DE2532778C3

DE2532778C3 - Verfahren zum Vorwärmen von ölschiefer vor dessen Pyrolyse

Info

Publication number: DE2532778C3
Application number: DE2532778A
Authority: DE
Inventors: George C. Pacific Palisades Kane; John W. Los Angeles Whitcombe; Kenneth D. Van Littleton Col. Zanten
Original assignee: The Oil Shale Corp., Los Angeles, Calif. (V.St.A.)
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1974-07-29
Filing date: 1975-07-22
Publication date: 1979-12-20
Also published as: DE2532778B2; US3925190A; IT1041050B; IL47785A; GB1491363A; CA1046442A; AU8295675A; IN144101B; IL47785A0; FR2280701A1; BR7504829A; DE2532778A1; FR2280701B1; ZA754711B; SU862835A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Pyrolyse von ölschiefer mittels eines festen Wärmeträgers zur Umwandlung des im ölschiefer enthaltenen Kerogens in öl und gasförmige Kohlenwasserstoffe ist aus den US-PSen 3265608,3691056 und 3 803 022 bekannt. Bei diesen bekannten Verfahren wird der ölschiefer vorgewärmt und dann durch Wärmeaustausch mit WärmeirÜgerkörpern unter Erzeugung von Schieferöl und dampfförmigen Produkten pyrolysiert. Zur Vervollständigung der Kerogenumwandlung werden die Wärmeträgerkörper wieder erhitzt und erneut zur Pyrolyse verwendet.

Bei dem Verfahren gemäß der US-PS 3803022 wird der ölschiefer in zwei hintereinandergcachalteten Stromerhitzern vorgewärmt, in denen der zer-

kleinerte ölschiefer durch die heißen Rauchgase vertikal nach oben gefördert und vorgewärmt wird. Der ölschiefer gelangt dann in einen Drehofen, von dem aus der noch nicht völlig aufbereitete ölschiefer nach Abtrennung der Asche mittels eines Trägergases durch eine vertikale Leitung nach oben in eine Brennkammer gefördert wird, in der eine Temperatur von etwas über 800 " C herrscht. Aus dieser Brennkammer werden die Feststoffe in den Drehofen zurückgeführt. Die Rauchgase aus der vertikalen Förderleitung, durch die der teilweise verbrauchte ölschiefer in die Brennkammer gefördert wird, durchströmen den die erste Flugstromvorerhitzung bewirkenden Stromerhitzer, während die aus der Brennkammer austresenden Rauchgase in den .die zweite Vorwärmzone bildenden Stromerhitzer eingespeist werden. Die aus dem zweiten Stromerhitzer austretende Mischung von vorerwärmtem ölschiefer und Rauchgasen wird in einen Separator eingeführt, von dem aus die Rauchgase zur Aufheizung in eine zusätzliche Brennkammer geführt werden, von der aus sie dann schließlich wieder in die Förderleitung gelangen, durch die der teilweise verbrauchte ölschiefer in die Ölschiefer-Brennkammer gefördert wird. Da die Rauchgase aus dieser Förderleitung in die erste Vorwärmzone geführt werden, durchströmen die Rauchgase also die letzte Vorwärmzone zuerst unJ die erste Vorwärmzone zuletzt. In der zwischengeschalteten zusätzlichen Brennkammer, die zur Aufheizung der Rauchgase dient, kann die Erhitzung durch Oxydation von Kohlenmonoxid oder durch direkte oder indirekte Heizung, gegebenenfalls durch Verbrennen von zusätzlichem Brennstoff, erwärmt werden.

Bei dem Verfahren gemäß der US-PS 3265608 wird der ölschiefer durch Rauchgase mit einer Temperatur von etwa 6(X) ° C auf eine Temperatur von etwa 150° C vorgewärmt, und am oberen Ende der pncumatbchen Förderleitung wird das teilweise abgekühlte Rauchgas vom Ölschiefer getrennt und mit eincr Temperatur, die noch wesentlich höher ist als die Temperatur des vorgewärmten Ölschiefers, der Atmosphäre abgegeben.

