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Verfahren zur Erzeugung von Koka, hgber Festigkeit durch autogene
Verkok Es ist bereits vorgeschlagen worden, metallurgischen Koks durch ankogene
Verkokung herzustellen. Dabei wird die Kohle
z.B. auf einem Rost ausgebreitet
und in die zu verkokende Schicht werden Nadeln oder Dorne, die in mehreren Reihen
auf Platten angebracht sind, unter Rütteln in die Kohleschicht eingedrückt,
wobei die Kohleschicht verdichtet und
mit senkrechten Kanälen versehen
wird, durch die z.B. Luft zudringen kann und Entgasungegase abgeführt
werden.
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Auch auf andere Weise können Kanäle in der zu verkokenden Kohleschicht
erzeugt werden. So z.8. ist vorgeschlagen worden, Profilwalzen am Anfang eines
Wanderrostes aufzuatelleu, die mehrere parallele, verdichtete Kohlebänder
auf den Wanderrost auflegen.
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Die Zwischenräume zwischen den Kohlebändern stellen Kanäle dar, durch
die über die gesamte Schichtdicke Verbrennungsluft zugeführt wird, ohne daee
sie den Strömungswiderstand der ganzen Schicht überwinden museo
Alle bisher bekannten Verfahren zur autogenen Verkokung von
Feinkohle
liefern jedoch einen Koke, der dem der Kammer-
verkokung
bezüglich seiner Abriebfestigkeit nicht gleichwertig ist. Der Anfall von Koksgrus
ist dem Kammerverkokungsverfahren gegenüber erhöht. Das ist aus wirtschaftlichen
Gründen unerwünscht.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Koks
durch autogene Verkokung von Kohle, wobei ein Koka
erhalten wird, dessen Abriebfestigkeit
der ass Kammerkokses entspricht, und es liegt ihr der Gedanke zugrunde, den Treibdruck
- wie bei der Ka;#merverikokung - auf die zu verkokende Kohle einwirken zu lassen
und zu Beginn der Verkokung in der Kohleschicht ein stabiles Heizzugeystem mit Wänden
aus feinporigem Koks zu schaffen, das dem Treibdruck standhält. Es wurde gefunden,
dass Koks Ton der Abriebfestigkeit des Kammerkokses aus Feinkohle durch autogene
Verkokung in einem von einer Gashaube überdeckten Kasten erzeugt wird, wobei die
Peinkohleschicht mittels Rohren durchstossen und dadurch senkrechte Kanäle in der
Schicht angelegt werden, wenn man die Feinkohle in einem Kanten mit einem Düsenboden
mit oben verschliessbaren Düsen und oben konisch nach innen
geneigten seitlichen
Wänden ausbreitet, die Kohle planiert und durch die Düsen oben mit anhebbarem spitzen
Verschluss versehene Beheizungerohre in an sich bekannter Weise durch die-in dem
Kasten ruhende Kohleschicht hindurchführt, die Heheizungsrohre, nachdem nun keine
Feinkohle mehr in sie
eintreten kann, durch Anheben der Verschlüsse öffnet,
durch die Rohre fUr 1o bis 3o Minuten von oben nach unten fioo bis 12ooo C, vorzugsweise
ioo bis 8o00 C heisse Gase bzw, brennen-
de Gangemische leitet,
die Verschlüsse wieder auf die Rohre
aufsetzt, die geschlossenen
Rohre wieder nach unten in den
Düsenboden hineinzieht und anschliessend 9o
bis 12o Minutenlang Luft und weiter 3o bis 6o Minuten lang ein brennbares Gas-Luft-Gemisch
oder heisses Rauehgae von unten, von den
Düsen her, durch die in
der Kohleschicht gebildeten, druckfesten Kanäle hindurchfährt und danach den fertigen
Koks in bekannter Weise löscht und den Koks vom Düsenboden abräumt, worauf dieser
für eine neue Verkoksungscharge zur Verfügung steht, Durch die heissen Rohre
ist die Kohle in unmittelbarer Rohrnähe verkokt worden, und es sind innerhalb von
1o bis 3o Minuten stabile "Koksrohre" von 5 bis 1o mm Wanddicke in der Kohlefüllung
entstanden, die dem Treibdruck der Kohle standhalten, wenn im weiteren Verlauf der
Verkokung die Beheizungsrohre-entfernt werden, Die Düsen in dem Düsenboden sind
regelmässig angeordnet, und zwar liegen auf einem Quadratmeter Fläche 2o bis loo,
vorzugsweise 35 bis 45 Düsen, von denen jede ca. 2o bis 7o cm 2, vorzugsweise _4o
bis.5o ein 2 Querschnitt besitzt, Ihr Verschluss nach oben erfolgt durch
die bis dicht über die
Oberfläche des Düsenbodens eingezogenen Verschlüsse
der Beheizungsrohre, damit sie beim Aufschütten der Kohle auf dem Hoden nicht verstopft
werden. Die Verschlüsse sind z.B.
