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Verfahren und Vorrichtung zum Schwelen von kohlenstoffhaltigen Materialien
Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von flüchtigen und verdampfbaren Ölen
aus Ölschiefer, Kohlen und anderen kohlenstoffhaltigen Stoffen durch Schwelung.
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Das neue Schwelverfahren arbeitet schneller, sparsamer und vollkommener
als die bisher bekannten Verfahren. Es führt u. a. die Trennung der Produkte herbei,
vermindert die thermische Zersetzung (Kracken) derselben, die Teerbildung und das
Zusammenbacken oder Zusammenkleben der Rückstände.
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Die Erfindung bezieht sich dann weiter auf einen Apparat zur kontinuierlichen
Ausführung des neuen Verfahrens, welcher nur geringe Anlage- und Betriebskosten
erfordert.
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Es sind zwar Verkokungsretorten mit Unterteilung in verschiedene Zonen
und die fraktionierte Absaugung der entwickelten Gase und Dämpfe aus diesen Zonen
bereits bekannt. Weiterhin ist auch schon die Förderung des Gutes in kontinuierlichem,
flachem Strom angewandt worden. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird jedoch
die Zonenunterteilung durch den Gutstrom selbst infolge von Stauungen desselben
an den abschnittsweise angeordneten Einbuchtungen der oberen Retortenwand bewirkt.
Das Rohgut (Ölschiefer, Kohlen oder anderes kohlenstoffhaltiges Material) wird hierbei
langsam durch eine Retorte oder Muffel in kontinuierlichem, flachem, in Mengenabschnitten
getrenntem Förderstrom hindurchgeleitet. Die Retorte wird so beheizt, daß die Temperatur
vom Guteintritt nach dem Gutaustritt ansteigt, um eine stufenweise Behandlung zu
erzielen. Der Gutstrom füllt die abstandsweisen Einschnürungen der Retorte oder
Muffel so aus, daß durch Anordnung besonderer Absaugkammern oberhalb der Einschnürungen
die Teile der Retorte zwischen den Einschnürungen als getrennte Vakuumkammern wirken.
Die flüchtigen und verdampften Produkte werden aus diesen Vakuumkammern in gesonderte
Behälter abgesaugt und kondensiert. Die Kondensate können nach bekannten Verfahren
z. B. zur Fraktionierung oder zur Reinigung weiterbehandelt werden.
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Zur Erzielung eines ausreichenden Abschlusses zwischen den einzelnen
Kammern und zur erfolgreichen Trennung der in den einzelnen Kammern bei verschiedenen
Temperaturen entwickelten Produkte muß das Gut auf geeignete Korngröße gebrochen
werden, und zwar zweckmäßig so, daß es körnig ist. Das Eintrittsende und das Austrittsende
der Retorte oder Muffel ist mit Wasserverschluß versehen. Die Wasserspiegelhöhe
desselben kann, wenn das Verfahren unter Druck durchgeführt werden soll, entsprechend
erhöht werden.
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Ein Gutbehälter mit Gutfördervorrichtung
ist am Eintrittsende
der Retorte oder Muffel vorgesehen. Die Hindurchführung des Gutes durch die Retorte
oder Muffel erfolgt z. B. durch einen endlosen Bandförderer, einen Stiftförderer,
einen Bürstenförderer o. dgl.
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Eine Vorrichtung zur Ausübung des neuen Verfahrens ist beispielsweise
in den Zeichnungen dargestellt.
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Abb. i zeigt einen Aufriß des Apparates in schematischer Darstellung.
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Abb. 2 und 3 stellen einen Aufriß dar mit teilweisem Längsschnitt.
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Abb.4 stellt einen Teillängsschnitt durch die Retorte im vergrößerten
Maßstab dar. Abb. 5 zeigt im Querschnitt und vergrößertem Maßstab die Fördertrichter
für die Guteinführung.
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Abb. 6 stellt einen Schnitt nach Linie 6-6 der Abb. 5 dar.
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Abb.7 zeigt die Einrichtung im Grundriß, wobei die Heizzüge aufgedeckt
sind, um die in diesen angeordnete Retorte darzustellen.
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Abb. 8 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch einen Retortenabschnitt,
Abb. g einen senkrechten Querschnitt nach Linie 9-g der Abb. 8, Abb. io in Perspektive
einen Abschnitt eines endlosen Stift- oder Stabförderers, Abb. ii in Aufriß das
Eintrittsende des Apparates, Abb. i2 einen Schnitt nach Linie 12-i2 der Abb. 2,
Abb. 13 einen solchen nach Linie 13-i3 der Abb. 2, Abb. 14 einen Aufriß des Austrittsendes
des . Apparates, Abb. 15 die perspektivische Ansicht eines Retortenabschnittes
mit der Saugkammer oberhalb der Einschnürung, welche Einschnürung durch den Gutstrom
ausgefüllt wird und als Trennung zwischen den einzelnen Zonen der Retorte wirkt.
