Vergleich der Hydrogenisierungsverfahren in einem siedenden Kohlebitumenbett und in einem festen Bett

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von liuquan1100 am 2017-12-29 14:21 bearbeitet. Die Rohstoffe sind Kohlebitumen aus der mittleren und niedrigen Temperaturklasse in ihrer Gesamtfraktion. Die Jahreskapazität der Anlage beträgt 100.000 Tonnen. Der Betriebsdruck im Hydrogenergieverfahren liegt bei 16,6 MPa (G). Dadurch werden die für das Jahr 2016 festgelegten Qualitätsanforderungen für Benzin- und Dieselprodukte erfüllt. Shanghai Xinyou Energy Technology Co., Ltd. verfügt über Erfahrungen in der Verarbeitung von Kohlebitumen. Kohlebitumen weist eine hohe Dichte auf, außerdem ist das C/H-Verhältnis hoch. Zudem enthalten Kohlebitumen große Mengen an Schwefel, Stickstoff sowie gummiartigen und asphaltdichten Stoffen. Dadurch neigt das Medium dazu, Verkalkungen zu bilden, die wiederum die Geräte und Leitungen verstopfen können. Die Verarbeitung von Kohlebitumen ist daher schwierig. Dazu werden zwei Verarbeitungslösungen zur Vergleichsbewertung bereitgestellt. (1) Lösung 1: Hydrogenerungsverfahren mit festem Bett. Wesentliche Merkmale: Aus dem Kohleöl wird das Kohlebitumen entfernt, anschließend erfolgt eine zweistufige Hydrogenerung – zunächst die Reinigung durch Hydrogenerung und danach die Hydrokracking-Verarbeitung – um hochwertige Kraftstoffe herzustellen. Eine Wasserstoffherstellungsanlage mit einer Leistung von 10.000 Nm3/Stunde. Für Anlagen zur Hydrierung von Kohleöl sollte der derzeit am weitesten entwickelte Prozess aus „Vorbehandlung unter Normal- und Unterdruck + Hydrierende Raffination + Hydrotrocknung des Rückstandöls“ bestehen. Zunächst werden Teer, feste Verunreinigungen sowie Feuchtigkeit entfernt, die nicht für die Hydrierung in Festbettreaktoren geeignet sind. Das Öl bei 350 °C wird anschließend in das Hydrotrocknungsverfahren geleitet. Die nach der Hydrogenisierungsreinigung gewonnenen Fraktionen bei >350°C gelangen in das Hydrocrackingsystem, wo die großen Moleküle geöffnet und in kleinere Moleküle (Naphtha, Dieselfraktionen) zerlegt werden. Die Produkte der Crackierungsreaktion werden anschließend in die Produktdestillationskolonne geleitet, um dort getrennt zu werden. Bei diesem Prozess muss die Selektivität des Katalysators nicht nur in der Fähigkeit bestehen, mehrringige sowie verknüpfte Kohlenwasserstoffe zu öffnen und zu spalten, sondern es muss auch gewährleistet werden, dass die Anzahl der Seitenketten in den Produkten gering bleibt. Das bedeutet, dass die Menge der C1–C4-Komponenten unter 4 % liegt. Zudem soll das Verhältnis zwischen Naphtha- und Dieselprodukten 3:7 betragen, wobei der Gefrierpunkt der Dieselprodukte unter -20 °C liegen muss. Wenn im Offenprozess oder beim Kracken zu viele Seitenketten der Öle abgeschnitten werden, beeinträchtigt das nicht nur die Gesamtausbeute des Produkts, sondern zerstört auch den Vorteil der niedrigen Gefriertemperatur der Dieselprodukte. Zudem steigt der Wasserstoffverbrauch, was wiederum die Wirtschaftlichkeit des gesamten Projekts beeinträchtigt. **Plan 1: Materialbilanz**
**Elemente**, **Name des Materials**, **Gewichtsprozent**, **Kilogramm/Stunde**, **Zehntausend Tonnen/Jahr**, **Anmerkungen**
**Eingang:** Kohlekatzin – 100, 12.500, 10, 8.000 Stunden; Wasserstoff – 7, 875, 0,6, 10.000 Nm³/Stunde; DMDS – 0,4, 50, 0,04; Schwefeliermittel. **Gesamt:** 107,4, 13.425, 10,64.