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doppelkreiskegelförmig ausgebildet und an Führungsstäben befestigt.
Beheizungerohre, Verschlüsse und Führungsstäbe werden aus zunderfesten metallischen
Materialien hergestellt. Die spitzen Verschlüsse, die beim Einfüllen der Feinkohle
in den Verkokungakasten gerade soweit aus dem Düsenboden herausragen, dass keine
Kohle in die Düsen eindringen kann, werden auf den Beheizungerohren aufsitzend mit
solcher Geschwindig-
keit durch die Kohle hindurchgeführt, dass die Kohle
nicht hochgerissen wird, sondern der von den Rohren ausgeübte Druck sich nach allen
Seiten gleichmässig fortpflanzen und die
Kohle
dadurch verdichten kann. Die
Durchführungsgeschwindigkeit der
| Rohre b:;=::- :r'y;t z, B. 5 cm pro Sekunde. |
Dieser-Aufwärtsbewegung kann nun auch eine Längsschwingung der
Rohre, erzeugt z.B. durch einen magnetischen Vibrator, überlagert werden. Die Amplitude
dieser Schwingung beträgt z.8. 1 bis 5 und-vorzugsweise 2 bis 4 mm. Die Frequenz
beträgt 2o bis loo, vorzugsweise 3o bis 6o Hertz. Es stellte sich heraus, dass auf
diese Weise eine weitere Verdichtung der Kohleschicht erreicht wird.
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Ein Verkokungskasten kann z. B. folgende lichte Abmessungen (Füllvolumen)
besitzen: Breite - 3 m; Länge - 8 m; Höhe - 2 m; Füllvolumen - 40 m3. Mit einer
Füllung können ca. 4o t Kohle verkokt bzw. 30 t Koks erzeugt werde.. Bei
einer Garungszeit von ca. 3 Stun-@ den beträgt die Kokserzeugung je Kasten-ca. 24o
t Koks/ 24 h. Wenn z.B. auf einer Kokereianlage fünf Kästen im Verbund betrieben
werden, erhält man eine Koksproduktion der Gesamtanlage von ca. 1 Zoo t Koks/24
h. Die Kastengrösse kann in weitem Umfang der erforderlichen Produktion der Gesamtanlage
angepasst werden.
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Das erfindungsgemässe Verfahren wird beispielsweise durch die Fig.
1 bis 1o beschrieben. Fis. 1 zeigt schematisch die teilweise aufgeschnittene . Vorderansicht
des Verkokungokastene; Fig. 2 zeigt die-Seitenaneicht; Fig. 3 zeigt den vertikalen
Schnitt einen Ausschnittee der Verkokungsvorrichtung zu Beginn der
Verkokung, wenn die Feinkohle auf den Düsenboden des Verkokurgzaetens
sufgeachüttet wird; Fig. 4 zeigt den Schnitt von Figo 3 während der Bildung der
Kanäle in der ve@yzokenden Kohleschl cht; Fig. 5 zeigt den Schnitt von Fig.
4 nach Bildung der
Kanäle und mit in den unteren Teil des Düsenbodene
eigezogenen Beheizungsverschlüssen;
Fig. 6 den Schnitt von Fig.
