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Verfahren zur Herstellung von Koks mit hoher Festigkeit Es ist bekannt,
daß man bei der Verkokung gasreicher Steinkohlenarten einen sehr harten Koks dadurch
erhalten kann, daß man die Kokskohle mit staubförmigem Koks vermischt, bevor man
sie in die Kammern des Koksofens füllt. Gewöhnlich wird dieser staubförmige Koks
so hergestellt, daß ein Teil des feinkörnigen Abfallkokses gemahlen wird, was jedoch
hohe Kosten verursacht.
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Die Erfindung bezweckt, die Herstellung von Koks mit hoher Festigkeit
zu verbilligen und unter Verwendung eines hochwertigen aschearmen Koksstaubes einen
verbesserten Koks mit niedrigem Aschegehalt zu erzeugen. Dies wird gemäß der Erfindung
in erster Linie dadurch erreicht, daß die Herstellung des Kokses hoher Festigkeit
durch Verkoken von Kokskohle unter Zusatz von Koksstaub in der Weise erfolgt, daß
der Koksstaub durch kontinuierliche Einführung von Staubkohle in eine Wirbelkammer
bei einer in dieser herrschenden Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Aschenbestandteile
erzeugt, die ausgeschmolzene Asche unten aus der Wirbelkammer abgezogen und der
Koksstaub zusammen mit den in der Wirbelkammer erzeugten Gasen ausgetragen und aus
den Gasen abgeschieden wird.
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Es wird also durch Verkoken einer Staubkohle ein Koksstaub erzeugt,
der sodann in bekannter Weise der Kokskohle zugesetzt wird, woraufhin diese Mischung
in bekannter Weise in Kokskammern von Koksöfen gefüllt und zu einem hochwertigen
Koks mit hoher Festigkeit verkokt wird. In der als Verkokungskammer zur Herstellung
des Koksstaubes verwendeten Wirbelkammer wird die Staubkohle bei einer oberhalb
des Schmelzpunktes ihrer Aschenteile liegenden Temperatur im Schwebezustand verkokt,
so daß neben der Entgasung der Kohleteilchen ein Ausschmelzen der Ascheteilchen
stattfindet, die ausgeschleudert und als flüssige Schlacke aus der Wirbelkammer
abgezogen werden, während der Koksstaub von dem Gasstrom ausgetragen wird. Die erforderliche
hohe Temperatur kann durch Verbrennung von entweder einem Teil der eingesetzten
Staubkohle oder einem anderen in die Verkokungskammer eingeführten Brennstoff, z.
B. öl oder Gas, unter Zuführung einer entsprechenden, vorzugsweise vorerhitzten
Menge eines sauerstoffhaltigen Verbrennungsmittels, z. B. Luft oder mit Sauerstoff
angereicherter Luft, erzeugt werden.
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Es war bereits bekannt, Kohlenstaub im Schwebe-bzw. Wirbelzustand
zu entgasen, indem die erforderliche Entgasungstemperatur durch Verbrennung eines
Teils des Kohlenstaubes unter Zuführung einer entsprechenden Menge sauerstoffhaltigen
Gases erzeugt wird. Da eine Entgasung von Kohle bereits bei relativ niedrigen Temperaturen
erfolgt, eine Kokserzeugung durch Schwelen oder Verkoken von Kohlenstaub also nur
relativ geringe Wärmemengen erfordert, konnten bei den bekannten Verfahren die erforderlichen
Mengen an heißen Verbrennungsgasen mit der erforderlichen Temperatur deicht erzeugt
werden. Es wurden bei den bekanntenVerfahren aber bei weitem nicht Temperaturen
erzielt, bei denen die Ascheteilchen hätten schmelzen können, denn. der Schmelzpunkt
derAsche liegt weitaus höher. Es konnte daher kein Schmelzen der Asche, geschweige
denn eine Abtrennung der flüssigen Schlacketröpfchen stattfinden, so daß infolge
der Entgasung des Kohlenstaubes eine Erhöhung des Aschegehalts im Koksstaub gegenüber
dem Aschegehalt des eingesetzten Kohlenstaubes eintrat.
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Es war auch bekannt, bei der Vergasung von Kohlenstaub in der Schwebe
so hohe Vergasungstemperaturen anzuwenden, daß die Schlacke in dünnflüssiger Form
abgezogen werden konnte, wobei als Vergasungseinrichtung auch die Wirbelkammer verwendet
worden ist. Da dieses Verfahren auf die vollständige Umsetzung des Kohlenstaubes
in brennbare Gase gerichtet ist, spielte es keine Rolle, ob Brennstoffteilchen durch
Aschetröpfchen benetzt werden und mit diesen aneinanderhaften. Gegenüber der bekannten
Verbrennung von Kohlenstaub mit flüssiger Ascheabscheidung, z. B. in Schmelzkammerkesseln,
wird bei dem vorgenannten Vergasungsverfahren lediglich mit einem solchen Brennstoffüberschuß
bzw. Sauerstoffunterschuß gearbeitet, daß keine Verbrennungsgase entstehen sondern
Vergasungsgase, d. h. brennbare Gase. Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung
wird hingegen mit einem solchen Brennstoffüberschuß bzw. Sauerstoffunterschuß gearbeitet,
daß allenfalls ein Teil des Brennstoffs mit Sauerstoff umgesetzt wird, während die
übrige Menge an Kohlenstaub nur entgast wird, wobei
gleichzeitig
über die für die Verkokung des Kohlenstaubes erforderliche Temperatur hinaus eine
oberhalb des Schmelzpunktes der Asche liegende Temperatur erzeugt wird, so daß neben
der Erzeugung von Koks ein Ausschmelzen der Asche stattfinden kann.
