Verfahren zur Gewinnung von Öl aus ölhaltigen Mineralien

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Gewinnung von öl aus ölhaltigen Mineralien auf einem Wanderrost werden in einer Schwelzone (4) heisse Gase (13) durch das Bett (3) geleitet, in einer Abscheidestufe (15) Öl (16) aus den Schwetgasen (14) abgetrennt, in einer anschliessenden Verbrennungszone (5) im abgeschwelten Bett (3) enthaltener fester Kohlenstoff mittels hindurchgeleiteter sauerstoffhaltiger Gase (19) verbrannt, in einer anschliessenden Kühlzone (6) von öl befreite Gase (22) aus der Abscheidestufe (15) durch das Bett (3) geleitet und die aufgeheizten Gase (13) in die Schwelzone (4) zurückgeleitet. Zur Gewinnung von möglichst viel Öl und Energie mit geringem Aufwand wird der feste Kohlenstoff in der Oberschicht des Bettes (3) am Anfang der Verbrennungszone (5) mittels eines Zündofens (10) gezündet und die Verbrennungszone anschliessend mittels der hindurchgesaugten sauerstoffhaltigen Gase (19) durch das Bett (3) geführt, die Menge der durchgesaugten sauerstoffhaltigen Gase (19) so gesteuert, dass durch die Verbrennung von festem Kohlenstoff das Bett auf die maximal mögliche Temperatur gebracht wird, ein Teilstrom der aus der Abscheidestufe (15) austretenden Gase (₁7) im indirekten Wärmeaustausch (18) gegen die Abgase (20) der Verbrennungszone (5) aufgeheizt, in der Kühlzone (6) durch das Bett (3) geleitet, dort aufgeheizt und dann in die Schwelzone (4) zurückgeleitet und ein Teilstrom (25) der aus der Abscheidestufe (15) austretenden Gase abgeführt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Öl aus ölhaltigen Mineralien, wobei das ölhaltige Mineral auf einen Wanderrost chargiert wird, in einer Schwelzone heiße Gase durch das Bett geleitet werden, das Bett dabei auf die Schweltemperatur aufgeheizt wird, die dampf- und gasförmigen Schwelprodukte von den Schwelgasen mitgeführt werden, in einer Abscheidestufe Öl aus den Schwelgasen abgetrennt wird, in einer anschließenden Verbrennungszone im abgeschwelten Bett enthaltener fester Kohlenstoff mittels hindurchgeleiteter sauerstoffhaltiger Gase verbrannt wird, in einer anschließenden Kühlzone von Öl befreite Gase aus der Abscheidestufe durch das Bett geleitet werden, und die aufgeheizten Gase in die Schwelzone zurückgeleitet werden.

[0002] Ölhaltige Mineralien wie Ölsand,Diatomeenerde und insbesondere Ölschiefer werden zur Gewinnung ihres Ölgehaltes auf Wanderrosten thermisch behandelt. In der Schwelzone werden heiße Gase von oben durch das Bett geleitet und das Bett dabei auf die Schweltemperatur von etwa 400 bis 600 °C aufgeheizt. Die heißen Gase sind entweder neutral oder reduzierend, so daß die Schwelung in Abwesenheit von Sauerstoff erfolgt. Bei der Schwelung entstehen aus den organischen Bestandteilen verschiedene Gase und Dämpfe. Aus den Schwelgasen werden die Öle auskondensiert. Das die Kondensation verlassende Gas enthält dann noch nicht-kondensierbare Schwelgase. Der abgeschwelte Rückstand auf der Sintermaschine enthält festen Kohlenstoff als Schwel-⁼ produkt. Dieser Kohlenstoff muß aus wärmeökonomischen Gründen verbrannt werden, und die dabei erzeugte Wärme für das Verfahren ausgenutzt werden.

[0003] Aus der US - PS 3 325 395 ist es bekannt, in einer ersten Zone des Wanderrostes nur eine Schwelung im oberen Teil des Bettes mittels hindurchgeleiteter heißer, nichtoxidierender Gase durchzuführen und in einer zweiten Zone den im oberen Teil des Bettes gebildeten festen Kohlenstoff mittels hindurchgeleiteter Luft zu verbrennen, und mittels der dabei entstandenen heißen Gase die Schwelung im unteren Teil des Bettes durchzuführen. Nach der Kondensation der Öle wird das Gas in der Kühlzone von unten durch das Bett geleitet, dabei aufgeheizt und nach Verbrennung von brennbaren Bestandteilen unter Luftzufuhr wieder in die erste Schwelzone geleitet. Ein Teilstrom der aus der Kühlzone austretenden Gase wird abgezweigt.