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Abb. 16 und 17 sind Schnitte, gesehen in Richtung der Pfeile 16-16
und 17-17 der Abb. 15. Gemäß der Zeichnung besteht der Apparat zur Durchführung
des Arbeitsverfahrens aus einem Paar paralleler geneigter Retorten oder Muffeln..
jede Retorte oder Muffel besteht aus einzelnen Abschnitten, die an ihren Stirnenden
verbunden sind und in Abständen voneinander Einschnürungen, z. B. durch nach innen
vorspringende Krümmung der oberen Retortenwand, aufweisen. Die Endabschnitte stehen
in Verbindung mit Flüssigkeitsverschlüssen. Am höher liegenden Eintrittsende ist
ein Einfülltrichter vorgesehen, und am tiefer liegenden Austrittsende der Retorte
oder Muffel befindet sich eine Rückstandskammer. Die Retorte oder Muffel ist mit
einer Heizkammer umgeben. Die Heizkammer ist mit Schauöffnungen und mit Heizgasabzügen
an geeigneten Stellen versehen. Innerhalb jeder Retorte läuft ein endloser Förderer.
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Die Retortenkammerabschnitte 21 von der erforderlichen Länge weisen
einen Durchtrittskanal 22 von geeignetem Querschnitt auf, wie er z. B. in Abb. g
dargestellt ist, nämlich mit flachem Boden 23, abgerundeten Seiten 24 und gekrümmter
Oberwand 25. Sie sind mit Endflanschen 26, die Bohrlöcher aufweisen, versehen, um
diese Endflansche unter Zwischenlage einer Packung verbinden zu können, ferner mit
seitlichen Laschen oder Ansätzen 27, um die Retorte in der Heizkammer aufzuhängen
und ferner die Retortenabschnitte bequem handhaben zu können. Auch sind Öffnungen
28 in der Oberwand angeordnet, zweckmäßig mit Innengewinden zum Anschluß von Dampf-,
Gas- oder Luftröhren 29 und Meßstutzen 3o zum Anschluß an ein Pyrometer, durch welches
an passender Beobachtungsstelle die Temperatur in einer Retortenzone festgestellt
werden kann.
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Wenn eine Retortenzone eine größere Länge aufweisen soll, kann sie
auch statt aus einem aus mehreren verbundenen Abschnitten 21 zusammengesetzt werden.
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jede Einschnürungszone 31 (Abb. 15) einer Retorte bildet einen nach
abwärts eingeschnürten Durchtrittskanal 32 mit einem Eintritts-und Austrittsende
33 entsprechend dem Querschnitt des Retortenkanals 22 und mit Flanschen 34, die
an die Retortenabschnitte 21 unter Zwischenlage von Dichtungen angeschlossen werden.
Der Abschnitt 31 trägt oberhalb der Einschnürung eine Kammer 35 mit einer Öffnung
36 am vorderen Ende, die durch Öffnung 37 mit dem Kanal 32 der Kammer in Verbindung
steht, und einen Auslaß 38 in derDecke mit einem zu einem nicht dargestellten Kondensator
führenden Absaugrohr 39. Die Kammer 35 ist mit einer Öffnung 40 in der Decke
versehen (Abb. i7) und mit einem abnehmbaren Deckel 4i, um sie zwecks Entfernung
von etwa sich ansammelnden Rückständen öffnen zu können. Der Auslaß 38 ist im Deckel
41 angeordnet.
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Ein jedes der den Flüssigkeitsverschluß bewirkenden Endgehäuse 42
ist durch Abzweigung 43 mit der Retorte oder Muffel verbunden, mit einer Trommel
44 im Innern versehen, ferner mit einer durch abnehmbaren Deckel 45 zugängliche
Öffnung und mit einem in die Verschlußflüssigkeit tauchenden, sich erweiternden
Rohr, um den glatten Durchtritt des endlosen Förderers auch bei möglichen Ausdehnungen
und Zusammenziehungen desselben zu sichern. Ferner ist jedes Endgehäuse 42 auf der
Oberseite der Retorte mit einem Zuführtrichter 47, der in den Zweigteil 43 mündet,
ausgerüstet. Dieser Zuführtrichter hat Regelungsorgane, z. B. ein drehbares Schleusenrad
48, etwa mit durch Längsrillen oder durch radiale Zwischenwände gebildeten Kammern
auf einer Welle 49, deren
Antrieb beispielsweise durch Kettenräder
50 und Kette 51 mit der Trommel 44 erfolgt.
