DE3202161A1 - Verfahren zur verkokung von kaltgepressten briketts und vorrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Description

Patentanmeldung der Firma Carl Still GmbH & Co. KG

Recklinghausen

Verfahren zur Verkokung von kaltgepreßten Briketts und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Die Erfindung bezieht sich aufein Verfahren zur Verkokung von kaltgepreßten Briketts aus Stein- bzw. Braunkohlen oder Torf, wobei die Kohlen bzw. der Torf aufgemahlen, gegebenenfalls vorgetrocknet, mit einem Bindemittel vermischt, zu Formlingen gepreßt und anschließend vorerhitzt werden, wobei sie gegebenenfalls durch die bei der Vorerhitzung sich ergebene Trocknung nachgehörtet werden, wonach sie in einem Schachtofen verkokt werden.

Solche Verfahren sind in der Technik bekannt und sie werden auch im größeren Maßstab durchgeführt (z. B. "Stahl und Eisen 93. 1973. Seite 24).

Als Bindemittel werden dabei z. B. Pech. Teer. Mineralöl-rückstände oder auch Sulfitablauge aus der Zellstoffindustrie verwendet. Die Sulfitablauge entsteht bei dem heißen Aufschluß von Holz zur Celluloseherstellung mit Sulfitlaugen, insbesondere Kalziumsulfitlauge, und sie besitzt einen Feststoffgehalt von ca. 50 %. Welches der Bindemittel zur Anwendung kommt, hängt von der Beschaffenheit der zu brikettierenden und verkokenden Kohle ab. So wird man z. B. magere Kohlen mit "fettenden" Bindemitteln versetzen, wohingegen Kohlen mit mittlerem und gutem Backvermögen mit magernden Bindemitteln versetzt werden. Fettende Bindemittel sind z\ B. Pech und Teere, als magerndes Bindemittel wird häufig Sulfitablauge angewendet. Es ist gelegentlich auch vorteilhaft, sowohl Pech als auch Sulfitablauge gemeinsam zuzusetzen.

Nach dem Stande der Technik wird die Verkokung solcher Briketts entweder diskontinuierlich durchgeführt oder kontinuierlich. Bei der diskontinuierlichen Verkokung ist nine' indirekte ßcheizun» möglich und es kann Starkeas gewonnen werden. Dabei ergibt sich häufig die Schwierigkeit, daß die einzelnen Briketts aneinanderhaften und große Agglomerate anstatt von einzelnen Koksbriketts erhalten werden, die beim Koksaustrag zu erheblichen Problemen führen.

Die kontinuierliche Verkokung wird jedoch mit direkter Beheizung mittels heißer Gase und unter Teilverbrennung der bei der Verkokung aus den Formungen austretenden Stoffen durchgeführt. Hierbei ist zwar die Gefahr der Agglomeration der einzelnen Briketts geringer, jedoch nicht auszuschließen, und überdies wird bei diesen Verfahren nur ein verhältnismäßig heizwertschwaches Produktionsgas gewonnen. Ein weiterer Nachteil ist der, daß der Wasserdampfanteil der ca. 1000 ⁰C heißen Rauchgase, der ca. 10 VoI⁰S beträgt, in der hohen Temperaturzone des Verkokungsschachtes einen erheblichen Anteil des Kokses vergast (2-4 I).

Bei der diskontinuierlichen Verkokung entspricht der Durchsatz, bezogen auf das Einheitsvolumen des Ofens, etwa den der üblichen Kammerverkokung. Der größere Durchsatz bei der kontinuierlichen Verkokung wird dagegen, wie oben schon angemerkt, erkauft durch den Anfall von einem heizwertschwachem Gas sowie durch hohe Verluste von fixem Kohlenstoff aufgrund von Vergasungsreaktionen.

Auch wird bei dem bekannten diskontinuierlichen Verfahren bei der Verkokung nur ein Gesamtentgasungsgas gewonnen, in dem sowohl die heizkräftigen Kohlenwasserstoffe, die bei niederer bis mittlerer Verkokungstemperatur entstehen, als auch der gesamte Wasserstoff, der bei Hochtemperaturentgasung aus dem Halbkoks freigesetzt wird, enthalten sind.

