DE1177572B

DE1177572B - Verfahren und Vorrichtung zum Entwaessern von Kohlenschlaemmen

Info

Publication number: DE1177572B
Application number: DEH49191A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Rudolf Von Der Gathen; Dipl-Ing Ferdinand Preisinger
Original assignee: Harpener Bergbau AG
Current assignee: Harpener Bergbau AG
Priority date: 1963-05-16
Filing date: 1963-05-16
Publication date: 1964-09-10
Also published as: GB1044642A; BE647428A; US3361259A; NL6404021A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Entwässern von Kohlenschlänamen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verringerung des Wassergehaltes von Kohlenschlämmen, die bei der Aufbereitung der Kohle in großen Mengen anfallen.
Die Verarbeitung solcher Roh- bzw. Flotationsschlämme erfolgte bisher in der Weise, daß man diese, z. B. auf Trommel- oder Scheibenfiltern, entwässerte. Dabei wird der Wassergehalt, der zunächst außerordentlich hoch ist, auf etwa 18 bis 25°/o gesenkt. Einen soweit entwässerten Schlamm kann man der Kokskohle beimischen, wobei einer derartigen Verwendung des Schlammes dadurch eine Grenze gesetzt ist, daß der Wassergehalt der Kokskohle nicht beliebig gesteigert werden kann. Daher kann ein großer Teil der Schlämme nicht der Kokskohle zugeführt werden, wird auf Halde gelagert oder muß als Kesselbrennstoff verkauft werden, wodurch erhebliche Erlösverluste entstehen. Es kommt weiter hinzu, daß Schlämme mit einem Wassergehalt von 18 bis 240;o nicht rieselfähig sind, in Klumpen od. dgl. anfallen und bei der Dosierung und Mischung der Kokskohle Schwierigkeiten bereiten. Schlammklumpen bilden in der Kokskohle sogenannte Schlammnester, die bei der Herstellung von Hochofenkoks, der eine hohe Festigkeit haben muß, äußerst nachteilig sind.
Man sucht seit langem nach einem wirtschaftlich brauchbaren Verfahren, mit dem es gelingt, die bei der Aufbereitung anfallenden Schlämme auf einen erheblich niedrigeren Wassergehalt zu entwässern. Zu diesem Zweck hat man bereits Flockungsmittel und oberflächenaktive Substanzen verwendet oder die Filteraufgabe beheizt sowie den Filterkuchen mit Infrarotstrahlern oder heißen Gasen erwärmt. Durch diese Maßnahmen kann der Wassergehalt im Filterkuchen um nur etwa 2 bis 4°/o gesenkt werden, während er sich durch Druckfiltration oder durch Schleudern des Schlammes bei Anwendung hoher Drücke bzw. großer Fliehkräfte um etwa 7 bis 100/o verringern läßt.
Die Druckfiltration und auch das Schlammschleudem haben sich in der Praxis deswegen nicht durchgesetzt, weil bei geringen spezifischen Leistungen der einzelnen Vorrichtungen der Investitionsaufwand erheblich ist.
Es besteht seit langem ein erhebliches technisches Bedürfnis, die Entwässerung von Schlämmen mit geringem Aufwand so durchzuführen, daß sie einen Restwassergehalt von noch etwa l20/o haben.
