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Schachtartiger, , kontinuierlich betriebener Schwelofen Der Gegenstand
des Patents 92o o89 bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung der organischen
Bestandteile aus ölschiefer, Ölkalk und ähnlichen ölführenden Gesteinen, nach welchem
das ölführende Gestein verschwelt und unmittelbar daran anschließend bei einer bestimmten
Korngröße in dünner Schicht, in ununterbrochenem durchlaufendem Prozeß und bei ganz
bestimmten Temperaturen unter Luftabschluß vergast wird. Auf diese Weise ist es
möglich, nicht nur die ölhaltigen, sondern auch alle anderen brennbaren Substanzen
dem ölführenden Gestein zu entziehen und solche Gesteine wirtschaftlich und nutzbringend
zu verwerten.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptpatent ist es nun erforderlich,
einen Schwelofen zu benutzen, mit dessen Hilfe die Verschwelung und gleichzeitig
die sich daran anschließende Vergasung des ölführenden Gesteins so durchzuführen
sind, daß keine brennbaren Substanzen mehr in den Rückständen verbleiben, daß das
anfallende Öl und die gewonnenen Gase eine günstige Zusammensetzung für ihre weitere
Verwertung aufweisen und daß eine günstige Gesamtwärmebilanz entsteht.
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Es sind bereits schachtartige Öfen zum Verschwelen von ölschiefer
und ähnlichen ölführenden Gesteinen bekannt, bei denen zur Gewinnung von Öl das
laufend von oben zugeführte Gestein in einem zylindrischen Schacht aus Gußeisen
mehrere vom Umfang her beheizte Brennzonen durchläuft und nach der Verschwelung
unten laufend abgezogen wird.
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Das Verfahren ergibt wegen der ungünstigen Wärmeverteilung in der
zylindrischen Gesteinsäule
stark vermischte Fraktionen, so daß eine
umfangreiche Nachbehandlung 'notwendig ist. Aus dem gleichen Grunde eignet es sich
nur zur Verarbeitung ölreicher Gesteine. Die Wärmebilanz ist ungünstig.
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Es sind des weiteren schachtartige öfen bekannt, die sich aus einer
Vielzahl hoher und langer, aber enger (etwa 5o mm weiter) prismatischer Zellen und
dazwischenliegender, an einer Stelle mit Heizgas belieferter Zwischenräume zusammensetzen,
wobei die Wandungen der Zellen wiederum aus Guß bestehen. ' Gemäß der Erfindung
wird ein schachtartiger Schwelofen mit laufender Zufuhr des zu verschwelenden Gesteins
von oben und laufendem Abzug des durch mehrere Breünzonen hindurchgeführten, verschwelten
Gesteins von unten vorgeschlagen, dessen wesentliches Merkmal darin zu erblicken
ist, daß der Ofen zum Verschwelen des zu einem Leitkorn von etwa a mm zerkleinerten
Gesteins vertikale Schwelkanäle aufweist, deren Weite etwa der 5- bis iofachen Leitkorngröße
entspricht und die zu beiden Seiten übereinander angeordneter, voneinander getrennter
und einzeln beheizter Brennkammern angeordnet sind, wobei die Ausmauerung der Schwelkanäle
und der Brennkammern der einzelnen Brennzonen aus entsprechend geformten Steinen
aus Silizium-Karbid besteht.
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Dabei ist zu beachten, daß -bei gleichmäßigem' Durchgang des Rohgesteins
eine gleichmäßige Erhitzung in mehreren Brennzonen auf bis etwa zu 85o' C steigende
Temperaturen ohne Stauungen und Stockungen erfolgt.
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Die besonders engen Schwelkanäle haben eine wesentlich höhere öl-
und Gasausbeute zur Folge als die bekannten Verfahren. Dabei ermöglicht die Einzelbeheizung
der Brennkammern eine gute Beherrschung der Temperaturverhältnisse. Die Anordnung
getrennter Brennkammern ergibt gute konstruktive Möglichkeiten für den Abzug der
gewonnenen Gase. Die Herstellung der Brennkammer-und Schwelkanalausmauerung aus
'Silizium-Karbid schließlich ermöglicht zum Unterschied von Guß oder Schamotte wesentliche
- Wärmeeinsparungen, Sicherheit gegen Rißbildungen und eine bessere Ausbeute.
