DE3214616A1

DE3214616A1 - Verfahren zur vorerhitzung von teilchen eines kohlenwasserstoffhaltigen substrats sowie eine entsprechende vorrichtung

Info

Publication number: DE3214616A1
Application number: DE19823214616
Authority: DE
Inventors: Richard Charles Den Haag Darton; Rajamani Amsterdam Krishna; Hubrecht Cornelis Antonie Van Meurs; Heinz Voetter
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1982-12-30
Also published as: AT375384B; ZA822675B; SU1366063A3; TR21195A; FR2504548A1; AU8284282A; MA19455A1; BE892913A; EG15722A; BR8202274A; CA1189811A; LU84098A1; SE8202468L; US4419215A; ZA822676B; BE892912A; ATA153582A; NZ200354A; FR2504548B1; AU543593B2

Description

SiLJLL IUTURlJATIOWALf; RESEARCH MAATSCIIAPPIJ B. V. Den iiaag, Niederlande

"Verfahren zur Vorerhitzung von Teilchen eines kohlenwasserstoffnaltigen Substrats sowie eine entsprechende Vorrichtung."

Beanspruchte

Priorität: 22. April 1981 - Großbritannien - Mr. 8112490

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vorarnitzung von Teilchen eines kohlenwasserstoffhaltigen Substrats, beispielsweise ölschiefer, Teersand oder bituminöse Kohle.

Es ist allgemein bekannt, daß Kohlenwasserstoffe aus solchen kohlenwasserstoffhaltigen Substraten dadurch extrahiert werden können, daß man Teilchen des Substrats im wesentlichen in Abwesenheit von Sauerstoff auf eine Temperatur von mindestens 400° C erhitzt und die freigesetzten Kohlenwasserstoffe auffängt. Im Falle von Ölschiefer wird dieses Verfahren im allgemeinen als Retortenverfahren, im Falle von bituminöser Kohle als Pyrolyse bezeichnet.

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3ei einer Reihe verschiedener bekannter Verfahren erfolgt das Erhitzen der Substratteilchen durch Wärme aus tausch mit einen warnetragenden Medium. Solch ein warmetragendes Medium kann beispielsweise ein festes Medium sein, das aus inerten Teilchen besteht, die in einsra getrennten Beaälter erhitzt und dann durcn den Extraktionsbehälter oeleiter werden.

Einige der bekannten Retortenverfahren bedienen sich der Tatsache, daß das verorauente Substrat, das heißt, nach der Extraktion der Kon ier.wassers toffe , erhebliche Anteile an Koks enthalten kann. Ej ist daher vorgeschlagen worden, die für das Retortenverfanron erforderliche Wärme entweder durch vollständige oder teilweise Verbrennung dieses Kokses zu erzeugen, um auf diese Vie ι je ein heißes verbrauchtes Substrat zu erhalten. Dieses hei2e verbrauchte Substrat kann als wärmetragendes Medium für das Hxtraktionsverf ahren verwendet werden.

Dabei ist es erstrebenswert, CaS die ir. 'iü'-ru -i-)i--;;;-n Extrakt!onsverfahren verwendeten Substratteilcnen einem getrennten Vorerhitzungsschritt unterworfen werden. In diesem Vorerhitzungsschritt werden die Substratteilchen im wesentlichen auf eine Temperatur erhitzt, die unter der Temperatur liegt, bei welcher da^/lfxtrarctionsverfahren stattfindet. Die Wärmeübertragung auf die Substratteilchen in "2m Vorerhitzungsschritt kcinn auf jede geeignete Art und Weise erfolgen. Vorzugsweise v;lrd jedoch die erforderliche Wärme dem heißen verbrauchten Substrat selbst entnommen.

Ziel eier vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfugung zu seeIlen, in dem Teile-en eines konlenwasserstoffnaltigen öujJtrats vorsr.iit«:^ werden, bevor sie einem wie vorstehend beschriebenen ExtroKtionsverfaiiren unterworfen v/erden.

Ein besonderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, in dem die Vorerhitzung mittels indirektem Wärmeaustausch mit einem festen wärmetragenden Medium erfolgt. Insbesondere ist es Ziel der Erfindung, heißes verbrauchtes Substrat als wärmetragendes Medium zu verwenden.

Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren zur Vorerhitzung von Teilchen eines kohlenwasserstoffhaltigen Substrats zur Verfügung, in den die Substratteilchen mit einem festen wärmetragenden Medium indirekt im Gegenstrom unter Verwendung von in Reihe angeordneten Wärmeübertragungsschleifen erhitzt werden, wobei die Wärmeschleifen jeweils ein im Kreislauf geführtes Wärmeübertragungsmedium enthalten, welches so gewählt ist, daß die Temperatur der Substratteilchen mittels der Gesamtheit der. Wärmeschleifen stufenweise angehoben und die Temperatur des festen wärmetragenden Mediums stufenweise gesenkt werden kann.

In dem erfindungsgemäßen Vorerhitzungsverfahren kann jedes feste wärmetragende Medium, beispielsweise Sand, verwendet werden. Bevorzugt wird jedoch das heiße verbrauchte Substrat, wie es bei der Weiterbehandlung des kohlenwasserstoffhaltigen Substrats zum Erhalt von dessen kohlenwasserstoffhaltigen Anteilen erhalten wird, als das feste wärmetragende Medium verwendet.

