DE2910792A1

DE2910792A1 - Verfahren zur retortenschwelung von kohlenwasserstoffhaltigen feststoffen

Info

Publication number: DE2910792A1
Application number: DE19792910792
Authority: DE
Inventors: David S Mitchell; David R Sageman
Original assignee: Chevron Research and Technology Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1978-03-28
Filing date: 1979-03-19
Publication date: 1979-10-04
Also published as: AU520434B2; ZA79831B; CA1119545A; GB2018814A; AU4386379A; BR7901863A; US4183800A; GB2018814B

Description

Unsere Nr. 22 288 Pr/br

Chevron Research Company San Francisco, CA, V.St.A.

Verfahren zur Retortenschwelung von kohlenwasserstoffhaltigen Feststoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Retortenschwelung von kohlenwasserstoffhaltxgen Feststoffen wie ölschiefer in einer kombinierten Wirbel-Mitreißschicht.

Ausgedehnte natürliche Vorkommen von Schiefer in Colorado, Utah und Wyoming enthalten beachtliche Mengen an organischen Stoffen, die sich bei der Pyrolyse unter Bildung von öl, Kohlenwasserstoffgasen und rückständigem Kohlenstoff zersetzen. Der Gehalt an organischer Substanz oder Kerogen dieser Vorkommen ist auf etwa 0,6 Trillionen m³ öl geschätzt worden.- Wegen der schwindenden Vorräte an Erdöl und Naturgas wurden ausgedehnte Forschungsanstreigingen auf die Entwicklung von Retortenschwelverfahren gerichtet, die auf wirtschaftliche Weise Schieferöl auf industrieller Basis aus diesen ausgedehnten Quellen herstellen.

Im Prinzip besteht die Retrotenschwelung von Schiefer und anderen ähnlichen kohlenwasserstoffhaltxgen Feststoffen einfach darin, daß man die Feststoffe auf eine erhöhte Temperatur erhitzt und die dabei entweichenden Dämpfe gewinnt, Jedoch da ölschiefer mittlerer Güte etwa 95 1 öl je Tonne / Schiefer ergibt, stellen die Kosten für die Handhabung des.* Materials einen kritischen Faktor für die wirtschaftliche

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Durchführbarkeit, eines industriellen Verfahrens dar. Die Wahl eines bestimmten Retortenschwelverfahrens muß somit sowohl die Kosten für die Handhabung des Roh- und des verbrauchten Materials sowie Produktausbeute und Verfahrenserfordernisse in Betracht ziehen.

Die erforderliche Verfahrenswärme kann entweder direkt oder indirekt zugeführt werden. Retortenschwelverfahren mit direkter Wärme sind von der Verbrennung von Brennstoffen in Gegenwart des Ölschiefers abhängig, um genügend Hitze zum Retortenschwelen zu liefern. Derartige Verfahren resultieren in niedrigeren Produktausbeuten wegen der unvermeidlichen Verbrennung eines Teils des Produktes und der Verdünnung des Produktstroms mit den Verbrennungsprodukten. Retortenverfahren mit indirekter Wärme verwenden im allgemeinen jedoch einen getrennten Ofen oder ähnliches Gefäß, worin ein festes oder gasförmiges Wärmeträgermedium erhitzt wird. Der heiße Wärmeträger wird anschließend mit den kohlenwasserstoff haltigen Feststoffen unter Lieferung von Verfahrenswärme vermischt, wodurch höhere Ausbeuten erzielt werden, während die Verdünnung des Retor-tenproduktes mit Verbrennungsprodukten vermieden wird, jedoch zum Preis von zusätzlich zu behandelndem Material . Die Retortensysteme mit indirekter Wärme, die großen Schiefer behandeln oder die ein gasförmiges Wärmeübertragungsmedium verwenden, haben im allgemeinen geringere Durchsätze je Retortenvolumen als die Systeme, worin kleinerer Schiefer behandelt wird oder feste Wärmeträger verwendet werden.

In fast allen übertageverfahren zum Retortenschwelen von Schiefer wird der Schiefer zuerst zerkleinert, um die Teilchengröße des Schiefers zu verringern, um das Material besser handhaben zu können und um die erforderliche Retortenschwelungszeit zu verringern. Viele der bekannten Verfahren

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typischerweise solche Verfahren/ die Wanderschichten verwenden, können keine überschüssige Mengen an Schieferfeinstoffen dulden, während andere Verfahren wie das Retortenverfahren unter Verwendung einer Mitschleppschicht (entrained bed retorts) erfordern, daß der gesamte zu behandelnde Schiefer eine relativ kleine Teilchengröße hat, und noch andere Verfahren wie diejenigen, die Wirbelschichten verwenden, erfordern, daß der Schiefer eine gleichmäßige Größe hat und relativ klein ist. Leider haben Zerkleinerungsverfahren nur geringe oder gar keine Kontrolle über die Breite der dabei entstehenden Teilchengrößenverteilung, da dies in der Hauptsache eine Funktion der Gesteinseigenschaften ist. Deshalb ist die Klassierung des zerkleinerten Schiefers zur Erzielung der richtigen Größenverteilung bei den meisten existierenden bekannten Verfahren normalerweise vor der Retortenschwelung erforderlieh,und in Abwesenheit von MehrfachbehandlungsSchemen muß ein Teil des Schiefers verworfen werden.