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Die Einzelheiten des erfindungsgemäßen Schwelofens sind dem auf der
Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen. Hierbei zeigt
Abb..i einen Längsschnitt durch den Ofen, _ Abb. z einen Querschnitt nach . Linie
A-A in Abb. i, Abb. 3 einen Querschnitt nach Linie B-B in Abb. i, -Abb. q. einen
Querschnitt nach Linie C-C in Abb. i.
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Der erfindungsgemäße schachtartige Schwelofen besteht aus dem äußeren
-Mauerwerk a mit einer Auskleidung b aus Schamotte für die außenliegenden Abzugskanäle
c der Heizung, ,die in den Abzugskamine übergehen. Nach innen sind die Abzugskanäle
c durch eine dünne Ausmauerung aus Steinen/ aus 'Silizium-Karbid begrenzt, an die
sich die senkrechten, von oben nach unten verlaufenden Schwelkanäle g anschließen.
Im Innern des Schachtofens sind schließlich diese Schwelkanäle durch tunnelartige
Formsteine h aus Silizium-Karbid abgeschlossen, in deren Mitte sich die Brennkammern
I,: befinden, die alle senkrecht übereinander angebracht sind.
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Jede Brennkammer k weist eine Brenndüse i auf der einen Seite des
Ofens auf, der gegenüber ein Schauloch L mit Temperaturmessung angebracht sein kann.
Auf der Düsenseite sind die Steine h in die Wandung eingelassen und ragen in die
Brennkammern k so hinein, daß auf der gegenüberliegenden Seite -noch ein Übergang
zu den von unten nach oben durchgehenden Abzugskanälen c vorhanden ist (vgl. Abb.3).
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Die tunnelartigen Steine h sind oben und unten geschlossen, so daß
sie-kurze, waagerecht liegende, zylindrische Stücke mit Decken und Boden
m darstellen. An ihren senkrechten Außenseiten verlaufen sie parallel zu den entsprechend
gestalteten Steinen/ -in einem solchen Abstand, daß ein geschlossener schmaler Schwelkanalg
auf jeder Seite der Steine h entsteht. Bei einem Leitkorn von etwa a mm Durchmesser
hat sich z. B. ein 16 mm breiter Schwelkanal am günstigsten erwiesen, der
im übrigen zweckmäßigerweise nicht enger als das 5fache und nicht breiter als das
i ofache des Durchmessers des Leitkornes sein soll.
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Die Formsteine f und h sind, wie bereits erwähnt, aus
Silizium-Karbid hergestellt. 'Sie könnten zwar aus Schamotte bestehen; doch hätte
dies im vorliegenden Falle verschiedene Nachteile. Steine aus Silizium-Karbid besitzen
eine verschwindend kleine Wärmedehnung bei etwa 8- bis iofacher besserer Wärmeleitfähigkeit
als Schamottesteine, so daß demnach wesentlich an Wärmeaufwand gespart und der Schwelofen
gegen ein Eindringen von Luft ohne Schwierigkeiten abgedichtet werden kann. Außerdem
entsteht -durch die Anwesenheit von Silizium-Karbid-,Steinen ein hoher Prozentsatz
an ungesättigten Kohlenwasserstoffen inden Schwelgasen (bis zu 8%). Ferner enthält
dadurch das gewonnene öl bis zu 280/6 Benzine bis zoo° C siedend. Im übrigen wird
noch erwähnt, daß die Formsteine h an Stelle einer tunnelartigen Ausbildung auch
eine sattelförmige Ausbildung aufweisen können, wobei es in der Hauptsache auf die
Bildung von geschlossenen Brennkammern und geschlossenen Schwelkanälen in der bereits
beschriebenen Ausführung ankommt.
