DE102011000669B4 - Verfahren und Anlage zur Separation eines Material beladenen Heißgasstromes sowie ein Verfahren zur Verarbeitung von Ölschiefermaterial - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Separation eines Material beladenen Heißgasstromes sowie ein Verfahren zur Verarbeitung von Ölschiefermaterial Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Separation eines Material beladenen Heißgasstromes (1), wobei – der Material beladene Heißgasstrom (1) in einem ersten Abscheider (2) in einen Gastrom (3) und einen Materialstrom (4) getrennt wird, wobei der Materialstrom (4) einen gröberen und einen feineren Anteil (4a, 4b) enthält, und – der Materialstrom (4) anschließend in einem Sichter (8), mit wenigstens einem Teil des Gasstroms (3) gesichtet wird, wobei der gröbere Anteil (4a) des Materialstroms (4) ausgeschleust wird, während der feinere Anteil (4b) zusammen mit dem Gasstrom (3) separat vom gröberen Anteil (4a) abgeleitet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Separation eines Material beladenen Heißgasstromes und bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung von Ölschiefermaterial.
  • Die Phasentrennung eines Material beladenen Heißgasstromes in einem Temperaturbereich von 300°C bis 1000°C kommt beispielsweise in einem Schwebegaswärmetauscher vor, wie er bei der Zementherstellung zur Vorwärmung des Rohmehls zur Anwendung kommt. Dort wird der Material beladenen Heißgasstrom in Zyklonabscheidern in einen Materialstrom und einen Gasstrom getrennt.
  • Die DE 25 37 732 C3 beschreibt ein Verfahren zur thermischen Verarbeitung von festen, bituminösen Stoffen, wobei ein Material beladener Heißgasstrom in einem ersten Abscheider in einen noch mit Materialteilen beladenen Gasstrom und einen Materialstrom getrennt wird und der noch mit Materialteilen beladene Gasstrom anschließend einem weiteren Abscheider zugeführt wird.
  • Aus der DE 199 21 485 C2 ist ein Verfahren zur Entsorgung von Leichtmetalle enthaltenden Spänen bekannt, wobei ein mit den Spänen beladener Luftstrom in einem Zyklonabscheider und ggf. einem nachgeordneten Feinstaubabscheider gereinigt wird.
  • Vielfach enthält ein Material beladener Heißgasstrom eine Materialbeladung in einem breiten Kornspektrum von beispielsweise 0 bis 50 mm, wobei es für die Weiterbearbeitung des Materials wünschenswert sein kann, wenn gröbere und feinere Anteile des Materialstroms voneinander getrennt vorliegen. Die Anforderungen an eine solche Separation von groben und feinen Anteilen des Materialstroms läßt sich nicht über eine Phasentrennung in einem Abscheider ausreichend erfüllen.
  • Mit Hilfe eines Luftstromsichters, bei dem es sich vorzugsweise um einen statischen Sichter handelt, kann ein Material beladener Gasstrom in zwei unterschiedliche Ströme getrennt werden, wobei der eine Strom im Wesentlichen nur den Gasstrom mit Feinanteilen und der andere im Wesentlichen nur die Grabanteile aus dem aufgegebenen Sichtgut enthält. Ein solcher Luftstromsichter besteht im Wesentlichen aus einem konischen und zylindrischen Außenmantel, einem Innenkonus mit Grobgutaustrag, einem Leitschaufelkranz mit Verstellvorrichtung und einem Tauchrohr. Der Material beladene Gasstrom wird zunächst in dem sich nach oben verjüngenden Ringraum zwischen dem konischen Außenmantel und dem Innenkonus nach oben in den zylindrischen Bereich geleitet, wo der Strom durch den Leitschaufelkranz hindurch geführt wird. In der Folge rutscht der gröbere Anteil des Gutstroms auf dem Innenkonus zu einem Grobgutauslass, während der feinere Anteil zusammen mit dem Gas über das Tauchrohr abgeleitet wird.
