DE69801844T2

DE69801844T2 - Atmosphärische distillation von kohlenwasserstoffe enthaltenden flüssigen einsätzen

Info

Publication number: DE69801844T2
Application number: DE69801844T
Authority: DE
Inventors: Paul Cossee; Jan Pek
Original assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: AU2154399A; DE69801844D1; US5962763A; AR015484A1; EP1032618B1; EP1032618A1; ES2167961T3; JP2001524576A; WO1999027035A1; MY118160A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Destillation von kohlenwasserstoffhältigen Flüssigkeitsströmen in einer atmosphärischen Destillationskolonne. Im spezielleren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Destillieren eines Rohöls und eines verunreinigten Flüssigkeitsstroms, der ein leichte Kohlenwasserstoffe und eine Verunreinigung oder mehrere Verunreinigungen enthaltender Strom ist, wobei die leichten Kohlenwasserstoffe Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von Naphtha und Gasöl sind.
Normalerweise umfaßt ein Destillieren eines kohlenwasserstoffhältigen Flüssigkeitsstroms in einer atmosphärischen Destillationskolonne, die einen Strippabschnitt, einen Rektifikationsabschnitt und einen zwischen dem Stripp- und dem Rektifikationsabschnitt angeordneten Einlaßabschnitt umfaßt, die folgenden Stufen:
(a) Erhitzen des kohlenwasserstoffhältigen Flüssigkeitsstroms bei atmosphärischem Druck in einem Ofen auf eine vorbestimmte Temperatur und Einführen des erhitzten Stroms in den Einlaßabschnitt der atmosphärischen Destillationskolonne;
(b) Abnehmen eines Rückstands vom Boden der atmosphärischen Destillationskolonne, Abnehmen eines Überkopfproduktes vom Kopf und Abnehmen wenigstens eines Seitenstroms vom Rektifikationsabschnitt; und
(c) Abkühlen wenigstens eines Teils von wenigstens einem der Seitenströme und Einführen des abgekühlten Seitenstroms oder der abgekühlten Seitenströme in den Rektifikationsabschnitt auf einer Höhe über dem Abnahmepunkt, und partielles Kondensieren des Überkopfproduktes und Einführen der kondensierten Fraktion des Überkopfproduktes in das obere Ende der atmosphärischen Destillationskolonne.
Der kohlenwasserstoffhältige Flüssigkeitsstrom von Stufe (a) ist normalerweise ein Rohöl.
Die Anmelderin ist interessiert an einer Co-Destillation eines leichte Kohlenwasserstoffe enthaltenden verunreinigten Flüssigkeitsstroms mit dem Rohöl.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind zwei Verunreinigungen von besonderem Interesse. Einerseits Kohlenwasserstoffe mit einem hohen Siedepunkt (über 480ºC) und anderseits in Wassertröpfchen vorliegende Salze, welche Tröpfchen in dem Strom aus leichten Kohlenwasserstoffen dispergiert sind.
Beispiele für Kohlenwasserstoffe mit einem hohen Siedepunkt sind mehrkernige Aromaten, mehrkernige Cycloparaffine, große Paraffinkohlenwasserstoffe (Wachse) und olefinische Komponenten, wie mehrkernige Cycloolefine und große olefinische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Diolefine. Diese hochsiedenden Kohlenwasserstoffe sind in den leichten Kohlenwasserstoffen löslich, und die Lösung hat üblicherweise eine dunklere Farbe, beispielsweise eine ASTM-Farbe von 3 oder darüber, bestimmt gemäß ASTM D1500. Ein Beispiel eines leichte Kohlenwasserstoffe enthaltenden verunreinigten Flüssigkeitsstroms ist ein schwarzes Kondensat, das ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen ist, die manchmal mit Erdgas anfallen und eine ASTM-Farbe von 3 oder darüber aufweisen. Die verunreinigte Flüssigkeit kann auch Abfallströme für die Raffinerie einschließen.
Die Salze in den Kohlenwasserstoffströmen werden aus Bildungswasser oder von anderen Behandlungen in einer Raffinerie stammen, wobei Beispiele für verunreinigende Salze Natriumchlorid, Magnesiumchlorid, Kalziumchlorid und Eisenchlorid sind. Es können auch andere Salze zugegen sein, wie Sulfate.
