DE3210635A1

DE3210635A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbrennen von kohlenstoffhaltige rueckstaende enthaltenden pyrolisierten feststoffen

Info

Publication number: DE3210635A1
Application number: DE19823210635
Authority: DE
Inventors: Corey A. 94611 Oakland Calif. Bertelsen
Original assignee: Chevron Research and Technology Co; Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1981-03-23
Filing date: 1982-03-23
Publication date: 1982-10-28
Also published as: BR8201574A; AU550189B2; FR2502168B1; SE8201800L; FR2502168A1; AU8035582A; CA1165259A; IL64906A; IL64906A0; GB2095391B; GB2095391A; MA19414A1; NL8201017A

Description

Beschreibung

Bestimmte natürlich vorkommende Materialien enthalten eine kohlenstoffhaltige Komponente, die beim Erhitzen ein Kohlenwasserstoffprodukt freisetzt, daß sich als Beschickungsmaterial für die Erdölverarbeitung eignet. Diese "kohlenstoffenthaltenden Feststoffe", wie Ölschiefer und Teersand einschließlich Diatomit, können in Reaktoren mit verschiedenen Ausgestaltungen pyrolysiert werden. Anschließend an die Pyrolyse des kohlenstoffenthaltenden Peststoffs zur Extraktion der flüchtigen Komponente bleibt ein "pyrolysierter Feststoff" zurück, der einen kohlenstoffhaltigen Rückstand enthält, der zur Gewinnung von Wärmeenergie verbrannt werden kann. Die Wärme, die aus diesem kohlenstoffhaltigen Rückstand gewonnen wird, kann für die Zufuhr von Wärme für die Pyrolyse von frischen kohlenstoffenthaltenden Feststoffen während dos Verfahrens verwendet werden.

Der anorganische Rückstand, der nach der Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Rückstandes zurückbleibt, wird als 0 "Asche" oder im Falle von Ölschiefer als "verbrannter Schiefer" bezeichnet. Dieses Material wird bei einigen Retortenverfahren als "Wärmeträgermaterial" recycliert, d. h., daß der heiße verbrannte Schiefer aus der Verbrennung mit frischem Ölschiefer vermischt und die zur Verfügung gestellte Wärme für die Pyrolyse des frischen Schiefers verwendet wird. In den US-PS 4 199 432 und 4 183 800 werden Verfahren beschrieben, bei deren Durchführung der Ölschiefer oder andere kohlenenthaltende Fest-.··. loifi> in i'irnMii ;jic:h nach unten bewegenden UeLt, das eine Mischung aus recycliertem heißen verbrannten Schiefer (der als Wärmeträgermaterial verwendet wird) und in Form

von Einzelteilchen vorliegendem frischen ölschiefer enthält, pyrolysiert. Ein Gasgegenstrom strömt nach oben durch das Bett und entfernt die als Produkt auftretenden Dämpfe und schleppt die feineren in Form von Einzelteilchen vorliegenden Fraktionen des Ölschiefers miL. Die feinen Teilchen und die Dämpfe werden von dem Oberteil des Reaktors abgezogen und die feinen Schieferteilchen aus dem Gasstrom mittels einer Trenneinrichtung, wie eines Zyklons, entfernt. Verfahren, wie das gerade beschriebene, werfen Probleme bezüglich einer wirksamen Verbrennungseinrichtung zum Verbrennen des pyrolysierten Ölschiefers, der als Wärmeträgermaterial recycliert wird, auf.

Während der Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Rückstands in dem pyrolysierten Ölschiefer zur Erzeugung von Wärme wird die physikalische Integrität der Schieferteilchen verändert und eine erhebliche Menge an feinkörnigem verbrannten Schiefer erzeugt, der nicht für eine Verwendung als recyclierte Wärmeträgerteilchen geeignet ist. Daher ist es gewöhnlich erforderlich, dieses feine Material voider Recyclierung der grober gekörnten Teilchen abzutrennen .

Bei der Durchführung von solchen Verfahren, bei deren Ausführung eine Steigrohrverbrennungseinrichtung zur Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Rückstands in dem pyrolysierten ölschiefer verwendet wird, ist eine ausreichende Verweilzeit zur Beendigung der Verbrennung und zur Gewährleistung eines thermischen Gleichgewichts zwischen den heißen verbrennenden Teilchen und den kühleren, für die Recyclierung bestimmten Teilchen, erforderlich. In typischer Weise ist eine minimale Vorwcilzeit von 2 bis 3 s in der Verbrennungüzone er Corderlich. Werden der feine Schiefer und die groben Schieferteilchen in einem Steigrohr verbrannt, dann muß das Rohr eine aus-

reichende Länge besitzen, damit eine ausreichende Verweilzeit für alle Teilchen zur Verfügung steht.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß in wirksamer Weise in Form von Einzelteilchen vorliegender pyrolysierter Ölschiefer oder andere in Form von Einzelteilchen vorliegende kohlenstoffenthaltende Feststoffe verbrannt werden können, wobei das feinkörnige Material und das grobkörnige Material vor der Verbrennung getrennt werden und der verbrannte Schiefer als Wärmeübertragungsmaterial zur Durchführung des Verfahrens dient.

