DE3708049A1 - Vorrichtung und verfahren zur behandlung von kohle und schiefer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Kohle und Schiefer, um flüchtige Bestandteile zu entziehen.

In der Vergangenheit haben der wirtschaftlichen Nutzung einer großen Zahl von Kohle- und Schiefer-Vorkommen folgende Probleme entgegengestanden:

• 1. Die Eigenschaft der Kohle, ungehindert zu quellen, wodurch Prozeßbewegungen fast unmöglich werden;
• 2. die Gegenwart von Schwefel in verschiedenen Formen, und
• 3. die offensichtliche Notwendigkeit, hohe Temperaturen und Drücke zu verwenden, um die flüchtigen Bestandteile aus dem Rohmaterial auszutreiben.

Im allgemeinen waren die Temperaturen höher als 1000°C und bei manchen Systemen betrug der Druck bis zu 100 bar.

Zur Entschwefelung von Kohle sind Wirbelbettverfahren vorgeschlagen worden, wobei ein Luftstrom hoher Geschwindigkeit Kalk- und Kohleteilchen während der Verbrennung mitnimmt (der Schwefel wandert dabei eher zum Kalk, als daß er als H₂S oder HOS abgeht). Die Energie- und Wartungskosten sind im allgemeinen unverhältnismäßig hoch.

Bei der Verkokung, bei der die flüchtigen Bestandteile verbrannt oder pyrolisiert werden, werden sogar noch höhere Temperaturen angewandt und ein erheblicher Teil des leichten und des mittleren Endes wird bei dem (exothermen) Prozeß verbraucht oder in Kohleteer, einem komplexen Kohlenwasserstoffgemisch, umgewandelt.

Um Öl, Gas und Kerigane aus Kohle auszutreiben, sind Wirbelbetten unter Verwendung hoher Temperaturen und Drucke eingesetzt worden. Diese Versuche sind jedoch im allgemeinen gescheitert. Auch haben sich in situ und durchlässige Schicht-Methoden entweder vom technischen Standpunkt oder aus wirtschaftlichen Gründen als undurchführbar erwiesen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehenden Nachteile zu überwinden, jedenfalls erheblich zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Behandlung eines Rohmaterials, wie Kohle oder Schiefer, verwendet, welche Vorrichtung einen hohlen Körper mit einem Raum zur Aufnahme des Rohmaterials umfaßt, welcher Körper einen Einlaß aufweist, der die Zufuhr des Rohmaterials in das Innere des Körpers ermöglicht, sowie einen Auslaß, durch den das behandelte Rohmaterial vom Inneren des Körpers heraustritt, ferner eine Einrichtung zur Heizung des Raumes, eine Fördereinrichtung, um das Rohmaterial in dem Raum umzuwälzen, wobei die Fördereinrichtung das Rohmaterial in eine erhöhte Position in den Raum bewegt, von wo das Rohmaterial auf eine niedrigere Position in diesem Raum fällt.

Vorzugsweise ist die Fördereinrichtung ein kegelstumpfförmiges Teil, das sich nach oben verjüngt, und eine schiefe Ebene oder Rampe in Form einer Spirale aufweist, deren Radius mit dem Radius des Teils abnimmt.

Bevorzugt ist weiterhin, daß der Steigungswinkel der Rampe mit abnehmendem Radius zunimmt.

Nach einer bevorzugten alternativen Ausführungsform kann die Fördereinrichtung ein zylindrisches Teil mit einer geneigten Ebene oder Rampe sein, welche sich um die Achse des Teils mit konstantem Radius erstreckt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Behandlung eines Rohmaterials, wie Kohle oder Schiefer;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer anderen Vorrichtung als der nach Fig. 1 und