Die Erfindung wird nachstenend im einzelnen beschrieben, wobei ein solches heißas verbrauchtes Substrat als wärmetragendes Medium verwendet wird.

-r-

Die Substratteilchen und das heiße verbrauchte Substrat werden vorzugsweise jeweils im wesentlichen im aufgewirbelten Zustand gehalten. Da bei bestimmten Substraten, beispielsweise Schiefer, bei der Vorerhitzung wesentliche Anteile an Wasser freigesetzt werdei£^{ö 1}Ms^I?fes von Vorteil, als Aufwirbelungsgas, zumindest, wenn die Temperatur des Substrats 100⁰C oder darüber beträgt, Dampf zu verwenden. In diesem Fall ist es erstrebenswert, zumindest einen Teil des Dampfes in die Wirbelschichten rückzuführan und den Rest erforderlichenfalls zu kondensieren und zu sammeln. Für Substrate mit Temperaturen von unter 100° C sowie^rur das heiße verbrauchte Substrat kann zweckmäßigerweise Luft als Aufwirbelungsgas verwendet werden.

Vorzugsweise erfolgt der Kreislauf des WärmeÜbertragungsmediums in den Schleifen zwischen dem Substrat und dem heißen verbrauchten Substrat mit Hilfe des sogenanten Thermosyphoneffekts. Mittels dieser Methode wird Flüssigkeit durch indirektes In-Berührung-Bringen mit dem heißen verbrauchten Substrat unter Verwendung geeigneter Wärmeaustauschelemente verdampft. Der erzeugte Dampf wird anschließend Wärmeaustauschelementen zugeführt, die sich in der Substratteilchen-Wirbelschicht befinden. Hier wird der Dampf kondensiert und die entstandene Flüssigkeit den Wärmeaustauschelementen in dem heißen verbrauchten Substrat erneut zugeführt. Durch geeignete Anordnung der Positionen der Wärmeaustauschelemente in dem Substrat beziehungsweise dem heißen verbrauchten Substrat zueinander kann die Verwendung von Pumpen für die Kreislaufführung des Mediums entfallen.

Die jeweiligen in den einzelnen Schleifen verwendeten Wärmeübertragungsaiedien" hängen von der jeweiligen Betriebstemperatur beziehungsweise dem Temperaturbereich der Schleife ab. Eine geeignete Flüssigkeit für Temperaturen von etwa 65°'-bis- 100° C ist Methanol, und für Temperaturen von 100° bis 300° C kann mit Druck beaufschlagtes Wasser verwendet

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werden. Bei Temperaturen über 300° C können beispielsweise bekannte Genische aus Diphenyl und Diphenyloxid verwendet werden.

Das als das fes'ts wärme tr age η de Medium zu verwendende heiße verbrauchte Substrat weist vorzugsweise eine Anfangs temperatur von 700 C auf. Es kann dadurch erhalten werden, daß man das vor-arnitzte kohlenwasserstoffhaltige Substrat im wesentlichen in Abwesenheit von Sauerstoff zum Erhalt eines kokshaltigsn Substrats sowie freigesetzter Kohlenwasserstoffe weiter erhitzt und das kokshaltige verbrauchte Substrat in einem getrennten Verbrennungsschritt zun Ernalt von heißem verbrauchtem Substrat mit einem freien sauerstoffhaltigen Gas verbrennt.

Bei einer Ausführungsform der beschriebenen Vorerhitzungsmethode wird die Temperatur der Substratteilchen stufenweise von Umgebungstemperatur auf etwa 250° C Heraufgesetzt und die Temperatur des heißen verbrauchten Substrats von 700° C auf etwa 80° C gesenkt. Um dies zu erreichen, können hintereinandergeschaltet sieben Wärmeübertragungsschleifen verwendet werden, für die die Betriebstemperaturen der Wärmeübertragungsmedien 65° C, 82° C, 112° C, 150° C, 216° C, 300 C beziehungsweise 300° C betragen.

Das Vorerhitzungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung kann als erster Scnritt in jedem Extraktionsverfahren zur Extraktion von Kohlenwasserstof fen aus einem kohlenwasserstof fhaltigen Substrat dienen. Viele dieser Verfahren beruhen einfach auf einem Erhitzen des Substrats in einem Behälter, was im wesentlichen auf eine einzige Stufe hinausläuft, in der die Extraktion und der Wärmeaus tausch gleichzeitig stattfinden. Da die Verteilung der Verweilzeit der Feststoffe in einem solchen Behälter jedoch alles andere als optimal ist, ist es vorzuzienen, daß die Feststoffe stufenweise durca den Behälter geleitet v/erden.

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Nach einem Beispiel eines solchen stufenweisen Retortenverfahrens zur Behandlung von ölscniefer werden das kohlenwasserstoffhaltige Substrat und das heiße verbrauchte Substrat in den oberen Teil eines länglichen, vertikal angeordneten Kessels eingespeist und unter in wesentlichen Pfropfenströmungsbedingungen abwärts durch den Kessel geleitet, während ein inertes Abstreifgas aufwärts und im Gegenstrom durch die Feststoffe geleitet wird, um die freigesetzten Kohlenwasserstoffe zu entfernen.

