DE3235898A1

DE3235898A1 - Verfahren zur retortenbehandlung von kohlenstoffhaltigen teilchen

Info

Publication number: DE3235898A1
Application number: DE19823235898
Authority: DE
Inventors: S. Merrill 80112 Englewood Col. LaVaun jun.
Original assignee: Marathon Oil Co
Current assignee: Marathon Oil Co
Priority date: 1981-12-30
Filing date: 1982-09-24
Publication date: 1983-07-21
Also published as: AU8854182A; US4424021A; MA19660A1; SU1291026A3; BR8206211A

Description

Verfahren zur Retortenbehandlung von kohlenstoffhaltigen Teilchen

Die Erfindung betrifft Verfahren für die thermolytische Behandlung von Teilchen. Die Erfindung betrifft insbesondere Verfahren für die Anordnung und Wärmebehandlung von Teilchen einschließlich kohlenstoffhaltiger Materialien unterschiedlicher Größe in einer Retorte mit Schwerkraftbeschickung.

Das Verfahren zum Erhitzen kohlenstoffhaltiger Materialien unter Verkohlen derselben oder destillieren verschiedener Nebenprodukte (Entgasen) ist allgemein bekannt. Die Erhitzungsbedingungen können ausgewählt werden, z.B. Anwenden einer Retorte, eines Ofens, einer Trommel, eines Gitters, eines Herdes usw. Dort wo eine Retorte angewandt wird, kann es sich entweder um ein statisches oder ein dynamisches Erhitzungssystem handeln. Ein derartiges dynamisches System nach dem Stand der Technik ist die Retorte mit Schwerkraftbeschickung.

Ein Retortensystem mit Schwerkraftbeschickung verwendet normalerweise einen praktisch senkrechten Zylinder als eine Retorte, eine oder mehrere Einführungsstellen für das Einführen der zu behandelnden Materialien in die Retorte und eine oder mehrere Einführungsstellen an einer relativ niedrig gelegenen Stelle der Retorte zwecks Einführen des komprimierten erhitzten Gases. Bei einem derartigen System werden die zu behandelnden Materialien der Erhitzung durch Wärmeaustausch mit dem heißen Gas unterworfen, wobei dieselben sich mit einer gesteuerten Geschwindigkeit durch die Reotrte nach unten bewegen. Gleichzeitig fließt das erhitzte Gas nach oben mit gesteuerter Geschwindigkeit und Temperatur. Dort wo kohlenstoffhaltige Materialien in einer derartigen Retorte mit Schwerkraftbeschickung behandelt worden sind, handelt es sich normalerweise um ein Gemisch von Teilchen unterschiedlicher Größe, wobei die Temperatur und Fließgeschwindigkeit (oder Gewichtsverhältnis) des erhitzten Gases ausgewählt werden in Übereinstimmung sowohl mit dem der Behandlung unterworfenen Material als auch dem angestrebten Ergebnis.

Es ergeben sich erhebliche Vorteile für Verfahren, bei denen eine Retorte mit dynamischer Schwerkraftbeschickung angewandt wird. So ist das Verfahren z.B. kontinuierlich, die Berührung zwischen den Feststoffteilchen und den erhitzten Gasen ist recht gut und somit weist das System einen recht hohen Wirkungsgrad auf. Es wurde jedoch gefunden, daß bei Situationen, wo Gemische der Teilchen mit stark unterschiedlichen Größen in die Retorte eingeführt werden, alle der Teilchen nicht wirksam und einheitlich auf eine gewünschte Behandlungstemperatur erhitzt werden können. Dies beruht auf der Tatsache, daß die in jedem Teilchen erreichte Temperatur eine Funktion nicht nur der Temperatur d3s Erhitzungsgases und der Verweilzeit der Teilchen in der Retorte ist, sondern ebenfalls eine Funktion der effektiven Oberfläche und der Masse jedes Teilchens ist. In einem Gemisch von Teilchengrößen werden somit die kleinsten Teilchen, die das größte Verhältnis von ifektiver Oberfläche zurMasse besitzen, relativ schnell auf die gewünschte Temperatur oder darüber erhitzt, während die größeren Teilchen nicht so schnell oder möglicherweise nicht vollständig erhitzt werden bedingt durch deren kleineres Verhältnis von effektiver Oberfläche zu Masse. Nach dem Stand der Technik hat dies zu Systemen geführt, die relativ geringen Wirkungsgrad besitzen, so daß dieselben in der Lage sind die größten Teilchen vollständig zu erhitzen. Weiterhin haben Retortensysteme nach dem Stand der Technik, bedingt durch den Druckabfall, eine erhebliche Kompression erforderlich gemacht, um das erhitzte Gas nach oben durch die Retorte zu bewegen, öe größer die erforderliche Kompression, um so kostspieliger ist allgemein das Gebläse oder der Kompressor, der in dem System erforderlich ist.