Bekanntlich sind zur Umwandlung von Kcrogen in Schieferöl und Kohle η wasserstoff dämpfe im allgemeinen Temperaturen oberhalb von etwa 260° C erforderlich, obgleich ein großer Anteil von feinteiligem ölschiefer vorzeitig pyrolysicrt werden kann, wenn er in Berührung mit heißen Rauchgasen gebracht wird, ölschiefer enthält ferner gewöhnlich etwas Bitumen, das im allgemeinen während des Vorwärmcns zum Teil verdampft. Da im allgemeinen beides eintritt, während der zerkleinerte ölschiefer vor dem Eintritt in die Pyrolysezone auf Temperaturen bis zu etwa 315° C erhitzt wird, gehen die verdampften Kohlen-Wasserstoffe im allgemeinen verloren, da sie schließlich mit den Rauchgasen in die Atmosphäre gelangen. Dies ist nicht nur aus Gründen des Umweltschutzes unerwünscht, sondern verringert auch den Wirkungsgrad der Anlage.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vorwärmen von zu pyrolysierendcm Ölschiefer anzugeben, das umweltfreundlich ist und sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rauchgase in der zwischen die Stromerhitzer geschalteten Brennkam-

mer durch Verbrennen ties mitgefiihrten Ölschieferabriebes und der mitgeführten Kohlenwasserstaffciümpfe erhitzt werden.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es möglich, den ölschiefer bis auf eine Temperatur von etwa200 bis 345° C zu erwärmen, ohne daß bei einer teilweisen vorzeitigen Pyrolyse des Ölschiefers während des Vorwärmer« nennenswerte Mengen an Koh-Ienwasserstoffcuindie Atmosphäre gelangen. Außerdem wird durch die Ausnutzung des Wärmeinhaltes des Ölschieferabriebes und der freigesetzten Kohlenwasserstoffdämpfe eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage erreicht.

Die Teilchengröße von zu pyrolysierendem Ölschiefer nimmt im allgemeinen einen relativ großen Bereich ein, und feinere Teilchen werden naturgemäß viel rascher erwärmt als größere. Beim Vorwärmen ist es daher wichtig, die Rauchgastemperatur am Eingang der Lift- oder Förderleitung so niedrig wie möglich zu halten, um eine vorzeitige Pyrolyse und Erzeugung von Kohlenwasserstoffdämpfen zu verhindern. Es wurde gefunden, daß die Hauptmenge de»¹ Kohlenwasserstoffe während der Vorwärmung dann auftritt, wenn der ölschiefer (green river formation) auf Temperaturen über etwa 175° C erhitzt wird. Bei Temperaturen unterhalb dieses Wertes ist die Konzentration an Kohlenwasserstoffen, die in erster Linie von einer teilweisen Verdampfung des im Schiefer enthaltenen Bitumens herrühren, niedriger als U)U ppm find. Bei Vorwänmtemperaturen in der Größenordnung von 260° C bis 316° C sind die Kohlenwasserstoffkonzentrationen in dem Rauchgas gewöhnlich in der Größenordnung von 500 bis 1000 ppm. Diese höheren Konzentrationen werden durch partielle Pyrolyse des Kcrogens außer der Verdampfung des Bitumens bewirkt. Vom Standpunkt der Umweltverschmutzung ist die Emission von übermäßigen Mengen von Kohlenwasserstoffen unerwünscht. Wenn jedoch die Erzeugung großer Mengen Kohlenwasserstoffe wirksam geregelt und der Wärmeinhalt derselben verwendet werden kann, ist es sowohl hinsichtlich der Einsparung natürlicher Rohstoffquellen als auch hinsichtlich der Verbesserung einer Projektökonomic vorteilhaft, begrenzte Mengen für eine Verwendung als Verfahrensbrennstoff zu erzeugen. Versuche, die weiter unten eingehende* beschrieben werden, haben gezeigt, daß 5% bis 15% der zur Vorwärmung des Ölschiefers von Raumtemperatur bis auf etwa 288° C erforderlichen Wärme durch den ölschieferabrieb und die während der Vorwärmoperation entwickelten Kohlenwasserstoffe geliefert werden können.

