DE3236504C2

DE3236504C2 -

Info

Publication number: DE3236504C2
Application number: DE3236504A
Authority: DE
Inventors: Gerd Prof. 8542 Roth De Brunner; Rainer Dipl.-Ing. 8500 Nuernberg De Hoffmann; Konrad Dipl.-Ing. 8551 Roettenbach De Kuenstle
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1987-08-27
Also published as: AU577030B2; DE3236504A1; BR8305297A; US4505808A; AU1966983A; CA1214743A

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen und ist bei der hydrierenden Schwelung von ölhaltigem Gestein oder Sand zur Optimierung der Gasversorgung des Schwelprozesses anzuwenden.

In Ölsanden und Ölschiefer sind erhebliche Rohölreser ven gespeichert. Die Gewinnung von Öl aus diesen Reserven ist unter anderem mit hohen Kosten für die Trennung des Öles vom Sand oder Schiefer verbunden. Man ist da her bemüht, die hierfür erforderlichen technischen Pro zesse hinsichtlich Verfahrensablauf, Stoffeinsatz und Energieverbrauch günstiger zu gestalten.

Bei einem bekannten Verfahren zur Gewinnung von Öl aus Ölsand oder Ölschiefer wird dieser in einem Reaktor einer hydrierenden Schwelung unterzogen. Dabei wirken auf das mechanisch aufbereitete Ausgangsmaterial Kohlen monoxyd und Wasserstoff ein, die durch partielle Oxidation gasförmiger Nebenprodukte des Trennprozesses erzeugt werden. Zur Verbesserung der Rohölausbeute kann dem Reaktor zusätzlich Wasser oder Wasserdampf zugeführt werden. - Um bei diesem Verfahren im Zuge der Konden sation des abgezogenen, gasförmigen Schwelgemisches Feststoffanteile auszuscheiden, ist es erforderlich, gleichzeitig mit der Abkühlung des Schwelgemisches dessen Druck zu vermindern. Das dabei im Kreislauf ge führte Schwelgas muß anschließend wieder verdichtet werden (US-PS 36 17 472).

Ausgehend von einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung der im Zuge der Kon densation des gasförmigen Schwelgemisches abgeschie denen Feststoffe den Energieaufwand für die Aufbereitung des für die hydrierende Schwelung benötigten Wasser stoffes zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vor gesehen, daß das Schwelgemisch in einer ersten Abschei destufe auf eine Temperatur von etwa 350°C abgekühlt wird, wobei die abgeschiedene flüssige Phase einem Fest stoffabscheider zugeführt und mit einem im Kreislauf geführten Gas aus Kohlendioxyd und einer C₆/C₇-Kohlen wasserstofffraktion kontaktiert wird, daß das Schwel gemisch weiterhin in einer zweiten Abscheidestufe mit Wasser gewaschen und auf etwa 250°C abgekühlt wird, wobei verbleibender Wasserstoff wenigstens teilweise wieder dem Reaktor zugeführt wird, und daß aus den im Anschluß an die erste Abscheidestufe gewonnenen Fest stoffen durch Einwirkung von Kohlendioxyd, das in heißen Brenngasen einer Feuerung enthalten ist, Kohlenmonoxyd gewonnen wird, welches gemeinsam mit dem Kohlendioxyd der Brenngase dem Reaktor zugeführt wird.

Bei einem derart ausgebildeten Verfahren werden die in dem gasförmigen Schwelgemisch enthaltenen Feststoffe ohne Druckverlust abgeschieden und zur Erzeugung von Wasserstoff eingesetzt, wie er für den Schwelprozeß notwendig ist; weiterhin wird der in dem Schwelgemisch enthaltene Wasserstoff ohne Druckverlust ausgefiltert und der weiteren Verarbeitung zugeführt oder in den Reaktor rückgeführt.

