1. Anwendungsgebiet der Erfindung
-
Die Erfindung befaßt sich mit einer On-Line-Vorrichtung zur
Messung des Flammpunktes einer Erdölzwischenfraktion, wie
Kerosin (Leuchtöl) während der Destillation von Rohöl, und
sie befaßt sich auch mit einem Verfahren zum Kontrollieren
des Flammpunktes der Erdölzwischenfraktion unter Nutzung des
Meßwertes, welchen man bei der vorstehend genannten
Meßvorrichtung erhalten hat.
2. Beschreibung des Standes der Technik
-
Bei den Komponenten des Erdöls, wie eine Gasolinfraktion
(Benzinfraktion) und eine Zwischenfraktion wie Kerosin
(Leuchtöl) sind die Siedepunkte derselben kontinuierlich
verteilt, und wenn diese Komponenten vom Rohöl mittels
Destillation extrahiert werden, wird Kerosin abgeschieden oder
mit Dampf erhitzt, um flüchtige Bestandteile hiervon zu
verdampfen und diese flüchtigen Bestandteile werden dann zu
einer Gasolinfraktion abgegeben, wodurch der Flammpunkt von
Kerosin eingestellt wird.
-
Wenn in diesem Fall der Flammpunkt von Kerosin mittels eines
On-Line-Systems gemessen wird, läßt sich die Menge des
Dampfes, welcher beispielsweise zum Erhitzen oder Abscheiden
des Kerosins eingesetzt wird, auf der Basis des Meßwertes
regulieren, so daß sich der Flammpunkt stabil konstant
halten läßt. Bei einem OFF-Line-System hingegen wird im
allgemeinen Kerosin zuerst als Probe entnommen und sein
Flammpunkt wird dann direkt gemessen, und die Dampfmenge wird mit
Hilfe von Betriebserfahrungswerten unter Bezugnahme auf den
Meßwert gesteuert bzw. eingestellt. Daher ist eine genaue
Steuerung der einzusetzenden Dampfmenge in Folge der
Zeitverzögerung und dergleichen schwierig. Es ist daher
erforderlich, aus Sicherheitsgründen hinsichtlich der Steuerung
große Toleranzbereiche zuzulassen, wodurch eine effiziente
Massenproduktion von Kerosin behindert wird.
-
In DE-A-2 723 157 ist ein Verfahren zum indirekten Messen
des Flammpunktes bei einem Off-Line-System über die
Gesamtkohlenstoffkonzentration in der Gas/Dampf-Phase angegeben.
Die Konzentration wird mit Hilfe eines
Flammenionisationsdetektors (FID) bestimmt. Der Flammpunkt wird aus einer
Gleichung ermittelt, welche in einem linearen Verhältnis zur
Konzentration steht.
-
Bei einem üblichen, an sich bekannten Verfahren zum direkten
Messen eines Flammpunktes bei einem On-Line-System wird eine
gewisse Menge einer zu messenden Flüssigkeit zuerst als eine
Probe genommen, und es wird ein Funke durch die Gasphase
über der Flüssigkeit während der Erwärmung emittiert, um das
Gas zu zünden. Der Flammpunkt wird durch Detektion der
Erzeugung von Schall oder Licht festgestellt und gemessen.
-
In US-A-3,440,863 ist eine verbesserte Vorrichtung für ein
On-Line-System zur direkten Bestimmung des Flammpunktes
einer Flüssigkeit angegeben, welche einen Flammpunkt hat,
der höher als etwa 85ºC ist. Die Vorrichtung nutzt eine
Flammkammer, welche Flüssigkeits- und Dampfkammern darin
hat, welche mit verbesserten Heizeinrichtungen ausgestattet
sind. Auch ist eine neue Einrichtung vorgesehen, welche
geeignet ist, hohe Flammpunkte festzustellen, welche ein
Gehäuse mit einer Membrane umfaßt. Bei Verfahren zum
direkten Messen des Flammpunkts in einem On-Line-System wird der
Flammpunkt der Flüssigkeit zu gewissen Zeitintervallen
gemessen, wobei eine solche Technik im wesentlichen ähnlich
wie bei Off-Line-Systemen ist.
-
Im US-A-4,092,847 ist ein Verfahren zum indirekten Messen
des Flammpunktes eines Ölerzeugnisses bei einem On-Line-
System angegeben, bei dem wenigstens das spezifische Gewicht
und die Viskosität des Produktes gemessen werden und der
Flammpunkt aus der empirischen Gleichung ermittelt wird,
welche diese Werte in Beziehung zu dem Flammpunkt setzt.
-
Es braucht daher nicht erwähnt zu werden, daß ein Bedarf
nach einer On-Line-Vorrichtung zum Messen des spezifischen
Gewichts oder der Viskosität besteht, und die Meßgenauigkeit
des Flammpunktes von dem Leistungsvermögen der
Meßvorrichtung abhängig ist.