  • Der oben beschriebene Luftstromsichter ist allerdings bei Temperaturen des Heißgasstromes im Bereich von 300°C bis 1000°C nicht geeignet, da insbesondere der Innenkonus von außen und innen und die Leitschaufeln des Luftleitsystems mit dem heißen Material bzw. dem Material beladenen Heißgasstrom in Berührung käme. Außerdem würde der Material beladene Heißgasstrom wie ein heißes Sandstrahlgebläse auf das Luftleitsystem wirken, sodass dieser einem schnellen Verschleiß unterliegen würde.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage anzugeben, sodass eine Separation eines gröberen Materialanteils eines Material beladenen Heißgasstromes auch bei Temperaturen oberhalb von 300°C, insbesondere oberhalb von 600°C, möglich ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin die Verarbeitung von Ölschiefermaterial mit einer derartigen Separation zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7 und 13 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Separation eines Material beladenen Heißgasstromes besteht im Wesentlichen aus folgenden Verfahrensschritten:
    • – der Material beladene Heißgasstrom wird in einem ersten Abscheider in einen Gastrom und einen Materialstrom getrennt, wobei der Materialstrom einen gröberen und einen feineren Anteil enthält, und
    • – der Materialstrom wird anschließend in einem Sichter, vorzugsweise einem Querstromsichter, mit wenigstens einem Teil des Gasstroms gesichtet, wobei der gröbere Anteil des Materialstroms ausgeschleust wird, während der feinere Anteil zusammen mit dem Gasstrom separat vom gröberen Anteil abgeleitet wird.
  • Die erfindungsgemäße Anlage zur Separation eines Material beladenen Heißgasstromes besteht im Wesentlichen aus
    • – einem ersten Abscheider zur Trennung des Heißgasstromes in einen Gastrom und einen Materialstrom, der einen gröberen und einen feineren Anteil enthält, mit
    • – einem Eingang für den Material beladenen Heißgasstrom,
    • – einem Ausgang für den Materialstrom und
    • – einem Ausgang für den Gasstrom und
    • – einem mit dem ersten Abscheider in Verbindung stehenden Sichter, mit
    • - einem ersten Eingang zur Zuführung des Materialstroms, einem zweiten Eingang zur Zuführung des Gasstroms als Sichtgasstrom,
    • – einem ersten Ausgang für den gröberen Anteil des Materialstroms und einem zweiten Ausgang für den mit dem feineren Anteil beladenen Gasstrom.
  • Aufgrund der vorgeschalteten Phasentrennung kann die Separation im Quer- oder Gegenstromverfahren angewendet werden. Diese Verfahren benötigten keine Maschineneinbauten, die von zwei Seiten mit Material beladen Heißgasstrom beansprucht werden. Außerdem findet durch die Verwendung des zuvor abgeschiedenen Gasstroms als Sichtstrom die Separation in einem geschlossenen Prozess statt, sodass der Materialstrom zwischen dem Eintritt in den ersten Abscheider und dem Austritt aus dem Sichter den Heißgasbereich nicht verlässt und somit der Temperaturabfall des Materialstroms minimiert wird.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der feinere Anteil des Materialstroms zusammen mit dem Gasstrom einem zweiten Abscheider zugeführt, wo der feinere Anteil vom Gasstrom getrennt wird.
  • Weiterhin kann der Material beladene Heißgasstrom eine Temperatur von wenigstens 350°C, vorzugsweise wenigstens 600°C aufweisen. Die gröberen und feineren Anteile des Materialstroms können ferner eine Körnung im Bereich von 0 bis 50 mm aufweisen, vorzugsweise bis 20 mm.
  • Die Abscheidung und die Sichtung erfolgen vorzugsweise so, dass der Temperaturabfall des Materialstroms zwischen dem Eintritt in den ersten Abscheider und dem Austritt aus dem Sichter minimiert wird und vorzugsweise unter 50°C beträgt. Weiterhin wird angestrebt, dass die Temperatur des gröberen Anteils des Materialstroms beim Austritt aus dem Sichter wenigstens 300°C, vorzugsweise wenigstens 600°C beträgt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sieht die Anlage einen zweiten Abscheider vor, dessen Eingang mit dem zweiten Ausgang des Sichters in Verbindung steht und einen ersten Ausgang für den feineren Anteil des Materialstroms und einen zweiten Ausgang für den Gasstrom aufweist. Dabei kann der Ausgang für den Gasstrom des ersten Abscheiders sowohl mit dem zweiten Eingang des Sichters als auch mit dem Eingang des zweiten Abscheiders in Verbindung stehen, wobei zwischen dem Ausgang für den Gasstrom des ersten Abscheiders und dem Sichter und/oder zwischen dem Ausgang für den Gasstrom des ersten Abscheiders und dem zweiten Abscheider ein Regelorgan zur Aufteilung des zum Sichters und zum zweiten Abscheider strömenden Gasstroms vorgesehen werden kann. Mit Hilfe des Regelorgans kann die Sichtluftmenge im Sichter gezielt eingestellt werden.
  • Die beiden Abscheider und der Sichter werden vorzugsweise für Heißgastemperaturen von 800°C und mehr ausgelegt.