Die l-ir findung betrifft ganz allgemein ein Verfahren zum Verbrennen von pyrolysierten Feststoffen, die einen kohlenstoffhaltigen Rückstand enthalten, zur Gewinnung von Wärme für die Pyrolyse eines in Form von Einzelteilchen vorliegenden kohlenstoffenthaltenden Feststoffes, wobei die pyrolysierten Feststoffe sowohl eine feine Fraktion als auch eine grobe Fraktion enthalten und wenigstens ein Teil der feinen Fraktion in einem von der groben Fraktion aus pyrolysierten Feststoffen getrennten Beschickungsstrom enthalten ist. Dieses Verfahren besteht darin,
25

(a) wenigstens einen Teil des kohlenstoffhaltigen Rückstands in der feinen Fraktion, die in dem getrennten Beschickungsstrom vorliegt, in einem Vorbrenner in verdünnter Phase in der Weise zu verbrennen, daß die feine Fraktion mittels eines ersten Mitschleppgases mitgeschleppt wird, welche Sauerstoff enthält und eine Geschwindigkeit besitzt, die größer ist als die Endgeschwindigkeit der Teilchen der feinen Frak-

tion,

(b) die mitgeschleppte und teilweise verbrannte feine Fraktion aus dem Vorbrenner mit dem Rest der pyrolysierten Feststoffe in einem zweiten Mitschleppgas zu vermischen, das eine Geschwindigkeit besitzt, die größer ist als die Endgeschwindigkeit der groben und der feinen Fraktion^ und

(c) den nichtverbrannten kohlenstoffhaltigen Rückstand in der mitgeschleppten feinen und groben Fraktion in einer zweiten Verbrennungszone in verdünnter Phase zu verbrennen, durch welche das zweite Mitschleppgas und die mitgeschleppten Feststoffe geführt werden, wobei die zweite Verbrennungszone in verdünnter Phase eine ausreichende Sauerstoffmenge enthält, um den ganzen nichtverbrannten kohlenstoffhaltigen Rückstand in der feinen und in der groben Fraktion zu verbrennen.
20

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn der kohlenstoffenthaltende Feststoff aus Ölschiefer besteht und die Asche (oder der verbrannte Schiefer im Falle von Ölschiefer) als Wärmeträgermaterial verwendet wird. Bai einem derartigen Verfahrensschema ist: gewöhnlich eine Einrichtung vorgesehen, um die feine Asche von der groben'Asche abzutrennen, die aus der in verdünnter Phase arbeitenden zweiten Verbrennungszone austritt. Dies erfolgt deshalb, da Teilchen mit einer Größe von weniger als ungefähr 0,15 mm (100 mesh, Tyler Standard) im allgemeinen nicht für eine Recyclierung als Wärmeträgermaterial geeignet sind. Verschiedene Einrichtungen für eine derartige Abtrennung sind bekannt, erwähnt seien beispielsweise Absetzzonen, Zyklone, Siebvorrichtungen

etc. Die Begriffe "fein" und "grob" werden im Zusammenhang sowohl mit pyrolysierten Feststoffen als auch Asche relative Begriffe, wobei die genaue Größe der Teilchen im Falle verschiedener Ausführungsformen der Erfindung oder in Abhängigkeit von dem jeweils angewendeten Retortenbehandlungsverfahren schwanken kann. Für die meisten Zwecke ist jedoch eine Größe von ungefähr 0,15 mm (100 mesh) eine vernünftige Grenze, welche grobe und feine Teilchen trennt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme aus retortenbehandeltem ölschiefer, der restliches kohlenstoffhaltiges Material enthält, wobei der retortenbehandelte Ölschiefer sowohl feines als auch grobkörniges Material enthält und wenigstens ein Teil des feinkörnigen Materials in einem von dem grobkörnigen Material getrennton Beschickungsstrom enthalten ist. Dieses Verfahren besteht darin,

(a) wenigstens einen Teil des restlichen kohlenstoffhaltigen Materials in dem feinkörnigen Material in dem getrennten Beschickungsstrom in einem Feinteilchenvorbrenner in der Weise zu verbrennen, daß die feinen Teilchen in einem ersten Mitschleppgasstrom mitgeschleppt werden, der Sauerstoff enthält und eine Geschwindigkeit besitzt, die größer ist als die Endgeschwindigkeit der feinen Teilchen,

(b) einen Teil des kohlenstoffhaltigen Rückstands in 30- dem grobkörnigen Material in einen Grobteilchenvorbrenncr zu verbrennen, der weniger als eine stöchiometrische Sauerstoffmenge enthält,

(c) das mitgeschleppte teilweise verbrannte feinkörnige 35

Material aus dem ersten Vorbrenner und das teilweise verbrannte grobkörnige Material aus dem Grobteilchenvorbrenner in einen zweiten Mitschleppgasstrom zu vermischen, der eine Geschwindigkeit besitzt, die größer ist als die Endgeschwindigkeit der Mischung aus feinen und groben Teilchen, wobei dieser Gasstrom wenigstens eine stöchiometrische Sauerstoffmenge enthält, und

