Verfahren zur Gewinnung von Öl aus ölhaltigen Mineralien

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Gewinnung von öl aus ölhaltigen Mineralien durch Schwelung auf einem Wanderrost (3) und Verbrennung des nach der Schwelung vorhandenen festen Kohlenstoffs werden zur Erzielung der Schweltemperatur in wirtschaftlicher Weise nach der Verbrennung von festem Kohlenstoff anfallendes gebranntes Mineral als Unterschicht (1) auf den Wanderrost (3) und auf diese Schicht ölhaltiges Mineral als Oberschicht (6) chargiert, in der Schwelzone (7) inerte oder reduzierende Gase (15) von unten durch das Beschickungsbett gedrückt, die Gase beim Durchgang durch die heisse Unterschicht (1) aufgeheizt und beim Durchgang durch die Oberschicht (6) die Schwelung bewirkt, die aus der Schwelzone (7) austretenden Schwelgase (16) in der Abscheidestufe (17) von öl befreit, in einer an die Schwelzone (7) anschliessenden Verbrennungszone (8) der feste Kohlenstoff in der Oberfläche der Oberschicht (6) mittels eines Zündofens (14) gezündet und anschliessend die Brennzone unter Hindurchsaugen von sauerstoffhaltigen Gasen (19) durch die Oberschicht (6) 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, aus dem vom Wanderrost (3) abgeworfenen Bett das gebrannte Material für die Unterschicht (1) abgetrennt und zurückgeführt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Öl aus ölhaltigen Mineralien durch Schwelung auf einem Wanderrost, unter Aufgabe eines Beschickungsbettes aus einer Schicht von ölhaltigem Mineral und einer Schicht von geschweltem und gebranntem Mineral, in dem nach der Schwelung vorhandener fester Kohlenstoff unter Zündung und Durchsaugen von sauerstoffhaltigen Gasen verbrannt wurde, Aufheizung von Gasen in der Schwelzone beim Durchgang durch die Schicht des gebrannten Minerals auf die zur Schwelung erforderliche Temperatur und Aufheizung der Schicht von ölhaltigem Mineral auf die Schweltemperatur durch die aufgeheizten Gase beim Durchgang durch diese Schicht, Abscheidung von Öl aus den die Schwelprodukte enthaltenden Schwelgasen in einer Abscheidestufe.

[0002] Ölhaltige Mineralien wie Ölsand, Diatomeenerde und insbesondere Ölschiefer werden zur Gewinnung ihres Ölgehaltes auf Wanderrosten thermisch behandelt. In der Schwelzone werden heiße Gase 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 noch nicht-kondensierbare Schwelgase. Der abgeschwelte Rückstand auf dem Wanderrost enthält festen Kohlenstoff als Schwelprodukt. Dieser Kohlenstoff muß aus wärmeökonomischen Gründen verbrannt werden, und die dabei erzeugte Wärme für das Verfahren ausgenutzt werden.

[0003] Aus der US-PS 4 039 427 ist es bekannt, das Verfahren auf zwei Wanderrosten durchzuführen, wobei auf dem ersten Wanderrost die Schwelung und auf dem zweiten Wanderrost die Verbrennung des festen Kohlenstoffs erfolgt. Gemäß einer Ausführung wird auf den ersten Wanderrost als Unterschicht des Beschickungsbettes der frische Ölschiefer und darauf als Oberschicht das gebrannte, heiße Material von dem zweiten Wanderrost chargiert. Die aus der Abscheidestufe für das Öl austretenden Schwelgase werden in der Kühlzone des ersten Wanderrostes von unten durch das Bett geleitet, dabei aufgeheizt und in der Schwelzone von oben nach unten durch das Bett geführt. Dabei werden sie in der heißen Oberschicht weiter aufgeheizt und bringen die Unterschicht auf die erforderliche Schweltemperatur. Anschließend werden die Schwelgase in die Abscheidestufe geleitet. Beim Abwurf des Bettes vom Wanderrost wird die Oberschicht von der Unterschicht abgeschält, die den festen Kohlenstoff enthaltende Unterschicht auf den zweiten Wanderrost chargiert, dort an der Oberfläche gezündet und der Kohlenstoff unter Hindurchsaugen von Luft verbrannt. Vor dem Abwurf wird das gebrannte Material durch eine Zusatzbeheizung noch weiter aufgeheizt und dann nach dem Abwurf auf den ersten Wanderrost chargiert. Ein Teilstrom der Schwelgase wird nach dem Durchgang durch die Kühlzone abgeführt. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß zwei Wanderroste erforderlich sind, und daß selbst bei einem aufwendigen Abschälen der Oberschicht nicht vermieden werden kann, daß entweder kohlenstoffhaltiges Material mit der Oberschicht weggeworfen wird oder Material aus der Oberschicht mit der Unterschicht auf den zweiten Wanderrost chargiert wird. Außerdem enthält der abgeführte Teilstrom der Schwelgase nach der Kühlzone einen relativ hohen Staubgehalt.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und die Aufheizung ölhaltiger Mineralien mittels des Wärmeinhaltes einer heißen Schicht von gebranntem Material auf einen Wanderrost in wirtschaftlicher Weise zu ermöglichen.

