WO2012126591A1 - Method for the energy-efficient and environmentally friendly obtention of light oil and/or fuels on the basis of crude bitumen from oil shales and/or oil sands - Google Patents

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Ulf Boenkendorf
Leonhard Baumann
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Definitions

  • the present invention is concerned with a method for energy-efficient and environmentally friendly recovery of light oil and / or fuels from raw bitumen from oil shale and / or oil sands by thermal utilization of resulting in this extraction carbon-containing compounds.
  • Naturally occurring oil sands or oil shales are made from natural rock and contain up to 20% of a bitumen mixture.
  • This bitumen mixture contains essentially organic carbon compounds of different molecular weights and boiling points.
  • bitumen mixture In order to make these carbon compounds accessible for targeted extraction, the bitumen mixture must first be separated from the fraction of earth rock.
  • bitumen-containing rock mass is removed with excavators or wheel loaders and transported by heavy-duty vehicles to the treatment plants.
  • the preparation usually takes place in the following process steps:
  • first extraction step where sediment and water forms as the lower separation layer, and bitumen with foam as the upper separation layer.
  • bitumen is usually dissolved in an organic solvent (usually "naphtha", which is a product of the light oil recovery process) to give the so-called raw bitumen.
  • the raw bitumen is transferred to a subsequent bitumen preparation ("upgrading").
  • the raw bitumen is already recovered in the soil, below the surface of the earth and without breaking down the rock masses. This is done as follows: 6. High-pressure water vapor is injected into deep bitumen-containing rock layers. As a result, a thermal liquefaction of the raw bitumen is achieved.
  • This liquefied raw bitumen is directed to subterranean collection points and conveyed from there by means of suitable pump-conveyor technology to the earth's surface.
  • the raw bitumen is (if applicable from both extraction methods) brought together in the next processing plant ("upgrading"), where the following process steps are usually carried out:
  • the gaseous hydrocarbons from the distillation are separated by fractional condensation in naphtha, kerosene and gas oil, with naphtha is usually at least partially recycled to the process.
  • a desulfurization may be carried out in the further step. This is usually done by means of hydrogenation and separation of elemental sulfur.
  • Residual pet coke contains sulfur in concentrations of up to 10%. This is basically a valuable source of energy. However, this can not readily be used in combustion processes, for example for the production of steam or hot water due to its high sulfur content. The guarantee of environmentally sound, thermal utilization is therefore questionable and if at all possible only with disproportionate effort for a flue gas desulfurization.
  • the task has been found to provide a method that does not have the disadvantages of the prior art, but that allows energy-efficient utilization of Kohlenstoffträgem, contained in oil sands and / or oil shale, which protects fossil resources (eg natural gas) and that can generate sufficient sources of energy on its own initiative in order to at least partially supply the recycling process with the necessary own energy requirements.
  • fossil resources eg natural gas
  • the carbonaceous compounds contain sulfur and converted by low-stoichiometric oxidation with oxygen-containing gas in a operated with a bulk material bed countercurrent carburetor with the addition of alkaline substances at temperatures ⁇ 1800 ° C in low-sulfur gaseous fission products and these cleavage products then converted into sensible heat by superstoichiometric oxidation and used to produce heated aqueous process media for physical comminution of the oil sands and / or oil shale and / or separation of the raw bitumen from the rock mass and / or as process heat for thermal fractionation of the raw bitumen.
  • the countercurrent carburetor as a vertical process chamber with a calcination zone and an oxidation zone in which the calcined carbon and sulfur-containing residues oxidize with oxygen-containing gas, wherein the gaseous reaction products are withdrawn at the top of the vertical reaction space, in is formed in the form of a vertical shaft furnace, which is continuously flowed through from a bulk material, which itself is not oxidized from top to bottom, and the oxygen-containing gas is at least partially introduced below the oxidation zone, whereby the ascending gas flow is promoted.
  • the advantage of an inert bulk material is that the mechanical properties of the bed can be influenced more easily and adapted to the process-essential aspects.
  • Examples of usable alkaline substances are metal oxides, metal carbonates, metal hydroxides or mixtures thereof, which metered into the gas phase above the calcining zone
  • a clogging of the alkaline substances at least partially in fine-grained form with a particle size of ⁇ 2 mm has proved to be advantageous, as well as a substoichiometric oxidation at a ⁇ of ⁇ 0.5, particularly preferably of ⁇ 0.3.
  • the sulfur linkage mechanisms run particularly favorably by the addition of alkaline substances under reductive Bedin ⁇ conditions, the countercurrent gasifier at temperatures of the resulting above 400 ° C from the constituents of the carbon material and sulfur-containing residues gaseous sulfur compounds by chemical reaction with the alkaline substances converted into solid sulfur compounds, these solid sulfur compounds are at least partially discharged with the gaseous reaction products and removed at temperatures above 300 ° C from the gas phase by fines separation. In this way, the sulfur can escape the process in a particularly economical manner.
  • the bulk material moving bed is preferably formed by additional metering of coarse material in order to increase the flowability of the bulk material and / or its gas permeability, wherein the coarse material is the carbonaceous compounds before entering the vertical process space anschaubsicht.
  • the coarse material may minerals and / or other inorganic substances, eg. B. mixtures with a particle size in the range of 2 mm to 300 mm or directly in the form of oil sands
  • wood and / or other biogenic materials as coarse material with a corresponding grain size. Often, these materials are found near the process sites, so their utilization benefits the energy efficiency of the overall balance due to short transport distances.
  • Inert bulk material can be separated from contained fines and ashes at the lower end of the vertical process space and at least partially returned to the process as coarse material, so that the travel distances for the masses to be moved can be kept low. It may also be advantageous to convert the carbonaceous compounds by agglomeration into particles having a particle size in the range between 2 mm and 300 mm prior to use in the countercurrent gasifier, in order, as in the case of the additional metering of coarse material, to allow the bulk material to flow and / or to improve its gas permeability.
  • FIG. 1 shows an example of an integrated process for producing light oil and fuels by mining the oil sands or oil shale in opencast mining.
  • the oil sands or oil shale (A) obtained in open-pit mining are mechanically crushed by crushers (1). This is usually done by adding hot water or else Water vapor (2). Hot water / steam is used in boiler systems
  • the resulting in mechanical comminution suspension is fed to a first extraction stage (4).
  • hot water / steam (5) is usually fed again.
  • After intensive mixing is in the extraction stage
  • the lower phase forms a water / sediment phase (B). This is separated and spent mostly in artificially created lagoons or lakes (6).
  • the upper phase (7) essentially contains Ron bitumen. This is separated and fed to the subsequent process step (C).
  • first extraction stage usually still forms a middle phase (8), which can also contain significant amounts of raw bitumen in addition to water / sediment.
  • This middle phase can be fed to a second extraction stage (9).
  • a second separation is performed, with the lower water / sediment phase (D) being separated and also being spent in man-made lagoons or lakes (6).
  • the upper phase (10) essentially contains raw bitumen and is likewise fed to the subsequent process stage (C.).
  • the crude bitumen can be mixed with organic solvents, for example with naphtha (11), which is obtained as a product during the later bitumen refining.
  • organic solvents for example with naphtha (11), which is obtained as a product during the later bitumen refining.
  • undissolved residues (E) also known as pet coke
  • the dissolved crude bitumen is fed to a distillation (12), where the vaporizable fractions are evaporated by supplying heat by means of superheated steam (13) from the boiler plants and using suitable distillation apparatuses, leaving behind as non-vaporizable fraction of other pet coke (E).
  • the vaporizable fractions (14) are separated, for example, via fractional condensation (15) into various boiling fractions, which may consist of, among others, light oil (16), naphtha (11), and various fuels (17).
  • the inventive method provides to replace this natural gas wholly or partly with in a countercurrent gasifier (19) generated synthesis gas (20) and this synthesis gas as
  • the generation of the synthesis gas is carried out by gasification of carbonaceous materials in a countercurrent gasifier (19), which is designed as a vertical process space.
  • This process space is flowed through by a bulk material (21) from top to bottom.
  • the bulk material may preferably consist of coarse-grained material, whereby the use of sediment (B) and / or (D) is also suitable as bulk material.
  • the bulk material can also be partially formed from the oil sand / oil shale (A), in which case it is also advantageous may be to mechanically crush the material (A) before use as bulk material to ei ⁇ ne particle size of less than 20 cm. This bulk material can be added further residues from the process described above prior to entry into the countercurrent gasifier.
  • this is the pet coke (E), which has a high calorific value due to its high carbon content.
  • the mixture of bulk material and residues flows through the vertical process space (19) by its own gravity from top to bottom.
  • the countercurrent carburettor has burner lances in the middle area
  • burner lances can be operated with fossil fuels (24) and oxygen-containing gas (25).
  • fossil fuels 24) and oxygen-containing gas (25).
  • synthesis gas from the countercurrent gasifier (20) or also the raw bitumen (C) dissolved in naphtha can be used.
  • Oxygen-containing gas (26) is introduced at the lower end of the vertical process space. This gas is initially used to cool the bulk material before leaving the vertical process space in a cooling zone (27). The oxygen-containing gas is preheated while it continues to flow upwards in the vertical process space. According to the countercurrent gasification principle, the oxygen from the oxygen-containing gas reacts with the carbonaceous materials in the bulk material by oxidation, wherein the amount of oxygen-containing gas is adjusted so that a total lambda of less than 0.5 is established in the vertical process space. This initially forms a combustion zone (23), react in the residues of the carbonaceous material with oxygen to CO 2 . Further up, the oxygen continues to decrease, so that finally only carbonization to CO can take place, until still Finally, all the oxygen is consumed above and a pyrolysis zone (28) is formed.
