DE2937065C2

DE2937065C2 - Verfahren zum Behandeln von Schwelrückstand aus der trockenen Destillation von Ölschiefer oder dgl.

Info

Publication number: DE2937065C2
Application number: DE2937065A
Authority: DE
Inventors: Johannes-Josef Dipl.-Ing. Dr. 6000 Frankfurt Albrecht; Martin Dipl.-Ing. 6382 Friedrichsdorf Hirsch; Roland Dipl.-Ing. Dr. 6240 Königstein Rammler
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1979-09-13
Filing date: 1979-09-13
Publication date: 1983-12-29
Also published as: IT1132657B; AU6236680A; US4318798A; AU535711B2; FR2465178B1; FR2465178A1; CA1137432A; IT8024468A0; BR8005804A; DE2937065A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Schwelrückstand aus der trockenen Destillation von ölsand, ölschiefer, ölkreide, Diatomeenerde oder Asphaltstein als Schwelgut, wobei man das Schwelgut in einer Schwelzone mit auf 500 bis 900⁰C erhitztem Schwelrückstand aus einem Sammelbehälter mischt und Kohlenwasserstoffe enthaltende Gase und Dämpfe abführt, kohlenstoffhaltigen Schwelrückstand in einer ersten Verbrennungszone, gegebenenfalls unter Zugabe von Brennstoff, erhitzt und in einer vertikalen Dneumatischen Förderstrecke nach oben in den Sammelbehälter transportiert

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 36 91 056 und auch aus DE-PS 18 09 874 und DE-PS 19 09 263 bekannt Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit dieser Verfahren weiter zu verbessern und dabei einen möglichst großen Anteil des Energieinhalts des Schwelrückstands auszunutzen. ErfinUungsgemäß geschieht dies dadurch, daß man einen Teil des kohlenstoffhaltigen Schwelrückstands n^ch der

ίο Schwelzone und/oder nach dem Sammelbehälter ableitet und einer zweiten Verbrennungszone aufgibt, in welcher der Schwelrückstand unter Zufuhr von Verbrennungsluft teilweise verbrannt und auf Temperaturen von 600 bis 1300⁰C erhitzt wird, und daß man den erhitzten Schwelrückstand aus der zweiten Verbrennungszone in eine Kühlzone leitet, in welcher der Schwelrückstand im direkten Kontakt mit Kühlluft in wirbelnder oder rieselnder Bewegung gehalten wird.
Der Schwelrückstand wird im allgemeinen noch einen Kohlenstoffgehalt von 1 bis 15 Gew.-% aufweisen, so daß er in der zweiten Verbrennungszone ohne Zusatzbrennstoff erhitzt werden kann. Die Verbrennung des Schwelrückstands kann z. B. in einer Brennkammer, die auch als Venturi-Brennkammer ausgestaltet sein kann, oder auch in einem Mehrkammern-Wirbelbett durchgeführt werdea Die bei der anschließenden Luftkühlung entstehende Heißluft kann anderweitig oder z. B. in der vorgeschalteten Anlage zur trockenen Destillation als Verbrennungsluft oder auch in der zweiten Verbrennungszone verwendet werden. Ein Teil der Wärmeenergie der körnigen Feststoffe kann in der Kühlzone auch indirekt mit Hilfe eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums abgeführt werden. Hierbei bietet sich besonders an, diese abgeführte Wärmeenergie zur Dampferzeugung zu nutzen.

Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnungen erläutert Es zeigt

Fig. 1 die trockene Deftillatict mit einstufiger Kühlung des Schwelrückstands,

F i g. 2 eine dreistufige Kühlungsvariante und
Fig.3" ein drittes Verfahren zur mehrstufigen Kühlung des Schwelrückstands.
Der obere Teil der Fig. 1 gibt ir. schematischer Darstellung die trockene Destillation von kohlenwasserstoffhaltigen Materialien wie ölsand. Ölschiefer, Ölkreide, Asphaltstein oder Diatomeenerde wieder. Diese Art der Destillation ist aus DE-PS 18 09 874 und DE-PS 19 09 263 bekannt.

