NO312303B1 - Fremgangsmate for katalytisk oppgradering og hydrogenering av hydrokarboner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot en fremgangsmåte for oppgradering av tunge hydrokarboner (petroleum - råoljer) med en lav API-grad til en høyere API-grad i et reaktorsystem omfattende varme, mekaniske skjærkrefter, trykk og katalytisk virkning, hvorved oljen omdannes til lettere fraksjoner og viskositeten reduseres.

Oljeraffinering og utviklingen av forbrenningsmotoren med indre forbrenning har fortsatt siden den siste delen av nittende århundre. Hver har påvirket den andre under forløpet av denne utviklingen, men det er oljeindustrien og dens effekt på tilnærmet hver del av moderne liv som har vært mest bemerkelsesverdig.

Råolje er en blanding av bokstavelig talt hundreder av hydrokarbonforbindelser varierende i størrelse fra den minste, metan, med bare ett karbonatom, til store forbindelser inneholdende 200 karbonatomer eller mer. En hoveddel av disse forbindelsene er paraffiner eller isomerer av paraffiner. Disse er rettkjedede hydrokarbonforbindelser, så som butan, C4H10, som normalt betegnes nC4. Isobutan betegnes på den annen side iC4.

De gjenværnde hydrokarbonforbindelsene er enten cykliske paraffiner, betegnet naftener, eller aromatiske forbindelser.

Disse familiene av hydrokarboner betegnes homologer, og på grunn av den store mengden av disse forbindelsene som eksisterer i råolje kan bare den enkleste av forbindelsene i homologene isoleres med en viss renhetsgrad i kommersiell målestokk. I raffineringsprosj ekter er generelt isolering av relativt rene produkter begrenset til de forbindelsene som er lettere enn Cl. De fleste forbindelser har imidlertid blitt isolert og identifisert, men bare under strenge og omhyggelige laboratoriebetingelser.

Innenfor industrien er produktene begrenset til grupper av disse hydrokarbonene som koker innenfor selektive kokeområder. Følgelig betegnes produkter ofte ved kokepunkter fremfor ved forbindelsene som de inneholder.

Deke alle forbindelser inneholdt i råolje er rene hydrokarboner. Råoljen inneholder visse uorganiske forurensninger, så som svovel, nitrogen og metaller. De langt vanligste av disse forurensningene er de organiske svovelforbindelsene betegnet merkaptaner. Disse forbindelsene ligner hydrokarboner, men er addert ett eller flere svovelatomer.

Mer kompliserte svovelforbindelser eksistere også, så som tiofener i området av homologer med høyt karbontall og disulfider i mellomdestillatområdet. På grunn av den nære relasjonen som eksisterer mellom disse svovelforbindelsene og nabohydrokarboner i slike egenskaper som damptrykk, kan forbindelsene ikke isoleres ved destillasjonsprosesser på en kommersiell skala.

Organiske kloridforbindelser fjernes vanligvis ikke fra råoljen som produkter, men den korrosive effekten som tilskrives til disse forbindelsene på deler av raffinerianlegg er alltid en kilde til bekymring. Omfattende undersøkelser har vært utført, og utføres frem-deles, med tanke på å forebygge korrosjon ved HC1 generert i fremgangsmåten fra disse organiske kloridene.

Metallene inneholdt i råoljen er vanligvis nikkel, natrium og vanadium. Fordi disse ikke er meget flyktige finnes de i de tyngere produktene av råolje, så som brenselsolje. De er bare en bekymring i visse tilfeller hvor de kan påvirke ytterligere bearbeidelse av oljen, eller dersom de eksisterer i så store mengder i drivstoffoljen at de begrenser den salg-bare verdien av produktet. Deres fjernelse kan i slike tilfeller bevirkes ved en ekstraksjonsprosess hvor de fjernes som en del av et bituminøst ekstrakt betegnet asfalten.

