DE1571639C - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Formkoks durch Verkoken von Kohleformlingen mittels im Kreislauf geführter feinkörniger Wärmeträger, wobei Kohleformlinge und heiße Wärmeträger am oberen Ende eines Reaktors aufgegeben werden, die Kohleformlinge mit den Wärmeträgern von oben nach unten durch den Reaktor sinken, der heiße Formkoks am unteren Ende von den Wärmeträgern mittels schräggestellter Roste abgetrennt und gekühlt wird und die Wärmeträger unter gleichzeitiger Wiederaufheizung pneumatisch zum Reaktor zurückgeführt werden.

Es ist bekannt, Formkoks herzustellen, indem man eine geeignete Kohle mit Bindemitteln, wie beispielsweise Pech oder Sulfitablauge, brikettiert und die Briketts anschließend in herkömmlichen Koksöfen verkokt. Die Herstellung von Koks in Koksöfen der bekannten Bauart erfordert jedoch Garungszeiten von etwa 15 bis 20 Stunden. Aus diesem Grund ist die Ausnutzung des Reaktionsraumes bei diesem Verfahren relativ gering.

Es ist weiter bekannt, Kohleformlinge mit überhitzten Gasen direkt innerhalb weniger Stunden oder in Bruchteilen einer Stunde auf die Verkokungstemperatur aufzuheizen und zu verkoken. Man verwendet in der Regel Spülgaskreisläufe, bei denen die umgewälzte Gasmenge wegen der relativ großen zu übertragenden Wärmemenge groß ist. Schwel- bzw. Verkokungsverfahren mit direkter Spülgasüberhitzung sind jedoch nur bis zu Temperaturen von 800 bis 850° C geeignet, da oberhalb dieser Temperaturen zuviel. Kohlenstoffsubstanz durch die einsetzende Vergasungsreaktion verbraucht wird. Die indirekte Überhitzung mittels eines inerten oder reduzierten Spülgases ist zu kompliziert und zu aufwendig.

Es ist ferner bekannt, zur Aufheizung auch feste feinkörnige Wärmeträger, wie z. B. Sand, zu verwenden. Hierdurch ist in der Tat eine sehr schnelle Aufheizung von Kohleagglomeraten möglich. Gemäß der britischen Patentschrift 741 679 werden Kohleformlinge mittels im Kreislauf geführter feinkörniger Wärmeträger verkokt, indem Briketts und heiße Wärmeträger am oberen Ende eines Reaktors aufgegeben werden, worauf die Formlinge mit den Wärmeträgern von oben nach unten durch den Reaktor sinken, der heiße Formkoks am unteren Ende des Reaktors von den Wärmeträgern mittels schräggestellter Roste abgetrennt und gekühlt wird, während die Wärmeträger unter gleichzeitiger Wiederaufheizung pneumatisch zum Sanderhitzer zurückgeführt werden. Da hierbei die feinkörnigen Wärmeträger zwischen zwei Reaktoren im Umlauf ausgetauscht werden, wobei in einem Reaktor ohne Gaszufuhr die Entgasung der Kohle und im anderen die Aufheizung der Wärmeträger stattfindet, lassen sich hierbei die Destillationsgase und Feuerungsgase getrennt abziehen. Allerdings ist ein mit festen Wärmeträgern arbeitendes Verfahren technisch sehr viel schwieriger durchzuführen als ein Verfahren mit Heizgasen. Die Hauptschwierigkeit liegt darin, daß es nicht einfach ist, die Formlinge bei der Aufgabe in den Reaktor gleichmäßig unter die heißen Wärmeträger zu mischen. Mechanische Einrichtungen versagen nämlich wegen der hohen Temperaturen, zumindest neigen sie zu häufigen Störungen. Genauso große Schwierigkeiten bereitete bisher die Austragung der Mischung aus heißem Formkoks und heißem Sand aus dem Reaktor. Alle bekannten Vorrichtungen, wie beispielsweise Zellenradschleuse^ Doppelklappenoder Doppelkegelschleusen sowie mit waagerecht liegenden Schiebern arbeitende Vorrichtungen versagen bei einen starken Verschleiß verursachenden 5 oder heißen Schüttgütern, wie es das Gemisch aus heißem Sand und Formkoks darstellt. Zumindest erfordern die bekannten Vorrichtungen einen stark erhöhten technischen Aufwand, da sie z. B. mit auswechselbaren Verschleißeinlagen versehen sein

ίο müssen und weil alle Lager und Durchführungen von sich drehenden Wellen oder Achsen vollkommen staubgeschützt sein müssen. Außerdem mußten bisher diese Vorrichtungen aus einem hitzebeständigen Material hergestellt und gegebenenfalls die Wellen und Achsen gekühlt werden.

