DE2508707A1 - Verfahren zur schwelung von bituminoesem oder oelhaltigem material - Google Patents

Verfahren zur schwelung von bituminoesem oder oelhaltigem material

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Description

Metallgesellschafb Frankfurt a.M., 21. 2. 1975
Aktiengesellschaft Wgn/BPy
6 Frgnkfurt/Main 1
Reuterweg 14 2508707
Prov. Nr. 7589 LÖ
Verfahren zur Schwelung von bituminösem oder ölhaltigem Material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schwelung von feinkörnigem bituminösem oder ölhaltigem Material mit feinkörnigem Schwelrückstand als Wärmeträger, welcher in einer vertikalen pneumatischen Förderstrecke durch heiße Verbrennungsgase erhitzt, in einen Sammelbehälter geleitet und mit dem zu
schwelenden feinkörnigen Material in einer Schwelzone gemischt webverfahren zum Schwelen dieser Art sind z.B. aus dem deutschen Patent 1 909 263 und dem US-Patent 3 703 442 bekannt. Als zu schwelende Materialien kommen beispielsweise Ölschiefer oder bituminöse Mergel in Frage. Üblicherweise wird dabei ein
körniges Fremdmaterial als Wärmeträger benutzt, welches sich vom Schwelrückstand durch Sichtung trennen läßt. Im Interesse hoher ölausbeuten werden für diese Arbeitsweise Schweltemperaturen bei etwa 500 - 550° C vorgeschlagen und die Temperaturen des heißen Wärmeträgers mit etwa 630 - 650° C gewählt. Der Schwelrückstand fällt dabei als Abfallprodukt an und
wird im allgemeinen nicht mehr weiterverarbeitet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schwelverfahren der eingangs genannten Art so durchzuführen, daß der anfallende Schwelrückstand außer als Wärmeträger auch noch als Produkt genutzt
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v/erden kann. Dafür ist es vor allem v/ich tig, daß die in Schwelrückstand enthaltenen Karbonate, wie Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat in die entsprechenden Oxyde umgewandelt werden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der erhitzte Schwelrückstand einem Ents'äuerungsreaktor zugeführt wird, in welchem er auf eine für die Entsäuerung ausreichende Temperatur im Bereich von 700 bis 850 C weiter erhitzt und mindestens ein Teil des so hoch erhitzten Schwelrückstandes der Schwelzone zugeführt und mit dem zu schwelenden Material in Berührung gebracht wird. Ein weiterer Gedanke der Erfindung besteht darin, als Entsäuerungsreaktor den im Wärmeträgerumlaufsystern befindlichen Sammelbehälter zu benutzen, wobei insbesondere dessen Unterteil entsprechend ausgestaltet werden kann.
Als Entsäuerung werden endotherme Reaktionen von der Art bezeichnet, wie sie etwa die Abspaltung von CO0 aus Karbonaten bei genügend hoher Temperatur darstellt, z.B. nach den Reaktionsgleichungen
CaCO3 + Wärme «-> CaO + CO3 MgCO + Wärme —-·» MgO + CO .
Der saure Bestandteil CO2 wird dabei abgespalten und entweicht gasförmig. Der so entsäuerte Schwelrückstand erhält dadurch bei geeigneter Zusammensetzung des Ausgangsmaterials hydraulische Eigenschaften, wie etwa Zement, und kann als Baustoff oder als Zuschlagstoff bei der Zementerzeugung verwendet werden. Die hydraulischen Eigenschaften des Produkts können durch Zuschlagstoffe zum Schwelgut oder zum entsäuerten Material/ ausgewählt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Schwelguts, verbessert werden. Solche Zuschlagstoffe sind z.B. Kalkstein oder Ton.
