DE1240037B - Verfahren zur thermischen Behandlung von Kohlen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

ClOb

Deutsche KL: 10 a-24/04

Nummer: 1240037

Aktenzeichen: R 21949 VI b/10 a

Anmeldetag: 2. Oktober 1957

Auslegetag: 11. Mai 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Kohlen bei Temperaturen unter 800° C, gemäß dem die Kohle mit feinkörnigen, hocherhitzten Wärmeträgern, insbesondere Koks, zwecks schneller und intensiver Wärmeübertragung gemischt wird und die entbundenen gasförmigen Produkte ohne weitere Zersetzung sogleich aus dem Reaktionsraum abgezogen und gekühlt werden.

Es ist bekannt, aus bituminösen Kohlen ein an Olefinen reiches Gas zu erhalten, indem man die Kohlen schnell durch eine rotglühende Reaktionskammer führt und dann die Mischung von Gasen und Koks in einer benachbarten Kammer abkühlt, um die Abtrennung der entgasten Kohle vorzunehmen.

Hierbei ist auch bekannt, die erhaltenen Dämpfe und Gase ohne Abkühlung des Kohle-Gas-Gemisches nach ihrer Bildung von der entgasten Kohle abzutrennen. Weiter ist es bekannt, der Kohle hierbei feste inerte Substanzen beizumischen, welche während des Durchganges durch die heiße Reaktionskammer den Ansatz von Kokskrusten verhindern und eine bessere Wärmeübertragung bewirken. Ebenso ist es bekannt, Gase vom Charakter des Stadtgases bzw. Ferngases dadurch zu erhalten, daß man Kohle mit hocherhitzten Wärmeträgern, z. B. dem aus ihr erzeugten Koks, vermischt und auf diese Weise entgast.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird ein besonders gut mahlbarer Schwelkoks mit einem Restgehalt von z. B. 5 bis lO«/o an Süchtigen Anteilen, der nach dem Mahlen in Brennstaubfeuerungen verbrannt werden soll, unter gleichzeitiger Gewinnung von Gas und Teer erzeugt. Bei diesem Verfahren werden auf 600 bis 900⁰C erhitzte feinkörnige oder kleinstückige Wärmeträger mit dem Brennstoff gemischt, um diesem die zur Entgasung notwendige Wärme zuzuführen. Die Mischung wird in stetiger Bewegung gehalten. Um die für die Mahlbarkeit des Kokses unerwünschte Graphitbildung durch Teerzersetzung an der Koksoberfläche zu vermeiden, wird bei diesem bekannten Verfahren mit einer so dünnen Schicht der zu entgasenden Kohle gearbeitet, daß die sich bildenden Teerdämpfe sogleich die heiße Umgebung verlassen und in die kühleren Teile der Entgasungseinrichtung abziehen können.

Der Teer ist jedoch wie bei den anderen bekannten Verfahren ein verfahrensbedingt anfallendes Nebenprodukt, und bei keinem dieser bekannten Verfahren wird erreicht oder auch nur Wert darauf gelegt, daß eine möglichst große Menge Teer oder ein möglichst wenig zersetzter Teer anfällt.

Verfahren zur thermischen Behandlung
von Kohlen

Anmelder:

Ruhrgas Aktiengesellschaft,

Essen, Herwarthstr. 60

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Werner Peters, Wattenscheid

Im Gegensatz dazu liegt der nachstehend beschriebenen Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine sehr große Menge Teer aus Kohlen zu gewinnen, die die bei den bisher bekannten Schwel- bzw. Entgasungsverfahren erzielbaren Teerausbeuten bei weitem übertrifft, und gleichzeitig einen Teer zu erzeugen, dessen Zusammensetzung sich von der der bisher üblichen und bekannten Teere in charakteristischer Weise unterscheidet. Diese Aufgabe wird durch die Anwendung genau definierter, engbegrenzter Reaktionsbedingungen gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Kohlen bei Temperaturen unter 800° C, gemäß dem die Kohle mit feinkörnigen, hocherhitzten Wärmeträgern, insbesondere Koks, zwecks schneller und intensiver Wärmeübertragung gemischt wird und die entbundenen gasförmigen Produkte ohne weitere Zersetzung sogleich aus dem Reaktionsraum abgezogen und gekühlt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zwecks nennenswerter Erhöhung der Teerausbeute die Ausgleichstemperatur von vorzugsweise etwa 600⁰C zwischen Feinkohle und Wärmeträgern in 3 bis 4 Sekunden nahezu erreicht wird und daß die gasförmigen Produkte innerhalb von 2 Sekunden bei 500⁰C, 1 Sekunde bei 600⁰C und in Bruchteilen von Sekunden bei höheren Temperaturen abgezogen werden.