Aus einem Sammelbunker 1 wird feinkörniger Schwelrückstand mit Temperaturen von etwa 500 bis 900⁰C durch die Leitung 2 als Wärmeträger zu einem Mischwerk 3 geführt. Das zu schwelende Material wird dem Mischwerk durch die Leitung 4 zugeführt. Durch intensives Mischen des Wärmeträgermaterials aus der Leitung 2 mit dem Schwelgut wird eine Mischungstemperatur von etwa 400 bis 800⁰C erreicht, wodurch aus dem Schwelgut durch Pyrolyse Destillationsgase und kohlenwasserstoffhaltige Dämpfe freigesetzt und durch die Leitung 5 abgeführt werden. Die Gase und Dämpfe gelangen dann zur Weiterbearbeitung zunächst in eine nicht dargestellte Kondensationseinrichtung. Das heiße Feststoffgemenge aus dem Mischwerk 3 fällt in einen Zwischenbehälter 6, wo es nachentgasen kann.

Ein Teil des Schwelrückstands und des Wärmetrhgers, bei dem es sich hauptsächlich um feinkörnige Feststoffe handelt, wird durch die Leitung 7 dem Fuß einer pneumatischen Förderstrecke 8 zugeführt, die

auch als erste Verbrennungszone bezeichnet wird. In dieser Förderstrecke 8 werden die Feststoffe mittels vorerhitzter Verbrennungsluft aus der Leitung 9, gegebenenfalls unter Zugabe von Zusatzbrennstoff aus der Leitung 10, nach oben transportiert und dabei durch die entstehenden Verbrennungsgase erhitzt Das obere Ende der Förderstrecke 8 mündet in den Sammelbunker 1, wo sich die erhitzten Feststoffe für die Weiterverwendung sammeln und Abgas durch die Leitung 11 entweicht

Ein weiterer Teil des heißen Feststoffgemenges aus dem Behälter 6 muß als Oberschuß ständig durch die Leitung 12 abgezogen werden. Abhängig von den jeweiligen Bedingungen kann das alternativ oder zusätzlich auch durch Leitung 12a aus dem Sanimelbunker 1 geschehen. Der Schwelriickstand besteht nicht nur aus inerten Feststoffen, sondern weist üblicherweise noch einen Kohlenstoffgehalt von 1 bis 15 Gew.-% auf. In einem Venturibrenner 13, welcher auch als zweite Verbrennungszone bezeichnet wird, wird das Feststoffgemenge aus der Leitung 12 und/oder der Leitung 12a mit vorerhitzter Verbrennungsluft aus einem Wirbelbett 14 durch Abbrennen weitgehend von seinem Kohlenstoffgehalt befreit, wodurch die Feststoffe auf Temperaturen von etwa 600 bis 1300°C erhitzt werden. Diese erhitzten Feststoffe gelangen durch den Verbindungskanal 15 nach unten in das Wirbelbett 14 und die heißen Abgase strömen in der Leitung 16 zunächst zu einem Abscheidezyklon 17. Aus dem Zyklon 17 fließen abgeschiedene Feststoffe durch die Leitung 18 ebenfalls in das Wirbelbett 14. Als Wirbelgas wird durch die Leitung 19 mit Hilfe des Gebläses 20 Luft aus der Atmosphäre von unten in das Wirbelbett geleitet Dabei werden die Feststoffe im Wirbelbett 14 gekühlt und die Luft erwärmt, die dann in der Brennkammer 13 als Verbrennungsluft genutzt wird. Gekühlte Feststoffe werden aus dem Wirbelbett 14 durch die Leitung 23 abgezogen.

Die Abgase aus dem Zyklon 17 strömen durch einen Luftvorwärmer 21 und geben einen Teil ihrer Wärme an die Verbrennungsluft der Leitung 9 ab. Die dadurch teilweise gekühlten Abgase können in der Leitung 22 gewünschtenfalls noch zur Dampferzeugung genutzt werden, was jedoch in'F i g. 1 nicht berücksichtigt ist

Eine einfache Abwandlung der Anordnung gemäß F i g. 1 besteht darin, daß man das Wirbelbett 14 durch eine an sich bekannte Rieselkolonne mit durchlässigen Zwischenboden ersetzt Eine solche Rieselkolonne ist z. B. in der US-PS 37 05 086 beschrieben.

Bei der Anordnung der F i g. 2 befinden sich in einem mehrkammerigen Wirbelbett 30 sowohl eine Verbrennungs- als .?uch eine Kühlzone. Die heißen, körnigen Feststoffe werden durch die Leitung 31 zunächst der Verbrennungszone 32 aufgegeben. Die Verbrennungsluft, welche auch ab Wirbelgas dient, kommt von dem Gebläse 33 und der Leitung 34. Über eine wehrartige halbhohe Zwischenwand 35 hinweg fließt ständig ein Teil der Feststoffe aus der Verbrennungszone 32 in eine erste Kühlzone 36. Über eine weitere halbhohe Zwischenwand 37 hinweg gelangen die Feststoffe ω schließlich in die zweite Kühlzone 38. Über getrennte Gebläse 39 und 40 und Leitungen 41 und 42 wird beiden Kühlzonen 36 und 38 Luft als Wirbelmedium zugeführt.

