SE416656B - Forfarande for utvinning av olja och/eller gas ur kolhaltiga material - Google Patents

Description

15 f 20 25 30 79o32sz-5 de massan. En fluidiserad bädd tillhandahåller ett praktiskt sätt att tillföra värme till fast material, men det är därvid bland annat av väsentlig betydelse att materialet icke är allt- för finkornigt. Fluidisering av mycket finkornígt material med- för sålunda att en tillräcklig uppehâllstid i den fluidiserade bädden ej utan svårighet kan erhållas. Man har även föreslagit metoder för pyrolys av exempelvis oljeskiffer i aluminiumsmäl- tor, varvid man har kunnat uppnå god värmeöverföring och pyro- lys av styckeformigt material, men ej kunnat undvika en oaccep- tabel inblandning av aluminium i pyrolysresten.

- Man har vidare genomfört förgasning av kolhaltiga materi- al i smälta slagger, karbonatsmältor och råjärnssmältorß För- gasning innebär en partiell oxidation av kolinnehållet genom tillförsel av syre och/eller vattenånga.

Uppfinningen framgår av bifogade krav. Sålunda har nu vi- sat sig att en rad fördelar kan vinnas om man inför kolhaltiga material i.en anordning för termisk sönderdelning, bestående av två steg, där det kolhaltiga materialet införes i en första re- aktor innehållande en första smälta, lämpligen vid en temperatur under 7000, företrädesvis 400-600°C, där flyktiga kolväten genom pyrolys frigöres utan nämnvärd risk för krackning av vid vanlig temperatur flytande kolväten. En del av smältan överföres tillsam- mans med i smältan kvarvarande icke förflyktigade beståndsdelar " till en andra reaktor innehållande en andra smälta vid högre tem- peratur än den i den första reaktorn, lämpligen över 8000, före- trädesvis 1000-14000, vilken andra smälta är begränsat löslig i den första smältan och fysikaliskt separerbar från denna, där -materialets resterande mängd av kol, genom avpassad tillsats av syre i form av syrgas, luft, oxider eller liknande, förgasas till kolmonoxid och vätgas, varefter i den andra reaktorn separerad första smälta âterföres till den första reaktorn innehållande -smälta vid lägre temperatur. Den varma smältan från den andra reaktorn överför väsentligen den för uppvärmning av tillfört ma- terial och förflyktigande av de flyktiga kolvätena därur nödvän- '10 15 20 25 30 35 7903283-5 diga värmemängden från den andra reaktorn när smältan återföres till den första reaktorn. Temperaturen i den andra reaktorn upprätthålles i första hand genom förbränning av med smältan överfört kol till kolmonoxid. Aska och restprodukter, vilka ej förbrännes i den andra reaktorn, avskiljes lämpligen i form av slagger.

Smältorna i de båda reaktorerna består sålunda av olika material, vilka är begränsat blandbara med varandra, så att den kol innehållande smältan från den första reaktorn kan in- föras i smältan i den andra reaktorn utan att i väsentlig om- fattning bilda en gemensam fas. De båda smältorna utgöres av ämnen, vilka är stabila vid ifrågavarande temperaturer och icke vid dessa temperaturer kemiskt reagerar med varandra.

Smältan i den första reaktorn kan utgöras av en metall eller metallegering eller av vissa oorganiska föreningar, såsom sulfider, silikat, borat, fluosilikater eller glasiga smältor samt alkalikarbonater. Härvid föredrages sådana metaller som bly och tenn samt legeringar därav och legeringar av andra me- taller, som aluminium med koppar, bly, tenn och liknande. För smältan i den andra reaktorn föredrages järn eller mangan el- ler legeringar därav, men även exempelvis karbonat eller sili- katsmältor kan användas. Som en lämplig kombination av smältor kan nämnas bly eller en legering av bly med tenn för den första reaktorn och en råjärnlegering i den andra reaktorn. Bly och järn är praktiskt taget olösliga i varandra, även vid hög temperatur, vilket medför att bly lätt och snabbt kan separe- ras från råjärnsmältan.

