DE4302893A1 - Abwärmebetriebene Erdölgasrückgewinnungsanlage - Google Patents

Description

Die bestehenden Ölraffinerien verwenden meistens den herkömmlichen "Schraubenverdichter"- (Spiralverdichter oder "Lithium-Bromid"-Kühlmodus, um einen Wärmeaustausch zur Rückgewinnung von Erdölgas zu bewirken.

Der Schraubenverdichterkühlmodus ist insofern nachteilig, als er eine Menge Energie verbraucht und der Verbrauch der elektrischen Energie nicht durch das zurückgewonnene Erdölgas kompensiert werden kann. Unter diesem Gesichtspunkt sehen die Raffinerien diesen Modus außer in den Fällen, in denen er zu Umweltschutzzwecken dient, kaum vor.

Bei dem Lithium-Bromid-Modus zur Erdölgasrückgewinnung werden ebenfalls Kühlmittel und Absorptionsmittel (Lithium-Bromid) verbraucht. Hierdurch entsteht viel Abwärme, die nicht weiter genutzt sondern der Umgebung zugeführt wird.

Entsprechend verwenden die meisten der heutigen Raffinerien den Fackelturmverbrennungsmodus, um Ethan, Propan, Butan und andere Erdölgase, welche schwer mit dem Dampffraktionierungsturm rückzugewinnen sind, zu verbrennen, was zu einer starken Luftverschmutzung führt.

Entsprechend der vorstehenden Ausführungen schafft die vorliegende Erfindung eine mit Abwärme betriebene Raffinierieerdölgasrückgewinnungsanlage, deren Prinzip und System sich von denen der vorgenannten herkömmlichen Modi deutlich unterscheiden. Zu der Anlage gehören im wesentlichen ein Wasserkühlsystem, ein wärmetauschendes Erdölgasrückgewinnungssystem und eine geeignete periphere Hilfsausstattung, die nachfolgend noch näher erläutert werden. Der in dem Erdölraffinierungsverfahren erzeugte heiße Dampf wird nicht an die Umgebung abgegeben, sondern aufgefangen, um als leitendes Fluid verwendet zu werden. Der Dampf wird einer Reihe von Ejektoren zugeführt. Hier wird seine Strömungsgeschwindigkeit auf 1000 m/s erhöht, wenn der Dampf die Enden der Verengungen der Ejektoren durchtritt und einer plötzlichen Gasexpansion ausgesetzt wird. Dabei wird nahe der Ansaugenden an den Seitenflächen der Ejektoren ein Unterdruck erzeugt, der einem Vakuum nahekommt (etwa 10 bis 15 Torr). Durch diesen einem Vakuum nahekommenden Unterdruck, der durch den Dampf erzeugt wird, wird dem Wasser, das die Verdampfer (die mit den Ansaugenden der Ejektoren verbunden sind) durchfließt, Wärme entzogen, so daß die Temperatur des Wassers stark abfällt und somit ein Kühleffekt eintritt. Das Wasser mit der stark abgefallenen Temperatur wird durch den Wärmetauscher gepumpt, um mit dem Ethan- oder Propangas, das von dem Dampffraktionierungsturm kommt, Wärme zu tauschen, anstatt direkt mit dem Gas in Berührung zu kommen. Dadurch wird das Ethan- bzw. Propangas zu einem Flüssiggas kondensiert, welches zur Weiterverwendung als Benzin zur Erzeugung von Elektrizität oder anderen Zwecken in den Speichertank gepumpt wird. Ein solches Verfahren kann das weiterverwendbare Erdölgas durch Nutzung der Abwärme wiedergewinnen und dadurch einerseits die Verschwendung von Recourcen und andererseits eine Luftverschmutzung vermeiden. Der Sprühkühlmodus der vorliegenden Erfindung hat somit die nachfolgenden praktischen Vorteile gegenüber den herkömmlichen Modi. Da die Abwärme als Energie genutzt wird, ist der Verbrauch von elektrischer Energie niedrig. Weiterhin sind die primären Kühleinrichtungen außer den Pumpen und Kühlgebläsen Ejektoren, die keine Bewegungen ausführen, so daß das Auftreten von Verschleiß oder Beschädigungen herabgesetzt und entsprechend die Lebensdauer verlängert wird. Das Kühlmittel oder Absorbent wird nicht benötigt, da nur der Dampf als Kühlmittel verwendet wird und dieser leicht zu handhaben ist. Außerdem wird wenig Platz benötigt und es ist keine Betätigungstechnik erforderlich, um das System gleichmäßig laufen zu lassen.

