DE2243389B2

DE2243389B2 - Kontinuierliches schwelverfahren in einer vertikalen retorte

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Publication number: DE2243389B2
Application number: DE19722243389
Authority: DE
Priority date: 1971-09-06
Filing date: 1972-09-04
Publication date: 1976-04-22
Also published as: AU4579372A; AU473288B2; AR198631A1; GB1396018A; FR2152616A1; IE36666B1; ES406426A1; US3887453A; ZA726079B; BR7105857D0; FR2152616B1; SE405125B; IE36666L; DE2243389A1

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Schwelverfahren in einer vertikalen Retorte, bei dem der zerkleinerte ölschiefer oben aufgegeben durch Schwer- »5 Ikraft absinkt, wobei er durch direkten Kontakt mit den aufsteigenden Gasen getrocknet, vorgewärmt, geschwelt und abgekühlt wird und die Schwelprodukte Am oberen Ende der Retorte abgezogen und die flüssigen Bestandteile von den Schwelgasen getrennt werden, woraufhin ein Teil der Schwelgase, der im !wesentlichen sauerstofffrei und frei von Verbrennungsprodukten und Fremdstoffen ist, unten in die Retorte rückgeleitet wird.

Bei den bisherigen Schwelverfahren (z. B. deutsche Patentschrift 4 27781) wird ein Teil des Schwelgases mit Sauerstoff innerhalb der Schwelzone abgebrannt. !Nicht nur, daß bei solchen Verfahren ein Teil von wertvollen Schwelprodukten lediglich zur Wärmeerzeugung aufgebraucht wird, stellt es auch noch einen wesentlichen Nachteil dar, daß die am Retortenkopf abgezogenen Schwelprodukte dann mit den Verbrennungsprodukten (Kohlendioxid und Wasserdampf) verdünnt sind.

Aus der USA.-Patentschrift 32 28 869 ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Verschwelung von Ölschiefer lind einer Modifizierung der Schwelprodukte bekannt, lim auf diese Weise Stoffe ganz besonderer Eigenlchaften zu erhalten. Bei diesem Retortenverfahren Ist der Schiefer aufsteigend und das Schwelgas absteigend, und am Retortenkopf wird das zu modifizierende Schieferöl eingeführt, so daß es an dem heißen, entölten Schiefer zu einem gewissen Cracken kommt.

Aufgabe der Erfindung ist nun ein kontinuierliches Schwelverfahren in einer vertihalen Retorte, welches 4ie vollständige Gewinnung der unverdünnten Schwelfrodukte gestattet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man einen Teil der Schwelgase, der im wesentlichen sauerstofffrei und frei von Verbrennungsprodukten und Fremdstoffen ist, außer der Retorte indirekt aufheizt und in die Schwelzone in die Mitte der Retorte einleitet.

Der Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren mit Abbrennen eines Teils der Schwelprodukte zur Aufbringung der für die Verschwelung erforderlichen Wärmeenergie zeigt sich besonders deutlich in der Gasanalyse. So geht aus der USA.-Patentschrift 35 26 586 hervor, daß die Hauptanteile des der Schwelzone zugeführten Gase; Stickstoff und Kohlendioxid sind und bereits 85 ^ü, ausmachen. Weiter finden sich in diesem Gas geringe Anteile an Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Sauerstofl und niedere Kohlenwasserstoffe, jedoch keine höherer Kohlenwasserstoffe. Hingegen enthält das Gas nach dem erfindungsgemäßen Verfahren neben Wasserstofl auch einen größeren Anteil an gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen, wobei insbesondere dei Methangehalt und der Anteil an (^-Kohlenwasserstoff und darüber beachtenswert ist. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in die Schwelzone rückgeleitete Gas enthält noch mehr als 25% Schwefelwasserstoff und 36% Wasserstoff. Abgesehen von der Verdünnung der Schwelprodukte nach den bekannten Verfahren besteht bei diesen immer wieder die Gefahr einer gewissen Oxidation einzelner Substanzen aus den Schwelprodukten, was jedoch sehr unerwünscht ist. Eine derartige Oxidationsgefahr besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren natürlich nicht.

