用于处理含钒的燃料的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于清洁液态燃料(原油和重油)的方法，所述燃料设置用于在燃气轮机中获取电能。在所述清洁中主要目的在于：耗尽重金属、如钒和镍，所述重金属存在于在燃烧时形成的排气中能够导致燃气轮机中的腐蚀。

背景技术：

已经从现有技术中已知用于从液态燃料中去除重金属(脱沥青)的方法。尤其如果能够借助由短链烷烃构成的抗溶剂(脱沥青剂)执行脱沥青，那么原油和重油的有效的脱金属是可行的。在完成脱沥青后，将所述抗溶剂与产物混合物分离并再次输送给该工艺。

当将尤其钒浓度高于100ppm的重油用于在燃气轮机中获取能量时，所描述的脱沥青(重金属耗尽)是强制必需的。相反于此，虽然具有较低钒份额的原油的钒浓度的降低不是强制必需的，但通常出于经济原因是有利的。

具有较低钒份额的原油典型地具有在10ppm和20ppm之间的钒浓度，使得所述原油虽然无需预处理就可以在鲁棒的标准燃气轮机中燃烧。然而，维护耗费非常高，并且燃烧的效率显著低于使用先前脱金属的原油。重金属含量的减少导致燃气轮机维护成本方面的高度节约。

在此，挑战在于：找到在脱沥青的耗费和使用之间的经济最佳。因为虽然随着重金属耗尽度的(技术上可行的)提高在燃气轮机维护成本方面可能实现越来越高的节约，但是另一方面与脱沥青关联的分离成本在特定的耗尽度之上过比例地增加(分离成本包含用于油清洁单元的投资和运行成本)，所以出现上述挑战。维护成本通常与原油的钒含量相关，因为钒主要对燃气轮机的热气路径(hot-gas-path)中的腐蚀负责。

如果钒相关的燃气轮机维护成本与通过脱沥青去除钒的成本相对立，其中所述燃气轮机维护成本的减小借助于所描述的用于去除钒的技术来寻求，那么可知：当寻求经济最佳时，要通过耗尽寻求的钒浓度典型地应处于8ppm的范围中。虽然将钒耗尽到低于该目标值的值如上所述能够实现附加的维护成本节约，然而脱沥青的成本过比例地增加，使得整体上得到经济情况变差。

成问题的是，如何能够有利地利用出于技术原因得出的可比经济上有意义更强地降低钒浓度的可行性。可实现的耗尽度处于60％至80％的范围内。如果保守地假设2/3的示例性的耗尽度，则钒初始浓度低于24ppm的任何油可以耗尽至低于8ppm的目标值的浓度，但是如所描述的那样这由于经济原因不是令人满意的。

迄今为止，脱沥青仅用在炼油领域中，但不用于预处理用于燃气轮机应用的原油和重油。仍未知适应于典型的发电厂环境的工艺。代替于此，在发电厂领域中采取尤其在维护耗费方面非常成本密集的规避方式。对此，在发电厂领域中可行的是：将脱沥青工艺集成到发电厂工艺中，并且将出自发电厂中的过剩能量用于脱沥青工艺的加热步骤，使得在发电厂领域中用于脱沥青的运行成本比在炼油领域中低得多，在炼油领域中不提供无成本的过剩能量。

技术实现要素：

本发明的目的是：提出一种用于进行脱沥青以在经济最佳的范围中耗尽钒的方法和设备。

本发明的针对方法的目的通过一种用于在脱沥青设备中处理含钒的燃料的方法来实现，其中将含钒的燃料经由输送管道输送给脱沥青单元，其中输送到脱沥青单元中的含钒的燃料形成第一质量流，并且将基本上脱沥青的燃料从脱沥青单元中经由输出管道导出。根据本发明，将旁通管道连接到输送管道处，其中通过旁通管道引导含钒的燃料的第二质量流平行于第一质量流绕过脱沥青单元并且输送给输出管道，使得在输出管道中形成汇集的质量流。

