DE1048378B

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Publication number: DE1048378B
Application number: DENDAT1048378D
Authority: DE
Publication date: 1959-01-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, nach dem wasserreiche Brennstoffe, eingeschlossen ölschiefer, in öl unter Druck erhitzt werden, um die Feuchtigkeit und/oder das Bitumen abzusondern. Die Wärme der in dem Prozeß entwickelten Gase und Dämpfe kann in einem besonders gestalteten Energieumformer. unmittelbar in mechanische Energie verwandelt werden.

Nach dem Verfahren der Erfindung soll der in dem Prozeß entwickelte Wasserdampf von dem Öldampf getrennt abgeleitet werden. Dann kann derselbe in einer normalen Kraftmaschine für die Krafterzeugung ausgenutzt werden.

Die Durchführung des Verfahrens erfordert die Beachtung temperaturbedingter Vorgänge in dem zu behandelnden Brennstoff und dem Einsatzöl. Zur Klärung der damit verbundenen verfahrenstechnischen Fragen wurden Versuche in kleinem und größerem Umfang durchgeführt und wasserreiche Brennstoffe in erhitztem öl bei mehr oder weniger hohen Temperaturen behandelt.

Im Verlaufe der durchgeführten Versuche wurde beobachtet, daß die bekannten, exotherm verlaufenden Reaktionen zwischen dem in den Brennstoffen vorhandenen Sauerstoff und dem Kohlenstoff der Brennstoffe sowie Sauerstoff und Wasserstoff in dem Temperaturgebiet unter 300° C so träge verlaufen, daß sie in dem Prozeß gemäß dem Verfahren, der in kurzer Zeit abläuft, keine praktische Bedeutung haben. Das ist anders in dem Temperaturgebiet über 400° C, dann verlaufen die Reaktionen so schnell, daß die im Ablauf derselben entwickelte Wärme, die sich in dem Prozeß in einem schnellen Anstieg der Temperatur des Behandlungsöles äußert, bedeutungsvoll wird. Die Schnelligkeit des Ablaufs ist an sich vorteilhaft, aber der damit verbundene schnelle Temperaturanstieg des Behandlungsöles kann sich störend in dem Prozeß auswirken und erfordert besondere Maßnahmen, wenn gemäß dem Verfahren der aus der Brennstoffeuchtigkeit entwickelte Wasserdampf getrennt von dem aus dem Brennstoff entwickelten öldampf abgesondert werden soll.

Der Brennstoff wird gemäß dem Verfahren in einem Schweröl behandelt, dessen Siedetemperatur unter atmosphärischem Druck bei etwa 380° C liegt. In dem Behandlungsprozeß ist aber die Temperatur zu beachten, bei der die Dampfbildung beginnt. Diese Temperatur liegt bei dem zur Verwendung kommenden Schweröl bei etwa 250° C Unter dem Betriebsdruck von etwa 30 at steigt diese Temperatur von 250° C auf etwa 380° C, dann liegt die Siedetemperatur der Brennstoffeuchtigkeit bei 232° C, und es besteht eine für die Verdampfung der Feuchtigkeit nötige und auch genügend hohe Differenz zwischen der Siedetemperatur der Brennstoffeuchtigkeit und

Verfahren zur Behandlung
wasserreicher Brennstoffe

Anmelder:
Carl Glinka,
Krefeld-Uerdingen, Stollwerckstr. 2

Carl Glinka, Krefeld-Uerdingen,
ist als Erfinder genannt worden

der Temperatur des Behandlungsöles, die noch gesenkt werden kann, wenn die öldampfbildung im Verlaufe der Wasserdampfentwicklung mit Sicherheit unterbunden werden soll. Das ist notwendig, wenn der aus der Brennstoffeuchtigkeit entwickelte Wasserdampf gemäß dem Verfahren in einer Turbine entspannt werden soll, dann muß derselbe frei sein von öldampf und besonders Schweröldampf, dessen Kondensationspunkt wesentlich höher liegt als der des Wasserdampfes, so daß derselbe im Verlaufe der Entspannung des Öl-Wasserdampf-Gemisches in der Beschaufelung der Turbine kondensiert und diese infolge der haftenden Niederschläge zerstört.