Auch besteht bei den obenerwähnten bekannten Verfahren die Gefahr des Zusammensinterns des im wesentlichen entölten Schiefers an der Stelle, wo die heißen Verbrennungsgase zur Wirkung kommen. Doch diese Gefahr ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eliminiert de.in es ist ohne Schwierigkeiten möglich, das äußere Aufheizen der in die Schwelzone rückzuführenden Rücklaufgase so einzuregeln, daß nur die Aufrechterhaltung der Schweltemperatur unter Vermeidung von Spaltvorgängen gewährleistet ist. Mit anderen Worten kann man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Schweltemperatur mit Hilfe der Temperatur der Rücklaufgase und des Mengenanteils an Rücklaufgas in dem gewünschten Bereich halten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren tritt am Retortenkopf eine Dispersion von flüssigen in gasförmigen Schwelprodukten aus. Dieser Nebel soll 5 bis 25% Kondensat, bezogen auf die gesamten Schwelprodukte, enthalten und eine Temperatur zwischen 121 und 177 C aufweisen.

Die Rücklaufgase sollen auf ihrem Weg im Gegenstrom zu dem absinkenden Schiefer eine Geschwindigkeit von nicht weniger als 0,2 bis zu 2 m/sec haben. Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Figuren weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 zeigt eine für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens brauchbare Zerkleinerung und Aufgabe des Schiefers;

Fig. 3 zeigt hierfür eine andere Ausführungsform; und

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Temperaturverteilung innerhalb des Füllgutbettes angegeben ist. Für das erfindungsgemäße Verfahren dient als Aufgabegut ein körniges bis stückiges Material von 3,6 bis 200 mm, gegebenenfalls zusätzlich Briketts aus dem Feingut, das beim Zerkleinern anfällt. Das Aufgabegut wird mit einem Förderband 1 od. dgl. aufgegeben und gelangt zuerst in die Aufgabebunker 2 über einen Zellenzuteiler 3 od. dgl., der dynamisch durch inertes Gas abgedichtet ist, und schließlich in die stehende Retorte, die vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt hat. Sie weist einen Füllstandsanzeiger auf, der seinerseits die Aufgabege.schwindigkeit mit Hilfe des Förderbands 1 regelt. Bei dem Füllstandsanzeiger kann es sich z. B. um einen solchen, der mit y-Strahlen arbeitet, handeln. Es gibt nun zwei Möglichkeiten:

ι zwei in Serie geschaltete Zuteiler, wobei das Schutz-

gas in deren Verbindungsleitung (Fig. 2) eintritt,

oder
i zwei parallel angeordnete Aufgabebunker, die

abwechselnd arbeiten, wodurch man weniger oder

gar kein Schutzgas benötigt (Fig. 3).

Die Retorte besteht aus einem zylindrischen stehenden Mantel 7 mit feuerfester Auskleidung und einer lußeren Isolierung. Beim Absinken des Aufgabegutes