  • Weiterhin kann ein Regelorgan zur Teilung des Materialstroms zwischen dem ersten Abscheider und dem ersten Eingang des Sichters vorgesehen werden, um einen Teil des Materials auszuschleusen und/oder somit die Massen der Ausgangsströme des Sichter zu regeln.
  • Das oben beschriebene Verfahren bzw. die zugehörige Anlage wird erfindungsgemäß bei der Verarbeitung von Ölschiefermaterial, insbesondere dem Galoter-Verfahren eingesetzt. Dort besteht die Aufgabe darin, unter Verwendung heißer, aus dem Prozess rezirkulierter Ölschieferasche das in die Retorte gelangende Frischgut aufzuheizen und dadurch die enthaltenen Kohlenwasserstoffe auszudampfen. Nach Verlassen der Retorte muss die Ölschieferasche zunächst wieder auf Temperaturen von insbesondere oberhalb von 600°C aufgewärmt werden, was zweckmäßigerweise mit dem energetisch günstigen Flugstromverfahren erreicht werden kann. Anschließend besteht die Problematik, darin, lediglich die gröberen Aschebestandteile der Retorte wieder zuzuführen. Die Separation der gröberen Aschebestandteile vom Heißgasstrom lässt sich erfindungsgemäß mit dem oben beschriebenen Verfahren bzw. der zugehörigen Anlage ausführen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
  • In der Zeichnung zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Separation eines Material beladenen Heißgasstromes und
  • 2 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Verarbeitung von Ölschiefermaterial mit einer Anlage gemäß 1.
  • Die in 1 dargestellte Anlage zur Separation eines Material beladenen Heißgasstromes 1 besteht im Wesentlichen aus
    • – einem ersten Abscheider 2 zur Trennung des Heißgasstromes 1 in einen Gastrom 3 und einen Materialstrom 4, der einen gröberen und einen feineren Anteil enthält mit
    • – einem Eingang 5 für den Material beladenen Heißgasstrom 1,
    • – einem Ausgang 6 für den Materialstrom 4 und
    • – einem Ausgang 7 für den Gasstrom 3,
    • – einem mit dem ersten Abscheider 2 in Verbindung stehenden Sichter 8, mit
    • – einem ersten Eingang 9 zur Zuführung des Materialstroms 4, einem zweiten Eingang 10 zur Zuführung des Gasstroms 3 als Sichtgasstrom,
    • – einem ersten Ausgang 11 für den gröberen Anteil 4a des Materialstroms und
    • – einem zweiten Ausgang 12 für den mit dem feineren Anteil 4b beladenen Gasstrom 3.
    • – einem zweiten Abscheider 14, dessen Eingang 15 mit dem zweiten Ausgang 12 des Sichters 8 in Verbindung steht und einen ersten Ausgang 16 für den feineren Anteil 4b des Materialstroms 4 und einen zweiten Ausgang für den Gasstrom 3 aufweist.
  • Der Ausgang 7 für den Gasstrom 3 des ersten Abscheiders 2 steht sowohl über eine Leitung 18 mit dem zweiten Eingang 10 des Sichters 8 als auch über eine Leitung 19 mit dem Eingang 15 des zweiten Abscheiders 14 in Verbindung. Um die Aufteilung des zum Sichter 8 bzw. zum zweiten Abscheider 14 strömenden Gasstroms 3 einstellen zu können, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in der Leitung 19 ein als Regelklappe ausgebildetes Regelorgan 20 vorgesehen.
  • Außerdem ist ein weiteres Regelorgan 21 zur Teilung des Materialstroms 4 zwischen dem ersten Abscheider 2 und dem ersten Eingang 9 des Sichters 8 vorgesehen ist. Dieses Regelorgan 21 kann beispielsweise als einstellbare Materialweiche ausgebildet sein und stellt die zum Sichter 8 kommenden Menge des Materialstroms 4 ein. Ein Anteil 4' kann an dieser Stelle ausgeschleust und einer weiteren Nachbehandlung zugeführt werden.
  • Die beiden Abscheider 2, 14 sind vorzugsweise als Zyklonabscheider ausgebildet, die jeweils einen zylindrischen Oberteil 2a, 14a und einen sich nach unten verjüngenden konischen Unterteil 2b, 14b aufweisen. Die Eingänge 5, 15 sind jeweils tangential am zylindrischen Oberteil angeordnet und die Ausgänge 7, 17 für den Gasstrom 3 sind als Tauchrohr ausgebildet. Der Ausgänge 6, 16 für den Materialstrom 4 bzw. den feineren Anteil 4b befinden sich am unteren Ende des konischen Unterteils 2b, 14b. Der Material beladene Heißgasstrom 1 bzw. der mit dem feineren Anteil 4b beladene Gasstrom 3 werden somit tangential in die Abscheider 2 bzw. 14 eingeführt, wobei das Material über den konischen Unterteil und der Gasstrom über das Tauchrohr abgeleitet werden.