Zur weiteren Optimierung des neuen Verfahrens empfiehlt es sich, in Weiterbildung der Erfindung folgende Maß nahmen einzeln oder gemeinsam anzuwenden:

- Die Abkühlung des Schwelgemisches in der ersten Ab scheidestufe erfolgt durch den Gegenstrom der Frisch wasser- und Wasserstoff-Zufuhr zum Reaktor. Dadurch wird der Wärmeinhalt der Schwelgase energiesparend ausgenutzt.
- Das im Anschluß an die erste Abscheidestufe im Kreis lauf geführte Gas durchströmt einen auf etwa 250°C abgekühlten Abscheider zur Trennung des Gases von den schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen. Hierdurch erfolgt die endgültige Trennung der Feststoffteile vom Rohöl.
- Die Waschflüssigkeit der zweiten Abscheidestufe wird in einem Absetzbecken in eine wasserreiche und eine organische Phase getrennt. Hierdurch erfolgt die endgültige Trennung des im Prozeß anfallenden Wassers vom Rohöl.
- Aus der durch Einwirkung der heißen Brenngase auf die Feststoffteile resultierenden Gasmischung werden Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd ausgewaschen und durch laufen anschließend nach einer Verdichtung im Gegen strom zu der Gasmischung einen oder mehrere Wärme tauscher. Dadurch werden die Brenngase einer zusätz lichen Feuerung ausgenutzt, um das für den Schwel prozeß erforderliche Kohlenmonoxyd zu erzeugen und auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen. Zweck mäßig werden die hierfür verwendeten heißen Brenn gase dem Abgas eines benachbarten Kraftwerkes ent nommen, dessen Generator von einer Gasturbine oder einer Dampfturbine getrieben wird.

Die Figur zeigt ein Diagramm, anhand dessen der Ablauf des neuen Verfahrens näher erläutert wird.

Einem Reaktor R werden mechanisch aufbereiteter Ölschiefer OS sowie ein gasförmiges Reaktionsgemisch RG aus im wesentlichen Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und Wasserdampf zugeführt. Bei Temperaturen von etwa 450 bis 520°C und unter einem Druck von 50 bar entsteht ein gasförmiges Schwelgemisch, das oben vom Reaktor R abgezogen wird und im wesentlichen aus einem Schwelgas SG, gasförmigen Reaktionsprodukten SP und feinen, mitgerissenen Fest stoffteilen F in Form von mineralischem Gut des Ölschiefers OS besteht. Die Auftrennung dieses Schwelgemisches in seine verschiedenen Bestandteile erfolgt unter Schwel druck durch stufenweises Senken der Temperatur in der Weise, daß die Produkte eine gewünschte Siedelage auf weisen.

Nach Durchströmen eines Wärmetauschers WT 1 wird das Schwelgemisch in einer ersten Abscheidestufe AS durch einen Gegenstrom von Frischwasser W und Schwelgas SG auf eine Temperatur von etwa 350°C gesenkt. Dadurch werden zunächst die schwerstflüchtigen Reaktionspro dukte der Schwelung mit Siedetemperaturen oberhalb 250°C bei Normaldruck bzw. mit kritischen Temperaturen oberhalb 450°C abgeschieden. Die dabei entstehende flüssige Phase FC enthält weitgehend die feinen minera lischen Bestandteile des Schwelgemisches. Diese flüssige Phase wird zur Feststoffabscheidung in den Absetzapparat AB geführt, in dem sie mit einem im Kreislauf geführten Gas KG in Kontakt gebracht wird. Dieses Gas besteht im wesentlichen aus Kohlendioxyd und einer C₆/C₇-Kohlen wasserstofffraktion. Bei der entstehenden fluiden Mischung setzen sich die feinen Feststoffteilchen durch die Ver minderung der Viskosität und durch Agglomeration so schnell ab, daß am Kopf des Absetzapparates kontinuier lich ein feststofffreier Strom abgezogen werden kann, der aus dem im Kreislauf geführten Gas und in ihm ge lösten schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen besteht. Aus dem Sumpf des Absetzapparates AB kann ebenfalls kontinuierlich ein feststoffhaltiger Strom abgezogen werden, der aus mineralischen Bestandteilen, dem Rest kohlenstoff des dem Ölschiefer entnommenen Kerogens und dem während der Schwelung entstandenen Koks besteht.

