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Gebiet der
Erfindung
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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.
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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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).
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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.
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Beschreibung
der Zeichnung
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Die 1, 2 veranschaulichen
verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.