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Verfahren und Vorrichtung zur Rauchbeseitigung und Verfestigung von
Briketts Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Verfahren zur Rauchbeseitigung und
Verfestigung von Briketts aus Steinkohle und Teer mittels zweier aufeinanderfolgender
Wärmebehandlungen, von denen die erste in einer stark oxydierenden Atmosphäre, die
zweite in einer schwach oxydierenden bis neutralen Atmosphäre stattfindet, wobei
beide Wärmebehandlungsstufen bei einer Temperatur, die in jedem Fall unter der Zersetzungstemperatur
der Kohle sowie des Bindemittels liegt, durchgeführt werden. Auf diese beiden Wärmebehandlungen
folgt dann eine Abkühlung in einer neutralen Atmosphäre, bis auf eine Temperatur,
die oberhalb 100° C liegen kann. Die vorliegende Zusatzerfindung betrifft eine Verbesserung
des Verfahrens nach dem Hauptpatent sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
verbesserten Verfahrens. Dabei wird ein Tunnelofen verwendet, der in mindestens
drei Abteilungen geteilt ist, durch die die Briketts in der Längsrichtung des Ofens
bewegt und die Behandlungsgase quer zur Bewegungsrichtung der Briketts durch diese
hindurchgeleitet werden, wobei erfindungsgemäß als Behandlungsgas ein Gemisch von
Verbrennungsgas und Luft dient, das unter entsprechender Regelung der Temperatur
und des Sauerstoffgehaltes zuerst der zweiten Abteilung des Ofens, dann nach Verlassen
dieser, unter weiterem Zusatz von Luft, der ersten Abteilung zugeführt und das aus
der ersten Abteilung abgeführte Gas nach Kühlung der dritten Abteilung zugeführt
wird. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens enthält zweckmäßig eine
Mischkammer, in der das aus einer Feuerung stammende Gas mit den aus der ersten
und dritten Abteilung des Ofens abgeführten Gasen gemischt wird. Zur Zu- und Abführung
der Gase kann der Ofen über seine ganze Länge zwei seitliche, als Verteilerkanäle
dienende Längskanäle enthalten. Zur Regelung der Gasgemische, die den einzelnen
Abteilungen zugeführt werden, sind zweckmäßig die Abzweigleitungen zwischen den
Zuflußkanälen und Abflußkanälen mit einer Rückflußleitung vereinigt, die einen Teil
der Gase, welche die Masse bereits durchsetzt haben, in die Zuflußkanäle zurückführt,
wobei die Menge des im Kreislauf geführten Gases und das Verhältnis des frischen
zum zurückgeführten Gas einzeln an jeder Abzweigung regelbar ist, in Abhängigkeit
der Behandlungsart, die in dem entsprechenden Ofenabschnitt gerade durchgeführt
wird. Die zu behandelnden Briketts ruhen zweckmäßig auf Wagen, deren Boden durchlocht
ist und über der Höhe der Eintrittsöffnungen für das Gas liegt, wobei gleitende
Abdichtungsmittel zwischen den Seitenwänden der Wagen und den Seitenwänden des Ofens
vorgesehen sind. Tunnelöfen sind an sich bekannt, und es ist auch bekannt, bei Tunnelöfen
seitliche, als Gas- und Luftregeneratoren dienende Kammern vorzusehen, die jedoch,
ihrer anderen Zweckbestimmung entsprechend, sich nicht über die gesamte Länge des
Ofens erstrecken. Es ist auch bekannt, zur Behandlung von Schüttgütern, wie Brennstoffen,
die einem Schwel-, Destillations- oder Röstprozeß unterworfen werden sollen, Wagen
mit durchlochtem Boden zu verwenden. Es ist ferner bekannt, zur seitlichen Abdichtung
von Wagen, die durch Tunnelöfen bewegt werden, gleitende Abdichtungsmittel, z. B.
