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Verfahren zum unmittelbaren Karbonisieren, insbesondere Schwelen von Ligniten,
Braunkohlen od. ähnl. geologisch jungen Kohlen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, nach welchem man unmittelbar aus üblich klas- sierten Braunkohlen und Ligniten einen solchen
Halbkoks und Koks bekommen kann, der die
Form der ursprünglichen Stücke behält und welcher derart abriebfest und gegen mechanische Drücke widerstandsfähig ist, dass er in elektrochemischen und metallurgischen Elektroöfen, Niederschachtöfen und in üblichen Hochöfen geringerer und mittlerer Kapazität zwecks Erzeugung von Roheisen, Ferrolegierungen, Karbiden usw. verwendet werden kann, ebenfalls aber als höherwertiger Brennstoff überall dort, wo Stückkoks verwendet wird, an den weniger strenge Anforderungen bezüglich der statischen und Abriebfähigkeit gestellt werden.
Dieses Verfahren ist für alle diejenigen Staaten und Gebiete wichtig, welche über keine Steinkohlen verfügen, die einen metallurgischen Koks für den Bedarf der elektrochemischen und metallurgischen Industrie geben, welche jedoch grosse Braunkohlen-und Lignitvorräte besitzen. Besonders wichtig ist es für die Gewinnung von Roheisen aus Eisenerzen ausschliesslich mit Hilfe dieser Brennstoffe, die für die Erzeugung von normalem metallurgischem Koks ungeeignet sind.
Es ist auch nicht zu erwarten, dass ein einfaches und billiges Verfahren entwickelt werden könnte, nach welchem Braunkohlen und Lignite allein einen metallurgischen Koks mit denjenigen physikalischen und chemischen Eigenschaften, welche die Roheisenerzeugung in grossen Hochöfen fordert, liefern würden.
Deswegen werden schon seit einigen Jahren Roheisenerzeugungsaggregate entwickelt, in welchen man einen Brennstoff von geringerer Festigkeit und anderen Eigenschaften verwenden kann, wie das z. B. der Elektro- und der Blasniederschachtofen sind, in welchen ein Brennstoff mit feinerer Körnung von 10 bis 40 mm mit geringerer statischer und Abriebfestigkeit verwendet werden kann. An diesen werden auch sonst bezüglich der chemischen Zusammensetzung und der übrigen pyrochemischen Eigenschaften weniger strenge Anforderungen gestellt, solange pro Kohlenstoffeinheit der Preis geringer ist und auch die Gesamterzeugungskosten pro Tonne Roheisen nicht höher sind als diejenigen der üblichen Hochofenerzeugung mit normalem metallurgischem Koks.
Zahlreiche Verfahren und Versuche, wie bei der
Roheisenerzeugung in Hochöfen mittlerer Lei- stungen, in Niederschachtöfen und Elektronieder- schachtöfen und bei der elektrometallurgischen und elektrochemischen Industrie überhaupt, den normalen metallurgischen Koks durch einen
Koks oder Halbkoks zu ersetzen, welcher ausschliesslich aus Braunkohlen und Ligniten erzeugt würde, sind im wesentlichen und in wirtschaftlicher Hinsicht bis jetzt fehlgeschlagen. Es ist wohl möglich, solche jungen Kohlensorten zu vermahlen und sie unter Zusatz von Bindemitteln, wie z. B. Pechen und Teeren, welche bei der Destillation von Ligniten, Braunkohlen und Steinkohlen gewonnen werden, zu brikettieren und diese Briketts als Brennstoff und Reduktionsmittel sowohl im rohen wie im verkokten Zustand in den angeführten metallurgischen Aggregaten zu verwenden.
Die Anforderung, dass die metallurgische, elektrometallurgische und elektrochemische Industrie nicht ausschliesslich von verkokbaren Steinkohlen abhängig sein soll, kann zum Teil erfüllt werden, indem metallurgisch brauchbarer Koks derart erzeugt wird, dass man bestimmte separierte Braunkohlen oder durch Schwelen von Ligniten und Braunkohlen gewonnenen Koksgrus vermahlt, diesem Grus Kokskohlen mit ausserordentlich guter Backfähigkeit zusetzt und im übrigen vorgeht, wie das bei der Kokserzeugung aus Steinkohle üblich ist. Auf diese Art gelingt z. B., bis zu 50% von Kokskohle durch entsprechend vorbereitete Braunkohlen und Lignite zu ersetzen, wodurch freilich nur 20-30% des erzeugten Kokskohlenstoffes ersetzt werden.