siert (jj_eSes die Zonen der Vorwärmung, Trocknung ni Schwelung, welche sich zwischen dem oberen Teil ies Füllgutbetts und dem Eintritt der Heizgase 8 befinden und wo :n Folge der hohen Temperatur nacheinander die Feuchtigkeit, die flüchtigen Produkte und schließlich die Schwelprodukte, also Gase oder Dämpfe, freigesetzt werden. Die Gasphase besteht aus inorganischen und organischen Gasen unterschiedlicher Mengenverhältnisse, abhängig von dem Auf-•abe^ut und den Arbeitsbedingungen der Retorte, und *° enthält normalerweise Kohlenwasserstoffe, Wasseritoff und Schwefelwasserstoff. Die flüssige Phase enthält im allgemeinen Wasser aus der Feuchte und der Schwelreaktion und öl, welch letzteres eine komplexe Zusammensetzung aufweist und als Schieferöl bezeichnet wird. Der nichtflüchtige organische Rückstand »Schieferkoks« mit dem Restschiefer gelangt durch die Kühlzone 9, die sich zwischen Heißgasverteiler 8 und Austragmechanismus befindet. Der Austragmechanismus umfaßt Leitelemente 10, Rastplatten 11 und einen beweglichen Rost 12 zur Regelung der Geschwindigkeit welcher um die Retortenachse eine Translationsbew'egung ausführt. Durch diesen Mechanismus, der für kontinuierlichen, gleichmäßigen Fluß des Aufgabe-Buts unter der Einwirkung der Schwerkraft in zylindrischen Retorten großen Durchmessers speziell entwickelt worden ist, ruht das Aufgabegut im Schüttwinkel auf den Leitflächen 10 und den Rastplatten 11. Es findet kein Fließen statt, wenn der Rost 12 nicht bewegt wird (zum Austragsystem siehe brasilianische Patentschrift 69 423). Auf diese Weise läßt sich die Strömung, die Temperatur und folglich auch die Nebelbildung regeln. Dies ist die Grundbedingung für die Optimierung der Arbeitsbedingungen. Durch Bewegen des Rostes 12 muß sich das Aufgabegut horizontal und abwechselnd gegen die äußere und innere Begrenzung der Rastplatten 11 bewegen, von wo es frei in einen Bunker 13, der den konischen Retortenunterteil bildet, fällt. In diesem konischen Teil ist auch ein Kaltgasverteiler 14 vorgesehen. Aus dem Bunker 13 gelangt das Gut über eine Schleuse 15, die mit einem Füllstandanzeiger regelbar betätigt wird, in einen Behälter 16, der die doppelte Funktion hat, einerseits einen hydraulischen Abschluß für die Schleuse zu bieten und andererseits ein Aufschlämmen des entölten Schiefers mit Wasser zu bewirken. Der Schlamm wird dann mit Hilfe einer Zentrifugal- oder Kolbenpumpe 17 weitergepumpt. Es gibt noch zwei Möglichkeiten:

1 die Schleuse ist ebenfalls dynamisch mit Schutzgas abgedichtet, wodurch obiger hydraulischer Abschluß unnötig wird, oder

2 zwei in Serie verbundene Schleusen werden angewandt, das Schutzgas tritt in die Verbindungsleitung ein.

Durch den Kaltgasverteiler 14 tritt kaltes Gas ein. Dieser besteht aus einigen horizontalen parallelen Rohren, versehen mit zwei Reihen von Löchern, die um etwa 90 voneinander im Abstand angeordnet sind. Diese Lochreihen bewirken nach unten gerichtete Gasstrahlen, die in einem Winkel von etwa 45 zur Vertikalen austreten und damit eine gleichmäßige Verteilung des Gases rund über den Retortenboden ermöglichen und den Eintritt von Schiefer in die Löcher verhindern, was zu einer Verstopfung der Rohre führen könnte. Das in die Retorte eintretende Kaltgas sieht unter einem Druck von 0,3 bis 1,5 atü, was ausreichend ist zur Überwindung des Widerstands des Aufgabeguts und der Durchströmung der Anlage, wobei das ganze System etwas über Atmosphärendruck gehalten wird, so daß ein Falschlufteintritt weitgehend verhindert ist. Die Temperatur des Kaltgases liegt über Raumtemperatur, jedoch wesentlich unterhalb der Schweltemperatur, im allgemeinen bei etwa 100 C. Wie erwähnt, steigt das Kaltgas im Gegenstrom zum absinkenden Schiefer auf. Die freien Räume oder Abschnitte des Austragmechanismus sind so ausgebildet, daß eine homogene Verteilung des Gasstroms in dem ganzen Retortenabschnitt gewährleistet ist.

