DE2929786C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schwelen von Ölschiefer und/oder anderen schwelbaren Stoffen, mit einem zum Schwelen dienenden Prozeßstrang mit einem geschlos­ senen Kreislauf und ohne Kondensatrückgewinnung, wobei in dem Prozeßstrang strömende Stoffe mittels Wärmetausch auf Schweltemperatur erwärmt werden.

Als weitere schwelbare Stoffe kommen ballastreiche Brenn­ stoffe in Frage wie z. B. bituminöse Gesteine, Bleicherden, aschereiche Kohle, Ölsande, Müll und dergleichen.

Zum Schwelen von Ölschiefer und ähnlichen brennstoffhaltigen Stoffen mit hohem Anteil an Ballaststoffen sind schon zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden, für die zum Teil auch Pilotanlagen errichtet worden sind. Es ist jedoch schwierig, den Brennstoffgehalt des Rohstoffes vollständig und mit befriedigendem Wirkungsgrad zu verwerten, da näm­ lich nach dem Schwelen ein gewisser Anteil Brennstoff, insbesondere Kohlenstoff im geschwelten Stoff verbleibt, dessen Verbrennungswärme vielfach gar nicht, mitunter aber nur mit erheblichem apparativem Aufwand genutzt werden kann.

Ein Überblick über solche Verfahren ist in E/MJ (September 1977) S. 148 bis 154, erläutert. Eines der eingangs ge­ nannten Verfahren ist dort unter der Bezeichnung "Lurgi L. R." beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird im Kreislauf geführter entschwelter Rohstoff als Wärmeträger verwendet. Nach dem Schwelen wird dieser Rohstoff pneu­ matisch in einen Sammelbunker gefördert, wobei der soge­ nannte fixe Kohlenstoff verbrennt, was zu einer Steige­ rung der fühlbaren Wärme über die Schweltemperatur hinaus führt. Die Förderluft, die gleichzeitig als Verbrennungs­ luft zur Verbrennung des fixen Kohlenstoffs verwendet wird, verläßt diesen Prozeßstrang mit Verbrennungstempe­ ratur ins Freie und geht verloren. Auch die in der Asche, d. h. dem vollständig ausgebrannten Rohstoff enthaltene Wärme geht verloren.

Bei einem anderen dort erläuterten Verfahren werden durch die Verbrennung von Prozeßgas Keramikkugeln erhitzt, die als feste Wärmeträger für die beim Schwelvorgang benötigte Wärme dienen. Zum Erhitzen der Keramikkugeln wird ein gesonderter Kugelerhitzer verwendet, dessen Abgase zur Vorerwärmung des zu schwelenden Rohstoffs, nämlich Öl­ schiefer, dienen. Bei diesem Verfahren wird der nach dem Schwelen im Rohstoff noch verbleibende fixe Kohlenstoff nicht verwertet. Der Schwelrückstand verläßt den Prozeß mit Schweltemperatur (etwa 500°C) und muß durch Aufdüsen von Wasser gekühlt werden, da er sonst weiterbrennen und eine erhebliche Umweltbelastung (z. B. Gestank) darstellen würde.

Andere dort erläuterte Verfahren benutzen im Kreislauf geführtes Schwelgas als Wärmeträger. Dieses wird entweder direkt durch Verbrennung oder durch indirekte Ewärmung erhitzt. Als Kreislaufgas wird der nicht kondensierbare Anteil der Schwelgase verwendet. Die Kreislaufgase werden also zur Kondensatausfällung gekühlt, um anschließend zur Wärmeübertragung für den Schwelvorgang wieder erhitzt zu werden. Das hat einen erheblichen Wärmeverlust mit ent­ sprechend verringertem Wirkungsgrad zur Folge. Den dabei noch günstigsten Wärmegrad besitzt ein Verfahren, bei dem die auf das Kreislaufgas übertragene Wärme aus der Ver­ brennung der fixen Kohlenstoffe stammt. Auch bei diesen Verfahren verläßt die Asche den Prozeß mit Verbrennungs­ temperatur von ca. 800°C.

Weiter wurden auch schon Retortenverfahren mit indirektem Wärmeübergang von Gas auf Feststoff vorgeschlagen, haben sich jedoch nicht durchsetzen können, weil die indirekte Wärmeübertragung Gas/Feststoff bei den erforderlichen großen Baueinheiten wegen der dann erforderlichen großen Wärmeübertragungsflächen zu noch nicht beherrschbaren Kon­ struktionen führen.

