DE10334917A1

DE10334917A1 - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Ölschiefer

Info

Publication number: DE10334917A1
Application number: DE2003134917
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. Rohstock
Original assignee: ENVIBA AG
Current assignee: ENVIBA AG
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Gas und insbesondere Öl aus Ölschiefer durch thermische Behandlung. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Ölschiefer zerkleinert und vorgetrocknet. Danach wird der Ölschiefer indirekt auf eine für die Umwandlung des enthaltenen Kerogens erforderliche Reaktionstemperatur erwärmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Gas und insbesondere Öl aus Ölschiefer durch thermische Behandlung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung hierfür.
Die Verarbeitung von Ölschiefer zur Gewinnung von Öl und/oder Gas durch thermische Behandlung bzw. Pyrolyse ist grundsätzlich bekannt. Die im Ölschiefer enthaltenen brennbaren Bestandteile (Kerogene) werden unter Erwärmung ausgeschwelt. Dabei finden auch Crackprozesse statt.
Bei der thermischen Behandlung des Ölschiefers entstehen üblicherweise gasförmige Produkte, die zumindest teilweise verflüssigbar sind, etwa durch Kondensation oder Reaktion.
Ziel bei der Behandlung von Ölschiefer ist eine möglichst hohe Ausbeute an Öl und Gas, hohe Energieeffizienz und Anlagensicherheit, sowie geringe Umweltbelastung durch abfall- und abwasserarme Prozess- und Anlagengestaltung.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Merkmale auf:

a) der Ölschiefer wird zerkleinert und vorgetrocknet bzw. vorgewärmt,
b) danach wird der Ölschiefer indirekt auf eine für die Umwandlung des enthaltenen Kerogens erforderliche Reaktionstemperatur erwärmt.

Die Zerkleinerung des Ölschiefers ermöglicht anschließend eine genaue Förderung desselben während des gesamten Verfahrens. Auch wird die Oberfläche zur Aufnahme von Wärme erhöht. Eine bestimmte Körnung sollte zur Vermeidung von Staub nicht unterschritten werden. Die Vorwärmung bzw. Vortrocknung des Ölschiefers erleichtert ebenfalls die weitere Handhabung und die Prozesssteuerung im Reaktor. Vorzugsweise wird der Ölschiefer zunächst zerkleinert und dann vorgetrocknet. Möglich ist aber auch eine umgekehrte Reihenfolge.
Die Erwärmung des Ölschiefers im Reaktor wird indirekt durchgeführt, das heißt, dass der Ölschiefer nicht mit Verbrennungsgasen oder dergleichen in Kontakt kommt. Die Ausbeute an gasförmigen Pyrolyseprodukten ist relativ hoch. Eine Vermischung mit Verbrennungsabgasen findet nicht statt.
Vorteilhafterweise wird der Ölschiefer auf Stücke von 3 mm bis 25 mm Durchmesser zerkleinert, vorzugsweise sogar 6 mm bis 12 mm. Diese Korngröße hat sich für die weitere Handhabung des Ölschiefers im Verfahren als besonders günstig erwiesen.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird die anfallende Prozess- oder Produktwärme in den Prozess zurückgeführt, insbesondere zur Vorwärmung oder Vortrocknung des Ölschiefers. Der Wirkungsgrad wird dadurch erhöht. Vorteilhaft ist auch eine Rückführung des im Pyrolysereaktor erzeugten heißen Pyrolysegases zumindest teilweise zur Beheizung des Reaktors. So kann ein Teil des erzeugten Pyrolysegases für die Aufrechterhaltung bzw. Durchführung der Pyrolyse verbrannt werden. Die Verbrennung erfolgt im Reaktor oder kurz davor, so dass die heißen Verbrennungsgase zur Erwärmung des Pyrolysereaktors genutzt werden.
Vorzugsweise wird das Verfahren kontinuierlich durchgeführt. Gerade der zerkleinerte Ölschiefer lässt sich so gut handhaben.
Vorteilhafterweise wird der zerkleinerte Ölschiefer drucklos auf Reaktionstemperatur erwärmt. Dies ist prozesstechnisch unproblematisch.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung passiert der zerkleinerte Ölschiefer den Pyrolysereaktor als Feststoffrieselschicht. Die Rieselschicht kann durch geeignete, insbesondere stationäre Verdrängereinbauten im Pyrolysereaktor relativ dünn ausgebildet werden. Dadurch ist eine schnelle und genau definierte Wärmeübertragung auf den Ölschiefer möglich.
Der Eintrag des zerkleinerten Ölschiefers in den Pyrolysereaktor kann über eine Zellradschleuse erfolgen, ebenso der Austrag aus dem Pyrolysereaktor oder beides. Die Zellradschleuse ermöglicht die Förderung genau definierter Mengen und so eine gute Prozesssteuerung.
Vorzugsweise wird zumindest die Zellradschleuse am Ausgang des Pyrolysereaktors erhitzt. Dadurch kann ein Anbacken des verarbeiteten Ölschiefers vermieden werden. Ebenso kann die Zellradschleuse am Eingang des Pyrolysereaktors beheizt werden.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass ein bei der Umwandlung des Kerogens anfallendes Gas gekühlt wird, wobei ein bei der Kühlung anfallendes Öl zumindest teilweise als Verfahrensprodukt abgeführt wird. Vorteilhafterweise wird ein bei der Kühlung anfallendes Restgas zumindest teilweise dem Prozess wieder zugeführt, beispielsweise für die Erzeugung heißer Verbrennungsgase zum Zwecke der Trocknung oder Erwärmung, auch zur Erwärmung des Ölschiefers im Reaktor.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Gas und insbesondere Öl aus Ölschiefer durch thermische Behandlung weist folgende Merkmale auf:

a) für die thermische Behandlung ist ein Reaktor vorgesehen, der doppelwandig ausgebildet ist und in dem der Ölschiefer indirekt beheizbar ist,
b) der Reaktor weist zum Eintrag des Ölschiefers und/oder zum Austrag des verarbeiteten Ölschiefers eine oder mehrere Zellradschleusen auf.

Vorzugsweise ist zumindest die austragende Zellradschleuse beheizbar. Im Reaktor können (stationäre) Verdrängereinbauten vorgesehen sein zur Lenkung und/oder Erzeugung einer Feststoffrieselschicht aus dem eingebrachten Ölschiefer.
Weiterhin kann die Vorrichtung eine Zerkleinerungsanlage für den Ölschiefer aufweisen. Auch kann einen Vortrocknungsanlage für den Ölschiefer Bestandteil der Vorrichtung sein.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch eine Anlage für die Rückgewinnung von Wärme aus dem verarbeiteten Ölschiefer. Vorzugsweise ist die Abwärme des verarbeiteten Ölschiefers dem Ölschiefer für eine Vortrocknung zuführbar.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Abführen heißer Pyrolysegase und zum Zuführen dieser Gase in den Reaktor und/oder in eine Vortrocknungsanlage für den Ölschiefer und/oder eine Luftvorwärmeinheit für die Vortrocknungsanlage auf.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist eine Kondensatoreinrichtung vorgesehen, der heiße Pyrolysegase aus einem oder mehreren Pyrolysereaktoren zuführbar sind. Am Ausgang der Kondensatoreinrichtung fallen vorzugsweise gasförmige und flüssige Produkte an. Die gasförmigen Produkte können – insbesondere soweit sie brennbar sind – für die Vorwärmung oder Vortrocknung des Ölschiefers oder für die Erwärmung des Pyrolysereaktors verwendet werden.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung enthält die Vorrichtung mehrere Pyrolysereaktoren, unabhängig von der vorzugsweise kleineren Anzahl vorgeordneter und nachgeordneter Einrichtungen, etwa der Einrichtungen zur Vortrocknung des Ölschiefers oder der Einrichtungen zum Kondensieren der Pyrolysegase. Zum Einen können so die einzelnen Pyrolysereaktoren mit unterschiedlichen Ölschiefersorten beschickt werden. Vorzugsweise weist dann jeder Pyrolysereaktor oder jede Gruppe von Reaktoren eine eigene Trocknungseinrichtung auf. Zum Anderen können Kaskaden von Pyrolysereaktoren aufgestellt werden. Dadurch kann die Ausfallsicherheit in diesem Bereich erhöht werden. Auch ist die Projektion unterschiedlich großer Vorrichtungen möglich bei gleichbleibender Größe der Pyrolysereaktoren. Dies ist für die Reproduzierbarkeit der ablaufenden Prozesse von erheblicher Bedeutung. Die Planung unterschiedlich großer Anlagen wird vereinfacht.
Weitere Merkmale der Erfindung sind den weiteren Anmeldungsunterlagen, insbesondere der weiteren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung der verschiedenen Vorrichtungsbestandteile im Zusammenwirken,
2 eine etwas andere Darstellung der Vorrichtungsbestandteile im Zusammenwirken, insbesondere mit Angabe der Gas-, Öl- und Feststoffströme.