Fig. 5 in vergrößerter Wiedergabe eine schematische Ansicht eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung 10 zur Behandlung eines Rohmaterials, wie Kohle oder Schiefer, dargestellt. Die Vorrichtung weist einen hohlen Körper oder Gehäuse 11 auf, welcher einen Raum 12 definiert, dem das Rohmaterial zugeführt wird. Der Körper 11 weist einen Einlaß 13 am oberen Ende auf, durch den das Rohmaterial dem Raum 12 zugeführt wird. Der Körper ist ferner mit einem Auslaß 14 versehen, aus dem das behandelte Rohmaterial vom Inneren des Raumes 12 herausbefördert wird. Im Raum 12 ist eine Fördereinrichtung 15 angeordnet, welche das Rohmaterial in dem Raum 12 umwälzt. Die Fördereinrichtung 15 nach dieser Ausführungsform weist einen kegelstumpfförmigen Körper 16 auf, der um eine vertikale Achse 17 drehbar angeordnet ist. Der Körper 15 weist eine kegelstumpfförmige Außenumfangsfläche auf, an welcher eine wendelförmige Ebene oder Rampe 18 angeordnet ist, welche mit dem Rohmaterial in Eingriff steht und dasselbe umwälzt, wenn der Körper 16 sich dreht. Die Rampe 18 kann eine konstante Breite aufweisen oder ihre Breite kann statt dessen abnehmen, falls dies erwünscht ist, um die Bewegung des Rohmaterials zu beschleunigen. Es wird jedoch vorgezogen, daß die Ebene oder Rampe 18 enger wird, so daß in Verbindung mit den Zentrifugalkräften, die auf das Rohmaterial einwirken, das Material die Ebene oder Rampe 18 verlassen muß, wodurch die Umwälzgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials erhöht wird. Vorzugsweise soll beim Betrieb der Vorrichtung 10 ein Teil des Ausgangsmaterials das untere Ende der Ebene oder Rampe 18 bedecken.

Wenn der Körper 16 in Umdrehung versetzt wird, so nimmt das vordere Ende 19 der Ebene oder Rampe 18 das Ausgangsmaterial vom unteren Ende des Raumes 12 auf und bewegt es senkrecht und kreisförmig um die Achse 17.

Vorzugsweise ist die Bodenwand 20 des Körpers 11 durch Verwendung irgend eines Brennstoffs erwärmt. Zusätzlich kann heißes Gas in dem Raum 12 umgewälzt werden, um das Rohmaterial zu erwärmen. Das Gas hat vorzugsweise eine Temperatur von etwa 343°C. Weiterhin ist vorzugsweise die Richtung der Gasströmung durch den Raum 12 der Richtung des freien Falles des Ausgangsmaterials von der Fördereinrichtung 15 entgegengesetzt. Die Geschwindigkeit und damit das Volumen des Gases, welches durch den Raum 12 strömt, wird nur durch die Notwendigkeit begrenzt, die Gasströmgeschwindigkeit kleiner als die Kraft des freien Falls der Teilchen zu halten, um ein Mitreißen zu verhindern. Größere Gasvolumen können tangential zugeführt werden. Dadurch kann es jedoch zu ungewünschten Abriebsererscheinungen kommen, wie sie für Wirbelsysteme charakteristisch sind.

Als Beispiel des Volumenverhältnisses des Rohmaterials zur Fördereinrichtung und dem für den freien Fall vorgesehenen Raum kann das Volumen, das durch den Körper 11 definiert wird, aus 15% Rohmaterial, 10% Fördereinrichtung und 75% Raum für den freien Fall bestehen.

Die vorstehend erörterte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann, wenn sie als Retorte verwendet wird, sehr wirksam eingesetzt werden, wenn der freigesetzte Gas-Effluent, der von der Retorte kommt, verbrannt und zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung verwendet wird. Die Verbrennungsgase können dann zur Retorte zurückgeführt werden, vorzugsweise in der Nähe von deren Bodenwand 20. Statt dessen kann der freigesetzte Gas-Effluent einer Gastrenneinrichtng zugeführt werden, um die Kohlenwasserstoffe von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid zu trennen. Das Kohlendioxid und Kohlenmonoxid kann einer Heizeinrichtung zugeführt werden, von wo es dem unteren Ende der Retorte zugeführt wird.

Beim Betrieb der vorstehend geschilderten Ausführungsform hat sich herausgestellt, daß aufgrund der Bewegung des Rohmaterials kein Verkleben oder Verstopfen stattfindet. Weiterhin hat sich herausgestellt, daß mit der vorstehend geschilderten bevorzugten Ausführungsform die Extraktion von flüchtigen Bestandteilen wie Öl oder Gas aus Schiefer und Kohle erhöht wird, und zwar bei einem Betrieb bei tieferen Temperaturen.

Das Austreiben von flüchtigen Bestandteilen, wie Öl oder Gas von Schiefer und Kohle, ist wirksam, wenn die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angewandt wird, da die Ausgangsmaterialteilchen frei durch ein Gas fallen mit einer Temperatur, die sich beim Herabfallen der Teilchen erhöht. Weiterhin wird der Wärmeübergang dadurch erhöht, daß das Gas gegenüber den Teilchen im Gegenstrom geführt ist. Alle Seiten und Flächen der Teilchen werden, wenn die Teilchen frei durch den Raum 12 fallen, durch den entgegengesetzt geführten Gasstrom erwärmt.

