[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Behandlung von kohlenstoffhaltigem Gut in einem Vertikalkammerschachtofen, bei dem das zu behandelnde Gut vertikal absinkt und verschiedenen Behandlungen ausgesetzt und schliesslich am unteren Ende des Ofens ausgetragen wird.
[0002] Bei der Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material und insbesondere bei der Karbonisation von Koks und/oder der Veredelung von Koks minderer Qualität treten grosse Probleme in Bezug auf die konsistente, homogene Qualität des behandelten Gutes, den Abrieb während der Behandlung und somit die Gleichmässigkeit der Partikelgrösse des behandelten Gutes auf. Dies ist insbesondere auf die Schwierigkeiten bei der Überwachung und Steuerung der Behandlung während des Verfahrens zurückzuführen.
Das heute in diesem Zusammenhang und insbesondere für die Kalzinierung gebräuchlichste Verfahren zur Behandlung von kohlenstoffhaltigem Gut ist das Drehrohrofen-Verfahren mit einer mehr oder weniger geneigten Ofendrehachse zwischen dem Aufgabe- und Austragsende des Ofens. Die Verbrennungswärme der Gase und volatilen Stoffe aus dem kohlenstoffhaltigen Gut wird dem Gut ständig zugeführt, während es durch den Ofen gefördert wird.
[0003] Eine angemessene Beheizung ist dabei das grösste Problem, weil die Kalzinierung ein endothermischer Vorgang ist und jegliche nennenswerte Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Gutes selbst vermieden werden muss.
Die Schwierigkeiten bei einer derartigen Beheizungssteuerung sind eindrucksvoll in der US 3 888 621 beschrieben.
[0004] Neben dem Aufwand an grossem und schwerem Ausrüstungsmaterial bei den Drehrohröfen besteht ein weiteres Problem darin, dass Röstgut ungleichmässiger Konsistenz erzeugt wird und dass infolge der unkontrollierbaren Bewegungen und der damit verbundenen Abrasion während des Durchganges des Gutes durch den Ofen am Austragsende viel Staub und Bruch anfällt.
[0005] Zur Vermeidung mindestens einiger der bei Drehrohröfen auftretenden Probleme hat die US 6 157 667 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Kalzinierung des kohlenstoffhaltigen Gutes durch elektrischen Strom über eine obere und eine untere Elektrode geschieht. Bei diesem Verfahren können jedoch hohe Wärmespannungen auftreten, während das Gut in dem zylindrischen Vertikalschacht absinkt.
Diese Wärmespannungen entstehen durch das zwischen den Elektroden aufgebaute elektrische Feld. Dadurch entsteht kalziniertes Gut unterschiedlicher Homogenität/Qualität entsprechend der Strömungslinie der absinkenden Partikel im Gut. Daher schlägt diese Lösung auch unterschiedliche Austragsöffnungen für das behandelte Gut vor, nämlich für gewünschte und mindere Qualität.
Durch diese Austragsöffnungen und ihre Steuerung wird die Konstruktion dieses Ofens kompliziert, und es wird bestätigt, dass das Endprodukt nach diesem Verfahren keine Konsistenz und gleichmässige Qualität aufweist.
[0006] In der GB 1 055 857 ist ein Verfahren für die kontinuierliche Behandlung mit Kalzinierung von kohlenstoffhaltigem Gut in einer im Wesentlichen vertikalen Anlage beschrieben, bei der das Gut in einem Drehherd peripher aufgegeben wird und von dort in einen zentralen Austragstrichter gelangt. Dabei wird das Gut auf seinem Weg auf dem Herd immer wieder umgeworfen.
Dieses Umwerfen bewirkt die Erzeugung erheblicher Mengen von Staub und Bruch im behandelten Gut und führt zu unerwünschtem Brand.
[0007] Eine ähnliche Vorrichtung ist in der EP 0 159 903 beschrieben, bei der das zu behandelnde Gut wieder und wieder in einem vertikalen Drehherd umgeworfen wird mit dem Nachteil der Erzeugung unkontrollierter Mengen von Staub und Bruch im ausgetragenen Gut.
[0008] Die EP 0 098 771 lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Koks in einem Schachtofen, bei dem die Hitze durch elektrischen Strom zwischen zwei sich gegenüberstehende Elektroden in der Wand des Ofens erzeugt wird. Hier, wie in der US 6 157 667, ist das Gut Wärmespannungen ausgesetzt, was wiederum zu ungleichmässiger Qualität des behandelten Gutes führt. Darüber hinaus findet hier eine Rückführung von Gasen statt, was selten Gutes führt.