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Die im Schwelrückstand durch die Erhitzung und Entsäuerung gebildeten Oxvrle sind in der Lage, Schwefel z.B. nach der Reaktionsgleichung
CaO + SO„ + 1/2 O„ 5^ CaSO4 + Wärme
zu bilden, so daß die Abgase der Anlage schwefelfrei oder zumindest schwefelärmer werden. Vorteilhafterweise ist diese schwefelbindende Reaktion exotherm, was. Energie für die Erhitzung des Schwelrückstandes sparen hilft. Zu diesem Wärmewirtschaftlichen Vorteil tragen auch noch weitere exotherme Feststoffreaktionen bei, die bei erhöhten Temperaturen im oder am Schwelrückstand ablaufen. Um davon optimalen Gebrauch zu machen, ist es vorteilhaft, den Schwelrückstand auf mindestens 75O C zu erhitzen, wobei jedoch auch dessen Zusammensetzung zu berücksichtigen ist. Bei günstiger Zusammensetzung der mineralischen Bestandteile des Rückstandes kann die Entschwefelungswirkung auch schon bei normalen Schweltemperaturen eintreten, bei denen eine weitgehende Entsäuerung noch nicht stattfindet.
An sich ist es möglich, die Erhitzung des körnigen Schwelrückstands auf mehr als 750 C durch entsprechende Temperaturführung bereits in der pneumatischen Förderstrecke zu erzielen. Nach der Erfindung wird jedoch die Nacherhitzung auf Entsäuerungstemperaturen von der Aufheizung in der Förderstrecke getrennt und in einen gesonderten Entsäuerungsreaktor oder in den der Förderstrecke nachgeschalteten Sammelbehälter gelegt. Damit erreicht man erhebliche Energieersparnisse, v/eil man bei getrennter Nacherhitzung einen gro.ßen Teil des Abgases bei niedrigerer Temperatur abführen kann als wenn einstufig bis auf die Endtemperatur erhitzt wird.
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Um die sauren Bestandteile im Schwelrückstand zu einem ausreichenden Anteil zu entfernen, ist es erforderlich, den Schwelrückstand im Entsäuerungsreaktor für eine gewisse Zeit auf der erhöhten Temperatur von 700 bis 850 C zu halten. Die notwendige Verweilzeit hängt stark von der Körnung ab und schwankt daher in einem weiten Bereich etwa zwischen und 40 Minuten. Bei sehr feinen Körnungen kann sie sogar im Sekundenbereich liegen. In den meisten Fällen wird die Verweilzeit jedoch mindestens 3 Minuten betragen. In einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform durchwandert der Rückstand den Entsäuerungsreaktor in geschlossener Schüttung langsam abwärts. Bei Anwendung höherer Temperaturen und sehr feinkörnigem Material kommt auch die Entsäuerung im Flugstrom in Betracht.
Um im Entsauerungsreaktor eine möglichst gleichmäßige Temperatur aufrecht erhalten zu können, ist es zweckmäßig, den Reaktor als Wirbelbett auszubilden. Dafür kommen sowohl Ausführungen des Wirbelbetts mit und ohne Rost infrage.
Zum Erhitzen des Schwelrückstandes wird dem Reaktor Luft, ggf. vorgewärmte Luft, und fremder Brennstoff, vorzugsweise Gas, zugegeben. Dieser Brennstoff wird z.B. direkt in das Lückenvolumen zwischen den Körnern des Materials hineingeleitet, wo er mit der von unten aufsteigenden Luft verbrennt. Es kann aber auch nützlich sein, den Brennstoff durch ein Rohrsystem gleichmäßig über den Querschnitt des Apparates zu verteilen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Brennstoff und die Luft durch an sich bekannte Gemischdüsen, wie sie beispielsweise in der Deutschen Patentschrift 1 758 näher beschrieben sind, in den Entsäuerungsreaktor einzuleiten. Wenn der Schwelrückstand noch brennbare Bestandteile enthält, sieht die Erfindung vor, die Verbrennung des zugeführten fremden Brennstoffes mit Luftüberschuß vorzunehmen,
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so daß der restliche im Schwelrückstand befindliche Brennstoff mit abgebrannt wird. Bei extrem hohem Restgehalt an organischer Substanz im Schwelrückstand kann der Reaktor auch ohne Zusatz von fremdem Brennstoff allein durch Einleiten von kalter oder vorgewärmter Luft betrieben werden.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung sieht vor, den teilweise oder ganz entsäuerten Schwelrückstand, vorzugsweise ohne Zwischenabkühlung, einem Drehrohr zur Zementerzeugung zuzuführen, entweder direkt oder über zwischengeschaltete Erhitzungsstufen.