Bei gewissen bekannten Retortenverfahren mit indirekter Wärme werden der heiße Wärmeträger und der Schiefer mechanisch in einem horizontal sich verjüngenden Gefäß vermischt. Dieses mechanische Mischen resultiert oft in Hochtemperaturzonen, die zu unerwünschtem thermischen Cracken führen, und/oder zu Tieftemperaturzonen, die eine unvollständige Schwelung zur Folge haben. Da außerdem Feststoffe infolge ihrer Schwerkraft in den unteren Teil des Gefäßes absinken, ist das Strippen des retortengeschwelten Schiefers mit Gas unergiebig und resultiert in einer niedrigen Produktausbeute wegen der Readsorption eines Teils der entweichenden Kohlenwasserstoffe durch die retortengeschwelten Feststoffe.

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Bekannte Wirbelschichtretorten besitzen den Vorteil des gleichmäßigen Mischens und des ausgezeichneten Feststoffzu-Feststoff-Kontakts gegenüber den Retorten mit mechanischem Mischen. Jedoch besteht dort eine geringe Kontrolle über die Verweilzeit der einzelnen Teilchen. Deshalb wird in solchen Verfahren zwangsläufig teilweise retortengeschweltes Material zusammen mit den retortengeschwelten Feststoffen entfernt, was entweder zu einer kostspieligen Trennung und Kreislaufführung der teilweise retortengeschwelten Materialien, geringerer Produktausbeute oder der Verwendung von größerem Retortenvolumen führt. Außerdem resultiert das Gesamtmischen, das in solchen Retorten erzielt wird, in einem ungenügenden Strippen und einer ungenügenden Readsorption des Produktes durch die retortengeschwelten Feststoffe. Es sei außerdem erwähnt, daß es sehr schwierig ist, eine konventionelle stabile Wirbelschicht aus Schiefer aufrechtzuerhalten, ohne ausgiä)ige Klassierung zur Erzielung einer relativ gleichmäßigen Teilchengröße.

Die Erfindung stellt nunmehr ein Verfahren bereit,bei dem man rohe kohlenwasserstoffhaltige Teilchen in einer vertikal sich erstreckenden Retorte schwelt, indem man die kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen auf Retortenschweltemperaturen durch Wärmeübertragung von festen Wärmeträgerteilchen, die durch die Retorte von einem oberen Teil derselben geführt werden, erhitzt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

(a) ein nicht oxidierendes Gas aufwärts durch die Retorte von einem unteren Teil derselben mit einer Geschwindigkeit führt, die ausreicht, um die Wärmeträgerteilchen in einem Wirbelzustand zu halten,

(b) die rohen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen in einen dazwischenliegenden Teil der Retorte eingibt,

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-βίο) die Größe der rohen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen so hält, daß ein erster Teil derselben durch das Gas mitgerissen wird und die Retorte aufwärts passiert im Gegenstrom zu den sich abwärts bewegenden Wärmeträgerteilchen, wodurch der erste Teil der ' kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen erhitzt wird unter Bildung eines ersten Teils retortengeschwelter Feststoffe und von den retortengeschwelten Feststoffen abgetriebenen kohlenwasserstoffhaltigen Materials, und so daß ein zweiter Teil der rohen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen durch das Gas aufgewirbelt wird und die Retorte abwärts passiert im Gleichstrom mit den sich abwärts bewegenden Wärmeträgerteilchen, wodurch der zweite Teil der kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen erhitzt wird unter_tBildung eines zweiten Teils retortengeschwelter Feststoffe und von den retortengeschwelten Feststoffen abgetriebenen kohlenwasserstoffhaltigen Materials,

(d) weitestgehend Postenfluß (plug flow) der Feststoffe und Gase durch die Retorte aufrechterhält, indem man das gesamte vertikale Rückmischen (back mixing) der Feststoffe und Gase begrenzt,

(e) die austretenden Feststoffe, die die Wärmeträgerteilchen und den zweiten Teil der retortengeschwelten Feststoffe enthalten, von einem unteren Teil der Retorte abzieht und

(f) den ersten Teil der retortengeschwelten Feststoffe, das nicht oxidierende Gas und die von dem ersten und zweiten Teil der retortengeschwelten Feststoffe abgetriebenen kohlenwasserstoffhaltigen Materialien von einem unteren Teil der Retorte abzieht.

