DE3338010A1

DE3338010A1 - Verfahren zur verbrennung von auf festen teilchen abgelagertem koks und zur erzeugung von wiedergewinnbarer waerme aus mit kohlenwasserstoffen beladenen festen teilchen sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3338010A1
Application number: DE19833338010
Authority: DE
Inventors: Richard Charles Darton; Rajamani Den Haag Krishna; Hubrecht Cornelis Antonie Van Meurs; Heinz Voetter
Original assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1982-10-21
Filing date: 1983-10-19
Publication date: 1984-04-26
Also published as: LU85050A1; AU2040483A; ZA837775B; GB2129010B; FR2535017A1; US4508041A; SE8305746L; YU209383A; BE898022A; NZ206014A; MA19934A1; GB2129010A; AU558698B2; CA1215663A; TR22009A; SE8305746D0; FR2535017B1; BR8305763A

Description

HELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V., >en Haag, Niederlande.

erfahren zur Verbrennung von auf festen Teilchen abgelagertem Koks nd zur Erzeugung von wiedergewinnbarer Wärme aus mit Kohlenwassertoffen beladenen festen Teilchen sowie Vorrichtung zur Durchführung es Verfahrens.

eanspruchte Priorität: 21.Oktober 1982, Großbritannien, Nr.8230131

ie vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von uf festen Teilchen abgelagertem Koks, von denenKohlenwasserstoff durch rhitzen praktisch vollständig entfernt worden sind. Die Erfindung be-· ieht sich ferner auf ein Verfahren zur Erzeugung von wiedergewinnbasr Wärme aus mit Kohlenwasserstoff beladenen festen Teilchen. Ferner 2zieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung die-2r Verfahren.

3 ist an sich wohlbekannt, daß Kohlenwasserstoffe von mit solchen shlenwasserstoffenbeladenem Material, wie ölschiefer, Teersand und DhIe₁ durch Erhitzen von Teilchen eines solchen Materials in prakti^; :her Abwesenheit von freiem Sauerstoff auf eine Temperatur von minde- :ens 400⁰C entfernt werden können und daß die so entfernten Kohlen- COPY

lenwasserstoffe wiedergewonnen werden können. Im Falle des Einsatzes von Ölschiefer wird dieses Verfahren üblicherweise als Retortenverfahren(retorting) bezeichnet und im Fall des Einsatzes von Kohlen wird es als Pyrolyse bezeichnet.

Bei einer Anzahl von verschiedenen an sich bekannten Verfahren wird das Erhitzen der Teilchen mittels Wärmeaustausch mit einem wärmetragenden Medium durchgeführt. Ein solches wärmetragendes Medium kann beispielsweise ein festes Medium sein, welches aus inerten Teilchen besteht, die in einem getrennten Behälter erhitzt und dann durch die Behälter im Kreislauf geführt werden, in denen die Kohlenwasserstoffe entfernt werden. Zu diesem Zweck kann Sand oder stückiges Keramikmaterial eingesetzt werden.

Bestimmte der bekannten Retortenverfahren machen Gebrauch von der Tatsache,,daß das verbrauchte Material, d.h. das nach Entfernen der Kohlenwasserstoffe zurückbleibende Material, noch beträchtliche Mengen an Koks enthält. Es ist daher vorgeschlagen worden, die für die Durchführung des Retortenverfahrens benötigte Wärmemenge durch vollständige oder teilweise Verbrennung dieses Kokses zu erzeugen, wodurch dann ein heißes verbrauchtes Material gebildet wird. Dieses heiße verbrauchte Material kann als wärmetragendes Medium für das Retortenverfahren eingesetzt werden.

Die Verbrennung kann durchgeführt werden, während sich die festen Teilchen in einem aufgewirbelten Zustand befinden. In einer mit einer Wirbelschicht arbeitenden Verbrennungsvorrichtung bestimmt sich die Querschnittsfläche nach der Menge des erforderlichen, Sauerstoff enthaltenden Gases und der höchstmöglichen Gasgeschwindigkeit, bei der noch keine Teilchen mitgerissen werden. Das bedeutet aber, daß eine groß ausgelegte Verbrennungsvorrichtung benötigt wird. Darüberhinaus ist zu berücksichtigen, daß bei einer für die Praxis geeigneten Höhe der Wirbelschicht der Druckabfall über dem dichten Teil der Schicht hoch ist, was beträchtlich zu den Kosten des Kompressors beiträgt. Die Verweilzeit von Teilchen in einer mit Wirbelschicht arbeitenden Verbrennungsvorrichtung ist außerdem lang, so daß unerwünschte Nebenreaktionen auftreten können. Im Fall der Verbrennung von verbrauchtem Ölschiefer, der_ Kaliumcarbonat enthält, kann eine endotherm ablaufende Carbo-

COPY BADORiG(NAL

natzerSetzung stattfinden, was eine nachteilige Wirkung auf den thermischen Wirkungsgrad des Verfahrens hat.

Die Verbrennung kann auch in einer Verbrennungsvorrichtung mit '

Steigrohr durchgeführt werden, mittels welchem das verbrauchte ■■'· Material infolge der Einwirkung eines durchströmenden sauerstoff haltigen Gases nach oben transportiert wird. Diese Technik wird weithin empfohlen. Sie hat jedoch den Nachteil, daß ein
sehr hohes Steigrohr erforderlich ist, um den gewünschen Ver- . ^: brennungsgrad des Kokses sicherzustellen, was zu konstruktiven
Problemen führt und außerdem hohe Kostenverursacht. Darüberhinaus^ ist es zur Aufrechterhaltung eines störungsfreien Betriebes in einem Steigrohr erforderlich, daß der Durchmesser desselben
maximal etwa 1,5 m beträgt, was zur Folge hat, daß für eine
große Anlage eine Vielzahl solcher Steigrohre in Parallelanordnung erforderlich ist. Darüberhinaus bietet die Anordnung von
Wärmeaustauscherflächen in solchen Steigrohren- was in solchen
Fällen erforderlich ist, wo überschüssige Wärme erzeugt wirdtechnische Schwierigkeiten.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbrennen von verbrauchtem Material zur Verfügung zu stellen, bei dem der Druckabfall wesentlich geringer ist als bei
üblichen mit einer Wirbelschicht arbeitenden Verbrennungsvorrichtungen, und bei welchem die Temperaturkontrolle einfach ist und die Verweilzeit der Teilchen kurz ist. Die für die Durchführung eines solchen Verfahrens erforderlichen Anlagen bzw. Vorrichtungen sollen außerdem keine konstruktiven Probleme bringen und nicht so hohe Kosten verursachen, wie es bei einer Verbrennungsvorrichtung mit Steigrohr der Fall ist.

Es ist weiterhin ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbrennung von mit Kohlenwasserstoffen beladenen festen Teilchen und für die Wiedergewinnung der so erzeugten Wärme zur Verfügung zu stellen. Die so wiedergewonnene Wärme kann für die Erzeugung von Dampf für Kraftwerke ausgenutzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbrennung von auf feston
Teilchen abgelagertem Koks, von denen Kohlenwasserstoffe durch COPY

/ID

Abfolge von mindestens 2 Verbrennungsstufen, ist dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:-

a) Einspeisen der festen Teilchen über einen Einlaß in Boden-• nähe in die erste Verbrennungsstufe dar Abfolge;

b) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases am Boden jeder Verbrennungsstufe, wodurch mindestens 1 Anteil der Teilchen zu einem oberen Auslaß mitgerissen wird und mindestens 1 Anteil des auf den Teilchen befindlichen Kokses unter Bildung eines Rauchgases verbrannt wird;

c) Weiterleiten der Teilchen und des Rauchgases von dem oberen Auslaß jeder Verbrennungsstufe in eine jeder Verbrennungsstufe nachgeschaltete Trennstufe;

d) Abtrennen des Rauchgases von den Teilchen in jeder Trennstufe, Ablassen des Rauchgases am Kopf jeder dieser Stufen und Abziehen der Teilchen am Boden derselben;

e) Einspeisen mindestens eines Teils der abgezogenen Teilchen, in die auf die Trennstufe folgende nächste Verbrennungs stuf e,- und zwar über einen in Bodennähe befindlichen Einlaß, wodurch eine neue Folge von Verfahrensschritten eingeleitet wird, welche im wesentlichen den Schritten a) bis d) entspricht, und Austragen mindestens eines Teils der aus der letzten Trennstufe abgezogenen Teilchen.