(d) den kohlenstoffhaltigen Rückstand, der in dem mitgeschleppten fein- und grobkörnigen Material zurückbleibt, in einer vertikalen Verbrennungszone zu verbrennen, durch welche das zweite Mitschleppgas strömt.
15

Die Erfindung betrifft außerdem eine verbesserte Verbrennungsvorrichtung zum Verbrennen von in Form von Einzelteilchen vorliegendem retortenbehandelten ölschiefer, der in einen aus feinen Einzelteilchen bestehenden Bgschickungsstrom und einen aus groben Einzelteilchen bestehenden Beschickungsstrom aufgetrennt worden ist und gekennzeichnet ist durch

(a)eine im allgemeinen vertikale Hauptverbrennungskammer mit einer oberen Zone, die oben verschlossen ist, eine mittleren Zone sowie eine untere Zone, die an dem- Bodenteil offen ist, wobei die untere Zone eine Einrichtung für die pneumatische Förderung von Feststoffen, die in die untere Zone gelangt, aufweist, die mittlere Zone eine längliche rohrförmige Zone ist, die für die Verbrennung von mitgeschleppten in Form von Einzelteilchen vorliegenden Feststoffen geeignet ist, und die obere Zone für die Entfernung von mitgeschleppten groben Teilchen sowie für die Sammlung und Entfernung der abgeschiedenen gro-

ben Teilchen ausgelegt ist, und die obere Zone außerdem einen Auslaß für die Entfernung von Verbrennungsgasen und feinen mitgeschleppten Teilchen aufweist/
5

(b) eine im allgemeinen vertikal angeordnete rohrförmige Verbrennungskammer für feine Feststoffe, die zum Verbrennen der pneumatisch geförderten feinen Feststoffe geeignet ist, wobei die Verbrennungskammer für die feinen Feststoffe ein offenes oberes Ende, das mit der unteren Zone der Hauptverbrennungskammer in Verbindung steht, aufweist und die Verbrennungskammer für die feinen Feststoffe außerdem ein unteres Ende mit einem Einlaß für die Einführung des aus feinen Einzelteilchen bestehenden Beschikkungsstroms sowie eine Einrichtung zur pneumatischen Förderung des feinen Einzelteilchenmaterials aufweist, das über die Länge der Verbrennungskammer für die feinen Feststoffe hinwegtransportiert wird, und

(c) eine Vorbrennkammer für grobe Feststoffe mit einem Einlaß für die Einführung des aus groben Einzelteilohon bestehenden Boschickungsstroms, eine Einrichtung zur Fluidisierung eines brennenden Bettes aus dem groben in Form von Einzelteilchen vorliegenden Material und eine Einrichtung für eine Verbindung mit der unteren Zone der Hauptverbrennungskammer.

Unter dem Begriff "Endgeschwindigkeit" ist die maximale Geschwindigkeit eines Teilchens, das in einer sehr langen Säule aus stehender Luft fällt, zu verstehen. Ein Teilchen wird von einem Gasstrom mitgeschleppt, wenn die Geschwindigkeit des Gases die Endgeschwindigkeit des Teilchens übersteigt. Auf diese Weise ist ein Mitschlepp-

gas ein Gas mit einer Geschwindigkeit, die oberhalb der Endgeschwindigkeit einer gegebenen Teilchengröße liegt.

Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ölschieferretortenbehandlungsverfahrens des Typs, auf den die vorliegende Erfindung in vorteilhaftester

Weise angewendet werden kann;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung einer Verbrennungseinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer andcriMi Ausgestaltung einer Verbrennungseinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Verbrennungsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung.
25

Wie aus der Fig. 1 zu entnehmen ist, gelängt frischer zerkleinerter ölschiefer in die Retorte 2 über die Leitung 4 und wird mit dem heißen Trägermaterial (verbranntor Schiefer) vermischt, der in dio Retorte durch die Leitung 6 gelangt. Die Mischung aus heißem verbranntem Schiefer und frischem Schiefer bewegt sich nach unten in der Retorte 2 durch eine Reihe von Verteilerelementen 8, 10 und 12, die eine merkliche vertikale Rückmischung

der Feststoffe verhindern. Ein im wesentlichen sauer stofffreies Strippgas gelangt in die Retorte 2 durch den Gaseinlaß 14 und erzeugt einen Gegengasstrom durch die Retorte entgegengesetzt zu dem sich abwärts bewegenden Schieferbett. Gas aus dem Einlaß 14, Produktdämpfe sowie pneumatisch mitgeschleppte Schieferteilchen bewegen sich nach oben und verlassen die Retorte durch die Leitung 16. Das Gas und die Produktdämpfe werden von den mitgeschleppten Feinteilchen in dem Zyklon 10 abgetrennt. Das gasförmige Material tritt durch die Leitung 20 aus und die feinen Teilchen werden durch die Leitung 22 entfernt.

