DE1909263A1

DE1909263A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schwelen von feinkoernigen bituminoesen Stoffen,die einen staubfoermigen Schwelrueckstand bilden

Info

Publication number: DE1909263A1
Application number: DE19691909263
Authority: DE
Inventors: Dr Roland Rammler; Dr Paul Schmalfeld
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1969-02-25
Filing date: 1969-02-25
Publication date: 1970-09-17
Also published as: DE1909263B2; CA928654A; BR7016268D0; US3703442A; DE1909263C3

Description

METALLGESELLSCHAFT Frankfurt/Main, 24. Febr. 1969

Aktiengesellschaft DrWer/EV

Prov.Nr. 6054 LW

Verfahren und Vorrichtung zum Schwelen von feinkörnigen bituminösen Stoffen, die einen staubförmigen Schwelrückstand bilden

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schwelung von feinkörnigen, während der Pyrolyse einen staubförmigen Rückstand bildenden bituminösen oder ölhaltigen Materialien, welche mit umlaufenden, feinkörnigen Wärmeträgern arbeiten, die in einer pneumatischen Förderstrecke erhitzt und danach mit dem Einsatzgut vermischt werden. Es ist bekannt, feinkörnige Brennstoffe, z.B. Kohlen, Ölschiefer oder dergl., für die Schwelung durch Vermischen mit heißen stückigen oder feinkörnigen Wärmeträgern zu erhitzen.

Es ist auch bekannt, feinkörnige Brennstoffe durch Vermischen mit Wärmeträgern gröberer Korngröße, z.B. Kugeln aus Metall oder Keramik, für die Schwelung und Entgasung zu erhitzen. In beiden Fällen wird die Partikelgröße des Wärmeträgers so gewählt, daß dieser durch Absieben vom Entgasungsrückstand getrennt werden kann, so daß der Wärmeträger wieder aufgeheizt und im Kreislauf zur Schwelzone zurückgeführt werden kann.

Große Unterschiede in den Korngrößen von Wärmeträgern und Schwel-

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gut erschweren die Durchmischung und den gleichmäßigen Wärmeübergang.

Beim Arbeiten mit den als "Pebbles" bekannten groben, kugelförmigen Wärmeträgerrwerfordert der Transport im Kreislauf durch die
Schwelzone und die Aufheizzone beträchtlichen apparativen Aufwand.

Es ist bekannt, bei der Schwelung von feinkörnigen Brennstoffen mittels Wärmeträgern den Schwelrückstand als Wärmeträger zu verwenden, indem ein Teil des Schwelrückstands im Kreislauf durch die
Schwelzone und die Aufheizzone geführt wird. Die Aufheizung erfolgt dabei durch eine Teilverbrennung in einem Luftstrom in einer Förderstrecke, womit zugleich der Transport innerhalb des Kreislaufes erfolgt.

In einem solchen Verfahren, das sich großtechnisch bereits bewährt hat, mündet die vertikale Aufheiz- und Förderstrecke in einem Sammelbunker, in welchem sich die heißen Wärmeträger vom Fördergas trennen und am Boden sammeln, während das Fördergas aus dem
Sammelbunker oben abzieht und dabei durch Abrieb und Zerfall gebildetes Unterkorn mitführt. Aus dem Sammelbunker wird heißer gesichteter Wärmeträger zu der meist darunterliegenden Schwelzone
abgeleitet.

Diese Arbeitsweise ist jedoch nur solange brauchbar, als der Schwelrückstand noch feinkörnig anfällt und während seines Kreislaufes als Wärmeträger seine feinkörnige Beschaffenheit und seine Korngrößenverteilung nicht wesentlich ändert. Dieses Verfahren wird unbrauchbar, wenn das zu verarbeitende Schwelgut während der Pyrolyse ei-

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nen mehlfeinen, staubförmigen Schwelrückstand hinterläßt. Derartige Schwelgüter kommen vielerorts vor und sind insbesondere unter Ölschiefern und Ölkreiden anzutreffen.

ölschiefer verschiedener Herkunft zeigen bei der Schwelung sehr unterschiedliches Verhalten. So bilden einige ölschiefer einen relativ festen Schwelrückstand, der gegenüber dem eingesetzten Schwelgut keine wesentliche Veränderung in der Korngrößenverteilung zeigt. Andere ölschiefer erleiden dagegen in der Schwelung einen starken Kornzerfall und hinterlassen als Schwelrückstand einen mehlfeinen Staub, Einen Ölschiefer mit diesen Eigenschaften stellt der Colorado-Ölschiefer dar.

Bei ölkreide und Ölsand ist die Korngröße des Schwelrückstandes direkt abhängig von der Korngröße des Trägermaterials, in dessen Lücken das Öl eingelagert ist. Ein feinkörniger Trägersand hinterläßt auch einen feinpulverigen Schwelrückstand.

Die bekannten Schwelverfahren sind zur Verwertung solcher bituminöser Mineralien, die einen staubförmigen Schwelrückstand hinterlassen, wenig geeignet. Die Verfahren mit einer mittelbaren Beheizung einer ruhenden Schicht des Schwelgutes in Kammerofen scheiden wegen der geringen Wärmeleitung und des hohen Investitionsbedarfs aus. Die Anwendung der Verfahren mit einer unmittelbaren Erhitzung des Schwelgutes durch heiße Spülgase verbietet sich wegen der nicht zu beherrschenden Staubentwicklung. Auch die noch am ehesten geeignete Einbringung der Wärme in den Schwelprozess mittels feinkörniger Wärmeträger bedarf noch wichtiger Ergänzungen und Änderungen des Schwelprozesses, um auf ein Schwelgut, das einen staubförmigen Schwelrückstand hinterläßt, anwendbar zu sein.

