DE1902649A1 - Verfahren zum Abscheiden von Wasser aus festen organischen Materialien - Google Patents
Verfahren zum Abscheiden von Wasser aus festen organischen MaterialienInfo
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Description
46 487
THE TOIVKRSITY OF AiEIBOUHIIiJ, Parkville, 3052, Melbourne,
Victoria, Commonwealth of Australia
Victoria, Commonwealth of Australia
Verfahren zum Abscheiden von Wasser aus festen organischen
Materialien
Die Erfindung betrifft das Abscheiden von Wasser aus festen organischen Materialien und ist insbesondere zum Entwässern
von Braunkohle anwendbar.
Deshalb wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Braunkohle erläutert, jedoch versteht es sich, daß das erfindungsgtmäße
Verfahren auch zum Abscheiden von Wasser aus anderen festen organischen Materialien, welche Wasser enthalten, verwendet
werden kann.
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-z-
Die beispielsweise in Australien im Staate Victoria vorkommende Braunkohle kann sehr "billig abgetaut werden, weil sie
in dicken Schichten nahe der Erdoberfläche vorhanden ist, so daß man den Abbau im Tagebau durchführen kann. So betragen
die Abbau- bzw. Förderkosten für die im Tagebau im Bezirk
Yallourn, Victoria, Australien, abgebaute Braunkohle etwa 75 australische Gents pro Tonne (2240 britische Pfund).
Demgegenüber ist jedoch der Heizwert dieser Braunkohle, verglichen mit dem Wärmewert anderer Kohle, sehr gering, was
insbesondere darauf zurückzuführen ist, daß diese Braunkohle in dem JTörderzustand eine große Menge Wasser enthält.
So beträgt der Heizwert von trockener Yallourn-Kohle
etwa 11200 brit. Wärmeeinheiten (BTU) pro brit. Pfund, d.h. etwa 25100 BTU/kg, jedoch besteht jeweils nur ein Drittel
der geförderten Braunkohle aus trockener Kohle, während zwei Drittel Wasser sind. Deshalb beträgt der Heizwert der
geförderten Braunkohle nur ein Drittel des oben genannten Wertes, d. h. pro brit. Pfund geförderter Braunkohle
3730 BTU bzw. pro kg geförderter Braunkohle etwa 8350 BTU.
Insgesamt ist jedoch festzustellen, daß Kohle immer noch ein wertvoller Brennstoff ist, wenn man die Gestehungskosten
für die nut β bare Wärme betrachtet. J.uf Grundlage der
oben angegebenen Werte kann man mit Unkoeten von 1 austr.
Cent folgende Wärmemenge erzielen»
2240/75 x 3730 = (2240 χ 3730)/75 = 112.000 BIU/et
Bei dein lieute üblichen Einsatz von Braunkohle als Brennstoff
ist jedoch nicht die insgesamt zur Verfügung stehende
Wärmemenge zum Heizen auszuwerten, weil ein Seil dieser Wärmemenge benötigt wird, um den Gehalt von zwei Drittel
Wasser von den übrigen Trockenbestandteilen der Braunkohle zu verdampfen. Hierfür wira eine Wärmemenge von etwa
1100 BTU pro brit. Pfund verdampfendes Wasser oder 1100 χ
2/3 = 730 Βΐϋ für 2/'j brit. tfund "Wasser benötigt, d. h.
etwa 2460 Bi1 u/kg Wasser oder 1635 BTU für 2/3 kg Wasser.
Deshalb wird der Wärmeinhalt der geförderten Braunkohle auf
3730 - 730 = 30Ü0 BTU/brit. Pfund Braunkohle verringert und
der pro austr. Cent erzielbare Wärmeinhalt beträft deshalb
nur (2240 χ 3OCü)/75 = 9CCOo BTU/ct.
Es ergibt sinn also, daß man, we^ii es /:ö glich ist-, das in
der Braunkohle enthaltene "Wasser ohne Verdampfung beim
Brennvorgang zu entfernen, den für einen aus tr. Cent tförderkosten
erhältlichen Yii'ärme inhalt des Brennmaterial es um
22.000 3'1'U erhöhen könnte, d. \\. um x 1Oü = 25 ^'
Es ist belcamit, da:? Wasser unter Druck von Braunkohle abgeschieden
werden kann, ähnlich wie bei der in der Hatur vorkommenden Unv^uiclung von Lignit oder Braunkohle in
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BAD OFIlGiNAt
Glanzkohle bzw. Steinkohle. Diese Y/asserabscheidung erfolgt
bei Drücken über 350 kg/cm . Man nahm bisher an, daß dieses Verfahren bei noch höheren Drücken erleichtert wird.