Der Systemaufbau als auch die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie die Zeichnung zeigt, gehören zu der vorliegenden Erfindung in erster Linie ein Wasserkühlsystem, ein wärmetauschendes Erdölgasrückgewinnungssystem und eine periphere Hilfsausstattung mit vorgeschalteten Einheiten.

Zu dem Wasserkühlsystem gehören ein Verdampfer 1, ein Hauptkondensator 2, ein erster Stufenejektor 3, ein zweiter Stufenejektor 4 und ein dritter Stufenejektor 5, ein erster Hilfsejektor 6, ein erster Hauptkondensator 7, ein zweiter Hilfsejektor 8, ein zweiter Hauptkondensator 9 etc. Das Peripheriesystem des Wasserkühlsystems weist einen Kühlwassertank 10, einen Wasserzuführtank 11, einen Kühlturm 12, einen entsprechenden Wassertank 13, einen Druckfiltertank 14 und einen Wasserspeichertank 15 auf. Eine Wasserzuführpumpe 16 ist zwischen dem Wasserzuführtank 11 und dem Kühlturm 12 vorgesehen (es gibt noch eine andere Zuführpumpe als Stand-by- Pumpe in der Zeichnung), und eine Wasserzuführpumpe 17 für den Kühlturm 12 ist zwischen dem Kühlturm 12 und dem Hauptkondensator 2 angeordnet (es gibt noch eine andere Zuführpumpe als Stand-by-Pumpe in der Zeichnung). Weiterhin ist eine sich selbst zurückstellende Waschpumpe 18 für den Druckfiltertank 14 zwischen dem entsprechenden Wassertank 13 und dem Druckfiltertank 14 vorgesehen, wobei eine entsprechende Wasserzuführpumpe 19 zwischen dem Druckfiltertank 14 und dem Wasserspeichertank 15 angeordnet ist. Im übrigen kann das Kühlsystem entsprechend der erforderlichen Kühlenergie erweitert werden, so daß sie zwei oder drei oder eine Vielzahl von Abschnitten aufweist, die alle dem zuvor beschriebenen Kühlsystem ähneln. Hierdurch wird vermieden, daß die einzelnen Elemente ein zu großes Volumen haben. So besteht das in der Zeichnung gezeigte Kühlsystem beispielsweise aus zwei Abschnitten, d. h. neben dem ursprünglichen System sind ein Verdampfer 1′, ein Hauptkondensator 2′, ein erster Stufenejektor 3′, ein zweiter Stufenejektor 4′ und ein dritter Stufenejektor 5′, ein erster Hilfsejektor 6′, ein erster Hauptkondensator 7′, ein zweiter Hilfsejektor 8′, ein zweiter Hauptkondensator 9′ etc. vorgesehen, die einen zweiten Abschnitt des Kühlsystems bilden. Bei einer Erweiterung zu einem Kühlsystem mit einer Mehrzahl von Abschnitten muß das Volumen der Peripherieeinheiten, d. h. der Wassertanks, der Filtertanks, der Pumpen etc. auch vergrößert werden, um den praktischen Anforderungen zu genügen.

Zu dem wärmetauschenden Erdölgasrückgewinnungssystem gehören ein Wärmetauscher 20, eine Druckpumpe 21, die zwischen dem Wärmetauscher 20 und dem Kühlwassertank 10 vorgesehen ist (in der Zeichnung ist eine weitere Stand-by-Pumpe vorgesehen), eine Transportpumpe 22 für flüssiges Erdölgas, die zwischen dem Wärmetauscher 20 und einem nicht gezeigten Speichertank vorgesehen ist, und ein Gebläse 23 für das Erdölgas, das mit dem Wärmetauscher 20 verbunden ist.