Sandtassen, zu verwenden. Die gleichzeitige Verwendung eines Ofens mit durchlochtem
Boden, der über der Höhe der Eintrittsöffnungen des Gases in dem Tunnelofen liegt,
und der seitlichen Abdichtung bringt aber den Vorteil, daß beim erfindungsgemäßen
Verfahren die Gase von unten nach oben durch die Masse geführt werden können. Ein
Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dazu verwendeten
Vorrichtung wird an Hand der Figuren beschrieben, wobei angenommen ist, daß es sich
um Briketts aus ;Magerkohle und Steinkohlenteer handelt.
Fig. 1
gibt eine Schaulinie für das Gesetz der Temperaturänderungen der Oberfläche der
Briketts; Fig. 2 zeigt die Schaulinien für die Änderungen der "Temperatur und des
Sauerstoffgehaltes der durch die Brikettmasse geschickten Gase, während der drei
Verfahrensstufen.
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Die Kurven geben die Werte als Funktionen der Dauer der Behandlung
an; Fig.3 ist ein schematischer Grundriß der ganzen Einrichtung, wobei zur Vereinfachung
der Darstellung die -Mittel zum Rückkreislauf nicht gezeichnet sind; Fig. -1 ist
ein Teil eines Längsschnittes durch den Tunnelofen Fig. 5 ist ein Querschnitt nach
den Linien V-V in Fig. 3 und 4.
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Wie man aus den Kurven ersieht, wird die erste Stufe der raschen Oxydation,
in deren Verlauf die Temperatur der Briketts (Kurve Al) von der Außentemperatur
von 15° C auf die Temperatur von 250° C ansteigt (die aber noch unterhalb der Destillationstemperatur
der Kohle liegt), dadurch erreicht, daß Gas quer durch die Brikettmasse getrieben
wird, dessen Sauerstoffgehalt (Kurve Cl) auf 10°/o geregelt ist und dessen Temperatur
(Kurve Bi) während zweier Stunden stetig ungefähr von 200 auf 240° C wächst.
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Die zweite Stufe der vorsichtigen oder mäßigen Oxydation bewirkt,
daß die Temperatur der Briketts bis zu 330° C (Kurve A2) ansteigt, die oberhalb
der Temperatur der ersten Stufe, aber ebenfalls unterhalb der Destillationstemperatur
liegt, worauf die Temperatur eine gewisse Zeit auf dieser Höhe gehalten wird. Dies
wird dadurch erreicht, daß der Sauerstoffgehalt der eingeblasenen Gase von 10 auf
7% vermindert wird (Kurve C2), wobei die Temperatur dieser Gase -.-ährend des ersten
Teiles dieser vorsichtigen Oxydation fortschreitend bis zu einer Temperatur leicht
unterhalb derjenigen der Briketts gebracht wird, beispielsweise auf 320° C, welche
Temperatur dann konstant gehalten wird (Kurve B2).
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Für die dritte Stufe, die Abkühlung in neutraler Atmosphäre, im vorliegenden
Beispiel bis auf 100° C (Kurve _-I3), wird der Sauerstoffgehalt der eingeblasenen
Gase auf etwa 1% zurückgeführt (Kurve C2), wobei die Temperatur dieser Gase zu Beginn
etwa 200° C ist, um stetig bis auf etwa 50c C am Ende der Behandlung zu sinken (Kurve
B2).
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Die vierte Stufe der Behandlung, Abkühlung in dünner Schicht, wird
außerhalb der den Erfindungsgegenstand bildenden Einrichtung vorgenommen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat vor allem den Vorteil, daß die
Produkte fortlaufend in einem Ofen, der drei Abteilungen I, 1I, III enthält und
die hintereinander angeordnet sind, behandelt werden können, wobei sich in jedem
dieser Abteilungen eine der beschriebenen Verfahrensstufen abspielt. Die Temperaturbedingungen
und der Sauerstoffgehalt des zugefügten Gases wechseln dabei entsprechend den in
Fig. 2 wiedergegebenen Kurven, wobei die Abszisse dieser Kurven sowohl die Länge
des Ofens, als auch die Dauer der Behandlungen bedeuten kann. Dementsprechend ist
die Vorschubgeschwindigkeit der Briketts im Ofen, die erforderlich ist, um die Zeitdauer
der verschiedenen Verhandlungen festzulegen, von der Länge des Ofens abhängt. Zur
Erzeugung der Behandlungsbase werden die Verbrennungsgase einer Feuerung verwendet,
denen die jeweils erforderliche =Menge Sauerstoff zugesetzt wird und deren Temperatur
an den verschiedenen Stellen des Ofens auf einen Wert entsprechend dem Schema der
Fig. 2 geregelt wird, durch den Zusatz von Frischluft oder von Gasen, die aus einer
Abteilung des Ofens austreten, gegebenenfalls unter Abkühlung dieser Gase in einem
Kühler.
