DE69920489T2

DE69920489T2 - Integriertes lösungsmittelentasphaltierungs- und vergasungsverfahren

Info

Publication number: DE69920489T2
Application number: DE69920489T
Authority: DE
Inventors: Walter Rich BARKLEY; Anderson Kay JOHNSON; Lynn Janice KASBAUM; S. Pradeep THACKER; S. Paul WALLACE; Jacquelyn Gayle Niccum
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: AR019954A1; ATE277146T1; BR9913347A; CA2338980A1; CN1163572C; EP1114126A1; AU758226B2; CA2338980C; US6241874B1; ES2229752T3; AU5232499A; DE69920489D1; WO2000006670A1; CN1330696A; EP1114126B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Extraktion und Vergasung von Asphaltenen aus Öl, Schweröl oder Vakuum- oder Destillatrückstand. Mehr im Einzelnen betrifft die Erfindung die Einbeziehung des Vergasungsprozesses und des Entasphaltierungsprozesses zur Ausnutzung von was sonst als Abfallwärme bei dem Vergasungsprozess anfällt und auf die Umwandlung von niederwertigen Asphaltenen in hochwertiges Synthesegas.
Hintergrund der Erfindung
Viele Rohöle enthalten beträchtliche Mengen Asphaltene. Es ist zweckmäßig die Asphaltene aus dem Öl zu entfernen, weil Asphaltene zur Verfestigung und dazu neigen, anschließend Verarbeitungseinrichtungen unbrauchbar zu machen und weil die Entfernung von Asphaltenen die Viskosität des Öles herabsetzt. Zur Verarbeitung von Rückstandsrohöl wird eine Lösungsmittelextraktion von Asphaltenen benutzt, die entasphaltiertes Öl (DAO = Deasphalted Oil) erzeugt, das anschließend katalytisch gecrackt und vorzugsweise zu Dieselöl verarbeitet wird. Bei dem Entasphaltierungsverfahren wird typischerweise Schweröl mit einem Lösungsmittel in Berührung gebracht. Das Lösungsmittel ist typischweise ein Alkan von Propan bis Pentanen. Die Löslichkeit des Lösungsmittels in Schweröl nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Es wird eine Temperatur gewählt, bei der im Wesentlichen alle paraffinischen Kohlenwasserstoffe in Lösung gehen, aber bei der ein Teil der Harze und der Asphaltene ausfällt. Weil die Löslichkeit der Asphaltene in dieser Lösungsmittel-Ölmischung niedrig ist, fallen die Asphaltene aus und werden von dem Öl getrennt.
Sodann werden Hochdruckdampf oder ein beheizter Erhitzer typischerweise dazu verwendet, die entasphaltierte Öl-Lösungsmittelmischung auf eine ausreichend hohe Temperatur zu erwärmen. Dabei trennt sich der Ölanteil von dem Lösungsmittel, ohne dass das Lösungsmittel verdampft werden muss. Dadurch wird der Energieverbrauch um etwa 20% bis 30% gegenüber der Abscheidung und Rückgewinnung des Lösungsmittels zur Wiederverwendung verringert.
Die Wahl des Lösungsmittels hängt von der Qualität des Öls ab. Mit zunehmendem Molekulargewicht des Lösungsmittels nimmt die Menge des erforderlichen Lösungsmittels ab, aber es geht auch die Selektivität, bspw. für Harze und Aromate zurück. Propan erfordert mehr Lösungsmittel, extrahiert aber nicht so viel Aromate und Harze. Die Lösungsmittelrückgewinnungskosten sind bei Lösungsmitteln mit niedrigem Molekulargewicht im Allgemeinen größer.
Die Vorgangsweise und die Vorteile der Vergasung von Kohlenwasserstoffmaterial zu Synthesegas sind in der Industrie allgemein bekannt. Zu Kohlenwasserstoffmaterialien, die schon vergast wurden, gehören Feststoffe, Flüssigkeiten und deren Mischungen. Die Vergasung beinhaltet das Vermischen mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Mengen und unter Bedingungen, die ausreichen, um die teilweise Oxidation des jeweiligen Kohlenwasserstoffmaterials zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff zu erreichen. Der Vergasungsprozess ist sehr exotherm. Die Gastemperaturen in dem Vergasungsreaktor lie gen häufig oberhalb von 110° C (200° F). Das heiße Synthesegas wird oft mit Wasser abgeschreckt, wobei ein Teil der verbleibenden fühlbaren Wärme in dem Gas zur Erzeugung von Dampf verwendet wird. Es gibt eine Temperatur, bei der eine Dampferzeugung nicht mehr möglich ist. Die verbleibende Wärme in dem Gas wird dann typischerweise über Gebläsekühler in die Atmosphäre abgegeben.
Die GB 1 210 120 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung niedrig siedender Kohlenwasserstoffe aus Rückstandsölen unter Zuhilfenahme von hydrierendem Cracking. Asphaltene können von dem Rohmaterial vor dem Cracken durch Verwendung einer Lösungsmittelextraktion entfernt und dann zur Bildung von Synthesegas teilweise verbrannt werden.
