DE2532778B2

DE2532778B2 - Verfahren zum Vorwärmen von ölschiefer vor dessen Pyrolyse

Info

Publication number: DE2532778B2
Application number: DE2532778A
Authority: DE
Inventors: George C. Pacific Palisades Kane; John W. Los Angeles Whitcombe; Kenneth D. Van Littleton Col. Zanten
Original assignee: The Oil Shale Corp., Los Angeles, Calif. (V.St.A.)
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1974-07-29
Filing date: 1975-07-22
Publication date: 1979-04-19
Also published as: ZA754711B; GB1491363A; IL47785A; FR2280701B1; DE2532778C3; DE2532778A1; AU8295675A; US3925190A; IN144101B; CA1046442A; SU862835A3; IL47785A0; IT1041050B; BR7504829A; FR2280701A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Pyrolyse von ölschiefer mittels eines festen Wärmeträgers zur Umwandlung des im Ölschiefer enthaltenen Kerogens in Öl und gasförmige Kohlenwasserstoffe ist aus den US-PSen 3 265 608, 3 691056 und 3803022 bekannt Bei diesen bekannten Verfahren wird der Ölschiefer vorgewärmt und dann durch Wärmeaustausch mit Wärmeträgerkörpern unter Erzeugung von Schieferöl und dampfförmigen Produkten pyrolysiert. Zur Vervollständigung der Kerogenumwandlung werden die Wärmeträgerkörper wieder erhitzt und erneut zur Pyrolyse verwendet.

Bei dem Verfahren gemäß der US-PS 3 803022 wird der Ölschiefer in zwei hintereinandergeschalteten Stromerhitzern vorgewärmt, in denen der zerkleinerte Ölschiefer durch die heißen Rauchgase vertikal nach oben gefördert und vorgewärmt wird. Der Ölschiefer gelangt dann in einen Drehofen, von dem aus der noch nicht völlig aufbereitete Ölschiefer nach Abtrennung der Asche mittels eines Trägergases durch eine vertikale Leitung nach oben in eine Brennkammer gefördert wird, in der eine Temperatur von etwas über 800⁰C herrscht. Aus dieser Brennkammer werden die Feststoffe in den Drehofen zurückgeführt. Die Rauchgase aus der vertikalen Förderleitung, durch die der teilweise verbrauchte Ölschiefer in die Brennkammer gefördert wird, durchströmen den die erste Flugstromvorerhitzung bewirkenden Stromerhitzer, während die aus der Brennkammer austretenden Rauchgase in den die zweite Vorwärmzone büdenden Stromerhitzer eingespeist werden. Die aus dem zweiten Stromerhitzer austretende Mischung von vorerwärmtem Ölschiefer und Rauchgasen wird in einen Separator eingeführt, von dem aus die Rauchgase zur Aufheizung in eine zusätzliche Brennkammer geführt werden, von der aus sie dann schließlich wieder in die Förderleitung gelangen, durch die der teilweise verbrauchte Ölschiefer in die Ölschiefer-Brennkammer gefördert wird. Da die Rauchgase aus dieser Förderleitung in die erste Vorwärmzone geführt werden, durchströmen die Rauchgase also die letzte Vorwärmzone zuerst und die erste Vorwärmzone zuletzt. In der zwischengeschalteten zusätzlichen Brennkammer, die zur Aufheizung der Rauchgase dient, kann die Erhitzung durch Oxydation von Kohlenmonoxid oder durch direkte oder indirekte Heizung, gegebenenfalls durch Verbrennen von zusätzlichem Brennstoff, erwärmt werden.

Bei dem Verfahren gemäß der US-PS 3265608 wird der Ölschiefer durch Rauchgase mit einer Temperatur von etwa 6(K)° C auf eine Temperatur von etwa 150° C vorgewärmt, und am oberen Ende der pneumatischen Förderleitung wird das teilweise abgekühlte Rauchgas vom Ölschiefer getrennt und mit einer Temperatur, die noch wesentlich höher ist als die Temperatur des vorgewärmten Ölschiefers, der Atmosphäre abgegeben.