Darüber hinaus findet hier eine Rückführung von Gasen statt, was für die Umwelt schädlich ist.
[0009] Die EP 0 186 170 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, umfassend eine Kalzinierungsstufe in einer komplexen Abfolge von getrennten Behandlungsschritten. In diesem Fall findet die Kalzinierung in einem Vertikalkammerschachtofen statt, der indirekt über die Schachtwände beheizt wird. Bei diesem Verfahren ist die Erzeugung von Abrasionsmaterial herabgesetzt.
Die homogene Erhitzung des Gutes über den gesamten Querschnitt des absinkenden Gutes ist jedoch fragwürdig, was wiederum zu unregelmässiger Qualität am Austragsende führt.
[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben aufgezeigten Nachteile und Schwierigkeiten der bekannten Verfahren und Vorrichtungen durch eine mechanisch einfache und somit auch ökonomische Lösung auszuräumen, bei der das behandelte Gut eine hohe Konsistenz und hohe, gleichmässige Qualität aufweist.
[0011] Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, bei dem das bei der Behandlung absinkende Gut über eine Vielzahl von Temperatur/Zeit-Zonen hinweg, die kontinuierlich bis zur vollständigen Behandlung des Gutes aufeinanderfolgen, direkter Hitze ausgesetzt,
anschliessend gekühlt und ausgetragen wird.
[0012] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, insbesondere bei der Kalzinierung von kohlenstoffhaltigem Gut, sind mindestens drei Kalzinierungsschritte vorgesehen, und zwar mit einem ersten Verfahrensschritt zur Verdampfung von Wasser und Extrahieren von im Gut eingeschlossenem Gas, einem zweiten Verfahrensschritt zum Aufbrechen/Kracken von Hydro-Carbon-Ketten mit anschliessender Destillation von volatilen Stoffen und deren Verbrennung und einem dritten Verfahrensschritt mit Erhitzung und Kalzinierung des trockenen und entgasten Gutes.
[0013] Gemäss der Erfindung ist es vorteilhaft,
wenn man dem absinkenden Gut zur Aufrechterhaltung der Glut und zur Steuerung der Verbrennung der volatilen Stoffe und extrahierten Gase aus dem kohlenstoffhaltigen Gut kontrolliert Luft zuführt.
[0014] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der es um die Veredelung von kohlenstoffhaltigem Gut geht, wie z.B.
Koks und/oder geröstetes kohlenstoffhaltiges Gut minderer Qualität, wird der Auftrag von Kohlenstoff auf das zu behandelnde Gut in mindestens drei Veredelungsschritten durchgeführt, die kontinuierlich aufeinanderfolgen, und das behandelte Gut wird anschliessend gekühlt und ausgetragen.
[0015] Bei dieser Ausführungsform der Erfindung umfassen die Veredelungsschritte einen ersten Schritt, in dem das Gut vorgeheizt wird, einen zweiten Veredelungsschritt, in dem man Kohlenstoff auf das kohlenstoffhaltige Gut nach Aufbrechen/Kracken von Hydro-Carbon-Ketten aufbringt, einen dritten Veredelungsschritt mit der teilweisen Verbrennung von der Vertikalkammer zugeführtem Hydro-Carbon-Gas und einen vierten Schritt mit Abziehen, Kühlen,
Reinigen und Wiederzuführen des gekrackten Gases zusammen mit dem abgezogenen Gas aus der teilweisen Verbrennung und mit der Beimischung von Gas als Ersatz für das gekrackte Gas.
[0016] Die besonderen Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der Erfindung sind die einfache Konstruktion, die überall und insbesondere an allen Verarbeitungsorten aufgestellt werden kann, eine erhebliche Einsparung an aufwendigen Anlagen, wodurch die Erfindung auch für schwächere Volkswirtschaften zugänglich wird, eine einfache Handhabung, Vermeidung von Staub und Bruch sowie unerwünschten Brandes, kein oder nur unbedeutender Austrag von toxischen, umweltbelastenden Gasen und eine gleichmässige und kontrollierte Qualität des behandelten Gutes.
[0017] Weitere Einzelheiten,
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
[0018] In diesen Zeichnungen sind:
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Seitenansicht im Schnitt eines Vertikalkammerofens gemäss der Erfindung.
<tb>Fig. 2<sep>eine schematische Ansicht ähnlich wie Fig. 1 einer erfindungsgemässen Ausführungsform eines Vertikalkammerschachtofens.
