AT393276B - Kohle-teer-gemisch mit hohem feststoffanteil - Google Patents

Description

AT 393 276 B

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kohle-Teer-Gemisch mit hohem Feststoffanteil. Im spezielleren bezieht sich die Erfindung auf die Korngrößenverteilung der Kohle, wodurch in dem Gemisch ohne Verwendung von Additiven ein Feststoffgehalt von über 50 Gew.-% erreicht werden kann.

Der Ausdruck "Kohle" bezieht sich im gegebenen Zusammenhang auf jeden, im wesentlichen festen kohlenstoffhaltigen Brennstoff, wie Kohle, Koks für metallurgische Zwecke, Petrolkoks, Semikoks usw.

Die Verwendung von Hilfsbrennstoffen, die in der Höhe der Winddüsen beim Hochofen eingeführt werden, führt zu großen Vorteilen hinsichtlich der Produktivität des Hochofens und des Energieverbrauchs. Das im allgemeinen als Hilfsbrennstoff verwendete Heizöl ist jedoch ein Material, dessen Kosten und Verfügbarkeit von nichttechnischen Faktoren abhängen, welche die Verwendung dieses Materials in Anlagen, die in einem sehr komplizierten Gleichgewicht betrieben werden, wie ein Hochofen, unannehmbar machen können. Es wurde daher nach anderen Arten von Hilfsbrennstoffen gesucht. Kohle-Wasser-Gemische und Kohle-Teer-Gemische haben sich aus einer Reihe von Gründen als interessant erwiesen, insbesondere hinsichtlich der Kosten, der Qualität und der Verfügbarkeit.

Was die Kohle-Teer-Gemische anlangt, so bestand eine Begrenzung bisher darin, daß dann, wenn der Kohlegehalt des Gemisches 40 Gew.-% überstieg, die scheinbare Viskosität des Gemisches rasch ansteigt, mit dem Ergebnis, daß bei etwa 50 Gew.-% Feststoffen das Gemisch nicht mehr pumpfähig ist. Überdies steigt bei über 40 Gew.-% Feststoffgehalt die scheinbare Viskosität des Kohle-Teer-Gemisches auch deutlich mit Verlauf der Zeit an. Dies dürfte auf eine Absorption des Teers in den Kohleporen zurückzuführen sein, wodurch der Volumensprozentsatz an Kohle im Gemisch erheblich zunimmt.

Wegen dieser Schwierigkeiten, auf die vor kurzem in den Berichten S44 bzw. S108 am 103. bzw. 105. Meeting der ISU (April 1982 bzw. April 1983) hingewiesen wurde, konnte der Kohlegehalt von Kohle-Teer-Gemischen, die in technischen Versuchen in Japan an einem 5.050 m^-Hochofen eingesetzt wurden, 43 Gew.-% nicht übersteigen (Proceedings of the Fifth International Symposium on "Coal Slurry Combustion and Technology” 25-27/4/83, Tampa, USA, Bd. 1, Seiten 361 et seq.).

Im Gegensatz zu den Berichten über den Stand der Technik wurde nunmehr überraschenderweise gefunden, daß eine spezielle Korngrößenverteilung der Kohle die Produktion von Kohle-Teer-Gemischen mit über 50 % Kohle und mit einer solchen Viskosität ermöglicht, daß das Gemisch leicht gepumpt und injiziert werden kann und daß es keine erhebliche Veränderung im Verlauf der Zeit aufweist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Kohle mit einer Korngröße von unter 20 mm, ausgewählt unter verkokbaren Kohlen, schwer verkokbaren Kohlen, Koks für metallurgische Zwecke undPetrolkoks, zusammen mit dem Teer einer Mühle zugeführt und unter Erzielung der folgenden Korngrößenverteilung gemahlen: über 500 pm 250 bis 500 pm 88 bis 250 pm 44 bis 88 pm 11 bis 44 pm unter 11 pm 0 (Gew.-%) 1-2 (Gew.-%) 3-7 (Gew.-%) 9-18 (Gew.-%) 40-50 (Gew.-%) 30-45 (Gew.-%)

