DE102012105427B3 - Process and installation for processing a moist, kerogen-containing material stream - Google Patents
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Abstract
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Verarbeitung eines feuchten, Kerogen enthaltenden Stoffstroms, vorzugsweise Ölschiefer oder Ölsand, wird der feuchte Stoffstrom in einer Trocknungseinrichtung getrocknet und anschließend werden die im getrockneten Aufgabematerial enthaltenen Kerogenanteile in einer Austreibstufe ausgetrieben, wobei der feuchte Stoffstrom nacheinander wenigstens zwei etagenartig übereinander angeordnete Trocknungszonen der Trocknungseinrichtung durchsetzt und dabei mit einem Trocknungsgas in Kontakt gebracht wird. Dabei wird in wenigstens 2 Trocknungszonen, vorzugsweise in jeder Trocknungszone, jeweils ein separater Trocknungsgasstrom zugeführt und als feuchtigkeitsbeladener Gasstrom wieder abgeführt.In the method according to the invention for processing a moist, kerogen-containing material stream, preferably oil shale or oil sands, the wet material stream is dried in a drying device and then the kerogen fractions contained in the dried feed material are expelled in an expulsion step, wherein the moist stream successively at least two layer-like superposed drying zones the drying device passes through and is brought into contact with a drying gas. In each case, a separate drying gas stream is supplied in at least two drying zones, preferably in each drying zone, and removed again as a moisture-laden gas stream.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Verarbeitung eines feuchten, Kerogen enthaltenden Stoffstroms, vorzugsweise Ölschiefer oder Ölsand, wobei der feuchte Stoffstrom in einer Trocknungseinrichtung getrocknet wird und anschließend die im getrockneten Aufgabematerial enthaltenen Kerogenanteile in einer Austreibstufe ausgetrieben werden.The invention relates to a method and a system for processing a wet, kerogen-containing material stream, preferably oil shale or oil sands, wherein the moist stream is dried in a drying device and then the kerogen fractions contained in the dried feed material are expelled in a expelling step.
Für den nutzbringenden kommerziellen Einsatz von Ölschiefer ist es unabdingbar, dem thermischen Prozess in der Austreibstufe einen separaten Trocknungsschritt voranzustellen, um die Wassermengen (25–30 Gew-% oder mehr) signifikant auszutreiben. Dabei darf das Wärmeträgermedium zur Trocknung allerdings nur so moderat temperiert sein, dass die kerogenen Bestandteile im Ölschiefer nicht vorzeitig abgegeben werden. Die integrierte Trocknungszone eines ATP-Systems (Aostra Taciuk Process) ist mit der Gesamtaufgabe gut ausgelastet, da die Trocknungskapazität bei gegebener Geometrie und Temperatur begrenzt ist. Um die Durchsatzleistung eines ATP-Systems zu erhöhen, ist es von Vorteil, den integrierten Trocknerbereich des ATP so zu gestalten, dass der Austreibungszone ein Stoffstrom zugeführt wird, dessen Feuchtegehalt so gering wie möglich ist, vorzugsweise < 10%. Bei größer werdender Durchsatzleistung ist dies nur durch erheblichen Bauaufwand zu realisieren.For the beneficial commercial use of oil shale, it is essential to prioritize the thermal process in the stripping step to significantly drive off the amounts of water (25-30% by weight or more). However, the heat transfer medium for drying must be tempered only moderately so that the kerogenic components in the oil shale are not delivered prematurely. The integrated drying zone of an ATP system (Aostra Taciuk Process) is well utilized with the overall task since the drying capacity is limited for a given geometry and temperature. In order to increase the throughput capacity of an ATP system, it is advantageous to design the integrated dryer area of the ATP in such a way that a stream of material whose moisture content is as low as possible, preferably <10%, is supplied to the expulsion zone. With increasing throughput, this can only be achieved by considerable construction costs.
Aus der
Des Weiteren ist durch die
Der zu trocknende Ölschiefer ist thermisch äußerst sensibel. Das bedeutet, dass Übertemperaturen in der Wärmeübertragung schnell zur lokalen Überhitzung des Materials, insbesondere des Feinanteils, führen und der nachgeschaltete Prozessschritt der Kerogenzersetzung vorzeitig beginnt. Die verfrühte Zersetzung des Kerogen bedeutet einen zählbaren Produktverlust und gleichzeitig eine kritische Kontamination der Gasphase im Vortrocknungsaggregat, welche nachbehandelt, gereinigt und im Grenzfall sogar maschinentechnisch als zündfähiges Gasgemisch behandelt werden muss.The oil shale to be dried is thermally extremely sensitive. This means that excess temperatures in the heat transfer quickly lead to local overheating of the material, in particular the fine fraction, and the downstream process step of kerogen decomposition begins prematurely. The premature decomposition of kerogen means a countable loss of product and at the same time a critical contamination of the gas phase in the predrying unit, which must be post-treated, cleaned and, in the limit, even machine-technologically treated as an ignitable gas mixture.
