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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Trocknungsvorrichtung mit indirekter
Wärme, die in Reihe darin angeordnete Drehrohrtrockner
mit indirekter Beheizung umfasst, die zum Trocknen in breiten Bereichen
von einem Trocknungsbereich mit konstanter Geschwindigkeit bis zu
einem Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit verwendet
werden, ein Trocknungsverfahren mit indirekter Wärme zum
Trocknen einer zu trocknenden Substanz (kann nachstehend als „Substanz
zum Trocknen” bezeichnet werden) und ein Verfahren zum
Herstellen eines festen Brennstoffs und ein Herstellungssystem,
bei denen poröse Kohle als Ausgangsmaterial verwendet wird.
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Stand der Technik
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Dampfrohrtrockner
sind beispielsweise als herkömmliche Drehrohrtrockner mit
indirekter Beheizung bekannt. Ein solcher Dampfrohrtrockner erwärmt
und trocknet eine zu trocknende Substanz durch eine Mehrzahl von
Heizrohren, die in einem Drehzylinder eingebaut sind und in die
ein Heizmedium, wie z. B. Dampf, eingebracht wird. Diese Dampfrohrtrockner
weisen ein überlegenes Trocknungspotenzial auf, da die
Heizfläche pro Volumen bzw. Fassungsvermögen groß ist.
Sie sind auch durch eine hohe Wärmeübertragungsgeschwindigkeit
gekennzeichnet und auch im Hinblick auf einen einfachen Betrieb überlegen
und wurden folglich zum Trocknen von Kohle für einen Koksofen
und von chemischen Produkten verwendet.
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Die
Grundstruktur dieser Dampfrohrtrockner ist in der 2 gezeigt.
Eine zu trocknende Substanz, wie z. B. ein feuchtes oder körniges
Pulver, wird mit Heizrohren 311, die durch ein Heizmedium
erwärmt werden, in einem Drehzylinder 310 in Kontakt
gebracht und anschließend durch Drehen des Drehzylinders 310 kontinuierlich
einer Auslassöffnung 322 zugeführt und
aus dieser ausgetragen. Ein Heizmedium, wie z. B. erhitzter Dampf,
wird dann durch ein Heizmedium-Einlassrohr 361, das an
einer Drehverbindung 360 angebracht ist, in die Heizrohre 311 eingebracht,
durch jedes Heizrohr 311 geführt und durch ein
Heizmedium-Auslassrohr 362 ausgetragen. Das von der zu
trocknenden Substanz verdampfte Material wird durch eine Auslassöffnung 342 auf
der Einlassseite der zu trocknenden Substanz aus dem Drehzylinder 310 ausgetragen,
während es in dem Trägergas G mitgeführt
wird, das von einer Einlassöffnung 341 zugeführt
wird, die sich an der Austragsseite der getrockneten Substanz befindet
(Patentdokument 1).
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Herkömmlich
bekannte Verfahren zum Herstellen eines festen Brennstoffs aus roher
poröser Kohle umfassen z. B. das Verfahren zum Herstellen
eines festen Brennstoffs, das im Patentdokument 2 beschrieben ist.
Das Verfahren wird unter Bezugnahme auf die 9 kurz beschrieben.
Eine poröse Kohle (rohe Kohle) wird in einem Pulverisierungsschritt
pulverisiert und in einem Mischschritt mit einem Mischöl
gemischt, das eine Schwerölfraktion und eine Lösungsmittelölfraktion
enthält, so dass eine Rohaufschlämmung erhalten wird.
Die Rohaufschlämmung wird dann vorgewärmt und
zusätzlich in einem Verdampfungsschritt erwärmt, um
die Trocknung bzw. Entwässerung bzw. Dehydratisierung der
porösen Kohle und eine Imprägnierung des Mischöls
in die Mikroporen der porösen Kohle weiter voranzutreiben,
so dass eine getrocknete bzw. entwässerte bzw. dehydratisierte
Aufschlämmung erhalten wird. Dann werden die modifizierte
poröse Kohle und das Mischöl in einem Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt
von der dehydratisierten Aufschlämmung abgetrennt und die
modifizierte poröse Kohle wird in einem Endtrocknungsschritt
getrocknet. Die getrocknete modifizierte poröse Kohle wird
gekühlt und gegebenenfalls geformt, so dass ein fester
Brennstoff erhalten wird. Andererseits wird das Mischöl,
das in dem Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt und dem Endtrocknungsschritt
zurückgewonnen worden ist, im Kreislauf geführt
bzw. umgewälzt und dem Mischschritt des Herstellens einer
Rohaufschlämmung zugeführt, so dass es als Kreislauföl
rezykliert wird.
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Im
Allgemeinen wird in dem Endtrocknungsschritt des vorstehend beschriebenen
Verfahrens die in dem Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt
abgetrennte modifizierte poröse Kohle getrocknet, während
sie in einem Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung erwärmt
und gefördert wird und dieser ein Trägergas zugeführt
wird. Ein bekannter Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung ist
z. B. ein so genannter Dampfrohrtrockner. Insbesondere wird, wie
es in der 10 gezeigt ist, eine Aufschlämmung
S der zu trocknenden Substanz in einem Zentrifugalseparator 101 in
Feststoff und Flüssigkeit getrennt und der Feststoff wird
von einer ersten Seite (linke Seite in der 10) eines
Drehzylinders 105 in einen Drehrohrtrockner mit indirekter
Beheizung eingebracht und die getrocknete Substanz wird aus einem
Austragsschacht 106 von einer zweiten Seite (rechte Seite
in der 10) ausgetragen. Das Trägergas
wird dann im Hinblick auf die Trocknungseffizienz (Ölrückgewinnungseffizienz)
von einer bestimmten Richtung entgegengesetzt zur Förderrichtung
der modifizierten porösen Kohle in den Trockner zugeführt
(vgl. das Patentdokument 3). Das ausgetragene Trägergas
wird in einen Nasswäscher 111 eingebracht, um
den Feinstaub, der damit mitgeführt wird, zurückzugewinnen,
und einer Sprühstaubsammlung unterzogen, während
die Flüssigkeit, welche die Flüssigkeit enthält,
die in dem Zentrifugalseparator 101 abgetrennt worden ist,
zu dem Nasswäscher 111 im Kreislauf geführt
wird, und der Staub durch Sprühkühlung unter Verwendung
der im Kreislauf geführten Flüssigkeit in dem
höheren Bereich eingefangen wird. Die von der Rückgewinnungseinheit
zurückgewonnene Lösung wird vorübergehend
in einem Lagertank 113 gelagert, dann in einem Kühler 114 gekühlt
und zum Sprühkühlen verwendet.
- Patentdokument
1: JP-A Nr. 2005-16898
- Patentdokument 2: JP-A
Nr. 7-233383
- Patentdokument 3: JP-A
Nr. 61-250097
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Offenbarung der Erfindung
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Probleme, die durch die Erfindung gelöst
werden sollen
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Wenn
eine zu trocknende Substanz, die ein feines Pulver enthält
(poröse Kohle in der 10), auf einmal
in einem breiten Bereich von einem Trocknungsbereich mit konstanter
Geschwindigkeit bis zu einem Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit
getrocknet wird, wird das feine Pulver jedoch unvermeidlich aus
dem Drehzylinder von der ersten Seite in größeren
Mengen verstreut bzw. verteilt und folglich muss das feine Pulver
zwangsläufig in einer Nassstaubsammelvorrichtung, wie z.
B. einem Nasswäscher, gesammelt werden, und der verstreute
Staub sollte als Aufschlämmung zurückgewonnen
werden, was zu dem Erfordernis für einen Schritt zum Verarbeiten
einer großen Aufschlämmungsmenge führt.
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Wenn
das Trägergas in einer solchen Richtung zugeführt
wird, wird das in dem Trockner strömende Trägergas
mit der zu trocknenden Substanz, die in den Trockner zugeführt
wird, in dem Bereich des Trockners in Kontakt gebracht, der nahe
am Substanz-Einlass liegt. Das Trägergas in dem Trockner
enthält eine große Menge flüchtiges Material,
während die zu trocknende Substanz eine relativ niedrigere
Temperatur aufweist, da sie noch nicht ausreichend erwärmt
worden ist. Folglich wird das Trägergas durch die zu trocknende
Substanz gekühlt, was zum Haften des flüchtigen
Materials auf der Oberfläche der zu trocknenden Substanz
durch Kondensation (Taubildung) führt. Als Ergebnis wird
die zu trocknende Substanz viskoser, was zum Haften der zu trocknenden
Substanz in dem Bereich nahe an dem Substanz-Einlass auf der Innenoberfläche
des Trockners führt, insbesondere auf den Heizrohren in
dem Bereich nahe am Substanz-Einlass.
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Die
Haftung der zu trocknenden Substanz auf den Heizrohren führt
zu einer Verminderung der Wärmeenergie-Übertragungseffizienz
und der Trocknungseffizienz. Die Verminderung der Trocknungseffizienz führt
zu einer Verminderung der Herstellungseffizienz des festen Brennstoffs.
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Die
Zunahme des Ausmaßes der Haftung auf den Heizrohren führt
zu einer Verminderung des Wärmeübertragungskoeffizienten
der Heizrohre; die Wärmeübertragungsfläche
sollte erhöht werden, um ein bestimmtes Volumen sicherzustellen
und der Trockner sollte vergrößert werden und
wird folglich wirtschaftlich weniger attraktiv.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Trocknungsvorrichtung mit indirekter Wärme, die bezüglich
einer Haftung auf Heizrohren beständig ist und ein Produkt
mit einem gewünschten und stabilisierten Flüssigkeitsgehalt
ergibt, wenn eine zu trocknende Substanz in einem breiten Bereich von
einem Trocknungsbereich mit konstanter Geschwindigkeit bis zu einem
Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit getrocknet wird,
sowie eines Verfahrens zum Trocknen einer zu trocknenden Substanz.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Trocknungsvorrichtung mit indirekter Wärme, welche
die Menge an verstreutem bzw. verteiltem Staub, der aus dem Trockner
ausgetragen wird, vermindern kann, wodurch eine einfachere Staubbehandlung
ermöglicht wird, sowie eines Verfahrens zum Trocknen einer
zu trocknenden Substanz.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zum Herstellen eines festen Brennstoffs und eines
Herstellungssystems, die bezüglich der Haftung von poröser
Kohle auf der Innenoberfläche des Trockners beständig
sind und bezüglich der Herstellungseffizienz des festen
Brennstoffs verbessert sind.
