Wie sich der Kreislauf schließt
|
Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen |
 |
|
Das Firebag Projekt Suncor Energy in Nordalberta. |
 |
|
Wasser wird in diesen Fallstromverdampfern recycliert. |
 |
|
Die Hauptbestandteile der Verdampfer sind Rohre aus Nickellegierung
N08926. Jeder Verdampfer enthält 107 Tonnen dieser Legierung. |
 |
|
Die Sole, die an der Innenseite der Rohre als dünner Film nach unten fließt, wird durch den Dampf an der
Aussenseite der Rohre erhitzt. |
|
日本語 |
Mit einem neuen Verfahren werden die Spuren der Umweltbelastung durch Ölsandabbau
verringert
Von Carroll McCormick
Nickel Magazine, November 2005 -- Bei einem Besuch von Fort McMurray in Nordalberta, Kanada, ist man augenblicklich von den Auswirkungen betroffen, die die Ölsandgewinnung im Tagebau auf den nördlichen Borealwald hat.
Suncor Energy, einer der beiden Ölproduzenten in der Gegend, hat damit begonnen, das Problem anzusprechen: Die Firma verwendet ein unterirdisches Extraktionsverfahren mit geringen Auswirkungen, das verspricht, die Spuren der Umweltbelastung zu verringern. Dies geschieht im zweiten von sechs geplanten Projektabschnitten bei der industriellen Erschließung der „Firebag" genannten Abbaukonzession von Suncor, die sich über eine Fläche von 1000 Quadratkilometern erstreckt.
Mit dem so genannten SAGD-Verfahren (Abk. für „Steam-Assisted Gravity Drainage" – auf Deutsch „dampfgestützte Schwerkraftdränage") wird Dampf durch 700 bis 800 m lange horizontale Rohre gepumpt, die in 250 m Tiefe im Ölsand liegen. Nach der Erwärmung durch den Dampf wird Bitumen in parallelen Rohren 3 bis 5 m unter den Dampfrohren gesammelt und zur Verarbeitung an die Oberfläche gebracht. An dieser Stelle spielt eine Nickellegierung eine wesentliche Rolle.
Für den Abschnitt Firebag 2, der Ende Juli 2005 in Betrieb genommen wurde, werden bei voller Produktion 15.000 Kubikmeter Wasser pro Tag verwendet. Fast das ganze Brauchwasser, das mit dem Bitumen zurückgewonnen wird, wird mit 3 riesigen Verdampfern der Wiederverwendung zugeführt. Folglich muss weniger neues Wasser von äußeren Quellen zugeführt werden. Die senkrecht stehenden, mit Dampfkompression arbeitenden Fallstromverdampfer sind die größten dieser Art in der Welt. Die Wasseraufbereitungstechnologie ist von RCCI, einem Tochterunternehmen von GE Infrastructure, Water & Process Technologies, lizenziert.
Jeder Verdampfer enthält 107 Tonnen N08926 (mit einem Anteil von 25 % Nickel) in der Form von 4000 Rohren. Jedes Rohr ist 20 m lang, hat einen Außendurchmesser von 51mm und eine Wanddicke von 1 mm.
Mit dieser Technologie wird (im Unterschied zur traditionellen Behandlungsmethode – warme oder heiße Enthärtung, Filtration und Kationenaustausch mit schwachen Säuren) ein viel hochwertigeres Kesselspeisewasser und weniger Abwasser und Schlamm erzeugt.
Die aus dem Untergrund gewonnene Wasser-Öl-Mischung wird dann entölt. Das Brauchwasser wird in den Verdampfern konzentriert, um ein sauberes, hochwertiges Destillat zu gewinnen. Eine konzentrierte Salzlösung, die einen kleinen Prozentsatz des Brauchwassers ausmacht, wird zur Weiterbehandlung in einen Abwasserstrom geleitet. Das Destillat wird den Dampferzeugerkesseln zugeführt, und der erzeugte Dampf wird in die Bitumenschicht injiziert, wodurch sich der Kreislauf schließt.
Für die Verdampfer bestehen strenge Materialanforderungen: RCCI beschreibt das typische Brauchwasser als „vorwiegend eine Natriumchlorid-Sole mit hohem Siliziumanteil und minimalen Kalzium- und Magnesiumanteilen." Das GE-Tochterunternehmen erklärt außerdem: „Eine hohe Alkalinität bzw. Karbonat ist ebenfalls vorhanden. Das erzeugte Wasser enthält im Allgemeinen etwa 3000 Mikrogramm vollständig gelöster Feststoffe pro Liter. Dieser Betrag kann aber entsprechend den geologischen Verhältnissen variieren. Gelöste und emulgierte organische Substanzen [Öl] sind je nach den verwendeten Öltrennungsprozessen auf verschiedenen Ebenen vorhanden."