Bekanntlich sind zur Umwandlung von Kerogen in Schieferöl und Kohlenwasserstoffdämpfe im allgemeinen Temperaturen oberhalb von etwa 260° C erforderlich, obgleich ein großer Anteil von feinteiligem Ölschiefer vorzeitig pyrolysiert werden kann, wenn er in Berührung mit heißen Rauchgasen gebracht wird. Ölschiefer enthält ferner gewöhnlich etwas Bitumen, das im allgemeinen während des Vorwärmens zum Teil verdampft. Da im allgemeinen beides eintritt, während der zerkleinerte Ölschiefer vor dem Eintritt in die Pyrolysezone auf Temperaturen bis zu etwa 315° C erhitzt wird, gehen die verdampften Kohlenwasserstoffe im allgemeinen verloren, da sie schließlich mit den Rauchgasen in die Atmosphäre gelangen. Dies ist nicht nur aus Gründen des Umweltschutzes unerwünscht, sondern verringert auch den Wirkungsgrad der Anlage.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vorwärmen von zu pyrolysierendem Ölschiefer anzugeben, das umweltfreundlich ist und sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rauchgase in der zwischen die Stromerhitzer geschalteten Brennkam-

mer durch Verbrennen des mitgeführten Ölschieferabriebes und der mitgeführten Kohlenwasserstoffdämpfe erhitzt werden.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es möglich, den Ölschiefer bis auf eine ' Temperatur von etwa 200 bis 345° C zu erwärmen, ohne daß bei einer teilweisen vorzeitigen Pyrolyse des Ölschiefers während des Vorwärmens nennenswerte Mengen an Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre gelangen. Außerdem wird durch die Ausnutzung des Wärmeinhaltes des ölsrhieferabriebes und der freigesetzten Kohlenwasserstoffdämpfe eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage erreicht.

Die Teilchengröße von zu pyrolysierendem Ölschiefer nimmt im allgemeinen einen relativ großen Bereich ein, und feinere Teilchen werden naturgemäß viel rascher erwärmt als größere. Beim Vorwärmen ist es daher wichtig, die Rauchgastemperatur am Eingang der Lift- oder Förderleitung so niedrig wie möglich zu halten, um eine vorzeitige Pyro<yse und Erzeugung von Kohfenwasserstoffdämpfen zu verhindern. Es wurde gefunden, daß die Hauptmenge der Kohlenwasserstoffe während der Vorwärmung dann auftritt, wenn der ölschiefer (green river formation) auf Temperaturen über etwa 175° C erhitzt wird. Bei Temperaturen unterhalb dieses Wertes ist die Konzentration an Kohlenwasserstoffen, die in erster Linie von einer teilweisen Verdampfung des im Schiefer enthaltenen Bitumens herrühren, niedriger als KK) ppm sind. Bei Vorwärmtemperaturen in der Größenordnung von 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 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 weiter unten eingehender beschrieben werden, haben gezeigt, daß 5% bis 15% der zur Vorwärmung des Ölschiefers von Raumtemperatur bis auf etwa 288° C erforderlichen Wärme durcii den ölschieferabrieb und die während der Vorwärmoperation entwickelten Kohlenwasserstoffe geliefert werden können.

Das vorliegende Verfahren ermöglicht eine stufenweise Vorwärmung des gesamten Ölschiefers bis auf eine Temperatur von etwa 176,67 ° C ohr.e die Erzeugung von signifikanten Konzentrationen an Kohlenwasserstoffen, ferner das weitere Vorwärmen des gesamten Ölschiefers auf Temperaturen zwischen 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 Ülschieferabriebs, der vom Rauchgas mitgeführt wird. Bei dem vorliegenden Verfahren wird die Endstufe der Flugstromvorerwärmung verwendet, Kohlenwasserstoffe zu erzeugen, und diese Kohlenwasserstoffe, die zusammen mit Ölschieferabrieb im Rauchgasstrom mitgerissen werden, werden in eine Brennkammer geführt, in welcher der Heizwert dieser Materialien