Der Druckabfall über jeder Verbrennungsstufe ist relativ niedrig, und zwar infolge der Tatsache, daß das Teilchenbett eine geringere Dichte aufweist als im Fall einer üblichen mit Wirbelschicht arbeitenden Verbrennungsvorrichtung. Die die einzelnen Verbrennungsstufen enthaltenden Reaktoren sind nicht so großvolumig ausgelegt wie Verbrennungsvorrichtungen, welche ein übliches Wirbelschichtbett enthalten_; oder wie eine Verbrennungsvorrichtung mit hohem Steigrohr. Das Gesamtvolumen an festen Teilchen in den Reaktoren ist daher kleiner als bei den vorstehend erwähnten üblichen Verbren-_- nungsvorrichtungen. Dieser Sachverhalt macht die Konstruktion *^ der .erfindungsgemäß eingesetzten Reaktoren und ebenso der erfor- —

BAD ORIGINAL

derlichen Trennvorrichtungen welche die einzelnen Trennstufen enthalten^ relativ einfach. Die Anlagen bzw. Vorrichtungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind daher leicht und weniger kostspielig, und es können daher selbst bei sehr groß ausgelegten Anlagen die Vielzahlparallel angeordneter Verbren- _; nungsvorrichtungen vermieden werde^ wie sie im Fall von Verbrennungsvorrichtungen mit Steigrohr erforderlich sind.

Auch die Installation von Wärmeaustauscherflächen in den Reaktoren und Trehnvorrichtungen, die gegebenenfalls erforderlich ist, läßt sich auf einfache Weise bewerkstelligen.

Die Temperatur in jeder Verbrennungsstufe kann eingeregelt werden, so daß sich der Verbrennungsvorgang optimieren läßt. Die Temperatur kann durch eine mögliche Variation in dem Zufluß von sauerstoff haltigem Gas zu jeder Verbrennungsstufe kontrolliert und daher kann auch die Wärmeerzeugung in jeder Verbrennungsstufe geregelt werden. Die Verweilzeiten der Teilchen in den einzelnen Verbrennungsstufen sind kurz, trotzdem kann aber eine gute Kontrolle des Umwandlungsgrades des Koksesmittels einer guten Temperaturregelung und einer Variation der Anzahl der Verfahrensstufen sichergestellt werden.

Die bevorzugte Anzahl von Verbrennungsstufen hängt ab von der Menge des auf den festen Teilchen niedergeschlagenen Kokses und dem erwünschten Koksumwandlungsgrad mittels Verbrennung. Wenn eine hohe Koksumwandlung gewünscht ist, werden mit Vorteil mehrere Verbrennungsstufen verwendet. Vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus werden vorzugsweise höchstens 5 Verbrennungsstufen verwendet. Zwei Verbrennungsstufen werden eingesetzt, wenn der Koksgehalt auf den festen Teilchen relativ niedrig ist,oder wenn nur ein mittlerer Koksumwandlungsgrad hingenommen werden kann. Im allgemeinen werden aber mit Vorteil 2 bis 5 in Serie geschaltete Verbrennungsstufen angewendet.

Wenn jedoch nur eine einzige Verbrennungsstufe vorhanden ist, wird auch nur ein Anteil des auf den Teilchen vorhandenen Kokses abge-i_

brannt. . . ,— -7

COPY

4Ά

In diesem Fall sollte sich der Koksumwandlungsgrad verbessern lassen durch Kreislaufführung eines Teils des die Verbrennungsvorrichtung verlassenden Materialstroms, der noch Koks enthält und'wieder in den Einlaß der Verbrennungsvorrichtung eingespeist wird. Bei dieser Ausführungsweise müßte jedoch eine Verbrennungsvorrichtung mit sehr großem Volumen eingesetzt werden, da die Gesamtmenge an sauerstoffhaitigern Gas, welche für die Verbrennung benötigt wird, dieser einzigen Verbrennungsvorrichtung zugeführt werden müßte. Darüberhinaus wäre die Temperaturkontrolle während des Ablaufs der Verbrennung weniger flexibel als in dem Fall, wo mehr als eine Verbrennungsstufe vorhanden ist, denn im letzteren Fall läßt sich die Kontrolle durch Variation der Gasmengen erreichen, welche den einzelnen Stufen zugeführt werden.

Der Koksgehalt auf den festen Teilchen, von denen Kohlenwasserstoffe durch Erhitzen wiedergewonnen worden sind, liegt im allgemeinen im Bereich von 1 bis 12 Gewichtsprozent.

Infolge eines guten Wärmeaustausches zwischen dem Gas und den festen Teilchen in den einzelnen Verbrennungsstufen entstehen keine überhitzten Stellen. Die Temperatur in den Verbrennungsstufen läßt sich kontrollieren durch die Menge des jeder einzelnen Verbrennungsstufe zugeführten Sauerstoffs. Eine solche Regelung kann stattfinden, indem man entweder die Sauerstoffkonzentration in dem Gas variiert oder die Strömungsmenge an sauerstoffhaltigen Gasen verändert. Trotzdem kann der Fall eintreten, daß zu viel Wärme freigesetzt wird, beispielsweise, wenn eine große Menge an Koks auf den Teilchen vorhanden ist. In diesem Fall werden die Verbrennungsstufen vorzugsweise mittels eines Kühlsystems gekühlt. Dieses Kühlsystem umfaßt üblicherweise Kühlrohre, welche an der Innenwandung des Verbrennungskessels befestigt sind und durch welche eine Kühlflüssigkeit strömt, beispielsweise Wasser oder Dampf.

Nach der Entfernung von Kohlenwasserstoffen können die festen Teil chen Teilchengrößen innerhalb eines weiten Bereiches aufweisen. Das bedeutet, daß im allgemeinen auch relativ grobe Teilchen, d.h. Teilchen mit einem Durchmesser größer als 1 mm, in der ersten Ver brennungsstufe vorhanden sind, welche mit dem Gas nicht

BAD ORIGINAL

sen werden.„Um eine Anreicherung solcher grober Teilchen in der ersten Verbrennungsstufe zu vermeiden, werden sie vorzugsweise aus der ersten Verbrennungsstufe über einen in Bodennähe angeordneten Feststoffauslaß ausgetragen, Indem man verhindert, daß diese Teilchen zu lange in der Verbrennungsstufe anwesend sind,kann man erreichen, daß bestimmte Nebenreaktionen, wie die endotherm verlaufende Carbonatzersetzung, nur in begrenztem Ausmaß stattfinden, wodurch ein signifikant schädlicher Effekt auf die gesamte thermische Wirksamkeit vermieden wird.

Die Teilchengrößenverteilung kann aber auch derart sein, daß praktisch kaum grobe Teilchen vorhanden sind. Die festen Teilchen kön- ; nen in einem solchen Fall so schnell durch das Gas mitgerissen werden, daß der auf diesen Teilchen abgelagerte Koks nicht in ausreichendem Maß abbrennt. In einem solchen Fall ist es daher vorteilhaft, die vom Boden der Trennstufe abgezogenen Teilchen im Kreislauf in die vorhergehende Verbrennungsstufe zurückzuführen und diesen Teil der abgezogenen Teilchen an einer Stelle in die Verbrennungsstufe einzuspeisen, welche oberhalb des Einlasses von zusätzlichem sauerstoffhaltigen Gas liegt. Eine solche Arbeitsweise wird nachstehend im einzelnen noch beschrieben. Diese Kreislaufführung eines Teils der abgezogenen festen Teilchen zur vorhergehenden Verbrennungsstufe bietet eine weitere Möglichkeit zur Kontrolle des Abbrenngrades des Kokses, indem nämlich die Verweilzeit der Teilchen in der betreffenden Verbrennungsstufe verlängert wird. Grobe Teilchen können insbesondere in den auf die erste Verbrennungsstufe folgenden Verfahrensstufen nicht mehr vorhanden sein, weil die festen Teilchen durch den Verbrennungsvorgang in feinteilige Massen zerfallen können, wie nachstehend noch näher beschrieben werden wird. In einem solchen Fall kann eine"teilweise Kreislaufführung von festen Teilchen zu der vorhergehenden Verbrennungsstufe bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens von besonderem Vorteil sein.