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Die kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen können Kohle, Teersand, ölschiefer oder Gilsonit und die festen Wärmeträgerteilchen können vorher retortengeschwelte Feststoffe, Sand, feuerfeste Feststoffe oder Gemische davon enthalten. Die nicht oxidierenden Gase sind vorzugsweise Wasserdampf, Wasserstoff oder Gas, das von der Retorte abgezogen und in den Kreislauf geführt wurde.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht außerdem darin, daß man einenTeil der von der Retorte abgezogenen retortengeschwelten Feststoffe und Wärmeträgerteilchen, die restliches kohlenstoffhaltiges Material enthalten, in einen von der Retorte getrennten Verbrennungsraum führt,

diese Retortenfeststoffe mit einem sauerstoffhaltigen Gas kontaktiert unter Bedingungen, unter denen mindestens ein Teil des kohlenstoffhaltigen Materials verbrennt und dadurch die retortengeschwelten Feststoffe und die Wärmeträger teilchen erhitzt werden,

diese erhitzten retortengeschwelten Feststoffe und Wärmeträgerteilchen von dem Verbrennungsraum abzieht und

mindestens einen Teil dieser erhitzten retortengeschwelten Feststoffe und Wärmeträgerteilchen zur Retorte als Wärmeträgerteilchen zurückführt.

Erfindungsgemäß wird die Begrenzung des gesamten vertikalen Rückmischens der Feststoffe und Gase vorzugsweise dadurch erzielt, daß man die Feststoffe und Gase durch Barrieren führt, die in der Retorte angeordnet sind, wie Füllmaterial oder andere geeignete feste Einsätze.

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Fig. 1 erläutert graphisch typische Größenverteilungen von zerkleinertem Ölschiefer ₍ der sich für die Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren eignet.

Fig. 2 ist ein schematisches Fließdiagramm einer Ausführungsform einer Vorrichtung und eines Fließweges, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Retortenschwelen von Schiefer eignen.

Zwar wird das erfindungsgemäße Verfahren im nachstehenden anhand der Behandlung von Ölschiefer erläutert, jedoch soll darauf hingewiesen werden, daß das Verfahren ebenso zum Retortenschwelen anderer kohlenwasserstoffhaltiger Feststoffe wie Gilsonit, Torf, Kohle, Gemische von zwei oder mehreren dieser Materialien oder irgendeines anderen kohlenwasserstoffhaltigen Feststoffs mit inerten Materialien angewandt werden kann.

Der Ausdruck "Ölschiefer", wie er im vorliegenden verwendet wird, betrifft feinkörniges sedimentäres anorganisches Material, das in der Hauptsache Ton, Garbonat und Silikat in Verbindung mit organischen Substanzen, die aus Kohle, Wasserstoff, Schwefel und Stickstoff zusammengesetzt sind und die "Kerogen" genannt werden, ist.

Die Ausdrücke "retortengeschwelte kohlenwasserstoffhaltige Teilchen" und "retortengeschwelte Feststoffe", wie sie im vorliegenden verwendet werden, betreffen kohlenwasserstoffhaltige Feststoffe, von denen im wesentlichen alle flüchtigen Kohlenwasserstoffe entfernt worden sind, die jedoch noch Restkohlenstoff enthalten können.

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Der Ausdruck "verbrauchter Schiefer", wie er im vorliegenden verwendet wird, betrifft retortengeschwelten Schiefer, von dem ein wesentlicher Teil des Restkohlenstoffs entfernt worden ist, beispielsweise durch Verbrennung in einer Verbrennungszone .

Die Ausdrücke "kondensiert", "nich-^kondensierbar" "normalerweise gasförmig" oder "normalerweise flüssig" beziehen sich auf den Zustand des Materials bei einer Temperatur von 25⁰C und Atmosphärendruck.

