DE2532778A1 - Verfahren zum vorwaermen von oelschiefer vor dessen pyrolyse - Google Patents

Description

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US-Ser. No. 492 447
Filed July 29, 1974

THE OIL SHALE CORPORATION
Los Angeles, California 9OO67 / USA

"Verfahren zum Vorwärmen von ölschiefer vor dessen Pyrolyse"

Die Pyrolyse von ölschiefer durch Pest-Pest-Wärmeübertragungstechniken zur Umwandlung des Kerogengehaltes von ölschiefer in öl und andere gasförmige Kohlenwasserstoffe ist beispielsweise aus den US-Patentschriften 3 265 6O8 und
3 691 056 wohlbekannt. In diesen Verfahren des Standes der Technik wird ölschiefer vorgewärmt und danach durch Pest-Pest -Wärmeübergangskontakt mit Wärmeträgerkörpern zur Herstellung von Schieferöl und anderen ausströmenden Dämpfen pyrolysiert. Zur Vervollständigung der Kerogenumwandlung
werden die Wärmeträgerkörper durch eine Wiedererhitzungszone für eine weitere Anwendung zur Pyrolyse von zusätzlichem

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vorgewärmten ölschiefer im Kreis geführt.

Ganz allgemein gesagt ist das hier beschriebene Verfahren eine Verbesserung des Vorwärmverfahrens von Ölschiefer, wie es in den oben angegebenen Patentschriften offenbart wurde, das die restliche Eigenwärme der vorher in dem Verfahren zur Erwärmung der Wärmetragerkörper angewandten Rauchgase ausnützt. In der vorstehend genannten US-Patentschrift 3 265 608 wird der Wärmeübergang von den heißen Rauchgasen zu dem zerkleinerten Schiefer durch Mitführen des Schiefers mit den auf etwa 1100° P(593° C) erhitzten Rauchgasen in einer Gasliftleitung, d.h. ein verdünntphasiges Wirbelbett, erreicht. Der Schiefer wird hierdurch bis auf eine Temperatur von 300° P (148,89° C) vorgewärmt. In der Vorwärmzone bewegen sich der rohe Schiefer und die heißen Rauchgase im Gleichstrom während des Wärmeübergangsvorgangs nach oben durch die Liftleitung. Am Oberteil der Gasliftleitung wird das teilweise gekühlte Rauchgas von dem Schiefer getrennt und an die Atmosphäre bei einer Temperatur abgegeben, die wesentlich höher ist als die Temperatur, auf welche der Rohschiefer vor der Pyrolyse vorgewärmt wird. Während dieses Vorwärmverfahren einen Teil der in dem Kugelerhitzerrauchgas enthaltenden Abwärme bewahrt, erweist es sich nicht als vollkommen zufriedenstellend, wenn es angewandt wird, um eine höhere Vorwärmung zu erreichen, d.h. eine Vorwärmung

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von oberhalb etwa 300° P bis 400° F (148,89° C bis 204,44° C) Während das Verfahren zur Vorwärmung von Schiefer in der US-Patentschrift 3 69I 056 nicht im Detail beschrieben worden ist, kann das hier beschriebene Verfahren vorteilhafterweise zur Erzielung einer hohen Vorwärmung angewandt werden.

Es ist allgemein bekannt, daß die Umwandlung von Kerogen in Schieferöl und andere kohlenwasserstoffhaltige Dämpfe bei Temperaturen von unterhalb etwa 500° P (260,0° C) nicht sehr leicht erfolgt, obwohl ziemlich viel des sehr feinen rohen Schiefers vorzeitig pyrolysiert werden kann, wenn er in Kontakt mit sehr heißen Rauchgasen gebracht wird. Zusätzlich enthält ölschiefer gewöhnlich etwas Bitumen, das während des Vorwärmvorgangs zum Teil verdampft werden kann. Da wahrscheinlich diese beiden Gegebenheiten vorliegen, wenn zerkleinerter ölschiefer vor dem Eintritt in die Pyrolysezone auf Temperaturen bis zu 600° P (316° C) erhitzt wird, können diese verdampften Kohlenwasserstoffe als verloren für das Rückgewxnnungssystem angesehen werden, indem sie direkt in die Atmosphäre bei relativ hohen Temperaturen abgegeben werden. Eine derartige Situation ist nicht allein ökonomisch unwirksam, sondern sie ist auch ökologisch unerwünscht.

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Daher besteht die hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Vorwärmen von zerkleinertem ölschiefer vor dem Verschwelen desselben in einer Pyrolysezone zu schaffen, ohne daß eine bemerkenswerte vorzeitige Pyrolyse eines Hauptteils des Ölschiefers vor der Verschwelungsoperation auftritt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Rückgewinnung des Heizwertes von Ölschieferabrieb zu schaffen und den verbleibenden Teil an zerkleinertem ölschiefer zu pyrolysieren, derart, daß im wesentlichen 100 % der in dem ölschiefer enthaltenden Kohlenwasserstoffe wiedergewonnen werden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ölschieferabrieb zu verbrennen, was den Abrieb als eine potentielle Quelle von Kohlenwasserstoffemissionen im wesentlichen eliminiert.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Vorwärmen von ölschiefer vor der Verschwelung desselben zu schaffen, das in wirksamer Weise einen wesentlichen Teil des Heizwertes der Kohlenwasserstoffe, die während der Vorwärmoperation gebildet wurden, als Heizmittel innerhalb des Vorwärmsystems zurückgewinnt und

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hierdurch die Emission von Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre so niedrig wie möglich zu halten.