[0005] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß nach der Verbrennung von festem Kohlenstoff anfallendes gebranntes Mineral als Unterschicht auf den Wanderrost und auf diese Schicht ölhaltiges Mineral als Oberschicht chargiert wird, in der Schwelzone inerte oder reduzierende Gase von unten durch das Beschickungsbett gedrückt werden, die Gase beim Durchgang durch die heiße Unterschicht aufgeheizt und beim Durchgang durch die Oberschicht die Schwelung bewirken, die aus der Schwelzone austretenden Schwelgase in der Abscheidestufe von Öl befreit werden, in einer an die Schwelzone anschließenden Verbrennungszone der feste Kohlenstoff in der Oberfläche der Oberschicht mittels eines Zündofens gezündet und anschließend die Brennzone unter Hindurchsaugen von sauerstoffhaltigen Gasen durch die Oberschicht 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, und aus dem vom Wanderrost abgeworfenen Bett das gebrannte Material für die Unterschicht abgetrennt und zurückgeführt wird.

[0006] In der Schwelzone erfolgt praktisch eine vollständige Schwelung. Als inerte oder reduzierende Gase können von Öl befreite Gase aus der Abscheidestufe oder Fremdgase verwendet werden. 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 derAbgastemperatur 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. Nach der Verbrennungszone kann das Bett ohne Kühlung im heißen Zustand vom Wanderrost abgeworfen werden, oder es kann in einer an die Verbrennungszone anschließenden Kühlzone auf dem Wanderrost mittels durchgeleiteter Kühlgase gekühlt werden. Eine genaue Trennung von Ober- und Unterschicht nach dem Abwurf ist nicht erforderlich.

[0007] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß ein Teilstrom der von Öl befreiten Gase aus der Abscheidestufe als Schwelgase in die Schwelstufe zurückgeleitet wird. Da die aus der Abscheidestufe austretenden Gase noch die bei der Schwelung entstehenden nicht-kondensierbaren Schwelprodukte enthalten, entsteht durch die Rückführung ein Gas mit hohem Heizwert.

[0008] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Unterschicht auf dem Wanderrost in einer Aufheizzone vor der Aufgabe der Oberschicht mittels heißer oxidierender Gase aufgeheizt wird. Dadurch kann in einfacher Weise die für die Schwelung in der Schwelzone erforderliche Wärmemenge in die Unterschicht eingebracht werden, wenn die in der Unterschicht enthaltene Wärmemenge nicht zur Erzielung der Schweltemperatur in der Oberschicht ausreicht, oder wenn die Unterschicht kalt zurückgeführt wird. Der restliche Wärmeinhalt der oxidierenden Gase nach der Aufheizung der Unterschicht kann zur Vorwärmung des ölhaltigen Minerals, der in die Schwelzone geleiteten Gase oder anderer Gase verwendet werden.

[0009] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß als heiße oxidierende Gase die Abgase der Verbrennungszone verwendet werden. Dadurch kann die Wärme des Abgases der Verbrennungszone im Prozeß ausgenutzt werden.

[0010] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Abgase vor dem Eintritt in die Aufheizzone aufgeheizt werden. Für die Aufheizung des Abgases kann der nach der Abscheidestufe abgeführte Teilstrom der vom Öl befreiten Gase verwendet werden, dessen brennbare Bestandteile dabei verbrannt werden. Es kann auch Fremdwärme verwendet oder zugesetzt werden.

[0011] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die in die Schwelzone eingeleiteten Gase in oszillierende Schwingungen versetzt werden. Dadurch kann die für die Schwelung erforderliche Gasmenge und damit auch die Menge der Schwelgase kleiner gehalten werden.