Aus der
Die
Um die Wirtschaftlichkeit der Etagenöfen zu erhöhen, ist man derzeit bestrebt, den Durchmesser der Prozessräume zu vergrößern, die zur Zeit üblicherweise auf Durchmesser von 4 bis 7 m beschränkt sind. Im nächsten Schritt werden Lösungen mit 10 bis 12 m Durchmesser angestrebt. Je größer die Prozessräume werden, desto problematischer wird eine gleichmäßige thermische Behandlung, insbesondere ein Trocknungsprozess eines Stoffstroms.In order to increase the efficiency of the deck ovens, it is currently the endeavor to increase the diameter of the process spaces, which are currently usually limited to diameters of 4 to 7 m. In the next step, solutions with a diameter of 10 to 12 m are aimed for. The larger the process spaces, the more problematic a uniform thermal treatment, in particular a drying process of a material flow.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Effizienz der Trocknung auch bei größeren Etagenöfen, insbesondere bei solchen mit einem Durchmesser von 10 bis 12 m und mehr zu steigern.The invention is therefore based on the object to increase the efficiency of drying even in larger floor ovens, especially those with a diameter of 10 to 12 m and more.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.According to the invention this object is solved by the features of
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Verarbeitung eines feuchten, Kerogen enthaltenden Stoffstroms, vorzugsweise Ölschiefer oder Ölsand, wird der feuchte Stoffstrom zunächst in einer Trocknungseinrichtung getrocknet. Anschließend werden die im getrockneten Aufgabematerial enthaltenen kerogenen Anteile in einer Austreibstufe ausgetrieben, wobei der feuchte Stoffstrom nacheinander wenigstens zwei etagenartig übereinander angeordnete Trocknungszonen der Trocknungseinrichtung durchsetzt und dabei mit einem Trocknungsgas in Kontakt gebracht wird. Hierbei wird in wenigstens zwei Trocknungszonen, vorzugsweise in jeder Trocknungszone, jeweils ein separater Trocknungsgasstrom zugeführt und als mit Feuchtigkeit beladener Trocknungsgasstrom wieder abgeführt.In the process according to the invention for processing a moist, kerogen-containing material stream, preferably oil shale or oil sand, the moist stream is first dried in a drying device. Subsequently, the kerogen portions contained in the dried feed material are expelled in an expulsion stage, wherein the moist material flow successively passes through at least two layer-like superimposed drying zones of the drying device and is brought into contact with a drying gas. Here, in each case a separate drying gas stream is supplied in at least two drying zones, preferably in each drying zone, and removed again as a drying gas stream laden with moisture.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Verarbeitung eines feuchten, Kerogen enthaltenden Stoffstroms, vorzugsweise Ölschiefer oder Ölsand, besteht im Wesentlichen aus einer Trocknungseinrichtung zum Trocknen des feuchten Stoffstroms und einer Austreibstufe zum Austreiben von im getrockneten Stoffstrom enthaltenen Kerogenanteile, wobei die Trocknungseinrichtung wenigstens zwei etagenartig übereinander angeordnete Trocknungszonen aufweist und wenigstens zwei Trocknungszonen, vorzugsweise jede Trocknungszone, zur Zuführung von separaten Trocknungsgasströmen jeweils wenigstens eine Gaszuführeinrichtung zum Zuführen eines Trocknungsgases und wenigstens eine Gasabzugseinrichtung zum Abführen des mit Feuchtigkeit beladenen Trocknungsgasstrom aus der Trocknungseinrichtung aufweist.The plant according to the invention for processing a moist, kerogen-containing material stream, preferably oil shale or oil sands, consists essentially of a drying device for drying the moist material stream and an expelling step for expelling kerogen fractions contained in the dried stream, wherein the drying device has at least two layer-like superimposed drying zones and at least two drying zones, preferably each drying zone, for supplying separate drying gas streams each having at least one gas supply means for supplying a drying gas and at least one gas withdrawal means for discharging the moisture laden drying gas stream from the drying means.