Der feststofffreie Strom aus im Kreislauf geführtem Gas und in ihm gelösten schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen wird auf etwa 250°C abgekühlt und einem Abscheider AK 2 zugeführt, in dem sich die gesamten schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffe als flüssiges Produkt SP 2 abziehen lassen. Das so regenerierte Gas KG wird in dem Absetz apparat AB zurückgeführt.

Das hinter der ersten Abscheidestufe AS verbleibende gasförmige Schwelgemisch wird anschließend dem Sumpf einer Wasserwäsche WW zugeführt, in dem das Schwelgemisch bei einer Temperatur, die 20 bis 30°C unterhalb der Sättigungstemperatur des Wassers liegt, und bei einem dem Schweldruck entsprechenden Druck im Gegenstrom mit Wasser gewaschen wird. Dadurch werden aus dem Schwelge misch neben den Kohlenwasserstoffen auch wasserlösliche Verunreinigungen wie Schwefel- und Stickstoffverbin dungen entfernt. Die Waschflüssigkeit wird anschließend im Abscheider AK 1 in eine wasserreiche Phase WP und eine organische Phase SP 1 getrennt. Die wasserreiche Phase wird durch Entspannung regeneriert und anschließend wieder als Waschflüssigkeit verwendet. Die organische Phase wird ebenfalls entspannt und der flüssige Anteil als Produktfraktion der weiteren Aufbereitung zugeführt.

Das in der Wasserwäsche WW gewaschene Gas wird in ein Produktgas PG und in ein Schwelgas SG aufgeteilt, bei dem es sich im wesentlichen um Wasserstoff handelt und das dem Reaktor R gemeinsam mit Frischwasser W zu geführt wird.

Der aus dem Absetzapparat AB gewonnene Feststoffstrom F wird weiterhin zur Gewinnung von Kohlenmonoxyd verwendet. Hierzu werden der Feststoffstrom und die heißen Brenn gase BG einer Feuerungsanlage ganz oder teilweise dem Reaktor CM zugeführt, der vorzugsweise als Wirbelschicht reaktor ausgebildet ist und in dem das Kohlendioxyd der heißen Brenngase BG bei Temperaturen von etwa 600 bis 700°C mit dem Kohlenstoff des Feststoffstromes F reagiert. Dabei entsteht nach der bekannten Boudouard- Reaktion Kohlenmonoxyd, beispielsweise bei einer Tempe ratur von 650°C etwa 38%. Bei diesem Prozeß zur Gewinnung von Kohlenmonoxyd aus dem Restkohlenstoff des Kerogens und dem während der Schwelung entstandenen Koks wirkt der hohe mineralische Anteil im Feststoffstrom kataly tisch auf die Gleichgewichtseinstellung. In ungünstigen Fällen kann durch Zugabe preiswerter Einwegkatalysa toren die Einstellung des Gleichgewichtes erreicht werden.

Den Reaktor CM verläßt außer dem verbrauchten Feststoff strom VF ein Gasgemisch GM, das aus Kohlenmonoxyd, Kohlen dioxyd und Stickstoff besteht, das in den Wärmetauschern WT 2 und WT 3 abgekühlt und anschließend einer Gaswäsche CW zugeführt wird, in der Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd ausgewaschen werden. Das Gasgemisch GG aus Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd wird anschließend mit Hilfe eines Ver dichters auf den Druck der hydrierenden Schwelung ver dichtet und zusätzlich im Wärmetauscher WT 3 erwärmt.

Gemeinsam mit dem Schwelgas SG und Wasserdampf wird es anschließend über den Wärmetauscher WT 2 in den Re aktor R eingespeist.