[0004] Durch die Verbrennung der nicht-kondensierbaren Bestandteile im rückgeleiteten Gasstrom wird der Heizwert der aus der Schwelzone austretenden Schwelgase nach Verlassen der Abscheidestufe herabgesetzt, da der prozentuale Gehalt an nicht-kondensierbaren, brennbaren Bestandteilen gering ist. Außerdem geht ein Teil der nicht-kondensierbaren Bestandteile im Abgas verloren. Die in der zweiten Schwelzone entstehenden nicht-kondensierbaren Bestandteile gehen verloren bzw. bilden ebenfalls ein Armgas. Außerdem ist eine aufwendige Regelung für die Einhaltung nicht-oxidierender Bedingungen in der Verbrennungszone des festen Brennstoffes erforderlich und diese Einhaltung von nicht-oxidierenden Bedingungen kaum möglich.

[0005] Aus der US-PS 3 644 193 ist es bekannt, in einer ersten Zone die aus der Schwelzone austretenden Gase von unten durch das Bett zu leiten, dieses dabei auf eine Temperatur unterhalb der Schweltemperatur vorzuwärmen, die Gase dabei abzukühlen und anschließend in eine mechanische Abscheidungsstufe zur Abscheidung der Öle zu leiten. In einer zweiten Zone erfolgt die Schwelung mittels hindurchgeleiteter heißer Gase, in einer dritten Zone die Verbrennung des festen Kohlenstoffs mittels hindurchgeleiteter heißer Luft, die in der anschließenden Kühlzone aufgeheizt wurde. Die heißen Gase aus der Verbrennungszone werden in einem runden Wanderrost durch ein Bett von Wärmeaustauschkörpern geleitet und heizen diese auf. Durch die aufgeheizten Wärmeaustauschkörper wird das Gas aus der Abscheidestufe geleitet, dabei aufgeheizt und dann wieder in die Schwelstufe geleitet. Ein Teilstrom des Gases aus der Abscheidestufe wird verbrannt und den Gasen aus der Verbrennungszone zugemischt. Die mehrmalige Austreibung des Öls verringert die Ausbeute. Der Wärmeaustausch unter Verwendung von Wärmeaustauschkörpern ist aufwendig, verursacht Wärmeverluste, die Wärmeaustauschkörper werden durch Staub verunreinigt und müssen gereinigt werden.

[0006] Aus der US - PS 4 039 427 ist es bekannt, eine Schwelung mit anschließender Kühlung auf einem ersten Wanderrost und eine Verbrennung des festen Kohlenstoffs sowie restlicher Kohlenwasserstoffe auf einem zweiten Wanderrost durchzuführen. Das Schwelgas wird nach der Abscheidung des Öls durch die Kühlzone gedrückt, dabei aufgeheizt, ein Teilstrom abgeleitet, ein anderer Teilstrom durch das heiße Bett des zweiten Wanderrostes geleitet, dort weiter aufgeheizt und dann in die Schwelzone geleitet. Es sind zwei Wanderroste erforderlich, bei der Übergabe treten Wärmeverluste ein, der durch die Kühlung auf dem ersten Wanderrost bedingte Wärmeverlust muß auf dem zweiten Wanderrost durch entsprechende Energiezufuhr ausgeglichen werden, und das aus der Kühlzone des ersten Wanderrostes abgeleitete Gas, das nicht-kondensierbare Bestandteile enthält, wird unnötig aufgeheizt.

[0007] Aus der US _- PS 4 082 645 ist es ebenfalls bekannt, in der Schwelzone nur eine Schwelung im oberen Teil des Bettes und in der Verbrennungszone die Schwelung im unteren Teil des Bettes durchzuführen, wobei geregelte Mengen an Sauerstoff durch das Bett geführt werden. Da die Gase aus allen Schwelzonen und der Kühlzone zusammengefaßt werden, fällt nach der Abscheidung des Öls nur ein Armgas an. Außerdem treten die bereits geschilderten Probleme der Regelung des Sauerstoffgehaltes in der Schwelzone auf.