Das Zuführen von wenigstens zwei separaten Trocknungsgasströmen bietet die Möglichkeit, die Temperatur und den Feuchtigkeitsgehalt gezielt auf den Zustand des Stoffstroms in der jeweiligen Trocknungszone abzustimmen, um dadurch eine möglichst effiziente Trocknung in der Trocknungseinrichtung zu bewirken. Auf diese Weise können auch deutlich größere Etagenöfen mit Durchmessern von bis zu 10 m und mehr wesentlich effizienter betrieben werden.The feeding of at least two separate drying gas streams offers the possibility of tailoring the temperature and the moisture content in a targeted manner to the state of the material flow in the respective drying zone, in order thereby to effect the most efficient drying possible in the drying device. In this way, significantly larger deck ovens with diameters of up to 10 m and more can be operated much more efficiently.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Temperatur der in den einzelnen Trocknungszonen zuzuführenden Trocknungsgasströme wird so eingestellt, dass die im Aufgabematerial enthaltenen Kerogenanteile nicht ausgetrieben werden. Da dies zu 100% kaum zu erreichen ist, ist man bestrebt, mindestens 90%, vorzugsweise wenigstens 95%, der im Aufgabematerial enthaltenen Kerogenanteile während der Trocknung im Aufgabematerial zu halten.The temperature of the drying gas streams to be supplied in the individual drying zones is adjusted so that the kerogen fractions contained in the feed material are not expelled. Since this is 100% barely achievable, it is endeavored to keep at least 90%, preferably at least 95%, of the kerogen portions contained in the feed material during drying in the feed material.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der mit Feuchtigkeit beladene Trocknungsgasstrom über Gasabzugseinrichtungen abgeführt, die derart temperiert werden, dass eine Kondensation in den Gasabzugseinrichtungen vermieden wird. Die Gasabzugseinrichtungen können beispielsweise in einer Zentralwelle oder am Ofenmantel vorgesehen werden. Die Zentralwelle ist üblicherweise angetrieben und trägt ein Krählarmsystem, mit dessen Hilfe der Stoffstrom über den jeweiligen Etagenboden transportiert und gewendet wird.According to a further embodiment of the invention, the moisture-laden drying gas stream is discharged via gas extraction devices, which are tempered such that condensation in the gas extraction devices is avoided. The gas extraction devices can be provided for example in a central shaft or on the furnace shell. The central shaft is usually driven and carries a Krählarmsystem, by means of which the material flow is transported and turned over the respective floor level.
In der Austreibstufe wird ein heißer Austreibungsgasstrom zugeführt, um das getrocknete Aufgabematerial in einen kerogenreichen Gasstrom und einen kerogenfreien Stoffstrom umzuwandeln. Über die wenigstens zwei separat zugeführten Trocknungsgasströme kann die Temperatur des den Trocknungszonen zugeführten Trocknungsgasstroms von oben nach unten abnehmend eingestellt werden.In the expulsion stage, a hot expulsion gas stream is supplied to convert the dried feedstock into a kerogen-rich gas stream and a non-kerogen material stream. By way of the at least two separately supplied drying gas streams, the temperature of the drying gas stream fed to the drying zones can be adjusted decreasing from top to bottom.
Des Weiteren kann vorgesehen werden, dass der kerogenreiche Gasstrom und/oder der Trocknungsgasstrom nach dem Abzug aus der Austreibstufe und/oder der Trocknungseinrichtung wenigstens einem Wärmetausch unterzogen und Energie aus dem Gasstrom rekuperiert wird.Furthermore, it can be provided that the kerogen-rich gas stream and / or the drying gas stream subjected to at least one heat exchange after the withdrawal from the expulsion stage and / or the drying device and energy is recuperated from the gas stream.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Kondensiereinrichtung vorgesehen, die mit dem Gasabzugseinrichtungen der wenigstens zwei Trocknungszonen in Verbindung steht.According to a further embodiment of the invention, at least one condensing device is provided, which communicates with the gas extraction devices of the at least two drying zones.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die wenigstens zwei Trocknungszonen, vorzugsweise jede Trocknungszone, jeweils einen Etagenboden auf, der als Belüftungsboden ausgebildet ist und die Gaszuführeinrichtung an den Belüftungsboden angeschlossen ist. Auf diese Weise kann eine sehr effiziente Trocknung der Stoffströme erfolgen. Alternativ können die Etagenöfen auch zur indirekten Erwärmung des Stoffstroms als Wärmetauscherböden ausgebildet werden. Hierbei kann außerdem vorgesehen werden, dass ein Trocknungsgasstrom zusätzlich im direkten Kontakt mit dem Stoffstrom steht.According to a further embodiment, the at least two drying zones, preferably each drying zone, each have a bottom floor, which is designed as a ventilation floor and the gas supply is connected to the ventilation floor. In this way, a very efficient drying of the material flows can take place. Alternatively, the deck ovens can also be designed for indirect heating of the material flow as heat exchanger floors. In this case, it can also be provided that a drying gas stream is additionally in direct contact with the material stream.