  • Der Sichter 8 ist zweckmäßigerweise als statischer Sichter und insbesondere als Querstromsichter ausgebildet und weist einen schräg ausgerichteten Belüftungsboden 8a auf, wobei der Materialstrom 4 von oben auf den Belüftungsboden aufgeben wird und auf diesem nach unten in Richtung des ersten Ausgangs 11 rutscht. Gleichzeitig wird der Materialstrom 4 im Querstrom durch den Belüftungsboden 8a mit dem Gasstrom 3 als Sichtgasstrom beaufschlagt. Dabei werden der feinere Anteil 4b des Materialstroms 4 mit dem Gasstrom 3 über den zweiten Ausgang 12 ausgetragen, während der gröbere Anteil 4a über den ersten Ausgang 11 ausgeschleust wird.
  • Zur Regulierung der dem Sichter 8 zuzuführenden Menge des Materialstroms 4 und zum gasdichten Austrag des feineren Anteils 4b aus der Anlage sind vorzugsweise Zellenradschleusen 22, 23 vorgesehen.
  • Der Heißgasstrom 1 kann außerdem über eine Steigrohrleitung 24 dem ersten Abscheider 2 zugeführt werden. Die Steigrohrleitung 24 kann in diesem Fall zum Erhitzen des im Gasstrom mitgeführten Material auf Temperaturen von 300°C bis 1000°C dienen. Das im Heißgasstrom befindliche Material kann dabei eine Körnung im Bereich von 0 bis 58 mm aufweisen, vorzugsweise bis 20 mm, aufweisen.
  • Je nach Einstellung der dem Sichter 8 über die Leitung 18 zugeführten Menge des Gasstroms 3 und der Einstellung des Regelorgans 21 lässt sich der gröbere Anteil 4a gezielt in Qualität und Quantität einstellen. Die Abscheidung im ersten Abscheider 2 und die Sichtung im Sichter 8 erfolgen vorzugsweise so, dass der Temperaturabfall des Materialstroms zwischen dem Eintritt in den ersten Abscheider 2 und dem Austritt aus dem Sichter 8 minimiert wird und vorzugsweise unter 50°C beträgt. Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass es sich bei der Separation um einen geschlossenen Prozess handelt und das Material den Heißbereich nicht verlässt. Weiterhin wird angestrebt, dass die Temperatur des gröberen Anteils des Materialstroms beim Austritt aus dem Sichter wenigstens 300°C, vorzugsweise wenigstens 600°C beträgt.
  • Das oben beschriebene Verfahren bzw. die zugehörige Anlage wird erfindungsgemäß bei der Verarbeitung von Ölschiefermaterial, insbesondere dem Galoter-Verfahren eingesetzt, das im Folgenden anhand der 2 näher beschrieben wird.
  • Für gleiche Bauteile sind in den 1 und 2 dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
  • 2 zeigt eine Anlage zur Verarbeitung von Ölschiefermaterial 25, das einer Retorte 26 zugeführt wird, wo Kohlenwasserstoffe 27 in Dampfform thermisch aus dem Ölschiefermaterial 25 ausgetrieben werden. Die bei diesem Prozess anfallende Ölschieferasche 28 wird außerhalb der Retorte zusammen mit einem Gasstrom 3 in einem Steigrohr 24, ggf. unter Zuführung von Brennstoff, aufgeheizt.