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Es Würde nun gefunden* daß der auf der Basis von feiriköriilgea meträgern"arbeitende Schwelprozefl auch für ein einen staubfÖFmi* gen Schwelrückstand hinterlassendes Schwelgüt angewendet werden kann* wenn erfindurtgsgemäß alö Wärmeträger ein betrieböf feinde? feinkörniger Feststoff verwendet Wird, der genügend formbeständig ist, um einen wiederholten Umlauf durch Aüfheizung und Schwelung ohne wesentlichen Kornzerfall zu Überstehen* und de? groß und Schwer genug ist, um den staubförmigen Schwelrückstand pneumatisch abtrennen zu können,

Der staubförmige Schwelrückstand nimmt erfindungsgemäß an dem Kreislauf des Wärmeträgers nicht teil, sondern wird aus diesem pneumatisch abgetrennt» bevor der Wärmeträger in die Schwelzone zurückkehrt. Das geschieht insbesondere, um schädliche Staubmengen von der Schwelzone fernzuhalten! Von dem bei der Schwelung sich bildenden Rückstand werden von der Strömung der Schwelgase und-dämpfe ohnehin beträchtliche Staubmengen mitgeführt. Die Rückführung von Staub als Wärmeträger würde diese Staubmengen stark vermehren und die Gewinnung einee staubarmen Destillates nur er-Bchweren. Die Trennung von Wärmeträger und Schwelrückstand soll ™ deshalb möglichst vollständig sein, um keinen Staub in die Schwelzone zurückzuführen.

Im Normalfaü enthält der Schwelrückstand noch'brennbare Substanzen, die mit Vorteil im Prozeß je nach ihrer Menge teilweise oder ganz abgebrannt werden, um zur Beheizung der Schwelanlage Verwendung finden. Deshalb ist es von Bedeutung, die Sichtung zwecks Herbeiführung der Trennung von Wärmeträger und Schwelrückstand innerhalb des Wärmeträge rkreislaüf es bei den darin herrschenden

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Temperaturen durchzuführen. Diese Temperaturen liegen im Bereich der anzuwendenden Schweltemperatur.

Erfindungsgemäß verläßt der aus seinem Gemisch mit dem Wärmeträger herausgesichtete Schwelrückstand den Abscheideraum gemeinsam mit heißem Abgas. Gewöhnlich ist es die gesamte Menge des im Prozeß entstehenden Rückstands. Die Erfindung sieht vor, den Staub gemeinsam mit dem Abgas zu kühlen und erst danach vom Abgas zu trennen.

Um aus bituminösen Mineralien, die einen staubförmigen Schwelrückstand bilden, ein staubarmes Destillat zu gewinnen, ist es neben der Einschränkung der Staubentwicklung in der Schwelzone weiterhin von Bedeutung, den Flugstaub aus den die Schwelzone verlassenden Gasen und Dämpfen so gut wie möglich noch vor dem Kondensationsbeginn der Öldämpfe abzuscheiden. Der restliche Flugstaub wird in der ersten, heißesten Kondensations stufe zusammen mit den hochsiedenden und zuerst kondensierenden Ölbestandteilen abgeschieden. Das staubreiche Kondensat dieser ersten Stufe wird unmittelbar oder nach geeigneterAufarbeitunginden Schwelprozess zurückgeführt. Aus den letzten Kondensationsstufen werden völlig staubfreie Ölfraktionen gewonnen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Schwelung bituminöser oder ölhaltiger Materialien, die einen staubförmigen Schwelrückstand bilden, mittels im Kreislauf durch die Schwelzone und eine Atifheizzone geführter feinkörniger Wärmeträger, die In einer Förderstrecke erhitzt und nach Abtrennung vom Fördergas mit dem Schwelgut vermischt werden.

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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein betriebsfremder, feinkörniger, formbeständiger Wärmeträger verwendet wird, wobei aus dem Gemisch von Wärmeträger und Schwelrückstand der letztere nach der Aufheizung durch pneumatische Sichtung abgetrennt und gemeinsam mit den heißen Abgasen (Förder-und Sichtgase) abgeführt wird.

Von den Schwelgasen und -dämpfen aus dem Schwelraaktor mitgerissener Staub wird vor der Kondensatioriseinrichtung ausgeschieden und der restliche Flugstaub in der ersten Kondensations stufe ausgewaschen.

Zur Verwendung als Wärmeträger geeignete Materialien sind beispielsweise Sand oder keramische Granalien. Die bervorzugte Korngröße liegt etwa im Bereich vor. 0^3 bis 2 mm. Ausgangsmaterial für einen solchen feinkörnigen Wärmeträger kann aber auch ein "öl-" armer Ölschiefer sein, der erfahrungsgemäß in der Schwelung weniger zum Koraserfall neigt als ein ölreicher Schiefer. Solche ölarmen Schiefer sind me.-at als Oberschicht, Zwischen- oder Unterschicht ölrsicher Schieffervorkommen anzutreffen und können beim Abbau derselben in dera Maße mitgefördert werden, wie es zur Dekkung der Wärmeträgei'verluste erforderlich ist.

Die Trennung von Wärmeträger und Schwelrückstand beginnt, wenn das Gemisch der beiden mit dem. Fördergas aus der Aufheiz- und Förderstrecke in den Abscheideraum, eintritt. Durch die plötzliche Umlenkung der Strömung trennen sich die Wärmeträger und Teile des Schwelrückstande a vein Förclergas, wobei das Fördergas einen Teil des Schwelrückstandes aus deni Abscheideraum mitführt,, Die

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eigehtiiche Sichtung ziir vollständigen Trennung von Wärmeträger üftd SchwelrÜckständ erfolgt mitteis eines weiteren» in den Absehet*. de raum eingeführten Sichtgasstroms. Als Abscheideraum kann z.B. eirt Zyklon verwendet werden.

