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Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von Koks
und Gas unter Anwendung der autogenen Rostverkokung Bei dem Verfahren zur autogenen
Verkokung von Brennstoffen tritt im Gegensatz zu der üblichen trockenen Destillation
unter Luftabschluß durch den zonenweise geregelten Zutritt einer geringen Luftmenge
in der Brennstoffschicht selbst eine sehr starke exotherme Reaktion ein, wobei der
Brennstoff selbst in einen heißen Koksrückstand und heißes Schwachgas zerlegt wird.
Der dabei anfallende Koks ist für die verschiedensten Zwecke verwendbar. Er kann
natürlich auch unmittelbar in einer Kesselfeuerung verbrannt werden. Das anfallende
Schwachgas enthält neben brennbaren Bestandteilen, wie Kohlenoxyd, Wasserstoff und
Methanresten, 65 bis 701/o Stickstoff und hat daher nur einen geringen Heizwert.
Die Anwendung eines Sauerstoff-Dampf-Gemisches an Stelle von Luft würde große zusätzliche
Investitionen und entsprechenden Energieaufwand erfordern, um den Sauerstoff aus
der Luft zu gewinnen bzw. von dem Stickstoffballast zu befreien.
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Die Temperaturen der entstehenden Produkte selbst liegen verhältnismäßig
hoch. Beim Koks rechnet man mit einer Endtemperatur von etwa 950° C. Die Gase verlassen
den Reaktionsraum mit Temperaturen von 1150 bis 1200° C. Die Erfindung hat
den Zweck, diese Wärmen auszunutzen, insbesondere für den Fall, daß man auf die
anderweitige Verwendung von Koks und Schwachgas an Ort und Stelle an sich verzichtet.
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Es ist ein Rostverkoker zur Ausnutzung der heißen Gase zur Beheizung
von Gas- oder Koks-Erzeugungsöfen bekannt, bei welchen das Gas der Trockendestillationsöfen
für hochwertige Verwendungszwecke (Stadtgas, chemische Verwendung usw.) verfügbar
ist. Ferner ist ein Verfahren zum Schwelen von Brennstoffen bekannt, bei dem der
zu behandelnde Brennstoff auf einem gasdurchlässigen endlosen Kettenrost befördert
wird, wobei der Kettenrost den unteren Teil einer Schwelkammer bildet, welche am
Ein- und Austritt des zu behandelnden Brennstoffes durch auf der Brennstoffschicht
ruhende Schieber oder bewegliche Organe abgeschlossen ist, die Erhitzung des Brennstoffes
in der Schwelkammer an allen Stellen der Schicht auf mehrfache Weise bewirkt wird,
nämlich an der Oberfläche durch Ausstrahlung des Ofengewölbes, welches insbesondere
durch Verbrennung der gesamten oder nur eines Teiles der anfallenden Schwelgase
auf die gewünschte Temperatur gebracht wird, an der Unterseite durch die aufgespeicherte
Wärme des Kettenrostes, welcher zu diesem Zweck eine genügende Metallnasse besitzt
und in seinem hinteren Teil zweckmäßig als Verbrennungsrost verwendet wird, und
in der Mitte der Schicht durch die durch die Kohleschicht hindurch in Kästen gesaugten
Schwelprodukte oder verbrannten Heizgase, während die abgesaugten Gase in bekannter
Weise von ihren leicht flüchtigen Produkten und Teeren getrennt werden. Desgleichen
ist es bekannt, einen Rostverkoker und einen Dampferzeuger so hintereinanderzuschalten,
daß der auf dem Rostverkoker teilweise verkokte Brennstoff anschließend auf dem
Wanderrost einer Kesselfeuerung verbrannt wird.
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Nach der Erfindung werden die bei der autogenen Verkokung frei werdenden
Wärmemengen dazu verwendet, zusätzlich Frischkohle unter Luftabschluß zu entgasen.
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Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß durch die Kombination
eines Rostverkokers mit einem mit trockener Destillation arbeitenden Bandverkoker
der vom Rostverkoker kommende glühende Koks teilweise oder vollständig dem Bandverkoker
in dünner Schicht zugeführt wird, auf welche die zu entgasende Kohle ebenfalls als
Schicht aufgegeben wird und das im Rostverkoker erzeugte Schwachgas zur Beheizung
des Bandverkokers dient. Dabei sind die Schichtstärken mit der Rostlänge und der
Rostgeschwindigkeit so abzustimmen, daß beim Verlassen des als Destillationskammer
dienenden Bandverkokers die Entgasung der Kohleschicht vollendet ist. Durch diese
Maßnahme wird unter anderem die im Koks aus dem Rostverkoker enthaltene beträchtliche
Wärmemenge für die Destillation der Kohle im Bandverkoker ausgenutzt. Die durch
Verbrennung des
Schwachgases anfallende Wärme heizt ein Wärmeübertragungsmittel,
z. B. Natrium, auf, welches im Kreislauf durch die Seitenwände und die Decke des
Bandverkokers geführt wird. Bei einer besonders zweckmäßigen Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens ist der autogene Rostverkoker über dem im Gegenstrom arbeitenden
Bandverkoker angeordnet, jedoch können der autogene Rostverkoker und der Bandverkoker
auch treppenartig hintereinander angeordnet sein. Eine weitere Möglichkeit sieht
vor, daß der autogene Rostverkoker und der Bandverkoker unmittelbar hintereinander
angeordnet, mit einem einzigen durchlaufenden Rost ausgestattet und durch eine Zwischenwand
voneinander getrennt sind, wobei der eine Teil als autogene Verkokungskammer und
der andere Teil als Bandverkoker (Destillationskammer) ausgebildet ist.