[0012] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das Bett heiß vom Wanderrost abgeworfen wird und das Material für die Unterschicht im heißen Zustand zurückgeführt wird. Die heiße Rückführung ergibt eine besonders gute Ausnutzung der im Prozeß anfallenden Wärme.

[0013] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das nicht zurückgeführte heiße Material in einem separaten Kühler mittels hindurchgeleiteter Luft gekühlt wird. Dadurch kann das Material in einfacher Weise auf die zum Abtransport erforderliche Temperatur abgekühlt werden.

[0014] Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die aufgeheizte Kühlluft zur Trocknung und Vorwärmung von ölhaltigem Mineral und/oder zur Aufheizung von in den Prozeß eingeführten Gasen verwendet wird. Die in den Prozeß eingeführten Gase können bestehen aus den in die Schwelzone, den in den Zündofen oder den in die Aufheizung für die oxidierenden Gase für die Aufheizzone eingeleiteten Gasen.

[0015] Die Erfindung wird an Hand der Figur näher erläutert.

[0016] Rückgeführtes, gebranntes Material 1 wird als Unterschicht 2 auf den Wanderrost 3 chargiert und in der Aufheizzone 4 auf die notwendige Temperatur aufgeheizt, auf die heiße Unterschicht 2 ölhaltiges Material 5 als Oberschicht 6 chargiert. Das Beschickungsbett wird nacheinander durch die Schwelzone 7 und Verbrennungszone 8 transportiert. Über der Schwelzone 7 ist eine Gashaube 9 und darunter sind Windkästen 10 angeordnet. Unter der Verbrennungszone 8 sind Windkästen 11 angeordnet. Über der Aufheizzone 4 ist eine Gashaube 12 und darunter sind Windkästen 13 angeordnet. Am Anfang der Verbrennungszone 8 ist der Zündofen 14 angeordnet. Über Leitung 15 und Wind-kästen 10 werden von Öl befreite, rückgeführte Gase in die Schwelzone 7 geleitet und in der Unterschicht 2 aufgeheizt. Beim Durchgang durch die Oberschicht 6 heizen diese Gase das ölhaltige Material auf die gewünschte Schweltemperatur auf. Die die Schwelprodukte enthaltenden Schwelgase werden aus der Gashaube 9 über Leitung 16 in die Abscheidestufe 17 geleitet. Dort wird das Öl abgeschieden und über Leitung 18 abgeführt. Ein Teilstrom der von Öl befreiten Gase wird zurückgeleitet und über Leitung 15 wieder in die Schwelzone 7 geführt. Beim Eintritt des Beschickungsbettes in die Verbrennungszone 8 wird der feste Kohlenstoff in der Oberfläche der abgeschwelten Oberschicht 6 unter dem Zündofen 14 gezündet. Anschließend wird Luft 19 durch das Beschickungsbett in die Windkästen 11 gesaugt, und dabei die Brennzone durch die Oberschicht 6 von oben nach unten geführt. Die Menge der Luft 19 wird so geregelt, daß das Beschickungsbett am Ende der Verbrennungszone die maximal mögliche Temperatur aufweist. Damit haben dann auch die Abgase die maximal mögliche Temperatur. Die heißen Abgase werden in die Sammelleitung 20 geleitet. Über Leitung 21 wird das gesamte Abgas oder ein Teilstrom in den Aufheizer 22 geleitet. Dort wird über Leitung 23 Brennstoff und über Leitung 24 zusätzliche Verbrennungsluft eingeleitet und durch Verbrennung das Gas aufgeheizt. Das aufgeheizte Gas wird über Leitung 25 und Gashaube 12 in die Aufheizzone 4 geleitet und über Windkasten 13 und Leitung 26 abgeführt. Das gesamte Abgas geht über Leitung 27 in die Gasreinigung 28 und dann in den Kamin 29. In Leitungen 20 und 21 sind Ventile 30 zur Regelung der Gasmengen angeordnet. Das Beschickungsbett wird vom Wanderrost 1 in die Trennstation 31 abgeworfen und dabei werden Ober- und Unterschicht (6, 2) voneinander getrennt. Eine genaue Trennung ist nicht erforderlich. Das heiße, gebrannte Material der Oberschicht wird über ein Plattenband 32 zurückgeführt. Das restliche heiße Material wird in einen separaten Kühler chargiert, dort mittels Kühlluft 34 gekühlt und über 35 abtransportiert. Die erwärmte Kühlluft wird über Leitungen 36 in eine Vorwärmstufe 37 geleitet, in der über 35 herangeführtes ölhaltiges Mineral vorgewärmt wird. Aus der Abscheidestufe 17 wird ein Teilstrom der von Öl befreiten Gase über Leitung 38 abgeführt. Dieses Gas, das nicht-kondensierbare Schwelprodukte enthält, kann als Brennstoffträger über Leitung 39 in den Zündofen 14 und/oder als Brennstoffträger über Leitung 23 in den Aufheizer 22 geleitet werden. Die Wärme des aus der Aufheizzone 4 austretenden und über Leitung 26 abgeführten Gases kann zur Vorwärmung des ölhaltigen Minerals in der Vorwärmstufe 37, zur Aufheizung des rückgeführten, von Öl befreiten Gas in Leitung 15 vor dem Eintritt in die Schwelzone 7, der über Leitungen 24 und 23 in den Aufheizer 22 geführten Gase und der über Leitung 39 in den Zündofen geleiteten Gase verwendet werden. Die dazu notwendigen Leitungen und Wärmeaustauscher sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

