DE2910614C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Retortenschwelen von frischen, festen, kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 34 83 116 bekannt. Dort wird kohlenwasserstoffhaltiges verklumptes Schiefergestein in einer Retorte behandelt, wobei Kohlenwasserstoffe aus dem Schiefergestein destilliert werden. Der dort verwendete Ausgangsstoff ist relativ groß dimensioniert, d. h. in der Regel weist er Durchmesser zwischen 1 und 10 cm auf. Infolge der Größe der zu behandelnden Teilchen fallen diese bei dem bekannten Verfahren auf den Boden der Retorte durch ein Fluidisierungsbett aus Feststoffen, so daß die behandelten Teilchen erst am Boden der Retorte ihre maximale Temperatur erreichen. Daraus ergibt sich eine hohe Temperatur im oberen Bereich und eine geringere Temperatur im unteren Bereich der Retorte. Mit dem bekannten Verfahren erfolgt ein Cracken des in der Retorte anfallenden Öls infolge des Durchgangs der sich entwickelnden Dämpfe durch das Fluidierungsbett mit hoher Temperatur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend auszugestalten, daß ein wirksames Retortenschwelen von kohlenwasserstoffhaltigen Feststoffen in breiter Teilchengrößenverteilung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in der Retorte eine intensive lokale Mischung, aber eine begrenzte Mischung vom oberen zu dem unteren Bereich der Retorte. Diese intensive lokale Vermischung erzeugt einen schnellen Wärmeübergang zwischen den frischen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen und den heißen Wärmeträgerteilchen. Daraus ergibt sich auch, daß der Temperaturunterschied zwischen dem oberen Bereich der Retorte und deren unterem Bereich nicht sehr groß ist. Das abgestufte Fluidisierungsbett, das sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausbildet, erbringt ein sehr geringes sekundäres Cracken, da die kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen insbesondere an der Oberfläche des Bettes behandelt werden, so daß die sich ergebenden Öldämpfe keinem bedeutenden sekundären Cracken unterzogen werden. Die Wirkung der unterschiedlich großen Teilchen besteht darin, daß der Großteil der Teilchen entgegen der Strömung des Gases nach unten sinkt, während die fluidisierbaren Teilchen in einem Fluidisierungsbett gehalten werden, um die erforderlichen hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine Rückmischung und ein Verklumpen werden dadurch begrenzt, daß man die aufladbaren und die nicht aufwirbelbaren Teilchen durch eine Vielzahl von Verteilern führt, die im Innern der Retorte angebracht sind. Zu derartigen Verteilern gehören Stäbe, Separatoren in Form performierter Platten oder Siebe, die im Abstand voneinander quer zur Fließrichtung in der Retorte angeordnet sind, oder Packungen, die die Retorte im wesentlichen ausfüllen.

Vorzugsweise wird die Verweilzeit der nicht aufwirbelbaren Teilchen auf 50 bis 90% der durchschnittlichen Verweilzeit für alle Teilchen, die durch die Retorte geleitet werden, erhöht.

Als kohlenwasserstoffhaltige Teilchen können u. a. Teilchen von Schiefer, Gilsonit und Kohle und als Wärmeträgerteilchen Sand oder andere inerte Feststoffe, bereits retortengeschwelte kohlenwasserstoffhaltige Teilchen oder Gemische aus Sand, inerten Feststoffen und kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen eingesetzt werden. Das zum Abstreifen der aus den retortengeschwelten Teilchen ausgetriebenen Kohlenwasserstoffe und als aufwirbelndes Medium eingesetzte nicht oxidierende Gas besteht vorzugsweise aus Wasserdampf, Wasserstoff, inertem Gas oder Gas, das oben aus der Retorte abgezogen und im Kreislauf in die Retorte zurückgeführt wird.

Weiterhin kann restlicher Kohlenstoff, der auf den abfließenden retortengeschwelten Teilchen zurückgeblieben ist, die aus der Retorte kommen, in einer getrennten Verbrennungszone mit einem sauerstoffhaltigen Gas verbrannt werden, um die retortengeschwelten Teilchen und irgendwelche vorhandenen inerten Teilchen zu erwärmen. Die erwärmten Teilchen können dann in die Retorte zurückgeleitet werden, um Verfahrenswärme zum Retortenschwelen der rohen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen bereitzustellen.

Die Retorte weist vorzugsweise eine ausreichende Länge auf, um das Äquivalent einer Reihe von mindestens 2 und normalerweise 4 vollkommen gemischten Stufen bereitzustellen, um ein wirksames Abstreifen und Inberührungbringen der Feststoffe zu begünstigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend näher erläutert, wobei insbesondere die Verarbeitung von Ölschiefer beschrieben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch zum Retortenschwelen anderer kohlenwasserstoffhaltiger Feststoffe, wie z. B. Gilsonit, Torf, Kohle, Gemische aus zwei oder mehreren dieser Materialien, oder irgendwelchen anderen kohlenwasserstoffhaltigen Feststoffen mit inerten Materialien, verwendet werden.