Es sei bemerkt, daß sich die aus dem Brennstoff abzusondernden öle nach der Erhitzung des Brennstoffes auf etwa 400° C bilden, dann gehen die Bitumenbildner in einen flüssigen Zustand über, aus dem dann alle darin enthaltenen ölfraktionen gleichzeitig in Dampf verwandelt werden.

Dem Vorstehenden entsprechend ist die Durchführung des Prozesses, unter einem gegebenen Druck, an eine bestimmte Behandlungstemperatur gebunden. Bei dem beispielsweise angeführten Betriebsdruck von etwa 30 at liegt diese Temperatur bei etwa 380° C. In diesem Temperaturbereich macht sich aber bereits der Einfluß der Reaktionswärme so bemerkbar, daß die Beherrschung der Temperatur des Behandlungsöles schwierig wird.

Um nun die Öldampfbildung mit Sicherheit auszuschließen bzw. die Temperatur des Behandlungsöles in den festgelegten Grenzen zu halten, solange sich im Verlaufe der Brennstoffbehandlung Wasserdampf entwickelt, wird die Behandlung des Brennstoffes in zwei Temperaturstufen durchgeführt, derart, daß in der ersten nur die Feuchtigkeit verdampft wird unter einem Druck und einer Temperatur, daß sich aus dem Behandlungsöl kein öldampf bilden

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kann, und in der zweiten Temperaturstufe, bei einer Erhitzung des Brennstoffes auf etwa 400° C, die Bitumbildner gelöst und die gebildeten öle verdampft werden. In der zweiten Temperaturstufe kann sich dann die Reaktionswärme unbegrenzt entwickeln. Die von dem Behandlungsöl aufgenommene Wärme wird dann in der ersten Stufe für die Brennstoff erwärmung und Wasserverdampfung ausgenutzt.

Im Verlaufe der durchgeführten Versuche wurde weiter beobachtet, daß die Brennstoffe mit einem höheren Feuchtigkeitsgehalt in dem erhitzten öl für kurze Zeit absinken, wieder auftauchen und dann schwimmen. Das ist darauf zurückzuführen, daß infolge der schnellen Erhitzung eine intensive Wasserverdampfung in den Poren der Brennstoffteilchen einsetzt, die sich in der Absonderung kleiner Bläschen äußert. Diese Bläschen haften während der Zeit, in der sie sich bilden, an der Oberfläche des Brennstoffes und tragen denselben. Mit dem Nachlassen der Wasserverdampfung geht die Blasenbildung zurück, und der Brennstoff sinkt in dem Behandlungsöl.

Dieser Vorgang muß in dem Behandlungsprozeß berücksichtigt werden. Das geschieht durch folgende Maßnahme. Der zerkleinerte Brennstoff wird in einen ölstrom geleitet, der in der horizontalen Ebene eine ununterbrochene kreisende Bewegung ausführt. Die kleinsten Brennstoffteilchen sinken dann in dem ölstrom schon nach einem kurzen Lauf durch die Behandlungsstrecke, die größeren nach einem längeren und die größten nach einem mehrfachen Durchlaufen der Strecke. Sie gelangen so auf demselben Wege, aber in verschiedener, der-Größe der Brennstoff teilchen angemessenen Behandlungszeit in die nächste Behandlungsstrecke. Diese verläuft in vertikaler Richtung, mit vorzugsweise nach oben gerichtetem ölstrom. Die Geschwindigkeit desselben ist so bemessen, daß sie die gegenläufige Senkgeschwindigkeit der größten Brennstoffteilchen etwas übersteigt, so daß deren Förderung gesichert ist. Die kleinsten Teilchen bewegen sich mit der Strömungsgeschwindigkeit des Öles, so daß die verschieden großen Brennstoffteilchen auch die vertikale Behandlungsstrecke in einer der Größe der Teilchen angemessenen Behandlungszeit durchlaufen.