Før emnet med råoljesarnmensetning forlates, bør det nevnes nok en serie organiske forbindelser som, selv om de ikke alltid er tilstede i det opprinnelige råstoffet, ofte dannes under raffineringsprosessene. Disse er umettede forbindelser. Som nevnt tidligere inneholder de fleste forbindelser karbon og hydrogen og er sammensatt på en slik måte at hvert karbonatom inneholder sin fulle kvote på fire atomer, i form av enten hydrogen eller karbonatomer. Imidlertid nedbrytes visse av disse molekylene under betingelser med høy temperatur og taper permanent ett eller flere av disse tilknyttede atomene. Slike forbindelser er ustabile og kombineres lett med seg selv eller med tilsvarende forbindelser for å danne polymerer. De betegnes umettede forbindelser, mens de stabile hydrokarbonene, så som paraffiner, cykloparaffiner og aromatiske forbindelser, betegnes mettede hydrokarboner. Et eksempel på en slik forbindelse er etylen, som har formelen C2H4.

Råolje funnet i forskjellige deler av verden varierer betydelig i egenskaper. Dette fremgår lett ved forskjellen i spesifikk tetthet som eksisterer mellom råoljene. For eksempel har Zelten-råolje (Libya) en API-tetthet på 39,0, mens Bachequero-råolje har en tetthet på 16,0. En venezuela-råolje fra Orinoco-bassenget har en tetthet på 10 API. Denne forskjellen skydes det faktum at selv om hver råolje inneholder grunnleggende de samme hydrokarbonforbindelsene, kan andelen mellom disse hydrokarbonene variere fra én råolje til en annen. Følgelig er visse råoljer relativt rike på paraffiner, og dette reflekteres ved den voksaktige naturen av råoljen (de fleste råoljer fra Midt-Østen faller i denne gruppen). Andre inneholder flere cykloparaffiner og aromatiske forbindelser (så som nigeriansk og visse råoljer fra den amerikanske vestkyst).

Selv om det teoretisk er mulig å fremstille enhver type raffinert produkt fra et hvilket som helst råstoff, er det vanligvis ikke økonomisk godtagbart å gjøre dette. For eksempel oppnås bedre utbytter av reformeringsforråd for fremstilling av aromatiske forbindelser fra nigeriansk råolje enn fra Kuwait, mens betydelig mer residium for brenselsolje oppnås fra Kuwait enn fra Nigeria. For å tilfredsstille behov for disse to produktene blander raffinerier ofte to slike avvikende råoljer, idet forholdet i blandingen endres for å tilfredsstille det spesielle behovet. Dersom produktbehovene er sesongbetonte, som i tilfelle med mange gassoljer, foretas import av spesifikk valgte råoljer for å optimalisere fremstillingen av slike fraksjoner avhengig av sesongen.

Valg av råoljetype er relativt enkelt å foreta, og det er vanlig praksis innenfor raffineringsindustrien hvor de fleste oljeselskaper har sine egne oljebrønner i forskjellige deler av verden. I visse tilfeller kan etterspørselen etter visst produkt eller eliminering av et produkt av lav verdi bli så vedvarende at vesentlige endringer av en kjemisk natur må foretas. Slike prosesser som termisk og katalytisk spaltning og, senere, hydrospaltning, anvendes for å bevirke dette.

Generelt kan produktene som normalt oppnås fra råolje grupperes som følger

( 1) Flyktige produkter (disse er de letteste produktene)

propan LPG (liquefied petroleum gas)

butan LPG

lett nafta (C5 og nC6)

( 2) Lette destillater

bensin

tung nafta (petrochem nafta og basis for malinger)

kerosin og j et-dirvstoffer

( 3) Mellomdestillater

diesel for biler

oppvarmingsolj er

gassoljer

( 4) Brenselsoljer

marindiesel

bunkersolje (for skip)

( 5) Smørende oljer

motor

spindel

maskinoljer

( 6) Vokser

næringsmiddel- og papirbeleggingskvalitet

farmasøytisk kvalitet

( 7) Bitumen

asfalt

koks

Produkt fra disse gruppene produseres ved destillasjonsprosesser og behandles for å oppfylle visse spesifikasjoner. Disse spesifikasjonene er resultatet av et kompromiss mellom ønskelige ytelsesegenskaper i produktet og muligheten for å fremstille slike produkter fra råoljen og ved de tilgjengelige bearbeidelsesfasilitetene. Vide områder i fysikalske egenskaper tolereres ofte i disse spesifikasjonene for å ta hensyn til råolje-kilde, salgsarealer og produktenes endelige anvendelse.