Das grobe Material, das Teilchen sowohl aus verbranntem ölschiefer als auch aus pyrolysiertem ölschiefer enthält, verläßt den Bodenteil der Retorte 2 durch die Feststoffleitung 24 und wird der Verbrennungseinrichtung 26 zugeführt. Luft gelangt in die Verbrennungseinrichtung über die Luftleitung 28 und wird mit den groben Schieferteilchen vermischt, wobei das restliche kohlenstoffhaltige Material in dem pyrolysierten Material verbrannt wird. Bei diesem Verfahrensschema gelangt das in Form von feinen Einzelteilchen vorliegende Ölschiefermaterial, das durch den Zyklon 18 abgetrennt wird, in die Verbrennungseinrichtung als von dem groben Einzelteilchenmaterial getrennter Beschickungsstrom aus der Retorte. Die Vorteile dieses Verfahrens werden nachfolgend ausführlich erläutert. Das feine Material, das durch die Leitung 22 transportiert wird, wird pneumatisch durch Luft aus der Leitung 30 mitgeschleppt und gelangt in den Bodenteil der Verbrennungseinrichtung. Anschließend an die Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Rückstands werden die groben Teilchen au;; verbranntem Schiefer und feinen Teilchen aus verbranntem Schiefer in dem oberen Teil der Verbrennungseinrichtung getrennt. Die groben Teilchen aus ver-

branntem Schiefer verlassen die Verbrennungseinrichtung durch die gemeinsame Leitung 32. Heißer verbrannter Schiefer, der als Wärmeträgermaterial dient, wird der Retorte durch die Leitung 6 erneut zugeführt, während überschüssiger verbrannter Schiefer durch den Auslaß 34 abgezogen wird. Abgase sowie mitgeschleppte Feststoffe verlassen die Verbr-annungs einrichtung über die Leitung 36 und werden dem Zyklon 38 zugeführt. Fein-Teilchen werden durch die Leitung 40 entfernt. Abgase werden durch die Leitung 42 abgeleitet oder als Strippgas recycliert.

Die Fig. 2 zeigt eine Verbrennungsvorrichtung, die für eine Verwendung in dem vorstehend beschriebenen Retortenbehandlungsverfahren geeignet ist. Feine Schieferteilchen, die von den Produktdämpfen und dem Strippgas abgetrennt worden sind, gelangen in die Kammer 104 am Bodenteil der Verbrennungseinrichtung über die Leitung 102. Luft gelangt in die Kammer 106 durch die Luftleitung 108. Die feinen Schieferteilchen werden von dem Luftstrom mitgeschleppt und nach oben durch den Vorbrenner 110 für feinen Schiefer geführt, wo sie sich entzünden und teilweise verbrennen. Die brennenden feinen Teilchen verlassen das obere Ende 112 des Vorbrenners 110 für den feinen Schiefer und gelangen in die Zone 1.14, die an das Hauptve rb rennung £5 steicj rohr 1IG angrenzt. Pyrolysierter Schiefer aus dom Bodenteil der Retorte gelangt in die Hauptsteigrohrnachbarzone 114 durch die Leitung 118. Diese Beschickung kann etwas feine Teilchen enthalten, besteht jedoch hauptsächlich aus groben körnigen Schieferteilchen mit einer Größe, die derartig ist, daß diese Teilchen nicht durch das Strippgas, das durch die Retorte strömt, mitgeschleppt werden.

Vi/ Λ-*, t W W S-* %—'

BO 9 O O tj 6» «_v

- 18 -

Schiefer, der durch die Leitung 118 zusammen mit feinem Schiefer aus dem Vorbrenner 110 eingeführt wird, wird von weiterer Luft mitgeschleppt, die durch die Luftleitung 120 eingeführt wird. Sowohl die groben als auch die feinen Teilchen werden nach oben durch den Gasstrom geschleppt und in dem Hauptverbrennungssteigrohr 116 verbrannt. Die verbrannten Teilchen aus ölschiefer gelangen in die sich erweiternde Absetzkammer 122 der Verbrennungseinrichtung, wobei diese Kammer als grobe Feststofftrennzone dient. Die groben Teilchen aus verbranntem Schiefer setzen sich in einer Sammeliüono 124 ab, während die verbrannten feinen Teilchen und die Abgase die Verbrennungseinrichtung durch den Auslaß 126 verlassen. Grobe Teilchen aus verbranntem Schiefer für eine Recyclierung zu der Retorte oder für eine Beseitigung werden durch den Auslaß 128 entfernt.

Eine andere Ausführungsform einer Verbrennungsvorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann, wird durch Fig. 3 wiedergegeben. In diesem Falle gelangen die feinen Schieferteilchen in den vertikal angeordneten Vorbrenner 202 für die feinen Teilchen durch die Leitung 204. Luft tritt in den Vorbrenner ein und schleppt die feinen Teilchen aufgrund der Venturi-Düse 206 mit. Die brennenden feinen Teilchen gelangen in die Kammer 208, wo sie mit Sekundärluft vermischt werden, die durch die Leitung 210 zugeführt wird. Die Hauptmenge des retortenbehandelten Ölschiefers gelangt durch die Leitung 212 0 in die Verbrennungsvorrichtung und wird in der Vorzone 214 mit feinen Teilchen vermischt, die aus der Kammer 208 kommen. Die Geschwindigkeit der primären und der sekundären Luft reicht dazu aus, sowohl die groben

als auch die feinen Teilchen mitzuschleppen, die in der Hauptsteigrohrverbrennungseinrichtung 16 nach oben geschleppt werden, und in der das grobe Material verbrannt wird. Ein Element 218 steuert die Größe der öffnung 220 zwischen der Vorzone und der Hauptsteigrohrverbrennungseinrichtung 216. Tertiäre Luft kann erforderlichenfalls durch die Leitung 222 zugeführt werden, um eine ausreichende Geschwindigkeit zur Verhinderung einer Verstopfung des Steigrohres aufrechtzuerhalten, d. h., um ein Zusammenfallen der Feststoffe infolge einer unzureichenden Geschwindigkeit zu - verhindern, oder um weiteren Sauerstoff für die Verbrennung zuzuführen. Der verbrannte Schiefer und Abgas verlassen die Verbrennungsvorrichtung über den Auslaß 224 und gelangen zu einer nichtgezeigten Feststoffabtrennzone.