Zur Sichtung werden vorteilhaft heißes Verbrennungsgas oder vorgewärmte Luft verwendet. Die Sichtung mit Luft ist insbesondere dann vorzusehen, wenn der SchwelrÜekötand noch brennbare Substanzen enthält,, die durch die Sichtluft verbrannt werden. Diese Nächverbrennung hat den Vorteil, daß die Erhitzung der Wärmeträger während des Sichtvorgangs fortgesetzt wird.

Damit verringert sich die Wärmebelastung der pneumatischen Förderstrecke, welche gleichzeitig der Erhitzung des geförderten Materials dient, so daß diese kleiner dimensioniert werden kann. Die Einführung und Verteilung des Sichtmediums im Unterteil des Sichters geschieht vorteilhaft durch ein vorzugsweise horizontales Rohrsystem. Es kann zweckmäßig sein, den Unterteil des Sichters mit der Einführungen und Verteilvorrichtung für das Sichtmedium als rostloses Wirbelbett zu gestalten.

Wenn die Sichtung mit einer Nachverbrennung verbunden ist und Luft als Sichtmedium verwendet wird, dann schließt der gesichtete Wärmeträger in seinem Lückenvolumen freien Sauerstoff ein und schleppt diesen mit in den Schwelreaktor. Dort können schon kleine Sauerstoffmengen zu einer teilweisen Oxydation der Schwelprodukte führen, welche z.B. eine Senkung der Ölausbeute, eine Verschlechterung der ölquälität oder andere Nachteile zur Folge haben kann, Um diese Einschleppung von Sauerstoff in den Schwelreaktor zu verhin-

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dem« kann durch ein System von Röhren in den Auslauftrichter dies Sichters oder in den Oberteil des Verbindungsrohres zwischen Sichter und Schwelkammer ein inertes Medium wie z.B. Stickstoff oder Wasserdampf eingeführt werden, das den freien Sauerstoff aus dem Lückenvolumen verdrängt. Wasserdampf als inertes Medium wird dann bevorzugt, wenn das Schwelgas für die Erzeugung von Wasserstoff oder von Synthesegas verwendet werden und dazu von Stickstoff möglichst frei gehalten werden soll. Das System von Einführungsfe und Verteiler röhr en wird zweckmäßig mit einem vertikalen Abstand

von mindestens 250 mm unterhalb der Verteilungsrohre für das Sichtmedium angeordnet.

Der aus den Wärmeträgern herausgesichtete, staubförmige Schwelrückstand wird gemeinsam mit den pneumatischen Fördergasen zunächst durch eine Abhitzeverwertung geführt, welche beispielsweise aus Luftvorwärmer und Abhitzekessel besteht, ehe er in einer Abscheidevorrichtung abgetrennt wird. Aus der gemeinsamen Abkühlung von Fördergas und Schwelrückstand ergibt sich nicht nur eine wesentliche Vergrößerung der nutzbaren Abhitzemenge, sondern * auch eine Verkleinerung der Vorrichtung zur völligen Abkühlung

des vom Trägergas abgetrennten Schwelrückstandes. Diese Schlußkühlung kann in manchen Fällen ganz entfallen. Die gemeinsame Abkühlung des staubförmigen Schwelrückstandes mit den Fördergasen bietet überdies den Vorteil, daß die Einrichtungen zur Entstaubung des Trägergases wegen der mit der Abkühlung einhergehenden Kontraktion kleiner und damit billiger werden.

Die Abscheidung des staubförmigen Schwelrückstandes aus den gekühlten Fördergasen erfolgt zweckmäßig in zwei Stufen. Einem me-

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chanischen Zyklonabscheider der ersten Stufe wird vorteilhaft als zweite Stufe ein elektrostatischer Abscheider nachgeschaltet, vor allem dann, wenn hohe Anforderungen bezüglich der Reinhaltung der Luft gestellt sind. Dabei kann es nützlich sein, hinter der ersten, mechanischen Grobentstaubung die Gase mit ihrem Reststaub für die elektrostatische Feinentstaubung durch Einspritzen und Verdampfen von Wasser weiter zu kühlen und elektrisch durchschlagfester zu machen und den temperaturabhängigen, elektrischen Widerstand des Staubs in einen günstigeren Bereich zu verlegen.

Bei der Schwelung stark zerfallender Ölschiefer ist der Kornzerfall bekanntermaßen um so stärker, je vollkommener die organische Substanz aus dem Schiefer freigesetzt wird. Bei der eigentlichen Schwelung verbleibt stets ein kohlenstoffreicher Rest an organischer Substanz im Rückstand. Dieser Rest wird beim Durchgang durch die pneumatische Förderstrecke in der oxydierenden Atmosphäre der Förderluft verbrannt und somit dem anorganischen Teil des Schwelrückstands entzogen mit der Folge, daß dieser weiter zerfällt. Durch die Aussichtung des staubförmigen Schwelrückstandes aus den erhitzten Wärmeträgern vor deren Rückkehr in den Schwelreaktor wird das Staubangebot in diesem Reaktor spürbar verringert» Dadurch können die Schweldämpfe und -gase staubärmer aus dem Schwelreaktor abgeleitet werden, und nach Durchgang durch eine geeignete Entstaubungsvorrichtung auch staubärmer in die nachgeschaltete Kondensationsanlage eintreten, so daß in dieser ein vergleichsweise staubarmes Schwelöl anfällt.