  • the flow of the bulk material and of the carbonaceous materials is considered from top to bottom, then, in the pyrolysis zone (28), a drying of the usually moist feedstocks takes place initially up to an inherent temperature of 100.degree. Thereafter, the natural temperature of the materials continues to increase, so that the gasification process begins and at an autogenous temperature of up to 500 ° C, the formation of methane, hydrogen and CO begins. After extensive degassing, the autogenous temperature of the downwardly moving materials continues to increase due to the hot gases rising from the combustion zone (23), so that the carbon-rich materials are finally completely degassed and consist only of residual coke, the so-called pyrolysis coke, and ash fractions.
  • the pyrolysis coke is transported further with the bulk material in the vertical process space down to where it is converted at temperatures above 800 ° C with the C0 2 -An really from the combustion zone by Boudouard conversion partially in CO and also gasified. Part of the pyrolysis coke also reacts in this zone according to the water gas reaction with water vapor, which is also contained in the hot gases, to form CO and hydrogen. Residues of the pyrolysis coke are finally burned almost completely in the combustion zone (23) with the oxygen-containing gas flowing in from below at temperatures below 1800 ° C. and used thermally. This makes it possible that the countercurrent carburetor can supply almost completely with the necessary energy for gasification. This is also referred to as the autothermal gasification process. In the cooling zone and water (29) via water lances (30) can be metered as another cooling and gasifying agent.
  • the synthesis gas formed in the vertical process space is aspirated (31) at the upper end, so that in the upper gas space (32) preferably a slight negative pressure of 0 to - 200 mbar sets.
  • the extracted synthesis gas contains dust, which consists essentially of the solid sulfur compounds, fine-grained alkaline substances, other pollutants and inert particles.
  • This dust-containing synthesis gas can be treated in the gas space of the vertical process space or after leaving the vertical process space in the presence of steam and fine-grained calcium oxide at temperatures above 400 ° C.
  • This temperature can be adjusted by appropriately adjusting the amount of oxygen-containing gas (26) at the bottom of the vertical process space or by the heat output of the burner lances (30) in the burning zone.
  • This thermal aftertreatment in the presence of water vapor and calcium oxide ensures the cleavage of oils and tars which are still present in small quantities in the synthesis gas by the catalytic action of the calcium oxide.
  • the dust-containing synthesis gas is then freed from the dust at temperatures above 300 ° C via a hot gas filtration (35).
  • the sulfur-containing filter dust (36) is discharged from the process and sent for disposal or alternative use.
  • the resulting synthesis gas is virtually sulfur-free and can be used as fuel in the boiler plants (3).
  • the accumulating condensate (39) can be at least partially reused as cooling and gasifying agent over the water lances (30) in the vertical process space.
  • the combustion of the purified synthesis gas (20) allows the operation of the boiler systems, without a treatment of the flue gas (40) is required by a complex flue gas desulfurization.
  • the bulk material mixture (41) emerging at the lower end of the vertical reaction space contains essentially coarse-grained bulk material, residues of ash and fine-grained bulk material.
  • the fine-grained bulk material may still contain small amounts of sulfur products and other pollutants.
  • the total bulk material flow can be deposited in total (42).
  • the fine sieve fraction (45) is discharged from the process together with the sulfur-containing filter dust (36) and sent for disposal or alternative use.
  • Figure 2 shows an example of an integrated process for the production of light oil and fuels, wherein the raw bitumen is obtained by the in situ underground method.
  • the raw bitumen is not obtained by decomposition of the soil and its extraction, but liquefied by melting in the earth's crust and promoted over Pumpsys ⁇ teme to the surface.
  • bitumen-containing soil (1) by means of special lance systems (2) high-pressure steam from the boiler plant (3) is injected.
  • the bitumen is liquefied (4) and discharged into underground collection points (5).
  • the liquid raw bitumen is conveyed via risers (6) and special conveyor systems (7) for days. This liquid raw bitumen is then used in the subsequent process stage C.
  • Another technology involves the use of special burner lances (8), which initiate partial combustion of the raw bitumen in the earth's crust. This can be done, for example, by superstoichiometric combustion of fossil fuels (9) with oxygen-containing gas (10), whereby the excess of oxygen-containing gas (10) causes partial combustion of the raw bitumen in the soil and thereby provides energy for the liquefaction of the raw bitumen becomes.
  • the required high-pressure steam in the boiler plants (3) with synthesis gas (20) can also be generated as fuel in this example.
  • syngas can also be used as fuel for the partial combustion via the special burner systems (8).

Abstract

The present invention relates to a method for the energy-efficient and environmentally friendly obtention of light oil and/or fuels on the basis of crude bitumen from oil shales and/or oil sands (1) by thermal use of carbonaceous residues which are obtained during this process, whereby the carbonaceous residues are converted at temperatures below 1800 °C into sulfur-poor, gaseous cleavage products (31) by sub-stoichiometric oxidation with oxygen-containing gas in an updraft gasifier (19) which is operated with a bulk material moving bed while alkaline substances are added. The cleavage products are then converted into sensible heat by hyperstoichiometric oxidation and are used for the production of heated aqueous process media (2) for physically comminuting the oil sands and/or oil shales (1) and/or for separating of the crude bitumen (7) from the rock material and/or as process heat for the thermal fractioning (12) of the crude bitumen (7).

Description

Verfahren zur energieeffizienten und umweltschonenden Gewinnung von Leichtoel und/oder Treibstoffen ausgehend von Roh- B turnen aus Oelschiefer und/oder Oelsanden  Process for the energy-efficient and environmentally friendly production of light oils and / or fuels from crude oil slate and / or oil sands
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur energieeffizienten und umweltschonenden Gewinnung von Leichtoel und/oder Treibstoffen ausgehend von Roh-Bitumen aus Oelschiefer und/oder Oelsanden durch thermische Verwertung von bei dieser Gewinnung anfallenden kohlenstoff-haltigen Verbindungen . The present invention is concerned with a method for energy-efficient and environmentally friendly recovery of light oil and / or fuels from raw bitumen from oil shale and / or oil sands by thermal utilization of resulting in this extraction carbon-containing compounds.
Aufgrund des weltweit stark steigenden Bedarfs an fossilen Brennstoffen und Erdöl-basierten Rohstoffen, sowie die langfristig zu erwartende Verknappung konventioneller Erdölvorkommen, erlangt die Gewinnung von Energieträgern und Rohstoffen aus Ölschiefer- und/oder Ölsandvorkommen zunehmend an Bedeutung . Due to the strong global demand for fossil fuels and oil-based raw materials, as well as the long-term expected shortage of conventional oil reserves, the extraction of energy sources and raw materials from oil shale and / or oil sands deposits is becoming increasingly important.
Natürlich vorkommende Ölsande oder Ölschiefer bestehen aus Erdgestein und enthalten bis zu 20 % eines Bitumengemisches. Dieses Bitumengemisch enthält im Wesentlichen organische KohlenstoffVerbindungen unterschiedlicher Molgewichte und Siedepunkte . Naturally occurring oil sands or oil shales are made from natural rock and contain up to 20% of a bitumen mixture. This bitumen mixture contains essentially organic carbon compounds of different molecular weights and boiling points.
Stand der Technik: State of the art:
Um diese Kohlenstoffverbindungen einer gezielten Gewinnung zugänglich zu machen, muss das Bitumengemisch zunächst vom Erdgesteinsanteil abgetrennt werden. In order to make these carbon compounds accessible for targeted extraction, the bitumen mixture must first be separated from the fraction of earth rock.
Die Abtrennung des Bitumens aus diesen Erdgesteinsmassen kann im Wesentlichen über zwei Technologien erfolgen.  The separation of the bitumen from these masses of rock can essentially be done using two technologies.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Gewinnung im Tagebau: CONFIRMATION COPY Extraction in the open pit:
Bei dieser Methode wird die Bitumen-haltige Gesteinsmasse mit Abraumbaggern bzw. Radladern abgetragen und mittels Schwerlastfahrzeugen zu den Aufbereitungsanlagen transportiert. Die Aufbereitung erfolgt in der Regel in folgenden Prozessschritten : In this method, the bitumen-containing rock mass is removed with excavators or wheel loaders and transported by heavy-duty vehicles to the treatment plants. The preparation usually takes place in the following process steps:
1. Brechen / Zerkleinern des Gesteins in der Regel unter Zuführung von Wasserdampf bzw. Heißwasser 1. breaking / crushing of the rock usually with supply of steam or hot water
2. Überführung der dabei entstehenden Suspension in den 2. transfer of the resulting suspension in the
ersten Extraktionsschritt, wo sich Sediment und Wasser als untere Trennschicht, und Bitumen mit Schaum als obere Trennschicht ausbildet.  first extraction step, where sediment and water forms as the lower separation layer, and bitumen with foam as the upper separation layer.
3. Abführen der unteren Sediment- und Wasserschicht in zumeist künstlich angelegte Stauseen oder Wasserlagunen 3. Removal of the lower sediment and water layer in mostly artificial reservoirs or water lagoons
4. Abführen der oberen Bitumenschicht in den zweiten Extraktionsschritt, wo Reste von Wasser und Feinpartikel abgetrennt werden. Der Bitumen wird zumeist in einem organischen Lösungsmittel (in der Regel „Naphtha", welches ein Produkt des Leichtölgewinnungsprozesses ist) gelöst. Man erhält den sogenannten Roh-Bitumen. 4. removal of the upper bituminous layer in the second extraction step, where residues of water and fine particles are separated. The bitumen is usually dissolved in an organic solvent (usually "naphtha", which is a product of the light oil recovery process) to give the so-called raw bitumen.