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Es hat sich gezeigt, daß bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung
trotz des hohen Brennstoffüberschusses überraschenderweise nicht nur eine zur Verkokung,
sondern auch eine zum Ausschmelzen der Asche ausreichende Temperatur erzielt werden
kann und daß überraschenderweise entgegen dem, was man erwarten mußte, nicht nur
eine Anreicherung der Asche im Koksstaub vermieden werden kann, sondern in solchem
Maße Asche als flüssige Schlacke abgetrennt werden kann, daß ein hochwertiger aschearrner
Koks mit einem Aschegehalt erzeugt werden kann, der unter dem Aschegehalt der eingesetzten
Staubkohle liegt. Überraschenderweise tritt kein Aneinanderhaften von Koksteilchen
und Schlacketröpfchen ein, sondern können in der Wirbelkammer die Ascheteilchen
von den Koksteilchen getrennt und die Aschetröpfchen ausgeschleudert werden.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren selbst bei hohen Brennstoffüberschüssen in der Verkokungskammer, z. B.
bei einer Verkokung von zwei Drittel des der Verkokungskammer zugeführten Kohlenstaubes,
der Aschegehalt der Kohle in solchem Maße ausgeschmolzen wird, daß der Aschegehalt
des Koksstaubes prozentual nicht oder nur geringfügig höher oder aber sogar noch
niedriger ist als derjenige des eingesetzten bituminösen Kohlenstaubes. Im Gegensatz
dazu ist der prozentuale Aschegehalt des aus im Koksofen gewonenen Abfallkoks erzeugten
Koksstaubes beträchtlich höher als derjenige der in den Koksofen eingesetzten Kohle.
Da nämlich bei der Verkokung bituminöser Kohle die meist 20 bis 30% betragenden
flüchtigen Bestandteile ausgetrieben werden, ist eine Ascheanreicherung im Koks
unvermeidlich, weshalb für die Verkokung in der Regel nur hochwertige, aschearme
Brennstoffe Verwendung finden. Es wurde ferner gefunden, daß bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren bei der Koksstaubherstellung in besonderem Maße diejenigen Aschebestandteile
ausschmelzen, die nicht engstens mit dem Kohlekorn verwachsen sind, also diejenigen
Aschebestandteile bzw. die Berge, die normalerweise bei Aufbereitung der Kokskohle
in der Wäsche abgeschieden werden können. Das neue Verfahren gestattet es daher,
aus ungewaschenen, aschereichen, festen Brennstoffen einen Koksstaub zu erzeugen,
dessen Aschegehalt meist nicht oder nur unwesentlich höher ist als der Aschegehalt,
der bei der üblichen Verkokung gewaschener Kohlen im Koksofen erhalten wird. Das
neue Verfahren gestattet ferner. die in großer Menge bei der Kohlegewinnung anfallenden
aschereichen Feinstäube, die in der normalen Wäsche nicht aufbereitet werden können
und daher für die Verkokung nach den bisherigen Verfahren überhaupt ungeeignet waren,
zu hochwertigem Koksstaub zu verkoken.
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Bemerkenswert ist, daß bei einem Brennstoffüberschuß, bei dem neben
Generatorgas von etwa 1000 kcal/Nm3 aus 3 t Kohlenstaub etwa 2 t Koksstaub
erhalten wurden, keinerlei Teer auftrat, dieser also vollständig vergast bzw. aufgespalten
war. Auch wurde der Koks, obwohl Kohlenstaub einer Ruhrfettkohle von hohem Backvermögen
verwendet wurde, ohne jede Verbackung völlig staubfein mit dem Reaktionsgas ausgetragen.
Bei Erhöhung der Luftvorwärmung oder Verwendung mit Sauerstoff angereicherter Luft
ist eine weitere Steigerung des Brennstoffüberschusses möglich. Eine Erhöhung der
Koksstaubausbeute je Tonne Einsatzkohle kann dadurch erzielt werden, daß man in
den im Verkokungsraum im Schwebezustand befindlichen Kohlenstaub an Stelle der Kohlenstaubflammen
Öl-oder Gasflammen hineinbrennen läßt, wobei die Verbrennungsluft, gegebenenfalls
auch die Gase oder das Öl, zwecks Erzielung hoher Temperatur vorgewärmt werden.