Die US-A 4,938,862 beschreibt die Verwendung von Lösungsmittel, um einen Rückstand vom Cracking in Fraktionen aufzuteilen, zu denen eine mit einem hohen Asphaltengehalt und die andere mit einem niedrigen Asphaltengehalt gehören. Die Fraktion mit hohem Asphaltenanteil wird vergast und die Fraktion mit niedrigem Asphaltenanteil wird von dem Lösungsmittel durch Destillation abgeschieden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Vergasen von Asphaltenen in einer Vergasungszone geschaffen, das umfasst:

a) Mischen eines Lösungsmittels mit einem asphaltenhaltigen Kohlenwasserstoffmaterial in Mengen und unter Bedingungen, dass mindestens ein Teil der Asphaltene ausfällt und man ein entasphaltiertes Kohlenwasserstoffmaterial und gefällte Asphaltene erhält;
b) Abtrennen mindestens eines Teils des entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterials von den gefällten Asphaltenen,. Bereitstellen der entasphaltierten Kohlenwasserstofffraktion an einer Trennsäule und Abtrennen des Lösungsmittels vom entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial;
c) Bereitstellen mindestens eines Teils der gefällten Asphaltene an einer Vergasungszone;
d) Vergasen der Asphaltene unter Bildung von Synthesegas; und
e) Verwenden von fühlbarer Wärme aus dem Syntesegas zum Abtrennen des Lösungsmittels aus dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial des Schritts b).

Die geringwerte Wärme in dem Synthesegas kann entweder direkt oder über einen Zwischenschritt mit Niederdruckdampf mit Vorteil dazu verwendet werden, das Lösungsmittel aus den ausgefällten und abgeschiedenen Asphaltenen vor der Vergasung zu entfernen insbesondere wenn die Asphaltene wertvolles entasphaltiertes Wasserstoffmaterial, wie in einem Schlamm enthalten.
Beschreibung der Zeichnung
Die 1, 2 veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
So wie er hier verwendet wird, bedeutet der Ausdruck „Ausfällen" im Zusammenhang mit dem Ausfällen von Asphaltenen, dass das asphaltenreiche Material eine zweite Phase bildet, die ein Fluid oder eine fluidähnliche Phase sein kann oder vorzugsweise ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das ausgefällte asphaltenreiche Material zu der Vergasungseinrichtung gepumpt. Eine feste asphaltreiche Phase wird wegen der Handhabungsprobleme nicht bevorzugt.
So wie er hier verwendet wird, betrifft der Ausdruck Vergasungszone das Reaktorvolumen in dem insbesondere asphaltenreiches Wasserstoffausgangsmaterial mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas vermischt und teilweise verbrannt wird.
So wie sie hier verwendet werden, sind die Ausdrücke „entasphaltiertes Kohlenwasserstoffmaterial" entasphaltiertes Öl, DAO-Öl und „Paraffin-Öl" gegeneinander austauschbar benutzt, um auf das jeweilige Öl Bezug zu nehmen, das in dem jeweils ausgewählten entasphaltierenden Lösungsmittel unter den für den Entasphaltierungsvorgang gewählten Bedingungen löslich ist.
Die Erfindung bildet die Zusammenfassung eines Verfahrens zur Asphaltenextraktion mit einem Lösungsmittel und eines Vergasungsverfahrens durch teilweise Oxidation unter Verwendung der bei der Vergasung erzeugten Wärme zur Wiedergewinnung des bei der Asphaltenextraktion verwendeten Lösungsmittels. Durch Kombination der Vergasung mit der Lösungsmittelentasphaltierung können die häufig unvermarktbaren Asphaltennebenprodukte in wertvolles Synthesegas umgewandelt werden.
Das Verfahren ist auf ein asphaltenhaltiges Kohlenwasserstoffmaterial anwendbar. Dieses Material ist normalerweise ein Fluid, wie Öl oder Schweröl. Bei der Destillation von Rohöl, wie sie in großem Maßstab in den Raffinerien zur Herstellung von leichten Kohlenwasserstoffdestillaten angewandt wird, fällt häufig ein Rückstandsöl an. Das Verfahren ist auch auf dieses Rückstandsöl anwendbar. Das asphaltenhaltige Kohlenwasserstoffmaterial kann sogar, insbesondere bei Raumbedingungen als Feststoff auftreten. Das asphaltenhaltige Kohlenwasserstoffmaterial sollte zumindest teilweise mit dem Lösungsmittel bei Extraktionstemperaturen mischbar sein.
Die Extraktion von Asphaltenen aus einem asphaltenhaltigen Kohlenwasserstoffmaterial mit einem niedrig siedenden Lösungsmittel ist bekannt. Vergleiche z.B. US-Patentschrift Nr. 4,391,701 und US-Patentschrift Nr. 3,617,481. Der Entasphaltierungsschritt beinhaltete das Einwirkenlassen des Lösungsmittels auf das asphaltenhaltige Kohlenwasserstoffmaterial in einem Asphaltenextraktor. Von Vorteil ist es dabei, die Temperatur und den Druck so zu halten, dass das asphaltenhaltige Kohlenwasserstoffmaterial und das niedrig siedende Lösungsmittel flüssig oder nahezu flüssig sind. Gewisse Zusätze, einschließlich leichterer Öle, aromatischer Waschöle, anorganischer Säuren und dergleichen, können zugegeben werden, um die Wirksamkeit des Entasphaltierungsvorgangs zu verbessern. Das zur Einwirkungbringen kann im Chargenmodus, im kontinuierlichen Fluid-Fluidgegenstrommodus oder mittels irgendeines anderen bekannten Verfahrens geschehen. Die Asphaltene bilden Kristalle und können von dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial durch Schwerkraftseparation, Filtrieren, Zentrifugieren oder mit irgendeinem anderen bekannten Verfahren abgetrennt werden.