ausgenutzt wird. Es wurde gefunden, daß die entwikkelten Kohlenwasserstoffe und der mitgerissene Ölschieferabrieb bei Temperaturen zwischen etwa 704° C bis 816° C wirksam verbrannt werden können. Wenn ein erhöhtes Niveau der Carbonatzersetzung toleriert werden kann, könnten höhere Temperaturen angewandt werden. Es wurde ferner auch gefunden, daß im Prinzip eine vollständige Verbrennung in etwa 0,3 Sekunden bis 1,0 Sekunden bei diesen Temperaturen bewirkt werden kann. Das heiße Rauchgas aus der Brennkammer wird teilweise durch herkömmliche Wärmerückgewinnungstechniken gekühlt und wird zum Vorwärmen von kühlerem Rohschiefer in schieferseitig stromaufwärts 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 427° C bis 482° C, um die Bildung und das Abblasen erheblicher Mengen an Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre zu vermeiden.

Das vorliegende Verfahren kann in angemessener Weise mit zwei Vorwärmstufen und einer zwischengeschalteten Verbrennung und Rauchgaswiedererwärmung durchgeführt werden; jedoch werden drei Vorwärmstufen unter Verwendung einer einzigen zur Rauchgasaufheizung dienenden Brennkammer, die zwischen der zweiten und der dritten Vorwärmstufe angeordnet ist, bevorzugt. Es können vorteilhafterweise auch zwei zur Rauchgasaufbereitung dienende Brennkammern vorgesehen werden, wobei eine Brennkammer zwischen der ersten und der zweiten Vorwärmzone und die andere Brennkammer zwischen der zweiten und der dritten Vorwärmzone angeordnet ist.

ölschiefer, der auf eine Nenngröße von 1,27 cm zerkleinert worden ist, wird aus der Zerkleinerungsmaschine in eine Flugstromvorwärmzone eingeführt, in welcher der Schiefer mit Rauchgas bei einer Temperatur in Berührung gebracht wird, die ausreicht, den Schiefer partiell vorzuwärmen und die freie Feuchtigkeit 2:u 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 höherer Temperatur wird der Ölschiefer durch Inberührungbringen mit heißeren Rauchgasen aus einer Wärmeträgerkörper-Wiedererhitzungszone auf zunehmend höhere Temperaturen erwärmt. Der vorgewärmte Ölschiefer aus der abschließenden Vorwärmzonc wird in die: Pyrolysezone geführt. Die teilweise gekühlten Rauchgase aus den gasseitig stromabwärts der abschließenden Vorwärmzone gelegenen Vorwärmzonen werden durch eine oder mehrere Zwischenstufen-Eirennkammern geleitet, in welchen die Rauchgase durch Verbrennen 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.

Der Ölschiefer wird also vor seiner Pyrolyse in einer Retorte zur Freisetzung dampfförmiger, kohlenwasserstoffhaltiger Produkte auf Temperaturen in der Größenordnung von 204,44° C bis 343,33° C vorgewärmt, indem man den ölschiefer mit heißen Rauchgasen in eine Reihe von zumindest zwei Flugstromerhitzern mit einer stromaufwärts des abschließenden Flugstromerhitzers gelegenen Brennkammer zum Wiedererhitzen der Rauchgase darin führt und den Ölschieferabrieb und die während der Vorwärmeoperation entwickelten Kohlenwasserstoffdämpfe, die in den Rauchgasen vor dem Austragen in die Atmosphäre mitgefiihrt worden sind, verbrennt.

Das anschließend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebene Verfahren verwendet eine Kombination von drei Flugstrom-Vorwärmzonen mit einer Zwischenstufen-Brennkammer, die zwischen der zweiten und der dritten (letzten) Vorwärmzone angeordnet ist, um den Ölschiefer von etwa 10,0° C bis zu einer Temperatur von etwa 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-PS 3 265608 beschrieben worden ist. Die folgende Tabelle I gibt eine typische Siebanalyse für Rohrschiefer mit einer Nenn-Teilchengröße von 1,27 cm wieder, auf welchen die Ausführungform abgestellt ist.