Diese und andere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß man zerkleinerten rohen ölschiefer in einer Reihe von zumindest zwei verdünntphasigen Wirbelbetten, d.h. Gasliftleitungen oder -liftröhren, vorwärmt, die eine dazwischen eingeschobene Veraschungszone enthalten, durch welche das Rauchgas aus der abschließenden Vorwärmzone vor dem Kontakt und dem Vorwärmen von zusätzlichen ölschiefer bis auf eine Temperatur zwischen derjenigen der anfänglichen Rohschiefertemperatur und der endgültigen Vorwärmtemperatur vor der Einführung des vorgewärmten Schiefers in die Pyrolysezone, geführt wird. Wenn ölschiefer in dieser Weise vorgewärmt wird, ist es möglich, den Schiefer bis auf eine Temperatur im Bereich von etwa 400° P bis etwa 65O⁰ P (204,44° C bis 343 C) zu erwärmen, ohne als Ergebnis der vorzeitigen Pyrolyse des Ölschiefers während des Vorwärmverfahrens signifikante Mengen an Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre zu emittieren.

Das Vorwärmverfahren der vorliegenden Erfindung sorgt durch die Verwendung einer Reihe von verdünntphasigen Wirbelbetten, die bei verschiedenen Rauchgastemperaturen betrieben werden, für eine fortschreitende Erwärmung des Ölschiefers.

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Verdünntphasige Wirbelbetten werden zur Erzielung eines raschen Wärmeübergangs von dem Rauchgas zu einem Peststoff mit einem geeignet weiten Bereich von Teilchengrößenverteilung eingesetzt. Wegen dieses Bereichs der Teilchengrößen werden die feineren Teilchen viel rascher als die größeren Teilchen erwärmt. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Rauchgastemperatur am Eingang der Liftleitung zu regeln, um eine vorzeitige Pyrolyse und Kohlenwasserstofferzeugung so niedrig wie nur möglich zu halten. Es wurde gefunden, daß der während des Vorwärmverfahrens entwickelte Hauptteil der Kohlenwasserstoffe dann auftritt, wenn der Schiefer (Green River Formation) auf Temperaturen von über 350° F (176,67° C) erhitzt wird. Bei Temperaturen unter 350° F (176,67° C) zeigte sich, daß die in dem Rauchgas an die Atmosphäre abgegebenen Kohlenwasserstoffkonzentrationen, die in erster Linie von einer teilweisen Verdampfung des Bitumen-Gehalts des Schiefers herrühren, niedriger als 100 ppm sind. Bei Vorwärmtemperaturen in der Größenordnung von 500° F bis 600° F (260° C bis 316° C) sind die Kohlenwasserstoffkonzentrationen in dem Rauchgas gewöhnlich in der Größenordnung von 500 bis 1000 ppm. Diese höheren Konzentrationen werden durch partielle Pyrolyse des Kerogens außer der Verdampfung des Bitumens bewirkt. Vom Standpunkt der Umweltverschmutzung ist die Emission von übermäßigen Mengen von Kohlenwasserstoffen unerwünscht. Wenn jedoch die

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Erzeugung großer Mengen Kohlenwasserstoffe wirksam geregelt und der Wärmeinhalt derselben verwendet werden kann, ist es sowohl hinsichtlich der Einsparung natürlicher Rohstoffquellen als auch hinsichtlich der Verbesserung einer Projektökonomie vorteilhaft, begrenzte Mengen für eine Verwendung als Verfahrensbrennstoff zu erzeugen. Versuche, die mehr im Detail weiter unten beschrieben werden, haben gezeigt, daß soviel wie 5 % bis 15 % der zur Vorwärmung des Ölschiefers von Raumtemperatur bis auf etwa 550 F (288° C) erforderliche Wärme durch den ölschieferabrieb und die während der Vorwärmoperation entwickelten Kohlenwasserstoffe zugeführt werden kann.