Das vorliegende Verfahren ermöglicht eine stufenweise Vorwärmung des gesamten Ölschiefers bis auf c ine Temperatur von etwa 176,67° C ohne die Erzeugung von signifikanten Konzentrationen an Kohlenwasserstoffen, ferner das weitere Vorwärmen des gesamten Ölschiefers auf Temperaturen zwischen 204,44° C bis 343° C mit der damit verbundenen Erzeugung von Kohlenwasserstoffen, und die Rückgewinnung des Heizwertes dieser entwickelten Kohlenwasserstoffe ais auch des Heizwertes des öischicfcrabricbs, der vom Rauchgas mitgeführt wird. Bei dem vorliegenden Verfahren wird die Endstufe der Flugstromvorcrwärmung verwendet. Kohlenwasserstoffe zu erzeugen, und diese Kohlenwasserstoffe, die zusammen mit ölschieferabrieb im Rauchgasstrom mitgerissen werden, wcrdf r in eine Brennkammer geführt, in welcher der Heizwert dieser Materialien ausgenutzt wird. Es wurde gefunden, daß die entwickelten Kohlenwasserstoffe und der mitgerissene Ölschieferabrieb bei Temperaturen zwischen etwa 704° C bis 816° C wirksam verbrannt werden kön-

ϊ nen. Wenn ein erhöhtes Niveau der Carbonatzersetzung toleriert werden kann, könnten höhere Temperaturen angewandt werden. Es wurde ferner auch gefunden, daß im Prinzip eine vollständige Verbrennung in etwa 0,3 Sekunden bis 1,0 Sekunden bei die-

i» sen Temperaturen bewirkt werden kann. Das heiße Rauchgas aus der Brennkammer wird teilweise durch herkömmliche Wärmerückgewinnungstechnikein gekühlt und wird zum Vorwärmen von kühlerem Rohschiefer in schieferseitig stromaufwärts gelegenen

i"· Vorwärmstuferi verwendet. Die Temperatur des Rauchgases, das mit dem Ölschiefer in den stromaufwärts gelegenen Vorwärmstufen in Kontakt steht, muß niedrig genug sein, gewöhnlich unterhalb von etwa 427" C bis 482° C, um die Bildung und das Ab-

-'" blasen erheblicher Mengen an Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre zu vermeiden.

Das vorliegende Verfahren kann in angemessener Weise mit zwei Vorwärmstufen und einer zwischengeschalteten Verbrennung und Rauchgaswiedererwär-

-' mung durchgeführt werden; jedoch werden drei Vorwärmstufen unter Verwendung einer einzigen zur Rauchgasaufheizung dienenden Brennkammer, die zwischen der zweiten und der dritten Vorwärmstufe angeordnet ist, bevorzugt. Es können vorteil hafter-

Ki weise auch zwei zur Rauchgasaufbereitung dienende Brennkammern vorgesehen werden, wobei eine Brennkammer zwischen der ersten und der zweiten Vorwärmzone und die andere Brennkammer zwischen der zweiten und der dritten Vorwärmzone an-

>> geordnet ist.

Ölschiefer, der auf eine Nenngröße von 1,27 cm zerkleinert worden ist, wird aus der Zerkleinerungsmaschine in eine Flugstromvorwärmzone eingeführt, in welcher der Schiefer mit Rauchgas bei einer Tcm-

Hi peratur in Berührung gebracht wird, die ausreicht, den Schiefer partiell vorzuwärmen und die freie Feuchtigkeit zu entfernen. Das aus dieser ersten Stufe austretende Rauchgas wird in die Atmosphäre abgelassen, nachdem es durch einen Entstaubungsapparat, wie

ti beispielsweise einen Sackfilter, einew elektrostatischen Filter, einen Ricselturm oder dergleichen geleitet worden ist. In den stromabwärts von der ersten Vorwärmzonc gelegenen Vorwärmzonen höherer Temperatur wird der Ölschiefer durch Inbcrührung-

■.(I bringen mit heißeren Rauchgasen aus einer Wärmeträgerkürper-Wiedfcrerhitzungszone auf zunehmend höhere Temperaturen erwärmt. Der vorgewärmte Ölschiefer aus der abschließenden Vorwärmzone wird in die Pyrolysezone geführt. Die teilweise gekühlten

*)"> Rauchgase aus den gasseitig stromabwärts der abschließenden Vorwärmzone gelegenen Vorwärmzonen werden durch eine oder mehrere Zwischenstufen-Brennkammern geleitet, in welchen die Rauchgase durch Verbrennen einer Mischung von Brenn-

Mi material, mitgerissenen Kohlenwasserstoffen und rohem ölschieferabrieb erneut erhitzt werden.

Die Temperaturregelung der in die verschiedenen Vorwärmzonen eingespeisten Rauchgase kann durch

hi Mischen von zusai/licher kühler Frischluft oder Rauchgas mit dem primären Rauchgasstrom oder durch Leiten des Rauchgases durch Wärmeaustauscher bewirkt werden.