Die zweite Kühlzone 38 enthält im Wirbelbereich der Feststoffe eine Kühlschlange 43 (oder auch Kühlkasten es oder ähnliche Wänneaustauschaggregate), die von Kesselspeisewasser aus der Leitung 44 durchflossen wird. Das vorgewärmte Wasser fließt in der Leitung 45 zu einer Dampftrommel 46. Die Energie in der ersten Kühlzone 36 wird zur Dampferzeugung genutzt und zu diesem Zweck vorgewärmtes Kühlwasser aus der Dampftrommel 46 durch die Leitung 47, die Kühlschlange 48 und über die Rückleitung 49 wieder zur Trommel 46 geleitet Wasserdampf wird in der Leitung 50 abgezogen.

Die gekühlten Feststoffe verlassen das Wirbelbett 30 durch die Austragsleitung 51. Die aus den Zonen 32,36 und 38 abströmenden Gase werden in der Leitung 52 gemeinsam zu einem Entstaubungszyklon 53 geführt und verlassen diesen Zyklon durch die Abgasleitung 54. Im Zyklon abgeschiedener Staub wird über die Sdileuse 55 der Austragsleitung 51 aufgegeben. Durch die Abgasleitung 54 können die Gase weiteren Wärmeaustauschern zur Gewinnung ihrer fühlbaren Wärme zugeführt werden.

Um in der Verbrennungszone 32 restlichen Kohlenstoff der aufgegebenen Feststoffe genügend intensiv verbrennen zu können, wird die Wirbelgasgeschwindigkeit in dieser Zone, bezogen au/ feststofffreien Reaktorquerschnitt, etwa zwischen '1 iind 3ni/sec gewählt Die Gasgeschwindigkeit in dieser Verbrennungszone ist höher als in den beiden nachfolgenden Kühlzonen 36 und 38. Abweichend von der Fig.2 können dw beiden Kühlzonen 36 und 38 auch über ein gemeinsames Gebläse mit Wirbelgas versorgt werden. In den beiden Kühlzonen wird etwa die gleiche Wirbelgasgeschwindigkeit im Bereich von ca. 1 bis 2 m/sec, bezogen auf feststofffreien Reakiorquierschnitt, eingestellt Die Anordnung der F i g. 2 ermöglicht eine intensive Wärmeabfuhr aus den Feststoffen und es ist ohne weiteres möglich, bei einer Temperatur in der Verbrennungszone 32 von etwa 600 bis 1000⁰C in der Austragsleitung 51 eine Temperatur der Feststoffe von nur noch 200 bis 400⁰C zu zrreichen. Die Abgastemperatur in der Leitung 52 liegt hierbei etwa im Bereich von 300 bis 500° Q

Ein weiterer Gedanke der Erfindung besteht darin, einzelne Kühleinrichtungen in den Kammern eines Wirbelbettes in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen zu- oder abschalten zu können. Beispielsweise wird es vorteilhaft sein, in einer Anordnung gemäß F i g. 2 einen Teil der Heizfläche der Kühlschlange 48 abzuschalten, wenn man sehr kohlenstoffreichen Rückstand zu verarbeiten hat der in der Kammer 32 nicht restlos ausgebrannt werden kann. In diesem Fall wird die Kammer 36 noch als Nachverbrennungsraum benötigt, dessen Temperatur bei voll betriebenen Kühlschlangen auf unerwünscht niedrige Werte abfallen könnte.

Bei der Anordnung der Fig.3 wird der zu behandelnde heiße Fesistoff durch die Leitung 60 zunäcrΆ einem Wirbelbett 61 aufgegeben, das durch die halbhohe Zwischenwand 62 zwei Kammern aufweist In beiden Kammern befindet sich der Feststoff im Wirbelzustand durch von unten über die Leitungen 63 und 64 und das Gebläse 65 zugeführte Wirbelluft. Im Wirbelbett 61 v"ird der Gehalt der eingetragenen Feststoffe an brennoarer Substanz durch Verbrennen weitgehend reduziert. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig.2 erläutert, können die Feststoffe im Wirbelbett 61 aus der linken Kammer über die Zwischenwand 62 hinweg in die rechte Kammer gelangen. Beide Kammern des Wirbelbettes 61 werden von einer Kühlschlange 66 durchzogen, die Wasser aus der Dampftrommel 67 heranführt und ein Wasser-Dampfgemisch zur Trommel 67 zurückleitet. Der

Wasserdampf wird zur weiteren Verwendung über die Leitung 68 entnommen und der Dampftrommel wird Speisewasser durch die Leitung 69 zugeführt.

