DE1471571C

DE1471571C - Kontinuierlich ablaufendes Verfahren zum Kalzinieren von Koks

Info

Publication number: DE1471571C
Authority: DE
Inventors: Victor Dean Littleton CoI Allred (V St A)
Original assignee: Marathon Oil Co
Current assignee: Marathon Oil Co
Publication date: 1971-05-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Entgasung von Kohle, in einem Schachtofen, gemäß dem die Kohle durch im Gleichstrom geführte brennbare Gase direkt erhitzt wird und Koks und Gas getrennt abgezogen werden, nach Patent 1 258 386, bei dem die Kohle zusammen mit Luft im nicht erhitzten Zustand einer Verbrennungszone zugeführt, die Verbrennungszone infolge des ■ Sauerstoffverbrauches des mit der Kohle zugeführten. Gases lediglich auf einen engen Ausdehnungsbereich begrenzt und in der auf die Verbrennungszone folgenden Entgasungszone durch die Temperatur der nunmehr sauerstofffreien Gase die vollständige Entgasung der Kohle erreicht wird.

Neben diesem bereits vorgeschlagenen Verfahren ist aus der belgischen Patentschrift 538 642 bei einem zweistufigen Verfahren zur Vergasung von Kohle bzw. bis auf die Schlacke vollständigen Umsetzung von Kohle zu flüchtigen Kohlenwasserstoffen lediglich bekannt, ein Spülgas zu verwenden, welches unter den Bedingungen des bekannten Verfahrens mit der Kohle praktisch nicht reagiert, und zwar insbesondere wegen der beim bekannten Verfahren dafür zu niedrigen Temperaturen und dem vollständigen Fehlen einer Verbrennungszone innerhalb der die Kohle enthaltenen Kammer gemäß dem bereits vorgeschlagenen Verfahren.

Auch bei anderen ähnlichen bekannten Verfahren, beispielsweise gemäß der deutschen Patentschrift 406 409, wird.lediglich das Spülgasprinzip verwendet, bei dem im wesentlichen keine direkte Umsetzung mit dem Kohleeinsatz erfolgt.

Ein weiteres, bekanntes Verfahren (USA.-Patentschrift 2 998 354) bedingt eine sehr aufwendige Apparatur und vei wendet z. B. Sauerstoff im Überschuß, so daß eine hohe Verbrennung des Kohlenstoffs eintritt. ·

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, das gemäß dem Hauptpatent bereits vorgeschlagene Verfahren hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit und Anwendbarkeit zum Kalzinieren von Koks, insbesondere Petrolkoks, wesentlich zu verbessern, und zwar auch unter Ausnutzung seiner konstruktiven und verfahrensmäßigen Einfachheit, beispielsweise seiner kontinuierlichen und nach dem Prinzip des Gleichstroms von Gas und Koks zueinander erfolgenden Arbeitsweise. ·

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verfahren der eingangs definierten Art zwecks Kalzinierens von Koks an Stelle von Kohle noch flüchtige Bestandteile aufweisender Koks, insbesondere Petrolkoks, eingesetzt wird und daß als sauerstoffhaltiges Gas Luft in solcher Menge zugeführt wird, daß zur Wärmedeckung des Verfahrens 2 bis 25 Gewichtsprozent, insbesondere 5 bis 10 Gewichtsprozent, des Kokses verbrannt werden. ·

Ein zusätzlicher Vorteil wird noch dadurch erreicht, wenn in der Verbennungszone ein zusätzlicher Brennstoff, z. B. nicht verkokende Kohlenwasserstoffe, eingeführt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es einerseits möglich, beim Kalzinieren von Koks einen noch geringeren Kohlenstoffabbrand zu erzielen und andererseits beim Einsatz von Koks mit höheren Anteilen flüchtiger Bestandteile diese zum Teil wert-' vollen Bestandteile trotz Anwendung einer Verbrennungszonc gemäß dem bereits vorgeschlagenen Verfahren wenigstens zu einem großen Teil zu gewinnen, wobei die Verbrennungszone auch noch zusätzlich über den Überschuß an sauerstoffhaltigem Gas regelbar ist. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren

S insbesondere für ein wirtschaftliches Kalzinieren von Petrolkoks geeignet und ergibt auch sonst einen kalzinierten Koks guter und gleichmäßiger Qualität. * Im Gegensatz zu · bekannten Verfahren bleibt die