Gemäß einem älteren Vorschlag soll der Wassergehalt der Rückstände in Vakuumfiltern und Filterpressen durch Erwärmung der Rückstände dadurch verringert werden, daß die erforderliche Wärme durch die Kondensation eines Wasserdampfstromes zugeführt wird, der die Rückstände durchdringt, während diese auf dem Filter ruhen. Versuche haben ergeben, daß sich das ältere Verfahren in der Praxis zur Entwässerung von Filterschlämmen nicht verwenden ließ. Die Ursache für das Scheitern entsprechender Versuche führt der Erfinder darauf zurück, daß bei Filtern und Filterflächen von beispielsweise 18 bis 40 m2 eine wärmeisolierte Haube nur mit erheblichem Aufwand zu verwirklichen ist. Bei dem älteren Verfahren wird darüber hinaus ein Dampfverbrauch von 68 kg pro Tonne Filterkuchen angegeben, d. h. bei einem technischen Filter würde der Dampfverbrauch bei etwa 1000 ms Dampf pro Stunde liegen und eine Abdichtung der Haube unmöglich sein. Da das Vakuum in der Filtertrommel nur eine bestimmte Wasser- und Luftmenge ansaugen kann, würde der überschüssige Dampf an der Auf- bzw. Abgabeseite entweichen. Außerdem ließe sich eine Erwärmung der Filterkuchens auf Temperaturen von 90 bis 1000 C nicht vermeiden, die nach Ansicht von Kokereifachleuten bereits so hoch ist, daß an der Oberfläche Veränderungen des Filterkuchens auftreten, die sich dann nachteilig auswirken, wenn der entwässerte Schlamm auf Kokskohle verarbeitet werden soll.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß eine mit einfachen technischen Mitteln durchführbare Entwässerung von Kohlenschlämmen unter Verwendung von Vakuumtrommeln oder Vakuumscheibenfiltern, bei der der Filterkuchen mit Wasserdampf behandelt wird, in der Weise möglich ist, daß man den Wasserdampf auf einen auf dem Filter bereits vorentwässerten Kuchen einwirken läßt und die Behandlung bei einer Wasserdampftemperatur von 120 bis 1350 C erfolgt, wobei der Wasserdampfdruck derart eingestellt ist, daß der Kondensationspunkt des in den vorentwässerten Filterkuchen eindringenden Dampfes unmittelbar iiber dem Filter liegt. Auf diese Weise ist es möglich, optimale Betriebsbedingungen zu erhalten, wobei der Dampfverbrauch etwa 14 bis 20 kg pro Tonne beträgt und sich der Filterkuchen nur auf 40 bis 50°C erwärmt. Die richtige Lage des Kondensationspunktes innerhalb des Filterkuchens, d. h. unmittelbar über dem eigentlichen Filter kann man dadurch ermitteln, daß man den Flüssigkeitsgehalt des Filterkuchens an der Austritts seite bestimmt. Die Verlagerung des Kondensationspunktes erfolgt durch Veränderung des Wasserdampfdruckes oder der Temperatur innerhalb der angegebenen Grenzen. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt der Eintrittsdruck des Wasserdampfes zwischen 1,2 und 1,5 ata, der Wasserdampfdruck innerhalb des Filterkuchens zwischen 0,6 und 0,9 ata. Bei derartigen Drücken ist es ohne weiteres möglich, auf eine Abdichtung zu verzichten, vielmehr erfolgt die Zuführung des Wasserdampfes über eine Haube, die über den Teil des Filters gestülpt wird, der aus der Trübe austritt.
Der Erfolg des Verfahrens ist, soweit Versuche des Erfinders ergeben haben, darauf zurückzuführen, daß der an der Aufgabeseite von dem Filtervakuum angesaugte Schlamm zunächst in der Vorentwässerungszone, die dem Dampf nicht ausgesetzt ist, von etwa 32 bis 30din auf 27 bis 25 °/o Wasser vorentwässert wird. Hierdurch wird in der Hauptsache das Grobkapillarwasser aus den Grobkapillaren des Filterkuchens abgesaugt. Der vorentwässerte Filterkuchen gelangt anschließend durch die Drehung der Filtertrommel bzw. der Filterscheiben in die Dampfeinrvirkungszone. Der überhitzte Dampf dringt nun in die Grobkapillaren des vorentwässerten Filterkuchens ein und beginnt schließlich im unteren Drittel des Filterkuchens unter ständiger Verringerung der Überhitzung und des Dampfdruckes zu kondensieren. Wenn der Kondensationspunkt nach der Lehre der vorliegenden Erfindung etwa an der Grenze Filterkuchen,'Vakuumraum liegt, wird der vollständig kondensierte Dampf durch das Vakuum als Wasser abgesaugt.