Wegen des zirkulierenden Weges des Effluenten, der durch die Trennung der Bestandteile, die Verbrennung oder beides unterbrochen wird, ist es notwendig, in der Retorte niedrige Drucke zu erzeugen, wobei eine interne Verbrennung oder Pyrolyse des Rohmaterials oder der Effluenten nicht erforderlich ist.

Da die Retorte eine im wesentlichen luftdichte Kammer ist, die ohne Sauerstoff oder anaerob betrieben werden kann, wird eine Hydrolyse oder interne Verbennung verhindert. Der anaerobe Betrieb der Retorte verhindert ferner die Bildung großer NO _x -Mengen (saurer Regen).

In Fig. 4 ist eine andere Fördereinrichtung als die nach Fig. 1 bis 3 dargestellt. Die Fördereinrichtung der Fig. 4 weist ein spiralförmiges Schraubenteil 20 auf. Das Teil 20 besteht aus einem zentralen Schaft 21, an dem eine spiralförmige Rippe oder Leitblech 22 angeordnet ist, wodurch eine Vielzahl von Schraubengängen hervorgebracht wird, die sich um den Schaft 21 erstrecken. Die Spitzen 23 weisen dabei vorzugsweise eine Neigung 24 von etwa 10° auf, während die Hauptfläche 25 der Schraubengänge nach unten mit einem Winkel 25 von ungefähr 3 bis 5° geneigt ist.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Behandlung eines Rohmaterials, wie Kohle oder Schiefer, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen hohlen Körper (11) mit einem Raum (12) zur Aufnahme des Rohmaterials aufweist, welcher Körper (11) einen Einlaß (13) zur Zufuhr des Rohmaterials in das Innere des Körpers (11) und einen Auslaß (14), durch den das behandelte Rohmaterial vom Inneren des Körpers (1) austritt, aufweist, ferner eine Einrichtung zur Erwärmung des Raumes (12), eine Fördereinrichtung (15, 20) zur Umwälzung des Rohmaterials in dem Raum (12), wobei die Fördereinrichtung (15, 20) das Rohmaterial einer erhöhten Position in dem Raum (12) zuführt, von wo das Rohmaterial in eine niedrigere Position in dem Raum (12) fällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fördereinrichtung ein Teil (15, 20) aufweist, welches um eine im wesentlichen senkrechte Achse drehbar ist und eine Rampe (18, 22) bildet, welche sich derart um diese Achse und schräg zur Senkrechten erstreckt, daß wenigstens ein Schraubengang mit einem Neigungswinkel gebildet wird, ferner eine Einrichtung, die das Teil (15, 20) in Umdrehung versetzt, so daß bei Umdrehung desselben das Rohmaterial auf der Rampe (18, 22) nach oben bewegt wird, um das Rohmaterial umzuwälzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Teil (15) unter Verjüngung in vertikaler Richtung kegelstumpfförmig ausgebildet ist und die Rampe (18) mehrere Schraubengänge aufweist, deren Neigungswinkel mit abnehmendem Radius der Rampe (16) zunimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gaseinlaß am unteren Ende des Raumes (12) und ein Gasauslaß im Abstand vom Gaseinlaß vorgesehen ist, um ein erwärmtes Gas durch den Raum (12) strömen zu lassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseinlaß und der Gasauslaß derart angeordnet sind, daß das hindurchströmende erwärmte Gas eine Haupt- Strömungsrichtung aufweist, die der des herabfallenden Rohmaterials entgegengesetzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, um wenigstens einen Teil des Körpers zu erwärmen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Teil (20) einen Schaft (21) aufweist, an dem ein schraubenförmiges Teil (22) unter Bildung mehrerer Schraubengänge befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubengänge einen Steigungswinkel von etwa 10° aufweisen und jede Umdrehung eine Hauptfläche (25) aufweist, die gegenüber dem Schaft (21) um etwa 3 bis 5° nach unten geneigt ist.

9. Verfahren zur Behandlung eines Rohmaterials, wie Kohle oder Schiefer, gekennzeichnet durch folgende Stufen: es wird ein erwärmter Raum bereitgestellt, in dem das Rohmaterial behandelt wird; das Rohmaterial wird diesem Raum zugeführt und darin umgewälzt, indem es von einer niedrigen Position in dem Raum zu einer höheren Position in dem Raum bewegt wird, worauf das Rohmaterial freigegeben wird, so daß es in dem Raum herunterfällt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein erwärmtes Gas derart durch den Raum strömt, daß seine Strömungsrichtung dem herabfallenden Rohmaterial im wesentlichen entgegengesetzt ist.