Den första reaktorn utgöres lämpligen av en smältgryta där stenkol, skiffer i finmald form, torv eller biomassa införes i en blysmälta, varvid flyktiga beståndsdelar utan risk för krackning frigöres och kan utvinnas för nyttiga än- damål ur avgaserna från nämnda steg efter kondensation el- ler på annat sätt. Upphettningen i blysmältan möjliggör att praktiskt taget hela mängden flyktigt material vid ifrå- gmfigande temperatur snabbt kan avdrivas utan risk för loka- 7903283-5 10k 15 20 25 30 35 la överhettningar och därmed följande risk för krackning.

Från den första reaktorn överföres blysmälta innehållande resterande icke förflyktígat kolmaterial till den andra reaktorn där blysmältan införes i en râjärnsmälta vid ca _ 1200%. I râjärnsmältan sedimenterar blyet på grund av sin större täthet och icke-blandbarhet med järn mot botten under samtidig intensiv kontakt med râjärnet. Eftersom kol både har lägre täthet och är lösligt i järn kommer bly- smältan att avge sitt kolinnehåll till råjärnsmältan, var- vid kolinnehållet genom passage genom smältan successivt upplöses. Man tillser därvid att mängden smält järn och uppehâllstíden för kol däri är tillräckligt stor för att kunna lösa tillförd mängd kol vid passagen genom râjärn- smältan. Råjärnsmältan tillföres dessutom syre i lämpliga mängder för förbränning av det upplösta kolet och frigöran- de av kolet i form av kolmonoxid. Râjärnsmältan tillföres vid behov även lämpliga mängder av slaggbildande ämnen vil- ka medverkar till att bilda en lämplig slagg, varav valet av slaggbildare är beroende av det ingående materialets sammansättning och art. Från botten på dexandra reaktorn âterföres blysmältan till den första reaktorn, där den ingående värmemängden utnyttjas för att upprätthålla tem- peraturen i denna. j Även om i föreliggande beskrivning huvudsakligen hänvisas till den föredragna utföringsformen, där bly användes som smälta i den första reaktorn och järn användes som smälta i den andra reaktorn, är det för fackmannen uppenbart att en rad andra kombinationer av smältor kan utnyttjas i de båda reaktorerna. I materialet förekommande svavel kommer tillsammans med kolet att upplöses i en järnsmälta, bero- ende på att järn i flytande tillstånd har stor affinitet till svavel och kol. Järnsulfider bildas, vilka migrerar till en kalkinnehâllande slagg, vilken kommer att flyta på badets yta och kan avdragas utan att svavel kommer att ingå i gasen. Man kan i stället för järn använda mangan i den andra reaktorn, vilket speciellt kan vara en fördel, 10 15 20 30 35 7903283-st emedan mangan har ännu större förmåga att binda svavel än vad järn har vid nämnda temperaturer. Svavlet avskiljes sålunda både ur järnsmältor och mangansmältor lämpligen i form av en slagg. Slaggen bildas genom tillsats av lämp- ligen slaggbildande ämnen och flussmedel till metallbadet.

Denna slagg kan regenereras genom behandling med vatten- ånga, varvid svavelväte bildas av i slaggen ingående kal- ciumsulfid och tillvaratagas. Slaggen kan även granuleras under oxiderande betingelser, varvid kalciumsulfid kan överföras gips och nyttggöras i denna form som slaggcement.

