DE3240745A1

DE3240745A1 - Verfahren und anlage zur gewinnung von kohlenwasserstoffen aus oelhaltigem sand oder gestein

Info

Publication number: DE3240745A1
Application number: DE19823240745
Authority: DE
Inventors: Gerd Prof. 8542 Roth Brunner; Rainer Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Hoffmann; Konrad Dipl.-Ing. 8551 Röttenbach Künstle
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-11-04
Filing date: 1982-11-04
Publication date: 1984-05-10
Also published as: US4505809A; DE3240745C2; BR8306033A; AU556544B2; AU2094183A; CA1213549A

Description

KRAFTWERK UMION AG Unser Zeichen

4330 MÜHLHEIM/RÜHR VPA 82 P 6 0 7 0 DS

Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Kohlenwassersstoffen aus ölhaltigem Sand oder Gestein

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen und ist bei der hydrierenden Schwelung von ölhaltigem Gestein oder Sand zur Verbesserung des Ausnutzungsgrades der eingesetzten Energie anzuwenden.

In Olsanden und Ölschiefern sind erhebliche Rohölreserven gespeichert. Die Gewinnung von. Rohöl aus diesen Reserven ist unter anderem mit hohen Kosten für die Trennung des Öles vom Sand oder Schiefer verbunden. Man ist daher bemüht, die hierfür erforderlichen technischen Prozesse hinsichtlich Verfahrensablauf, Stoffeinsatz und Energieverbrauch gUnstiger zu gestalten.

Bei einem bekannten Verfahren zur Gewinnung von Rohöl aus Ölsand oder Ölschiefer wird dieser in einem Reaktor einer hydrierenden Schwelung unterzogen. Dabei wirken auf das Ausgangsmaterial bei erhöhter Temperatur und unter Druck Wasserstoff und Wasserdampf ein, die bei der Auftrennung des fluiden Schwelgemisches in gasförmige und flüssige Produkte wenigstens teilweise rückgewonnen werden. Für den gesamten Verfahrensablauf sind erhebliche Energiemengen erforderlich (US-PS 3 617 472) .

Ausgehend von einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde , den Verfahrensablauf und den Aufbau einer hierzu notwendigen Anlage so auszugestalten, daß die für den Schwelprozeß eingesetzte Energie wenigstens teilweise rückgewonnen und in den Verfahrensablauf wieder eingespeist wird.

Zm 3 Ro / 27.10.1982

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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zunächst dem heißen Ölschiefer nach der Schwelung in einem mehrstufigen Prozeß dadurch die Wärme entzogen wird, daß er jeweils mit Rohwasser abgespritzt wird, wobei Sattdampf in abnehmenden Druckstufen entsteht; für die Erfindung ist weiterhin wesentlich, daß der Sattdampf der Druckstufen unter Einbeziehung des aus der Produktauftrennung gewonnenen Wassers in die einzelnen Stufen eines mehrstufigen, von einer Gasturbine angetriebenen Kompressors eingespeist und anschließend dem Schwelreaktor zugeführt wird, wobei die Befeuerung der Gasturbine mit gasförmigen Schwelprodukten gespeist wird und die Abgase der Gasturbine einem dem mehrstufigen Kompressor nachgeschalteten Wärme- ' tauscher zugeführt werden.

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Bei einer solchen Ausgestaltung des Verfahrens wird die im Restschiefer enthaltene Wärmeenergie weitestgehend zurückgewonnen und in Form von Wasserdampf dem Schwelprozeß erneut zugeführt. Dabei wird gleichzeitig das Bnergiepotential der gasförmigen Schwelprodukte ausgenutzt, indem die durch Verbrennung erzeugte Wärmeenergie indirekt über die Abgase der Turbine zur abschließenden Erhitzung des Wasserdampfes sowie direkt zur Gewinnung der Kompressor leistung und von Elektroenergie eingesetzt wird. - Die gemäß der Erfindung vorgesehene mehrstufige Ausgestaltung des WärmerückgewinnungsprO'-zesses verläuft im einfachsten Fall zweistufig. Eine einstufige Ausgestaltung ist ebenfalls möglich, doch muß hierbei geringerer thermischer Wirkungsgrad in Kauf genommen werden.

Eine weitere Verbesserung der Energieausbeute ist in Weiterbildung der Erfindung dadurch zu erreichen, daß die Abgase der Gasturbine zwei weiteren Wärmetauschern zugeführt werden, die einer Dampfturbine vorgeschaltet sind, wobei deren Abdampf einem Kondensator zur Erwärmung des Rohwassers zugeführt wird und anschließend als Kühlmittel sowie zur Erwärmung des Speisewassers einen mehrstufigen Kühler durchströmt,

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der zur Auftrennung der gasförmigen und flüssigen Schwelprodukte dient. In diesem Fall werden also der Rest-Wärmeinhalt der Abgase und die bei der Produktauftrennung gewonnene Wärmeenergie zusätzlich zum Betrieb einer Dampfturbine eingesetzt und über den der Dampfturbine nachgeschalteten Kondensator auch zur Erzeugung des Wasserdampfes für den Schwelprozeß verwendet.