Termiske spaltningsprosesser er oljeraffineringsindustriens sanne arbeidshester. Prosessene er relativt billige sammenlignet med fluid-crackeren og hydro-crackeren, men er omstendelige for å oppnå oljespaltningsformålet med omdanning av lav- kvalitetsmateriale til mer verdifulle oljeprodukter. Prosess-familien av termiske spaltningsanlegg har tre medlemmer:

Termiske spaltningsanlegg

Anlegg til nedbrytning av viskositet

Forkoksningsanlegg

Betegnelsen "termisk spaltning" anvendes vanligvis på de prosessene som omdanner tungolje (vanligvis brenselsolje eller rester) til lettere produkt, så som LPG, nafta og mellomdestillater, ved å tilføre bare varme til råstoffet over et på forhånd bestemt tidsrom. Når den anvendes på en spesifikk prosess refererer betegnelsen til bearbeidelsen av atmosfæriske rester (lang rest) for å gi lettere produkter. "Viskositetsnedbrytning" refererer til bearbeidelsen av vakuumrester (korte rester) for bare å redusere viskositeten av oljen og følgelig oppfylle kravene til et mer verdifult brenselsolj eforråd. "Forkoksning" refererer til den mest omfattende prosessen i familien av termisk spaltning. Enten lange eller korte rester kan tilføres til denne prosessen hvis formål det er å produsere bare de lettere destillatproduktene og oljekoks. Forkoksningsprosessen er instinktiv - dvs. den omdanner alt råstoffet. I de andre to prosessene er det vanligvis noe uomdannet råstoff tilstede, selv om den termiske spaltningsinnrentingen kan utformes slik at den er "ekstintiv" ved å resirkulere den uomsatte oljen.

De tre termiske spaltningsprosessene har den samme grunnleggende konfigurasjonen. Denne består av en spaltningsovn, en "soaking"-beholder eller vikling, og én eller flere produkt-utvirmingsfraksjoneringsinnretninger. Råstoffet foroppvarmes først ved varmeveksling med varm produktstrøm før det trer inn i spaltningsovnen eller -varmeren. Spaltningsovnen hever temperaturen av oljen til den på forhånd bestemte spaltningstemperaturen. Denne er alltid høyere enn 490°C, og ved omhyggelig utforming av opp-varmingsspolene holdes oljen i ovnen ved en på forhånd bestemt spaltningstemperatur i et på forhånd bestemt tidsrom (residenstid). I noen tilfeller adderes en ytterligere viklingsdel til varmeren for å tillate oljen å "soak" ved en fastsatt temperatur i et lengere tidsrom. I andre tilfeller forlater oljen ovnen for å tre inn i en trommel som holder oljen ved spaltningstemperaturen en kort tid. I forkoksningsinnretningsprosessen forlater oljen ovnen for å tre inn i en serie av forkoksningstromler hvori oljen holdes i et lengere tidsrom ved forkoksningstemperaturen for fremstillingen av koks.

Den spaltede oljen bråkjøles ved hjelp av en kald tungoljeproduktstrøm når den forlater "soaking"-delen til en temperatur under spaltningstemperaturen. Den trer da inn i en fraksjoneringsinnretning hvor destillatproduktene separeres og tas av svarende til råolje-destillasjonsenheten. I tilfelle forkoksningsenhetene fjernes koksen fra tromlene ved høyhastihgetsvannstråler på en vanlig satsvis basis. Koksdannelsesprosessen som her er sammenfattet refererer til den enklere "forsinket forkoksnings"-prosessen. Det finnes andre forkoksningsprosesser som er mer kompliserte, så som fluidforkoksnings-innretningen og den beskyttede "fexi"-forkoksningsinnretningen.

Prosessene som er sammenfattet ovenfor er de vanligste som innbefattes i konfigurasjonen av et brennstoff-raffineri. I tillegg til disse finnes det også gassbehandlings-prosesser og ofte noen ytterligere bensin-oktan-forbedringsprosesser.

Innenfor alle de ovenfor nevnte teknologiene finnes det et antall patenter som vedrører hver av prosessene og med informasjon vedrørende deres ytelse.

Alle disse prosessene har imidlertid ett formål - å oppgradere eller raffinere de produserte råoljene til en salgbar vare som oppfyller markedets krav.