-
Wie bereits vorher angegeben wurde, gibt es bisher bei einem
Rohöldestillationsverfahren keine geeignete und zuverlässige
Vorrichtung und kein entsprechendes Verfahren zum
Detektieren des Flammpunkts der Erdölzwischenfraktion, wie Kerosin,
unter Nutzung eines kontinuierlichen On-Line-Systems.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend genannten
Schwierigkeiten zu überwinden. Ein Ziel der Erfindung ist
es, eine Vorrichtung zum Messen des Flammpunktes einer
Erdölzwischenfraktion bereitzustellen, welche auf einfache und
zuverlässige Weise diesen bei einem kontinuierlichen On-
Line-System erfaßt, und ferner zielt die Erfindung darauf
ab, ein Verfahren zum effizienten Kontrollieren des
Flammpunktes der Zwischenfraktion bereitzustellen.
-
Gemäß einem Lösungsgedanken nach der Erfindung wird der
Flammpunkt einer Erdölzwischenfraktion, wie Kerosin,
kontinuierlich in einem Destillationsverfahren von Erdöl in
einem On-Line-System mit Hilfe eines Signales gemessen,
welches man dadurch erhält, daß die Differenz zwischen
Gaskonzentrationen der Zwischenfraktion mit zwei vorbestimmten
Temperaturen durch die Differenz zwischen den vorbestimmten
Temperaturen dividiert wird. Der so gemessene Flammpunkt der
Zwischenfraktion kann genutzt werden, um die
Extraktionseffizienz der flüchtigen Bestandteile für Gasolin und
dergleichen aus der Zwischenfraktion zu steigern.
-
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben Untersuchungen
dahingehend unternommen, ob ein Flammpunkt einer Flüssigkeit
sich durch Erwärmen der Flüssigkeit und der anschließenden
Messung der Änderungsrate der Menge oder der Konzentration
eines nicht-entflammbaren Gases oberhalb der Flüssigkeit
bezüglich einer Temperatur bestimmen läßt oder nicht. Als
Ergebnis wurde aufgefunden, daß eine definierte
Wechselbeziehung zwischen dem Flammpunkt und der Änderungsrate der
Menge oder der Konzentration des Gases zur Temperatur
besteht. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis wurde die
Erfindung geschaffen, welche einen völlig neuartigen Weg geht.
-
Genauer gesagt wird eine Differenz zwischen Mengen oder
Konzentrationen des Gases an zwei Positionen, welche
vorbestimmte Temperaturen haben, genutzt, um die Änderungsrate
zur Temperatur zu erhalten. Daher ist es nicht immer
erforderlich, die absolute Menge des Gases zu messen.
-
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der
Erfindung wird eine On-Line-Vorrichtung zur indirekten
Messung des Flammpunktes einer Erdölzwischenfraktion während
der Destillation von Rohöl bereitgestellt, welche sich
auszeichnet durch eine erste Einrichtung zum kontinuierlichen
Messen einer ersten Gaskonzentration der Zwischenfraktion
bei einer ersten vorbestimmten Temperatur von nicht höher
als 40ºC, um ein die erste Gaskonzentration wiedergebendes
Signal bereitzustellen, eine zweite Gaskonzentration der
Zwischenfraktion bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur,
welche niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur,
beispielsweise um 10ºC niedriger ist, um ein die zweite
Gaskonzentration wiedergebendes Signal bereitzustellen, und
eine Recheneinheit zur Division der Differenz ΔC zwischen
den ersten und zweiten Gaskonzentrationen durch die
Differenz ΔT zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten
Temperaturen, um ein Signal des Quotienten K bereitzustellen,
und zur Ausführung einer Rechenverarbeitung nach Maßgabe der
folgenden Gleichung: Flammpunkt = 57-8,8K, um ein dem
Flammpunkt der Zwischenfraktion entsprechendes Signal von dem
Wert von K bereitzustellen, welcher aus ΔC und ΔT bestimmt
ist.