Vid ett praktiskt utförande av uppfinningen förses givet- vis de båda reaktorerna med lämpliga yttre anordningar, såsom värmeväxlare, gasreningsapparatur, injektionsmun- stycken, metalltransportorgan, såsom pumpar, reglerorgan och liknande. Det nya förfarandet kan med fördel användas för att behandla sådana material som finmald stenkol, fin- mald skiffer, torv och finmald biomassa. Det nya förfaran- det har även en stor potentiell användning för behandling av oljerester och återstoder från oljeindustrin. Detta gäller även svavelhaltiga produkter, vilka med fördel kan behandlas, varvid svavel kan bilda svavelväte och uttagas såsom sådant eller svavel kan bindas i slaggen. Material innehållande tungmetaller leder vid behandling till anrikning i smältorna av ifrågavarande metaller. Dessa tungmetaller kan i de flesta fall utvinnas med kända mctallurgiska processer, antingen genom behandling av smältan eller uttag av en delström. Denna möjlighet är särskilt betydelsefull eftersom mineralbränsle och andra bränslen i ökande utsträckning innehålla tungmetaller sam- tidigt som riskerna med tungmetaller i allt större utsträck- ning har uppmärksammats. Det är vidare känt att finmald stenkol är svår att upphetta, då det lätt klumpar ihop och blir svårbehandlat. Även torv och liknande material är synnerligen svårbehandlade i finmald form. Uppfinningen skall emellertid närmare beskrivas med referens till be- handling av bituminös kol och parabítuminösa material, men gvsuzzsz-s 10 15 '20 25 30 35 pet torde ligga inom fackmannens kunnande att modifiera den för behandling av andra material. Om skiffer användes som kolhaltigt material bör den lämpligen ha anrikats genom att andra mineral och gângart på mekanisk eller hydrome- tallurgisk väg avlägsnats innan den finkorniga oljeskiffern införes i den första reaktorn för avgivande av flyktiga beståndsdelar. §peciellt innefattar det nya systemet enligt uppfinningen sådana fördelar som att ytterst finkorniga mineralbränslen kan behandlas utan agglomerering. Höganrikade mineralbräns- lekoncentrat kan behandlas effektivt. Utomordentligt snabba reaktioner ernâs inom snäva temperaturintervall, vilket medger stor frihet ifråga om val av mineralbränsle. Det är möjligt att framställa en maximal mängd olja och tunga kol- väten samtidigt som man fullständigt kan utnyttja ej flyk- tiga, kolhaltiga minerals värmevärde. Processen medger vidare en utomordentlig god värmeekonomi. Problem med föro- reningar av exempelvis svavel, tungmetaller och arsenik kan lösas och immision av dessa undvikas. Smältbadreaktorer är apparatmässigt sett relativt enkla och har en i förhållande till volym stor kapacitet i jämförelse med exempelvis reak- torer där reaktionen genomföres i gasfas i fluidiserad bädd.

Den här tillämpade tekniken kräver icke någon långtgående material- och processutveckling, då de enskilda stegen så- som metallpumpar och reaktorer är kända eller känd appara- tur kan användas utan större utvecklingsarbete.

Processen genomföres lämpligen vid atmosfärstryck i båda reaktorerna, men det är även möjligt att utnyttja såväl tryck som vakuum. Man kan sålunda använda vakuum i den första reaktorn varigenom man kan sänka temperaturen erhål- la samma avdrivningsresultat vid pyrolysen. Detta leder även till minskad risk för krackning och att behovet för överföring av värme från den andra reaktorn till den första reaktorn minska avsevärt. Vakuum kan anordnas genom anslu- tande av en vakuumklocka i blysmältan. 10 15 20 25 30 35 7903283-5 Om man önskar göra en hydrering av kolrester för erhållan- de av större mängd kolväten kan den första reaktorn eller hela systemet få arbeta under ett tryck av minst 1 MPa, varvid vätgas införes i den första reaktorn eller eventu- ellt i en mellanliggande reaktor efter uttagande av de tunga k01Vätenê- Även förgasning kan ske vid ett tryck över 1 MPa.

Den andra reaktorn kan även utgöras av ett system av flera reaktorer där man upprätthåller olika syrepotentíal och exempelvis tillsätter vatten till någon del av systemet.

Uppfinningen skall nu belysas med hänvisning till bifogade figur som visar ett principschema över ett tvâstegsförfa- rande för pyrolys, respektive förgasning, samt kolmonoxid- framställning ur kolhaltigt material. Anordningen innefat- tar ett förråd 1 för kolhaltigt material, där detta torkas och förvärmes till ca 100°. En ledning 2 för transport av kolhaltigt material till injektionspunkten 3, där kolhal- tigt material blandas med recirkulerat bly med en tempera- tur på ca 500% vid 3 med ett eller flera injektormunstyck- en. I reaktorn 4 förflyktigas avdrivbara kolföreningar, vilka via ledningen 7 kan föras till en kondensationsanord- ning 6 för kondensering av olja och rening av gas för an- vändning på önskat sätt. Från reaktorn 4 kan via ledningen 8 bly och icke-flyktiga beståndsdelar i materialet kontinu- erligt pumpas med hjälp av pumpen 9 dels till injektions- punkten 3 och dels till en gaskylare 10 via ledningen 5.