Ein mit der Anwendung eines solchen im Gegenstrom geführten Retortenverfahrens verbundener Nachteil entsteht dadurch, daß in dem Behandlungskessel häufig eine erhebliche Berührung zwischen den freigesetzten Kohlenwasserstoffen und dem heißen Substrat arfolgt. Diese Berührung kann zu einer Crackung der Kohlenwasserstoffe und damit, aufgrund von Koksbildung, zu einem Produktverlust führen.

Ein bevorzugteres Extrakt!onsverfahren ist ein wie nachstehend beschriebenes kontinuierliches Verfahren, in dera diese Berührung gering ist und die Verluste an Kohlenwasserstoffprodukt aufgrund von Crackung auf ein Minimum reduziert sind.

In diesen bevorzugten Verfahren werden Kohlenwasserstoffe dadurch aus einem konlenwasserstoffhaltigen Substrat extrahiert, daß man Teilchen des Substrats im wesentlichen in Abwesenheit von Sauerstoff bei einer Temperatur von mindestens 400° C erhitzt, um auf disse v/eise ein kokshaltiges verbrauchtes Substrat und freigesetzte Kohlenwasserstoffe zu erhalten, welche rückgewonnen werden. Die Substratteilchen werden dadurch eraitzt, daß man sie durch eine Reihe von Zonen hindurchleitet, in zumindest einigen von welcnen die Substratteilcnen mit einen fasten wärmetragenden Medium vermischt werden, wobei das Gemiscn im wesentlicnen im aufgewirbelten Zustand gehalten wird. Die freigesetzten Kohlenwasserstoffe werden dadurch entfernt, daß man ein inertes Abstreifgas im Kreuzstrom zu der Durchgangsrichtung der Substratteilchen durch diese hindurchleitet.

3 2 1 A 6 1S -r- «

Diese Zonen können beispielsweise rr.enrere getrennte, jedoci miteinander verbundene Reaktionsbehälter sein. Alternativ können die Zonen aus Kammern aesteaen, indem in einem einzigen in geeigneter Weise ausgebildeten Kessel Scheidewände angeordnet sind. Solche Kammern stehen miteinander, beispielsweise Liurca öffnungen in den Scneidewänden, in Verbindung, um den Durcnstrom der Subs trat t-3ilcnen zu ermöglicnen. Alternativ können die Substratteilchen über in dem Kessel angeordnete Wehre von einer Zone in die andere strönen. Vorzugsweise sind die Zonen im allgemeinen horizontal angeordnet. Die Anzahl der Zonen ist vorzugsweise so ausfelegt, daß sie zwei bis zehn theoretische Stufen für den Durchstrom des Gemisches entsprechen.

Das feste wärmetragende Medium ist vorzugsweise ein heißes verbrauchtes Substrat, welches durch die getrennte Verbren-

vor.stehend.beschriebenen, , ,

nung des /konlens tof fh al ti gen verbrauchten Suostrats erhalten

worden ist. Diese getrennte Verbrennung kann auf jede geeignete Weise erfolgen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform erkohlenstoffhaltigen folgt die Verbrennung des/Substrats, während dieses sich im wesentlichen im aufgewirbelten Zustand befindet. Dieses verbrauchte Substrat kann entweder teilweise oder ganz in einem Steigrohr/Brenner verbrannt werden, durch welches/welchen das verbrauchte Substrat mit Hilfe von Luft hochgeblasen wird, und anschließend erforderlichenfalls zur weiteren Verbrennung in eine Wirbelschicht-Verbrennungsvorrichtung geleitet werden. Die Endtemperatur des heißen verbrauchten Schiefers kann dadurch gesteuert werden, daß man einen Teil der durch die Verbrennung erzeugten Wärme dadurch abzieht, daß man beispielsweise unter Verwendung von in der Schicht angeordneten Wärmeübertragungselementen Dampf erzeugt. Liefert die Verbrennung des veroraucnten kokshaltigen Substrats zu wenig Wärme, so kann diese durch die Verbrennung anderer kohlenstoffhaltiger Stoffe, beispielsweise Kohle oder eines, .frischen Substrats " ergänzt werden.

Ein Merkmal des bevorzugten £xtraktionsverfahrens besteht darin, daß entweder einige oder alle Zonen getrennt mit einem wärmetragenden Medium beschickt werden. Durcn Einstellung der jeweiligen Mengen an zügeführten warnetragendem Medium ist es möglicn, die Temperatur innerhalb der einzelnen Zonen unabnängig vonr-i;:axider zu regulieren und dadurch den Verlauf der

Extrakt!onsreaktion zu steuern. Für die Retortenvergasung von Ölschiefer wird die Temperatur in den einzelnen Zonen vorzugsweise auf 400 bis 600° C und insbesondere auf 450 bis 550 C gehalten. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Retortenverfahrens, bei welcher fünf Zonen verwendet werden, wir&die Temperatur der Substratteilchen durch den Zusatz von heißem verbrauchten Substrat von beispielsweise einer Temperatur von 700° C in der ersten Zone auf 450° C und in den folgenden Zonen auf 480° C gehalten. Bei der Pyrolyse von bituminöser Kohle beträgt die Temperatur in den einzelnen Zonen vorzugsweise 500 bis 750° G.