Ein Arbeiten mit Retorten in der oben beschriebenen Weise ist für viele Verfahren angewandt worden, einschließlich der Verkokung oder Entgasung von Teilchen auch jmit kohlenstoffhaltigem Material wie Ölschiefer, Kohle oder dgl. und dieselben sind ebenfalls für eine große Anzahl weiterer exothermer oder endothermer Reaktionen angewandt worden. Insbesondere hat man

erfolgreich derartige dynamische Retortentechniken angewandt bei der Entgasung oder Abdestillation von Erdölprodukten aus Ölschiefer. Wenn auch die Anwendung derartiger Arbeitsweisen ausgedehnt Verwendung gefunden hat, gibt es doch arteigene Begrenzungen dieser Arbeitsweise, wie sie zur Zeit angewandt werden und dies hat den Wirkungsgrad nachteilig beeinflußt und die Anwendung begrenzt.

Eine der ernsthafteren Beschränkungen in der Anwendung einer derartigen Retortentechnik mit Schwerkraftbeschickung wurde nun dahingehend fstgestellt, daß für die praktischen Zwecke die richtige Wärmebehandlung durch die Retortenhöhe und die Überlegungen bezüglich des Druckabfalls auf eine relativ schmale Größenverteilung der das kohlenstoffhaltige Material enthaltenden Teilchen begrenzt ist. Diese Begrenzung gilt für eine spezifische Temperatur und Bewegung der Teilchen mit einer spezifischen Gasfließgeschwindigkeit. So können insbesondere einige Teilchen richtig für die Destillation oder Verkokung mit einer Gasmenge von z.B. etwa 0,23 bis etwa 0,45 kg pro 0,454 kg kohlenstoffhaltiges Material enthaltende Teilchen erhitzt werden, die eine Temperaturbehandlung bei Werten von etwa 500 bis etwa 85O°C erfahren, wobei sich die Teilchengrößenverteilung auf etwa 0,6 bis etwa 5,1 cm beläuft. In einem derartigen System werden Teilchen mit einer wesentlich größeren Größe als dem angegebenen Bereich dazu neigen durch das System hindurchzutreten, ohne daß dieselben vollständig für die Entgasung oder Verkokung erhitzt werden, während wesentlich kleinere Teilchen als dem angegebenen Teilchenbereich entsprechend, mit dem Gas mitgerissen und durch das System nach oben getragen werden können zusammen mit dem erhitzten Gas und Destillat. Wenn größere Teilchen bei Retortensysteraen nach dem Stand der Technik angewandt werden, sind in der Praxis höhere Retorten (mit längeren Erhitzungszonen) erforderlich. Eine Vergrößerung der Retortengröße bei zunehmender Teilchengröße führt seinerseits zu einer Vergrößerung des Druckabfalls (wodurch eine erhöhte und kostspieligere Kompression erforderlich wird) sowie der ünfhähigkeit kleinere Teilchen zu behandeln), wodurch es

erforderlich wird, die kleineren Teilchen zu verwerfen. In ähnlicher Weise gilt, daß dann, .-/enn kleinere Teilchen (oder mehr kleine Teilchen) in den Retorten nach dem Stand der Technik angewandt werden, daß sich wiederum eine Vergrößerung des Druckabfalls ergibt und mehr feine Teilchen mitgerissen und mit dem Gas weggetragen werden. Es ergibt sich somit, daß Systeme nach dem Stand der Technik mit recht engen Grenzwerten ausgelegt sind, um der Teilchengröße, dem Druckabfall und den Mitreißen der Teilchen zu entsprechen. Smmit können weder übermäßig große, unvollständig erhitzte Teilchen noch übermäßig kleine, mitgerissene Teilchen in wirksamer Weise vermittels dieses Retortenverfahrens nach dem Stand der Technik verarbeitet werden. Die Situation wird insbesondere schwierig, wenn man Materialien verarbeiten will, die entweder aufgrund einer früheren Behandlung oder aus natürlichen Gründen in Form von Teilchen vorliegen, deren Größen über einen breiten Bereich sc-hwanken. So können viele Arten an ölschiefer und Kohle, die einer Retortenbehandlung unterworfen werden können, im Verlaufe herkömmlicher Verarbeitung in Form von Massen anfallen, die aus Teilchen bestehe, deren Größe von einigen wenigen Mikron bis zu 12,7 oder 15,2 cm schwanken. Dies erfordert gewöhnlich eine Zerkleinerung der größeren Teilchen und ein Verwerfen der kleineren Teilchen. Wenn Massen an Teilchen mit gemischten Teilchengrößen in die Retorte als ein Gemisch eingeführt werden, schwankt weiterhin des Permeabilität des Bettes bedingt durch die Inkonsistenz des Gemisches, ^omit muß die Gasfließgeschwindigkeit des Systems kontinuierlich überwacht und angepaßt werden, um so die kontinuierliche Druckveränderung in dem System bedingt durch das Gemisch der Teilchengrößen zu kompensieren.