Bei der Ausgestaltung einer Anlage zur Durchführung des neuen Verfahrens kommt dem Aufbau des Dampferzeugers, der dem Schwelreaktor vorgeschaltet ist und der mit dem dem Schwelreaktor nachgeschalteten Abscheider zur Auftrennung des Schwelgemisches in einem Wirkungszusammenhang steht, besondere Bedeutung zu. In Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß der Dampferzeuger aus einem Kollektor, einem Dampf sammler und einem Kompressor besteht,- dabei ist der Kollektor mehrstufig turmartig ausgebildet und dem Schwelreaktor nachgeschaltet und dient zur Aufnahme des verbrauchten Ölschiefers und zum Abspritzen des Ölschiefers mit Rohwasser. Der Dampfsammler ist ebenfalls mehrstufig turmartig ausgebildet, er ist weiterhin dem Kollektor nachgeschaltet, wobei die einzelnen Druckstufen jeweils mit der entsprechenden Druckstufe des Kollektors verbunden sind. Die einzelnen Stufen des ebenfalls mehrstufig ausgebildeten Kompressors sind mit den entsprechenden Druckstufen des Dampfsammlers verbunden, wobei dem mehrstufigen Kompressor ein Wärmetauscher nachgeschaltet ist, dessen Wärmeabgabeseite im Abgaskanal einer den Kompressor treibenden Gasturbine liegt.

Bei der weiteren Ausgestaltung des DampfSammlers empfiehlt es sich, die einzelnen Druckstufen aufeinander folgend durch Drosseln zu verbinden , um aus dem sich in einer Druckstufe ansammelnden Wasser in der nächsten Druckstufe Wasserdampf zu gewinnen. Der letzten Druckstufe des DampfSammlers ist zweckmäßig ein Abschlämmbehälter nachgeschaltet. Das dort gewonnene Wasser kann beispielsweise zum Abspritzen des ver-

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brauchten Schiefers in der letzten Druckstufe des Kollektors verwendet werden .

Ein. Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des neuen Verfahrens ist in der Figur dargestellt.

Hauptbestandteile der dargestellten Anlage sind der Schwelreaktor R, dem von oben mechanisch und gegebenenfalls physikalisch aufbereiteter Ölschiefer Os zugeführt wird, der dem Schwelreaktor unten nachgeschaltete Dampferzeuger DE, der dem Dampferzeuger nachgeschaltete Dampfsammler DS, der dem Dampfsammler nachgeschaltete mehrstufige Kompressor mit den Kompressorstufen K....K und mit der den Kompressor antreibenden Gasturbine GT sowie die dem oberen Ausgang des Schwelreaktors R nachgeschaltete Kondensationsstufe KS zur Auftrennung des Schwelgemisches Sgm in flüssige und gasförmige Produkte sowie zur Abscheidung von Wasser. In die Kondensationsstufe KS ist der Speisewasserkreislauf einer Dampfturbine DT einbezogen .

Beim Betrieb der Anlage gelangt frischer Ölschiefer Ös über eine Aufbereitungseinrichtung Ab sowie durch ein nicht näher bezeichnetes Vorwärme- und Schleusensystem in den Reaktor R, bei dem es. sich um einen Wirbelschichtreaktor handelt. Das Fließbett des Reaktors R wird durch ein Gemisch aus

Wasserdampf und Wasserstoff bei einer Temperatur von etwa 450° C und einem Druck von etwa 50 bar unterhalten.

Im oberen Teil der Schwelzone des Reaktors R ist in bekann-.

terweise ein Zyklon angeordnet, mit dem die gasförmigen Schwelprodukte vom geschwelten Schiefer getrennt werden. Der geschwelte Schiefer gelangt durch die Schwerkraft und entsprechende Austragorgane in den unterhalb des Reaktors R liegenden Dampferzeuger DE. Dieser besteht aus mehreren turmartig übereinander angeordneten Dampferzeugungsstufen, die aufeinander folgend durch entsprechende Austragorgane

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für den geschwelten, heißen Schiefer miteinander verbunden sind. In dem Dampferzeuger nimmt der Druck von Stufe zu Stufe ab und liegt in der letzten Stufe bei etwa 1 bar.

