DE3642557A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die pyrolyse von materialien und die dabei erhaltenen produkte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung für die Pyrolyse von Materialien und die so erhaltenen Pro­ dukte. Sie betrifft insbesondere, aber nicht exklusiv, die Pyrolyse von kohlenstoffhaltigen Materialien für die Herstellung von inter alia eines Beschickungsmaterials, welches für die Raffination zur Herstellung von Brenn­ stoffen für Transportfahrzeuge geeignet ist.

Die Herstellung von Brennstoffen, insbesondere fluiden bzw. flüssigen Brennstoffen, aus kohlenstoffhaltigen Ma­ terialien ist seit langem bekannt. Stadtgasvorräte wurden durch Erhitzen von Kohle in kontrollierter Atmosphäre hergestellt, wobei Koks und Kohleteer als wichtige Neben­ produkte anfallen. Bedingt durch die vorhergesagten, nicht mehr lange reichenden Vorräte der vorhandenen flüssigen Brennstoffe hat man der Pyrolyse von kohlenstoffhaltigen Materialien als Quelle für Beschickungsmaterial, welches in verwendbare flüssige Brennstoffe raffiniert werden kann, wieder Beachtung zukommen lassen. Kohlenstoffhal­ tige Materialien umfassen alle Arten von Kohle, Lignit, Torf, Ölschiefer und Teersänden.

In der Literatur wurden eine Reihe von Pyrolyseverfahren vorgeschlagen, und in der Praxis werden einige dieser Ver­ fahren durchgeführt. Die Produktionsausbeuten können je­ doch in einer Reihe von Punkten verbessert werden.

Die bekannten Verfahren verwenden als Wärmeträger Keramik­ kugeln, die eine größere Größe aufweisen als die zu pyrolysierenden Materialien, und müssen daher von der zurückbleibenden Holzkohle mittels eines geeigneten Rostes und von teilchenförmiger, teilweise verbrannter Holzkohle abgetrennt werden. Die Verwendung von Keramikkugeln be­ sitzt den Nachteil, daß kein Wirbelschichtverfahren in dem Pyrolysebett durchgeführt werden kann, was das bevor­ zugte Verfahren bei der Durchführung eines Pyrolysever­ fahrens ist. Obgleich für teilweise verbrannte Holzkohle ein Verfahren unter Verwendung einer Wirbelschicht be­ schrieben wurde, besitzt es den Nachteil, daß keine wesent­ liche Krackung des Teers erfolgt und daß somit der Output an primärem Produkt des pyrolyseverfahrens verringert ist. Teilweise verbrannte Holzkohle besitzt auch nicht den gleichen Grundpreis wie Holzkohle, die von einem Pyrolyse­ verfahren ohne Verbrennen stammt. In einer Reihe von US- Patentschriften 41 60 719, 43 60 565, 43 71 481, 44 02 886, 44 04 152, 44 21 701 und 44 38 161 wird die Imprägnierung der großen porösen Keramikkugeln mit Eisen vorgeschlagen, um den Kugeln eine magnetische Anziehungskraft zu ver­ leihen und um diese magnetische Anziehungskraft verwenden zu können, um den Wärmeträger von der verbleibenden Holz­ kohle nach der Pyrolyse abzutrennen. Eine Wirbelschicht­ bildung dieser Kugeln würde wirtschaftlich nicht vertret­ bare hohe Gasgeschwindigkeiten erfordern. In der US-Patent­ schrift 41 58 620 wird vorgeschlagen, ein ähnliches Pro­ dukt mit Eisenoxid, welches zwei Teile Eisen auf drei Teile Sauerstoff enthält und welches während des Pyrolyse­ verfahrens zu dem Oxid mit drei Teilen Eisen auf vier Tei­ le Sauerstoff reduziert wird, welches magnetische Anziehunqskraft be­ sitzt, zu imprägnieren. Diese Wirkung wird in einer magne­ tischen Trennanlage ausgenutzt, um diese Wärmeträger von der zurückbleibenden Holzkohle abzutrennen. In dieser Patentschrift ist die Größe der Kugeln größer als es für einen wirksamen Betrieb eines Wirbelschichtsystems ver­ tretbar ist. In der Patentschrift wird weiterhin die Ab­ scheidung von Kohlenstoff auf der Oberfläche der Kugeln als Partialquelle für Brennstoff vorgeschlagen, wobei die Pellets vor dem Einführen in die Pyrolysekammer erhitzt werden. Diese Abscheidung entsteht durch Kracken des Teers und somit wird die Ausbeute an Teer bei dem Verfahren stark verringert. Die Zusammensetzung der Kugeln ist so, daß die magnetische Wirkung verdünnt wird. Das in der US-Patentschrift 41 58 620 verwendete Eisenoxid besitzt eine Curie-Temperatur innerhalb dem Bereich, in dem das Pyrolyseverfahren und die anschließende Trennung durch­ geführt werden. Arbeitet man nahe an der Curie-Temperatur, so wird die magnetische Anziehungsfähigkeit des Eisenoxids verringert. Wenn die Temperatur die Curie-Temperatur übersteigt, ist die magnetische Anziehungskraft praktisch Null. Vielleicht sind diese Gründe dafür maßgebend, daß gemäß der US-Patentschrift 41 58 620 nur eine minimale Trennung von 80% der Wärmeträger von dem restlichen Öl­ schiefer erfolgt. Ölschiefer ist das Material, das bei dem Verfahren dieser Patentschrift hauptsächlich verwendet wird. Eine 80%ige Wiedergewinnung der Wärmeträger ist für ein realistisches technisches Verfahren zu niedrig. Damit ein Verfahren wirtschaftlich realisiert werden kann, sind Wiedergewinnungen in der Größenordnung von 95% oder selbst 99% wesentlich.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Pyrolyse von festen kohlenstoffhaltigen Materialien, bei dem das Material in einer kontrollierten Atmosphäre Wärme ausge­ setzt wird, wobei ein Verdampfen der flüchtigen Stoffe erfolgt. Erfindungsgemäß wird als Wärmeübertragungsmittel eine teilchenförmige magnetisierbare Substanz verwendet, wobei der größte Teil der Teilchen eine Größe unter 5 mm besitzt. Die Teilchen sind in innigem Kontakt mit dem Material, und die Substanz wird von dem zurückbleibenden Material getrennt, indem man das Gemisch der Wirkung eines elektrischen oder magnetischen Feldes aussetzt, so daß eine Trennung der magnetisierbaren Substanz von dem restlichen Material erfolgt.

In der Anmeldung besitzen die folgenden Ausdrücke die fol­ genden Bedeutungen:

"Kohlenstoffhaltiges Material" (bzw. kohlehaltiges Ma­ terial) ist jedes Material, welches unter den Pyrolyse­ bedingungen, die bei dem Verfahren verwendet werden, ein flüchtiges Material bildet, welches als flüssi­ ger oder gasförmiger Brennstoff mit oder ohne Hydrie­ rung und mit oder ohne zusätzliche Raffinierung ver­ wendet werden kann, und welches einen festen Rückstand nach der Pyrolysestufe zurückläßt. Somit umfaßt der Ausdruck kohlenstoffhaltiges Material alle Arten von Kohle, Lignit, Torf, Ölschiefer, Teersänden, Cellulose­ materialien und ähnliche und ebenfalls kohlenwasser­ stoffhaltige Flüssigkeiten, wie Restöle, Kohleteer, Schieferöle und ähnliche.