[0008] Aus der US - PS 4 193 862 ist es bekannt, nach einer Schwelzone die Verbrennung des festen Kohlenstoffs unter Durchsaugung von sauerstoffhaltigen Gasen mit 5 - 15 % Wassergehalt durchzuführen. Die Gase aus der Schwelzone werden nach der Ölabscheidung durch die Kühlzone und von dort wieder in die Schwelzone geleitet. Ein Teilstrom wird am Ende der Kühlzone abgeleitet. Die Spaltung des Wassergehaltes in der Verbrennungszone ist eine endotherme Reaktion, die also Wärme verbraucht. Dieses Verfahren kann also nur dann angewendet werden, wenn ein so großer Gehalt an festem Kohlenstoff vorliegt, daß ein Überschuß im Hinblick auf den Wärmebedarf des gesamten Prozesses vorliegt. Außerdem fällt nach der Abscheidung des Öls ein Armgas an, dessen abgeleiteter Teilstrom unnötig aufgeheizt wird.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Schwelung und Verbrennung mit möglichst geringem apparativen und regeltechnischem Aufwand zu ermöglichen, wobei möglichst viel Öl und Energie aus den eingesetzten Mineralien gewonnen wird.

[0010] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der feste Kohlenstoff in der Oberschicht des Bettes am Anfang der Verbrennungszone mittels eines Zündofens gezündet und die Verbrennungszone anschließend mittels der hindurchgesaugten sauerstoffhaltigen Gase durch das Bett geführt wird, die Menge der durchgesaugten sauerstoffhalti- gen Gase so gesteuert wird, daß durch die Verbrennung von festem Kohlenstoff das Bett auf die maximal mögliche Temperatur gebracht wird, ein Teilstrom der aus der Abscheidestufe austretenden Gase im indirekten Wärmeaustausch gegen die Abgase der Verbrennungszone aufgeheizt, in der Kühlzone durch das Bett geleitet, dort weiter aufgeheizt und dann in die Schwelzone zurückgeleitet wird, und ein Teilstrom der aus der Abscheidestufe austretenden Gase abgeführt wird.

[0011] In der Schwelzone erfolgt praktisch eine vollständige Schwelung. Die Verbrennung des festen Kohlenstoffs in der Verbrennungszone wird so gesteuert, daß eine möglichst hohe Temperatur im Bett und damit auch in den Abgasen entsteht. Dies geschieht durch eine Regelung der Menge der durchgesaugten sauerstoffhaltigen Gase, die im allgemeinen aus Luft bestehen. Die Gasmenge wird so lange gesteigert bis das Temperaturmaximum der Abgastemperatur erreicht ist. Dies ist die optimale Gasmenge. Wenn ein Abfall der Abgastemperatur eintritt, ist die optimale Gasmenge überschritten. Dabei wird bewußt in Kauf genommen, daß in manchen Fällen keine vollständige Verbrennung des festen Kohlenstoffs erfolgt. Insbesondere bei großen Körnern kann es nämlich vorteilhafter sein, nur den festen Kohlenstoff zu verbrennen, der in den äußeren Teilen der Körner vorliegt, und auf die Verbrennung des Kohlenstoffs im Inneren der Körner zu verzichten. Zur Zündung des festen Kohlenstoffs in der Verbrennungszone kann ein Teil des aus der Abscheidestufe abgeführten Gases verwendet werden, dessen nicht-kondensierbare, brennbare Schwelprodukte dabei verbrannt werden.

[0012] Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die in der Kühlzone weiter aufgeheizten Gase vor dem Eintritt in die Schwelzone durch Zusatzbeheizung in einem indirekten Wärmeaustauscher auf die Schweltemperatur aufgeheizt werden. Diese Zusatzbeheizung wird dann angewendet, wenn die rückgeführten Gase nach dem Durchgang durch die Kühlzone noch nicht die erforderliche Schweltemperatur aufweisen. Die notwendige Wärme kann durch Energie aus dem eigenen Prozeß oder durch Fremdenergie in den Wärmeaustauscher eingebracht werden.

[0013] Der Wärmeinhalt des aus dem Wärmetauscher austretenden Heizmediums kann zur Vorwärmung von brennbaren Heizmedien vor ihrem Eintritt in den Wärmeaustauscher zur Vorwärmung des Brennstoffes für die Zündung und zur Vorwärmung der ölhaltigen Mineralien verwendet werden.