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 werden Beispiele von Teilchengrößen und Gewichtsverteilungen für verschiedene Sorten von Colorado-Ölschiefer gezeigt, der mit einem Walzenbrecher derart behandelt wurde, daß 100 % des Schiefers durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite" von 710 μ durchgehen. Teilchengrößen in diesem Bereich lassen sich leicht durch übliche Maßnahmen herstellen. Diese Zerkleinerung kann zur Herstellung einer maximalen Teilchengröße angewandt werden, jedoch wird über die kleineren hergestellten Teilchen nur eine geringere oder gar keine Kontrolle erzielt. Dies ist insbesondere der Fall bei Schiefer, der dazu neigt, sich in platten- oder keilförmige Bruchstücke zu spalten. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die maximale Teilchengröße 710 μ, jedoch werden wesentliche Mengen an kleineren Schieferteilchen, typischerweise bis hinunter zu 74 μ und darunter, ebenfalls hergestellt. Schieferteilchen mit so relativ breiter Größenverteilung sind im allgemeinen für Wanderschichtretorten ungeeignet, da die kleineren Schieferteilchen die Zwischenräume zijwschen den größeren Schieferteilchen ausfüllen, was eine Brückenbildung der Schicht und unterbrochenen Betrieb zur Folge hat. Deshalb ist es

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normalerweise erforderlich, den größten Teil der Feinteile vom zerkleinerten Schiefer vor der Verarbeitung in einer Wanderschichtretorte zu entfernen. Diese Behandlung hat natürlich zusätzliche Klassierungskosten sowie die Verringerung der Verwendung von Hilfsquellen zur Folge.

Derartige Teilchengrößen sind außerdem für die Verwendung in üblichen Wirbelschichten ungeeignet, da bei einer gegebenen Gasgeschwindigkeit nur ein Teil der Teilchen aufgewirbelt wird, während höhere Gasgeschwindigkeiten, die ausreichen, um die größeren Schieferteilchen aufzuwirbeln ein Mitschleppen der kleineren Teilchen verursachen. Außerdem ist die erzielte Teilaufwirbelung höchst unstabil und neigt zur Kanal- und Klumpenbildung.

In Fig. 2 wird gezeigt, wie rohe Schieferteilchen durch Leitung 10 in einen dazwischenliegenden oder mittleren · Teil einer vertikal sich erstreckenden Retorte 12 eingegeben werden. Heiße Wärmeträgerteilchen, wie zuvor retortengeschwelter Schiefer, werden an einem oberen Teil dieser Retorte über Leitung 44 eingegeben. Ein Abstreifgas, im wesentlichen frei von molekularem Sauerstoff wird durch Leitung 14 an einem unteren Teil der Retorte 12 eingegeben und wird aufwärts durch dieselbe geführt, wobei der Wärmeträger aufgewirbelt wird. Ein erster Teil der rohen Schieferteilchen wird durch das Abstreifgas mitgerissen und passiert die Retorte aufwärts vom Eintrittspunkt im Gegenstrom zum sich abwärts bewegenden Wärmeträger. Ein zweiter Teil der rohen Schieferteilen wird durch das Abstreifgas aufgewirbelt und passiert die Retorte abwärts im Gleichstrom mit den Wärmeträgerteilchen. Produktdämpfe, die von den retortengeschwelten Feststoffen abgestreift, wurden, Abstreifgas und die mitgerissenen retortengeschwelten Feststoffe werden über Kopf von der Retorte durch

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Leitung 16 zu einer Trennzone 18 weggeführt. Produktdämpfe und Abstreifgas, die in Zone 18 von den mitgerissenen Feststoffen abgetrennt wurden und über Leitung 26 weggeführt wurden, werden in Zone 28 gekühlt und als Beschickung in die Destillationssäule 32 eingegeben. In Säule 32 wird der Brennstoff in ein gasförmiges und ein flüssiges Produkt getrennt, das die Säule durch Leitungen 34 bzw. 36 verläßt. Ein Teil des gasförmigen Produktes wird über Leitung 14 im Kreislauf zur Retorte geführt, um als Abstreifgas zu dienen.

Die von den Produktdämpfen und vom Abstreifgas abgetrennten mitgerissenen retortengeschwelten Feststoffe werden von Zone 18 durch Leitung 20 zu Leitung 24 geführt. Die ausgetragenen retortengeschwelten Feststoffe und Wärmeträgerteilchen werden vom unteren Teil der Retorte 12 entfernt und durch Leitung 24 zu einem unteren Teil des Verbrennungsraums 22 geführt.

In den Verbrennungsraum 22 wird über Leitung 38 Luft eingegeben, die Sauerstoff liefert, um den Restkohlenstoff auf den retortengeschwelten Feststoffen'zu verbrennen. Die Kohlenstoffverbrennung erhitzt die retortengeschwelten · Feststoffe und Wärmeträgerteilchen, die mit dem Rauchgas von einem oberen Teil des Verbrennungsraums durch Leitung entfernt und zu einer Trennzone 42 geführt werden. Ein Teil des heißen zuvor retortengeschwelten Schiefers, vorzugsweise über 297 μ, wird im Kreislauf von Zone 42 durch Leitung 44 zur Retorte geführt, um Verfahrenswärme zu liefern. Heißes Rauchgas und die zurückbleibenden festen Teilchen werden von Trennzone 42 durch Leitungen 46 bzw. 48 weggeführt.