Zur Durchführung des Verfahrens bedient man sich der üblicherweise zur Entwässerung von Kohlenschlämmen dienenden Vakuumtrommel- oder Vakuumscheibenfilter, auf die gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung eine mit einem Einführungsstutzen für den Wasserdampf versehene Haube derart aufgesetzt wird, daß ein Teil der außerhalb der Filtertrübe liegenden Trommel außerhalb des Einwirkungsbereiches des Wasserdampfes liegt und eine Vorentwässerungszone bildet, wobei der Abstand zwischen dem Filter und der Haube etwa 20 cm beträgt. Die Vorentwässerungszone kann man bei spielsweise dadurch erhalten, daß die Haube und der Einführungsstutzen nicht mittig über dem Filter, sondern ein Stück in Drehrichtung der Trommel versetzt angeordnet wird.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß etwa das erste Drittel des aus der Filtertrübe heraustretenden Teiles des sich drehenden Filters außerhalb des Einwirkungsbereiches des Wasserdampfes liegt.
Bei Verwendung von Vakuumscheibenfiltern besteht eine Schwierigkeit darin, den Dampf gleichmäßig über die mit dem Filterkuchen besetzte Filterfläche zu verteilen. Die Erfindung sieht daher vor, daß die Dampfhaube unter Bildung von Dampfverteilerräumen zwischen die einzelnen Scheiben des Filters gezogen ist und die die einzelnen Scheiben im Abstand umgebenden Stirnwände der Haube mit Löchern versehen sind, durch die der Dampf durchtritt. Um in ähnlicher Weise wie bei der Verwendung von Vakuumtrommelfiltern eine Vorentwässerungszone zu erhalten, sind die Löcher in der Stirnwand nur in einem Abschnitt derselben angebracht, der von der Mitte der Haube in Richtung des Schlammabwurfes versetzt liegt.
Um alle Scheiben des Filters gleichmäßig zu beaufschlagen, sind die einzelnen Dampfverteilerräume mit getrennten Zuführungen für den Wasserdampf versehen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Trommelfilters, F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Scheibenfilters von der Seite, F i g. 3 ein Scheibenfilter von vorn und Fig. 4 und 5 Diagramme, aus denen sich der Wassergehalt im Filterkuchen in Abhängigkeit von der Dampftemperatur bzw. von dem Dampfdruck ergibt.
Die Filtertrübe, d. h. eine Suspension von Kohlenschlamm, befindet sich in dem Behälter 1 des auf Fig. 1 dargestellten Trommelfilters, dessen Trommel 2 sich um die Achse 3 dreht. Die Trommel hat die Form eines Zylinders, dessen Mantel das eigentliche Filter darstellt. Im Innern der Trommel herrscht ein Unterdruck von z. B. 0,5 ata, der durch die Achse 3 gezogen wird. Oberhalb des Behälters ist die Dampfhaube 4 mit einem Anschlußstutzen 5 für die Zugabe des Wasserdampfes aufgesetzt.
Die Trommel dreht sich in Richtung des Pfeiles A.
Beim Austritt aus dem Behälter 1 haftet an der Filterfläche eine Schicht 6 aus Kohlenschlamm, dem, während er sich mit der Trommel dreht, durch den im Trommelraum herrschenden Unterdruck Wasser entzogen wird. Der Schlamm wird durch einen Schaber 7 od. dgl. von dem Filter entfernt. Die Dampfhaube 4 ist so über der Trommel angeordnet, daß ihre Entfernung von dem Behälter 1 an der Aufgabeseite etwas größer ist als an der Seite, an der der Schlamm abgezogen wird. Ferner sitzt der Eintrittsstutzen für den Wasserdampf nicht mittig, sondern ist ebenfalls in Drehrichtung der Trommel versetzt.
Auf diese Weise bildet sich beim Betrieb der Vorrichtung eine Vorentwässerungszone B aus, in der eine Vorentwässerung des Schlammes eintritt, bevor dieser in der Dampfeinwirkungszone C voll entwässert wird. Einer besonderen Abdichtung der Haube gegenüber dem Filter bedarf es nicht; es genügen Schleifdichtungen od. dgl., um einen Austritt des Wasserdampfes und Belästigungen des Bedienungspersonals zu vermeiden.