Weiter wurden auch schon sogenannte insitu-Verfahren vor­ geschlagen, bei denen der Rohstoff in der Lagerstätte ge­ schwelt wird, wobei auch der fixe Kohlenstoff bereits ver­ brannt werden soll. Diese insitu-Verfahren haben sich wegen der schwer lösbaren Probleme einer geregelten Prozeß­ führung ebenfalls nicht bewähren können. Bei solchen Ver­ fahren wurde bei relativ wertstoffreichen Ölschiefern über lediglich eine Ausbeute von 50 bis 60% berichtet.

Bei der Entschwelung anderer Rohstoffe wurden schon Ver­ fahren vorgeschlagen, die zum Schwelen von Schwelgut wie Ölschiefer und dergleichen Rohstoffen nicht geeignet sind.

Beispielsweise ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Entgasen wie Schwelen und/oder Verkoken von feinkörnigem, nicht backenden wasserhaltigen Brennstoffen mittels hei­ ßer Gasströme bekannt (DE-PS 11 60 823). Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zur Erzeugung von Koks als Haupt­ produkt, wobei als Nebenprodukt Schwelgas anfällt, das durch Verbrennungsgase des Wärmeerzeugers verdünnt ist. Zum Schwelen von Ölschiefer und anderen schwelbaren Roh­ stoffen mit hohem Gehalt an Ballaststoffen und mit zwangs­ läufig auch niedrigem Brennstoffgehalt ist dieses Verfah­ ren jedoch nicht geeignet, da der Prozeßrückstand noch den fixen Kohlenstoff enthält und eine Verbrennung nicht vor­ gesehen ist. Da der Rückstand mit Schweltemperatur aus dem Prozeß austritt, ist bei großer Rückstandmenge der Wärmebedarf des Prozesses sehr hoch, so daß auch sehr große Mengen an Verbrennungsgas erforderlich sind, um die notwendige Prozeßtemperatur aufrecht zu erhalten. Die sich dadurch ergebende Verdünnung der Schwelgase setzt bei wertstoffarmen zugeführten Stoffen den Heizwert der nicht kondensierbaren Gase so stark herab, daß eine Ver­ wendung der Gase weitgehend ausscheidet. Für brennstoff­ arme, aschereiche Stoffe, wie Ölschiefer oder dergleichen, deren wirtschaftliche Nutzung die Erfindung bezweckt, ist dieses Verfahren also nicht geeignet. Das gleiche trifft auch auf ein ähnliches bekanntes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur kontinuierlichen thermischen Behandlung, wie Entgasen und/oder Verkoken, von feinkör­ nigen wasserhaltigen Brennstoffen zu (vgl. DE-OS 16 71 320). Auch hier kann ein unverdünntes hochwertiges Schwelgas nicht gewonnen werden. Das Schwelgas enthält vielmehr Abgase eines externen Wärmeerzeugers.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zum Entgasen von pulverförmigen Brennstoffen (DE-PS 9 77 218) wird eine Destillationskammer verwendet, in der das Gut durch Zufuhr von CO₂ oder Wasserdampf bis auf eine Dichte von 8 bis 80 g/l aufgelockert wird. Die zugeführten Gase verdünnen das Produktgas. Die erforderliche Wärmemenge wird der Destillationskammer mittels fester Wärmeträger aus einer weiteren ähnlichen Behandlungskammer zugeführt, in der der Restkohlenstoff und gegebenenfalls Stützbrennstoff verbrannt werden. Der überschüssige Verbrennungsrückstand und die Abgase aus dieser Verbrennungsstufe verlassen den Prozeß mit der Temperatur der Verbrennungsstufe. Die da­ durch entstehenden hohen Wärmeverluste sind nur durch zusätzlichen erheblichen Aufwand zur Nutzung der Abgas­ wärme vermeidbar.