-
Gemäß einem zweiten Lösungsgedanken nach der Erfindung wird
ein Verfahren zum Kontrollieren des Flammpunktes einer
Erdölzwischenfraktion während der Destillation von Rohöl
bereitgestellt, welches sich durch die Schritte auszeichnet,
gemäß denen kontinuierlich die Konzentration eines ersten
Gases der Zwischenfraktion bei einer ersten vorbestimmten
Temperatur von nicht höher als 40ºC gemessen wird, die
Konzentration eines zweiten Gases bei einer zweiten
vorbestimmten Temperatur kontinuierlich gemessen wird, welche
niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur, beispielsweise um
10ºC niedriger ist, Dividieren der Differenz ΔC zwischen
den ersten und zweiten Gaskonzentrationen durch die
Differenz ΔT zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten
Temperaturen, um ein Signal des Quotienten K bereitzustellen,
Ausführen einer Rechenverarbeitung des Signals K nach
Maßgabe der folgenden Gleichung: Flammpunkt = 57-8,8K, um ein dem
Flammpunkt wiedergebendes Signal bereitzustellen, und Nutzen
dieses Signals zur Steuerung der Versorgung einer
Wärmequelle, wie eines Stripperdampfes oder Öls, zum Erwärmen der vom
Boden des Strippers oder der Fraktioniereinrichtung für die
Zwischenfraktion abgezogenen Fraktion.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung sowohl im Hinblick auf
die Verfahrensweise als auch die Vorrichtung wird
nachstehend als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
-
Fig. 1 ein Diagramm zur Verdeutlichung des
Zusammenhangs zwischen den Änderungsraten der Gaskonzentrationen bei
den Öltemperaturen von 30-40ºC und den Flammpunkten des
Öls, und
-
Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung einer
bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung nach der
Erfindung.
-
In den Zeichnungen bedeuten:
-
1 . . . Rohöldestillationskolonne
-
2 . . . Kerosinstripper
-
3 . . . Gasölstripper
-
4 . . . erster Kühler für Abscheidetemperatur
-
5 . . . zweiter Kühler für Abscheidetemperatur
-
6 . . . erster Behälter für Gasprobe
-
7 . . . zweiter Behälter für Gasprobe
-
8 . . . Kerosinextraktionsleitung
-
9 . . . Luftleitung
-
10 . . . Kerosin-Probenahmeleitung
-
11 . . . Gas-Probenahmeleitung
-
12 . . . Gas-Probenahmeleitung
-
13 . . . erster Detektor für Gasmenge
-
14 . . . zweiter Detektor für Gasmenge
-
15 . . . Recheneinheit
-
16 . . . Dampfsteuerventil
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG UNTER
BEZUGNAHME AUF DIE ZEICHNUNGEN
-
Die Erfindung wird nunmehr im Zusammenhang mit Kerosin als
ein Beispiel einer Erdölzwischenfraktion erläutert.
-
Für verschiedenen Kerosinproben wurden die
Gaskonzentrationen in den Gasphasen bei einer konstanten Temperatur von
etwa 30ºC und 40ºC gemessen, und ihre Änderungsraten K
wurden dann ermittelt. Andererseits wurden Flammpunkte dieser
Kerosinproben auf eine übliche Weise gemessen. Die
Wechselbeziehung zwischen den Änderungsraten und den Flammpunkten
ergibt sich gemäß der Darstellung in Fig. 1. Aus diesen
Ergebnissen in Fig. 1 erhält man die folgende Gleichung
(1):
-
Flammpunkt = 57-8,8 K . . . (1)
wobei K = $C/ΔT, wobei ΔC die Differenz zwischen
gemessenen Konzentrationen und ΔT die Differenz zwischen den
gemessenen Temperaturen ist.
-
Jede zu messende Temperatur kann niedriger als die
vorstehend angegebenen Werte sein, wenn sie aber zu niedrig ist,
ist die Menge des verdampften Gases zu klein, um seine
Konzentration zu messen.
-
Die Gaskonzentration (Gasmenge) wurde dadurch bestimmt, daß
zuerst das Gas der Kerosinprobe in Kontakt mit einem
schlangenähnlichen Platinkatalysator gebracht wurde, welcher
erwärmt war, um diesen zum Brennen zu bringen, und daß die zu
diesem Zeitpunkt erzeugte Wärmemenge gemessen wurde.
-
Die Platinschlange und eine weitere ähnliche Platinschlange,
welche nicht erwärmt wurde, wurden in Form eines Paars
eingesetzt, um eine Wheatstone-Brückenschaltung zu bilden, und
wenn die Temperatur der Schlange durch die erzeugte Wärme
anstieg, änderte sich der elektrische Widerstand der
Schlange entsprechend. Aus einer Änderung der Spannung der
Schlange nach Maßgabe eines geänderten elektrischen Widerstandes
wurde die Gasmenge oder -konzentration bestimmt.
-
Zwei Meßvorrichtungen dieser Bauart wurden gleichzeitig
eingesetzt, und die Gaskonzentration in der Gasphase der
Kerosinprobe, welche bei einer Temperatur von etwa 30ºC
konstant gehalten wurde,wurde unter Einsatz einer
Detektoreinrichtung (die Wheatston'sche Brückenschaltung) gemessen.
Andererseits wurde die Gaskonzentration in der Gasphase der
Kerosinprobe mit einer konstanten Temperatur von etwa 40ºC
durch eine weitere Detektoreinrichtung gemessen, um die
Grunddaten für die vorstehend angegebene Gleichung (1) zu
erhalten.