Zu der peripheren Hilfsausstattung gehören ein explosionssicheres Motor/Membran-betätigtes Ventil 24, das einer Dampfquelle nachgeordnet ist, ein selbstgesteuertes Druckerhaltungsventil 25, das dem explosionssicheren Motor/Membran-betätigten Ventil 24 nachgeschaltet ist, ein Dampf/Wasser-Abscheider 26, der dem selbstgesteuerten Druckerhaltungsventil 25 nachgeschaltet ist, ein Ausblasventil 27, das dem Dampf/Wasser-Abscheider 26 nachgeschaltet ist, und ein Dampfverteilungszylinder 28, der dem Dampf/Wasser- Abscheider 26 nachgeschaltet und über seine verschiedenen Ventile mit dem Kühlsystem verbunden ist, sowie ein Sicherheitsventil 29 für den Dampfverteilungszylinder 28, das dem Dampfverteilungszylinder 28 nachgeordnet ist.

Die Steuerung des ganzen Systems (durch die Steuerung und Alarmeinheiten) der vorliegenden Erfindung beginnt mit der Verschlüsselung der Arbeitstemperaturen, der Drücke, der Volumendurchsätze, der Flüssigkeitslevel etc. aller Komponenteneinheiten in einem vorgegebenen Zustand in der zentralen Rechnereinheit (CPU) des PLC. Anschließend werden die Werte für die Flüssigkeitslevel, Durchsatzvolumina, Drücke und Temperaturen der Fluide der Arbeitseinheiten, die durch die Sensoren bzw. Aufnehmer ermittelt wurden, in elektronische Signale im Bereich von 4 bis 20 mA oder 0 bis 5 V umgewandelt und in die CPU des PLC zur Unterscheidung und Identifizierung eingegeben. Wenn die Arbeitszustände der Komponenten der Arbeitseinheiten Abnormalitäten aufweisen und sich nicht innerhalb der vorgegebenen Werte bewegen, sendet die CPU ein Warnsignal oder im Notfall ein Signal, um das Laufen automatisch zu stoppen, aus.

Die Steuerung des ganzen Systems verläßt sich auf die Hauptüberwachungssteuereinheiten. Es sind noch andere mechanische Instrumente vorgesehen, die eine Bedienungsperson beobachten kann, um die Ist-Situation festzustellen, wenn sich das PLC-System außer Betrieb befindet und die Komponenten der Einheiten ebenfalls nicht arbeiten. Eine solche Anordnung kann auch hilfreich sein, um die Feldausrüstung zu prüfen und zu reparieren. Die kreisförmigen Symbole in der Figur (Fig. 1) weisen auf die in dem Feld installierten Instrumente hin, während die sechseckigen Symbole auf die elektronischen Aufnehmer zur Feststellung der Eingangssignale für das PLC- Steuersystem zur Unterscheidung und Identifizierung hinweisen. Nachfolgend ist die Bedeutung der in der Fig. 1 aufgeführten Symbole erläutert.

Der Anfangsbuchstabe F bedeutet, daß es sich bei dem Bauteil um einen Sensor zur Ermittlung des Volumens oder des Durchflusses, also um ein Durchflußmeßgerät, handelt. Der Anfangsbuchstabe T deutet auf einen Sensor zur Ermittlung der Temperatur, also ein Thermometer, hin. Der Anfangsbuchstabe L bezeichnet einen Flüssigkeitspegelaufnehmer und der Anfangsbuchstabe P (oder DP) bezeichnet einen Druckaufnehmer.

Das Arbeitsverfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt den Kühlvorgang, den Erdölgasrückgewinnungsvorgang und den Ergänzungsvorgang. Diese drei Vorgänge werden nachfolgend näher erläutert.