Der nachstehend verwendete Ausdruck "Ölschiefer" bezieht sich auf ein feinkörniges sedimentäres anorganisches Material, das hauptsächlich aus Ton, Carbonaten und Silikaten in Verbindung mit einem als "Kerogen" bezeichneten organischen Material besteht, das wiederum aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel und Stickstoff zusammengesetzt ist.

Der im folgenden verwendete Ausdruck "retortengeschwelte kohlenwasserstoffhaltige Teilchen" bezieht sich auf die kohlenwasserstoffhaltigen Feststoffe, aus denen im wesentlichen alle verdampfbaren Kohlenwasserstoffe entfernt wurden, die jedoch noch restlichen Kohlenstoff enthalten können.

Der Ausdruck "verbrauchter Schiefer" bezieht sich auf retortengeschwelten Schiefer, aus dem ein wesentlicher Teil des restlichen Kohlenstoffs entfernt wurde, z. B. durch Verbrennung in einer Verbrennungszone.

Die Ausdrücke "kondensiert", "nicht kondensierbar", "normalerweise gasförmig" oder "normalerweise flüssig" beziehen sich auf die Bedingungen des Materials bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 1 bar.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematisches Fließdiagramm einer Ausführungsform von Vorrichtungen und Fließwegen, die zum Retortenschwelen von Schiefer geeignet sind.

Fig. 2 erläutert graphisch typische Größenverteilungen für gemahlenen Ölschiefer, wie sie zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind.

Gemäß Fig. 1 der Zeichnungen werden rohe Schieferteilchen und heiße, bereits retortengeschwelte Schieferteilchen durch Leitungen 10 bzw. 14 in einen oberen Teil einer langgestreckten Vertikalretorte 12 eingeleitet und nach unten durch die Retorte 12 hindurchgeleitet. Ein Abstreifgas, das im wesentlichen frei von molekularem Sauerstoff ist, wird über eine Leitung 16 in einen unteren Teil der Retorte 12 eingeleitet und nach oben durch die Retorte geleitet, wodurch ein Teil der Schieferteilchen aufgewirbelt wird. Retortengeschwelte kohlenwasserstoffreiche Materialien aus den rohen Schieferteilchen, Abstreifgas und mitgerissene Feinteilchen werden durch eine Leitung 18 aus einem oberen Teil der Retorte 12 abgezogen. Die mitgerissenen Feinteilchen werden in einer Zone 20 von dem kohlenwasserstoffreichen Material und dem Abstreifgas abgetrennt, und diese Feinteilchen werden über eine Leitung 22 in einen unteren Teil der Verbrennungskammer 24 geleitet. Die abfließenden retortengeschwelten Schieferteilchen werden durch eine Leitung 38 aus einem unteren Teil der Retorte 12 abgezogen und ebenfalls in den unteren Teil der Verbrennungskammer 24 geleitet.

Die kohlenwasserstoffreichen Stoffe und das Abstreifgas, die durch eine Leitung 26 von der Zone 20 weitergeleitet werden, werden in einer Zone 28 gekühlt und durch eine Leitung 30 als Beschickung in die Destillationskolonne 32 eingeleitet. In der Destillationskolonne 32 wird die Beschickung in ein gasförmiges Produkt und ein flüssiges Produkt getrennt, die die Säule durch die Leitungen 34 bzw. 36 verlassen. Ein Teil des gasförmigen Produktes wird über die Leitung 16 in die Retorte zurückgeleitet, um als Abstreifgas zu dienen.

Durch eine Leitung 40 wird in einem unteren Teil der Verbrennungskammer 24 Luft eingeleitet, die Sauerstoff zur Verbrennung des restlichen Kohlenstoffs auf den abgezogenen retortengeschwelten Schieferteilchen und den Feinteilchen, die dort eingeführt werden, bereitgestellt. Durch die Verbrennung des Kohlenstoffs wird der bereits retortengeschwelte Schiefer erwärmt, und der erwärmte Schiefer wird zusammen mit dem Abgas durch eine Leitung 42 aus einem oberen Teil der Verbrennungskammer entfernt und in eine Abtrennzone 46 geleitet. Ein Teil des erwärmten, bereits retortengeschwelten Schiefers, vorzugsweise mit einer Teilchengröße oberhalb 0,074 mm, wird aus der Abtrennzone 46 über eine Leitung 14 in die Retorte 12 zurückgeleitet, um die Verfahrenswärme zu liefern. Das heiße Abgas und die übrigen Feststoffe werden durch Leitungen 48 bzw. 50 aus der Abtrennzone 46 abgezogen.

