nachteilig beeinflußt wird.
Der Anteil der gesamten gasförmigen Mischung im oberen Bereich
des Röhrendestillationsofens (das "über Kopf laufende" Gas),
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der im Umlauf zurückgeführt werden kann, hängt in der Regel von verschiedenen Faktoren ab, z.B. ob das Verfahren in einem
Brennstoff oder Schmieröl erzeugenden VRS durchgeführt wird. So können beispielsweise bei einem Brennstoff-VRS 30 bis 50 %
des gesamten über Kopf laufenden Gases zurückgeführt werden. In allen Fällen wird bevorzugt, daß der Rest in ein konventionelles,
mit dem VRS verbundenes System zur Kondensation, Trennung und Behandlung mit angesäuertem Wasser überführt wird.
Die im Umlauf geführte gasförmige Mischung wird mit Hilfe geeigneter
Mittel aus dem oberen Bereich des VRS abgenommen und in die Abtriebszone des VRS befördert. Hierfür können eine
oder mehrere Vakuumpumpen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden jedoch ein oder mehrere Dampfstrahldüsen eingesetzt. Aufgrund
des Druckabfalls von etwa 70 mmllg zwischen der Abtriebszone und dem oberen Bereich des VRS (z.B. in einem Schmieröl
erzeugenden VRS) kann ein Dampfstrahlejektor das im Umlauf zurückgeführte
Gas mit einem Mengenverhältnis von Sauggas zu aus dem Ejektor austretendem Dampf von 1:1 befördern. Für geringere
Druckgefälle (z.B. in einem Gasöl erzeugenden VRS), beispielsweise bis zu 40 oder 50 mmHg, liegt das Verhältnis
bei 60:40 oder höher. Aufgrund dessen kann der reine frische Abtriebsdampf, der für das Abtreiben des Destillationsrückstandes
im VRS benötigt wird, um eine Menge von bis zu 50 % oder mehr vermindert werden gegenüber den Mengen, die bei der
bekannten konventionellen VRS-Arbeitstechnik erforderlich
sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
erfolgt das wiederholte Umlaufen der gasförmigen Mischung zur Abtriebszone vollständig innerhalb des Röhrendestillationsofens.
Dies hat den Vorteil, daß man Anlagen mit hohe Temperaturen und niedrige Drucke führenden Leitungen in
einer unter Atmosphärendruck stehenden Umgebung vermeidet.
Die gasförmige Mischung wird vorzugsweise mit Hilfe von Dampf durch Kompressionsmittel, vorzugsweise durch ein oder mehrere
Ejektoren, im Umlauf zurückgeführt, wobei der Druck der Mischung
wenigstens auf den in der Abtriebszone des VRS herrschenden
Druck erhöht wird.
Die Abtriebszone besteht in der Regel aus verschiedenen Fraktionierkolonnenböden
oder äquivalenten Konstruktionselementen. Vorzugsweise wird die gasförmige Mischung in den Destillationsrückstand
in der Abtriebszone an einer Stelle zurückgeführt, die zwischen dem ersten (untersten) und dem zweiten Kolonnenboden
in der Zone liegt. Falls erforderlich, ist es möglich, kleine Mengen an frischem Dampf dem unteren Kolonnenboden (oder
einem äquivalenten Bauteil) der Abtriebszone zuzufügen, um auf diese Weise jede gewünschte Feineinstellung des Flammpunktes
des abgetriebenen Produktes zu erreichen.
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Die Beschickung, die fraktioniert werden soll, kann eine schwere
Fraktion, auch ein getopptes Rohöl, sein; normalerweise handelt
es sich aber um ein oder mehrere Rückstände oder deren Mischungen aus der Fraktionierung von Rohöl unter Atmosphärendruck,
wobei dor Rückstand bzw. die Rückstände behandelt, z.B.
extrahiert- sein können, bevor sie zum Erhitzen in den Röhrendestillationsofen
geleitet werden. Die Beschickung kann aus paraffinischen, naphthenischen oder gemischten Rohölen stammen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von
Beispielen und unter Hinweis auf die Figuren näher beschrieben, ohne darauf begrenzt zu sein. Es zeigen:
Figur 1 in schematisierter Form eine erfindungsgemäße Ausführungsform
mit äußerer Rückführung und
Figur 2 eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausiührungsform mit interner Rückführung.