Tabelle I

Siebanalyse von Rohschiefer mit einer Nennteilchengröße von 1,21 cm

Maschengröße	Zurückbehalten	Durchgang
12.7 mm	0	100,0
9,4234 mm	10,3	89,7
4.76 mm	38.5	51,2
2.38 mm	21,7	29.5
• 1.84 mm	17.2	12.3
U..1 / mm	5.5	6.8
0.177 mm	3.8	3.0
bis 0.177 mm	3,0	-

Unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung erläuterte Ausführungsform wird frisch zerkleinerter Ölschiefer (einschließlich Abrieb und Feuchtigkeit) bei etwa 1Π.O¹C kontinuierlich .in einen Stromerhitzer (erste Vorwärmzone) 10 mit einer Rate von etwa 450 t h eingeführt, in welcher der Schiefer mit relativ warmem Rauchgas von etwa 246,11 ° C aus einer Leitung 11 in Kontakt gebracht und gefördert wird. Das Rauchgas, das in die erste Vorwärmzone 10 durch die Leitung 11 eingespeist wird, ist eine Mischung des Rauchgases aus einer zweiten Vorwärmzone (Stromerhitzer) 12 mit einer Temperatur von etwa 190,56° C, das durch eine Leitung 13 zugeführt wird, mit Rauchgas aus einer Zwischenstufen-Brennkammer 24 mit einer Temperatur von etwa 760° C, das durch eine Leitung 16 zugeführt wird. In der ersten Vorwärmzone 10 wird der Ölschiefer auf etwa 93.33⁼ C vorgewärmt, während er zu einem Sammelbehälter 17 und einem Zyklonabscheider 18 transportiert wird, worin die Ölschieferteilchen vom Rauchgas getrennt werden. Der partiell vorgewärmte Ölschiefer wird dann durch Fallspeisung über Leitungen 19 und 20 in die zweite Vorwärmzone 12 mit einer Rate von etwa 450 t pro Stunde eingespeist, um dort weiter vorgewärmt zu werden. Das Rauchgas vom Zyklonabscheider 18, das eine Temperatur von etwa 107,22° C aufweist und ölschieferstaub und Wasser enthält, wird durch einen Rieselturm (nicht gezeigt) geführt und dann mit einer niedrigen Temperatur von etwa 51,67 ° C in die Atmosphäre abgelassen. In der ersten Vorwärmzone 10 werden annähernd 113,56 l/min Wasser aus dem Schiefer entfernt, das nicht in die stromabwärts gelegenen Vorwärm- und Schwelzonen gelangen soll und endgültig aus dem ölprodukt beseitigt wird.

Im Stromerhitzer der zweiten Vorwärmzone 12 wird der Ölschiefer weiter bis auf etwa 176,67° C erwärmt, wobei er durch das heiße Rauchgas, das eine Eingangstemperatur von 427° C hat, gefördert wird. Das heiße Rauchgas in der zweiten Vorwärmzone 12 wird durch eine Leitung 21 eingespeist und besteht aus dem Rauchgas aus einer dritten Vorwärmzone 22 mit einer Ausgangs-Gastemperatur von etwa 301,67° C, das durch eine Leitung 23 der Zwischenstufen-Brennkammer 24 zugeführt wird, worin es durch die Verbrennung von während der abschließenden Vorwärmoperation entwickelten Kohlenwasserstoffe, Ölschieferabrieb und zusätzlichem Brennstoff auf eine Temperatur von etwa 760° C aufgeheizt wird. Das 760° C heiße Rauchgas wird in einer Wärmerückgewinnungszone 24(d) bis auf etwa 427° C abgekühlt, bevor es in die zweite Vorwärmzone 12 eintritt. Der Schiefer wird vom Rauchgas in einem Sammelbehälter 25 und einem Zyklonabscheider 26 abgetrennt und über Leitungen 27 und 28 der dritten Vorwärmzone 22 zugeführt. Sofern noch Wasserdampf vorhanden ist, wird er in der zweiten Vorwärmzone 12 entfernt.