Till gaskylaren 10 föres även gas genererad 1 reaktorn 11.

I gaskylaren insprutas och dispergeras bly med insprutnings- organ 12 och får falla ned genom gasen till förrådet 13, varifrån bly med icke förflyktígade delar av materialet via ledningen 14 införes i reaktorn 11. I reaktorn 11 finns ett råjärnsbad 15 vid en temperatur av ca 1260°, i vilket blysmältan införes långt under badytan. In- gående kol i materialet upplöses i râjärnet, , medan blyet, vilket är begränsat lösligt i järn kommer att genom inverkan av tyngdkraften sjunka ned och bilda ett _¿ 7903283-5 10 15 20 '25 so' 35 bottenskikt 16. Via ledningen 30 föres blysmälta från reaktorn ll till reaktorn 4 medelst ett eller flera spridar- munstycken. Reaktorn 4 kan därigenom tillföras tillräcklig mängd värme. Reaktorn 4 liksom för övrigt även reaktorn 11 kan även vara försedd med elektriska upphettningselement 31. Till råjärnsbadet 15 föres via ledningen 17 från syr- gasförrâdet 18 syrgas för partiell förbränning av kol i râ- järnet, lämpligen med lansar, under bildning av koloxidgas.

Vidare kan râjärnsbadet 15, om så behöves, tillföras slagg- bildande ämnen för upptagning av föroreningar och aska i en slagg vilken kommer att bilda ett slaggskikt 19, vilket kan avtappas via ledningen 20 till ett kylsteg 21 där slaggen -lämpligen kyles och får bilda exempelvis slaggcement under återvinning av värme i form av överhettad ånga. Bildad koloxidgas föres via ledningen 22 till gaskylaren 10 och vidare därifrån via ledningen 23 till en gasrenings- och kylningsanordning 24 där gasen renas, varefter den via led- ningen 25 bortföres för användning, exempelvis under för- bränning i en gasturbin 27. För torkning och förvärmning av kolhaltigt material användes från turbinen utgående gas vilket antydes med ledningen 26. Till ledningen 22 kan syrgas föras för partiell förbränning av koloxidgasen via ledningen 28. Materialet innehåller ofta järn, vilket så småningom kommer att uppfångas i râjärnsfasen, varför processen i så fall medger avtappning av råjärn, vilket antydes vid 29.

BXEMPEL I en anläggning i enlighet med figuren inmatades anrikat finkornigt mineralbränsle i en mängd av 100 ton/h med hjälp av recirkulerat bly i en mängd av 190 ton/h genom ett antal ejektormunstycken in i den första reaktorn tillver- kad av gjutjärn innehållande 50 ton bly vid en temperatur av 500%. I denna reaktor avdrevs 39 ton/h olja och 6 ton/h gas motsvarande en värmeeffekt av 523 MW. 665 ton/h bly pumpades med en pump med effektförbrukningen 50 kw till gaskylaren där blysmältans temperatur steg till 800% innan 10 15 20 25 30 7903283-5 den infördes i den andra reaktorn med keramisk infodring innehållande 250 ton smält râjärn med en höjd av 2,8 m och vid en temperatur av 1200% vid en punkt 2 m under râjärns- badets yta. Kol i den införda blysmältan upptogs i råjärn- smältan, varefter blysmältan genom tyngdkraftens inverkan sjönk till botten i reaktorn och bildade ett blyskikt inne- hållande 80 ton bly. Ca 610 ton/h bly med en temperatur av 1200% återfördes till den första reaktorn och varigenom tillräcklig värmemängd infördes i denna.

Det i råjärnsbadet upplösta kolet förbrändes till kolmon- oxíd genom införande av 12000 Nm3/h syre 0,2 m under rå- järnsbadets yta med lansar. Därvid bildades 25200 Nm3/h.