Der heiße entsäuerte, feinkörnige Schwelrückstand ist auch vorzüglich zur Entschwefelung von Produktionsgasen geeignet, beispielweise nach der Reaktionsgleichung
CaO + H0S ϊ CaS + H„O + Wärme.
Bei den üblichen Temperaturen und Verweilzeiten der Schwelgase und -dämpfe werden diese jedoch sehr unvollkommen entschwefelt. Die Erfindung sieht daher vor, das eigene Destinations gas mit diesem Rückstand in einem separaten Entschwefelungsapparat zu behandeln. Dabei kommen für diesen Zweck alle Arten von Reaktoren, vorzugsweise Wirbelbettreaktoren, in Betracht, in die das zu entschwefelnde Gas bevorzugt vorerhitzt eingeleitet wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, die gas- und dampfförmigen Schwelprodukte, ohne sie zu kondensieren, direkt als Brennstoff zur Beheizung eines Drehrohrofens für die Herstellung hydraulisch abhärtender Bindemittel zu verwenden. Auf diese Weise entsteht eine besonders wirtschaftliche Verbindung von Schwelverfahren und Baustoffherstellung. Die heißen Gase und- Dämpfe können als Brennstoff auch ganz oder teilweise in Vorerhitzungsstufen verwendet werden, welche in vielen Fällen dem eigentlichen Brennofen vorgeschaltet sind.
Man kann die heißen gas- und dampfförmigen Schwelprodukte auch in anderen Kombinationen mit Vorteil· einsetzen, indem
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man sie z.B. anstelle von öl in den Hochofen einleitet oder als Brennstoff in Trocknern, Erhitzern, Kesseln, o. dgl. verwendet. Dabei ist es unwesentlich, ob die Schwelung mit einer Entsäuerung des Rückstandes kombiniert ist oder nicht.
Mit Hilfe der Zeichnung wird ein Verfahrensbeispiel erläutert,
Feinkörniges bituminöses oder ölhaltiges Material läuft vom Vorratsbehälter 1 durch die Leitung 2 in einen Mischer 3 und wird dort mit heißem Schwel rückst and aus der Leitung 4 gemischt/ welcher eine Temperatur im Bereich von 700 bis 850 C aufweist. Der Mischer kann ein an sich bekannter Doppelwellenmischer mit gleichsinnig rotierenden Wellen sein.
Im Mischer 3 wird das Schwelgut aus dem Vorratsbehälter 1 mit dem heißen Schwelrückstand gemischt und dadurch erhitzt, so daß das ölhaltige oder bituminöse Material daraus abdestilliert wird. Die Mischungstemperatur liegt bei etwa 500° C. Das Gemisch aus dem Mischer 3 sammelt sich im Zwischenbunker 5, wo es noch weiter entgasen kann. Die gas- und dampfförmigen Schwelprodukte v/erden durch die Leitung 5a aus der Schwelzone entfernt und im Zyklon 6 entstaubt. Der feinkörnige Schwelrückstand fließt in der Leitung 7 aus dem Bunker 5 zum Fuß der vertikalen pneumatischen Förderstrecke
In der Förderstrecke 8 wird der Kohlenstoff im Schwelrückstand mit Luft aus der Leitung 9 teilweise verbrannt und der Schwelrückstand durch die heißen Rauchgase in der Förder1-strecke 8 nach oben gefördert und dabei erhitzt. Die Fördergase nehmen den Schwelrückstand zum Sammelbehälter 10 mit, dessen Unterteil als Wirbelbett 10a ausgebildet ist. Eine Trennwand 11 im Behälter 10 beworkt eine Umlenkung der Fördergase und damit eine Abtrennung des mitgeführten Schwel-
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rückstandes, der sich im Wirbelbett 10a samrrelt. Die FÖrdercrase verlassen den Behälter 10 durch die Leitung 12, die z.B. zu nicht dargestellten Abhitzeverwertungs- und Entstaubungseinrichtungen führt.