Demzufolge stellt dieses Verfahren eine stufenweise Vorwärmung des gesamten Ölschiefers bis auf eine Temperatur von etwa 350° P (176,67° C) ohne die Erzeugung von signifikanten Konzentrationen an Kohlenwasserstoffen sicher, ferner das weitere Vorwärmen des gesamten Ölschiefers auf Temperaturen zwischen 400° P und 65O⁰ P (204,44° C bis 343° C) mit der damit verbundenen Erzeugung von Kohlenwasserstoffen, und die Rückgewinnung des Heizwertes dieser entwickelten Kohlenwasserstoffe, als auch des Heizwertes des Ölschieferabriebs, der in das Rauchgas mitgeführt wird. Die Vorheizverfahren der vorliegenden Erfindung verwenden die Endstufe des verdünntphasigen Wirbelbettes zum Vorwärmen, um Kohlenwasser-

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stoffe zu erzeugen und diese Kohlenwasserstoffe, zusammen mit ölschieferabrieb, in den Rauchgasstrom mitzureißen, der dann zu einer Veraschungszone geführt wird, in welcher der Heizwert dieser Materialien wiedergewonnen wird. Es wurde gefunden, daß die entwickelten Kohlenwasserstoffe und der mitgerissene ölschieferabrieb bei Temperaturen zwischen etwa 1300° P und 1500° P (704° C bis 8l6° C) wirksam verbrannt werden kann. Wenn ein erhöhtes Niveau der Carbonatzersetzung toleriert werden kann, könnten höhere Temperaturen angewandt werden. Es wurde ferner auch gefunden, daß im Prinzip eine vollständige Veraschung in etwa 0,3 Sekunden bis 1,0 Sekunden bei diesen Temperaturen bewirkt werden kann. Das heiße Rauchgas aus der Veraschungszone wird teilweise durch herkömmliche Wärmerückgewinnungstechniken gekühlt und wird zum Vorwärmen von kühlerem Rohschiefer in stromaufwärts (Schiefer-Seite) gelegenen Vorwärmstufen verwendet. Die Temperatur des Rauchgases, das mit dem ölschiefer in den stromaufwärts gelegenen Vorwärmstufen in Kontakt steht, muß niedrig genug sein, gewöhnlich unterhalb von etwa 800° P bis 900° P (427° C bis 482° C), um die Bildung und das Abblasen erheblicher Mengen an Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre zu vermeiden.

Die vorstehend geschilderten Aufgaben werden in angemessener Weise durch zwei Vorwärmstufen mit einem dazwischenliegenden

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Rauchgasveraschungs- und Wiedererwärmungsvorgang gelöst und bewerkstelligt; jedoch werden drei Vorwärmstufen unter Verwendung einer einzigen Rauchgasveraschungszone, die zwischen der zweiten und der dritten Stufe angeordnet ist, bevorzugt. Es können vorteilhafterweise auch zwei Zwischenstufen-Veraschungszonen angewandt werden, wobei eine Veraschungszone zwischen der ersten und der zweiten Vorwärmzone und die andere Veraschungszone zwischen der zweiten und der dritten Vorwärmzone angeordnet ist.

Ölschiefer, der auf eine Nominalgröße von 1/2 inch (1,27 cm) zerkleinert worden ist, wird aus der Zerkleinerungsmaschine in eine verdünntphasige Wirbelbett-Vorheizzone eingeführt, in welcher der Schiefer mit Rauchgas bei einer Temperatur in Berührung gebracht wird, die ausreicht, den Schiefer partiell vorzuwärmen und die freie Feuchtigkeit zu entfernen. Das aus dieser ersten Stufe austretende Rauchgas wird in die Atmosphäre abgelassen, nachdem es durch einen Entstaubungsapparat, wie beispielsweise einen Sackfilter, einen elektrostatischen Filter, einen Rieselturm, oder dergleichen, geleitet worden ist. In den stromabwärts von der ersten Vorwärmzone gelegenen Vorwärmzonen mit höherer Temperatur wird der ölschiefer durch In-Berührung-bringen mit heißeren Rauchgasen aus der Wärmeträgerkörper-Wiedererhitzungszone auf ansteigend höhere Temperaturen erwärmt. Der vorgewärmte öl-

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schiefer aus der abschließenden Vorwärmzone wird in die Pyrolysenzone geführt. Die teilweise gekühlten Rauchgase aus den stromabwärts (Gas-Seite) der abschließenden Vorwärmzone gelegenen Vorwärmzonen werden durch eine oder mehrere Zwischenstufen-Veraschungszonen geleitet, in welchen die Rauchgase durch Veraschung einer Mischung von Brennmaterial, mitgerissenen Kohlenwasserstoffen und rohem ölschieferabrieb erneut erhitzt werden.

Die Temperaturregelung der in die verschiedenen Vorwärmzonen eingespeisten Rauchgase kann durch Mischen von zusätzlicher kühler Frischluft oder Rauchgas mit dem primären Rauchgasstrom, oder durch Leiten des Rauchgases durch Wärmeaustauscher, bewirkt werden.

Zusammenfassend wird ölschiefer vor der Pyrolyse desselben in einer Retorte zur Herstellung dampfförmiger, kohlenwasserstoffhaltiger Produkte daraus auf Temperaturen in der Größenordnung von 400° F bis 650° F (204,44° C bis 343,33° C) vorgewärmt, indem man den ölschiefer mit heißen Rauchgasen in eine Reihe von zumindest zwei verdünntphasigen Wirbelbetten mit einer stromaufwärts des abschließenden Wirbelbettes gelegenen Veraschungszone zum Wiedererhitzen der Rauchgase darin führt, und den ölschieferabrieb und die während der Vorwärmoperation entwickelten Kohlenwasserstoffdämpfe, die

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in den Rauchgasen vor dem Austragen in die Atmosphäre mitgeführt worden sind, verbrennt.