Temperatur innerhalb der Kokssäule bis zum Eintreten des Kokses in die Verbrennungszone infolge des Gleichstromprinzips zunächst niedrig und steigt erst innerhalb der Verbrennungszone plötzlich stark an, um auch danach weiterhin hoch zu bleiben, so daß die nicht umgesetzten flüchtigen Bestandteile sich nicht wieder niederschlagen können, jedoch auch nicht weiter verbrannt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielsweise folgendermaßen durchgeführt: Zerkleinerter Koks wird über einen Fülltrichter und einen als Förder-Sternrad ausgebildeten Verschluß in eine Kammer eingebracht; wobei der Verschluß einen ξ wesentlichen Druckverlust in der Kammer verhindert. Die Kammer läuft in einen kegelförmigen Bodenabschnitt aus, an dessen Ende eine Vorrichtung zum Austragen des kalzinierten Kokses aus der Kammer ohne wesentlichen Druckverlust in der Kammer vorgesehen ist.

Nach dem Eintreten des Kokses in die Kammer staut sich der Koks an und bewegt sich, auf Grund der Schwerkraft abwärts durch die Kammer hindurch. Gewünschtenfalls kann der eingebrachte Koks mit Hilfe eines heißen Inertgases, gewöhnlich Abgas, vorerhitzt werden. Das Oxydationsmittel wird über die ganze Breite der Kokssäule verteilt in die Kammer eingeführt.

Der Koks bewegt sich weiter abwärts in eine unmittelbar unter der Eingabezone für das Oxydationsmittel befindliche Verbrennungszone. Die Verbrennungszone neigt dazu, sich in der Kammer aufwärts zu bewegen, wird jedoch durch Steuerung des Koksvolumens und der Menge des sauerstoffhaltigen Gases praktisch in fester, Lage gehalten.

Praktisch das gesamte zur Verfügung stehende Oxydationsmittel wird an der Vorderseite der Verbrennungszone verbraucht, wodurch die Tiefe dieser Zone auf wenige Zentimeter beschränkt wird, was im Vergleich zum gesamten Behandlungsbereich ein sehr geringes Volumen darstellt.

Der unterhalb der Verbrennungszone befindliche Bereich enthält Koks, dessen Temperatur zwar oberhalb seiner Entzündungstemperatur liegt, der jedoch mangels eines Oxydationsmittels nicht mehr verbrannt wird. Die Kalzinierzeitspanne kann durch Veränderung der Tiefe der Kammer sowie der Zufuhrge- schwindigkeit des Kokses und des Oxydationsmittel-Durchsatzes gesteuert werden. Die Vorerhitzung unterstützt die Temperatursteuerung sowie das Abziehen von brennbarem Gas und flüchtigen Stoffen aus dem Ofen.

Die brennbaren flüchtigen Bestandteile werden aus der Kammer abgesaugt und beispielsweise durch Teilkondensation in einem Kondensator von den kondensierbaren Kohlenwasserstoffen getrennt. Gewünschtenfalls kann ein Teil der nicht kondensierbaren Gase für Vorerhitzungszwecke in die Kammer zurückgeführt werden. Eine Isolierung der Kammer verhindert wesentliche Wärmeverluste.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für das

Kalzinieren von Koks ist jedoch speziell für das Kalzinieren von Petrolkokssorten brauchbar. Insbesondere eignet sich das Verfahren zürn Kalzinieren der schwer entflammbaren Petrolkokssorten mit hohem Anteil an Flüchtigen. Die flüchtigen brennbaren Bestandteile können damit auf wirtschaftliche Weise zurückgewonnen werden, falls der Koks mehr als etwa 15 Gewichtsprozent flüchtige Stoffe enthält.

Das beim erfindurigsgemäßen Verfahren verwendete Oxydationsmittel ist vorzugsweise Sauerstoff bzw. eine Mischung von Sauerstoff mit Inertgasen. Beispiele für diese Gemische sind Luft oder ein Gemisch aus Sauerstoff und überhitztem Dampf. Das Oxydationsmittel kann vor seiner Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren auf beliebige Temperatur vorerhitzt werden.

Die bei einem bestimmten Verfahren verwendete Menge an Oxydationsmitteln ist von der Art dieses Oxydationsmittels und der zu kalzinierenden Kokssorte, von der gewünschten Temperatur der Verbrennungszone und von dem gewünschten Gehalt des Endprodukts an flüchtigen, brennbaren Stoffen abhängig. Die für ein spezielles Verfahren erforderliche Oxydationsmittelmenge kann an Hand von Erfahrungswerten ermittelt werden, im allgemeinen entspricht jedoch die in eine Kammer eingebrachte Menge an Oxydationsmitteln der zur vollständigen Verbrennung von nur etwa 2 bis 25 Gewichtsprozent des zu kalzinierenden Kokses benötigten Menge. Vorzugsweise wird so viel Oxydationsmittel angewandt, daß etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf den Koks, der Gesamtcharge verbrannt werden.