Gemäß Fig. 1 der Zeichnungen werden gemahlene rohe Schieferteilchen oder andere geeignete kohlenwasserstoffhaltige Feststoffe durch die Leitung 10 mit Hilfe üblicher Hilfsmittel in einen oberen Teil einer Retorte, die allgemein mit 12 gekennzeichnet ist, eingeleitet und nach unten durch die Retorte hindurchgeleitet. Feste Wärmeträgerteilchen, die eine erhöhte Temperatur aufweisen, z. B. Sand oder bereits retortengeschwelter Schiefer, werden ebenfalls mit Hilfe üblicher Hilfsmittel durch die Leitung 14 in den oberen Teil der Retorte eingeleitet und im Gleichstrom mit dem frischgemahlenen Ölschiefer nach unten durch die Retorte hindurchgeleitet. Die maximale Teilchengröße für den eingeleiteten Rohschiefer oder Wärmeträger wird bei oder unterhalb 7,9 mm gehalten. Teilchengrößen in diesem Bereich werden leicht mit Hilfe üblicher Mittel, z. B. Schlagkorbmühlen, Backenbrecher oder Kreiselbrecher, erhalten. Die Mahlverfahren können so durchgeführt werden, daß eine bestimmte maximale Teilchengröße erhalten wird, wobei jedoch nur eine geringe oder gar keine Kontrolle über die kleineren Teilchengrößen, die erhalten werden, erreicht wird. Dies trifft besonders beim Mahlen von Schiefer zu, der die Tendenz besitzt, in tafel- oder keilförmige Fragmente gespalten zu werden. Ein Beispiel für die Verteilung von Teilchengröße und Gewicht eines Schiefers, der mit Hilfe eines Backenbrechers so zerkleinert wurde, daß 100% des Schiefers ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 7,925 mm passieren, ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. Nach Fig. 2 der Zeichnung beträgt die maximale Teilchengröße 7,9 mm, wobei jedoch auch wesentliche Mengen kleinerer Schieferteilchen, deren Größe typischerweise bis herab zu 0,074 mm und darunter reicht, hergestellt werden. Schieferteilchen mit einer derartigen verhältnismäßig breiten Größenverteilung sind im allgemeinen ungeeignet für Retorten mit beweglichen Schichten, da die kleineren Schieferteilchen die Zwischenräume zwischen den größeren Schieferteilchen ausfüllen, wodurch eine Brückenbildung in der Schicht und eine Unterbrechung des Verfahrens erhalten werden. Daher ist es üblicherweise erforderlich, die meisten Feinteilchen von dem gemahlenen Schiefer abzutrennen, bevor er in einer Retorte mit beweglicher Schicht verarbeitet wird. Dieses Verfahren führt natürlich zu zusätzlichen Kosten für eine Klassierung sowie verminderter Ausnutzung der Rohstoffquelle.

Derartige Teilchengrößen sind auch ungeeignet für die Verwendung in üblichen Wirbelschichten, da für eine gegebene Gasgeschwindigkeit nur ein Teil der Teilchen aufgewirbelt wird und höhere Gasgeschwindigkeiten, die zum Aufwirbeln der größeren Schieferteilchen ausreichen, ein Mitreißen der kleineren Teilchen bewirken. Darüber hinaus ist die teilweise Aufwirbelung, die erreicht wird, höchst unbeständig, so daß eine Tendenz zur Kanalbildung oder Verklumpung besteht.

Die Temperatur des verbrauchten Schiefers, der über die Leitung 14 in die Retorte eingeführt wird, liegt üblicherweise im Bereich von 590 bis 820°C, je nachdem ausgewählten Verfahrensverhältnis von Wärmeträger zu Schiefer. Der frische Schiefer kann bei Umgebungstemperatur oder auch vorerhitzt, wenn dies zur Vermeidung des erforderlichen Wärmeaustauschs zwischen frischem Schiefer und Wärmeträger gewünscht wird, eingeführt werden. Die Temperatur am Kopf der Retorte sollte in dem breiten Bereich von 450 bis 540°C und vorzugsweise im Bereich von 482 bis 510°C gehalten werden.