Wenn der verunreinigte Flüssigkeitsstrom nur Verunreinigungen in Form von hochsiedenden Kohlenwasserstoffen enthielte, könnte der verunreinigte Flüssigkeitsstrom in einfacher Weise direkt dem Ofen zugeleitet werden. Für den Fall, daß die Verunreinigung ein Salz ist, gegebenenfalls in Kombination mit hochsiedenden Kohlenwasserstoffen, könnte der verunreinigte Flüssigkeitsstrom indirekt dem Ofen zugeführt werden. Vor dem Eintritt in den Ofen wird das Salz in einem Rohölentsalzer stromauf vor dem Ofen abgetrennt.
Dies ist ein einfacher Weg zur Co-Destillation des verunreinigten Flüssigkeitsstroms. Ein Nachteil dieser Art von Co- Destillation liegt jedoch darin, daß die beiden Ströme auf die vorbestimmte Temperatur erhitzt werden müssen, um ein Gemisch aus Dampf und Flüssigkeit: auszubilden, das der Destillationskolonne zugeführt wird.
Es gibt einen weiteren Nachteil, und der hängt mit der Erzielung des Rücklaufs in Stufe (c) zusammen. Sowohl die leichten Kohlenwasserstoffe des verunreinigten Flüssigkeitsstroms als auch die leichten Kohlenwasserstoffe des Rohöls werden verdampft und anschließend im Rektifikationsabschnitt partiell kondensiert. Zum Kondensieren der leichten Kohlenwasserstoffe muß Wärme abgeführt werden, und dies erfolgt in Stufe (c), und die abzuführende Wärmemenge ist proportional zur Menge der Kohlenwasserstoffe, die kondensiert werden soll. Je größer somit die Menge der leichten Kohlenwasserstoffe ist, umso mehr Wärme muß abgeführt werden. Diese Wärme muß jedoch dem kohlenwasserstoffhältigen Strom zugeführt werden, bevor er in die atmosphärische Destillationskolonne eintritt. Wenn somit der verunreinigte Flüssigkeitsstrom mit dem Rohöl vermischt wird, muß eine größere Wärmemenge zugeführt werden. Darüber hinaus kann der Fall eintreten, daß es nicht genügend verfügbare Wärmeaustauschfläche gibt, um die erforderliche Wärmemenge zu übertragen.
Das Vermischen des verunreinigten Flüssigkeitsstroms mit dem Rohöl weist somit zwei Nachteile auf: Es muß ein größerer Strom erhitzt werden, und es muß mehr Wärme beseitigt werden. Diese größeren, zu transferierenden Wärmemengen benötigen größere Wärmeaustauschoberflächen.
Es stellt ein Ziel der vorliegenden Erfindung dar, die auszutauschende Wärmemenge zu verringern.
Zu diesem Zweck umfaßt das Verfahren zum Destillieren eines Rohöls und eines leichte Kohlenwasserstoffe enthaltenden verunreinigten Flüssigkeitsstroms in einer atmosphärischen Destillationskolonne, die einen Strippabschnitt, einen Rektifikationsabschnitt und einen zwischen dem Stripp- und dem Rektifikationsabschnitt angeordneten Einlaßabschnitt umfaßt, gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Stufen:
(a) Erhitzen des Rohöls bei atmosphärischem Druck auf eine vorbestimmte Temperatur in einem Ofen und Einführen des erhitzten Rohöls in den Einlaßabschnitt der atmosphärischen Destillationskolonne;
(b) Abnehmen eines Rückstands vom Boden der atmosphärischen Destillationskolonne, Abnehmen eines Überkopfproduktes vom Kopf und Abnehmen wenigstens eines Seitenstroms aus dem Rektifikationsabschnitt;
(c) Abkühlen wenigstens eines Teiles von wenigstens einem der Seitenströme und Einführen des abgekühlten Seitenstroms oder der abgekühlten Seitenströme in den Rektifikationsabschnitt auf einer Höhe über dem Abnahmepunkt, und partielles Kondensieren des Überkopfproduktes und Einführen der kondensierten Fraktion des Überkopfproduktes in das obere Ende der atmosphärischen Destillationskolonne;
(d) Zuführen des leichte Kohlenwasserstoffe enthaltenden verunreinigten Flüssigkeitsstroms zu dem Einlaß einer mit einer Membran ausgestatteten Membraneinheit und Abnehmen eines Permeats von der Permeatseite und eines Retentats von der Retentatseite; und