Aus den vorstehenden Ausführungen dürfte klar ersichtlich sein,daß in Abhängigkeit von der Teilchengrößenverteilung entweder eine teilweise' Rückführung von festen Teilchen erfolgt oder im Fall, daß genügend große Teilchen vorhanden sind und auch in den darauffolgenden Verbrennungsstufen noch vorliegen, überhaupt keine Kreislaufführung COPY

Grobe Teilchen können aus dem System ausgetragen werden/ da sie aber immer noch etwas Koks enthalten können, ist es vorteilhaft, diesen Restanteil an Koks abzubrennend Für diesen Zweck können die groben Teilchen zu einer separaten Verbrennungszone weitergeleitet werden, welche beispielsweise eine Verbrennungsvorrichtung mit üblicher Wirbelschicht enthält, oder bei der es sich um einen Brennofen(kiln) handelt. Vorzugsweise verbleiben sie jedoch in dem System und werden der zweiten Verbrennungsstufe zugeführt. Für die groben Teilchen in der zweiten Verbrennungsstufe gilt das vorstehend für die erste Verbrennungsstufe Gesagte. So verbleiben sie vorzugsweise nur relativ kurz in der zweiten Verbrennungsstufe und werden dann zu einer nachfolgenden Verbrennungsstufe weitergeleitet. Daher ist die zweite Verbrennungsstufe gleichfalls mit einem in Bodennähe angeordneten Auslaß für grobe Teilchen ausgestattet. Nach der Behandlung in der zweiten Verbrennungsstufe werden die groben Teilchen aus dieser Stufe abgezogen und sie können dann aus dem System ausgetragen werden. Vorzugsweise werden sie jedoch zu der nachfolgenden Verbrennungsstufe weitergeleitet, um die Hauptmenge des Kokses abzubrennen, welche sich auf ihnen noch befinden mag .Sie werden daher aus dem System entfernt, nachdem sie aus der letzten Verbrennungsstufe abgezogen worden sind. Daher werden die groben Teilchen vorzugsweise über einen in der Nähe des Bodens angeordneten Feststoffaustrag aus einer Verbrennungsstufe abgezogen und dann von jeder Verbrennungsstufe-mit Ausnahme der letzten Verbrennungsstufe-zu der nachfolgenden Verbrennungsstufe weitergeleitet. Die aus der letzten Verbrennungsstufe abgezogenen groben Teilchen werden dann aus dem System entfernt.

Die so entfernten groben Teilchen werden mit Vorteil mit denjenigen Teilchen vereinigt, welche aus der letzten Trennstufe abgezogen werden. Auf die beschriebene Weise ist es möglich, daß die Hauptmenge an Koks von den groben Teilchen abgebrannt wird, während Nebenreaktionen nur in begrenztem Ausmaß stattfinden, weil die Verweilzeiten der groben Teilchen in jeder Verbrennungsstufe relativ kurz sind und außerdem genau kontrolliert werden. Es wird dabei dafür Sorge getragen, daß die Gesamtverweilzeit in den Verbrennungsstufen nicht zu lang ist. COPY

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß öfters Nebenreaktionen ablaufen, welche infolge eines Zerfalls der festen Teilchen zur Erzeu-

BAD ORIGINAL COPY

gung von feinteiligen Massen führen. Falls die Teilchen Carbonate enthalten, so ist eine der hauptsächlichen Nebenreäktionen die Carbonatzersetzung. Diese Reaktion ist stark endotherm und hat daher eine nachteilige Wirkung auf den Wärmehaushalt. Sowohl Teersande als auch Kohle können Mineralstoffe enthalten, welche sich endotherm zersetzen, doch sind insbesondere in ölschiefer öfters Carbonate in beträchtlichen Mengen enthalten. Die Carbonatzersetzung beginnt bei einer relativ niedrigen Temperatur, doch wird die Zersetzung erst bei Temperaturen oberhalb 800⁰C in Verbindung mit Verweilzeiten von 10-15 Sek. oder mehr von wirklicher Bedeutung. So ist es möglich, die Verweilzeit bei Temperaturen unterhalb 800⁰C zu verlängern und andererseits ist es möglich, die Temperatur auf über 800⁰C zu erhöhen, wenn gleichzeitig Verweilzeiten von weniger als 10 Sekunden angewendet werden. Weil eine zu niedrige Temperatur für die Verbrennungsreaktionen nicht günstig ist, läßt man die Temperatur bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht unterhalb 500⁰C absinken. Andererseits findet bei Temperaturen oberhalb 900⁰C die Zersetzung von Carbonaten, falls solche in den Teilchen anwesend sind, in einem zu großen Ausmaß statt, selbst wenn die Verweilzeiten so kurz.wie gerade praktisch noch möglich.gewählt werden. Falls der Carbonatgehalt in einem ölschiefer niedrig ist, sind höhere Verbrennungstemperaturen zulässig. Daher wird die Temperatur in den Verbrennungsstufen vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 500 bis 900⁰C gehalten. Die angewendete Verweilzeit hängt ab von-'.dem Gehalt an Koks und Mineralstoffen der festen Teilchen. Infolge der kurzen Verweilzeiten, die im allgemeinen zwischen 5 und 12 Sekunden liegen, ist es zulässig, die Temperaturen in der zweiten und in den nachfolgenden Verbrennungsstufen bis auf oberhalb 700⁰C ansteigen zu lassen, was sich vorteilhaft auf die Koksverbrennung auswirkt.

Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der Carbonatzersetzung, insbesondere in denjenigen Bereichen der Verbrennungsstufen, wo die Standzeiten und Verweilzeiten der Feststoffe mehr als 5 bis 10 Minuten bei höheren Temperaturen betragen, z.B. in den Standrohren der Zyklone der zwischengeschalteten Trennstufen, besteht

darin, Rauchgase mit beträchtlichen CO^-Gehalten einzuspritzen,

wodurch der Gesamtzersetzungsgrad von Carbonat zu Oxiden und herabgesetzt wird. COPY ,

In dem Maß, wie die Carbonatzersetung beim erfindungsgemäßen Verfahren eingeschränkt wird/ erhöht sich der gesamte thermische Wirkungsgrad des Verfahrens.

Das für die Verbrennung erforderliche sauerstoffhaltige Gas kann an zwei in unterschiedlicher Höhe gelegenen Stellen zugeführt werden. Ein Primärstrom wird in der Nähe des Bodens in eine Verbrennungsstufe eingespeist, um die Teilchen in einen wirbelschichtartigen Zustand zu bringen und gegebenenfalls die Teilchen zum oberen Auslaß mitzureissen. Ein zweiter Gasstrom wird vorzugsweise an einer höher gelegenen Stelle in die Verbrennungsstufe eingeführt. Auf diese Weise erfolgt die Verbrennung in jeder Stufe in zwei Schritten. Das führt zu einem störungsfreien Ablauf des Verbrennungsvorganges, wobei das Auftreten von Instabilitäten im Strömungsfluß vermieden wird. In dem Raum zwischen dem Boden jeder Verbrennungsstufe und der Stelle, an der der zweite sauerstoffhaltige Gasstrom zugespeist wird, ist die Gasgeschwindigkeit relativ niedrig. Die Zuspeisung von Feststoffen entweder aus der Originalzuspeisung oder aus einer Trennstufe ist daher in diesem Bereich relativ-einfach. Zusätzliches sauerstoffhaltiges Gas kann daher mit Vorteil in jede Verbrennungsstufe an einer Stelle zugeführt werden, welche oberhalb des Einlasses für feste Teilchen der Originalzuspeisung liegt.