Erfolglos sind die Versuche, aus Braunkohlen und Ligniten einen Brennstoff für Elektro- und Niederschacht-Roheisenöfen, elektrometallurgische Öfen usw. zu erzeugen, wenn nach der Karbonisierung der verwendeten Kohlen Halbkoks oder Koks als Grus gewonnen werden, welcher zu weich und zu fein ist, damit er in den angeführten Reduktionsöfen, die immerhin eine entsprechende Stückigkeit und Festigkeit des Brennstoffes verlangen, verwendet werden könnte. Auch die Karbonisierung der xylitischen Fraktion
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einiger Lignitvorkommen ist keine Lösung, weil nach dieser typischen Meilerverkohlung ge- wonnene Xylitkohle keinesfalls den Bedarf einer ernsten metallurgischen und elektrochemischen
Erzeugung decken kann, da in der Gesamtlignit- masse gewöhnlich solche Xylitfraktionen nur einen unwesentlichen Anteil bilden.
In Fachkreisen herrscht die Ansicht, dass die
Braunkohlen und Lignite nicht die erforderlichen chemischen Komponenten besitzen, welche beim
Verkoken der Steinkohlen auf Grund ihrer Back- fähigkeit den porösen, mechanisch festen metall- urgischen Koks ergeben. Langwierige und gründ- liche Untersuchungen und Versuche, welche sich zu diesem Zweck entwickelter neuer Unter- suchungsmethoden bedient hatten, haben es er- möglicht, im vorhinein für einzelne Braunkohlen- und Lignitsorten die Bedingungen festzusetzen, unter welchen diese im Karbonisierungswege zu einem festen, stückigen Halbkoks und Koks nach dem dieser Erfindung zugrunde gelegenen Ver- fahren umgewandelt werden können.
Es wurde festgestellt, dass die Lignite Zellulosen,
Hemizellulosen und Lignine enthalten, welche bei der Karbonisierung charakteristische thermi- sche Effekte ergeben, u. zw. im allgemeinen endotherme Effekte mit einem Minimum bei
320 C und exotherme Effekte mit einem Maxi- mum bei 380 C und 420 C, die man mit dafür ausgearbeiteten Methoden qualitativ und quanti- tativ bestimmen kann.
Die Versuche im Laboratorium und im Grossmassstab haben weiter bewiesen, dass aus stückigen
Braunkohlen und Ligniten unmittelbar Halbkoks und Koks in erhaltener Stückform von grosser Festigkeit gewonnen werden können, wenn die
Karbonisierung (Schwelung, Verkokung) unter genau festgelegten und für jede Kohlesorte charakteristischen Bedingungen durchgeführt wird, die sich nach der Menge der anwesenden Zellulose-, Hemizellulose- und Ligninbestandteile bzw. der Bitumina richten, welche nach den erwähnten Untersuchungsmethoden schon vorher festgestellt wurden. Diese Anteile dieser Bestandteile bedingen und schreiben vor die Erwärmungsgeschwindigkeiten und die Feuchtigkeitsgehalte dieser Brennstoffe im Augenblicke, wo sie in Stückform der Karbonisierung unterworfen werden.
Die ursprüngliche Stückform bleibt dabei erhalten, es wird nur ihre Grösse proportional der auftretenden Kontraktion verkleinert.
Auf diese Weise werden während des Karbonisierens chemische Verbindungen und Produkte gebildet, welche die dabei entstehenden Kohlenstoffskelette zu festen Körpern verbinden. Die karbonisierten Halbkoks- und Koksstücke besitzen bei richtiger Verfahrensführung eine grosse statische und Abriebfestigkeit, und es fällt nur wenig Grus und Staub an, welche in Reduktionsöfen nicht verwendbar sind.
Das gilt hauptsächlich für diejenigen Kornklassen der Braunkohlen und Lignite, welche als die mechanisch festesten und dem Anteil nach die bedeutendsten die Aufbereitungsanlagen bei den
Gruben verlassen. Diese Kornklassen sind Nuss,
Würfel und Stück. Es ist unmöglich, durch künstliches Pressen eines vorher vermahlenen
Brennstoffes auch unter grossen Drücken einen so engen Kontakt und eine so günstige Verteilung des Elementarkornes zu erreichen, als ihn diese Kornklassen bereits von Natur aus besitzen.
Bei vorher vermahlenem Brennstoff treten während der Karbonisierung diejenigen Reaktionen, welche die notwendigen Bindungen liefern, nicht im verlangten Ausmass auf, so dass das karbonisierte Erzeugnis nicht die gewünschte Festigkeit besitzt.
Wenn man aus vermahlenen Braunkohlen und Ligniten grüne oder karbonisierte Briketts mit für metallurgische Zwecke entsprechender Festigkeit herstellen wollte-oder wenn man sogar daraus zu einem brauchbaren Koks zu kommen wünscht-, ist es notwendig, bituminöse Bindemittel mit genau festgelegten Eigenschaften in solchen Mengen zuzugeben, in welchen sie im Laufe des Destillations-und Karbonisierungsprozesses dieser Brennstoffe selbst nicht anfallen.