In der Anordnung der F i g. 3 wird der hauptsächliche Energieinhalt der zu behandelnden Feststoffe mit Hilfe des Wirbelbettes 61 entzogen. Die abgebrannten und teilweise gekühlten Feststoffe gelangen dann über die Verbindungsleitung 70 und eine Schleuse 71 zu einem weiteren Wirbelbett 72. Diesem Wirbelbett, das frei von Einbauten ist, wird Wirbelluft durch die Leitungen 73 und 74 sowie das Gebläse 75 zugeführt. Das Abgas des Wirbelbettes 61 wird durch einen Abscheidezyklon 76 geführt. Die abgetrennten Feststoffe werden durch die Leitung 77 ebenfalls dem zweiten Wirbelbett 72 aufgegeben. Die Wirbelluft im Wirbelbett 72 entzieht den Feststoffen weitere Wärme, wobei hier allerdings init einer Verbrennung nicht mehr gerechnet werden muß. Die Abluft gelangt über einen zweiten Abscheide-

Die gekühlten Feststoffe verlassen das Wirbelbett 72 durch die Leitung 80 und werden, wie auch die Feststoffe aus dem Zyklon 78, in nicht dargestellter Weise abtransportiert. Der Abluft in der Leitung 79 wird auch das Abgas aus dem Zyklon 76 über die Leitung 81 zugemischt und das Gasgemisch durch einen Luftvorwärmer 82 geführt. Durch indirekten Wärmeaustausch wird Luft aus der Leitung 83 im Luftvorwärmer erhitzt und steht in der Leitung 84 als Prozeßluft, z. B. für eine Anlage zur trockenen Destillation, zur Verfügung. Zu diesem Zweck kann die Leitung 84 mit der Leitung 9 der F i g. 1 verbunden werden. Eine andere Verwendung dieser Prozeßluft besteht darin, daß man sie teilweise als vorgewärmte Verbrennungsluft durch die Leitungen 63 und 64 dem Wirbelbett 61 zuführt.

Eine naheliegende Abwandlung der Anordnung gemäß F i g, 3 ist dadurch möglich, daß die relativ heißen Abgase aus dem Zyklon 76 getrennt von der kälteren Abluft in der Leitung 79 in einer Abwärmeverwertung, z. B. in einem Luftvorwärmer, genutzt werden.

Beispiel 1

In einer Anordnung gemäß Fig. 1 ohne die Leitung 12a wird durch die Leitung 12 pro Stunde ein Feststoffrückstaiid aus der Schwelung von Ölschiefer mit Korngrößen unter 1 mm und einem Kohlenstoffgehalt von 5 Gew.-% in einer Menge von 301 abgezogen. Mit einer Eintrittstemperatur von 800°C gelangen diese Feststoffe in den Venturibrenner 13. Der Kohlenstoff wird dort bis auf einen Restgehalt von etwa 1 Gew.-% so abgebrannt. In der Wirbelkammer 14 wird der Feststoff auf 400"C abgekühlt und über die Leitung 23 ausgeschleust. Die Geschwindigkeit der durch das Wirbelbett geführten Luft aus der Leitung 19 beträgt, bezogen auf das feststofffreie Wirbelbett. 0,8 m/sec. Die Wirbelluft strömt mit einer Temperatur von etwa 400⁰C durch den Verbindungskanal 15 in den Brenner 13 und ein lufthaltiges Rauchgas strömt in der Leitung 16 mit einer Temperatur von etwa 1000° C durch den Zyklon 17 und in den Luftvorwärmer 21. Das abgekühlte Rauchgas in der Leitung 22 hat noch eine Temperatur von etwa 500°C, so daß es einer weiteren Nutzung, z. B. einer Dampferzeugung, zugeführt werden kann.

Insgesamt werden aus dem Feststoff, mit Verbrennung im Brenner 13, pro Stunde 5.5 · 10⁷ kj gewonnen.

