-
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schwelteer und Hochtemperatur-Feinkoks
aus Feinkohle durch Wirbelschichtentgasung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung von. Schwelteer und Hochtemperatur-Feinkoks aus Feinkohle, wie Stein.-
oder Braunkohle, durch Wirbelschichtentgasung mittels heißer Verbrennungsgase, die
durch Teilverbrennung von Koks mit in dessen Wirbelbett eingeführten sauerstoffhaltigen,
gegebenenfalls vorerhitzten Gasen erzeugt werden.
-
Bei den bekannten Wirbelschichtverfahren erhält man mit unterschiedlichen
Wirkungsgraden und Qualitäten Koks und Halbkoks, brennbares Gas (mehr oder weniger
verdünnt durch Stickstoff und Kohlendioxyd) sowie Teer und Wasser. Es ist bekannt,
daß die Schwelung bei Temperaturen zwischen 450 und 600° C einerseits einen Schwelkoks
ergibt, der ziemlich reich an leichten und sehr reaktionsfreudigen flüchtigen Bestandteilen
ist, und andererseits ein Gas, welches viel Teer enthält, der reich an Kohlenwasserstoffen
mit höherem Molekulargewicht ist.
-
Man hat bereits versucht, die Wirbelschichtverkokung in mehreren Stufen
durchzuführen. Ein solches Verfahren bringt aber erhebliche betriebliche Schwierigkeiten
mit sich, die von dem Hochtemperaturteer herrühren, der sich auf den Schwelkoksteilchen
kondensiert und dabei deren Zusammenbacken bewirkt, wodurch die Verwirbelung behindert
und schnell der stetige Verlauf des Entgasungsverfahrens unterbrochen wird. Das
gilt besonders für solche mehrstufigen Verfahren, bei denen sowohl die Wirbelgase,
die dabei indirekt erhitzt werden, als auch das Behandlungsgut selbst von einer
Stufe zur anderen im Kreislauf geführt werden.
-
Bei einem derartigen bekannten Verfahren kann das Gut durch fremdbeheizte
Flächen indirekt erhitzt oder zur Entgasung der Feinkohle aufgeheizter Koks als
Wärmeträger verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird sowohl das zu behandelnde
Gut als auch das Wirbelgas in verschiedenen Kreisläufen geführt. Beide werden zunächst
einer Tieftemperaturstufe (Schwelung) zugeführt und bei Austritt aus dieser über
ein Kreislaufsystem in eine Hochtemperaturstufe (Verkokung) geleitet. Nach Durchlauf
durch diese Stufe werden sie in einem neuen Kreislauf über einen Wärmeaustauscher
geführt, um in diesem auf die für die Verkokung erforderliche Temperatur erhitzt
zu werden.
-
Das Gut in der Hochtemperaturstufe wird mit den Wirbelgasen teilweise
wieder in die Tieftemperaturstufe geleitet, um diese zu beheizen.
-
Die Kohle zirkuliert demnach bei diesen Verfahren in einem doppelten
Kreislauf, nämlich einerseits zwisehen Hochtemperatur- und Tieftemperaturstufe und
andererseits zwischen Hochtemperaturstufe und Wärmeaustauscher.
-
Dieses bekannte Verfahren hat insbesondere drei Nachteile: 1. Das
pro Volumeinheit der Entgasungsstufe umgesetzte Gutvolumen ist verhältnismäßig klein.
2. Da ein ständiger Gutsaustausch zwischen Hochtemperatur- und Tieftemperaturstufe
stattfindet, bereitet es Schwierigkeiten, eine ausreichend große Temperaturdifferenz
zwischen beiden Stufen aufrechtzuerhalten und zu steuern.
-
3. Infolge der beiden ineinandergreifenden Kreislaufführungen ist
es nicht ohne weiteres möglich, die Aufenthaltszeit des Gutes in jeder der Entgasungsstufen
zu steuern, welche den jeweiligen und endgültigen Behandlungszustand des Gutes bestimmt.