-
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 2 wurde ein Rohöl in eine
Destillationskolonne 1 eingebracht, wie dies mit einem Pfeil
P bezeichnet ist, und das Rohöl wurde dann in der Kolonne 1
destilliert.
-
Anschließend wurde Gasöl für Gasolin von der Oberseite der
Destillationskolonne 1 abgezogen, wie dies mit einem Pfeil G
bezeichnet ist, und der Ölrest, welcher Schweröl, Pech und
dergleichen enthält, wurde über die Bodenseite ausgegeben,
wie dies mit einem Pfeil H verdeutlicht ist. In einer oberen
Position im Mittelteil der Destillationskolonne 1 war ein
Kerosinstripper 2 vorgesehen. Kerosin wurde zu diesem
Kerosinstripper 2 über eine Kerosinleitung 2a abgegeben, und das
Kerosin wurde dann über eine Kerosinabzugsleitung 8
abgezogen. In der Destillationskolonne war unter dem
Kerosinstripper 2 ein Gasölstripper 3 angeordnet.
-
Eine Kerosin-Probenahmeleitung 10 war mit der Abzugsleitung
8 verbunden, und an der Probenahmeleitung 10 sind ein erster
Kühler 4 und ein zweiter Kühler 5 für die
Abscheidetemperaturen der Kerosinteile mit vorbestimmten Werten vorgesehen.
Der Kerosinteil, welcher auf 40ºC mit Hilfe des ersten
Kühlers 4 eingestellt war, wurde über eine Leitung 6a zu einem
ersten Behälter 6 für die gasförmige Probe geleitet, und der
Kerosinteil, welcher mit Hilfe des zweiten Kühlers 5 auf
30ºC eingestellt war, wurde über eine Leitung 7a zu einem
zweiten Behälter 7 für die Gasprobe geleitet. Den ersten und
zweiten Behältern 6 und 7 wurde Luft über eine Luftleitung 9
zugeführt, und die in beiden Behältern 6 und 7 erzeugten
Gase wurden zu einem ersten Gasmengendetektor 13 und einem
zweiten Gasmengendetektor 14 über Gas-Probenahmeleitungen 11
und 12 jeweils gefördert. Dies bedeutet, daß das vom auf
40ºC eingestellten Kerosin erzeugte Gas dem ersten
Gasmengendetektor 13 zugeleitet wurde und das vom Kerosin bei 30ºC
erzeugte Gas dem zweiten Gasmengendetektor 14 zugeleitet
wurde.
-
Wie vorstehend angegeben wurde, werden die ersten und
zweiten Gasdetektoren 13, 14 von den
Wheatstone-Brückenschaltungen gebildet, welche jeweils einen Platinkatalysator
aufweisen, welcher erwärmt wurde, und einen weiteren ähnlichen
Platinkatalysator aufweisen, welcher nicht erwärmt wurde.
Diese Detektoren 13, 14 stellten die Gaskonzentrationen fest
und ihre Daten wurden in eine Recheneinheit 15 eingegeben.
Die vorstehende Detektion der Gaskonzentrationen wurde
kontinuierlich über ein On-Line-System durchgeführt. In der
Recheneinheit 15 wurde die Differenz zwischen den beiden
Gaskonzentrationen, welche durch Datensignale der
Gaskonzentrationen wiedergegeben werden, die von den ersten und
zweiten Gasdetektoren 13, 14 geliefert werden, durch die
Differenz zwischen den beiden vorbestimmten Temperaturen (30ºC
und 40ºC) dividiert, um ein Signal (siehe Fig. 1) zu
erhalten. Dieses Signal wurde arithmetisch mit Hilfe der
Recheneinheit 15 verarbeitet, um ein weiteres Signal unter
Zuordnung zu dem Flammpunkt des Kerosins mit dem Kerosinstripper
2 zu erhalten. Ferner wurde dieser dem Flammpunkt des
Kerosins zugeordnete Ausgang an ein Dampfsteuerventil 16
angelegt, um die Dampfzugabe zur Erwärmung der Fraktion zu
steuern, die von der Bodenseite des Kerosinstrippers 2 abgezogen
wurde, so daß der Flammpunkt des Kerosins gesteuert bzw.
kontrolliert wurde.
-
Die Vorrichtung und das Steuerverfahren, welche voranstehend
beschrieben wurden, sind zur Steuerung der Versorgung der
anderen Fraktioniereinrichtungen als eines Kerosinstrippers
von der Wärmequelle nutzbar. Im Zusammenhang mit der
bevorzugten Ausführungsform wurde die Art und Weise zur Steuerung
des Flammpunktes von Kerosin beschrieben, jedoch läßt sich
die Erfindung auch bei der Flammpunktsteuerung bzw.
Flammpunktkontrolle von Gasöl und anderen Fraktionen einsetzen.