(e) Einführen des Permeats in den Rektifikationsabschnitt und Zuführen des Retentats zum Ofen.
Da das Retentat ein kleiner Strom ist, braucht in dem Ofen nur eine beschränkte Menge an zusätzlicher Wärme übertragen zu werden. Darüber hinaus wird verhältnismäßig kaltes Permeat in den Rektifikationsabschnitt eingeführt, und dies trägt zur Temperaturkontrolle in der atmosphärischen Destillationskolonne bei.
Falls die Verunreinigung Kohlenwasserstoffe mit einem hohen Siedepunkt umfaßt, ist die Membran eine Nanofiltrationsmembran, und das Retentat wird unmittelbar dem Ofen zugeführt. Wenn die Verunreinigung ein Salz ist, ist die Membran eine Ultrafiltrationsmembran, und das Retentat wird indirekt, über einen Rohölentsalzer, dem Ofen zugeführt. Und falls beide Verunreinigungen vorliegen, ist die Membran eine Nanofiltrationsmembran, und das Retentat wird indirekt, über einen Rohölentsalzer, dem Ofen zugeführt.
Die Erfindung wird nunmehr beispielhaft in größerem Detail unter Bezugnahme auf die angeschlossene Zeichnung beschrieben, die schematisch eine Anlage zur Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Anlage umfaßt einen Ofen 1, eine atmosphärische Destillationskolonne 2 und eine Membraneinheit 3. Die atmosphärische Destillationskolonne 2 ist mit einem Strippabschnitt 5, die wenigstens eine theoretische Trennstufe 6 umfaßt, einem Rektifikationsabschnitt 7, der eine Mehrzahl von theoretischen Trennstufen 8 und 9 umfaßt, und mit einem zwischen dem Strippabschnitt 5 und dem Rektifikationsabschnitt 7 angeordneten Einlaßabschnitt 10 ausgestattet.
Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Rohöl bei atmosphärischem Druck durch eine Leitung 11 nach einem Vorerhitzen im Wärmetauscher 13 zum Ofen 1 geführt. In der Heizschlange 15 wird das Rohöl partiell verdampft. Die Temperatur des aus dem Ofen 1 austretenden Rohöls liegt im Bereich von 300 bis 380ºC.
Über eine Leitung 16 tritt das erhitzte Rohöl in den Einlaßabschnitt 10 der atmosphärischen Destillationskolonne 2 ein. Durch eine Leitung 18 wird Abstreifdampf zu dem Strippabschnitt 5 der atmosphärischen Destillationskolonne zugeführt.
Die unverdampfte Flüssigkeit aus dem Rohöl wird durch den Abstreifdampf gestrippt und wird im Boden der atmosphärischen Destillationskolonne 2 gesammelt, und die Dämpfe steigen durch die Kolonne 2 nach oben. Den aufwärtsströmenden Dämpfen wird Wärme entzogen, so daß sie kondensieren und eine abwärtsströmende Flüssigkeit ergeben. Vom Boden der atmosphärischen Destillationskolonne 2 wird ein Rückstand durch eine Leitung 19 abgenommen, und vom Kopf wird ein Überkopfprodukt durch eine Leitung 20 abgenommen.
Das Überkopfprodukt wird durch indirekten Wärmeaustausch im Wärmetauscher 21 partiell kondensiert. Im Separator 22 werden die kondensierte Fraktion und Gas getrennt. Das Gas wird über eine Leitung 23 abgenommen, und die kondensierte Fraktion wird über eine Leitung 24 in die atmosphärische Destillationskolonne als Rückfluß zurückgeführt.
Aus dem Rektifikationsabschnitt 7 werden zwei Seitenströme abgenommen, ein erster über einen Abzugsboden 25 und eine Leitung 26 und ein zweiter über einen Abzugsboden 27 und eine Leitung 28. Der zweite Seitenstrom 28 wird durch indirekten Wärmeaustausch im Wärmetauscher 13 zum Vorwärmen des Rohöls abgekühlt. Der abgekühlte Seitenstrom wird über Leitung 29 in den Rektifikationsabschnitt 7 auf einer Höhe über dem Abzugspunkt eingeführt. Zweckmäßig liegt wenigstens eine theoretische Trennstufe (nicht dargestellt) zwischen der Einführungshöhe und dem Abzugspunkt des Seitenstroms. Der zweite Strom ist der umlaufende Rückfluß. Die Temperatur in der atmosphärischen Destillationskolonne 2 wird durch Variieren der Mengen an Rückfluß und umlaufendem Rückfluß gesteuert.