Die aus dem Schwelreaktor abströmenden Schwelgase werden zunächst noch heiß in Zyklonabscheidern trocken entstaubt. Wie bei

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jeder Schwelung oder Verkokung ist es jedoch unvermeidlich, daß kleine Staubmengen in die Kondensationsanlage gelangen. Die Schweldämpfe und -gase werden in an sich bekannte Weise in einer fraktionierenden Kondensation niedergeschlagen. Bei geeigneter Ausführung und Tempe^raturhaltung in der Kondensationsanlage entsteht in der ersten Stufe eine staubreiche Schwerölfraktion, so daß in den folgenden Kondensationsstufen praktisch staubfreie Fraktionen niedrigerer Siedelage gewonnen werden. Die staubreiche Schwerölfraktion kann thermisch aufgearbeitet, mechanisch entstaubt/ oder als Zusatzbrennstoff in der pneumatischen Förderstrecke verbrannt werden.

Die thermische Aufarbeitung der staubreichen Schwerölfraktion besteht in einer Redestillation unter ⁺eilweiser Krackung des Schweröles. Sie geschieht entweder dm ei Rückführung der Fraktion in den Schwelreaktor oder L: ί·". er eigens dafür vorgesehenen Anlage. Die Rückführung kann soweit gesteigert werden, daß kein Schweröl als Produkt aus der AnIi-::e ".,bsufunren ist» Zunehmende Redestillation von Schwer51 ^Ti»c z^sr eine abnehmende Ölausbeute zur Folge, dem steht aber· aI-~ Vorteil eiiie Verbesserung der Ölqualität im Sinne abnehmender ÖH:lchte gegenüber.

Die Aufstellung einer- gesonderten Anlage zur thermischen Aufarbeitung des staubhaltigen Schweröles komizit besonders dann in Betracht, wenn die Schwelanlage auf sehr große Durchsätze eingerichtet ist und aus mehreren parallelen Verfahrenssträngen besteht,, Dann fällt soviel staub reiche s Schweröl an_s daß für seine Aufarbeitung eine besondere Anlage betrieben *-yerde~:. kami, in der die für diesen Zweck optimalen Bedingungen bezüglich Temperaturen,, Verv/eilzeiten usiv„ eingehalten, werden kennen.

SAD ORIQiNAI,

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Will man die Redestillation dee staubreichen Schweröles mit der Schwelung vereinigen, dann wählt man als Schwelreaktor zweckmäßig einen Doppelschneckenmischer, dem Schwelgut und heißer Wärmeträger getrennt zugeführt werden.

Dann muß der Schwelreaktor die Redestillation zusätzlich zu seiner eigentlichen Aufgabe der Feinkornschwelung übernehmen* Mit Rücksicht darauf ist es vorteilhaft, den Mischer größer, vor allem länger, vorzusehen und auf diese Weise fUr eine größere Verweilzeit der Feststoffe im Schwelreaktor zu sorgen. Andernfalls besteht die Gefahr, daß die Schwelung des feinkörnigen Einsatzgutes nicht bis zu Ende geführt wird und daraus verminderte ölausbeuten resultieren. Zweckmäßig führt man die Redestillation des zurückgeführten Schweröls im heißesten Bereich des Mischers durch, d.h. örtlich vor der Einführung des feinkörnigen Schwelgutes. Bei einem solchen Mischer folgt erfindungsgemäß der Einlaßöffnung für den Wärmeträger in Förderrichtung mit kurzem Abstand die Leitung für das Schweröl und erst weiter hinten der Eintrittsstutzen für das Schwelgut. Aus den Bewegungsvorgängen in einem solchen Mischer ist ab zuleiten, daß der Redestillationszone eine Länge von etwa 0,3 bis 3,0 D zu geben ist, wobei D den Mischschneckendurchmesser be zeichnet. Dabei gelten die kleineren Faktoren für große Mischer, die höheren Faktoren für Mischer mit kleinen Durchmessern.

Der in der ersten Schwerölfraktion angereicherte Staub kann auch durch mechanische Entstaubung, z. B. auf Filtern oder Zentrifugen, vom öl abgetrennt werden. Wegen der verhältnismäßig hohen Viskosität der Schwerölfraktion wird die mechanische Entstaubung entweder bei erhöhten Temperaturen im Bereich zwischen 100 und 350⁰C, vorzugsweise zwischen 150 und 250⁰C, durchgeführt oder das Öl

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wird mit einem geeigneten Verdünnungsmittel, z.B. Leichtöl, fließfähiger gemacht. Im letzteren Falle kommt z. B. auch das Sedimentieren als Entstaubungsmethode in Betracht.

Arbeitet man bei höheren Temperaturen ohne Verdünnung, dann wird der ölhaltige Filterkuchen oder Zentrifugenrückstand vorteilhaft in den Schwelreaktor zurückgeführt. Diese Rückstände werden zweckmäßig in Mischung mit dem frischen, feinkörnigen Einsatzgut in die Schwelanlage eingespeist.

Bei der Entstaubung des Schweröls nach vorheriger Verdünnung fällt ein Rückstand an, welcher neben Resten von öl im Lückenvolumen einen dem Verdünnungsverhältnis entsprechenden Gehalt an Leichtöl hat. Entstaubt man z.B. mit einem Vakuum-Zellenfilter, auf welchem der Filterkuchen vor dem Austragen noch durch Aufspritzen von Leichtöl nachgewaschen wird, dann ist das Lückenvolumen des Filterkuchens sogar überwiegend mit dem hochwertigen Leichtöl ausgefüllt. Dieser Entstaubungsrückstand muß dann noch entölt werden, wenngleich moderne Filter sehr flüssigkeitsarme Kuchen austragen. Nach der Erfindung wird der nachgewaschene Entstaubungsrückstand fc dadurch entölt, daß man ihn im erforderlichen Verhältnis mit heißem

Schwelrückstand, so wie er in großen Mengen im Schwelprozeß anfällt, vermischt und über den Siedebereich des Verdünnungsmittels erhitzt. Dabei wird das im Entstaubungsrückstand befindliche Leichtöl verdampft und erfindungsgemäß in einem angeschlossenen Kondensator zurückgewonnen. Es ist ein Gedanke der Erfindung, daß das Vermischendes leichtölhaltigen Entstaubungsrückstandes in einem mechanischen Mischer mit zwei gleichsinnig rotierenden Mischwellen vorgenommen wird.