Das verwendete sauerstoffhaltige Gas kann entweder Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, an Sauerstoff arme Luft oder Sauerstoff sein. Es ist besonders vom wirtschaftlichen Standpunkt aus bevorzugt, Luft zu verwenden. Der primäre und der sekundäre sauerstoffhaltige Gasstrom können die gleiche Zusammensetzung aufweisen und sie können mittels einer Zufuhrleitung zugeführt werden. So ist es möglich, einen Luftstrom durch eine Zufuhrleitung zuzuführen, dann diesen Strom in zwei Teilströme aufzutrennen, einen dieser Tei-lströme am Boden einer Verbrennungsstufe zuzuführen und den anderen Teilstrom durch mindestens einen Einlaß, der etwas höher gelegen ist, in die gleiche Verbrennungsstufe einzuspeisen. Es können jedoch auch unterschiedliche Zuspeisungsleitungen für den primären und den sekundären sauerstoffhaltigen Gasstrom verwendet werden. Außerdem können auch Gase mit unterschiedlichem Sauerstoffgehalt für, diesen

COPY

BAD ORIGINAL ^: —

Zweck eingesetzt werden.

In den Trennstufen werden vorzugsweise Zyklone eingesetzt, welche bei mittleren bis hohen Temperaturen betriebsfähig sind und welche eine gute Trennkapazität haben. Andere mögliche Trennvorrichtungen sind z.B. Aufprallseparatoren. In einer Trennstufe können mehr als eine Trennvorrichtung verwendet werden, die in Serie oder parallel geschaltet sein können. So ist es zweckmäßig, zwei Zyklone zu verwenden, wobei das erste Zyklon Abmessungen aufweist, welche für das Abtrennen von relativ groben Teilchen geeignet ist, während das zweite Zyklon die feinen Teilchen von dem Rauchgas trennt. Zwei parallel geschaltete Zyklone können für sehr groß ausgelegte Verbrennungsstufen von Vorteil sein, um so die Abmessungen solcher Zyklonen innerhalb vernünftiger Grenzen zu halten. ·.

Die Zyklone oder ihre Standrohre können geeigneterweise gekühlt werden. Auf diese Weise werden auch die Teilchen, welche die Zyklone verlassen und zur nächsten Verbrennungsstufe weitergeleitet werden gekühlt, bleiben aber heiß genug, um in der nächstfolgenden Verbrennungsstufe einen guten Koksabbrand zu gewährleisten. Die Teilchen sind auch nicht so heiß, daß während des Verbrennungsvorganges in der nächsten Verbrennungsstufe ihre Temperatur in einem solchen Ausmaß ansteigen würde, daß eine merkliche Carbonatzersetzung stattfinden könnte. Durch den Einsatz gekühlter Zyklone wird auch das Rauchgas abgekühlt und daher daraus Wärme wiedergewonnen.

Vorzugsweise wird der Wärmeinhalt der Rauchgase für das Vorheizen des sauerstoff haltigen Gases ausgenutzt,bevor dieses in eine Verbrennungsstufe eingespeist- wird. Ein anderer Anteil der fühlbaren Wärme der Rauchgase wird mit Vorteil für die Erzeugung von Dampf ausgenutzt.

In den Rauchgasen kann noch etwas Kohlenmonoxid enthalten sein, weil möglicherweise ein stöchiometrischer Unterschuß an Sauerstoff in eine Verbrennungsstufe eingespeist wurde. Das kann

insbesondere in den ersten Verbrennungsstufen der Fall sein. .-

Um dieses Kohlenmonoxid vor oder nach der Wärmewiedergewinnung *"·*··

nen, wird das abgelassene Rauchgas mit Vorteil einer Nachverbrennung unterworfen. Gegebenenfalls kann auch eine relativ kleine Menge an zusätzlichem Brennstoff in eine solche Nachverbrennungsstufe eingespeist werden, um eine geregelte Kohlenmonoxidverbrennung sicherzustellen.

Die aus der letzten Trennstufe abgezogenen Teilchen werden vorzugsweise mindestens zum Teil im Kreislauf in die erste Verbrennungsstufe zurückgeführt. Diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient zwei Zielen. Einmal übertragen die im Kreislauf zurückgeführten heißen Teilchen Wärme auf die erste Verbrennungsstufe. Vorzugsweise werden so viele Teilchen im Kreislauf in die erste Verbrennungsstufe zurückgeführt, daß die mittlere Temperatur des Gemisches aus Teilchen der Zuspeisung und der im Kreislauf zurückgeführten Teilchen im Bereich zwischen 500 und 700⁰C liegt, wodurch eine schnelle Zündung in der ersten Verbrennungsstufe sichergestellt ist. Einige Schieferarten sind im verbrauchten, d.h. von Kohlenwasserstoffen befreiten Zustand, jedoch ausreichend reaktiv, um auch bei niedrigen Temperaturen eine Entzündung möglich zu machen, so daß dann eine Kreislaufführung von heißem ölschiefer nur für diesen Zweck nicht erforderlich ist. Zweitens können die Teilchen aber auch noch unverbrannten Koks aufweisen. Durch eine Kreislaufführung dieser Teilchen wird daher eine bessere Koksentfernung erreicht.

Geeigneterweise wird ein anderer Anteil der aus der letzten Trennstufe abgezogenen Teilchen als Wärmeträger in eine Zone zur Durchführung des Retortenverfahrens eingespeist, in welcher Kohlenwasserstoffe von mit Kohlenwasserstoff beladenen Feststoffen durch Erhitzen derselben entfernt werden.Im Fall, daß die mit Kohlenwasserstoff beladenen Feststoffe vor Einspeisung in die Zone zur Durchführung des Retortenverfahrens vorerhitzt werden, wird ein weiterer Anteil der aus der letzten Trennstufe abgezogenen heißen Teilchen für diese Vorbehandlung verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ausgezeichnet für eine Ausführungsform, bei der wiedergewinnbare Wärme aus mit Kohlenwasserstoffen beladenen festen Teilchen, beispielsweise ölschiefer mit niedrigem Kerogengehalt, erzeugt wird. Zu diesem Zweck werden die mit Kohlenwasserstoff beladenen festen Teilchen in ·θί--

COPY^

^C'" BAD ORIGINAL

ner Abfolge von mindestens 2 Verbrennungsstufen verbrannt und dieses. Verfahren umfaßt die folgenden Verfahrensschritte:

a) Einspeisen der festen Teilchen über einen Einlaß in Bodennähe in die erste Verbrennungsstufe einer mindestens zwei Verbrennungsstufen umfassenden Abfolge;

b) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases am Boden jeder Verbrennungsstufe, wodurch mindestens 1 Anteil der Teilchen zu einem oberen Auslaß mitgerissen und mindestens 1 Anteil der in den Teilchen vorhandenen Kohlenwasserstoffe unter Bildung eines Rauchgases verbrannt wird;

c) Weiterleiten der Teilchen und des Rauchgases von dem oberen •Auslaß jeder Verbrennungss.tufe in eine jeder Verbrennungsstufe nachgeschaltete Trennstufe;

e) Wiedergewinnen von Wärme aus dem abgelassenen Rauchgas durch indirekten Wärmeaustausch und Einspeisen mindestens eines Teils der abgezogenen Teilchen in die auf die Trennstufe folgende nächste Verbrennungsstufe und zwar über einen in Bodennähe befindlichen Einlaß, wodurch eine neue Folge von Verfahrensschritten eingeleitet wird, welche im wesentlichen den Schritten a) bis d) entspricht, und Austragen mindestens eines Teils der aus der letzten Trennstufe abgezogenen Teilchen unter Wiedergewinnung von Wärme aus diesen durch indirekten Wärmeaustausch.