"Gasförmiges Produkt" ist der Teil der flüchtigen Ma­ terialien, welcher aus dem kohlenstoffhaltigen Material herausgeht und der nicht zu einer Flüssigkeit konden­ siert wird, wenn das flüssige Produkt gewonnen wird. Es kann H₂, CO, CO₂, CH₄ und andere wertvolle Kohlen­ wasserstoffe und ebenfalls H₂S, COS und andere wert­ volle Schwefel enthaltende Verbindungen enthalten.

"Flüssiges Produkt" ist der Teil der flüchtigen Materia­ lien, der von dem kohlenstoffhaltigen Material abge­ geben wird und der als Flüssigkeit gewonnen wird, und besteht aus kohlenwasserstoffhaltigen Verbindungen und kann als flüssiger Brennstoff mit oder ohne Hydrobe­ handlung und mit oder ohne zusätzliche Raffinierung und mit oder ohne Stabilisierung verwendet werden. Dieses flüssige Produkt kann oder kann nicht bei Um­ gebungstemperaturen fluid bzw. flüssig sein. Somit umfaßt der Ausdruck flüssiges Produkt Kohleteer, Schie­ feröl und andere kohlenwasserstoffhaltige Flüssigkei­ ten.

"Holzkohle" (oder einfach auch verkohlte Kohle ein­ schließlich von Knochen- und Tierkohle) ist der feste Rückstand des kohlenstoffhaltigen Materials, welcher verbleibt, nachdem das kohlenstoffhaltige Material gemäß den Verfahrensbedingungen behandelt worden ist. Sie kann einen großen Anteil an Kohlenstoff enthalten, wenn Kohle behandelt wird, oder sie kann keinen großen Anteil an Kohlenstoff enthalten, wenn Ölschie­ fer behandelt wird.

"Magnetisierbare Substanz" ist eine Substanz, die sich unter dem Einfluß eines elektrischen oder magnetischen Feldes auf solche Weise verhält, daß eine Trennung von der Holzkohle möglich ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pyrolyse eines kohlenstoffhaltigen Materials, welches drei nützliche Pro­ dukte, nämlich ein gasförmiges Produkt, ein flüssiges Pro­ dukt und Holzkohle, ergibt. Das Hauptprodukt ist das flüssige Produkt. Erfindungsgemäß wird ein Pyrolysever­ fahren zur Verfügung gestellt, bei dem ein kohlenstoff­ haltiges Material bei kontrollierter Atmosphäre der Wärme ausgesetzt wird, wobei als Wärmeübertragungsmedium eine teilchenförmige magnetisierbare Substanz verwendet wird, bei der der größere Teil der Teilchen eine Teilchengröße unter 5 mm besitzt, wobei die Pyrolysebedingungen so ge­ wählt werden, daß ein großer Anteil an flüssigen Produk­ ten entsteht, und nach der Pyrolyse wird die magnetisier­ bare Substanz von dem zurückbleibenden Material getrennt, indem man das Gemisch einem elektrischen oder magneti­ schen Feld unterwirft.

Die Pyrolyse umfaßt das Erhitzen des kohlenstoffhaltigen Materials in einer Atmosphäre, welche so kontrolliert wird, daß der Verlust von dem gasförmigen Produkt, dem flüssi­ gen Produkt und der Tierkohle durch Oxidation vermieden wird. Die Atmosphäre kann die sein, die durch Zersetzung des kohlenstoffhaltigen Materials alleine gebildet wird, oder sie kann andere Gase enthalten, die in den Pyrolyse­ reaktor zugegeben wurden. Die im allgemeinen zugegebenen Gase werden inert oder reduzierend sein, um eine Oxida­ tion zu vermeiden, wobei Gase, wie Dampf, Schornsteingase aus einem Brenner oder recyclisiertes Gasprodukt, geeig­ net sind.

Zusätzlich zu der Oxidation gibt es andere Reaktionen, bei denen die Ausbeute an flüssigem Produkt verringert wird, wie das Kracken. Bei der Pyrolysetemperatur können diese Reaktionen vollständig vermieden werden. Es ist be­ vorzugt, bei solchen Bedingungen zu arbeiten, wo diese Effekte minimal gehalten werden. Ein bevorzugtes Verfahren ist die Flash-Pyrolyse, gemäß der das kohlenstoffhaltige Material schnell erhitzt wird, wobei eine Bildung der flüchtigen Materialien erfolgt und wobei die flüchtigen Materialien schnell aus der Umgebung der Feststoffe ent­ fernt und dann schnell abgeschreckt werden. Selbst bei solchen Bedingungen ist die zurückbleibende Holzkohle ein wirksames Mittel, um diese Reaktionen zu aktivieren. Dies ist bemerkenswert, wenn man das erfindungsgemäße Ver­ fahren mit einem Verfahren vergleicht, bei dem heiße teilchenförmige Holzkohle, welche aus einem vorherigen Verfahren recyclisiert wurde, als Wärmeübertragungsmittel verwendet wird, und bei dem die Ausbeute der flüssigen Produkte bei im wesentlichen ähnlichen Pyrolysebedingun­ gen wesentlich geringer ist. Es ist daher bevorzugt, die Parameter und die Art der magnetisierbaren Substanz so zu wählen, daß die Reaktionen, welche einen Verlust des flüssigen Produktes bewirken, minimal gehalten wird. Dies kann eine bestimmte Menge an Versuchen und Vorversuchen bei der Auswahl der magnetisierbaren Substanz und der Art, wie sie hergestellt wird, und bei den verwendeten Reaktionsbedingungen verursachen.

Zum Erhitzen des kohlenstoffhaltigen Materials kann eine Reihe von Verfahren verwendet werden. Die Verfahren um­ fassen den innigen Kontakt der heißen teilchenförmigen magnetisierbaren Substanz mit dem kohlenstoffhaltigen Material. Es sind eine Reihe von Feststoffbehandlungsver­ fahren bekannt. Man kann die beiden Komponenten in einem rotierenden Brennofen erhitzen. Gemäß einem anderen Ver­ fahren kann man die beiden Komponenten in einen Gasstrom transportieren, welcher ebenfalls die flüchtigen Materia­ lien für die Gewinnung herausträgt. Ein anderes Verfahren besteht darin, die beiden Komponenten unter Verwendung einer in das Gemisch eingetauchten Rührvorrichtung zu mischen. Ein weiteres und besonders bevorzugtes Verfahren besteht in der Verwendung eines Verfahrens mit Wirbel­ schicht. In diesen Verfahren werden die beiden Komponen­ ten getrennt in die Pyrolysevorrichtung eingeleitet und mittels eines Stromes aus geeignetem Gas zu einer Wirbel­ schicht gebildet. Das Gas für die Wirbelschichtbildung ist irgendein geeignetes, nichtoxidierendes Gas, bevor­ zugt das Produktgas selbst, nachdem der Teer von dem Abstrom abgestreift wurde.