  • Anschließend wird der dabei entstehende Material beladenen Heißgasstrom im ersten Abscheider 2, dem Sichter 8 und dem zweiten Abscheider 14 in der zu 1 beschrieben Art und Weise in den gröberen Anteil 4b, den feineren Anteil 4a und den Gasstrom 3 separiert, wobei der gröbere Anteil 4b wieder der Retorte zugeführt wird, während der feinere Anteil und gegebenenfalls zusammen mit einem Anteil des Materialstroms 4 abgeführt und einer Nachbehandlung zugeführt wird, bevor das Material auf einer Halde deponiert wird.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Separation eines Material beladenen Heißgasstromes (1), wobei – der Material beladene Heißgasstrom (1) in einem ersten Abscheider (2) in einen Gastrom (3) und einen Materialstrom (4) getrennt wird, wobei der Materialstrom (4) einen gröberen und einen feineren Anteil (4a, 4b) enthält, und – der Materialstrom (4) anschließend in einem Sichter (8), mit wenigstens einem Teil des Gasstroms (3) gesichtet wird, wobei der gröbere Anteil (4a) des Materialstroms (4) ausgeschleust wird, während der feinere Anteil (4b) zusammen mit dem Gasstrom (3) separat vom gröberen Anteil (4a) abgeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feinere Anteil (4b) des Materialstroms (4) zusammen mit dem Gasstrom (3) einem zweiten Abscheider (14) zugeführt wird, wo der feinere Anteil (4b) vom Gasstrom (3) getrennt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Material beladene Heißgasstrom (1) eine Temperatur von wenigstens 350°C aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gröberen und feineren Anteile (4a, 4b) des Materialstroms (4) eine Körnung im Bereich von 0 bis 50 mm aufweisen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturabfall des Materialstroms (4) zwischen dem Eintritt in den ersten Abscheider (2) und dem Austritt aus dem Sichter (8) minimiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des gröberen Anteils (4a) des Materialstroms (4) beim Austritt aus dem Sichter (8) wenigstens 300°C beträgt.
  7. Anlage zur Separation eines Material beladenen Heißgasstromes (3) gemäß dem in den Ansprüchen 1 bis 6 beschriebenen Verfahren mit – einem ersten Abscheider (2) zur Trennung des Heißgasstromes (1) in einen Gastrom (3) und einen Materialstrom (4), der einen gröberen und einen feineren Anteil (4a, 4b) enthält mit – einem Eingang (5) für den Material beladenen Heißgasstrom (1), – einem Ausgang (6) für den Materialstrom (4) und – einem Ausgang (7) für den Gasstrom (3) und – einem mit dem ersten Abscheider (2) in Verbindung stehenden Sichter (8), mit – einem ersten Eingang (9) zur Zuführung des Materialstroms (4), – einem zweiten Eingang (10) zur Zuführung des Gasstroms (3) als Sichtgasstrom, – einem ersten Ausgang (11) für den gröberen Anteil (4a) des Materialstroms (4) und – einem zweiten Ausgang (12) für den mit dem feineren Anteil (4b) beladenen Gasstrom (3).
  8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Abscheider (14) vorgesehen ist, dessen Eingang (15) mit dem zweiten Ausgang (12) des Sichters (8) in Verbindung steht und einen ersten Ausgang (16) für den feineren Anteil (4b) des Materialstroms (4) und einen zweiten Ausgang (17) für den Gasstrom (3) aufweist.
  9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (7) für den Gasstrom (3) des ersten Abscheiders (2) sowohl mit dem zweiten Eingang (10) des Sichters (8) als auch mit dem Eingang (15) des zweiten Abscheiders (14) in Verbindung steht.
  10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang (7) für den Gasstrom (3) des ersten Abscheiders (2) und dem Sichter (8) und/oder zwischen dem Ausgang (7) für den Gasstrom (3) des ersten Abscheiders (2) und dem zweiten Abscheider (14) ein Regelorgan (20) zur Aufteilung des zum Sichter (8) und zum zweiten Abscheider (14) strömenden Gasstroms vorgesehen ist.
  11. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abscheider (2, 14) und der Sichter (8) für Heißgastemperaturen von 800°C und mehr ausgelegt sind.
  12. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelorgan (21) zur Teilung des Materialstroms (4) zwischen dem ersten Abscheider (2) und dem ersten Eingang (9) des Sichters (8) vorgesehen ist.
  13. Verfahren zur Verarbeitung von Ölschiefermaterial (25), wobei – in einer Retorte (26) Kohlenwasserstoffe (27) in Dampfform thermisch aus dem Ölschiefermaterial (25) ausgetrieben werden und – die bei diesem Prozess zurückbleibende Ölschieferasche (28) außerhalb der Retorte (26) zusammen mit einem Gasstrom (3) aufgeheizt wird, – der dabei entstehende Material beladene Heißgasstrom (1) in einem Abscheider (2) in einen Gastrom (3) und einen Materialstrom (4) getrennt wird, wobei der Materialstrom (4) einen gröberen und einen feineren Anteil (4a, 4b) enthält, und – der Materialstrom (4) anschließend in einem Sichter (8) mit wenigstens einem Teil des Gasstroms (3) gesichtet wird, wobei der gröbere Anteil (4a) des Materialstroms (4) in die Retorte (26) eingeleitet wird, während der feinere Anteil (4b) zusammen mit dem Gasstrom (3) separat vom gröberen Anteil (4a) ausgeschleust wird.
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