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Durch Ausnutzung der anfallenden großen Reaktions-Wärxnemengen für
die Destillation von weiterer zusätzlicher Frischkohle werden somit wertvolle wasserstoff-
und kohlenwasserstoffhaltige Gase frei, welche ein für die verschiedensten Verwendungszwecke
brauchbares stickstofffreies Starkgas ergeben.
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Um auch die in den Reaktionsgasen noch enthaltene gebundene Wärme
nutzbar zu machen, wird nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, das
Schwachgas, bevor oder während es seine Wärme an den Destillationsprozeß abgibt,
durch Zusatz einer geringen Luftmenge zu verbrennen. Nach der Wärmeabgabe kann das
Schwachgas, sofern noch eine Kesselanlage angeschlossen ist, seine Restwärme an
das Speisewasser oder an Vorverdampferanlagen abgeben oder auch zum Vorwärmen von
Verbrennungsluft verwendet werden.
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Die übertragung der fühlbaren Wärme der heißen Reaktionsgase im Bandverkoker
kann allerdings nur indirekt erfolgen, weil sonst die zu erzeugenden hochwertigen
Gase durch den hohen Stickstoffballast zu stark verdünnt würden.
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Die zusätzliche Destillation der Frischkohle wird in einer Kammer
vorgenommen, welche als Bandverkoker ausgebildet ist, auf deren Band oder Rost der
aus dem vorgeschalteten Rostverkoker kommende glühende Koks in dünner Schicht aufgegeben
wird; auf diese Schicht wird als zweite Schicht die zu destillierende Kohle aufgebracht.
Zur übertragung der in dem Schwachgas enthaltenen Wärme werden die Wandungen und
die Decke dieser Kammer mit Hohlräumen versehen, durch die das Schwachgas zum Zwecke
der indirekten Beheizung geleitet werden kann. Es ist natürlich auch möglich, die
Wärme indirekt durch einen im Kreislauf geführten Wärmeträger, beispielsweise flüssiges
Natrium, zu übertragen. Der aus dem Bandverkoker (Destillationskammer) anfallende
Koks kann zusammen mit dem aus dem Rostverkoker stammenden Koks einer Kesselfeuerung
zugeführt werden.
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Verbindet man die autogene Verkokung und die geschilderte Destillation
mit einer Kesselfeuerung, so wird im Prinzip der Vorgang der Ausnutzung der Kohle
in drei Stufen zerlegt, und zwar: 1. Stufe Durch Verbrennung eines Teiles der flüchtigen
Bestandteile aus der Kohle im Rostverkoker wird diese zerlegt in einen festen Koksrückstand
und in ein Schwachgas, welches die gasförmigen Verbrennungsprodukte enthält. 2.
Stufe In einem nachgeschalteten Bandverkoker (Destillationskammer) werden die in
der ersten Stufe freigesetzten Reaktionswärmen und eventuell auch die restliche
latente Wärme der primären Gase ausgenutzt, um aus einer weiteren Menge von Kohle
unter Luftabschluß die primären Destillationsprodukte, d. h. hochwertiges Starkgas
und Teer, frei zu machen und mit Gewinn zu verwerten.
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3. Stufe In dieser Stufe wird sodann der gesamte feste Koksrückstand
aus den beiden Entgasungsstufen und die aus den heißen Gasen verbliebene restliche
fühlbare Wärme im Kessel nutzbar gemacht. Zu diesem Zweck kann auch das Starkgas,
das ohnehin, bevor es seiner weiteren Verwendung zugeführt werden kann, abgekühlt
werden muß, zur indirekten Wärmeabgabe an Verbrennungsluft, Speisewasser oder Dampf
herangezogen werden.