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Um so weit wie möglich in jeder Abteilung des Ofens die Temperatur
der in Behandlung befindlichen Brikettmasse gleichmäßig zu machen, wurde es als
vorteilhaft gefunden, die Menge des quer durch die Brikettmasse fließenden Gases
zu erhöhen. Zu dieseln Zweck kann man in jeder Abteilung die Menge des vom Einlaßkanal
zum Auslaßkanal strömenden Gases vermehren, indem eine gewisse Gasmenge wieder zum
Einlaßkanal zurückgeleitet wird. Diese Anordnung gibt im übrigen eine zusätzliche
Möglichkeit zur Regelung der Temperatur dieser Gase.
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Das im folgenden beschriebene und gezeichnete Ausführungbeispiel der
Erfindung veranschaulicht einen Kreislauf der Gase, der ihre Verteilung unter den
vorteilhaftesten Bedingungen vom Standpunkt der Wiederverwertung der durch die Behandlung
erzeugten Kalorien gewährleistet und erläutert auch die Regelungsmöglichkeiten.
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Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Einrichtung umfaßt einen Tunnelofen
1, den die Briketts im Pfeilsinn durchwandern. Die Länge des Ofens hängt von der
Geschwindigkeit ab. Die Briketts treten in der ersten Abteilung ein und am Ende
der dritten Abteilung aus.
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Innerhalb des Tunnelofens sind keine Unterbrechungen vorhanden. Die
drei Abteilungen I, 1I III sind nur durch die Lage der Leitungen 2 und 3 bestimmt,
die Frischluft oder Verbrennungsgase einer Feuerung einleiten. Die Leitungen sind
an Verteilerkanäle 4 und 5 angeschlossen, die sich über die ganze Länge des Ofens
innerhalb seines Mauerwerkes erstrecken, wie aus Fig.5 ersichtlich. In Fig.3 sind
mit vollen Linien die für die Speisung eines Abschnittes dienenden Kanalstrecken
gezeichnet und mit gestrichelten Linien die Auslaßstrecken. Der Kanal 4 ist dadurch
unterbrochen, daß sein in der Bewegungsrichtung der Briketts letzter Teil 4' nicht
mit dem vorhergehenden Teil 4 verbunden ist.
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An aufeinanderfolgenden Stellen verbinden die in vollen Linien gezeichneten
Einlässe 6 a, 6 b, 6 c und die in gestrichelten Linien gezeichneten Auslässe
7 a., 7 b, 7 c den Ofen mit den beiden Kanälen 4 und 5 und führen quer durch den
Ofen, d. h. durch die zu behandelnde Brikettmasse, wie an Hand der Fig. 5 noch näher
beschrieben wird. Nur zur Vereinfachung der Fig. 3 sind die Kanäle 4 und 5 in gewissem
Abstand von der Ofenwand gezeichnet, und die Abzweige 6a, 6 b, 6 c und
7 a, 7 b, 7 c sind waagerecht und nicht lotrecht gezeichnet, wie in
Fig. 5.
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Die Behandlungsgase werden folgendermaßen geführt: Die zur Behandlung
der Briketts dienenden Verbrennungsgase werden in einer Feuerung 8 erzeugt, deren
Sauerstoffgehalt auf den gewünschten Wert geregelt wird. Sie entweichen unmittelbar
in ein; Mischkammer 9, von der drei Leitungen ausgehen : eine Leitung 2, die unmittelbar
an den Teil des Kanals 4 angeschlossen ist, der die Ofenabteilung II speist; eine
Leitung 10, die an den Kanal 4' angeschlossen ist, und eine Leitung 11, die mit
dem vorderen Ende des Kanals 4 der Abteilung I verbunden ist.