Die Verweilzeiten c!U>r Substratteilchen in den einzelnen Zonen können entweder dieselben oder unterschiedlich sein,und für die vorstehend angegebene. Temperatur kann die Verweilzeit je Zone vorzugsweise 1 bis 10 min betragen.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist das inerta Abstreifgas vorzugsweise Dampf, obwohl auch jedes andare keinen Sauerstoff

"Xi th alt ⁰HGS,

/Gas verwendet werden könnte, wie zum Beispiel in dem Verfahren erzeugtes Produktgas, welches komprimiert und in die Zonen rück geführt v/erden kann. Das aus den Substratteilchen

und dem festen wärmetragenden

Medium bestehende Geaaisch wird dadurch im im wesentlichen aufgewirbelten Zustand gehalten, daß man das inerte Abstreif gas quer zu diesem führt,sowie durch in der Zone entstandene Kohlenwasserstoffdämpfe. Der Vorteil der Aufrechterhaltung der Substratteilchen in einem im wesentlichen aufgewirbelten Zustand besteht darin, daß keine mechanischen Vorrichtungen für die Beförderung der Substratteilchen aus der einen Zone in die nächste erforderlich sind. Verwendet man mehrere Zonen, so

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können vernältnismäßig flache Wirbelschichten aufrechterhalten werden, aus denen dann die in den Retortenverfahren freigesetzten Kohlenwasserstoffe schnell entfernt werden, wodurch das Risiko, daß die Kohlenwasserstoffe einer anschließenden Crackung unterliegen, verringert wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß aufgrund dessen, daß sich das Substrat und das wärme tragen de Medium in der Wirbelschicht, die eine verhältnismäßig einheitliche Temperatur erreicht, schnell miteinander vermischen, die Bildung örtlicher, zu Crackung und Ausbeuteverlusten führender,"heisser Stellen" vermieden wird.

Die freigesetzten Kohlenwasserstoffe können durch die bekannten Verfahren gewonnen werden. Beispielsweise können sie in einem oder mehreren Zyklonen von mitgenommenen Substratteilchen befreit und in herkömmliche Kondensations/Abtrenn/Behandlungs-Vorrichtungen weiterbefördert werden.

Sxtrakti ons ve rf anren
Das bevorzugte /ist von besonderem Interesse bei der Extraktion von Kohlenwasserstoffen aus vorzugsweise mindestens 5 % organischer Materie enthaltendem ölschiefer. Der Durchmesser der in das Verfahren eingeführten Substratteilchen beträgt geeigneterweise 0,5 bis 5 mm.

"eiter stellt dia Erfindung eine für die Durchführung des erfindungsgamäßen VorerhitzungsVerfahrens geeignete Vorrichtung 2ur Verfügung, enthaltend

(a) ainen ersten xCessel, der mit einer Reihe miteinander in Verbindung stehender Kammern, einem Einlaß für frische Suüstratteilchen in die erste dieser Kammern und einem Auslaß für vorerhitzte Substratteilchen aus der letzten ciasar Kammern vsrsensn ist, wobei jede dieser Kammern am 3oüen einen Einlaß für ein Aufv/irbslungsgas und am oberen Ende einen Auslaß für verbrauchtes Aufwirbelungsgas aufweist;

(b) eivisn zweiten Kessel, der mit einer Reihe miteinander in Verbindung stehender Kammern, einem Einlaß für heißes

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verbrauchtes Substrat in die letzte dieser äamraern und einem Auslaß für gekühltes verbrauchtes Substrat aus der ersten, -.."laser Kammern - jeweils oezogan auf die Reihenfolge der Anordnung der in den ersten Kessel miteinander in Verbindung stehenden Kammern - versehen ist, wobei der erste Kessel höher angeordnet ist als der zweite Kessel und jede Kammer des zweiten Kessels an Boden einen L'inlaß für ein Au fwirbe lungs gas und arc oberen Ende einen Auslaß für vertrauen tes Au fv/irbe lungs gas aufweist, und

(c) aine Anzin.1 von VJärmeübertragungsschleifen zwischen

den ersten und dem zweiten Kessel, wobei jede Wärmeübertragunrjsschleife mindestens eine Kammer das zweiten Kessels mit einer Kammer des ersten Kessels verbindet.

Vorzugsweise verbindet (verbinden) eine ode-r mehrere der Warna ioertragungsschleif en eine Kammer des zweiten Kessels mir dessen entsprechender Kammer in dem ersten Kessel. In dieser Anordnung verbindet eine W'ärineübertragungsschleife die erste Kamer des ersten Kessels mit der ersten Kammer das zweiten Kessels, dia zweite Kammer das ersten Kessels mit der zweiten Kammer des zweiten Kessels,und so weiter, so daß die letzte Kammer des ersten Kessels mit der letzten Kammer des zweiten Kessels iu Virbindung steht« Ist die Gesamtzahl dar !Kammern in dem zweiten Kessel größer als die Gesamtzahl der Kammern in den ersten Kessel, so können Wärmeübertragungsschleifen zwei oder mehrere Kammern des zweiten Kessels mit ein und derselben Kammer in dem ersten Kassel verbinden. Bevorzugterweisa wird eine V/äriueübertragungsschleifa verwendet, deren Funktionsweise auf einem Thernosyphonsystern beruht.