Die Qualität des entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterials hinsichtlich des Metallgehalts und des Schwefelgehalts variiert umgekehrt zu der Menge der abgetrennten Asphaltene und Harze. So kann z.B. die Abtrennung von 30 Gewichtsprozent des Öles als Asphaltene zu einer 90%igen Abnahme von Schwermetallen führen. Wenn jedoch 10 Gewichtsprozent des Öls als Asphaltene entfernt werden, kann dies zu einer lediglich 60%igen Verringerung an Schwermetallen führen. Die Menge der abgetrennten und vergasten Asphaltene beträgt vorzugsweise wenigstens 20 Gewichtsprozent, bevorzugter wenigstens 30 Gewichtsprozent und noch bevorzugter wenigstens 90 Gewichtsprozent des asphaltenhaltigen Kohlenwasserstoffsmaterials.
Das Lösungsmittel kann irgend ein geeignetes Entasphaltierungslösungsmittel sein. Typische Lösungsmittel, die zum Entasphaltieren verwendet werden, sind leichte aliphatische Kohlenwasserstoffe, d.h. Verbindungen, die zwischen zwei und acht Kohlenstoffatome aufweisen. Alkane, insbesondere Lösungsmittel, die Propan, Butan, Pentane oder deren Mischungen enthalten, sind für die Erfindung brauchbar. Die speziell bevorzugten Lösungsmittel hängen von den speziellen charakteristischen Eigenschaften der Asphaltene ab. Schwerere Lösungsmittel werden für Asphaltene mit höherem Erweichungspunkt „Asphalt/Ring und Kugel" verwendet. Lösungsmittel können eine kleinere Fraktion, d.h. weniger als etwa 20%, höher siedender Alkane, wie Hexane oder Heptane enthalten.
Die meisten entasphaltierenden Lösungsmittel werden recycled und enthalten deshalb in der Regel eine Mischung von leichten Kohlenwasserstoffen. Bevorzugte Lösungsmittel sind Alkane mit zwischen drei und fünf Kohlenstoffatomen, d.h. ein Lösungsmittel enthält wenigstens 80% Gewichtsprozent Propan, Butane, Pentane oder deren Mischungen. Da bei der Extraktion (Verdampfung) von Lösungsmittel aus dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial verhältnismäßig niedrige Temperaturen verwendet werden, enthält das besonders bevorzugte Lösungsmittel wenigstens 80 Gewichtsprozent Propan und Butane oder wenigstens 80 Gewichtsprozent Butane und Pentane.
Die Vergasung von Schwerölen und von kohlenwasserstoffhaltigen Feststoffen beinhaltet das Vermischen des kohlenwasserstoffhaltigen Materials, d.h. der Asphalte und optional anderen kohlenwasserstoffhaltigen Materials mit einem sauerstoffhaltigen Gas in einer Vergasungszone, in der solche Bedingungen herrschen, dass der Sauerstoff und das kohlenwasserstoffhaltige Material unter Bildung von Synthesegas miteinander reagieren. Die Vergasung wandelt dabei das Schweröl oder den Feststoff in Synthesegas oder Syngas um, das ein wertvolles Produkt ist. Die Komponenten von Syngas, nämlich Wasserstoff und Kohlenmonoxyd, können zum Verkauf gewonnen oder in einer Raffinerie verwendet werden. Das Syngas kann bspw. als Brennstoff zum Ersatz von Erdgas verwendet werden oder als Vorläufer verschiedene Chemikalien, wie etwa Methanol.
Die Verwendung der fühlbaren Wärme in dem heißen Synthesegas zur Erzeugung von Dampf ist ebenfalls bekannt. Vergleiche z.B. die US-Patentschrift 4,597,773. So wie er hier verwendet ist, bedeutet der Ausdruck „fühlbare Wärme" die von dem Gas bei der Abkühlung von einer Temperatur auf eine andere Temperatur abgegebene Energie. Zu der fühlbaren Wärme gehört deshalb die Kondensationswärme von Komponenten, wenn in dem Gas tatsächlich irgendwelche Komponenten kondensieren. Das Synthesegas enthält nach der Dampferzeugung eine große Menge niedrigwertiger Energie in Gestalt von fühlbarer Wärme. Die Entnahme von Wärmeenergie aus dem Synthesegas zur Erzeugung von Hochdruckdampf kann das Gas auf etwa 260° C abkühlen. Eine weitere Erzeugung von Niederdruckdampf kann dann das Gas auf etwa 170° C abkühlen. Die in dem Syngas dann noch verbleibende fühlbare Wärme wird üblicherwiese über Gebläsekühler in die Atmosphäre abgegeben. Die Integration von Entasphaltierung und Vergasung schafft einen ge winnträchtigen Weg zur Ausnutzung dieser Energie.
Asphaltene im Öl machen außerdem den Transport und die Verarbeitung des Öls schwierig. Um den Wert schwerer Öle auf Erdölbasis zu maximieren, wurde die Abscheidung der Asphaltkomponenten von dem Öl schon seit Jahren praktiziert. Die Nichtasphaltene-Komponenten werden gewonnen und als wertvolle Produkte verkauft, wobei die Asphaltenkomponente, die lediglich geringen Wert hat, zurückbleibt. Asphaltene sind aber kohlenwasserstoffhaltiges Material, das für eine Vergasung geeignet ist. Vergleiche z.B. die US-Patentschrift Nr. 4,393,701.