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Eine weitere Leitung 12, 12' erstreckt sich über die ganze Länge der
Ofenanlage, steht aber mit dem Ofen nicht in unmittelbarer Verbindung. Die Leitung
12 ist mit dem vorderen Ende des Kanals 4 verbunden und führt einen Teil der hier
anfallenden Gase über die Leitung 12' zurück zu dem Ende 5 a des Kanals 5, also
zum Auslaßende des Ofens. Zwischen die Leitungen 12 und 12' ist ein Wärmeaustauscher
13 eingeschaltet,
der einen Teil der am vorderen Ende des Ofens
aus dem Kanal 4 entweichenden Gase abkühlt, worauf diese Gase dem Kanal 5 am Ende
des Ofens zugeleitet werden.
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Der beschriebene Gasstromkreis enthält die erforderlichen Umlaufventilatoren
und Regelventile geeigneter Art. Zu dem Stromkreis gehört dann noch eine regelbare,
in die Außenluft führende Leitung 11 a, die so viel Gas ausläßt, wie an Gas bei
8 und an Luft bei 3 eingelassen wird.
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Der Tunnelofen erlaubt die Durchführung der verschiedenen Verfahrensstufen,
die eingangs erläutert wurden, wie nun beschrieben wird: In Abteilung I des Ofens
der ersten Behandlungsstufe müssen die quer durch die Brikettmasse geleiteten Gase
eine niedrigere Temperatur haben als in Abteilung II, so daß die Kurve B1 in Fig.
2 von der rechten Seite zur linken stetig abfällt, während der Sauerstoffgehalt
nach Kurve Cl rechts höher ist als links.
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Zu diesem Zweck gehen die Einlässe 6a der Abteilung I von der Leitung
5 aus, die mit heißem Gas aus den Auslässen 7 b der Abteilung II gespeist wird.
Die Abkühlung dieser Gase von der Abteilung II zur Abteilung I erfolgt durch den
Wärmeaustausch mit den Briketts, die mit Außentemperatur eintreten. Die Anreicherung
an Sauerstoffgehalt im Vergleich zu dem der aus Abteilung II austretenden Gase ergibt
sich aus dem Eintritt atmosphärischer Luft bei 3. In Abteilung Il ist die Strömungsrichtung
entgegengesetzt zu der in Abteilung I, d. h., die Gase fließen von dem Kana14 nach
dem Kana15. Daher sind die den Kana14 speisenden Gase heiße, aus der Feuerung 8
kommende Gase, nachdem sie in der Kammer 9 mit einer gewissen Menge kälterer, aus
der Abteilung III durch die Leitung 10 und einer gewissen Menge heißer, aus der
Abteilung I durch die Leitung 11 kommender Gase gemischt worden sind. Die Verhältnisse
dieser drei Gase bestimmen sich so, daß die durch die Kurve A2 (Fig. 1) festgelegte,
gewünschte Temperatur erreicht wird. Der Sauerstoffgehalt dieses Gasgemisches wird
bis zur Erreichung des gemäß der Kurve C2 (Fig.2) gewünschten Wertes zugefügt, indem
der Gehalt der Verbrennungsgase der Feuerung 8 entsprechend geregelt wird.
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In Abteilung III entspricht die Strömungsrichtung in den Abzweigleitungen
denen der Abteilung I, d. h., die Gase fließen wieder vom Kanal s zum Kanal 4',
wobei der Kanal 5 an der Stelle 5a durch die vom Wärmeaustauscher 13 kommende
Leitung 12' gespeist wird. Diese Gase sind kalte Gase, die sich stetig im Sinne
der Kurve B3 (Fig. 2) erhitzen, indem sie im Austausch mit den Briketts im Rückkreislauf
Wärme aufnehmen. Der Sauerstoffgehalt dieser Gase soll sehr gering sein, entsprechend
der Kurve C3 (Fig. 2), so daß sie sich wie ein neutrales Gas bei der jeweiligen
Temperatur der Briketts verhalten. Das ist der Fall für die aus der Oxydationszone
der Abteilung I des Ofens austretenden Gase, die bei 5 a eintreten.