Bei dem Kühlvorgang wird das Wasser in dem Wasserzuführtank 11 über die Wasserzuführpumpe 16 dem Kühlturm 12 zugeführt. Dann fließt es durch die Wasserverteilungsdüsen und die Verteilungsplatten zum Boden des Kühlturmes 12 und das Gebläse an der Spitze des Kühlturmes 12 wird aktiviert, um die Temperatur in dem Kühlturm 12 im Wege einer zusätzlichen Luftkühlung zu verringern. Das Kühlwasser in dem Kühlturm 12 wird dem Hauptkondensator 2, 2′ über die Wasserzuführpumpe 17 des Kühlturmes 12 zugeführt, durchfließt die Düsen an der Spitze des Hauptkondensators 2, 2′ und wird dann zum Boden des Hauptkondensators 2, 2′ gesprüht, um den unter hohem Druck stehenden Dampf, der von den Enden des ersten Stufenejektors 3 (3′), des zweiten Stufenejektors 4 (4′) und des dritten Stufenejektors 5 (5′) eingesprüht wird, zu kondensieren, so daß die Arbeitsdämpfe zu Wasser kondensiert werden, um zurück zu dem Wasserzuführtank 11 zu fließen.

Nach der normalen Durchführung der zuvor erläuterten Vorgänge wird das explosionssichere Motor/Membran-betätigte Ventil 24 betätigt, indem die Elektrik eingeschaltet wird, so daß es die Raffineriedampfquelle mit der Abwärme unter einem Druck von 2 bis 7 bar einläßt. Der Dampfdruck wird durch das selbstgesteuerte Druckerhaltungsventil 25 stabilisiert. Anschließend strömt der Dampf durch das Dampfdurchflußmeßgerät 30 zur Messung des Volumenstroms und dann durch den Dampf/Wasser-Abscheider 26. Der Wasseranteil fließt weiter durch ein Ausblasventil 27, um in einen Sammelbehälter ausgeblasen zu werden, während der Dampf in der Gasphase einem Dampfverteilungszylinder 28 zugeführt wird und anschließend durch die Ventile A bis J strömt, die geöffnet wurden, um in den Systemvorgang einbezogen zu werden.

Der von dem Dampfverteilungszylinder 28 kommende Dampf wird in zwei Gruppen aufgeteilt, nämlich in den von den Ventilen A bis E kommenden Dampf als eine und den von den Ventilen F bis J kommenden Dampf als andere Gruppe. Wenn nur eine Gruppe für die Arbeit des Systems erforderlich ist, wird nur der von den Ventilen A bis E kommende Dampf verwendet. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, wird der von dem Ventil J kommende Dampf dem dritten Stufenejektor 5, der von dem Ventil I kommende Dampf dem zweiten Stufenejektor 4 und der von dem Ventil H kommende Dampf dem ersten Stufenejektor 3 zugeführt, während der von dem Ventil G kommende Dampf dem ersten Hilfsejektor 6 und der von dem Ventil F kommende Dampf dem zweiten Hilfsejektor 8 zugeführt wird. In ähnlicher Weise wird der von dem Ventil E kommende Dampf dem dritten Stufenejektor 5′, der von dem Ventil D kommende Dampf dem zweiten Stufenejektor 4′, der von dem Ventil C kommende Dampf dem ersten Stufenejektor 3′, der von dem Ventil B kommende Dampf dem ersten Hilfsejektor 6′ und der von dem Ventil A kommende Dampf dem zweiten Hilfsejektor 8′ zugeführt.

Beim Ausströmvorgang sind die Hauptejektoren 3, 3′ an ihren Flanken mit einem Ende des Verdampfers 1 (1′) verbunden, um näherungsweise einen Vakuumzustand zu bilden, so daß dem Wasserfluß in dem Verdampfer 1 (1′) Wärme entzogen wird und die Temperatur des von dem Kühlwassertank 10 kommenden Wassers rapide abnimmt, wenn es durch den Verdampfer 1 (1′) fließt. Dieses ist der Kühlschritt. Die Funktion des ersten Hilfsejektors 6 (6′) für den Hauptkondensator 2 (2′) ist ähnlich wie die des ersten Stufenejektors 3 (3′) für den Verdampfer 1 (1′). Er wird verwendet, um dem Wasserfluß innerhalb des Hauptkondensators 2 (2′) Wärme zu entziehen, d. h. bei diesem Vorgang ist die Funktion des Hauptkondensators 2 (2′) ähnlich der des Verdampfers 1 (1′), obwohl er in erster Linie verwendet wird, um den Dampf zu kondensieren, aber er kann auch die Funktion eines Verdampfers annehmen.