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In senkrechter Richtung stoßen die Formsteine lz nicht aneinander,
sondern zwischen ihnen bleibt je ein von dem einen zu dem anderen- Schwelkanal o,
durchgehender Äüffangkänal o übrig, in den Abzugsrohre p von außen münden. Durch
je eine Decken und den Boden m des darüberliegenden Formsteines k ist somit ein
solcher waagerechter Kanal o begrenzt. Um einen guten Übergang zu den Schwelkanälen
g zu erzielen, sind die Decken n außen abgeschrägt. Oberhalb des obersten Formsteines
h sind Sattelsteine q aus Schamotte angeordnet,
über welchen der
zentral angeordnete Zufuhrkanal d endet. Mit dem äußeren Mauerwerk bilden die Sattelsteine
g Verbindungskanäle s, welche von dem Zufuhrkanal d zu den Schwelkanälen g führen.
Der schachtartige Schwelofen ist vollständig gefüllt, und das zerkleinerte ölführende
Gestein gelangt über die Sattelsteine g in gleichmäßiger Verteilung zu den beiderseits
der Brennkammern h angeordneten Schwelkanälen g.
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Unterhalb des untersten Formsteines h gehen die Schwelkanäle g in
den Abführüngskanal Y über, vor dessen unterem Ausgang z. B. ein umlaufender Teller
u oder eine andere geeignete Reguliervorrichtung zur Regelung und Einstellung des
Durchla.ufes des ölführenden Gesteins in den Schwelkanälen eingebaut ist. Ein solcher
rotierender Teller gibt bei jedesmaligem Umlauf einen Augenblick lang den Abführungskanal
Y frei, so daß der Durchsatz durch den Ofen um so größer wird, je schneller der
Teller umläuft. Oberhalb dieser Reguliervorrichtung u sind außerdem von beiden Seiten
einmündende Zuführungsrohre t angebracht.
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Der erfindungsgemäße Ofen weist verschiedene Wärmezonen oder Brennzonen
auf. In dem Ausführungsbeispiel sind fünf Brennkammern k1 bis k5 senkrecht übereinander
angeordnet. Je nach der Größe des Ofens können auch wesentlich mehr Brennkammern
vorgesehen werden, z. B. bis zu zwanzig oder noch mehr. Die oberste Brennkammer
hl wird auf etwa Zoo bis 25o° C erwärmt, die zweite, darunterliegende Kammer h2
auf etwa 52o° C und die übrigen Kammern h3, h4 und h5 auf etwa 7oo bis 85o°
C ansteigend. Bei einer größeren Anzahl von Brennkammern wird die Aufteilung in
die verschiedenen Brennzonen in entsprechender Weise vorgenommen. Sinngemäß sind
über der Brennkammer hl die Abzugsrohre p1 eingebaut, über der Brennkammer h2 die
Abzugsrohre p2 und so fort bis p5. Durch entsprechende Erhitzung entstehen somit
gegenüber der Brennkammer k1 in den Schwelkanälen g Brennzonen mit einer Temperatur
von etwa 25o° C, gegenüber der Brennkammer h2 Brennzonen mit einer Temperatur von
etwa 52o° C und gegenüber den übrigen Brennkammern Brennzonen mit einer Temperatur
ztvischen etwa 700 und 85o° C.