Der ölschiefer wird also vor seiner Pyrolyse in einer Retorte zur Freisetzung dampfförmiger, kohlenwasscrstoffhaltiger Produkte auf Temperaturen in der Größenordnung von 204,44° C bis 343,33° C vorgewärmt, indem man den Ölschiefer mit heißen Rauchgasen in eine Reihe von zumindest zwei Flugstromerhitzern mit einer stromaufwärts des abschließenden Flugstromerhitzers gelegenen Brennkammer zum Wiedererhitzen der Rauchgase darin führt und den ölschieferabrieb und die während der Vorwärmeoperation entwickelten Kohlcnwasscrstoffdämpfc, die in den Rauchgasen vor dem Austragen in die Atmosphäre mitgeführt worden sind, verbrennt.

Das anschließend unter Bezugnahme auf -lic Zeichnungen beschriebene Verfahren verwendet eine Kombination von drei Flugstrom-Vorwärmzonen mit einer Zwischenstufen-Brennkammer, die zwischen der zweiten und der dritten (letzten) Vorwärmzone iiügCwrünCi iSt, UiTi üCi'i v^iSCüiCiCf VOi'i Ciw'ä ιίϊ,ίϊ ν his zu einer Temperatur von etwa 260° C bis 316° C vor der Pyrolyse desselben zu erwärmen. Die Zeichnung ist ein Verfahrensfließdiagramm der bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung, beschrieben in Kombination mit dem Pyrolyseverfahren, wie es in der oben angegebenen US-PS 3265608 beschrieben worden ist. Die folgende Tabelle I gibt eine typische Siebanalyse für Rohrschiefer mit einer Ncnn-Teilchengrößc von 1.27 cm wieder, auf welchen die Ausfiihrungform abgestellt ist.

TaIxMIe I

Siebanalyse von Rohschiefer mit einer Neiintcilchengriiße von 1.21 cm

Masehengröße	Zurückbehalten	Durchgang
12.7 mm	0	100.0
9.4234 mm	10.3	89.7
4,76 mm	38.5	51.2
2.38 mm	21.7	29.5
0.84 mm	17.2	12.3
ί \ "1*7 IHJH
0.177 mm	3.8	3.0
bis 0,177 mm	3.0	-

Unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung erläuterte Ausführungsform wird frisch zerkleinerter Ölschiefer (einschließlich Abrieb und Feuchtigkeit) bei etwa 10.0° C kontinuierlich .in einen Stromerhitzer (erste Vonvärmzone) 10 mit einer Rate von etwa 450 t/h eingeführt, in welcher der Schiefer mit relativ warmem Rauchgas von etwa 246,11 C aus einer Leitung 11 in Kontakt gebracht und gt "ordert wird. Das Rauchgas, das in die erste Vonvärmzone 10 durch die Leitung 11 eingespeist wird, ist eine Mischung des Rauchgases aus einer zweiten Vonvärmzone (Stromerhitzer) 12 mit einer Temperatur von etwa 190,56° C, das durch eine Leitung 13 zugeführt wird, mit Rauchgas aus einer Zwischenstufen-Brennkammer 24 mit einer Temperatur von etwa 760° C, das durch eine Leitung 16 zugeführt wird. In der ersten Vonvärmzone 10 wird der Ölschiefer auf etwa 93,33 ° C vorgewärmt, während er zu einem Sammelbehälter 17 und einem Zyklonabscheider 18 transportiert wird, worin die ölschieferteiichen vorn Rauchgas getrennt werden. Der partiell vorgewärmte ölschiefer wird dinn durch Fallspeisung über Leitungen 19 und 20 in die zweite Vorwärmzone 12 mit einer Rate von etwa 450 t pro Stunde eingespeist, um dort weiter vorgewärmt zu werden. Das Rauchgas vom Zyklonabscheider 18, das eine Temperatur von etwa 107,22° C aufweist und Ölschieferstaub und Wasscrenthält, wird durch einen Ricselturm (nicht gezeigt) geführt und dann mit einer niedrigen Temperatur von etwa 51.67° C in die Atmosphäre abgelassen. In der ersten Vorwärmzone 10 werden annähernd 113,56 l/min Wasser aus dem Schiefer entfernt, das nicht in die stromabwärts gelegenen Vorwärm- und Schwelzonen gelangen soll und endgültig aus dem ölprodukt beseitigt wird.