Die Verwendung einer Wirbelschicht bzw. eines Wirbelbetts ist ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung des magne­ tisierbaren Materials mit der definierten Teilchengröße. Das Wirbelbett ist ein Bett aus feinverteilten Feststoffen, dessen Gewicht durch das Gas, welches durch das Bett strömt, getragen wird. Das Bett besitzt eine klar definier­ te obere Oberfläche, und das Gas mischt sich schnell mit den Feststoffen und berührt diese innigst. Es ist ein großer Vorteil der Pyrolysevorrichtung mit Wirbelschicht, daß das Wirbelschichtgas schnell die gebildeten Gase aus dem Bett abstreift bzw. entfernt und in den Teerabstreifstrom abgibt, wo die Gase abgeschreckt werden und die Krackreaktionen abgestoppt werden, wodurch die Teerausbeuten verringert werden. Es ist ein weiterer Vorteil, daß trotz der kur­ zen Gasverweilzeiten die Feststoffe eine relativ lange Verweilzeit besitzen, wodurch der Verlust an Teer, be­ dingt durch eine unvollständige Verdampfung, gering ge­ halten wird. Das schnelle Mischen der Feststoffe ergibt eine fast einheitliche Bettemperatur, wodurch vermieden wird, daß die Beschickungsmaterialien bei nichtoptimalen Temperaturen pyrolysiert werden. Eine zusätzliche Rühr­ vorrichtung ist nicht erforderlich, was ein wesentlicher Vorteil ist, insbesondere wenn man die hohen Temperaturen und die damit einhergehenden Kosten für eine geeignete Vorrichtung beachtet. Ein bekanntes Verfahren, bei dem teilchenförmige Feststoffe als Wärmeübertragungsmedium verwendet wurden, beruht auf dem Unterschied in der Teil­ chengröße zwischen der teilchenförmigen Substanz und der Tierkohle bei der Trennung. Sei Wirbelschichtverfahren sind Teilchen erforderlich, die einen bestimmten Größen­ bereich für eine gute Bettstabilität aufweisen. Wenn die Teilchengrößenvariation groß ist, dann erfordern die größeren Teilchen einen so hohen Gasdruck, daß die klei­ neren Teilchen in der Gasströmung mitgerissen werden, was nicht erwünscht ist.

Es ist ein weiterer Vorteil des Wirbelschichtverfahrens, daß für die gleiche Menge an zu verarbeitendem kohlen­ stoffhaltigen Material eine geringere Gasströmung erfor­ derlich ist, verglichen mit dem Mitreißströmungsverfah­ ren.

Ein weiteres wertvolles Produkt ist die Holzkohle. Abhän­ gig von dem kohlenstoffhaltigen Material, welches verar­ beitet wird, und den Verfahrensbedingungen kann sie eine Reihe von potentiellen Verwendungen zugeführt werden. Eine potentielle Verwendung für die Holzkohle ist als Brennstoff, beispielsweise als pulverisierter Brennstoff für Energieanlagen. Holzkohle, welche teilweise verbrannt wurde, ist als Brennstoff schwieriger zu verwerten als Holzkohle, welche nicht verbrannt wurde. Daher besitzt das Verfahren, verglichen mit den bekannten Verfahren, bei denen die Holzkohle bei der Erhitzung teilweise ver­ brannt wird, den Vorteil, daß die Holzkohle als Wärmeüber­ tragungsmedium verwendet werden kann. Andere Verwendungen können relativ große Holzkohleteilchen erfordern. Bei dem Verfahren kann man relativ große Holzkohleteilchen erhal­ ten, was ein Vorteil ist, verglichen mit dem bekannten Verfahren, bei dem man nur feine Holzkohle erhält.

Es ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens, daß man koh­ lenstoffhaltige Teilchen mit relativ großer Größe als Beschickungsmaterial verwenden kann. Dies bedeutet Erspar­ nisse im Kapital und in den Betriebskosten, verglichen mit den bekannten Verahren, wo eine starke Größenverrin­ gerung des kohlenstoffhaltigen Materials durchgeführt werden muß, um feines Beschickungsmaterial herzustellen.

Es ist weiterhin bevorzugt, daß man bei irgendeinem Ver­ fahren Backkohle (backende oder fettende Kohle) als Be­ schickungsmaterial verwenden kann. Eine Hauptschwierigkeit mit Backkohle ist die Agglomeration der Kohle, bevor die Entwicklung der flüchtigen Materialien vollständig ist. Die vorliegende Erfindung erlaubt es, daß eine Reihe von Pyrolysestufen verwendet werden kann. Die erste Stufe um­ faßt das Erhitzen auf eine Zwischentemperatur unterhalb der Agglomerationstemperatur der Kohle, worauf durch Bildung der flüchtigen Stoffe bei dieser Temperatur sich die Agglomerationstemperatur erhöht. Zu dem Gemisch aus teilweise verbrauchtem kohlenstoffhaltigen Material und magnetisierbarer Substanz kann man dann zusätzlich heiße magnetisierbare Substanz zugeben, um die Temperatur weiter zu erhöhen. Im allgemeinen findet dies in einer Reihe von Kammern statt, wobei aufeinanderfolgende Kammern jeweils höhere Temperaturen haben. Es ist das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß ein magnetisierbares Wärmeübertragungsmittel verwendet wird. Dieses Material wird getrennt erhitzt und dann bei der gewünschten Tem­ peratur in die Pyrolysekammer eingeleitet. Das magneti­ sierbare Material ist sowohl chemisch reaktiv als auch gegenüber Wärme reaktiv, wodurch seine magnetische Eigen­ schaft beeinflußt werden kann. Es ist daher wichtig, sol­ che Parameter zu wählen, daß die magnetische Wirkung nicht verlorengeht. Im Falle von einigen Materialien wird die minimale Temperatur in der Pyrolysevorrichtung die Curie- Temperatur übersteigen. Wenn solche Materialien verwendet werden müssen, muß die magnetische Eigenschaft, wie durch Kühlen, wiederhergestellt werden, und das Verfahren um­ faßt das Kühlen des festen Outputs aus der Pyrolysevor­ richtung, damit die magnetisierbare Substanz ihre magne­ tischen Eigenschaften wiedererlangt.

Die derzeit besonders bevorzugten Materialien sind ein Oxid des Eisens, welches etwa drei Teile Eisen auf vier Teile Sauerstoff enthält, und elementares Eisen. Beide sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ausreichend magnetisch. Eisen verliert seine ferromagnetische Eigen­ schaft bei etwa 770°C, welche über der erwarteten Tem­ peratur der Pyrolysevorrichtung liegt. Das Eisenoxid be­ sitzt eine Curie-Temperatur von etwa 585°C für das reine Material. Verunreinigungen in dem Material können seine Curie-Temperatur ändern, beispielsweise verringert das Titan, das in vielen natürlich vorkommenden magnetischen Teilchen aus Seesand vorkommt, stark die Curie-Temperatur von Magnetit.

