DE4401193A1

DE4401193A1 - Verfahren und Anlage zur energiesparenden und schadstoffarmen Erdölverarbeitung

Info

Publication number: DE4401193A1
Application number: DE19944401193
Authority: DE
Inventors: Paul-Dieter Prof Dr Kluge; Walerij Dr Kornev
Original assignee: KLUGE PAUL DIETER PROF DR
Current assignee: KLUGE PAUL DIETER PROF DR
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1994-01-11
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2014-01-12
Also published as: DE4401193C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Anlage zur industriellen Erdöl verarbeitung.

Es sind Industrieöfen mit offener Ölfeuerung bekannt, bei denen zur Verbesse rung der Heizleistung Abwärmekessel und Abgasvorwärmer eingesetzt werden. Die Nachteile diese Lösung liegen in ihrem niedrigen Wirkungsgrad, erhöhten Heizölverbrauch und in der hohen Schadstoffemission in die Atmosphäre.

Die leistungsstarke, mit Industrieöfen ausgerüstete Erdölverarbeitungsanlage LK-6u (Rußland) hat eine Rohölverarbeitungsleistung von 8 × 10⁶ t/Jahr. Diese Anlage hat folgende Nachteile:

- hohe Rauchgastemperaturen (über 330°C) und große Wärmeverluste (über 2,67 × 10⁶ GJ/Jahr), erhöhter Heizölverbrauch von über 65 × 10³ t/Jahr;
- niedriger thermischer Wirkungsgrad der Öfen (unter 70%);
- hohe Schadstoffemissionen in die Atmosphäre (mehr als 3,0 × 10⁵ t/Jahr SO₂, NO₂ und CO₂);
- unkontrollierbare Emission und Entweichen von Dämpfen von Erdölprodukten aus Behältern und Lagertanks, Werkabgase, die in der Regel abgefackelt werden (was Wärmeverlusten von nicht weniger als 0,1 × 10⁵ GJ/Jahr ent spricht);
- große Mengen von Erdölverarbeitungsrückständen (Schlamm, Schlick) von mehr als 2,0 × 10⁵ t/Jahr. Für deren Verbrennung in speziellen Wärmeöfen werden weitere 3,0 × 10⁵ GJ/Jahr verbraucht.