Die Zusammenführung eines Lösungsmittel-Entasphaltierungsverfahrens und der Vergasung schafft die Möglichkeit einer besonders vorteilhaften Ausnutzung von Prozesswärme. Das Lösungsmittel-Entasphaltierungsverfahren erfordert eine beträchtliche Wärmemenge, um das bei der Asphaltextraktion verwendete Lösungsmittel rückzugewinnen und zu recyceln. Die Wärme wird dazu verwendet, das Lösungsmittel von dem Leichtöl und den Asphaltströmen auszutreiben, so dass es rückgewonnen und in den Prozess rückgeführt werden kann. In gebräuchlichen Entasphaltierungseinrichtungen werden typischerweise ein beheizter Erhitzer oder Hochdruckdampf aus einem Dampfkessel dazu verwendet, die für den Entasphaltierungsprozess erforderliche Wärme zu erzeugen. Wenn die von der Vergasungseinrichtung zur Verfügung stehende Prozesswärme zum Erwärmen der Lösungsmittel in der Lösungsmittel-Entasphaltierungseinrichtung verwendet wird, werden Kapital- und Betriebskosten der Lösungsmittel-Entasphaltierung verringert. Das Erfordernis extremer Wärme wird verkleinert, und zur Erwärmung der Prozessströme wird nur wenig Brennstoff verbraucht.
Der Vergasungsprozess ist exotherm. Die fühlbare Wärme kann dazu verwendet werden, Hochdruckdampf (höher als 600 psi oder 4140 KPa) und Niederdruckdampf (100–200 psi oder etwa 700–1380 KPa) zu erzeugen. Die Anmelder haben gefunden, dass durch Verwendung der von Niederdruckdampf und Synthesegas nach der Dampferzeugung rückgewinnbaren Energie zur Rückgewinnung des Lösungsmittels aus dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial, die fühlbare Wärme in dem Synthesegas wirkungsvoll ausgenutzt wird, anstatt dass sie über Gebläsekühler vergeudet wird. Das Synthesegas weist nach der Erzeugung von qualitativ hochwertigem oder Hochdruckdampf eine Temperatur von etwa 260° C auf. Diese Wärme kann direkt dazu verwendet werden, Lösungsmittel von dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial abzutrennen. Die weitere Erzeugung von Niederdruckdampf kann das Gas auf etwa 170° C abkühlen. Die fühlbare Wärme in dem Synthesegas nach der Erzeugung von geringwertigem Dampf wird zur Lieferung von Wärme für die Abscheidung von Lösungsmittel von dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial eingesetzt. Der geringwertige Dampf kann vorteilhafterweise dazu verwendet werden, die Entfernung und Rückgewinnung des Lösungsmittels zu vervollständigen.
Die Mischung aus Lösungsmittel und entasphaltiertem Kohlenwasserstoffmaterial kann hinter der Asphaltextraktion auch einer Druckeinwirkung ausgesetzt werden, was eine ausreichende Triebkraft für eine umfassend wirkende Verdampfung liefert. Die Einwirkungen können bei verschiedenen Temperaturen vorgenommen werden, und in der letzten Verdampfungsstufe wird vorzugsweise geringwertige Energie hinzugefügt.
Die als Teil dieser Erfindung entwickelte Lösungsmittel-Entasphaltierungstechnologie unterscheidet sich von anderen Technologien, die handelsüblich zur Verfügung stehen. Bei dem integrierten Lösungsmittel-Entasphaltierungs- und Vergasungsverfahren maximiert die Entasphaltierungseinrichtung den Einsatz von geringwertiger Wärme aus dem Synthesegas anstatt der Verwendung großer Mengen hochwertigen Dampfes oder beheizter Erhitzer. Das Erfordernis eines beheizten Erhitzers zur Rückgewinnung von Lösungsmittel aus dem DAO entfällt.
Die Behandlung der Mischung aus entasphaltiertem Kohlenwasserstoffmaterial und Lösungsmittel mit geringwertiger Wärme wie etwa von dem Synthesegas nach der Erzeugung geringwertigen Dampfes und gelegentlich mit Vorteil mit dem Niederdruckdampf oder dem Synthesegas nach der Erzeugung von Hochdruckdampf reicht aus, um den größten Teil des Lösungsmittels von dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial abzutrennen. Der Abtrennungsschritt, der das Verdampfen, Separieren und Rückgewinnen des Lösungsmittels im Gegensatz zu der überkritischen Kristallisierung bei höherer Temperatur und der Phasentrennung beinhaltet, kann ein Vakuum benunutzen. wesentlich typischer wird aber Dampf dazu verwendet, das Lösungsmittel zu extrahieren und zu entfernen, wodurch Rückstandslösungsmittel wirkungsvoll ausgetrieben wird.
Geringwertige Energie von der Vergasung wird vorteilhafterweise auch dazu verwendet, das Beschickungsmaterial des Strippers für das entasphaltierte Öl und für den Asphalt-Stripper vorzuerwärmen. Die Vorerwärmung mit in der Vergasungseinheit erzeugter Prozesswärme minimiert die Betriebszeit des beheizten Erhitzers und/oder den Hochdruckdampf, der erforderlich ist, um die Lösungsmittelseparation zu erzielen.
Die insgesamt eingesetzte Wärme kann zwischen etwa 20% bis 40% höher liegen als bei einer gebräuchlichen Separation, die Hochdruckdampf und/oder eine Brennkammer und überkritische Extraktion benutzt. Es ergeben sich aber dennoch wesentliche Prozessverbesserungen, weil die geringwertige Wärme Abfallwärme war und weil die Verwendung dieser Wärme oft die Notwendigkeit zum Einsatz wenigstens eines Gebläsekühlers erspart.