在此，本发明意在：通过引入旁路线路和属于其的调节装置实现如下装置，进行脱沥青工艺以在经济最佳的范围中耗尽钒。当脱沥青出于技术原因能够实现与对于经济最佳所需相比更高的钒耗尽时，那么利用该装置。该情况在典型的原油中定期出现，因为经济最佳通常处于大约8ppm钒的范围中，而能够将钒降低至少2/3的脱沥青将钒初始浓度小于例如24ppm的全部油耗尽到低于所需要的大约8ppm的最终浓度上。

在此，本发明基于如下知识：仅原油馈送流的第一质量流(子流)经由输送管道输送给脱沥青单元并且在那里清洁，而第二质量流(子流)通过旁路管道引导绕过脱沥青单元。这样分成两个流称作为分裂(split)。旁路流随后与出自脱沥青单元的清洁过的流混合。旁路线路的优点尤其在于：仅馈送流的一部分必须脱沥青。与之相应地，脱沥青单元能够比在处理整个馈送流的情况下更小地构建。相应地，用于油清洁的投资和运行成本显著更小，由此可见的是：本发明的实施实现在经济最佳的范围中的运行。

由于混合，所形成的混合的最终产品流具有如下钒浓度，所述钒浓度位于通过脱沥青清洁的流的浓度和旁路流的浓度之间(旁路浓度对应于原油馈送浓度，因为在旁路中不进行处理)。

在方法的一个有利的改进形式中，调节阀连接到输送管道中，并且旁路管道连接在调节阀处，其中在汇集的质量流中通过连接到输出管道中的测量设备来测量燃料中的钒的输出浓度，并且基于燃料中的所测量的钒的输出浓度，通过调节阀调节第一质量流和第二质量流之间的比例。

通过适当地调节分裂比例有助于：通过混合获得的输出浓度对应于经济最佳。

用于调节分裂比例的调节回路在此包含调节装置，即例如三通调节阀或用于调节第一和第二质量流的两个调节阀的组合。

在方法的一个有利的改进形式中，第一质量流和第二质量流之间的比例根据预先设定的理论值调节，使得在汇集的质量流中实现燃料中的钒的尽可能恒定的输出浓度。

在此，分裂比例基于理论值与得出的实际值的比较来调节。在此，理论值对应于预设的钒浓度的理论值并且实际值对应于钒浓度的实际值。钒浓度借助于分析方法来确定。优选地，使用在线方法，所述在线方法能够实现快速地确定钒浓度进而快速地调节分裂比例。如果无法使用在线方法，那么可行的是：通过离线方法来确定钒浓度，并且随后将测量值提供给分裂调节。

在方法的一个有利的改进形式中，附加地，在调节阀上游通过另一测量设备测量含钒的燃料中的钒的输入浓度，并且连同燃料中的钒的输出浓度一起，通过调节阀来调节第一质量流和第二质量流之间的比例。

两个信号、即钒的输入浓度和钒的输出浓度能够为了有利地调节分裂比例来组合。一旦脱沥青单元运行一段时间，存在分裂阀姿态和汇集的质量流中的典型达到的钒浓度之间的关联的经验值。只要钒的输出浓度不偏离理论值周围所允许的范围，关于钒的输入浓度的输入信号那么能够用于调节分裂比例。

该调节的优点在于：可以显著更快地对输入浓度的变化做出反应。还在原油流过调节阀(分裂阀)之前，在测量输入浓度之后能够立即再调节分裂比例。相反于此，当原油经过整个脱沥青设备流动直至输出端处的输出浓度的测量部位时(逗留时间位于大约一小时的范围中)，才可以在基于输出浓度调节的情况下调整分裂比例。如果偏离理论值周围所允许的范围，那么输出浓度必须用于调节，直至输出浓度再次位于范围之内。

钒的输入和输出浓度的测量能够在线地、即在运行中持续地进行，或者也离线地、即例如通过取样进行。

在方法的另一有利的设计方案中，将第一质量流调节到含钒的燃料的大致2/3，并且将第二质量流调节到含钒的燃料的大致1/3。此外有利地，第一质量流和第二质量流分别调节到含钒的燃料的大致一半。

本发明的针对设备的目的通过一种用于处理含钒的燃料的脱沥青设备来实现，所述脱沥青设备包括脱沥青单元，能够经由输送管道将含钒的燃料输送给所述脱沥青单元，所述含钒的燃料形成第一质量流，并且从输出管道中能够导出基本上脱沥青的燃料。根据本发明还包括旁通管道，所述旁通管道将输送管道与输出管道连接，使得含钒的燃料在第二质量流中能够引导绕过脱沥青单元，并且能够输送给基本上脱沥青的燃料，并且形成汇集的质量流。