5 vor dem Abstreifen des fertigen Kokses mit verschlossenen Beheizungsrohren, wobei
die Verschlüsse unmittelbar unter der Düsenbodenoberfläche stehen; Fig. 7 ist ein
horizontal6r Teilschnitt m oh der
Schnittlinie I-I; Fig. 8 ein solcher nach
der Schnittlinie II-II; Fig. 9 ein solcher nach der Schnittlinie III-III von Fig.
4; Fig.lo ist eine Diagrammdarstelluhg, betreffend die
Festigkeitseigenschaften
des erfindungsgemäss erzeugten Kokses im Vergleich zu andersartig hergestelltem
Koka. Die Koksfeinkohle 1 wird in den aus dem Düsenboden 2 und dem Seitenrahmen
28 mit seinen Verstärkungsrippen 29 und 40 gebildeten Verkokungskasten eingefüllt
und planiert. Dabei stehen die Beheizungsrohre 6 und ihre Verschlüsse 8 in der in
Fig. 3 dargestellten Position, d,h. die oberen Enden der Heizrohre 6 ragen etwa
6 bis 1o mm aus den Düsen heraus. Düsen, Beheizungsrohre und Verechlüese haben kreisrunden
Querschnitt. Der aus feuerfesten Formateinen gebildete Düsenboden 2 wird von einem
stählernen Rippenboden getragen und die einzelnen Rippen 3 tragen an ihren oberen
Enden Ansätze 32. Zwischen dem Düsenboden 2 und dem Rippenboden 3
befin-det sich noch die thermische Iaolierachicht 4. Die Beheizungsrohre
6 sind unterhalb des Rippenbodens an der Platte 7 ver-
ankert. Die Verschlüsse
8 der Beheisungerohre 6 sind als
Doppelkreiokegel mit einem spitzen
und einem stumpfen Kegel
susgebildot. Der spitze Kegel weist nach
oben und dient zum Durchdrin«en der Kohleschioht, während der nach
unten weisen-
de stumpfe Kegel sich als eine Art Vontilkegel auf die Beheisungsrohre
als Verechluse aufsetzt. Die Aufgabe dieser . Verechlitsse
13t eine doppelt, sie sollen sowohl die Düsen
als auch die in ihnen
zu bewegenden Beheisungerohre vor dem
Eindringen von Kohle
schützen. An den Verschlüssen 8 sind Stangen 9 angebracht, und die Stangen, die
sich im Innern der Beheizungsrohre 6 befinden, sind an der Platte17 verankert. Sowohl
die Betätigung der Beheizungsrohre 6 als auch.ihrer Verschlüsse 8 geschieht von
den Böden 7 bzwo 17 aus, indem man sie in bekannter, hier nicht dargestellter Weise
mechanisch, pneumatisch, hydraach oder elektrisch bzw. magnetisch anhebt und wieder
senkt.' Nach beendeter.Püllung den Kastens, dessen innen konischer Rahmen 28 mit
den Isolierschichten 19b, zaB. aus Asbest oder Kieselgur, und tob aus Feuerleichtstein
ausgerüstet ist, wird der Kasten mittels der auf den Schienen 35 laufenden und an
der Konstruktion 33 angebrachten Räder 34 unter die an der Konstruktion 37,38 hängende
Gashaube 18 gefahren.. Diese hat, wie der Rahmen 28, eine innere Isolierschicht
19a aus Asbest oder Kieselgur und eine weitere Isolierschicht Boa aus Feuerleichtstein.
Sie hat ferner eine Gaseammeldecke 41, deren feuerfeste Decke 21 Gasdurchläs
e 22 in den Gasabzugsraum 24 besitzt, von dem aus Gase über den Auslass 25 austreten
können. Umgekehrt werden während der Verkolung Heizgase auf diesem Weg in den Kasten
eingelassen. Mit Hilfe der Hebeeinrichtung 36 wird nun der Kasten angehoben, wobei
der Blechrahmen 26 in die mit Sand gefüllte Tauchringtasee 27 eintaucht und eo den
Kastenrahmen 28 dicht mit der Gashaube 18 verbindet. Dabei legen sich auch
die Dichtungsflächen 3o und 31 des Rahmens 28 und des Düsenbodens 2 fest und dicht
aufeinander. An die Gas-und Versorgungsleitungen 39a bzw. 39b werden die Verteilkanäle
16a und 16 im Düsenboden angeschlossen,@worauf mit der Verkokung begonnen
wird.