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Unterhalb jedes Verschlußgehäuses 42 ist ein Wassertank 53 auf Stutzen
gelagert, so daß das herabreichende Rohr 46 des Verschlußgehäuses in das Wasser
eintaucht, und zwar in solcher Tiefe, wie es dem gewünschten Druck in der Retorte
entspricht. Der Wassertank ist mit einer abnehmbaren Verschlußplatte 54 für die
Entleerung des Wassers oder für die Entfernung von Absetzungen, die sich angesammelt
haben, versehen. Ferner sind in demselben quer verlaufende Rollen oder Walzen 55
angeordnet zur Führung des endlosen Förderers im Tank und im Rohr 46 des Verschlußgehäuses.
Die Walzen 55 unterhalb des Rohres 46 und im Tank 53 am Austrittsende der Retorte
tragen Kettenräder 67, die in dieFörderglieder eingreifen, und ihre Wellen sind
mit Zahnrädern 52 versehen, um sie mit geeigneter Umlaufzahl anzutreiben, damit
die Förderer mit der dem zu behandelnden Gut und der Länge der Retortenzähne entsprechenden
Geschwindigkeit angetrieben werden können. Durch diese angetriebene Walze und durch
die übrigen Walzen 55 wird der endlose Förderer durch das Rohr 46 des Eintrittsverschlußgehäuses
42 durch die Retorte und durch den Austrittstank 43 hindurch und zurück angetrieben.
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Wenn erwünscht, kann der Auslaßtank 53, in welchen die Rückstände
des behandelten Gutes fallen, anstatt mit einer Verschlußplatte 54 mit anderen Austrittsmitteln,
z. B. einem Durchlaßhahn oder einem Becherelevator, versehen sein, um die in dem
Auslaßtank sich ansammelnden oder niederschlagenden Rückstände zu entfernen.
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Der die Retorte 21 umschließende Ofen 59 wird aus geeignetem Material,
z. B. feuerfesten Ziegeln, aufgebaut, und zwar auf einer Bodenplatte 56, welche
auf Querträgern 57 abgestützt ist, die ihrerseits auf Wänden 58, z. B. aus Ziegeln,
ruhen. Am oberen Ende des Ofens ist ein Zug 6o vorgesehen, in den Seitenwänden senkrechte
Heizgasdurchtritte 61. Ferner sind in den erforderlichen Längsabständen in jeder
Ofenseitenwand Schauöffnungen 62 und Feuerdurr,hlässe 63 angeordnet. In letzteren
sind Prallplatten 64 (Abb. 13) eingebaut zu dem Zwecke, die durch die Öffnung
hindurchtretende Flamme auszubreiten und die Hitze über die Retorte zu verteilen.
Die heißen Feuerungsgase bestreichen die Retorten allseitig und strömen durch die
Kanäle 61 zu dem oberen Ende des Ofens 59, durch den Zug 6o und unter den Kessel
65 bzw. durch die Heizrohre des Kessels, wenn ein Wasserrohrkessel verwendet wird.
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Dieser Kessel ist durch Rohrleitungen mit Kontrollhähnen an die Rohre
29 der Retorte angeschlossen, um, wenn Dampf, beispielsweise zu Reinigungszwecken
oder für die Behandlung oder für andere Betriebszwecke, gebraucht wird, zuzuleiten:
Zwischen den Wänden 58 sind Achsen 66 gelagert zur Abstützung der Führungsrollen
55 für das Rücklauftrum des Förderers.
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Die Zuführung der Wärme zur Retorte kann durch eine jede der Feuerungsöffnungen
63 erfolgen. Als Wärmequellen dienen dabei vorzugsweise regelbare (Ölbrenner 68
mit Anschlußrohr 69 für das Brennöl oder andere flüssige Brennstoffe und mit zur
Zuführung von Druckluft oder Dampf dienendem Anschlußrohr 7o. Die Brenner sind mit
Nadelventilen versehen mit Einstellrädern 71 und 72, um die Zufuhr des Brennstoffes
und der Luft bzw. des Dampfes oder Gases zu regeln und so die Erreichung einer bestimmten
Temperatur in jeder Zone der Retorte zu ermöglichen.
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Der endlose Förderer gemäß dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung besteht
aus einer Reihe abstandsweise angeordneter l@Titnehmerplatten 73, die dem Querschnitt
der Retorte gemäß, jedoch mit etwas kleinerem Maße als der verengte Durchtritt 32
eines Retortenabschnittes 3i, geformt sind. Die Platten 73 haben abgerundete Kanten
74 und auf beiden Seitenflächen mehrere quer durchbohrte Nocken 75, um sie durch
Lenker 76, die zwischen einem Nockenpaar 75 mittels Stiften 77 befestigt sind, gliederkettenartig
zu verbinden. An Stelle der Doppelnocken 75 können auch einfache Nocken 75 zur Anlenkung
der Gelenkstäbe 76 dienen.