&ach dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme und Verfahren für die Wärmebehandlung kohlenstoffhaltiger Teilchen oder ohne Berücksichtigung deren Größen bekannt geworden. So wird z.B. nach der US-PS 926 702 Kohle in grobe und feine Teilchen unterteilt und sodann ansatzweise in statische Retorte von oben aus eingeführt, 3O daß sich eine Säule grober Teilchen benachbart zu einer Säule feiner Teilchen in der Retorte während

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des Erhitzens befindet. Mach der US-PS 2 614 069 werden kohlenstoffhaltige Teilchen in einen senkrechten Reaktor mit fluidisiertem Bett erhitzt, in das die größten Teilchen (keines größer als etwa 1,27 cm) an dem oberen Ende eingeführt werden, Teilchen mittlerer Größe in niedrigerer Höhe und kleine Teilchen in einer noch niedrigeren Höhe usw. eingeführt werden, wobei alle Teilchen fluidisiert werden vermittels eines Hochgeschwindigkeits-Heizgases unter Ausbilden einer turbulenten Masse. Hierbei neigen die größten Teilchen dazu die körüeste Verweilzeit zu haben, und die Erhitzungszeit wird für keines der Teilchen gesteuert, und weiterhin kann das System nach seiner Erstellung nicht für die Behandlung größerer Teilchen modifiziert werden.

Die US-PS 3 325 395 lehrt ein sich bewegendes Rostsystem für die Gewinnung von öl aus ölschiefer, wobei die kleinsten Teilchen auf den Rost gebracht und Schichten progressiv größerer Teilchen über denselben angeordnet werden. Die US-PS 1 906 755 beschreibt die Destillation von Kohle, die in §rößenschichten sortiert ist, auf einem perforierten Herd, wobei die gröbsten Teilchen auf dem Boden und die feinsten Teilchen oben auf liegen. Die US-PS 2 626 234 beschreibt eine Ölschieferretorte mit fluidisiertem Bett, die mit Wärmeaustausch arbeitet. Die US-PS 4 039 427 beschreibt ein sich bewegendes Rostsystem für die Behandlung von Ölschiefer, wobei an öl verarmtes Material auf ölhaltiges Material gelegt wird und man sodann das an öl verarmte Material verbrennt unter Erhitzen des Ölhaltigen Materials. Die; US-PS 4 196 051 beschreibt ein System, bei dem grobe und feine Kohle abwechselnd in Seite-an-Seite Reihen auf einem sich waagerecht bewegenden Rost angeordnet wird, der " durch ein Verokungsofen läuft. Keine der Veröffentlichungen nach dem Stand der Technik beschreibt ein dynamisches, praktisch senkrechtes Retortensystem mit Schwerkraftbeschickung und geradlinigem Durchsatz, bei dem Teilchen größer als 1,27 cm in die Retorte von einer Mehrzahl an Stellen aus eingeführt werden, wobei die Teilchen mit der größten Größe an

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der höchsten Stelle der Retorte zur Einführung kommen, sowie Teilchen sukzessiv verkleinerter Größe in sukzessiv niedrigen Höhen zur Einführung kommen, sowie die Teilchensodann mit einem Gas erhitzt werden, das mit einer nicht fluidisierenden Geschwindigkeit fließt dergestalt, daß praktisch alle Teilchen geradlinig nach unten durch die Retorte mit einer einstellbaren, gesteuerten Geschwindigkeit fließen sowie die Temperatur und die Fließgeschwindigkeit des Gases dergestalt sind, daß der Druckabfall verringert wird und jedes der Teilchen unabhängig von dessen Größe sich in der Retorte über eine Zeitspanne hin befindet, die praktisch direkt proportional zu dessen Masse ist, so daß alle Teilchen unterschiedlicher Größe praktisch vollständig einheitlich erhitzt werden. Erfindungsgemäß werden die oben abgehandelten Schwierigkeiten überwunden und es ergeben sich verschiedene zusätzliche Vorteile.

Die wesentliche der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Anordnung zu schaffen, durch die ein richtiges und einheitliches Erhitzen von Teilchen aufrechterhalten wird, deren Größen sich über einen breiten Bereich erstrecken.

Eine spezifischere Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine Anordnung geschaffen wird, durch die ein kohlenstoffhaltiges Material enthaltendes Teilchen, die einen breiten Bereich der Größenverteilung aufweisen, vollständig destilliert oder verkokt werden.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Retortensystem mit Schwerkraftbeschickung zu schaffen, bei dem die maximale Größe des noch zu behandelnden Teils vergrößert und die kleinste Größe des noch zu behandelnden Teilchens verkleinert wird.

Diese der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden allgemein dadurch gelöst, daß in ein nicht turbulentes, senkrechtes, mit Schwerkraftbeschickung arbeitendes Retortensystem Teilchen eingeführt werden, die zunächst nach deren Größe sortiert worden sind, sowie sodann die größeren Teilchen einem oberen