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Die mit den spit$en Verschlüssen 8 verschlossenen Beheizuagrohre 6
werden nun durch die Kohleschioht 1 gedrückt bis
die Rohrenden etwa
3o mm über die Kohleschicht hinausragen und die Verschlüsse 8 werden angehoben.
Das Beheizungsrohrsystem befindet sich dann in der in Fig. 4 dargestellten Position.
Dabei stehen die Gasdurehtritte 1o im unteren Teil der Beheizungerohre 6 den Mündungen
der schrägen Verbindungsschlitze 11 von den horizontalen Kanälen 12a und 12b in
die Düsen 5 gegenüber. Durch die Öffnung 25 in der Gashaube werden nun 7oo bis 8oo0
C heisse Gase, z.B4 ein verbranntes Kohle-Eetgasung®gas, das in einer anderen Betriebsphase
in einer identischen Anlage erzeugt wurde, eingeleitet. Diese ziehen durch den Raum
24, die Öffnungen 22, den Rauen 41 in die geöffneten Beheizungsrohre 6 der Kohleschicht
1 ein, geben dort ihre Wärme über die Beheizur gsrohrwaadungen an die umgebende
Kohle der Schicht 1 ab, wodurch um jedes. Beheizungerohr herum die Kohle zu verkoken
beginnt. Im Verlaufe von.lo bis 3o Minuten bildet sich so um die Beheizungerohre
aus der verdichteten, glatt ahliegenden Kohle eine cao 1o mm starke widerstandsfähige
Schicht aus oberflächlich glattem, schaumlosen, feinporigen Koka mit dicken Zellwänden
aus.
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Im allgemeinen werden niedrigere Temperaturen, z.B. ca. 7ooo
C, und längere Zeiten, zoB. 30 Minute., für die Aus-bildung der Koksrohre
bevorzugt, weil denn nicht hochhitzebeständiges Material für die Rohre verwendet
werden muss, wodurch die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage ungünstig beeinfluset
wird, auch wenn man in Rechnung stellt, dass bei höheren Temperaturen und kürzeren
Zeiten für die Bildung der Kanäle in der Kohleschicht 31e Durchsatzleistung der
An-lage steigt.
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Die Gase, die nun in der Kohleschicht ihre Wärme abgegeben haben,
treten durch die Durehtritte 1o in die Schrägschlitze 11 und @ . dort
Kanäle 12a, 12b" 16a, 16b über, von wo sie z.1., über die Leitungen
39a und 39b einem Kamin zugeführt werden.
Nunmehr wird die
Beheizung umgestellt. Dazu werden zunächst die Verschlüsse 8 wieder auf die Beheizungsrohre
6 aufgesetzt und das Rohrsystem in die Position eon Fig. 5 verschoben, wobei sich
die Verschlüsse etwa in Höhe der Isolierschicht 4, jedenfalls aber unterhalb
der Verbindungesehlitze 11 befinden. Der Koks Mist sich dabei leicht von den Metallwandungen,
so dass keine Beschädigungen der Kanalwände entstehen.