-
Mit diesem Verfahren lassen sich also nicht gleichzeitig ein Hochtemperatur-Feinkoks
von bestimmter Qualität und Schwelteere herstellen, weil eine genaue Temperatukontrolle
zum Schutze des Schwelteeres gegen Cracken nicht möglich ist.
-
Eine Verkokung im Wirbelbett bei einer Temperatur von 800 bis 900°
C erzeugt wenig Teer, der
stärker gecrackt wird, während der erhaltene
Koks reaktionsträge ist und geringe Mengen flüchtiger Bestandteile enthält (in der
Größenordnung von 2% bis 3 %).
-
Man kennt bisher @ kein Verfahren, welches es gestattet, einerseits
eine große' Menge voll wenig gegracktem Teer und ättdererseits einen reaktionsträgen
Koks mit einem sehr geringen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen zu erhalten.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung zuerst die bis etwa
400° C vorgewärmte Feinkohle in einer Schwelzone bei .einer Temperatur von 450 bis-
600° C geschwelt, wobei als Wirbel- und gleichzeitiges Schwelmittel ein Gemisch
aus Verkokungs- und Verbrennungsgasen einer mit der Schwelzone verbundenen Verkokungszone
dient, in welcher dann der aus der Schwelzone übergeführte Schwelkoks bei einer
Temperatur von oberhalb 700° C verkokt wird.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht also im wesentlichen darin,
daß bei hoher Temperatur in einer Wirbelschicht den Schwel- oder Halbkoks zu verkoken,
der aus Rohkohle durch Entgasen in. einer Wirbelschicht bei niedriger Temperatur
erhalten wird, wobei das Wirbelmittel für die Entgasung bei niedriger Temperatur
(Scliwelung) durch die Gase gebildet wird, die von, der Verkokung bei hoher Temperatur
herrühren.
-
Man gewinnt also. nach dem Verfahren gemäß der Erfindung einerseits
-einen Hochtemperaturkoks und andererseits ein Gas; welches die flüchtigen Bestandteile
der Schwelung enthält.
-
Das Gas, das eine große Menge von Teer mit einem hohen Gehalt an hochmolekularen
Kohlenwasserstoffen enthält, ist vor jeder schädlichen thermischen Crackung geschützt,
da es direkt aus dem Temperaturbereich herstammt, der für die reichliche Bildung
von Teer günstig ist. Andererseits können die Teere keine zusammenbackende Wirkung
auf die Kohle in der Schwelzone ausüben.
-
Das Verfahren hat weitere Vorteile. Einmal besitzt das erzeugte Gas
nach Entteerung und Reinigung von Ammoniak und Benzol einen hohen Heizwert, der
wesentlich. höher ist als der Heizwert der Gase, die bei der normalen Verkokung
im Wirbelbett erzeugt werden; ' zu m- anderen gewinnt man den Wärmeinhalt
des Gases bis auf die Vorwärmtemperatur der Kohle zurück, wodurch der thermische
Wirkungsgrad der. Entgasungsvorrichtung verbessert wird.
-
Weitere Vorteile lind Einzelheiten der Erfindung sind der Zeichbung-'
zu entnehmen, welche schematisch als Ausführungsbeispiel eine mögliche Anwendung
des Verfahrens gemäß der Erfindung für die Veikokung durch Teilverbrennung oder
für die Verkokung durch den Wärmeinhalt des Wirbelmittels oder für die Verkokung
durch Heizwände oder Heizrohre wiedergibt, In der Abbildung bezeichnet 1 die Entgasungsretorte,
2 die Schwelkammer, 3 die Verkokungskammer, 4 die Zuleitung der Kohle, 5
die Zuleitung des Wirbelgases, 6 den Entstaubungszyklon für die abziehenden Gase;-
7 de Zuleitung des in der Schwelkammer 2 erzeugten Schwelkokses in die Verkokungskammer
3 und 8 -die Ableitung des aus der Verkokungskammer 3 überfließenden Kokses.
