DE1471572B1 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Petrolkoks - Google Patents

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 1258 386, wobei die Kohle zusammen mit Luft im nicht erhitzten Zustand einer Verbrennungszone zugeführt, daß die Verbrennungszone infolge des Sauerstoffverbrauchs des mit der Kohle zugeführten Gases lediglich auf einen engen Ausdehnungsbereich begrenzt und daß in der auf die Verbrennungszone folgenden Entgasungszone durch die Temperatur der nunmehr sauerstofffreien Gase die vollständige Entgasung der Kohle erreicht wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Verwendung des Verfahrens gemäß dem Hauptpatent zur wirtschaftlich verbesserten Herstellung von Petrolkoks unter zusätzlicher Verwertung von sonst nur schwer weiter verwendbaren z. B. flüssigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Erdölrückständen, zu qualitativ hochwertigem Petrolkoks.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verfahren der eingangs definierten Art zur Herstellung von Petrolkoks an Stelle der Kohle in an sich bekannter Weise eine Mischung aus Koks bzw. Petrolkoks und flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie flüssigen Erdölrückständen, eingesetzt wird.

Dabei wird ein zusätzlicher wirtschaftlicher Vorteil dann erreicht, wenn der aus der Verkokungsretorte ausgetragene Petrolkoks klassiert und das Unterkorn als Einsatzmaterial wiederverwendet wird.

Besonders günstige Verfahrensbedingungen werden erzielt, wenn der Koks und/oder die Luft vor dem Eintritt in die Verbrennungszone vorgewärmt wird bzw. werden, wobei der Anteil an flüssigen Kohlenwasserstoffen 8 bis 25 Gewichtsprozent, insbesondere 12 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Kokses, beträgt.

Bekannte Verfahren zur Herstellung von Petrolkoks bestehen darin, die flüssigen Kohlenwasserstoffe entweder in einer kompakten Menge in Behältern zu verkoken oder zu verspritzen und gegebenenfalls nach vorheriger Entgasung als feste Schwebeteilchen unter Schwebebedingungen oder auch durch Aufspritzen auf in einer Reaktionszone enthaltene bereits hocherhitzte Koksteilchen zu verkoken, doch sind für diese Verfahren verhältnismäßig aufwendige Anlagen sowie zusätzliche Wärmeträger notwendig. Auch läßt sich damit kein Petrolkoks größerer Korngröße, Porosität und Festigkeit erzielen.

Zwar ist es aus der deutschen Patentschrift 969 196 auch grundsätzlich bekannt, bei Kohle als Einsatzmaterial flüssige Kohlenwasserstoffe auch gleich beim Einsatz zuzusetzen, jedoch lediglich für die Gaserzeugung unter vollständiger Vergasung derartiger Gemische.

Demgegenüber werden aber auf der Grundlage der Verfahrensschritte nach dem gemäß Hauptpatent vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung von Koks Bedingungen erzielt, mit denen die Erdölrückstände auf den eingesetzten Petrolkoksteilchen zu qualitativ hochwertigem Koks verkokt werden, und zwar auf eine optimal wirtschaftliche Weise, indem zur Erzeugung der Wärmeenergie ein Teil der billigen Erdölrückstände selbst für die Verkokung verbrannt werden, so daß keinerlei zusätzliche Enersiekosten entstehen.

Auch lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die physikalischen Eigenschaften des hergestellten Petrolkokses, der sich vor allem durch einen sehr niedrigen Restgehalt an flüchtigen Kohlenwasserstoffen auszeichnet, je nach Einstellung der Verfahrensbedingungen in sehr weiten Grenzen ändern. Ein wesentlicher Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht zudem darin, daß nur eine unbedingt zur Verkokung notwendige Verbrennung erfolgt, während überschießende Mengen an flüchtigen Kohlenwasserstoffen getrennt abgezogen werden können und eine zusätzliche Verwertung aller Bestandteile der Erdölrückstände erfolgen kann.

