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Verfahren und Vorrichtung zum Kalzinieren von kohlenstoffhaltigen Feststoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalzinieren von kohlenstoffhaltigen Feststoffen u. dgl., insbesondere ein neues kombiniertes Verfahren zur einwandfreien Kalzinierung mit Hilfe heisser Gase bei den gewünschten Temperaturen, Gewinnung der in den Gasen mitgerissenen festen Primärprodukte und Beseitigung des Gase mit einem Mindestmass an Schwierigkeiten. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In den üblichen Verfahren zum Kalzinieren, insbesondere von grünem Petrolkoks, wird das Einsatzmaterial in ein Ende eines langen Drehrohrofens eingeführt, der mit leichter Neigung zur Horizontalen angeordnet ist. Das feste Material wird in das höher liegende Ende des Ofens eingeführt und mit einer offenen Flamme erhitzt. Während der Ofen rotiert, bewegen sich die Feststoffe langsam zum tieferen Ende des Ofens. Während dieser Zeit werden sie mit den heissen Gasen in Berührung gebracht. Die Feststoffe werden vom tieferen Ofenende entfernt, während die heissen Gase vom entgegengesetzten Ende abgezogen und in geeigneter Weise verwertet werden. Durch das unvermeidliche Eindringen von Luft rings um die Flamme geht eine wesentliche Koksmenge durch Verbrennung und sehr starkes Mitreissen von Feinteilen verloren.
Diese Nachteile werden durch das Kalzinierverfahren gemäss der Erfindung behoben, das eine Verbesserung gegenüber den üblichen Kalzinierverfahren darstellt. In diesem Verfahren wird praktisch der gesamte in den Ofen eingeführte Feststoff behandelt und für den Endverwendungszweck wiedergewonnen. Ferner fallen wertvolle Gase als Nebenprodukte an.
Das Verfahren wird nachstehend an Hand der Behandlung von grünem Petrolkoks beschrieben, da es sich für diesen Zweck besonders eignet.
Gemäss der Erfindung wird das zu behandelnde feste Material in einer Menge, die dem gewünschten
Grad der Behandlung entspricht, in das eine Ende eines geneigten wärmeisolierten Drehofens eingeführt, der an jedem Ende mit Verschlüssen versehen ist, um ihn praktisch luftdicht ! zu machen. Heisse Gase, die vorzugsweise durch Verbrennen eines Brennstoffes mit Luft am oder im entgegengesetzten Ende des
Ofens erzeugt werden, werden im Gegenstrom zum Feststoff durchgeleitet. Während des Umwälzens und Stürzen des Feststoffs im Ofen findet ein erheblicher Abrieb statt. Die auf diese Weise gebildeten feineren Teilchen werden von den Behandlungsgasen mitgerissen. Diese Gase mit den mitgerissenen
Feststoffteilchen werden am Kokseintrittsende des Ofens abgezogen und durch Absetzkammern geführt, die praktisch luftdicht ausgebildet sind.
Die Absetzkammern sind so gross, dass im wesentlichen eine vollständige Abtrennung der Feststoffteilchen von den Gasen erfolgt. Da die Kammern ebenfalls luftdicht sind, werden die Gase in ihnen nicht verbrannt und können geeigneten Verbrennungsvorrichtungen, z. B. einer Fackel, einem Dampferzeuger oder andern ähnlichen Vorrichtungen, in denen sie als Hilfsbrennstoff verwendet werden, zugeführt werden. Die in der Absetzkammer abgeschiedenen feinen
Feststoffteilchen werden gesammelt und vorteilhafterweise in den Drehofen zur Kalzinierung und Behandlung zurückgeführt. Der als Produkt erhaltene kalzinierte Koks wird in einen verschlossenen
Kühler entleert, aus dem er bei einer Temperatur unterhalb seiner Zündtemperatur abgenommen wird.
Zur Umwandlung von Grünkoks in einem für Elektroden geeigneten Zustand muss er durch Wärmebehandlung vollständig carbonisiert werden. Wie allgemein bekannt, besteht Petrolkoks meistens nicht aus reinem Kohlenstoff, sondern stellt ein kompliziert zusammengesetztes kohlenstoffhaltiges Stoff gemisch dar, das mit dem Koks chemisch gebundene und an ihn adsorbierte Kohlenwasserstoffe enthält. Die flüchtigen Stoffe, die an den Koks adsorbiert sind, sowie diejenigen, die durch Pyrolyse der an den Koks gebundenen Kohlenwasserstoffe gebildet werden, werden durch die Hochtemperaturverkokung entfernt.
Zurück bleibt ein verhältnismässig harter, dichter Kohlenstoff, der die für die Elektrodenherstellung notwendigen Eigenschaften, wie elektrische Leitfähigkeit u. dgl., aufweist.