Es wurde jetzt gemäß der Erfindung jedoch gefunden, daß bei geeigneten höheren Temperaturen das in geförderter Braunkohle
enthaltene Wasser von derselben bei viel niedrigeren Drücken entfernt werden kann, vorausgesetzt, daß der Druck
über dem Sättigungsdruck der jeweils herrschenden Arbeitstemperatur liegt. Unter diesen Bedingungen ist das Abscheiden
oder Entfernen von Wasser unabhängig vom herrschenden Arbeitsdruck. Der Anteil des abgeschiedenen Wassers ist bei
höheren Temperaturen größer, und eine Arbeitstemperatur im Bereich von 250 C ist wirtschaftlich interessant. Bei dieser
Temperatur beträgt der Sättigungsdruck von Wasser 42 kg/cm2 (600 psia).
Die zu bearbeitende Braunkohle kann in einem Autoklaven erhitzt werden, wobei das hierbei verwendete Strömungsmittel
eine geeignete erhöhte Temperatur und einen geeigneten Druck besitzen kann. Unter derartigen Arbeitsbedingungen
wird das in der Braunkohle eingeschlossene Wasser nicht verdampft, sondern scheidet sich in flüssiger Form ab und
kann in geeigneter Weise ablaufen.
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Dementsprechend wird gemäiB der Erfindung ein Verfahren, zum
Abscheiden von V/asser aus festen orgiuiischen Materialien
vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dieses organische Material in Gegenwart eines Strömungsmittels "bei
erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck "behandelt wird, wobei der Druck über dem Sättigungsdruck, jedoch unter
550 kg/cm liegt, so daß flüssiges Wasser von dem organischen Material abgeschieden wird.
Das Strömungsmittel kann ein gasförmiges Strömungsmittel, beispielsweise Stickstoff sein, jedoch sind flüssigkeiten
vorzuziehen. Geeignete Flüssigkeiten sind Mineralöl, Wasser und flüssige Metalle. Wasser ist für diesen Zweck ein besonders
geeignetes Strömungsmittel.
Zweckmäßig liegt der Arbeitsdruck nicht bedeutend über dem S ättigungs ά ruek.
Vorzugsweise liegen die Temperaturen im Bereich von 100° bis ;300o C, insbesondere zwischen 240° bis 260° C.
Bs können bis zu 75 P des ursprünglich vorhandenen Wassere
entfernt werden, wenn man mit einer Temperatur bis zu 250° arbeitet, wobei der Arbeitsdruck über dem Sättigungsdruck ge·
halten wird. Der Sättigungsdruck ist natürlich ein für eine
b -
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■bestimmte Temperatur bekannter Parameter. Er beträgt beispielsweise
für Wasser bei 200° C 17,5 kg/cm und bei 250° G 42 kg/cm2.
Das vorgeschlagene Verfahren kann kontinuierlich durchge- , führt werden, γ/obei geeignete Vorkehrungen getroffen sind,
um einen ständigen Strom von Kohle durch den 3ehandlungsbehälter zu gewährleisten, wobei jede Stelle dieses Behälters
oder der entsprechenden Behandlungskammer auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.
Das Eingeben und Entfernen der Kohle kann entv/eder durch
einen Preßvorgang durch eine Öffnung mit Hilfe einer Extruderschnecke oder mit Hilfe von für die Zugabe und das
Entfernen "bestimmten Hilfskammern erfolgen, welche in einer
fortlaufenden Arbeitsfolge unter höhere und niedrigere Drükke
gesetzt werden können, während die Temperaturen in diesen Kammern nicht verändert werden.
Außerdem wird eine optimale Ausnutzung der vorhandenen Arbeitswärme
erzielt, wenn man übliche Wärmetauscher in bekannter Weise verwendet. ι
Untersuchungen bezüglich der Bindung von Wasser an Braunkohle haben gezeigt, daß die zum Entfernen von wenigstens
der ersten 80 £;i Wasser aus Yallourn-Kohle benötigte Energie
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nicht größer als die Energie ist, um flüssiges Wasser von flüssigem Wasser zu entfernen, so daß die für das Verfahren
insgesamt "benötigte Energie gleich UuIl ist. In der Praxis
wird jedoch einige Energie benötigt, um zum Erhöhen der Temperatur des verbrauchten Wassers und der getrockneten
Kohle beizutragen, obwohl diese Energiemenge durch Verwendung
eines geeigneten Wärmetauschers so gering wie möglich gehalten wird.