Aus der britischen Patentschrift 578 711 ist weiterhin bekannt, Feinkohle durch Einleitung von Gas in einen Reaktor in einem Wirbelzustand zu verkoken und den gebildeten Feinkoks mit Hilfe eines anderen

ao Gasstroms pneumatisch in einen Vergasungsreaktor zu transportieren. Ein besonderes Austrags- oder Dosierorgan für ein Koks-Wärmeträger-Gemisch ist in dieser Patentschrift nicht beschrieben worden.

Dagegen ist aus der belgischen Patentschrift

as 635 448 eine Austrags- und Dosiereinrichtung für aus einem Reaktor abzuziehendes Material bekannt, bei der der Austrag durch Einblasen bestimmter Gasmengen geregelt werden kann. Diese bekannte Einrichtung arbeitet zwar mit Hilfe eines regelbaren, im wesentlichen aber doch kontinuierlichen Gasstroms. Gasstöße unterschiedlicher Größe sind nicht vorgesehen. Außerdem fehlt der bekannten Einrichtung ein zugeordnetes Überlaufwehr.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei der Verkokung von Kohleagglomeraten mit festen Wärmeträgern bisher auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden und eine technisch auf einfache Weise und in kurzer Zeit durchführbare kontinuierliche Verkokung von Kohleformlingen unter guter Ausnutzung des Reaktionsraumes zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im ·Mischungsbereich von Kohleformlingen und Wärmeträgern im oberen Teil des Reaktors mit Hilfe der aus den Kohleformlingen frei werdenden Destillationsgase durch entsprechende Bemessung des Querschnitts des Reaktors, Auswahl der Kohle hinsichtlich des Gehalts an flüchtigen Bestandteilen und des Mengenverhältnisses von Formungen zu Wärmeträgern und gegebenenfalls durch Eindüsen von Zusatzgasen ein Wirbelzustand aufrechterhalten wird und daß heißer Formkoks und Wärmeträger an einer oder mehreren Stellen mit kurzen, in die Schüttgutsäule gegebenen Gasstößen über ein Überlaufwehr pneumatisch ausgetragen werden.

Aber auch die gasdichte Zuführung der abgetrennten Wärmeträger in die pneumatische Förderleitung zwecks Rückführung zum Reaktoreingang konnte bisher nur mit erheblichen Aufwendungen, beispielsweise durch Zwischenschaltung einer Sperrstrecke, durchgeführt werden. Eine solche Sperrstrecke macht aber eine beträchtliche Vergrößerung der Bauhöhe einer solchen Anlage erforderlich. Hier schafft eine weitere Ausbildung der Erfindung Abhilfe, indem man die durch die Roste hindurchgetretenen Wärmeträger in eine mittels eines Gasstroms betriebene Wirbelbettrinne austrägt und sie von hier pneumatisch in die Förderleitung einspeist. Zur Überwindung des Druckanstiegs vom Reaktor

zur Förderleitung werden die Wärmeträger über ein oder mehrere Tauchrohre in die Wirbelbettrinne geleitet, so daß sich die Wärmetrager selbsttätig so hoch aufhäufen, daß das Gewicht der Schüttgutsäule gerade dem Druckunterschied entspricht.

Schließlich bereitete die Überhitzung der Wärmeträger in der Steigleitung bisher Schwierigkeiten. Bedient man sich nämlich ausschließlich einer der Steigleitung vorgeschalteten Brennkammer, so sind die auftretenden Spitzentemperaturen nicht immer zu beherrschen. Deshalb werden die feinkörnigen Wärmeträger während der pneumatischen Förderung zum Reaktoreingang mit Rauchgasen aufgeheizt, die teils in einer der Förderleitung vorgeschalteten Brennkammer, teils mit Hilfe von einer oder mehreren in der Förderleitung angebrachten Brennerlanzen und teils durch Abbrand der von den Wärmeträgern mitgerissenen Feinkoksteilchen erzeugt werden.

An Hand der Zeichnung, die schematisch eine Anlage zur Durchführung der Erfindung darstellt, wird im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben.