LJm die Wiedergewinnung von Wärme zu optimieren, können die Verbrennungsstufen mittels eines Kühlungs-/Energiewiedergewinnungssystems gekühlt werden und in der bzw. den Trennstufe(n) können 1 oder mehrere Zyklone verwendet werden, welche gekühlt werden. Mindestens Teil des abgelassenen Rauchgases kann für das Vorerhitzen des sauerstof fhaltigen Gases verwendet werden, bevor dieses in die Verbrcniungsstufen eingespeist wird. Der andere Teil des Rauchgases kann in -~T" iblicher Weise zur Erzeugung von Dampf mittel κ pi Kvf^^*^*

rie verwendet werden. Auch die auf der letzten Trennstufe abgezogenen Teilchen können zur Dampferzeugung eingesetzt werden. Mindestens ein Teil des abgelassenen Rauchgases kann auch einer Nachverbrennung unterworfen werden, wobei die durch den Verbrennungsvorgang erzeugte Wärme wiedergewonnen wird. Ein weiterer Anteil des Rauchgases kann - insbesondere wenn es größere Mengen an CO₂ enthält - in der vorstehend beschriebenen Weise in die. Trennstufen zurückgeführt werden.

Das vorstehend beschriebene Verfahren zum Verbrennen von mit Kohlenwasserstoffen beladenen festen Teilchen zwecks Erzeugung von wiedergewinnbarer Wärme ist besonders geeignet zur Verbrennung von ölschiefer mit relativ niedrigem Kerogengehalt, z.B. einem Kerogengehalt von weniger als 12 Gewichtsprozent, wodurch ein wirksames Verfahren zum Verarbeiten von Ölschiefern minderwertiger Qualität zur Verfügung gestellt wird.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Verbrennung von auf festen Teilchen niedergeschlagenem Koks, von denen Kohlenwasserstoffe durch Erhitzen entfernt worden sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens 2 in Serie angeordnete Verbrennungsreaktoren mit jeweils mindestens einem im Bodennähe angeordneten Einlaß für feste Teilche'n und einem oberen Auslaß auf, wobei dieser Auslaß jeweils mit mindestens einer Trennvorrichtung in Verbindung steht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß jede Trennvorrichtung am Kopf eine Auslaßleitung für Gas und am Boden eine Auslaßleitung für feste Teilchen aufweist, daß letztere mit dem Einlaß für feste Teilchen des nächstfolgenden Reaktors in Verbindung steht und daß die Auslaßleitung für feste Teilchen der letzten Trennvorrichtung als Austragsleitung ausgestaltet ist.

Ein oder mehrere der Verbrennungsreaktoren können einen zweiten Einlaß für feste Teilchen aufweisen. In diesem Fall weist die Trennvorrichtung eine Auslaßleitung für feste Teilchen auf, die sowohl mit dem zweiten Einlaß für feste Teilchen des seriell vorgeschalteten Verbrennungsreaktors als auch mit dem ersten Einlaß für feste Teilchen des seriell nachgeschalteten Verbrennungsreaktors in Verbindung steht. Vorzugsweise ist dabei

der zweite Einlaß für feste Teilchen an einer Stelle des Verbrennungsreaktors angeordnet, welche oberhalb eines zweiten Gaseinlasses liegt, welcher sich in Bodennähe des Verbrennungsreaktors befindet.

Die Anzahl der in Serie angeordneten Verbrennungsreaktoren beträgt vorzugsweise 2 bis 5. Geeigneterweise kann jeder Verbrennungsreaktor mit Kühlmitteln ausgestattet sein. Für diesen Zweck ist eine aus Rohr gebildete Wand, durch welche ein Kühlmittel, wie Wasser und/oder Dampfj fließt sehr geeignet. Auch kann eine Kühlvorrichtung im Innern des Verbrennungsreaktors vorgesehen sein. /

Der erste Verbrennungsreaktor weist vorzugsweise in Bodennähe einen Auslaß für grobe Teilchen auf. Die durch diesen Auslaß ausgetragenen groben Teilchen werden entweder abgezogen oder gegebenenfalls mit aus der letzten Trennvorrichtung abgezogenen Teilchen vereinigt, oder sie werden einer getrennten Verbrennungsvorrichtung zugeführt, oder zu dem zweiten Verbrennungsreaktor weitergeleitet. Im letzteren Fall ist der zweite Verbrennungsreaktor gleichfalls mit einem Feststoff auslaß in der Nähe des Bodens ausgestattet. Die über den Auslaß des zweiten Verbrennungsreaktors ausgetragenen Teilchen können zu irgendeinem nachgeschalteten weiteren Verbrennungsreaktor transportiert werden.

Der letzte Verbrennungsreaktor ist vorzugsweise mit einem Feststoffauslaß für grobe Teilchen ausgestattet, von welchem eine Transportvorrichtung zu dem Austragsrohr der letzten Trennvorrichtung führt. Auf diese Weise ist jeder Verbrennungsreaktor vorzugsweise mit einem in Bodennähe angeordneten Auslaß für grobe Teilchen ausgestattet, von dem eine Transportvorrichtung zu dem Einlaß in der Nähe des Bodens eines nachgeschalteten Verbrennungsreaktors führt, wobei die Transportvorrichtung bei der letzten Verbrennungszone zu der Austrag leitung der letzten Trennvorrichtung transportiert. Geeignete Transportmittel, welche eingesetzt werden können ,sind z.B. ein Schnekkenförderer, ein Förderband, eine Feststoffpumpe oder eine Leitung, durch welche die Teilchen mittels eines Trägergases transportiert werden.

Die Verbrennungsreaktoran weisen vorzugsweise einen oder mehrere Ein lasse für sauerstoff haltiges ,Gas auf, welche mif unrfoi ι -.ο «-.·~~ν- COPY

-Kastelle angeordnet sind, die höher als der Einlaß für die Feststoffteilchen liegt. ■ ^v,.

Die'. Trennvorrichtungen sind vorzugsweise Zyklone. Sie können auch mit Kühlmitteln ausgestattet sein. Eine gute Trennung wird im allgemeinen mittels eines nach jedem Verbrennungsreaktor angeordneten Zyklons erreicht.

Um eine sehr gute Trennung zu erzielen ist es zweckmäßig, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verbrennungsreaktoren zwei Zyklone vorzusehen. Die Trennung erfolgt in besonders günstiger Weise, wenn erst relativ grobe Teilchen abgetrennt werden und dann der restliche Anteil der Feststoffe in einem zweiten Zyklon abgetrennt wird. Die in beiden Zyklonen abgetrennten Teilchen werden vereinigt und zusammen zum nachfolgenden Verbrennungsreaktor weitergeleitet.

Die Erfindung wird nun anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, welche ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Wiedergewinnung von Kohlenwasserstoffen aus ölschiefer mittels Verbrennung erläutern, wobei die Erfindung aber nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt ist. In den Zeichnungen sind Hilfsvorrichtungen, wie Pumpen, Kompressoren, Ventile, Vorrichtungen zum Reinigen und Kühlen,- sowie Kontrollinstrumente nicht wiedergegeben.

Fig.1 zeigt in Form eines Fließdiagrammes eine dreistufige Verbrennungsanlage, welche geeignet ist zum Verbrennen fester Teilchen, die eine beträchtliche Anteilsmenge an groben Teilchen enthalten.

Fig.2 zeigt in Form eines Fließdiagrammes eine dreistufige Verbrennungsanlage,, welche geeignet ist zum Verbrennen fester Teilchen, welche praktisch keine groben Teilchen enthalten.

Gemäß der Ausführungsform von Fig.1 werden öl enthaltende Schieferteilchen bei Umgebungstemperatur über Leitung 10 einer Vorerhitzungszone 1 zugeführt, welche in der in der deutschen Patentanmeldung P 32 14 616.7 beschriebenen Weise betrieben werden kann. Der heiße Schiefer, aus welchem die Kohlenwasserstoffe entfernt worden sind und von dem der dann verbleibende Koks abgebrannt worden ist,QOP¥

BAD ORIGINAL

wird als Aufheizmedium über eine Leitung 25 in diese Vorheizungszone 1 zugespeist. Nach Durchlaufen der Vorheizungszone 1 wird der dann abgekühlte Schiefer über eine Leitung 26 aus dem System ausgetragen.