Das Gewichtsverhältnis von aus verbrauchtem Schiefer bestehenden Wärmeträgerteilchen zu frischem Schiefer kann von etwa 1,5 : 1 bis 8 : 1 variiert werden, wobei ein bevorzugtes Gewichtsverhältnis im Bereich von 2,0 : 1 bis 3 : 1 liegt. Es wurde beobachtet, daß bei den höheren Gewichtsverhältnissen von verbrauchtem Schiefer zu frischem Schiefer ein gewisser Verlust an Produktausbeute auftritt, und es wird angenommen, daß der Grund für einen derartigen Verlust in einer erhöhten Adsorption der retortengeschwelten kohlenwasserstoffreichen Dämpfe durch die größeren Mengen an verbrauchtem Schiefer liegt. Weiterhin tritt als natürliche Folge des Retortenschwelens und der Verbrennung des Schiefers Abrieb von verbrauchtem Schiefer auf, und zwar in solchem Ausmaß, daß keine hohen Kreislaufverhältnisse mit verbrauchtem Schiefer allein erreicht werden können. Wenn es erwünscht ist, mit den höheren Gewichtsverhältnisen von Wärmeträgerteilchen zu frischem Schiefer zu arbeiten, kann ein Teil der Wärmeträgerteilchen oder die gesamten Wärmeträgerteilchen durch Sand ersetzt werden.

Die Massenfließgeschwindigkeit des frischen Schiefers durch die Retorte sollte bei 4880 bis 29 300 kg/Std.-m² und vorzugsweise bei 9765 bis 19 530 kg/Std.-m² gehalten werden. Daher liegt in Übereinstimmung mit den obengenannten breiteren Rückflußgewichtsverhältnissen der Wärmeträgerteilchen die Massengeschwindigkeit für die gesamten Feststoffe bei etwa 12 200 bis 263 670 kg/Std.-m². Diese Massenfließgeschwindigkeiten sind bedeutend größer als die Geschwindigkeiten, die bei den bisherigen Retortenverfahren erreichbar sind.

Ein Abstreifgas wird über die Leitung 16 in einen unteren Teil der Retorte eingeführt und im Gegenstrom zu den sich nach abwärts bewegenden Schieferteilchen nach aufwärts durch das Gefäß geleitet. Die Fließgeschwindigkeit des Abstreifgases sollte so gehalten werden, daß am Boden des Gefäßes eine oberflächliche Gasgeschwindigkeit im Bereich von etwa 0,305 bis 1,524 m/Sek. erzielt wird, wobei ein bevorzugter Bereich für die oberflächliche Geschwindigkeit bei 0,305 bis 0,610 m/Sek. liegt. Das Abstreifgas kann aus Wasserdampf, Kreislaufproduktgas, Wasserstoff oder jedem inerten Gas bestehen. Es ist jedoch besonders wichtig, daß das ausgewählte Abstreifgas im wesentlichen frei von molekularem Sauerstoff ist, um eine Verbrennung von Produkt in der Retorte zu verhindern.

Das Abstreifgas wirbelt solche Teilchen des Rohschiefers und Wärmeträgers auf, die eine minimale Aufwirbelgeschwindigkeit unterhalb der Geschwindigkeit des Abstreifgases aufweisen. Diejenigen Teilchen, die eine Aufwirbelgeschwindigkeit oberhalb der Gasgeschwindigkeit aufweisen, werden im allgemeinen mit einer rascheren Geschwindigkeit als die aufgewirbelten Teilchen nach abwärts durch die Retorte geleitet. Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Begrenzung der maximalen Bläschengröße und der vertikalen Rückmischung der sich nach abwärts bewegenden Schiefer- und Wärmeträgerteilchen unter Bildung beständiger Bedingungen, die im wesentlichen Pfropfenflußbedingungen darstellen, durch das Retortenvolumen. Echter Pfropfenfluß, wobei es wenig oder gar keine vertikale Rückmischung von Feststoffen gibt, ermöglicht eine viel höhere Umwandlung von Kerogen in verdampftes kohlenwasserstoffreiches Material als man z. B. in einer Wirbelschichtretorte erhalten kann, die eine grobe Vermischung vom Kopf bis zum Boden aufweist. In üblichen Wirbelschichten oder in Reaktoren vom Typ eines gerührten Tanks ähnelt der entfernte Produktstrom den durchschnittlichen Bedingungen in einer üblichen Reaktorzone. Daher wird in solchen Verfahren notwendigerweise teilweise retortengeschweltes Material zusammen mit dem Produktstrom entfernt, was entweder zu einer kostspieligen Abtrennung und Rückführung von nicht umgesetzten Materialien oder einer verringerten Produktausbeute oder einem vergrößerten Reaktorvolumen führt. Die Aufrechterhaltung von im wesentlichen Pfropfenflußbedingungen dadurch, daß man eine Vermischung von Feststoffen vom Kopf bis zum Boden im wesentlichen begrenzt, ermöglicht es jedoch, daß man das erfindungsgemäße Verfahren auf kontinuierlicher Basis mit einer viel größeren Kontrolle der Verweilzeit der einzelnen Teilchen durchführen kann. Die Verwendung von Einrichtungen zur Begrenzung einer wesentlichen vertikalen Rückmischung von Feststoffen ermöglicht auch eine wesentliche Verminderung in der Größe der Retortenzone, die für einen gegebenen Massendurchsatz erforderlich ist, da die Chancen zur Entfernung teilweise retortengeschwelter Feststoffe mit den retortengeschwelten Feststoffen vermindert wird. Die Einrichtungen zur Begrenzung der Rückmischung und Begrenzung der maximalen Bläschengröße können im allgemeinen als Barrieren, Verteiler oder Strömungsneuverteiler bezeichnet werden, und dazu können z. B. im Abstand angeordnete horizontale perforierte Platten, Stäbe, Siebe, Packungen oder andere geeignete Inneneinrichtungen gehören.