Die in der Vergasungseinrichtung erzeugte Prozesswärme, die typischerweise einem Gebläsekühler zugeleitet wird, wird dazu verwendet, in der Entasphaltierungseinrichtung Prozessströme, d.h. Beschickungsströme, die Entasphaltierungseinrichtung selbst und Produktströme zu erwärmen. Die Ausnutzung der geringwertigen Wärme der Vergasungseinrichtung senkt deshalb die Kosten der Vergasungseinrichtung, weil eingesparte Gebläsekühler die Kapitalkosten und die Betriebskosten der Vergasungseinrichtung absenken. Außerdem wird auch die Effizienz der Vergasungseinrichtung erhöht, weil die geringwertige Energie eingefangen und in der Entasphaltierungseinrichtung ausgenutzt wird.
Bei dem Lösungsmittel-Entasphaltierungsverfahren ist das von dem asphaltenhaltigen Kohlenwasserstoffmaterial durch Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktion abgetrennte entasphaltierte Kohlenwasserstoffmaterial ein wertvolles Beschickungsmaterial für die katalytische Crackanlage. Das separierte, asphaltenreiche Material ist auf der anderen Seite wesentlich weniger wert und deshalb ideales Ausgangsmaterial für die Vergasung. Je größer die Menge des von dem asphaltenhaltigen Kohlenwasserstoffmaterial durch Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktion separierten Beschickungsmaterials der katalytischen Crackanlage, desto viskoser werden die Asphaltene. In der Vergangenheit wurde die Ausbeute der Entasphaltierungseinrichtung verringert, um genügend Öl in dem asphaltenreichen Material zurückzulassen, so dass das asphaltenreiche Material pumpbar war. Die Verringerung der Ausbeute an wertvollem Beschickungsmaterial für die analytische Crackanlage, um dadurch die Asphaltenviskosität aufrecht zu erhalten, reduzierte aber die Wirtschaftlichkeit der Einheit.
Die Asphaltene als pumpbares Fluid oder als Schlamm in entasphaltiertem Kohlenwasserstoffmaterial zu behalten, erleichtert die bei Asphaltenen normalerweise vorhandenen Handhabungsprobleme. Es ist aber normalerweise vorteilhaft, das Lösungsmittel von dem Prozessbeschickungsmaterial zu separieren und es zurückzugewinnen. Bei den meisten Gelegenheiten ist es auch von Vorteil, die Menge des entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterials, das zu der Vergasungseinrichtung geleitet wird, zu minimieren, d.h. vorteilhafterweise werden wenigstens etwa 90 Gewichtsporzent des entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterials von dem ausgeschiedenen Asphaltenstrom separiert.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das asphaltenreiche Material direkt vom Boden des Lösungsmittelsstrippers zu der Verdampfungseinrichtung gepumpt. Das asphaltenreiche Material am Boden des Strippers ist heiß, d.h. es liegt zwischen 170° C und 260°C, und die Viskosität dieses Materials ist bei der hohen Temperatur herabgesetzt. Deshalb kann bei Vorgehensweisen mit hoher Ausbeute, bei denen ein sehr hoher Prozentsatz des wertvollen Beschickungsmaterials für die katalytische Crackanlage abgetrennt wird, erzeugtes, extrem schweres asphaltenreiches Material immer noch gepumpt werden. Das Beschickungsmaterial für die Vergasungseinrichtung als pumpbares Fluid zu behalten ist von großem Vorteil.
Bei dieser Ausführungsform werden die Sumpfprodukte von der Entasphaltierungseinrichtung, die asphaltenreiches Material, einiges Rückstandslösungsmittel und eine kleine Menge Rückstandsparaffinöl enthalten, erwärmt bevor der Strom zu dem Lösungsmittelstripper gefördert wird. Die Asphaltene können wirksam erwärmt werden so lange das Lösungsmittel noch da ist. Die Wärmeleitfähigkeit von Asphaltenen ist niedrig und die Viskosität der Asphaltene erlaubt in vielen Fällen keine wirksame Vermischung. Das Lösungsmittel nimmt Wärme wesentlich schneller auf. In Gegenwart von Lösungsmittel ist die Viskosität des asphaltenreichen Materials niedriger. Dies ermöglicht eine wirksamere Wärmeverteilung durch das asphaltenreiche Material. Deshalb kann die Mischung von asphaltenreichem Material und Lösungsmittel wirksamer erwärmt werden als die Asphaltene allein. Nach dem Austreiben des Lösungsmittels aus dem asphaltenreichen Material bleibt das asphaltenreiche Material in dem Sumpfprodukt auf einer hohen Temperatur. Während dieser Zeit kann Wärme zugeführt werden, um eine hohe Temperatur aufrecht zu erhalten. Die Aufrechterhaltung der hohen Temperatur verleiht den Asphaltenen eine niedrigere Viskosität, und das asphaltenreiche Material ist deshalb pumpbar. Dies erleichtert die Förderung des asphaltenreichen Materials zu der Vergasungseinrichtung. Die Chargenpumpe für die Vergasungseinheit ist mit Vorteil auf das Sumpfprodukt des Strippers aufgesetzt.
Die Vergasungseinrichtung erhält ein heißes, pumpbares asphaltenreiches Beschickungsgut. Die Leistungsfähigkeit der Vergasungseinrichtung wird durch die hohe Temperatur der Beschickung verbessert, weil das Beschickungsgut wirksamer zerstäubt. Dies führt seinerseits wieder zu einer effizienteren wirkungsvolleren Reaktionskinetik.