Was den Erdölgasrückgewinnungsvorgang angeht, wird zu dessen Beginn Wasser von der Druckpumpe 21 den Wärmetauscherrohren des Wärmetauschers 20 zugeführt, fließt dann durch die Düse des Verdampfers 1 (1′), um versprüht zu werden und fließt durch seinen Boden zurück in den Kühlwassertank 10. Die Wassertemperatur geht bei diesem Vorgang um etwa 8°C zurück, d. h. die Temperatur wird von 20°C auf 12°C + 1°C abgesenkt.

Das Verwirbelungsgebläse 23 für das Erdölgas drückt das Erdölgas aus Ethan, Propan etc. in den Wärmetauscher 20, um einen Wärmetausch mit dem Kühlwasserfluß zu bewirken, das Erdölgas kondensiert zu einem flüssigen Erdölgas, welches durch die Flüssigerdölgastransportpumpe 22 einem Speichertank zugeführt wird, um als verwendbare Energie zur Verfügung zu stehen.

Der zusätzliche Vorgang dient dazu, den Kühlturm 12, den Wasserzuführtank 11 und den Kühlwassertank 10 zu ergänzen und den Wasserstand in ihnen auf einem gleichmäßigen Niveau zu halten, wenn ein Teil des Wassers verdampft.

Das Wasser in dem Wasserspeichertank 15 ist zugeführtes Leitungswasser. Um die Verunreinigungen der Wassertanks durch in dem Wasser enthaltene Unreinheiten zu vermeiden, wird das zusätzliche Wasser einem Druckfiltertank 14 durch die zusätzliche Wasserzuführpumpe 19 zugeführt, um Verschmutzungen zu beseitigen, bevor der zusätzliche Vorgang stattfindet. Anschließend wird es dem zusätzlichen Wassertank 13 zugeführt. Wenn das Material für den Druckfiltertank 14 nach der Verwendung schmutzig ist, kann es wieder mit sauberem Wasser aus dem zusätzlichen Wassertank 13 durch die automatische Waschpumpe 18 für den Druckfiltertank 14 gereinigt werden.

Die Kugelventile in allen Wassertanks werden aktiviert, um das zusätzliche Wasser einzulassen, wenn der Wasserstand in dem Kühlturm 12, dem Wasserzuführtank 11 oder dem Kühlwassertank 10 absinkt. Wenn dagegen der Wasserstand bis zur oberen Grenze steigt, werden die Kugelventile automatisch geschlossen, um den zusätzlichen Vorgang zu beenden.

Wie zuvor ausgeführt worden ist, verwendet die vorliegende Erfindung den Einsprühkühlmodus und verwendet die neue systematische Anordnung in einer Erdölraffinerie, um das ursprünglich zu verbrennende und zu entsorgende Erdölgas zurückzugewinnen. Hierdurch kann einerseits das wertvolle Erdölgas wiedergewonnen werden und andererseits kann das öffentliche Ärgernis einer Luftverschmutzung, die durch das Abfackeln des Erdölgases in einem Fackelturm erzeugt wird, beseitigt werden. Somit ist die Wirkung der vorliegenden Erfindung erheblich. Weiterhin verwendet das vorliegende System die Abwärme des Dampfes, der durch den Raffinerieprozeß erzeugt wurde, als Energie, die ursprünglich entsorgt werden mußte, und es gewinnt das Erdölgas durch den Kühleffekt, der während der Arbeit des Systems erzeugt wird, zurück, so daß es praktisch und ökonomisch für die Industrie ist.