Bläschen, Blasen oder Lunker aus aufgewirbelten Feststoffen haben die Tendenz, in üblichen Wirbelschichten zu coaleszieren, ähnlich wie sie es in einer siedenden Flüssigkeit tun. Wenn jedoch zu viele Blasen zusammenwachsen, so erfolgt in der Schicht ein Aufwallen oder Stampfen, was zu einem bedeutenden Verlust an Wirksamkeit beim Inberührungbringen und einem Ausströmen großer Materialmengen am Kopf der Schicht nach oben führt. Die erfindungsgemäß zur Begrenzung der Rückmischung vorgesehenen Einrichtungen begrenzen auch das Zusammenwachsen großer Blasen, wodurch die Größe der Abscheidezonen etwas verringert wird.

Jede grobe Rückmischung sollte vermieden werden, aber sehr stark lokalisiertes Vermischen ist erwünscht, da es den Grad der Berührung zwischen den Feststoffen und zwischen den Feststoffen und Gasen erhöht. Der Grad der Rückmischung hängt natürlich von vielen Faktoren ab, ist jedoch in erster Linie abhängig von den besonderen Inneneinrichtungen oder Füllkörpern, die innerhalb der Retorte angebracht sind.

Der Pfropfenfluß der Feststoffe und die Berührung mit dem Gas im Gegenstrom ermöglicht auch die Aufrechterhaltung eines Temperaturgradienten durch das Gefäß. Dieses Merkmal kann mit einer üblichen Wirbelschicht aufgrund der groben gleichmäßigen Vermischung vom Kopf bis zum Boden nicht erreicht werden.

Von größerer Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist auch die Reaktion zwischen den aufgewirbelten Feststoffen, den nicht aufgewirbelten Feststoffen und den Einrichtungen, die zur Verhinderung der Rückmischung eingesetzt sind. Die aufgewirbelten Feststoffe bewegen sich im allgemeinen abwärts durch die Retorte der vorliegenden Erfindung in Form eines sich bewegenden aufgewirbelten säulenartigen Körpers. Ohne Inneneinrichtungen könnte eine beständige aufgewirbelte bewegte Schicht mit dem vorgeschlagenen Feststoffgemisch nie erreicht werden. Die erfindungsgemäß eingesetzten Einrichtungen zur Begrenzung der Rückmischung beeinflussen die Bewegung der nicht aufgewirbelten Teilchen in bedeutender Weise und erhöhen dadurch wesentlich die Verweilzeit der Teilchen. Die durchschnittliche Geschwindigkeit der fallenden, nicht aufgewirbelten Teilchen, die die Verweilzeit dieser Teilchen bestimmt, wird durch Impulsübergang von den aufgewirbelten Teilchen wesentlich verringert. Diese erhöhte Verweilzeit ermöglicht dadurch, daß die größeren Teilchen in einem einzigen Durchgang durch das Gefäß retortengeschwelt werden. Es wurde gefunden, daß mit einigen Innenkörpern, z. B. horizontal angeordneten perforierten Platten, die im Abstand voneinander in dem Gefäß angeordnet sind, die Verweilzeit der nicht aufgewirbelten Teilchen sich der durchschnittlichen Verweilzeit der Teilchen stark annähert.

Beispielsweise wurden Schieferteilchen mit einer Größe unterhalb 3,96 mm, die eine Größenverteilung aufwiesen, wie sie in der nachfolgenden Tabelle I gezeigt ist, in einem kalten Retortenmodell mit einem Durchmesser von 25,4 cm und einer Länge von 3,05 m, das mit horizontal angeordneten perforierten Platten mit einem freien Bereich von 49%, die in Abständen von 20,3 cm angeordnet waren, ausgerüstet war, untersucht. Diese Untersuchungen ergaben, daß die einer vollkommen gemischten Stufe entsprechende Höhe etwa 15,2 cm betrug. Die perforierten Platten wurden anschließend entfernt, und statt dessen wurden in die Retorte in Abständen von 10,2 cm Drahtnetze von 2,54 × 2,54 cm eingesetzt, die einen freien Bereich von 81% aufwiesen. Weitere Versuche mit der modifizierten Retorte unter Anwendung einer identischen Schieferbeschickung und der gleichen aufgewirbelten Gasgeschwindigkeit ergaben, daß die einer vollkommen gemischten Stufe entsprechende Höhe etwa 66 cm betrug.