Eine gezielte bzw. düfferenzierte Verwendung der Entgasungsgase ist daher nach den bekannten Verfahren nicht möglich. Für gewöhnlich werden diese Gase im eigenen Verfahren wiederverwendet.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht nun darin, das Veic ahren der eingangs definierten Art für zahlreiche Kohlensorten anwendbar zu machen, dabei den Durchsatz pro Volumeneinheit des Verkokungso: ens zu erhöhen und Starkgas bei der Verkokung zu gewinnen; dabei soll das Verfahren dem Stande der Technik gegenüber kontinuierlich arbeiten und der Energiehaushalt der Verkokung verbessern und die Umweltbelastung geringer sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, die mittels Su Iff it ab lauge oder einem Gemisch aus SuIE itablauge und Teer/ Pech/Mineralölrückstände als Bindemittel hergestellten Briketts in einem kontinuierlich arbeitenden, direkt beheizten Vorerhitzer nachzuhärten, sie anschließend in einem kontinuierlich arbeitenden, indirekt beheizten Verkokungsschacht einzufüllen und sie darin in einer ersten Stufe etwa bis zur halben Schachthöhe im wesentlichen von ihren flüchtigen Bestandteilen zu befreien, wobei dieser bei mittleren Temperaturen durchgeführten Entgasungsstufe eine zweite Stufe bei Hochtemperatur folgt und die Briketts in einer anschließenden Kühlstir e gekühlt werden.

Dabei ist es zweckmäßig, in der ersten Stufe, die etwa bis zur halben Schachthöhe des Öffens reicht, die teerhaltigen Entgasungsgase auch etwa in halber Schachthöhe abzuziehen, also in Richtung des positiven Temperaturgradienten.

Man kann zwar an dieser Stelle auch die aus der zweiten Verkokungsstufe stammenden wassersto! freichen Gase mit abziehen, jedoch ist es im Sinne einer wirtscha: tlichen Verwendung der hauptsächlich wasserstoff enthaltenden Gase der zweiten Stufe zweckmäßiger, diese Gase getrennt an der Kühlstufe abzuziehen.

Als Kühlgase werden die wasserstoffreichen Gase der Hochtemperaturstufe verwendet und über die Kühlstufe in Umlauf gesetzt. Die Entgasungsgase der ersten Verkokungsstufe werden zweckmäßig im eigenen Verfahren zur Beheizung des Schachtofens verwendet.

Die teerhaltigen Ent.easungsgase können in der halben Schachthöhe mit etwa 280 - 350 ⁰C abgezogen werden. Zum Vergleich sei angeführt, daß bei der gewöhnlichen Kammerverkokung die Entgasungsgase mit Temperaturen um 900 - 1000 ⁰C abgezogen werden. Daraus ergibt sich, daß erfindungsgemäß sehr viel weniger Wärme aus dem System herausgeführt wird, und das bedeutet, daß die erforderliche Verkokungswärme insgesamt auf einen niedrigeren Wert reduziert und somit der Energiehaushalt der Verkokung verbessert wird.

In der halben Höhe des Schachtofens ist die Temperatur der Koksmasse etwa 480 - 550 ⁰C. Das bedeutet, daß die Entgasungsgase keiner wesentlichen Krackung unterliegen. Es wird somit auch keine Krackwärme aufgewendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise folgendermaßen du" chgefüh-rt werden: Die Feinkohle wird bei 100 - 120 ⁰C bis auf einen Wassergehalt von 1-51 vorgetrocknet. Danach erfolgt Abkühlung auf 60 - 70 ⁰C. Nach Vermischen mit Sulfitablauge aus der Zellsta findustrie als Bindemittel in einer Menge von 5 - 8 % des Gewichtes der Feinkohle er: ölgt die Brikettierung der Mischung bei einem Wassergehalt von 4 - 8 % , wobei die Briketts mit einer Temperatur von 50 - 60 ⁰C aus den Pressen ausgestoßen werden.

Das Trocknen und Vorerhitzen geschieht dabei bevorzugt mit Rauchgasen aus der ersten Verkokungsstufe bei einer Temperatur von 180 - 300 ⁰C. Die aus dem Vorerhitzer entlassenen Rauchgase haben Temperaturen von 110 - 150 ⁰C. Das bedeutet einen sehr hohen Ausnutzungsgrad der Wärme der Rauchgase. Die Verweilzeit im Trockner bzw. Erhitzer beträgt 30 - 60 Minuten.

