DE2925548A1

DE2925548A1 - Verfahren zur behandlung von oelsand

Info

Publication number: DE2925548A1
Application number: DE19792925548
Authority: DE
Inventors: Chiwane Ishikawa; Shuichi Sugawara
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1978-06-27
Filing date: 1979-06-25
Publication date: 1980-01-03
Also published as: JPS555906A; JPS5916589B2; US4264431A; GB2024247A; FR2429824A1; FR2429824B1; DE2925548C2; GB2024247B; CA1118383A

Description

Die Erfindung betrifft das in den Patentansprüchen gekennzeichnete Verfahren.

Ölsand gewinnt zunehmendes Interesse als die Nachfolge-Energiequelle für rohes Erdöl. Er besteht aus Partikeln von Silikasand oder Quarzsand, die einen Durchmesser von 0,05 bis 2,0 mm haben und deren Oberfläche bedeckt ist mit einem Gemisch aus schweren Kohlenwasserstoffen, die Bitumen genannt werden und einen Siedepunkt von über 200 ⁰C und ein spezifisches Gewicht, das API 8 bis 16 entspricht, aufweisen. Ölsand mit einem Gehalt an Kohlenwasserstoffen von mehr als 10 Gew.-% des Eigengewichts wird für rentabel gehalten als natürliche Energieproduktgewinnung squelle.

Die wirtschaftlichen Nachteile vom ölsand liegen in der großen Energiemenge, die zur Abtrennung des Bitumens vom Silikasand erforderlich ist und der Schwierigkeit des Transports des abgetrennten Bitumens wegen dessen Schwere und Dickflüssigkeit. Insbesondere, wenn die Umgebungssituation des Gewinnungsorts von Ölsand in Betracht gezogen wird, werden die großen Schwierigkeiten für den Transport des Bitumens zum Zwecke der Rektifizierung ersichtlich. Die Ölsandlager liegen bekanntlich in Binnenlandbezirken, bei denen es sich um unentwickeltes Land handelt, wo Einrichtungen zur Energieerzeugung für die Entwicklung unzureichend sind. Zur Isolierung des ölsandbitumens sind Verfahren bekannt, bei denen der im Tagebau abgetragene ölsand mit heißem Wasser extrahiert wird oder bei denen das Bitumen nach der Fluidisier ung des Ölsands mit Hilfe von Pumpen isoliert wird durch direkte Energiezufuhr zu den ölsandlagerstätten, wobei eine Berechnung ergibt, daß eine Energiemenge, die etwa 20 % des ölsandbitumens entspricht, berechnet als Brennstoff, erforderlich ist zur Isolierung des ölsandbitumens. Das isolierte ölsandbitumen selbst ist, so wie es anfällt, hochviskos und dessen hohe Viskosität macht seinen Transport sehr schwierig.

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Nach bekannten Verfahren wird das isolierte Bitumen zunächst einer Destillation unterworfen, worauf der Destillationsrückstand einem sog. Kokungsprozeß unterworfen wird zur Umwandlung in destillierbare Produkte wie Naphtha, Kerosin, Gasöl und dgl. sowie Koks oder Coke. Die beiden folgenden Typen von Kokungsprozessen sind typische Verfahren des Standes der Technik:

(1) Verzögerte Kokung. Diese wird in zwei Stufen bewirkt: das Bitumen wird rasch erhitzt in einem Beschickungsofen und verbleibt dann eine Zeit lang in Kokungstrommeln, wo die großen Bitumenmoleküle in kleinere" gekrackt werden unter Bildung von destillierbaren Produkten, nämlich Naphtha, Kerosin und Gasöl.

(2) Fluidisierkokung. Der Kokungsreaktor enthält feine Kokspartikel, die sich in rascher Bewegung in einem Gas befinden ("fluidisierter" Koks) bei etwa 500 ⁰C, und Bitumen und Dampf werden eingespeist. Das Bitumen verdampft und krackt beim Kontakt mit dem Koks und die gebildeten Produkte werden einer weiter Verarbeitung zugeführt (vgl.

T. Williams, Science Affairs, 1976, Band 9, Nr. 3, Seiten 15 bis 18).

Diese bekannten Verfahren sind jedoch nicht nur sehr kompliziert in der Durchführung, sondern die Effizienz des gebildeten Kokses als Quelle für thermische Energie ist praktisch auch nicht hoch genug.