Es wird zunächst Bezug genommen auf 2. Aus einem Vorrat 10 wird Ölschiefer entnommen und in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 verarbeitet. Aus der Vorrichtung austretende Verfahrensprodukte sind hier zum Einen Öl, welches einem Tank 12 zugeführt wird, und zum Anderen verarbeiteter Ölschiefer (Ölschieferrückstand), welcher auf einer Halde 13 gelagert werden kann. Mit der Vorrichtung können aus 17 t Ölschiefer etwa 1 t Öl bei 14,5 t Ölschieferrückstand erzeugt werden.
Zentrales Element der Vorrichtung ist eine Reaktorkaskade 14, bestehend aus mehreren Pyrolysereaktoren. Jedem Reaktor oder mehreren Reaktoren zugleich ist in der Reaktorkaskade 14 ein Heißgaserzeuger zugeordnet. In 1 ist dieser als Brenner 16 gezeichnet.
Der Reaktorkaskade 14 vorgeordnet ist ein Tunnelofen 17 als Trocknungsanlage für den Ölschiefer. Durch den Tunnelofen 17 kann außerdem der verarbeitete (heiße) Ölschiefer geleitet werden, so dass dessen Abwärme für die Vortrocknung nutzbar ist.
Dem Tunnelofen 17 vorgeordnet ist ein Brecher (mit Silo) als Zerkleinerungsanlage für den Ölschiefer. Vorgesehen ist eine Zerkleinerung auf Brocken von 6 mm bis 12 mm Durchmesser.
Der Reaktorkaskade 14 nachgeordnet ist ein Kondensator 19 für die Kondensation der in der Reaktorkaskade erzeugten Pyrolysegase. Der Kondensator 19 hat zugleich die Funktion eines Zwischenspeichers bzw. eines Anfahrtanks für den Betrieb der Brenner 16.
Bestandteil der Vorrichtung ist weiterhin ein Luftvorwärmer 20, der direkt oder indirekt in Verbindung steht mit dem Brecher 18, dem Tunnelofen 17 und dem Kondensator 19. Aus dem Kondensator austretendes nicht benötigtes Gas wird als Fackel 21 verbrannt. Der Fackel 21 zugeordnet ist eine Abgasreinigung (nicht separat gezeichnet), von der die heißen Abgase dem Luftvorwärmer 20 zugeführt werden und die dort auf dem Weg zu einem Kamin 22 ihre Wärme an zugeführte Zuluft abgeben. Ein Zulufteinlass ist mit der Ziffer 23 bezeichnet.
Die vorgewärmte Zuluft wird dem Tunnelofen 17 und/oder dem Brecher 18 zugeführt. Zumindest letzterer weist einen Abluftaustritt 24 auf.
In 2 sind Gasströme mit den Buchstaben G versehen, Flüssigkeitsströme mit dem Buchstaben F und Feststoffströme mit dem Buchstaben R.
Erkennbar ist unter anderem ein Feststoffstrom (Ölschieferrückstand) zwischen der Reaktorkaskade 14 und dem Tunnelofen 17. Zusätzlich oder alternativ können heiße Gase aus der Reaktorkaskade 14 dem Tunnelofen 17 zuführbar sein.
1 zeigt die kaskadenartige Anordnung der Reaktoren 15. Vorgesehen sind hier zwei Brenner 16 für insgesamt vier Reaktoren 15 und in Verbindung mit einem Kondensator 19 und einer Trocknungsanlage (Tunnelofen 17). Variationen der genannten Zahlen sind möglich. In erster Linie wichtig ist die Kaskadierung der Reaktoren 15. Die auf der rechten Seite der 1 dargestellten Reaktoren 15 werden in derselben Weise beschickt und entleert wie die auf der linken Seite der 1 dargestellten Reaktoren 15, ohne dass beispielsweise der Tunnelofen 17 auf der rechten Seite der 1 dargestellt ist.