Im Wirbelbett 10a des Sammelbehälters 10 wird der Schwelrückstand weiter auf Temperaturen im Bereich von 700 bis 850 C, vorzugsweise auf über 750 C erhitzt. Zur Erhitzung wird Luft durch die Leitung 13 in das Wirbelbett 10 a und durch dessen Rost 14 in den darüber befindlichen Schwelrückstand geleitet. Brennstoff, vorzugsweise Erdgas oder Heizöl, wird durch eine oder mehrere Lanzen 15 in das Bett des Schwelrückstandes hinein verteilt. Er verbrennt dort mit der zugeführten Luft. Arbeitet man mit Luftüberschuß, dann verbrennt auch restliches kohlenstoffhaltiges Material, welches sich in den meisten Fällen noch im Schwelrückstand befindet. Dadurch wird wenigstens ein Teil der für die Temperatursteigerung erforderlichen Wärme aufgebracht.
Der Schwel rückst and, der zu erheblichem Anteil aus CaCO-. besteht, gibt durch die Erhitzung Kohlendioxid ab, so daß CaO entsteht. Dieses Material ist als Baustoff verwendbar, deshalb wird ein Teil des so erhitzten Wärmeträgers über die Leitung 4 und die Zweigleitung 16 zur Verwendung außerhalb des Schwelprozesses abgezogen.
Die im Zyklon 6 entstaubten gas- und dampfförmigen Schwelprodukte werden ganz oder teilweise dadurch ebenfalls zur Baustoffhersteilung verwendet, daß sie durch die Leitung zu Drehrohr 19 geführt und dort zusammen mit Luft aus der Leitung 18 zur Beheizung dienen. Im Drehrohr 19 werden Aus— gangsstoffe für die Zementherstellung, u.a. Kalkstein aus der Zuführungseinrichtung 20, durch Abspalten von C0_ entsäuert und gebrannt. Als Rohstoff für diese Baustoffher-
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stellung kann auch Schwelrückstand verwendet v/erden, wie dag durch die gestrichelte Leitung 21 angedeutet ist. Durch die Leitung 16 abgezogener Schwelrückstand aus dem Wirbelbett 10a kann ebenfalls im Drehrohr 19 nachbehandelt und diesem durch die gestrichelte Leitung 22 zugeführt werden.
In nicht dargestellter Weise läßt sich entsäuerter Schwelrückstand aus der Leitung 16 auch zum Entschwefeln der Schwelprodukte der Leitung 17 verwenden. Hierzu werden die gas- und dampfförmigen Schwelprodukte in einem gesonderten Reaktionsgefäß mit dem Schwelrückstand in Kontakt gebracht/ gegebenenfalls nach vorherigem Auskondensieren der öle und Wiedererhitzen des Produktionsgases. Als Reaktionsgefäß eignet sich auch hierfür z.B. ein Wirbelbett.
Es ist auch möglich, das Schwelverfahren ohne den Mischer durchzuführen und durch eine weniger aufwendige Verteilervorrichtung dafür zu sorgen, daß das kalte Material aus dem Vorratsbehälter 1 sowie der heiße Wärmeträger aus dem Behälter 10 direkt im Zwischenbunker 5 zum Entgasen zusammengebracht werden. Der Nachteil einer weniger homogenen Durchmischung von Schwelgut und Wärmeträger wird durch die überhöhte Temperatur des entsäuerten Wärmeträgers weitgehend ausgeglichen, so daß trotzdem eine gute Ausschwelung erzielt wird. Im übrigen wird restliche organische Substanz im Schwelrückstand bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für die nachfolgende Erhitzung in der Förderstrecke 8 und insbesondere auch im Wirbelbett 10a ausgenutzt. In diesem Fall kann die Zufuhr zusätzlichen Brennstoffs in das Wirbelbett 10a entsprechend reduziert werden oder ganz unterbleiben.