Das anschließend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebene Verfahren verwendet eine Kombination von drei verdünntphasigen Wirbelbett-Vorwärmzonen mit einer Zwischenstuf en-Veraschungszone, die zwischen der zweiten und der dritten (letzten) Vorwärmzone angeordnet ist, um den ölschiefer von etwa 50° F (10,0° C) bis zu einer Temperatur von etwa 500° P bis 600° F (260° C bis 316° C) vor der Pyrolyse desselben zu erwärmen. Die Zeichnung ist ein Verfahrensfließdiagramm der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, beschrieben in Kombination mit dem Pyrolyseverfahren, wie es in der oben angegebenen US-Patentschrift 3 265 608 beschrieben worden ist. Die folgende Tabelle I gibt eine typische Siebanalyse für einen nominellen 1/2 inch (1,27 cm)-Rohschiefer wieder, auf welchen die Ausführungsform abgestellt ist.

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Tabelle I Siebanaly'se von nominellem 1/2 inch (1,27 cm)-Rohschiefer

Größe

Zurückbehalten

Durchgang (*)

0,500 inch (12,7 mm) 0,371 inch (9,4234 mm) 4 mesh (4,76 mm)

8 mesh (2,38 mm) 20 mesh (0,84 mm) 40 mesh (0,37 mm) 80 mesh (0,177 mm) ■80 mesh (0,177 mm)

0	100,0
10,3	89,7
38,5	51,2
21,7	29,5
17,2	12,3
5,5	6,8
3,8	3,0
3,0

Unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung erläuterte Ausführungsform wird frisch zerkleinerter ölschiefer (einschließlich Abrieb und Feuchtigkeit) bei etwa 50° P (10,0° C) kontinuierlich in die Liftleitung oder erste Vorwärmzone mit einer Rate von etwa 450 tons pro Stunde eingeführt, in welcher der Schiefer mit relativ warmem Rauchgas von etwa 475° P (246,11° C), eingespeist durch Leitung 11, in Kontakt gebracht und transportiert wird. Das Rauchgas, das in die erste Vorwärmzone 10 durch die Leitung 11 eingespeist

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wird, ist eine Mischung des Rauchgases aus einer zweiten Vorwärmzone oder Liftleitung 12 mit einer Temperatur von etwa 375° F (190,56° C), eingespeist durch die Leitung 13₃ mit dem Rauchgas aus dem Zwischenstufen-Veraschungs-Rekuperator 24 mit einer Temperatur von etwa l400° P (760° C), eingespeist durch die Leitung 16. In der ersten Vorwärmzone 10 wird der ölschiefer auf etwa 200° P (93,33° C) vorgewärmt, während er zu dem Sammelbehälter 17 und dem Zyklonabscheider 18 transportiert wird, worin die Ölschieferteilchen von dem Rauchgas getrennt werden. Der partiell vorgewärmte Ölschiefer wird dann durch Fallspeisung über die Leitungen 19 und in eine zweite Vorwärmzone 12 mit einer Rate von etwa 450 tons pro Stunde eingespeist, um dort weiter vorgewärmt zu werden. Das Rauchgas vom Zyklonabscheider 18, das eine Temperatur von etwa 225° P (107,22° C) aufweist und ölschieferstaub und Wasser enthält, wird durch einen Rieselturm (nicht gezeigt) geführt und dann in die Atmosphäre bei einer niedrigen Temperatur von etwa 125° F (51»67° C) ausgetragen. In der ersten Vorwärmzone 10 werden annähernd 30 gallons pro Minute (113,56 l/Minute) Wasser aus dem Schiefer entfernt, das nicht durch die stromabwärts gelegenen Vorwärm- und Schwelzonen getragen werden soll, und endgültig aus dem ölprodukt beseitigt.

In der Liftleitung oder der zweiten Vorwärmzone 12 wird der

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ölschiefer weiter bis auf etwa 350° P (176,67° C) erwärmt, wobei er durch das heiße Rauchgas, das eine Eingangstemperatur von etwa 800° P (427° C) besitzt, transportiert wird. Das heiße Rauchgas in der zweiten Vorwärmzone 12 wird durch die Leitung 21 eingespeist und besteht aus dem Rauchgas aus der dritten Vorwärmzone 22 mit einer Ausgangs-Gastemperatur von etwa 575° F (301,67° C), das durch die Leitung 23 dem Zwischenstufen-Veraschungs-Rekuperator 24 zugeführt wird, worin es durch die Verbrennung von während der abschließenden Vorwärmoperation entwickelten Kohlenwasserstoffe, ölschieferabrieb und zusätzlichem Brennstoffauf eine Temperatur von etwa 1400 P (760 C) wiedererhitzt worden ist. Das l400° P (760° C) heiße Rauchgas wird in einer Wärmerückgewinnungszone 24(d) bis auf etwa 800° P (427° C) abgekühlt, bevor es in die zweite Vorwärmzone 12 eintritt. Der Schiefer wird von dem Rauchgas in dem Sammelbehälter 25 und dem Zyklonabscheider 26 abgetrennt und über die Leitungen 27 und 28 der dritten Vorwärmzone 22 zugeführt. Irgendwelcher zusätzlicher Wasserdampf wird in der zweiten Vorwärmzone 12 entfernt.