[0019] Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform gemäss der Erfindung wird das zu behandelnde, kohlenstoffhaltige Gut am oberen Ende des Vertikalschaftofens 10 aufgegeben. Der Ofen 10 weist vorzugsweise Zylinderform auf und hat einen Aufgabebunker 1, eine Vorheizstufe 2, eine Stufe 3 für die Verdampfung von Wasser, eine Stufe 4, in der die Hydro-Carbon-Ketten zu kracken beginnen und nach unten wandern, eine Stufe 5, in der die gekrackten Hydro-Carbon-Ketten sich zu Gas umformen und sich in die nachfolgende Stufe 6 bewegen. In dieser Stufe 6 sind die volatilen Stoffe aus dem Gut nahezu vollständig gelöst.
Daran schliesst sich eine Abkühlungsstufe 7 und der Austrag 8 an, wo das behandelte Gut auf ein Förderband 23 geladen wird.
[0020] Für das erfindungsgemässe Verfahren ist es wesentlich, dass all diese Stufen kontinuierlich aufeinanderfolgen, und zwar ohne jegliche unterbrechende Zwischenstufe, so dass eine einzige Gutsäule über die gesamte Höhe des Ofens 10 gebildet wird.
[0021] Die Vorrichtung weist ferner an einer Stelle unterhalb des Aufgabebunkers 1 einen Kamin 12 mit einem Nachbrenner 11 auf, in dem die Abgase aus dem Kamin 12 vollständig verbrannt werden.
[0022] An seinem unteren Ende und oberhalb der Abkühlungsstufe 7 weist der Ofen 10 eine Zuleitung 25 auf, über die beim Anfahren des Ofens Wärme und Luft zugeführt werden.
[0023] Über seine Höhe verteilt weist der Ofen 10 eine Vielzahl von Lufteinlässen 19, 20, 21 und 22 auf,
die entlang einer geeigneten Anzahl von Mantellinien des Ofens 10 derart angeordnet sind, dass in unterschiedlichen Höhen Lufteinlassringe ausgebildet werden.
[0024] Ebenso weist der Ofen 10 eine Vielzahl von Temperaturmessfühlern 13, 14, 15, 16, 17 und 18 auf, die in geeigneter Weise entlang von Mantellinien des Ofens derart angeordnet sind, dass in unterschiedlichen Höhen Temperaturfühlringe gebildet werden.
[0025] Beim Anfahren des Ofens gemäss der Erfindung wird dieser vollständig vom Aufgabebunker 1 über eine Aufgabedrossel 26 beschickt, so dass sich über die gesamte Höhe des Ofens 10 eine ununterbrochene Säule aus zu behandelndem Gut bildet. Bei geschlossenen Lufteinlässen 19 bis 22 wird über die Zuleitung 25 Anfahrwärme und Luft eingespeist, um das Gut in der Stufe 6 des Ofens 10 anzuheizen.
Sobald in der Stufe 6 die gewünschte Hitze erzeugt ist, was über die Messfühler 18 ermittelt wird, werden nacheinander die Lufteinlässe 22, 21, 20 und 19 derart geöffnet, dass die Glutsäule im Ofen 10 kontrolliert und homogen über den gesamten Schachtdurchmesser bis in die Stufe 2 nach oben steigt. Dabei entsteht über den Kamin 12 ein Zug. Durch den Nachbrenner 11 im Kamin 12 werden dabei alle aus dem Ofen abgezogenen Gase und volatilen Stoffe verbrannt und notwendigenfalls gefiltert.
[0026] Nach Erreichung der gewünschten Temperatur in den einzelnen Stufen 2 bis 6 wird eine Austragschleuse 24 geöffnet, um schrittweise Gut aus der Stufe 7 auszutragen, in 8 auf das Förderband 23 abzuladen und von dort über 9 auf geeignete Transportmittel zu verladen.
Während des Austrages des Gutes aus der Stufe 7 sinkt die gesamte glühende Gutsäule im Ofen abwärts und neues Gut wird über die Aufgabeschleuse 26 nachgefüllt.
[0027] Nach dem Anfahren des Ofens wird die Zuleitung 25 geschlossen und der eigentliche Behandlungsprozess gemäss der Erfindung beginnt.
[0028] Durch eine koordinierte Steuerung der Lufteinlässe 19 bis 22, des Materialaustrags über die Austragschleuse 24 und der Materialzufuhr über die Aufgabeschleuse 26 wird die Hitze in der im Ofen absinkenden Materialsäule in den verschiedenen Stufen 2 bis 6 auf die geeignete Temperatur eingesteuert. Dies geschieht über die Temperaturmessfühler 13 bis 18, über die permanent die Temperatur in den verschienen Stufen 2 bis 7 abgenommen wird.