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Der Vorgang in dem schachtartigen Schwelofen nach der Erfindung ist
folgender: Das auf das richtige Feinkorn mechanisch zerkleinerte ölführende Rohgestein
wird gegebenenfalls unter Zusatz von Eisenfeinerzen zur Erhöhung der Gasausbeute
bis zur restlosen Ausnutzung aller in dem ölführenden Gestein enthaltenen brennbaren
Substanzen von oben her in den Zuführungskanal d eingebracht, wozu ein entsprechender
Füll- und Vorratstrichter angeordnet sein kann. Durch die Sattelsteine q wird das
Rohgestein gleichmäßig auf die ganze waagerechte Breite der links und rechts von
den Brennkammern h befindlichen Schwelkanäle g verteilt und rutscht in diesen schmalen
engen Schächten in dünner Schicht je nach der eingestellten Geschwindigkeit der
Reguliervorrichtung u langsam nach unten. Dieser Durchgang erfolgt, was besonders
wichtig und vorteilhaft ist, infolge der Füllung des Schwelofens und des Zufuhrkanals
unter Luftabschluß. Auf dem Wege durch den Schwelofen wird das ölführende Gestein
in den verschiedenen Brennzonen allmählich bis auf 7oo bis 850'C erhitzt
und dabei verschwelt und vergast. Wenn es dann den Schwelofen durch den Abführungskanal
r verläßt, ist es vollkommen vergast und stellt einen glühenden grusigen Rückstand
mit einer Temperatur von etwa 85o° C dar, der keine brennbare Substanz mehr enthält
und unter Ausnutzung seines Wärmeinhalts sofort daran anschließend auf übliche Weise
z. B. zu Bausteinen, Steinwolle, Zement usw. weiterverarbeitet werden kann.
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In den einzelnen Brennzonen gibt das Rohgestein seine darin enthaltene
brennbare Substanz in gasförmiger Form ab. Die Gase steigen nach oben, gelangen
in die Auffangkanäle o zwischen den einzelnen Brennkammern k und werden durch die
Abzugsrohre p je für sich getrennt abgesaugt. Die Abzugsrohre p1 und p2 können dabei
zusammengefaßt werden, denn sie enthalten in der Hauptsache ölhaltige Dämpfe, die
laufend anfallen und während ihres Entstehens abgesaugt und zu Öl destilliert werden.
Durch entsprechende Regelung der Geschwindigkeit des Durchsatzes und durch Einbau
einer genügenden Anzahl von bis auf 52o° C erhitzten Brennkammern gelingt es ohne
Schwierigkeit, das ölführende Gestein zu verschwelen und alle Öldämpfe restlos aufzufangen.
Dadurch ist größtmöglichste ölausbeute gewährleistet.
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Die Abzugsrohre p3 und p4 können ebenfalls zusammengefaßt werden.
Die durch diese Rohre abgesaugten Gase enthalten noch Kohlenstoff in Form von Kohlensäure
und werden dem Schwelofen durch die Zuführungsrohre t wieder zugeführt. Die aus
den mittleren und unteren Brennzonen anfallenden Rohgase steigen in dem Schwelofen
hoch und werden auf diesem Wege nochmals auf etwa 85o° C erhitzt. Hierbei reduziert
sich ein großer Teil des darin enthaltenen C 02 zu CO, welcher Vorgang durch
die mineralische Zusammensetzung des Rohgesteins mit seinem hohen Gehalt an Kalkstein
begünstigt wird. Dadurch und infolge der Vergasung unter Luftabschluß wird ein Rohgas
mit etwa ¢o bis 5o Voliunprozent Kohlenoxyd und einem Wärmeinhalt von über 3ooo
kcal erhalten, welches praktisch frei von Luftstickstoff ist. Dieser Wärmeinhalt
kann je nach der Zusammensetzung des ölführenden Gesteins bis auf q.ooo kcal ansteigen.
Das Rohgas wird oberhalb der untersten Brennkammer durch die Absaugrohre p5 abgesaugt
und daran anschließend je nach Bedarf unter Anwendung verschiedener Verfahren verwertet
und veredelt. Bei genügender Anzahl von Brennkammern und bei entsprechender Regelung
des Durchsatzes gelingt es auf diese Weise, das Rohgestein restlos zu vergasen.
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Durch den erfindungsgemäßen schachtartigen Schwelofen läßt sich das
Verfahren nach dem Hauptpatent ohne Schwierigkeiten durchführen und
damit
das bisher vergeblich angestrebte Ziel einer restlosen und nutzbringenden wirtschaftlichen
Verwertung von ölführenden Gesteinen, wie z. B. Ölschiefer, Ölkalk und andere, entgegen
allen bisherigen Anschauungen erstmalig und auf vollkommen neuem Wege und mit vollständig
neuen Mitteln erreichen.