In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Zahlen bezeichnet.
In Figur 1 ist ein Brennstoff erzeugender (Vakuumgasöl erzeugender)
Vakuumröhrendestillationsofen (VRS) mit 10 bezeichnet. Er besitzt eine konventionelle Abtriebzone 11, einen Einlaß 12 für
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die Beschickung (z.B. ein heißes Rückstandsöl aus atmosphärischer
Destillation) und eine Abdampfzone 13. Er besitzt eine
ebenfalls konventionelle Gasölableitung 14. Ableitungsrohre für ein oder mehrere leichtere Kohlenwasserstofffraktionen
können vorgesehen werden, wobei eine solche Leitung in Figur 1 durch die gestrichelte Linie 114 wiedergegeben ist. Iiine Waschzone
ist mit 15 und eine Umpumpzone bei 16 angegeben. Die Umpumpzone ist in bekannter Weise ausgeführt und umfaßt einen
Wärmeaustauscher 116, der die ausnutzbare Wärme, beispielsweise zum Vorerhitzen von Dampf, zurückgewinnt.
Eine konventionelle, über Kopf laufende Abzugsleitung 17 führt zu dem Wärmeaustauscher 18 und dem Kondensator 2 3. Am Kondensator
23 sind Auslässe 24 und 25 vorgesehen für angesäuertes Wasser bzw. leichte Kohlenwasserstoffe.
Der unteratmosphärische Druck in dem VRS wird mit flilfe von
ein oder mehreren Dampfstrahlejektoren oder Ejektorstufen aufrecht
erhalten, die in Figur 1 mit 26 bezeichnet und über Leitung 27 mit dem System verbunden sind.
Der VRS 10 ist mit einer Rückleitung 19 versehen, die entweder
direkt von dem VRS, wie in Figur 1 gezeigt, oder von der Leitung
17 außerhalb des VRS ausgeht, und die mit einem Dampfstrahlejektor
20 und über die Leitung 119 mit der Abtriebszone 11
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verbunden ist. Die Abtriebszone 11 wird durch vier Abtriebsplatten
111 veranschaulicht. Die Rückleitung 119 befindet sich zwischen der ersten (untersten) und der zweiten Abtriebsplatte.
Die Abtriebszone 11 ist außerdem mit einem Auslaß 2 1 für das abgetriebene Destillationsrückstandsprodukt und mit einem Einlaß
22 für zusätzlich erforderlichen Dampf versehen.
In einer typischen Betriebsweise für diese Ausführungsform
tritt das in einem Vakuumröhrendestillationsofen vorgeheizte
Beschickungsmaterial in einen unteren Bereich des VRS über Rohrleitung 12 bei etwa 430 C ein. Der Druck in dor Abdampfzone
13 beträgt etwa 70 bis 110 mn; Hg. Das Vakuumgasölprodukt
wird über die Leitung 14 bei etwa 370 C abgenommen. Es kann
über die Leitung 14 jedem gewünschten nachfolgenden Prozeß zugeführt werden, beispielsweise einem thermischen oder katalytischen
Crackprozess. Die leichten Kohlenwasserstoffe aus der
Verdampfungszone 13 steigen zusammen mit Dampf und Kohlenwasserstoffen
aus der Abtriebszone 11 in dem VRS auf und entweichen
bei einem Druck von etwa 40 bis 60 mm Hg und einer Temperatur von 65 bis 95 C. Das Druckgefälle zwischen Zone 11 und dem
Oberteil des VRS wird so eingestellt, daß es im Bereich von bis 70 mm Hg liegt.