10: Vorrat
11: Vorrichtung
12: Tank
13: Halde
14: Reaktorkaskade
15: Reaktor
16: Brenner
17: Tunnelofen
18: Brecher
19: Kondensator
20: Luftvorwärmer
21: Fackel
22: Kamin
23: Zulufteinlass
24: Abluftaustritt
F: Flüssigkeitsstrom
G: Gasstrom
R: Feststoffstrom

Claims

Verfahren zur Gewinnung von Gas und insbesondere Öl aus Ölschiefer durch thermische Behandlung, mit folgenden Merkmalen: a) der Ölschiefer wird zerkleinert und vorgetrocknet bzw. vorgewärmt, b) danach wird der Ölschiefer indirekt auf eine für die Umwandlung des enthaltenen Kerogens erforderliche Reaktionstemperatur erwärmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölschiefer auf Stücke von 3 mm bis 25 mm Durchmesser zerkleinert wird, vorzugsweise auf 6 mm bis 12 mm.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anfallende Prozess- oder Produktwärme in den Prozess zurückgeführt wird, insbesondere zur Vorwärmung oder Vortrocknung des Ölschiefers.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Pyrolysereaktor erzeugtes Pyrolysegas zumindest teilweise für die Erzeugung von Wärme zur Nutzung im Verfahren verwendet wird, insbesondere für die Vorwärmung oder Vortrocknung des Ölschiefers.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Pyrolysereaktor erzeugtes Pyrolysegas oder in einem anschließenden Kondensator abgeschiedenes Gas zumindestens teilweise zur Beheizung des Reaktors zurückgeführt wird, insbesondere einem Brenner zur Beheizung des Reaktors zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zerkleinerte Ölschiefer drucklos auf Reaktionstemperatur erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zerkleinerte Ölschiefer als Feststoffrieselschicht einen Pyrolysereaktor passiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zerkleinerte Ölschiefer über eine Zellradschleuse in einen Pyrolysereaktor eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölschiefer bzw. dessen Reste über eine Zellradschleuse aus einem Pyrolysereaktor – indem die Umwandlung des Kerogens stattgefunden hat – ausgetragen wird und dass insbesondere die Zellradschleuse am Ausgang des Pyrolysereaktors beheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Umwandlung des Kerogens anfallendes Gas gekühlt wird, wobei ein bei der Kühlung anfallendes Öl zumindest teilweise als Verfahrensprodukt abgeführt wird und wobei ein bei der Kühlung anfallendes Restgas zumindest teilweise dem Prozess wieder zugeführt wird.
Vorrichtung zur Gewinnung von Gas und insbesondere Öl aus Ölschiefer durch thermische Behandlung, mit folgenden Merkmalen: a) für die thermische Behandlung ist ein Reaktor (15) vorgesehen, der doppelwandig ausgebildet ist und in dem der Ölschiefer indirekt beheizbar ist, b) der Reaktor (15) weist zum Eintrag des Ölschiefers und/oder zum Austrag des verarbeiteten Ölschiefers eine oder mehrere Zellradschleusen auf.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die austragende Zellradschleuse beheizbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (15) Verdrängereinbauten aufweist zur Lenkung und/oder Erzeugung einer Feststoffrieselschicht des Ölschiefers.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder einem der weiteren Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zerkleinerungsanlage für den Ölschiefer.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder einem der weiteren Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vortrocknungsanlage für den Ölschiefer, insbesondere einen Tunnelofen (17).
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder einem der weiteren Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anlage zur Rückgewinnung von Wärme aus dem verarbeiteten Ölschiefer.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme des verarbeiteten Ölschiefers dem noch nicht behandelten Ölschiefer für eine Vortrocknung zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder einem der weiteren Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abführen heißer Pyrolysegase und zum Zuführen dieser Gase in den Reaktor und/oder in eine Vortrocknungsanlage für den Ölschiefer und/oder in eine Luftvorwärmeinheit für die Vortrocknungsanlage.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder einem der weiteren Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kondensatoreinrichtung, der heiße Pyrolysegase aus einem oder mehreren Reaktoren (15) zuführbar sind.