Erfindungsgemäß wird demgegenüber ein wirtschaftliches Verfahren zur ölsandbehandlung geschaffen, das eine hohe Energiemenge in wirksamer Weise liefert und schwere Bitumenmaterialien in für den Transport geeignete öle umwandelt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Destillationsrückstand, der durch Destillation des von Haus aus schweren und

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noch weiter polymerisieren ölsandbitumens erhalten wird, überraschender Weise sehr wirksam thermisch gekrackt durch Einführung eines inerten Heizmediums direkt in den in flüssigem Zustand befindlichen Destillationsrückstand und Umwandlung desselben in ein synthetisches Rohöl von hoher Qualität und ein Pech mit hoher Verwertbarkeit als Quelle für thermische Energie.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Ölsandbitumen, das aus dessen Lagerstätten gewonnen ist,, einer Destillation bei gewöhnlichem Druck oder unter vermindertem Druck unterworfen zur Abtrennung einer ölfraktion» Om die nächste Verfahrensstufe der thermischen Behandlung wirtschaftlich durchführen zu können, ist es besser, den bei der Destillation unter vermindertem Druck anfallenden Rückstand als Äusgangsmaterial einzusetzen, da auf diese Weise aufgrund der quantitativ geringeren Menge eine Verminderung der Größe des Reaktionsgefäßes zur Behandlung des Pechs möglich ist. Es erweist sich daher als vorteilhaft, als erste Behandlungsstufe das Ölsandbitumen unter vermindertem Druck zu destillieren.

Danach wird der auf diese Weise erhaltene Rückstand in ein Reaktionsgefäß eingebracht, das bei einer Temperatur von 350 bis 450 ⁰C gehalten wird^und ein nicht-oxidierendes Gas mit einer Temperatur von 400 bis 700 ⁰C, vorzugsweise überhitzter Dampf mit einer Temperatur, die höher ist als diejenige des in dem Reaktionsgefäß befindlichen Öls, wird in das Öl eingeblassen, um dieses 20 bis 90 min lang umzusetzen. Der Rückstand wird auf diese Weise thermisch gekrackt und liefert ein öl als Destillat und ein Pech als Rückstand im Reaktionsgefäß. Liegt die Reaktionstemperatur unter 350 ⁰C, so ist die Krackung des eingespeisten Rückstand unvollständig, und überschreitet die Reaktionstemperatur 450 ⁰C, so erfolgt die Kokung so rasch, daß Probleme bezüglidi Verstopfung des Reaktionsgefäßes auftreten. Die Durchführung dieser Reaktion bei Temperatur von unter

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350 "C und über 450 ⁰C wird daher nicht bevorzugt. Die. Dauer der Reaktion kann natürlich variieren und hängt von der Temperatur des Heizmediums und des eingespeisten Rückstands ab, sie beträgt jedoch vorzugsweise 30 bis 60 min. Nach Beendigung der Reaktion wird das Pech in flüssigem Zustand aus dem Reaktionsgefäß abgezogen, während das Reaktionsgefäß noch weiter erhitzt wird, und es wird sodann noch immer in flüssigem Zustand aus einer Brennstoffeinspritzdüse der Verbrennungsvorrichtung in die Brennkammer gesprüht und dort verbrannt, oder nach der Abkühlung äußerst fein pulverisiert und in einem Kohlestaubboiler verbrannt. Die thermische Energie, die durch jede dieser Verbrennungsvorrichtungen erhalten wird, entspricht 15 bis 20 % des Brennwerts des rohen Ölsandbitumens.

Ferner wird die durch Verbrennen des Pechs erhaltene thermische Energie als Dampf oder elektrische Energie wiedergewonnen und unmittelbar zur Isolierung des ölsandbitumens aus dem ölsand verwendet.

Als vorteilhaft erweist sich ferner, daß die durch die Destillation des ölsandbitumens bei normalem Druck oder unter vermindertem Druck erhaltene ölfraktion bei Kombination mit dem öl, das während der Reaktion der thermischen Behandlung abdestilliert, einen API-Wert von 18 bis 22 ergibt bei einem Gießpunkt von 4 bis 8 ⁰C (der um 17 bis 21 ⁰C niedriger ist als derjenige des Rohmaterials), so daß kein Problem bezüglich des Transports des Gemisches der öle besteht.

Erfindungsgemäß werden 60 bis 85 Volum-% des ölsandbitumens in eine ölfraktion (synthetisches Rohöl) umgewandelt und etwa 20 Gew.-% des ölsandbitumens werden in das als Rohmaterial für thermische Energie verwendbare Pech umgewande3.t.

