DE1571662C - Verfahren zum Calcinieren von Koks, insbesondere Petrolkoks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Calcinieren von Koks, insbesondere Petrolkoks, mit nicht mehr als 20 Gewichtsprozent an flüchtigen brennbaren Bestandteilen in einem Ofen, insbesondere einem Drehofen, unter Zuführung gasförmiger Sauerstoffträger zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile innerhalb des Ofens, kontinuierlich erfolgender Analyse der Ofenabgase sowie Regelung der Luftzufuhr zur Einhaltung der Analysenwerte innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.

Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zum Calcinieren von Koks, insbesondere Petrolkoks. Diese Verfahren umfassen die Verwendung von Drehöfen, wie beispielsweise in der USA.-Patentschrif 12 813 822 beschrieben, oder die Verwendung von umlaufenden Bettöfen, wie sie in der USA.-Patentschrift 3112918 beschrieben sind, und eine Vielzahl weiterer, in der Praxis wenig eingeführter Vorrichtungen. Die meisten dieser Vorrichtungen erhitzen die Kohle, wenn es um das Verkoken der Kohle geht, oder Koks, der einen unerwünscht hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen enthält, wenn es um das Calcinieren von Koks geht. Dabei kommen Temperaturen zur Anwendung, die ausreichen, um die flüchtigen Bestandteile auszutreiben. Ein Sauerstoffmangel im Ofen ist hierbei wünschenswert, um eine Verbrennung und damit verbundene Kohlenstoffverluste zu vermeiden. Andererseits ist die Verbrennung der flüchtigen Bestandteile wirtschaftlich wünschenswert, um den Ofen mit einem Minimum an Energiezufuhr und vorzugsweise keiner äußeren Beheizung arbeiten zu lassen.

Die Temperaturregelung ist wesentlich für den Erfolg solcher Verfahren. So erhält man beispielsweise bei zu niedriger Calcinationstemperatur eine ungenügende Entfernung der flüchtigen Bestandteile, und man erzielt ein schlechtes Endprodukt. Liegt die Temperatur zu hoch, dann steigt der Brennstoffbedarf, und unter einigen Bedingungen kommt es sogar zu Beschädigungen am Ofengebäude.

Das allgemeine Verfahren zur Regelung von Verkokungs- und Calcinationsöfen mit unterstützten, sich bewegenden Betten umfaßt die Beobachtung der; Temperaturen an verschiedenen Punkten innerhalb desOfens. Wo verhältnismäßig gleichmäßige Vorschubgeschwindigkeiten und Fördermaterialien.zur Anwendung kommen, läßt sich ein Temperaturanstieg durch Herabsetzung der Luftzufuhrgeschwindigkeit mit Hilfe von Regelventilen oder Reduktion der Gebläsegeschwindigkeiten ausgleichen. Soweit hier der Ausdruck Luft verwendet wird, umfaßt'er selbstverständlich auch andere sauerstoffhaltige Gase. Jedoch stören Änderungen in den Zuführungsgeschwindigkeiten oder Schwankungen in den im Koks enthaltenen flüchtigen Bestandteilen die Ofentemperaturen und wurden deshalb bei üblichen Verkokurigsvorgängen vermieden,,, ,_: . J-.

In der Literatur (Bergbautechnik) sind darüber hinaus eine Reihe von Experimenten beschrieben, nach denen eine Vielzahl von Analysen und Meßwerten es gestattet, Gesamtbilanzen für Kohlenstoff, Schwefel, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff aufzustellen, so daß die nicht meßbare Koksmenge als mehrfach kontrolliertes Endglied verbleibt. Hier wird davon ausgegangen, daß die Menge an Koks, die sonst nicht meßbar wäre, nur durch die Analyse der Vielzahl von Bestandteilen ermittelt werden kann.

Nach einer weiteren bekannten Maßnahme (Alberti, »Schwelfibel«, VEB Wilhelm Knapp Verlag, Halle 1956, S. 91 und 92) werden Gasproben an den Schläuchen mit brennender Lunte genommen, um sie auf ihre Brennbarkeit zu prüfen. Für einen bestimmten Fall wird dann mehr Überschußgas eingeführt.

In beiden Fällen handelt es sich also um ein kompliziertes bzw. sehr ungenaues Vorgehen.

Auch ist noch bekannt (britische Patentschriften 848 580 und 770 930), kontinuierliche Prüfungen des

ίο Sauerstoffgehaltes bei Gasen während der Calcinierung von Koks durchzuführen. Nach der britischen Patentschrift 848 580 wird Sauerstoff enthaltendes Gas mit einem 10- bis 30gewichtsprozentigen Sauerstoffüberschuß, bezogen auf den Koks, eingeblasen.

Selbst nach dem Verbrennen des Gases bleibt ein Sauerstoffüberschuß von 17,5%.