Die Verweilzeit der größeren nicht aufwirbelbaren Schieferteilchen (Teilchengröße etwa 4 mm) wurde unter Anwendung radioaktiv markierter Teilchen bestimmt. Die Verweilzeiten betrugen etwa 95% der durchschnittlichen Verweilzeit der Teilchen mit den perforierten Platten und 75% der durchschnittlichen Verweilzeit der Teilchen mit den Drahtnetzen.

Teilchengröße, mm
Verteilung, %
2,36-3,96
25
1,41-2,36	13
0,68-1,41	25
0,29-0,68	14,5
0,15-0,29	7,5
0,074-0,15	5
-0,074	10

Als ein Ergebnis der Kombination der Pfropfenflußeigenschaften mit der intensiven örtlichen Vermischung gemäß vorliegender Erfindung stellt die Retorte das Äquivalent mehrerer in Reihe geschalteter vollkommen gemischter Stufen bereit. Der hier verwendete Ausdruck "vollkommen gemischte Stufe" bezieht sich auf eine vertikale Sektion der Retorte, worin der Grad der Feststoffmischung jener Feststoffmischung äquivalent ist, die in einer vollkommen gemischten Schicht mit grober Vermischung vom Kopf bis zum Boden erreicht wird. Die Anzahl äquivalenter vollkommen gemischter Stufen, die tatsächlich erreicht wird, hängt ab von vielen untereinander verknüpften Faktoren, z. B. dem Querschnitt des Gefäßes, der Gasgeschwindigkeit, der Teilchengrößenverteilung und der Art der Einbauten, die gewählt wurden, um die grobe Rückmischung vom Kopf bis zum Boden zu begrenzen. Vorzugsweise soll die Retorte erfindungsgemäß das Äquivalent von mindestens 4 vollkommen gemischten Stufen bereitstellen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch ein ausgezeichnetes Abstreifen der kohlenwasserstoffreichen Dämpfe aus den retortengeschwelten Feststoffen in einzigartiger Weise erreicht. Mit den Pfropfenflußeigenschaften berührt das "magere" Abstreifgas zuerst diejenigen Teilchen, die die geringste Menge an adsorbiertem kohlenwasserstoffreichem Material enthalten, so daß auf diese Weise die Triebkraft für den Massenaustausch des kohlenwasserstoffreichen Dampfes in den aufwirbelnden Strom maximiert wird. In dieser Hinsicht wirkt die Retorte sehr analog zu einer kontinuierlichen Desorptionskolonne.

Aufgrund der aus dem Schiefer ausgetriebenen Kohlenwasserstoffdämpfe, die sich mit dem Abstreifgas vermischen, wächst die Gasgeschwindigkeit über die Länge der Kolonne. Der tatsächliche Wachstumsgrad hängt ab von der Qualität des bearbeiteten Schiefers und der Massegeschwindigkeit des frischen Schiefers pro Querschnittseinheit, kann jedoch erforderlichenfalls durch geeignete Form des Retortengefäßes auf ein Minimum herabgesetzt werden. In dieser Beziehung kann das Gefäß die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes haben oder aus Sektionen von gradweise steigendem Durchmesser zusammengesetzt sein.

Der Druck am Kopf der Retorte wird vorzugsweise nicht höher als der Druck gehalten, der für die Angleichung einer Verarbeitung im abwärts gerichteten Strom erforderlich ist. Der Druck am Boden der Retorte ändert sich natürlich mit der ausgewählten Einrichtung für das im abwärts gerichteten Strom arbeitende Verfahren, liegt jedoch üblicherweise im Bereich von 2,0 bis 4,5 bar.

