Wärmeübertragung bei Kohlenwasserstoffen verbessert

Bei der Raffination muss das Öl auf recht hohe Temperaturen erhitzt werden. Dazu durchläuft das Rohöl eine Reihe von Wärmetauschern. Diese neigen nach einiger Zeit zu Fouling. Je nach Qualität des verarbeiteten Rohöls kann dies recht schnell geschehen. In manchen Raffinerien müssen die Wärmetauscher einmal jährlich gereinigt werden.

Verantwortlich für das Fouling sind Verunreinigungen im Rohöl wie Teer, Asphaltene und andere Feststoffe. Mit der Zeit überzieht eine Schmutzschicht sämtliche Innenflächen des Wärmetauschers. Im rechts dargestellten Fließschema sind mehrere Wärmetauscher zu einer sogenannten Wärmetauscherstraße verbunden. Auf beiden Seiten der Wärmetauscher befindet sich Öl. Das Rohöl auf dem Weg zum Reboiler wird durch das heiße Rohöl erwärmt, das aus dem Prozess zurückkommt. Dadurch wird im Kessel weniger Energie benötigt und die Energie effizienter genutzt. Mit zunehmendem Fouling nimmt die Wärmeübertragung im Wärmetauscher immer weiter ab. Die Ablagerungsschichten wirken isolierend, sodass weniger Energie von einer Seite auf die andere übertragen wird.

Da ein solcher Wärmetauscher nicht beliebig oft geöffnet werden kann, sind andere Verfahren nötig, um den Zustand im Inneren zu beurteilen. Eine Möglichkeit ist die Berechnung der Wärmeübertragung Q.

Dafür müssen viele verschiedene Daten berechnet werden; hier zeigen wir nur eine Formel.

Q = m * Cp * (∆T) – Wärmeübertragung (Q) = Masse (m) * Dichte * (TempIn –TempOut)

Die Diagramme zeigen die Entwicklung der Wärmeübertragung im Zeitverlauf. Das obere Diagramm stellt die 120 Tage vor der Merus Installation dar, das untere die ersten 120 Tage danach.

Sehr deutlich ist zu erkennen, dass sich ein steigender in einen fallenden Trend umgekehrt hat. Anders ausgedrückt: Zum Erhitzen einer Tonne Rohöl wurden etwa 3 kW weniger Energie benötigt.

Wir halten dies für eine sehr zuverlässige Methode, den Zustand im Wärmetauscher zu beurteilen. Theoretisch lässt sich auch der Brennstoffverbrauch des Kessels überprüfen. Wegen der verschiedenen Brennstoffparameter ist dieses Verfahren jedoch kompliziert. Zudem müssen wir bei Merus stets die Daten nutzen, die uns der Kunde bereitstellt.

Bislang liegen keine Bilder der Innenflächen der Wärmetauscher vor. Das liegt an teilweise sehr langen Reinigungsintervallen von bis zu 5 Jahren. Zurzeit laufen zwei Versuche in der Golfregion, bei denen die Reinigungsintervalle recht kurz sind beziehungsweise vereinbart wurde, den Wärmetauscher vor dem Versuch und nach 12 Monaten Einsatz von Merus zu öffnen. Sobald diese Daten vorliegen, werden wir sie hier ebenfalls vorstellen.

Fazit:

Es gibt sehr klare Belege dafür, dass

Eine stabile Wärmeübertragung bei geringerem Fouling im Wärmetauscher führt automatisch zu erheblichen Energieeinsparungen. Weniger Fouling erhöht die Betriebssicherheit und kann die Zahl der Notabschaltungen verringern. Damit läuft die gesamte Raffinerie reibungsloser.

Nach noch durchzuführenden Langzeitstudien könnte es sogar möglich sein, die Wartungsintervalle sämtlicher kritischer Wärmetauscher einer Raffinerie beispielsweise von derzeit 3 Jahren auf 4 oder 5 Jahre zu verlängern. Sollte dies möglich sein, wären die Einsparungen enorm, denn ein Tag Stillstand kostet schnell mehrere Millionen USD.