In der Vorrichtung zur Vorerhitzung der Teilchen kann (können) einer oder mehrere der oberen Auslässe aus den Kammern des zv/eiten Kessels, gegebenenfalls über ein Zyklon zur Entfernung mitgerissener Substratteilchen, r..it einen Einlaß am Boaan einer Kammer des ersten Kassels uncor Verwendung des veroraucaten Aufwiruelungsgases des zweiten Kessels als Aufwirb-alungsgas in dem ersten Kessel verbunden sein.

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Die Erfindung wird nunr^enr anhand der beigefügten Zeicnnungen in einzelnen erläutert.

Fig. 1 ist ein Fließdiagrarom eines Verfahrens zur Extraktion von Kohlenwasserstoffen aus ölschiefer unter Anwendung des erfindungsgenäßen Vorerriitzungsverf ahrens als erstem Schritt, das 3ica in drei Aosc;:nitte gliedert:

A. in eine Vorerhitzungszone

3. in eine Zone für das eigentliche Retortenverfahren und

C. in eine Verbrennungszone.

Fig. 2 ist eine detailliertere Darstellung eines Retortenbeiiältsrs für das Extractions verfahren.

Fig. 3 ist eine detailliertere Darstellung einer alternativen Vorerhitzungszone Λ naca der Erfindung und

Fi'j. 4 ist ain Fließdiagranin einer ,Värraeübertragungsscnleife für uie Vorerhitzungszone.

Die Vorerhitzungszone A gemäß Fig. 1 besteht aus einer Vorerhitzungsanordnung 10 für den frischen Schiefer und einer Kühlanordnung 30 für den heißen verbrauchten Schiefer, Die Schieferteilchen werden bei Umgebungstemperatur der Anordnung 10 für den frischen Schiefer zugeführt, die fünf getrennte, jedoch miteinander in Verbindung stehende, Kammern 11, 12, 13, 14 und 15 aufweist. In jeder dieser Kammern werden die Schieferteilchen mit Hilfe von über die Zufuhrleitung 16 eingeblasener Luft im aufgewirbelten Zustand gehalten. Jede der Kammern 11, 12, 13, 14 und 15 wird durch Wärmeübertragung von einem durch eine Wärmeaustauschschleife 17, 18, 19, 20 beziehungsweise 21 strömenden Wärmeaustauschmedium getrennt beheizt. Das Wärmeaustauschmedium in den einzelnen Schleifen wird durch In-Berührung-Bringen mit heißem verbrauchtem Schiefer erhitzt, der von der Verbrennungszone C

22

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-Vl-

über die Zufuhrleitung 22 zu der Anordnung 30 für den heißen verbrauchten Schiefer strömt. Darüber hinaus umfaßt die Anordnung für den heißen verbrauchten Schiefer auch fünf hintereinandergeschaltete Kammern 23, 24, 25, 26 beziehungsweise 27, in denen der verbrauchte Schiefer mit Hilfe von durch die Leitung 16 eingeblasener Luft jeweils in aufgewirbelten Zustand gehalten wird. Die Ströinungsrichtung des heißen verbrauchten Schiefers durch die Anordnung 30 wird im Gegenstrom zur Strömungsrichtung des frischen Schiefers durch die Anordnung 10 geführt. Dadurch kommt der frische Schiefer indirekt und stufenweise mit Schiefer in Berührung, dessen Temperatur alimäh-Iicn ans-caigt. Während der Vorerhitrunr freigesetzter Wasserdampf sowie alle andaren flüchtigen Stoffa werden über dia Leitung 29 abgezogen.

Nach Hindurchleiten durch die Anordnung 10 wird der vorerhitzte Schiefer dem Abstreifer 2 8 zugeführt, in dem alle in dem Schiefer vorhandene Luft mit durch die Leitung 70 zugeführtem Dampf herausgespült wird. Von dem Abstreifer 2 8 wird der Schiefer in die Retortenaone B transportiert. Der Retortenbehälter, der im einzelnen in Figur 2 gezeigt ist, weist fünf Kammern 31, 32, 33, 34 beziehungsweise 35 auf, von denen jede einen unteren Einlaß 36, 37, 38, 39 beziehungsweise 40 aufweist, durch den Dampf über eine Leitung 73 eingespeist wird. Der vorerhitzte Schiefer wird in die Kammer 31 über den Einlaß 74 eingespeist und gelangt anschließend in die anderen Kammern über das System von Scheidewänden 52, 53,

5 4 beziehungsweise 55. In jeder der Kammern befindet sich ein Verteiler 41, 42, 43, 44 beziehungsweise 45, um sicherzustellen, daß der eingespeiste Dampf gleichmäßig über die aufgewirbelten Schieferteilchen verteilt ist. Jede Kammer weist getrennte obere Einlasse 46, 47, 48, 49, 50 auf, durch die der über die Leitung 51 zugeführte heiße verbrauchte Schiefer aus der Verbrennungszone C zu der Schieferteilchen-Wirbelschicht transportiert wird. Aus den Schieferteilchen freigesetzte Kohlenwasserstoffe werden zusammen mit dem Dampf aus den einzelnen Zonen über Zyklone 56, 57, 58, 59, 60, 61 in

-VS-

eine Leitung 62 für die Produktentfernung befördert.