[0017] Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Schwelung und Verbrennung des festen Kohlenstoffs unter Rückführung von gebranntem Material als Wärmeüberträger in technisch einfacher Weise erfolgen kann, da keine genaue Trennung der beiden Schichten nach dem Abwurf erforderlich ist, und daß die im Prozeß anfallende Wärme optimal ausgenutzt und ein Gas mit hohem Heizwert anfällt.

[0018] 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 durch Schwelung auf einem Wanderrost, unter Aufgabe eines Beschickungsbettes aus einer Schicht von ölhaltigem Mineral und einer Schicht von geschweltem und gebranntem Mineral, in dem nach der Schwelung vorhandener fester Kohlenstoff unter Zündung und Durchsaugen von sauerstoffhaltigen Gasen verbrannt wurde, Aufheizung von Gasen in der Schwelzone beim Durchgang durch die Schicht des gebrannten Minerals auf die zur Schwelung erforderliche Temperatur und Aufheizung der Schicht von ölhaltigem Mineral auf die Schweltemperatur durch die aufgeheizten Gase beim Durchgang durch diese Schicht, Abscheidung von Öl aus den die Schwelprodukte enthaltenden Schwelgasen in einer Abscheidestufe, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Verbrennung von festem Kohlenstoff anfallendes gebranntes Mineral als Unterschicht auf den Wanderrost und auf diese Schicht ölhaltiges Mineral als Oberschicht chargiert wird, in der Schwelzone inerte oder reduzierende Gase von unten durch das Beschickungsbett gedrückt werden, die Gase beim Durchgang durch die heiße Unterschicht aufgeheizt und beim Durchgang durch die Oberschicht die Schwelung bewirken; die aus der Schwelzone austretenden Schwelgase in der Abscheidestufe von Öl befreit werden; in einer an die Schwelzone anschließenden Verbrennungszone der feste Kohlenstoff in der Oberfläche der Oberschicht mittels eines Zündofens gezündet und anschließend die Brennzone unter Hindurchsaugen von sauerstoffhaltigen Gasen durch die Oberschicht 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, und aus dem vom Wanderrost abgeworfenen Bett das gebrannte Material für die Unterschicht abgetrennt und zurückgeführt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom der von Öl befreiten Gase aus der Abscheidestufe als Schwelgase in die Schwelstufe zurückgeleitet wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht auf dem Wanderrost in einer Aufheizzone vor der Aufgabe der Oberschicht mittels heißer oxidierender Gase aufgeheizt wird.

4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als heiße oxidierende Gase die Abgase der Verbrennungszone verwendet werden.

5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase vor dem Eintritt in die Aufheizzone aufgeheizt werden.

6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Schwelzone eingeleiteten Gase in oszillierende Schwingungen versetzt werden.

7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett heiß vom Wanderrost abgeworfen wird und das Material für die Unterschicht im heißen Zustand zurückgeführt wird.

8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht zurückgeführte heiße Material in einem separaten Kühler mittels hindurchgeleiteter Luft gekühlt wird.

9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeheizte Kühlluft zur Trocknung und Vorwärmung von ölhaltigem Mineral und/oder zur Aufheizung von in den Prozeß eingeführten Gasen verwendet wird.

Zeichnung