DE3323770C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen und Erhitzen von ölhaltigen Feststoffen. Bei diesen Feststoffen handelt es sich vor allem um Teer- und Ölsande und ölhaltige Diatomeen­ erde.

Aus dem US-Patent 36 17 468 ist es bekannt, Ölschiefer vor der Schwelung durch ein heißes, im Kreislauf geführtes Gas vorzu­ wärmen. Das Kreislaufgas, das O₂-frei ist, dient zunächst zum Kühlen von heißen Feststoffrückstand aus der Schwelung, bevor es mit dem kalten Ölschiefer in Kontakt gebracht wird, um den Ölschiefer vorzuwärmen. Nach der Vorwärmung wird ein Teil des Kreislaufgases aus dem Verfahren entfernt und durch frisches Gas ersetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Trocknung und Erhitzung auf einfache und wirtschaftliche Weise durchzuführen und dabei die Belastung der Umwelt durch Schadstoffe ganz oder weitgehend auszuschließen. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß man die Feststoffe in einer Trocknungszone mit überhitztem Wasserdampf mit einer Eintrittstemperatur von mindestens 200°C in direkten Kontakt bringt, getrocknete und erhitzte Feststoffe getrennt von einem Dampfgemisch abzieht, einen Kohlenwasserstoffe enthaltenden Teil des Dampfgemisches entfernt, den Rest des Dampfgemisches auf mindestens 200°C erhitzt und in die Trocknungszone zurückleitet.

Bei jeder Trocknung mit gleichzeitiger Erhitzung der ölhal­ tigen Feststoffe enthält der Brüden neben Wasserdampf auch Kohlenwasserstoffdämpfe, die nicht in die Umwelt geleitet werden dürfen. Bei Einsatzstoffen mit größeren Anteilen an niedrigsiedenden Ölen, wie es z. B. bei ölhaltiger Diatomeenerde der Fall ist, können wesentliche Mengen an Kohlenwasserstoffen in den Trocknungsbrüden enthalten sein, so daß hier sogar aus wirtschaftlichen Gründen eine Abscheidung gefordert werden muß. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es eine Möglichkeit, einen Teilstrom des Trocknerbrüdens abzuzweigen, zu konden­ sieren und die dabei flüssig anfallenden Kohlenwasserstoffe vom Wasser zu separieren. Der Brüden enthält nur geringe Mengen an permanenten Gasen, welche hauptsächlich im Lücken­ volumen des Einsatzgutes und durch Einsaugen von Falschluft eintreten. Bei dem der Kondensation unterworfenen Teilstrom bleiben somit nur noch geringe Mengen an permanetem Gas übrig. Dieses Gas kann, falls erforderlich, vor dem Einleiten in die Atmosphäre auf übliche Weise, z. B. mit Hilfe eines Adsorptionsmittels wie etwa Aktivkohle, gereinigt oder aber einer Verbrennung zugeführt werden.

Das Verfahren ist auch zum Trocknen und Vorwärmen bituminöser Einsatzstoffe wie Ölschiefer, Steinkohle oder Braunkohle geeig­ net.

Es empfiehlt sich, die getrockneten und erhitzten Feststoffe einer an sich bekannten trockenen Destillation zu unterwerfen, wie sie z. B. im deutschen Patent 19 09 263 oder der deutschen Offenlegungsschrift 29 37 065 und den dazu korrespondierenden US-Patenten 37 03 442 und 43 18 798 beschrieben ist. Die be­ kannte Schwelung erfolgt bei Temperaturen von etwa 400 bis 600°C, wobei das Schwelgut mit heißem, feinkörnigem Wärmeträger gemischt wird. Die Erhitzung des Wärmeträgers war vorausgehend durch Verbrennung unter Bildung von Rauchgasen mit einer Tempe­ ratur von 650 bis 900°C erfolgt. Bei der Schwelung fällt ein Feststoffrückstand an, der noch einen restlichen Kohlenwasser­ stoffgehalt aufweist. Dieser Feststoffrückstand oder auch die Rauchgase können in noch näher zu erläuternder Weise als Wärmelieferant zum Erhitzen des in die Trocknungszone zurück­ zuführenden Dampfgemisches dienen.

