DE2925548C2

DE2925548C2 - Verfahren zur Behandlung von Ölsand

Info

Publication number: DE2925548C2
Application number: DE2925548A
Authority: DE
Inventors: Chiwane Iwaki Fukushima Ishikawa; Shuichi Tokio Sugawara
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1978-06-27
Filing date: 1979-06-25
Publication date: 1983-06-30
Also published as: GB2024247A; FR2429824A1; JPS555906A; FR2429824B1; CA1118383A; GB2024247B; US4264431A; DE2925548A1; JPS5916589B2

Description

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Die Erfindung betrifft das in den Patentansprüchen gekennzeichnete Verfahren.

Ölsand gewinnt zunehmendes Interesse als Energiequelle an Stelle von rohem Erdöl. Er besteht aus Partikein von Sand z. B. Quarzsand, die einen Durchmesser von 0,05 bis 2.0 mm haben und deren Oberfläche bedeckt ist mit einem Gemisch aus schweren Kohlenwasserstoffen, die Bitumen genannt werden und einen Siedepunkt von über 200° C und ein spezifisches Gewicht von 0,959 bis 1.014 g/ml aufweisen. Ölsand mit einem Gehalt an Kohlenwasserstoffen von mehr als 10 Gcw.-s. des Eigengewichts wird für rentabel gehallen als natürliche Energieproduktgewlnnungsquelle.

Die wirtschaftlichen Nachtelle von Ölsand liegen in der großen Energiemenge, die zur Abtrennung des Bitu- *⁵ mens vom Sand erforderlich ist, und in der Schwierigkeit des Transports des abgetrennten Bitumens wegen dessen leckflüssigkeit. Insbesondere, wenn die Umgebung des Gewinnungsortes von Ölsand In Betracht gezogen wird, werden die großen Schwierigkeiten für den Transport des *> Bitumens zum Zwecke der Rektifizierung ersichtlich. Die Ölsandlagcr liegen bekanntlich In Binnenlandbezirken, bei denen es sich um unentwickeltes Land handelt, wo Vorrichtungen zur Energieerzeugung unzureichend sind. ^5S

Zur Isolierung des Ölsandbitumens sind Verfahren bekannt, bei Jenen der im Tagebau abgetragene Ölsand mit heißem Wasser extrahiert wird oder bei denen das Bitumen durch direkte Energiezufuhr isoliert wird. Das Isolierte Ölsandbltumen selbst Ist, so wie es anfällt, hoch- ^M viskos und dessen hohe Viskosität macht seinen Transport sehr schwierig.

Nach bekannten Verfahren wird das Isolierte Bitumen /uniichst einer Destillation unterworfen, worauf der Destillationsrückstand einem Kokungsprozcß unlerwnr-Ten ssird /ur Umwandlung In destllllerbare Produkte, wie Benzin. Kerosin und Ciasöl sowie Koks. Typische Kokungspro/esse des Standes der Technik sind:

(1) Verzögerte Kokung. Diese wird in zwei Stufen bewirkt: das Bitumen wird In einem Beschickungsofen rasch erhitzt und verbleibt dann eine Zeitlang In Kokungstrommeln, wo die großen Bitumenmoleküle unter Bildung von destillierbaren Produkten, nämlich Benzin, Kerosin und Gasöl, in kleinere gecrackt werden.

(2) Fluidisierkokung. Der Konkursreaktor enthalt feine Kokspartikel, die sich in rascher Bewegung in einem Gas (»fluidisierter« Koks) bei etwa 500° C befinden, und Bitumen und Wasserdampf werden eingespeist. Das Bitumen verdampft und crackt beim Kontakt mit dem Koks. Die gebildeten Produkte werden einer Weiterverarbeitung zugeführt (vgl. T. Williams, Science Affairs, 1976, Band 9, Nr. 3, Seiten 15 bis 18).

Die Effizient des nach diesem Verfahren gebildeten Kokses als Quelle für thermische Energie ,<.-■ praktisch nicht hoch genug.

Erfindungsgemäß wird demgegenüber ein wirtschaftliches Verfahren zur Ölsandbehandlung geschaffen, das eine hohe Energiemenge in wirksamer Weise liefert und schwere Bitumenmaterialien in für den Transport geeignete Öle umwandelt.

Mit Hilfe des erfindungsgemaßen Verfahrens wird der Destillationsrückstand, der durch Destillation des von Haus aus schweren und noch weiter polymerisaten Ölsandbitumens erhalten wird, überraschenderweise sehr wirksam thermisch gecrackt durch Einführung eines inerten Heizmediums direkt in den in flüssigem Zustand befindlichen Destillationsrückstand und Umwandlung desselben in ein Cracköl von hoher Qualität und ein Pech mit guter Verwertbarkelt als Quelle für thermische Energie.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Ölsandbltumen einer Destillation unter vermindertem Druck zur Abtrennung einer Ölfraktion unterworfen.