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Die Temperatur des über Leitung 44 in die Retorte eingegebenen verbrauchten Schiefers oder Wärmeträgers beträgt normalerweise zwischen. 593 bis 816⁰C je nach gewähltem Betriebsverhältnis von Wärmeträger zu Schiefer. Der rohe Schiefer kann der Retorte durch Leitung 10 bei Umgebungstemperatur oder gegebenenfalls vorgewärmt zugegeben werden, um die Wärmeübertragung, die zwischen dem frischen Schiefer und dem Wärmeträger erforderlich ist, zu reduzieren. Die Temperatur am oberen Teil der Retorte sollte innerhalb eines breiten Bereiches von 454 bis 538°C und vorzugsweise zwischen 482 und 510⁰C gehalten werden.

Das Gewichtsverhältnis von verbrauchtem Schiefer als Wärmeträger zu frischem Schiefer kann zwischen etwa 1,5:1 und 8:1, vorzugsweise zwischen 2,0:1 und 3:1 liegen. Es wurde beobachtet, daß ein gewisser Verlust an Produktausbeute bei höheren Gewichtsverhältnissen von verbrauchtem Schiefer zu frischem Schiefer erfolgt,und man vermutet, daß die Ursache für diesen Verlust in der erhöhten Adsorption des retortengeschwelten kohlenwasserstoffhaltigen Dampfes durch größere Mengehan verbrauchtem Schiefer liegt.

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Außerdem erfolgt ein Zerreiben des verbrauchten Schiefers, was eine natürliche Folge der Retortenschwelung und Verbrennung des Schiefers ist, .in einem solchen Ausmaß, daß hohe Kreislaufverhältnisse mit dem verbrauchten Schiefer allein nicht erzielt werden können. Wenn es erwünscht ist, bei höheren Kreislaufverhältnissen von Wärmeträger zu frischem Schiefer zu arbeiten, kann anstelle eines Teils oder des gesamten Wärmeträgers Sand verwendet werden.

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Ein Abstreifgas wird über Leitung 14 in einen unteren Teil der Retorte eingeführt und aufwärts durch das Gefäß geführt, wobei der abwärts sich bewegende verbrauchte Schiefer aufgewirbelt wird. Die Fließgeschwindigkeit des Abstreifgases sollte so gehalten werden, daß eine Oberflächengasgeschwindigkeit am Boden des Gefäßes zwischen etwa 30 cm je Sekunde bis 6 m je Sekunde, vorzugsweise 1 ι je Sekunde bis 2,10 m je Sekunde erzeugt wird. Das Abstreifgas kann aus Wasserdampf, Kreislaufproduktgas, Wasserstoff oder inertem Gas bestehen. Es ist jedoch besonders wichtig, daß das Abstreifgas im wesentlichen frei von molekularem Sauerstoff ist, um eine Produktverbrennung innerhalb der Retorte zu verhindern.

Der rohe zerkleinerte Schiefer, der typischerweise die in Figur 1 gezeigte Größenverteilung aufweist, wird mit Hilfe üblicher Maßnahmen durch Leitung 10 in einen Zwischenteil der Retorte eingegeben. Zur Beschreibung des Verfahrens wird davon ausgegangen, daß der Schiefer eine Teilchengrößenverteilung hat, die derjenigen in Fig. 1 gezeigten Verteilung entspricht. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Teilchengrößen beschränkt.

Ein Teil dieser frischen Schieferbeschickung, beispielsweise ein solcher ., dessen. Teilchen kleiner als 297 μ sind, wird durch das Wirbelgas mitgerissen und aufwärts durch die Retorte im Gegenstrom zum abwärts sich bewegenden heißen verbrauchten Schiefer geführt. Wenn der rohe Schiefer aufwärts durch die Retorte steigt, wird er durch Kontakt mit dem verbrauchten Schiefer und dem Wirbelgas auf " Retortenschweltemperaturen erhitzt. Die von den retortengeschwelten Feststoffen entweichenden kohlenwasserstoff-

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haltigen Materialien werden von der Säule weggefegt und Überkopf durch Leitung 16 mit den mitgerissenen retortengeschwelten Feststoffen und dem Wirbelgas geführt.