Der vorerhitzte ölhaltige Schiefer wird aus der Vorheizzone 1 X über eine Leitung 11 abgezogen und zu einer Zone zur Durchführung des Retorten-Verfahrens 2 weitergeleitet, welche in der in der deutschen Patentanmeldung P 32 14 617.5 beschriebenen Weise betrieben werden kann. Dieser Zone 2 zur Durchführung des Retortenverfahrens wird Wärme mittels heißem Schiefer zugeführt, der über eine Leitung 24 zugespeist wird. Die von dem ölhaltigen Schiefer entfernten Kohlenwasserstoffe werden aus der Zone .2 über eine Leitung 38 abgezogen. Die verbrauchten Schieferteilchen ,auf denen Koks abgelagert ist, gelangen von der Zone 2 in eine Verbrennungs stufe 3 und zwar werden sie an einer Stelle in der Nähe des Bodens der Verbrennungszone über eine Zufuhrleitung 12 eingespeist. In diese Leitung 12 wird auch heißer Schiefer eingespeist, welcher über Leitung 23 zugeführt wird. Der größte Anteil der Teilchen in der Verbrennungsstufe 3 wird nach oben durch Luft mitgerissen, welche am Boden der Stufe 3 über ein Leitung 27 und an einer höheren Stelle über eine Leitung 28 zugespeist wird.Diese Luft wird von einer äußeren Quelle über eine Leitung 33 zugeführt. Die nicht mitgerissenen groben Teilchen werden über eine Leitung 15 abgezogen und zum Feststoffeinlaß einer anschließenden Verbrennungsstufe 5 weitergeleitet. Die mitgerissenen Teilchen gelangen zusammen mit dem erzeugten Rauchgas durch eine Leitung 13 in ein Zyklon 4, wo das Rauchgas abgetrennt wird. Sie werden dann über eine Leitung14 in die nächstfolgende Verbrennungsstufe 5 eingespeist. In der Verbrennungsstufe 5 findet ein Verbrennungsvorgang entsprechend demjenigen in Verbrennungsstufe 3 statt. Luft wird über die Leitungen 29und 3 0 zugespeist, grobe Teilchen werden über Leitung 18 abgezogen und zum Feststoffeinlaß einer weiteren anschließenden Verbrennungsstufe 7 weitergeleitet. Mitgerissene Teilchen gelangen zusammen mit dem erzeugten Rauchgas über eine Leitung 16 in ein Zyklon 6, wo die Teilchen von dem Rauchgas abgetrennt werden und über eine Leitung 17 in die dritte Verbrennungsstufe 7 weitergeleitet werden. In der Verbrennungsstufe 7 findet ein entsprechender Verbrennungsvorgang statt, wie bereits

in bezug auf die Stufen 3 und 5 beschrieben ist. Luft wird an •2 verschieden hoch liegenden Stellen über Leitungen 31 bzw. 32 zugeführt und brennt des Restkoks von den Teilchen ab.Die groben Teilchen werden über eine Leitung 21 abgezogen. Die mitgerissenen Teilchen gelangen über eine Leitung 19 in ein Zyklon

• 8, wo die Teilchen von dem erzeugten Rauchgas abgetrennt werden. Sie werden über eine Leitung 20 abgezogen und nach Vereinigung mit groben Teilchen aus der Leitung 21 im Kreislauf durch eine Leitung 22 zurückgeführt. Gewünschtenfalls können die über Leitung 20 abgezogenen Teilchen und die groben Teilchen aus der Leitung 21 getrennt im Kreislauf zurückgeführt und/oder aus dem System ausgetragen werden. ■ . -. ■

Das in den Zyklonen 4, 6 und 8 abgetrennte Rauchgas wird über die Leitungen 34, 35 und 36 abgelassen und in einer Leitung 37 zu einem einzigen Strom vereinigt. Nötigenfalls werden die heissen Gase einer Nachverbrennung unterworfen und tauschen gewünschtenfalls ( in einer nicht dargestellten Ausführungsform) mit Luft Wärme aus, welche dann in Leitung 33 eingespeist wird.

Der ausgetragene heiße Schiefer, der in Leitung 22 weitergeleitet wird, wird teilweise im Kreislauf in die Verbrennungsstufe 3 zu-

• rückgeführt, indem man ihn über Leitung 23 in die Zufuhrleitung einspeist. Ein anderer Anteil des heißen Schiefers wird als wärmeübertragendes Medium für die :Zone 2 zur Durchführung des Retortenverfahrens verwendet und in diese Zone über Leitung 24 zugeführt. Der restliche Anteil des heißen verbrauchten Schiefers wird über Leitung 25 in die Vorheizungszone 1 eingespeist. Der in der Leitung 25 transportierte heiße verbrauchte Schiefer kann gewünschtenfalls. vor Einspeisung in die Vorerhitzungszone 1 im Kühler 9 gekühlt werden.

In Fig.2 sind entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in Fig.1. Die Arbeitsweise gemäß diesem Fließdiagramm ist besonders geeignet zur Verarbeitung von festen Teilchen, welche keine groben Teilchen enthalten, oder zur Verarbeitung von festen Teilchen, welche während des Verbrennungsvorganges zerfallen, so daß nach Durchlaufen der ersten Verbrennungszone 3 praktisch, keine groben Teilchen zurückgeblieben sind . Irgendwelche sich *Λ/Τ¥ am Boden dieser Verbrennungsstufe ansammelnden festen Teilchen kön-

BAD ORIGINAL

3338D10

nen über eine Leitung 40 (periodisch) entfernt werden. Die aus der Trennstufe 6 abgezogenen Teilchen werden zum Teil über Leitung 17b in die nächstfolgende Verbrennungsstufe 7 eingespeist und zum Teil über eine Leitung 17a im Kreislauf in die vorhergehende Verbrennungsstufe 5 . · " ., ■ --- . - zurückgeführt und an einer Stelle eingespeist, welche oberhalb des Einlasses für die Sekundärluft liegt, die über Leitung 30 zugeführt wird.

In entsprechender Weise wird ein Teil der Teilchen, welche aus der Trennstufe 8 abgezogen werden im Kreislauf über eine Leitung 20a zu der vorhergehenden Verbrennungsstufe 7 zurückgeführt, um eine vollständige Verbrennung des auf den feinen festen Teilchen eventuell noch zurückgebliebenen Kokses sicherzustellen. Der andere Teil der festen Teilchen wird über eine Leitung 20b abgezogen und über die Leitung 22 im Kreislauf in die Zone 2 für die Durchführung des Retortenverfahrens zurückgeführt, sowie in der vorstehend beschriebenen Weise als Wärmequelle für die Vorheizungszone 1 verwendet.

Für die Verbrennung von sehr feinteiligen festen Stoffen kann man auch eine weitere Modifizierung dieses Verfahrensschemas ins Auge fassen, gemäß welchem ein Teil der aus der Trennstufe 4 abgezogenen festen Teilchen in der gleichen Weise in die vorhergehende Zone 3 zurückgeführt wird, wie es vorstehend für die Trennstufe 6 beschrieben ist. In Fig.2 ist diese Möglichkeit durch die gestrichelt wiedergegebene Leitung 14a angedeutet.

Beispiel 1-

Das in bezug auf das Fließdiagramm von Fig.1 erläuterte Verfahren wird kontinuierlich unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

ölhaltige Schieferteilchen Ursprüngliche Zusammensetzung:

Wasser: . 8,3 Gewichtsprozent

Drganisches Material: 19,2 "

Mineralstoffe: 72,5 '^ -^

COPY

Vorheizungs zone

' Frischzufuhr an ölschiefer: . 58 kg/s

Anfangstemperatur der Ölschieferteilchen: 25⁰C

Endtemperatur der Schieferteilchen: 250⁰C

Zone zur Durchführung des Retortenverfahrens

Temperatur der heißen/ im Kreislauf zurückgeführten

Schieferteilchen: ' 850⁰C. j

Zufuhrgeschwindigkeit des vorerhitzten Schiefers: 53,2kg/s

Wiedergewonnene Kohlenwasserstoffe: 7,05kg/s

Verbrennungszone

Aus der Stufe zur Durchführung des Retortenverfahrens werden
286,0kg/s verbrauchter Schiefer mit einer Temperatur von 482°C
zugeführt. Der Koksgehalt dieses Schiefers beträgt 6,1 Gewichtsprozent, über Leitung 23 werden 19,5 kg/s im Kreislauf zurückgeführter Schiefer mit einer Temperatur von 850⁰C mit dem Schiefer in der Leitung 12 vereinigt. Der Koksgehalt dieses im Kreislauf zurückgeführten Schiefers beträgt 2,9 Gewichtsprozent.Durch Vereinigen dieser beiden Schieferströme erhält man eine Gesamtzuspeisung zu der Verbrennungsstufe 3 von 105,5 kg/s Schiefer
mit einem Koksgehalt von 5,5 Gewichtsprozent und einer Temperatur von 550⁰C.