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Teil der Retorte und sukzessiv kleinere Teilchen sukzessiv niedrigen Teilen der Retorte zugeführt werden, so daß praktisch alle Teilchen in der Retorte über eine Zeitspanne vorliegen, die praktisch direkt proportional deren Größe ist. Mit anderen Worten, erfindungsgemäß wird ein System für die Zuführung in einer Retorte mit Schwerkraftbeschickung geschaffen dergestalt, daß die größeren Teilchen dem oberen Teil der Retorte und die suksessiv kleineren sukzessiv den niedrigeren Teilen der Retorte zugeführt werden. Hierdurch werden die kleineren Teilchen, die ansonsten dazu neigen würden in dem erhitzten Gas mitgerissen zu werden und nach oben durch die Retorte aufzusteigen, wodurch sich ein Druckabfall ergibt, auf die nach unten bewegten größeren Teilchen treffen, so daß alle Teilchen dazu neigen, einen direkten und kontinuierlichen Weg durch die Retorte zu nehmen. Dies führt ebenfalls dazu, daß die größeren Teilchen in der Retorte eine längere Zeitspanne verbleiben, so daß deren größere Größe eine längere Zeitspanne dem Wärmeaustausch unterworfen wird. Gleichzeitig bleiben die sukzessiv kleineren Teilchen, die in sukzessiv kürzeren Zeitintervallen auS ihrer Entgasungs- oder Verkokungstemperatur erhitzt werden, über sukzessiv kürzere Zeitspannen in der Retorte. In dieser Weise können Teilchen stark unterschiedlicher Größe kontinuierlich durch eine nicht turbulente Retorte mit Schwerkraftbeschickung geführt werden, wobei sich ein praktisch vollständiges und einheitliches Erhitzen aller Teilchen ergibt. Hierdurch resultiert eine einheitlichere und somit verbesserte Wärmebehandlung aller Teilchen. Weiterhin führt das Einführen der größeren Teilchen lediglich an dem oberen Teil der Retorte zu dem zusätzlichen Vorteil, daß ein einheitlicherer Druck in der Retorte aufrechterhalten wird. Bei der praktischen Ausführung ergibt sich bei der Behandlung von Teilchen stark unterschiedlicher Größe eine geringe Druckschwankung und ein geringerer Druckabfall i nder Retorte, so daß nur eine geringe Drucksteuerung oder Modifizierung erforderlich ist und eine weniger kostspielige Kompressionsausrüstung angewandt werden kann.

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Wie bereits angegeben, neigen die größeren, in das obere Teil der Retorte eingeführten Teilchen ebenfalls dazu, die kleineren Teilchen nach unten durch die Retorte zu ziehen und somit das Mitreißen der kleineren Teilchen durch die Retorte mit den nach oben fließenden Gasen zu vermeiden. Die Verringerung des Druckabfalls ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die kleineren Teilchen in einem kontrollierten Retortenabschnitt und nicht in der gesamten Retorte vorliegen, und zwar aufgrund der Einwirkung der größeren auf die kleineren Teilchen, Das Einführen der größeren Teilchen in das obere Teil der Retorte ermöglicht ebenfalls das Einführen von sogar kleineren oder feinerem Material in die Retorte unter der Einführungsstelle der größten Teilchen. Aufgrund dieses Effektes kann weiterhin die Länge der Retorte unter der Einführungsfläche der größeren Teilchen kürzer als nach dem Stand der Technik gestaltet werden. In ähnlicher Weiee braucht die Retorte lediglich geringfügig verlängert zu werden für die Aufnahme sehr großer Teilchen« Wenn größere Teilchen agewandt werden können, wird weiterhin die Menge der während der Zerkleinerung oder des Zermahlens gebildeten Feinanteile verringert. Wie zu erwarten, ermöglicht weiterhin ein derartiges effizientes System ebenfalls einen großen Materialdurchsatz, ohne daß es gleichzeitig erforderlich ist, die Temperatur des erhitzten Gases oder die Größe der Retorte zu erhöhen.

Bei Verfahren mit kontinuierlicher Beschickung fester Teilchen mit breitem Größenbereich wird erfindungsgemäß die Beschickung in wenigstens zwei Fraktionen unterteilt, wobei jede Fraktion im wesentlichen ein Kontinuurji an Teilchengrößen aufweist, die im wesentlichen nicht mit den Teilchengrößen des nächsten Fraktionskontinuums überlappen, i^ei einem zwei Fraktionssystem wird die Fraktion mit überwiegend den größten Teilchen in die Retorte an dem oberen Teil desselben eingeführt, während die Fraktion mit überwiegen d den Teilchen der kleineren Größe an einem unteren Teil der Retorte eingeführt wird, natürlich werden Fraktionen aus aufeinanderfolgenden Teilchenbereichen bestehend aus einer Zwischenfraktion in erfindungsgemäßer Weise

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in Abschnitte der Retorte eingeführt, wobei die Zwischenfraktion mit den größten Teilchen unmittelbar unter der Stelle eingeführt wird wo die größten Teilchen zur Einführung kommen, und dieses Einführen erfolgt in entsprechender sukzessiver Weise. Bei einem derartigen System wird die Fließgeschwindigkeit der erhitzten Gase so gehalten, daß sich ein Fluidisieren ergibt, so daß praktisch alle Teilchen sich in nicht turbulenter und kontinuierlicher Weise nach unten durch die Retorte bewegen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Behandlung von Feststoffen geeignet, die kohlenstoffhaltiges Maetial enthalten, wie Ölschiefer, Kohle, B raunkohle, Torf, Teersände, Koks, ülkoks usw. Die erfindungsgemäß behandelten Teilchen können aus natürlichen oder künstlichen Quellen stammen oder dieselben können durch Zerkleinern von Massen hergestellt worden sein, deren Teilchengröße sich über breite Bereiche erstreckt.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend beispielsweise anhand der beigefügten Figur 1 erläutert, die eine teilweise schematische oder teilweise diagrammförmige Wiedergabe des Systems für das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.