Aus dem oberen Teil der Retorte wird ein abfließender Produktstrom aus kohlenwasserstoffreichem Material gemischt mit dem Abstreifgas mit Hilfe üblicher Einrichtungen durch die Leitung 18 entfernt und in die Abtrennzone 20 geleitet. Da der abfließende Produktstrom üblicherweise einige mitgerissene Feinteilchen enthält, werden diese Feinteilchen vorzugsweise vor der weiteren Verarbeitung von dem Rest des Stromes abgetrennt. Diese Abtrennung kann durch jede geeignete oder übliche Einrichtung, z. B. Zyklone, Kieselsteinschichten (pebble beds) und/oder elektrostatische Abscheider, bewirkt werden. Vorzugsweise werden die Feinstoffe, die aus dem abgezogenen Produktstrom abgetrennt wurden, über die Leitung 22 in eine Verbrennungskammer geleitet, die allgemein mit 24 gekennzeichnet ist. Der Produktstrom, der nunmehr frei von Feinstoffen ist, wird aus der Abtrennzone durch die Leitung 26 abgezogen. An dieser Stelle können übliche und bekannte Verarbeitungsmethoden zur Abtrennung des aus einem normalerweise flüssigen Öl bestehenden Produktes von dem abgezogenen Produktstrom angewendet werden. Beispielsweise kann der Strom in der Kühlzone 28 durch Wärmeaustausch gekühlt werden, wobei Dampf erhalten wird, und dann in der Destillationskolonne 32 in seine normalerweise gasförmigen und flüssigen Bestandteile aufgetrennt werden. Ein Teil des gasförmigen Produktes, das die Destillationskolonne über die Leitung 34 verläßt, kann zweckmäßig über die Leitung 16 in die Retorte 12 zurückgeführt werden, um als Abstreifgas zu dienen. Gegebenenfalls kann das Gas, wenn dies bevorzugt wird, vor der Rückkehr in die Retorte vorerhitzt werden, oder es kann mit der Ausgangstemperatur aus der Destillationskolonne eingeleitet werden. Der Rest des Produktgases kann in einen Vorratsbehälter oder zu einer weiteren Verarbeitung geleitet werden, und das normalerweise flüssige Produkt wird über die Leitung 36 aus der Kolonne 32 abgezogen.

Aus dem unteren Teil der Retorte wird über die Leitung 38 mit Hilfe üblicher Einrichtungen bei der Retortentemperatur der retortengeschwelte Schiefer zusammen mit dem verbrauchten Schiefer, der als Wärmeträger diente, entfernt. Der retortengeschwelte Schiefer besitzt noch einen restlichen Kohlenstoffgehalt von etwa 3 bis 4 Gew.-% und stellt eine wertvolle Energiequelle dar, die im Verfahren vorteilhaft ausgenutzt werden kann. Über die Leitung 38 werden der retortengeschwelte Schiefer und der verbrauchte Schiefer in einen unteren Teil der Verbrennungskammer 24 geleitet. Die Verbrennungskammer 24 kann eine übliche Form aufweisen, vorzugsweise verwendet man jedoch eine mit Beförderung nach oben mittels verdünnter Phase arbeitende Verbrennungskammer. In den unteren Teil der Verbrennungskammer wird über die Leitung 40 Luft eingeleitet, und der restliche Kohlenstoff auf dem Schiefer wird teilweise verbrannt. Durch die Kohlenstoffverbrennung wird der retortengeschwelte Schiefer auf eine Temperatur im Bereich von 590 bis 816°C erhitzt, und der heiße Schiefer und das Abgas werden über die Leitung 42 aus dem oberen Teil der Verbrennungskammer abgezogen und in die Trennzone 46 geleitet. Ein Teil des heißen Schiefers wird über die Leitung 14 im Kreislauf zurückgeführt, um die Wärme für die Retorte zu liefern. Vorzugsweise wird der im Kreislauf zurückgeführte Schiefer klassiert, um praktisch allen Schiefer mit einer Teilchengröße unter 0,074 mm zu entfernen, bevor der Schiefer in die Retorte eingeführt wird, um auf diese Weise ein Mitreißen von Feinstoffen in den abgezogenen Produktgasen auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Heiße Abgase werden über die Leitung 48 aus der Trennzone entfernt, und Abfall darstellende verbrauchte Feststoffe werden über die Leitung 50 aus der Trennzone 46 abgezogen. Sauberes Abgas und/oder verbrauchte Feststoffe, die über die Leitungen 48 und 50 aus der Zone 46 abgezogen werden, können verwendet werden, um Wärme zur Dampfbildung oder zum Erhitzen von Verfahrensströmen zu liefern.

Claims (15)