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Nachfolgend wird die Erfindung durch drei Ausführungsbeispiele sowie durch Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein.Fließschema des Verfahrens mit zweistufiger Sichtung, Zentrifugieren des heißen Schweröls und Rückführung des Zentrifugenrückstandes in den Schwelreaktor,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen Abscheider in der Ausführungsform eines sogenannten Abscheide- und Sammelbunkers mit Zuführungslanzen für ein Sichtmedium im Unterteil,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen Zyklonabscheider mit einem rostlosen Wirbelbett als Unterteil und Zuführungslanze für ein Sichtmedium und ein Stripgas im Unterteil,

Fig. 4 ein Fließschema des Verfahrens mit einstufiger Sichtung, Filtration des Schweröls nach Verdünnung, Rückgewinnung des Verdünnungsmittels durch Destillation und Trocknung des Filterkuchens durch Mischen mit heißem Schwelrüekstand,

Fig. 5 ein Fließschema des Verfahrens mit zweistufiger Sichtung und Schwerölrückführung in den Schwelreaktor.

Beispiel 1:

In Fig. 1 bezeichnet (1) einen Einspeisebunker, aus welchem Ölschie. fer der Körnung kleiner als 4 mm kontinuierlich in den als mechanisches Mischwerk ausgebildeten Schwelreaktor (2) eingespeist wird.

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Dem Schiefer wird kontinuierlich oder periodenweise Flußsand der Körnung kleiner als 1, 5 mm in einer Menge von 0_s 8 Gew. % zügemischt. Dem Schwelreaktor (2) läuft kontinuierlich 630⁰C heißer, weitgehend entstaubter Wärmeträger zu. Das Gewichts verhältnis Wärmeträger zu Aufgabegut ist etwa 6. Im Schwelreaktor erfolgt wegen der großen Oberflächen des feinkörnigen Wärmeträgers und des feinkörnigen Schwelgutes sowie wegen der zwangsweisen Durchmischung ein sehr intensiver Wärmeaustausch, so daß sich bis zum Ende des Mischers die Temperaturen beider Komponenten schon weitgehend der Mischtemperatur von 530⁰C genähert haben. Dabei werden Öldämpfe und Gase aus dem Schiefer freigesetzt und der feste Schwelrückstand zerfällt großenteils zu mehlfeinem Staub, von dem ein Teil mit den Schweldämpfen und -gasen aus dem Schwelreaktor herausgetragen wird.

Der größte Teil des staubförmigen Schwelrückstandes verläßt den Mischer gemeinsam mit dem feinkörnigen Wärmeträger und fließt nach Durchlaufen des Nachentgasungsbunkers (3) in den Unterteil des pneumatischen Förderlifts (4)₃ In diesen wird auf 450⁰C vorgewärmte Luft unten eingeblasen. Diese fördert das Gemisch aus staubförmig em Schwelrückstand und feinkörnigen Wärmeträgern im Lift hoch und bewirkt ein Abbrennen von Resten an organischer Substanz, welche nach dem Schwelen noch im Rückstand verblieben sind. Dadurch wird der Feststoff während des Förderns erhitzt. Die Luftzugabe zum Lift wird so bemessen, daß die Temperatur des Fördergases und des Fördergutes am oberen Ende des Lifts bei 590⁰C liegt. Bei dieser Temperatur werden die Feststoffe im Abscheide- und Sammelbunker (5) großenteils von den Fördergasen getrennt und im Unterteil dieses Raumes gesammelt.

Durch geeignete Dimensionierung des Abscheide- und Sammelbun-

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kers (5) kann man erreichen, daß bei der Abscheidung bereits ein Teil des staubförmigen Rückstandes im Fördergas verbleibt. Der mit dem feinkörnigen Wärmeträger abgeschiedene staubförmige Schwelrückstand wird durch Einleiten und gleichmäßiges Verteilen von vorgewärmter Luft im Unterteil des Bunkers aus der Wärmeträgerschüttung weitgehend herausgesichtet. Dabei wird gleichzeitig das Abbrennen der im Schwelrückstand befindlichen Reste an organischer Substanz fortgesetzt« so daß sich die Temperatur der Wärmeträger im Sichter von 590 auf 630⁰C erhöht. Mit dieser Temperatur läuft der feinkörnige, vom staubförmigen Schwelrückstand weitgehend befreite Wärmeträger in den Schwelreaktor ein und schließt so seinen Kreislauf. Demgegenüber nimmt der Schwelrückstand nicht an diesem Kreislauf teil, sondern verläßt den Abscheider (5) zusammen mit den Förder- und Sichtgasen und durchströmt gemeinsam mit diesen eine Abhitzeverwertungsanlage, welche aus Luftvorwärmer (6) und Abhitzekessel (7) besteht. Um Verschleiß durch das staub halt ige Gas zu verhindern, kann in bekannter Weise die Rohrleitung zwischen Abscheider_(5) und Luftvorwärmer (6) an den Umlenkstellen mit abriebfestem Material ausgemauert und der obere Rohrboden des Luftvorwärmers (6) durch Auflegen verschleißfester Platten geschützt werden.

Nach der Abkühlung auf 270⁰C wird das Abgas im Zyklon (8) weitgehend vom Staub befreit. Anschließend wird es durch Einspritzen und Verdampfen von Wasser auf 200⁰C gekühlt. Mit dieser Temperatur tritt es in das Elektrofilter (9) ein, wo es fein entstaubt wird. Durch das Verdampfen von Wasser vor der elektrostatischen Gasreinigung wird erreicht, daß man die elektrische Durchschlagfestigkeit des Gases erhöht und gleichzeitig den temperaturabhängigen elektrischen

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Widerstand des Staubs verkleinert.