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 kann folgendermaßen durchgeführt werden:

In einem Fülltrichter befindliche Koksteilchen werden über einen Verschluß in eine Kammer eingebracht und treten aus dieser über einen Verschluß am Unterteil der Kammer wieder aus, von wo sie in eine Trenn- bzw. Abscheidevorrichtung, beispielsweise eine Sieb-Abscheidevorrichtung, gelangen. Der als Endprodukt bestimmte Koks verläßt die Abscheidevorrichtung, während die kleineren Koksteilchen über eine Steigleitung zum Fülltrichter zurückbefördert werden.

Der in den oberen Verschluß der Kammer eintretende Koks bewegt sich auf Grund der Schwerkraft abwärts durch die Kammer hindurch. Obgleich nicht erforderlich, können heiße Vorerhitzungsgase in die Kammer eingeleitet werden, wobei diese Gase durch den Ofen hindurch aufwärts strömen. Die sich durch die Kammer abwärts bewegenden Koksteilchen werden vor der Verbrennungszone durch eine Kohlenwasserstoff-Zugabevorrichtung mit flüssigen Kohlenwasserstoffen überzogen bzw. beschichtet. Der Verbrennungs-Sauerstoff bzw. das die Verbrennung bewirkende oxydierende Gas wird der Beschickung unterhalb der Kohlenwasserstoffzugabe zugeleitet.

Der überzogene, nicht entflammte Koks bewegt sich abwärts in eine örtlich begrenzte Verbrennungszone, in welcher ein Teil des auf den Koksteilchen befindlichen Kohlenwasserstoff-Überzugs- bzw. der flüchtigen Kohlenwasserstoffanteile verbrennt und so viel Hitze erzeugt, daß der unverkokte Kohlenwasserstoff verkokt wird.

Praktisch der gesamte zur Verfügung stehende Sauerstoff wird auf der Eintrittsseite der Verbrennungszone verbraucht, weshalb dieser Bereich nur eine ziemlich begrenzte Tiefe besitzt. Die Verbrennungszone kann unter gewissen Bedingungen nur etwa 75 bis 150 mm tief sein. Der unterhalb der Verbrennungszone befindliche Bereich kann je nach der Menge des in die Kammer eingebrachten Kohlenwasserstoffs überzogene Koksteilchen oder einen Schlamm praktisch fester Teilchen und flüssigen Kohlenwasserstoffs enthalten. Der unterhalb der Verbrennungszone befindliche Stoff ist wesentlich heißer als seine Entzündungstemperatur, vermag jedoch auf Grund des Fehlens von Oxydationsmitteln nicht zu

brennen, so daß die Verkokung in diesem Bereich erfolgt. Die Verkokungszeit kann durch Änderung der Vorerhitzungstemperatur, der Tiefe und der Temperatur der Verbrennungszone sowie der Tiefe der Kammer selbst gesteuert werden.

Gewisse Koksarten neigen dazu, sich während ihrer Abwärtsbewegung durch die Kammer auszudehnen und zusammenzuschmelzen. In solchen Fällen zerkleinern Brechvorrichtungen den Koks beim Verlassen der Kammer, ehe er in die Abscheidevorrichtung eingebracht wird. Verdampfte Kohlenwasserstoffe werden in einem Kondensator von den nicht kondensierbaren Stoffen abgetrennt.

Falls stark angereicherte Sauerstoffgemische oder reine Sauerstoffströme, wie reiner Sauerstoff oder Chlor, verwendet werden, können die nicht kondensierbaren Stoffe, wie Kohlenmonoxid und Propan, durch eine Rücklaufleitung für Kondensate in die Kammer zurückgeführt werden, um als zusätzlicher Brennstoff zu dienen.

Die Vorerhitzungstemperatur sowie der Koks- und der Sauerstoffdurchsatz sollten so gesteuert werden, daß in dem unter der Kohlenwasserstoffzugabe befindlichen Teil der Kammer eine Temperatur von etwa 400 bis 1200° C und vorzugsweise von etwa 750 bis 1200° C aufrechterhalten wird. Der in der Kammer herrschende Druck sollte so gesteuert werden, daß der Verbrennungsbereich nicht über die normale Lage der Verbrennungszone hinaus ansteigt, was dadurch erreicht werden kann, daß der Bereich zwischen der Zugabeebene für das Vorerhitzungsgas und der Abzugsebene für dieses Gas unter einem etwas höheren Druck gehalten wird als der unterhalb der Ebene der Verbrennungsluftzugabe befindliche Bereich. Der abwärts gerichtete Durchfluß von Kohlenwasserstoff unterstützt die Aufrechterhaltung der gewünschten Druckbedingungen in der Kammer.