Die Trocknungseinrichtung weist üblicherweise eine Aufgabeöffnung zur Aufgabe des feuchten Stoffstroms und eine Auslassöffnung zum Abführen des getrockneten Stoffstroms auf, wobei zwischen übereinander angeordneten Trocknungszonen wenigstens eine Materialtransferöffnung zum Transferieren des Stoffstroms von der einen zur nächsten Trocknungszone vorgesehen ist. Die Materialtransferöffnungen sind dabei mit Abstand von den Gasabzugsöffnungen angeordnet.The drying device usually has a feed opening for discharging the moist material flow and an outlet opening for discharging the dried material flow, wherein at least one material transfer opening for transferring the material flow from one to the next drying zone is provided between superimposed drying zones. The material transfer openings are arranged at a distance from the gas discharge openings.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Trocknungseinrichtung so dimensioniert, dass wenigstens 170.000 Bm3/h (Betriebskubikmeter pro Stunde), vorzugsweise wenigstens 300.000 Bm3/h, an Trocknungsgasströmen der Trocknungseinrichtung zugeführt werden. Die Menge der Trocknungsgasströme sollte jedoch so bemessen sein, dass die Gasgeschwindigkeit im System weniger als 5,5 m/s, vorzugsweise weniger als 4 m/s, beträgt.According to a particular embodiment of the invention, the drying device is dimensioned so that at least 170,000 Bm 3 / h (Betriebskubikmeter per hour), preferably at least 300,000 Bm 3 / h, are supplied to Trocknungsgasströmen the drying device. The amount however, the drying gas flow should be such that the gas velocity in the system is less than 5.5 m / s, preferably less than 4 m / s.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert.Further advantages and embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the description of some embodiments and the drawings.
In der Zeichnung zeigenIn the drawing show
Die in
Der Trocknungsgasstrom nimmt dabei die im Stoffstrom
Der Stoffstrom
Die Temperatur der den einzelnen Trocknungszonen
Die Materialtransferöffnungen
Die eigentliche Trocknung des Stoffstroms
Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich denkbar, dass jeder Trocknungszone ein separater Trocknungsgasstrom zu- und ein mit Feuchtigkeit beladender Trocknungsgasstrom abgeführt wird, wie dies durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gaszuführeinrichtungen
Es wäre außerdem denkbar, dass entweder die Gaszuführeinrichtungen oder die Gasabzugseinrichtungen im Bereich der Zentralsäule
Eine weitere Option besteht darin, die Etagenböden
Der kerogenarme Stoffstrom
Die mit Feuchtigkeit beladenen Trocknungsgase
Der Austreibungsgasstrom
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß
Im Rahmen der Erfindung ist das Prinzip der belüfteten Etagenböden natürlich auch auf das Ausführungsbeispiel gemäß
In
Durch separate Zuführung von mehreren Trocknungsgasströmen in die in mehrere Trocknungszonen unterteilte Trocknungseinrichtung kann die Temperatur und die Feuchtigkeit des Trocknungsgasstroms an den zu behandelnden Stoffstrom angepasst werden, um die Trocknungsleistung zu maximieren. Mit dieser Maßnahme ist es insbesondere möglich, Trocknungseinrichtungen mit einem größeren Durchmesser von beispielsweise 10 bis 12 m und mehr zu realisieren und dennoch eine hohe Trocknungsleistung zu gewährleisten. Die Geschwindigkeit der in die einzelnen Trocknungszonen eingeführten Trocknungsgasströme ist so zu bemessen, dass eine maximale Trocknungsleistung erreicht wird, ohne dabei zu viele Feinanteile über die Gasströme aus dem System wieder auszuschleusen. Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Überlegungen ergaben sich beispielsweise folgende Werte (Durchmesser des Mehretagenofens, Menge der Trocknungsgasströme) für die Trocknungseinrichtung: 8 m: ca. 170.000 Bm3/h, 10 m: ca. 375.000 Bm3/h, 12 m: 575.000 Bm3/h.By separately feeding a plurality of drying gas streams into the drying device divided into a plurality of drying zones, the temperature and the humidity of the drying gas stream can be adapted to the material stream to be treated in order to maximize the drying performance. With this measure, it is particularly possible to realize drying devices with a larger diameter of, for example, 10 to 12 m and more, and yet to ensure a high drying performance. The speed of the drying gas streams introduced into the individual drying zones must be such that maximum drying performance is achieved without removing too many fines from the system via the gas streams. The considerations underlying the invention gave, for example, the following values (diameter of the multi-level furnace, amount of drying gas streams) for the drying device: 8 m: about 170,000 Bm 3 / h, 10 m: about 375,000 Bm 3 / h, 12 m: 575,000 Bm 3 / h.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist das Krählarmsystem, mit dessen Hilfe der Stoffstrom nicht nur transportiert, sondern auch ständig durchmischt wird, so dass der Trocknungsgasstrom sehr intensiv mit dem Stoffstrom in Kontakt kommt.Another important point is the Krählarmsystem, with the aid of which the material flow is not only transported, but also mixed constantly, so that the drying gas flow comes very intensively in contact with the flow of material.
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Legal Events
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