Die einfachste Methode zur Erzeugung der heissen Kalziniergase besteht in der Verbrennung eines
Brennstoffes an der Luft mit Hilfe eines Brenners, der in einem Ende des Ofens vorgesehen ist. Dieser
Brenner ist in einer sogenannten Feuerungskappe montiert, die direkt vor der Ofenöffnung liegt. Nach der bisherigen Praxis wurde der Anschluss zwischen dem Drehrohrofen und der Feuerungskappe offen- gelassen, so dass eine wesentliche Luftmenge ständig in den Ofen strömte und die Verbrennung einer erheblichen Menge des Kokses bewirkte. Ebenso war es bisher üblich, den Luftzutritt zu der vorstehend
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genannten Absetzkammer zuzulassen.
Diese Arbeitsweise hatte natürlich die Verbrennung eines Teils der festen Koksteilchen und die damit verbundene Aschebildung und übermässige Verdünnung der Gase zur Folge, so dass diese anschliessend nur noch wenig Nutzen erbringen konnten. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass praktisch alle diese Feststoffe im wesentlichen aschefrei gewonnen werden und ein Restgas anfällt, das leicht in geeigneten Vorrichtungen verbrannt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert, die ein Fliessschema des Verfahrens mit schematischer Darstellung der Teile der Vorrichtung zeigt.
Der Grünkoks wird dem Drehrohrofen 10 vom Becherwerk 16 über die Leitung 14, Absperrschieber 15 und Schüttrinne 12 zugeführt. Der Ofen 10 ist zur Horizontalen leicht geneigt und kann eine Länge
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matisch angedeutet ist.
Am Koksaustragsende des Ofens ist ein gasdichter Verschluss 19 und ein Brenner 20 mit Zuführungsleitungen 22 und 24 für Brennstoff und Luft vorgesehen. Jeder geeignete flüssige oder gasförmige Brennstoff kann verwendet werden.
Am Kokseintrittsende ist der Ofen 10 über einen gasdichten Drehschieber 26 mit der Absetzkammer 28 verbunden. Diese Kammer ist mit einer oder mehreren Leitungen 30 für den Austrag der Feststoffe
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gesehen, um das Gas zu einem der genannten Anlageteile abzuleiten oder es auf beide aufzuteilen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wie folgt durchgeführt : Der Grünkoks wird von einem Aufgabebehälter 44 mit Band oder einer andern Fördereinrichtung 46 dem Becherwerk 16 zugeführt. Er läuft dann durch Leitung 14 und Rohr 12 in den Kalzinierofen 10. Dieser wird in Drehung gehalten, so dass der Koks darin umgewälzt wird und langsam zum niedrigeren Ende des Ofens wandert. Der Brenner 20 wird mit dem ausgewählten Brennstoff in geeigneter Weise betrieben. Die gebildeten heissen Verbrennungsprodukte werden dem Kalzinierofen am Austragsende für das feste Produkt zugeführt. Während der Koks umgewälzt wird, kommt er mit einem im Gegenstrom geführten Gasstrom in Berührung, so dass seine Behandlung zu dem Zeitpunkt, an dem er das niedrigere Ende des Ofens erreicht, abgeschlossen ist.
Der behandelte Koks wird über die Schurre 48 in den Kühler 50 entleert, der ebenfalls luftdicht verschlossen ist, und dann aus dem Kühler als Endprodukt abgezogen. Abgesehen von der Massnahme der Ausschliessung der Luft aus dem Kalzinierofen werden die vorstehend beschriebenen Schritte nach der in der Industrie üblichen Praxis vorgenommen. Die für jeden Kalzinierungsgrad erforderlichen Durchgangsmengen und Temperaturen des Kokses und der heissen Gase sind dem Fachmann wohlbekannt.
Die durch den Brenner 20 erzeugten heissen Gase strömen durch den Kalzinierofen und direkt in die Absetzkammer 28. Der Querschnitt der Absetzkammer ist wenigstens zweimal, vorzugsweise viermal so gross als der Querschnitt des Kalzinierofens, so dass die Gasströmungsgeschwindigkeit stark bis zu einem ziemlich trägen Strom abnimmt. Als Folge dieser Geschwindigkeitsabnahme fallen die Feststoffteilchen,
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von dem sie durch geeignete Schieber in die Leitungen 30 gelangen. Das nunmehr weitgehend von Feststoffteilchen befreite Gas strömt durch Leitung 36 zur Verbrennung in der Fackel 38 oder zur Wärmeerzeugungseinheit 40 oder zu beiden. Es kann auch für beliebige andere Zwecke verwendet werden.