Till denna gas fördes 1000 Nm3/h syrgas för förbränning av en del av de brännbara komponenterna i gasen, varigenom genererades tillräcklig värme för att i kylaren höja tempe- raturen till 800% i blysmältan med ingående pyrolysrester.

I gasturbinen genererades 31 MW. Turbinens värme användes till torkning och förvärmning av ingående kolhaltigt mate- rial till en temperatur av ca 100%. Till den andra reaktorn fördes kalk för upptagning av svavel och bildning av gips och från reaktorn uttogs 400 kg/h slagg med en basícitet av 0,2 och ett svavelinnehâll av 6% bundet som kalciumsul- fid, vilken slagg var direkt lämplig för beredning till slaggcement. Genom att slaggen granulerades kunde utvinnas 1,2 MW. För framställning av nödvändig mängd syrgas åtgick~ en effekt av 1,3 MW.

Claims (4)

1. ' 7903283-5 10 15 20 25 30 100 PATENTKRAV 1. Förfarande för utvinning av flyktiga beståndsdelar ur kolhaltiga material, såsom finkorníga mineralbränslen, genom pyrolys och/eller förgasning, k ä n n e t e c k n a t av att materialet införes i en första reaktor innehållande en första smälta, där flyktiga bestånds- delar avdrives genom termisk behandling och tillvaratages, varefter en del av smältan innehållande icke förflyktigade beståndsdelar över- föres till en andra reaktor innehållande en andra smälta vid en temperatur överstigande temperaturen i den första reaktorn, vilken andra smälta är begränsat löslíg i den första smältan och fysika- liskt separerbar från denna, i vilken andra smälta även införes syre, luft eller oxider för förgasning av resterande mängd kol genom oxi- dation, och att i andra reaktorn separerad första smälta med en hög- re temperatur återföres till den första reaktorn i sådan mängd att temperaturen väsentligen kan upprätthållas i den första reaktorn och ersättande den mängd första smälta som överfördes från den första reaktorn till den andra reaktorn.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att tempe- raturen i den första reaktorn hälles under_700°C och företrädesvis mellan 400 och 600°C och i den andra reaktorn över 800°C och före- trädesvis mellan 1000 och l400°C.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att första smöltan i den första reaktorn utgöres av bly eller bly- tenn-legering med en temperatur av ca 500°C och att den andra smäl- tan i den andra reaktorn utgöres av en råjärnssmälta med en tempe- . ratur av ca 1200°C.

4. Förfarande enligt krav 1-3, k ö n n e t e c k n a t av att det kolhaltiga materialet utgöres av parabítuminösa mineral, så- som anrikad oljeskiffer. 10 15 20 25 7903283-5 11 5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att tillförda material förvërmes till en temperatur av ca 100°C. 6. Förfarande enligt krav 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att aska och icke förgasningsbara restprodukter förslaggas i och uttages från den andra reaktorn. 70 Förfarande enligt krav 1-6, k ö n n e t e c k n a t av att från den andra reaktorn avgående gas, eventuellt efter ytterligare för- bränning, vörmevöxlas mot den första smültan från den första reak- torn, innan denna införes i den andra reaktorn. 8. Förfurunck: enligt' krav /, k ä n n c i o c k n a t av att den förrsta smöltan från den första reaktorn pumpas till vürmevöxlaren och därifrån med sjölvtryck föres till den andra reaktorn och vi- dare åter till den första reaktorn- 9. Förfarande enligt krav 7, k 6 n n e t e c k n a t av att ma- terialet ínföres i den första reaktorn med hjälp av recirkulerad första smälta igenom ett eller flera injektormunstycken och att blysmälta införes i råjörnsmültan i den andra reaktorn genom ett eller flera spridarmunstycken långt under badytan. 100 Förfarande enligt krav 1, k ü n n e t e c k n a t av att den första reaktorn arbetar í vakuumr 11. Förfarande enligt krav 1, k ü n n e t e c k n a t av att åt- minstone den ena reaktorn arbetar under ett tryck av minst 1 MPa.