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Mittel zum Lösen
der Probleme
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Trocknungsvorrichtung mit indirekter
Wärme, die mit einem Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung
ausgestattet ist,
wobei der Drehrohrtrockner mit indirekter
Beheizung umfasst:
einen Drehzylinder, der sich um dessen axiale
Richtung frei dreht,
eine Mehrzahl von Heizrohren, die in dem
Drehzylinder parallel zur Achse des Drehzylinders angeordnet sind, und
ein
Trägergasbehandlungssystem, das ein Trägergas
von einer Seite des Drehzylinders in den Drehzylinder zuführt
und das Gas mit verdampftem Material von der anderen Seite aus dem
System austrägt,
wobei eine zu trocknende Substanz
von einer ersten Seite des Drehzylinders zugeführt wird
und eine getrocknete Substanz aus einer zweiten Seite, die der ersten
Seite gegenüber liegt, ausgetragen wird,
wobei der
Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung einen ersten Drehrohrtrockner
mit indirekter Beheizung und einen zweiten Drehrohrtrockner mit
indirekter Beheizung umfasst und der erste und der zweite Drehrohrtrockner
so in Reihe angeordnet sind, dass eine getrocknete Substanz von
dem ersten Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung als zu trocknende
Substanz dem zweiten Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung zugeführt
und darin getrocknet wird, und
wobei eine Trägergas-Zuführungseinrichtung
bereitgestellt ist, die das Trägergas bezogen auf die Strömungsrichtung
von der zu trocknenden Substanz zur getrockneten Substanz im Gleichstrom
in den ersten Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung zuführt
und im Gegenstrom in den zweiten Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung
zuführt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die vorstehend beschriebene
Trocknungsvorrichtung mit indirekter Wärme, die ferner
umfasst:
einen ersten Beutelfilter zum Sammeln von Stäuben,
die in dem aus dem ersten Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung
ausgetragenen Trägergas enthalten sind,
einen zweiten
Beutelfilter zum Sammeln von Stäuben, die in dem aus dem
zweiten Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung ausgetragenen
Trägergas enthalten sind,
und eine Mischeinrichtung
zum Mischen der gesammelten Stäube mit der aus dem ersten
Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung ausgetragenen getrockneten
Substanz.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die vorstehend beschriebene
Trocknungsvorrichtung mit indirekter Wärme, die ferner
Trägergasumwälzsysteme, die das aus dem ersten
Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung ausgetragene Trägergas
bzw. das aus dem zweiten Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung
ausgetragene Trägergas zu Einlassseiten umwälzen,
und eine Kühleinrichtung umfasst, die mindestens in dem zweiten
Trägergasumwälzsystem zum Senken des Taupunkts
des Trägergases installiert ist, das zu dem zweiten Drehrohrtrockner
mit indirekter Beheizung zurückgeleitet wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Trocknungsverfahren mit
indirekter Wärme zum Trocknen einer zu trocknenden Substanz,
gekennzeichnet durch die
Verwendung einer Mehrzahl von Drehrohrtrocknern
mit indirekter Beheizung, umfassend:
einen Drehzylinder, der
sich um dessen axiale Richtung frei dreht,
eine Mehrzahl von
Heizrohren, die in dem Drehzylinder parallel zur Achse des Drehzylinders
angeordnet sind, und
ein Trägergasbehandlungssystem,
das ein Trägergas von einer Seite des Drehzylinders in
den Drehzylinder zuführt und das Gas mit verdampftem Material
von der anderen Seite aus dem System austrägt,
wobei
eine zu trocknende Substanz von einer ersten Seite des Drehzylinders
zugeführt wird und eine getrocknete Substanz aus einer
zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüber liegt, ausgetragen
wird,
und umfassend:
einen ersten Trocknungsschritt des
Trocknens der zu trocknenden Substanz, während das Trägergas
im Gleichstrom zu einer Förderrichtung der zu trocknenden
Substanz in den ersten Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung
zugeführt wird, und
einen zweiten Trocknungsschritt
des Trocknens der zu trocknenden getrockneten Substanz, während
das Trägergas im Gegenstrom zu einer Förderrichtung
der zu trocknenden Substanz in den zweiten Drehrohrtrockner mit
indirekter Beheizung zugeführt wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch das vorstehend beschriebene
Trocknungsverfahren mit indirekter Wärme zum Trocknen einer
zu trocknenden Substanz, wobei der Taupunkt des dem zweiten Drehrohrtrockner
mit indirekter Beheizung zugeführten Trägergases
niedriger ist als derjenige des Trägergases, das dem ersten
Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung zugeführt wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen
eines festen Brennstoffs, umfassend:
einen Mischschritt des
Erhaltens einer Rohaufschlämmung durch Mischen einer porösen
Kohle mit einem Mischöl, das eine Schwerölfraktion
und eine Lösungsmittelölfraktion enthält,
einen
Verdampfungsschritt des Erhaltens einer getrockneten bzw. entwässerten
bzw. dehydratisierten Aufschlämmung durch Erwärmen
der Rohaufschlämmung zum Vorantreiben der Trocknung bzw.
Entwässerung bzw. Dehydratisierung der porösen
Kohle und zum Imprägnieren des Mischöls in Mikroporen
der porösen Kohle,
einen Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt
des Abtrennens der modifizierten porösen Kohle und des
Mischöls von der dehydratisierten Aufschlämmung
und
einen Endtrocknungsschritt des Trocknens der abgetrennten
modifizierten porösen Kohle durch Zuführen eines
Trägergases über die abgetrennte modifizierte
poröse Kohle, während sie erwärmt und
gefördert wird,
wobei in dem Endtrocknungsschritt
das vorstehend beschriebene Trocknungsverfahren mit indirekter Wärme zum
Trocknen einer zu trocknenden Substanz ausgeführt wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Herstellen
eines festen Brennstoffs, umfassend:
eine Mischeinrichtung
zum Erhalten einer Rohaufschlämmung durch Mischen einer
porösen Kohle mit einem Mischöl, das eine Schwerölfraktion
und eine Lösungsmittelölfraktion enthält,
eine
Verdampfungseinrichtung zum Erhalten einer getrockneten bzw. entwässerten
bzw. dehydratisierten Aufschlämmung durch Erwärmen
der Rohaufschlämmung zum Vorantreiben der Trocknung bzw.
Entwässerung bzw. Dehydratisierung der porösen
Kohle und zum Imprägnieren des Mischöls in Mikroporen
der porösen Kohle,
eine Feststoff-Flüssigkeit-Trenneinrichtung
zum Abtrennen einer modifizierten porösen Kohle und des
Mischöls von der dehydratisierten Aufschlämmung
und
eine Trocknungseinrichtung zum Trocknen der abgetrennten
modifizierten porösen Kohle durch Zuführen eines
Trägergases über die abgetrennte modifizierte
poröse Kohle, während sie erwärmt und
gefördert wird,
wobei die Trocknungseinrichtung eine
vorstehend beschriebene Trocknungsvorrichtung mit indirekter Wärme ist.
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Effekte der Erfindung
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In
der Trocknungsvorrichtung mit indirekter Wärme, dem Trocknungsverfahren
mit indirekter Wärme zum Trocknen einer zu trocknenden
Substanz, dem Verfahren zum Herstellen eines festen Brennstoffs
und dem Herstellungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung sind ein erster Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung
und ein zweiter Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung in Reihe
angeordnet und das Trägergas wird bezogen auf die Förderrichtung
der zu trocknenden Substanz im Gleichstrom in den ersten Drehrohrtrockner
mit indirekter Beheizung und im Gegenstrom in den zweiten Drehrohrtrockner
mit indirekter Beheizung zugeführt. Eine solche Kombination
bietet viele Vorteile.
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Insbesondere
enthält die zu trocknende Substanz an der Auslassöffnung
des ersten Drehrohrtrockners mit indirekter Beheizung, die einen
Flüssigkeitsgehalt nahe an dem minimalen Flüssigkeitsgehalt
aufweist, immer noch flüssige Komponenten und verhindert
folglich die Erzeugung von Staub. Da ein Trägergas, das
kein verdampftes Material enthält, in die Substanz-Einlassseite,
d. h. die Trägergas-Einlassseite, des ersten Drehrohrtrockners
mit indirekter Beheizung zugeführt wird, ist der Taupunkt
des Trägergases niedrig, was eine Haftung an Heizrohren
selbst dann unterdrückt, wenn der Flüssigkeitsgehalt
der zu trocknenden Substanz höher ist. Das Trägergas
enthält verdampftes Material und weist einen höheren
Taupunkt an der Trägergas-Auslassseite, d. h. der Substanzauslassseite,
des ersten Drehrohrtrockners mit indirekter Beheizung auf, jedoch
sind die Temperaturen der zu trocknenden Substanz und des Trägergases
höher, und die Temperaturdifferenz zwischen dem Gas und
dem Taupunkt ist relativ groß, wodurch eine Taubildung
verhindert wird.
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In
dem zweiten Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung ist die zu
trocknende Substanz, die von dem ersten Drehrohrtrockner mit indirekter
Beheizung zugeführt wird, auf eine höhere Temperatur
erwärmt und bis nahe dem minimalen Flüssigkeitsgehalt
getrocknet, und folglich wird eine Taubildung oder Haftung an der
Trägergas-Auslassseite, d. h. der Substanz-Einlassseite,
des zweiten Drehrohrtrockners mit indirekter Beheizung selbst dann
vermieden, wenn die zu trocknende Substanz zugeführt wird.
Ein feines Pulver wird als Staub in dem Trägergas mitgeführt,
wenn die zu trocknende Substanz getrocknet wird, jedoch wird das
Pulver durch die zu trocknende Substanz eingefangen, die an der
Trägergas-Auslassseite, d. h. der Substanz-Einlassseite des
zweiten Drehrohrtrockners mit indirekter Beheizung, vorliegt, und
folglich wird die Menge des aus dem System ausgetragenen Staubs
vermindert. Da ein Trägergas, das kein verdampftes Material
enthält, in die Substanzauslasseite, d. h. die Trägergas-Einlassseite,
des zweiten Drehrohrtrockners mit indirekter Beheizung zugeführt
wird, weist das Trägergas darüber hinaus einen
niedrigen Taupunkt auf, was für den Ablauf des Trocknens
mit abnehmender Geschwindigkeit vorteilhaft ist.
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Erfindungsgemäß ist
es auch möglich, Staub mit einer hohen Staubsammeleffizienz
und einem niedrigen Flüssigkeitsgehalt des gesammelten
Staubs zu sammeln und die Menge der zu verarbeitenden Aufschlämmung
zu vermindern, da Beutelfilter zur Rückgewinnung von verstreutem
bzw. verteiltem Staub verwendet werden können.
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Erfindungsgemäß ist
es auch möglich, den Ressourcenverbrauch und folglich die
Energiekosten zu senken, die zum Trocknen erforderlich sind, und
zwar dadurch, dass jeder Trockner ein separates Trägergasumwälzsystem
aufweist, das eine Kühleinrichtung (wie z. B. einen Kühler)
enthält, und dadurch, dass der Taupunkt des dem zweiten
Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung zugeführten Trägergases
niedriger gemacht wird als derjenige des dem ersten Drehrohrtrockner
mit indirekter Beheizung zugeführten Trägergases.
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Insbesondere
ist es gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines
festen Brennstoffs und dem Herstellungssystem gemäß der
vorliegenden Erfindung möglich, die Haftung der porösen
Kohle auf der Innenoberfläche des Trockners zu vermindern
und folglich die Trocknungseffizienz zu erhöhen und somit
die Herstellungseffizienz des festen Brennstoffs zu verbessern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung mit indirekter
Wärme zeigt.
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2 ist
eine schematische Ansicht, die eine Struktur eines Beispiels eines
Dampfrohrtrockners veranschaulicht.
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3 ist
ein Verfahrensflussdiagramm, das eine Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines
festen Brennstoffs zeigt.
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4(A) und 4(B) sind
jeweils eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform
eines Endtrocknungsschritts in dem erfindungsgemäßen
Verfahren zum Herstellen eines festen Brennstoffs zeigt.
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5 ist
eine schematische Ansicht, die ein spezifisches Beispiel des Endtrocknungsschritts
in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen
eines festen Brennstoffs veranschaulicht.
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6 ist
ein Diagramm eines Gesamtaufbaus, das eine Ausführungsform
des Endtrocknungsschritts in dem erfindungsgemäßen
Verfahren zum Herstellen eines festen Brennstoffs zeigt.
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7 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Herstellungssystems zum Herstellen
eines festen Brennstoffs veranschaulicht.