-
Die Entgasungsretorte 1 ist also eine zweistufige Vorrichtung, in..der:.Gas
und Fehlkohle im Gegenstrom zueinander von einer Stufe zur anderen strömen. Die
Kohle tritt bei 4 mit einer Temperatur ti, die bis etwa 400° C beträgt, in
die Schwelkammer 2 ein, wo sie durch das Gas verwirbelt wird, das von der Verkokungskammer
3 herrührt und Temperaturen von oberhalb 700 bis 800° C besitzt. Ein Teil des Wärmeinhalts
dieses Gases wird auf diese Weise wiedergewonnen, wobei die Kohle geschwelt wird,
üblicherweise zwischen 450 und 600° C.
-
Von der Schwelkammer 2 gelangt der Schwelkoks über die Rohrleitung
7 in die Verkokungskammer 3, wo er auf eine Temperatur gebracht wird, die oberhalb
700° C liegt, und durch Teilverbrennung mittels Luft in einen Koks übergeführt wird,
der nahezu vollkommen entgast ist und durch die Überlaufleitung 8
austritt.
-
Das Gas, welches Sauerstoff für die Teilverbrennung enthält, kann
kalt oder warm sein. Es wird oft zweckmäßig sein, Luft zu verwenden, die auf eine
Temperatur t2 vorgewärmt ist, die zwischen 400° C und 600° C liegt. Diese Luft wird
der Retorte bei 5 zugeführt.
-
Während der Verkokung in der Verkokungskammer 3 scheidet sich nur
sehr wenig Teer ab. Das Gas, welches diese Stufe mit etwa 800° C verläßt, liefert
größtenteils die Wärme, die notwendig ist, um die Kohle in der Schwelkammer 2 von
der Temperatur t1, mit welcher sie bei 4 eingeführt ist, auf die Schweltemperatur
zu bringen, indem es einen Teil seines Wärmeinhaltes abgibt.
-
Dagegen scheidet sich die größte Menge von Teer in der Schwelkammer
2 ab. Dieser Teer wird in Form von Dämpfen von den Gasen mitgenommen, welche die
Retorte nach Entstaubung, die in bekannter Weise mittels eines Zyklons 6 durchgeführt
wird, verlassen.
-
Auf diese Weise wird das doppelte Ziel erreicht, eine große Menge
Schwelteer und gleichzeitig einen sehr gasarmen Koks zu .erzeugen.
-
Es sei hierzu auf die notwendigen Regelmöglichkeiten hingewiesen.
Im großen und ganzen werden die Temperaturen in den beiden Kammern 2 und 3 durch
verschiedene Überlegungen bestimmt, wie Qualität der angestrebten Produkte, Wirtschaftlichkeit
usw. Es ist aber offensichtlich,: daß die Temperatur in der Schwelkammer 2 von der
Temperatur in der Verkokungskammer 3 abhängt, d. h., wenn die zuletzt genannte Temperatur
einmal gewählt ist, könnte die Temperatur der Schwelung nicht mehr frei gewählt
werden, wenn man -nicht über Regelmöglichkeiten verfügen würde, die gemeinsam oder
auch getrennt in der gleichen Vorrichtung Anwendung finden können. Geregelt kann-
.werden: 1. die Vorwärmtemperatur t1 der Kohle; 2. die Temperatur- t2-des Wirbelgases
und eventuell seine Zusammensetzung; 3. der Zusatz von Luft, inerten Gasen oder
von Wasser an einem oder mehreren gewählten Stellen des Gaskreislaufs, etwa oberhalb
der Wirbelschicht der Verkokungskammer oder der Schwelkammer oder auch zwischen
den beiden Wirbelschichten; 4. eine indirekte Erwärmung an einer oder mehreren ausgewählten
Stellen der Retorte.
-
In der Abbildung sind die Kammern 2 und 3 übereinander angeordnet.
Es versteht sich aber von selbst, daß die Entgasung auch in zwei getrennten Kammern
durchgeführt werden kann, vorausgesetzt, daß das oben beschriebene Verfahren, einerseits
eine große
Menge von Schwelteer und andererseits einen nahezu vollkommen
entgasten Koks zu erhalten, beachtet wird.