脱沥青设备和相应的从属权利要求的根据本发明的优点类似于根据本发明的方法。

在脱沥青设备的一个有利的实施方式中，还包括测量设备和连接到输送管道中的调节阀，其中旁通管道将调节阀与输出管道中的接口连接，并且其中测量设备在输出管道中设置在旁路管道的接口下游，使得能够测量汇集的质量流中的燃料中的钒浓度，并且通过调节阀基于燃料中的测量的钒浓度能够调节第一质量流和第二质量流之间的比例。

在脱沥青设备的另一有利的设计方案中，第一质量流和第二质量流之间的比例能够根据预先设定的理论值来调节，使得在汇集的质量流中燃料中的钒的输出浓度尽可能是恒定的。

在脱沥青设备的一个尤其有利的设计方案中，另一测量设备在调节阀上游连接到输送管道中，通过所述另一测量设备能够附加地测量含钒的燃料中的钒的输入浓度，并且能够根据燃料中的钒的输入浓度和钒的输出浓度来调节第一质量流和第二质量流之间的比例。

优选地，在脱沥青设备中能够测量钒的输入浓度和/或输出浓度。因此，测量设备设计用于：测量原油流(在线测量)中的或提取的样品(离线测量)中的钒浓度。

在脱沥青设备的一个有利的实施方式中，第一质量流对应于含钒的燃料的大致2/3，并且第二质量流对应于含钒的燃料的大致1/3，并且还有利地，第一质量流和第二质量流分别对应于含钒的燃料的大致一半。

附图说明

下面，根据附图详细阐述本发明的实施例。附图示出：

图1示出具有旁路管道的脱沥青设备的示意图

图2示出具有旁路管道、调节阀和测量设备的脱沥青设备的示意图

图3示出脱沥青设备的示意图，所述脱沥青设备具有旁路管道、调节阀、在调节阀上游的测量设备和在输出管道中的接口下游的另一测量设备。

具体实施方式

图1示出用于清洁含钒的燃料的根据本发明的脱沥青设备1。脱沥青设备1包括脱沥青单元4，能够经由输送管道3将含钒的燃料2输送给所述脱沥青单元，所述含钒的燃料形成第一质量流5。从脱沥青单元4中经由输出管道7能够导出基本上脱沥青的燃料6。

此外，脱沥青设备1包括旁路管道8，所述旁路管道将输送管道3与输出管道7连接，使得第二质量流9中的含钒的燃料2能够引导绕过脱沥青单元4。经由旁路管道8将含钒的燃料2输送给出自脱沥青单元4中的基本上脱沥青的燃料6，并且混合成汇集的质量流10。

在输出管道7中的混合点处适用如下质量平衡：

mp×cp＝md,out×cd,out+mbp×cf(其中mp＝md,out+mbp)

其中

mp＝汇集的质量流10

cp＝汇集的质量流10中的钒浓度

md,out＝具有基本上脱沥青的燃料6的第一质量流5(减去钒流ma)

cd,out＝基本上脱沥青的燃料6的钒浓度

mbp＝具有含钒的燃料2的第二质量流9

cf＝含钒的燃料2中的钒浓度

由于基本上脱沥青的燃料6(md,out)与含钒的燃料2(mbp)混合成汇集的质量流10(mp)，适用的是：因为含钒的燃料2中的钒浓度(cf)比汇集的质量流10中的钒浓度(cp)中更高，所以基本上脱沥青的燃料的钒浓度(cd,out)必须小于汇集的质量流10中的钒浓度(cp)。理论值cp典型地处于8ppm的范围中，使得cd,out必须小于8ppm，这由于可良好达到的2/3的耗尽度而对于具有小于24ppm的钒的典型的石油是技术上可实现的。