5. Der Roh-Bitumen wird in eine nachfolgende Bitumenaufbereitung („Upgrading" ) überführt. 5. The raw bitumen is transferred to a subsequent bitumen preparation ("upgrading").
Gewinnung über die sogenannte „Insitu-Methode" : Extraction via the so-called "in-situ method":
Bei dieser Technologie wird der Roh-Bitumen bereits im Erdreich, unterhalb der Erdoberfläche und ohne Abbau der Gesteinsmassen gewonnen. Dies geschieht wie folgt: 6. Hochdruck-Wasserdampf wird in tiefe Bitumen-haltige Gesteinsschichten injiziert. Dadurch wird eine thermische Verflüssigung des Roh-Bitumens erreicht. With this technology, the raw bitumen is already recovered in the soil, below the surface of the earth and without breaking down the rock masses. This is done as follows: 6. High-pressure water vapor is injected into deep bitumen-containing rock layers. As a result, a thermal liquefaction of the raw bitumen is achieved.
7. Dieser verflüssigte Roh-Bitumen wird gezielt in unterirdische Sammelpunkte geleitet und von dort mittels geeigneter Pump-Fördertechnik an die Erdoberfläche gefördert. 7. This liquefied raw bitumen is directed to subterranean collection points and conveyed from there by means of suitable pump-conveyor technology to the earth's surface.
8. Der so gewonnene Roh-Bitumen folgt dann in der Regel dem weiteren Vorgehen entsprechend dem o.g. Punkt 5. 8. The raw bitumen thus obtained usually follows the further course of action according to the above-mentioned. Point 5.
Gewinnung von Leichtöl und flüssiger Treibstoffe aus Roh- Bitumen : Production of light oil and liquid fuels from raw bitumen:
Der Roh-Bitumen wird (ggf. aus beiden Gewinnungsmethoden) in die nächste Aufbereitungsanlage („Upgrading") zusammengefahren. Dort werden zumeist folgende Prozessschritte durchgeführt : The raw bitumen is (if applicable from both extraction methods) brought together in the next processing plant ("upgrading"), where the following process steps are usually carried out:
9. Aus der Mischung bestehend aus Roh-Bitumen und Naphtha werden die flüchtigen Kohlenwasserstoffe abdestilliert. Am Ende bleibt ein unlöslicher Rückstand, der sogenannte Pet-Koks zurück. Dieser kann je nach Einsatzmaterial bis zu 10 % Schweielanteile enthalten. 9. From the mixture consisting of crude bitumen and naphtha, the volatile hydrocarbons are distilled off. In the end, there remains an insoluble residue, the so-called pet coke. Depending on the feedstock, this may contain up to 10% spilled portions.
10. Die gasförmigen Kohlenwasserstoffe aus der Destillation werden durch fraktionierte Kondensation in Naphtha, Kerosin und Gasöl aufgetrennt, wobei Naphtha in der Regel zumindest teilweise in den Prozess zurückgeführt wird. 10. The gaseous hydrocarbons from the distillation are separated by fractional condensation in naphtha, kerosene and gas oil, with naphtha is usually at least partially recycled to the process.
11. Je nach Qualitätsanforderung an die einzelnen Fraktionen kann im weiteren Schritt eine Entschwefelung erfol- gen. Dies geschieht zumeist mittels Hydrierung und Abtrennung von elementarem Schwefel. 11. Depending on the quality requirements for the individual fractions, a desulfurization may be carried out in the further step. This is usually done by means of hydrogenation and separation of elemental sulfur.
12. Am Ende des Prozesses steht die Lagerung und der Abtransport der flüssigen Fraktionen . 12. At the end of the process is the storage and removal of the liquid fractions.
Das oben beschriebene Verfahren zur Gewinnung von Leichtöl und Treibstoffen aus Ölschiefer und/oder Ölsanden weist jedoch erhebliche Nachteile auf. However, the process described above for obtaining light oil and fuels from oil shale and / or oil sands has considerable disadvantages.
So erfordert die Extraktion des Roh-Bitumens aus den Gesteinsmassen erhebliche Mengen an Heißwasser und Wasserdampf. Pro Volumeneinheit gewonnenem Leichtöl müssen bis zu 6 Volumeneinheiten Wasser eingesetzt werden. Die Bereitung von Dampf und Heißwasser erfolgt zumeist in Heizkesseln mit Erdgasfeuerung. Der Bedarf an Erdgas ist extrem hoch und führt zu einer außerordentlich ungünstigen Energiebilanz des Gesamtprozesses. Weiterhin ist dadurch der spezifische C02- Ausstoss pro Barrel gewonnenem Leichtöl im Grunde ökologisch und im Hinblick auf notwendige Schonung wertvoller Ressourcen inakzeptabel . Thus, the extraction of the raw bitumen from the rock masses requires significant amounts of hot water and water vapor. For each unit of light oil produced, up to 6 volumes of water must be used. The preparation of steam and hot water is usually in boilers with natural gas firing. The demand for natural gas is extremely high and leads to an extremely unfavorable energy balance of the overall process. Furthermore, as a result, the specific C0 2 emissions per barrel of light oil obtained are fundamentally ecological and unacceptable in terms of the necessary protection of valuable resources.
Der bei der Destillation des Roh-Bitumens (Schritt The in the distillation of the raw bitumen (step
9.) zurückbleibende Pet-Koks enthält Schwefel in Konzentrationen von bis zu 10% . Hierbei handelt sich im Grunde um einen wertvollen Energieträger. Dieser kann jedoch aufgrund seines hohen Schwefelgehaltes nicht ohne weiteres in Verbrennungsprozessen, z.B. zur Erzeugung von Wasserdampf oder Heißwasser eingesetzt werden. Die Gewährleistung einer Umweltgerechten, thermischen Verwertung ist daher fraglich und wenn überhaupt nur mit unverhältnismäßigem Aufwand für eine Rauchgasentschwefelung möglich. Für die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren bereitzustellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern das eine energieeffiziente Verwertung von Kohlenstoffträgem, enthalten in Ölsanden und/oder Ölschiefer erlaubt, das fossile Ressourcen (z.B. Erdgas) schont und das aus sich selber heraus ausreichend Energieträger generieren kann, um den Verwertungspro- zess zumindest teilweise mit dem notwendigen Eigenenergiebedarf zu versorgen. 9.) Residual pet coke contains sulfur in concentrations of up to 10%. This is basically a valuable source of energy. However, this can not readily be used in combustion processes, for example for the production of steam or hot water due to its high sulfur content. The guarantee of environmentally sound, thermal utilization is therefore questionable and if at all possible only with disproportionate effort for a flue gas desulfurization. For the present invention, therefore, the task has been found to provide a method that does not have the disadvantages of the prior art, but that allows energy-efficient utilization of Kohlenstoffträgem, contained in oil sands and / or oil shale, which protects fossil resources (eg natural gas) and that can generate sufficient sources of energy on its own initiative in order to at least partially supply the recycling process with the necessary own energy requirements.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die kohlenstoffhaltigen Verbindungen Schwefel enthalten und durch un- terstöchiometrische Oxidation mit sauerstoffhaltigem Gas in einem mit einem Schüttgutwanderbett betriebenen Gegenstrom- vergaser unter Zusatz von alkalischen Stoffen- bei Temperaturen < 1800° C in schwefelarme gasförmige Spaltprodukte umgewandelt und diese Spaltprodukte anschließend durch überstö- chiometrische Oxidation in fühlbare Wärme umgewandelt und zur Erzeugung aufgeheizter wässriger Prozessmedien für eine physikalische Zerkleinerung der Ölsande und/oder Ölschiefer und/oder zur Abtrennung des Rohbitumens aus der Gesteinsmasse und/oder als Prozesswärme für eine thermische Fraktionierung des Rohbitumens eingesetzt werden. This is inventively achieved in that the carbonaceous compounds contain sulfur and converted by low-stoichiometric oxidation with oxygen-containing gas in a operated with a bulk material bed countercurrent carburetor with the addition of alkaline substances at temperatures <1800 ° C in low-sulfur gaseous fission products and these cleavage products then converted into sensible heat by superstoichiometric oxidation and used to produce heated aqueous process media for physical comminution of the oil sands and / or oil shale and / or separation of the raw bitumen from the rock mass and / or as process heat for thermal fractionation of the raw bitumen.
Es hat sich gezeigt, dass die bislang aufgrund der Schwefel- Problematik nicht verwerteten Reststoffe die Energiebilanz bei der Gewinnung von Leichtöl und/oder Treibstoffen aus Ölschiefer und/oder Ölsanden beträchtlich verbessern können. Durch die sinnvolle Verwertung der Kohlenstoffbestandteile wird auch die Umweltgefährdung durch bislang in den Reststoffen verbleibenden KohlenstoffVerbindungen beseitigt. It has been shown that the residues, which have not yet been utilized due to the sulfur problem, can considerably improve the energy balance in the production of light oil and / or fuels from oil shale and / or oil sands. The meaningful utilization of the carbon constituents also eliminates the environmental hazard of carbon compounds remaining in the residual materials.
Beispielsweise können als kohlenstoffhaltige Verbindungen auch feste Rückstände aus der wässrigen Abtrennung von Rohbi- turnen von der Gesteinsmasse und/oder feste Rückstände aus der thermischen Fraktionierung des Rohbitumens eingesetzt werden. For example, as carbonaceous compounds, solid residues from the aqueous separation of raw gymnastics of the rock mass and / or solid residues from the thermal fractionation of the raw bitumen.
Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung des Verfahrens, bei welcher der Gegenstromvergaser als vertikaler Prozessraum mit einer Kalzinierzone und einer Oxidationszone, in welcher die kalzinierten kohlenstoff- und schwefelhaltigen Rückstände mit sauerstoffhaltigem Gas oxidieren, wobei die gasförmigen Reaktionsprodukte an der Oberseite des vertikalen Reaktionsraumes abgezogen werden, in der Form eines Vertikalschachtofens ausgebildet wird, der von einem Schüttgut, das selbst nicht oxidiert wird, kontinuierlich von oben nach unten durchströmt wird, und das sauerstoffhaltige Gas wenigstens teilweise unterhalb der Oxidationszone eingeleitet wird, wodurch der aufsteigende Gasstrom gefördert wird. Der Vorteil eines inerten Schüttgutes besteht darin, dass sich die mechanischen Eigenschaften der Schüttung leichter beeinflussen und an die verfahrenswesentlichen Aspekte anpassen lassen. Particularly advantageous is a development of the method in which the countercurrent carburetor as a vertical process chamber with a calcination zone and an oxidation zone in which the calcined carbon and sulfur-containing residues oxidize with oxygen-containing gas, wherein the gaseous reaction products are withdrawn at the top of the vertical reaction space, in is formed in the form of a vertical shaft furnace, which is continuously flowed through from a bulk material, which itself is not oxidized from top to bottom, and the oxygen-containing gas is at least partially introduced below the oxidation zone, whereby the ascending gas flow is promoted. The advantage of an inert bulk material is that the mechanical properties of the bed can be influenced more easily and adapted to the process-essential aspects.
Beispiele für einsetzbare alkalische Stoffe sind Metalloxide, Metallcarbonate, Metallhydroxide oder Mischungen davon, die in die Gasphase oberhalb der Kalzinierzone eindosiert Examples of usable alkaline substances are metal oxides, metal carbonates, metal hydroxides or mixtures thereof, which metered into the gas phase above the calcining zone
und/oder vor Eintritt in den vertikalen Prozessraum den kohlenstoff- und schwefelhaltigen Rückständen beigemischt werden. Besonders bevorzugt sind Elemente der Alkalimetalle oder Elemente der Erdalkalimetalle, insbesondere Kalzium, zur Bildung der Metalloxide, -carbonte oder -hydroxide, da insbesondere in der Form von Kalziumoxid katalytische Wirkungen die Verfahrensabläufe positiv beeinflussen. and / or admixed with the carbonaceous and sulfur-containing residues before entering the vertical process space. Particular preference is given to elements of the alkali metals or elements of the alkaline earth metals, in particular calcium, for forming the metal oxides, carbonates or hydroxides, since, in particular in the form of calcium oxide, catalytic effects have a positive influence on the process sequences.
Ein Zusetzen der alkalischen Stoffe zumindest teilweise in feinkörniger Form mit einer Korngröße von < 2mm hat sich als vorteilhaft erwiesen, ebenso eine unterstöchiometrische Oxi- dation bei einem Λ von < 0,5, besonders bevorzugt von < 0,3. Die Schwefelbindungsmechanismen laufen besonders vorteilhaft durch Zusatz von alkalischen Stoffen unter reduktiven Bedin¬ gungen ab, wobei die im Gegenstromvergaser bei Temperaturen von oberhalb von 400 °C aus den Bestandteilen der kohlen- stoff- und schwefelhaltigen Rückstände entstehenden gasförmigen Schwefelverbindungen durch chemische Reaktion mit den alkalischen Stoffen in feste Schwefelverbindungen überführt, diese festen Schwefelverbindungen zumindest teilweise mit den gasförmigen Reaktionsprodukten ausgetragen und bei Temperaturen oberhalb von 300 °C aus der Gasphase durch Feingutabtrennung entfernt werden. Auf diese Weise lässt sich der Schwefel in besonders wirtschaftlicher Weise dem Verfahren entziehen. A clogging of the alkaline substances at least partially in fine-grained form with a particle size of <2 mm has proved to be advantageous, as well as a substoichiometric oxidation at a Λ of <0.5, particularly preferably of <0.3. The sulfur linkage mechanisms run particularly favorably by the addition of alkaline substances under reductive Bedin ¬ conditions, the countercurrent gasifier at temperatures of the resulting above 400 ° C from the constituents of the carbon material and sulfur-containing residues gaseous sulfur compounds by chemical reaction with the alkaline substances converted into solid sulfur compounds, these solid sulfur compounds are at least partially discharged with the gaseous reaction products and removed at temperatures above 300 ° C from the gas phase by fines separation. In this way, the sulfur can escape the process in a particularly economical manner.
Bei einem angestrebten Verfahrensablauf wird im vertikalen Prozessraum und/oder in der Gasphase der abgezogenen gasförmigen Reaktionsprodukte in Gegenwart von Wasserdampf und Kalziumoxid und/oder Kalziumcarbonat und/oder Kalziumhydroxid eine Kalzium-katalysierte Reformierung von wesentlichen Anteilen der entstehenden Öl- und/oder teerhaltigen Spaltprodukte, die eine Kettenlänge von > C4 aufweisen, zu Kohlenmo- noxid, Kohlendioxid und Wasserstoff bei Temperaturen von o- berhalb 400 °C durchgeführt. In a desired procedure in the vertical process chamber and / or in the gas phase of the withdrawn gaseous reaction products in the presence of water vapor and calcium oxide and / or calcium carbonate and / or calcium hydroxide, a calcium-catalyzed reforming of significant proportions of the resulting oil and / or tar-containing fission products, which have a chain length of> C4, to carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen at temperatures of above 400 ° C carried out.
Das Schüttgutwanderbett wird vorzugsweise durch zusätzliche Dosierung von Grobgut gebildet, um die Fließfähigkeit des Schüttgutes und/oder dessen Gasdurchlässigkeit zu erhöhen, wobei das Grobgut den kohlenstoff- haltigen Verbindungen vor Eintritt in den vertikalen Prozessraum beigemsicht wird. Das Grobgut kann Mineralstoffe und/oder andere anorganische Stoffe, z. B. Stoffgemische mit einer Korngröße im Bereich von 2 mm bis 300 mm oder unmittelbar in der Form von Ölsand The bulk material moving bed is preferably formed by additional metering of coarse material in order to increase the flowability of the bulk material and / or its gas permeability, wherein the coarse material is the carbonaceous compounds before entering the vertical process space anschaubsicht. The coarse material may minerals and / or other inorganic substances, eg. B. mixtures with a particle size in the range of 2 mm to 300 mm or directly in the form of oil sands
und/oder Ölschiefer eingesetzt werden. Letzter Fall ist besonders bevorzugt, weil dadurch ein Verfahrensablauf ermög- licht ist, bei dem vor Ort vorkommende Ressourcen unmittelbar eingesetzt und verwertet werden können. and / or oil shale are used. The latter case is particularly preferred because it allows a procedure to be carried out. light is where local resources can be used and exploited immediately.
Vorteilhaft kann auch der Einsatz von Holz und/oder sonstigen biogenen Materialien als Grobgut mit einer entsprechenden Korngröße sein. Oftmals liegen diese Materialien in der Nähe der Verfahrensstandorte vor, so dass ihre Verwertung aufgrund kurzer Transportwege der Gesamtbilanz der Energieeffizienz zugute kommt. Also advantageous may be the use of wood and / or other biogenic materials as coarse material with a corresponding grain size. Often, these materials are found near the process sites, so their utilization benefits the energy efficiency of the overall balance due to short transport distances.
Inertes Schüttgut kann am unteren Ende des vertikalen Prozessraums von enthaltenem Feingut und Asche abgetrennt und zumindest teilweise wieder als Grobgut in den Prozess zurückgeführt werden, so dass die Wegstrecken für die zu bewegenden Massen gering gehalten werden können. Vorteilhaft kann es auch sein, die kohlenstoff- haltigen Verbindungen vor Einsatz im Gegenstromvergaser durch Agglomierung in Partikel mit einer Korngröße im Bereich zwischen 2 mm und 300 mm zu überführen, um, wie bei der zusätzlichen Dosierung von Grobgut, die Fließfähigkeit des Schüttgutes und/oder dessen Gasdurchlässigkeit zu verbessern. Inert bulk material can be separated from contained fines and ashes at the lower end of the vertical process space and at least partially returned to the process as coarse material, so that the travel distances for the masses to be moved can be kept low. It may also be advantageous to convert the carbonaceous compounds by agglomeration into particles having a particle size in the range between 2 mm and 300 mm prior to use in the countercurrent gasifier, in order, as in the case of the additional metering of coarse material, to allow the bulk material to flow and / or to improve its gas permeability.
Für den Gasgegenstrom hat sich die Ausbildung eines Differenzdruckes in einem Bereich von 50 bis 1.000 mbar (ü) im vertikalen Prozessraum zwischen der Oberseite und der Unterseite als vorteilhaft erwiesen. For the gas countercurrent, the formation of a differential pressure in a range of 50 to 1000 mbar (g) in the vertical process space between the top and the bottom has proven to be advantageous.
Figur 1 zeigt ein Beispiel für ein integriertes Verfahren zur Gewinnung von Leichtöl und Treibstoffen durch Abbau der Öl- sande bzw. Ölschiefer im Tagebau. FIG. 1 shows an example of an integrated process for producing light oil and fuels by mining the oil sands or oil shale in opencast mining.
Der im Tagebau gewonnenen Ölsande bzw. Ölschiefer (A) werden über Brecheranlagen (1) mechanisch zerkleinert. Dies geschieht zumeist durch Zumischung von Heißwasser oder auch Wasserdampf (2) . Heißwasser/Wasserdampf wird in KesselanlagenThe oil sands or oil shale (A) obtained in open-pit mining are mechanically crushed by crushers (1). This is usually done by adding hot water or else Water vapor (2). Hot water / steam is used in boiler systems
(3) erzeugt. (3) generated.