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Die Menge an Starkgas, die während der Ausnutzung der Kohle nach obigem
Verfahren abgezweigt wird, ist darüber hinaus regelbar und kann in jedem Einzelfalle
den lokalen Bedürfnissen angepaßt werden. Sie kann erfindungsgemäß dadurch geregelt
werden, daß man entweder (a) nur den heißen Koks oder (b) die fühlbare Wärme der
heißen Reaktionsgase aus der ersten Stufe oder beide (a -f- b) für die zusätzliche
Destillation verwendet. Liegt ein noch höherer Starkgasbedarf vor, so kann zusätzlich
auch die Verbrennungswärme der primären Reaktionsgase (c) für die Kohlendestillation
herangezogen werden. Die Wärmemengen, die für die Fälle (a) bis (c) der autogenen
Zerlegung der Kohle (bezogen auf 1 kg Kohlendurchsatz 7000 kcal) zur Verfügung stehen,
betragen für
| (a) 200 bis 300 kcal/kg, |
| (b) 600 bis 700 kcal/kg, |
| (a -i- b) 800 bis 1000 kcal/kg, |
| (c) 1200 bis 1300 kcal/kg, |
| (a -I- b -I- c) 2000 bis 2300 kcal/kg. |
Das Verfahren ist daher geeignet, dem großen Bedarf an Starkgas abzuhelfen, der
bisher im wesentlichen auf den Gasanfall in den Gaswerken oder in den großen Kokereien
der Hüttenwerke beschränkt war. Da es gleichzeitig die Verwertung, d. h. die Verbrennung
des anfallenden Koksrückstandes mit einschließt, ergibt sich auf diese Weise ein
zusätzlicher Anfall von Starkgas, der nicht an den zur Zeit noch bedingten, aber
aus Absatzgründen oft unerwünschten gleichzeitigen Anfall von Koks gebunden ist.
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Ferner beträgt das Anlagekapital nur einen Bruchteil, verglichen mit
den üblichen indirekten Kohledestillationsanlagen, da auf jegliche Qualitätsansprüche
bezüglich des Koksrückstandes verzichtet werden kann.
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Ein großer Vorteil des Verfahrens liegt auch darin, daß es für jede
Kohlenart brauchbar ist, einerlei ob es sich um eine backende oder eine nichtbackende
Kohle, um Steinkohle oder um Braunkohle, um aschereiche oder entaschte, grobe oder
feine Körnungen handelt, weil der Entgasungsrückstand in dem
Falle
nicht als Endprodukt, sondern nur als Zwischenprodukt anfällt, d. h. anschließend
verbrannt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
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Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung; Fig. 2 bringt einen
Grundriß entsprechend Fig. 1. In Fig. 1 wird das in dem Rostverkoker A aus der dem
Bunker K entnommenen Kohle entstehende Schwachgas den Bandverkokem B 1 und
B 2 (Destillationskammern) durch die Leitungen a zugeführt, um dort seine
Wärme indirekt an die Destillationskammerwände abzugeben. Das Schwachgas kann entweder
vor oder während seiner Wärmeabgabe an den Destillationsprozeß verbrannt werden.
Auch besteht die Möglichkeit, daß das Schwachgas verbrannt und die bei der Verbrennung
anfallende Wärme zum Aufheizen eines Wärmeübertragungsmittels verwendet wird, das
im Kreislauf unter die Seitenwände und die Decke des Bandverkokers (der Destillationskammer)
geführt wird. Die aus den Bunkern K1 und K2 anfallende Kohle wird in den BandverkokernB
1 und B 2 (Destillationskammern) in dünner Schicht auf den Rost aufgebracht. Zuvor
wird jedoch der den Rostverkoker A verlassende glühende Koks in den Kammern
B 1 und B 2 unter die zu entgasende Kohle auf den Rost aufgebracht,
so daß er von unten her seine Wärme an die zu destillierende Kohle abgibt. Die Dicke
der Kohleschicht wird in Abhängigkeit von Rostlänge und Rostgeschwindigkeit so bestimmt,
daß die an die Kohle von oben und gegebenenfalls von unten abgestrahlte Wärmemenge
die Kohle vollständig durchdrungen hat, bevor sie zum Austragende gelangt. Will
man den Rost gegen den Angriff der bei der Destillation frei werdenden Gase und
Dämpfe schützen, so kann dies durch Aufbringung einer isolierenden Unterlage, z.
B. bereits abgelöschten Feinkokses, geschehen. Sowohl der aus der Rostverkokung
als auch aus den Destillationskammern anfallende Koksrückstand wird einer Dampfkesselfeuerung
zur vollständigen Verbrennung zugeführt.
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Das die Destillationskammer B 1 und B 2 verlassende
Rauchgas c 1 und c 2 wird ebenso wie das in diesen Bandverkokern (Destillationskammern)
erzeugte Starkgas b 1 und b 2 einer Kesselanlage zugeführt, um ihre
fühlbare Wärme z. B. an das Speisewasser oder an Vorverdampfer abzugeben, woraufhin
das Starkgas in das Verbrauchernetz eingeleitet wird; d, d 1 und
d 2 bezeichnen die Abführungsstellen der Koksrückstände.