Das in der Figur 1 wiedergegebene System besteht im wesentlichen aus einer Retorte 2 mit Schwerkraftbeschickung, die hier beispielsweise mit drei Beschickungsbehältern 4,6 und 8 verbunden ist. Die Arbeitsweise wird weiter unten im Zusammenhang mit dem Entgasen eines zerkleinerten kohlenstoffhaltigen Materials, das z.B. Ölschiefer enthält, beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß auch andere zerkleinerte Materialien einschließlich zerkleinerter Teilchen, die kohlenstoffhaltiges Material enthalten, sowie anderes teilchenförmiges Material in praktisch gleicher Weise behandelt werden kann.

Jedeä der Behälter 4,6 und 8 ist mit der Retorte 2 durch eine Beschickungsleitung 12, 14 und 16 verbunden, und es sind entsprechende Steuerungsventile 18, 22 und 24 zugeordnet. An dem Boden der Retorte 2 ist eine Gasleitung 26, die darch das Ventil 28 gesteuert wird, angeschlossen für das Einführen des heißen Gases in die Retorte 2. Eine Leitung 32 für bearbeiteten Ölschiefer, die durch das Ventil 34 gesteuert wird, befindet

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sich an dem unteren Teil der Retorte 2 für das Entfernen des Materials aus dem Boden der Retorte 2. An dem oberen Ende der Retorte befindet sich eine Gasauslaßleitung 36 mit einem Steuerventil 38.

t-ei dem Entgasungsvorgang wird teilchenförmiges, kohlenstoffhaltiges Material wie ölschiefer in zwei oder mehr, in dem vorliegenden Fall in drei Gruppen bezüglich der Teilchengröße unterteilt. Erfindungsgemäß werden die Teilchen mit dem größten G rößenverteilungskontinuum in den obersten Behälter 4, die Teilchen mit dem kleinsten Größenverteilungskontinuum in den untersten Behälter 8 und die Teilchen mit dem zwischengeordneten GröQenverteilungskontinuum in den Behälter 6 gebracht. Es wird ein heißes Gas, in dem vorliegenden Fall ein nicht oxidierendes Gas mit einer Temperatur von z.h. etwa 65O°C in den Boden der Retorte 2 durch die Heißgasleitung 26 eingeführt, wobei die Gasflußgeschwindigkeit durch das Ventil 28 so gehalten wird, daß sich kein turbulenter Fluß ergibt.

Nachdem ein nicht turbulenter Fluß des heißen Gases durch die Leitung 26 in ganggesetzt und die Retorte 2 auf die gewünschte Temperatur für das Entgasen des Ölschiefers gebracht worden ist, werden die Ventile 18, 22 und 24 praktisch gleichzeitig geöffnet, so daß die Teilchen in die Retorte 2 eingeführt werden können. Da die größten Teilchen aus der Leitung 12 in die Retorte eintreten, kommen dieselben sofort in Berührung mit den nach oben fließenden heißen Gasen und werden durch den Wärmeaustausch mit diesen heißen Gasen erhitzt. Somit verbleiben die größten Teilchen innerhalb des Systems und werden erhitzt von dem Zeitpunkt an, wo dieselben aus der Leitung 12 in die Retorte 2 eintreten, und zwar praktisch bis dieselben aus dem Boden der Retorte 2 abgezogen werden. In ähnlicher Weise werden die Teilchen mit der Zwischengröße in die Retorte von dem Behälter 6 aus durch die Leitung 14 unter der Steuerung des Ventils 22 eingeführt, und die kleinsten Teilchen werden in die Retorte von dem Behälter 8 durch dieLeitung 16 unter der Steuerung des Ventils 24 eingeführt. Xn jedem dieser beiden letzteren Fälle verbleiben die Teilchen innerhalb der Retorte

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und werden von dem Zeitpunkt an erhitzt, wo dieselben in die Retorte 2 eingeführt werden bis zu dem Zeitpunkt wo dieselben aus dem Boden der Retorte abgezogen werden. Unabhängig von welchem Behälter aus die Teilchen abgezogen werden, fließen dieselben unter der Einwirkung der Schwerkraft praktisch geradlinig und nicht turbulent durch die Retorte 2.

Jedes der Teilchen erfährt während der Erhitzung ein Verdmpfen und Verflüchtigen der darin enthaltenen organischen Materialien. Diese Dämpfe werden von dem oberen Ende der Retorte zusammen mit den erhitzten Gasen durch die Leitung 36 unter Steuerung des Ventils 38 abgezogen. Die erhitzten, behandelten und nunmehr praktisch frei von kohlenstoffhaltigen Materialien festen Teilchen erreichen den Boden der Retorte 2. Die festen Teilchen werden sodann an der Auslaßleitung 32 unter Steuerung des Ventils 34 geführt und aus der Retorte 2 für die weitere Anwendung bewegt.