Die in der mechanischen Zerkleinerung entstandene Suspension wird einer ersten Extraktionsstufe (4) zugeführt. Hier wird in der Regel nochmals Heißwasser/Wasserdampf (5) zugeführt. Nach intensiver Durchmischung wird in der ExtraktionsstufeThe resulting in mechanical comminution suspension is fed to a first extraction stage (4). Here, hot water / steam (5) is usually fed again. After intensive mixing is in the extraction stage
(4) durch Absitzen eine Trennung der Phasen durchgeführt. Als untere Phase bildet sich eine Wasser-/Sedimentphase (B) aus. Diese wird abgetrennt und zumeist in künstlich angelegte Lagunen oder Seen verbracht (6). (4) carried out by settling a separation of the phases. The lower phase forms a water / sediment phase (B). This is separated and spent mostly in artificially created lagoons or lakes (6).
Die obere Phase (7) enthält im Wesentlichen Ron-Bitumen. Diese wird abgetrennt und dem nachfolgenden Prozessschritt (C) zugeführt . The upper phase (7) essentially contains Ron bitumen. This is separated and fed to the subsequent process step (C).
In der ersten Extraktionsstufe bildet sich in der Regel noch eine Mittelphase (8) aus, die neben Wasser/Sediment auch noch signifikante Anteile an Roh-Bitumen enthalten kann. Diese Mittelphase kann einer zweiten Extraktionsstufe (9) zugeführt werden. Hier wird eine zweite Trennung durchgeführt, wobei die untere Wasser-/Sediment-Phase (D) abgetrennt und ebenfalls in künstlich angelegten Lagunen oder Seen verbracht wird(6). Die obere Phase (10) enthält im Wesentlichen Roh- Bitumen und wird ebenfalls der nachfolgenden Prozessstufe (C . ) zugeführt . In the first extraction stage usually still forms a middle phase (8), which can also contain significant amounts of raw bitumen in addition to water / sediment. This middle phase can be fed to a second extraction stage (9). Here, a second separation is performed, with the lower water / sediment phase (D) being separated and also being spent in man-made lagoons or lakes (6). The upper phase (10) essentially contains raw bitumen and is likewise fed to the subsequent process stage (C.).
Im Prozessschritt (C) kann der Roh-Bitumen mit organischen Lösungsmitteln, beispielsweise mit Naphtha (11), welches als Produkt bei der späteren Bitumen-Veredelung gewonnen wird, vermischt werden. Hierbei können je nach Bitumen-Qualität ungelöste Rückstände (E) anfallen, die auch als Pet-Koks bezeichnet werden. Der gelöste Roh-Bitumen wird einer Destillation (12) zugeführt, wo die verdampfbaren Anteile durch Wärmezufuhr mittels Heißdampf (13) aus den Kesselanlagen und unter Nutzung geeigneter Destillationsvorrichtungen abgedampft werden, wobei als nicht verdampfbarer Anteil weiterer Pet-Koks (E) zurückbleibt. Hierbei handelt es um kohlenstoffreiche Rückstände, die einen hohen Heizwert haben, jedoch bis zu 10% Schwefel enthalten können. In process step (C), the crude bitumen can be mixed with organic solvents, for example with naphtha (11), which is obtained as a product during the later bitumen refining. Depending on the quality of bitumen, undissolved residues (E), also known as pet coke, can be produced. The dissolved crude bitumen is fed to a distillation (12), where the vaporizable fractions are evaporated by supplying heat by means of superheated steam (13) from the boiler plants and using suitable distillation apparatuses, leaving behind as non-vaporizable fraction of other pet coke (E). These are carbon-rich residues that have a high calorific value, but can contain up to 10% sulfur.
Die verdampfbaren Anteile (14) werden beispielsweise über fraktionierte Kondensation (15) in verschiedene Siedefraktionen aufgetrennt, die unter anderem aus Leichtöl (16), Naphtha (11), und verschiedenen Treibstoffen (17) bestehen können. The vaporizable fractions (14) are separated, for example, via fractional condensation (15) into various boiling fractions, which may consist of, among others, light oil (16), naphtha (11), and various fuels (17).
Das beschriebene Verfahren ist sehr energieintensiv, da sehr grosse Mengen an Heißwasser/Wasserdampf in Kesselanlagen (3) erzeugt werden müssen. Hierfür wurden bislang erhebliche Mengen fossiler Brennstoffe, insbesondere Erdgas (18) eingesetzt . The process described is very energy-intensive, since very large amounts of hot water / steam in boiler systems (3) must be generated. For this purpose, significant amounts of fossil fuels, especially natural gas (18) have been used.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dieses Erdgas ganz oder teilweise mit in einem Gegenstromvergaser (19) erzeugten Synthesegas (20) zu ersetzen und dieses Synthesegas als The inventive method provides to replace this natural gas wholly or partly with in a countercurrent gasifier (19) generated synthesis gas (20) and this synthesis gas as
Brennstoff in den Kesselanlagen (3) zu nutzen. To use fuel in the boiler plants (3).
Die Erzeugung des Synthesegases erfolgt durch Vergasung von kohlenstoffhaltigen Materialien in einem Gegenstromvergaser (19), der als vertikaler Prozessraum ausgebildet ist. Dieser Prozessraum wird von einem Schüttgut (21) von oben nach unten durchströmt. Das Schüttgut kann vorzugsweise aus grobkörnigem Material bestehen, wobei sich als Schüttgut auch der Einsatz von Sediment (B) und/oder (D) eignet. Besonders vorteilhaftkann das Schüttgut auch teilweise aus dem Ölsand/Ölschiefer (A) gebildet werden, wobei es in diesem Fall auch vorteilhaft sein kann, das Material (A) vor Einsatz als Schüttgut auf ei¬ ne Korngrösse von kleiner als 20 cm mechanisch zu zerkleinern. Diesem Schüttgut können weitere Reststoffe aus dem weiter oben beschriebenen Verfahren vor Eintritt in den Gegenstromvergaser zugesetzt werden. Insbesondere eignet sich hierfür der Pet-Koks (E) , der aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehaltes einen hohen Heizwert aufweist. Das Gemisch aus Schüttgut und Reststoffen durchströmt den vertikalen Prozessraum (19) durch eigene Schwerkraft von oben nach unten. Der Gegenstromvergaser weist im mittleren Bereich BrennerlanzenThe generation of the synthesis gas is carried out by gasification of carbonaceous materials in a countercurrent gasifier (19), which is designed as a vertical process space. This process space is flowed through by a bulk material (21) from top to bottom. The bulk material may preferably consist of coarse-grained material, whereby the use of sediment (B) and / or (D) is also suitable as bulk material. Particularly advantageously, the bulk material can also be partially formed from the oil sand / oil shale (A), in which case it is also advantageous may be to mechanically crush the material (A) before use as bulk material to ei ¬ ne particle size of less than 20 cm. This bulk material can be added further residues from the process described above prior to entry into the countercurrent gasifier. In particular, this is the pet coke (E), which has a high calorific value due to its high carbon content. The mixture of bulk material and residues flows through the vertical process space (19) by its own gravity from top to bottom. The countercurrent carburettor has burner lances in the middle area
(22) auf, die für eine Grundlastfeuerung im vertikalen Prozessraum und für die stationäre Ausbildung einer Brennzone(22) for a base load firing in the vertical process space and for the stationary formation of a firing zone
(23) sorgen. Diese Brennerlanzen können mit fossilen Brennstoffen (24) und sauerstoffhaltigem Gas ( 25 ) betrieben werden. Alternativ zu den fossilen Brennstoffen kann auch Synthesegas aus dem Gegenstromvergaser (20) oder auch der in Naphtha gelöste Roh-Bitumen (C) eingesetzt werden. (23). These burner lances can be operated with fossil fuels (24) and oxygen-containing gas (25). As an alternative to fossil fuels, synthesis gas from the countercurrent gasifier (20) or also the raw bitumen (C) dissolved in naphtha can be used.
Am unteren Ende des vertikalen Prozessraums wird sauerstoffhaltiges Gas (26) eingeleitet. Dieses Gas dient zunächst zur Abkühlung des Schüttgutes vor Verlassen des vertikalen Prozessraums in einer Kühlzone (27). Dabei wird das sauerstoffhaltige Gas vorgewärmt, während es weiter im vertikalen Prozessraum nach oben strömt. Entsprechend des Gegenstromverga- sungsprinzips reagiert der Sauerstoff aus dem sauerstoffhaltigen Gas mit den kohlenstoffhaltigen Materialien im Schüttgut durch Oxidation, wobei die Menge an sauerstoffhaltigem Gas so eingestellt wird, dass sich im vertikalen Prozessraum ein Gesamt-Lamda von kleiner 0,5 einstellt. Dadurch bildet sich zunächst eine Brennzone (23) aus, in der Reste des kohlenstoffhaltigen Materials mit Sauerstoff zu CO2 reagieren. Weiter oben nimmt der Sauerstoff weiter ab, sodass schliesslich nur noch Verschwelung zu CO stattfinden kann, bis noch weiter oben schliesslich der gesamte Sauerstoff verbraucht ist und sich eine Pyrolysezone (28) ausbildet. Oxygen-containing gas (26) is introduced at the lower end of the vertical process space. This gas is initially used to cool the bulk material before leaving the vertical process space in a cooling zone (27). The oxygen-containing gas is preheated while it continues to flow upwards in the vertical process space. According to the countercurrent gasification principle, the oxygen from the oxygen-containing gas reacts with the carbonaceous materials in the bulk material by oxidation, wherein the amount of oxygen-containing gas is adjusted so that a total lambda of less than 0.5 is established in the vertical process space. This initially forms a combustion zone (23), react in the residues of the carbonaceous material with oxygen to CO 2 . Further up, the oxygen continues to decrease, so that finally only carbonization to CO can take place, until still Finally, all the oxygen is consumed above and a pyrolysis zone (28) is formed.