Während des Aufsteigens des Kaltgases findet mit den absinkenden Feststoffen ein Wärmeaustausch statt. Der Schiefer gibt den Hauptteil seiner Wärme an das Gas ab und verläßt die Retorte mit einer Temperatur wesentlich unter der Schweltemperatur. Die Austragungstemperatur des Schiefers liegt im allgemeinen bei 200 bis 300 C. Das Kaltgas erreicht die Schwelzone mit einer Temperatur in etwa, jedoch etwas unter der Schweltemperatur und wird dort vermischt mit dem über einen entsprechenden Verteiler eintretenden Heißgas. Der Heißgasverteiler 8 ist ahnlich aufgebaut wie der Kaltgasverteiler 14 und besteht aus einem geeigneten Metallwerkstoff für die hohen Arbeitstemperaturen und ist mit Ablenkblechen über den Rohren versehen. Diese Ablenkbleche sind so ausgebildet, daß die Rohre vom Abrieb durch das Aufgabegut geschützt sind und dieses in die freien Räume zwischen den Verteilerrohren und den Rohren und der Innenwand ablenken. Das über den Verteiler eintretende Heißgas hat eine Temperatur über der Schweltempreatur und steht unter einem Druck etwas unterhalb dem Eintrittsdruck des Kaltgases. Diese Drücke schwanken in Abhängigkeit von dem Stromungswiderstand der Gase durch das Gut. Die HeilJ-gastemperatur liegt üblicherweise zwischen 400 und 800 C Zwischen Heißgasverteiler 8 und Retortenkopt wird das aus der Kühlzone kommende Kaltgas mit dem Heißgas gemischt, das Verhältnis von Heißgas zu Kaltgas wird so eingestellt, daß die entsprechende Schweltemperatur sichergestellt ist. Die gesamte üasmenge wird so eingerichtet, daß durch die Abgabe der fühlbaren Wärme bis zum Kolonnenkopf eine entsprechende Schwelung und Vorwärmung und Trocknung des ankommenden Ölschiefers ermöglicht wird. Mit zunehmender Erwärmung des Ölschiefers werden Gase und Dämpfe freigesetzt, die anorganisch oder organisch sind und sich durch die thermische Zersetzung der organischen Bestandteile innerhalb de: mineralischen Gesteinsmaterials bilden. E.niges davor stammt aus der thermischen Zersetzung von anorga nischen Verbindungen. Die Hauptbestandteile des gas förmigen Reaktionsprodukts sind Schwefelwasserstoff Kohlendioxid, Wasserstoff, gesättigte und ungesättigte normalerweise gasförmige aliphatische Kohlenwasser stoffe. Die flüssige Phase ist Schieferöl und besteht in wesentlichen aus aliphatischen (gesättigten und unge

sättigten), naphthenischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen und heterocyclischen Verbindungen, enthaltend Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel, sowie Reaktionswasser aus der thermischen Zersetzung der anorganischen und organischen Verbindungen.

In der Trockenzone geben die Gase ihre fühlbare Wärme unter gleichzeitiger Aufheizung der Feststoffe ab. Es verdampft die Feuchtigkeit aus dem Schiefer, und die Gase werden auf eine Temperatur von 100 bis 150 C abgekühlt, wobei der größte Anteil der flüssigen Fraktionen kondensiert zu einem feinen Nebel, der mit den Gasen abgezogen wird.

Die die Retorte verlassenden Gase gelangen in Kammer 6, in der sie mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 2 m/s aufsteigen und nur Schieferstaub und ölnebel mitnehmen.

Aus der Kammer 6 gelangen die Schwelprodukte durch vertikale Sammelleitungen 18 im oberen Teil der Retorte bei Aufrechterhaltung gleichmäßiger aufwärtsgerichteter Strömungsgeschwindigkeit in eine oder mehrere konvergierende Leitungssysteme 19 mit zunehmendem Querschnitt, die so ausgebildet sind, daß die Geschwindigkeit der Gase eintretend in die Sammelleitungen 18 im wesentlichen konstant bleibt. Das weite Rohrende ist mit Rohren 19 verbunden, die in einen oder mehrere in Serie angeordnete Zentrifugalseparatoren, vorzugsweise Zyklone 20 münden, die über Leitung 21 mit den elektrostatischen Abscheidern 22 verbunden sind, so daß die gröberen Feststoffteilchen und Ölprodukte im Zyklon 20 und die feineren Teilchen in den Elektroabscheidern 22 niedergeschlagen werden. Das System hat eine Wirksamkeit von 95 bis 99,9 %.