Der in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur Erdölverarbeitung vorzuschlagen, bei der die Wärmeverluste und der Schadstoffausstoß minimiert werden. Das Problem wird unter Umgehung bisher bekannter Wirkprinzipe und unter Weg fall bekannter Industrieöfen, Abwärmekessel und anderer Standardausrüstungen durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 aufgeführten Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Erdölrückstände und Heizöl un ter einem Druck von 1,6-2,2 MPa und bei einer Temperatur von 350-400°C vergast. Das entstandene Gas wird mit den Dämpfen der Erdölprodukte und den Werkabgasen vermischt und in technologischen Wärmegeneratoren unter hohem Druck verbrannt. Die Rauchgase, die SO₂, H₂S, CO₂ und NO₂ enthal ten, werden von einem Druck von 1,4-2,0 MPa und einer Temperatur von 800- 1000°C in der Gasturbine zunächst auf einen Druck von 0,6 MPa expandiert und auf eine Temperatur von 550-600°C gesenkt und anschließend bei einem Druck von 0,6-0,5 MPa in einem intensiven Rückgewinnungssystem bis auf Außentemperatur abgekühlt. Die gekühlten Rauchgase, die SO₂, H₂S, CO₂ und NO₂ enthalten, werden bei einem Druck von 0,5 MPa und einer Temperatur von 30°C auf 2-5°C abgekühlt, wonach sie in den Expansionsturbinen auf atmosphärischen Druck expandiert und auf eine Temperatur von -80 bis -83°C abgekühlt werden. Die aus den Rauchgasen gewonnenen SO₂, H₂S, CO₂ und NO₂-Bestandteile werden anschließend aus der Anlage abgeleitet und in der Produktion weiterverwendet.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Erdölverarbeitung besteht aus einem Reak tor, vor dem sich ein Mischer befindet. Vom Reaktorausgang besteht über einen Wirbelscheider und einen Filter eine Verbindung zu einer Brennkammer und zu technologischen Wärmegeneratoren, die in den Sektionen Erdölentsalzung und Eröldestillation, katalytisches Reformieren, hydrierende Petrol- und Dieselöl raffination, Verarbeitung der Gase und Penthan-Aggregat aufgestellt sind. Der Ausgang der Brennkammer und die Ausgänge der Wärmegeneratoren stehen in Verbindung mit einer Misch- und Nachbrennkammer, von der ein Anschluß zu einer Gasturbine besteht, durch die ein Kompressor angetrieben wird. Von der Gasturbine werden die Gase über ein System der intensiven Rückgewinnung, d. h. den Luftvorwärmer des Reaktors, den Masutvorwärmer der Stufe 2, den Rohölvorwärmer, den Vorwärmer der zur Vergasung eingeleiteten Rückstände (Schlamm, Schlick), den Masut-Vorwärmer der Stufe 1 und den Industriewas ser-Vorwärmern zu einem Abscheider und weiter in einen Kondensator geleitet. Von hier werden die Rauchgase in eine Entspannungsturbine der Stufe 1 und weiter über einen weiteren Kondensator und eine weitere Entspannungsturbine der Stufe 2 zu einem weiteren Abscheider geführt. Danach gelangen die Gase durch die Luftkühler, die für die Verminderung der Antriebsleistung der Kom pressoranlagen verwendet werden. In der erfindungsgemäßen Anlage ist eine gleitende Temperaturregelung in den Kondensatoren mit Hilfe von Ventilen vor gesehen. In den Sektionen sind Gasfänger aufgestellt, die praktisch sämtliche Dämpfe von Erdölprodukten aus Behältern und Lagertanks sowie sämtliche Werkabgase auffangen, die dann in einem Gassammler zusammengeführt, mit Luft vermischt und in die Kompressoranlage geleitet werden. Mit Hilfe eines Luftverbrauchreglers wird ein optimales Ansaugvakuum in den Gasfängern ge währleistet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein hoher Erdölverarbeitungsgrad und eine vollständigere Ausnutzung der Rauch gaswärme erreicht, der Eigenbedarf des Werkes an Heizöl gesenkt wird, die Abmessungen und der Metalleinsatz in den Wärme erzeugenden Anlagen verrin gert und Wärmeverluste der Gase vermieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage.