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Nun lässt man 9ö bis 12o Minuten lang vorgewärmte Luft durch die Leitung
39a, Kanäle 16a, 12a und die Schrägschlitze 11, Düsen 5, in die Kanäle 14
eintreten. Weitere vorgewärmte Luft kann auch durch Leitung 39b, Kanäle 16b, 12b
und Schrägschlitze 11 eingeführt werden. Diese vorgewärmte Luft verbrennt teilweise
die aus der Kohle durch die porösen Kokswandungen in die Kanäle 14 eindringenden
Entgasungegase. Das Gas verbrennt hauptsächlich im unteren Teil ,der Kanäle. Durch
die Koksschicht der Wandung dringt die Wärme in die dahinterliegende Kohle ein und
bewirkt das Fortschreiten der Entgasung. Die Entgasungsgase bilden auf der Wandfläche
eine laminare Schutzschicht aus, so dass beim Verbrennen des Gases in den mittleren
Bereichen der Kanäle kein Abbrand des Kokses der Kanalwandungen stattfindet. Die
Temperatur steigt in den Kanälen etwa bis auf 12.o° C. Die noch brennbare Bestandteile
enthaltenden Gaeeg die aus den Kanälen 14 über den Raum 41, durch die Durchtritte
22, über
den Raum 24 abgezogen werden, verlassen durch den Austritt 25 die
Anlage und werden zwecks Wiederverwendung gesammelt. Im weiteren Verlauf
der Verkokung dringen die um jeden Kanal 14 konsentriech
liegenden Teernähte immer weiter radial taq bis sie eich gegenseitig
berühren. In dieser Betriebephaee nimmt das Volumen der freiwerdenden Entgasungrgase
aus benannten Gründen stark ab, wodurch die lasinare Sahutssohioht
auf den inneren Oberflächen der Kanäle 14 dünn wird und bei
Wefterführung
der Verkokung durch Einbringung von *Watt allein
die
Gefahr des Kohlenstoffabbrandee bestehen würde. Ausserdem reichen die Entgasungogaee
nun nicht mehr aua, die Ver-kokung zu Ende zu führen. Deshalb werden
brennbare Gase,
a.8. die in der Anlage selbst erhaltenen, durch die Zeitung
39b, Kanäle l6b,12b und Schräßsehlitze 11, Düsen 5, die
Kanäle
14'eingeführt und durch die weiterhin durch 39a, 16a,
12a, 11 und
5 eingeführte vorgewärmte Luft verbrannt. Auf
diese Weise wird die Temperatur
in Teernahtmitte in etwa 3o bis 40 Minuten auf ca. 950o gesteigert. Danach ist
die Entgasung der Kohleechicht 1 praktisch beendet und sie ist in die Koksschicht
15 umgewandelt worden. Der Koks enthält weniger als ca. 2 % flüchtige
Bestandteile. Die fertige Kökscharge kann nun mittels kühler, inerter Gaee in
dem geschlossenen Kasten in bekannter Weise gekühlt werden; wobei die oben
beschriebenen Gaswege benutzt werden. .Für das Abräumen des
gekühlten
oder noch ungelöschten Kokses von den Düsenboden 2
werden die Beheizungsrohre
6 mit ihren Verschlüssen 8 in die
in Fig. 6 gezeigte Position gebracht, d.h.
die Spitzen der Rohrverochlüsoe stehen dicht unterhalb der Oberfläche
des
Düsenbodens. Dabei werden die Mündungen der Schrägschlitze 11
in
den Düsen 5 durch die Wandungen der Rohre 6 verschlossen
gehalten. Mit Hilfe
der Einrichtung 36 wird nun der Verkokungskasten abgesenkt
und von der Haube 18 getrennt, Man
fährt den Kasten unter der Haube
weg und habt den Rahmen 28 mittels eines Kranes ab, Der freistehende
Koksblock wird ab-
geräumt und kann mit Wasser gelöscht bzw. sofort zur Weiter-verarbeitung
gegeben werden, wenn er vorher mit Gasen gelöscht und gekühlt wurde.
Die Beheisungerohre mit den Verschlüssen werden nun wieder in die
Position von Fig. 3 gebracht, wobei
nie in die Düsen eingedrungenen
Koka auf den. Boden auswer-
fen und der Bossen s.ß. mit
Preeeluft von Koksgrus gesäubert wird. Danach wird der Rahmen 2a wieder
auf den. Düsenboden 2
aufgesetzt und dar Kanten wird von: Neuem mit
Kohle gefüllt.
Zur Kokskühlung verwendete Inertgase können im Wärmeaustausch
unter Nutzung ihrer Wärme abgekühlt und im Kreislauf wiederum zur Kokskühlung verwendet
werden.
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Man kann zweckmässig mehrere der erfindungsgemässen Verkokungskästen
im Verbund in der Weise betreiben, dass die Kästen sich jeweils in verschiedenen
Betriebsphasen bezüglich des Anheizens und Ausgarens befinden, wodurch sich eine
vorteilhafte Verwendung der Entgasungsgasß im eigenen Be-trieb ergibt.