Schließlich ist noch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen von feinkörnigem bis staubförmigem Brenn­ stoff bekannt (DE-PS 11 97 432), bei dem als wesentliches Bauelement zumindest zwei der überwiegend in der Hütten­ industrie verwendeten Winderhitzer als Wärmetauscher ver­ wendet werden. Dieses Verfahren arbeitet alternierend, wobei jeweils einer der Winderhitzer zur Verbrennung von nicht kondensierbarem Gas heißgefahren und die gespeicher­ te Wärme des jeweils anderen Winderhitzers auf eine Mischung aus Trägergas und dem zu entgasenden Brennstoff übertragen wird. Auch dieses Verfahren ist zum Schwelen von Ölschiefer und ähnlichen ballaststoffreichen schwel­ baren Brennstoffen nicht geeignet, da der fixe Kohlen­ stoff nicht verwertet werden kann und zwar deshalb, weil die Winderhitzer mit nicht kondensierbarem Gas erhitzt werden. Außerdem wird der Schwelrückstand mit Schweltem­ peratur abgeführt, so daß auch die Wärmeverluste erheb­ lich sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei möglichst einfachem Aufbau die Restbrennstoffe möglichst vollständig verwert­ bar und Restwärmen ausnutzbar sind.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 ge­ löst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteran­ sprüche weitergebildet.

Bei der Erfindung laufen also zwei Prozeßschritte, näm­ lich einerseits das Schwelen des Schwelgutes, d. h. des zu schwelenden Stoffs und das Verbrennen des Restbrennstof­ fes im bereits geschwelten Stoff, also im Schwelrück­ stand, voneinander getrennt ab. Sie sind nämlich gas­ seitig voneinander getrennt und lediglich thermisch mit­ einander gekoppelt. Dadurch kann auf in der chemischen Verfahrenstechnik bewährte und einfach ausgebildete Ein­ richtungen zurückgegriffen werden. So ist es beispiels­ weise möglich, die Verbrennung der fixen Kohlenstoffe im Schwelrückstand in einem Zyklonsystem durchzuführen, das so ausgebildet ist, daß die zugeführte Verbrennungsluft den größten Teil der Wärme von der Asche durch Wärme­ tausch übernimmt. Jedoch sind auch andere eine ähnliche Wirkung erreichende Systeme anstelle des Zyklonsystems verwendbar, wie sie beispielsweise in der Steine- und Erdeindustrie verwendet werden, wie beispielsweise Schachtkonstruktionen, Drehrohre usw. Auf diese Weise ist es möglich, die erforderliche Verbrennungstemperatur auch mit sehr geringen Mengen an im Schwelrückstand ent­ haltenen Restbrennstoffen zu erreichen, wobei im allge­ meinen der sogenannte fixe Kohlenstoff ausreicht. Die fast vollständig im Abgas des offenen, der Wärmeerzeugung dienenden zweiten Prozeßstrangs enthaltene Verbrennungs­ wärme wird weitgehend mit Hilfe eines indirekten Gas/Gas- Wärmetauschers an das Gas im Schwelkreislauf, d. h. im ersten Prozeßstrang übertragen und deckt dabei den Wär­ mebedarf für die restliche Erwärmung des zugeführten zu schwelenden Stoffes, also des Einsatzgutes, bis auf die Schweltemperatur und für den Schwelvorgang selbst.

Grundsätzlich ist es möglich, den geschlossenen Schwel­ kreislauf nur mit einer Schwelstufe auszurüsten. Die Kreislaufgase treten dann mit Schweltemperatur in den Wärmetauscher ein, bevor sie erneut erwärmt werden. Auch wegen der dann erhöhten Anforderung an das Förder­ organ des Schwelgases ist es meistens zweckmäßig, die Kreislaufgase zuvor dadurch zu kühlen, daß sie mit dem relativ kalten Aufgabegut, d. h. zu schwelendem Rohstoff gemischt und wieder getrennt werden, so daß das Aufgabe­ gut durch direkten Wärmetausch erwärmt wird, bevor es der eigentlichen Schwelung unterworfen wird. Dadurch kann auch die erforderliche Menge an Kreislaufgas und/oder deren notwendige Temperatur vor dem Eintritt in die eigentliche Schwelstufe verringert werden. Abhängig vom Wärmebedarf können dem erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen jedoch nicht notwendigerweise vorgeschaltete Trocknungs- und Vorwärmstufen mit Abgas aus dem zweiten Prozeßstrang versorgt werden, wobei gegebenenfalls dann auf eine der Vorwärmstufen innerhalb des ersten Prozeß­ stranges dem Schwelgaskreislauf verzichtet werden kann.