Dementsprechend wird über die Lufteinlässe 19 bis 22 Luft zugeführt, um die gewünschte Hitze in den einzelnen Stufen zu erzeugen.
[0029] Bei der Kalzinierung, bei der das Gut gemäss der Erfindung in mindestens drei Verfahrensschritten behandelt wird, findet der erste Verfahrensschritt in den in den Stufen 2 und 3 statt. Dabei wird das im Gut gefangene Wasser und Gas bei Temperaturen zwischen 25 und 400 deg. C aus dem Gut extrahiert. Die gemäss der Erfindung bevorzugte Temperatur im unteren Bereich der Stufe 3 beträgt dabei 340 deg. C. Der auf den ersten unmittelbar folgende zweite Verfahrensschritt findet in den Stufen 4 und 5 statt. In diesem zweiten Verfahrensschritt werden Hydyro-Carbon-Ketten bei Temperaturen zwischen 300 und 1100 deg. C gekrackt und die volatilen Stoffe werden destilliert und verbrannt.
Die bevorzugte Temperatur im unteren Bereich der Stufe 5 liegt dabei bei 980 deg. C.
[0030] Der nächste unmittelbar folgende Verfahrensschritt findet in der Stufe 6 statt. Dort wird das trockene und im Wesentlichen gasfreie Gut aufgeheizt und bei Temperaturen zwischen 900 und 1500 deg. C kalziniert. Die bevorzugte Temperatur am Ende der Kalzinierungsstufe beträgt etwa 1300 deg. C.
[0031] Bei der Verkokung von Kohle entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren wird ein zusätzlicher Verfahrensschritt zwischen dem zweiten und dritten Verfahrensschritt durchgeführt. In diesem zusätzlichen Verfahrensschritt wird das Gut bei Temperaturen zwischen 300 und 800 deg. C und vorzugsweise bei 550 deg.
C plastifiziert.
[0032] Die gesamte Behandlungszeit bei dem Verfahren gemäss der Erfindung beträgt zwischen 14 und 20 Stunden in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des zu behandelnden Gutes, das vom leichten Lignit bis Anthrazit oder grünen Petroleumkoks alles sein kann.
[0033] Für das erfindungsgemässe Verfahren ist es wichtig, zu betonen, dass die in dem Ofen erzeugte Hitze ausschliesslich erzeugt wird durch die über die Einlasse 19 bis 22 zugeführte Luft und die Verbrennung von volatilen Stoffen und Gas, die in den Stufen 2 bis 6 durch Erwärmung freigesetzt werden.
[0034] Dies wiederum bedeutet, dass keinerlei toxische oder Fremdgase nötig sind, um die einmal angefachte Glut aufrechtzuerhalten, und dass keine toxischen Gase aus dem Ofen 10 über den Kamin 12 in die Umwelt entweichen.
Eventuelle Restgase würden im Nachbrenner 11 verbrannt und nötigenfalls ausgefiltert.
[0035] Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung geht es im Wesentlichen um die Veredelung von Koks und anderem kohlenstoffhaltigem Gut minderer Qualität. Bei dieser Ausführungsform weist der Ofen 34 im Wesentlichen denselben Aufbau wie die Vorrichtung gemäss Fig. 1 auf, verfügt aber darüber hinaus über eine zusätzliche Ausstattung mit Schiebern 43, 44 und 45, welche die einzelnen Verfahrensstufen 28, 29, 30, 31 und 32 in dem Ofen 34 voneinander abgrenzen.
[0036] Unterhalb des Schiebers 43 führt eine Ableitung 35 das aus dem Ofen 34 abgezogene Gas zu einem Wärmetauscher 36, einer Gasreinigung 37 und schliesslich zu einem Kompressor 38, von dem das Gas über eine Zuleitung 41 wieder dem Ofen 34 zugeführt wird.
In dieser Zuleitung 41 kann über eine Leitung 39 Hydro-Carbon-Gas und eine Leitung 40 Luft beigemischt werden.
[0037] Beim Betrieb des Ofens gemäss der Erfindung wird das Gut aus einem Bunker 27 über eine Aufgabeschleuse 42 in die Vorheizstufe 28 eingetragen. In dieser Stufe 28 wird das Gut in einem ersten Veredelungsschritt bei Temperaturen von 25 bis 500 deg. C und vorzugsweise bei 340 deg. C vorgeheizt.