Patentansprüche
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Claims (16)

- y- Patentansprüche
1) Verfahren zur Schwelung von feinkörnigem bituminösem oder ölhaltigem Material mit feinkörnigem Schwelrückstand als Wärmeträger, welcher in einer vertikalen pneumatischen Förderstrecke durch heiße Verbrennungsgase erhitzt, in einen Sammelbehälter geleitet und mit dem zu schwelenden feinkörnigen Material in einer Schwelzone gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelrückstand in einem Entsäuerungsreaktor auf eine für die Entsäuerung des Schwelrückstandes ausreichende Tempreatur im Bereich von 700 bis 850 C weiter erhitzt und mindestens ein Teil des erhitzten Schwelrückstandes der Schwelzone zugeführt und mit dem zu schwelenden Material in Berührung gebracht wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelrückstand im Entsäuerungsreaktor auf mindestens 750° C erhitzt wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Schwelrückstandes im Entsäuerungsreaktor etwa 1 bis 40 Min. beträgt.
4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelrückstand im Entsäuerungsreaktor für mindestens 3 Min. verweilt.
5) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter als Entsäuerungsrekator verwendet wird.
6) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der Entsäuerungsreaktor als Wirbelbett ausgebildet ist.
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7) Verfahren nach Ansaruch 1 oder einem der folgenden, dadurchqekennzeich.net, daß zum Erhitzen des Schwelrückstandes Luft in den Entsäuerunqsreaktor geleitet wird.
8) Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhitzen des Schwelrückstandes in diesem enthaltener Brennstoff verwendet wird.
9) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhitzen des Schwelrückstandes fremder Brennstoff verwendet wird.
10) Verfahren .nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des im Entsäuerungsreaktor erhitzten Schwelrückstandes abgezogen und als hydraulisch abhärtendes Bindemittel verwendet wird.
11) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Entsäuerungsreaktor erhitzter Schwelrückstand abgezogen und zur Entschwefelung der gas- und dampfförmigen Schwelprodukte verwendet wird.
12) Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Schwelrückstand, vorzugsweise ohne Zwischenkühlung, in ein Drehrohr zur Erzeugung von Zement geleitet wird, entweder direkt oder über zwischengeschaltete Erhitzungsstufen.
13) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gas- und dampfförmigen Schwelprodukte zum Beheizen eines Ofens und/oder ihm vorgeschalteter Erhitzungsstufen für die Herstellung hydraulisch abhärtender Bindemittel verwendet werden.
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14) Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,daß die gas- und dampfförmigen Schwelprodukte ohne Zwischenabkühlung weiter verwendet v/erden.
15) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu schwelenden feinkörnigen bituminösen oder ölhaltigen Material und/oder dem weiterzubehandelndem Schwelrückstand Zuschlagstoffe zur Verbesserung der Eignung als hydraulisch abhärtendes Bindemittel beigegeben v/erden.
16) Verfahren zum Schwelen von feinkörnigem bituminösem oder ölhaltigem Material mit feinkörnigem Schwelrückstand als Wärmeträger, welcher in einer vertikalen pneumatischen Förderstrecke durch heiße Verbrennungsgase erhitzt und mit dem zu schwelenden feinkörnigen Material in einer Schwelzone gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gas- und dampfförmigen Schwelprodukte, vorzugsweise ohne Zwischenabkühlung, in anderen Verbrauchern wie z.B. Trockner^ Herdöfen, Hochöfen, Erhitzern, Kesseln und dergl. verwendet werden.
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