■Der zurückbleibende Teil des rohen Ölschiefers, d.h. diejenigen Teilchen, die größer als 297 μ sind, werden durch das aufwärts strömende Gas aufgewirbelt und fließen abwärts durch die Retorte im Gleichstrom mit dem verbrauchten Schiefer und werden dadurch auf Retortenschweltemperatur erhitzt. Der von diesen größeren Schieferteilchen entweichende Kohlenwasserstoffdampf wird durch das Gas abgestreift und aufwärts durch die Retorte geführt. Der retortengeschwelte Schiefer und der verbrauchte Schiefer werden aus dem unteren Teil der Retorte durch Leitung entfernt.

Die Massenfließgeschwindigkeit des frischen Schiefers durch die Retorte sollte zwischen 454 kg/Std.-0,09 m² und 2720 kg/Std.-0,09 m^a und vorzugsweise zwischen 907 kg/Std.-0,09 m² und 1810 kg/Std.-0,09 m² liegen. Gemäß den vorstehend genannten breiteren Kreislaufwärmeträgergewichts verhältnis sen beträgt die Gesamtfeststoffmassengeschwindigkeit zwischen etwa 1130 kg/Sti-0,09 m² und 24 500 kg/Std.-0,09 m² (54 000 lb/hr-ft²).

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Begrenzung des gesamten vertikalen Rückmischens des sich bewegenden Schiefers und des Wärmeträgers, um stabile, im wesentlichen Postenflußbedingungen (plug flow conditions) innerhalb des Retortenvolumens zu schaffen. Echter Postenfluß, worin nur geringes oder gar kein vertikales Rückmischen der Feststoffe vorliegt, gestattet einen wesentlich höheren Umsetzungsgrad von Kerogen zu dampfförmigen kohlenwasserstoffhaltigen

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Materialien als beispielsweise in einer Wirbelschieb.tretorte erzielt werden kann mit einem gesamten von unten nach oben sich Vermischen. In üblichen Wirbelschichten oder in Rührtankreaktoren gleicht der entfernte Produktstrom etwa den Durchschnittsbedingungen in der Reaktorzone. Bei solchen Verfahren wird somit teilweise retortengeschweltes Material zwangsläufig mit dem Produktstrom entfernt, was entweder eine kostspielige Trennung und Kreislaufführung der nicht umgesetzten Materialien und eine verminderte Produktausbeute oder ein größeres Reaktorvolumen zur Folge hat. Die Aufrechterhaltung von im wesentlichen Postenflußbedxngungen durch die wesentliche Begrenzung des von-unten-nach-oben-Vermischens der Feststoffe gestattet jedoch das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich zu betreiben mit einer wesentlich größeren Kontrolle der Verweilzeit der einzelnen Teilchen. Die Verwendung von Mitteln zur wesentlichen Begrenzung des vertikalen Rückmischens der Feststoffe gestattet außerdem eine wesentliche Verringerung der Größe der Retortenzone, die für einen gegebenen-Massendurchsatz erforderlich .ist, da die Gefahr der Entfernung von teilweise retortengeschwelten Feststoffen zusaTnmen mit den retortengeschwelten Feststoffen verringert wird. Die Mittel zur Begrenzung des Rückmischens und zur Begrenzung der maximalen Blasengröße können allgemein beschrieben werden als Barrieren, Zerteiler oder Strömungsumverteiler und können beispielsweise im Abstand befindliche horizontal angeordnete perforierte Platten, Stäbe, Siebe, Füllungen oder andere geeignete Einsätze sein. Eine besonders bevorzugte Füllung sind Pallringe. ' .

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Blasen von aufgewirbelten Feststoffen neigen in üblichen Wirbelschichten zum Zusammenwachsen in dem Ausmaß, wie sie es in siedenden Flüssigkeiten tun. Jedoch wenn zuviele Blasen zusammenwachsen, hat dies ein Stoßen oder Stampfen in der Schicht zur Folge, was zu einem beachtlichen Verlust der Wirksamkeit im Hinblick auf Kontaktierung und einem nach oben Spritzen großer Mengen des Materials am oberen Teil der Schicht führt. Die Mittel, die im vorliegenden zur Begrenzung des Rückmischens vorgesehen sind, begrenzen außerdem das Zusammenwachsen von großen Blasen, wodurch die Auslösungszonen (disengaging zone) etwas verkleinert werden dürfen.

Jedes Gesamtrückmischen sollte vermieden werden, jedoch ist ein äußerst lokalisiertes Mischen insofern wünschenswert als es das Ausmaß an Kontaktierung zwischen den einzelnen Feststoffen und denJGasen erhöht. Das Ausmaß an Rückmischen ist natürlich abhängig von vielen Faktoren, hängt jedoch in der Hauptsache von den jeweiligen Einsätzen oder Füllungen ab, die innerhalb der Retorte angeordnet sind.