Für die Erhitzung des Dampfgemisches bieten sich folgende Verfahrensweisen an:

• 1. Indirekter Wärmeaustausch mit heißem Rauchgas, das entweder aus der Schwelung kommt oder durch Verbrennung eines billigen festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs erzeugt wird. Das permanente Gas, das auf die bereits erläuterte Weise nach Kondensation eines Teilstroms des Dampfgemisches übrigbleibt, kann für diese Verbrennung verwendet werden.
• 2. Indirekter Wärmeaustausch zwischen dem Dampfgemisch und heißem Feststoffrückstand aus der Schwelung der ölhaltigen Feststoffe, die zuvor getrocknet und erhitzt wurden. Der kohlenstoffhaltige Feststoffrückstand, der aus der Schwelung mit Temperaturen von 400 bis 600°C kommt, kann vor dem Wärmeaustausch durch Verbrennung weiter erhitzt worden sein. Diese Verbrennung kann innerhalb der Schwel­ anlage erfolgen und dient dort der Erhitzung des im Kreis­ lauf geführten Wärmeträgers. Andererseits kann man den Feststoffrückstand, von dem stets ein Teil aus dem Schwel­ verfahren entfernt werden muß, außerhalb der Schwelanlage durch Verbrennung, eventuell unter Verwendung von Zusatz­ brennstoff, erhitzen bzw. nacherhitzen. Geschieht diese Verbrennung in einem Wirbelbettreaktor, werden zweckmäßig Rohrbündel in diesen eingebaut, welche vom Dampfgemisch durchströmt werden.
• 3. Es ist auch möglich, das Dampfgemisch oder eine Teilmenge davon in direkten Kontakt mit dem Feststoffrückstand zu bringen. Der direkte Kontakt kann z. B. in einer pneumati­ schen Förderstrecke, einem ein- oder mehrteiligen Wirbel­ bett, einer Rieselkolonne, einer Zyklonbatterie oder einem Drehrohr hergestellt werden. Weist der Feststoffrückstand dabei Temperaturen von etwa 550 bis 900°C auf, so kann durch den heißen Wasserdampf der restliche Kohlenstoff im Feststoffrückstand teilweise oder ganz vergast werden. Hält man den Feststoffrückstand aber auf niedrigen Tempe­ raturen von etwa 200 bis 300°C, wirkt er absorbierend und bindet einen Teil der Kohlenwasserstoffe, die sich im Dampfgemisch befinden. Durch die Absorption kann man den Gehalt an Kohlenwasserstoffen in dem im Kreislauf geführten Dampfgemisch und somit auch im abzuführenden Teilstrom begrenzen. Hierdurch kann eine Kondensation des abzuführen­ den Wasserdampfes eventuell entfallen. Bei dieser Arbeits­ weise ist es im allgemeinen nötig, der Absorption eine weitere Erhitzung des Dampfgemisches nachzuschalten, damit das Dampfgemisch genügend heiß in die Trocknungszone ein­ tritt.
• 4. Man kann ferner einen Teil des bei der Schwelung gebildeten kohlenstoffhaltigen Feststoffrückstands durch Verbrennung nacherhitzen, den erhitzten Feststoffrückstand im direkten Kontakt mit Kühlluft kühlen und die erwärmte Kühlluft, gegebenenfalls gemeinsam mit Rauchgas aus der Schwelung, ebenfalls zum indirekten Erhitzen des in die Trocknungszone zurückzuleitenden Dampfgemisches verwenden. Es ist auch möglich, mindestens einen Teil der erwärmten Kühlluft oder des Rauchgases in die Trocknungszone zu leiten, doch muß hierbei in Kauf genommen werden, daß der Gehalt an per­ manenten Gasen im Trocknerbrüden ansteigt.