[0014] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Zusatzbeheizung durch Verbrennung des aus der Abscheidestufe abgeleiteten Teilstromes der Gase erfolgt. Dadurch kann der Heizwert dieser Gase in günstiger Weise für den Prozeß ausgenutzt werden.

[0015] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das nach der Kühlzone vom Wanderrost abgeworfene gebrannte Material in einem separaten Kühler in direktem Kontakt mit gasförmigen Kühlmedien weiter gekühlt wird. Auf diese Weise kann eine für den Abtransport des gebrannten Materials erforderliche weitere Abkühlung in wirtschaftlicher Weise und unabhängig von dem Prozeß auf dem Wanderrost erfolgen.

[0016] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die von dem Kühlmedium aufgenommene Wärme in den Prozeß zurückgeführt wird. Die Wärme des Kühlmediums kann zur Vorwärmung von ölhaltigen Mineralien oder zur Vorwärmung von Brennstoffen verwendet werden und somit auch im Prozeß ausgenutzt werden.

[0017] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Zusammensetzung der in die Schwelzone eingeleiteten Gase in etwa der Zusammensetzung der bei der Schwelung neu anfallenden Gase ohne die kondensierbaren Bestandteile entspricht. Dadurch wird erreicht, daß das aus der Abscheidestufe abgeleitete Gas einen hohen Heizwert hat.

[0018] Die Erfindung wird an Hand der Figur näher erläutert.

[0019] Das ölhaltige Material 1 wird auf den Wanderrost 2 chargiert. Das Bett 3 wird nacheinander durch die Schwelzone 4, Yerbrennungszone 5 und Kühlzone 6 transportiert. Über der Schwelzone 4 ist eine Gashaube 7 und unter der Schwelzone 4 sind Windkästen 8 angeordnet. Unter der Verbrennungszone 5 sind Windkästen 9 und oberhalb des Anfanges der Verbrennungszone 5 ist der Zündofen 10 angeordnet. Unterhalb der Kühlzone 6 sind Windkästen 11 und oberhalb ist die Gashaube 12 angeordnet. Über Leitung 13 und Gashaube 7 werden heiße Gase in die Schwelzone 4 geleitet und dort durch das Bett 3 in die Windkästen 8 gesaugt. Über Leitung 14 werden die Schwelprodukte enthaltenden Schwelgase in die Abscheidestufe 15 geleitet. Dort wird das Öl abgeschieden und über Leitung 16 abgeführt. Ein Teilstrom der von Öl befreiten Gase wird zurückgeleitet und über Leitung 17 in den indirekten Wärmeaustauscher 18 geleitet. Beim Eintritt in die Verbrennungszone 5 wird der feste Kohlenstoff in der Oberfläche des abgeschwelten Bettes 3 unter dem Zündofen 10 gezündet. Anschließend wird Luft 19 durch das Bett in die Windkästen 9 gesaugt und dabei die Brennzone durch das Bett von oben nach unten geführt. Die heißen Abgase werden über Leitungen 20 in den Wärmeaustauscher 18 geleitet, heizen dort das von der Abscheidestufe zurückgeleitete Gas auf und werden über Leitung 19 in die Gasreinigung 20 und von dort in den Kamin 21 geleitet. Die Menge der Luft 19 in der Verbrennungszone 5 wird so geregelt, daß das Bett 3 am Ende der Verbrennungszone die maximal mögliche Temperatur aufweist. Damit haben dann auch die über 20 in den Wärmeaustauscher eintretenden Abgase die maximal mögliche Temperatur. Das heiße, gebrannte Bett 3 gelangt in die Kühlzone 6. Dort werden die aufgeheizten, rückgeführten Gase über Leitung 22 in die Gashaube 12 geleitet und durch das Bett 3 in die Windkästen 11 gesaugt. Dabei wird das Bett 3 abgekühlt und das Gas weiter aufgeheizt. Über Leitung 23 wird das Gas in den indirekten Wärmeaustauscher 24 geleitet. Über Leitung 25 wird der aus der Abscheidestufe 15 abgeleitete Teilstrom der von Öl befreiten Gase in den Wärmeaustauscher 24 geleitet und die in ihm enthaltenen brennbaren, nicht-kondensierbaren Schwelprodukte verbrannt. Die Brenngase verlassen den Wärmeaustauscher 24 über Leitung 26. Das rückgeführte Gas wird im Wärmeaustauscher 24 auf die zur Schwelung erforderliche Temperatur aufgeheizt und über Leitung 13 in die Schwelzone 4 geleitet. Ein Teil des Gasstromes wird aus Leitung 25 über Leitung 27 in den Zündofen 10 geleitet und dort verbrannt. Das vorgekühlte Bett 3 wird vom Wanderrost in einen separaten Kühler 28 abgeworfen. Dort wird über Leitung 29 Luft eingeleitet, das Material auf die zum Abtransport nötige Temperatur abgekühlt und die erwärmte Kühlluft über Leitung 30 abgeführt. Die erwärmte Kühlluft 30 und die Rauchgase 26 können zur Vorwärmung von ölhaltigem Material vor der Schwelung oder zur Vorwärmung der Gase in Leitung 25 verwendet werden. Ein Überschuß an Gas, das aus der Abscheidestufe abgeführt werden muß, wird über Leitung 31 abgezogen und kann als Gas mit gutem Heizwert für andere Zwecke verwendet werden.