Bei dieser Ausführungsform ist es wichtig, die hohe. Temperatur des asphaltenreichen Materials aufrecht zu erhalten. Die Asphaltene nach der Lösungsmittelrückgewinnung zu erwärmen, um den Viskositätsanforderungen zu genügen, ist wegen der geringen Wärmeleitfühligkeit der Asphaltene schwierig. Deshalb sind die das asphaltenreiche Material zu der Vergasungseinrichtung bringenden Leitungen mit Vorteil isoliert, um die Abkühlung des asphaltenreichen Materials während des Transportes zu minimieren, und es können im Falle einer Prozessunterbrechung Hilfsheizelemente oder ein Leitungsspülmaterial, wie Schweröl, zweckmäßig sein.
Der Aufbau dieser Ausführungsform der Erfindung ist auch deshalb vorteilhaft, weil der Betriebsinhalt des Strippers als Beschickungstrommel für die Vergasungseinrichtung dient. Asphaltene können nicht bequem als Fluid gespeichert werden. Das asphaltenreiche Material wird, wenn es abkühlen lassen wird, unpumpbar und sich schließlich verfestigen. Für einen glatten Betrieb der Vergasungseinrichtung ist eine Beschickungstrommel erforderlich. Die Beschickungstrommel wird während des Anfahrens verwendet, um das Beschickungsgut vor dem Betrieb zu zirkulieren, um während des Normalbetriebs Fluktuationen in der Beschickungsrate aufzufangen und bei Betriebsunterbrechung der Entasphaltierungseinrichtung es zu ermöglichen, dass die Vergasungseinrichtung so lange im Betrieb bleibt bis eine alternative Beschickungsleitung zu der Einheit hergestellt werden kann.
Mit den Asphaltenen können auch andere kohlenwasserstoffartige Materialien aus anderen Quellen vergast werden. Zum Beispiel können mit den Asphaltenen Abfallkohlenwasserstoffe, Schweröle, Kohle und Teere vergast werden. Wenn diese anderen Materialien mit dem asphaltenreichen Material nicht vermischt werden können, weil die Zugabe dieser anderen Materialien nicht zu einem pumpbaren Material führt, kann das zusätzliche Beschickungsmaterial mit Vorteil getrennt in die Vergasungseinrichtung injiziert werden.
Das von dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterialstrom und ggfs. von dem abgetrennten oder teilweise abgetrennten Asphaltenstrom abgetrennte Lösungsmittel wird vorteilhafterweise recycelt und von Neuem zum Entasphaltieren weiteren asphaltenhaltigen Kohlenwasserstoffmaterials benutzt. Es kann notwendig sein, das rückgewonnene Lösungsmittel zu behandeln, um Kohlenwasserstoffe im Benzinbereich, d.h. Verbindungen, die zwischen 5 und 10 Kohlenstoffatome enthalten, die von dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial bei dem Austrieb des Lösungsmittels ausgetrieben wurden, zu entfernen. Diese Kohlenwasserstoffe im Benzinbereich können mit dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial vermischt werden, um die Viskosität dieses Materials zu erniedrigen, oder die Kohlenwasserstoffe im Benzinbereich können auch als separates Produkt behandelt werden. Die Menge der Kohlenwasserstoffe im Benzinbereich ist oft kleiner als die extrahierte Menge, wenn zum Abscheiden und Wiedergewinnen des Lösungsmittels eine höhere Erwärmung verwendet wurde. Alternativ kann die Menge dieser Kohlenwasserstoffe durch Vakuumdestillation des asphaltenhaltigen Materials vor der Vermischung mit dem Lösungsmittel minimiert werden.
Es gibt auch weitere Verfahren, wie etwa Salzabscheidung, die nach Zumischung eines Lösungsmittels im Hinblick auf die Viskosität der Schweröle, auf die die Erfindung oft angewandt wird, mit Vorteil durchgeführt werden können.