Derauf etwa 176.67° C teilweise vorgewärmte Ölschiefer wird in die dritte Vorwärmzone 22 eingespeist, in welcher er mit einem, durch eine Leitung

29 eingeführten Rauchgas von etwa 649° C bis etwa 760° C in Kontakt gebracht und gefördert wird, um so den gesamten Rohschieferstrom gleichmäßig bis auf etwa 288° C, ohne eine merkliche Pyrolyse desselben vor dem Schwelen in einer Pyrolysate-Retorte

30 zu bewirken, vorzuwärmen. Das in die letzte Vorwärmzone 22 eintretende Rauchgas umfaßt eine Mischung von durch eine Leitung 15 eingespeistem Kugelerhitzer-Rauchgas, das gegebenenfalls für Zwecke der Verfahrensregelung durch Zusatz von Quenchluft von etwa 37,78° C bis 48,89° C durch eine Leitung

31 abgekühlt werden kann. Der vorgewärmte Ölschiefer wird in einem Sammelbehälter 32 und einem Zyklonabscheider 33 vom Rauchgas abgetrennt und anschließend über Leitungen 34 und 35 der Retorte

■ 30 zugeführt, in welcher die Pyrolyse des Ölschiefers durch Kontakt mit heißen keramischen Körpern, die aus einem Kugelerhitzer 14 über eine Leitung 36 eingespeist werden, durchgeführt wird.

Die Brennkammer 24 enthält gewöhnlich eine Ver-

i brennungszone 24(a), in welcher Luft und Brennstoff verbrannt werden, eine Mischzone 24(fo), in welcher das Rauchgas aus der Leitung 23 mit den Verbrennungsprodukten aus der Zone 24(a) gemischt werden, eine zweite Verbrennungszone (24) c), in welcher dei

ι ölschieferabrieb und die Kohlenwasserstoffe aus dei dritten Vorwärmstufe 22 verbrannt werden, und die Wärmerückgewinnungszone 24(d), in der das Rauchgas bis auf etwa 427 " C abgekühlt wird, bevor es durch

die Leitung 21 austritt. Die Wärmerückgewinnungszone 24(rf) kann herkömmliche Luft-Wärmeaustauscher und/oder Abwärmekessel für die Dampferzeugung enthalten.

Durch einen Kugelelevator 37 und eine Leitung 38 werden keramische Kugeln in eine Heizkammer 39 des Kugelerhitzers 14 eingeführt, in welcher die Kugeln mit heißem Rauchgas aus einer Brennkammer 40 in Berührung gebracht werden. Luft und Brennstoff werden über Leitungen 41 bzw. 42 einem Zerstäubungsbrenner (nicht gezeigt) zugeführt, der in der Brennkammer 40 angeordnet ist, in welcher die Mischung zur Erzeugung von heißem Rauchgas verbrannt wird. Da die keramischen Kugeln und das Rauchgas im Gleichstrom nach unten durch den Kugelerhitzer 14 abgezogen werden, werden die Kugeln erhitzt, während das Rauchgas abgekühlt wird. Das heiße Rauchgas wird aus dem Kugelerhitzer 14 über eine Schleuse 43 und eine Leitung 44 für die Verwendung in der Rohschiefer-Vorwärmzone 22 abgezogen. Die erhitzten Kugeln werden aus der Kugelaufheizzone 39 über die Leitung 36 in den Pyrolysator 30 eingespeist.