Et antall av verdens oljereserver består av såkalte tungoljer, så som bitumen, med en gravitet under 16 API. Slike avsetninger finnes i land som Canada, Trinidad, Kazakstan, Iran, Venezuela og deler av Midt-Østen. Ved siden av å være et råstoff til raffineriene med en redusert verdi gir den lave viskositeten forbundet med slike råstoff opphav til store transportproblemer av råoljen, idet oljen ikke kan pumpes gjennom røranlegg uten forbehandling. En utbredt fremgangsmåte er å blande lav-gravitetsoljen med en høyere gravitetsolje, idet det derved skapes en pumpbar blanding. I tillegg til høy-gravitetsoljen anvendes nafta og vann også som blandingsmidler. Når det anvendes vann som blandingsmiddel gjøres dette alltid med en emulgator som holer oljen og vannet i en useparerbar emulsjon. En slik emulsjon er den velkjente orimulsjon dannet ved råolje fra Orinoco-bassenget i Venezuela.

Selv om de ovenfor nevnte fremgangsmåtene oppfyller sine formål, er de alle kjent som store installasjoner anbragt på industrielle områder (raffinerier). Ingen av disse kjente teknologiene er utformet for å anbringes nær oljekilden (brønner) med det formål å oppgradere oljen før den avleveres til et tradisjonelt raffineri.

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å frembringe en ny, forenklet fremgangsmåte for oppgradering av tung olje ved spaltning av oljen, hvorved transportegenskapene av råoljen forbedres i tillegg til at det genereres et langt bedre råmateriale til raffineriet. Videre er et annet formål ved oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte som kan utføres nær brønnhodene hvorved betydelige innsparinger kan oppnås i forbidnelse med transportkostnader. Disse og andre formål ved oppfinnelsen oppnås ved fremgangsmåten som er definert i de vedlagte patentkrav, og er forøvrig beskrevet i den etterfølgende beskrivelsen.

Fremgangsmåten innbefatter én eller flere reaktorer anordnet i serie eller parallell. I hver reaktor som arbeider med forskjellig temperatur og trykk avhengig av egenskapene av råstoffet er det anordnet en roterende blandeinnretning. Blandeinnretningen kan drives ved en hvilken som helst roterende kilde, så som en forbrenningsmotor, elektrisk motor, dampturbin og lignende innretninger.

På reaktoren eller reaktorene er det anordnet rør for fylling av mateolje, tømming av produsert olje, resirkulering av produsert olje og et rør for utslipp av generert damp og oljegass. Mateoljen anvendes som et kjølemedium i kondensatoren ved at oljen pumpes fra kilden gjennom kondensatoren ved hjelp av en lavtrykkspumpe. I kondensatoren vil oljen akkumulere kondensasjonsvarmen fra de fordampede effluentene. Mateoljen pumpes videre gjennom en varmeveksler hvor den oppvarmes ytterligere ved hjelp av varmeveksling fra den produserte oljen som forlater reaktoren. Den forvarmede mateoljen pumpes deretter inn i reaktoren ved hjelp av en høytrykkspumpe.

De kondenserte væskene fra kondensatoren kan enten tømmes til et separat tanksystem eller blandes med den produserte oljen fra reaktoren.

Ettersom prosessen kan drives med forskjellig trykk og temperatur, har forskjellige residenstider og . påvirkes katalytisk ved materialet som velges i den del av blande-utstyret som pisker oljen, er prosessen en termisk, katalytisk viskositetsnedbrytende spaltningsenhet som kombinerer effektene fra hver av disse klassiske prosessene.

Når råstoffoljen trer inn i reaktoren vil den bli utsatt for sterke skjærkrefter fra blanderen, proporsjonalt med hastigheten (m/sek.) av,delen av blanderen som er i kontakt med oljen. Hastigheten og belastningen uttrykt i Watt på hvert element av blanderen som virker på oljen velges slik at oljen i tillegg til skjærkreftene også mottar tilstrekkelig energi fra den hydrodynamiske energioverføringen (motstand) mellom oljen og elementene for å oppvarme oljen til den ønskede prosesstemperaturen. Dette er på den annen side ikke et absolutt krav for fremgangsmåten, idet ytterligere energi kan avleveres til prosessen fra oppvarmet olje eller vann fra en varmemantel som omgir reaktorbeholdeme. Energi kan også tilføres ved å injisere en bestemt mengde luft eller oksygen direkte i reaktoren for å gi en delvis forbrenning av oljen i reaktoren for å oppvarme oljen til prosesstemperaturen. Når dette anvendes genereres CO og CO2som forlater reaktoren gjennom gassrøret og utluftes i kondensatoren som ikke-kondenserbare gasser.