Die beigefügte Zeichnung veranschaulicht die Erfindung und zeigt ein typisches Fließdiagramm der Produkte,des Schwefels und der Energie bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

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zur Behandlung von ölsand. Es ist ersichtlich, daß das hochbrennbare Pech im Stande ist,fast die gesamte, zur Durchführung der "in situ-Gewinnungsmethode" erforderliche Energie zu liefern.

Ferner kann die Reaktion der thermischen Behandlung des angegebenen Destillationsrückstand, welche das Hauptmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, chargenweise in einem einzigen Reaktionsgefäß durchgeführt werden, es erweist sich jedoch als vorteilhaft, mehr als zwei Reaktionsgefäße einzusetzen und das Verfahren kontinuierlich durchzuführen durch entsprechendes Umschalten je nach der zu behandelnden Menge. Ferner werden die Gasprodukte, welche in den verschiedenen Verfahrensstufen des gesamten Systems anfallen, als Brennstoff im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens oder als Rohmaterial für Energie zur Sammlung des ölsands verwendet, wobei unter bestimmten Umständen für diesen Zweck auch ein Teil des destillierten Öls verwendetet werden kann.

Das erfindungsgemäß erhaltene sythetische Rohöl enthält geringere Menge an Verunreinigungen als bekannte derartige Rohöle, da der größte Teil an Schwermetallen, Asphalten, schwefelhaltigen Materialien und Ascheprodukten, welche ursprünglich im ölsandbitumen enthalten waren, im Verlaufe des erfindungsgemäßen Verfahrens abgetrennt werden und in das Pech wandern, so daß sich das öl durch besonders vorteilhafte Eigenschaften auszeichnet, welche die Bezeichnung als synthetisches Rohöl rechtfertigen, und keinerlei Transportprobleme, z. B. beim Transport durch Rohrleitungen,aufwirft.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Beispiel 1

Ein ölsandbitumen. des in der unten angegebenen Tabelle aufgeführten Eigenschaften wurde unter vermindertem Druck destilliert

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unter Erzielung eines destillierten Öls, dessen Eigenschaften in der unten angegebenen Tabelle 2 aufgeführt sind,und eines Restöls, dessen Eigenschaften in der unten angegebenen Tabelle 3 aufgeführt sind.

Das Restöl, das durch Destillation unter vermindertem Druck erhalten wurde, wurde in ein Reaktionsgefäß, das mit einem Rührer, einer Heizvorrichtung und einer Kühlvorrichtung für das Destillat ausgestattet war, in einer Menge von 10 kg eingebracht und es wurde reagieren gelassen während einer vorbestimmten Zeitspanne durch Einblasen eines überhitzten Dampfes aus einem kreisrunden Rohr aus rostfreiem Stahl von 8 mm innerem Durchmesser, das mit 10 Düsen von 1 mm Durchmesser versehen war und in das in dem Reaktionsgefäß befindliche öl eintauchte, wobei die im oberen Teil der unten angegebenen Tabelle 4 aufgeführten Reaktionsbedingungen eingehalten wurden.

Die Produktausbeute bei Durchführung der Versuchsansätze 1 bis 3 sind im unteren Teil der Tabelle 4 aufgeführt und die Eigenschaften des destillierten Öls und des zurückbleibenden Pechs sind in den Tabellen 5 bzw. 6 aufgeführt.

Wie sich aus Tabelle 4 ergibt, wird Pech in einer Menge, die 30,8 bis 35,0 Gew.-% des eingespeisten ölsandbitumens entspricht, innerhalb kurzer Zeit von nur 20 bis 60 min abgetrennt.

Jeder der drei Typen von Pech, die unter den angegebenen Verfahrensbedingungen erhalten wurden, war extrem homogen und enthielt keine unregelmäßige geformten Kokspartikel, sondern nur kugelförmige Feststoffpartikel, deren Durchmesser unter einem Mikroskop zu 10 bis 50 Mikron bestimmt wurden, wobei die Partikel der in Chinolin-unlöslichen Fraktion entsprechen. Der Nettobrennwert des Pechs betrug mehr als 8 000 Kcal/kg.