Betrachtet man umgekehrt den Fluss des Schüttgutes und der kohlenstoff-haltigen Materialien von oben nach unten, so findet in der Pyrolysezone (28) zunächst eine Trocknung der üblicherweise feuchten Einsatzmaterialien bis zu einer Eigentemperatur von 100 °C statt. Danach steigt die Eigentemperatur der Materialien weiter an, sodass der Vergasungsprozess einsetzt und bei einer Eigentemperatur von bis zu 500 °C die Bildung von Methan, Wasserstoff und CO einsetzt. Nach weitgehender Entgasung steigt die Eigentemperatur der sich nach unten bewegenden Materialien durch die aus der Brennzone (23) aufsteigenden Heißgase weiter an, sodass die kohlenstoffreichen Materialien schliesslich vollständig entgast sind und nur noch aus Restkoks, dem sogenannten Pyrolysekoks, und A- scheanteilen bestehen. Der Pyrolysekoks wird mit dem Schüttgut im vertikalen Prozessraum weiter nach unten transportiert, wo er bei Temperaturen oberhalb von 800 °C mit den C02-Anteilen aus der Brennzone durch Boudouard-Umwandlung teilweise in CO umgewandelt und ebenfalls vergast wird. Ein Teil des Pyrolysekokses reagiert in dieser Zone auch gemäß der Wassergasreaktion mit Wasserdampf, der ebenfalls in den Heißgasen enthalten ist, unter Bildung von CO und Wasserstoff. Reste des Pyrolysekokses werden schliesslich in der Brennzone (23) mit dem von unten einströmenden sauerstoffhaltigen Gas bei Temperaturen unterhalb von 1800°C praktisch vollständig verbrannt und thermisch genutzt. Dadurch ist es möglich, dass sich der Gegenstromvergaser praktisch vollständig mit der für die Vergasung notwendigen Energie versorgen kann. Man spricht hierbei auch vom autothermen Vergasungsverfahren . In die Kühlzone kann auch Wasser (29) über Wasserlanzen (30) als weiteres Kühl und Vergasungsmittel eindosiert werden. If, conversely, the flow of the bulk material and of the carbonaceous materials is considered from top to bottom, then, in the pyrolysis zone (28), a drying of the usually moist feedstocks takes place initially up to an inherent temperature of 100.degree. Thereafter, the natural temperature of the materials continues to increase, so that the gasification process begins and at an autogenous temperature of up to 500 ° C, the formation of methane, hydrogen and CO begins. After extensive degassing, the autogenous temperature of the downwardly moving materials continues to increase due to the hot gases rising from the combustion zone (23), so that the carbon-rich materials are finally completely degassed and consist only of residual coke, the so-called pyrolysis coke, and ash fractions. The pyrolysis coke is transported further with the bulk material in the vertical process space down to where it is converted at temperatures above 800 ° C with the C0 2 -Anteilen from the combustion zone by Boudouard conversion partially in CO and also gasified. Part of the pyrolysis coke also reacts in this zone according to the water gas reaction with water vapor, which is also contained in the hot gases, to form CO and hydrogen. Residues of the pyrolysis coke are finally burned almost completely in the combustion zone (23) with the oxygen-containing gas flowing in from below at temperatures below 1800 ° C. and used thermally. This makes it possible that the countercurrent carburetor can supply almost completely with the necessary energy for gasification. This is also referred to as the autothermal gasification process. In the cooling zone and water (29) via water lances (30) can be metered as another cooling and gasifying agent.
Das im vertikalen Prozessraum gebildete Synthesegas wird am oberen Ende abgesaugt (31) , sodass sich im oberen Gasraum (32) vorzugsweise ein leichter Unterdruck von 0 bis - 200 mbar einstellt. The synthesis gas formed in the vertical process space is aspirated (31) at the upper end, so that in the upper gas space (32) preferably a slight negative pressure of 0 to - 200 mbar sets.
Während des Vergasungsprozesses können je nach Qualität der Einsatzstoffe erheblich Anteile an gasförmigen Schwefelverbindungen entstehen. Daher ist es vorteilhaft, wenn dem Schüttgut vor Eintritt in den vertikalen Prozessraum alkalische Stoffe (33) zugemischt werden. Hierbei eignen sich besonders Metalloxide, Metallhydroxide oder Metalcarbonate , wo bei der Einsatz von feinkörnigem Calciumoxid besonders bevor zugt ist, da dieses durch seine Reaktivität und grosse Oberfläche spontan mit den gebildeten gasförmigen Schweielverbin düngen reagiert und dabei feste Schwefelverbindungen bildet, die ganz überwiegend zusammen mit dem abgesaugten Synthesega aus dem vertikalen Prozessraum ausgetragen werden. Weiterhin können auch andere Schadstoffe, beispielsweise Chlor, Chlorwasserstoff oder auch Schwermetalle sehr effektiv am CaO gebunden und in gleicher Weise aus dem Prozess ausgetragen wer den. During the gasification process, depending on the quality of the feedstock, considerable amounts of gaseous sulfur compounds may be produced. Therefore, it is advantageous if the bulk material before mixing in the vertical process space alkaline substances (33) are admixed. In this case, metal oxides, metal hydroxides or metal carbonates are particularly suitable where the use of fine-grained calcium oxide is particularly preferred because it reacts spontaneously with its reactivity and large surface fertilize with the formed gaseous Schweielverbin and thereby forms solid sulfur compounds, which predominantly together with the aspirated Synthesega be discharged from the vertical process space. Furthermore, other pollutants, such as chlorine, hydrogen chloride or heavy metals can be very effectively bound to the CaO and discharged in the same way from the process who the.
Zusätzlich kann es sinnvoll sein, auch grobkörnige Metalloxi de, Metallhydroxide oder Metalcarbonate als Schüttgut einzusetzen, um einerseits das Schüttgut anteilig zu den kohlen- stoff-haltigen Materialien zu vergrößern und andererseits auch alkalische Reaktionspartner im unteren Teil des vertika len Prozessraums für die Bindung der gasförmigen Schwefelver bindungen zur Verfügung zu stellen. Das abgesaugte Synthesegas enthält Staub, der im Wesentlichen aus den festen Schwefelverbindungen, feinkörnigen alkalischen Stoffen, weiteren Schadstoffen und inerten Partikeln besteht. Dieses staubhaltige Synthesegas kann im Gasraum des vertikalen Prozessraums oder nach Verlassen des vertikalen Prozessraums in Gegenwart von Wasserdampf und feinkörnigem Calcium- oxid bei Temperaturen von oberhalb 400 °C behandelt werden. Diese Temperatur kann durch entsprechende Einstellung der Menge an sauerstoffhaltigem Gas (26) am unteren Ende des vertikalen Prozessraums oder durch die Heizleistung der Brennerlanzen (30) in der Brennzone eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung einer Direktfeuerung in das Synthesegas über Brennerlanzen (34), die stöchiometrisch mit Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas oder auch mit einem Überschuss an sauerstoffhaltigem Gas betrieben werden. Diese thermische Nachbehandlung in Gegenwart von Wasserdampf und Calciumoxid gewährleistet die Spaltung von im Synthesegas noch in geringen Mengen vorhandenen Ölen und Teeren durch ka- talytische Wirkung des Calciumoxids . In addition, it may be useful to use coarse-grained metal oxides, metal hydroxides or metal carbonates as bulk material in order to increase the bulk material in proportion to the carbonaceous materials and also alkaline reactants in the lower part of the vertical process space for the bonding of the gaseous Sulfur compounds to provide. The extracted synthesis gas contains dust, which consists essentially of the solid sulfur compounds, fine-grained alkaline substances, other pollutants and inert particles. This dust-containing synthesis gas can be treated in the gas space of the vertical process space or after leaving the vertical process space in the presence of steam and fine-grained calcium oxide at temperatures above 400 ° C. This temperature can be adjusted by appropriately adjusting the amount of oxygen-containing gas (26) at the bottom of the vertical process space or by the heat output of the burner lances (30) in the burning zone. However, it is particularly advantageous to use direct firing into the synthesis gas via burner lances (34) which are operated stoichiometrically with fuel and oxygen-containing gas or else with an excess of oxygen-containing gas. This thermal aftertreatment in the presence of water vapor and calcium oxide ensures the cleavage of oils and tars which are still present in small quantities in the synthesis gas by the catalytic action of the calcium oxide.
Das staubhaltige Synthesegas wird anschliessend bei Temperaturen oberhalb von 300 °C über eine Heißgasfiltration (35) vom Staub befreit. Der Schwefelhaltige Filterstaub (36) wird aus dem Prozess ausgeschleust und einer Entsorgung oder alternativen Verwendung zugeführt. The dust-containing synthesis gas is then freed from the dust at temperatures above 300 ° C via a hot gas filtration (35). The sulfur-containing filter dust (36) is discharged from the process and sent for disposal or alternative use.
Das resultierende Synthesegas ist praktisch Schwefelfrei und kann als Brennstoff in den Kesselanlagen (3) eingesetzt werden. Je nach Standortbedingungen oder den Anforderungen der Kesselanlagen kann es erforderlich sein, das Synthesegas mittels Gaskühler (38) abzukühlen und von Kondensaten zu befreien, bevor der Einsatz in den Kesselanlagen erfolgen kann. Das anfallende Kondensat (39) kann zumindest teilweise wieder als Kühl- und Vergasungsmittel über die Wasserlanzen (30) im vertikalen Prozessraum eingesetzt werden. The resulting synthesis gas is virtually sulfur-free and can be used as fuel in the boiler plants (3). Depending on the site conditions or the requirements of the boiler systems, it may be necessary to cool the syngas with gas cooler (38) and to free it of condensates before it can be used in the boiler systems. The accumulating condensate (39) can be at least partially reused as cooling and gasifying agent over the water lances (30) in the vertical process space.