[0038] Nach Erreichung dieser Temperatur und nach einer für das zu behandelnde Material notwendigen Zeit wird das Gut über den Schieber 43 in die unmittelbar nachfolgende Stufe 29 eingetragen. Hier wird das Gut in einem zweiten Veredelungsschritt erhitzt, um Gas aus dem Gut freizusetzen. Ein Teil des in dieser Stufe freigesetzten Gases wird abgezogen, während der andere Teil bei Temperaturen zwischen 500 und 1300 deg. C und vorzugsweise bei 1100 deg.
C zu Karbon gekrackt wird.
[0039] In der unmittelbar folgenden Stufe 30 wird das Carbon vor Erreichung der Stufe 31 auf das Gut aufgetragen. In dieser Stufe 31 wird in einem dritten Veredelungsschritt über die Zuleitung 41 eingespeistes Hydro-Garbon-Gas bei Temperaturen über 1100 deg. C und vorzugsweise bei 1300 deg.
C teilweise verbrannt.
[0040] In einem vierten Veredelungsschritt wird das in den Stufen 29 und 30 nicht gekrackte Gas über die Ableitung 35 abgezogen, in 36 gekühlt, in 37 gereinigt und über den Kompressor 38 wieder dem Ofen 34 über die Zuleitung 41 unter Beimischung von Gas über die Leitung 39 zum Ersatz des gekrackten Gases zugeführt.
[0041] Nach der vollständigen Behandlung gelangt das Gut über den Schieber 44 zur Abkühlung in die Stufe 32 und von dort über die Austragsschleuse 45 auf das Förderband 46, welches das Gut in entsprechend geeignete Transportmittel entlädt.
[0042] Das Anfahren des Ofens 34 geschieht ähnlich wie beim Ofen 10 nach Fig. 1.
Wie bei diesem Ofen 10 weist der Ofen 34 eine Vielzahl von Temperaturmessfühlern zur Überwachung der Temperatur in den einzelnen Stufen 28 bis 32, zur Steuerung einer Aufgabeschleuse 42 und der Schieber 43 bis 45 sowie für den Betrieb des Rückführungskreislaufes 35, 36, 37, 38, 39, 40 und 41 auf.
[0043] Bei beiden Ausführungsformen des Verfahrens gemäss der Erfindung werden die Qualitätsparameter des behandelten Gutes erheblich verbessert, wie z.B.
die Bruchfestigkeit, die Reduzierung der Oxidation durch Luft und CO2, die Reduzierung des elektrischen Widerstandes und die Porosität und/oder Konsistenz.
[0044] Die Konstruktion des Ofens 10 und/oder 34 in Verbindung mit der langsam absinkenden, glühenden Gutsäule und der ständigen direkten Beheizung kontinuierlich über alle Stufen hinweg führt zu einer Vermeidung von mechanischen Schlageinwirkungen und von Abrieb der Materialpartikel aneinander und somit zur Vermeidung von Staub und Bruch.
Darüber hinaus ist es mit dem erfindungsgemässen Verfahren möglich, ein genaues Verhältnis zwischen der Temperatur des Gutes und der zuzuführenden Luftmenge an jedem Punkt über die Höhe des Ofens zu bestimmen und somit jeden einzelnen Verfahrensschritt einzeln und im Zusammenhang zu steuern.
[0045] Durch die genaue Steuerung von Zeit und Temperatur während der Kalzinierung ist keine Fremdwärme zur Durchführung des Verfahrens notwendig. Die Hitze in der Gutsäule ist über den gesamten Durchmesser des Schachtofens gleichmässig und steuerbar.
Dabei ist es gleichzeitig möglich, die genaue Temperatur für die kontrollierte Verbrennung der freigesetzten volatilen Stoffe einzusteuern und somit aufwendiges Gerät für die Wärmerückgewinnung zu vermeiden.
[0046] Bei der Veredelung gemäss der Erfindung kann die kritische Phase des Gaskrackens genau bestimmt und gesteuert werden ebenso wie die nachfolgende Ablagerung des Carbons auf dem Gut.
[0047] Das gemäss der Erfindung behandelte Gut eignet sich besonders für die Herstellung von Kokselektroden aus grünem Petroleumkoks.
[0048] Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Sie umfasst vielmehr alle Verfahrensvariationen, die schlussendlich zum gleichen oder einem ähnlichen Ergebnis führen.
The present invention relates to a method and apparatus for the treatment of carbonaceous material in a vertical chamber shaft furnace in which the material to be treated falls vertically and subjected to various treatments and finally discharged at the lower end of the furnace.