Als Heizgas kann auch das im Prozeß anfallende Gas Verwendung finden. Von Bedeutung
ist, daß Öl oder Gas und Luft, gegebenenfalls mit Sauerstoff angereicherte Luft,
so zugeführt werden, daß die Verbrennung erst innerhalb des Verkokungsraumes erfolgt.
Steigert man den Brennstoffüberschuß über eine Grenze hinaus, die bei reaktionsfähigen
Braunkohlen niedriger liegt als bei den weniger reaktionsfähigen Steinkohlen, so
erfolgt kein Ausschmelzen der Asche mehr.
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Auch kann der aus der Verkokungskammer abgezogene Koksstaub teilweise
wieder in die Verkokungskammer zurückgeführt und dort verbrannt werden. Es hat sich
gezeigt, daß bei stufenweiser Abscheidung des Koksstaubes aus den ihn aus der Verkokungskammer
austragenden Gasen der in der ersten Stufe abgeschiedene Koks ascheärmer war als
der in der zweiten Stufe abgeschiedene. Bei einem Großversuch ergab sich folgendes:
| Asche im eingesetzten Kohlenstaub .... 15,5% |
| Asche im Koksstaub der ersten Stufe der |
| Abscheidung ..... . . . . . . . . . . . . . . .. . 11,10/0 |
| Asche im Koksstaub der zweiten Stufe der |
| Abscheidung ....... . . . . . . . . . . . . . . . 27,4% |
Vom gesamten Koksstaub fielen 92% aschearm in der ersten Stufe der Abscheidung an.
Eine stufenweise Abscheidung ist daher zur Trennung der aschearmen und der aschereicheren
Koksstäube zweckmäßig. Die aschereicheren Koksstäube können dann dazu verwendet
werden, in die Verkokungskammer zurückgeführt und dort weiter entascht oder ganz
oder teilweise verbrannt zu werden. Die aschearmen Koksstäube können nicht nur zur
Zumischung zu Kokskohle zum Zwecke der Herstellung von Koks mit hoher Festigkeit,
sondern wegen ihres geringen Aschegehaltes und ihrer guten Reaktionsfähigkeit für
viele andere Zwecke mit großem Vorteil verwendet werden.
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Ein Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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In dem Bunker 1 befindet sich Kohlenstaub mit hohem Aschegehalt oder
solchen Eigenschaften, die seine Verwendung als Kokskohle ausschließen. Dieser Staub
gelangt in die in an sich bekannter Weise als Wirbelkammer ausgebildete Verkokungskammer
2, wo er mittels sauerstoffhaltiger Verbrennungsmittel teilweise verbrannt wird,
wobei die Temperatur in der Verkokungskammer so hoch ist, daß die Asche verflüssigt
wird und in das Wasserbad 3 ausgetragen wird, wo sie zu Schlackensand granuliert
wird. Das in der Verkokungskammer 2 erzeugte Gas trägt den
unverbrannten,
verkokten Brennstoffstaub aus, durchströmt einen Abhitzekessel4, in dem seine Wärme
zur Dampferzeugung ausgenutzt wird, und sodann die Staubabscheider 5 und 6, in denen
der Koksstaub gesammelt wird. Das Gas wird danach im Waschkühler 7 und im Elektrofilter
8 gereinigt und zum Koksofen 9 geleitet, wo es zur Beheizung der Kammern verwendet
wird.
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Aus den Staubabscheidern 5 und 6 oder aus einem von beiden wird ein
regelbarer Anteil des Koksstaubes abgezogen und mittels der Leitung 10 zur Bekohlungsanlage
des Koksofens 9 gefördert, wo er zur Kokskohle zugemischt wird. Durch die Leitung
11 wird der Teil des Staubes, der nicht der Kokskohle zugesetzt wird, in die Verkokungskammer
2 zurückgeleitet.
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Die wirtschaftliche Bedeutung des Verfahrens gemäß der Erfindung erläutert
das folgende Zahlenbeispiel: Eine Kokerei, die täglich 1000 t hochwertiger Kokskohle
mit 6'% Asche verbraucht, liefert täglich 758 t Koks und 174 000 ms Kokereigas,
wenn die Koksöfen mit Kokereigas beheizt werden. Wenn diese Kokerei mit einer Koksstauberzeugungsanlage
gemäß der Erfindung ausgestattet wird und Koksstaub aus aschereichem Kohlenstaub,
z. B. Gasflammkohlenstaub mit 15,% Asche, erzeugt wird, verbraucht sie täglich 1.000
t Kokskohle mit 6'% Asche und 430 t Gasflammkohle mit 15,% Asche. Aus dieser Koksstauberzeugungsanlage
werden dabei täglich 100 t trockenen Koksstaubes abgezogen und der Kokskohle zugemischt.
Die Kokerei liefert dann täglich 858 t Koks und 317 000 m3 Kokereigas. Bei gleichem
Verbrauch an hochwertiger Kokskohle wird also die Erzeugung von Koks und Kokereigas
erheblich gesteigert, wobei außerdem die Festigkeit des Kokses verbessert wird.
Zugleich läßt sich in einer Anlage gemäß der Zeichnung noch hochwertiger Heißdampf
gewinnen.