Der auf etwa 350° P (176,67° C) teilweise vorgewärmte ölschiefer wird in die dritte Vorwärmzone 22 eingespeist, in welcher er mit einem, durch die Leitung 29 eingeführten Rauchgas von etwa 1200° P (649° C) bis etwa 1400° P (760° C) in

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Kontakt gebracht und transportiert wird, um so den gesamten Rohschieferstrom gleichmäßig bis auf etwa 550 F (288 C), ohne eine merkliche Pyrolyse desselben vor dem Schwelen im Pyrolysator 30 zu bewirken, vorzuwärmen. Das in die letzte Vorwärmzone 22 eintretende Rauchgas umfaßt eine Mischung von durch die Leitung 15 eingespeistem Kugelerhitzer-Rauchgas , das gegebenenfalls für Zwecke der Verfahrensregelung durch Zusatz von Quenchluft von etwa 100° P (37,78° C) bis 120° F (48,89° C) durch die Leitung 31 abgekühlt werden kann. Der vorgewärmte ölschiefer wird von dem Rauchgas im Sammelbehälter 32 und dem Zyklonabscheider 33 abgetrennt und anschließend über die Leitungen 34 und 35 der Retorte 30 zugeführt, in welcher die Pyrolyse des Ölschiefers durch In-Kontakt-bringen mit heißen keramischen Körpern, die aus dem Kugelerhitzer 14 über die Leitung 36 eingespeist werden, durchgeführt wird.

Der Veraschungs-Rekuperator 24 enthält gewöhnlich eine Verbrennungszone 24(a), in welcher Luft und Brennstoff verbrannt werden, eine Mischzone 24(b), in welcher das Rauchgas aus der Leitung 23 mit den Verbrennungsprodukten aus der Zone 24(a) gemischt werden, eine Veraschungszone 24(c), in welcher der ölschieferabrieb und die Kohlenwasserstoffe aus der dritten Vorwärmstufe 22 verascht werden, und eine Wärmerückgewinnungszone 24(d) für das Kühlen des Rauchgases bis

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auf etwa 800° P (427° C), vor dem Austritt durch die Leitung .21. Die Wärmerückgewinnungszone 24(d) kann herkömmliche Luft-Wärmeaustauscher und/oder Abhitzekessel für die Dampferzeugung enthalten.

In den Kugelerhitzer 14 werden aus dem Kugelelevator 37 durch die Leitung 38 in die Heizkammer 39 keramische Kugeln eingeführt, in welcher die Kugeln mit heißem Rauchgas aus einer Verbrennungskammer 40 in Kontakt gebracht werden. Luft und Brennstoff werden über die Leitungen 4l bzw. 42 einem Brenner vom Zerstäubertyp (nicht gezeigt) zugeführt, der in der Verbrennungskammer 40 angeordnet ist, in welcher die Mischung zur Herstellung von heißem Rauchgas verbrannt wird. Da die keramischen Kugeln und das Rauchgas im Gleichstrom nach unten durch den Kugelerhitzer abgezogen werden, werden die Kugeln erhitzt, während das Rauchgas abgekühlt wird. Das heiße Rauchgas wird aus dem Kugelerhitzer 14 über die Preigabezone 43 und die Leitung 44 für einen Einsatz in der Rohschiefer-Vorwärmzone 22 abgezogen. Die erhitzten Kugeln werden aus der Kugelaufheizzone 39 über die Leitung 36 abgezogen und in den Pyrolysator 30 eingespeist.

In der rotierenden Pyrolyse-Trommel 30 werden die heißen keramischen Kugeln aus dem Kugelerhitzer 14 mit dem bis auf etwa 550° P (288° C) vorgewärmten Rohschiefer zur Durchfüh-

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rung der Pyrolyse desselben in Kontakt gebracht. Die Kugeln und der Ölschiefer gehen im Gleichstrom durch den Pyrolysator 30 hindurch, in welchem die Wärme der Kugeln auf den Ölschiefer unter Bildung eines ausströmenden kohlenwasserstoffhaltigen Schieferöl-Darnpfes und von verarbeitetem Schieferfeststoffj übertragen wird. Der ausströmende Dampf, der verarbeitete Schieferfeststoff und die gekühlten Kugeln gehen aus der Pyrolyse-Trommel 30 durch den Tunnel 45 und passieren ein rotierendes Trommelsieb 46 mit öffnungen darin derart, daß der zerkleinerte, verarbeitete Schieferfeststoff hindurchgeht, während der Durchgang der größeren Kugeln verhindert wird. Der abströmende Dampf wird aus der Dampfhaube 47 entfernt und durch die Leitung 48 zu einem Rüekgewinnungsabschnitt (nicht gezeigt) geführt. Im wesentlichen gehen alle verarbeiteten Schieferfeststoffe durch das Trommelsieb 46 und in den Sammelbehälter für verarbeitete Schieferfeststoffe 49, aus welchem sie durch die Leitung 50 entfernt und durch entsprechende Ablagerung beseitigt werden. Die gekühlten Kugeln werden von dem Sammelbehälter 51 mittels der Leitung 52 entfernt, in den Kugelelevator 37 geführt und zurück über die Leitung 38 zum Wiedererhitzen in den Kugelerhitzer 14 eingespeist.