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Für den Betrieb wird das kohlenstoffhaltige Gut, z. B. Ölschiefer
oder Kohle, in körnigem Zustand eingeführt. Auch empfiehlt es sich, den Gutstaub
vorher zu entfernen. Eine gewisse in dem Zuführungstrichter 47 aufgespeicherte Menge
des Gutes bildet für die Retorte 21 einen Abschluß. Die Schleusenwalze 48 im Zuführungstrichter
wird mit solcher Geschwindigkeit angetrieben, daß sie das vorbearbeitete Gut in
sekundlich vorgeschriebener Menge in die Retorte zwischen die Mitnehmerplatten 73
einführt. Der Förderer läuft durch die Retorte mit der erforderten langsamen Geschwindigkeit,
und zwar von dem oberen Ende der Retorte nach dem unteren Ende derselben. Die Platten
73 des Förderers nehmen das Gut, es amBoden derRetorte entlang streichend, mit.
Die auf das Gut hierbei ausgeübte Reibung und das Quellen des Gutes unter dem Einfluß
der Hitze führt zur Anhäufung des Gutes gegen die rückwärtige Platte 73 des Förderers,
wie in Abb.4 dargestellt, so daß das Gut unter Pressung durch die Einschnürungen
32 eines jeden Retortenabschnittes 31 hindurchtritt und einen sich mitbewegenden
Verschluß in jedem eingeschnürten Abschnitt über die ganze Länge desselben bildet,
während das Gut nach Durchtritt durch einen solchen eingeschnürten Abschnitt wieder
nach dem nächsten Abschnitt zu
sich anhäuft und wiederum in diesem
nächsten eingeschnürten Abschnitt einen Verschluß bildet. Auf diesem Wege werden
die verschiedenen Retortenzonen voneinander getrennt, wobei der Gutstrom selbst
die Trennung bewirkt. Nun wird das Gut bei seinem allmählichen Durchtritt durch
die Retorten einer fortschreitend wachsenden Temperatur ausgesetzt. Die Beheizung
einer jeden Zone erfolgt unabhängig von den übrigen, und die Temperatur wird durch
die Kontrolle der Heizung geregelt.
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Die entwickelten Gase und Dämpfe in einer jeden Zone treten durch
die Öffnung 37 und 36 in die Kammern 35 und von da aus durch die Austrittsöffnung
38 und Rohre 39 zu einem Kondensator, wo die Produkte niedergeschlagen
werden, wobei nicht kondensierte Gase für anderweitige Behandlung oder für direkte
Ausnutzung als Heizgase abgeführt werden. Wenn das zu behandelnde Gut die letzte
Einschnürung der Retorte verlassen hat, tritt es durch die letzte Retortenzone und
von da aus durch den Austrittsverschluß in den Wassertank 53, welchem die kohlenstoffhaltigen
Rückstände gesammelt werden. Dabei läuft der Förderer um die Rollen 55 durch den
Tank 53 hindurch und von da aus über weitere Leitrollen 55 zum Eintrittsende des
Ofens zurück.
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Die Kühlung der Kondensatoren kann an dem Wassertank am Eintrittsende
der Retorte angeschlossen sein. Dieser Tank kann auch mit Entnahmeventilen für die
Rückstände versehen sein. Die Regelung der Temperatur erfolgt in der Weise, daß
die flüchtigen und dampfförmigen Produkte bei fortschreitend höherer Temperatur
erhalten werden.
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In der ersten Retortenzone wird die Temperatur so eingestellt, daß
nur die leichtflüchtigen Produkte ausgetrieben werden, während in den folgenden
Retortenzonen die Temperatur ansteigt und die Temperatur in der letzten Zone so
hoch gehalten wird, daß die schwerflüchtigen Bestandteile abgetrieben werden. Wenn
auch die Temperaturen, bei welchen Kohlenwasserstoffe aus Ölschiefer, Kohle oder
anderem kohlenstoffhaltigem Material ausgetrieben werden, in der Technik der Tieftemperaturverkokung
wohl bekannt sind, so ist es doch zweckmäßig, da die verschiedenen Materialien verschiedene
Gattungen von Kohlenwasserstoffen enthalten, zunächst festzustellen, welche Endtemperaturen
und für welche Zeitdauer sie im Einzelfall eingehalten werden müssen. Das geschieht
dadurch, daß man eine Gutprobe unter langsamem Rühren in einer Prüfretorte allmählich
wachsenden Temperaturen und bei verschiedener Zeitdauer aussetzt und auf diesem
Wege die vorteilhaften Temperaturgrade und Perioden für die Verflüchtigung .der
Kohlenwasserstoffe vorher feststellt, worauf man nach dieser Feststellung die einzelnen
Retortenzonen des Apparates in entsprechender Weise zur Erzielung der festgestellten
Temperaturen in den einzelnen Zonen beheizt.