Die insgesamt erforderliche Energie zum Abscheiden von Wasser
aus Bräunkohle kann, wenn genäß der vorliegenden Erfindung
gearbeitet wird, in die Größenordnung von 200 BTU pro brit. Pfuna entferntes Wasser, verglichen mit 1100 BTTJ bei
Verdampfung, verringert werden, d. h. auf etwa 448 BTU/kg entferntes Wasser, verglichen mit 2460 BTU/kg verdampftes
Wasser.
Das folgende Beispiel erläutert ein spezielles Verfahren
genäß der vorliegenden Erfindung. Bs versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf das hier beschriebene spezielle
Ausführim^sbeispiel des Verfahrens beschränkt werden soll.
In der Zeichnung ist- sc'iematisch eine Anlage zum Durchführen
des als Beispiel beschriebenen speziellen Verfahrens ; ςεκκτ.β der Erfindung dargestellt. :
909836/0252 ßAn Λ
Es wird unbearbeitete geförderte Kohle 1 auf ein Sieb 2
geschüttet, welches zu große Kohlestücke, d. h. Stücke, die einen Durchmesser von mehr als beispielsweise 7,6 cm
besitzen, abscheidet. Die unter dieser Größe liegenden Kohlestückchen
fallen durch das Sieb 2 in einen Trichter 3, der sowohl als lagerbehälter als auch als Zugabebehälter
für die Anlage dient.
Der Trichter 3 gibt das Material, mit dem einer oder mehrere
Reaktoren beschickt werden sollen, über ein Förderband mit Magneteinrichtung zum Entfernen von Eisenbestandteilen
(nicht dargestellt) an die Reaktoren weiter. In der Zeichnung ist ein Reaktor 4 dargestellt, obwohl man vorzugsweise
mit mehreren parallel zueinander angeordneten Reaktoren arbeitet. Der Reaktor 4 besitzt als Aufgabevorrichtung
einen Schneckenförderer 5 mit einem Luftablaßstutzen 6 in
seinem mittleren Bereich. Das Ende des Schneckenförderers 5 ist ein flacher Zylinder, der bereits innerhalb des Reaktorgehäuses
liegt und ein Rückschlagventil enthält.
Der Reaktor 4 ist ein langgestreckter Zylinder, der geheizt werden kann und derart isoliert ist, daß . ie Temperatur des
im Zylinder befindlichen Materiales 2^'O° C annehmen kann.
Die Verweilzeit des Materiales im Reaktor ist geringer als 20 Minuten. Der im Reaktor herrschende Druck liegt wenig
über 42 kg/cm2.
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BAD
Am Ende des Reaktors 4 gelangt Kohle mit verringertem Wassergehalt,
hauptsächlich grobstückige oder grobkörnige Kohle ,über einen Siebrost 7 in einen Schneckenförderer 8, der
diese Kohle durch eine Druckschleuse nach außen unter atmosphärischem Druck abführt.
Das durch den Siebrost 7 hindurchfallende Material enthält feinkörnige Kohle und wandert durch einen Hydrozyklon 9,
wodurch ein Brei erzeugt wird, der mit Hilfe eines Trommelfilters 10 entwässert und dann dem der Anlage zugegebenen
frischen Material beigegeben wird.
Mir den Fachmann ist ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen
Verfahrensschritte auch auf das Abscheiden und Entfernen von Wasser von anderen festen organischen Materialien
als Braunkohle angewendet werden können.
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Claims (10)
190-2 6 Λ 9
Patentansprüche; '
.J Verfahren zum Abscheiden von Wasser* aus festen organischen
Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß das feste organische Material
in Gegenwart eines Strömungsmittels bei erhöhter Temperatur und einem Druck behandelt wird, der über dem
Sättigungsdruck Jedoch unter 350 kg/cm liegt, wobei
"Wasser in flüssigem Zustand aus dem organischen Material abgeschieden wird.
"Wasser in flüssigem Zustand aus dem organischen Material abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das feste organische Material Braunkohle ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitstemperatur im Bereich von 100° C
bis 300° G liegt.
bis 300° G liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitstemperatur im Bereich von 240° C bis 260° C
liegt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel Stickstoff
ist.
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6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsnittel eine Flüssigkeit ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein flüssiges Metall ist.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Flüssigkeit ein Mineralöl ist.
10. Verfahren nach einem oder Hehreren der Ansprüche 1 Ms 9, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich durchge- '■
führt wird.
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