Ein Teil der gasförmigen Mischung, die Wasserdampf und leichte Kohlenwasserstoffe enthält, wird im oberen Bereich des VRS
über die Leitung 17 zum Kondensator und dem der Kohlenwasser-
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Stoffentfernung und Behandlung des angesäuerten Wassers dienenden
System 18, 23 bis 25 zugeleitet. Der Rest der Gasmischung im oberen Dereich des VRS wird über die Rückleitung 19 durch
den Dampfstrahlejektor 20 und die Leitung 119 wieder der Abtriebszone
11 zugeführt. In der Abtriebszone 11 wirkt das Gas als Abtriebmittel auf das Destillationsrückstandsprodukt, das
aus der Abdampfzone 13 in die Zone 11 fällt. Das abgetriebene
Rückstandsprodukt wird zur weiteren Behandlung, z.B. zur Herstellung von Asphalt, oder als schweres Heizöl über die Leitung
21 abgezogen. Geringe Mengen an frischem Abtriebdampf können zur Korrektur des Flammpunktes des Destillationsrückstandsproduktes
erforderlich sein und über die Leitung 22 eingeführt werden.
Aus Figur 2 ist zu ersehen, daß die Rückführung der gasförmigen Mischung aus dem oberen Bereich des VRS 10 vollständig innerhalb
des VRS erfolgt. Die gasförmige Mischung wird in einen verlängerten Ejektor 28 über einen Filtereinsatz 30 eingeführt,
wobei die gasförmige Mischung durch frischen Dampf aus Leitung 29 vorwärtsgetrieben wird. Aus dem Ejektor 28 führt eine Rückführungsleitung
119 in die Abtriebszone 11. Die Platten in den Wasch- und Abtriebszonen sind durchbohrt, um die Rückführungsleitung durchzulassen. Wie im vorherigen Fall mündet die Rückführungsleitung
an einer Stelle zwischen der ersten (untersten) und zweiten Platte 111 in der Abtriebszone 11.
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Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist grundsätzlich die
gleiche wie diejenige der in Figur 1 beschriebenen Ausführungsform.
Es wird hier betont, daß es für die hier beschriebenen erfindungsgemäßen
Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung
zwei Hauptwege gibt, auf denen wesentliche Vorteile erreicht werden können.
1. Beim Vergleich der erfindungsgemäßen mit der bekannten
konventionellen VRS-Arbeitsweise ergibt sich folgendes:
(i) Beschickungsgeschwindigkeit zum VRS und (ii) Vakkumgasölprodukte und Rückstandsprodukte
bleiben etwa die gleichen hinsichtlich der Menge und Qualität, die erforderliche Menge an frischem
Dampf ist aber beim erfindungsgemäßen Verfahren drastisch vermindert.
2. Bei demselben Vergleich bei Aufrechterhaltung des Verbrauchs
an frischem Dampf auf dem gleichen Niveau kann wegen des wiederholten Umlaufs die Ausbeute an Vakuumgasöl
beim erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich (z.B. um 5 Flüssigkeitsvolumen-%) gesteigert werden. Eine Schnittpunktssteigerung
von 10 bis 15 C kann in dem VRS erreicht
werden.
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C. Menge aus dem - 50 % X kg/h 103 % X kg/h
VRS zurückgeführten Gases
Gesamtmenge A + X kg/h 106 % X kg/h 211 % X kg/h B + C an Abtriebgas
Aus Versuch geht hervor, daß insgesamt 6 % mehr Abtriebdampf
als in Versuch 1 eingesetzt wurden. Es waren jedoch, und das ist besonders wichtig^ nur 56 % der in Versuch 1 eingesetzten Menge
an frischem Dampf in Versuch 2 erforderlich. Dies stellt eine Einsparung von 44 % an frischem Dampf dar, wenn man in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung arbeitet.
In Versuch 3 wurden insgesamt 8 % mehr frischer Dampf eingesetzt als in Versuch 1. Dies ergab zusammen mit dem Rücklauf
eine Gesamtmenge an Abtriebgas von 211 % gegenüber der Menge
des Versuchs 1. Bei diesem Versuch wurde ein um 10 C tieferer
Schnittpunkt im Rückstand erhalten, was ein wesentliches Ansteigen
der Ausbeute an Vakuumgasöl zur Folge hatte. Es wurde keine Verschlechterung in der Produktqualität des Vakuumgasöls
beobachtet. Die Abzugstemperatur des Vakuumgasöls in Versuch lag um etwa 2 C höher als in Versuch 1, was eine kleine, aber
bedeutsame Steigerung ist.