Der Postenfluß der Feststoffe und der Gegenstromgaskontakt gestatten außerdem die Aufrechterhaltung eines Temperaturgradienten durch das Gefäß. Dies ist ein Merkmal, das mit einer üblichen Wirbelschicht nicht erzielt werden kann wegen des gleichmäßigen Gesamtmischens von oben nach unten.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird das Aufwärtsströmen des mitgerissenen Feststoffmaterials im wesentlichen durch die Mittel unterdrückt, die zur Begrenzung des gesamten

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vertikalen Rückmischens verwendet werden. In den meisten Fällen ist je nach Wahl des jeweiligen Mittels zum Unterdrücken des Gesamtmischens innerhalb der Reaktionszone und anderer Faktoren die Feststoffhaltezeit der mitgerissenen Feststoffe mindestens ein Vielfaches von und oft Größenordnungen größer als bei bekannten Verfahren. Dieser Aspekt des Verfahrens ist besonders wichtig, weil bei vielen Retortenschwelverfahren die Retortengefäße häufig 10 bis 50 % der Kapitalkosten des Verfahrens darstellen. Durch Verdoppelung der Festhaltezeit der mitgerissenen Feststoffe können die Kapitalkosten wesentlich reduziert werden.

Der Überkopf-Produktaustragsstrom aus der Retorte, der kohlenwasserstoffhaltiges Material enthält, das mit retortengeschwelten Feststoffen und Abstreifgasen vermischt ist, wird durch Leitung 16 zur Trennzone 18 geführt, worin die retortengeschwelten Feststoffe vom Rest des Stromes entfernt werden. Dieser Vorgang läßt sich durch alle geeigneten oder üblichen Mittel bewirken, wie Heißzyklone, Kiesschichten und/oder elektrostatische Abscheider. Vorzugsweise werden die vom Produktaustragsstrom abgetrennten retortengeschwelten Feststoffe über Leitungen 20 und 24 zu einem Verbrennungsraum geführt, der mit Nr. 22 bezeichnet ist. Der von retortengeschwelten Feststoffen befreite Produktaustrag wird von der Trennzone über Leitung 26 weggeführt. In diesem Zusammenhang können übliche und wohlbekannte Verarbeitungsmethoden zum Trennen der normalerweise flüssigen ölprodukte vom Produktaustragsstrom angewandt werden. Beispielsweise kann der Strom durch Wärmeaustausch in Kühlzone 28'unter Erzeugung von Dampf gekühlt werden und dann in Destillationssäule 32 in

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seine normalerweise gasförmigen und flüssigen_ΛKomponenten getrennt werden. Ein Teil des· gasförmigen Produktes,
das über Leitung 34 die Destillationssäule verläßt, kann zweckmäßigerweise im Kreislauf zur Retorte 12 über Leitung 14 geführt werden und als Abstreifgas verwendet werden. Gegebenenfalls kann das Gas vor der Kreislaufführung in die Retorte vorgeheizt oder mit der Austragstemperatur
aus der Destillationssäule eingeführt werden. Das zurückbleibende Produktgas wird zum Lagern oder zur Weiterbehandlung geführt und das normalerweise flüssige·Produkt wird von Säule 32 über Leitung 36 abgezogen.

Die retortengeschwelten Schieferfeststoffe werden zusammen mit dem als Wärmeträger dienenden verbrauchten Schiefer zum unteren Teil der Retorte über Leitung 24 nach üblichen Methoden bei Retortentemperatur abgezogen. Der retortengeschwelte Schiefer hat einen Restkohlenstoffgehalt von etwa 3 bis 4 Gew.-% und stellt eine wertvolle Energiequelle dar, die zum weiteren Nutzen des Verfahrens verwendet werden kann. Von Leitung 24 werden der. retortengeschwelte Schiefer und der verbrauchte Schiefer zu einem unteren Teil des
Verbrennungsraums 24 eingeführt. Zwar kann der Verbrennungsraum 24 irgendeine übliche Gestalt besitzen, jedoch wird bevorzugt, daß derselbe ein Verdünntphasenauftriebsverbrennungsraum (dilute phase lift combustor) ist. In den unteren Teil des Verbrennungsraums wird über Leitung 38 Luft eingespritzt,und der Restkohlenstoff auf dem Schiefer wird teilweise verbrannt. Die Kohleverbrennung erhitzt
den retortengeschwelten Schiefer auf eine Temperatur zwischen 593 und 816°C,und der heiße Schiefer und das Rauchgas
werden von dem oberen Teil des Verbrennungsraums über
Leitung 40 abgezogen und zur Trennzone 42 geführt. Ein
Teil dieses heißen Schiefers wird im Kreislauf über Leitung