**Ausgang:** H2S+NH3 – 1,34, 167,50, 0,134; Trockengas – 2,46, 307,50, 0,246; Nafta – 18, 2.250,0, 1,80; Diesel – 59,87, 7.483,75, 5,987; Wasser – 5,49, 686,25, 0,549; Rückstandöl – 0,24, 30,00, 0,024; Kohlenbitumen – 20, 2.500, 2,0. **Gesamt:** 107,40, 13.425, 10,74.
Bei diesem Plan liegen alle Qualitätsindikatoren der verarbeiteten Produkte auf hohem Niveau. Die Ausbeute an verarbeiteten Produkten ist etwas niedriger. Zudem wird eine geringe Menge an Rückstandöl (schweres Schiffstreibstofföl) abgegeben; außerdem entsteht Bitumen als Nebenprodukt. Dieselprodukte sind hochwertige Endprodukte mit niedrigem Gefrierpunkt sowie geringem Schwefel- und Stickstoffgehalt. Ihr Marktpreis ist daher hoch.
**Option 2: Prozess mit Kochbett und Festbett-Hydratierung**
Hauptmerkmale des Prozesses: Der gesamte Kohleöldestillat wird in ein Kochbett zur Hydratierung gegeben. Die dabei entstehenden Benzinfraktionen werden anschließend in einem Festbett zur weiteren Verarbeitung verwendet. Die schwereren Fraktionen werden hingegen zur Hydratierung sowie Zersetzung gebracht, wodurch Endprodukte entstehen. Dieses Konzept ist mit einer Wasserstoffherstellungsanlage mit einer Kapazität von 13.000 Nm3/h verbunden. Der Anteil an Asphalten im gesamten Destillat aus Kohlebitumen kann etwa 50 % betragen. Bei Verwendung traditioneller Verarbeitungsmethoden liegt die Ausbeute an Flüssigkeit nur bei 76 %. Wenn man das Verdampfungsbettverfahren der Shanghai Xinyou Energy Technology Co., Ltd. verwendet, um die Gummibitumen und Leichtbitumen im Kohleöl zu verflüssigen, kann die Flüssigkeitsausbeute auf 90 %–95 % erhöht werden. Nach der Hydrogenisierung des gesamten Koksöltreibstoffs in einem Reaktor mit Schichtbrenner werden S, N, O sowie Metalle zu mehr als 85 % entfernt. Gleichzeitig liegt die Reduzierung der Menge an Gummiharzen und Asphalten bei mehr als 90 %. Die nach der Reaktions-Trennung gewonnenen Benzinfraktionen werden in einen Festbett-Reifungs-Hydrierungsreaktor geleitet, wodurch die Bestandteile S, N, O sowie Metalle effektiv entfernt werden. Gleichzeitig werden Olefine, Dienole und Aromaten gesättigt, sodass die Naphtha-Komponenten den erforderlichen Qualitätsstandards entsprechen. Die schweren Destillate, die im Siedebett entstehen, werden zunächst gefiltert und unter Druck in einen Reaktor für Raffination und Krackung geleitet. Dort werden diese Destillate hydrokatalytisch gekracht, wodurch große Moleküle in kleinere Moleküle zerlegt werden (Naphtha, Dieseldestillate). Nach der Krackungsreaktion werden die Produkte in eine Trennturm zur Trennung der verschiedenen Produkte gebracht. Bei diesem Prozess muss die Selektivität des Katalysators nicht nur in der Fähigkeit bestehen, polyzyklische und verkettete Kohlenwasserstoffe zu öffnen und zu spalten, sondern es muss auch gewährleistet werden, dass die Anzahl der Seitenketten in den Produkten gering bleibt. Das bedeutet im Praxistest, dass die Ausbeute der C1–C4-Komponenten unter 4 % liegt. Zudem soll das Verhältnis zwischen Naphtha- und Dieselprodukten 3:8 betragen, wobei der Gefrierpunkt der Dieselprodukte unter -20 °C liegen muss. Wenn im Offenprozess oder beim Kracken zu viele Seitenketten der Öle abgeschnitten werden, beeinträchtigt das nicht nur die Gesamtausbeute des Produkts, sondern zerstört auch den Vorteil der niedrigen Gefriertemperatur der Dieselprodukte. Zudem steigt der Wasserstoffverbrauch, was wiederum die Wirtschaftlichkeit des gesamten Projekts beeinträchtigt. Stoffbilanz für Variante 2
| Posten | Stoffbezeichnung | Gewichts-% | kg/Stunde | 10.000 t/Jahr | Anmerkungen |
|--------|------------------|------------|-----------|--------------|-------------|
| Zufuhr | Steinkohlenteer | 100 | 12.500 | 10 | 8.000 h |
| | Wasserstoff | 9 | 1.125 | 0,9 | 13.000 Nm³/h |
| | DMDS | 0,3 | 37,5 | 0,03 | Schwefelzusatz |
| | Gesamt | 109,3 | 13.662,5 | 10,93 | |
| Abfuhr | H₂S + NH₃ | 1,37 | 171,25 | 0,137 | |
| | Trockengas | 5 | 625,00 | 0,50 | |
| | Naphtha | 25,38 | 3.172,5 | 2,538 | |
| | Diesel | 69,19 | 8.468,75 | 6,919 | |
| | Wasser | 6,86 | 857,5 | 0,686 | |
| | Rückstandsöl | 1,5 | 187,5 | 0,15 | |
| | Schweröl für Schiffe | 109,3 | 13.662,5 | 10,93 | |
Die Gesamtinvestitionen für Variante 1 betragen 308,99 Millionen Yuan, davon entfallen 305,7 Millionen Yuan auf Baukosten. Für Variante 2 belaufen sich die Gesamtinvestitionen auf 291,7 Millionen Yuan, wovon 288,22 Millionen Yuan Baukosten sind.
Vergleich der Varianten: Beide Varianten erfüllen die Voraussetzungen für die Genehmigung des Projekts. Im Vergleich dazu weist Variante 2 gegenüber Variante 1 deutliche Vorteile auf: 1. Durch den Einsatz der Fluidisierbett-Technologie wird ein fortschrittlicherer Prozess genutzt; dadurch werden Probleme bezüglich Wärmeabfuhr, Erwärmung sowie Kohlenstoffablagerungen effektiv gelöst ； 2. Höhere Umwandlungsrate der Rohstoffe – Kohlebitumen wird in hochwertigen Kraftstoffen mit hohem Mehrwert umgewandelt ； 3. Sicherstellung eines langfristigen, kontinuierlichen Betriebs der Wasserstoffisierungsanlagen – bei Wasserstoffisierung in Schwingbettverfahren über 2 Jahre, bei Wasserstoffisierung in Festbettverfahren 8–10 Monate. Dadurch wird die Bedienkomplexität verringert und die Investitionskosten sinken ； 4. Online-Regeneration des Katalysators – es ist kein Stillstand zur Entladung und Beladung erforderlich, wodurch ein stabiles, kontinuierliches und effizientes Betriebsverhalten der Anlage gewährleistet wird ； 5. Die wirtschaftlichen Vorteile sind besser, gleichzeitig wird die Verarbeitungskapazität der Anlage erheblich erhöht, wodurch die potenziellen Vorteile noch deutlicher werden. Die industrielle Anlage zur Hydrierung von Teer in einem Schwingbett mit einer Kapazität von 150.000 Tonnen pro Jahr wurde im August des Jahres 15 in Huanghua, Provinz Hebei, erfolgreich in Betrieb genommen. Dabei konnten alle Prozessschritte reibungslos abgewickelt werden – mit den gewünschten Ergebnissen.