Für die Trocknungszone bietet es sich an, eine an sich bekannte vertikale pneumatische Förderstrecke zu verwenden, wobei die zu trocknenden Feststoffe im Gleichstrom mit dem aufwärts steigenden Trocknungsmedium erhitzt werden. Alternativ kann die Trocknungszone auch als Wirbelbett, als Drehrohr oder als Zyklonbatterie ausgestaltet werden, die Zyklonbatterie als Wärmeaustauschvorrichtung ist z. B. aus dem US-Patent 38 84 620 bekannt.

Die ölhaltigen Feststoffe verlassen die Trocknungszone üblicher­ weise mit Temperaturen im Bereich von 50 bis 250°C und vorzugs­ weise von 80 bis 200°C. Die Temperaturen des Trocknungsmediums liegen am Eingang der Trocknungszone im Bereich von 200 bis 750°C und vorzugsweise von 300 bis 600°C.

Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Verfahrensvariante, wobei das Dampfgemisch durch indirekten Wärmeaustausch erhitzt wird, und

Fig. 2 eine zweite Verfahrensvariante mit direktem Kontakt zwischen dem Dampfgemisch und dem Feststoffrückstand.

Die zu trocknenden ölhaltigen Feststoffe werden gemäß Fig. 1 durch die Leitung 1 zum Fuß einer pneumatischen Förderstrecke 2 geleitet und dort durch ein vor allem aus überhitztem Wasser­ dampf bestehendes Trocknungsmedium aus der Leitung 3 nach oben mitgerissen und dabei erwärmt. Die getrockneten Feststoffe zusammen mit den Trocknerbrüden und dem abgekühlten Erhitzungs­ medium strömen in der Leitung 4 zu einem Abscheidezyklon 5, wo die Feststoffe von den Gasen und Dämpfen getrennt werden. Sehr grobkörnige Feststoffe werden in der Rückleitung 6 zum Eingang der Trocknungszone zurückgeführt, dabei kann in nicht dargestellter Weise in die Rückleitung 6 eine Zerkleinerungs­ vorrichtung eingesetzt sein. Diese Rückführung kann auch inte­ graler Bestandteil der Aufgabevorrichtung (Leitung 1) sein.

Die getrockneten und erhitzten Feststoffe mit Temperaturen im Bereich von 50 bis 250°C und vorzugsweise 80 bis 200°C werden auf dem Transportweg 7 zu einer an sich bekannten Schwelanlage geführt. Das den Zyklon 5 in der Leitung 8 verlassende Dampf­ gemisch wird zunächst in einer weiteren Zyklonstufe oder einem Filter 9 grob entstaubt und dann vom Gebläse 10 in die Lei­ tung 11 gedrückt. Um den durch die Trocknung gebildeten Wasser­ dampf zu entfernen, wird ein Teilstrom der Trocknerbrüden in der Leitung 12 zu einem Kühler 13 geführt, wo der Wasserdampf zusammen mit den Öldämpfen kondensiert. Das den Kühler 13 verlassende Kondensat enthält somit auch Kohlenwasserstoffe; das Kondensat wird durch die Leitung 14 einem Trennbehälter 15 aufgegeben, der vorzugsweise nach dem Schwerkraftprinzip ar­ beitet. In der Leitung 16 zieht man das spezifisch schwerere Wasser und in der Leitung 17 Kohlenwasserstoffe in flüssiger Form ab.

Neben Kondensat verlassen den Kühler 13 auch noch permanente Gase durch die Leitung 18, vor allem Luft und gegebenenfalls noch Rest niedrigsiedender Kohlenwasserstoffe. In einer nicht dargestellten Nachreinigung können die Kohlenwasser­ stoffe durch Verbrennen beseitigt oder durch Absorption gewonnen werden, so daß ein nicht umweltschädliches Abgas entsteht. Da es sich um kleine Gasvolumina handelt, ist der apparative Aufwand für Nachverbrennung oder Adsorption gering.