In the treatment of carbonaceous material and in particular in the carbonization of coke and / or the refinement of coke of inferior quality occur big problems in terms of consistent, homogeneous quality of the treated material, the abrasion during treatment and thus the uniformity of Particle size of the treated material. This is due in particular to the difficulties in monitoring and controlling treatment during the procedure.
The most commonly used in this context and in particular for the calcination process for the treatment of carbonaceous material is the rotary kiln method with a more or less inclined furnace rotation axis between the task and discharge end of the furnace. The heat of combustion of the gases and volatiles from the carbonaceous material is constantly fed to the material as it is being conveyed through the furnace.
An adequate heating is the biggest problem because the calcination is an endothermic process and any significant combustion of the carbonaceous material itself must be avoided.
The difficulties with such a heat control are impressively described in US 3,888,621.
In addition to the cost of large and heavy equipment material in the rotary kilns, another problem is that Röstgut uneven consistency is generated and that due to the uncontrollable movements and the associated abrasion during the passage of the goods through the furnace at the discharge end a lot of dust and Breakage occurs.
To avoid at least some of the problems encountered in rotary kilns, US 6,157,667 has proposed a process in which the calcination of the carbonaceous material is done by electrical current through an upper and a lower electrode. In this method, however, high thermal stresses can occur while the material sinks in the cylindrical vertical shaft.
These thermal stresses are caused by the electric field built up between the electrodes. This results in calcined Good different homogeneity / quality according to the flow line of the sinking particles in the estate. Therefore, this solution also proposes different discharge openings for the treated good, namely for desired and inferior quality.
These discharge ports and their control complicate the design of this furnace, and it is confirmed that the final product according to this process does not have consistency and uniform quality.
In GB 1 055 857 a process for the continuous treatment with calcination of carbonaceous material in a substantially vertical system is described, in which the good is given up peripherally in a rotary hearth and from there into a central discharge funnel. The good is overturned on its way to the stove again and again.
This knocking causes the generation of significant amounts of dust and breakage in the treated material and leads to undesirable fire.
A similar device is described in EP 0 159 903, in which the material to be treated is overturned again and again in a vertical rotary hearth with the disadvantage of generating uncontrolled amounts of dust and breakage in the discharged Good.
EP 0 098 771 teaches a method and a device for producing coke in a shaft furnace, in which the heat is generated by electric current between two opposing electrodes in the wall of the furnace. Here, as in US 6,157,667, the material is exposed to thermal stresses, which in turn leads to uneven quality of the treated material. In addition, a return of gases takes place here, which rarely leads to good.
In addition, there is a return of gases, which is harmful to the environment.
EP 0 186 170 describes a method and an apparatus comprising a calcination stage in a complex sequence of separate treatment steps. In this case, the calcination takes place in a vertical chamber shaft furnace, which is heated indirectly via the shaft walls. In this method, the generation of abrasion material is reduced.
However, the homogeneous heating of the product over the entire cross section of the sinking material is questionable, which in turn leads to irregular quality at the end of discharge.
The object of the present invention is to overcome the above-mentioned disadvantages and difficulties of the known methods and devices by a mechanically simple and therefore economical solution in which the treated material has a high consistency and high, uniform quality.
To solve this problem, the invention proposes a method and an apparatus of the type mentioned, in which the sinking during the treatment Good across a variety of temperature / time zones away, which follow each other continuously until complete treatment of the goods, exposed to direct heat,
then cooled and discharged.
In a preferred embodiment of the invention, in particular in the calcination of carbonaceous material, at least three calcination steps are provided, with a first process step for the evaporation of water and extraction of gas trapped in the good, a second process step for breaking / cracking of Hydro-carbon chains with subsequent distillation of volatile substances and their combustion and a third process step with heating and calcination of the dry and degassed material.
According to the invention, it is advantageous
if one supplies controlled air to the sinking material for maintaining the embers and for controlling the combustion of the volatile substances and extracted gases from the carbonaceous material.
According to a further embodiment of the invention, which involves the refining of carbonaceous material, e.g.
Coke and / or roasted carbonaceous material of inferior quality, the order of carbon is carried out on the material to be treated in at least three refining steps, which follow each other continuously, and the treated material is then cooled and discharged.
In this embodiment of the invention, the refining steps comprise a first step in which the material is preheated, a second finishing step in which carbon is applied to the carbonaceous material after rupture / cracking of hydro-carbon chains, a third refining step the partial combustion of hydro-carbon gas supplied to the vertical chamber and a fourth step of stripping, cooling,
Purifying and recycling the cracked gas together with the withdrawn gas from the partial combustion and with the admixture of gas as a replacement for the cracked gas.