1. Verfahren zum Retortenschwelen von frischen festen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen, wobei diese Teilchen in einen oberen Teil einer länglichen Vertikalretorte eingeleitet und nach abwärts durch die Retorte hindurchgeleitet und dabei in der Retorte auf Retortenschweltemperaturen erhitzt werden, die ausreichen, um kohlenwasserstoffreiche Stoffe aus den festen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen auszutreiben, und die kohlenwasserstoffreichen Stoffe aus einem oberen Teil der Retorte entfernt und die erhaltenen retortengeschwelten Teilchen aus einem unteren Teil der Retorte abgezogen werden, wobei das Erhitzen der frischen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen hauptsächlich durch Wärmeaustausch von heißen festen Wärmeträgerteilchen auf die frischen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen bewirkt wird, wobei die heißen festen Wärmeträgerteilchen in einen oberen Teil der Retorte eingeleitet werden, wobei aus einem oberen Teil der Retorte das Gas vermischt mit kohlenwasserstoffreichen Stoffen, die in der Retorte aus den frischen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen ausgetrieben werden, abgezogen werden, und wobei aus dem unteren Teil der Retorte die retortengeschwelten kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen und die Wärmeträgerteilchen abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas ein nicht oxidierendes Gas mit einer Gasgeschwindigkeit von 0,3 bis 1,5 m/sec ist, daß die Größen der in die Retorte eingeleiteten frischen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen und Wärmeträgerteilchen in einem Größenbereich liegen, der sowohl bei der Gasgeschwindigkeit aufwirbelbare als auch nicht aufwirbelbare Teilchen umfaßt; daß die aufwirbelbaren frischen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen und die aufwirbelbaren Wärmeträgerteilchen als eine sich nach abwärts bewegende säulenartige Schicht von Teilchen, die durch das und in Gegenstromberührung zu dem nach aufwärts strömenden Gas aufgewirbelt werden, mit einer ersten Geschwindigkeit nach unten fließen, die so gering ist, daß die Verweilzeit der aufwirbelbaren Teilchen in der Retorte für ein im wesentlichen vollständiges Retortenschwelen der aufwirbelbaren frischen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen in der Retorte ausreicht, und daß die nicht aufwirbelbaren frischen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen und die nicht aufwirbelbaren Wärmeträgerteilchen mit einer zweiten Geschwindigkeit in Gegenstromberührung zu dem nach aufwärts strömenden Gas nach abwärts durch die Retorte und durch die säulenartige Schicht der Teilchen fließen, die größer als die erste Geschwindigkeit, aber so klein ist, daß die Verweilzeit der nicht aufwirbelbaren frischen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen in der Retorte für ein wesentliches Retortenschwelen der nicht aufwirbelbaren frischen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen in der Retorte ausreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als frische kohlenwasserstoffhaltige Teilchen Schiefer-, Teersand-, Gilsonit- und Kohleteilchen verwendet.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Wärmeträgerteilchen bereits retortengeschwelte kohlenwasserstoffhaltige Teilchen verwendet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Wärmeträgerteilchen Sand und bereits früher retortengeschwelte kohlenwasserstoffhaltige Teilchen verwendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aufwärtsströmenden Gas und den damit vermischten kohlenwasserstoffreichen Teilchen feste Feinstoffe mitgerissen und aus dem oberen Teil der Retorte abgezogen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als nicht oxidierendes Gas ein aus der Retorte abgezogenes und zurückgeführtes Gas, Wasserdampf, Wasserstoff und/oder ein inertes Gas verwendet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil der abfließenden Feststoffe einschließlich der Teilchen, die restliche kohlenstoffhaltige Stoffe enthalten, in eine von der Retorte getrennte Verbrennungszone leitet; daß man diese abgezogenen Feststoffe in der Verbrennungszone unter Bedingungen, die zur Verbrennung mindestens eines Teils der kohlenstoffreichen Stoffe und damit zur Erhitzung der abgezogenen Feststoffe führen, mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Berührung bringt; daß man mindestens einen Teil der erhitzten abgezogenen Feststoffe aus der Verbrennungszone abzieht und daß man diesen Teil der erhitzten abgezogenen Feststoffe in den oberen Teil der Retorte als Wärmeträgerteilchen einführt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß praktisch die gesamten in die Retorte eingeführten erhitzten abgezogenen Feststoffe eine Teilchengröße von mehr als 0,074 mm aufweisen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die sich abwärts bewegenden aufwirbelbaren und nicht aufwirbelbaren Teilchen durch mehrere Verteiler leitet, die im Innern der Retorte derart angebracht und konstruiert sind, daß eine beständige Aufwirbelung der aufwirbelbaren Teilchen aufrechterhalten und die Verweilzeit der nicht aufwirbelbaren Teilchen erhöht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verteiler Separatoren in Form perforierter Platten verwendet, die in der Retorte im Abstand voneinander quer zur Fließrichtung angeordnet sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verteiler Siebe verwendet, die in der Retorte im Abstand voneinander quer zur Fließrichtung angeordnet sind.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verteile Stäbe verwendet, die in der Retorte im Abstand voneinander quer zur Fließrichtung angeordnet sind.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verteiler Packungen verwendet, die die Retorte im wesentlichen ausfüllen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der nicht aufwirbelbaren Teilchen mindestens 50% der durchschnittlichen Verweilzeit für alle die Retorte durchlaufenden Teilchen ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der nicht aufwirbelbaren Teilchen mindestens 90% der durchschnittlichen Verweilzeit für alle die Retorte durchlaufenden Teilchen ist.