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8 ist
eine schematische Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem ersten
Trockner, einem zweiten Trockner und einer Trägergasströmungsrichtung
zeigt, die in dem Endtrocknungsschritt von Vergleichsbeispiel 2
eingesetzt werden.
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9 ist
ein Verfahrensflussdiagramm, das ein herkömmliches Verfahren
zum Herstellen eines festen Brennstoffs zeigt.
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10 ist
ein Flussdiagramm, das ein herkömmliches Trocknungsverfahren
zeigt.
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Erläuterung der Bezugszeichen
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- 2: Mischtank, 3: Wärmetauscher, 4:
Verdampfer, 5: Feststoff-Flüssigkeit-Trennvorrichtung, 6:
Trocknungsvorrichtung, 10: modifizierte poröse
Kohle (Kuchen), 11: erster Drehrohrtrockner mit indirekter
Beheizung (erster Trockner), 11a: erster Dampfrohrtrockner, 12:
zweiter Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung (zweiter Trockner), 12a:
zweiter Dampfrohrtrockner, 13: Gaskühler, 14:
Gasheizvorrichtung, 15: Staubsammelvorrichtung, 16:
Heizeinrichtung, 41: Schneckenfördereinrichtung, 42:
Zuführungszylinder, 43: Schneckenfördereinrichtung, 44:
Austragsgehäuse, 45: Fördereinrichtung, 46:
Temporärer Vorratsbehälter, 47: erster
Beutelfilter, 48: zweiter Beutelfilter, 49: Schneckenfördereinrichtung, 51:
Austragsgehäuse, 52: Kühlturm, 53:
Gebläse, 54: Umwälzweg, 55:
Heizvorrichtung, 56: Umwälzweg, 57: zweiter
Kühlturm, 58: Heizvorrichtung, 310: Drehzylinder, 311:
Heizrohr, 321: Einlassöffnung, 322: Auslassöffnung, 331a, 331b:
Trägersockel, 330a, 330b: Stützrolle, 312a, 312b:
Reifen, 350: angetriebenes Zahnrad, 353: Antriebszahnrad, 351:
Motor, 352: Vorgelege, 360: Drehverbindung, 361:
Heizmedium-Einlassrohr, 101: Zentrifugalseparator, 102:
Schneckenzuführungseinrichtung, 103: Zuführungszylinder, 104:
Schneckenzuführungseinrichtung, 104: Drehzylinder, 106:
Austragsschacht, 110: Schneckenzuführungseinrichtung, 111:
Nasswäscher, 112: Heizvorrichtung, 113:
Lagertank, 114: Kühler.
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Beste Art und Weise der Ausführung
der Erfindung
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Trocknungsvorrichtung mit indirekter Wärme
und Trocknungsverfahren mit indirekter Wärme
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Bevorzugte
Ausführungsformen der Trocknungsvorrichtung mit indirekter
Wärme und des Trocknungsverfahrens mit indirekter Wärme
gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter
Bezugnahme auf die 1 detailliert beschrieben. In
der Ausführungsform wird ein Beispiel der Abfolge von Trocknungsbehandlungen
gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben,
die auf das Trocknen einer Braunkohleaufschlämmung abzielen,
die im Vorhinein pulverisiert worden ist, wobei zwei Trockner, nämlich
ein erster Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung 11,
der für einen Bereich mit konstanter Trocknungsgeschwindigkeit
bereitgestellt ist (kann nachstehend als „erster Trockner” bezeichnet
werden), und ein zweiter Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung 12,
der für einen Bereich mit abnehmender Trocknungsgeschwindigkeit
bereitgestellt ist (kann nachstehend als „zweiter Trockner” bezeichnet
werden), in Reihe angeordnet sind. Die gestrichelte Linie zeigt den
Strömungsweg eines Trägergases, während
die durchgezogene Linie den Strömungsweg einer zu trocknenden
Substanz (Braunkohle) zeigt. Das verwendete Trägergas ist
Stickstoff, da die in der vorliegenden Ausführungsform
zu trocknende Substanz Braunkohle ist, wobei es sich um eine verbrennbare
Substanz handelt. Die zu trocknende Substanz ist nicht auf Braunkohle
beschränkt und Beispiele dafür umfassen diejenigen,
die bei der Verarbeitung im Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit
getrocknet werden sollten, einschließlich andere poröse
Kohlen, wie z. B. Lignit und subbituminöse Kohle, Biomassen,
petrochemische Produkte, wie z. B. Terephthalsäure, Nahrungsmittel
und dergleichen. Wenn die zu trocknende Substanz keine verbrennbare
Substanz ist, ist das verwendete Trägergas gegebenenfalls
nicht Stickstoffgas und andere Gase, wie z. B. Luft, können
verwendet werden.
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Die
Struktur des ersten und des zweiten Trockners 11 und 12 ist
nicht speziell beschränkt, wenn sie einen Drehzylinder,
der sich um dessen axiale Richtung frei dreht, eine Mehrzahl von
Heizrohren, die in dem Drehzylinder parallel zu der Achse des Drehzylinders
angeordnet sind, und ein Trägergas-Behandlungssystem aufweist,
das ein Trägergas von einer Seite des Drehzylinders in
den Drehzylinder zuführt und das Gas mit verdampftem Material
von der anderen Seite aus dem System austrägt, während
eine zu trocknende Substanz von der ersten Seite in den Drehzylinder
eingebracht wird und von der anderen, zweiten Seite ausgetragen wird.
In der vorliegenden Erfindung wird das Trägergas bezogen
auf die Strömungsrichtung von der zu trocknenden Substanz
zur getrockneten Substanz (Förderrichtung der zu trocknenden
Substanz) im Gleichstrom in den ersten Trockner 11 und
im Gegenstrom in den zweiten Trockner 12 zugeführt.
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Ein
spezifisches Beispiel für den ersten und den zweiten Trockner 11 und 12 ist
der z. B. in der 2 gezeigte Dampfrohrtrockner.
In dem Dampfrohrtrockner wird die zu trocknende Substanz unter Wärmeeinwirkung
getrocknet, während sie zwischen den Heizrohren 311 gefördert
wird, während ein Heizmedium, wie z. B. Dampf, in eine
Mehrzahl von Heizrohren 311 eingespeist wird, die in einem
Drehzylinder 310 eingebaut sind. Ein solcher Dampfrohrtrockner,
der in vorteilhafter Weise eine große Heizfläche
pro Volumen aufweist, ist folglich bezüglich seines großen
Trocknungspotenzials überlegen, durch eine hohe Wärmeübertragungsgeschwindigkeit
gekennzeichnet und dahingehend vorteilhaft, dass der Betrieb und
die Handhabung einfacher sind, und dieser wurde deshalb üblicherweise
verwendet.
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Die
Größe des Dampfrohrtrockners ist nicht speziell
beschränkt, jedoch weist der Drehzylinder 310 im Allgemeinen
eine Länge von 5 bis 30 m auf. In dem Drehzylinder 310 wird
eine zu trocknende Substanz, wie z. B. ein Pulver oder Körner,
mit den Heizrohren 311 in Kontakt gebracht, die mit einem
Heizmedium erwärmt werden, und dann durch Drehen des Drehzylinders 310 kontinuierlich
zu der Auslassöffnung 322 gefördert. Folglich
wird der Drehzylinder 310 auf einem Gefälle angeordnet,
so dass die zu trocknende Substanz langsam von der Einlassöffnung 321 für
die zu trocknende Substanz an einem Ende zu der Auslassöffnung 322 für
die getrocknete Substanz gefördert wird. Der Drehzylinder
ist mittels der Reifen 312a und 312b auf Stützrollen 330a und 330b angebracht,
die jeweils auf den Trägersockeln 331a und 331b an
zwei Positionen bereitgestellt sind. Das Gefälle wird durch
die Höhe und den Winkel der Trägersockeln 331a und 331b und
die Stützrollen 330a und 330b an zwei
Positionen eingestellt. Zum Drehen des Drehzylinders 310 ist
auf dem Umfang des Drehzylinders 310 ein angetriebenes
Zahnrad 350 ausgebildet und ein Antriebszahnrad 353 ist
damit in Kontakt. Die Drehkraft eines Motors 351 wird durch
ein Vorgelege 352 übertragen und der Drehzylinder
dreht sich um die Achse.
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In
dem Dampfrohrtrockner ist eine Mehrzahl von Heizrohren 311 zwischen
beiden Enden des Drehzylinders 310 parallel zur Achse angeordnet
und erhitzter Dampf als Heizmedium wird in diese Heizrohre 311 durch
ein Heizmedium-Einlassrohr 361 zugeführt, das
in einer Drehverbindung 360 angebracht ist, durch die Heizrohre 311 geleitet
und aus einem Heizmedium-Auslassrohr 362 ausgetragen.
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Andererseits
wird das verdampfte Material von der zu trocknenden Substanz aus
dem Drehzylinder 310 als Bestandteil in dem Trägergas
G ausgetragen. Gemäß der 2 wird das
Trägergas G von der Einlassöffnung 341 auf
der Austragsseite der getrockneten Substanz zugeführt und
aus der Auslassöffnung 342 auf der Zuführungsseite
der Substanz ausgetragen und die Richtung des Trägergasstroms
ist bezüglich der Substanzförderrichtung ein Gegenstrom
und daher kann der in der 2 gezeigte
Dampfrohrtrockner als der zweite Trockner 12 verwendet
werden. Wenn er als der erste Trockner 11 verwendet wird,
ist die Trägergasströmungsrichtung durch die Verwendung
der Trägergas-Auslassöffnung 342 als
Einlassöffnung und der Einlassöffnung 341 als
Auslassöffnung umgekehrt.
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Der
Trocknungsbereich mit konstanter Geschwindigkeit (erster Trocknungsschritt)
wird beschrieben. Gemäß der 1 wird
die zu trocknende Substanz durch eine Schneckenfördereinrichtung 41,
einen Zuführungszylinder 42 und eine Schneckenfördereinrichtung 43 in
den ersten Trockner 11 zugeführt. Die in dem ersten
Trockner 11 halbgetrocknete Substanz wird von einem Boden
eines Austragsgehäuses 44 zu einer Fördereinrichtung 45 und
dann vorübergehend in einen Vorratsbehälter 46 geleitet.
Der Flüssigkeitsgehalt der zu trocknenden Substanz in dem
Auslassbereich des ersten Trockners 11 beträgt
z. B. 4,5%.
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Das
Trägergas wird von der Substanz-Einlassseite in den ersten
Trockner 11 zugeführt, nimmt verdampftes Material
von der zu trocknenden Substanz und zusätzlich Staub auf,
der während des Trocknens der zu trocknenden Substanz in
dem ersten Trockner 11 in das Trägergas eingebracht
worden ist, und wird von der Substanzauslassseite des ersten Trockners 11 aus
dem System ausgetragen und zu einem ersten Beutelfilter 47 geleitet.
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Der
in dem ersten Beutelfilter 47 abgetrennte Staub wird zu
einer Fördereinrichtung 45 geleitet und schließlich
dem zweiten Trockner 12 als zu trocknende Substanz zugeführt.
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Das
staubfreie Trägergas wird zu einem Kühlturm 52 geleitet,
wo es gekühlt wird. Das gekühlte Trägergas
wird von einer Trägergas-Zuführungseinrichtung 53 entlang
eines Umwälzwegs 54 in den Zuführungszylinder 42 geleitet,
wobei es in der Zwischenheizvorrichtung 55 auf eine bestimmte
Temperatur erwärmt wird.