Der Hauptteil des Dampfgemisches aus der Leitung 11 wird in der Leitung 20 einen Wärmeaustauscher 21 zugeführt, wo heiße Gase, insbesondere Rauchgas aus der Leitung 22, für die Erhitzung auf Temperaturen von 200 bis 750°C und vorzugs­ weise 300 bis 600°C sorgen. Der so erneut überhitzte Wasser­ dampf zusammen mit Kohlenwasserstoffresten und geringen Mengen permanenter Gase wird als Trocknungsmedium wiederver­ wendet und in der Leitung 3 zur pneumatischen Förderstrecke 2 geführt.

In der Leitung 7 werden die getrockneten und erhitzten Fest­ stoffe zunächst einem Vorratsbunker 25 zugeführt, um in an sich bekannter Weise geschwelt zu werden. Zu diesem Zweck wird heißer feinkörniger Schwelrückstand aus der Leitung 26 zusammen mit dem zu schwelenden Gut aus dem Bunker 25 in einer Misch­ strecke 27 gemischt, wobei sich eine Mischungstemperatur im Bereich von 400 bis 600°C einstellt. Die gas- und dampfför­ migen Produkte verlassen die Mischstrecke 27 durch die Lei­ tung 28, strömen zum Abtrennen von Feststoffen durch einen Zyklon 29 und werden in der Leitung 30 einer an sich bekannten, nicht dargestellten Kondensationsanlage zugeführt. Der bei der Schwelung entstehende Feststoffrückstand sammelt sich zunächst im Bunker 31 und fließt dann durch die Leitung 32 ab. Ein Teil des Feststoffrückstands wird der pneumatischen Förderstrecke 32 zugeführt, wo zusammen mit erhitzter Verbrennungsluft aus der Leitung 34 und gegebenenfalls auch noch Zusatzbrennstoff ein Abbrennen des Kohlenstoffgehalts des Rückstandes erfolgt, dabei fördern die Rauchgase die Feststoffe nach oben in den Sammelbehälter 35. Die Rauchgase verlassen den Behälter 35 durch die Leitung 36, werden im Zyklon 37 grob entstaubt und gelangen in der Leitung 22 zunächst zum Wärmeaustauscher 21.

Ein Teil der den Bunker 31 verlassenden Feststoffe wird in der Leitung 40 abgezogen und zusammen mit den Feststoffen des Zyklons 29 in der Leitung 41 einem Feststoffkühler 42 zuge­ führt. Der Feststoffkühler 42 ist an sich bekannt und z. B. im US-Patent 43 18 798 beschrieben. Ihm wird von unten Kühl­ luft durch die Leitung 43 zugeführt, so daß die Feststoffe in wirbelnder Bewegung gehalten werden. Dabei ist es auch möglich, im Kühler, der zu diesem Zweck in verschiedene Abschnitte unter­ teilt ist, eine Verbrennung von Restkohlenstoff vorzunehmen. Das Abgas des Kühlers gelangt in der Leitung 44 zunächst zu einem Entstaubungszyklon 45 und wird dann in der Leitung 46 den Rauchgasen in der Leitung 22 zugemischt. Das Gemisch der heißen Gase gibt einen Teil seiner Wärme im Wärmeaustauscher 21 ab und strömt dann in der Leitung 47 zu einer Feinentstaubung 48, z. B. einem Elektrofilter, bevor die Gase in die Atmosphäre ge­ leitet werden.

Zumeist ist der Energieinhalt der den Zyklon 37 verlassenden Rauchgase groß genug, um allein die Trocknerbrüden der Lei­ tung 20 genügend aufzuheizen. In diesem Fall können der Wirbel­ kühler 42 und die Gase der Leitung 46 zu anderen Zweckekn ver­ wendet werden. Wenn die Aufheizung der Trocknerbrüden durch Abwärme nicht ausreicht, kann z. B. auch mit einem gefeuerten Überhitzer zusätzlich Wärme zugeführt werden.