Obgleich der gesichtete Wärmeträger nur noch wenig staubförmigen Schwelrückstand in den Schwelreaktor einträgt, wird infcifee des Kornzerfalls beim Schwelen eine ansehnliche Menge Staub von den 530⁰C heißen Schwelgasen und -dämpfen aus dem' Mischer abgeführt. Dieser Flugstaub wird in zwei hintereinandergeschalteten Zyklonen (10, 11) weitgehend niedergeschlagen und dem in den pneumatischen Lift einlaufenden Fördergut zugesetzt. Der hinter den Zyklonen noch im Gas-Dampf-Gemisch enthaltene Staub wird in der ersten Kondensationsstufe (12) durch umlaufendes Schweröl restlos ausgewaschen. Dabei wird die Temperatur in dieser Kondensations stufe (12) in Abhängigkeit vom Flugstaubanfall so eingestellt, daß das abzustoßende Schweröl einen möglichst hohen Staubgehalt hat, ohne seine Pumpfähigkeit zu verlieren. Somit wird der Staubgehalt der Schwerölfraktion etwas unter 50 Gew.% gehalten. Das staubreiche Schweröl wird in Zentrifugen (13) entstaubt. Der ataubreiche Zentrifugenrückstand wird zur Redestillation in den mechanischen Mischer (2) zurückgeführt. Die Gase und Dämpfe durchströmen anschließend weitere Kondensationsstufen, in denen staubfreie Ölfraktionen anfallen.

Die Ausführungsform des Abscheiders und Sichters am öfteren Ende des pneumatischen Lifts, wie sie für Beispiel 1 gewählt wurde, sei an Hand der Fig. 2 näher erläutert. Das Fördergas-Feststoffgemisch tritt durch den Lift (21) von unten in den Abscheideraum links von der gemauerten Trennwand (22) ein. Diese zwingt das zunächst im Freistrahl aufwärts strömende Gas zu einer zweimaligen Richtungsumkehr, um zur Austritts öffnung (23) zu gelangen. Bei der zweiten Umlenkung unter der Trennwand werden die Feststoffe in den Unter-

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teil des Bunkers geschleudert. Wählt man den Raum (24) hinter der Trennwand ziemlich eng, so daß sich dort größere Gasgeschwindigkeiten einstellen, dann kann man erreichen, daß der Abscheider be,-reits eine Vorsichtung bewirkt^ indem, gewisse Mengen staubförmigen Schv/elrückstands nicht erst mit dem Wärmeträger ausgeschieden werden. Das gilt besonders dann, wenn man unter Verzicht auf den Raum (24) den Durchmesser des Abscheiders verringert, die Austrittsöffnung tiefer legt und statt der Trennwand (22) nur eine Umlenkschürze vor der Austritts öffnung anordnet.

Die weitere Aussichtung des staubförmigen Schwelrückstandes erfolgt im Unterteil (25) des Bunkers, In diesen ist ein System horizontaler, parallel verlegter Lanzenrohre (26) eingebaut, durch welche ein Sichtmedium, in die Schüttung eingeleitet und gleichmäßig über den Sichterquerschnitt verteilt wird. Das Medium wird den Lanzenrohren durch das Verteilerrohr (2T) zugeführt. Unterhalb des Bunkers, in der Verbindungsleitung, welche den entstaubten Wärmeträger zum Schwelreaktor führt, ist ein weiteres System von Verteilerlanzen angebracht, durch welches z.B. Wasserdampf in die Schüttung eingeführt wird. Dieser hat die Aufgabe, das Sichtmedium, aus dem Lückenraum zu verdrängen.

Eine andere mögliche Ausführungsform, des Abscheiders und Sichters ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Bei dieser wird als Abscheider ein Zyklon verwendet. Das aus dem pneumatischen Lift (31) kommende Gas-Feststoff-Gemisch tritt durch den Einlaufkanal (32) tangential in den Zyklon (33) ein. Der Feststoff wird weitgehend abgeschieden und wird im Unterteil (34) gesammelt. Das Fördergas verläßt den Zyklon durch das Rohr (35). In das verjüngte Unterteil wird durch

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das Lanzensystem (36) ein Sichtniedium eingelblaeen₀ In einem Abstand von mindestens 250 mm darunter wird durch die Lanzen (36a) Stripdampf oder Stripgas eingeleitet. Das Unterteil (34) ist so bemessen, daß die darin angesammelte Füllung aus Wärmeträger und Schwelrückstand durch das auf wärt.?, strömende Sichtmedium in den Wirbelsusiand versetzt wiz'd* Im Interesse oiaes möglichst gleichmäßigen Wirbeins erweitert sich das Unterteil (34) von unten nach oben diffusorartig, Der vom Sichtmedium aus dem Wirbelbett heraus= getragene staubförmige Schwelrückstand wird zusammen mit dem Fördergas durch Atistrittsöffnung (35) abgeführt» Diese Ausführungs= form des Abscheiders und Sichters ist dem Fließschema in Figo 4 zugrundegelegt. Weitere Erläuterung zn diesem Schema ergibt

Beispiel 2 ;

Es bezeichnet (1) wiederum den Aufgabebunker für Schiefer mit einer Beimischung von 1,5 % ölarmom Schiefer^ welcher beim Schwelen weniger zum Kornzerfall neigi, Bi der vorliegenden Variante wird ohne mechanischen Mischer gearbeitet, d.h.«, Schv/elgut und Wärmeträger werden in den Schwelschackt (2) oben so eingespeist^ daß sie sich gut mischen. Diese Ausführungsform wird bei Anlagen mit mittleren und kleineren Durchsatzleistungen bevorzugt. Die im pneumatischen Lift (3) hochgeförderien und erhitzten Feststoffe werden im Oberteil des Abs ehe idera urne s (4) durch Zyklonwirkung vom Fördergas getrennt und im Unterteil gesammelt. Dort wird durch Einleiten von vorgewärmter Luft ein restloses Wirbelbett aufrechterhalten, in welchem die Erhitzung der Wärmeträger fortgesetzt und der staubförmige Schwelrückstand vom Wärmeträger abgetrennt wird. Die staubbeladenen Sichtgase verlassen den Abscheider zusam-

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men mit den Fördergasen, passieren den Luftvorwärmer (5) und werden danach zweistufig entstaubt (6, 7).