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Das Pech Nr. 1 wurde in einem auf eine Temperatur von 350 ⁰C erhitzten Zustand in eine Brennkammer eines Boilers aus einer Einspritzdüse vom Tangentialtyp eingesprüht bei einem Injektionsdruck von 20 kg/cm^a (20 bar), um verbrannt zu werden. Nach Beendigung des Verbrennungsrests war die Bildung von Koks oder die Ansammlung von Kokspartikeln im Brenner nicht festzustellen, was anzeigt, daß das Pech stabil in flüssigem Zustand verbrannt wurde. Die thermische Energie, die durch die Verbrennung des Pechs gewonnen und aus dem Nettobrennwert des ölsandbitumens (vgl. Tabelle 1) bzw. des Pechs (vgl. Tabelle 6) und aus der Ausbeute des Pechs aus dem ölsandbitumen (22,7 Gew.-% im Falle von Pech Nr. 1) berechnet wurde, entsprach 20,7 % des Brennwerts des ölsandbitumens.

TABELLE 1

Eigenschaften und Zustand des Ölsandbitumens

Spezifische Dichte (15/4⁰C) Kohlerückstand (Gew.-%) Schwefel (Gew.-%) Asche (Gew.-%)

1,0104

14,9 (ASTM D189-65) 4,59 0,78

Elementaranalyse (bei konstantem Gewicht, korrigiert durch Aschegehalt)

C H N S O H/C

Rest

83,2 10,5 0,42 4,63 1,33 1,51

Schwermetalle

Ni (ppm) V (ppm)

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Viskosität

SUS bei 100 ⁰F (37,8 ⁰C) bei 210 ⁰F (98,9 ⁰C)

35 100 513

Gießpunkt (⁰C)

Asphalten (Gew.-%) Nettobrennwert (Kcal/kg)

9 720 (einschl. Asche) 9 800 (korrigeriert durch Aschegehalt)

TABELLE

Eigenschaften des unter vermindertem Druck gewonnenen Destillats

Spezifische Dichte (15/4 ⁰C)	0	,929
API°	20	/7
Destillation-Charakteristika
Anfangs s iedepunkt	140	⁰C
30 Volum-%	320	⁰C
60 Volum-%	380	⁰C
90 Volum-%	443	⁰C
Schefel (Gew.-%)	2	/6
Stickstoff (Gew.-%)	0	/17

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TABELLE 3

Eigenschaften des zurückbleibenden Öls nach Destillation unter vermindertem Druck

Spezifische Dichte (15/4 ⁰C) 1,056

Kohlerückstand (Gew.-%) 22,5

Asche (Gew.-%) 1,29

Elementaranalyse

C (%) 83,2

H (%) 10,5

N (%) 0,42

S (%) " 4,63

0 (%) Rest 1,33

H/C 1,51

(Ausbeute bez. auf ölsandbitumen: 64,2 Gew.-%)

TABELLE 4

Verfahrensbedingungen und Produktausbeute

Versuch Nr.

Verfahrensbedingungen: 12 3

Temperatur des Rohöls (⁰C) 390 430 450

Temperatur des Dampfes (⁰C) 600 400 400

Menge an Dampf* (kg/h) 0,6 1,2 1,0

Dauer der Operation (min) 60 40 20

Produktausbeute:

Gas (Gew.-%) 3,0 6,2 6,7

abdestilliert, öl (Gew.-%) 62,0 63,0 65,2

abgeschied. Pech (Gew.-%) 35,0 30,8 28,1

abgeschied. Pech* (s. unten) 22,7 17,1 15,5

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Fußnoten: Dampf*:

Dampf, der in das nach der Destillation zurückgebliebene RestöT eingeblasen wurde.

abgeschied. PechJ: Ausbeute bezogen auf ölsandbitu-

men.

TABELLE 5

Eigenschaften des destillierten Öls-

	TABELLE 6	leichte	mittelschwere
	Fraktion	Fraktion
Spezifische Dichte (15/4⁰C)	0,792	0,973
API°	47	14
Destillationscharakteristika
Anfangssiedepunkt	85	250
20 Vol.-%	122	379
40 Vol.-%	158	440
60 Vol.-%	191	476
80 Vol.-%	222	510
Schwefel (Gew.-%)	2,6	4,3
Stickstoff (Gew.-%)	0,01	0,29
Gießpunkt (⁰C)	unter 0 ⁰C	7

Eigenschaften und Zustand des Pechs

Erweichungspunkt (⁰C)
flüchtige Anteile (Gew.-%)* Chinolin-unlöslich (Gew.-%)

1	2	3
140	180	207
50	43	40
2	8	12

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82,0	82,2	8	82,4
7,5	5,6		5,2
1,3	1,4	10	1,5
5,8	6,6	6,7
3,4	3,9	4,3
8 930	8 425	329
155	158	170
130	1 800	000