Beispiel 2

In einer Verfahrensführung gemäß F i g. 2 werden pro Stunde 800 t feinkörniges Gut mit einem Korndurchmesser kleiner 4 mm und einem Kohlenstoffgehalt von I Gew.-% mit einer Eintrittstemperatur von 1000⁰C dem Wirbelbett 30 aufgegeben. Die Verbrennung des restlichen Kohlenstoffs findet praktisch allein in der ersten Wirbelkammer statt, in der sich die Verbrennungszone 32 befindet. Durch diese Zone wird die Wirbelluft mit einer Geschwindigkeit von 2 m/sec hindurchgdeiiei. Diese Geschwindigkeit, wie auch die nachfolgend angegebenen Wirbelgasgeschwindigkeiten, werden stets auf den feststofffreien Reaktorquerschnitt bezogen. In der ersten Kühlzone 36 und auch in der zweiten Kühlzone 38 liegt die Wirbelluftgeschwindigkeit bei 13 m/sec. Das lufthaltige Abgas verläßt durch die Leitung 52 das Wirbelbett 30 mit 300⁰C. Die Feststoffe in der Austragsleitung 51 haben eine Temperatur von 120⁰C.

Insgejmt werden etwa 10⁹k]/h an Verbrennungswärme und Feststoffenthalpie abgeführt. Diese Energie wird zu ca. 60% an das durch die Kühlschlangen 43 und 48 fließende Wasser abgegeben ind zur Dampferzeugung genutzt.

Beispiel 3

In einer der Fig.3 entsprechenden Anordnung werden pro Stunde 5001 feinkörniger Feststoff mit Korngrößen bis zu 8 mm, 15 Gew.-% Kohlenstoffgehalt und einer Temperatur von 600⁰C, durch die Leitung 60 dem zweikammerigen Wirbelbett 61 aufgegeben. Die Wirbelluft wird mit einer Geschwindigkeit von 2 m/sec durch das Wirbelbett geleitet. Dabei brennt der Kohlenstoffgehalt bis auf einen Restgehalt von 1 Gew.-% ab. Nach einer weiteren Abkühlung im Wirbelbett 72, welches mit einer Gasgeschwindigkeit im Bett von 3 m/sec betrieben wird, zieht man den gekühlten Feststoff in der Leitung 80 mit einer Temperatur von 350⁰C ab.

Insgesamt werden etwa 2.5 · 10⁹ kj/h an Energie abgeführt, wovon etwa 95% als Verbrennungswärme im Wirbelbett 61 freigesetzt werden. Etwa 30% der insgesamt abgeführten Wärme werden zur Dampferzeugung in den Kühlschlangen 66 genutzt. Die restliche Wärme in den vereinigten Abgasen aus den Wirbelbetten 61 und 72 wird im Luftvorwärmer 82 zur Vorerhitzung von Prozeßluft sowie in einem nicht dargestellten Abhitzekessel zur Erzeugung von Dampf genutzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandeln von Schwelrückstand aus der trockenen Destillation von Ölsand, ölschiefer, ölkreide, Diatomeenerde oder Asphaltstein als Schwelgut, wobei man das Schwelgut in einer Schwelzone mit auf 500 bis 900⁰C erhitztem Schwelrückstand aus einem Sammelbehälter mischt und Kohlenwasserstoffe enthaltende Gase und Dämpfe abführt, kohlenstoffhaltigen Schwelrückstand in einer ersten Verbrennungszone, gegebenenfalls unter Zugabe von Brennstoff, erhitzt und in einer vertikalen pneumatischen Förderstrecke nach oben in den Sammelbehälter transportiert, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des kohlenstoffhaltigen Schwelrückstands nach der Schwelzone und/oder nach dem Sammelbehälter ableitet und einer zweiten Verbrennungszone aufgibt, in welcher der Schwelrückstand unter Zufuhr voii Verbrennungsluft teilweise verbrannt und auf Temperaturen von 500 bis !300⁰C erhitzt wird, und daß man den erhitzten Schwelrückstand aus der zweiten Verbrennungszone in eine Kühlzone leitet, in welcher der Schwelrückstand im direkten Kontakt mit Kühlluft in wirbelnder oder rieselnder Bewegung gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone als Mehrkammern-Wirbelbett ausgestaltet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichn-:', daß die zweite Verbrennungszone als Venturi-Brennkammer ausgestaltet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Kühlluft als Prozeßluft verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß man die Prozeßluft der pneumatischen Förderstrecke zuführt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wärmeenergie der körnigen Feststoffe in der Kühlzone indirekt mit Hilfe eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums abgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone durch Absperren von Kühleinrichtungen mindestens teilweise als zweite Verbrennungszone benutzbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der der zweiten Verbrennungszone aufgegebene Schwelrückstand einen Kohlenstoffgehalt von 1 bis 15 Gew.-% aufweist.