Deswegen sind so hergestellte Briketts und Kokse in vielen Fällen zu teuer.
Der Feuchtigkeitsgehalt, welchen die Braunkohlen und Lignite im Sinne der obigen Ausführung besitzen müssen, bevor sie dem Karbonisierungsprozess unterworfen werden, muss bei
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werden. Falls der Feuchtigkeitsgehalt höher ist,
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das gewonnene Produkt sogar für die angeführten Verwendungen ungeeignet. Wenn die Karbonisierung anderseits richtig geleitet wird, werden die Halbkokse und Kokse in Stücken erhalten, welche der Form, der Grösse, den chemischen und physikalischen Eigenschaften nach unmittelbar in den anfangs angeführten Erzeugungsaggregaten verwendet werden können.
Für die Karbonisierung in grossem Massstabe können irgendwelche Karbonisierungsöfen bekannter Konstruktion für indirekte oder direkte Erwärmung verwendet werden. Diese Öfen müssen jedoch so gebaut sein, dass in jeder Karbonisierungszone die Temperaturen und die Erhitzungsgeschwindigkeiten genau eingehalten werden können, was sowohl das Trocknen wie auch das Entgasen und das Karbonisieren bei niedrigen, mittleren und hohen Temperaturen betrifft.
Nur auf diese Art und Weise kann man aus den verwendeten Kohlensorten und-klassen Nuss, Würfel und Stück zu stückigem Halbkoks und Koks gelangen, ohne dass der Anteil an Staub und Grus unter 15 mm 10 Gew.-% der Gesamtmenge übersteigt.
Beispiel 1: Lignit A fällt mengenmässig in der Kohleaufbereitung in folgenden Kornklassen an : Zirka 33% Stückkohle, 45% Nuss und Würfel und 22% in den feinen Kornklassen Erbse, Fein und Staub. Der Mengenanteil der Kornklassen Würfel und Nuss kann durch Brechen der Stückkohle entsprechend vergrössert werden. Die Kornklassen Würfel und Nuss kommen nach der Karbonisierung in Niederschachtöfen und Hoch- öfen mittlerer Grösse und für die übrigen elektrochemischen Aggregate in Betracht. Diese Kornklassen haben im Ausgangszustande folgende chemische Zusammensetzung : Feuchtigkeit 45%
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3%[1I, 45%],0, 2%[0, 36%], S Asche 0, 5%[0, 91%].
Die grubenfeuchte Kohle hat 45% Feuchtigkeit, und die Vorversuche zeigen, dass sie auf 18% Feuchtigkeit, z. B. nach dem Fleissnerschen Verfahren, vorgetrocknet wird. Lignit dieser Kornklassen wird nach dem Vortrocknen in einem Schwelofen karbonisiert, u. zw. derart, dass inner-
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unter einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 3 C/min vor sich geht, sei es in einem Retortenofen mit indirekter Erwärmung, sei es in direkter Erwärmung mit Hilfe der im Laufe der Destillation entwickelten und entsprechend vorgewärmten Gase.
Der Karbonisierungsprozess verläuft dabei so, dass sich die ursprüngliche Stückform nicht ver- ändert. Wegen der Kontraktion der Stücke wird ihre Grösse vermindert. Die gewonnenen Brennstoffstücke sind aber nachher so fest, dass z. B. die Abriebfestigkeit in der Micumtrommel Werte m-2 von 5 bis 12%, m+20 aber über 75% ergibt, d. h. dass man nach dem Absieben und Transportieren 80-90% des Halbkokses in Kornklassen, wie solche in Niederschachtöfen, Elektroöfen usw. verwendet werden, erhalten kann.
Der gewonnene Halbkoks hat folgende Zu-
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bereitungsanlage mengenmässig mit 50% in Kornklassen Stück und Nuss in folgender chemischer
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:0, 46%[0, 59%].
Diese Kohle soll z. B. bei höheren Temperaturen von 20 bis 900 C karbonisiert werden. Weil der festgestellte natürliche Feuchtigkeitsgehalt der Kohle den optimalen Feuchtigkeitsgehalt darstellt, welcher für die Festigkeit und das Ausbringen der verlangten Kornklassen verlangt wird, wird diese Kohle nicht vorgetrocknet, sondern unmittelbar karbonisiert. Wenn man die
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C/minZusammensetzung : Feuchtigkeit 0%, Asche 25, 7%, C 72, 2%, H 0, 42%, Koksrückstand 93,9% flüchtige Bestandteile 6, 1%, Cfx 68, 2%, Brennbares 74, 3%, S gesamt 1, 5%.
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