Die in den Verdampfern verwendete Legierung muss in Halogeniden und in Schwefelwasserstoff enthaltenden (sauren) Umgebungen hochgradig beständig gegenüber Loch- und Risskorrosion sein. Sie muss außerdem (unter praxisnahen Bedingungen) in Verbindung mit Chlorionen praktisch immun gegenüber Spannungsrisskorrosion und in einer Reihe von oxidierenden und reduzierenden Stoffen hochgradig korrosionsbeständig sein. Nach Aussagen der in Ontario (Kanada) ansässigen Firma Associated Tube Industries (ATI), die die Verdampferrohre hergestellt hat, haben die Verdampfer eine Betriebslebensdauer von 30 Jahren und sind so konstruiert, dass die Rohre weder repariert noch ausgetauscht werden können.
Die dünnwandigen Rohre mussten nach Aussagen von Roger Thomas, dem Produktvertriebsleiter von ATI, auf besondere Weise behandelt werden. „In Legierungen dieser Art wurde niemals etwas Vergleichbares geleistet. Wir haben am Glühofen einige Änderungen vorgenommen und die Art und Weise geändert, in der die Rohre durch den Glühofen transportiert werden, um Beschädigungen zu vermeiden."
ATI hat das Rohr aus auf festgelegten Breiten geschnittenenen Bandmaterial Coils, durch kontinuierliches Rollforming hergestellt. Dann wurde das Rohr durch Wolframinertgasschweißen ohne Füllmetall geschweißt, die Schweißnaht wurde lokal kalt umgeformt, und das Rohr wurde bei 1149 °C blank geglüht, wodurch seine Korrosionsbeständigkeit erhöht wurde.
Firebag 2 ist 52 km von der Ölsandanlage von Suncor in Fort McMurray entfernt. Wie Firebag 1, das 2004 mit der Produktion begonnen hat, verfügt es über eine Kapazität von 35.000 Barrel pro Tag. Firebag 2 wird nach etwa 18 Monaten die volle Kapazität erreicht haben.
Suncor wird bei Firebag 1 und 2 einen zweiten Generator mit einer Leistung von 85 MW bauen, um die Produktion um 25.000 Barrel pro Tag zu erhöhen. Die Anlagen Firebag 3 bis 6 sollen im Januar 2009 mit der Produktion beginnen.
Die Arbeitsweise der Verdampfer
Das an die Oberfläche gebrachte bitumenhaltige Brauchwasser wird entölt und dann in einem Plattenwärmetauscher auf etwa 100 °C erwärmt. Das erwärmte Speisewasser wird entlüftet, um nicht kondensierbare Gase wie Sauerstoff zu entfernen, bevor es in die Verdampfer gepumpt wird. Diese sind jeweils etwa 31 m hoch und haben einen maximalen Durchmesser von 7,5 m.
Das Kondensatorrohrbündel befindet sich vertikal über dem Kesselsumpf. Der Dampf wird auf der Mantelseite des Kondensators eingeführt, während die Sole (Wasser) sich auf der Rohrseite befindet. Die Sole wird mit der Umwälzpumpe vom Verdampfersumpf zum Kondensatorkopf gepumpt. Die Sole fließt an der Innenseite der Rohre als dünner Film nach unten. Ein Teil der Sole verdampft. Der in den Rohren erzeugte Dampf wird aus dem Sumpf in den Kompressor gepumpt. Der komprimierte Dampf strömt zur Mantelseite des Kondensators, wo er kondensiert und die Sole in den Rohren erwärmt. Der kondensierte Dampf, der den Verdampfer durch die Destillatleitung verlässt, wird zum Erwärmen der Verdampfereinspeisung verwendet und dann zum Dampferzeuger geleitet, um dort Dampf zu erzeugen, der anschließend im Untergrund zurückströmt.
Die konzentrierte Sole in den Rohren fällt wieder in den Verdampfersumpf und wird dann für den nächsten Durchlauf durch die Rohre wieder zum Kondensatorkopf geleitet. Ein kleiner Teil der Sole wird abgeleitet, um die erforderliche Konzentration der umlaufenden Sole beizubehalten. Die Temperatur in den Rohren beträgt etwa 100 °C, der Dampf außerhalb der Rohre ist einige Grad heißer. Der Druck beträgt in den Rohren etwa 2 kPa, außerhalb der Rohre 30-35 kPa.
Carroll McCormick ist ein in Montreal ansässiger freier Mitarbeiter.
FOTOS: Associated Tube Industries
 Roger Thomas Lalit Jain |