Die Zyklone 20 weisen Zuführungen 23 für Schieferöl auf zur Erleichterung der kontinuierlichen oder absatzweisen Waschung der Wände, um einen Ansatz von Staub und schwerem Öl zu verhindern. Die flüssigen und festen Produkte verlassen den Zyklon 20 über Leitungen 24 und gelangen in Trennvorrichtungen 25, von wo sich die Flüssigkeit durch die Rohre 26 und 32 zu den Absetzgefäßen 33 bewegt. Die anfallenden Feststoffe werden über Leitungen 27 und 35 als Abfall ausgetragen. Die flüssige Phase kann durch geringfügige Abkühlung in Folge von Wärmeverlusten etwas kondensiertes Wasser enthalten. In den elektrostatischen Abscheidern 22, die wie die Zyklone auch mit öl über die Rohre 28 gewaschen werden können, werden die feineren Teilchen von öl, Staub und kondensierten Flüssigkeiten abgeschieden. Feststoffe und Flüssigkeiten werden über Leitungen 29 abgezogen und gelangen in die Trennvorrichtung 30. Die Flüssigkeiten strömen durch die Rohre 31 und 32 zu den Absetzgefäßen, 33 und die Feststoffe werden über die Rohre 34 und 35 als Abfall ausgetragen. Die ölfraktionen, die in den Absetzgefäßen 33 anfallen, gelangen über die Rohre 36 mit Pumpe 37 und Rohr 38 zur Lagerung. Die Wasserfraktionen strömen durch die Rohre 39 und können gegebenenfalls zur Aufarbeitung gelöster Nebenprodukte herangezogen werden.

Die den Abscheider 22 verlassenden Gase gelangen durch Rohr 40 in einen Kompressor 41, um auf einen solchen Druck gebracht zu werden, daß der Druckwiderstand des Systems durch Rohrleitungen, Ventile, das Schieferbett, die Trenn- und Bcheizungsvorrichtungen u. dgl. überwunden werden kann. Sie werden in zwei Teile geteilt, der eine wird über Leitung 42 dem Kühler 43 und der andere Leitung 44 zugeführt. Dieser Strom wird in weitere zwei Tcilströme aufgeteilt, einer davon gelangt über Rohr 45 in einen Vorwärmer 46, wo er indirekt durch Abbrennen von Schwelgas 62 oder Schieferöl 63 oder mit einem anderen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff aufgeheizt wird. Heißgas gelang! durch Rohr 47 über den Heißgasverteiler 8 in die Retorte. Der andere Teil des Rücklaufgases wird der Retorte durch den Kaltgasverteiler 14 über Leitung 48 zugeführt. Die Verbrennungsgase des Vorwärmers verlassen diesen über den Kamin 49 und

ίο werden abgeblasen. Auf diese Weise wird eine Verdünnung des Schwelgases durch Verbrennungsgase verhindert.

Das dem Boden des Kühlers 43 zugeführte Gas wird in direkter Berührung im Gegenstrom mit einem Wasserstrahl 61 oder mit kaltem Leichtöl gespült, das aus dem Kopf des Gefäßes austritt und das Gefäß über Leitung 50 für weitere Behandlung verläßt. Das Kondensat des Kühlers wird zusammen mit dem Wasser oder Öl oben in das Absetzgefäß 52 über Leitung 51

ao eingeführt, wo Öl und Wasser sich trennen. Das Öl gelangt zur Lagerung über Leitung 53. Das Wasser gelangt über Leitung 54 und Pumpe 55 in das Abwassersystem bzw. zur weiteren Verarbeitung über Leitungen 56 und 57 und im Rücklauf in den Kühler 43 über Leitung 58, Wärmeaustauscher 59 und Leitung 60. Die Untersuchungen am rohen Ölschiefer sind in dem Diagramm der Fig. 4 an Hand von zwei Durchschnittsproben aufgeführt. Tabelle I zeigt die Analyse von 2 Ölschieferproben, Tabelle II und III die Analysenwerte von Öl und Gas aus verschiedenen Untersuchungen im Rahmen der Verschwelung. Tabelle IV zeigt die Analyse des entölten Schiefers bei verschiedenen Arbeitsbedingungen der Verschwelung; Tabelle V ist die Zusammenfassung der Arbeitsbedingungen der Verschwelung und der erhaltenen Ausbeuten. Fig. A zeigt den Temperaturquerschnitt an verschiedener Stellen des Schieferbettes.