In der vorstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Temperaturen der

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verschiedenen Rauchgas- und Feststoffströme beispielhaft für einen Satz von Vorwarmbedingungen, von denen gefunden wurde, daß sie für die Verarbeitung eines spezifischen Typs und einer spezifischen Qualität von Ölschiefer wünschenswert sind. Es wurde gefunden, daß diese Bedingungen auf einen Ölschiefer aus der Mahogany-Zone des Piceance Bassin, das im nordwestlichen Colorado gelegen ist, anwendbar sind. Mahogany-Zone-Ölschiefer enthält gewöhnlich 30 bis 40 gallons (113,56 bis 151j^2 1) an gewinnbaren flüssigen Kohlenwasserstoffen pro ton an verarbeitetem Schiefer. Wenn entweder niedrigere oder höhere Qualitäten an ölschiefer verarbeitet werden, können die Rauchgas- und Feststoff-Temperaturen in jeder der entsprechenden Liftleitungen geändert werden, um das System zu optimieren. Demzufolge können die Vorwärmbedingungen, ohne von dem hier offenbarten Grundkonzept abzuweichen, geändert werden, wenn vorläufige Untersuchungen an einer besonderen Qualität von Ölschiefer zeigen, daß es wünschenswert ist, das Ausmaß des Vorwärmens in irgendeiner der drei Vorwärmstufen zum Zwecke der Änderung der atmosphärischen Kohlenwasserstoff-Emissionen und/oder der Brennstoffzufuhr zu der Vorwärmzone entweder zu erhöhen oder zu senken.

Es wurden. Versuche in einer Anlage für die Verarbeitung von 1000 tons pro Tag an Mahogany-Zonen-Ölschiefer zur Bestimmung

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der unter spezifischen Vorwärmbedingungen für jede der drei Vorwärmstufen erzeugten Menge an Kohlenwasserstoffen durchgeführt. Aus diesen Versuchen wurde bestimmt, daß beim Vorwärmen von ölschiefer [zerkleinert auf unterhalb 1/2 inch (1,27 cm)3 von 50° P bis 500° P (10,0° C bis 260,0° C) in einem Dreistufensystem ein Durchschnitt von 400 bis 700 ppm an Kohlenwasserstoffen gebildet wird. Von dieser Menge werden in der letzten Vorwärmstufe 400 bis 500 ppm Kohlenwasserstoffe und in den beiden ersten Stufen 75 bis 100 ppm Kohlenwasserstoffe gebildet. In diesen Untersuchungen wurden die Liftleitungen bei Rauchgas-Eingangstemperaturen von annähernd 500° P, 900° P bzw. 1000° P (260° C, 482° C bzw. 538° C) betrieben, während der Schiefer auf nacheinanderfolgend höhere Temperaturen von annähernd 200° P, 350 P bzw. 500° P (93,33° C, 176,67° C bzw. 260° C), in jeder der drei Vorwärmstufen erwärmt wurde.

Es wurden andere Versuchsreihen durchgeführt, um die Bedingungen zu bestimmen, die für eine wesentliche Senkung des Kohlenwasserstoffgehalts des Rauchgases, das aus der dritten Liftleitung austritt, und der annähernden Teilchengröße und des Gehaltes an organischen Kohlenstoff des Ölschieferabriebs, der in dem Rauchgas mitgerissen wurde, notwendig sind. Die Tabelle II gibt eine Analyse der durchschnittlichen Teilchengröße von ölschieferabrieb wieder, der in die Veraschungs·

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zone aus der dritten Vorwärmstufe gelangte.

Tabelle II

Analyse der Teilchengröße von	in die Veraschungszone ein-
tretendem ölschieferabrieb
Teilchengröße (Mikron)	Größere Teilchen (Gew.-50
40	0,1
30	0,2
20	0,6
15	1,2
10	2,0
8	3 „3
VJl	11,6
3	50,1
1	92,4
0,5	97,4
0,1	100,0

Die Tabelle III gibt Analysen des Gehaltes an organischen Kohlenstoff von ölschieferabrieb wieder, die aus isokinetischen Proben erhalten wurden, gezogen am Eingang und Ausgang

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der Verbrennungskammer während des Betriebes einer Veraschungszone bei Temperaturen im Bereich von 1330 ΐ"¹ bis 1425° P (721° C bis 773,9° C). Diese Daten erläutern, daß der Abrieb -organischen Kohlenstoff enthält, der zur Rückgewinnung seines Heizwerts verbrannt werden kann.