Der Verbrennungsvorgang selbst wird unter den in Tabelle I wiedergegebenen Bedingungen durchgeführt.

GOPY

BAD ORIGfNAL

TABELLE

Reaktor

Feine mitgerissene Grobe, in der Nähe Teilchen des Bodens abgezo

gene Teilchen Zugeführte Luft
durch auf einem
den Boden höheren Niveau.

Temperatur

Koksgehalt des ausgetragenen Schiefers

CO OJ OO O

kg/s

(Strom in Leitung Nr.)

kg/s

(Stran in Leitung Nr.) kg/s kg/s

Gewichts%

91,	6(13)	9	,6(15)
88,	3(16)	9	,3(18)
85,	5(19)	9	,0(21)

3,9	14,3
3,9	10,2
3,9	7,0

705
804
850

4,4 3,6 2,9

Der über die Leitungen 20 und 21 ausgetragene heiße Schiefer wird vereinigt. Eine Anteilsmenge von 39,9 kg/s wird in der Zone für die Durchführung des Retortenverfahrens verwendet. Ein weiterer Anteil von 19,5 kg/s wird in Leitung 12 zugespeist und der Restanteil von 35,1 kg/s wird in der Vorerhitzungszone des Verfahrens verwendet.

Beispiel 2

Das Verfahren wird im wesentlichen durchgeführt wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch ohne Kreislaufführung von heißem verbrauchten Schiefer zu der ersten Verbrennungsstufe.

(In dem Fließdiagramm wird daher Leitung 23 nicht verwendet oder ist nicht vorhanden)

Ein so abgewandeltes Verfahren ist anwendbar, wenn der aus der . Retortenzone kommende Schiefer leicht entzündbar ist.

Das Verfahren wird kontinuierlich unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

ölhaltige Schieferteilchen

Ursprüngliche Zusammensetzung:·

Wasser : 8,3 Gewichtsprozent

Organisches Material: 19,2 "

Mineralstoffe: 72,5

Vorerhitzungszone

Zufuhr von frischem unbehandelten Schiefer: 58 kg/s

Anfangstemperatur der Schieferteilchen: 25⁰C

Endtemperatur der Schieferteilchen: 250⁰C

Zone zur Durchführung des Retortenverfahrens

Temperatur des heißen, im Kreislauf zurückgeführten Schiefers: . COPY 850⁰C

BAD ORIGINAL '—'— ^u

Zufuhrgeschwindigkeit des vorerhitzten Schiefers: 53,2 Wiedergewonnene Kohlenwasserstoffe: 7

Verbrennungszone

Aus der Zone zur Durchführung des Retortenverfahrens werden 286/2 kg/s verbrauchter Schiefer mit einer Temperatur von 482°C zugeführt. Der Koksgehalt dieses Schiefers beträgt 5,6 Gewichtsprozent. Dieser Schiefer wird in die Verbrennungsstufe 3 eingespeist.

Das Verbrennungsverfahren wird unter den in Tabelle II wiedergegebenen Bedingungen durchgeführt.

BAD ORSGINAL COPY ι

TABEIIiE H

Reaktor

Nr.

Feine mitgerissene Teilchen

kg/s

(Stran in Leitung Nr.)

Grobe, in der Nähe des Bodens abgezogene Teilchen

. kg/s

(Stran in Leitung Nr.)

Zugeführte Luft durch auf einem den Boden höheren Niveau.

kg/s . kg/s

Temperatur

Koksgehalt des ausgetragenen Schiefers

Gewichts%

3 5 7

70,6(13)	9,6(15)
66,6(16)	9,1 (18)
63,5(19)	8,7(21)

3,9 '

19,7 11,4

6,1

723 813 850

-.25--

Der aus den Leitungen 20 und 21 abgezogene heiße Schiefer wird vereinigt. Ein Anteil von 40,4 kg/s wird für die Zone zur Durchführungs 'des Retortenverfahrens verwendet und der Restanteil von 32,2 kg/s wird in der Vorerhitzungszone des Verfahrens verwendet.

Beispiel 3

Es wird ein Verbrennungsverfahren gemäß dem Fließdiagramm von Fig.2 durchgeführt. Da der in der Zone für das Retortenverfahren behandelte Schiefer im wesentlichen aus sehr kleinen Teilchen besteht( kleiner als 0,05 mm) wird eine Kreislaufführung des Ölschiefers in jeder einzelnen Verfahrensstufe durchgeführt. Das bedeutet, daß in Figur 2 auch Leitung 14a vorhanden ist. Aus der Zone zur Durchführungs des Retortenverfahrens werden 286,2 kg/s verbrauchter Schiefer mit einer Temperatur von 482⁰C zugeführt. Der Koksgehalt dieses Schiefers, welcher in die Verbrennungsstufe 3 eingespeist wird,beträgt 5,6 Gewichtsprozent.

Das Verbrennungsverfahren wird unter den in der nachstehenden Tabelle III wiedergegebenen Bedingungen durchgeführt. Infolge der größeren Materialströme werden in den einzelnen Trennstufen 4, 6 und 8 mehrere parallel geschaltete Zyklone eingesetzt.

Heißer verbrauchter Schiefer wird über Leitung 20b in einer Menge von 72,2 kg/s abgezogen und in einer Anteilsmenge von 40,1 kg/£ in die Zone für die Durchführung des Retortenverfahrens eingespeist. Der Restanteil von 32,1 kg/s wird der Vorerhitzungszone zugeführt.

BAD ORIGINAL

COPY

TABELLE III .

8 3

Reaktor

Beschickungsstrom

Kreislaufstrom Zugeführte Luft Temperatur Koksgehalt

durch den auf einem des ausgetra-

Bcden höheren Ni- genen Schie-

veau. fers

Nr.

5
7

kg/s kg/s kg/s

(Strom in Leitung Nr.) (Strom in Leitung

Nr.)

kg/s

Gewichts%

86,2(12)

75,7(i4b)

72,2(17b)

215,5(i4a)

151,4(17a)

117,0(2Oa)

19,7	726	3,8
11,4	819	2,6
6,1	850	1,9

-33-Leerseite

copy

Claims

Patentansprüche

.Verfahren zur Verbrennung von auf festen Teilchen abgelagertem Koks, von denen Kohlenwasserstoffe durch Erhitzen praktisch vollständig entfernt worden sind, in einer Abfolge von mindestens 2 Verbrennungsötufen, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:

a) Einspeisen der festen Teilchen über einen Einlaß in Bodennähe in die erste Verbrennungsstufe der Abfolge;

b) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases am Boden jeder Verbrennungsstufe, wodurch mindestens 1 Anteil der Teilchen zu einem oberen Auslaß mitgerissen wird und mindestens 1 Anteil des auf den Teilchen befindlichen Kokses'unter Bildung eines Rauchgases verbrannt wird;

c) Weiterleiten der Teilchen und des Rauchgases von dem oberen

Auslaß jeder Verbrennungsstufe in eine jeder Verbrennungsstufe nachgeschaltete Trennstufe;

d) Abtrennen des Rauchgases von den Teilchen in jeder Trennstufe, Ablassen des Rauchgases am Kopf jeder dieser Stufen und Abziehen der Teilchen am Boden derselben;