In einem Reaktorschacht 1 gleiten Kohleformlinge und heiße Wärmeträger gleichmäßig miteinander vermischt in fester Schüttung abwärts. Der Durchmesser des Reaktors ist so bemessen, daß die entstehenden Entgasungsgase — ein bestimmter Gehalt der Kohle an flüchtigen Bestandteilen und ein bestimmtes Mengenverhältnis von Formungen zu Wärmeträgern vorausgesetzt — in der obersten Schicht 2 der Schüttgutsäule einen fluidisierten Zustand herbeiführen. Gegebenenfalls kann über die seitlich am Reaktor 1 angebrachten Lanzen 3 Zusatzgas aufgegeben werden. Die aufgegebenen Kohleformlinge schweben daher in dieser Schicht und verteilen sich gleichmäßig über den ganzen Querschnitt, so daß sie beim Abwärtsgleiten gleichmäßig auf allen Seiten in die Wärmeträger eingebettet sind.

Die erfindungsgemäßen Austragsdosierer arbeiten pneumatisch. Das aus dem Reaktor 1 zufließende Formkoks-Wärmeträger-Gemisch böscht sich in den Auffangräumen 4 ab, die an den schräggestellten Bodenflächen mit Gaseinleitungsrohren 5 versehen sind. Durch diese Düsen 5 kann periodisch Gas eingespeist werden. Bei jedem Gasstoß fließt eine kleine Gemischmenge über die Überlaufwehre 6 auf den Rost 7 ab. Durch die Anzahl der Stöße pro Zeiteinheit bzw. die Menge des Gases pro Stoß kann die stündlich überfließende Menge des Gemisches reguliert werden. Zweckmäßigerweise richtet man mehrere Dosiereinrichtungen dieser Art pro Reaktor ein, da es sonst schwierig sein kann, ein gleichmäßiges Absinken des Formkoks-Wärmeträger-Gemisches im Reaktorschacht zu erzielen. Durch den Rost 7 fließt der Sand in das als Siphonsperre wirkende Tauchrohr 8, während der Formkoks in einen zylindrischen Schacht 9 eingeführt wird, der zur Kühlung dient. Im unteren Teil dieses Schachtes wird der Formkoks auf etwa 200° C abgekühlt und durch eine mechanisch betriebene Austragsvorrichtung 10 abgezogen. Die Abkühlung wird durch einen Wälzgaskreislauf 11 bewerkstelligt, bei dem die Wärme über einen Austauscher an vorzuerhitzende Luft oder Dampf abgegeben wird.

Der durch den Rost 7 rieselnde Sand fällt in das Rohr 8, das erfindungsgemäß in eine Wirbelbettrinne 12 eintaucht. Diese besteht aus einem porösen Anströmboden, der mit Gas so beaufschlagt wird, daß die darüber lagernde Wärmeträgerschicht fluidisiert ist. Die Wirbelbettrinne 12 führt die Wärmeträger einer senkrechten pneumatischen Förderleitung 14 zu, die in Höhe der Wirbelschichtoberfläche Durchbrüche 13 besitzt, durch die die Wärmeträger in die Steigleitung 14 abgelassen werden. Da für die pneumatische Förderung ein gewisser Druckverlust erforderlich ist, hat die Siphonsperre 8 die Aufgabe, die festen Wärmeträger gegen den Drucksprung vom

»° Rost 7 zur Förderleitung 14 zu fördern. Dies wird dadurch erreicht, daß sich im Tauchrohr 8 automatisch ein Oberflächenspiegel ausbildet, so daß die hydrostatische Höhe über. der Wirbelschichtoberfläche in der Wirbelbettrinne 12 gerade diesem Drucksprung entspricht.

Der pneumatischen Förderleitung 14 wird eine Brennkammer 15 vorgeschaltet, in der vorgewärmte Luft mit einem gasförmigen, flüssigen oder festen Brennstoff derart umgesetzt wird, daß noch freier Sauerstoff übrigbleibt. Durch diese Fahrweise wird vermieden, daß zu hohe Spitzentemperaturen auftreten, die werkstoffmäßig schlecht beherrscht werden. Die Temperatur des Rauchgases, das der . Steigleitung 14 zugeführt wird, soll jedoch einige 100° C über der Temperatur der Wärmeträger an dieser Stelle liegen. Der in dem Heizgas verbliebene Sauerstoff vermag nun die von den Wärmeträgern mitgerissenen Koksteilchen zu verbrennen, so daß zusätzlich Wärme zur Überhitzung der Wärmeträger entsteht. Schließlich kann an einer etwas oberhalb angebrachten Brennerlanze 16 Zusatzbrennstoff eingeführt werden, um den Rest des Sauerstoffs zu verbrauchen. Die gesamt erzeugte Wärme soll hierbei so hoch sein, daß die Wärmeträger je nach Erfordernis um etwa 50 bis 200° C über die Verkokungstemperatur erhitzt werden.