Die Teilchengröße der magnetisierbaren Substanz gemäß der Erfindung ist so, daß der größte Anteil der Teilchen kleiner ist als 5 mm in der Größe und bevorzugt zwischen 0,1 und 1 mm. Innerhalb dieses Bereiches ist es bevor­ zugt, Teilchen mit ähnlicher Größe zu haben, so daß die Stabilität irgendeiner Wirbelschicht, wenn dieses Ver­ fahren verwendet werden sollte, so maximal wie möglich ist.

Die geeignetste Pyrolysetemperatur bei dem Verfahren wird in Abhängigkeit von dem kohlenstoffhaltigen Feststoff variieren. Sie wird jedoch im allgemeinen im Bereich von 300 bis 900°C und bevorzugt im Bereich von 450 bis 650°C liegen. Für gewisse Beschickungsmaterialien wird die Tem­ peratur im höheren Teil des Bereiches, somit bei etwa 600°C, liegen. Ein Verfahren, bei dem Eisenoxid verwendet wird, erfordert eine Kühlstufe, damit das Material seinen Ferrimagnetismus wiedererlangt, wenn eine Temperatur im oberen Teil dieses Bereiches verwendet wird.

Ein weiteres potentielles Problem mit dem magnetisierbaren Material ist die chemische Reaktion, wobei es entweder zu einen nichtferro- oder ferrimagnetischem Material oxi­ diert oder reduziert wird. Beispielsweise kann Eisenoxid, das etwa drei Teile Eisen auf vier Teile Sauerstoff ent­ hält, zu einem Oxid reduziert werden, welches etwa einen Teil Eisen auf einen Teil Sauerstoff enthält, oder es kann zu einem Oxid oxidiert werden, das etwa zwei Teile Eisen auf drei Teile Sauerstoff enthält. Eisen kann zu einem Eisenoxid oxidiert werden, beispielsweise zu dem Oxid, welches etwa einen Teil Eisen zu einem Teil Sauerstoff enthält. Weder das Oxid, welches etwa zwei Teile Eisen zu drei Teilen Sauerstoff enthält, noch das Oxid, welches etwa einen Teil Eisen zu einem Teil Sauerstoff enthält, ist ferri- oder ferromagnetisch. Es ist ein weiteres Problem, daß Sauerstoff bei diesem Verfahren in der Pyrolysestufe frei­ gesetzt werden kann, wodurch die Ausbeuten an den ver­ schiedenen Produkten verschlechtert werden.

Eine bestimmte Menge an Oberflächenreaktion ist in prak­ tischer Hinsicht schwierig zu vermeiden, und es wurde ge­ funden, daß das Verfahren trotzdem gut abläuft. Man muß jedoch Vorsicht walten lassen, um zu verhindern, daß ein großer Teil der Masse der Teilchen reagiert, und dies wird eine geeignete Bauart und einen geeigneten Betrieb der Trennkammer und der Pyrolysekammer erfordern. Unter ande­ ren Parametern sind die Temperatur, die Verweilzeit der magnetisierbaren Substanz, die Fließschemata von Luft und Brennstoff, die Art des Brennstoffs und das Verhältnis von Brennstoff zu Luft wichtig bei dem Bau und Betrieb des Brenners.

Trotz seiner niedrigen Curie-Temperatur ist das Eisenoxid, welches etwa drei Teile Eisen auf vier Teile Sauerstoff enthält, derzeit das bevorzugte Material, weil es leicht in einheitlicher und gewünschter Größe verfügbar ist und daß es leichter ist, eine Oxidation oder Reduktion der Hauptmasse der Eisenoxidteilchen zu verhindern, verglichen mit einer Reduktion oder Oxidation der Eisenteilchen.

Aus Einfachheitsgründen wird das Eisenoxid wie folgt be­ schrieben:

Fe₃O₄ (oder Magnetit), Fe₂O₃ und FeO.

Dies entspricht Eisen-zu-Sauerstoff-Verhältnissen von drei zu vier, zwei zu drei und eins zu eins. Fe₃O₄ wird in natürlichem Zustand in vielen Teilen der Welt als Erz erhalten. Diese Erze sind, wenn sie in ausreichend reinem Zustand vorliegen, für die direkte Verwendung bei der vor­ liegenden Erfindung nach einem geeigneten Mahlen und Klassifizieren geeignet. Die Verunreinigungen können die Wirkung der Erze in dem erfindungsgemäßen Verfahren beein­ flussen, insbesondere können sie die Curie-Temperatur der Teilchen erniedrigen, wie auch die magnetische Anziehung durch einfache Verdünnungswirkung schwächen. Es wurde ge­ zeigt, daß Titan eine starke Wirkung bei der Erniedrigung der Curie-Temperatur aufweist. Ein hoher Gehalt an Titan- Fe₃O₄-Erzen muß daher bei einer Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur verwendet werden, oder sonst ist eine Kühlstufe erforderlich, um die verbleibenden Feststoffe abzukühlen, bevor sie der magnetischen Trennstufe zuge­ führt werden. Wenn der Titangehalt extrem hoch wird, kann der Grad des Abkühlens zu groß werden, um einen wirtschaft­ lichen Betrieb zu gewährleisten. Zwei geeignete Neusee­ land-Erze und ihre Analysen werden im folgenden angegeben:

Zusammensetzung (Gew.-%-Basis)

Das Gillespies Beach-Erz ist wegen seines niedrigen Titan­ gehalts bevorzugt.

Die Reduktion von Fe₃O₄ in FeO in der Pyrolysevorrichtung kann durch Einstellung der Gasatmosphäre begrenzt werden. Wird ein Wirbelschichtverfahren in der Pyrolysevorrichtung verwendet, kann dies durch Einstellung des reduzierenden Charakters des Gasstroms oder durch Einstellung des redu­ zierenden Charakters der flüchtigen Bestandteile erreicht werden. Ein einfaches Verfahren besteht derzeit darin, den Feuchtigkeitsgehalt des Gasstroms oder der festen Be­ schickungsmaterialien zu erhöhen, wodurch der reduzieren­ de Charakter der Gasatmosphäre verringert wird. Ein weite­ res Verfahren besteht darin, die Temperatur des Pyrolyse­ verfahrens im allgemeinen nach unten zu variieren. Bei­ spielsweise kann Western Kentucky Nr. 9-Aderbitumenkohle bei 600°C unter Verwendung von trockener Kohle behandelt werden. Jedoch reduziert trockenes recyclisiertes Gas Fe₃O₄. Dieser reduzierende Zustand kann in einen stabilen Zustand geändert werden, indem man mindestens 10 Gew.-% Feuchtigkeit zu dem Recyclisierungsgas hinzugibt. Huntly East Mine Neuseeland-Subbitumenkohle kann zufriedenstellend bei 600°C behandelt werden, ohne daß es erforderlich ist, irgendwelche zusätzliche Feuchtigkeit zuzufügen, wie auch Roxburgh Lignit Neuseeland bei 500°C, Northland Peat Neuseeland bei 500°C und Green River Oil Shale USA bei 400°C.

Andere bekannte ferromagnetische Materialien sind Nickel, Gadolinium und Kobalt. Die Curie-Temperaturen dieser Ma­ terialien legen den Schluß nahe, daß nur Kobalt bei dem Verfahren zufriedenstellend arbeiten würde. Seine hohen Kosten bewirken jedoch, daß es weniger bevorzugt ist.