The particular advantages of the method and apparatus according to the invention are the simple construction, which can be placed everywhere and in particular at all processing locations, a considerable saving on complex systems, whereby the invention is also accessible to weaker economies, ease of use , Prevention of dust and breakage and unwanted fire, no or only insignificant discharge of toxic, polluting gases and a uniform and controlled quality of the treated material.
Further details,
Advantages and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.
In these drawings:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a schematic side view in section of a vertical chamber furnace according to the invention.
<Tb> FIG. 2 <sep> is a schematic view similar to FIG. 1 of an embodiment of a vertical chamber shaft furnace according to the invention.
In the embodiment according to the invention shown in Fig. 1, the carbonaceous material to be treated is abandoned at the upper end of the vertical shaft furnace 10. The furnace 10 preferably has a cylindrical shape and has a hopper 1, a preheating stage 2, a water evaporation stage 3, a stage 4 in which the hydro-carbon chains begin to crack and move downwards, a step 5, in which the cracked hydro-carbon chains transform into gas and move to the subsequent stage 6. In this stage 6, the volatile substances from the estate are almost completely dissolved.
This is followed by a cooling stage 7 and the discharge 8, where the treated material is loaded onto a conveyor belt 23.
For the inventive method, it is essential that all these stages follow each other continuously, without any interrupting intermediate stage, so that a single Gutsäule is formed over the entire height of the furnace 10.
The device also has at a point below the task bunker 1 a chimney 12 with an afterburner 11, in which the exhaust gases from the chimney 12 are completely burned.
At its lower end and above the cooling stage 7, the furnace 10 has a supply line 25, via which heat and air are supplied when starting the furnace.
Distributed over its height, the oven 10 has a plurality of air inlets 19, 20, 21 and 22,
which are arranged along a suitable number of generatrices of the furnace 10 such that air inlet rings are formed at different heights.
Similarly, the oven 10 has a plurality of temperature sensors 13, 14, 15, 16, 17 and 18, which are arranged in a suitable manner along generatrices of the furnace such that at different heights temperature sensing rings are formed.
When starting the furnace according to the invention, this is completely charged from the feed hopper 1 via a feed throttle 26, so that over the entire height of the furnace 10 forms a continuous column of material to be treated. With closed air inlets 19 to 22 25 start-up heat and air is fed through the supply line to heat the material in the stage 6 of the furnace 10.
As soon as the desired heat is generated in stage 6, which is determined via the measuring sensors 18, the air inlets 22, 21, 20 and 19 are successively opened in such a way that the ember column in the furnace 10 is controlled homogeneously over the entire shaft diameter up to the step 2 goes up. This creates over the chimney 12 a train. By the afterburner 11 in the chimney 12 while all withdrawn from the furnace gases and volatile substances are burned and, if necessary, filtered.
After reaching the desired temperature in the individual stages 2 to 6, a discharge lock 24 is opened to gradually discharge good from the stage 7, unload in 8 on the conveyor belt 23 and from there via 9 to load suitable transport.
During the discharge of the material from the stage 7, the entire glowing Gutsäule in the furnace sinks down and new good is refilled via the feed lock 26.
After starting the furnace, the supply line 25 is closed and the actual treatment process according to the invention begins.
By coordinated control of the air inlets 19 to 22, the material discharge via the discharge lock 24 and the material supply via the feed gate 26, the heat in the sinking column of material in the various stages 2 to 6 is controlled to the appropriate temperature. This is done via the temperature sensor 13 to 18, via which the temperature in the various stages 2 to 7 is permanently removed.
Accordingly, air is supplied via the air inlets 19 to 22 to produce the desired heat in the individual stages.
In the calcination, in which the material according to the invention is treated in at least three process steps, the first process step takes place in the in stages 2 and 3. The water and gas trapped in the estate at temperatures between 25 and 400 deg. C extracted from the estate. The preferred temperature according to the invention in the lower region of stage 3 is 340 °. C. The first immediately following second process step takes place in stages 4 and 5. In this second step, hydroxy carbon chains at temperatures between 300 and 1100 deg. C cracked and the volatile substances are distilled and burned.
The preferred temperature in the lower part of the stage 5 is 980 ° C. C.
The next immediately following process step takes place in the stage 6. There, the dry and substantially gas-free material is heated and at temperatures between 900 and 1500 deg. C calcined. The preferred temperature at the end of the calcination step is about 1300 ° C. C.