Die Einführung eines Teils des verunreinigten Flüssigkeitsstroms in den Rektifikationsabschnitt 7 trägt zur Temperaturregelung bei. Um ein Faulen zu verhindern, wird der verunreinigte Flüssigkeitsstrom zunächst in der Membraneinheit 3 behandelt.
Die Membraneinheit 3 hat eine Retentatseite 31 und eine Permeatseite 32, die durch eine geeignete Membran 33 getrennt sind. Die Retentatseite hat einen Einlaß 35 und einen Auslaß 36, und die Permeatseite hat einen Auslaß 37.
Der leichte Kohlenwasserstoffe enthaltende verunreinigte Flüssigkeitsstrom wird durch eine Leitung 40 zur Einlaßseite 35 der Retentatseite 31 der Membraneinheit 3 zugeführt. Von der Permeatseite 32 wird ein Permeat über eine Leitung 42 abgenommen, und von der Retentatseite 31 wird über eine Leitung 43 ein Retentat abgeführt.
Das Permeat ist im wesentlichen frei von Verunreinigungen, und die abgetrennten Verunreinigungen finden sich im Retentatstrom.
Das Retentat wird zu dem Rohöl vor dem Ofen 1 zugesetzt, und in diesem Falle stromauf zum Wärmetauscher 13. In dieser Weise wird das Retentat partiell verdampft und zur atmosphärischen Destillationskolonne 2 weitergeführt, und wertvolle leichte Komponenten werden gewonnen.
Wenn das Retentat Salz enthält, kann es dem (nicht dargestellten) Rohölentsalzer stromauf zum Wärmetauscher 13 zugeführt werden.
Das Permeat wird in den Rektifikationsabschnitt 7 der atmosphärischen Destillationskolonne auf einer Höhe zugesetzt, wo seine Temperatur mit der Temperatur im Rektifikationsabschnitt 7 übereinstimmt.
Die Membrantrennung wird bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 100ºC und zweckmäßig bei 40ºC ausgeführt, und das Massenverhältnis zwischen Permeat und Retentat liegt zwischen 1 und 20 und zweckmäßig zwischen 5 und 10.
Wenn die Verunreinigungen Kohlenwasserstoffe mit einem hohen Siedepunkt umfassen, ist die in der Membraneinheit 3 zweckmäßig eingesetzte Membran eine Nanofiltrationsmembran. Ein geeignetes Material für eine derartige Nanofiltrationsmembran ist ein Polysiloxan und zweckmäßig ein Poly(dimethylsiloxan). Die Nanofiltrationsmembran wird mit einem Transmembrandruck von zwischen 1 und 8 MPa und einem Strom von zwischen 1.000 und 4.000 kg/m² Membranfläche pro Tag betrieben.
Wenn die Verunreinigung ein Salz ist, wird eine Ultrafiltrationsmembran eingesetzt. Geeignete Ultrafiltrationsmembranmaterialien sind Polytetrafluorethylen (PTFE) und Poly(vinylidenfluorid) (PVDF); zusätzlich können auch keramische Membranen verwendet werden. Die Ultrafiltrationsmembran wird mit einem Transmembrandruck von zwischen 0,2 und 1 MPa und einem Strom von zwischen 3.000 und 20.000 kg/m² Membranfläche pro Tag betrieben.
Die Nanoflitrationsmembran wird auch verwendet, wenn beide Verunreinigungen enthalten sind.
Die Menge an verunreinigter Flüssigkeit liegt zweckmäßig im Bereich von 0,01 bis 0,25 kg/kg Rohöl.
Im Verfahren der vorliegenden Erfindung müssen nur das Retentat und das Rohöl im Ofen erhitzt werden, und da das Retentat eine Fraktion des verunreinigten Flüssigkeitsstromes ist, bedeutet dies, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmeeffizienter ist als ein Verfahren, worin der gesamte verunreinigte Flüssigkeitsstrom mit dem Rohöl vermischt wird.
Darüber hinaus unterstützt das verhältnismäßig kalte Permeat, das in den Rektifikationsabschnitt 7 eingeführt wird, die Temperaturregelung in der atmosphärischen Destillationskolonne 2. Die Rückflußmenge kann daher verringert werden, oder alternativ kann für das gleiche Ausmaß an Rückfluß eine größere Rohölmenge destilliert werden.