Aus der Kammer 35 gelangen die Schieferteilchen über ein Wehr 6 3 in einen Dampfabstreifer 6 4 zur Entfernung restlicher Produktsouren und von dort zu dem Auslaß 65.

Der kokshaltige verbrauchte Schiefer wird dann in der Verbrennungszone C verbrannt« ftie Schiefer-

jWerden

teilchen aus dem Abstreifer 6 4^ mit Hilfe eines durch die Leitung 72 eintretenden Luftstroms aufwärts durch ein(en) Steigrohr/Brenner 66 geleitet, wo der Koks teilweise verbrannt wird, und von dort in eine Vorrichtung 6 7 für die Verbrennung in der Wirbelschicht, in welcher der Verbrennungsvorgang abgeschlossen

Verb rennungs/ ,_..,.„,

wird. Dabei wird aus der/vorrichtung 6 7 fur die Verbrennung m der Wirbelschicht mit Hilfe eines Wasser-Kühlsystems für die Erzeugung von Dampf Wärme abgezogen. Der heiße verbrauchte Schiefer wird aus der Vorrichtung 67 in zwei Strömen abgezogen. Ein Strom wird über die Zufuhrleitung 71 mit Dampf abge- und über die Leitung 51 in die Behandlungszone B eingespeist. Der andere Strom wird über ein zweites Kühlsystem 69 und die Leitung 22 der Jyaordnung 30 für den verbrauchten Schiefer der Vorerhitzungszone A zugeführt. Heiße Rauchgase werden auf herkömmliche Weise zur Erzeugung von Dampf mittels einer Konvektions anordnung und zur Vorerhitzung der für die Verbrennung erforderlichen Luft verwendet.

Die Anordnung für den frischen Schiefer der Vorerhitzungsvorrichtung gemäß Fig_o 3 besteht aus sechs getrennten hintereinander angeordneten Kammern der Nummern 110 bis 115, und die Anordnung für den heißen verbrauchten Schiefer besteht aus sieben hintereinander angeordneten getrennten Kammern der Nummern 116 bis 122» Der frische Schiefer wird in die sechs hintereinander angeordneten Kammern über die Leitung 109 eingespeist. Der heiße verbrauchte Schiefer wird über die Leitung 123 nacheinander in die Kammern 122 bis V[ß eingespeist und mittels über die Leitung 124 zugeführter/in jeder der Kammern im aufgewirbelten Zustand

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gehalten. Die Luft aus den Kammern 116 und 117 wird dem Zyklon 125 und von dort über die Leitung T26 als Aufwirbelungsgas dem Schiefer in der Kammer 111 der Anordnung für den frischen Schiefer zugeführt. , Gleichermaßen wird die Luft aus den Kammern 118 119, 120_f 121 und 122 durch den Zyklon 127 und über die Leitung 128 als Aufvirbelungsgas dem Schiefer in der Kammer 112 der Anordnung für den frischen Schiefer zugeführt. Der in der Kammer 110 befindliche Schiefer wird mittels über die Leitung 129 zugeführter Frischluft im aufgewirbelten Zustand gehalten,und der Schiefer in den Kammern 113, 114 und 115 wird mittels über die Leitung 130 zugeführtem Dampf aufgewirbelt. Der Dampf aus den Kammern 113, 114 und 115 wird zusammen mit dem aus dem Schiefer freigesetzten Wasser in den Zyklon 138 eingespeist, und ein Strom wird in dem Kompressor 139 rekomprimiert und in die Leitung 130 rückgeführt. Der andere Strom wird einem Kondensator (nicht dargestellt) zugeführt. Das auf diese Weise erhaltene Wasser kann für Kühlzwecke verwendet werden.

Die Wärmeübertragung von dem heißen verbrauchten Substrat zu dem. frischen Substrat erfolgt mit Hilfe der »VaüneÜDer-tr-agungsschleifen 131 bis 137. Die Kammern 110 und 116 sind durch die Schleife 131 miteinander verbunden, die Kammern 111 und 117 durch die Schleife 132, die Kammern 112 und 118 durch die Scnleife 133, die Kammern 114 und 121 durch die Schleife 136 und die Kammern 115 und 122 durch die Schleife 137. Die Kammer 113 der Anordnung für den frischen Schiefer ist mit den beiden Kammern 119 und 120 der Anordnung für den heißen verbrauchten Schiefer durch die Schleifen 134 beziehungsweise 135 verbunden.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Methode des Betriebs einer Wärmeübertragungsschleife mit Hilfe des Thermosyphoneffekts. Die Kammer 210 der Anordnung für den frischen Schiefer ist höher angeordnet als die Kammer 211 der Anordnung für den verbrauchten Schiefer. Es strömt Wärmeübertragungs-

-ys- SO

flüssigkeit von dem Kessel 212 in die Kammer 211, wo sie durch Wärmeübertragung von dem heißen verbrauchten Schiefer verdampft wird. Der Dampf steigt durch den oberen Teil des Kessels 212 in die Kammer 210 auf, wo er durch Wärmeübertragung zu dem frischen Schiefer wieder kondensiert wird.