Durch die Erfindung ist also eine vollständige Verwertung des nach dem Schwelen noch im Schwelgut verbleibenden Restbrennstoffes, im allgemeinen etwa 3%-6%, erreich­ bar, wobei die dabei entstehenden Wärmemengen primär zur Deckung der Wärmeverluste des Verfahrens verwendet werden. Eine Verwendung von Zusatzbrennstoffen ist bei solchen Einsatzstoffen zweckmäßig, die einen zu niedrigen Rest­ brennstoffgehalt von beispielsweise 1,5% aufweisen. Darüber hinaus wird durch die Erfindung eine weitgehende Ausnutzung des Wärmeinhaltes der Asche, d. h. des von Restbrennstoffen befreiten Schwelrückstandes sowie eine weitgehende Ausnutzung des Wärmeinhaltes der Abgase der Verbrennung des Restbrennstoffes möglich, wobei außerdem unverdünnte Schwelgase erzeugbar sind.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Flußschema einer Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind im wesentlichen ein erster Prozeßstrang A mit einem geschlossenen Kreis­ lauf sowie ein offener zweiter Prozeßstrang B vorgesehen.

In eine Rohrleitung 18 zwischen einem Abscheider 2 der Schwelstufe und einem Abscheider 1 des ersten Prozeßstran­ ges A wird der zu schwelende Rohstoff über eine Leitung 9 aufgegeben, wobei sich dieser Rohstoff mit dem im Prozeß­ strang A umgewälzten Gasstrom dispersionsartig vermischt. Dabei stellt sich in der Rohrleitung 18 eine Mischtempera­ tur zwischen dem Gas auf Schweltemperatur und der Tempe­ ratur des kälteren zugeführten zu schwelenden Rohstoffs ein. Im Abscheider 1 wird das zugemischte und durch das Gas vorerwärmte Aufgabegut wieder von dem Gas im Gaskreis­ lauf des ersten Prozeßstrangs A getrennt. Ein Gebläse 7 dient zum Fördern des Gases in dem Gaskreislauf und zwar über eine Leitung 19 zu einem indirekten Wärmetauscher 6 und von dort wieder über eine Leitung 17 zum Abscheider 2 der Schwelstufe. Das im Abscheider 1 abgeschiedene Aufgabegut wird über eine Übertrittsleitung 20 wieder mit dem Gas im Gaskreislauf und zwar in der zwischen dem Wärmetauscher 6 und dem Abscheider 2 verlaufenden Ver­ bindungsleitung 17 zugemischt. Die im Wärmetauscher 6 dem Gas im Gaskreislauf zugeführte Wärmemenge ist so be­ messen, daß im Abscheider 2 die erwünschte Schweltempera­ tur, die im allgemeinen zwischen 400°C und 700°C liegt, erreicht wird. Durch die Leitung 18 zwischen dem Abschei­ der 2 und dem Abscheider 1 wird der Gaskreislauf des Schwelgases geschlossen. Über eine Entnahmeleitung 10 wird eine der jeweils erzeugten Schwelgasmenge entsprechende Gasmenge dem Gaskreislauf entnommen. Über eine (nicht dargestellte) Gasentnahmeleitung kann aus der Leitung 19 ein zweites und davon verschiedenes Gas gewonnen werden.

Aus dem Abscheider 2 der Schwelstufe tritt das bei ent­ sprechendem Wärmebedarf zumindest teilweise, meistens aber vollständig entschwelte Gut über eine Übertritts­ leitung 21 in den als Verbrennungsstrang wirkenden zweiten Prozeßstrang B über und wird dabei in eine Leitung 15 zwischen Abscheider 4 und 3 eingeführt, in der ein Gas strömt, weshalb der über die Leitung 21 zugeführte Fest­ stoff dispersionsartig in den Gasstrom eingemischt wird. In der Leitung 15 und in dem Abscheider 3 findet die Verbrennung des fixen Kohlenstoffs statt, da nun für die Verbrennung ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht. Falls der Heizwert dieser Verbrennung zur Deckung der Wärmeverluste noch nicht ausreicht, kann auch ein Rest der schwelbaren Bestandteile und/oder ein zusätzlich zu­ geführter Stützbrennstoff Verwendung finden. Im indirek­ ten Wärmetauscher 6, dem das Abgas vom Abscheider 3 über eine Leitung 16 zugeführt wird, wird diesem Abgas ein großer Teil des Wärmeinhaltes entnommen und zum Gaskreis­ lauf des ersten Prozeßstranges A übertragen. Die Restwärme kann dabei so bemessen sein, daß sie zur Deckung des Wärmebedarfs bei einer dem eigentlichen Schwelprozeß vor­ geschalteten Materialtrocknung und/oder -Vorerwärmung aus­ reicht, weshalb das über eine Leitung 11 dem indirekten Wärmetauscher 6 abgeführte Abgas zumindest teilweise zu einer solchen Einrichtung führbar ist. Insbesondere bei Einsatzstoffen mit einem hohen Anteil an fixem Kohlenstoff kann überschüssige Wärme erzeugt werden, die dann über die Leitung 11 oder aber auch bereits an der Leitung 16 entnehmbar ist. Selbstverständlich kann diese überschüs­ sige Wärme zu anderen Zwecken weiter verwendet werden.