Den einzelnen Dampferzeugungsstufen sind Pumpen 1, 2, 3, 4 zugeordnet, mit denen Rohwasser Rw in die jeweilige Dampferzeugungsstufe und damit auf den geschwelten Ölschiefer gespritzt wird. Hierbei entsteht Sattdampf mit von Stufe zu Stufe abnehmendem Druck. Im Anschluß an die letzte Druck.-stufe fällt der geschwelte Ölschiefer Rs auf ein Transportband, das den Schiefer zur Deponie befördert. Die Feuchtigkeit auf dem Schiefer erleichtert den Austrag und verhindert die Entstehung von Flugstaub auf dem Weg zur Deponie.

Der in den einzelnen Stufen des Dampferzeugers DE erzeugte Sattdampf gelangt über Rohre 9, 10, 11, 12 in entsprechende Druckstufen eines mehrstufigen, turmartigen DampfSammlers DS. Innerhalb jeder Druckstufe wird der Sattdampf aus der entsprechenden Stufe des Dampferzeugers DE über ein Wasser bad eingeführt, wobei der aufsteigende Dampf von Feststoffteilchen gesäubert wird. Der sich im oberen Bereich jeder Druckstufe sammelnde Wasserdampf wird über Rohre 13 - 17 einem mehrstufigen Kompressor zugeführt.

Einer Druckstufe des Dampfsammlers wird außerdem Wasser Wr zugeführt, welches in der Kondensationsstufe KS aus dem Schwelgasgemisch rückgewonnen wird. Dieses Wasser wird derjenigen Druckstufe des DampfSammlers DS zugeführt, deren Druck dem Druck der entsprechenden Kondensationsstufe entspricht.

Die einzelnen Wasserbecken des DampfSammlers DS sind aufeinanderfolgend über Drosseln 6, 7, 8 miteinander verbunden, über die ein schlammhaltiger Teil des Wassers einer Druckstufe in die Kammer der nächsttief erliegenden Druckstufe gelangt, um dort zum Teil als Dampf Wärme einzubringen. Aus

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der untersten Druckstufe wird ein schlammhaltigec Teil des Wassers mittels der Pumpe 5 zur erhöhten Eindickung des sich dort ansammelnden Wassers hochgepumpt. Der übrige Teil gelangt in den Abschlärambehälter SB, aus dem unten der Schlamm Sl abgezogen wird . Sich oben ansammelndes Wasser kann zum Abspritzen des Schiefers in der letzten Druckstufe des Dampferzeugers DE verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, wird der im Dampfsammler DS gesammelte Dampf den einzelnen Stufen K....K eines mehrstufigen Kompressors zugeführt, der von der Gasturbine GT angetrieben wird. Die Gasturbine treibt gleichzeitig einen Generator G. zur Erzeugung elektrischen Stromes. Der Brenner BR der Gasturbine wird mit Brenngasen Bg gespeist, bei denen es sich um die in der Kondensationsstufe KS gewonnenen gasförmigen Schwelprodukte handelt. Außerdem wird der Brenner mit Luft L gespeist.

Die Abgase Ag der Gasturbine werden zunächst einem Wärmetauscher WT₁ zugeführt, der dem mehrstufigen Kompressor K nachgeschaltet ist und den im Dampferzeuger DE und dem Dampfsammler DS erzeugten Prozeßdampf Pd auf die für den Betrieb der Wirbelschicht im Reaktor R erforderliche Temperatur bringt. Vor dem Wärmetauscher WT. wird Wasserstoff H mittels eines nicht näher dargestellten elektrisch angetriebenen Kreis laufkompressors in die Dampfzuleitung des Reaktors R eingespeist. Dieser Wasserstoff entstammt ebenfalls der Kondensationsstufe KS.

In der Kondensationsstufe KS erfolgt die Abkühlung des gasförmigen Schwelgemisches und damit die Gewinnung der flüssigen Produkte Pr mit Hilfe eines Kühlwasserkreislaufes, in den die Dampfturbine DT eingebunden ist. Das in der Kondensationsstufe erwärmte Kühlwasser wird nachfolgend durch die beiden Wärmetauscher WT^ und WT_? weiter aufgewärmt, wobei diese Wärmetauscher im Anschluß an den Wärme-

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tauscher WT₁ der Kompressionsstufe von dem Abgas Ag der Gasturbine GT durchströmt werden. Das Kühlwasser der Kondensationsstufe KS bildet somit gleichzeitig das Speisewasser Sw der Dampfturbine DT, wobei zwischen die beiden Wärmetauscher WT und WT der Verdampfer VD geschaltet ist. - Der Abdampf der Dampfturbine D gelangt in "den Kondensator KO, der gleichzeitig von Rohwasser Rw durchströmt wird, welches in dem Kondensator erwärmt wird und von dort dem Dampferzeuger DE zugeführt wird. Das Kondensat gelangt über die Pumpe P in die Kondensationsstufe KS, in dem die Produktkühler als Vorwärraestrecke für den Speisewasserkreislauf der Dampfturbine DT dienen.