Eine besonders bevorzugte Methode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht einen Vorbrenner für den groben Schiefer vor, um teilweise den darin enthaltenen kohlenstoffhaltigen Rückstand vor dem Vermischen mit dem feinen Schiefer in der zweiten in verdünnter Phase arbeitenden Verbrennungszone zu vermischen. Eine derartige Ausführungsform wird durch Fig.

4 wiedergegeben.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, werden feine Schieferteilchen aus der Retorte der Verbrennungsvorrichtung durch die Einlaßleitung 102 für feinen Schiefer zugeführt. Luft/ die durch den Lufteinlaß 104 eintritt, wird um das offene Ende 106 des Steigrohres 108 für feinen Schiefer durch die Luftkammer 110 verteilt. Die pneumatisch mitgeschleppten feinen Teilchen werden entzündet und nach oben durch das Steigrohr 108 für den feinen Schiefer trans-

portiert. Die brennenden feinen Teilchen verlassen das offene obere Ende 112 des Steigrohrs 108 für den feinen Schiefer und gelangen in die Zone 114, die an das Hauptverbrennungssteigrohr 116'angrenzt. 5

Grober Schiefer aus dor Retorte gelangt in die ringförmiqe Vorverbrennungszone 118 für den groben Schiefer durch den Einlaß 120. Ein Fließbett aus grobem Schiefer wird durch eine perforierte Platte 122 aufrechterhalten und der Schiefer mit einem Fluidisierungsgas verbrannt, das eine substöchiometrische Menge an Sauerstoff enthält, der durch den Einlaß 124 eingeführt wird. Grobe Teilchen aus dem Fließbett in dem Vorbrenner 118 gelangen in die an das Steigrohr angrenzende Zone 114 des Haupt-Verbrennungssteigrohres, wo sie zusammen mit feinem Schiefer aus dem Steigrohr 108 für feinen Schiefer von einem Gasstrom, der überschüssigen Sauerstoff enthält und durch den Primärlufteinlaß 126 zugeführt wird, mitgeschleppt werden. Sowohl grobe als auch feine Teilchen werden nach oben von dem Gasstrom mitgeschleppt und in dem Hauptverbrennungssteigrohr 116 verbrannt. Die verbrannten Teilchen aus Ölschiefer gelangen in die sich erweiternde obere Zone 128 der Verbrennungsvorrichtung, die als Grobfeststoffabtrennzone dient. Die groben Teilchen aus verbranntem Schiefer setzen sich in der Sammelzone 130 ab, während die verbrannten Feinteilchen und Abgase die Verbrennungseinrichtung über dem Auslaß 132 verlassen. Grobe Teilchen aus verbranntem Schiefer werden zu einer Recyclisierung zu der Retorte über den Auslaß 134 abgezogen, überschüssiger verbrannter grober Schiefer wird über den Auslaß 136 entfernt und verworfen.

Unter dom Begriff "feine Teilchen aus verbranntem Schiefor" sind Teilchen mit einer Größe zu verstehen, die für

eine Recyclierung als Wärmeübertragungsmaterial geeignet ist. Gewöhnlich sind Teilchen, mit einer Größe von weniger als ungefähr 0,15 mm (100 mesh, Tyler Standard-Siebreihe) nicht für eine Verwendung in dem Retortenbehandlungsverfahren geeignet. Daher werden Teilchen unterhalb dieses Bereiches vorzugsweise mit dem Abgas als mitgeschleppte Feinteilchen entfernt. Die Trennung der feinen von den groben Teilchen erfolgt durch die Ausgestaltung der oberen Trennzone der Verbrennungsvorrichtung. Unter dem Begriff "grobe Teilchen aus verbranntem Schiefer" sind Teilchen mit einer Größe von mehr als 0,15 mm (100 mesh) zu verstehen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Begriffe "fein" und "grob" relative Begriffe sind, die Größe der Teilchen kann nämlieh etwas in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verfahrensschema variieren. Bei Verfahrensdurchführungen, bei welchen Teilchen mit einer Größe von weniger als 0,15 mm (100 mesh) toleriert werden können, kann der Begriff "fein" auch Teilchen mit einem kleineren Durchmesser umfassen. In ähnlicher Weise können unter anderen Umständen Teilchen mit einer größeren minimalen Teilchengröße erforderlich sein, so daß die Definition von "fein" entsprechend angepaßt werden kann.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die feinen Teilchen aus retortenbehandeltem ölschiefer vorzugsweise in dem Steigrohr für feine Schieferteilchen mit einer unterstöchiometrischen Sauerstoffmenge verbrannt, d. h. mit einer Sauerstoffmenge, die nicht dazu ausreicht, eine vollständige Verbrennung de:". Kohl on .si of 1 r, zu ermöglichen. Ein Luft:Brennstoff-Verhältnis von ungefähr 0,2 bis ungefähr 0,9 ist geeignet. Dadurch wird eine übermäßige Carbonatzersetzung verhindert. Gewöhnlich werden die Temperaturen sowohl in dem Steigrohr

für die feinen Schieferteilchen als auch in dem Vorbrenner für die groben Teilchen unterhalb von ungefähr 815°C (1500⁰F) gehalten.