[0020] Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Schwelung und Verbrennung des festen Kohlenstoffs in technisch einfacher Weise auf einem Wanderrost erfolgen kann, wobei eine gute Ölausbeute erzielt, die. beim Prozeß anfallende Wärme optimal ausgenutzt und ein Gas mit hohem Heizwert erzeugt wird. Es ist möglich, auch Mineralien wärmeautark zu verarbeiten, die nach der Schwelung geringere Mengen an festem Kohlenstoff enthalten, bzw. die erforderliche Menge an Fremdenergie wird verringert,oder es fällt mehr überschüssige Wärme an.

Ansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Öl aus ölhaltigen Mineralien, wobei das ölhaltige Mineral auf einen Wanderrost chargiert wird, in einer Schwelzone heiße Gase durch das Bett geleitet werden, das Bett dabei auf die Schweltemperatur aufgeheizt wird, die dampf- und gasförmigen Schwelprodukte von den Schwelgasen mitgeführt werden, in einer Abscheidestufe Öl aus den Schwelgasen abgetrennt wird, in einer anschließenden Verbrennungszone im abgeschwelten Bett enthaltener fester Kohlenstoff mittels hindurchgeleiteter sauerstoffhaltiger Gase verbrannt wird, in einer anschließenden Kühlzone von Öl befreite Gase aus der Abscheidestufe durch das Bett geleitet werden, und die aufgeheizten Gase in die Schwelzone zurückgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Kohlenstoff in der Oberschicht des Bettes am Anfang der Verbrennungszone mittels eines Zündofens gezündet und die Verbrennungszone anschließend mittels der hindurchgesaugten sauerstoffhaltigen Gase durch das Bett geführt wird, die Menge der durchgesaugten sauerstoffhaltigen Gase so gesteuert wird, daß durch die Verbrennung von festem Kohlenstoff das Bett auf die maximal mögliche Temperatur gebracht wird, ein Teilstrom der aus der Abscheidestufe austretenden Gase im indirekten Wärmeaustausch gegen die Abgase der Verbrennungszone aufgeheizt, in der Kühlzone durch das Bett geleitet, dort weiter aufgeheizt und dann in die Schwelzone zurückgeleitet wird, und ein Teilstrom der aus der Abscheidestufe austretenden Gase abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geken_nzeichnet, daß die in der Kühlzone weiter aufgeheizten Gase vor dem Eintritt in die Schwelzone durch Zusatzbeheizung in einem indirekten Wärmeaustauscher auf die Schweltemperatur aufgeheizt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbeheizung durch Verbrennung des aus der Abscheidestufe abgeleiteten Teilstromes der Gase erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nach der Kühlzone vom Wanderrost abgeworfene gebrannte Material in einem separaten Kühler im direkten Kontakt mit gasförmigen Kühlmedien weiter gekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Kühlmedium aufgenommene Wärme in den Prozeß zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der in die Schwelzone eingeleiteten Gase in etwa der Zusammensetzung der bei der Schwelung neu anfallenden Gase ohne die kondensierbaren Bestandteile entspricht.

Zeichnung