Der verbleibende Rückstand wird in ein Reaktlonsgefäß eingebracht, das bei einer Temperatur von 350 bis 450° C gehalten wird, und ein nichtoxidlerendes Gas, vorzugsweise überhitzter Dampf, mit einer Temperatur von 400 bis 700° C, die höher ist als diejenige des in dem Reaktionsgefäß befindlichen Rückstands, wird In den Rückstand eingeblasen und 20 bis 90 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Der Rückstand wird auf diese Welse thermisch gecrackt und liefert neben Crackgasen ein Öl als Destillat und ein Pech als Rückstand. Liegt die Reakllonslemperalur unter 350° C, so Ist die Crackung des eingespeisten Rückstands unvollständig, und überschreitet die Reaktionstemperatur 450° C, so erfolgt eine Verkokung, daß Probleme bzügllch Verstopfung des RaklloriSgefäßes auftreten. Die Dauer der Reaktion kann natürlich variieren und hängt von der Temperatur des Heizmediums und des eingespeisten Rückstands ab, sie beträgt jedoch vorzugsweise 30 bis 60 Minuten. Nach Beendigung der Reaktion wird das Pech In flüssigem Zustand aus dem Raktionsgefäß abgezogen, während das Reaktionsgefäß noch welter erhitzt wird, und es wird sodann noch Immer in flüssigem Zustand aus einer Brennstoffeinspritzdüse der Verbrennungsvorrichtung In die Brennkammer gesprüht und dort verbrannt, oder nach der Abkühlung äußerst fein pulverisiert und in einem Kohlenstaubkessel verbrannt. Die thermische Energie, die durch jede dieser Verbrennungsvorrichtungen erhalten wird, entspricht 15 bis 2(K des Brennwerts des rohen Ölsandbitumens.

P(e durch Verbrennen des Pechs erhaltene thermische Energie kann zur Erzeugung von Wasserdampf verwendet werden, der unmli.-lbar zur Isolierung des Ölsandbitumens aus dem Ölsand verwendet wird.

ErfindungsgemöB werden 60 bis 85 Vol.-'t, des Ölsandbitumens in eine Ölfraktion und etwa 20 Gew.* in das als Rohmaterial für thermische Energie verwendbare Pech umgewandelt.

Die Reaktion der thermischen Behandlung des Destillationsrückstands kann chargenweise in einem einzigen Reaktionsgefäß durchgeführt werden; es erweist sich dann jedoch als vorteilhaft, mindestens zwei Reaktionsgefäße einzusetzen und das Verfahren kontinuierlich durch entsprechendes Umschalten durchzuführen. Ferner werden die Gasprodukte, welche in den verschiede- ι; nen Verfahrensstufen anfallen, als Brennstoff im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet, wobei unter bestimmten Umständen für diesen Zweck auch ein Teil des destillierten Öls verwendet werden kann.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.

Beispiel 1

Ein Ölsandbilumen mit den In Tabelle I aufgeführten Eigenschaften wurde unter vermindertem Druck destilliert unter Erzielung eines destillierten Öls, dessen Eigenschaften in Tabelle 2 aufgeführt sind, und eines Rückstandes, dessen Eigenschaften in Tabelle 3 aufgeführt sind. ·'

Der Rückstand, der durch Destillation unter vermindertem Druck erhalter worden ist, wurde in ein Reaktionsgefäß, das mit einem Rührer, einer Heizvorrichtung und einer Kühlvorrichtung für 6as Des.rllat ausgestattet war, in einer Menge von 10 kg eingebracht und es wurde ι reagieren gelassen während einer vorbestimmten Zeltspanne durch Einblasen eines überhitzten Wasserdampfes aus einem kreisrunden Rohr aus rostfreiem Stahl von 8 mm innerem Durchmesser, das mit 10 DDsen von I mm Durchmesser versehen war und in das in dem Reaküonsgefäß befindliche Öl eintauchte, wobei die im oberen Teil der Tabelle 4 aufgeführten Raktionsbedingungen eingehalten wurden.

Die Produktausbeute bei Durchführung der Versucnsansätze 1 bis 3 sind im unteren Teil der Tabelle 4 und die Eigenschaften des destillierten Öls und des zurückbleibenden Pechs sind in den Tabellen 5 bzw. 6 aufgeführt.