Das zeitlich begrenzte Schwimmen des feuchten Brennstoffes kann auch zur Klassierung des in verschiedener Größe anfallenden Brennstoffes benutzt werden. Der Brennstoff wird dann in einen horizontal verlaufenden ölstrom geleitet und dieser in der Länge so begrenzt, daß am Ende der Strecke alle auf dem öl schwimmenden Brennstoff teilchen abgesunken sind. Da der zeitliche Verlauf der Erhitzung der Größe der Brennstoffteilchen entspricht, verläuft auch das Absinken derselben in den gleichen Zeitabständen, so daß die Brennstoffteilchen nach Korngröße gesondert in dem öl absinken. Dieselben können jetzt, der Größe entsprechend, über einen mehr oder weniger langen Behandlungsweg geführt und damit die Behandlungszeit der Korngröße angepaßt werden.

Soll Rohtorf nach dem Verfahren behandelt werden, dann ist zu beachten, daß derselbe mit einem Wassergehalt von etwa 90°/o, auf das Naßgewicht bezogen, anfällt, und der größere Teil des Wassers vor der Behandlung entfernt werden muß. Das geschieht in bekannter Art durch eine Erhitzung des Torfes unter Druck auf eine Temperatur von etwa 180° C Linter der Einwirkung dieser Temperatur wird der größte Teil des kolloid gebundenen Wassers frei und kann vermittels mechanischer Hilfsmittel von dem Torf getrennt werden.

Dieser Prozeß der Vorentwässerung kann auf eine vorteilhafte Art mit dem Prozeß gemäß dem Verfahren vereinigt werden. Der Rohtorf wird dann in einem flüssigen Zustand vermittels Pumpe von der Torfgrube zur Anlage gefördert und dort in eine Behandlungsstrecke geleitet, in der statt öl erhitztes Wasser zirkuliert, das unter dem Betriebsdruck der Gesamtanlage steht. Bei einem Druck von beispielsweise 30 at kann das Wasser-Torf-Gemisch ohne eine

ι wesentliche Dampfbildung auf etwa 180° C erhitzt werden, weil der Siedepunkt des Wassers unter diesem Druck bei 232° C liegt. Die sich im Verlaufe der Erhitzung in geringem Maße bildenden Dampf- und Gasmengen können dann in dem Prozeß ausgenutzt

; werden. Der Torf wird unter dem Druck der Anlage von dem überschüssigen Wasser getrennt und mit der in dem Behandlungsprozeß aufgenommenen Wärme unmittelbar in den Prozeß gemäß dem Verfahren übergeleitet. Das überschüssige Wasser, das noch

ο unter dem Betriebsdruck der Anlage steht, wird, nach Abgabe der Wärme an das der Anlage zugeführte Wasser-Torf-Gemisch, für den Abbau des Rohtorfes bzw. die bekannte Abschwemmung desselben, in der Torfgrube benutzt.

Es folgen Ausführungsbeispiele in schematischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt die Ausführung des Verfahrens in zwei Temperaturstufen, mit Absonderung der Brennstofffeuchtigkeit in der ersten und Absonderung der ölhal-

o tigen Substanz in der zweiten Temperaturstufe;

Fig. 2 zeigt eine Anlage für die Behandlung von Rohtorf in schematischer Darstellung.

Die Fig. 1 zeigt eine Anlage für die Behandlung wasserreicher Brennstoffe, denen die Feuchtigkeit und das öl in zwei Temperaturstufen entzogen wird. Der zerkleinerte Brennstoff wird über die Schleuse 1 in den Ringkanal 2 geleitet, in dem das Behandlungsöl durch das bei 3 zuströmende, erhitzte öl in eine kreisende Bewegung versetzt wird. Der auf dem öl

ο schwimmende Brennstoff sinkt nach erfolgter Erhitzung und Verdampfung eines Teiles der Brennstofffeuchtigkeit in dem ölstrom und wird durch die Fallrohre 4 in das Stcigrolir 5 und durch das bei 6 und aus dem Ringkanal 2 durch die Fallrohre 4 einströmende erhitzte öl durch das Steigrohr 5 gefördert. In dem Ringkanal 2 stellt sich der Spiegel des Öles selbsttätig ein durch den in dem Raum entwickelten Wasserdampf, der unter dem Betriebsdruck von etwa 30 at und zusätzlichem Druck der Flüssigkeit im