Beispiel 1

Das beschriebene Verfahren gemäß Fig„ 1 wird kontinuierlich unter den nachstehenden Betriebsbedinaungen durchgeführt.

Schieferteilchen

Anfangszusammensetzungs

Wasser ^{s 8},0 Gew„-%

Organische Stoffe ^: 20,0 Gew.-%

Mineralien ° 72,0 Gew„-%

Maximaler Durchmesser : etwa 2 mm

A. Vorarhitzungsabschnitt

Charge an frisch zugeführtem Schiefer; 5 8 kg/s Anfangs temperatur der Schieferteilchens 25 C Endtemperatur der Schieferteilchen; 250 C

B. Retorten .abschnitt

Temperatur des heißen verbrauchten Schiefers: 700° C

Zugeführte Menge an vorsrhitztem

Schiefer: 53 kg/s

Kammer ^amp β ra tur_^C Heifler verb rauch terSchiefe r, „^k9/,^s ^Ur· ¹ 450 50

2 480 22

3 480 2,5

4 480 1,1

5 480 0,5

Gesamtmenge an gewonnenen Kohlenwasserstoffen: 7 kg/s.

C. Verbrennungsabschnitt

Dem Steigrohr/Brenner zugeführte Charge: 122,1 kg/s.

Aus der "vfirbelschicht-Verbrennungsvorrichtung abgezogene wärine

36 HW.

wärme zur Aufreunterhaltung einer Temperatur von 700° C:

Beispiel 2

Das Descnriebene Vorerhitzungsverfahren gemäß Fig. 3 erfolgt kontinuierlich unter den nachstehend im einzelnen angegebenen Betriebsbedingungen.

Der über die Leitung 109 zugeführte frische ölschiefer ist der gleiche wie der in Beispiel 1 verwendete, sowohl in bezug auf die Zusammensetzung als auch in bezug auf den Teilchendurchmesser. Die vorerhitzten Ölschieferteilchen verlassen die Vorerhitzungszone über die Leitung 140 bei einer Temperatur von etwa 250° C. Eine Temperatur von etwa 700° C aufweisender heißer verbrauchter Schiefer wird über die Leitung 123 eingespeist und strömt durch die Vorerhitzungszone im Gegenstrom zu dem frischen ölschiefer. Er verläßt die genannte Vorerhitzungszone bei einer verringerten Temperatur von etwa 80° C.

Der heiße verbrauchte Schiefer entsteht in einer Wirbelschicht-Verbrennungsvorrichtung, in der der kokshaltige verbrauchte Schiefer,wie für Zone C gemäß Fig. 1 beschrieben, mit Luft verbrannt wird.

Anordnung für den Schiefercharge: 5 8 kg/s frischen Schiefer: Anfangstemperatur: 25° C

Kammer Nr. Temperatur, °C

110 40

111 55

112 85

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Kammer :ir.

113

114 115

Anordnung für den heißen verbrauchten Scniefer ;

Temperatur, C

105 150 250

Schiefercharge;

42 kg/s

Anfangstemperatur: 700 C

K ammer Nr.	22
1	21
1	20
1	19
1	18
1	17
1	16
1

Temperatur, C 566 461 327 197 138

109 80

Wärmeübertragungsschleifen

Schleife Nr. Flüssigkeit

131 132 133 134 135 136 137

Methanol

Wasser

Betriebs	Betriebs
temperatur	druck
⁰C	bar
65	1,0
82	1,8
112	1,5
150	5,0
216	22
300	90
300	90

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Vorerhitzung von Teilchen eines kohlenwasserstoffhaltigen Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratteilchen mit einem festen wärnetragenden Medium indirekt im Gegenstron unter Verwendung von in Keine angeordneten Wärmeübertragungsschleifen ernitzt werden, wobei die Wärneschleifen jeweils ein im Kreislauf geführtes Wärmeübertragungsmedium enthalten, welcnes so gewählt ist, daß die Temperatur der Substratteilchen mittels der Gesamtheit der v/ärmeschleifen stufenweise angehoben und die Temperatur des festen wärmetragenden Mediums stufenweise gesenkt werden kann.

2. Verfanren nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste wärmetragende Medium ein heißes verbrauchtes Substrat ist.

3. Verfahren nach Ansprucn 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratteilchen und das feste wärmetragende Medium jeweils in im wesentlichen aufgewirbeltem Zustand gehalten werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufwirbelungsmedium Dampf verwendet wird, wobei zumindest ein Teil des verwendeten Dampfes in die Wirbelschicht rückgeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeicnnet, daß aia Kreis lauf führung des Wärrneübertragungsmediums in den Schleifen zwischen dem kohlenwasserstoffhaltigen Substrat und dem festen wärmetragenden Medium mit Hilfe eines Thermosypnoneffekts erfolgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf geführte Wärmeübertragungsmedium Methanol oder mit Druck beaufschlagtes Wasser ist.