e) Einspeisen mindestens eines Teils der abgezogenen Teilchen in die auf die Trennstufe folgende nächste Verbrennungsstufe und COPY

zwar über einen in Bodennähe befindlichen Einlaß, wodurch eine neue Folge von Verfahrensschritten eingeleitet wird/ welche im wesentlichen den Schritten a) bis d) entspricht, und Austragen mindestens eines Teils der aus der letzten Trennstufe abgezogenen Teilchen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 2 bis 5 in Serie angeordnete Verbrennungsstufen angewendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet,daß die Verbrennungsstufen mittels eines Kühlsystems gekühlt werden.
4.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß grobe Teilchen über einen Feststoffauslaß in der Nähe des Bodens aus der ersten Verbrennungsstufe abgezogen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß · grobe Teilchen über einen Feststoffauslaß in der Nähe des Bodens einer Verbrennungsstufe abgezogen und von jeder Verbrennungsstufe, mit.Ausnahme der letzten Verbrennungsstufe, in die nächstfolgende Verbrennungsstufe weitergeleitet werden, und daß die aus der letzten Verbrennungsstufe abgezogenen groben Teilchen aus dem System ausgetragen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß . ein Teil der aus der letzten Trennstufe abgezogenen Teilchen im Kreislauf in die erste Verbrennungsstufe zurückgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der abgezogenen Teilchen in die vorhergehende Verbrennungsstufe zurückgeführt wird. - "
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückgeführten Teilchen an einer Stelle in die betreffende Verbrennungsstufc eingeführt werden, die über dem Einlaß für zusätzliches sauerstoffhaltiges Gas in diese Verbrennungsstufe

liegt. COPY

BAD ORIGINAL *__
9. Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Temperatur der festen Teilchen der Zuspeisung zur ersten Verbrennungsstufe und der in diese Stufe im Kreislauf zurückgeführten Teilchen zwischen 500 und 700⁰C liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in den Verbrennungsstufen im Bereich von 500 bis 900⁰C liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliches sauerstoffhaltiges Gas in jede Verbrennungsstufe an einer Stelle zugeführt wird, die über dem Einlaß für feste Teilchen liegt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als sauerstoffhaltiges Gas Luft verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Zyklon(e) in der (den) Trennstufe(n) verwendet wird(werden).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Zyklon/e) gekühlt wird (werden).
15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 1 Teil des abgelassenen Rauchgases zur Dampferzeugung verwendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des abgelassenen Rauchgases zum Vorerhitzen des Sauerstoffhaltigen Gases verwendet wird, bevor dieses den Verbrennungsstufen zugeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des abgelassenen Rauchgases erneut in eine oder mehrere Trenn s tu fejn) eingespeist wird.

COPY
18. Verfahren nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der aus der letzten Trennstufe abgezogenen Teilchen als Wärmeträger in eine Zone zur Durchführung des Retortenverfahrens eingespeist wird, in welcher Kohlenwasserstoffe durch Erhitzen von mit Kohlenwassers tcffenbeladenen Feststoffen entfernt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der aus der letzten Trennstufe abgezogenen Teilchen zum Vorerhitzen der mit Kohlenwasserstoffenbeladenen Feststoffe verwendet wird.
20. Verfahren zur Erzeugung wiedergewinnbarer Wärme aus mit Kohlenwasserstoffen beLadenen festen Teilchen durch Verbrennen derselben in einer Abfolge von mindestens 2 Verbrennungsstufen, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:

a) Einspeisen der festen Teilchen über einen Einlaß in Bodennähe in die ersten Verbrennungsstufe der Abfolge;

b) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases am Boden jeder Verbrennungsstufe, wodurch mindestens ein Anteil der Teilchen zu einem oberen Auslaß mitgerissen und mindestens 1 Anteil der in den Teilchen vorhandenen Kohlen Wasserstoffe unter Bildung eines Rauchgases verbrannt wird;

c) Weiterleiten der Teilchen und des Rauchgases von dem oberen Auslaß jeder.Verbrennungsstufe in eine jeder Verbrennungsstufe nachgeschaltete Trennstufe;

d) Abtrennen'des Rauchgases von den Teilchen in jeder Trennstufe, Ablassen des Rauchgases am Kopf jeder dieser Stufen und Abziehen der Teilchen am Boden derselben;

e) Wiedergewinnung von Wärme· aus dem abgelassenen Rauchgas durch indirekten Wärmeaustausch und Einspeisen mindestens eines Teils der abgezogenen Teilchen in die auf die Trennstufe folgende nächste Verbrennungsstufe und zwar über einen in Bodennähe befindlichen Einlaß, wodurch eine neue

BAD ORIGINAL ^_Bu

33380 1 Q

Folge von Verfahrensschritten eingeleitet wird, welche im
wesentlichen den Schritten a) bis d) entspricht, und Austragen mindestens eines Teils der aus der letzten Trennstufe abgezogenen Teilchen unter Wiedergewinnung von Wärme aus .diesen durch indirekten Wärmeaustausch.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsstufen mittels eines Kühlsystems gekühlt werden.
22. Verfahren nach Anspruch 20 und 21 ,dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Zyklon (e) ,das (die)gekühlt wird (werden), in der (den) Trennstufe (n) verwendet wird (werden).
23. Verfahren nach Anspruch 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Teil des abgelassenen Rauchgases zum Vorerhitzen des sauerstoffhaltigen Gases verwendet wird, bevor dieses den Verbrennungsstufen zugeführt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Teil des abgelassenen Rauchgases einer
Nachverbrennung unterworfen und die durch die Verbrennung erzeugte Wärme wiedergewonnen wird.
25. Vorrichtung zur Erzeugung von wiedergewinnbarer Wärme aus
mit Kohlenwasserstoffe! beladenen festen Teilchen und zum Verbrennen von auf festen Teilchen abgelagertem Koks, von denen Kohlenwasserstoffe durch Erhitzen praktisch vollständig entfernt worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 2 in Serie angeordnete Verbrennungsreaktoren mit jeweils mindestens einem in Bodennähe angeordneten Einlaß für feste Teilchen und einem oberen Auslaß aufweist, daß dieser Auslaß jeweils mit mindestens einer Trennvorrichtung in Verbindung steht, daß jede Trennvorrichtung am Kopf eine Auslaßleitung für Gas und am Boden eine Auslaßleitung für feste Teilchen aufweist, daß letztere mit dem Einlaß für feste Teilchen des nächstfolgenden Verbrennungsreaktors in Verbindung steht, und daß die Auslaßleitung für feste Teilchen der letzten Trennvorrichtung— als Austragsleitung augestaltet^i^st.

copy
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Verbrennungsreaktor(en) einen zweiten Einlaß für feste Teilchen aufweist (aufweisen)/ und daß die Trennvorrichtung eine Äuslaßleitung für feste Teilchen aufweist, die sowohl mit dem zweiten Einlaß für feste Teilchen dos seriell vorgeschalteten Verbrennungsreaktors als auch mit dem ersten Einlaß für feste Teilchen des seriell nachgeschalteten Verbrennungsreaktors in Verbindung steht.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Einlaß für feste Teilchen an einer Stelle des VerbrennungsreaktoES angeordnet ist, welche oberhalb eines zweiten" Gaseiniasses liegt, welcher sich in Bodennähe des Verbrennungsreaktors befindet.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch geitennzeichnet, daß sie 2 bis 5 in Serie angeordnete Verorennungsreaktoren aufweist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbrennungsreaktor mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, ■ daß der erste Verbrennungsreaktor in Bodennähe einen Auslaß

für grobe Teilchen aufweist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet daß ein Verbrennungsreaktor in Bodennähe einen Auslaß für grobe Teilchen aufweist, von dem Transportmittel zum in Bodennähe gelegenen Einlaß des nächstfolgenden Verbrennungsreaktors führen, und daß die Transportmittel vom letzten Verbrennungsreaktor zur Auslaßleitung der letzten Trennvorrichtung führen.
32. Vorrichtung nach Anspruch 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennvorrichtungen als Zyklone ausgestaltet sind.

GOPY

BAD ORIGINAL '