Inder rotierenden Pyrolyse-Trommel oder Retorte 30 werden die heißen keramischen Kugeln aus dem Kugelerhitzer 14 mit dem bis auf etwa 288° C vorgewärmten Rohschiefer zur Pyrolyse desselben in Berührung gebracht. Die Kugeln und der ölschiefer durchlaufen die Retorte 30 im Gleichstrom, in welcher die Wärme der Kugeln auf den ölschiefer übertragen wird, wobei kohlenwasserstoffhaltiger Schieferöl-Dampf und verarbeiteter Schieferfeststoff entstehen. Der ausströmende Dampf, der verarbeitete Schieferfeststoff und die abgekühlten Kugeln gehen aus der Pyrolyse-Retorte 30 durch einen Tunnel 45 in ein rotierendes Trommelsieb 46, durch dessen öffnungen der zerkleinerte, verarbeitete Schieferfeststoff hindurchgeht, während der Durchtritt der größeren Kugeln verhindert wird. Der abströmende Dampf wird aus einer Dampfhaube 47 abgezogen und durch eine Leitung 48 zu einem Rückgewinnungsabschnitt (nicht gezeigt) geführt. Im wesentlichen gehen alle verarbeiteten Schieferfeststoffe durch das Trommelsieb 46 in einen Sammelbehälter 49 für verarbeitete Schieferfeststoffe, aus welchem sie durch eine Leitung 50 ausgetragen werden. Die abgekühlten Kugeln werden aus einem Sammelbehälter 51 durch eine Leitung 52 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 verschiedenen Rauchgas- und Feststoffströme beispielhaft für einen Satz von Vorwärmbedingungen, 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 Mähogany-Zone des Piceance Bassin, das im nordwestlichen Colorado gelegen ist, anwendbar sind. Mahogany-Zone-ÖIschiefer enthält gewöhnlich 113,56 bis 151,42 1 an gewinnbaren flüssigen Kohlenwasserstoffen pro Tonne an verarbeitetem Schiefer. Wenn ölschiefer entweder niedrigerer oder höherer Qualität verarbeitet wird, können die Rauchgas- und Feststoff-Temperaturen in jeder der entsprechenden Aufwärtsförderleitungen oder Stromerhitzern 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 Vorwärmers 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 t pro Tag an Mahogany-Zonen-Ölschiefer zur Bestimmung der unter spezifischen Vorwärmbedingungen für jede der drei Vorwärmstufen erzeugten Menge an Kohlenwasserstoffen durchgeführt. Aus diesen Versuchers wurde bestimmt, daß beim Vorwärmen von ölschiefer (zerkleinert auf unterhalb 1,27 cm/) von 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 260° C, 482° C bzw. 538° C betrieben, während der Schiefer auf nacheinanderfolgend höhere Temperaturen von annähernd 93,33° C, 176,67° C bzw. 260° C in den 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 organischem Kohlenstoff des Ölschieferabriebs, der in dem Rauchgas mitgerissen wurde, notwendig sind. Die Tabelle II gibt eine Analyse der durchschnittlichen Teilchengröße von ölschieferabrieb wieder, der aus der dritten Vorwärmstufe in die Brennkammer gelangte.

Tabelle II

Analyse der Teilchengröße von in die Brennkammer eintretendem ölschieferabrieb

Teilchengröße	Größere Teilchen
(μπι)	(Gew.-%)
40	0,1
30	0,2
20	0,6
15	1,2
10	η r\
8	3,3
5	11,6
3	50,1
1	92,4
0,5	97,4
0,1	100,0

Die Tabelle III gibt Analysen des Gehaltes an organischem Kohlenstoff von ölschieferabrieb wieder, die aus isokinetischen Proben erhalten wurden, bezo- *>5 gen am Eingang und Ausgang der Brennungskammer während des Betriebes der Verbrennungszone bei Temperaturen im Bereich von 721° C bis 773,9° C. Diese Daten zeigen, daß der Abrieb organischen

Kohlenstoff enthält, der zur Gewinnung seines Heizwerts verbrannt werden kann.

Tabelle III

Gehalt an organischem Kohlenstoff von mitgefürtem ölschieferabrieb

Verbren- Organischer Abrieb als Org. Kohlennungs- Kohlenstoff % der stoffgehalt

kammer (Gew.-%) Beschickung des Abriebs* Ort der (kg/Std.)

Probenahme

25 32	778	0,49	10	2	99,7
		0,50	1018	3	99,2
Heiz-	754	0,52	508	6	99,4
	771	0,52	1230	7	99,7
	773,9	0,53	1226	4	99,5
	779,4		1005
Fürtem 5	782

Eingang	16,05	0,36	243,12
Ausgang	0,23		3,63
Eingang	5,91	0,39	97,07
Ausgang	0,10		1,81

* Basierend auf 450 t/h 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 Herabsetzung des Kohlenwasserstoffgehaltes des durch die Brennkammer hindurchgehenden Rauchgases zu bewirken. Die in diesen Versuchsreihen der Brennkammer 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 t/d ausgelegt war.