Die Verweilzeit des kohlenstoffhaltigen Materials in der Pyrolysevorrichtung ist ebenfalls wichtig. Diese Zeit ist vorzugsweise lang genug, um sicherzustellen, daß die Haupt­ masse der vorhandenen flüchtigen Stoffe abgegeben wird. Dies ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, wenn ein Wirbelschichtsystem mit einem Gasstrom verwendet wird, der ausreicht, um die flüchtigen Bestandteile aus der Um­ gebung der Schicht schnell zu entfernen.

Die Gasströmungsgeschwindigkeit für die Wirbelschichtbil­ dung des Materials wird von der Teilchengröße des Wärme­ trägers abhängen. Eine Schicht aus einer Hauptmenge von 100 µm Teilchen wird eine Oberflächengasgeschwindigkeit zwischen 2 und 30 cm/s besitzen. Die mit einer Hauptmenge der bevorzugten 250 µm Teilchen wird eine Geschwindigkeit zwischen 20 cm/s und 2 m/s benötigen, während eine Schicht aus maximal 5000 µm Teilchen eine Geschwindigkeit von 8 m/s bis 90 m/s benötigt.

Der Strom aus der Pyrolysevorrichtung, der die flüchtigen Materialien enthält, wird so schnell wie möglich abge­ schreckt, um eine hohe Flüssigkeitsproduktausbeute zu er­ halten. Dabei erhält man drei Produktströme. Zuerst einen gasförmigen Produktstrom, der ganz oder teilweise für die Verwendung bei dem Verfahren recyclisiert werden kann. Irgendein Restgas kann sonstwo verwendet werden oder als solches oder nach der Raffination verkauft werden. Ein zweiter Strom ist das flüssige Produkt. Der dritte Strom ist Wasser. Dieses Wasser stammt aus einer Reihe von Quel­ len einschließlich Wasser, welches aus dem Beschickungs­ material stammt, Wasser, das durch Oxidation gebildet wurde, Wasser, das in der Gasbeschickung für die Pyrolyse­ vorrichtung vorhanden ist, Wasser, das durch Abschrecken des Stromes aus der Pyrolysevorrichtung verwendet wird, und ein anderes vorhandenes Wasser.

Die magnetisierbare Substanz wird durch irgendein geeig­ netes Verfahren auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Diese Temperatur wird höher sein als die in der Pyrolyse­ vorrichtung, und sie wird im allgemeinen zwischen 700 bis 1000°C liegen. Die Wärmequelle wird im allgemeinen ein Brennstoff sein, wie kohlenstoffhaltiges Material, wel­ ches in Luft verbrannt wird. Der Brennstoff kann das gas­ förmige Produkt von dem Verfahren, Tierkohle von dem Ver­ fahren, andere Brennstoffe oder ein Gemisch aus Brenn­ stoffen sein. Zwei Techniken sind bevorzugt: ein Mitreiß­ strömungsbrenner oder ein Wirbelschichtbrenner. ln dem Mitreißströmungsbrenner werden Luft, Brennstoff und Wärme­ träger in das eine Ende des Rohres im allgemeinen im Boden eingeleitet, so daß der Wärmeträger aufsteigt und es er­ hitzt. Die Gase befördern den Wärmeträger im Rohr auf­ wärts in einen verdünnten Phasenstrom, d.h. die Hauptmenge desVolumens ist mit Gas gefüllt. Der Wärmeträger wird durch das Verbrennen des Brennstoffs mit Luft erhitzt.

Am oberen Teil des Rohrs geht das Gas durch eine Trenn­ vorrichtung, beispielsweise ein Cyclon oder eine schwere Absetzkammer, wobei das Gas und der Wärmeträger getrennt werden. Wärme kann aus dem heißen Gas gewonnen werden, bei­ spielsweise indem man das Beschickungsmaterial trocknet, wenn es große Mengen an Wasser enthält.

Obgleich man bei diesem Brenner irgendwelche Art von Brenn­ stoff verwenden kann, ist er besonders für einen gasför­ migen Brennstoff geeignet. Das Gas kann aus dem Pyrolyse­ gas, das bei dem Verfahren gebildet wird, stammen, durch Vergasen eines Teils oder der gesamten gebildeten Tierkohle gebildet werden, von einer Außenquelle stammen oder man kann auch eine Kombination dieser Möglichkeiten verwenden. Dies wird für eine Anlage, bei der Ölschiefer verarbeitet wird, irgendeine besondere Bedeutung besitzen. Da Ölschie­ fer eine Tierkohle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ergibt, ist er nicht als Brennstoff direkt geeignet, da eine große Menge an Aschenrückständen in die Pyrolysevorrich­ tung recyclisiert würde, wodurch die Teerausbeuten er­ niedrigt würden. Ölschiefer-Holzkohle kann vergast wer­ den, um Gas zu erzeugen, mitdemein Brenner befeuert wer­ den kann.

In einem Wirbelschichtbrenner werden der Wärmeträger und der Brennstoff in eine Wirbelschicht mit Verbrennungsluft eingeleitet. Wieder kann man irgendeinen Brennstoff ver­ wenden und Wärme kann aus dem Abgas gewonnen werden. Bei beiden Verfahren können Kontrollsysteme für Verschmutzung verwendet werden, um die Verschmutzung durch Staub oder Schwefelverbindungen zu reduzieren.

Verwendet man den bevorzugten erfindungsgemäßen Wärmeträ­ ger FE₃O₄, müssen die Brennerbedingungen sorgfältig ge­ wählt werden, um sicherzustellen, daß die magnetische Empfindlichkeit durch Oxidation oder Reduktion nicht zu stark verringert wird, damit er bei dem Trennverfahren wirksam ist. Ein alternatives Verfahren besteht darin, einen gewissen Oxidationsgrad von Fe₃O₄ zu Fe₂O₃ mit Kon­ trolle des letzteren Pyrolyseverfahrens mit Absicht zu erlauben, wobei sichergestellt werden muß, daß ausreichend Fe₂O₃ zurück zu Fe₃O₄ reduziert wird, damit man bei der Trennstufe eine ausreichende magnetische Empfindlichkeit erhält. Die Kontrolle des Oxidations- oder Reduktionsgra­ des in dem Brenner ist hauptsächlich durch Kontrolle des Sauerstoffpartialdrucks auf einen vorbestimmten Wert mög­ lich. Es wird derzeit angenommen, daß dieser Druck von einer Reihe von Parametern abhängt. Diese umfassen eine Wirbelschicht, die Tierkohlekonzentration, die Feuchtig­ keit in der Einlaßluft, die Schichthöhe und den Schicht­ durchmesser, die Verteilerplatte, die Gasgeschwindigkeit, die Wirbelschicht und die Temperatur der Schicht. Die Ver­ teilerplatte ist die Platte am Boden der Schicht, durch die das Wirbelschichtgas eingeleitet wird. Man nimmt an, daß die folgenden Bedingungen eine im wesentlichen stabile Umgebung für Fe₃O₄ geben:

Temperatur900°C Drucketwa Atmosphärendruck Schichttiefe1 m Luftgeschwindigkeit0,34 m/s Tierkohle in der Schicht1 Gew.-%, bezogen auf die Schicht Magnetitgrößeetwa 260 µm Feuchtigkeit in der Einlaßluft0,01 kg/kg Luft Schichtdurchmessergrößer als 1 m Verteilerplatte0,3% offene Fläche, als Löcher mit einem Durchmesser von 2 mm

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann man ebenfalls die Qualität des flüssigen Produkts modifizieren, indem man die schwere Fraktion des flüssigen Produkts in die Pyro­ lysevorrichtung recyclisiert und ebenfalls indem man die Zusammensetzung des Gases, welches in die Pyrolysevor­ richtung eingeleitet wird, einstellt.