1 ist eine schamtische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Asphaltenhaltiges Kohlenwasserstoffmaterial tritt in eine atmosphärische oder eine Unterdruckabscheidungskammer 10 über eine Leitung 12 ein. Dieses Material kann erwärmt werden (nicht dargestellt). Leichtöle werden von dem asphaltenhaltigen Kohlenwasserstoffmaterial separiert und verlassen die Abscheidungskammer 10 über eine Leitung 14. Das asphaltenhaltige Kohlenwasserstoffmaterial verlässt die atmosphärische oder Vakuumabscheidungskammer 10 und tritt über eine Leitung 16 in den Asphaltenextraktor 20 ein. In den Asphaltenextraktor (20) strömt ein Lösungsmittel von dem Lösungsmittelkondensator (80) über eine Leitung (82) ein. Aus dem Asphaltenextraktor (20) strömen Asphaltene und etwas entasphaltiertes Kohlenwasserstoffmaterial über eine Leitung 22 ab. Der Strom in der Leitung 22 wird erwärmt und das Lösungsmittel, wie beschrieben, zurückgewonnen. Das asphaltenreiche Material wird in einem Wärmetauscher 86 vorerhitzt und gelangt dann über eine Leitung 88 zu einem Lösungsmittelstripper. Bei dieser Ausführungsform wird Niederdruckdampf aus einer Leitung 84 als Wärmequelle verwendet. Alternativ können Hochdruckdampf, Synthesegas oder eine Reihe von Wärmetauschern verwendet werden. Das heiße asphaltenreiche Material gelangt über die Leitung 88 zu dem Lösungsmittelstripper 90. Bei dieser Ausführungsform wird durch Abkühlen von Synthesegas gewonnener Hochdruckdampf aus der Leitung 44 zum Austreiben des Lösungsmittels verwendet. Dabei wird möglicherweise nicht der gesamte Hochdruckdampf aufgebraucht, und eine Leitung 96 deutet einfach nur an, dass etwas Dampf für andere Zwecke, etwa zum Strippen des Lösungsmittels von dem Paraffinöl, verwendet wird. Die heißen Asphaltene werden durch eine Leitung 94 zu der Vergasungseinrichtung 30 gepumpt. Der Strom in der Leitung 94 tritt in die Vergasungszone 30 ein, wo er mit einem über eine Leitung 32 eingeführten sauerstoffhaltigen Gas vermischt wird. Die teilweise Oxidation, die in der Vergasungszone 30 stattfindet, ergibt ein sehr heißes Synthesegas, das aus der Vergasungszone über eine Leitung 34 austritt. Ein Wasserabschrecksystem, das das Gas teilweise abkühlt und Partikel entfernt ist nicht dargestellt. Das heiße Synthesegas strömt durch einen Wärmetauscher 40, in dem Wasser in einer Leitung 42 in hochwertigen Dampf in der Leitung 44 umgesetzt wird. Dieser Dampf ist ein Produkt, das entweder bei dem Entasphaltierungsverfahren oder sonst wo verwendet wird. Das Synthesegas tritt dann aus dem Wärmetauscher 40 über eine Leitung 46 aus und tritt in einen zweiten Wärmetauscher 50 ein. Das heiße Synthesegas durchströmt den Wär metauscher 50, in dem Wasser in einer Leitung 52 in geringwertigen Dampf in einer Leitung 54 umgesetzt wird. Das Synthesegas verlässt dann den Wärmetauscher 50. Die in dem Syngas verbleibende fühlbare Wärme kann zusätzliche geringwertige Wärme liefern, die bei dem Verfahren benötigt wird. Ein Beispiel besteht darin, das Synthesegas einem einer Separationskolonne 60 zugeordneten Wärmetauscher zuzuleiten. Das Synthesegas wird lediglich für Prozesswärme verwendet. Es ist nicht mit entasphaltiertem Öl, dem Lösemittel oder den Asphaltenen gemischt. Auch als Paraffinmaterial bezeichnetes entasphaltiertes Kohlenwasserstoffmaterial, das von dem Asphaltenextraktor 20 kommt, tritt über eine Leitung 24 ebenfalls in die Separationskolonne 60 ein. Das Material wird über einen Wärmetauscher unter Verwendung von heißem Synthesegas, Dampf oder beidem als Wärmequelle erwärmt. In der Separationskolonne 60 werden das entasphaltierte Kohlenwasserstoffmaterial und die Lösungsmittel voneinander getrennt, und die verdampften Lösungsmittel strömen über eine Leitung 64 ab. Das entapphaltierte Kohlenwasserstoffmaterial verlässt die Separationskolonne 60 über eine Leitung 62 zu einer zweiten Separationskolonne 70. Geringwertiger Dampf aus der Leitung 54 wird dazu verwendet, das entasphaltierte Kohlenwasserstoffmaterial in der Separationskolonne 70 zu erwärmen und kann auch dazu verwendet werden, Lösungsmittel aus dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial auszutreiben. Verdampfte Lösungsmittel strömen über eine Leitung 74 ab. Das entasphaltierte Kohlenwasserstoffmaterial strömt über eine Leitung 72 ab, und ist ein Produkt, das anderswo, bspw. als Beschickungsmaterial für eine katalytische Crackanlage verwendet wird. Lösungsmitteldämpfe in den Leitungen 64, 74 treten in einen Lösungsmittelkondensator/Pumpen/Separator 80 ein, in dem der Lösungsmitteldampf in eine unter Druck stehende Flüssigkeit umgeformt wird. Das Lösungsmittel tritt aus der Lösungsmittelkondensator/Pumpe 80 über eine Leitung 82 aus und gelangt in den Asphaltenextraktor 20. Abgeschiedenes Wasser wird über eine Leitung 84 abgeführt.