Erfindungsgemäß soll dagegen der resultierende Sauerstoffüberschuß wesentlich gesenkt werden und eine größenordnungsmäßig mehrfach genauere Steue-

ao rung der Verfahrensführung herbeigeführt werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Öfenabgase auf Sauerstoff und wenigstens einen ; brennbaren Gasbestandteil mit einem Analysator analysiert werden, der ein für den Sauerstoffgehalt ·

repräsentatives Signal und ein für den brennbaren j Gasbestandteil repräsentatives Signal erzeugt, und j daß beide Signale zur automatischen Regelung des i der Zufuhr der gasförmigen Sauerstoffträger dienenden Ventils ausgenutzt werden.

Vorzugsweise wird das Abgas auf brennbare Beständteile insgesamt analysiert. - :

Zweckmäßig handelt es sich bei den analysierten Abgasbestandteilen um Sauerstoff und Kohlenmonoxid.

Nach einer anderen Ausführungsform kann man auch auf Sauerstoff und Wasserstoff analysieren.

Andererseits kann es zweckmäßig sein, die Analyse hinsichtlich Sauerstoff und Methan vorzunehmen.
Es war offensichtlich überraschend, die Steuerung der Luftströmung in den Ofen derart vorzunehmen, daß der Sauerstoff in den Abgasen und wenigstens ein brennbarer Bestandteil unterhalb bestimmter Maxima gehalten werden. Die Menge der Eingangsluft wird also auf der Basis einer Analyse bestimmter Bestandteile des Abgases geregelt. Außer dieser Doppelanalyse sind also keine weiteren Analysen erforderlich. Bei vollständiger Verbrennung kann auf einen Restsauerstoffgehalt von 0,5 Volumprozent eingestelltwerden, ein Wert, der größenordnungsmäßig unter dem bisher erreichbaren liegt.

Die vorliegende Erfindung basiert also auf der Feststellung, daß durch kontinuierliche Analyse des Sauerstoffes in den Austrittsgasen, kombiniert mit der gleichzeitigen kontinuierlichen Analyse der gesamten

in den Austrittsgasen vorhandenen brennbaren Bestandteile, Signale abgeleitet werden können, welche sich für die Steuerung automalischer Ventile in den einströmenden Luftströmen eignen. Der Ausdruck kontinuierliche Analyse umfaßt hier auch die Ana-

lyse in kurzen Abständen, und insbesondere diejenige, bei der Proben der Austrittsgase entnommen und diese Proben jeweils analysiert werden,, worauf man später eine weitere Probe entnimmt. Außerdem sind umfaßt Dampfphasenchromatographen und alle Arten von Verbrennungsanalysatoren.

Die Tastelemente oder die Analyse der gesamten verbrennbaren Bestandteile und des Sauerstoffes stehen üblicherweise zur Verfügung. Der Ausgang

aus diesen Analysatoren läßt sich in einen üblichen Schreibregler einspeisen, der vorzugsweise die Werte jeder der beiden gemessenen Variablen aufzeichnet und ein Signal an das automatische Luftventil weitergibt.

Die Erfindung erlaubt, was von besonderer Bedeutung ist, die Verwendung nicht proportionaler Arbeits-ZNichtarbeits-Analysatoren, die billig und verhältnismäßig betriebssicher sind. Obwohl das Regelsystem proportionale Signale von den Analysatoren verwenden kann, verwendet man wirtschaftlichere Analysatoren, die ein Signal nur übertragen, wenn der vorher eingestellte Wert überschritten wird.

Zum Beispiel kann man mit einer Vorrichtung auch arbeiten, die ein Gebläse aufweist, welche Luft über ein Steuerventil in einen umlaufenden Calcinierungsofen, vorzugsweise in Mengen von 1,0 bis etwa 4 Gewichtsteilen Luft pro Gewichtsteil zugeführten Kokses, drückt. Diese Menge hängt selbstverständlich von der Menge und Zusammensetzung der flüchtigen Bestandteile ab. Vorzugsweise ist die zugeführte Menge annähernd stöchiometrisch, und die Hauptverbren^ nungsprodukte sind CO₂ und Wasser. Der bei dieser Ausführungsform zur Anwendung kommende Koks, ist in üblicher Weise hergestellter, verzögerter Petrolkoks mit etwa 10 % flüchtigen Bestandteilen, gemessen nach dem ASTM-Test D 271-58, der das Erhitzen des Kokses auf annähernd 950° C für 7 Minuten und die Messung des sich ergebenden Gewichtsverlustes umfaßt. Der Petrolkoks wird dem Ofen in Mengen von annähernd 4000 bis 5000 kg/h zugeführt. Der Ofen enthält ein auf einem Drehtisch rotierendes Bett von annähernd 50 m². Die Bettiefe beträgt annähernd 15 cm, wobei der Koks eine maximale Teilchengröße von annähernd 50 mm aufweist. Die durchschnittliche Verweilzeit im Ofen beträgt annähernd 20 Minuten. Die Temperatur im Inneren des Ofens wird durch die erforderlichen Calcinierungsbedingungen bestimmt und kann über einen Bereich von 1100 bis etwa 1650° C und vorzugsweise von 1200 bis 1320° C eingestellt werden. Die Luft wird von einem Verteilerkopf über eine Anzahl von Lufteinlässen verteilt, die annähernd gleichmäßig oberhalb des Koksbettes angeordnet sind. Jeder dieser Einlasse richtet den Luftstrom nach unten über das Bett und ist jeweils mit einem einstellbaren Einzelluftventil ausgerüstet. Diese Einzelluftventile werden während der Anfangsluft ausgeglichen, um einen maximalen Betriebsnutzeffekt zu erzielen. Der calcinierte Koks verläßt den Ofen in der Mitte und wird in üblicher Weise mit einem Wasserstrahl abgeschreckt und durch Schütteln auf einem vibrierenden Gitterförderer gekühlt.