ο Steigrohr durch die in Spiegelhöhe angebrachten Dampfableitungsrohre 7 in das Steigrohr abgeleitet wird. Die nach oben gerichtete Geschwindigkeit des ölstromes überwiegt die nach unten gerichtete Senkgeschwindigkeit der schwersten Brennstoffteilchen um einen geringen Betrag, so daß die Förderung derselben, bei einer längeren Verweilzeit in dem ölstrom, gesichert ist. Um eine örtliche Überhitzung des Brennstoffes zu vermeiden, wird das aus der zweiten Temperaturstufe mit etwa 400° C austretende öl mit dem in der ersten Stufe mit etwa 250° C kreisenden öl bei 8 gemischt und an mehreren Stellen des Behandlungsweges bei 3, 6, 9, 10 und 11 in den ölstrom geleitet. Das Steigrohr 5 endet in dem Wasserdampfsammelraum 12 mit Stutzen für die Ableitung des Dampfes unter einem Druck von etwa 30 at. Das öl strömt mit dem Brennstoff in dünner Schicht über die Rohrkante 13, dabei trennt sich der Wasserdampf vom öl, das nach Durchströmung der Leitung 14 in den Hydrozyklon 15 vom Brennstoff getrennt wird. Das aus dem Zyklon abströmende öl wird zum Teil als Kreislauföl

Claims

durch die Leitung 16 in die erste Temperaturstufe und der verbleibende Teil über den Erhitzer 17 vermittels Pumpe 18 in die zweite Temperaturstufe gefördert. Bei 19 ist die Ölleitung so mit dem Hydrozyklon verbunden, daß der auslaufende Brennstoff von dem ölstrom aufgenommen und in das Steigrohr 20 gefördert wird. Das Steigrohr endet in dem öldampfsammelraum 21, mit Stutzen für die Ableitung des unter Druck stehenden Öldampfes, der in der üblichen Art weiterbehandelt wird. An der Rohrkante 22 trennt sich der öldampf vom öl, das mit dem Brennstoff durch die Leitung 23 in den Hydrozyklon 24 strömt. In demselben erfolgt die Trennung des Brennstoffes von dem Öl, das vermittels der Pumpe 25 in die erste Temperaturstufe geleitet wird. Der Brennstoff wird aus dem Zyklon 24 über die Schleuse 26 in den unter atmosphärischem Druck stehenden Raum 27 geleitet und dort das restliche noch an dem Brennstoff haftende öl verdampft. Die Fig. 2 zeigt eine Anlage für die Behandlung von Rohtorf in schematischer Darstellung. Der von der Grube kommende Rohtorf wird der Anlage durch dieLeitungl zugeführt. In dem Steigrohr 2 wird derselbe unter dem Betriebsdruck der Anlage auf etwa 180° C erhitzt. Während der Erhitzung bilden sich Gas und auch Wasserdampf in geringen Mengen, die in dem oberen Teil des Steigrohres, dem Sammclraum 3, abgeleitet werden. Das flüssige Wasser-TorfGemisch fließt durch die Leitung 4 in die Zentrifuge 5. In derselben wird der Torf vom Wasser getrennt, das vermittels Pumpe 7 zum Teil im Kreisstrom bewegt und bei 8 aufgeheizt wird. Das überschüssige Wasser, das noch unter dem Druck der Anlage steht, wird durch die Leitung 9, die das Rohr 1 umschließt, wieder zur Torfgrube geleitet. Auf diesem Wege gibt das Wasser die in dem Behandlungsprozeß aufgenommene Wärme an das im Gegenstrom fließende Wasser-Torf-Gemisch ab und kann in der Grube für den Abbau bzw. die bekannte Abschwemmung des Torfes benutzt werden. In der Zentrifuge 5 wird der Torf bis auf etwa 65% Feuchtigkeitsgehalt, auf das Naßgewicht bezogen, entwässert und über die Schleuse 6 bei 11 in das Steigrohr 12 geleitet. In demselben wird der Torf im ölstrom weiterbehandelt und das restliche Wasser verdampft. Der Wasserdampf, mit dem in dieser Erhitzungsperiode sich bildenden Gas, wird in dem Dampfsammei raum 13 vom öl getrennt und unter dem Betriebsdruck der Anlage abgeleitet. Das öl gelangt mit dem Torf durch die Leitung 14 in den Hydrozyklon 15. In demselben wird der Torf vom öl getrennt, das vermittels der Pumpe 16 durch die Leitung 17 in das Steigrohr 12 zurückgeleitet wird. Der vom öl getrennte Torf wird bei 18 von dem aus der hohen Temperaturstufe kommenden ölstrom in das Steigrohr 19 gefördert. In demselben werden die Bitumbildner gelöst und der sich bildende öldampf aus dem Dampfsammeiraum 20 abgeleitet. Das öl wird mit dem Torfkoks durch die Leitung 21 in die Zentrifuge 22 geleitet und der Torfkoks, nach erfolgter Trennung von dem öl durch die Schleuse 25 in den Kühlraum 26 abgeleitet. Von dem aus der hohen Temperaturstufe ablaufenden, hocherhitzten öl wird ein Teil vermittels Pumpe 23 im Kreislauf bewegt und der andere Teil durch die Leitung 24 und 17 in die zweite Behandlungsstufe geleitet und zur Aufheizung des in dieser Stufe kreisenden Öles benutzt. Die gleiche Ölmenge wird bei 18 mit dem aus dem Zyklon abgesonderten Torf in die hohe Temperaturstufe zurückgeleitet. P A T 1* N T Λ N S I* K t! C H E