Die pneumatische Förderleitung 14 mündet oben in einen Abscheider 17, in dem die Wärmeträger durch die verminderte Strömungsgeschwindigkeit nicht mehr zum Gasaustritt 18 mitgerissen werden, sondern absinken und sich im trichterförmig ausgebildeten Unterteil 19 sammeln. Dieser Auslauf des Abscheiders 17 mündet in ein Rohr 20, das in die Schüttgutsäule des Verkokungsreaktors, und zwar in die fluidisierte oberste Schicht 2 der Schüttung, eintaucht. Der Gasdruckunterschied zwischen dem Verkokungsreaktor 1 und dem Abscheider 17 wird wiederum durch den Stand der Schüttgutsäule in der Rücklaufleitung 20 überwunden. Dadurch ist es mög-Hch, Heizgas und Kohlendestillationsgase unverschnitten getrennt voneinander abzuziehen. Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutern im folgenden weitere Einzelheiten des Verfahrens.

Beispiel 1

In einem senkrechten Reaktionsschacht mit einer lichten Weite von 400 mm und einer Höhe von 4 m werden Eiformbriketts mit einem Stückgewicht von 24 g, hergestellt aus 93,6 ⁰Zo Feinkohle (9,2 %> flüchtige Bestandteile) mit 6,4% Pech als Bindemittel, kontinuierlich verkokt. Als Wärmeträger dient feinkörniger Sand von 0,2 bis 0,5 mm Durchmesser. Der Austragsdosierer hat einen Durchmesser von 200 mm und eine Höhe von 400 mm. Er wird alle 0,5 s mit etwa 0,3 Nl Gas beaufschlagt. Die über den Rost abrollenden Koksstücke werden einem Kühlschacht von 1,2 mm Höhe und 250 mm Durchmesser zugeführt, durch den kaltes Inertgas hindurch-

geführt wird. Am Austrag des Kühlschachtes beträgt die Temperatur des Kokses 150° C.

Das Tauchrohr für den durch den Rost hindurchfallenden Sand hat eine lichte Weite von 50 mm, und die Wirbelbcttrinne ist 50 cm lang und 10 cm breit. Die Schichthöhe des fluidisierten Sandes in dieser Rinne beträgt etwa 10 cm.

Die Steigleitung für die Rückförderung des Sandes hat einen Durchmesser von 130 mm. Der dieser Steigleitung vorgeschalteten Brennkammer werden 150Nm³ Luft pro Stunde zugeführt und so viel Gas eingespeist, daß der Sauerstoffgehalt noch 7 bis 8°/o beträgt. Oberhalb des Sandzuflusses in die Steigleitung wird so viel Sekundärgas zugegeben, daß kein Luftüberschuß mehr vorliegt.

Der Abscheider, in den die Förderleitung ausläuft, ist 800 mm lang, 320 mm breit und 360 mm über der Rohrmündung hoch. Das Überlaufrohr für den Sand in den Reaktorschacht hat eine lichte Weite von 70 mm. ao

Bei einem Durchsatz von 100 kg Kohleformlingen pro Stunde wird beispielsweise der Sandumlauf auf etwa 0,6 bis 0.8 t pro Stunde eingestellt. Dann beträgt die Abkühlung des mit etwa 1100⁰C in den Verkokungsreaktor aufgegebenen Sandes etwa as 130° C. Um diese Temperaturspanne wird der Sand, in der Steigleitung wieder aufgeheizt.

Das aus dem Abscheider entweichende Rauchgas enthält keinen Sauerstoff und keine brennbaren Bestandteile mehr, während die aus dem Verkokungsreaktor abgezogenen Kohlcndestillationsgase — etwa 22 Nm^s/h bei einem Heizwert von 4100 kcal Nm³ — nur so viel Stickstoff enthalten, wie in der Regel bei der Kohlenpyrolyse entsteht. Es wird also eine vollständige Trennung dieser beiden Gase erzielt.

Beispiel 2

Der senkrechte Reaktionsschacht hat einen lichten Durchmesser von 1,9 m und eine Höhe von 6 m. Am unteren Ende befinden sich vier Austragsdosierer von je 200 mm Durchmesser und 800 mm Höhe. Sie werden rhythmisch hintereinander mit je etwa 2 Nl Gas beaufschlagt. Der Gesamtrhythmus beträgt für alle vier Dosicrer 5 s. Der über dem gemeinsamen Sieb abrollende Formkoks wird einem Kühler von 1,2 m Durchmesser und 2.5 m Höhe zugeführt, in dem er durch kaltes Inertgas auf 150- C gekühlt wird.