Im Stromerhitzer der zweiten Vorwärmzonc 12 wird der ölschiefer weiter bis auf etwa 176,67° C erwärmt, wobei er durch das heiße Rauchgas, das eine Eingiingstemperatur von 427" C hat. gefördert wird. Das heiße Rauchgas in der zweiten Vorwärmzonc 12 *Vü"ii UuFCiI Cine t-Citun^ äa% CiHgCSpCiSi ϊΐΠΟ in-SiCii« aus dem Rauchgas aus einer drillen Vorwärmzonc 22 mit einer Ausgangs-Gastcmperatur von etwa 301,67" C, das durch eine Leitung 23 der Zwischenstufen-Brennkammer 24 zugeführt wird, worin es durch die Verbrennung von während der abschließenden Vorwärmoperation entwickelten Kohlenwasserstoffe. Ölschieferabrieb und zusätzlichem Brennstoff auf eine Temperatur von etwa 760° C aufgeheizt wird. Das 7Wl° C heiße Rauchgas wird in einer Wärmerückgewinnungszone 24(rf) bis auf etwa 427° C abgekühlt, bevor es in die zweite Vorwärmzone 12 eintritt. Der Schiefer wird vom Rauchgas in einem Sammelbehälter 25 und einem Zyklonabscheider 26 abgetrennt und über Leitungen 27 und 28 der dritten Vorwärmzone 22 zugeführt. Sofern noch Wasserdampf vorhanden ist, wird er in der zweiten Vorwärmzone 12 entfernt.

Der auf etwa 176,67" C teilweise vorgewärmte ölschiefer wird in die dritte Vorwärmzone 22 eingespeist, in welcher er mit einem, durch eine Leitung

29 eingeführten Rauchgas von etwa 649° C bis etwa 760° C in Kontakt gebracht und gefördert wird, um so den gesamten Rohschieferstrom gleichmäßig bis auf etwa 288" C. ohne eine merkliche Pyrolyse desselben vor dem Schwelen in einer Pyrolysate-Retorte

30 zu bewirken, vorzuwärmen. Das in die letzte Vorwärmzone 22 eintretende Rauchgas umfaßt eine Mischung von durch eine Leitung 15 eingespeistem Kugelerhitzer-Rauchgas, das gegebenenfalls für Zwecke der Verfahrensregelung durch Zusatz von Quenchluft ' von etwa 37,78° C bis 48.89° C durch eine Leitung

31 abgekühlt werden kann. Der vorgewär,»te ölschiefer wird in einem Sammelbehälter 32 und einem Zyklonabscheider 33 vom Rauchgas abgetrennt und anschließend über Leitungen 34 und 35 der Retorte

> 30 zugeführt, in welcher die Pyrolyse des Ölschiefers durch Kontakt mit heißen keramischen Körpern, die aus einem Kugelerhitzer 14 über eine Leitung 36 eingespeist werden, durchgeführt wird.

Die Brennkammer 24 enthält gewöhnlich eine Ver-

i brennungszone 24(a). in welcher Luft und Brennstoff verbrannt werden, eine Mischzone 24(6). in welcher das Rauchgas aus der Leitung 23 mit den Verbrennungsprodukten aus der Zone 24(a) gemischt werden, eine zweite Verbrennungszone (24)c), in welcher der

5 Ölschieferabrieb und die Kohlenwasserstoffe aus der dritten Vonvärmstufe 22 verbrannt werden, und die Wärmerückgewinnungszone 24(d), in der das Rauchgas bis auf etwa 427 " C abgekühlt wird, bevor es durch

die Leitung 21 austritt. Die Wärmerückgewinnungszone 24(d) kann herkömmliche Luft-Wärmeaustauscher und/ouer Abwärmekessel für die Dampferzeugung enthalten.

Durch einen Kugelelevator 37 und eine Leitung 38 werden keramische Kugeln in eine Heizkammer 39 C/Vi Kugelerhitzers 14 eingeführt, in welcher die Kugeln mit heißem Rauchgas aus einer Brennkammer 40 in Berührung gebracht werden. Luft und Brennstoff werden über Leitungen 41 bzvv. 42 einem Zerstäubungsbrenner (nicht gezeigt) zugeführt, der in der Brennkammer 40 angeordnet ist, in welcher die Mischung zur Erzeugung von heißem Rauchgas verbrannt wird. Da die keramischen Kugeln und das Rauchgas im Gleichstrom nach unten durch den Kugclerhitzcr 14 abgezogen werden, werden die Kugeln erhitzt, während das Rauchgas abgekühlt wird. Das

eine Schleuse 43 und eine Leitung 44 für die Verwendung in der Rohschiefer-Vorwärmzone 22 abgezogen. Die erhitzten Kugeln werden aus der Kugelaufhcizzone 39 über die Leitung 36 in den Pyrolysator 30 eingespeist.