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Nachstehend
wird der Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit (zweiter
Trocknungsschritt) beschrieben. Die halbgetrocknete Substanz wird
aus dem temporären Vorratsbehälter 46 ausgetragen und
durch eine Zuführungsschneckenfördereinrichtung 49 in
einen zweiten Trockner 12 geleitet. Die in dem zweiten
Trockner 12 getrocknete Substanz wird von einem Boden eines
Austragsgehäuses 51 über das Austragsgehäuse 51 für
eine weitere Behandlung aus dem System ausgetragen.
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Das
Trägergas wird im Gegenstrom in den zweiten Trockner 12 geleitet.
Das Trägergas wird von der Auslassseite der getrockneten
Substanz in den zweiten Trockner 12 geleitet und aus der
Substanz-Einlassseite ausgetragen. Das aus der Substanz-Einlassseite
ausgetragene Trägergas wird zu einem zweiten Beutelfilter 48 geleitet.
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Der
in dem zweiten Beutelfilter 48 abgetrennte Staub wird als
in dem zweiten Trockner 12 zu trocknende Substanz einer
Schneckenfördereinrichtung 49 zugeleitet.
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Das
staubfreie Trägergas wird einem gebräuchlich verwendeten
Kühlturm 52 zugeführt, wo es gekühlt wird.
Das gekühlte Trägergas wird entlang des Umwälzwegs 56 durch
eine gebräuchlich verwendete Trägergas-Zuführungseinrichtung 53 dem
zweiten Kühlturm 57, wo es weiter gekühlt
wird, und einer Zwischenheizvorrichtung 58 zugeleitet,
wo es auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird, und von
der Auslassseite der getrockneten Substanz durch den Bereich des
Austragsgehäuses 51 in den zweiten Trockner 12 geleitet.
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Ein
Teil der in dem Kühlturm 52 und dem zweiten Kühlturm 57 umgewälzten
Flüssigkeiten wird aus dem System als zurückgewonnene
Lösung ausgetragen. Stickstoffgas N2 wird
unter Druck in die Trockner 11 und 12 geleitet.
Das Stickstoffgas N2 wird beispielsweise
spezifisch in den ersten Beutelfilter 47 und den zweiten
Beutelfilter 48 zugeführt.
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Das
Bezugszeichen S stellt den in das Heizrohr zugeführten
Dampf dar und das Bezugszeichen C stellt das Kondensat dar.
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Vorzugsweise
ist in der vorliegenden Ausführungsform gemäß der 1 der
erste Beutelfilter zum Sammeln von Staub des Trägergases
eingebaut, das von dem ersten Trockner ausgetragen wird, und der zweite
Beutelfilter ist zum Sammeln von Staub des Trägergases
eingebaut, das von dem zweiten Trockner ausgetragen wird, und zusätzlich
ist eine Mischeinrichtung zum Mischen des Staubs eingebaut, der
jeweils mit der aus dem ersten Trockner ausgetragenen getrockneten
Substanz gesammelt wird. Dadurch werden die nachstehend beschriebenen
Vorteile erhalten. Im Allgemeinen wird ein Beutelfilter vorzugsweise
zum Sammeln und Rückgewinnen von verstreutem bzw. verteiltem
Staub verwendet, der in dem Abgas von dem Trockner enthalten ist.
Beutelfiltersysteme können Staub, einschließlich
Staub mit geringer Teilchengröße, mit einer hohen
Staubsammeleffizienz und auch bei einem geringen Flüssigkeitsgehalt
des gesammelten Staubs zurückgewinnen, und zwar verglichen
mit einem Nasswäscher und anderen Systemen. Ein solcher
Beutelfilter erfordert keine Abwasserbehandlung, die bei Nasswäschersystemen
essentiell ist. Wenn das Trägergas jedoch einen hohen Taupunkt
aufweist, kann ein solches System aufgrund einer Taubildung auf
dem Beutelfilter nicht verwendet werden. Erfindungsgemäß können
Beutelfilter aus den folgenden Gründen verwendet werden. In
dem ersten Trockner enthält das Trägergas das
verdampfte Material und weist folglich einen hohen Taupunkt in der
Trägergas-Auslassseite oder der Substanz-Auslassseite des
Trockners auf, jedoch wird die zu trocknende Substanz stärker
getrocknet und die Temperaturen der zu trocknenden Substanz und
des Gases sind höher. Aus diesem Grund kann die Temperaturdifferenz
zwischen der Gastemperatur und dem Taupunkt erweitert werden, um
eine Taubildung auf dem ersten Beutelfilter zu verhindern. Der verstreute
bzw. verteilte Staub wird in dem ersten Beutelfilter gesammelt und
in den zweiten Trockner zugeführt, wo er weiter getrocknet
wird und folglich nie als ungetrocknete Substanz zurückbleibt.
In dem zweiten Trockner wird die zu trocknende Substanz etwa bis
zu dem minimalen Flüssigkeitsgehalt getrocknet und erwärmt,
und folglich ist es möglich, die Temperaturdifferenz zwischen
der Trägergastemperatur und dem Taupunkt zu erweitern und
deshalb die Taubildung auf dem zweiten Beutelfilter, der für
den zweiten Trockner eingebaut ist, zu vermindern. Obwohl der verstreute
bzw. verteilte Staub nicht für eine bestimmte benötigte
Verweilzeit in dem zweiten Trockner gehalten werden kann, wird der
Staub in dem zweiten Beutelfilter gesammelt, mit der aus dem ersten Trockner
ausgetragenen getrockneten Substanz gemischt und erneut in den zweiten
Trockner zugeführt, und folglich kann der Staub nicht als
ungetrocknete Substanz vorliegen. Die Mischeinrichtung kann z. B.
eine Vorrichtung sein, die den Staub der Fördervorrichtung
für die getrocknete Substanz zuführt, die aus
dem ersten Trockner ausgetragen wird, oder eine Vorrichtung, die
den Staub einem Behälter zuführt, der die getrocknete Substanz
vorübergehend lagert, und der in dem ersten und dem zweiten
Beutelfilter gesammelte Staub kann separat oder vereinigt umgewälzt
werden. Das Staubsammeln von dem Trägergas, das aus dem
ersten Trockner ausgetragen wird, und von dem Trägergas,
das aus dem zweiten Trockner ausgetragen wird, kann in der vorstehend
beschriebenen Weise separat oder gleichzeitig durchgeführt
werden. Der gesammelte Staub kann mit der aus dem ersten Trockner
ausgetragenen getrockneten Substanz gemischt werden, wie es vorstehend beschrieben
worden ist, oder er kann ohne Mischen als Produkt verwendet werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in der 1 gezeigt
ist, ist es bevorzugt, den Taupunkt des Trägergases, das
in den zweiten Trockner zugeführt wird, zu senken, und
zwar durch Einbauen eines ersten Trägergasumwälzsystems,
welches das gemischte Trägergas aus einer Kombination von
dem aus dem ersten Trockner ausgetragenen Trägergas und
dem aus dem zweiten Trockner ausgetragenen Trägergas zurück
in den ersten Trockner zuführt, eines zweiten Trägergasumwälzsystems,
das es zurück in den zweiten Trockner zuführt,
und zusätzlich einer Kühleinrichtung zumindest
innerhalb des zweiten Trägergasumwälzsystems.
Dadurch werden die nachstehend beschriebenen Vorteile erhalten.
Wenn ein Trocknen mit abnehmender Geschwindigkeit in dem zweiten
Trockner durchgeführt wird, ist es im Allgemeinen vorteilhaft,
den Taupunkt des Trägergases zu senken, um den Flüssigkeitsendgehalt
und die erforderliche Verweilzeit zu vermindern. Wenn das Trägergas
in dem Umwälzsystem umgewälzt wird, ist es zu
diesem Zweck erforderlich, zum Rückgewinnen des verdampften
Materials durch Kondensation die Gastemperatur einmal, z. B. durch
einen Kühler bzw. Kondensator, zu senken und dann die Temperatur
durch Heizen zu erhöhen, bevor es dem Trockner zugeführt
wird. Wenn das aus dem ersten und dem zweiten Trockner ausgetragene
gemischte Trägergas in einem System umgewälzt
wird, das eine gemeinsame Kühleinrichtung (wie z. B. einen
Kühler bzw. Kondensator) aufweist, weist das zu dem ersten
Trockner zurückgeleitete Trägergas auch einen
Taupunkt auf, der demjenigen des Trägergases ähnlich
ist, das zurück zu dem zweiten Trockner geleitet wird.
Ein solcher Vorgang führt lediglich zu einer Zunahme des
Resourcenverbrauchs für das Kühlen und Heizen
des Trägergases zum Vermindern des Taupunkts des Trägergases.
Folglich wird das gemischte Trägergas, das aus dem ersten und
dem zweiten Trockner ausgetragen wird, durch ein erstes Trägergasumwälzsystem,
das es in den ersten Trockner zuführt, und ein zweites
Trägergasumwälzsystem, das es in den zweiten Trockner
zuführt, separat umgewälzt, und das zu dem zweiten
Trockner geleitete Trägergas wird selektiv ausreichend
gekühlt, um den Taupunkt zu senken. Auf diese Weise wird
der Taupunkt des dem zweiten Trockner zugeführten Trägergases niedriger
als der Taupunkt des dem ersten Trockner zugeführten Trägergases.
Der Resourcenverbrauch und die Energiekosten, die zum Trocknen erforderlich
sind, können auf diese Weise gesenkt werden.
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Verfahren zum Herstellen eines festen
Brennstoffs aus einer porösen Kohle als Ausgangsmaterial
und Herstellungssystem
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Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen
eines festen Brennstoffs werden unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 detailliert
beschrieben.
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In
der vorliegenden Ausführungsform wird ein fester Brennstoff
aus einer porösen Kohle im Wesentlichen durch
einen
Mischschritt des Erhaltens einer Rohaufschlämmung durch
Mischen einer porösen Kohle mit einem Mischöl,
das eine Schwerölfraktion und eine Lösungsmittelölfraktion
enthält,
einen Verdampfungsschritt des Erhaltens einer
getrockneten bzw. entwässerten bzw. dehydratisierten Aufschlämmung
durch Erwärmen der Rohaufschlämmung zum Vorantreiben
der Trocknung bzw. Entwässerung bzw. Dehydratisierung der
porösen Kohle und zum Imprägnieren des Mischöls
in Mikroporen der porösen Kohle,
einen Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt
des Abtrennens einer modifizierten porösen Kohle und des
Mischöls von der dehydratisierten Aufschlämmung
und
einen Endtrocknungsschritt des Trocknens der abgetrennten
modifizierten porösen Kohle durch Zuführen eines
Trägergases über die abgetrennte modifizierte
poröse Kohle, während sie erwärmt und
gefördert wird, hergestellt.
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In
der vorliegenden Erfindung wird von den vorstehend genannten Herstellungsschritten
in dem Endtrocknungsschritt das Trocknungsverfahren mit indirekter
Wärme des Trocknens einer zu trocknenden Substanz durchgeführt.
Ein erster Trocknungsschritt, bei dem das Trägergas im
Gleichstrom zu der Förderrichtung der modifizierten porösen
Kohle zugeführt wird, und ein zweiter Trocknungsschritt,
bei dem das Trägergas im Gegenstrom zu der Förderrichtung
der modifizierten porösen Kohle zugeführt wird,
werden nacheinander durchgeführt.
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Jeder
Schritt wird nachstehend detailliert beschrieben. In dem Mischschritt
wird eine poröse Kohle mit einem Mischöl, das
eine Schwerölfraktion und eine Lösungsmittelölfraktion
enthält, gemischt, so dass eine Rohaufschlämmung
erhalten wird (Mischschritt in der 3).