Wie sich aus Tabelle 4 ergibt, wird Pech in einer Menge, die 28,1 bis 35,0 Gew.-* des eingspeisten Ölsandbiiumens entspricht, innerhalb kurzer Zeit von nur 20 bis 60 Minuten abgetrennt.

Jed?r der drei Typen von Pech, die unter den angegebenen Verfahrensbedingungen erhalten wurde, war extrem homogen und enthielt keine unregelmäßig geformten Kokspartikel, sondern nur kugelförmige Feststoffpartikel, deren Durchmesser unter einem Mikroskop zu 10 bis 50 μηι bestimmt wurden, wobei die Partikel der in Chinolin unlöslichen Fraktion entsprechen. Der Nettobrennwert des Pechs betrug mehr als 33 400 kJ/kg.

Das Pech Nr. 1 wurde in einem auf eine Temperatur von 350° C erhitzten Zustand in eine Brennkammer eines Kessels aus einer Einspritzdüse vom Tangentiallyp eingesprüht bei einem Injektionsdruck von 20 bar, um verbrannt zu werden. Nach Beendigung der Verbrennung war die Bildung von Koks oder die Ansammlung von Kokspartikeln im Brenner nicht festzustellen. Die thermische Energie, die durch die Verbrennung des Pechs gewonnen und aus dem Nettobrennwert des Ölsandbiiumens (vgl. Tabelle I) bzw. des Pechs (vgl. Tabelle 6) und aus der Ausbeute des Pechs aus dem Ölsandbitumen (22,7 Gew.-% Im Falle von Pech Nr. 1) berechnet wurde, entsprach 20,7% des Brennwerts des Ölsandbitumens.

Tabelle Eigenschanen des Ölbilumens

Spezifisches Gewicht (15/4° C) Verkokungsrückstand (Gew.-% Schwefel (Gew.-%) Asche (Gew.-%)

1,0104 14,9 4,59 0,78

(ASTM D 189-65)

Elemenlaranalyse (bei konstantem Gewicht, korrigiert durch Aschegehalt)

C	(%)	(ppm)	83,2
H	(%)	(ppm)	10,5
N	(%)	0,42
S	(%)	4,63
O	(%) Rest	1,33
H/C		1,51
Schwermetalle
Ni	78
V	202

Viskosität

35 100 bis 7 577 Centistokes 513 bis 110 Centistokes

Stockpunkt (⁰C) 25 Asphaltene (üew.-%) 16 Nettobrennwert (kJ/Kg) 40690 (einschl. Asche)

41020 (korrigiert durch Aschegehalt)

Tabelle 2

Tubelle 3

Eigenschaften des unter vermindertem Druck gewonnenen Destillats

Spezifisches Gewicht (15/4° C)

K	Siedeanalyse
	Anfangssiedepunkt
	30 Vol.-%
	60 VoI.-%
	90 Vol.-%
	Schwefel (Gew.-%)
f.-	Stickstoff (Gew.-%)
ί\|\|
I
Si

0,929

uo°c

320° C

380⁰C

443⁰C

2,6

0,17 Eigenschaften des Rückstandes nach Destillation

unter vermindertem Druck

Spezifisches Gewicht (15/4° C) 1,056

Verkokungsrüekstand (Gew.-".*)) 22,5 Asche (Gew.-%) 1.29

Elementaranalyse

C (%) 82,35

H (%) 9,96

N (%) 0,61

S (%) 5,76 O (%) 1,31

H/C 1,45

(Ausbeute bezogen aufÖlsandbitumen 64,2 Gew.%

Tabelle 4 Verfahrensbedingungen und Produktausbeute

Versuch Nr. I 2

Verfahrensbedingungen:

Temperatur des Rückstandes (⁰C) Temperatur des Wasserdampfes (⁰C) Menge an Wasserdampf* (kg/h) Dauer der Operation (Minuten)

Produktausbeute:

Gas (Gew.-%)
abdestilliertes Öl (Gew.-%) abgeschiedenes Pech (Gew.-%) abgeschiedenes Pech** (siehe unten)

*) Wasserdampf, der in den nach der Destillation zurückgebliebenen Rückstand eingeblasen wurde. **) Ausbeute, bezogen aufölsandoitumen.