Die Teilchengröße des kohlenstoffhaltigen Materials kann ebenfalls aus einer Reihe von Gründen variiert werden, so daß sie am besten für das Verfahren geeignet ist, wobei man beispielsweise die Natur des kohlenstoffhaltigen Ma­ terials und die Teilchengröße der magnetisierbaren Sub­ stanz in Betracht zieht.

Damit die Menge an Wärme, welche in den Pyrolysereaktor eingeleitet wird, verringert wird, umfaßt die vorliegende Erfindung eine Vorerhitzung des kohlenstoffhaltigen Ma­ terials und mindestens eine teilweise Trocknung, bevor es in die Pyrolysevorrichtung eingeleitet wird, beispiels­ weise auf 150°C. Außerdem kann die Wärme in den Verbren­ nungsgasen, die aus dem Brenner abgegeben werden, zu die­ sem Zweck gewonnen werden. Ein vollständiges Trocknen wird günstig sein, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Materials die Reduktionsbedingungen in der Pyrolysevorrichtung materiell beeinflußt. Erfindungsgemäß kann man ebenfalls die Gasbeschickung in die Pyrolysevorrichtung vorerhitzen.

Der zurückbleibende Teer und die magnetisierbare Substanz werden in einen Separator eingeleitet, wo das Gemisch einem magnetischen oder elektrischen Feld auf solche Weise aus­ gesetzt wird, daß sich die magnetisierbare Substanz und die Tierkohle trennen. Derzeit ist ein magnetisches Feld bevorzugt, und dies kann durch einen permanenten Magneten oder einen elektrischen Strom oder eine Kombination dieser beiden erzeugt werden. Die Art der Trennung wird in einem Separator mit horizontaler Trommel und niedriger Intensi­ tät durchgeführt. Ein solcher Separator kann eine Trommel mit einem Durchmesser von 600 mm besitzen und mit 100 Upm rotieren. lm Inneren der Trommel sind stationäre Magneten alternierender Polarität angeordnet, welche das magneti­ sche Material auf der Oberfläche, bedingt durch das magne­ tische Feld, von etwa 400 bis 1200 Gauss halten. Eine Kom­ bination der Schwere und wichtiger der Massenkräfte von der Rotation wirft die nichtmagnetischen Stoffe aus der Trommel. Da nur ein Teil des Trommelumfangs Magnete darun­ ter hat, können die magnetischen Materialien von der Trom­ mel entnommen werden, nachdem die Hauptmasse der nicht­ magnetischen Teile entfernt wurde.

Bei dem Trennverfahren ist es aus wirtschaftlichen Gründen wichtig, daß soviel wie möglich von dem Wärmeträger wieder­ gewonnen wird. Ein Prozentgehalt von Wiedergewinnungen von über 99% ist notwendig, um ein wirtschaftlich erfolgreiches Verfahren zu erreichen. Ein magnetischer Trenner mit einer einzigen Stufe, insbesondere unter hohen Strömungsraten in einer technischen Anlage, erfordert einen hohen magne­ tischen Fluß zusammen mit hoher magnetischer Empfindlich­ keit des Wärmeträgers, um 99% Wiedergewinnung zu ergeben. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, mindestens 2 magnetische Trennstufen, mehr bevorzugt 3 Stufen, durchzuführen. Nach dem anfänglichen Abkühlen des Gemisches aus heißer Tier­ kohle/heißem Träger, sofern dies erforderlich ist, und einer ersten magnetischen Trennstufe kann der Tierkohle­ strom nach weiterem Abkühlen einer zweiten magnetischen Trennstufe unterworfen werden. Bei der bevorzugteren Form wird der heiße Trägerstrom von der ersten Stufe einer zweiten magnetischen Trennung unterworfen, und der Tier­ kohlestrom von dieser Stufe wird nit der Tierkohle von der ersten Stufe vereinigt, gekühlt und in einen dritten magnetischen Separator geleitet.

Gemäß diesem dreistufigen Verfahren ist nicht nur der Prozentgehalt bei der Wiedergewinnung hoch, sondern die Reinheit des Wärmeträgers ist ebenfalls höher als bei dem einstufigen oder zweistufigen Verfahren.

Vor der Zufuhr in die magnetischen Separatoren können die Feststoffe zur Entfernung von zu kleinen und zu großen Teilchen gesiebt werden.

Die Tierkohle wird für den Verkauf abgepackt oder gegebenen­ falls, wie oben diskutiert, für die Verwendung in Brenner recyclisiert. Der Wärmeträger wird gesammelt und in den Brenner zurückgeführt. Da der Transport des Beschickungs­ materials und der Produkte hauptsächlich durch Schwere erfolgt, ist der Wärmeträger zu diesem Zeitpunkt in sei­ ner niedrigsten Stellung in seinem Cyclus. Damit er in den Speisetrichter, welcher den Brenner beschickt, zurück­ geführt werden kann, ist eine Erhöhung erforderlich. Dies kann durch einen einfachen Kettenförderer erfolgen, man kann auch andere Förderer verwenden, die so gebaut sind, daß sie bei den erforderlichen Temperaturen betrieben wer­ den können. Solche Systeme sind teuer. Ein weiteres Ver­ fahren besteht in der pneumatischen Beförderung des Wärme­ trägers eine Leitung hinauf unter Verwendung der Verbren­ nungsluft. Die vorliegende Erfindung stellt ein drittes und neues Verfahren zur Verfügung, um den Wärmeträger zu dem Brenner aufwärts zu befördern. Bei diesem Verfahren werden heiße Gase von dem Brenner verwendet, um den Wärme­ träger mitzureißen und ihn in den Speisetrichter für die Zufuhr für den Brenner zu befördern. Dieses Verfahren be­ sitzt den Vorteil, daß Wärme von dem Verbrennungsgas für den kalten Wärmeträger wiedergewonnen werden kann. Erfin­ dungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Erhöhung eines teilchenförmigen festen Materials zu einer Massenvorrich­ tung für die Beschickung unter Schwere für einen Brenner, wobei das Material durch Verbrennen des Brennstoffs er­ hitzt wird, zur Verfügung gestellt, welches darin besteht, daß man das teilchenförmige Material in einem Strom der Verbrennungsgase aus dem Verbrenner mitreißt, von einer Quelle des teilchenförmigen Materials zu dem Massenvor­ ratsbehälter.