Elementaranalyse

Asche (Gew.-%)
Nettobrennwert (kcal(kg)
Hartgruppen-Index**
Viskosität (cst bei 350 ⁰C)

Fußnoten: *: JIS (Japanese Industrial Standard) - M 8812 **: JIS - M 8801 - 8 (entsprechend ASTM D-409-51)

Beispiel 2

Das in Tabelle 6 mit Nr. 2 bezeichnete Pech wurde wie in Beispiel 1 beschrieben in eine Brennkammer eines,Boilers mit einer Einspritzdüse vom Tangentialtyp eingesprüht bei einer Temperatur von 400 ⁰C am Einlaß des Brenners unter Zusatz von Dampf einer Temperatur von 300 ⁰C und bei einem Druck von 25 kg/cm² (25 bar) (Verhältnis von Dampf : Pech = 1:10) um verbrannt zu werden. Die gewonnene thermische Energie, die wie in Beispiel 1 berechnet wurde,betrug 17 % derjenigen des ölsandbitumens.

Beispiel 3

Nach der Abkühlung des in Tabelle 6 mit Nr. 2 bezeichneten Pechs unter 50 ⁰C wurde dieses in einer Vertikaldruckmühle äußerst fein pulverisiert in Partikel, deren Größe kleiner als 0,07 mm war, und in eine Brennkammer eines Boilers durch eine Rotationsbrenndüse eingespeist und nach dem Mischen mit Luft verbrannt. Wegen seines hohen Hartgruppen-Index war die Pulverxsierbarkeit des Pechs hoch und in der Mühle war kein Aufschmelzen und Anhaften feststellbar. Die Brennbarkeit des Pechs, insbesondere

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die Entzündbarkeit in der Brennkammer, war derjenigen von fein zerteilter Staubkohle stark überlegen und es zeigte sich, daß der hohe Gehalt an flüchtigen Anteilen im Pech für die günstigen Verbrennungseigenschaften verantwortlich war.

Beispiel 4

Das in Tabelle 6 mit Nr. 3 bezeichnete Pech wurde in der in Beispiel 3 beschriebenen Weise in Form äußerst feinteiliger Partikel verbrannt. Die Pulverisierbarkeit des Pechs Nr. 3 war noch besser als diejenige des Pechs Nr. 2, was zu einer Verminderung der zur Pulverisierung erforderlichen Zeit von etwa 30 min führte. Es wurden fast die gleichen Brenneigenschaften für dieses Pech erhalten wie für das in Beispiel 3 beschriebene Pech. Die wie in Beispiel 1 berechnete gewonnene thermische Energie betrug 15,5 % des Brennwerts des ölsandbitumens.

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Claims

MUL₁LER-BORE · TyEUFSI, · SCHOIi · 1133RTEL

PAT E N TAN WALT K

DR. WOUFGANG MÜLLER-BORS {PATENTANWALT VON 1927-197S) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, D1PL.-PHYS.

κ 1346 ? 5, Juni !979

Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Tokyo, Japan

Verfahren zur Behandlung von ölsand

Patentansprüche

Verfahren zur Behandlung von Ölsand, bei dem Bitumen von dem ölsand isoliert, das erhaltene Bitumen destilliert und der bei der Destillation des Bitumens erhaltene Rückstand thermisch gekrackt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man - den Rückstand thermisch krackt durch direktes Einblasen eines inerten, eine Temperatur von 400 bis 700 ⁰C aufweisenden Heizmedium in den in flüssigem Zustand befindlichen Rückstand während 20 bis 90 min, wobei der Rückstand während des Einblasens auf einer Temperatur im Bereich von 350 bis 450 ⁰C gehalten wird unter Erzielung eines rohen synthetischen Öls und eines hochbrennbaren Pechs, das praktisch frei von Kokspartikeln ist, und

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MÜNCHEN Se-SIBBIiHTSTH-A-POSTE¹AOH 8607SO-EABEI,: 1ΙΧΓΕΒΟΡΑΤ -TEI.. (089) 474005 · TEMX 5-24885

- das erhaltene Pech in die Verfahrensstufen der Isolierung und/oder Destillation als thermische Energiequelle für diese Verfahrensstufen einführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß man als inertes Heizmedium überhitzten Dampf verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das erhaltene Pech in äußterst fein zerstäubtem flüssigem Zustand oder nach äußerst feinteiliger Pulverisierung in einem Boiler verbrennt zur Erzeugung von Dampf für die insitu-Gewinnung des Bitumens aus dem ölsand.

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