For å unngå fordampning av oljen i prosessen og for å optimalisere den termiske belastningen på oljen og øke effektiviteten settes reaktoren under trykk slik at kokepunktet av fraksjonen av oljen i reaktoren er høyere enn driftstemperaturen. Vann i råstoffoljen vil normalt fordampes under de eksisterende betingelsene i reaktoren med hensyn til temperatur og trykk.

Utslipp av fordampet vann og oljegass kan drives av ved damputvidelsen, og forlater reaktoren gjennom gassrøret innbefattende en trykkventil innstilt på det virkelige reaktortrykket. Følgelig trer effluentene inn i kondensatoren ved et trykk på ca. 1,1 bar.

Oljen som tilføres i reaktoren vil, på grunn av omrøringen, settes i en roterende bevegelse mot den motsatte enden av reaktoren. Under denne bevegelsen vil oljen være utsatt for de ovenfor nevnte skjærkreftene og den katalytiske effekten fra materialet i piskeelementene og vil bli oppvarmet til den ønskede prosesstemperaturen. I den motsatte enden av reaktoren er det anordnet et tømmerør innbefattende en tømme-innretning som kan være en tannhjulspumpe eller en ventil. Når prosesstemperatur er nådd aktiveres tømmeinnretningen og produkt tømmes med den følge at belastningen på drivinnretningen faller. Den reduserte belastningen aktiverer matepumpen for å opp-rettholde driftsbelastningen.

Ved visse typer olje er det nødvendig å øke residenstiden i reaktoren. For å oppnå dette er det anordnet en by-pass mellom tømmerøret og matepumpen, hvorved en del av oljen i reaktoren kan pumpes tilbake i reaktoren.

Volumet av den ompumpede delen dikteres av egenskapene for mateoljen og til hvilket nivå oppgradering ønskes.

Oppgradering kan videre økes ved å ha reaktorer som opererer med forskjellig trykk og temperatur i serie, hvorved oljen pumpes fra den første reaktoren til den neste osv. og tømmes i den siste reaktoren som nevnt ovenfor. Ved denne anordningen kan én eller flere av reaktorene virke som en "soaking"- eller "flash"-beholder. Når den drives som en "soaking"-beholder gis reaktoren mer eller mindre den samme temperaturen og trykket som i den foregående reaktoren, hvorved oljen under omrøring kan "soak" en gitt tid. Når den drives som en "flash"-beholder drives reaktoren ved den samme temperaturen, men et redusert trykk, hvorved den akkumulerte energien i oljen vil forårsake at en del av fraksjonen i oljen "flash"-fordamper, hvilket kan være fordelaktig for noen råstoffer. Gassene som forlater "flash"-beholderen kan enten være kondenserte i én operasjon eller separeres ytterligere i en destillasjonskolonne.

Videre kan reaktoren være fremstilt med forskjellige diametre, idet hastigheten av elementene knyttet til blanderen vil øke ved økende diameter. Den økede hastigheten vil gi opphav til forøkede mekaniske skjærkrefter. Ved en slik anordning drives reaktoren under det samme trykket og temperatur.

Ettersom energien kan avleveres til oljen i reaktoren in situ, er det teoretiske energiforbruket for å drive prosessen lik det kalorimetriske energikravet for å oppvamre oljen til prosesstemperaturen og entalpien i damp og oljegass som forlater reaktoren gjennom gassrøret.

Et trekk ved oppfinnelsen er at de katalytisk aktive vispe-elementene kan ha spalter som endrer retningen av oljen slik at det skapes et moment av bøyende kraft og forøkede mekaniske skjærkrefter og forøket kontaktareale som påvirkes av den katalytiske effekten fra materialet i elementene. Vispe-elementene kan videre være fremstilt av porøst materiale.