Die Verbrennung des gereinigten Synthesegases (20) gestattet den Betrieb der Kesselanlagen, ohne dass eine Behandlung des Rauchgases (40) durch eine aufwendige Rauchgasentschwefelung erforderlich ist. The combustion of the purified synthesis gas (20) allows the operation of the boiler systems, without a treatment of the flue gas (40) is required by a complex flue gas desulfurization.
Das am unteren Ende des vertikalen Reaktionsraums austretende Schüttgutgemisch (41) enthält im Wesentlichen grobkörniges Schüttgut, Reste an Aschen und feinkörniges Schüttgut. Das feinkörnige Schüttgut kann noch geringe Anteile an Schwefelprodukten und anderen Schadstoffen enthalten. The bulk material mixture (41) emerging at the lower end of the vertical reaction space contains essentially coarse-grained bulk material, residues of ash and fine-grained bulk material. The fine-grained bulk material may still contain small amounts of sulfur products and other pollutants.
Der gesamte Schüttgutstrom kann insgesamt abgelagert werden (42). Besonders bevorzugt ist jedoch eine Siebung des Schüttgutgemisches (43), wobei die Grobfraktion (44) vorzugsweise zumindest teilweise im Kreislauf geführt, und erneut als Schüttgut im vertikalen Prozessraum eingesetzt wird. The total bulk material flow can be deposited in total (42). However, particularly preferred is a screening of the bulk material mixture (43), wherein the coarse fraction (44) is preferably at least partially recirculated, and reused as bulk material in the vertical process space.
Die feine Siebfraktion (45) wird zusammen mit dem Schwefelhaltigen Filterstaub (36) aus dem Prozess ausgeschleust und einer Entsorgung oder alternativen Verwendung zugeführt. The fine sieve fraction (45) is discharged from the process together with the sulfur-containing filter dust (36) and sent for disposal or alternative use.
Figur 2 zeigt ein Beispiel für ein integriertes Verfahren zur Gewinnung von Leichtöl und Treibstoffen, wobei der Rohbitumen durch die Insitu-Methode unter Tage gewonnen wird. Figure 2 shows an example of an integrated process for the production of light oil and fuels, wherein the raw bitumen is obtained by the in situ underground method.
Bei der Insitu-Methode wird der Roh-Bitumen nicht durch Abbau des Erdreiches und dessen Extraktion gewonnen, sondern durch AufSchmelzung in der Erdkruste verflüssigt und über Pumpsys¬ teme nach über Tage gefördert. Dabei wird in bitumenhaltiges Erdreich (1) mittels spezieller Lanzensysteme (2) Hochdruckdampf aus den Kesselanlage (3) injiziert. Dadurch wird der Bitumen verflüssigt (4) und in unterirdische Sammelpunkte (5) abgeleitet. Von dort wird der flüssige Roh-Bitumen über Steigleitungen (6) und spezielle Fördersysteme (7) über Tage gefördert. Dieser flüssige Roh- Bitumen wird anschliessend in der nachfolgenden Prozessstufe C eingesetzt. In the in situ method, the raw bitumen is not obtained by decomposition of the soil and its extraction, but liquefied by melting in the earth's crust and promoted over Pumpsys ¬ teme to the surface. Here, in bitumen-containing soil (1) by means of special lance systems (2) high-pressure steam from the boiler plant (3) is injected. As a result, the bitumen is liquefied (4) and discharged into underground collection points (5). From there, the liquid raw bitumen is conveyed via risers (6) and special conveyor systems (7) for days. This liquid raw bitumen is then used in the subsequent process stage C.
Eine weitere Technologie sieht die Verwendung spezieller Brennerlanzen (8) vor, über die eine Teil-Verbrennung des Roh-Bitumens in der Erdkruste initiiert wird. Dies kann beispielsweise durch überstöchiometrische Verbrennung von fossilen Brennstoffen (9)mit sauerstoffhaltigem Gas (10) erfolgen, wodurch der Überschuss an sauerstoffhaltigem Gas (10) eine Teilverbrennung des Roh-Bitumens im Erdreich bewirkt und dadurch Energie für die Verflüssigung des Roh-Bitumens bereit gestellt wird. Another technology involves the use of special burner lances (8), which initiate partial combustion of the raw bitumen in the earth's crust. This can be done, for example, by superstoichiometric combustion of fossil fuels (9) with oxygen-containing gas (10), whereby the excess of oxygen-containing gas (10) causes partial combustion of the raw bitumen in the soil and thereby provides energy for the liquefaction of the raw bitumen becomes.
Erfindungsgemäß kann auch bei diesem Beispiel der benötigte Hochdruckdampf in den Kesselanlagen (3) mit Synthesegas (20) als Brennstoff erzeugt werden. Weiterhin kann Synthesegas auch als Brennstoff für die Teilverbrennung über die speziellen Brennersysteme (8) eingesetzt werden. According to the invention, the required high-pressure steam in the boiler plants (3) with synthesis gas (20) can also be generated as fuel in this example. Furthermore, syngas can also be used as fuel for the partial combustion via the special burner systems (8).
Oftmals wird die Insitu-Methode auch mit dem Tagebau gemäß Figur 1 kombiniert. In beiden Fällen wird Roh-Bitumen gewonnen, der dann in der Prozessstufe (C) vereinigt und weiter veredelt wird. Often the in-situ method is also combined with the opencast mine according to FIG. In both cases, raw bitumen is recovered, which is then combined in process stage (C) and further refined.
Die weitere Prozessverlauf ab der Prozessstufe (C) ist analog der Beschreibung entsprechend Figur 1. The further course of the process from the process stage (C) is analogous to the description according to FIG. 1.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur energieeffizienten und umweltschonenden Gewinnung von Leichtoel und/oder Treibstoffen ausgehend von Roh-Bitumen aus Oelschiefer und/oder Oelsanden (A) durch thermische Verwertung von bei dieser Gewinnung anfallenden kohlenstoffhaltigen Verbindungen (E) , dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltigen Verbindungen Schwefel enthalten und durch unterstöchio- metrische Oxidation mit sauerstoffhaltigem Gas (26) in einem mit einem Schüttgutwanderbett (21) betriebenen Gegenstromvergaser (19) unter Zusatz von alkalischen Stoffen bei Temperaturen < 1800 °C in schwefelarme gasförmige Spaltprodukte umgewandelt, und diese Spaltprodukte anschließend durch überstöchiometrische Oxidation in fühlbare Wärme umgewandelt, und zur Erzeugung aufgeheizter wässriger Prozessmedien für eine physikalische Zerkleinerung der Ölsande und/oder Ölschiefer (A) und/oder zur Abtrennung des Rohbitumens aus der Gesteinsmasse und/oder als Prozesswärme für eine thermische Fraktionierung des Roh-Bitumens eingesetzt werden. Process for the energy-efficient and environmentally friendly production of light oils and / or fuels from crude bitumen from oil shale and / or oil sands (A) by thermal utilization of carbon-containing compounds (E) obtained in this production, characterized in that the carbon-containing compounds contain sulfur and by substoichiometric oxidation with oxygen-containing gas (26) converted into low-sulfur gaseous fission products at temperatures <1800 ° C. in a countercurrent gasifier (19) operated with a bulk material moving bed (21), and these fission products are then converted into sensible by super-stoichiometric oxidation Converted heat, and for generating heated aqueous process media for physical comminution of the oil sands and / or oil shale (A) and / or for separating the raw bitumen from the rock mass and / or as process heat for a thermal fractionation d it raw bitumens are used.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als kohlenstoffhaltige Verbindungen feste Rückstände aus der wässrigen Abtrennung von Roh-Bitumen von der Gesteinsmasse und/oder feste Rückstände aus der thermischen Fraktionierung des Roh-Bitumens eingesetzt werden . A method according to claim 1, characterized in that are used as carbonaceous compounds solid residues from the aqueous separation of crude bitumen from the rock mass and / or solid residues from the thermal fractionation of the crude bitumen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstromvergaser (19) als vertikaler Prozessraum mit einer Kalzinierzone und einer Oxidationszone (23), in welcher die kalzinierten kohlenstoff- und schwefelhaltigen Rückstände (E) mit sauerstoffhaltigem Gas (26) oxidieren, wobei die gasförmigen Reaktionsprodukte an der Oberseite des vertikalen Reaktionsraumes abgezogen werden, der vertikale Prozessraum in der Form eines Vertikalschachtofens ausgebildet wird, der von einem Schüttgut (21) , das selbst nicht oxidiert wird, kontinuierlich von oben nach unten durchströmt wird, und das sauersto fhaltige Gas (26) wenigstens teilweise unterhalb der Oxidationszone (23) eingeleitet wird, wodurch der aufsteigende Gasstrom gefördert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the countercurrent carburetor (19) as vertical process space with a calcination zone and an oxidation zone (23) in which the calcined carbon and sulfur containing residues (E) oxidize with oxygenous gas (26), the gaseous reaction products being withdrawn at the top of the vertical reaction space, the vertical process space in the Form of a vertical shaft furnace is formed, which is continuously flowed through from a bulk material (21), which itself is not oxidized from top to bottom, and the oxygen-containing gas (26) is at least partially introduced below the oxidation zone (23), whereby the ascending Gas flow is promoted.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als alkalische Stoffe Metalloxide, Metallcarbonate, Metallhydroxide oder Mischungen aus zwei oder drei dieser Stoffe eingesetzt, und gezielt in den vertikalen Prozessraum (19) und/oder in die Gasphase oberhalb der Kalzinierzone eindosiert, und/oder vor Eintritt in den vertikalen Prozessraum den kohlenstoffhaltigen Verbindungen beigemischt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that as alkaline substances metal oxides, metal carbonates, metal hydroxides or mixtures of two or three of these substances used, and metered specifically in the vertical process space (19) and / or in the gas phase above the calcination, and / or admixed with the carbonaceous compounds before entering the vertical process space.