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7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Substratteilchen von Umgebungstemperatur auf etwa 250° C heraufgesetzt wird.

8» Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das feste wärmetragende Medium eine Anfangstemperatur von 700° C aufweist.

9. Verfanren nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße verbrauchte Substrat dadurch erhalten wird, daß man das vorerhitzte kohlenwasserstoffhaltige Substrat im wesentlichen in Abwesenheit von Sauerstoff zum Erhalt eines kokshaltigen Substrats sowie freigesetzter Kohlenwasserstoffe weiter erhitzt und das kokshaltige verbrauchte Substrat in einem getrennten Verbrennungsschritt'zum Erhalt von heißem verbrauchtem Substrat mit einem freien sauerstoffhaltigen Gas verbrennt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vorerhitzte kohlenwasserstoffhaltige Substrat weiter auf eine Temperatur von mindestens 400° C erhitzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des kokshaltigen verbrauchten Substrats erfolgt, während dieses sich im aufgewirbelten Zustand befindet.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des heißen verbrauchten Substrats mit dem vorerhitzten kohlenwasserstoffhaltigen Substrat vermischt wird, um dieses vorerhitzte Substrat weiter zu erhitzten.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratteilchen weiter erhitzt werden, indem man sie durch eine Reihe von Zonen hindurchleitet, in zumindest einigen von welchen die Substratteilchen mit dem heissen verbrauchten Substrat"vermischt werden, wobei das Gemisch im wesentlichen im aufgewirbelten Zustand gehalten wird,

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und daß die freigesetzten Kohlenwasserstoffe entfernt werden, indem man ein inertes Abstreifgas im Kreuzstrom zu der Durchgangsrichtung der Substratteilchen durch diese hindurchleitet.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen horizontal angeordnet sind.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Abstreifgas Dampf und/oder rückgeführtes Produktgas ist.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenwasserstoffhaltige Substrat ölschiefer ist.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenwasserstoffhaltige Substrat eine Teilchengröße im Bereich von 0,5 bis 5 mm aufweist.

18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend

(a) einen ersten Kessel, der mit einer Reihe miteinander in Verbindung stehender Kammern, einem Einlaß für frische Substratteilchen in die erste dieser Kammern und einem Auslaß für vorerhitzte Substratteilchen aus der letzten dieser Kammern versehen ist, wobei jede dieser Kammern am Boden einen Einlaß für ein Aufwirbelungsgas und am oberen Ende einen Auslaß für verbrauchtes Aufwirbelungsgas aufweist;

(b) einen zweiten Kessel, der mit einer Reihe miteinander in Verbindung stehender Kammern, einem Einlaß für heißes verbrauchtes in die letzte dieser Kammern und einem Auslaß für kaltes verbrauchtes -Substrat aus der ersten dieser Kammern - jeweils bezogen auf die Reihenfolge der Anordnung der in dem ersten Kessel miteinander in Verbindung stehenden Kammern - versehen ist, wobei der erste Kessel höher

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angeordnet ist als der zweite Kessel und jede Kammer des zweiten Kessels am Boden einen Einlaß für ein Aufwirbelungsgas und am oberen Ende einen Auslaß für verbrauchtes Aufwirbelungsgas aufweist; und

(c) eine Anzahl von Wärmeübertragungsschleifen zwischen dem ersten und dem zweiten Kessel, wobei jede Wärmeübertragungsschleife mindestens eine Kammer des zweiten Kessels mit einer Kammer des ersten Kessels verbindet.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Wärmeübertragungsschleifen eine Kammer des zweiten Kessels mit dessen entsprechender Kammer einer Reihe miteinander in Verbindung stehender Kammern in-dem ersten Kessel verbindet (verbinden).

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsweise der Wärmeübertragungsschleife auf einem Thermosyphonsystem beruht.

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der oberen Auslässe aus den Kammern des zweiten Kessels, gegebenenfalls über ein Zyklon, mit einem Einlaß am Boden einer Kammer des ersten Kessels verbunden ist (sind).

22. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 21, enthaltend Kammern (110, 111, 112, 113, 114, 115) für frisches Substrat und Kammern (116, 117, 118, 119, 120, 121, 122) für den festen Wärmeträger mit am unteren Teil dieser zuletzt genannten Kammern angeordneten Einlassen für Frischluft, eine die Kammern 116 und 110 verbindende Wärmeübertragungsschleife 131, eine die Kammern 117 und 111 verbindende Wärmeübertragungsschleife 132, eine die Kammern 118 und 112 verbindende Wärmeübertragungsschleife 133, eine die Kammern 119 und 113 verbindende Wärmeübertragungsschleife 134, eine die Kammern 120 und 113 verbindende Wärmeübertragungsschleife 135, eine die Kammern 121 und 114 verbindende Wärmeübertragungsschleife 136, eine die Kammern 122 und 115 verbindende Wärmeübertragungs'chleife

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137, ferner ein durch die Kammern 116, 117 gespeistes und Luft in den unteren Teil der Kammer 111 förderndes Zyklon 125 sowie ein durch die Kammern (118, 119, 120, 121, 122) gespeistes und Luft in den unteren Teil der Kammer 128 förderndes Zyklon 127.