Das Verfahren, das in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, weist eine Zyklonbatterie auf, in welcher Feststoffrückstand in direk­ ten Kontakt mit dem Dampfgemisch gebracht wird. Das Dampfge­ misch kommt in der bereits zusammen mit Fig. 1 erläuterten Weise aus der Trocknungszone 2, durchströmt die beiden Abscheide­ tyklone 5 und 9a und wird vom Gebläse 10 durch die Leitung 11 in die Zyklonbatterie gedrückt, die aus den drei Wärmeaus­ tauschzyklonen 50, 51 und 52 besteht. Vorher wird durch die Leitung 12 ein Teilstrom abgezweigt, um das Überschußvolumen wie z. B. im Verfahren der Fig. 1 abzuziehen. Das Dampfgemisch wird von unten nach oben durch die Leitung 50a, den Zyklon 50, die Leitung 51a, den Zyklon 51, die Leitung 52a und den Zy­ klon 52 geführt und verläßt die Batterie erhitzt durch die Leitung 3. Heißer Feststoffrückstand von etwa 600 bis 900°C wird durch die Leitung 54 dem Dampfstrom der Leitung 52a zu­ gegeben, in den Zyklon 52 mitgeführt, dort abgeschieden, in der Leitung 55 dem Dampfstrom der Leitung 51a eingespeist, zum Zyklon 51 mitgenommen und dort abgeschieden, in der Leitung 56 dem Dampfstrom der Leitung 50a mitgegeben, im Zyklon 50 wieder vom Dampfstrom getrennt und in der Leitung 57 im abgekühlten Zustand abgeleitet.

Die Feststoffe im Sammelbunker 35 waren durch Verbrennen in der vertikalen pneumatischen Förderstrecke 33 auf Temperaturen von etwa 600 bis 900°C erhitzt worden, bevor ein erster Teilstrom als Wärmeträger für die Schwelung dem Mischer 27 durch die Leitung 26 zufließt und ein zweiter Teilstrom in der Leitung 54 abgezweigt wird.

Das auf Temperaturen von mindestens 200°C und vorzugsweise mindestens 300°C erhitzte Dampfgemisch in der Leitung 3 wird der pneumatischen Förderstrecke 2 zugeführt, um ölhaltige Feststoffe aus der Leitung 1 zu trocknen. Für die übrigen Verfahrensteile gelten die zusammen mit Fig. 1 gegebenen Erläuterungen.

Beispiel

In einer Anlage ähnlich der Fig. 1 werden pro Stunde aus 400 t feuchter, feinkörniger Diatomeenerde mit einem Wassergehalt von 300 Gew.-% durch trockene Destillation 65 t rohes Schwelöl erzeugt. Die Diatomeenerde wird zunächst einer Trocknung unter­ zogen und dabei auf einen Restwassergehalt von 5 Gew.-% unter Verwendung einer pneumatischen Förderstrecke 2 und über­ hitztem Wasserdampf als Trocknungs- und Fördermedium gebracht.