Man erreicht dann eine Austrittstemperatur der Briketts von 150 - 220 ⁰C. Bei der Vorerhitzung der Briketts auf 150 - 220 ⁰C verkokt die Sulfitablauge und gibt den größten Teil ihrer flüchtigen Produkte ab. Hierdurch bildet sich vor Erweichungsbeginn der Kohle aus der Sulfitablauge ein Koksgerüst, welches ein Aufblähen der Formlinge beträchtlich vermindert und die Festigkeit der Briketts erhöht. Durch die Zugabe von Sulfitablauge wird also der Erweichung der Briketts im kritischen Temperaturbereich entgegengewirkt.

Die vorererhitzten Briketts verlieren vor ihrem Eintritt in den Verkokunssschacht etwa 10 ⁰C und werden somit mit 140 - 210 ⁰C in den Verkokungsschacht eingeführt. Bei einer Sinkgeschwindigkeit der Briketts von ca. 0,8 m/h erreichen sie in Schachtmitte und etwa der halben Schachthöhe eine Temperatur von 480 - 550 ⁰C, während an den Randzonen Temperaturen bis 630 ⁰C erreicht werden. Bei diesen Temperaturen besitzen die Briketts noch 6 - 8 % flüchtige Bestandteile. Wie vorstehend schon erwähnt, wird das bei der Schwelung entstehende Rohgas mit einer Temperatur von 280 - 350 ⁰C im mittleren Höhenbereich des Schachtes abgesaugt. Beheizt wird dieser Schachtabschnitt mit den Beheizungsabgasen des unteren Schachtabschnittes und sie besitzen eine Temperatur von 700 - 1000 °i Sie treten aus dieser ersten Verkokungsstufe, die auch Schwelstufe genannt werden kann, wie erwähnt mit einer Temperatur von 180 - 300 ⁰C aus und in den Trockner bzw. Vorerhitzer der Briketts ein und dienen dort zum Trocknen, Vorerhitzen bzw. Nachhärten der frisch hergestellten Briketts.

Bei den bevorzugten Bauhöhen des Verkokungsschachtes ergibt sich eine Verweilzeit im Schwelschacht von 5 - 8 h. In dem Hochtemperaturteil des Verkokungsschachtes wird die Verkokung bis zu Temperaturen von 1000 ⁰C durchgeführt. Beheizt wird dieser Teil indirekt mit einem Stufenbeheizungssystem bekannter Bauart durch Verbrennung der im Schwelteil gewonnenen und gereinigten Entgasungsgase der Briketts. Diese Verbrennungsabgase

aus dem Hochtemperaturteil erreichen die erste Stufe, in der bei mittlerer Temperatur verkokt wird, mit einer Temperatur zwischen 700 und'1000 ⁰C, wie vorstehend bereits erwähnt. Unter Umständen ist eine zusätzliche Beheizung mit Brenngasen für die erste Verkokungsstufe angebracht.

An die Hochtemperaturstufe, die die zweite Stufe der Verkokung darstellt, schließt sich eine Kühlstu: e an. Die Briketts werden darin von etwa 1000 ⁰C auf 50 - 150 ⁰C abgekühlt. Dei Kühlung erfolgt mittels direkt einwirkender Kühlgase ., die im Kreislauf geführt und dem Entgasungsgas aus der Hochtemperaturstufe entnommen werden. Die von den Kühlgasen aufgenommene Wärme wird in einem Abhitzekessel zur Dampferzeugung verwendet.

Zum Trocknen, Vorerhitzen und Nachhärten der Briketts haben sich Bandtrockner als besonders geeignet erwiesen. Sie werden mit Geschwindigkeiten von 80 - 150 mm/Minute, vorzugsweise 100 mm/Minute betrieben.

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, daß die erste Verkokungsstufe, d. h. die Schwelstufe, aus einem metallischen Werkstoff besteht. Hierdurch ergibt sich ein hoher Wärmeübergang von den heißen Rauchgasen an die Briketts sowie eine erhebliche Reduzierung der Investitionskosten. An die erste Ver.kokungsstu te schließt sich die zweite Verkokungsstu "e, der Hochtemperaturschacht, an, der aus keramischen Werkstoffen gefertigt ist. Er besitzt eine indirekte Stufenbeheizung bekannter Bauart.

Eine gängige Bauhöhe für den Schwelschacht beträgt 4 - 7 m; für den Hochtemperaturschacht eine solche von 3 - 5 m.

Den Abschluß der Anlage bildet ein unter der Kühlstufe angeordnetes Austragssystem, . das z. B. die Briketts mittels Kratzband zu einer Schleuse fördert, von wo sie in die freie Atmosphäre gelangen.