Um ein Mitschleppen der feinen Teilchen in dem Steigrohr für die feinen Schieferteilchen zu gewährleisten, ist eine minimale Gasgeschwindigkeit von ungefähr 1,2 bis 2,0 m (4 bis 6 feet) pro Sekunde erforderlich, um eine Verstopfung zu vermeiden, d. h., um ein Zusammenfallen der Feststoffe in dem pneumatischen Rohr zu verhindern. Vorzugsweise liegt die Geschwindigkeit des Mitschleppgases zwischen ungefähr 3 m und ungefähr 6m (10 und 20 feet) pro Sekunde. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Verweilzeit der feinen Teilchen ungefähr 1,5 bis 2 s in dem SlaLyrohr für den feinen Schiefer, was eine Verbrennung von ungefähr 2 5 % des kohlenstoffhaltigen Rückstands in dieser Zone (Luft/Brennstoff-Molverhältnis = 0,25) bedingt.

Der Vorbrenner für die groben Teilchen wird auch nach der unterstöchiometrischen Methode betrieben und ist gewöhnlich derart ausgelegt, daß er ein.Bett aus einem brennenden groben Material enthält, das durch einen Gasstrom von unten in fluidisiertem Zustand gehalten wird.

Der Gasstrom durch das Hauptverbrennungssteigrohr muß dazu ausreichen, sowohl die feinen Teilchen als auch JO die groben Teilchen des Schiefers mitzuschleppen. Gewühn I i eh wird ui.no ('.ns<jer;ehwind Lgkei h zwischen ungefähr I ^rJ und ungefähr 45 m/s (50 - 150 feet) eingehalten, wobei der bevorzugte Geschwindigkeitsbereich zwischen ungefähr 24 und ungefähr 30 m/s (80 und 100 feet) liegt.

Ks int darauf hi n/.uwoi. son , daß die Genchw i nd i rjk₍> j I do:; Gases Ln dom riauptvcrbrennuiHjsstit'Ujrohr gewöhnlich
höher ist als in dem Steigrohr für die Pe inen Schie-ferteilchen, um ein Mitschleppen von Teilchen zu gewährleisten, die aus dem Vorbrenner für die groben
Teilchen kommen. Die Verbrennung in dem Hauptsteigrohr wird mit wenigstens einer stöchiometrischen Sauerstoff menge durchgeführt, wobei gewöhnlich ein Sauerstoff Überschuß eingesetzt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Geschwindigkeit des Gases in dem Hauptverbrennung.ssteigrohr größer als diejenige in dem Steigrohr für die feinen Schieferteilchen.

Die beschriebene Verbrennungsvorrichtung sowie day erläuterte Verfahren besitzen den Vorteil, daß die Höhe des Steigrohrs, die zur vollständigen Verbrennung der Teilchen aus retortenbehandeltem ölschiefer erforderlich ist, auf einem Minimum gehalten werden kann. Durch 0 ein Vorverbrennen der groben und feinen Schieferteilchen in getrennten Zonen, wobei man Nutzen aus den relativen Größen beider Beschickungen zieht, int eine
Gesamtverweilzeit für die Verbrennung in einem kürzeren Steigrohr möglich.

Wenn auch das erfindungsgemäße Verfahren am vorteilhaftesten zur Durchführung eines ölrotortimbehandlungr.-Verfahrens unter Einsatz von recyclisiertem verbranntem Schiefer als Wärmeübertragungsmaterial angewendet wird, so ist es dennoch nicht auf diese Retortenbehandlungsmethode beschränkt. Es sind auch Ausführungsformen unter Einsatz anderer Wärmeübertragungsmaterialien möglich, beispielsweise unter Einsatz von keramischen Massen, Salz, Aluminiumoxid, Eisen, Stahl oder dgl.

In einem derartigen Falle kann das Wärmeübertragungsmaterial einfach mit dem aus grobem Schiefer bestehenden Boschlekungsstrom, der der Verbrennungseinrich-Luini /.infi'l"iihrl wird, vermischt werden. Sogar bei dor ') Duri'liführuni.) von Vorfahren unter Einsat/ von verbraurh-I i'iii ;li ¹Ii i ι· I ι ί al;; IKt up LwTi i;me übe l.'t. raqun' |;una I :ei i al i.;;L es oiL notwendig, ein ergänzendes Wärmeübertragungsmatorial dom System zuzusetzen. In ähnlicher Weise ist es möglich, andere Ausführungsformen der Erfindung durchzuführen, bei denen das heiße Abgas bei der Retortenbehandlung des rohen Ölschiefers verwendet wird, wobei sogar die Verwendung der Verbrennungseinrichtung zum Erhitzen von Wasser zur Erzeugung von Wasserdampf möglich ist.