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Poröse
Kohle enthält eine große Menge Wasser und ist
eine sogenannte Kohle mit niedriger Qualität, die getrocknet
bzw. entwässert bzw. dehydratisiert werden sollte, und
eine Kohle, die Wasser z. B. in einer Menge von 20 bis 70% enthält.
Beispiele für solche porösen Kohlen umfassen Braunkohlen,
Lignit, subbituminöse Kohlen und dergleichen. Beispiele
für die Braunkohlen umfassen Victoria-Kohle, Norddakota-Kohle,
Beluga-Kohle und dergleichen. Beispiele für die subbituminöse
Kohle umfassen West Banco-Kohle, Binungan-Kohle, Samarangau-Kohle,
Eco-Kohle und dergleichen. Die porösen Kohlen sind nicht
auf die vorstehend exemplarisch angegebenen Kohlen beschränkt
und jedwede Kohle, die Wasser in einer großen Menge enthält und
folglich dehydratisiert werden sollte, kann als poröse
Kohle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Eine solche poröse Kohle wird normalerweise vor dem Gebrauch
pulverisiert (Pulverisierungsschritt in der 3). Die
Teilchengröße der porösen Kohle ist nicht
speziell beschränkt und die Kohle kann z. B. eine durchschnittliche
Teilchengröße von etwa 0,05 bis 2,0 mm und insbesondere
0,1 bis 0,5 mm aufweisen.
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Die
Schwerölfraktion ist eine schwere Fraktion, wie z. B. ein
Vakuumrückstandsöl, die im Wesentlichen keinen
Dampfdruck aufweist, z. B. selbst bei 400°C, oder ein Öl,
das einen hohen Anteil davon enthält. Folglich wird die
poröse Kohle selbst thermisch zersetzt, wenn nur eine Schwerölfraktion
verwendet wird und bis zu einer Fluidität erwärmt
wird, die ein Eindringen des Öls in die Mikroporen der
porösen Kohle erlaubt. Da, wie es vorstehend beschrieben
worden ist, die Schwerölfraktion zur Verwendung in der
vorliegenden Erfindung nahezu keinen Dampfdruck aufweist, ist es
sehr schwierig, diese in einem Trägergasstrom zu verdampfen
und zu destillieren. Wenn nur eine Schwerölfraktion verwendet
wird, ist es schwierig, eine bevorzugte Aufschlämmung zu
erhalten, da die Viskosität hoch ist, und es ist auch schwierig,
sie in die Mikroporen eindringen zu lassen, da sie nahezu keine
Flüchtigkeit aufweist. Folglich ist die Verwendung eines
Lösungsmittels oder eines Dispergiermittels erforderlich.
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Folglich
wird die Schwerölfraktion in der vorliegenden Erfindung
in einer Lösungsmittelölfraktion gelöst,
um die Imprägnierungsverarbeitungsfähigkeit und
die Effizienz der Aufschlämmungsbildung zu verbessern,
und dann verwendet. Die Lösungsmittelölfraktion
zum Dispergieren der Schwerölfraktion ist im Hinblick auf
die Verträglichkeit mit der Schwerölfraktion,
die Handhabbarkeit als Aufschlämmung, die Einfachheit des Eindringens
in Mikroporen, usw., vorzugsweise eine bei niedriger Temperatur
siedende Ölfraktion, jedoch wird unter Berücksichtigung
der Stabilität bei der Wasserverdampfungstemperatur die
Verwendung eines Öls auf Erdölbasis bzw. Mineralöls
mit einem Siedepunkt von 100°C oder höher und
vorzugsweise von 300°C oder niedriger (z. B. ein Leichtöl
oder Schweröl) empfohlen. Die Verwendung eines solchen
Schwerölfraktion-enthaltenden Mischöls, das eine
geeignete Fluidität aufweist, ermöglicht ein beschleunigtes
Eindringen in Mikroporen, das nur mit einer Schwerölfraktion
nicht möglich ist.
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Ein
solches Schwerölfraktion-enthaltendes Mischöl
kann (a) ein Mischöl, das ursprünglich als Mischöl erhalten
worden ist, das eine Schwerölfraktion und eine Lösungsmittelölfraktion
enthält, oder (b) ein Mischöl sein, das durch
Mischen einer Schwerölfraktion und einer Lösungsmittelölfraktion
erhalten worden ist. Beispiele für die erstgenannten Öle
(a) umfassen Schweröl auf Erdölbasis, Leichtölfraktionen
auf Erdölbasis, eine Kerosinfraktion und Schmierölkomponenten,
die ungereinigtes Schweröl enthalten, Kohlenteer, Leichtöle
und Kerosine, die unabsichtlich Schweröl als Verunreinigungen
enthalten, da sie als Lösungsmittel oder Reinigungsmittel
verwendet worden sind, Wärmeübertragungsöle,
die aufgrund einer wiederholten Verwendung Abbauprodukte enthalten,
und dergleichen. Beispiele für die einzusetzenden letztgenannten Öle
(b) umfassen Erdölasphalt, Naturasphalt, Schweröle
auf Kohlebasis, Verdampfungsrückstände auf Erdöl-
oder Kohlebasis, oder Öle, welche diese in großen
Mengen enthalten, Gemische davon mit Leichtöl auf Erdölbasis,
Kerosin, Schmieröl oder dergleichen, Gemische des erstgenannten
Mischöls (a), die durch dessen Verdünnung mit
Leichtöl auf Erdölbasis, Kerosin oder Schmieröl
erhalten worden sind, und dergleichen. Asphalte, die billig und
dadurch gekennzeichnet sind, dass sie nicht leicht freigesetzt werden,
wenn sie an aktiven Stellen abgeschieden werden, werden besonders
bevorzugt verwendet.
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Der
Gehalt der Schwerölfraktion in dem Mischöl liegt
normalerweise im Bereich von 0,25 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die
Gesamtmenge des Mischöls.
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Das
Mischungsverhältnis des Mischöls zur porösen
Kohle ist nicht speziell beschränkt und normalerweise liegt
das Mischungsverhältnis der Schwerölfraktion zur
porösen Kohle vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 30%,
insbesondere 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die wasserfreie Kohle.
Ein übermäßig niedriges Mischungsverhältnis
der Schwerölfraktion führt zu einer unzureichenden
Absorption in Mikroporen und folglich zur Verminderung der Effizienz
zur Verminderung einer Selbstentzündung. Ein übermäßig
hohes Mischungsverhältnis der Schwerölfraktion
führt zu einer Verminderung des wirtschaftlichen Vorteils
aufgrund der Ölkosten.
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Die
Mischbedingungen sind nicht speziell beschränkt und das
Mischen wird normalerweise bei 40 bis 100°C bei Atmosphärendruck
durchgeführt.
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Die
in dem Mischschritt erhaltene Rohaufschlämmung wird vor
dem Verdampfungsschritt normalerweise vorgeheizt (Vorheizprozess
in der 3). Der Vorheizprozess kann weggelassen werden.
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Die
Vorheizbedingungen sind nicht speziell beschränkt und die
Rohaufschlämmung wird normalerweise nahezu auf den Siedepunkt
von Wasser bei dem Betriebsdruck erwärmt.
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In
dem Verdampfungsschritt wird eine dehydratisierte Aufschlämmung
durch Erwärmen der Rohaufschlämmung für
ein Vorantreiben der Dehydratisierung der porösen Kohle
und ein Imprägnieren des Mischöls in die Mikroporen
der porösen Kohle erhalten (Verdampfungsschritt in der 3).
Insbesondere wird die Rohaufschlämmung z. B. auf 100 bis
250°C erwärmt. Auf diese Weise scheidet sich das
Mischöl in den offenen Mikroporen der porösen
Kohle ab, aus der Wasser durch Verdampfen entfernt wird. Das Mischöl
scheidet sich in den offenen Mikroporen der porösen Kohle
ab, aus denen Wasser durch Verdampfen entfernt worden ist. Das Mischöl
scheidet sich in den Mikroporen ab und bedeckt die Mikroporen mit
fortschreitender Verdampfung des Wassers in den Mikroporen. Selbst
wenn ein gewisser Restdampf vorliegt, wird während dessen
Kondensation in dem Kühlprozess ein negativer Druck erzeugt,
was zu einer Absorption des Schwerölfraktion-enthaltenden
Mischöls in den Mikroporen führt, und folglich
wird die innere Oberflächenschicht der Mikroporen mit dem
Schwerölfraktion-enthaltenden Mischöl beschichtet,
bis alle Bereiche der Mikroporenöffnungen mit dem Schwerölfraktion-enthaltenden
Mischöl gefüllt sind. Darüber hinaus
wird die Schwerölfraktion in dem Mischöl in aktiven
Stellen einfach selektiv absorbiert und weniger leicht abgetrennt,
wenn sie einmal dort abgeschieden worden ist, was nahe legt, dass
sie bevorzugter abgeschieden wird als die Lösungsmittelölfraktion.
Der Abschluss der inneren Oberfläche der Mikroporen von
der Außenluft in dieser Weise führt dazu, dass
eine spontane Verbrennung nicht stattfindet. Die Beseitigung einer großen
Wassermenge durch Dehydratisierung und eine bevorzugte Sättigung
aller Mikroporen mit einem Schwerölfraktion-enthaltenden
Mischöl, insbesondere mit einer Schwerölfraktion,
führt zu einer Zunahme des Brennwerts der porösen
Kohle.
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Das
Erwärmen wird vorzugsweise unter Druck, normalerweise bei
200 bis 1500 kPa durchgeführt.
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Da
die Abfolge von Schritten normalerweise durch einen kontinuierlichen
Betrieb ausgeführt wird, kann die Erwärmungszeit
nicht definitiv angegeben werden, solange die Dehydratisierung der
porösen Kohle und die Imprägnierung des Mischöls
in Mikroporen möglich sind.
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Der
durch das Erwärmen erzeugte Dampf wird in dem Verdampfungsschritt
entfernt. Der in dem Schritt erzeugte und entfernte Dampf kann zurückgewonnen
werden und als Wärmequelle in den Vorheiz- und Verdampfungsschritten
nach dem Beaufschlagen mit Druck genutzt werden.
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In
dem Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt werden eine modifizierte
poröse Kohle und ein Mischöl von der dehydratisierten
Aufschlämmung abgetrennt (Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt
in der 3).
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Als
Trennverfahren können verschiedene Verfahren eingesetzt
werden und Beispiele dafür umfassen Zentrifugation, Sedimentation,
Filtration, Pressen und dergleichen. Diese Verfahren können
in einer Kombination eingesetzt werden. Im Hinblick auf die Trenneffizienz
ist das verwendete Verfahren vorzugsweise eine Zentrifugation.
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Der
in dem Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt abgetrennte und
zurückgewonnene Feststoff (modifizierte poröse
Kohle) enthält normalerweise das Mischöl und ist
nach wie vor feucht. Folglich muss er getrocknet werden (Endtrocknungsschritt
in der 3).
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Das
verwendete Trocknungsverfahren ist vorzugsweise ein Trocknungsverfahren
mit indirekter Wärme zum Trocknen einer zu trocknenden
Substanz, das einen ersten Trocknungsschritt, bei dem das Trägergas im
Gleichstrom (parallel) zu der Förderrichtung der modifizierten
porösen Kohle zugeführt wird, und einen zweiten
Trocknungsschritt umfasst, bei dem das Trägergas im Gegenstrom
(umgekehrt parallel) zu der Förderrichtung der modifizierten
porösen Kohle zugeführt wird, wobei die Trocknungsschritte
nacheinander ausgeführt werden.