Der temperaturabhängige elektrische Widerstand des Staubs liegt bei dieser relativ hohen Temperatur in einem günstigen Bereich, ebenso wie bei sehr tiefen Temperaturen, während er dazwischen ein für die elektrostatische Entstaubung ungünstiges Maximum durchläuft. Die gereinigten Gase werden schließlich im Abhitzekessel (8) weiter gekühlt, ehe sie zum Schornstein geleitet werden.

Die Schwelgase und Dämpfe werdennach Entstaubung in den Zyklonen (9) und (10) einer fraktionierenden Kondensation unterworfen. Das in der ersten Kondensationsstufe (11) anfallende, staubhaltige Schweröl wird im Rührwerk (12) mit Leichtöl als Verdünnungsmittel im Gewichts verhältnis 1 :1 vermischt. Die Suspension wird auf dem kontinuierlichen Saugzellenfilter (13) filtriert. Das Filtratwird nach Erhitzung und teilweiser Verdampfung der leichtsiedenden Fraktion in Wärmeaustauschern in der Kolonne (14) getrennt in Schwer- und Leichtöl. Ersteres wird als Produkt abgezogen, letzteres wird nach dem Kondensieren wieder als Verdünnungsmittel in das Rührwerk (12) gepumpt. Der Filterkuchen wird zwecks Trocknung im Mischwerk (15) mit heißem Schwelrückstand vermiaht und erhitzt. Das dabei verdampfende Benzin wird im Kondensator (16) verflüssigt und geht ebenfalls wieder als Verdünnungsmittel in das Rührwerk.

Beispiel 3:

Eine weitere Variante ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Sie unterscheides sich von der in Beispiel 1 beschriebenen vor allem dadurch, daß das in der ersten Kondensationsstufe (1) anfallende staub-

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reiche Schweröl ohne Zwischenbehandlung zur Redestillation in den Schwelreaktor (2) zurückgeführt wird. In diesem Anwendungsfall bietet ein mechanischer Mischer als Schwelreaktor besondere Vorteile, weil er die Bildung größerer, den Wärmeträgerkreislauf störende Agglomerate verhindert, welche durch den bei der teilweisen Krackung des zurückgeführten Schweröls entstehenden Kohlenstoff verursacht werden könnten. Dieser Kohlenstoff bewirkt aber, daß sich der im Schweröl enthaltene feinste Staub zu etwas größeren Partikeln zusammenballt. Diese werden, soweit sie nicht gemeinsam mit den Wärmeträgern den Mischer verlassen, sondern wiederum mit den Schwelgasen und -dämpfen aus dem Mischer austreten, beim Durchgang durch die zwischen Mischer und Kondensationsanlage angeordneten Zyklone (3, 4) weitgehend abgeschieden.

Im vorliegenden Beispiel ist der Mischer (2) länger ausgeführt als er es bei einer Anlage ohne Schwerölrückführung wäre, und zwar um diejenige Mischstrecke, welche für die Redestillation des Schweröls erforderlich ist. Bei einem großen, langsam laufenden Mischer kann diese Mischstrecke kürzer als der Mischschnecken-Durchmesser sein, sie erfordert bei kleinen Mischern mit größeren Drehzahlen bis zum dreifachen Wert des Schneckendurchmessers.

Die Redestillation des Schweröls wird im heißesten Teil des Mischers vorgenommen, um eine teilweise Krackung des Schweröls zu bewirken, ohne die Schweltemperatur über den optimalen Wert von 530⁰C erhöhen zu müssen. Dementsprechend wird der 650° heiße Wärmeträger zunächst mit dem rückgeführten Schweröl vermischt. Dabei kühlt er sich auf 630⁰C ab. Erst danach kommt er mit dem Schwelgut in Berührung, wobei sich eine Mischtemperatur von 530⁰C einstellt.

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Claims

PATEHTANSPRÜCHE

1) Werfahren zur Schwelung von feinkörnigen, während der ^""Pyrolyse einen staubförmigen Rückstand bildenden ■bituminösen oder ölhaltigen Materialien, welches mit umlaufenden, feinkörnigen Wärmeträgern arbeitet, die in einer pneumatischen Förderstrecke erhitzt und danach mit dem Einsatzgut vermischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als feinkörniger Wärmeträger abriebfestes Fremdmaterial verwendet wird, welches die pneumatische Förderstrecke gemeinsam mit dem gebildeten staubförmigen Schwelrückstand durchläuft und daß dieses Gemisch nach dem Erhitzen in einem Abscheideraum aus den Fördergasen ausgeschieden und der Wärmeträger vor Eintritt in den eigentlichen Schwelreaktor durch Sichtung von dem staubförmigen Schwelrückstand abgetrennt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fremdmaterial aus Sand und/oder keramischen Granalien in einer Körnung von O bis 2 mm besteht.

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fremdmaterial ein ölarmer Schiefer ist.

4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fremdmaterial gemeinsam mit dem Einsatzgut in das System eingespeist wird.

5) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem ersten Aussichten des staubförmigen Schwelrückstandes aus der Mischung mit den Wärmeträgern durch die pneumatischen Förder-

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gase die Erhitzung und Sichtung der Wärmeträger fortgesetzt wird, indem kalte oder vorgewärmte Luft oder heißes Verbrennungsgas als zusätzliches Sichtmedium in die Schüttung der vorgesichteten «värmeträger eingeleitet wird.

6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein inertes Medium wie z.B. Stickstoff oder (Vasserdampf in den Lückenraum des aus dem Sichter ablaufenden V/ärmeträgerstroms eingeleitet wird, um freien Sauerstoff aus dem Zwischenvolunen zu verdrängen.

7) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der staubförmig Schwelrückstand aus dem Abscheideraum gemeinsam mit den Aufheizgasen und den Sichtgasen abströmt und aus diesen erst nach Kühlung in einer Abhitzeverwertung abgeschieden wird.

8) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß der staubförmige Schwelrückstand nach der Abkühlung zunächst mechanisch und in einer zweiten Stufe elektrostatisch von den Aufheizgasen abgeschieden wird.

9) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch entstaubten Aufheizgase vor Eintritt in die elektrostatische Entstaubung durch Einspritzen und Verdampfen von wasser weiter gekühlt und zugleich elektrisch durchschlagfester gemacht werden.

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10) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelung in einem mechanischen Mischer nach Patentanmeldung P 18 09 874.3 vorgenommen wird, in welchem die erhitzten Wärmeträger und das Einsatzgut schnell und intensiv miteinander gemischt werden.

11) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bei fraktionierender Kondensation der Schweldämpfe staubreich anfallende, erste Schwerölfraktion zur Redestillation und teilweisen Krackunp; in den mechanischen Mischer der Schwelanlage zurückgeführt wird.

12) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Redestillation des staubreichen Schweröls im heißesten Teil des mechanischen Mischers vorgenommen wird, welcher örtlich vor der Einführung des feinkörnigen Schwelgutes liegt.

13) Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerölrückführung ins Mischwerk der Schwelanlage soweit gesteigert wird, daß kein staubhaltiges Schweröl mehr als Produkt an der Schwelanlage abgezogen zu werden braucht.

1^) Verfahren nach äen Ansprüchen 1 bis 1u, dadurch gekennzeichnet, daß die bei fraktionierender Kondensation staubreich anfallende, erste SchwereIfraktion durch Filtrieren, Zentrifugieren, Extrahieren oder dergleichen bei Temperaturen zwischen 100 und 35u°C, vorzugsweise zwischen 15^ und 25o°C, entstaubt wird

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und daß der dabei als Rückstand verbleibende Kuchen, Schlamm oder dergleichen in den mechanischen Mischer der Schwelanlage zurückgeführt wird.

15) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Filtrieren, Zentrifugieren, Extrahieren oder dergleichen anfallenden staubreichen Rückstände gemeinsam mit dem frischen Einsatzgut in die Schwelanlage eingespeist werden.

16) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bei fraktionierender Kondensation der Schweldämpfe staubreich anfallende, erste Schwerölfraktion mit Leichtöl verdünnt wird, in Filtern, Zentrifugen, Sedimentierbehältern oder Hydrozyklpnen entstaubt, das Leichtöl durch Destillation aus dem entstaubten Gemisch zurückgewonnen und erneut als Verdünnungsmittel verwendet wird.

17) Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Filtrieren, Zentrifugieren, Sedimentieren oder Eindicken in Hydrozyklonen anfallende, leichtölhaltige staubreiche Austrag durch Vermischen mit heißen Schwelrückstand in einem mechanischen Mischer erhitzt wird und dabei das darin enthaltene Leichtöl verdampft und-in einem angeschlossenen Kondensator zurückgewonnen wird.

18) Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein vorzugsweise horizontales Rohrsystem (26, 36) zur Einführung und gleichmäßigen Verteilung eines Sichtmediums in den als Sichter ausgebildeten Unterteil

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des Abscheideraums durch das der erhitzte Wärmeträger hindurch abwärts fließen kann.

19) Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterteil des Abscheideraums mit der Einführungs- und Verteilvorrichtung (26, 36) für das Sichtmedium als rostloses Wirbelbett eingerichtet ist.

20) Vorrichtung nach den Ansprüchen 18 und 19, gekennzeichnet durch eine Einführungs- und Verteilvorrichtung (26a, 36a) für Wasserdampf oder inerte Gase, angeordnet entweder im Unterteil des Sichters mindestens 250 mm unterhalb der Einführungs- und Verteilvorrichtung (26, 36) für das Sichtmedium oder im Oberteil der Verbxndungsleitung, durch welche der Wärmeträgerstrom vom Sichter zum Schwelreaktor geführt wird.

21) Vorrichtung nach den Ansprüchen 18 bis 20, gekennzeichnet durch Einführungsleitungen und Zerstäubungsdüsen für Einspritzwasser in der Rauchgasleitung vor der zweiten, elektrostatisch arbeitenden Entstaubungsstufe.

22) Mechanisches Mischwerk, wie in der Patentanmeldung P 18 09 874.3 beschrieben, zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einlaßöffnung für den Wärmeträger ganz am Anfang des Innenraums befindet, daß in Förderrichtung unmittelbar dahinter die Zuführungsleitung für staubreiches Schweröl angeordnet ist und daß die Eintrittsöffnung für das feinkörnige

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Schwelgut mit einem Abstand von 0,3 bis 3»0-fachem Durchmesser der Mischschnecke in Förderrichtung hinter der Schwerölzuführungsleitung liegt.

23) Vorrichtung zur Rückgewinnung von Verdünnungsmittel gemäß dem Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Kombination eines mechanischen Mischers mit einem Hochleistungszyklon zur Entstaubung der aus dem Mischer austretenden Leichtöldämpfe und einem indirekt gekühlten Kondensator zur Verflüssigung der entstaubten Dämpfe.

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