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44 geführt, um Wärme für die Retorte zu liefern. Vorzugsweise wird der im Kreislauf geführte Schiefer klassiert, um im wesentlichen jeglichen Schiefer, dessen Teilchengröße unter 297 μ liegt, vor der Einführung in die Retorte zu entfernen, um das Herübertragen der mitgerissenen Feinstoffe in den Austragsproduktdampf auf eine Minimum herabzusetzen. Heiße Rauchgase werden von der Trennzone über Leitung 46 . entfernt und verbrauchte Feststoffe werden aus der Zone über Leitung 48 weggeführt. Das gereinigte Rauchgas und/oder die verbrauchten Feststoffe, die von der Zone 42 über Leitungen 46 und 48 weggeführt werden, können zur Lieferung von Hitze für Stromerzeugung oder zum Aufheizen von Verfahrensströmen verwendet werden. -

Für: Chevron Research Company

San Francisco^ CA, V.St.A.

Dr.H.J.Wolff Rechtsanwalt

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ό/

Claims

BEIL, WOLFF & BEIL RECHTSANWÄLTE ADELONSTRA3SE 58 16. Μ§ΓΖ 1979 FRANKFURT AM MAIN 80 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Retortenschwelung (retorting), bei dem man rohe kohlenwasserstoffhaltige Teilchen in einer vertikal sich erstreckenden Retorte schwelt, indem man die kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen auf Retortenschweltemperaturen durch Wärmeübertragung von festen Wärmeträgerteilchen, die durch die Retorte von einem oberen Teil derselben geführt werden, erhitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) ein nicht oxidierendes Gas aufwärts durch die Retorte von einem unteren Teil derselben mit einer Geschwindigkeit führt, die ausreicht, um die Wärmeträgerteilchen in einem Wirbelzustand zu halten,

(b) die rohen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen in einen dazwischenliegenden Teil der Retorte eingibt,

(c) die Größe der rohen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen so hält, daß ein erster Teil derselben durch das Gas mitgerissen wird, und die Retorte aufwärts passiert im Gegenstrom zu den sich abwärts bewegenden Wärmeträgerteliehen, wodurch der erste Teil des kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen erhitzt wirö unter Bildung einea ersten Teils retortengeschwelter Feststoffe und von den retortengeschwelten Peststoffen abgetriebenen kohlenwasserstoffhaltigen Materials _f und so dafi ein zweiter Teil der rohen kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen durch das Gas aufgewirbelt wird und die Retorte abwärts passiert im Gleichstrom mit den sich abwärts bewegenden Wärmeträgerteilchen.

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wodurch der zweite Teil der kohlenwasserstoffhaltigen Teilchen erhitzt wird unter Bildung eines zweiten Teils retortengeschwelter Feststoffe und von den retortengeschwelten Feststoffen abgetriebenen kohlenwasserstoffhaltigen Materials/

(f) den ersten Teil der retortengeschwelten Feststoffe, das nicht oxidierende Gas und die von dem ersten und zweiten Teil der retortengeschwelten Feststoffe abgetriebenen kohlenwasserstoffhaltigen Materialien von einem unteren Teil der Retorte abzieht.

2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daü man als kohlenwasserstoffhaltige Teilchen Kohle, Teersand, Ölschiefer oder Gilsonit verwendet. . ■ '.-

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als feste WÄrmeträgerteilchen zuvor retortengeschwelt· Feststoffe, Sand, feuerfeste Feststoffe oder.Gemische davon verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß.man als nicht oxidierende Gase Wasserdampf, Wasserstoff oder Gas, das von der Retorte abgezogen und in den Kreislauf geführt wurde, verwendet.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil der von der Retorte abgezogenen retortengeschwelten Feststoffe und Wärmeträgerteilchen, die restliches kohlenstoffhaltiges Material enthalten, in einen von der Retorte getrennten Verbrennungsraum führt,

diese Retortenfeststoffe mit einem sauerstoffhaltigen Gas kontaktiert unter Bedingungen, unter denen mindestens ein Teil des kohlenstoffhaltigen Materials verbrennt und dadurch die retortengeschwelten Feststoffe und die Wärmeträgerteilchen erhitzt werden,

mindestens einen Teil dieser erhitzten retortengeschwelten Feststoffe und Wärmeträgerteilchen zur Retorte als Wärmeträgerteilchen zurückführt. .

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß * das Begrenzen des gesamten vertikalen Rückmischens der Feststoffe und Gase dadurch erzielt wird, daß man diese Feststoffe und* Gase durch Barrieren führt, die in dieser Retorte angeordnet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Barrieren Füllmaterial oder feste Einsätze verwendet. . . .

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