Claims

1. Verfahren zum Destillieren eines Rohöls und eines leichte Kohlenwasserstoffe enthaltenden verunreinigten Flüssigkeitsstroms in einer atmosphärischen Destillationskolonne, die einen Strippabschnitt, einen Rektifikationsabschnitt und einen zwischen dem Stripp- und dem Rektifikationsabschnitt angeordneten Einlaßabschnitt umfaßt, welches Verfahren die folgenden Stufen umfaßt:

(a) Erhitzen des Rohöls bei atmosphärischem Druck auf eine vorbestimmte Temperatur in einem Ofen und Einführen des erhitzten Rohöls in den Einlaßabschnitt der atmosphärischen Destillationskolonne;

(b) Abnehmen eines Rückstands vom Boden der atmosphärischen Destillationskolonne, Abnehmen eines Überkopfproduktes vom Kopf und Abnehmen wenigstens eines Seitenstroms aus dem Rektifikationsabschnitt;

(c) Abkühlen wenigstens eines Teiles von wenigstens einem der Seitenströme und Einführen des abgekühlten Seitenstroms oder der abgekühlten Seitenströme in den Rektifikationsabschnitt auf einer Höhe über dem Abnahmepunkt, und partielles Kondensieren des Überkopfproduktes und Einführen der kondensierten Fraktion des Überkopfproduktes in das obere Ende der atmosphärischen Destillationskolonne;

(d) Zuführen des leichte Kohlenwasserstoffe enthaltenden verunreinigten Flüssigkeitsstroms zu dem Einlaß einer mit einer Membran ausgestatteten Membraneinheit und Abnehmen eines Permeats von der Permeatseite und eines Retentats von der Retentatseite; und

(e) Einführen des Permeats in den Rektifikationsabschnitt und Zusetzen des Retentats zum Rohöl stromauf zum Ofen.