Reicht der kohlenstoffhaltige Rückstand in den pyroly- :;i.erten Fes t st. of fen nicht dazu aus, die erforderliche Wärme zur Au 1'i.ochLorhaltung der Temperatur in dem Reak-Lor auf den für eine Pyrolyse erforderlichen Wert zu 0 halten, dann kann ein ergänzender Brennstoff, wie körnige Kohle oder öl, den Feststoffen, die in die Verbronnunqsei nricliLuny gelangen, zugesetzt werden. Eine derartige Verfahrensweise kann erforderlich sein, wenn dar Kohlenstoff enthaltende Feststoff'von billiger Qua-

2^r> Ii ta L ist oder wenn große Mengen an ergänzendem Wärrne-Lrägermat-er LaI eingesetzt werden, so daß der Prozentsatz des kohlenstoffhaltigen Rückstands in der Beschikkung gemindert ist.

ZS

Leerseite

Claims

°. . Γ ' * " ·»" * I MÜLLER-BORE · «JsWEri.-.SGIiÖWl

1'Λ'Γ ICN TAJi Wl 1,T IC KUHOPlCAN PATENT ATTOIINKYS

DR. WOLFGANG MÜLLER-BOr£ (PATENTANWALTVON 1927-1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CH EM. DR ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHFCM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS.

C 3354

Chevron Research Company,

5 25 Market Street,
San Francisco, Ca. 94105 / USA

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von kohlenstoffhaltige Rückstände enthaltenden pyrolysierten Feststoffen

Patentansprüche

( 1 . !Verfahren zum Verbrennen von kohlenstoffhaltige Rückstände enthaltenden pyrolysierten Feststoffen zur Gewinnung von Wärme für die Pyrolyse eines in Form von Einzelteilchen vorliegenden kohlenstoffhaltigen Feststoffs, wobei die pyrolysierten Feststoffe, die sowohl eine feine als auch eine grobe Fraktion enthalten, wobei wenigstens ein Teil der feinen Fraktion in einem Beschickungsstrom enthalten ist, der getrennt ist von der groben Fraktion der pyrolysierten Feststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß

MÜNCHEN 86, SIEBERTSTR. 4 · POB 860720 ■ KABEL: MUEBOPAT · TEL. (089) 474005 ■ TELECOPIER XEROX 400 ■ TELEX S-24205

61 I UbJb

(a) wenigstens ein Teil des kohlenstoffhaltigen Rückstands in der feinen Fraktion in dem getrennten Beschickungsstrom in einem Vorbrenner mit verdünnter Phase in der Weise verbrannt wird, daß die feine Fraktion von einem ersten Mitschleppgasstrom mitgeschleppt wird, der Sauerstoff enthält und eine Geschwindigkeit besitzt, die größer ist-, als die Endgeschwindigkeit der Teilchen in der feinen Fraktion,

(L>) die mitgeschleppte teilweise gebrannte Leine Fraktion aus dem Vorbrenner mit dem Rest der pyrolysierten Feststoffe in einem zweiten Mitschleppgasstrom vermischt wird, der eine Geschwindigkeit besitzt, die größer ist als die Endgeschwindigkeit der groben und feinen Fraktion, und

(c) der nichtverbrannte kohlenstoffhaltige Rückstand in der feinen und in der groben Fraktion in einer zweiten Verbrennungszone in verdünnter Phase verbrannt wird, durch welche das zweite Mitschleppgas und die mitgeschleppten Feststoffe geführt werden, wobei die zweite in verdünnter Phase arbeiLendo Verbrennungszone soviel Sauerstoff enthält, daß der ganze nichtverbrannte kohlenstoffhaltige Rückstand in der feinen und in der groben Fraktion verbrannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feine Fraktion aus pyrolysierten Feststoffen teilweise in dem Vorbrenner mit einer unterstöchiometrischen Sauerstoffmenge verbrannt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine feine Aschefraktion von einer groben Aschefraktion abgetrennt wird, wobei diese Asche durch Verbrennung der pyrolysierten kohlenstoffenthaltenden Feststoffe gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die grobe Aschefraktion als Wärmeträgermaterial recycliert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte kohlenstoffenthaltende Feststoff aus Ölschiefer besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der feinen Fraktion in dem Vorbrenner auf einen Wert von nicht mehr als 815⁰C (1500⁰F) gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis Luft!Brennstoff in dem Vorbrenner in einem Bereich von ungefähr 0,2 bis ungefähr 0,9 eingehalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlicher Brennstoff den pyrolysierten Feststoffen vor dem Eintritt in die -Verbrennungszone zugesetzt wird.
9. Verfahren zum Verbrennung von Ölschiefer bei einem Verfahren zur Retortenbehandlung von Ölschiefer unter Verwendung eines Wärmeübertragungsmaterials, das durch Verbrennen von retortenbehandeltem Ölschiefer, der restliches kohlenstoffhaltiges Material enthält, erhitzt wird, wobei der retortenbehandelte Ölschiefer