1. Verfahren zur Behandlung wasserreicher Brennstoffe, eingeschlossen ist ölschiefer, denen die Feuchtigkeit und das Bitumen oder nur die Feuchtigkeit durch Erhitzung in öl unter Druck entzogen wird, und Verwandlung der Wärme der in dem Prozeß entwickelten Gase und Dämpfe unmittelbar in mechanische Energie, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in zwei getrennten Temperaturstufen behandelt wird, derart, daß in der ersten Stufe die Feuchtigkeit unter einem höheren Druck von etwa 30 at bei einer Temperatur von 250 bis 380° C verdampft wird und in der zweiten Stufe die Bitumenbildner bei einer Temperatur von etwa 400° C gelöst und die sich daraus bildenden öle verdampft werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hocherhitzte öl aus der zweiten Temperaturstufe des Prozesses nach der Absonderung des behandelten Brennstoffes in die erste Stufe geleitet und die Wärme desselben für die Brennstofferwärmung und die Verdampfung der Feuchtigkeit benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zerkleinerte Brennstoff in das Einsatzöl im Schwebezustand gehaltert und durch den Behandlungsprozeß gefördert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsöl mit dem Brennstoff zu Beginn des Prozesses, solange der Brennstoff schwimmt, durch eine horizontale Behandlungsstrecke geleitet wird und der sinkende Brennstoff durch einen vertikal nach oben gerichteten ölstrom weitergefördert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Größe verschiedenen Brennstoffteilchen, die in dem öl der horizontalen Behandlungsstrecke in Abständen voneinander sinken, nach Größe getrennt in ölströme geleitet werden, deren Weglänge auf die jeweils notwendige Behandlungszeit abgestimmt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das öl in der horizontal verlaufenden Behandlungsstrecke eine kreisende Bewegung ausführt.

7. Verfahren zur Behandlung des Rohtorfes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torf in einer dem Verfahren angeschlossenen Behandlungsstrecke in bekannter Art in Wasser unter Druck erhitzt wird und nach Absonderung des kolloid gebundenen Wassers, unter Aufrechterhaltung des Druckes und der Temperatur, in den Behandlungsprozeß gemäß dem Verfahren der Erfindung geleitet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 809 728/261 12.58