Nedenfor er prosessen beskrevet i større detalj med referanse til de følgende tegningene: Fig. 1 viser et forenklet flytdiagram for en prosess med én reaktor, a) viser materøret fra oljekilden. Oljen suges til lavtrykkspumpen b) som pumper mateoljen til kondensatoren

c). Fra kondensatoren pumpes den videre gjennom varmeveksleren d) og via en til-bakeslags ventil e) til matesiden av pumpen b). Mellom tilbakeslagsventilen e) og

varmeveksleren d) er materøret f) til reaktoren g) anordnet. I røret f) er det plassert en høytrykksmatepumpe h) som pumper oljen inn i reaktoren g). I den motsatte enden av reaktoren g) er det anordnet et utløpsrør i) med en tømmeinnretning j). Mellom utløps-

røret i) og før tømrneinnretningen j) er det anordnet et by-pass-rør k) med en sirkula-sjonspumpe 1) som pumper omløpsolje til sugesiden av matepumpen h).

Olje fra tømrneinnretningen j) pumpes gjennom varmeveksleren d) hvor tilførselsoljen oppvarmes. Produktoljen forlater varmeveksleren og blandes, den pumpes til mot-tageren med de kondenserte væskene fra kondensatoren c).

Damper forlater reaktoren g) via gassrøret m) via tilbakeslagstrykkventilen n) som er innstilt slik at den åpnes ved driftstrykket i reaktoren.

Blanderen eller røreren o) i reaktoren drives ved hjelp av en drivinnretning p).

Fig. 2 viser den prinsipielle utformingen av en prosess med tre reaktorer gl), g2) og g3). Angivelsen xl, x2 og x3 refererer til fig. 1 hvorved tegningen skulle være selv-forklarende. Fig. 3 viser en utforming av en trinnvis reaktor g) som har tre forskjellige trinn ql, q2 og q3. Mellom hvert trinn er det anordnet ringer r) som gjør det mulig å etablere et "fluidsjikt" s) ved hvert segment under drift. Elementene t) som visper oljen kan ha forskjellige geometriske former og bredder for hvert element. Fig. 4 viser foretrukne utførelsesformer for elementet, u) viser et element som har flere spalter v) dannet i elementet hvorved oljen vil gis en veg vist med linjen w). Element x) viser et element fremstilt av porøst metall som har porer y) som tillater oljen å passere gjennom elementet, gitt en motstand på grunn av poreradier og poreveger gjennom elementet.

Som beskrevet tidligere drives reaktoren under et trykk over atmosfæretrykk. Trykket kan være av størrelsesorden 5 til 100 bar - fortrinnvis 10-20 bar. Når elementene beveger seg i oljen med en hastighet mellom 30 og 200 m/sek., fortrinnsvis ca. 75 m/sek., skapes en trykkfront ved forsiden av elementet. På grunn av trykktapet ved passering av elementet vil et redusert trykk fremtre bak elementet analogt en flyvinge. Dette vil føre til at det foreligger tre trykkbetingelser i reaktoren. Bulktrykket pt,; trykket Pf > Pb ved forsiden av elementet og et trykk pt,c/ Pb bak elementet. Disse trykkbetingelsene kan optimaliseres i henhold til egenskapene for oljen som skal oppgraderes.

En forenklet beregning av et typisk tilfelle vil illustrere virkningsfullheten av oppfinnelsen.

Det antas en lavgravitetsolje på 10 API inneholdende 5 vekt-% vann. Driftstrykket i reaktoren er 15 bar. Driftstemperatur er 250°C. Under disse betingelsene antas det at vannet fordampes sammen med 5 % av oljen. Det totale energiforbruket for å oppvarme oljen og fordampe effiuenten uttrykkes forenklet ved:

hvor:

rrio= oljetilførsel = 0,95 kg

c0= gjennomsnittlig spesifikk varme av olje = ca. 2,5 kJ/kg°C

dt = temperaturdifferanse fra matetemperatur til prosesstemperatur

= ca. 225°C.

x0= fordampet del av olje = ca. 5%.

r0= fordampningsvarme av olje = ca. 275 kJ/kg

mw = fordampet vann = 0,05 kg

dH - entalpi av vann = ca. 3000 kJ/kg

Det skal bemerkes at dette er gjennomsnittlige verdier. Nøyaktige beregninger krever at hver fraksjon beregnes i henhold til den spesifikke varmen og fordampningsvarmen. Beregningen gir bare et gjennomsnittlig uttrykk for effektiviteten.