Die Schwelung des Ölschiefers im Reaktor R erfolgt bei Temperaturen von 400 bis 500°C und Drücken bis zu 150 bar unter Einwirkung des aus Wasserstoff, Wasser dampf, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd bestehenden Gas gemisches RG. Dabei entsteht aus dem zugeführten Wasser dampf und dem Kohlenmonoxyd Wasserstoff und Kohlendioxyd entsprechend dem Wassergasgleichgewicht und der Beziehung

CO + H₂O ⇄ CO₂ + H₂.

Während bei hohen Temperaturen das Gleichgewicht nach links verschoben ist, liegt es bei tieferen Temperaturen der Schwelung auf der rechten Seite. Damit wird der zur hydrierenden Schwelung nötige Wasserstoff im Schwel reaktor R selbst erzeugt. Überschüssiger Wasserstoff kann nach dem Abscheideprozeß als Hydrierwasserstoff PG für das Upgrading und Refining der Produkte verwendet oder ohne weitere Aufarbeitung als Rohwasserstoff ent nommen werden.

Die dem Reaktor CM zugeführten Brenngase BG werden ent weder einer speziellen Feuerung entnommen oder aber den Abgasen eines Kraftwerkes, das auch die für das Verfahren notwendige elektrische Energie zur Verfügung stellt und bei dem es sich um ein Gasturbinenkraftwerk mit der Gasturbine GT oder um ein konventionelles Dampf turbinenkraftwerk handelt.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung flüssiger Kohlenwasserstoffe aus ölhaltigem Gestein oder Sand,
bei dem das ölhaltige Gestein oder der ölhaltige Sand bei Temperaturen um 450 bis 520°C und einem Druck von etwa 50 bar durch Einwirkung von Kohlenmonoxyd, Wasser stoff und Wasserdampf in einem Reaktor einer hydrierenden Schwelung unterzogen wird
und bei dem aus dem entstehenden gasförmigen Schwel gemisch die Kohlenwasserstoffe abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schwelgemisch in einer ersten Abscheidestufe (AF) auf eine Temperatur von etwa 350°C abgekühlt wird, wobei die abgeschiedene flüssige Phase (FC) einem Feststoff abscheider (AB) zugeführt und mit einem im Kreislauf geführten Gas (KG) aus Kohlendioxyd und einer C₆/C₇-Kohlen wasserstofffraktion kontaktiert wird,
daß das Schwelgemisch in einer zweiten Abscheidestufe (WW, AK 1) mit Wasser gewaschen und auf etwa 250°C abgekühlt wird, wobei verbleibender Wasserstoff (SG) wenigstens teilweise wieder dem Reaktor (R) zugeführt wird, und daß aus den im Anschluß an die erste Abscheide stufe gewonnenen Feststoffen (F) durch Einwirkung von Kohlendioxyd, das in heißen Brenngasen (BG) einer Feuerung enthalten ist, Kohlenmonoxyd gewonnen wird, welches gemeinsam (GG) mit dem Kohlendioxyd der Brenngase dem Reaktor (R) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abkühlung in der ersen Ab scheidestufe (AF) durch den Gegenstrom der Frischwas ser- und Wasserstoff-Zufuhr (W, SG) zum Reaktor (R) durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Anschluß an die erste Abscheidestufe (AF, AB) im Kreislauf geführte Gas (KG) zur Trennung des Gases von den schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen (SP 2) durch einen auf 250°C abgekühlten Abscheider (AK 2) geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Wasch flüssigkeit der zweiten Abscheidestufe (WW, AK 1) in einem Absetzbecken (AK 1) in eine wasserreiche (WP) und eine organische (SP 1) Phase getrennt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß aus der durch Einwirkung der heißen Brenngase (BG) resultie renden Gasmischung (GM) Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd ausgewaschen (CW) werden und anschließend nach einer Verdichtung im Gegentrom zu der Gasmischung durch einen oder mehrere Wärmetauscher (WT 2, WT 3) geführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die heißen Brenngase (BG) dem Abgas eines benachbarten Kraftwerkes (GT) entnommen werden.