Im Reaktor 1 werden mit Hilfe eines Heißluftgebläses bei einem Druck von 1,6- 2,2 MPa und einer Temperatur von 350-400°C Heizöl (Masut) sowie Ruß und Erdölrückstände (Schlämme, Schlick), die aus dem Mischer 2 eingeleitet werden, vergast. Als Resultat der Pyrolysereaktion im Reaktor 1 wird Kohlen wasserstoffgas mit einer Beimengung fester Vergasungsrückstände (Flugasche, Ruß) gebildet. Das Gas weist am Reaktorausgang einen Druck von 1,5-2,1 MPa und eine Temperatur von 900-1100°C auf. Im Wirbelscheider 3 wird ein großer Teil der Asche und im Filter 4 die restliche Asche und Ruß abge schieden. Das von den mechanischen Beimengungen gereinigte Gas wird in der Brennkammer 5 und den technologischen Wärmegeneratoren 6 unter Druck verbrannt. Die Wärmegeneratoren 6 werden in der Sektion 100 (Erdölentsalzung und -destillation), in der Sektion 200 (katalytisches Reformie ren), in den Sektionen 300-1 und 300-2 (hydrierende Petrol- und Dieselölraffi nation), in den Sektionen 400 und 500 (Verarbeitung der Gase und Penthan- Aggregat) aufgestellt. Die Rauchgase werden aus der Brennkammer 5 und den Wärmegeneratoren 6 in die Misch- und Nachbrennkammer 7 geleitet. Hier er folgt die vollständige Verbrennung des Generatorgases, des CO und der Schwefelverbindungen. Außerdem erfolgt in der Kammer 7 die Stabilisierung der Gaszustandsgrößen Druck und Temperatur auf 1,4-2,0 MPa und 800- 1000°C. Mit diesen Parametern gelangen die Rauchgase in die Gasturbine 8, wo ihr Druck auf 0,6 MPa gesenkt wird. Die Energie der Gasturbine wird nur für den Antrieb des Kompressors 9 verwendet. Aus der Gasturbine werden die Gase mit einer Temperatur von 550-600°C in das System der intensiven Rückgewinnung geleitet, d. h. den Luftvorwärmer 10 des Reaktors 1, den Masutvorwärmer 11 der Stufe 2, den Rohölvorwärmer 12, den Vorwärmer 13 der zur Vergasung eingeleiteten Rückstände (Schlamm, Schlick), den Masut- Vorwärmer 14 der Stufe 1, den Industriewasser-Vorwärmern 15 und 16. Da nach gelangen die Rauchgase mit einem Druck von 0,4-0,5 MPa und einer Temperatur von unter 30°C in den Abscheider 17, wo die Abscheidung des Flüssigdampfes erfolgt, und weiter in den Kondensator 18 für die SO₂-Dämpfe und die Dämpfe des Schwefligsäureanhydrids. Hier erfolgt auch die weitere Kühlung der Gase bis auf eine Temperatur von 2-5°C. Mit einem Druck von 0,4-0,5 MPa und einer Temperatur unter 5°C werden die Rauchgase in die Entspannungsturbinen 19 der Stufe 1 geleitet, wo ihr Druck bis auf 0,16 MPa und die Temperatur auf -60°C gesenkt wird. Im Kondensator 20 wird das Gas weiter nachgekühlt, und es erfolgt die Kondensation und Ableitung der H₂S- Restanteile aus dem Gas. Die von H₂O, SO₂ und H₂S gereinigten Rauchgase werden in die Entspannungsturbine 21 der Stufe 2 geleitet, wo ihr Druck auf 0,1 MPa und die Temperatur der Restgase auf -80 bis -83°C gesenkt wird. Bei dieser Temperatur ist im Abscheider 22 die Sublimation (T_sub = -78,3°C) und die Abscheidung der technischen Kohlensäure CO₂ möglich.

Danach gelangen die im wesentlichen aus NO₂ bestehenden Gase durch die Luftkühler 23 und 24, die für die Verminderung der Antriebsleistung der Kom pressoranlagen 25 und 9 verwendet werden. Nach der Reinigung kann dieser Anteil der Gase für die Herstellung von Salpetersäure oder als Tieftempera turmittel in Kälteanlagen verwendet werden. In der erfindungsgemäßen Anlage ist eine gleitende Temperaturregelung in den Kondensatoren 18 und 20 mit Hilfe der Ventile 26 vorgesehen. Das Vakuum am Kompressoreingang 25 dient zum Auffangen praktisch sämtlicher Dämpfe von Erdölprodukten aus Behältern und Lagertanks sowie sämtlicher Werkabgase. Zu diesem Zweck werden Gas fänger 27 aufgestellt. Sämtliche Werkgase und Dämpfe werden im Gassammler 28 zusammengeführt, dort mit Luft vermischt und in die Kompressoranlage geleitet. Mit Hilfe des Luftverbrauchreglers 29, der vor dem Gassammler 29 angeordnet ist, wird ein optimales Ansaugvakuum in den Gasfängern 27 ge währleistet. Das Abfackeln der Werkgase, wie es praktisch in allen erdölverar beitenden Werken üblich ist, ist somit ausgeschlossen.

In Fig. 1 sind folgende Hauptströme dargestellt: I - Generatorgas, II - Ruß, III - Asche, IV - Erdölschlämme, -schlick, V - Masut (Heizöl), VI - Kesselspeise wasser, VII - Dampfkondensat, Auftüllwasser, VIII - Wasserdampf, IX - Erd ölprodukte, X - Gasemissionen und Dämpfe, M - atmosphärische Luft, XII - Preßluft, XIII - Verbrennungsprodukte (Rauchgase) aus den technologischen Wärmegeneratoren, XIV - Wasserdampfkondensat, XV - Kondensat der Schwefligsäureanhydriddämpfe, XVI - Schwefelwasserstoffdampf-Kondensat, XVII - CO₂; XVIII - NO₂.