In the coking of coal according to the inventive method, an additional process step between the second and third process step is performed. In this additional process step, the material at temperatures between 300 and 800 deg. C and preferably at 550 ° C.
C plasticized.
The total treatment time in the process according to the invention is between 14 and 20 hours, depending on the nature of the material to be treated, which can be anything from light lignite to anthracite or green petroleum coke.
For the inventive method, it is important to emphasize that the heat generated in the furnace is generated exclusively by the air supplied via the inlets 19 to 22 and the combustion of volatile substances and gas, in stages 2 to 6 be released by heating.
This in turn means that no toxic or foreign gases are needed to maintain the ignited embers, and that no toxic gases escape from the oven 10 through the chimney 12 into the environment.
Any residual gases would be burned in the afterburner 11 and filtered out if necessary.
In the embodiment of the invention shown in Fig. 2, it is essentially about the refinement of coke and other carbonaceous material of inferior quality. In this embodiment, the furnace 34 has substantially the same structure as the device according to FIG. 1, but also has an additional equipment with sliders 43, 44 and 45, which the individual process stages 28, 29, 30, 31 and 32 in delimit the oven 34 from each other.
Below the slide 43 leads a derivative 35, the gas withdrawn from the furnace 34 to a heat exchanger 36, a gas cleaning 37 and finally to a compressor 38, from which the gas is supplied via a feed line 41 back to the furnace 34.
In this feed line 41 can be added via a line 39 hydro-carbon gas and a line 40 air.
During operation of the furnace according to the invention, the material is introduced from a bunker 27 via a feed gate 42 in the preheating stage 28. In this stage 28, the material is in a first refining step at temperatures of 25 to 500 deg. C and preferably at 340 ° C. C preheated.
After reaching this temperature and after a time necessary for the material to be treated, the material is introduced via the slide 43 in the immediately following step 29. Here the estate is heated in a second refining step to release gas from the estate. Part of the gas released in this stage is withdrawn, while the other part at temperatures between 500 and 1300 deg. C and preferably at 1100 deg.
C is cracked to carbon.
In the immediately following stage 30, the carbon is applied to the material before reaching the stage 31. In this stage 31, in a third refining step, hydro-carbon gas fed via the feed line 41 is heated at temperatures above 1100 ° C. C and preferably at 1300 deg.
C partially burned.
In a fourth finishing step, the non-cracked in the stages 29 and 30 gas is withdrawn via the drain 35, cooled in 36, cleaned in 37 and via the compressor 38 back to the oven 34 via the feed line 41 with the addition of gas over the Line 39 supplied to replace the cracked gas.
After the complete treatment, the material passes through the slide 44 for cooling in the stage 32 and from there via the discharge lock 45 on the conveyor belt 46, which unloads the goods in accordance with suitable means of transport.
The starting of the furnace 34 is similar to the furnace 10 of FIG. 1st
As with this furnace 10, the furnace 34 has a plurality of temperature sensors for monitoring the temperature in the individual stages 28 to 32, for controlling a feed gate 42 and the valves 43 to 45 and for the operation of the return circuit 35, 36, 37, 38, 39, 40 and 41 on.
In both embodiments of the method according to the invention, the quality parameters of the treated material are considerably improved, e.g.
the breaking strength, the reduction of the oxidation by air and CO2, the reduction of the electrical resistance and the porosity and / or consistency.
The construction of the furnace 10 and / or 34 in conjunction with the slowly sinking, glowing Gutsäule and the constant direct heating continuously over all stages away leads to an avoidance of mechanical impact and abrasion of the material particles together and thus to avoid dust and breakage.
Moreover, with the method according to the invention, it is possible to determine an exact ratio between the temperature of the material and the quantity of air to be supplied at any point over the height of the furnace and thus to control each individual process step individually and in conjunction.
Due to the precise control of time and temperature during calcination, no external heat is necessary to carry out the process. The heat in the Gutsäule is uniform and controllable over the entire diameter of the shaft furnace.
At the same time, it is possible to control the exact temperature for the controlled combustion of the volatiles released and thus to avoid expensive equipment for heat recovery.
In the refining according to the invention, the critical phase of the gas cracking can be accurately determined and controlled as well as the subsequent deposition of the carbon on the material.
The material treated according to the invention is particularly suitable for the production of coke electrodes of green petroleum coke.
The invention is by no means limited to the described and illustrated embodiments. Rather, it encompasses all procedural variations that ultimately lead to the same or a similar result.