Die Vorerhitzungstemperatur sowie der Koks- und Oxydationsmitteldurchsatz sollten so eingestellt werden, daß unmittelbar unterhalb der Verbrennungszone eine Temperatur von etwa 540 bis 1400° C und vorzugsweise von etwa 815 bis 1360⁰C aufrechterhalten wird. Die höchsten Temperaturen treten an der Vorderseite der Verbrennungszone auf, wo der größte Teil des Sauerstoffs verbraucht wird. Bei der Abwärtsbewegung des kalzinierten Kokses von der Verbrennungsfront hinweg tritt ein kontinuierlicher langsamer Temperaturfall auf.

Beispiel

Bei einer Reihe von Versuchen wurde ein auf eine Korngröße <0,833 mm zerkleinerter Koks zum Füllen eines isolierten Röhrenofens mit einem Innendurchmesser von etwa 76 mm und einer Länge von etwa 1220 mm verwendet. Der Koks besaß eine Dichte von etwa 1,59 und einen Gehalt an flüchtigen, brennbaren Stoffen von etwa 5,40 Gewichtsprozent. Die Luft wurde an der Oberseite der abgedichteten Röhre eingeleitet, während der Gasaustritt so gesteuert wurde,

ao daß an der Röhren-Oberseite ein Druck von etwa 0,7 kp/cm² herrschte. Der Druckabfall über die Röhre hinweg betrug normalerweise etwa 0,42 kp/cm². Der Koks wurde von der Unterseite bzw. vom Boden der Röhre her mittels einer elektrischen Heiz- bzw. Zündvorrichtung entzündet. Dem Bereich der Verbrennungsfront wurde in der Röhre mit Hilfe von außen angebrachten Widerstandsheizspiralen zusätzliche Wärme zugeführt. Die Temperatur der Heizspiralen betrug normalerweise etwa 200 bis 375° C.

In der folgenden Tabelle sind verschiedene Betriebsbedingungen und Ergebnisse angeführt. Die Ausbeute bezieht sich nur auf den zurückbleibenden Koks; flüchtige Kohlenwasserstoffprodukte sind darin nicht enthalten.

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Versuch Nr.	Endgültiger Gehalt an flüchtigen, brennbaren . Stoffen (·/·>	Ausbeute (7.)	Luftdurchsatz *m/h-mbei^oC*	Geschwindigkeit der Flammenfront (m/h)	Temperatur der Flammenfront (⁰C)
1 2 3	1,94 3,01 4,81	86,7 91,5 97,8	230 117 40	0,45 0,30 0,15	749 704 538

Wie im Beispiel angeführt, kann die in der Verbrennungszone herrschende Temperatur erhöht werden, wodurch die in den Abgasen enthaltenen, nicht kondensierbaren oder kondensierbaren Brennstoffe beim Vorerhitzungsschritt in die Verbrennungszone zurückgeführt werden können. Wahlweise kann der Koks auch mit einem nicht verkokenden Kohlenwasserstoff-Brennstoff angefeuchtet werden, bevor er in den Ofen eingebracht wird. Zu diesem Zweck können die Koksteilchen beispielsweise mit Kerosin oder Naphtha genäßt und in den Ofen eingegeben werden.

Claims

. Patentansprüche: ·

1. Verfahren zur, kontinuierlichen Entgasung von Kohle, in einem Schachtofen, gemäß dem die Kohle durch im Gleichstrom geführte brennbare Gase direkt erhitzt wird und Koks und Gas getrennt abgezogen werden, nach Patent 1 258 386, d adurch gekennzeichnet, daß zwecks KaI-zinierens von Koks an Stelle von Kohle noch flüchtige Bestandteile aufweisender Koks, insbesondere Petrolkoks, eingesetzt wird und daß als sauerstoff haltiges Gas Luft in solcher Menge zugeführt wird, daß zur Wärmedeckung des Verfahrens 2 bis 25 Gewichtsprozent, insbesondere 5 bis 10 Gewichtsprozent, des Kokses verbrannt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbrennungszone ein zusätzlicher Brennstoff, z. B. nicht verkokende Kohlenwasserstoffe, eingeführt werden.