Q= 751kJ/kg.

Ved varmegjenvinning som angitt ovenfor har man:

Energifordampede gasser er:

Kondensasjonsvarme er:

hvor:

rw=2250 kJ/kg

Qc=126 kJ

Matevæsken (olje og vann) vil bli oppvarmet til:

Det antas en tømmetemperatur av produktet fra varmeveksleren på 60°C (dette er innenfor området for varmeveksleren). Absorbert energi ved mateoljen er følgelig:

hvor:

dt2= 250-60= 190 °C

Qo<=>470 °C.

Materoljen oppvarmes følgelig videre til:

Dette betyr at tilførselstemperaturen av mateoljen er:

Det samlede energiforbruket ved varmegjenvinningen er følgelig:

hvor:

dt4= 250 - 225 = 25°C

Qhr<=>229kJ/kg

Relatert til én bbl olje er energiforbruket:

Med US$ 0,1 /kWh gir dette ca. $ l,-/bbl i energikostnader.

En enhet på 450 kW er følgelig i stand til å bearbeide 1100 bbl/dag.

Nok et trekk ved fremgangsmåten er at den kan anvendes som en hydrogeneirngsprosess under de samme betingelsene. Normale hydrogeneringsanlegg opererer ved høye temperaturer og trykk over 135 bar. På grunn av trykket ved forsiden av det bevegende elementet blir oljen eksponert ved det samme trykket under bevegelsen langs reaktoren. Ved å tilføre hydrogen eller hydrogenavgivende midler til reaktoren, vil hydrogen mette umettede hydrokarboner og følgelig forøke oppgraderingen og kvaliteten av oljen.

Ved fremgangsmåten vil det ikke dannes noe koks idet oljen ikke fordampes og tømmes i flytende tilstand. Dersom likevel små mengder finfordelt koks dannes, vil det blandes med oljen og følge den tømte oljen, hvorved ingen biprodukter må håndteres på stedet for reaktoren.

Ved en forsøksreaktor som har en 20 kW motor og en reaktor med en diameter på 350 mm og en lengde på 500 mm er det oppnådd oppgradering av en rest fra et vakuum-destillasjonsanlegg med en gravitet på 0,953 kg/dm<3>til 0,845 kg/dm<3>.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for katalytisk oppgradering og hydrogenering av hydrokarboner, der hydrokarboner (olje) med en lav API-grad i flytende tilstand føres gjennom én eller flere reaktorer forbundet parallelt eller i serier, fortrinnsvis i serier, hvor de under trykk og intens omrøring ved en gitt temperatur oppgraderes termisk med økende API, og at produktet tømmes i flytende tilstand,karakterisert vedat omrøringen bevirkes ved hjelp av katalytisk aktive vispe-elementer som er laget i porøst materiale og/eller er utstyrt med spalter som virker som en katalysator ved oppgradering av oljen i reaktoren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat hydrogen eller hydrogenavgivende materiale injiseres i reaktoren, hvorved hydrogen kombineres med hydrokarbonmolekylene som utsettes for varme, trykk og omrøring i reaktoren.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat vispe-elementene visper oljen ved en hastighet på fra 30 til 200 m/sek., fortrinnsvis ca. 75 m/sek.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat elementene er av forskjellige geometriske former.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4,karakterisert vedat de delvis fordampede effluentene tømmes i et gassrør utstyrt med en trykkventil og kondenseres i en kondensator avkjølt ved hjelp av mateolje.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5,karakterisert vedat en del av den tømte oljen returneres til matepumpen og derved øker residenstiden i reaktoren.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det anvendes to eller flere reaktorer med forskjellig trykk og temperatur, hvorved den fordampede effluenten fra hver reaktor tømmes til én eller flere kondensatorer og at produktet fra hver reaktor pumpes til den neste og fra den siste reaktoren til en mottagende enhet.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det anvendes en reaktor med trinnvis økende diameter, hvorved hastigheten ved hver diameter vil være forskjellig fra hastigheten ved den forutgående diameteren.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat én eller flere av reaktorene forbundet i serie virker som en "soaking"- eller "flash"-beholder for produktet fra den forutgående reaktoren, som enten har samme trykk og temperatur som den forutgående eller et lavere trykk, men samme temperatur.