Das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Oxydationsmittel kann ein Oxydationsgas, wie vorzugsweise Sauerstoff od. dgl. bzw. ein Sauerstoff-Inertgas-Gemisch, sein. Beispiele für derartige Gemische sind überhitzten Dampf enthaltende Luft oder Sauerstoff. Das Oxydationsmittel kann vor seiner Verwendung beim erfmdungsgemäßen Verfahren auf jede gewünschte Temperatur erhitzt werden.

Die bei einem bestimmten Verfahren benötigte Oxydationsmittelmenge hängt von der Art des verwendeten Oxydationsmittels, dem zu verkokenden Rückstand und der gewünschten Temperatur der Verbrennungszone ab. Die für ein spezielles Verfahren benötigte Menge an Oxydationsmittel kann an Hand von Erfahrungswerten bestimmt werden. Im allgemeinen entspricht die in den Reaktor eingeführte Menge an Oxydationsstoff der zur vollständigen Verbrennung von nur etwa 2 bis 15 Gewichtsprozent des zu verkokenden Rückstands erforderlichen Menge.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann jedes Rückstandöl verwendet werden, das beim Einspritzen in den rückgeführten Koks flüssig ist. Beispiele für derartige Öle bzw. Fraktionen sind bestimmte Kraftstofföle, Schwergasöl, schwere katalytische Rückstände aus Crackverfahren und rückgeführte Brennbzw. Kraftstofföle.

Das Rückstandöl kann verwendet werden, um lediglich die Koksteilchen bzw. den Rückstand anzufeuchten bzw. zu nassen, und die Koksteilchen können in Form eines Schlamms eingebracht werden. Obgleich die Rückstände normalerweise in Form einer Flüssigkeit eingeführt werden, kann ein Teil davon auch in Form von Dampf in Mengen von etwa 8 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Kokses, in die Kammer eingeleitet werden. Vorteilhafterweise wird eine Menge von etwa 12 bis 20 Gewichtsprozent des Rückstands angewandt.

Beispiel

Das Verkoken erfolgt in einem kleinen Röhrenofen durch Einbringen von etwa 500 g zerkleinertem, mit Ölschlamm angefeuchtetem Koks. Von der Oberseite des Ofens her wird Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,17 m³/h eingeleitet, während eine elektrische Heizvorrichtung zum Entzünden des angefeuchteten Kokses an der Unterseite des Ofens verwendet wird. Sobald sich die Flammenfront aufwärts durch den Ofen bewegt, wird in letzterem eine Temperatur von etwa 790° C erzeugt, wobei sich die Flammenfront mit einer Geschwindigkeit von etwa 14 cm/h bewegt. Der Koks wird mit solcher Geschwindigkeit an der Unterseite des rohrförmigen Ofens ausgetragen, daß die Verbrennungsfront in fester Lage verbleibt, und die Feinteilchen werden, erforderlichenfalls nach Vermahlung des Kokses, zur Oberseite des Ofens zurückgeführt. Etwa 15% der Gesamtcharge werden verbrannt, um im Ofen die gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten.

Obgleich der Koks beim obigen Beispiel wegen des geringen Durchmessers des Ofens auf eine Maschengröße bis 8 mm zerkleinert wurde, können bei größeren Öfen Klumpen mit einem Durchmesser von mehr als 125 mm verwendet werden.

Claims (4)

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 1258 386, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Petrolkoks an Stelle der Kohle in an sich bekannter Weise eine Mischung aus Koks bzw. Petrolkoks und flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie flüssigen Erdölrückständen, eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Verkokungsretorte ausgetragene Petrolkoks klassiert und das Unterkorn als Einsatzmaterial wiederverwendet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Koks und/oder die Luft vor dem Eintritt in die Verbrennungszone vorgewärmt wird bzw. werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an flüssigen Kohlenwasserstoffen 8 bis 25 Gewichtsprozent, insbesondere 12 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Kokses, beträgt.