Auf diese Weise wird, in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Kohle, der tatsächlich erzielten Korngrößenverteilung und der Menge an Kohle im Gemisch, eine scheinbare Viskosität (Haake MV Π P, bei 70 °C, 1800 Sekunden, 28 s'1) von etwa zwischen 800 und 1200 cP erreicht, mit einer guten Stabilität bis zu 14 Tagen ohne Rühren und bis zu etwa 30 Tagen mit langsamem Rühren. Mit der erfindungsgemäßen Korngrößenverteilung können im Hochofen erprobte Kohle-Teer-Gemische mit bis zu 53,11 Gew.-% Kohle geschaffen werden; darüberhinaus lassen im Laboratorium vorgenommene Fluiditäts-, Stabilitäts-, Injizierbarkeits- und Verbrennungsversuche eine Verwendung von Kohle-Teer-Gemischen mit einem Gehalt an wenigstens 55 Gew.-% Kohle als möglich erscheinen.

Selbstverständlich muß die Erreichung der gewünschten Korngrößenverteilung anhand der verwendeten Mühlentype, der Mahlparameter und der verwendeten Kohleart überprüft werden. Auf jeden Fall ist es jedoch erforderlich, daß die vorstehend angegebene Korngrößenverteilung erreicht wird.

Die nachfolgenden Beispiele geben für zwei Kohlearten die Bedingungen an, die zu verschiedenen Arten von Gemischen führen. Die Erfindung und die Ansprüche sind jedoch nicht hierauf beschränkt.

Beispiel 1:

Eine bituminöse, verkokende Kohle mit einem mittleren bis hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen und mit den folgenden Eigenschaften: -2-

AT 393 276 B

Korngrößenanalyse: (Gew.-%) > 15 mm 0 8 bis 15 mm 7,08 2,83 bis 8 mm 21,24 1 bis 2,83 mm 24,57 0,25 bis 1 mm 28,50 < 0,25 mm 18,61 Grobanal vse: (Gew.-%) Feuchtigkeit 3,0 Asche (Feststoffe) 83 1 Flüchtige Anteile 28,2 p auf Trockenmaterial bezoger Kohlenstoff 63,5 J Elementaranalvse: (Gew.-%, auf Trockenmaterial bezogen) Asche 8,3 C 83,5 H 4,4 S 0,9 N 1,2 0 1,7 Hardgrove-Mahlindex (HGI) 95 und ein Teer mit den folgenden Eigenschaften: Chemische Analyse: (Gew.-%) h2o 5 c 94,5 H 4,5 S 0,5

Unlösliches in Xylol: 6 %; Aschegehalt in Unlöslichem: 0,15 %; Heizwert: 36,98 MJ/kg; Dichte: 1,17 kg/dm^; scheinbare Viskosität (70 °C, 1800 s, 28 s‘*): 64 cP, wurden gemeinsam in eine 0,42 m^-Kugelmühle mit 4 Abteilen mit einer Kugelbeschickung von 711 kg eingeführt, deren Größenabstufung wie folgt war.

Durchmesser (mm): 16 18 20 25 30

Gew.-%: 12 13 25 30 20

Die Mühle wurde mit 38 Umdrehungen je min (75 % der kritischen Geschwindigkeit) mit einer Produktionsrate von 100 kg/Stunde betrieben.

Es wurden zwei Gemische, A und B, mit Feststoffkonzentrationen von etwa 43 bzw. etwa 53 % hergestellt. Die Eigenschaften dieser Gemische waren wie folge -3-

Kohlegehalt (Gew.-%)

Korngrößenverteilung > 500 μιη 250 bis 500 μιη 88 bis 250 μιη 44 bis 88 μτη 11 bis 44 μιη < 11 μπι

Scheinbare Viskosität cP (70 °C, 1800 s, 28 s'1)

Pumpbarkeit MPa/100 m (1" Rohr, V = 0,05 m/s) AT 393 276 B Gemisch A Gemisch B 42,8 51,6 0,4 0 0,2 1,8 5,6 3,2 8,9 93 34,5 43,9 50,4 41,8 645 928 0,14

Beispiel 2:

Koksfeinteile mit den folgenden Merkmalen:

Komerößenanalvse: (Gew.-%) > 15 mm 0,46 8 bis 15 mm 0,10 2,83 bis 8 mm 19,95 1 bis 2,83 mm 35,20 0,25 bis 1 mm 26,60 < 0/25 mm 17,69 Grobanalvse (Gew.-%) Kohlenstoff 84 Flüchtige Anteile 2,40 Asche 13,60 wurden zusammen mit dem Teer gemäß Beispiel 1 der gleichen Mühle zugeführt und wurden wie in Beispiel 1 gemahlen, jedoch mit einer Produktionsrate von 50 kg/h. Die erhaltenen Gemische C und D mit den angestrebten Feststoflkonzentrationen von 44 bzw. 53 % wiesen die folgenden Eigensr-haften auf·

Koksgehalt (Gew.-%)

Korngrößenverteilung > 500 μτη 250 bis 500 μπι 88 bis 250 μπι 44 bis 88 μιη 11 bis 44 μπι < 11 μπι

Scheinbare Viskosität, cP (70 °C, 1800 s, 28 s'1)

Gemisch C Gemisch D 44,3 53,1 11,2 0 1,3 0,9 6,5 5,9 13,8 17,9 30,7 43,1 36,5 323 1090 950 -4-

Claims (2)

1. AT 393 276 B An den Gemischen B und D wurde die statische Stabilität, die als das Vermögen des Gemisches, den kohlenstoffhaltigen Feststoffteil in Suspension zu halten und am Absetzen zu hindern, verstanden wird, bestimmt. Der Test wurde mit einem Stahlzylinder von 3 mm Durchmesser und einem Gewicht von 30 g ausgeführt, wobei jene Länge des Zylinders gemessen wird, welche nicht eine Tiefe von 180 mm des Gemisches im ruhigen, ungestörten Zustand penetrieren kann. Anders ausgedrückt, penetriert der Testzylinder zur Gänze in das Gemisch, wenn der Feststoffteil des Gemisches nicht ausgeschieden wird. Werden hingegen die Feststoffanteile ausgeschieden und am Boden des Versuchsbehälters abgelagert, so hindert die sich ausbildende Schicht den Zylinder an einem völligen Eintauchen. Die Millimeteranzahl des Zylinders, der über die freie Oberfläche des Gemisches herausragt, stellt ein Maß für die Stabilität des Gemisches dar. Die für die Gemische B und D ermittelten Werte sind wie folgt: Statisch« Stabilitätstest: mm nicht penetriert nach w Wochen Gemisch Ow 1 w 2 w 3 w B 0 3 3 4 D 0 0 0 0 Wie aus den Beispielen ersichtlich, beeinflussen die Mahlbedingungen die Korngrößenverteilung des gemahlenen Feststoffes; nur dann, wenn die Korngrößenverteilung in die erfindungsgemäß festgelegten Bereiche fällt, werden Gemische erhalten, die zur Anwendung im Hochofen geeignete Eigenschaften aufweisen, insbesondere hinsichtlich Pumpbarkeit und Viskosität, welche Eigenschaften einen Pipeline-Transport des Gemisches in einem Bereich von mehreren Kilometern und eine Injektion des Gemisches bei den Windzuführungen des Hochofens gestatten müssen. Ein Gemisch vom Typ B wurde in einer halbtechnischen Anlage mit einem Ausstoß von 3,5 t/h im Verlaufe einer Woche hergestellt und das erhaltene Gemisch wurde ohne irgendwelche Störungen bei zwei in geringem Abstand angeordneten Windzuführungen eines mittelgroßen Hochofens, der 5500 Tonnen Roheisen je 24 Stunden produzierte, injiziert. Der Durchsatz betrug zwischen 500 und 1000 kg/h je Windzuleitung; die Windkenngrößen waren: T = 1200 °C, Feuchtigkeitsgehalt 15 g/Normalkubikmeter; 02:21 %. PATENTANSPRÜCHE 1. Kohle-Teer-Gemisch mit hohem Kohleanteil, das sich insbesondere zur Injektion als Hilfsbrennstoff in Hochöfen eignet, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Korngrößenverteilung innerhalb des folgenden Bereiches aufweist: > 500 pm 250 bis 500 pm 88 bis 250 pm 44 bis 88 pm 11 bis 44 pm < 11 pm 0 Gew.-% 1 bis 2 Gew.-% 3 bis 7 Gew.-% 9 bis 18 Gew.-% 40 bis 50 Gew.-% 30 bis 45 Gew.-%
2. 2. Kohle-Teer-Gemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es über 50 Gew.-% Kohle enthält und eine scheinbare Viskosität bei 70 °C von 800 bis 1200 cP aufweist. -5-