Die aus dem Abscheider 3 über eine Leitung 22 entfernte Asche, die nunmehr keine brennbaren Rückstände enthält, wird einem Wärmetausch mit der Verbrennungs- und gege­ benenfalls mit überschüssiger Luft unterworfen. Dies kann in der erwähnten Weise durch eine mehrfache Mischung der Asche mit Luft und anschließender Abscheidung des Feststoffes mittels Abscheidern erreicht werden, wie das in der Figur durch eine zweifache Mischung dargestellt ist. Hier wird die Asche über die Leitung 22 in eine Gasleitung 14 eingemischt und im Abscheider 4 wieder abgeschieden, wobei die aus dem Abscheider 4 über eine Leitung 23 abgeschiedene Asche in einen von einem Gebläse 8 angesaugten und einer Leitung 13 zugeführten Frisch­ luftstrom eingemischt wird, wobei die Asche wiederum in einem Abscheider 5 abgeschieden und über eine Leitung 12 der weiteren Verwendung zugführt wird.

Dabei wird dem offenen zweiten Prozeßstrang B Frischluft von etwa 20°C mittels des Gebläses 8 zugeführt. Bei der erwähnten Schweltemperatur von etwa 500°C, die auch das Gut in der Leitung 21 besitzt, kann beispielsweise bei einem Restbrennstoffgehalt von etwa 3% eine Temperatur des Abgases in der Leitung 16 von etwa 800°C erreicht werden. Durch eine geeignete Anzahl von Abscheidern, die vorzugs­ weise und wie schematisch dargestellt, Zyklonabscheider sind, kann eine erwünscht niedrige Ausgangstemperatur der abgegebenen Stoffe erreicht werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Schwelen von Ölschiefer und/oder anderen schwelbaren Stoffen, mit einem zum Schwelen dienenden Prozeßstrang mit einem geschlossenen Kreislauf und ohne Kondensatgewinnung, wobei in dem Prozeßstrang strömende Stoffe mittels Wärmetausch auf Schweltemperatur erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Kreis­ lauf wie an sich bekannt ein Gaskreislauf ist, daß im Schwelrücktand verbliebener Brennstoff, insbesondere Kohlenstoff, in einem offenen zweiten Prozeßstrang ver­ brannt wird, daß die dabei gewonnene Wärme im Abgas der Verbrennung durch Wärmetausch dem ersten Prozeßstrang zu­ geführt wird, daß die Verbrennungsluft einem Wärmetausch mit der Asche der Verbrennungsstufe im zweiten Prozeßstrang unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegebenenfalls im zweiten Prozeßstrang zusätzlich Stütz­ brennstoff verbrannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß im ersten Prozeßstrang zu schwelender Rohstoff zumindest einmal in eine dispersionsartige Mischung mit dem Gas im geschlossenen Gaskreislauf übergeführt und wieder von ihm getrennt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Prozeßstrang der zumindest teilweise entschwelte Rohstoff aus dem ersten Prozeßstrang zumindest einmal in eine dispersionsartige Mischung mit sauerstoffhaltigem Gas übergeführt und wieder von ihm getrennt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Überschußwärme nach dem Wärmetausch im Abgas des zweiten Prozeßstrangs zumindest teilweise zum Trocknen und/oder Vorerwärmen des dem ersten Prozeß­ strang zugeführten zu schwelenden Rohstoffs verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelrückstand und das Gas im ersten Prozeßstrang und/oder die mindestens einmal er­ zeugte dispersionsartige Mischung in Abscheidern in Gas und Feststoffe getrennt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider ein Zyklonabscheider ist.