Tabelle I

»0	Feuchte. %	Ölschiefer	3,59	1%	7,30	B	3,25
	Fischer-Test (trocken]	Λ	1,43
	Öl	88,86	6,64
	Wasser	2,41	1,08
45	Rückstand	12,13	90,21
	Gas -!-Verluste	2,16	2,09
	^* /0	3,90	9,85
	14 <·/ ⁿ2> /0	22,30	1,50
	C O/ ·->· /0	1537	3,92
50	Glühverlust, %		17,74
	Ho, kcal/kg		1119
	Tabellen	O/ /ο
			Ölschiefer
55	1. Elementaranalyse,
	C		84,80
	H		11,36
	N		0,62
60	S	2. Physikalische Eigenschaften	1,68
	O	Dichte	1.54

	Asphalte und Harze, Gewichts	0,9365
	prozent
65		15,0
	Asche, Gewichtsprozent	0,028

Ölschiefer

Anilinpunkt
Stockpunkt C
Viskosität bei 50 C.
K (UOP) *)

cSt

30,0 -3,3 20,76 11 ->

*) Siehe »Chemical Process Principles«, Te₁I I, 2. Auflage, S. 403 und 404.

Tabelle IH

Schwelgas

H.,O

C,

C₁H₁₀

C₁II_n

Q₁H₈

C₃H₈

Volumprozent

2.28 4.05 1,41 1,49 2,29 1,51 4.04 1,05 15

Schwelgas	Tabelle IV	Volumprozent	aus Probe B
CW,		13.50	5,63
H,S		25.Sl	0,60
SO, RSH	C, "„	0.19	3,04
co".	H. "„	2.¹J?	10,53
co"	S, "„'	1.67	621
H.,	Glühverlust. "„	36,25
Ο."	H₀. kcal kg	0,32
N~₂	1.22











Schieferrückstand
aus Probe A
7,74
0.Sl
2.73
15.23
710

Tabelle V

Schiefer-Geschwindigkeit, kg/h · ni-Gasgeschwindigkeit, kg/h · m² Mittlere Körnung des Schiefers, mm Max. Gut-Temperatur, ^CC Heißgas-Temperatur, °C Austrug-Tcrnperatur des Schiefers. C Austrag-Tenipcratur der Schwelprodukte. C Ölgewinnung. Gewichtsprozent

Sclnselbedingungen	Tesi C	Tesi Π	Test Ii
Test A	1603	2230	2497
1621	1506	2199	2032
1442	18,80	17,98	16.3
η 13.39	539	418	472
434	634	481	557
552	25S	211	174
C 259	141	148	128
126	100.8	100.3	104.2
89.5

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kontinuierliches Schwelverfahren in einer vertikalen Retorte, bei dem der zerkleinerte ölschiefer oben aufgegeben durch Schwerkraft absinkt, wobei er durch direkten Kontakt mit den aufsteigenden Gasen getrocknet, vorgewärmt, geschwelt und abgekühlt wird und die Schwelprodukte am oberen Ende der Retorte abgezogen und die flüssigen Bestandteile von den Schwelgasen getrennt werden, woraufhin ein Teil der Schwelgase der im wesentlichen sauerstofffrei und frei von Verbrennungsprodukten und Fremdstoffen ist, unten in die Retorte zurückgeleitet wird, dadurch g ekennzeichnet, daß man einen Teil dieses Rücklaufgases außerhalb der Retorte indirekt aufheizt und in die Schwelzone in der Mitte der Retorte zurück/e/tet.