Die in den Versuchen 2 und 3 angewandte erfindungsgemäße Verfahrensweise
stellt demnach einen wesentlichen technischen
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Fortschritt in der Arbeitsweise des VRS dar und kann wechselseitig
angewandt werden.
sy:bü:wo
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Claims (7)
- UEXKÜLL & StOLBEHG P A ft NTA N WALTEBESELERSTRA JSE 4
200O ΗΑΜβΙ'Ίβ 52DR. J.-D. FRHR. von UEXKÜLL DR. ULRICH GHAF STOLBERG DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKEExxon Research and (Prio: 30. November 19 77Engineering Company GB 49851/77 - 15367)Linden, N.J. / V.St.A. Hamburg, 27. November 19 78Verfahren zur unfeerdruckfraktionierung einer eine schwere Erdölfraktion oder einen bei Atmosphärendruck gebildeten Rückstand enthaltenden Komponente sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens■ PatentansprücheVerfahren zur Unterdruckfraktionierung einer eine schwere Erdölfraktion oder einen bei Atmosphärendruck gebildeten Rückstand enthaltenden Komponente mit den folgenden Verfahrensschritten:Erhitzen und Einführen der Komponente in einen unteren Bereich eines Röhrendestillationsofens, während in diesem Destillationsofen ein unteratmosphärischer Druck und ein Druckgefälle zwischen'dem unteren und dem oberen Bereich aufrecht erhalten wird,2/0885Fraktionieren der Komponente zu mindestens einer gewünschten Kohlenwasserstofffraktion, wobei ein Destillationsrückstand verbleibt,Entfernen der erhaltenen Kohlenwasserstofffraktion bzw. Kohlenwasserstofffraktionen aus dem Röhrendestillationsofen an ein oder mehreren Stellen zwischen dem unteren und dem oberen Bereich,Abtreiben des Destillationsrückstandes aus Kohlenwasserstoffen mit einem niedrigeren Siedepunkt aus einer Abtriebszone ("Stripp-Zone") im unteren Bereich des Röhrendes ti1-lationsofens,dadurch gekennzeichnet, daß das Abtreiben mittels eines gasförmigen Abtriebmittels erfolgt, von dem wenigstens ein Teil aus der im Umlauf befindlichen gasförmigen Mischung aus dem oberen Bereich des Röhrendestillationsofens erhalten und in bzw. unter den Destillationsrückstand eingeführt- wird. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Abtriebmittel Dampf enthält.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wiederholte Umlaufen der gasförmigen Mischung dadurch bewirkt wird, daß die Mischung über Druckeinrichtungen, die909822/0885_ ο —den Druck der Mischung mindestens auf den in der Abtriebszone herrschenden Druck erhöhen, vom Dampf mitgenommen wird.
- 4. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das wiederholte Umlaufen der gasförmigen Mischung vollständig innerhalb des Röhrendestillationsofens erfolgt.
- 5. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende gasförmige Mischung in den Destillationsrückstand oberhalb seines niedrigsten Pegels in der Abtriebszone eingeführt wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine kleinere Menge des frischen Abtriebmittels unterhalb des niedrigsten Pegels des Destillationsrückstandes in der Abtriebszone eingeführt wird.
- 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Kombination besteht auseinem Vakuumröhrendestillationsofen (10), Leitungsrohren (19, 119) innerhalb oder außerhalb der Vorrichtung (10), die ein gasförmiges Medium vom oberen zu909822/0885einem unteren Bereich (11) der Vorrichtung (10) befördern können,und Einrichtungen (20, 28, 29), die das gasförmige Medium während des Durchganges durch die Leitungsrohre (19, 119) komprimieren können.909822/0885
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