Die vorbeschriebenen Einrichtungen eigenen sich auch zur Anordnung im Batterieverband. Dabei besitzen die einzelnen Verkokungsschächte etwa folgende Abmessungen:

Länge ca. 10 m

Kammerbreite ca. 400 mm

Höhe des Schwelteiles ca. 5 m

Höhe des Hochtemperaturverkokungsteiles ca. 3,5 - 4 m Kühlstufe ca. 2,5 m

Gesamtofenhöhe ca. 16m

Der Brikettdurchsatz beträgt etwa 4000 kg verkokte Briketts/ Stunde und Ofen. Das bedeutet etwa einen Durchsatz von ca. 100 t in 24 Stunden pro Ofen. Diese Durchsatzleistung ist über doppelt so groß wie die eines herkömmlichen Kammerverkokungsofens.

Das erfindungsgemäße Vein ahren sowie eine Vorrichtuna tu seiner Durchführung wird durch die beigegebenen Figuren beispielsweise erläutert.

Figur 1 ist eine Schemaübersicht über das Gesamtverfahren. Figur 2 stellt einen schematischen Längsschnitt durch den Verkokungsschacht dar.

In Figur 1 bedeutet 1 den Vortrockner für feuchte Kohle und

2 das Kühlbett für die bei der Vortrocknung erhitzte Kohle.

3 ist der als Transportschnecke ausgebildete Mischer, in der zugleich die Kohle mit dem Bindemittel gemischt wird. Das Bindemittel wird durch den Trichter 4 zugegeben. 5 ist eine Walzenpresse, in der die Kohlemischung zu Briketts verpreßt wird, und 5 ist der Vorerhitzer und Nachhärter. 7 stellt den Zuteiler mit der Schleuse 8 und der Bandaufgabe 9 dar. H) ist ein Gehäuse, in dem das Reversierband 11 angeordnet ist. 12 ist der Schachtofen mit Jem Oberteil (Schwelteil) ISa aus Metall und dem Hochtemperaturteil aus Keramik 15b. 14 ist die Kühlstufe und 15 der Brikettzuteiler für die Kettenbänder 16,

die unter jedem Schachtofen angeordnet sind. 17 ist ein entlang der Ofenbatterie angeordnetes Gehäuse, in dem das Kettenband 18 für die Koksbriketts läuft. 19 ist ein Vorbehälter, 20 eine Schleuse, 21 ein Aufgabetrichter für das Band 22, das den Koks in die freie Atmosphäre entläßt.

In Figur 2 ist 25 der Aufgabetrichter für die Briketts und 24 eine Zellradschleuse. 25 ist der Starkgaskanal für die Beheizung der Hochtemperaturstufe. 26 sind Zuführungskanäle zu den Brennerdüsen der Heizzüge 29 und 27 die Brennerdüsen. Durch 28 a bis 28e sind die Luftzuggabeschlitze dargestellt. Die Heizzüge 29 sind aus den Läufersteinwänden 30 und den Bindern 31 gebildet. 32 ist die Abdichtung zwischen der Hochtemperaturstufe und der Schwelstufe. 33 ist der Rauchgassammelkanal, und 34 sind Schaustutzen mit dem Flansch 35, in dem Schaugläser angeordnet sind. 36 sind Stahl-Ausdehnungskompensatoren. 37 sind die Rauchgaskanäle zur Beheizung der Schwelstufe und 38 die Rauchgasabführungskanäle. 39 sind Rauchgasregulierklappen und 40 der Rauchgassammeikanal. 41 ist eine Staubsammeltasche im Rohgasabzug und 42 der Rohgaseinzelabzugskanal. 43 ist der Rohgassammelkanal. 44 ist die Austragsschnecke für Staub und45 der Abzug für die Kühlgase. 46 ist der Sammelkanal für die erhitzten Kühlgase, also die Kühlgase, die die Wärme des glühenden Kokses aufgenommen haben. 47 ist eine Staubaustragsschnecke. 48 ist der Sammelkanal :für die kalten Kühlgase und 49 sind Verteilerkanäle für die kalten Kühlgase. 50 ist eine Tragplatte, und 51 sind die Träger, auf denen das Ofenbauwerk ruht.