Claims

1. Verfahren zur energiesparenden und abgasarmen Erdölverarbeitung, bei dem man

a) Erdölrückstände und Heizöl (Masut) unter einem Druck von 1,6-2,2 MPa und bei einer Temperatur von 350-400°C vergast,
b) das entstandene Gas mit den Dämpfen der Erdölprodukte und den Werkab gasen vermischt und in technologischen Wärmegeneratoren unter hohem Druck verbrennt,
c) die Rauchgase, die SO₂, H₂S, CO₂ und NO₂ enthalten, bei einem Druck von 1,4-2,0 MPa und einer Temperatur von 800-1000°C in der Gasturbine zunächst auf einen Druck von 0,6 MPa expandiert und eine Temperatur von 550-600°C senkt und anschließend bei einem Druck von 0,6-0,5 MPa in einem intensiven Rückgewinnungssystem bis auf Außentemperatur abkühlt,
d) die gekühlten Rauchgase, die SO₂, H₂S, CO₂ und NO₂ enthalten, bei einem Druck von 0,5 MPa und einer Temperatur von 30°C auf 2-5°C abkühlt und danach in den Expansionsturbinen auf atmosphärischen Druck expandiert und auf eine Temperatur von -80 bis -83°C abkühlt.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit folgenden Merkmalen:

- die Anlage besteht aus einem Reaktor (1), in dem Heizöl (Masut) sowie Ruß und Erdölrückstände (Schlämme, Schlick), die aus dem Mischer (2) eingeleitet werden, vergast werden, nach dessen Ausgang ein Wirbelscheider (3) und ein Filter (4) angeordnet sind, wobei von dem Filter (4) eine Verbindung zur einer Brennkammer (5) und zu technologischen Wärmegeneratoren (6) besteht, wo bei die Wärmegeneratoren (6) in der Sektion (100) (Erdölentsalzung und -de stillation), in der Sektion (200) (katalytisches Reformieren), in den Sektionen (300-1) und (300-2) (hydrierende Petrol- und Dieselölraffination) und in den Sektionen (400) und (500) (Verarbeitung der Gase und Penthan-Aggregat) aufgestellt sind,
- der Ausgang der Brennkammer (5) und die Ausgänge der Wärmegeneratoren (6) stehen in Verbindung mit der Misch- und Nachbrennkammer (7), von der ein Anschluß zur Gasturbine (8) besteht, durch die der Kompressor (9) ange trieben wird,
- von der Gasturbine (8) werden die Gase über das System der intensiven Rückgewinnung, d. h. den Luftvorwärmer (10) des Reaktors (1), den Masut vorwärmer (11) der Stufe 2, den Rohölvorwärmer (12), den Vorwärmer (13) der zur Vergasung eingeleiteten Rückstände (Schlamm, Schlick), den Masut- Vorwärmer (14) der Stufe 1 und den Industriewasser-Vorwärmern (15) und (16) zum Abscheider (17) und weiter zum Kondensator (18) geleitet,
- vom Ausgang des Kondensators (18) werden die Gase in die Entspannungstur binen (19) der Stufe 1 und weiter über den Kondensator (20) und die Entspan nungsturbine (21) der Stufe 2 zum Abscheider (22) geführt,
- danach gelangen die Gase durch die Luftkühler (23) und (24), die für die Verminderung der Antriebsleistung der Kompressoranlagen (25) und (9) ver wendet werden.

3. Anlage nach Anspruch 2 mit folgenden Merkmalen:

- in den Kondensatoren (18) und (20) sind Ventile (26) angeordnet.

4. Anlage nach den Ansprüchen 2 und 3 mit folgenden Merkmalen:

- in den Sektionen (100) bis (500) sind Gasfänger (27) aufgestellt, die über ei nen Gassammler (28) mit der Kompressoranlage (25) und (9) in Verbindung stehen,
- mit Hilfe des Luftverbrauchreglers (29) wird ein optimales Ansaugvakuum in den Gasfängern (27) gewährleistet.