Das Tauchrohr für den feinkörnigen Wärmeträger — Sand der Korngröße 0.2 bis 0.5 mm — hat den Querschnitt 20 X 40 cm. Die Wirbelbcttrinne ist 40 cm breit und 2 m lang. Die Schichthöhe des Sandes beträgt 30 cm.

Die Steigleitung hat einen Durchmesser von 560 mm und wird mit 2700 Nm' h sauerstofffreiem Rauchgas beaufschlagt. Das Rauchgas wird in einer der Steigleitung vorgeschalteten Brennkammer dergestalt erzeugt, daß zwar die gesamte Luftmenge, aber nur zwei Drittel der Brenngasmenge in die Brennkammer aufgegeben wird. Das restliche Drittel des Gases wird erst oberhalb der Sandzulauföffnungen aus der Wirbelbettrinne in die Steigleitung gegeben.

Die Abscheidekammer am oberen Ende der Steigleitung hat eine Breite von 1 m. eine Höhe von 1.75 m und eine Länge von 2 m. Unerhalb dieses freien Bcruhicungs- und Abscheideraumes befindet sich ein Auffangtrichter, der in einem Sandablaufrohr von 200 mm Durchmesser ausläuft.

Die Leistung der Vcrkokungsanlage beträgt 5 t/h Formkoks bei einem Sandumlauf von 40 t/h. Der in den Reaktor einlaufende Sand hat eine Temperatur von 1100^cC, und das aus dem Reaktor ablaufende Sand-Koks-Gemisch hat eine Temperatur von 980° C. Der Sand wird also in der Steigleitung um 130° C überhitzt.

Die Kohlendestillationsgase werden aus dem Reaktor unvcrmischt durch die in der Abscheidekammer vorhandenen Rauchgase abgezogen. Die Menge der Destillationsgase richtet sich nach dem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen der eingesetzten Kohleformlinge.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Formkoks durch Verkoken von Kohleformlingen mittels im Kreislauf geführter feinkörniger Wärmeträger, wobei Kohleformlinge und heiße Wärmeträger am oberen Ende eines Reaktors aufgegeben werden, die Kohleformlinge mit den Wärmeträgern von oben nach unten durch den Reaktor sinken, der heiße Formkoks am unteren Ende von den Wärmeträgern mittels schrägge-• stellter Roste abgetrennt und gekühlt wird und die Wärmeträger unter gleichzeitiger Wiederaufheizung pneumatisch zum Reaktor zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Mischungsbereich von Kohleformlingen und Wärmeträgern im oberen Teil des Reaktors mit Hilfe der aus den Kohleformlingen frei werdenden Destillationsgase durch entsprechende Bemessung des Querschnitts des Reaktors, Auswahl der Kohle hinsichtlich des Gehalts an flüchtigen Bestandteilen und des Mengenverhältnisses von Formungen zu Wärmeträgern und gegebenenfalls durch Eindüsen von Zusatzgasen ein Wirbelzustand aufrechterhalten wird und daß heißer Formkoks und Wärmeträger am unteren Ende des Reaktors an einer oder mehreren Stellen mit kurzen, in die Schüttgutsäule gegebenen Gasstößen über ein Überlaufwehr pneumatisch ausgetragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Roste hindurchgetretenen Wärmeträger in eine mittels eines Gasstroms betriebene Wirbelbcttrinne ausgetragen und von hier pneumatisch in die Förderleitung eingespeist werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2. gekennzeichnet durch einen oder mehrere am unteren Ende der Schüttgutsäüle befindliche, mit Gaseinleitungsrohren (5) versehene Auffangräume (4) sowie jeweils mit diesen verbundene, den Rosten (7) zugeordnete Cberlaufwehre (6).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Wirbelbettrinne (12), in die die Wärmeträger durch Tauchleitungen (8) gelangen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3. gekennzeichnet durch einen Abscheideraum (17) für die erhitzten Wärmeträger, dessen horizontaler Querschnitt 10- bis 20mal so groß wie der Querschnitt des gegebenenfalls mit Brennerlanzen (16) ausgestatteten Förderrohres (14) ist. mit einem am trichterförmigen Unterteil (19) befindlichen Tauchrohr (20) für die Einspeisung der Wärmeträger in die Wärmeträger-Formkoks-Schicht und einem Abzugsrohr (18) für die Heizgase.

Hierzu 1 Blatt Zcichnuneen