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxide, Metallcarbonate und Metallhydroxide Elemente der Alkalimetalle oder Elemente der Erdalkalimetalle und besonders bevorzugt Calcium als Kation enthalten . A method according to claim 4, characterized in that the metal oxides, metal carbonates and metal hydroxides contain elements of the alkali metals or elements of the alkaline earth metals and particularly preferably calcium as a cation.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die alkalischen Stoffe zumindest teilweise in feinkörniger Form mit einer Korngrösse von kleiner als 2 mm eingesetzt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the alkaline substances at least partially used in fine-grained form with a particle size of less than 2 mm.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterstöchiometrische Oxidati- on bei einem Lambda von kleiner 0,5 und besonders bevorzugt von kleiner 0,3 durchgeführt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the substoichiometric oxidation is carried out at a lambda of less than 0.5 and more preferably of less than 0.3.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zusatz von alkalischen Stoffen unter reduktiven Bedingungen, die im Gegenstromver- gaser (19) bei Temperaturen von oberhalb von 400 °C aus den Bestandteilen der Kohlenstoff- und Schwefelhaltigen Rückstände entstehenden gasförmigen Schwefelverbindungen durch chemische Reaktion mit den alkalischen Stoffen in feste Schwefelverbindungen überführt, diese festen Schwefelverbindungen zumindest teilweise mit den gasförmigen Reaktionsprodukten ausgetragen, und bei Temperaturen oberhalb von 300 °C aus der Gasphase durch Feingutabtrennung entfernt werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the addition of alkaline substances under reductive conditions, the countercurrent gasifier (19) at temperatures of above 400 ° C from the components of the carbon and sulfur-containing residues resulting gaseous sulfur compounds converted by chemical reaction with the alkaline substances in solid sulfur compounds, these solid sulfur compounds are at least partially discharged with the gaseous reaction products, and removed at temperatures above 300 ° C from the gas phase by fines separation.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im vertikalen Prozessraum (19) und/oder in der Gasphase der abgezogenen gasförmigen Reaktionsprodukte in Gegenwart von Wasserdampf und Cal- ciumoxid und/oder Calciumcarbonat und/oder Calcium- hydroxid eine Calcium- katalysierte Reformierung von wesentlichen Anteilen der entstehenden Öl- und/oder Teer- haltigen Spaltprodukte, die eine Kettenlänge von größer C4 aufweisen, zu Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff bei Temperaturen von oberhalb 400 °C uui hge- führt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the vertical process chamber (19) and / or in the gas phase of the withdrawn gaseous reaction products in the presence of water vapor and calcium oxide and / or calcium carbonate and / or calcium hydroxide, a calcium catalyzed reforming of substantial proportions of the resulting oil and / or tar-containing cleavage products which have a chain length of greater than C4, to carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen at temperatures above 400 ° C uui is led hui.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgutwanderbett (21) teil¬ weise durch zusätzliche Dosierung von Grobgut gebildet wird, um die Fließfähigkeit des Schüttgutes und/oder dessen Gasdurchlässigkeit zu erhöhen, wobei das Grobgut den kohlenstoff-haltigen Verbindungen vor Eintritt in den vertikalen Prozessraum beigemischt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the bulk material moving bed (21) part ¬ is formed by additional dosage of coarse material to increase the flowability of the bulk material and / or its gas permeability, wherein the coarse material, the carbon-containing compounds before entering the vertical process space.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Grobgut Mineralstoffe und/oder andere anorganische Stoffe bzw. Stoffgemische mit einer Korngrösse im Bereich von 2 mm bis 300 mm und besonders bevorzugt Ölsande und/oder Ölschiefer eingesetzt werden. 11. The method according to claim 10, characterized in that are used as coarse minerals and / or other inorganic substances or mixtures with a particle size in the range of 2 mm to 300 mm and more preferably oil sands and / or oil shale.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, 12. The method according to claim 10, characterized
dass als Grobgut Holz und/oder sonstige biogene Materialien mit einer Korngrösse im Bereich von 2 mm bis 300 mm eingesetzt werden.  wood and / or other biogenic materials having a particle size in the range from 2 mm to 300 mm are used as coarse material.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, 13. The method according to claim 10, characterized
dass das Grobgut am unteren Ende des vertikalen Prozessraums von enthaltenem Feingut und Asche abgetrennt und zumindest teilweise wieder als Grobgut in den Pro- zess zurückgeführt wird.  that the coarse material at the lower end of the vertical process space is separated from contained fines and ashes and at least partially returned to the process as coarse material.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoff-haltigen Verbindungen vor Einsatz im Gegenstromvergaser durch Agglomerierung in Partikel mit einer Korngrösse im Bereich zwischen 2 mm und 300 mm übertünrt werden. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im vertikalen Prozessraum zwischen der Oberseite und der Unterseite ein Differenzdruck; in einem Bereich von 50 bis 1000 mbar(ü) ausgebildet wird. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the carbon-containing compounds are thinned before use in the countercurrent gasifier by agglomeration into particles having a particle size in the range between 2 mm and 300 mm. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the vertical process space between the top and the bottom of a differential pressure; in a range of 50 to 1000 mbar (ü) is formed.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013008422A1 (en) * 2013-05-16 2014-11-20 Ecoloop Gmbh Process for the purification of synthesis gases
DE102014000471A1 (en) * 2014-01-16 2015-07-16 Ecoloop Gmbh Process for the thermal decomposition of organic waste
CN108315043B (en) * 2018-02-05 2020-12-11 华南农业大学 Method for preparing alkane compound by fractional condensation and coordinated fractional hydrodeoxygenation
CN109517628B (en) * 2018-12-25 2024-02-23 西北大学 Combined cycle power generation system and method for coupling coal pyrolysis and air gasification
CN114396248A (en) * 2021-12-17 2022-04-26 中国科学院地质与地球物理研究所 Method for organic matter pyrolysis conversion and heavy hydrocarbon modification
CN115434684B (en) * 2022-08-30 2023-11-03 中国石油大学(华东) Air displacement device for oil shale fracturing

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1483402A (en) * 1973-07-31 1977-08-17 Deco Ind Recovery of hydrocarbons from oil shale and tar sand
US4421629A (en) * 1981-06-08 1983-12-20 Standard Oil Company (Indiana) Delayed coking and dedusting process
US20110005136A1 (en) * 2007-12-20 2011-01-13 Moeller Roland Autothermal Method for the Continuous Gasification of Carbon-Rich Substances

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2638183A1 (en) * 1976-08-25 1978-03-09 William J Vanslyke Non-contaminated combustible gas prodn. from sulphur contg. material - by reaction with air and alkali, and conversion of sulphide produced to carbonate
US4092237A (en) * 1977-06-13 1978-05-30 Kerr-Mcgee Corporation Process for treating oil shales
US4423702A (en) * 1982-01-22 1984-01-03 Ashworth Robert A Method for desulfurization, denitrifaction, and oxidation of carbonaceous fuels
US4925644A (en) * 1987-06-15 1990-05-15 Texaco Inc. Partial oxidation of sulfur-containing solid carbonaceous fuel
IL101531A (en) * 1991-04-11 1996-10-31 Ormat Inc Method of and means for exploiting fuel having high sulfur content
RU2051165C1 (en) * 1993-12-21 1995-12-27 Виталий Владимирович Булавцев Method for separation of oil-containing rocks
US8579999B2 (en) * 2004-10-12 2013-11-12 Great River Energy Method of enhancing the quality of high-moisture materials using system heat sources
CN2793079Y (en) * 2005-06-02 2006-07-05 抚顺矿业集团有限责任公司页岩炼油厂 Vertical internal-heating dry distilling furnace
WO2007050469A1 (en) * 2005-10-24 2007-05-03 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Temperature limited heater with a conduit substantially electrically isolated from the formation
US7811444B2 (en) * 2006-06-08 2010-10-12 Marathon Oil Canada Corporation Oxidation of asphaltenes
WO2008077233A1 (en) * 2006-12-22 2008-07-03 Energie Afina Inc./Afina Energy Inc. Method for low-severity gasification of heavy petroleum residues.
CN101622328B (en) * 2007-03-01 2013-03-27 株式会社Ihi Method for gasification in fluidized bed
DE102008008942B4 (en) * 2008-02-13 2015-02-12 Outotec Oyj Process and plant for refining raw materials containing organic components
RU2408652C1 (en) * 2009-08-04 2011-01-10 Государственное унитарное предприятие "Институт нефтехимпереработки Республики Башкортостан" (ГУП "ИНХП РБ") Procedure and installation for processing tar sand

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1483402A (en) * 1973-07-31 1977-08-17 Deco Ind Recovery of hydrocarbons from oil shale and tar sand
US4421629A (en) * 1981-06-08 1983-12-20 Standard Oil Company (Indiana) Delayed coking and dedusting process
US20110005136A1 (en) * 2007-12-20 2011-01-13 Moeller Roland Autothermal Method for the Continuous Gasification of Carbon-Rich Substances

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