Nach einem weiteren Merkmal des erfmdungsgemäßen Verfahrens werden die Entgasungsprodukte mit Hilfe kälterer inerter Gase oder Dämpfe, z. B. Wasserdampf, die derart zugeführt werden, daß sie sich mit den Entgasungsprodukten mischen, ohne die Feststoffe zu durchströmen, schnell aus der unmittelbaren Nähe des festen Rückstandes entfernt.

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Das Verfahren nach der Erfindung wird in fol- Diese Erkenntnis konnte nur erhalten werden, weil gender Weise durchgeführt: Feinkörnige Kohle wird gefunden wurde, daß die hauptsächlich dampfförmieinem Reaktionsraum zugeführt und darin mit einer gen primären Produkte der thermischen Zerlegung, hinreichend großen Menge der erhitzten Wärmeträger um weitgehend unzersetzt gewonnen zu werden, nur schnell und intensiv derart gemischt, daß die einzel- 5 eine sehr begrenzte Zeit in unmittelbarer Nähe des nen Körner der kalt oder bereits bis unter die eine relativ aktive Oberfläche aufweisenden festen Erweichungstemperatur vorerhitzten Kohle unmittel- Rückstandes und nur eine sehr begrenzte Zeit auf bar nach der Zuführung von einander berührenden der Temperatur ihrer Entstehung — bzw. im Re-Wärmeträgern umgeben sind. Die Wärme wird in aktionsraum — verweilen dürfen. Diese Verweilzeit den Reaktionsraum durch die Wärmeträger einge- io ist temperaturabhängig derart, daß sie bei 500° C bracht, welche entsprechend höher als die im Reak- etwa 2 Sekunden, bei 600° C etwa 1 Sekunde und tionsraum herrschende Ausgleichstemperatur der darüber nur Bruchteile von Sekunden betragen darf, darin befindlichen Feststoffe vorerhitzt sind. Diese Erfindungsgemäß wird daher neben der schnellen höher erhitzten Wärmeträger verlieren beim Eintritt Erhitzung durch intensive Vermischung mit heißen in den Reaktionsraum durch die intensive Mischung 15 Wärmeträgern zugleich die Größe des Reaktionsmit den darin befindlichen Feststoffen schnell ihre raumes möglichst gering gemacht und/oder die ent-Übertemperatur. Durch geeignete räumliche Anord- standenen Dämpfe bzw. Gase, welche vom festen nung der Zufuhr der höher erhitzten Wärmeträger Rückstand bereits im Reaktionsraum oder in dessen und der Zufuhr der kalt oder vorerwärmt eingebrach- unmittelbarer Umgebung abgetrennt werden, schnell ten Kohle wird erreicht, daß die zugeführte Kohle 20 abgeführt und abgekühlt bzw. abgeschreckt,
durch die Vermischung mit im Reaktionsraum vor- Wenn diese Abschreckung in Gegenwart des handenen und frisch zugeführten Wärmeträgern in festen Rückstandes vorgenommen würde bzw. wenn 3 bis 4 Sekunden die Ausgleichstemperatur nahezu die Dämpfe langer in dessen Gegenwart und auf der erreicht hat. Die Menge der im Reaktionsraum vor- Temperatur ihrer Entstehung verweilen würden, so handenen Wärmeträger und die pro Zeiteinheit 25 wurden die primären Zerlegungsprodukte festgehaldurchgesetzte Menge, die sich zusammensetzt aus den ten und vermutlich polymerisiert bzw. gekrackt, so zugeführten höher erhitzten Wärmeträgern und dem daß nur geringere Ausbeuten an flüssigen Produkten aus der zugeführten Kohle gebildeten Koks, sowie erhalten werden würden. Die Gegenwart des festen die Größe und Form des Reaktionsraumes und der Rückstandes beim Abkühlen oder Abschrecken Abtrenn- und Abkühleinrichtung werden derart 30 würde ferner bewirken, daß es nicht schnell genug aufeinander abgestimmt, daß sowohl die Erhitzung vorgenommen werden kann, weil die Hauptwärmeder Kohle auf die Ausgleichstemperatur innerhalb menge dem Rückstand entzogen werden müßte. Es von 3 bis 4 Sekunden aus auch die Abführung der könnte weiter vorkommen, daß ein Anteil der Kohle entbundenen gasförmigen Produkte in der angege- bzw. des festen Rückstandes noch nicht auf der benen, von der Ausgleichstemperatur abhängigen 35 notwendigen Temperaturhöhe war und schon abZeit von 2 Sekunden bis zu Bruchteilen von Sekun- geschreckt wird, ohne die entsprechende Menge an den gewährleistet ist. dampfförmigen Produkten zu ergeben.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren Die Gegenwart des festen Rückstandes würde wird bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Ver- ferner im Falle der Anwendung von Wasser bzw. fahrensbedingungen der größte Anteil der flüchtigen 40 Wasserdampf als Abschreckmittel durch Vergasung Kohlesubstanz weitgehend unzersetzt vom festen eine Verdünnung der Kohlezerlegungsprodukte beRückstand abgedampft. In höchstens 3 bis 4 Sekun- wirken.