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Der beschriebene Kreislauf erlaubt also sehr einfach, die für die
Durchführung des Verfahrens geforderten Bedingungen zu erfüllen. Natürlich sind
die nötigen Regelvorrichtungen in den verschiedenen mit den Hauptkanälen 4 und 5
verbundenen Leitungen vorzusehen, um in den verschiedenen Abteilungen des Ofens
die gewünschten Werte der Temperatur und des Sauerstoffgehaltes der Umlaufgase zu
erreichen.
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Die Fig. 4 und S veranschaulichen eine Ausführungsform des Ofens,
insbesondere die Anordnung der Abzweigleitungen 6 und 7, die den Umlauf der Gase
und ihreRückleitung in der Brikettmasse sicherstellen, sowie die Art der Fortbewegung
der Briketts.
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Die zu behandelnden Briketts 14 werden in Wagen, deren Seitenwände
denen des Tunnelofens angepaßt sind, gefördert. Sie lagern auf einem durchlochten
Boden 16, der den freien Durchtritt der Gase gestattet, und dieser Boden 16 selbst
ruht auf der Plattform 17 des Wagens, die beispielsweise aus feuerfestem Beton gefertigt
ist. Zwischen dem Boden 16 und der Plattform 17 sind Stützen 18 angeordnet, die
ebenfalls den freien Durchtritt der Gase erlauben. Die Plattform 17 ruht auf Laufachsen
19 irgendwelcher Art. Zur Abdichtung der Seitenwände 15 und der Plattform 17 gegenüber
den Seitenwänden 1 des Ofens dienen die in der Fahrtrichtung verlaufenden Sandverschlußrinnen
20 sowie die in eine Vertiefung der benachbarten Ofenwand eingreifende Plattform
17. Zur Längsabdichtung zwischen den einzelnen Wagen dienen aufrecht stehende Rahmenplatten
20 a (Fig. 4) an den Stirnseiten der Wagen.
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Die Fortbewegung der Wagen geschieht durch einfaches Stoßen, wobei
sich die Stoßbewegung auf die einzelnen Wagen überträgt.
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Die Seitenwände des Ofens 1 enthalten Öffnungen. in die die Leitungen
6 a, 6 b, 6 c münden, die je nach der in Betracht kommenden Abteilung mit
dem Kanal 4 oder 5 in Verbindung stehen, und ferner Hohlräume, die die Kanäle 4
und 5 bilden.
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Oben ist der Ofen durch eine durchlochte Decke 22, 23 abgeschlossen,
durch die die aus den Briketts 14 ausgetriebenen Gase in eine Längskammer24 eintreten,
von der die Austrittsleitungen 7 a, 7 b, 7 c ausgehen.
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Wie oben dargelegt, erfolgt die Gasumwälzung von dem Kanal 4 zu dem
Kanal s oder umgekehrt und wird durch ein regelbares Gebläse 25 bewirkt, das durch
die Leitung 26 aus dem Kanal 4 die heißen Gase ansaugt und durch die Brikettmasse
über die Leitungen 7 b, 27 in den Kanal 5 drückt.
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Es ist vorteilhaft, die in jeder Abteilung durch die Brikettmasse
fließende Gasmenge im Verhältnis zu den vom Einlaßkanal 4 zum Auslaßkanal 5 strömenden
Gasmenge zu erhöhen und dieses Volumen den Arbeitsbedingungen der verschiedenen
Abschnitte anzupassen.
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Zu diesem Zweck ist eine Leitung 28 vorgesehen, durch die ein Teil
der Gase zurückgeführt und nochmals umgewälzt wird. Die durch die Leitungen 28 und
26 strömenden Gasmengen werden mittels der Ventile 29 und 30 auf den gewünschten
Wert geregelt.