3210C35

sowohl foin- als auch grobkörniges Material enthält und wenigstens ein Teil des feinkörnigen Materials in einem von dem grobkörnigen Material getrennten Beschickungsstrom vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß 5

(a) wenigstens ein Teil des restlichen kohlenstoffhaltigen Materials in dem feinkörnigen Material, das in dem getrennten Beschickungsstrom vorliegt, in einem Vorbrenner für die feinen Teilchen in der Weise verbrannt wird, daß die feinen Teilchen in einem ersten Mitschleppgasstrom, der Sauerstoff enthält und eine Geschwindigkeit besitzt, die größer ist als die Endgeschwindigkeit der feinen Teilchen, mitgeschleppt wird,

(b) wenigstens ein Teil des kohlenstoffhaltigen Rückstands in dem grobkörnigen Material in einem Vorbrenner für grobes Material, der weniger als die stöchiometrische Sauerstoffmenge enthält, verbrannt wird,

(c) das mitgeschleppte teilweise verbrannte feinkörnige Material aus dem Feinteilchenvorbrenner und das teilweise verbrannte grobkörnige Material aus dem Grobteilchenvorbrenner in einem zweiten Mitschleppgasstrom vermischt werden, der eine Geschwindigkeit besitzt, die größer ist als die Endgeschwindigkeit der Mischung der feinen und groben Teilchen, und der wenigstens eine stöchiometrische Sauerstoffmenge enthält, und

(d) der kohlenstoffhaltige Rückstand, der in dem mitgeschleppten fein- und grobkörnigen Material zurück-

bleibt, in einer vertikalen Verbrennungszone verbrannt wird, durch welche das Mitschleppgas strömt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das feinkörnige Material teilweise in dem Feinteilchenvorbrenner mit einer unterstöchiometrischen Sauerstoffmenge verbrannt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des in dem Grobteilchenvorbrenner und in dem Feinteilchenvorbrenner verbrannten Materials einen Wert von 815°C (1500⁰F) nicht übersteigt.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das grobkörnige Material in dem Grobteilchenvorbrenner in einem Fließbett gehalten wird.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Mitschleppgases in dem Fein-0 teilchenvorbrenner geringer ist als die Geschwindigkeit des Gasstromes in der vertikalen Verbrennungszone.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Gasstroms in der vertikalen Vorbrennungszonc zwischen ungefähr 24 und unijelrlihr 4'3 m/s (80 und ungefähr 150 feet/s) und die Geschwindigkeit des Mitschleppgases in dem Feinteilchenvorbrenner zwischen ungefähr 3 und ungefähr 6m (10 und 20 feet) pro s liegt.
15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß verbrannter Ölschiefer als Wärmeübertragungsmaterial verwendet wird.

6 -
16. Verbrennungsvorrichtung zum Verbrennen von in Form von Einzelteilchen vorliegendem retortenbehandeltem ölschiefer, der in einen feinteiligen und einen grobteiligen Beschickungsstoff aufgeteilt worden ist, gekennzeichnet durch

(a) eine im allgemeinen vertikale Hauptverbrennungskammer mit einer oben verschlossenen oberen Zone, oine mittlere Zone und eine untere, am Boden offena Zone, wobei die untere Zone eine Einrichtung

für die pneumatische Förderung von Feststoffen, die in die untere Zone gelangen, aufweist, die mittlere Zone aus einer länglichen rohrförmigen Zone besteht, die für die Verbrennung der geförderten in Form von Einzelteilchen vorliegenden

Feststoffe geeignet ist, die obere Zone dazu ausgelegt ist, daß die geförderten groben Teilchen abgetrennt und gesammelt und entfernt werden, und die obere Zone außerdem einen Auslaß für die Entfernung

0 von Verbrennungsgasen und feinen mitgeschleppten

Teilchen besitzt,

(b) eine im allgemeinen vertikal angeordnete rohrförmige Verbrennungskammer für die Verbrennung von pneumatisch geförderten feinen Feststoffen, wobei die

Verbrennungskammer für die feinen Feststoffe ein oberes Ende aufweist, das mit der unteren Zone der Hauptverbrennungskammer in Verbindung steht, wobei die Verbrennungskammer für die feinen Feststoffe außerdem am unteren Ende einen Einlaß für die Ein

führung des Beschickungsstroms aus in Form von Einzelteilchen vorliegenden feinen Teilchen sowie eine Einrichtung zur pneumatischen Förderung des feinteiligen

Materials und zu dessen Transport über die Länge der Verbrennungskammer für die feinen Teilchen besitzt, und

(c) eine Vorverbrennungskammer für grobe Feststoffe

mit einem Einlaß für die Einführung des aus groben Einzelteilchen bestehenden Feststoffs, einer Einrichtung für die Fluidisierung eines brennenden Bettes aus dem groben, in Form von Einzelteilchen vorliegenden Materials, und einer Einrichtung, die

mit der unteren Zone der Hauptverbrennungskammer in Verbindung steht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverbrennungskammer für die groben Feststof-. fe einen Ring um die untere Zone der Hauptverbrennungskammer bildet.