den ist die Verdampfung beendet und die Aus- Die erfindungsgemäße schnelle Abführung der entgleichstemperatur nahezu erreicht; es setzt dann die bundenen gasförmigen Produkte aus der unmittel-Nachentgasung ein, bei welcher praktisch nur gas- 45 baren Nähe des festen Rückstandes und ihre Abförmige Produkte vom festen Rückstand abgespalten kühlung kann insbesondere durch Abtransport mit werden. Diese verläuft bei höherer Temperatur kälteren inerten Gasen oder Dämpfen, z. B. Wasserschneller und ergiebiger, ist aber nach 10 bis 15 Se- dampf, und Einsprühen von Wasser bewirkt werden, künden praktisch abgeschlossen. Eine derartige schnelle Abkühlung der aus der

Daß überraschenderweise tatsächlich ein Ver- 50 Kohle entbundenen gas- bzw. dampfförmigen pridampfungsprozeß vorliegt, wurde experimentell be- mären Zerlegungsprodukte durch Abtransport mit wiesen. Der Anfall der flüchtigen Stoffe ist konstant kälteren inerten Gasen und Dämpfen entspricht und von der Konzentration der unverbrauchten Sub- keinesfalls einer Spülgasbehandlung; die gasförmigen stanz unabhängig. Die Abhängigkeit des Anfalls der Produkte dürfen vielmehr nur nach ihrer Bildung flüchtigen Stoffe von der Kohlekörnung ist ebenso 55 und Abtrennung vom festen Rückstand durch Zuwie bei der Erwärmung kleiner Partikeln in iso- fuhr kalter inerter Gase oder Dämpfe unter gleichthermer Umgebung und beweist, daß auch dieser zeitiger Abkühlung verdünnt werden. Die Verwen-Vorgang, wie bei Verdampfungsprozessen bekannt, dung eines Spülgases dagegen führt, wie gefunden von der Geschwindigkeit der Wärmeübertragung ge- wurde, nicht zu den hohen Ausbeuten an flüssigen steuert wird. Außerdem ist auch der Einfluß der 60 Produkten, da seine den Partialdruck der gasförmigen Temperatur wie bei einem Verdampfungsvorgang: Produkte vermindernde Wirkung bei den erfindungs-Versucht man, die Aktivierungsenergie unter der gemäß anzuwendenden Reaktionsbedingungen zuAnnahme, es sei ein Zersetzungsprozeß, zu berech- mindest eine teilweise Zersetzung des gasförmigen nen, so findet man eine solche von etwa 2,5 kcal/Mol, Teeres am festen Rückstand zu einem Gas- und während der Wert bei dem langsameren Entgasungs- 65 Koksanteil fördert.

Vorgang des Standes der Technik bekanntlich bei Das Verfahren nach der Erfindung führt zu außer-

50 kcal/Mol liegt. Es liegt demnach kein Zersetzungs- ordentlich überraschenden Ergebnissen. Es zeigt sich,

Vorgang, sondern ein Verdampfungsvorgang vor. daß die Menge an flüssigen Produkten aus der Kohle

Claims (2)