Tabelle IV

Kohlenwasserstoffherabsetzung mit einer

Veraschungszone zwischen der zweiten und der

dritten Vorwärmstufe

Verbrennungszone	Verweil -	Kohlenwasserstoff	Ausgang	(ppm)	Verbren
Tempe	zeit	proben	Kohlenwasserstoff	475	nungszone
ratur	(Sek.)	Eingang	(ppm)	346	Wirkungs
(⁰C)			2129	47	grad (%)
	0,31	2129	12
660	0,29	913	9	71,2
682	0,39	1021	11	79,3
690,6	0,41	751	3	93,2
699	0,48	1040	9	98,4
718,3	0,47	648	17	98,5
721	0,48	1214	12	98,6
729,4	0,33	*arm* οτυ	2	99,4
732	0,50	890	11	99,0
738	0,50	3846	98,6
738	0,41	986	98,2
746,1	0,55	99,9
751,7	98,4

50

55

Aus den vorstehenden drei Tabellen ist es ersichtlich, daß eine erhebliche Menge an sehr feinem ölschieferabrieb im Rauchgasstrom mitgeführt wird, die als Wärmequelle für das Vorwärmsystem verwendet und sonst nicht verwertet werden kann. Außerdem ist aus Tabelle IV ersichtlich, daß die Zwischenschaltung einer Verbrennungszone (Brennkammer) zwischen der zweiten und der dritten Vorwärmstufe für die Herabsetzung des Kohlenwasserstoffgehaltes des Rauchgases sehr wirksam ist, wenn die Verbrennungszone bei einer Temperatur von höher als etwa 704° C, und vorzugsweise bei etwa 760° C bei Verweilzeiten in der Größenordnung von zumindest 0,5 Sekunden betrieben wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung des 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 verwertet und so im wesentlichen 100% der gewinnbaren Kohlenwasserstoffe entweder als flüssiges oder gasförmiges Produkt oder als Brennstoff in dem Vorwärmsystem nutzbar macht. Darüber hinaus sorgt das Verfahren für ein Vorwärmen des rohen Ölschiefers bis auf Temperaturen in der Größenordnung von 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 Verbrennung von Kohlenwasserstoffdämpfe, die in erster Linie aus einer Verdampfung des in dem Schiefer enthaltenen Bitumens herrühren, für eine wesentliche Herabsetzung der Kohlenwasserstoff-Emissionen. Die Verwendung eines einzigen Stromerhitzers zur Erzielung dieser höheren Vorwärmtemperaturen hat keine praktische Bedeutung, da der frische Rohschiefer hierbei mit Rauchgasen von hoher Temperatur, d. h. von 649° C bis 760° C in Berührung gebracht werden würde, was wiederum zu sehr starken Kohlenwasserstoff-Emissionen führen würde. Außerdem wäre, wenn ein einziger Stromerhitzer in der eben beschriebenen Weise betrieben würde, die Rauchgas-Austragstemperatur notwendigerweise in der Größenordnung von 316° C, und dieses Rauchgas würde offensichtlich wesentliche Mengen an nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen enthalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vorwärmen von Ölschiefer vor dessen Pyrolyse, bei welchem der Ölschiefer in zumindest zwei hintereinandergeschalteten Stromerhitzern durch Rauchgase erwärmt wird, welche zuerst den vom Ölschiefer zuletzt durchlaufenen Stromerhitzer und später durch den vom Ölschiefer zuerst durchlaufenen Stromerhitzer strömen und zwischen den Stromerhitzern in einer Brennkammer wieder aufgeheizt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase in der zwischen die Stromerhitzer geschalteten Brennkammer durch Verbrennen des mitgeführten Ölschieferabriebes und der mitgeführten Kohlenwasserstoffdämpfe erhitzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Ölschieferabriebes und der Kohlenwasserstoffdämpfe bei einer Temperatur oberhalb von 700° C erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des mitgeführten Ölschieferabriebes und der Kohlenwasserstoffdämpfe in der Brennkammer zwischen etwa 0,3 und 1,0 Sekunden liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase in der Brennkammer auf eine Temperatur unter 480° C abgekühlt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in den letzten Stromerhitzer eingeführte Ölschiefer auf eine Temperatur von etwa 175° C vorgewärmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Rauchgase in der Brennkammer zwischen etwa 0,5 und 1,0 Sekunden liegt und daß die Temperatur in der Brennkammer zwischen 760 und 815° C liegt.