2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Asphaltenhaltiges Kohlenwasserstoffmaterial tritt über die Leitung 12 in eine Vakuumabscheidungskammer (10) ein. Leichtöle werden von dem asphalthaltigen Kohlenwasserstoffmaterial abgetrennt und strömen aus der Vakuumseparationskammer (10) über die Leitung (14) ab. Das asphaltenhaltige Kohlenwasserstoffmaterial verlässt die Vakuumseparationskammer und tritt über die Leitung 16 in den Asphaltenextraktor (20) ein. Über die Leitung (82) strömt ein Lösungsmittel von dem Lösungsmittelkondensator (80) in den Asphaltenextraktor (20) ein. Asphaltene und etwas entasphaltiertes Kohlenwasserstoffmaterial treten aus dem Asphaltenextraktor (20) über die Leitung (22) aus. Optional kann der Strom in der Leitung 22 zur Lösungsmittelrückgewinnung separiert werden, doch ist dieser Schritt in der Zeichnung nicht veranschaulicht. Der Strom in der Leitung 22 tritt in die Vergasungszone (30) ein, in der er mit einem sauerstoffhaltigen Gas vermischt wird, das über die Leitung (32) eingeführt wird. Die in der Vergasungszone (30) stattfindende teilweise Oxidation ergibt ein sehr heißes Synthesegas, das über die Leitung (34) aus der Vergasungszone abströmt. Ein Wasserabschrecksystem, das das Gas teilweise kühlt und Partikel entfernt ist nicht dargestellt. Das heiße Synthesegas strömt durch einen Wärmetauscher (40), in dem Wasser in der Leitung (32) in hochwertigen Dampf in der Leitung (44) umgesetzt wird. Dieser Dampf ist ein anderweits verwendetes Produkt. Das Synthesegas tritt dann über die Leitung 46 aus dem Wärmetauscher (40) aus und tritt in einen zweiten Wärmetauscher (50) ein. Das heiße Synthesegas durchströmt den Wärmetauscher (50), in dem Wasser in der Leitung (32) in geringwertigen Dampf in der Leitung (54) umgeformt wird. Das Synthesegas tritt dann aus dem Wärmetauscher (40) aus und wird von da aus zu der Separationskolonne (60) gefördert. Außerdem tritt entasphaltiertes Kohlenwasserstoffmaterial aus dem Asphaltenextraktor (20) in die Separationskolonne (60) über die Leitung (24) ein. In den Separationskolonnen (60) wird das entasphaltierte Kohlenwasserstoffmaterial erwärmt, und verdampfte Lösungsmittel strömen über die Leitung 64 ab. Das Synthesegas ist ein anderweitig verwendetes Produkt. Das entasphaltierte Kohlenwasserstoffmaterial verlässt die Separationskolonne (60) über die Leitung (62) zu einer zweiten Separationskolonne (70). Geringwertiger Dampf von der Leitung (54) wird dazu verwendet, das entasphaltierte Kohlenwasserstoffmaterial in der Separationskolonnen (70) zu erwärmen. Verdampfte Lösungsmittel strömen über die Leitung (74) ab. Das entasphaltierte Kohlenwasserstoffmaterial strömt über die Leitung (72) ab und ist ein anderweits verwendetes Produkt. Lösungsmitteldämpfe in den Leitungen (64,74) gelangen in die Lösungsmittelkondensator/Pumpe (80) worin das Lösungsmittel in eine unter Druck stehende Flüssigkeit umgewandelt wird. Das Lösungsmittel verlässt die Lösungsmittelkondensator/Pumpe (80) über die Leitung (82) und tritt in den Asphaltenextraktor (20) ein.

Claims

Verfahren zum Vergasen von Asphaltenen in einer Vergasungszone, umfassend a) Mischen eines Lösungsmittels mit einem asphaltenhaltigen Kohlenwasserstoffmaterial in Mengen und unter Bedingungen, dass mindestens ein Teil der Asphaltene ausfällt und man ein entasphaltiertes Kohlenwasserstoffmaterial und gefällte Asphaltene erhält; b) Abtrennen mindestens eines Teils des entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterials von den gefällten Asphaltenen, Bereitstellen der entasphaltierten Kohlenwasserstofffraktion an einer Trennsäule und Abtrennen des Lösungsmittels vom entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial; c) Bereitstellen mindestens eines Teils der gefällten Asphaltene an einer Vergasungszone; d) Vergasen der Asphaltene unter Bildung von Synthesegas; und e) Verwenden von fühlbarer Wärme aus dem Synthesegas zum Abtrennen des Lösungsmittels aus dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial des Schritts b).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel Propan, Butane, Pentane, Hexane oder Gemische davon enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Lösungsmittel mindestens 80 Gewichtsprozent Propan, Butane, Pentane oder Gemische davon enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Lösungsmittel mindestens 80 Gewichtsprozent Propan und Butane enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, das zudem umfasst eine Erzeugung von Dampf vor dem Einsatz der verbliebenen fühlbaren Wärme aus dem Synthesegas und Abtrennen der Lösungsmittel aus dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Mitteldruck- und Niederdruckdampf erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei mindestens eine Fraktion des Niederdruckdampfes zum Abtrennen der Lösungsmittel aus dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial eingesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei mindestens 20 Gewichtsprozent des asphaltenhaltigen Kohlenwasserstoffmaterials als Asphaltene gefällt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt b) mindestens 90 Gewichtsprozent des entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterials von den gefällten Asphaltenen abgetrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, zudem umfassend das Zusetzen anderer kohlenwasserstoffhaltiger Materialien zur Vergasungszone.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abtrennen minde stens eines Teils des Lösungsmittels aus dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterial im Vakuum erforgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei mindestens ein Teil des Dampfs das Lösungsmittel aus dem entasphaltierten Material abzieht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zudem umfasst das Verwenden einer fühlbaren Wärme aus dem Synthesegas zum Abtrennen von Lösungsmittel aus den Asphaltenen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei mindestens ein Teil des Lösungsmittels aus den Asphaltenen durch Dampfstrippen entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das zudem umfasst das Wiederverwenden des aus dem entasphaltierten Kohlenwasserstoffmaterialsstrom abgetrennten Lösungsmittel, in Schritt a).
Verfahren nach Anspruch 13, das zudem umfasst das Wiederverwenden des aus den Asphaltenen getrennten Lösungsmittels.
Verfahren nach Anspruch 13, das zudem umfasst das Erwärmen der gefällten Asphaltene auf 170°C bis 260°C, bevor das Lösungsmittel aus den Asphaltenen abgetrennt wird, und wobei die gefällten Asphaltene in einer vergasungszone als pumpbares Fluid bereitgestellt werden.