Man sieht somit, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die größten Teilchen, die in die Retorte in der größten Höhe eingeführt werden, in der Retorte am längsten verbleiben und somit der längsten Erhitzungszeitspanne unterworfen werden. In ähnlicher Weise verbleiben die Teilchen mit der Zwischengröße innerhalb der Retorte eine kürzere Zeitspanne und werden somit eine kürzere Zeitspanne als die größten Teilchen der Erhitzung unterworfen, während die kleinsten Teilchen in der Retorte die kürzeste Zeitspanne verbleiben und somit auch am kürzesten der Wärmeeinwirkung unterworfen werden. Weiterhin führt das Einführen der Teilchen mit der größten Größe an dem oberen Teil der Retorte dazu, daß die großen Teilchen bei ihrer Bewegung nach uhnten sowohl als eine Art Kappe als auch als eine Art Filter für die kleineren Teilchen dienen, so daß von dem Zeitpunkt wo die Teilchen mittlerer und kleinerer Größe in Berührung mit den nach unten wandernden größten Teilchen kommen, sich allesamt in Richtung auf den Boden der Retorte mit praktishh der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Es versteht sich, daß die Teilchen nicht in einem freien Fall vorliegen, sondern mit einer gesteuerten Geschwindigkeit nach unten geführt werden,

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v.'obei diese Geschwindigkeit im wesentlichen durch die Abzugsgeschwindigkeit durch die Leitung 32 bestimmt wird. Somit ist die Verweilzeit praktisch jedes Teilchens innerhalb der Retorte eine Funktion der Einführungsstelle in die Retorte. Wie bereits angegeben, bewegen sich weiterhin die größeren Teilchen von oben aus nach unten, und dieselben neigen dazu eine Art Kappe bezüglich eines nach oben gerichteten Flusses der kleineren und feineren Teilchen auszubilden, wodurch verhindert wird, daß sich kleine Teilchen nach oben in der Retorte bewegen, wodurch wiederum ein einheitlicherer Druck in der Retorte aufrechterhalten wird.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand einer Reihe Ausführungsbeispiele erläutert, wobei es sich einmal um das Anwenden von zwei und einmal von drei Teilchengrößen handelt,ä beschrieben unter der Anwendung von ölschiefer in einem Retortensystem mit Schwerkraftbeschickung.

Beispiel 1

2 Bei diesem Beispiel werden 9,8 kg/h.dm Teilchen mit einer G röße von 2,5 cm in die Retorte von dem oberen Behälter 4 oder

2
6 und 4,9 kg/h.dm Teilchen mit einer Größe von 0,3 cm von dem Behälter 8 aus eingeführt. In dieses System werden 13,6 kg/h.

2
dm heißes Gas in die Retortenzone mit einer Temperatur von 65O°C aus der Leitung 26 eingeführt und das heiße Gas verläßt die Retorte durch die Leitung 36 mit einer Temperatur von 150 C. Unter diesen Bedingungen ist eine Bettenhöhe von etwa 91,4 cm erforderlich, um Teilchen mit einer Größe von 2,5 cm in der oberen Zone auf eine Temperatur von etwa 43O°C zu erhitzen. Somit werden 91,4 cm oder weiter unter eier Einführungsstelle der Teilchen mit einer Größe von 2,5 cm die Teilchen mit einer Größe von 0,3 cm in die Retorte eingeführt. Obgleich diese kleineren Teilchen bei dem Einführen kalt sein können, wird die zusätzliche Betthöhe, däe erforderlichist, um alle Teilchen auf eine Entgasungstemperatur von etwa 48O°C zu erhitzen oder sogar darüber, durch die Erhitzungsgeschwindigkeit der größeren Masse der größeren Teilchen gesteuert, ^o daß sich die zusätzliche Betthöhe auf etwa 15,2 cm beläuft. Selbst dann stellt man fest, daß die zu erhitzenden kleineren Teilchen etwas heißer

als die größeren Teilchen sind. Man stellt weiterhin fest, daß der Druck innerhalb der Retorte sich nur auf etwa 1/3 des Wertes beläuft, der für ein Gemisch von Teilchen mit einer Größe von 2,5 cm und 0,3 cm gilt, die sich zusammen über eine Erhitzungszone gleicher Länge bewegen.

Beispiel 2

In diesem System kommten drei unterschiedliche Teilchengrößen

2 zur Anwendung. Es werden 7,3 kg/h.dm an Teilchen mit einer Größe von 6,4 bis 3,8 cm angewandt, die in der Retorte 2 von dem Behälter 4 aus durch die Leitung 12 eingeführt werden, wobei 91,4 cm unter der Eintrittsstelle der Leitung 12 7,3 kg/

2
h.dm Teilchen mit einer Größe von 3,8 bis 1,3 cm in der Retorte 2 von dem Behälter 6 aus durch die Leitung 14 eingeführt werden.