Inder rotierenden Pyrolyse-Trommel oder Retorte 30 werden die heißen keramischen Kugeln aus dem Kugelerhitzer 14 mit dem bis auf etwa 288° C vorgewärmten Rohschiefer zur Pyrolyse desselben in Berührung gebracht. Die Kugeln und der ölschiefer durchlaufen die Retorte 30 im Gleichstrom, in welcher ('•e Wärme der Kugeln auf den ölschiefer übertragen wird, wobei kohlenwasscrstoffhaltiger Schicferöl-Dampf und verarbeiteter Schieferfeststoff entstehen. Der ausströmende Dampf, der verarbeitete Schieferfeststoff und die abgekühlten Kugeln gehen aus der Pyrolyse-Retorte 30 durch einen Tunnel 45 in ein rotierendes Trommelsieb 46, durch dessen öffnungen der zerkleinerte, verarbeitete Schieferfeststoff hindurchgeht, während der Durchtritt der größeren Kugeln verhindert wird. Der abströmende Dampf wird aus einer Dampfhaube 47 abgezogen und durch eine Leitung 48 zu einem Riickgewinnungsabschnitt (nicht gezeigt) geführt. Im wesentlichen gehen aiie verarbeiteten Schieferfeststoffe durch das Trommelsieb 46 in einen Sammelbehälter 49 für verarbeitete Schieferfeststoffe, aus welchem sie durch eine Leitung 50 ausgetragen werden. Die abgekühlten Kugeln werden aus einem Sammelbehälter 51 durch eine Leitung 52 in den Kugelelevator 37 geführt und zurück über die Leitung 38 zum Wiedererhitzen in den Kugelerhitzer 14 eingespeist.

In der vorstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindungsind die Temperaturen der verschiedenen Rauchgas- und Feststoffströme beispielhaft für einen Satz von Vorwärmbedingungen, von denen gefunden wurde, daß sie für die Verarbeitung eines spezifischen Typs und einer spezifischen Qualität von ölschiefer wünschenswert sind. Es wurde gefunden, daß diese Bedingungen auf einen ölschiefer aus der Mahogany-Zone des Piceance Bassin, das im nordwestlichen Colorado gelegen ist, anwendbar sind. Mahogany-Zone-ÖIschiefer enthält gewöhnlich 113,56 bis 151,42 I an gewinnbaren flüssigen Kohlenwasserstoffen pro Tonne an verarbeitetem Schiefer. Wenn Ölschiefer entweder niedrigerer oder höherer Qualität verarbeitet wird, können die Rauchgas- und Feststoff-Temperaturen in jeder der entsprechenden Aufwärtsförderleitungen oder Stromerhitzern geändert werden, um das System zu optimieren. Demzufolge können die Vorwärmbedingungen, ohne von dem hier offenbarten Grundkonzept abzuweichen, geändert werden, wenn vorläufige Untersuchungen an einer besonderen Qualität von ölschiefer zeigen, daß es wünschenswert ist, das Ausmaß des Vorwärmers in irgendeiner der drei Vorwärmstufen zum Zwecke der Änderung der atmosphärischen Kohlenwasserstoff-Emissionen und/oder der Brennstoffzufuhr zu der Vorwärmzone entweder zu erhöhen oder zu senken.

Es wurden Versuche in einer Anlage für die Verarbeitung von KH)O t pro Tag an Mahogany-Zoncn-Ölschiefer zur Bestimmung der unter spezifischen Vorwärmbedingungen für jede der drei Vorwärmstufen erzeugten Menge an Kohlenwasserstoffen durchgeführt. Aus diesen Versuchen wurde bestimmt, daß beim Vorwärmen von ölschiefer (zerkleinert auf uni,.rh.>lK t π „m/\ ..,>t, I Ii <i° γ* w.r ~>(.i\ n° r* :« ~:~~~-

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Dreistufensystem ein Durchschnitt von 400 bis 700 ppm an Kohlenwasserstoffen gebildet wird. Von dieser Menge werden in der letzten Vorwärmstufe 4(K) bis 500 ppm Kohlenwasserstoffe und in den beiden ersten Stufen 75 bis 100 ppm Kohlenwasserstoffe gebildet. In diesen Untersuchungen wurden die Liftleitungen bei Rauchgas-Eingangstemperaturen von annähernd 260° C, 482° C bzw. 538° C betrieben, während der Schiefer auf nachcinanderfolgend höhere Temperaturen von annähernd 93.33° C, 176,67° C bzw. 260° C in den drei Vorwärmstufen erwärmt wurde.