在此普遍适用的是：含钒的燃料中的钒浓度(cf)越高，要脱沥青的第一质量流5(md,in)就必须越高，以便能够实现理论值(cp,soll)。

本发明基于：含钒的燃料2(原油馈送流mf，馈送初始浓度cf)的仅第一质量流5(md,in)作为输送流输送给脱沥青单元4并且在那里清洁，而第二质量流9(mbp)在旁路管道8中引导绕过脱沥青单元4。旁路管道8的优点尤其在于：仅馈送流(mf)的一部分必须脱沥青。因此，脱沥青单元4比在处理含钒的燃料2的整个质量流(mf)的情况下更小地构造。相应地，用于油清洁的投资和运行成本显著更小，由此可见的是：本发明的实施能够实现在经济最佳的范围中的运行。

如果例如含钒的燃料2中的钒浓度(cf)为12ppm，那么在大约2/3的典型的耗尽率的情况下钒耗尽到(cd,out)4ppm。如果汇集的质量流10中的期望的理论浓度(cp,soll)为8ppm，那么预设第二质量流9(mbp)和第一质量流5(md,in)之间的1：1的比例，以便从4ppm和12ppm中平均地得到期望的8ppm(在实际中，md,in必须稍微更高，因为该流的少量部分作为钒副产品提出并且不再在产品油中提供)。

当含钒的燃料2的仅一半必须脱沥青时，能够将脱沥青单元4的尺寸减半，同样地，能够预期用于脱沥青的减半的运行成本。大程度改进方法的经济性。

为了说明，应当将没有旁路线路的方法变型形式对比：在此，将全部含钒的燃料输送给脱沥青单元4(md,in＝mf)，与之相应地，会考虑用于油清洁的显著更高的投资和运行成本。唯一的优点在于最终产品流(cp＝cd,out)中的4ppm的更少的钒浓度。然而，与借助旁路管道8调节的8ppm相比钒浓度的该进一步的下降仅能够实现用于燃气轮机维护的成本中的仅还稍微的附加的节约。该节约显著小于用于要设计成更大尺寸的脱沥青单元4的额外成本，由此变得清楚的是：没有旁路管道8的变型形式不对应于经济最佳。

第二质量流9(mbp)和第一质量流5(md,in)之间的分裂比例根据本发明基于钒理论浓度(cp,soll)与得出的实际浓度(cp)的比较来固定地设定。

图2示出在图1中示出的脱沥青设备1，然而还包括测量设备12和连接到输送管道3中的调节阀11。旁路管道8将调节阀11与输出管道中的接口16连接。测量设备12在输出管道7中设置在旁路管道8的接口16下游，使得能够测量汇集的质量流10中的钒的浓度。基于汇集的质量流10中的所测量的钒浓度，通过调节阀11能够调节第一质量流5和第二质量流9之间的比例。

对此，在测量设备中借助于分析方法来确定钒浓度。优选地，使用在线方法，所述在线方法能够实现快速的钒确定进而实现快速地调节分裂比例。如果无法使用在线方法，那么可行的是：通过离线方法确定钒浓度并且随后将测量值(cp)提供给调节阀11。

用于调节分裂比例的调节回路根据本发明包含调节阀11、如三通调节阀或用于调节第一和第二质量流5、9(md,in和mbp)的两个调节阀的组合。

图3示出具有另一测量设备15的脱沥青设备1，所述另一测量设备在调节阀11上游连接到输送管道3中。另一测量设备通过测量来确定含钒的燃料2中的钒的输入浓度13。第一质量流5和第二质量流9之间的比例因此能够根据燃料中的钒的输入浓度13和钒的输出浓度14调节。

因此，除了汇集的质量流10中的钒浓度14(cp)之外，也测量含钒的燃料2(mf)中的钒输入浓度13(cf)。为了有利地调节分裂比例能够将两个信号组合。因此，一旦存在调节阀11的分裂阀姿态和汇集的质量流10(mp)中的典型达到的钒浓度(cp)之间的关联的经验值，只要钒的输出浓度14(cp)不偏离理论值(cp,soll)周围的所允许的范围，就能够将输入浓度13(cf)用于调节在调节阀11中的分裂比例。该调节的优点在于：可能对输入浓度13显著更快地做出反应。

两个测量设备12和15优选借助相同的分析仪器来测量浓度(cp和cf)。为了执行在线分析方法，将两个样品线路布设至该测量仪器。

因此，通过本发明指出：如何能够有利地利用实现高的耗尽度的技术可行性。