390	430	450
600	400	400
0,6	1,2	1,0
60	40	20
3.0	6,2	6,7
62,0	63,0	65,2
35,0	30,8	28,1
22,7	17,1	15,5

Tabelle 5 Eigenschaften des destillierten Öls

leichte Fraktion

mittelschwere Fraktion

Spezifisches Gewicht (15/4° C) Siedeanalyse

Anfangssiedepunkt
20 Vol.-%
40 Voi.-%
60 Vol.-"A
80 Vol.-⁰,»
Schwefel (Gew.-»,,))
Stickstoff (Gcw.-^l!h)
Stockpunkt (⁰C)

0,792

0,973

85	250
122	379
158	440
191	476
222	510
2,6	4.3
0.01	0.29
unter 0⁰C	7

Tabelle 6

Eigenschaften des Pech·«	I	140 50 2	2	180 43 8	.1	207 40 12
Erweichungspunkt (⁰C) flüchtige Anteile (Gew.-¹¹Ii)* Chinolin unlösliches Pech (Gew.-"O)
Elementaranalyse	82.0 7.5 1.3 "'.S	82.2 5.6 1.4 6.6	82,4 5.2 1.5 6.7
C (¹Hi) H (¹O) N ("M) S ("<>)	3.4 37 380 155 130	35 270 15S 1 800	1.3 34 870 170 IO 1)00
Asche (Ciew.-'Ni) Nettobrennwert (kJ/kg) llartgruppen-lnilex"* Viskositiil (cst bis 350⁰C)
••ι JIS SI SSMI S ieniiprccheml VSISI IMO¹HIi

Beispiel 2

Das in Tabelle 6 mit Nr. 2 bezeichnete Pech wurde wie in Beispiel I beschrieben in eine Brennkammer eines Kessels mit einer Einspritzdüse vom Tangcntlaltyp eingesprüht bei einer Temperatur von 400 C am Einlad des Brenners unter Zusatz von Wasserdampf einer Temperatur von 300^; C und bei einem Druck von 25 bar (Verhältnis von Dampf: Pech = I : 10). um verbrannt zu werden Die gewonnene thermische Energie, die wie in Beispiel 1 berechnet wurde, beträgt 17¹V derjenigen des Ölsandbitumens.

Beispiel 3

Nach eier Abkühlung des in Tabelle 6 mit Nr. 2 bezeichneten Pechs unter 50 C wurde dieses in einer Vertikaldruckmühle äußerst fein pulverisiert in Partikel, deren Größe kleiner als 0.07 mm war. und in eine Brennkammer eines Kessels durch eine Rotationsbrenndüse eingespeist und nach dem Mischen mit Luft verbrannt. :i Wegen seines hohen Hartgruppen-Index war die Pulverisierbarkeit des Pechs hoch und In der Mühle war kein Aufschmelzen und Anhaften feststellbar. Die Brennbarkeit des Pschs. insbesondere die Entzün'iharkcit In der Brennkamr-er. war derjenigen von feinzerteilter S'aub-

!fi kohle stark überlegen und es zeigte sich, dall der hohe Gehalt an flüchtigen Anteilen Im Pech für die günstigen Verbrennungseigenschaften verantwortlich war.

Beispiel 4

Das in Tabelle 6 mil Nr. 3 bezeichnete Pech wurde in der in Beispiel 3 beschriebenen Weise in Form äußerst feinteiliger Partikel verbrannt. Die Pulverisierbarkeil des Pechs Nr. 3 war noch besser als diejenige des Pechs Nr. 2. was zu einer Vermir.Ierung der zur Pulverisieruni:

■»ο erforderlichen Zeit von etwa 30 Minuten führte. Es wurden fast die gleichen Brenneigenschaften für dieses Pech erhalten wie für das in Beispiel 3 beschriebene Pech. Die wie in Beispiel I berechnete gewonnene thermische Energie betrug 15.5% des Brennwertes des Ölsamibitumens.

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Behandlung von Ölsand, bei welchem Bitumen von dem Ölsand abgetrennt, unter ver- mindertem Druck destilliert und der dabei erhaltene Rückstand thermisch gecrackt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstand durch direktes Einblasen eines inerten Heizmediums mit einer Temperatur von 400⁰C bis 700° C in den in flüssigem to Zustand befindlichen Rückstand während 20 bis 90 Minuten, wobei der Rückstand auf einer Temperatur zwischen 350 und 450° C wahrend des Einblasens gehalten wird, zur Gewinnung eines Cracköls, Crackgases und eines brennbaren Pechs thermisch gecrackt is und dann das brennbare Pech zur Gewinnung von Wärmeenergie, die zur Gewinnung des Bitumens von dem Ölsand verwendet wird, verbrannt wird.

2. Verfahren rsach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare Pech in feinzerstäubtem flüssigem Zustand oder nach felntelliger Pulverisierung in einem Kessel zur Erzeugung von Wasserdampf for die in-situ-Gewinnung des Bitumens aus dem Ölsand verbrannt wird.

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