Aus einem Rekuperator 21 kommen pro Stunde 525 000 Nm³ Heiß­ dampf und treten mit einer Temperatur von 435°C durch die Leitung 3 in die Förderstrecke 2 ein. Dort wird die Diatomeenerde vom Heißdampf erfaßt und nach oben gefördert. Dabei wird die Feuchtigkeit bis auf einen Rest von 5 Gew.-% verdampft, gleich­ zeitig verdampfen pro Stunde 620 kg Öl und werden durch die Leitungen 4, 8 und 11 mit dem Dampfgemisch abgeführt. Das Dampfgemisch der Leitung 11 besteht zu 99,5 Vol.-% aus Wasser­ dampf, 0,2 Vol.-% aus Luft und 0,3 Vol.-% aus Öldämpfen. Es hat eine Temperatur von 120°C. Das durch den Verdampfungsprozeß neu entstehende Volumen einschließlich der permanenten Gase wird aus dem Dampfgemisch in der Leitung 12 abgezweigt und einem Kondensator 13 zugeführt. Dort werden pro Stunde 105 t Wasser und 550 kg Öl in flüssiger Phase gewonnen und an­ schließend voneinander getrennt. Pro Stunde werden 850 Nm³ unkondensierbere Gase mit einem Ölgehalt von 70 kg in einem Aktivkohleadsorber entölt und dann ins Freie abgestoßen. Man kann diese Gase alternativ auch z. B. der Verbrennungsluft des Rekuperators, wenn dieser als gefeuerter Erhitzer ausgebildet ist, zusetzen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Trocknen und Erhitzen von ölhaltigen Fest­ stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Feststoffe in einer Trocknungszone mit überhitztem Wasserdampf mit einer Eintrittstemperatur von mindestens 200°C in direkten Kontakt bringt, getrocknete und erhitzte Feststoffe getrennt von einem Dampfgemisch abzieht, einen Kohlenwasserstoffe enthal­ tenden Teil des Dampfgemisches entfernt, den Rest des Dampf­ gemisches auf mindestens 200°C erhitzt und in die Trocknungs­ zone zurückleitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzten Feststoffe zur Schwelung bei Temperaturen von etwa 400 bis 600°C mit heißem feinkörnigem Wärmeträger gemischt werden, wobei die Erhitzung des Wärmeträgers durch Verbrennung unter Bildung von Rauchgasen mit einer Temperatur von 650 bis 900°C erfolgt, und bei der Schwelung ein gas- und dampfför­ miges Produkt und ein feinkörniger kohlenstoffhaltiger Feststoff­ rückstand entstehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des Dampfgemisches ganz oder teilweise durch indirekten Wärmeaustausch mit heißen Rauchgasen erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des kohlenstoffhaltigen Feststoffrückstandes der Schwelung durch Verbrennung erhitzt, den erhitzten Fest­ stoffrückstand im direkten Kontakt mit Kühlluft kühlt und die erwärmte Kühlluft zum indirekten Erhitzen des in die Trock­ nerzone zurückzuleitenden Dampfgemisch verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil der erwärmten Kühlluft und/oder des Rauchgases aus der Schwelung in die Trocknungszone leitet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teilstrom des Dampfgemisches zur Bildung eines Kohlen­ wasserstoffe enthaltenden Kondensats kühlt und aus dem Kon­ densat Kohlenwasserstoffe abtrennt.

7. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man den Rest des Dampfgemisches durch indirekten Wärmeaustausch mit auf eine Temperatur von etwa 500 bis 900°C erhitztem Feststoffrückstand auf mindestens 200°C erhitzt.

8. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man das Dampfgemisch oder eine Teilmenge davon in direkten Kontakt mit Feststoffrückstand bringt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Dampfgemisch oder eine Teilmenge davon mit dem Feststoff­ rückstand in direkten Kontakt bringt und bei Temperaturen zwischen etwa 200 und 300°C Kohlenwasserstoffe aus dem Dampf­ gemisch am Feststoffrückstand adsorbiert.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Dampfgemisch oder eine Teilmenge davon mit dem Feststoff­ rückstand in direkten Kontakt bringt und bei Temperaturen des Feststoffrückstands von etwa 550 bis 900°C mit Wasserdampf den Kohlenstoff des Feststoffrückstands ganz oder teilweise vergast.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungszone als vertikale pneumatisch Förderstrecke, als Wirbelbett, als Drehrohr oder als Zyklonbatterie ausgestaltet ist.

12. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man den direkten Kontakt zwischen dem Dampfgemisch und dem Feststoffrückstand in einer verti­ kalen pneumatischen Förderstrecke, einer Zyklonbatterie, einem ein- oder mehrteiligen Wirbelbett, einer Rieselkolonne oder einem Drehrohr ausführt.