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-Beispiels In eine 1o % Wasser enthaltende, planierte Peinkohleschicht,
die sich in einem aus einem Rahmen 28 und einem Düsenboden 2 bestehenden Kasten
befindet, werden kreiszylindrische Beheisungsrohre von 8o na Aussendurchmesser,
die mit einem Verschluss 8 verschlossen sind, mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/sec
hindurchgedrückt,. bis die Rohre ca. 30 mm aus der Schicht herausragen. Die
Rohre haben in beiden Koordinatenrichtuugen 16o mm Mittel punktabstand und
sind fluchtend ange-ordnet. Durch diese Behandlung wird das
Schüttgewicht der
Kohle von `loo kg/m' vorher auf 8oo kg/m3 erhöht.
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Nach Anheben der Verschlüsse 8 auf den Rohren
6 und .Anschliessen des Kastens an die Haube 18 werden 15 Minuten
lang durch die
Öffnung 25 7oo bis 8ooo C beisse Verbrennungsgase in die Haube
18 und von dort über Raum 240 durch die Durchträtte 22! Raum 41 in die
Beheieungarohre 6, die sich auf 7ooo C erwärmen, ein-
gesaugt
und durch die Übertritte los Schrschlitze 11, Kanäle 1,2a, 12b,
16a, 16b und Rohrleitungen 39a9-39b wieder abgeführt, Danach wird
die Gaszufuhr abgestellt, die Verschlüsse 8 auf
die Rohre 6
aufgesetzt und das Rohrsystem in den Düsenboden . bis unter die
Schrägschlitze 11 eingefahren. Von der-Rohr-
leitung
39a aus wird nun umgekehrt loo Minuten lang 40o0 0 warme Duft in die Kanäle 14 in
der Kohleschicht :-eblasen und die Verbrennungsgase über die Haube 18 und ihre Öffnung
25 abgezogen. Dabei wird an der Oberfläche der inneren Kanäle eine höbhste Temperatur
von 12ooo C gemessen.
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Danach wird die Beheisung umgestellt und durch die Leitungswege 39,
16, 12,
11, 5 ein Gemisch von 5o % auf 4o0° C vorgewärmte Duft und 5o % eine
brennbaren Gases von 12.o kcal pro Nm3 und Zoo C Temperatur, das bei der Verkokung
selbst erzeugt wird, in die Koksröhren 14 eingeblasen, wobei die Verkokung bei 95o0
C innerhalb von 4o Ninuten zu Ende geführt wird. Die Verkokungsleiatung des Kastens
beträgt 3oo kg feuchte Kohle pro m2 Düsenboden- und Stunde, Der erhaltene Koks wird
nass gelöscht und seine Abriebfestigkeit (I) mit .der eines Kokses vergleichen,
der nach-früher vorgeschlagenen autogenen Verfahren gewonnen wurde (TI). Zum er:eiteren
Vergleich wird noch die Abriebfestigkeit eines normalen Karmmerkoksee
(IN)
herangezogen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.
| TABELLE . |
| . I II III |
| Test Koka gewonnen Koks durch Kammer- |
| nach vorliegen- autogene koks |
| der Erfindung Verkokung |
| siebeng |
| Koksgrus _ 2 - 3 % ? - 1o % 2 - 3 4, |
| 1o im |
| .@rr-..@s @.mr r@.@rnsm r@r@ooc sr .r@@e |
| Abridbfeetigkeit |
| durch Trommelver- |
| such °M1.0untest |
| Karno@ 60 - 50 % 40 - 3 85 - 7® |
| 2o -r93 - 89 % 85 - 75 % 92 - |
| @88 % |
| 10 mm 6- 9% 8-12% |
Dass im Gegensatz zu bisher bekannten oder vorgeschlagenen autogenen
Verkokungsv#-eerfahren erfindungsgemäss ein Koks erhalten wird, der in Bezug auf
Abriebfestigkeit dem Kammerkoks gleichwertig ist, geht ausserdem aus dem Diagramm
der Fig. 8 hervor.