Die den Ofen verlassenden Abgase werden in einem Sauerstoffprüfgerät geprüft. Dieses Prüfgerät kann ein übliches Kalorimeter oder ein anderes Prüfgerät sein und überträgt ein Signal nur, wenn der Sauerstoffgehalt der Abgase einen vorher eingestellten Wert überschreitet. In der beschriebenen Ausführungsform wird dieser Wert auf annähernd 0,5 Volumprozent Sauerstoff eingestellt. Das Signal, bei dem es sich um ein elektrisches, pneumatisches oder sogar mechanisches Signal handeln kann, wird über Regler, Relais, Signalgeber oder andere Einrichtungen übertragen, die wiederum dafür sorgen, daß sich das Luftventil schließt.

Das Signal kann ein einfaches Ein-Aus-Elektrosignal sein, welches ein Relais schließt, das den Luftventilmotor erregt, um ihn in der Schließrichtung zu bewegen. Andererseits kann das Signal vom Analysator auch proportional dem Sauerstoffgehalt der Abgase sein.

Zur Prüfung der Abgase beim Verlassen des Ofeninneren dient ein automatischer, die gesamten verbrennbaren Bestandteile analysierender Analysator. Dabei kann es sich um einen Heißdrahtanalysator oder eine andere übliche Einrichtung handeln. Wie

ίο beim Sauerstoffanalysator braucht das Signal nur übertragen zu werden, wenn der Gesamtanteil an Verbrennbarem eine voreingestellte obere Grenze überschreitet, oder es kann proportional der Menge der gesamten in den Abgasen enthaltenen verbrennbaren Bestandteile sein. In jedem Fall steuert das Signal von diesem Analysator das Luftventil zur Bewegung in Öffnungsrichtung, wenn der Gesamtanteil an Verbrennbarem den voreingestellten Wert überschreitet.

ao Die aus dem Schornstein kommenden Abgase können natürlich zum Erhitzen von Wasser, zur Erzeugung von Dampf oder in sonstiger Weise zur Übertragung von Wärme durch Einsatz üblicher Wärmewiedergewinnungseinrichtungen in den Abgasstrom

as verwendet werden.

Da die vorliegende Erfindung eine außerordentlich wirkungsvolle Verwendung von Brennstoffenergien mit minimalem Verlust an Kohlenstoffgehalt ermöglicht, können die Temperaturen für gegebene Einspeisungen dazu neigen, über diejenigen zu steigen, die durch übliche Verfahren mit geringerem thermischen Wirkungsgrad erzielbar sind. Aus diesem Grund ist zum Schutz der hitzebeständigen Auskleidung und anderer Teile des Ofens ein Hochtemperaturüberlauf vorgesehen, der aus einem Thermoelement besteht, welches ein Signal zu dem Aufzeichner-Regler sendet, wenn eine Temperatur über 1430° C im Inneren des Ofens festgestellt wird. Dieser Temperaturüberlauf läßt automatisch den Aufzeichner-Regler die Luftströmung in den Ofen reduzieren, ohne Rücksicht auf das Vorhandensein der gesamt verbrennbaren Bestandteile oder des Sauerstoffs, die dann analysiert werden. Der Temperaturüberlauf ist somit eine Sicherheitseinrichtung, die unter Normalbedingungen beim Verkoken nur selten zum Einsatz kommt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Calcinieren von Koks, insbesondere Petrolkoks, mit nicht mehr als 20 Gewichtsprozent an flüchtigen brennbaren Bestandteilen in einem Ofen, insbesondere einem Drehofen, unter Zuführung gasförmiger Sauerstoffträger zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile innerhalb des Ofens, kontinuierlich erfolgender Analyse der Ofenabgase sowie Regelung der Luftzufuhr zur Einhaltung der Analysenwerte innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenabgase auf Sauerstoff und wenigstens einen brennbaren Gasbestandteil mit einem Analysator analysiert werden, der ein für den Sauerstoffgehalt repräsentatives Signal und ein für den brennbaren

.65 Gasbestandteil repräsentatives Signal erzeugt, und daß beide Signale zur automatischen Regelung des der Zufuhr der gasförmigen Sauerstoffträger dienenden Ventils ausgenutzt werden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas auf brennbare Gas- kennzeichnet, daß die analysierten Abgasbestandbestandteile insgesamt analysiert wird. . teile Sauerstoff und Wasserstoff sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die analysierten Abgasbestand- 5 kennzeichnet, daß die analysierten Bestandteile teile Sauerstoff und Kohlenmonoxid sind. Sauerstoff und Methan sind. .