2 137 cm unter der Leitung 12 werden 4,9 kg/h.dm Teilchen mit einer Größe von 1,3 bis 0,5 cm in die Retorte aus dem Behälter 8 durch die Leitung 165 eingeführt, eei diesem System werden 18,6 kg/h.dm Wasserdampf mit einer Temperatur von 65O°C in die Retorte 213 cm unter der Eintrittsstelle der Leitung 12 eingeführt. Die Teilchen verlassen die Retortenzone mit einer Temperatur von etwa 48O°C. Der gesamte Druckabfall beläuft sich wiederum auf nur 1/3 des Wertes, der vorliegen würde, wenn bei der gleichen Retorte die gleichen Teilchen als ein Gemisch von dem oberen Ende aus eingeführt werden.

Das erfindungsgemäße System ist recht flexibel und kann bezüglich der Arbeitsbedingungen innerhalb einesbreiten Bereiches modifiziert werden. Man stellt fest, daß die Größe der größten zu erhitzenden Teilchen, die Länge der Erhitzungszone und die Temperatur des Erhitzungsgases in einer Beziehung zueinander stehen. Für erhitzten Wasserdampf mit einer Temperatur von etwa 65O°C erfordern z.J. die größten Teilchen bis zu einer Größe von etwa 15,2 cm eine Erhitzungszone der Retorte von lediglich etwa 640 cm, größte Teilchen bis zu einer Größe von 7,6 bis 10,2 cm erfordern eine Erhitzungszone von etwa 427 cm, und wie in den Beispielen gezeigt, erfordern Teilchen mit einer Größe von 3,8 bis 6,4 cm eine Erhitzungszone von etwa 213 cm

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und Teilchen mit einer Größe von 2,5 cm eine Erhitzungszone von etwa 91,4 cm usv/. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird das Verhältnis zwischen der Teilchengröße und der Länge der Erhitzungszone praktisch dieses Verhältnis beibehalten, sich jedoch direkt mit Temperaturänderungen verändern .

Es scheint keine tatsächliche Begrenzung der Kleinheit der kleinsten Teilchen, die erfindungsgemäß verarbeitet werden können, zu bestehen, im Hinblick auf Begrenzungen bedingt durch die Hohlräume sollte das Gewicht der kleinsten Teilchen nicht über etwa 40% des Gesamtgewichtes der behandelten Teilchen liegen. In ähnlicher Weise können die größten erfindungsgemäß behandelten Teilchen nur etwa 5 Gew.% bis zu 99 Gew.% der behandelten Teilchen ausmachen. Die Menge und Größe der Teilchen mit Mittelgröße kann natürlich stark innerhalb dieser Grenzwerte schwanken, von twa 1 bis etwa 94 Gew.%. Es kann jede Erhitzungstemperatur angewandt werden, die zu behandelnden Teilchen entgast, oder es kann jede andere erforderliche Reaktionstemperatur herangezogen werden. Die Massenfließge-.ichwindigkeit und Temperatur des Erhitzungsgases können gemäß den Erfordernissen des Wärmeaustausches angewandt werden. Das ausgewählte Gas für das Erhitzen der Teilchen kann unterschiedlich gewählt werden, wenn auch für das Behandeln von kohlenstoffhaltigen Materialien enthaltende Teilchen nicht oxidierende Gase normalerweise herangezogen werden.

Die in mehreren Höhen erfolgende Beschickung sukzessiv kleinerer Teilchen in der erfindungsgemäßen Weise erlaubt es; daß kleinere Teilchen verarbeitet werden können als dies normalerweise der Fall ist bei einem Gemisch verschiedener Teilchengrößen. Das Einführen der Teilchen in der größten Höhe dient ebenfalls als ein Filter für feine Teilchen, die durch das Gas mitgerissen werden, wodurch der Druckabfall in der Retorte wesentlich verringert wird.

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Der Erfindungsgegenstand ist hier im Zusammenhang mit dem Entgasen von ölschiefer erläutert worden, derselbe kann jedoch auch mit kohlenstoffhaltigem Material enthaltenden Feststoffen angewandt werden wie es Kohle, Lignit, Torf, Teersände, Koks, ölkoks , Cellulosematerialien usw. 3ind. Der Erfindungsgegen-.stand kann ebenfalls für das Verkoken von khhlenstoffhaltigem Material enthaltenden Feststoffen durch Anwenden entsprechender Gase und Temperatur angewandt werden. Der Erfindungsgegenstand kann-auch bei anderen Verfahren herqangezogen werden, bei denen eine Retorte mit Schwerkraftbeschickung verwandt wird, vobei in ähnlicher Weise eine Verbesserung bezüglich der Verringerung des Druckabfalls erreicht wird.