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Beispielsweise
sind, wie es in den 4(A) und 4(B) gezeigt ist, ein erster Trockner 11 für
den ersten Trocknungsschritt und ein zweiter Trockner 12 für
den zweiten Trocknungsschritt in dieser Reihenfolge in der Richtung „direction” D10 der Förderung der modifizierten
porösen Kohle 10 angeordnet, und ein Trägergas „carrier
gas” (CG) wird in der Gleichstromrichtung (der gleichen
Richtung) bezogen auf die Förderrichtung D10 der modifizierten
porösen Kohle in den ersten Trockner 11 zugeführt,
und das Trägergas (CG) wird in der Gegenstromrichtung (der
entgegengesetzten Richtung) bezogen auf die Förderrichtung
D10 der modifizierten porösen Kohle
in den zweiten Trockner 12 zugeführt. Der erste
Trockner, der erste Trocknungsschritt, der zweite Trockner und der
zweite Trocknungsschritt sind mit denjenigen identisch, die in dem
vorstehend beschriebenen Trocknungsverfahren mit indirekter Wärme
zum Trocknen einer zu trocknenden Substanz beschrieben worden sind.
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Die
Strömung des Trägergases in diesen vorgegebenen
Richtungen kann die Haftung der porösen Kohle an den Innenoberflächen
des Trockners vermindern. Obwohl der Mechanismus nicht im Detail
klar ist, scheint er auf dem folgenden Mechanismus zu beruhen: Wenn
ein ausreichend feuchtes Material getrocknet wird, wird es in einem
Vorheizbereich, einem Trocknungsbereich mit konstanter Geschwindigkeit
und einem Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit getrocknet.
In dem Trocknungsbereich mit konstanter Geschwindigkeit ist die
Materialtemperatur nahezu konstant und die auf das Material angewandte
Wärme wird vollständig zum Verdampfen von Öl
genutzt. In dem Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit steigt
die Materialtemperatur und bildet eine Temperaturverteilung in dem
Material. In der vorliegenden Erfindung bewegen sich der Kuchen
aus der modifizierten porösen Kohle und das Trägergas
in dem ersten Trocknungsschritt im Gleichstrom und der Kuchen ist
stets einem weniger Öl enthaltenden Trägergas
in der Einlassseite des ersten Trockners X1 ausgesetzt.
Folglich wird die Oberfläche des Kuchens in dem ersten
Trocknungsschritt trocken gehalten, die Trocknung schreitet bis
zum Endpunkt des Trocknungsbereichs mit konstanter Geschwindigkeit
fort, bevor der Kuchen zur Auslassseite Y1 gefördert
wird, und das in einer relativ großen Menge auf dem Oberflächenabschnitt
der porösen Kohle vorliegende Öl wird durch Verdampfen
abgetrennt. In dem zweiten Trocknungsschritt bewegen sich der Kuchen
und das Trägergas im Gegenstrom, jedoch strömt
der Kuchen, aus dem der größte Teil des Öls
durch Verdampfen im Vorhinein entfernt worden ist, in die Einlassseite
X2. Folglich wird die Oberfläche
des Kuchens auch in dem zweiten Trocknungsschritt trocken gehalten, die
Trocknung schreitet bis zum Endpunkt des Trocknungsbereichs mit
abnehmender Geschwindigkeit fort, bevor sich der Kuchen zur Auslassseite
Y2 bewegt, und das restliche Öl
in der porösen Kohle diffundiert und tritt auf der Oberfläche
aus und wird durch Verdampfen entfernt. Wie es vorstehend beschrieben
worden ist, scheint das zweistufige Trocknen zum Verhindern einer
Abscheidung der porösen Kohle auf der Innenoberfläche
des Trockners effektiv zu sein, da die Kondensation des verdampften Öls
effektiv verhindert wird, und die Oberfläche des Kuchens
wird trocken gehalten, während das in der porösen
Kohle enthaltene Öl durch Verdampfen in dem Endtrocknungsschritt
entfernt wird. Der zweite Trocknungsschritt ist ein Trocknungsschritt
in dem Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit, der nur
eine bestimmte Verweilzeit erfordert, wobei der Dampfverbrauch durch
die Ölverdampfung gering ist und der größte
Teil der Dampfwärme für den Erhalt der thermischen
Bedingungen in dem zweiten Trocknungsschritt dient. Folglich sind
in dem zweiten Trockner vorzugsweise nur Rohre eingebaut, die für
den Erhalt der thermischen Bedingungen und eine Aufwirbelung bzw.
Bewegung erforderlich sind, und die Vorrichtung in dem zweiten Trocknungsschritt
kann vereinfacht werden und der Dampfverbrauch wird vermindert.
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Der
Gesamtaufbau des ersten Trockners 11 und des zweiten Trockners 12 kann
ein indirekter Verbindungstyp sein, bei dem die zwei Trockner über
eine Verbindungseinheit miteinander verbunden sind, wie es in der 4(A) gezeigt ist, oder ein direkter Verbindungstyp
sein, bei dem die zwei Trockner direkt miteinander verbunden sind,
wie es in der 4(B) gezeigt ist. Der
erstgenannte Aufbau ist im Hinblick auf die Einfachheit der Struktur
der Trocknungsvorrichtung bevorzugt. Insbesondere in dem letztgenannten
Fall kann der Trockner in eine erste Trocknungseinheit (erster Trockner)
und eine zweite Trocknungseinheit (zweiter Trockner) unterteilt
werden und das Trägergas kann in die erste und die zweite
Trocknungseinheit in bestimmten Richtungen zugeführt werden.
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Der
erste und der zweite Trockner sind Drehrohrtrockner mit indirekter
Beheizung, die den vorstehend beschriebenen Drehrohrtrocknern mit
indirekter Beheizung entsprechen, und es kann sich um jedweden Trockner
handeln, solange der trocknende Gegenstand kontinuierlich gefördert
und gleichzeitig erwärmt wird. Beispielsweise kann ein
Dampfrohrtrockner mit einer Mehrzahl von Dampfrohren zum Heizen
in der axialen Richtung auf der Innenoberfläche einer Trommel
verwendet werden. Das Heizmedium ist nicht auf Dampf beschränkt
und es kann sich um jedwedes bekanntes Heizmedium handeln, das auf
etwa 200°C erwärmt werden kann, wie z. B. Öl,
Alkylbenzol oder Alkylnaphthalin.
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Der
erste und der zweite Trockner sind vorzugsweise Rohrtrockner und
besonders bevorzugt Dampfrohrtrockner. Wie es vorstehend beschrieben
worden ist, wird das Öl, das in einer relativ großen
Menge auf dem Oberflächenabschnitt der porösen
Kohle vorliegt, verdampft, wobei es sich um einen Prozess handelt, dessen
Geschwindigkeit durch die Energiezufuhr beschränkt ist,
und folglich muss eine relativ große Wärmeenergie
selbst in einem kurzen Zeitraum in dem ersten Trocknungsschritt
zugeführt werden. In dem zweiten Trocknungsschritt diffundiert
das restliche Öl in der porösen Kohle und tritt
auf der Oberfläche aus und verdampft, wobei es sich um
einen Prozess handelt, dessen Geschwindigkeit durch die Zeit beschränkt
ist, und die Wärmeenergie sollte über einen relativ
langen Zeitraum zugeführt werden. Folglich kann die Wärmeenergie,
die in dem zweiten Trocknungsschritt zugeführt wird, kleiner
gemacht werden als diejenige, die in dem ersten Trocknungsschritt
zugeführt wird, was im Hinblick auf die Trocknungseffizienz
bevorzugt ist. In dem Fall des Rohrtrockners ist es bei einem solchen
Aufbau möglich, die Menge der Wärmeenergie einfach
zu steuern, und zwar nur durch Modifizieren der Anzahl der Rohre.
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Spezielle
Beispiele für den Dampfrohrtrockner für den ersten
Trockner und den Dampfrohrtrockner für den zweiten Trockner
sind in der 5 gezeigt. In der 5 wird
die Anzahl der Rohre in dem ersten Dampfrohrtrockner 11a so
eingestellt, dass sie größer ist als diejenige
in dem Dampfrohrtrockner für den zweiten Trockner 12a.
Die Trockner 11a und 12a bewegen und erwärmen
die darin enthaltene modifizierte poröse Kohle 10 und
fördern sie in die Richtung D10,
wenn sie sich drehen. Andererseits wird das Trägergas von
beiden Enden zugeführt und aus dem Zentrum zusammen oder
separat ausgetragen.
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Das
durch den ersten Trockner 11 zugeführte Trägergas
und das durch den zweiten Trockner 12 zugeführte
Trägergas können zusammen oder getrennt regeneriert
und rezykliert werden. Diese Trägergase enthalten verdampftes Öl
und werden daher nach der Kondensation des verdampften Öls
durch Kühlen normalerweise miteinander gemischt und zurückgewonnen.
Ein solches Trägergas enthält ein feines Pulver
aus poröser Kohle (Staubkohle) und das feine Kohlepulver
kann eingefangen und entfernt werden. Als Ergebnis wird das verdampfte Öl
zurückgewonnen und das Trägergas, von dem die
Staubkohle je nach Bedarf entfernt worden ist, wird umgewälzt
und wiederverwendet.
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Beispielsweise
wie es in der 6 gezeigt ist, weist eine Trocknungsvorrichtung,
die das Trägergas insgesamt regeneriert, einen ersten Trockner 11,
einen zweiten Trockner 12, einen Gaskühler 13 und
eine Gasheizvorrichtung 14 auf und umfasst normalerweise
zusätzlich eine Staubsammelvorrichtung 15 und
eine Heizeinrichtung 16.
-
In
der Trocknungsvorrichtung 6, die in der 6 gezeigt
ist, wird die modifizierte poröse Kohle (Kuchen) 10,
die in dem Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt abgetrennt
worden ist, beispielsweise während eines Zeitraums von
etwa 30 bis 120 Minuten auf etwa 150 bis 250°C erwärmt,
während sie in dem ersten Trockner 11 gefördert
wird, um die Ölfraktion, insbesondere die Lösungsmittelölfraktion,
auf dem Oberflächenabschnitt der porösen Kohleteilchen
zu verdampfen. Gleichzeitig wird ein Trägergas (CG1) in der Gleichstromrichtung (der gleichen
Richtung) bezogen auf die Förderrichtung D10 der
modifizierten porösen Kohle zugeführt und die verdampfte Ölfraktion
wird vor dem Ende der Verarbeitung in dem ersten Trocknungsschritt
aus dem ersten Trockner 11 ausgetragen und aus diesem entfernt.