Anhand der beigefügten Zeichnungen, welche eine Form des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutern, das für die Behand­ lung von Kohle unter Verwendung eines natürlich vorkommen­ den Magnetits als magnetisierbare Substanz verwendet wird, wird die Erfindung erläutert. In den Zeichnungen bedeuten:

Fig. 1 ein Fließschema, wo das allgemeine Ver­ fahren der Flash-Pyrolyse dargestellt ist,

Fig. 2 ein Fließschema, wo die Flash-Pyrolyse des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist,

Fig. 3 ein Fließschema, wo das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Backkohle dargestellt ist,

Fig. 4 eine schematische Form eines geeigneten magnetischen Separators,

Fig. 5 eine schematische Form eines geeigneten Wirbelschichtbrenners,

Fig. 6 eine schematische Form eines erfindungs­ gemäßen Aufzugs für einen teilchenförmigen Feststoff,

Fig. 7 zeigt in kleinem Maßstab die Vorrich­ tung, welche für den im folgenden beschriebenen Vergleichs­ test verwendet wird.

Fig. 1 ist selbsterläuternd. Gemäß Fig. 2 wird Kohle von einer geeigneten Quelle in den Kohlespeisetrichter gelei­ tet. Diese wird dann bevorzugt getrocknet (dies wird nicht gezeigt) und dann in die Pyrolysevorrichtung geleitet, wel­ che eine Pyrolysevorrichtung mit Wirbelschicht ist, und wobei die Wirbelschichtbildung nit einem Gasstrom von Produktgas bei einer relativ niedrigen Temperatur, bei­ spielsweise etwa 50°C, erfolgt, und wobei dies mit einer Geschwindigkeit strömt, die ausreicht, das Gemisch aufzu­ wirbeln. Ebenfalls wird in die Pyrolysevorrichtung der Wärmeträger (Magnetit) geleitet, der bevorzugt gemäß der vorliegenden Erfindung kontinuierlich recyclisiert wird und gegebenenfalls durch Zugabe ergänzt wird, um für irgendwelche auftretenden Verluste zu kompensieren. Der Magnetit kommt von dem Brenner von ungefähr 850°C, welcher so gebaut ist, daß er zusammen mit der Temperatur der Kohle und dem recyclisierten Gas eine Pyrolysetemperatur von etwa 600°C ergibt. Aus der Pyrolysevorrichtung werden die flüchtigen Materialien mit dem Gasstrom in den Teerab­ streifstrom herausgeleitet, aus dem Abfallwasser, Teer und Produktgas erhalten werden. Die Hauptmenge des Produktgases wird als Wärmequelle für den Brenner recyclisiert, und ein Teil wird als Gasstrom in der Wirbelschicht-Pyrolyse­ vorrichtung verwendet. Das feste Material, das in der Pyrolysevorrichtung verbleibt, wird zu einem Kühler ge­ bracht und auf eine Temperatur, die unterhalb der Curie- Temperatur des Magnetits, wie 500°C, liegt, mittels einem Gemisch aus Wasser und Dampf abgekühlt. Die Energie in dem überschüssigen gebildeten Dampf wird bevorzugt ausgenutzt und bei dem Verfahren verwendet. Das gekühlte Gemisch wird dann zu dem magnetischen Separator geleitet, wo es zwei Ströme ergibt, die Tierkohle als Produkt und den zweiten, der im wesentlichen aus reinem Magnetit besteht, welcher mit einem geeigneten Fördergerät zurück zu dem Brenner ge­ führt wird. Die Gase von dem Brenner von etwa 850°C wer­ den auf einen Wert unterhalb der Pyrolysetemperatur abge­ kühlt und zum Trocknen der Kohlebeschickung verwendet. Die Verbrennungsgase bei 850°C können mit Abgasen von dem Beschickungstrockner von etwa 130°C vermischt werden, wo­ bei man eine Input-Gastemperatur für den Trockner von etwa 350°C erhält. Dieser ist so gebaut, daß die Kohletempera­ tur auf etwa 130°C erhöht wird und somit die Kohle im wesentlichen Ausmaß getrocknet wird, bevor sie in die Pyrolysevorrichtung geleitet wird.

Gemäß Fig. 3, mit welcher das Verfahren für die Pyrolyse von Backkohle erläutert wird, wird die Kohle in einer ersten Stufe unter Verwendung von Magnetit von dem Brenner in einer Menge, die ausreicht, um die Temperatur des Ge­ misches auf eine Temperatur zu erhöhen, bei der eine Ver­ flüchtigung von einigen der flüchtigen Stoffe stattfindet, aber nicht über die Agglomerationstemperatur, pyrolysiert. Eine geeignete Temperatur wird von der Art der Backkohle abhängen, sie wird im allgemeinen bei etwa 300°C liegen. Das Material wird dann in eine Pyrolysevorrichtung der zweiten Stufe geleitet, wo zusätzlicher Magnetit zugegeben wird, um die Temperatur auf die gewünschte Pyrolysetempera­ tur, beispielsweise 600°C, zu erhöhen. Sonst ist das Ver­ fahren im wesentlichen äquivalent wie das, welches in Fig. 2 erläutert wird. Offensichtlich können mehr als zwei Stufen verwendet werden, wenn eine besondere Kohle es er­ fordert.

In Fig. 4 wird ein magnetischer Separator erläutert, wo­ bei die unterschiedlichen Materialien in unterschiedlichen Tönungen dargestellt sind. Das Gemisch aus dem Beschickungs­ speisetrichter fällt auf die Oberfläche der rotierenden Trommel, in derem Inneren stationäre permanente Magnete innerhalb eines wesentlichen Teils des Kreisumfangs mit ausreichender Stärke angeordnet sind, so daß sie das magnetisierbare Material auf die Oberfläche der rotieren­ den Trommel anziehen. Das nichtmagnetisierbare Material wird durch das magnetische Feld nicht beeinflußt und fällt von der Oberfläche der Trommel herab. Die Magnete sind so angebracht, daß ihre Wirkung auf das magnetische Material an einer gewünschten Stellung im Rotationsumfang der Trommel aufhört und daß die magnetisierbare Substanz dann von der Trommel herabfällt. Eine Teilungsvorrichtung ist bevorzugt angebracht, um eine klare Trennung zu erreichen. Die Substanz wird dann bevorzugt zu einem magnetischen Separator der zweiten Stufe geleitet, von dem die Wärme­ träger gesammelt werden und zum Brenner zurückgeführt werden. Die Tierkohle von beiden Separatoren mit etwa 500°C muß abgekühlt werden, und im allgemeinen ist ein Abschrecken mit Wasser geeignet. Nachdem die Tierkohle einmal gekühlt ist, wird sie dann bevorzugt einem weiteren magnetischen Separator unterworfen, von dem der Wärmeträger gesammelt wird und zum Brenner zurückgeleitet wird. Die Tierkohle ist für die Verpackung fertig.