Es wurden andere Versuchsreihen durchgeführt, um die Bedingungen zu bestimmen, die für eine wesentliche Senkung des Kohlenwasserstoffgehalts des Rauchgases, das aus der dritten Liftleitung austritt. undderannäherndenTeilchengrößeunddes Gehaltes an organischem Kohlenstoff des Ölschieferabriebs, der in dem Rauchgas mitgerissen wurde, notwendig sind. Die Tabelle II gibt eine Analyse der durchschnittlichen Teilchengröße von Olschieferabrieb wieder, der aus der dritten Vorwärmstufc in oie Brennkammer gelangte.

TaIx-IIe II

Analyse der Teilchengröße von in die Brennkammer eintretendem ölschieferabrieb

Die Tabelle IH gibt Analysen des Gehaltes an organischem Kohlenstoff von Ölschieferabrieb wieder, die aus isokinetischen Proben erhalten wurden, bezogen am Eingang und Ausgang der Brennungskammer während des Betriebes der Verbrennungszone bei Temperaturen im Bereich von 721° C bis 773,9° C. Diese Daten zeigen, daß der Abrieb organischen

Teilchengröße	Größere Teilchen
(μπι)	(Gew.-%)
40	0,1 Λ
30	0.2
20	0,6
15	1,2 I
10	2,0 I
8	3,3 f
5	11,6 I
3	50,1 j
1	92,4 \
0,5	97,4 1
0,1	ιοο,ο ι — Ά

Kohlenstoff enthält, der zur Gewinnung seines Heizwerts verbrannt werden kann.

Tabelle III

Gehalt an organischem Kohlenstoff von mitgefürtem ölschieferabrieb

Verbren- Organischer Abrieb als Org. Kohlcnnungs- Kohlenstoff % der stoffgehalt

kammer (Gew.-%) Beschickung des Abriebs* Ort der (kg/Std.)

Probenahme

25 32 778	0,49	10	2	99,7
	0,50	1018	3	99,2
Heiz- 754	0,52	508	6	99.4
771	0,52	1230	7	99,7
773,9	0,53	1226	4	99,5
779,4		1005
fürtern '> 782

Eingang
Ausgang
Eingang
Ausgang

16.05
0,23
5.91
0,10

0,36

0,39

243,12

3,63

97,07

1,81

* Rasierend auf 450 t/h Schielerbeschickung.

Die Tabelle IV zeigt die Ergebnisse von 17 Versuchen, die zur Bestimmung der in der dritten Vorwärmstufe erzeugten Kohlenwasserstoffmenge durchgeführt wurden, und die Betriebsbedingungen, die notwendig waren, um eine wesentliche Herabsetzung des Kohlenwasserstoffgehaltes des durch die Brennkammer hindurchgehenden Rauchgases zu bewirken. Die in diesen Versuchsreihen der Brennkammer zugefiihrten Kohlenwasserstoffe sind wegen Unterschieden in der mechanischen Größe und der Konstruktion ifcr Anlage beträchtlich höher. Diese Versuche wurden in einer Versuchsanlage durchgeführt, die für 24 t/d ausgelegt war.

Tabelle IV

Kohlenwasserstoffhcrabsetziing mit einer

Veraschungszone zwischen der zweiten und der

dritten Vorwärmstufe

Verbrennungszone	zeit	Kohlenwasserstoff-	Ausgang	(ppm)	Verbren-
ratur	(Sek.)	Eingang	Kohle nwasserstof f	475	Wirkungs
("C)		(ppm)	346	grad (%)
	0,31	2129	47
660	0,29	2129	12	71,2
682	0,39	913	9	79.3
690,6	0,41	1021	11	93.2
699	0,48	751	3	98,4
718,3	0,47	1040	9	98,5
721	0,48	648	17	98,6
729,4	0,33	1214	12	99,4
732	0,50	890	2	99,0
738	0,50	890	11	98,6
738	0,41	3846	98,2
746,1	0,55	986	99,9
751,7	98.4