Tabelle III

Gehalt an organischem Kohlenstoff von mitgeführtem ölschieferabrieb

Verbrennungskanmer Organischer Abrieb Org. Kohlenstoffge-

Ort der Probenahme Kohlenstoff als % halt des Abriebs

(Gew.-%) der Beschickung lb/Std. (kg/Std.)

Eingang	16,05
Ausgang	0,23
Eingang	5,91
Ausgang	0,10

0,36 536 (243,12)

8 ( 3,63)

0,39 214 ( 97,07)

4 ( 1,81)

* Basierend auf 450 tons/Stunde Schieferbeschickung

Die Tabelle IV zeigt die Ergebnisse von 17 Versuchen, die zur Bestimmung der in der dritten Vorwärmstufe erzeugten Kohlenwasserstoffmenge durchgeführt wurden und die Betriebsbedingungen, die notwendig waren, um eine wesentliche Herab-

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Setzung des Kohlenwasserstoffgehaltes des durch die Veras chungszone hindurchgehenden' Rauchgases zu bewirken. Die in diesen Versuchsreihen der Veraschungsvorrichtung zugeführten Kohlenwasserstoffe sind wegen Unterschieden in der mechanischen Größe und der Konstruktion der Anlage beträchtlich höher. Diese Versuche wurden in einer Versuchsanlage durchgeführt, die für 24 tons pro Tag ausgelegt war.

Tabelle

IV

KohlenwasserstoffherabSetzung mit	; einer Veraschungszone	Verweilzeit (Sek.)	Kohlenwasserstoff proben	(ppm)	Veras chungs zone Wirksamkeit OS)
zwischen der	zweiten und der dritten Vorwärmstufe	0,31	Eingang Ausgang Kohlenwasserstoff	475	71,2
		0,29	(ppm)	346	79,3
		0,39	2129	47	93,2
	Veraschungszone	0,41	2129	12	98,4
	ratur (0C)	0,48	913	9	98,5
Op	(660 )	0,47	1021	11	98,6
1220	(682 )	0,48	751	3	99,4
1260	(690,6)	0,33	1040	9	99,0
1275	(699 )		648
1290	(718,3)		1214
1325	(721)
1330	(729,4)
1345	(732 )
1350

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Tabelle

IV

(Fortsetzung)

	(735 )	Verweilzeit (Sek.)
Veraschungszone	(738 )	0,32
Temperatur op (oc)	(746,1)	0,50
1355	(751,7)	0,41
136O	(754 )	0,55
1375	(771 )	0,49
1385	(773,9)	0,50
1390	(779,4)	0,52
1420	(782)	0,52
1425	0,53
1435
1440

Kohlenwasserstoffproben

Eingang Ausgang
Kohlenwasserstoff

(ppm)

(ppm)

Veraschungszone Wirksamkeit

1632	17
890	12
3846	2
986	11
1018	2
508	3
1230	6
1226	7
IOO5	4

98,6 98,2

99,9 98,4

99,7 99,2 99,4 99,7 99,5

Aus den vorstehenden drei Tabellen ist es ersichtlich, daß eine erhebliche Menge an sehr feinem ölschieferabrieb in dem Rauchgasstrom mitgeführt wird, die als Heizquelle für das Vorwärmsystem verwendet und sonst nicht verwertet werden kann. Außerdem ist es aus Tabelle IV ersichtlich, daß die Zwischenschaltung einer Veraschungszone zwischen der zweiten

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und der dritten Vorwärmstufe für die Herabsetzung des Kohlenwasserstoff gehaltes des Rauchgases sehr wirksam ist, wenn die Veraschungszone bei einer Temperatur von höher als etwa 1300° P (704° C)₃ und vorzugsweise bei etwa 1400° P (76O⁰ C) bei Verweilzeiten in der Größenordnung von zumindest 0,5 Sekunden betrieben wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung des verbesserten Verfahrens gemäß Erfindung ist es ersichtlich, daß hierdurch ein Verfahren zum Verschwelen oder Pyrolysieren von ölschiefer geschaffen wird, das den gesamten Schiefer einschließlich des Abriebmaterials verwendet und so im wesentlichen 100 % der gewinnbaren Kohlenwasserstoffe entweder als flüssiges oder gasförmiges Produkt oder als Brennstoff in dem Vorwärmsystem gewonnen werden. Darüber hinaus sorgt das Verfahren für ein Vorwärmen des rohen Ölschiefers bis auf Temperaturen in der Größenordnung von 400° P bis 65O⁰ P (204,44° C bis 343,3 C) ohne daß eine wesentliche Pyrolyse des Hauptanteils des Schiefers vor dem Verschwelungs- oder Pyrolysenvorgang bewirkt wird. Außerdem sorgt das erfindungsgemäße Verfahren für eine erhöhte Wärmeersparnis dadurch, daß man das Rauchgas mit einer niedrigen Temperatur, und nicht mit einer hohen Temperatur an die Atmosphäre abgibt.