F i g. 2 zeigt schematisch ein Scheibenfilter gemäß vorliegender Erfindung. Der Behälter, in dem sich die Filtertrübe befindet, ist mit 10 bezeichnet. An die Stelle der Trommel in Fig. 1 treten einzelne Scheiben 8, von denen der Übersicht halber nur zwei auf F i g. 3 dargestellt sind. Die Scheiben drehen sich um die Hohlachse 9, über die der Unterdruck erzeugt wird, in Richtung des Pfeiles 11. Die eigentliche Filterfläche befindet sich analog F i g. 1 auf den Stirnflächen der einzelnen Scheiben, auf denen sich, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, der Filterkuchen 12 absetzt.
Um eine gleichmäßige Verteilung des Dampfes zwischen den Filterflächen zu erreichen, ist die Haube 13 zwischen die einzelnen Scheiben gezogen.
Dadurch werden an diesen Stellen Dampfverteilerräume 14 gebildet, die mit Stutzen 15 für die Dampfzufuhr versehen sind. Der Dampf wird zweckmäßigerweise über Löcher 16 auf den Filterkuchen aufgebracht, die in einem Abschnitt der Wandungen der Haube angeordnet sind, der in Richtung des Schlammabwurfes 17 verschoben ist. Auf diese Weise wird, wie bei der auf F i g. 1 dargestellten Vorrichtung, eine Vorentwässerungszone B und eine Dampfeinwirkungszone C gebildet.
Die F i g. 4 und 5 zeigen die Abnahme des Wassergehaltes im Filterkuchen in Abhängigkeit von der Dampftemperatur (F i g. 4) und dem Dampfdruck (Fig. 5). Es zeigt sich, daß die Kurven bei einer Dampftemperatur von etwa 120 bis 1350 C und die KurveF bei einem Dampfdruck von etwa 1,2 bis 1,5 ata ein Minimum durchlaufen und unter diesen Bedingungen überraschenderweise eine Entwässerung bis auf einen Wassergehalt im Filterkuchen von etwa 120/o möglich ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Entwässern von Kohlenschlämmen mit Vakuumtrommel- oder Vakuumscheibenfiltern, bei dem der Filterkuchen bei erhöhter Temperatur mit Wasserdampf behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wasserdampf auf einen auf dem Filter vorentwässerten Kuchen einwirken läßt und daß die Behandlung bei einer Wasserdampftemperatur von 120 bis 1350 C erfolgt, wobei der Wasserdampfdruck derart eingestellt wird, daß der Kondensationspunkt des in den vorentwässerten Filterkuchen eindringenden Dampfes unmittelbar über dem Filter liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsdruck des Wasserdampfes zwischen 1,2 und 1,5 ata liegt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfdruck innerhalb des Filterkuchens zwischen 0,6 und 0,9 ata liegt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über einem üblichen Vakuumtrommel- oder Vakuumscheibenfilter eine mit einem Einführungsstutzen für den Wasserdampf versehene Haube derart angebracht wird, daß ein Teil der außerhalb der Filtertrübe liegenden Trommel außerhalb des Einwirkungsbereiches des Wasserdampfes liegt und eine Vorentwässerungszone bildet, wobei der Abstand zwischen dem Filter und der Haube etwa 20 cm beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß etwa das erste Drittel des aus der Filtertrübe heraustretenden Teiles des sich drehenden Filters außerhalb des Einwirkungsbereiches des Wasserdampfes liegt.
6. Vakuumscheibenfilter nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfhaube unter Bildung von Dampfverteilerräumen zwischen die einzelnen Scheiben des Filters gezogen ist und die die einzelnen Scheiben im Abstand umgebenden Stirnwände der Haube mit Löchern versehen sind, durch die der Dampf durchtritt.
7. Vakuumscheibenfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher in der Stirnwand nur in einem Abschnitt derselben angebracht sind, der von der Mitte der Haube in Richtung des Schlammabwurfes versetzt liegt.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Dampfverteilerräume mit getrennten Zuführungen für den Wasserdampf versehen sind.