Aus den vorstehenden drei Tabellen ist es ersichtlich, daß eine erhebliche Menge an sehr feinem ölschieferabrieb im Rauchgasstrom mitgeführt wird, die

i" als Wärmequelle für das Vorwärmsystem verwendet und sonst nicht verwertet werden kann. Außerdem ist aus Tabelle IV ersichtlich, daß die Zwischenschaltung einer Verbrennungszone (Brennkammer) /wischen der zweiten und der dritten Vorwärmstufe für

|-> die Herabsetzung des Kohlenwasserstoffgehaltes des Rauchgases sehr wirksam ist, wenn die Verbrennungszone bei einer Temperatur von höher als etwa 70'!° C, und vorzysweise bei etwa 760° C bei Verweilzeiten in der Größenordnung von zumindest 0.5

-'» Sekunden betrieben wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung des Verfahrens gemäß Erfindung ist es ersichtlich, daß hierdurch ein Verfahren zum Verschwelen oder Pyrolysieren von ölschiefer geschaffen wird, das den gesamten

-'> Schiefer einschließlich des Abriebmaterials verwertet und so im wesentlichen 100% der gewinnbaren Kohlenwasserstoffe entweder als flüssiges oder gasförmiges Produkt oder als Brennstoff in dem Vorwärmsystem nutzbar macht. Darüber hinaus sorgt das

ei Verfahren für ein Vorwärmen des rohen Ölschiefers bis auf Temperaturen in der Größenordnung von 204,44° C bis 343,3° C. ohne daß eine wesentliche Pyrolyse des Hauptanteils des Schiefers vor dem Verschwelungs- oder Pyrolysenvorgang bewirkt wird.

r. Außerdem sorgt das erfindungsgemäße Verfahren für eine erhöhte Wärmeersparnis dadurch, daß man das Rauchgas mit einer niedrigen Temperatur und nicht mit einer hohen Temperatur an die Atmosphäre abgibt.

in Zusätzlich sorgt das erfindungsgemäße Vorfahren durch Verbrennung von Kohlcnwasserstoftdämpfe, die in erster Linie aus einer Verdamptung des in dem Schiefer enthaltenen Bitumens herrühren, für eine wesentliche Herabsetzung der Kohlenwasserstoff-

r> Emissionen. Die Verwendungeines einzigen Stromerhitzers zur Erzielung dieser höheren Vorwärmtemperaturen hat keine praktische Bedeutung, da der frische Rohschiefer hierbei mit Rauchgasen von hoher Temperatur, d. h. von 649° C bis 760° C in Berüh-

Vi rung gebracht werden würde, was wiederum zu sehr starken Kohlenwasserstoff-Emissionen führen würde. Außerdem wäre, wenn ein einziger Stromerhitzer in der eben beschriebenen Weise betrieben würde, die Rauchgas-Austragstemperatur notwendigerweise in

V) der Größenordnung von 316° C, und dieses Rauchgas würde offensichtlich wesentliche Mengen an nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen enthalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Vorwärmen von ölschiefer vor dessen Pyrolyse, bei welchem der ölschiefer in zumindest zwei hintereinandergeschalteten Stromerhitzern durch Rauchgase erwärmt wird, welche zuerst den vom ölschiefer zuletzt durchlaufenen Stromerhitzer und später durch den vom ölschiefer zuerst durchlaufenen Stromerhitzer strömen und zwischen den Stromerhitzern in einer Brennkammer wieder aufgeheizt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase in der zwischen die Stromerhitzer geschalteten Brennkammer durch Verbrennen des mitgeführten Ölschieferabriebes und der mitgeführten Kohlcnwasserstoffdämpfe erhitzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des ölsctiieferabriebes und der Kohlenwasserstoffdämpfe bei einer Temperatur oberhalb von 700° C erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des mitgeführten Ölschieferabriebes und der Kohlenwasserstoffdämpfe in der Brennkammer zwischen etwa 0,3 und 1,0 Sekunden liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase in der Brennkammer auf eine Temperatur unter 480° C abgekühlt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in den letzten Stromerhitzer eingeführte ölschiefer auf eine Temperatur von etwa 1 /5° C vorgewärmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Rauchgase in der Brennkammer zwischen etwa 0,5 und 1,0 Sekunden liegt und daß die Temperatur in der Brennkammer zwischen 760 und 815° C liegt.