In Fig. 5 ist der Wirbelschichtbrenner dargestellt, der eine vertikal angeordnete Kammer 1, die drei Zufuhrleitun­ gen, eine für den kalten Wärmeträger 2, eine zweite für den Brennstoff 3 und eine dritte für das Wirbelgas 4, um­ faßt. Durch geeignete Einstellung aller Parameter wird eine Wirbelschicht 5 mittels Blasen 6 durch Gas, welches durch die Schicht hindurchgeht, erzeugt. Die Schicht bil­ det sich darüber und wird durch die Verteilerplatte 7 auf­ rechterhalten, welche eine Platte aus geeigneterweise nichtkorrodierendem und nichtreaktivem Material ist, die Lochungen umfaßt, durch die das Gas in die Schicht 5 treten kann. Unterhalb der Verteilerplatte 7 ist ein Beruhigungs­ raum 8. Heißer Wärmeträger wird durch die öffnung 9 ent­ nommen, während Abgase durch die Leitung 10 in das Cyclon 11 geleitet werden, wo die feinen Teilchen, die von dem Gasstrom mitgerissen werden, durch die Düse 12 gesammelt werden, während Gase durch die Öffnung 13 für beliebigen Bedarf entweichen.

In Fig. 6 ist der erfindungsgemäße Wärmeträgeraufzug dar­ gestellt. Der Wärmeträgerstrom 14 von dem magnetischen Separator wird in die Leitung 15 in ein Standrohr 16 ge­ leitet, wodurch die Liftleitung 17 beschickt wird. Der Strom von Wärmeträger in die Liftleitung 17 kann durch ein Gleitventil, ein Rotationsventil oder bevorzugt einen Strom aus Gas 18, der in den Boden des Standrohrs geleitet wird, reguliert werden. Verbrennungsgase von dem Brenner werden durch die Leitung 19 für das heiße Gas in den Boden der Liftleitung geleitet, wo sie den Wärmeträger die Lift­ leitung herauf zu der Ententrainmentvorrichtung 21, wie ein Cyclon oder eine schwere Absetzkammer, befördern. Hier werden das Gas und der Wärmeträger getrennt. Das Gas wird über die Leitung 22 entnommen, und der Wärmeträger wird in ein anderes Standrohr 20 geleitet, durch welches der Brenner 1 beschickt wird. Wie bei dem ersten Standrohr 16 kann eine Reihe von Verfahren verwendet werden, um die Strömung an Wärmeträger in dem Brenner zu regulieren, wie ein Gasstrom 23.

Um zu verhindern, daß große Teile des Gases durch die Standleitungen fließen, ist es erforderlich, eine bestimmte Höhe an Wärmeträger in den Standleitungen aufrechtzuerhal­ ten.

Zur Erläuterung der wesentlichen Verbesserung in den Teer­ ausbeuten unter Verwendung des erfindungsgemäßen Wärme­ trägers, verglichen mit der Verwendung von teilweise ge­ brannter Holzkohle, wurde folgender Versuch durchgeführt.

Zwei Versuche, bei denen die Ausbeuten bestimmt wurden, wurden mit Chathams Island-Torfgemisch in einer elektrisch beheizten 75-mm-Wirbelschicht durchgeführt. Ein Versuch wurde durchgeführt, bei dem Magnetit vorhanden war, der andere wurde durchgeführt, indem teilweise gebrannte Torfkohle vorhanden war.

Ein Diagramm der Vorrichtung ist in Fig. 7 dargestellt. Etwa 1 kg Holzkohle (oder Magnetit) werden auf die Schicht vorgeladen, welche dann von außen elektrisch erhitzt wird. Nachdem die Schicht einmal auf die Betriebstemperatur vor­ erhitzt wurde, wurde das Gemisch aus verbleibender Tier­ kohle (oder Magnetit) plus Torf in die Schicht in einer Geschwindigkeit von etwa 7 l/h eingeleitet. Durch 22 l/min Stickstoff wurde die Schicht aufgewirbelt, und 10 l/min Stickstoff befördern das Gemisch in die Schicht. Der Teer wird in einem Dichlormethan-Scrubber eingefangen, Gas wird gemessen und in Gastaschen bzw. -säcken gesammelt, während die Feststoffe in den Speisetrichter überfließen.

Ergebnisse

Der Unterschied zwischen der Masse an Magnetit pro kg des Torfes und der Masse an Tierkohle pro kg Torf kompensiert für deren unterschiedliche Wärmekapazitäten. Bei den Tem­ peraturen von Interesse (500 bis 950°C) ist die Wärmekapa­ zität der Tierkohle etwa das 1,7- bis 1,9 fache von der von Magnetit, so daß nur das 0,52-bis 0,59 fache soviel Tierkohle wie Magnetit erforderlich ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, die geeignet ist, um das Verfahren auszuführen, und neue Pro­ dukte, wobei die Produkte gemäß dem Verfahren erhalten werden.

Claims (10)

1. Verfahren für die Pyrolyse eines festen kohlenstoff­ haltigen Materials, bei dem das Material Wärme bei kon­ trollierten Atmosphärenbedingungen für die Verflüchtigung der flüchtigen Teilchen unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man als Wärmeübertra­ gungsmittel eine teilchenförmige magnetisierbare Substanz, bei der der größere Teil der Teilchen eine Teilchengröße unter 5 mm besitzt, in innigem Kontakt mit dem Material verwendet und daß die Substanz von dem Restmaterial ge­ trennt wird, indem man das Gemisch der Wirkung eines elektrischen oder magnetischen Feldes aussetzt, so daß eine Trennung der magnetisierbaren Substanz von dem Rest­ material erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pyrolysebedingungen so gewählt werden, daß ein großer Anteil an flüssigen Produkten ge­ bildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die magnetisierbare Substanz ein teilchenförmiges Eisenoxid ist, welches drei Teile Eisen auf vier Teile Sauerstoff enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das feste Material in einer Wirbelschicht pyrolysiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die magnetisierbare Substanz in einer Wirbelschicht für die Zufuhr in die Pyrolysekammer erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die magnetische Trennung in zwei oder mehreren Stufen erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor der magnetischen Trennung die restlichen festen Materialien und das Wärmeübertragungs­ mittel aus der Pyrolysevorrichtung auf eine Temperatur, die unterhalb der Curie-Temperatur des Wärmeübertragungs­ mittels liegt, abgekühlt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor der magnetischen Trennung die festen Materialien gesiebt werden, damit Obergrößen oder Untergrößen entfernt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wärmeübertragungsmittel zu dem Brenner nach der Trennung von dem Restfestmaterial durch Einschluß in das Abgas von dem Brenner zurückgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das feste Material in einer Wirbel­ schicht pyrolysiert wird, das Eisenoxid für die Zufuhr in die Pyrolysekammer erhitzt wird, die Oxidations-Reduk­ tions-Bedingungen sowohl in der Erhitzungs- als auch in der Pyrolysekammer so kontrolliert werden, daß sicherge­ stellt ist, daß ausreichend Eisenoxid, welches drei Teile Eisen auf vier Teile Sauerstoff enthält, nach der Pyrolyse zurückbleibt, so daß dieses wirksam in einem Magnetsepara­ tor getrennt werden kann, und daß die Restfeststoffe von der Pyrolysevorrichtung auf eine Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur des Eisenoxids gekühlt werden und dann von dem Rückstand des festen Materials in einem mag­ netischen Separator in zwei oder mehr Stufen getrennt werden.