Bei Ausnutzung des Gases zur Wärmeerzeugung ist unter Umständen Zusatzbrennstoff erforderlich, der durch Leitung 52 zugeführt werden kann. Ebenso muss es beim Abfackeln zunächst durch Zusatzbrennstoff, der durch Leitung 54 zugeführt wird, erhitzt werden, um die Verbrennungsreaktion auszulösen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung weist zahlreiche Vorteile gegenüber den üblichen Verfahren zur Kalzinierung im Drehofen auf. Durch Verschliessen beider Ofenenden zur Verhinderung des Luftzutritts werden die Produktverluste durch Verbrennung um 10-15% verringert. Durch den Ausschluss der Lust kann die Absetzkammer 28 aus weniger teurem feuerfestem Material gebaut werden, das wiederum keine Schädigung durch hohe Temperaturen erleidet, wie es bisher der Fall war. Darüber hinaus hat das aus dem System gewonnene Gas gute Brenneigenschaften, während das bei den üblichen Verfahren und Vorrichtungen erhaltene Gas in dieser Hinsicht sehr schlecht ist.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäss der Erfindung die Kalzinierung von kohlenstoffhaltigen Materialien im allgemeinen und von grünem Petrolkoks im besonderen wirksam durchgeführt werden kann. Dieses neue Verfahren stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber den zurzeit technisch durchgeführten Verfahren dar.
Folgende weitere beispielsweise Angaben sollen den Erfindungsgegenstand näher erläutern, ihn jedoch in keiner Weise beschränken :
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<tb>
<tb> Drehrohrofen <SEP> 10, <SEP> innere <SEP> Masse <SEP> Länge <SEP> 54 <SEP> m
<tb> Durchmesser........ <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> m
<tb> Absetzkammer <SEP> 28, <SEP> Masse <SEP> Länge <SEP> 8, <SEP> 1 <SEP> m
<tb> Breite <SEP> 4, <SEP> 2 <SEP> m <SEP>
<tb> Höhe <SEP> 3, <SEP> 9 <SEP> m <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> Beschickung, <SEP> Rohkoks <SEP> (mit <SEP> 10% <SEP> Wasser <SEP> und <SEP> 10%
<tb> flüchtigen <SEP> Stoffen) <SEP> 26, <SEP> 5 <SEP> t/h
<tb> Ausstoss <SEP> an <SEP> Koks <SEP> 20, <SEP> 8 <SEP> t/h
<tb> In <SEP> der <SEP> Absetzkammer <SEP> 28 <SEP> zurückgewonnener <SEP> und <SEP> dem <SEP>
<tb> Ofen <SEP> 10 <SEP> wieder <SEP> zugeführter <SEP> Koks.................
<SEP> 0, <SEP> 38 <SEP> t/h <SEP>
<tb> Brennstoff <SEP> (Naturgas), <SEP> Zufuhr <SEP> zum <SEP> Ofen <SEP> 10........... <SEP> 1. <SEP> 850 <SEP> m3/h <SEP>
<tb> Verbennungsluftzufuhr <SEP> zum <SEP> Ofen <SEP> 10 <SEP> .............................. <SEP> 21. <SEP> 600 <SEP> m3/h <SEP>
<tb> Temperatur <SEP> der <SEP> die <SEP> Absetzkammer <SEP> 28 <SEP> verlassenden
<tb> Gase <SEP> ................................................. <SEP> 4382 <SEP> C
<tb> Geschwindigkeit <SEP> der <SEP> Gase <SEP> in <SEP> der <SEP> Absetzkammer...... <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> m/sec
<tb> Analyse <SEP> des <SEP> die <SEP> Absetzkammer <SEP> 28 <SEP> verlassenden <SEP> Gases.
<SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> Vol.-% <SEP> CO <SEP>
<tb> 1, <SEP> 6 <SEP> Vol.-% <SEP> CO
<tb> 14, <SEP> 5 <SEP> Vol.-% <SEP> H, <SEP>
<tb> 3,7 <SEP> Vol.-% <SEP> CHo <SEP>
<tb> 51, <SEP> 2 <SEP> Vol.-% <SEP> N, <SEP>
<tb> 23, <SEP> 4 <SEP> Vol. <SEP> -% <SEP> Hp <SEP>
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zum Kalzinieren von kohlenstoffhaltigen Feststoffen, insbesondere von grünem Petrolkoks, zwecks Herstellung eines für die Kohleelektrodenfabrikation geeigneten Einsatzgutes, bei welchem durch eine Gegenstromführung von Gas und Festkörper in einem Drehrohrofen an dessen einem Ende das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial eingebracht wird und die Verbennungsgase samt mitgerissenen Feinteilen in eine Absetzkammer übertreten, während am andern Ende des Drehrohrofens heisse Verbrennungsgase zugeführt werden und das Hauptkalzinierungsprodukt, das in der Folge gekühlt und gewonnen wird, austritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zutritt von Luftsauerstoff zum Inneren des Drehrohrofens und der Absetzkammer praktisch vollständig durch geeignete gasdichte Abschlüsse vermieden wird,
und dass ferner das Volumen der Absetzkammer dasjenige des Drehrohrofens um so viel übertrifft, dass die hiedurch bedingte Verminderung der Geschwindigkeit des aus dem Drehrohrofen austretenden Gasstromes den überwiegenden Teil der mitgerissenen Feinteile in der Absetzkammer absetzen lässt, wodurch Feinteile und Gas im wesentlichen getrennt abgezogen und gewonnen werden können.