Dann wird die modifizierte poröse Kohle, die in dem ersten Trocknungsschritt
verarbeitet worden ist, beispielsweise während eines Zeitraums
von etwa 30 bis 120 Minuten auf etwa 150 bis 250°C erwärmt,
während sie in dem zweiten Trockner 12 gefördert
wird, um die Ölfraktion, insbesondere die Lösungsmittelölfraktion,
in den porösen Kohleteilchen zu verdampfen. Gleichzeitig
wird ein Trägergas (CG2) in der
Gegenstromrichtung (der entgegengesetzten Richtung) bezogen auf
die Förderrichtung D10 der modifizierten
porösen Kohle zugeführt, um die verdampfte Ölfraktion
vor dem Ende der Verarbeitung in dem zweiten Trocknungsschritt aus
dem zweiten Trockner 12 auszutragen und zu entfernen, wobei eine
getrocknete poröse Kohle 20 erhalten wird. Das
durch den ersten Trockner 11 zugeführte Trägergas
und das durch den zweiten Trockner 12 zugeführte
Trägergas werden vereinigt und dann wird die Staubkohle
in einer Staubsammelvorrichtung 15 entfernt. Dann wird
die verdampfte Ölfraktion in dem Trägergas kondensiert, wenn
sie in einem Gaskühler 13 gekühlt wird,
und die Staubkohle in dem Trägergas wird eingefangen und
entfernt, während die kondensierte Ölfraktion
versprüht wird. Das Trägergas (CG), aus dem die
Staubkohle und die verdampfte Ölfraktion entfernt worden
sind, wird umgewälzt, nachdem es in einer Gasheizvorrichtung 14 erwärmt
worden ist, und als Trägergas (CG1)
für den ersten Trocknungsschritt und als Trägergas
(CG2) für den zweiten Trocknungsschritt
verwendet. Eine Heizeinrichtung 16 ist normalerweise in
der Trägergasleitung von den Trocknern (11, 12)
zu der Staubsammelvorrichtung 15 und in der Trägergasleitung
von der Staubsammelvorrichtung 15 zu dem Gaskühler 13 eingebaut,
um eine Kondensation der verdampften Ölfraktion während des
Zuführens des Trägergases zu verhindern. Die Ölfraktion
(Mischöl), die in dem Gaskühler 13 zurückgewonnen
worden ist, kann zurück zu dem Mischschritt geleitet werden,
wo sie umgewälzt und als Medium (Kreislauföl „circulating
oil” (CO)) zur Herstellung der Rohaufschlämmung
verwendet wird.
-
Die
getrocknete modifizierte poröse Kohle wird gekühlt
und je nach Bedarf geformt, wobei ein fester Brennstoff erhalten
wird (Kühlschritt und Formgebungsschritt in der 3).
Beispielsweise kann sie als pulverförmiger fester Brennstoff
verwendet werden, wenn sie in dem Kühlschritt gekühlt
worden ist, oder als geformter fester Brennstoff verwendet werden,
nachdem sie in dem Kühlschritt gekühlt worden
ist und in dem Formgebungsschritt geformt worden ist. Sie kann in
dem Formgebungsschritt ohne Kühlen geformt werden, wobei ein
geformter fester Brennstoff erhalten wird.
-
Ein
Beispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Herstellen eines festen Brennstoffs ist in der 7 gezeigt.
Die 7 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel
der Vorrichtung zum Herstellen eines festen Brennstoffs zeigt, bei
welcher die Schritte von der Pulverisierung bis zum Endtrocknen
in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen
eines festen Brennstoffs eingesetzt werden, die in der 3 gezeigt sind.
Insbesondere sind die Pulverisiereinrichtung (in der Figur nicht
gezeigt), der Mischtank 2, die Vorheizeinrichtung 3,
die Verdampfungseinrichtung 4, die Feststoff-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 5 und
die Trocknungsvorrichtung 6 in der 7 jeweils
Einrichtungen zum Durchführen des Pulverisierungsschritts,
des Mischschritts, des Vorheizschritts, des Verdampfungsschritts,
des Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritts und des Endtrocknungsschritts,
wie sie in der 3 gezeigt sind. Die Trocknungsvorrichtung 6 ist
eine Vorrichtung, die derjenigen des in der 6 gezeigten
Trockners ähnelt.
-
Wie
es beispielsweise in der 7 gezeigt ist, enthält
das erfindungsgemäße Herstellungssystem zum Herstellen
eines festen Brennstoffs mindestens:
einen Mischtank 2 zum
Erhalten einer Rohaufschlämmung durch Mischen einer porösen
Kohle mit einem Mischöl, das eine Schwerölfraktion
und eine Lösungsmittelölfraktion enthält,
eine
Verdampfungseinrichtung 4 zum Erhalten einer dehydratisierten
Aufschlämmung durch Vorantreiben der Dehydratisierung der
porösen Kohle durch Erwärmen der Rohaufschlämmung
und Imprägnieren des Mischöls in die Mikroporen
der porösen Kohle,
eine Feststoff-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 5 zum
Abtrennen einer modifizierten porösen Kohle und des Mischöls
von der dehydratisierten Aufschlämmung und
eine Trocknungsvorrichtung 6 zum
Trocknen der abgetrennten modifizierten porösen Kohle durch
Zuführen eines Trägergases (CG) über
die abgetrennte modifizierte poröse Kohle, während
sie erwärmt und gefördert wird,
wobei die
Trocknungsvorrichtung 6 eine Trocknungsvorrichtung mit
indirekter Wärme ist, die insbesondere
einen ersten
Trockner 11, in den das Trägergas (CG1)
im Gleichstrom zu der Förderrichtung der modifizierten porösen
Kohle zugeführt wird, und einen zweiten Trockner 12 enthält,
in den das Trägergas (CG2) im Gegenstrom
zu der Förderrichtung der modifizierten porösen
Kohle zugeführt wird, und zwar in der Reihenfolge stromaufwärts
in der Kohleförderungsrichtung (D10)
der modifizierten porösen Kohle 10.
-
Wie
es in der 7 gezeigt ist, umfasst das erfindungsgemäße
System normalerweise eine Pulverisiereinrichtung (in der Figur nicht
gezeigt) und eine Vorheizeinrichtung 3 und gegebenenfalls
einen Kühler (in der Figur nicht gezeigt) und eine Formgebungsvorrichtung
(in der Figur nicht gezeigt).
-
Der
in der Verdampfungseinrichtung 4 erzeugte Dampf wird komprimiert
und als Wärmequelle für die Vorheizeinrichtung 3 genutzt
und dann ausgetragen.
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Beispiele
-
Experimentelles Beispiel 1
-
Trocknungsvorrichtung mit indirekter Wärme
und Trocknungsverfahren mit indirekter Wärme
-
Es
ist ein Beispiel des Trocknungsschritts zum Erhalten eines Produkts
von einem feuchten Kuchen eines Minerals, das hochsiedende Kohlenwasserstoffe
als flüssige Komponenten enthält, durch Trocknen
und Gewinnen der Kohlenwasserstoffe beschrieben, wobei die Menge
des Produkts etwa 30 Tonnen/Stunde beträgt.
-
Der
Flüssigkeitsgehalt des rohen feuchten Kuchens beträgt
20 bis 30 Gew.-% auf Feuchtgewichtbasis und der feuchte Kuchen wird
in einen Trockner bei 100 bis 150°C zugeführt.
Der für das Produkt erforderliche Flüssigkeitsgehalt
beträgt 1,5 bis 0,5 Gew.-% auf Feuchtgewichtbasis. Der
kritische Flüssigkeitsgehalt beträgt 10 bis 2
Gew.-% auf Feuchtgewichtbasis, und in dem vorliegenden Trocknungsschritt
ist ein Trocknen sowohl im Trocknungsbereich mit konstanter Geschwindigkeit
als auch im Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit erforderlich.
Zur Rückgewinnung der verdampften flüssigen Komponenten
ist ein Umwälzsystem erforderlich, bei dem N2-Gas
als Trägergas eingesetzt wird. Die Siedepunkte der flüssigen
Fraktion betragen 150 bis 250°C und es ist erforderlich,
den Kuchen in der Atmosphäre mit niedrigem Taupunkt in
dem Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit bei einer
Temperatur von 210°C oder höher zu halten, um einen
Flüssigkeitsgehalt zu erhalten, der für das Produkt
bevorzugt ist.
-
Das
Vergleichsbeispiel 1 (herkömmliches Beispiel) ist eine
Vorrichtung, bei der das Trocknen im Trocknungsbereich mit konstanter
Geschwindigkeit und im Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit in
einem Dampfrohrtrockner durchgeführt wird, der ein Umwälzsystem
aufweist, in dem das Trägergas im Gegenstrom zugeführt
wird.
-
Das
Beispiel 1 (ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, das in der 1 gezeigt
ist) ist eine Vorrichtung, bei der zwei Dampfrohrtrockner in Reihe
angeordnet sind, das Trocknen im Trocknungsbereich mit konstanter
Geschwindigkeit in dem Trockner der ersten Stufe durchgeführt
wird, während das Trägergas im Gleichstrom zugeführt
wird, und das Trocknen im Trocknungsbereich mit abnehmender Geschwindigkeit
in dem Trockner der letztgenannten Stufe durchgeführt wird,
während das Trägergas im Gegenstrom zugeführt wird,
die Staubsammeleinrichtungen jeweils Beutelfilter aufweisen und
das Trägergas in den getrennten Umwälzsystemen
umgewälzt wird.
-
Die
zwei Trocknungsschritte werden in der Tabelle 1 verglichen. Tabelle 1
| Vergleichsbeispiel
1 | Beispiel
1 |
Form
des Trocknungsschritts | Ein
Trockner (herkömmlich) | Zwei
Trockner in Reihe (vorliegende Erfindung) |
Strömungsmodus
des Trägergases | Gegenstrom | Erstgenannte
Stufe: Gleichstrom
Letztgenannte Stufe: Gegenstrom |
Zustand
der Einlassöffnung des Trockners | Haftung
aufgrund eines hohen Taupunkts, einer niedrigen Temperatur des Kuchens
und einer niedrigen Gastemperatur festgestellt.
Gastemperatur:
etwa 140°C
Gastaupunkt: etwa 125°C
Temperatur
des Kuchens: etwa 135°C | Erstgenannte
Stufe: aufgrund eines niedrigen Taupunkts und einer hohen Gastemperatur
keine Haftung festgestellt
Gastemperatur: etwa 210°C
Gastaupunkt:
etwa 80°C
Temperatur des Kuchens: etwa 135°C
Letztgenannte
Stufe: aufgrund einer hohen Temperatur des Kuchens und einer hohen
Gastemperatur keine Haftung festgestellt
Gastemperatur: etwa
210°C
Gastaupunkt: etwa 110°C
Temperatur
des Kuchens: etwa 215°C |
Art
der Staubsammeleinrichtung | Nasswäscher
Gastemperatur:
etwa 140°C
Gastaupunkt: etwa 125°C
Aufgrund
der Rückgewinnung des gesammelten Staubs als Aufschlämmung
ist eine zusätzliche Verarbeitung erforderlich | Erstgenannte
und letztgenannte
Stufe: trockener Beutelfilter
Erstgenannte
Stufe:
Gastemperatur: etwa 210°C
Gastaupunkt:
etwa 140°C
Letztgenannte Stufe:
Gastemperatur:
etwa 210°C
Gastaupunkt: etwa 110°C
Gesammelter
Staub als Produkt verwendet, zurück in den Trockner. |
Flüssigkeitsgehalt
des Produkts | Gegebenenfalls
tritt ein Mangel („short pass”) auf, da ein Trocknen
mit konstanter Geschwindigkeit und ein Trocknen mit abnehmender
Geschwindigkeit in einem einzelnen Trockner durchgeführt
werden. Fluktuiert um etwa 2 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht. | In
der letztgenannten Stufe wird nur ein Trockner zum Trocknen mit
abnehmender Geschwindigkeit verwendet. Stabilisiert bei etwa 1 Gew.-%,
bezogen auf das Gewicht. |
Trocknergröße
Wärmeübertragungsfläche | φ 3800 × 33
ml
Wärmeübertragungsfläche: etwa
2200 m2 | Erstgenannte
Stufe: φ 3050 × 20 ml
Wärmeübertragungsfläche:
etwa 1100 m2
Letztgenannte Stufe: φ 3050 × 20
ml
Wärmeübertragungsfläche: etwa
600 m2 |
Flussrate
des Trägergases | Etwa
9800 Nm3/Stunde | Erstgenannte
Stufe: etwa 4800 Nm3/Stunde
Letztgenannte
Stufe: etwa 3900 Nm3/Stunde |
Dampfmenge
der Gasheizeinrichtung | Etwa
1300 kg/Stunde | Erstgenannte
Stufe: etwa 550 kg/Stunde
Letztgenannte Stufe: etwa 500 kg/Stunde |
-
Die
Ergebnisse in der Tabelle 1 zeigen, dass die Verwendung von zwei
Trocknern in Reihe (Beispiel 1) dahingehend vorteilhaft ist, dass
die Abscheidungsmenge an der Einlassöffnung des Trockners
kleiner ist und ein Produkt mit einem stabilisierten Flüssigkeitsgehalt
erhalten wird. Sie ist auch dahingehend vorteilhaft, dass der mit
dem Abgas verstreute bzw. verteilte Staub als Produkt zurückgewonnen
werden kann und keine Aufschlämmung erzeugt wird. Der Wärmeübertragungskoeffizient kann
erhöht werden, da die Haftungsmenge geringer ist, und die
Wärmeübertragungsfläche des Trockners
kann vermindert werden. Es ist möglich, die Trägergas-Flussrate
und die Menge des Dampfs zu vermindern, der zum Erwärmen
des Trägergases erforderlich ist. Darüber hinaus
wird der Flüssigkeitsgehalt der getrockneten Substanz stabilisiert.