In der Kondensationsstufe kondensiert das gasförmige Schwelgemisch Sgm stufenweise und wird dadurch vorfraktioniert. Aus den nach der Kondensation übrigen Gasen wird der Wasserstoff für die Schwelung in einer Wäsche gewonnen . Die Restgase dienen zur Feuerung der Gasturbine GT, Diese Feuerung wird gänzlich aus den Schwelgasen des Gesamtprozesses gedeckt, Durch geeignete Wahl der Schweltemperatur im Reaktor R ist es möglich, jeweils die erforderliche Gasmenge zu erzeugen, da mit steigender Schweltemperatur die Gasmenge bei der Schwelung zunimmt. Bei Bedarf an elektrischem Strom kann durch Anhebung der Schweltemperatur der Gasausstoß erhöht und somit die Nettostromleistung der Gasturbine GT gesteigert werden. - Gleichzeitig wird elektrischer Strom mit Hilfe des an die Dampfturbine DT angekoppelten Generators G_ erzeugt.

Mit der dargestellten Anlage können somit aus Ölschiefer gleichzeitig elektrischer Strom und flüssige Kohlenwasserstoffe in einem in weiten Grenzen einstellbaren Verhältnis erzeugt werden .

5 Ansprüche
1 Figur

AO
Leer seite

Claims

Patentansprüche

1.J Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus ölhaltigem Gestein oder Sand,

bei dem das ölhaltige Gestein oder der ölhaltige Sand bei höheren Temperaturen und unter Druck sowie durch Einwirkung von Hasserstoff und Wasserdampf einer hydrierenden Schwelung unterzogen wird
und bei dem das entstehende fluide Schwelgemisch in flüssige und gasförmige Produkte aufgetrennt wird und das abgeschiedene Wasser sowie abgeschiedener Wasserstoff wieder dem Schwelprozeß zugeführt werden
dadurch gekennzeichnet, daß dem heißen Ölschiefer nach der Schwelung in einem mehrstufigen Prozeß dadurch die Wärme entzogen wird, daß er jeweils mit Rohwasser (Rw) abgespritzt wird, wobei Sattdampf in abnehmenden Druckstufen entsteht, daß der Sattdampf der Druckstufen und das aus der Produktauftrennung gewonnene Wasser (Wr) in die einzelnen Stufen eines mehrstufigen, von einer Gasturbine (GT) angetriebenen Kompressors (K-...K ) eingespeist und anschließend dem Schwelreaktor (R) zugeführt wird,

wobei die Befeuerung der Gasturbine mit gasförmigen Schwelprodukten (Bg) gespeist wird und die Abgase (Ag) der Gasturbine einem dem mehrstufigen Kompressor nachgeschalteten Wärmetauscher (WT₁) zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Abgase (Ag) der Gasturbine zwei weiteren Wärmetauschern (WT„, WT ) zugeführt werden, die einer Dampfturbine (DT) vorgeschaltet sind, wobei deren Abdampf einem Kondensator (KO) zur Erwärmung des Rohwasoers zugeführt wird und anschließend als Kühlmittel sowie zur Speisewassererwärmung einen mehrstufigen Kühler (Kr....Kr ) zur Auftrennung der gasförmigen und flüssigen Schwelprodukte (Hp, Bg, Pr) durchströmt.

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3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Schwelreaktor einem Dampferzeuger vorgeschaltet und ein Abscheider zur Auftrennung des Schwelgemisches dem Schwelreaktor nachgeschaltet ist dadurchgekennzeichnet , daß der Dampferzeuger (DE) aus einem dem Schwelreaktor (R) nachgeschalteten, mehrstufigen, turmartigen Kollektor zur Aufnahme des verbrauchten Ölschiefers und zum Abspritzen des Ölschiefers mit Rohwasser (Rw

aus einem dem Kollektor nachgeschalteten, ebenfalls mehrstufigen, turmartigen Dampfsammler (DS), dessen einzelne Druckstufen jeweils mit der entsprechenden Druckstufe des Kollektors verbunden sind,
und aus einem mehrstufigen Kompressor (K₁...K) besteht, dessen einzelne Stufen mit dem entsprechenden Druckstufen des DampfSammlers verbunden sind,

wobei dem mehrstufigen Kompressor ein Wärmetauscher (WT.) nachgeschaltet ist, dessen Wärmeabgabeseite im Abgaskanal einer den Kompressor treibenden Gasturbine (GT) liegt.

k. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen Druckstufen des Dampf-Sammlers (DS) aufeinander folgend durch Drosseln (6, 7, 8) verbunden sind.

5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der letzten Druckstufe des Dampfsammlers (DS) ein Abschlämmbehälter (SB) nachgeschaltet ist.