außerordentlich ansteigt, während die Menge an entwickeltem Gas im Vergleich zur Ausgleichstemperatur gering bleibt. Mindestens 50%, oft aber 60 bis 80%, der bei der Ausgleichstemperatur in üblicher Weise bestimmten Menge an flüchtigen Bestandteilen werden als flüssige organische Stoffe (Teer) gewonnen. Gewichtsmäßig stehen die Teer- und Gasmengen im Verhältnis von etwa 3:1 bis 5:1. Zieht man die Schwelanalyse nach F. Fischer zum Vergleich heran, so können entsprechend der Art der verwendeten Kohlen die doppelten bzw. dreifachen Teerausbeuten erzielt werden. Die gegenüber der Schwelanalyse geringeren Halbkoksausbeuten lassen darauf schließen, daß bei dem vorliegenden Verfahren ein Teil der Bitumenanteile bzw. Kohleanteile, welche sonst zu Koks umgewandelt werden, als flüssige bzw. gasförmige Stoffe gewonnen werden. Ausführungsbeispiele In einem Schneckenmischwerk wird staubförmige ao Kohle mit 38,7% flüchtigen Bestandteilen (Bestimmungstemperatur 875° C) der Korngröße 0 bis 1,5 mm mit der vierfachen Menge des Kokses der gleichen Kohle als Wärmeträger derart vermischt, daß der Temperaturausgleich zwischen eingebrachter Kohle und Wärmeträger auf 600° C in 3 Sekunden nahezu vollständig ist. Hierzu wird von der Frischkohleaufgabe etwas entfernt Koks mit 900° C dem Schneckenmischwerk dauernd zugeführt und eine um die entstandene Koksmenge größere Menge Koks dauernd abgezogen. Die Verweilzeit der dampfförmigen und gasförmigen Produkte im Mischwerksraum wird dabei durch dessen begrenzte Größe auf einer Sekunde gehalten. Beim Verlassen des Mischwerksraumes werden die dampförmigen und gasförmigen Produkte durch Eindüsen von Wassernebeln innerhalb 0,1 Sekunde auf eine Temperatur von 350° C abgeschreckt und in der Kondensationsvorrichtung weiter bis auf Außentemperatur herabgekühlt. Während die Einsatzkohle einen Teergehalt von 11% nach F. Fischer hat, werden auf vorstehende Weise in Gewichtsprozent erhalten: 19,8% Teer, 7,5% Schwelwasser und 6,3% Schwelgas mit einem Gehalt von 12 Volumprozent Olefinen. Es tritt dabei eine Minderausbeute von rund 6 °/o Halbkoks auf. Alle Werte sind auf Reinkohle bezogen. A b b. 1 zeigt weitere Ergebnisse des Verfahrens mit der gleichen Kohle bei verschiedenen Ausgleichstemperaturen, aber im übrigen gleichen Bedingungen der Vermischung in der gleichen Vorrichrung. Hierbei verkürzt sich die Verweilzeit der dampfförmigen und gasförmigen Produkte im Mischwerksraum entsprechend dem durch erhöhte Temperatur und erhöhte Gasentwicklung vergrößerten Volumen. Die Kurvenzüge a', b', c' stellen die Gewichtsprozentmengen an Teer, Schwelwasser und Schwelgas, bezogen auf Reinkohle, dar. Zum Vergleich sind auch die Ergebnisse der Schwelanalyse nach F. Fischer im Gebiet von 400 bis 600° C in den Kurvenzügen a, b, c in Gewichtsprozentmengen, bezogen auf Reinkohle, dargestellt. A b b. 2 zeigt die Ergebnisse des Verfahrens in Anwendung auf verschiedene Kohlen α bis / mit verschiedenen Gehalten an flüchtigen Bestandteilen (Fl. B.) bei der Ausgleichstemperatur 700° C. Die Mengen an erhaltenen Produkten sowie die der Schwelanalyse bis 600° C nach F. Fischer sind in folgender Weise charakterisiert und als entsprechende Ordinatenlängen in Gewichtsprozent, bezogen auf Reinkohle, dargestellt: F = Gehalt in flüchtigen Bestandteilen, bezogen auf Reinkohle (875° C Endtemperatur), T = Teermenge der Schwelanalyse nach F. Fischer bis 600°C, T = Teermenge nach dem Verfahren (700° C Ausgleichstemperatur), G = Gasgewichtsmenge der Schwelanalyse nach F. Fischer bis 6000C, G' — Gasgewichtsmenge nach dem Verfahren (700° C Ausgleichstemperatur). Patentansprüche:

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von Kohlen bei Temperaturen unter 800° C, gemäß dem die Kohle mit feinkörnigen hocherhitzten Wärmeträgern, insbesondere Koks, zwecks schneller und intensiver Wärmeübertragung gemischt wird und die entbundenen gasförmigen Produkte ohne weitere Zersetzung sogleich aus dem Reaktionsraum abgezogen und gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks nennenswerter Erhöhung der Teerausbeute die Ausgleichstemperatur von vorzugsweise etwa 600° C zwischen Feinkohle und Wärmeträgern in 3 bis 4 Sekunden nahezu erreicht wird und daß die gasförmigen Produkte innerhalb von 2 Sekunden bei 500° C, 1 Sekunde bei 600° C und in Bruchteilen von Sekunden bei höheren Temperaturen abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsprodukte mit Hilfe kälterer inerter Gase oder Dämpfe, z. B. Wasserdampf, die derart zugeführt werden, daß sie sich mit den Entgasungsprodukten mischen, ohne die Feststoffe zu durchströmen, schnell aus der unmittelbaren Nähe des festen Rückstandes entfernt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 974 376;

deutsche Patentanmeldung W 5911 IVc/26 a (bekanntgemacht am 27. 8.1953);

britische Patentschrift Nr. 301775;

Brennstoff-Chemie, Bd. 37, 1956, Nr. 15/16, S. 239.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 579/14-7 5.67 © Bundesdruckerei Berlin