Dargestellt und beschrieben ist eine durch Abwärme betriebene Erdölgasrückgewinnungsanlage, zu der in erster Linie Kühlsystem, das wärmetauschende Erdölgasrückgewinnungssystem und eine geeignete Hilfsausstattung gehören, wobei die Abwärme des Raffinierungsverfahrens als Energie zur Erzeugung einer Vakuumkühlfunktion verwendet wird, um das mit dem Erdölgas wärmetauschende Wasser auf eine Temperatur von 12°C bis 13°C zu kühlen, wodurch dem Gas Wärme entzogen und dieses zu einem flüssigen Erdölgas zur Wiederverwendung kondensiert wird. Das Erdölgas aus Ethan, Propan etc., das normalerweise in einem Fackelturm verbrannt wird, kann nun zur Weiterverwendung wiedergewonnen werden, und die bei einer Verbrennung des Gases erzeugte Luftverschmutzung wird vermieden.

Claims (2)

1. Abwärmebetriebene Erdölgasrückgewinnungsanlage, zu der gehören:

• a) ein Wasserkühlsystem mit einem Verdampfer (1), einem Hauptkondensator (2), einem ersten Stufenejektor (3), einem zweiten Stufenejektor (4) und einem dritten Stufenejektor (5), einem ersten Hilfsejektor (6), einem ersten Hauptkondensator (7), einem zweiten Hilfsejektor (8) und einem zweiten Hauptkondensator (9), wobei ein Peripheriesystem des Wasserkühlsystems einen Kühlwassertank (10), einen Wasserzuführtank (11), einen Kühlturm (12), einen entsprechenden Wassertank (13), einen Druckfiltertank (14) und einen Wasserspeichertank (15) aufweist, eine Wasserzuführpumpe (16) zwischen dem Wasserzuführtank (11) und dem Kühlturm (12) und eine Wasserzuführpumpe (17) für den Kühlturm (12) zwischen dem Kühlturm (12) und dem Hauptkondensator (2) angeordnet ist, sowie eine sich selbst zurückstellende Waschpumpe (18) für den Druckfiltertank (14) zwischen dem entsprechenden Wassertank (13) und dem Druckfiltertank (14) und eine entsprechende Wasserzuführpumpe (19) zwischen dem Druckfiltertank (14) und dem Wasserspeichertank (15) angeordnet ist;
• b) ein wärmetauschendes Erdölgasrückgewinnungssystem mit einem Wärmetauscher (20), einer Druckpumpe (21), die zwischen dem Wärmetauscher (20) und dem Kühlwassertank (10) vorgesehen ist, einer Transportpumpe (22) für flüssiges Erdölgas, die zwischen dem Wärmetauscher (20) und einem nicht gezeigten Speichertank vorgesehen ist, und einem Gebläse (23) für das Erdölgas, das mit dem Wärmetauscher (20) verbunden ist;
• c) eine periphere Hilfsausstattung mit einem explosionssicheren Motor/Membran-betätigten Ventil (24), das einer Dampfquelle nachgeordnet ist, einem selbstgesteuerten Druckerhaltungsventil (25), das dem explosionssicheren Motor/Membran-betätigten Ventil (24) nachgeschaltet ist, einem Dampf/Wasser-Abscheider (26), der dem selbstgesteuerten Druckerhaltungsventil (25) nachgeschaltet ist, einem Ausblasventil (27), das dem Dampf/Wasser- Abscheider (26) nachgeschaltet ist, und einem Dampfverteilungszylinder (28), der dem Dampf/Wasser- Abscheider (26) nachgeschaltet und über seine verschiedenen Ventile mit dem Kühlsystem verbunden ist, sowie einem Sicherheitsventil (29) für den Dampfverteilungszylinder (28), das dem Dampfverteilungszylinder nachgeordnet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserkühlsystem mit dem Verdichter (1), dem Hauptkondensator (2), dem erst Stufenejektor (3), dem zweiten Stufenejektor (4), dem dritten Stufenejektor (5), dem ersten Hilfsejektor (6), dem ersten Hilfskondensator (7), dem zweiten Hilfsejektor (8) und dem zweiten Hilfskondensator (9) auf zwei, drei oder eine Mehrzahl von Abschnitten entsprechend der benötigten Energie erweitert werden kann, wobei bei einer Erweiterung des Kühlsystem auf eine Mehrzahl von Abschnitten das Volumen der Wassertanks und der Pumpen ebenfalls vergrößert ist.