-
Insbesondere
wenn der Trocknungsschritt unter Verwendung eines Trockners im Gegenstrom-Strömungsmodus
des Trägergases durchgeführt wird, wie dies im
herkömmlichen Beispiel der Fall ist (Vergleichsbeispiel
1), enthält das Abgas das verdampfte Material und weist
folglich einen hohen Taupunkt auf. Das Abgas wird mit der zu trocknenden
Substanz in dem feuchten Zustand bei niedriger Temperatur in Kontakt
gebracht, was zu einem Abfall der Gastemperatur und einer Verminderung
der Temperaturdifferenz zwischen der Gastemperatur und dem Taupunkt
führt. Obwohl die Gastemperatur bezüglich des
Taupunkts von etwa 125°C durch Einstellen der Flussrate
des Trägergases in dem herkömmlichen Beispiel
auf etwa 140°C eingestellt wird, kann die Temperaturdifferenz
lediglich etwa 1 bis 2°C oder weniger betragen, was den
Einbau eines Beutelfilters aufgrund einer Taubildung verhindert.
-
Wenn
zwei Trockner in Reihe angeordnet sind und der Trägergas-Strömungsmodus
erfindungsgemäß ein Gleichstrom in der erstgenannten
Stufe und ein Gegenstrom in der letztgenannten Stufe ist (Beispiel
1), weist das Abgas von dem Trockner in der erstgenannten Stufe
einen hohen Taupunkt auf, jedoch weist die zu trocknende Substanz,
mit der das Abgas in dem Gasauslassbereich in Kontakt kommt, eine
höhere Temperatur auf, und folglich fällt die
Gastemperatur nicht ab. Das Abgas von dem Trockner in der letztgenannten
Stufe enthält nur das verdampfte Material, das in dem Trocknungsbereich
mit abnehmender Geschwindigkeit erzeugt worden ist, und es kann
folglich einfach auf einen niedrigen Taupunkt eingestellt werden.
Darüber hinaus ist auch die Temperatur der zu trocknenden
Substanz, die mit dem Gas in Kontakt steht, hoch, und die Gastemperatur
bleibt hoch. In dem vorliegenden Beispiel beträgt die Temperaturdifferenz
zwischen der zu trocknenden Substanz und dem Abgas etwa 70 bis 100°C
und folglich können Beutelfilter ohne Taubildung zur Behandlung
des Abgases von beiden Trocknern in der erstgenannten und der letztgenannten
Stufe eingebaut werden.
-
Andererseits
sollte der Taupunkt des Trägergases gesenkt werden, um
den Flüssigkeitsgehalt durch Trocknen im Bereich mit abnehmender
Geschwindigkeit auf einen bestimmten Wert bei einer bestimmten Verweilzeit
zu senken. Wenn der Trocknungsschritt in einem Trockner durchgeführt
wird, wie bei dem herkömmlichen Beispiel, sollte der Taupunkt
des gesamten Trägergases gesenkt werden und dann sollte
es erneut erwärmt werden, bevor es in den Trockner umgewälzt
wird, was zu einem großen Energieverlust führt.
Erfindungsgemäß wird nur der Taupunkt des Trägergases
abgesenkt, das in den Trockner der letztgenannten Stufe zugeführt
wird, der zum Trocknen im Bereich mit abnehmender Geschwindigkeit
verwendet wird. Im Beispiel 1 ist ein Trägergas mit einem
Taupunkt von etwa 45°C zum Trocknen im Bereich mit abnehmender
Geschwindigkeit erforderlich, jedoch kann das auf etwa 45°C
erwärmte Gas nur das Trägergas sein, das dem Trockner in
der letztgenannten Stufe zugeführt wird, und der Taupunkt
des Trägergases, das dem Trockner in der erstgenannten
Stufe zugeführt wird, wird bei etwa 80°C gehalten.
Es ist folglich möglich, die Menge des Dampfes, die zum
Erwärmen des Trägergases erforderlich ist, um
etwa 20% zu vermindern.
-
Experimentelles Beispiel 2
-
Verfahren
und Vorrichtung zum Herstellen eines festen Brennstoffs und Herstellung
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden
Beispiele detaillierter beschrieben. Der nachstehende Begriff „Teil” soll
als „Gewichtsteil” verstanden werden.
-
Beispiel 2
-
Eine
Vorrichtung, die derjenigen in der 7 ähnelt,
mit der Ausnahme, dass die Vorheizeinrichtung weggelassen worden
ist, wurde unter den folgenden Bedingungen kontinuierlich betrieben.
- • Pulverisierungsschritt
Saramangau-Kohle
(maximale Teilchengröße: 3000 μm, durchschnittliche
Teilchengröße: etwa 150 μm).
- • Mischschritt
Ein neu hergestelltes Mischöl
[Kerosin: 1 kg/Stunde und Asphalt: 1 kg/Stunde] wurde der Saramangau-Kohle
(180 kg/Stunde) und einem Kreislauföl (248 kg/Stunde) zugeführt,
wobei eine Rohaufschlämmung (70°C, 100 kPa) erhalten
wurde.
- • Verdampfungsschritt
Zuführungsrate
der Rohaufschlämmung in die Verdampfungseinrichtung: 430
kg/Stunde.
137°C, 400 kPa.
- • Feststoff-Flüssigkeit-Trennschritt
130°C,
100 kPa.
- • Endtrocknungsschritt
-
Der
erste Trockner: Dampfrohrtrockner (Anzahl der Rohre: 12, Länge
in axialer Richtung: 5000 mm, Heiztemperatur (Trägergas
(CG1)-Temperatur): etwa 210°C,
Verweilzeit der modifizierten porösen Kohle: 60 Minuten).
-
Der
zweite Trockner: Dampfrohrtrockner (Anzahl der Rohre: 6 (+6 Rohre,
mit denen kein Dampf zugeführt wird), Länge in
axialer Richtung: 5000 mm, Heiztemperatur (Trägergas (CG2)-Temperatur): etwa 210°C, Verweilzeit
der modifizierten porösen Kohle: 60 Minuten).
-
Im
Beispiel 2 wurde eine modifizierte poröse Kohle unmittelbar
nach dem Endtrocknungsschritt mit einer Rate von 100 kg/Stunde erhalten.
-
Vergleichsbeispiel 2
-
Ein
Trocknungsvorgang wurde kontinuierlich in einer Weise durchgeführt,
die derjenigen von Beispiel 2 ähnelt, mit der Ausnahme,
dass die folgende Trocknungsvorrichtung verwendet wurde.
-
Trocknungsvorrichtung
-
Es
wurde eine Trocknungsvorrichtung verwendet, die derjenigen ähnlich
war, die in der 6 gezeigt ist, mit der Ausnahme,
dass als zweiter Trockner ein Dampfrohrtrockner verwendet wurde,
der mit dem ersten Trockner identisch war, das Trägergas
(CG2) auch in den ersten Trockner in der
in der 8 gezeigten Richtung ohne die Verwendung von Trägergas
(CG1) zugeführt wurde, und das
aus dem ersten Trockner 11 ausgetragene Trägergas
der Staubsammelvorrichtung 15 zugeführt wurde.
-
Im
Vergleichsbeispiel 2 war ein ausreichendes Trocknen unter Bedingungen,
die denjenigen im Beispiel 2 ähnelten, nicht möglich,
da sich die modifizierte poröse Kohle in dem Bereich um
den Einlass für poröse Kohle des ersten Trockners
abgeschieden hatte, insbesondere auf den Heizrohren. Folglich wurde
ein ausreichendes Trocknen durchgeführt, während
die Fördergeschwindigkeit der porösen Kohle in
dem ersten und dem zweiten Trockner vermindert wurde, um einen Trocknungszeitraum
sicherzustellen, so dass eine modifizierte poröse Kohle
mit einer Rate von 60 kg/Stunde unmittelbar nach dem Endtrocknungsschritt
erhalten wurde.
-
Die
Menge des Dampfes, der bezüglich des Gewichts der modifizierten
porösen Kohle im Vergleichsbeispiel 2 verbraucht worden
ist, war verglichen mit derjenigen im Beispiel 2 um etwa 10% erhöht.
-
Gewerbliche Anwendbarkeit
-
Die
Trocknungsvorrichtung mit indirekter Wärme und das Trocknungsverfahren
mit indirekter Wärme zum Trocknen einer zu trocknenden
Substanz gemäß der vorliegenden Erfindung sind
zum Trocknen verschiedener Pulver oder Körner geeignet,
wie z. B. solchen von poröser Kohle und Biomasse.
-
Das
Verfahren und die Vorrichtung zum Herstellen eines festen Brennstoffs
gemäß der vorliegenden Erfindung sind zum Herstellen
eines festen Brennstoffs aus einem Ausgangsmaterial von poröser
Kohle (Kohle), insbesondere von Kohle mit niedriger Qualität,
geeignet.
-
Zusammenfassung
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Trocknungsvorrichtung mit indirekter
Wärme bereit, die gegen eine Haftung der zu trocknenden
Substanz auf Heizrohren beständig ist und ein Produkt mit
einem gewünschten und stabilisierten Flüssigkeitsgehalt
ergibt.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Trocknungsvorrichtung mit indirekter
Wärme, die zwei Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung,
d. h. einen ersten und einen zweiten Drehrohrtrockner mit indirekter
Beheizung, die so in Reihe angeordnet sind, dass die getrocknete
Substanz von dem ersten Drehrohrtrockner mit indirekter Beheizung
als zu trocknende Substanz in den zweiten Drehrohrtrockner mit indirekter
Beheizung zugeführt und darin getrocknet wird, und eine
Trägergas-Zuführungseinrichtung zum Zuführen
des Trägergases im Gleichstrom in den ersten Drehrohrtrockner
mit indirekter Beheizung und im Gegenstrom in den zweiten Drehrohrtrockner
mit indirekter Beheizung, bezogen auf die Strömungsrichtung
der zu trocknenden Substanz, umfasst.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2005-16898
A [0005]
- - JP 7-233383 A [0005]
- - JP 61-250097 A [0005]