Zusätzlich sorgt das erfindungsgemäße Verfahren durch Ver-

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brennung der Kohlenwasserstoffdämpfe, die in erster Linie aus einer Verdampfung des in dem Schiefer enthaltenen Bitumens herrühren, für eine wesentliche Herabsetzung der Kohlenwasserstoff-Emissionen. Die Verwendung einer einzigen Vorwärmliftleitung zur Erzielung dieser höheren Vorwärmtemperaturen hat keine praktische Bedeutung, da der frische Rohschiefer hierdurch mit Rauchgasen von hoher Temperatur, d.h. von 1200° P bis 1400° P (649° C bis 760° C) in Berührung gebracht werden würde, was wiederum zu sehr starken Kohlenwasserstoff-Emissionen führen würde. Außerdem wäre, wenn eine einzige Vorwärmliftleitung in der eben beschriebenen Weise betrieben würde, die Rauchgas-Austragstemperatur notwendigerweise in der Größenordnung von 600° P (316° C) und dieses Rauchgas würde offensichtlich wesentliche Mengen an nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen enthalten.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch einen Fachmann zahlreiche Modifikationen und Veränderungen durchgeführt werden können, die jedoch noch im Rahmen der vorliegenden Offenbarung liegen.

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Claims (8)

1. - 2b -

   Patentansprüche

   ClT) Verfahren zum Vorwärmen von ölschiefer vor dessen Pyrolyse in einer Retorte bis auf eine Temperatur in der Größenordnung von 400° P bis 65O⁰ P (204,44° C bis 343,33° C), dadurch gekennzeichnet , daß es das Erwärmen des Ölschiefers in einer Reihe von zumindest zwei verdünntphasigen Wirbelbetten durch Mitführen von partiell vorgewärmtem ölschiefer in das letzte verdünntphasige Wirbelbett mit heißem Rauchgas zur Bildung von, für eine Einführung in die Retorte auf Temperaturen zwischen etwa 400 F und 65O⁰ P (204,44° C und 343,33° C) vorgewärmtem ölschiefer und teilweise abgekühltem Rauchgas, enthaltend mitgeführten ölschieferabrieb und Kohlenwasserstoffdämpfe, das Führen des teilweise abgekühlten Rauchgases durch eine Veraschungszone und das Veraschen des mitgeführten Ölschieferabriebs und der aus dem letzten verdünntphasigen Wirbelbett herrührenden Kohlenwasserstoffdämpfe zur Deckung eines Teils des Brennstoffbedarfs für das Wiedererhitzen des Rauchgases, das Abkühlen des Rauchgases aus der Veraschungszone und das Mitführen von zerkleinertem rohen ölschiefer mit dem abgekühlten Rauchgas aus der Veraschungszone in ein erstes verdünntphasiges Wirbelbett zur Herstellung von teilweise vorgewärmtem ölschiefer für die nachfolgende Einführung in das letzte verdünntphasige Wirbelbett und gekühltem Rauchgas, umfaßt.

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2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der mitgeführte ölschieferabrieb und die Kohlenwasserstoffdämpfe bei einer Temperatur von oberhalb etwa 1300° P (704,44° C) verascht werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verweilzeit des mitgeführten Ölschieferabriebs und der Kohlenwasserstoffdämpfe in der Veraschungszone zwischen etwa 0,3 Sekunden und 1,0 Sekunden liegt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Rauchgas aus der Veraschungszone bis auf eine Temperatur von unterhalb etwa 900° P (482,22° C) abgekühlt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es die weitere Stufe des Mitführens von teilweise vorgewärmtem Ölschiefer mit dem abgekühlten Rauchgas aus der Veraschungszone aus dem ersten verdünntphasigen Wirbelbett in ein zweites verdünntphasiges Wirbelbett zur Bildung von teilweise vorgewärmtem Ölschiefer für die nachfolgende Einführung in das letzte verdünntphasige Wirbelbett und partiell abgekühltem Rauchgas zur Einführung in das erste verdünntphasige Wirbelbett, umfaßt.

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6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß es die weiteren Stufen des Durchleitens des teilweise abgekühlten Rauchgases aus dem zweiten verdünntphasigen Wirbelbett durch eine zweite Veraschungszone zur teilweisen Wiedererhitzung des Rauchgases und Verbrennen mitgeführter Kohlenwasserstoffdämpfe und Ölschieferabriebs, herrührend aus den verdünntphasigen Wirbelbetten stromabwärts des ersten verdünntphasigen Wirbelbetts vor dem Abkühlen, und Einführen des teilweise wiedererhitzten Rauchgases in das erste verdünntphasige Wirbelbett, umfaßt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ölschieferbeschickung für das letzte verdünntphasige Wirbelbett bis auf eine Temperatur von etwa 350° P (176,67° C) vorgewärmt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verweilzeit des Rauchgases in der Veraschungszone zwischen etwa 0,5 Sekunden und 1,0 Sekunden bei einer Veraschungszonen-Temperatur im Bereich von etwa 1400° F und etwa 1500° P (759,99° C bis 815,56° C) liegt

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