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Claims (13)

Patentanmeldung der Firma Carl Still GmbH & Co. KG Recklinghausen Verfahren zur Verkokung von kaltgepreßten Briketts und Vorrichtung zu seiner Durchführung Patentansprüche

1. Verfahren zur Verkokung von kaltgepreßten Briketts aus Stein- bzw. Braunkohlen oder Torf, wobei die Kohlen bzw. der Torf aufgemahlen, mit Sulfitablauge oder einem Gemisch aus Sulfitablauge und Teer/Pech, Mineralölrückstände usw. als Bindemittel vermischt, zu Briketts gepreßt und anschließend vorerhitzt werden, wobei sie nachgetrocknet und nachgehörtet werden und wonach sie in einem Schachtofen verkokt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem kontinuierlich arbeitenden Erhitzer nachgehärteten Briketts in einem kontinuierlich arbeitenden, indirekt beheizten Verkokungsschacht eingefüllt werden und sie darin in einer ersten Stufe etwa bis zur halben Schachthöhe im wesentlichen von ihren flüchtigen Be-standteilen befreit werden, wobei dieser bei mittleren Temperaturen durchgeführten Entgasungsstufe eine zweite Stufe bei Hochtemperatur folgt und die Briketts in einer sich anschließenden Kühlstufe gekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß .die in der ersten Verkokungsstufe entstandenen Entgasungsgase in Richtung des positiven Temperaturgradienten etwa in der halben Schachthöhe abgezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hauptsächlich Wasserstoff enthaltenden Entgasungsgase der zweiten Stufe in der Kühlstufe abgezogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserstoffreichen Gase der Hochtemperaturstufe als Kühlgase verwendet werden und über die Kühlstufe in Umlauf gesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsgase der ersten Verkokungsstufe im eigenen Verfahren zur Beheizung des Schachtofens und des Vorerhitzers eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsgase der ersten Verkokungsstufe aus etwa der halben Schachthöhe mit 280 - 350 ⁰C abgezogen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinkohle bei 100 - 120 ⁰C bis auf einen Wassergehalt von 1,0 - 3,0 % vorgetrocknet und danach auf 60 - 70 ⁰C abgekühlt, mit Sulfitablauge aus der Zellstoffindustrie als Bindemittel in einer Menge von 5 - 8 % des Gewichtes der Feinkohle vermischt wird und die Mischung mit 4 - 8 % Wasser bei 50 - 60"*C brikettiert wird und die Briketts bei einer Temperatur von 180 - 300 ⁰C 30 - 60 Minuten lang mit Abgasen der Brikettverkokung nachgehärtet und auf eine Temperatur von 150 - 220 ⁰C gebracht , mit 140 - 210 ⁰C in den Verkokungsschacht eingeführt werden, in dem sie mit einer Geschwindigkeit von 0,8 m/Stunde absinken und die halbe Schachthöhe mit einer Temperatur von 430 - 500 ⁰C erreichen und danach in einer zxveiten Verkokungsstufe bis auf 1 000 ⁰C erhitzt ■ und danach auf 50 - 150 ⁰C abgekühlt werden, wobei

als Heizmittel für die zweite Verkokungsstufe die Entgasungsgase der ersten Verkokungsstufe dienen und die erste Ve rkokungs s tu: e beheizt wird mit den Abgasen aus der Beheizung der zweiten Stufe und die Abgase der Beheizung der ersten Verkokungsstufe als Heizgase für den Vorerhitzer dienen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsgase der zweiten Verkokungs^tufe in der Kühlstufe zusammen mit den heißen Kühlgasen abgezogen, in einem Abhitzekessel gekühlt und mit einer Temperatur von 40 - 100 ⁰C aus dem Kühlgaskreislauf abgeschleust werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorerhitzer als Bandtrockner ausgebildet ist und mit einer Geschwindigkeit von 80 - 150 mm/Minute, vorzugsweise 100 mm/Minute, betreibbar ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verkokungsstix e, die Schwelstufe, aus' einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, an die die zweite Verkokungsstufe, der Hochtemperaturschacht aus einem keramischen Werkstcf f, angeschlossen ist.

1T. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verkokungsstufe aus keramischen Material eine indirekte Stufenbeheizunq; besitzt.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verkokungsstufe, der Schwelschacht, eine Bauhöhe von 4 - 7 m und der Hochtemperaturschacht, die zweite Stufe, eine Bauhöhe von 5 - 5 m besitzt.

13. Vorrichtung zur Druchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der indirekten Beheizung der ersten Verkokungsstufe eine Zusatzbeheizung mit Brenngasen angeordnet ist.