Claims

MNFRED MIEHE d-ioooberlin 33 20.9.82

FA1.KENRIED 4

Patentanwalt Telefon: (030) 8311950

European Patent Attorney Telegramme: INDUSPROP BERl IN

Telex. 0185 443

US/07/2488

Docket 800021-A-WGY

MARATHON OIL COMPANY 539 South Main Street, Findlay, Ohio 45840

USA

Verfahren zur Retortenbehandlung von kohlenstoffhaltigen Teilchen

Patentansprüche

1. Verfahren zur thermolytischen Behandlung teilchenförmiger Feststoffe einschließlich eines Teilchengrößenbereiches in einer senkrechten, vermittels Schwerkraft beschickten, gasbeheizten Retorte, wobei die Retorte ein oberes und ein unteres Teil einschließlich eines Einlasses für erhitztes Gas aufweist, sowie die Feststoffe sich praktisch kontinui-erlich nach unten fließend in der Retorte bewegen durch die Einwirkung der Schwerkraft, '•/ährend dieselben erhitzt werden durch kontinuierlich nach oben fließende erhitzte Gase, wobei die Gase nach oben von dem Gaseinlaß aus mit einer derartigen Geschwindigkeit fließen, daß der nach unten gerichtete Fluß praktisch aller teilchenförmigen Fstfctoffe kontinuierlich bleibt und nicht angehalten, umgekehrt oder turbulent durch den erhitzten Gasfluß gestaltet wird, sondern vielmehr eine praktisch kontinuierlich nach unten gerichtete Masse bildet, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckabfall in der Retorte verringert wird durch a) wenigstens zwei Anteile der zu behandelnden Teilchen einschließlich eines ersten Teils, der die größten zu behandelnden Teilchen einschließt und praktisch die kleinsten Teilchen ausschließt, und ein zweiter Anteil einschließlich praktisch aller der kleinsten zu behandelnden Teilchen angewandt werden,

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b) der erste Anteil mit den größten Teilchen in das obere Teil der Retorte eingeführt und

c) der zweite Anteil mit den kleinsten Teilchen in das untere Teil der Retorte eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden Teilchen in zwei oder mehr Anteile unterteilt werden, wobei jeder Anteil ein praktisch spezifisches, praktisch unterschiedliches und nicht überlappendes Teilchenverteilungskontinuum aufweist, der Anteil mit der größten zu behandelnden Teilchengrößenverteilnng in einen oberen Teil der Retorte eingeführt und sodann jeder Anteil mit jedem nächsten progressiv kleineren Teilchengrößenkontinuum in die Retorte bei progressiv unteren Teilen der Retorte eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anteil etwa 5 bis etwa 99 Gew. % des Gesamtgewichtes der der Behandlung unterworfenen Teilchen und der zweite Anteil etwa 1 bis 40 Gew.% der der Behandlung unterworfenen Teilchen enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Anteile mittlerer Teilchengrößenverteilung in der Retorte behandelt werden und die Anteile mit der mittleren Teilchengröße etwa 1 bis etwa 94 Gew.% der der Behandlung unterworfenen Teilchen ausmachen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle für das Einführen jedes Teilchenanteils in die Retorte und die Temperatur sowie Masse des erhitzten Gases so ausgewählt werden, daß die Verweilzeit praktisch jedes der Teilchen in der Retorte im wesentlichen direkt proportional zu der Größe des Teilchen ist, so daß jedes der Teilchen im wesentlichen einheitlich erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei anfänglichen Temperaturen des erhitzten Gases von etwa 65O°C die größten zu behandelnden Teilchen eine Größe von 15 cm aufweisen und ein Gas-Teilchenmassenverhältnis von etwa 0,5 zu 1, bis 1:1 angewandt wird und die Erhitzungszone in der Retorte

ine Länge von wenigstens etwa 6,4 m aufweist.

. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, aß bei Anwenden einer anfänglichen Temperatur des erhitzten Gases on etwa 65O°C die größten zu behandelnden Teilchen eine Größe von ,6 bis 10,2 cm aufweisen und ein Gas-Teilchenmassenverhältnls
on etwa 0,5:1 bis 1:1 angewandt wird und die Erhitzungszone in
er Retorte eine Länge von wenigstens 4j27 m aufweist.

. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, aß bei Anwenden einer anfänglichen Temperatur des erhitzten Gases on etwa 65O°C die größten zu behandelnden Teilchen eine Größe von ,8 bis 6,4 cm aufweisen und ein Gas-Teilchenmassenverhältnis von twa 0,5:1 bis 1:1 angewandt wird und die Erhitzungszone in der
retorte eine Länge von wenigstens 2,13 m aufweist.

. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , iaß bei Anwenden einer anfänglichen Temperatur des erhitzten Gases ^ron etwa 65O°C die größten zu behandelnden Teilchen eine Größe von :,5 cm aufweisen und ein Gas-Teilchenmassenverhältnis von etwa
>,5 :1 bis 1:1 angewandt wird und die Erhitzungszone in der
letorte eine Länge von wenigstens 9,14 m aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, laß die zu behandelnden teilchenförmigen Feststoffe kohlenstoffialtiges Material aufweisen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich-
1 e t , daß das kohlenstoffhaltige Material aus der Gruppe Ölschiefer, Kohle, Lignit, Torf, Teersänden, Koks, ölkoks und
Zellulosematerial ausgewählt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, äaß der zu behandelnde Feststoff ölschiefer ist.