DE2244713A1 - Verfahren zur haertung von brikettgruenlingen - Google Patents

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Or. R Zumsteln Jun.

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Case 5457
XC/Si

PMC COEPOEATION, Uew York, Hew York 10017, U.S.A.

"Verf ahren zur Härtung von Brikettgrünlingen¹¹

Die Erfindung "betrifft die Herstellung von Briketts aus Kohleteilchen und insbesondere ein Verfahren zur Härtung von Brikettr grünlingen in Gegenwart von Sauerstoff.

Es ist "bekannt, daß man durch Brikettieren von Kohleteilchen mit geringem Gehalt an flüchtigen Materialien mit einem bituminösen Bindemittel und Härten der Brikettgrünlinge in Gegenwart von Sauerstoff während einer bis zwei Stunden.bei einer Inertgastemperatur von 190 bis 232⁰C (375 bis 45O⁰F) und Verkoken der gehärteten Briketts,Briketts aus Kohleteilchen mit überlegenen Eigenschaften herstellen kann. Ein Material, 4as als Hüttenkoks selbst in Hochöfen verwendet werden kann,.kann gemäß den in den U.S.-Patentschriften 3 140 241 und 3 140 242 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Gemäß den in diesen Patentschriften beschriebenen Verfahren wird vermahlene Kohle getrocknet, in Gegenwart von Sauerstoff, der zu dem Gas,in dem die Kohle suspendiert wird, zugesetzt werden kann (U.S.-Patentschrift 3 140 241) oder der in der Kohle vorhanden sein kann (U.S.-Patentschrift 3 140 242) unter Ausbildung von katalysierten Kohleteilchen auf eine Temperatur von mindestens 121°C (250⁰P), die unterhaLb der Temperatur, bei der Teer gebildet wird, liegt,

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ORIGINAL INSPECTED

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erhitzt. Diese Teilchen werden dann in einer Wirbelbettentgaßungseinrichtung oder mehreren Vorrichtungen dieser Art schockartig auf Temperaturen, bei denen sich Teer bildet, und die typischerweise bei 260 bis 482°C (500 bis 900⁰F) liegen, erhitzt, um im wesentlichen den gesamten Teer über Kopf abzudestiliieren. Die so gebildeten teerfreien Kohleteilchen werden dann weiter auf eine höhere Temperatur, normalerweise eine Gasaustrittstemperatur von 760 bis 860⁰C (1400 bis 15OO°F) erhitzt, um die nicht-kondensierbaren flüchtigen Materialien zu entfernen und ein Röstgut (Calcinat) zu bilden, das vorzugsweise weniger als 3 % flüchtiger Materialien, jedoch mindestens 1 % Wasserstoff enthält. Das Röstgut wird dann in inerter Atmosphäre auf eine Temperatur abgekühlt, bei der es an der Luft weiterverarbeitet werden kann. Das abgekühlte Röstgut wird dann mit einem bituminösen Bindemittel vermischt und zu Briketts verformt.

Das Bindemittel wird vorzugsweise aus dem Teer hergestellt, der in der Entgasungseinrichtung gebildet wird, indem man ihn zu einem Pech verbläst, das bei Raumtemperaturen fest ist. Die Briketts werden in Gegenwart von Sauerstoff gehärtet, wobei offenbar eine exotherme Reaktion zwischen dem Sauerstoff und der Rostgut/Pech-Mischung eintritt, was zu einer Verbindung des Röstguts mit dem Bindemittel führt. Bei Anwendung von sauerstoffhaltigem Gas und bei Temperaturen von etwa 190 bis 232°C (375 bis 450⁰P) in dem Härtungsofen ergeben sich im Inneren des Briketts während des Härtens Temperaturen von etwa 260 bis 288°C (500 bis 55O⁰F). Die gehärteten Briketts werden dann verkokt, um den Gehalt an flüchtigen Materialien auf einen Wert.unterhalb 3 % zu bringen.

Im Laboratorium wurden die Briketts in einem Laboratoriumsofen in Gegenwart von Luft gehärtet, wobei jedoch die Schichthöhe durch Anwendung mehrerer Schichten niedrig gehalten wurde, um einen Temperaturanstieg zu verhindern, der bis zu der Entflammung führen könnte.

Wie in den U.S.-Patentschriften 3 140 241 und 3 140 242 beschrie-

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ben ist, kann, wenn man Luft als Härtungsmedium verwendet und ein Anstieg der Temperatur und ein Verbrennen der Briketts vermieden werden soll, eine maximale Schichtdicke von etwa 15»24 cm (6 inches) verwendet werden. Diese Dicke ist jedoch für eine gute Produktivität nicht ausreichend, so daß es erforderlich ist, zur Verminderung der Reaktionsgeschwindigkeit die Sauerstoffkonzentration des Gases herabzusetzen* Dies führt zu einer Schwächung der während der Härtung gebildeten Bindungen, so daß man Briketts mit einer Festigkeit erhält, die unterhalb der optimalen Festigkeit liegt.

Es wurde nun in der U.S.-Patentschrift 3 384 557 vorgeschlagen, Brikettgrünlinge durch Eintauchen in ein Wirbelbett aus erhitzten Feststoffen, insbesondere calcinierten Kohleteilchen, in Gegenwart von mindestens 10 % Sauerstoff zu erhitzen und zu härten. Dieses Verfahren ist durchführbar, erfordert jedoch eine äusserst sorgfältige Verfahrensführung.

Erfindungsgemäß werden Brikettgrünlinge auf einem bewegten Rost' in Schichtdicken von 25,4 cm bis 91 »4 cm (10 bis 36 inches) dadurch gehärtet, daß man sie mit Gasen behandelt, die mindestens 15 % Sauerstoff und bis zu 21 % Sauerstoff (Luft) enthalten, indem man heißes sauerstoffhaltiges Gas mit einer Temperatur zwischen 190 und 232°C (375 bis 450⁰F) durch das sich bewegende Bett aus Briketts mit einer ausreichenden Geschwindigkeit führt, um die Wärme der exothermen Reaktion abzuführen und einen Temperaturanstieg in den Briketts auf einen Bereich oberhalb 288 bis 302⁰C (550 bis 575°F) zu vermeiden.

Die erforderliche Gasgeschwindigkeit kann leicht berechnet werden, da die exotherm bei der Härtungsreaktion gebildete Wärmemenge in Abhängigkeit von der Art des Bindemittels und des Bindemittelgehaltes zwischen 55»5 t>is 111,1 kcal/kg Brikett (100 bis 200 BTU per pound) liegt.

An Hand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform soll die Erfindung im folgenden weiter

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erläutert worden. Jn der Fig. 1 int- die zur Ausbildung der Brikettschicht verwendete Vorrichtung schematisch gezeigt. Die Fig. 2 zeigt in schematischer Weine den den Härtungsofen enthaltenden Abschnitt.

Das Härten von Brikettgrünlingen gcuriäß den in den U.S.-Patentschriften 3 140 241 und J 140 242 beschriebenen Verfahren umfasst eine durch Sauerstoff in Gang gebrachte Reaktion zwischen den Röstgutteilchen und dem oxydierten bzw. mit Sauerstoff versehenen Bindemittel. Die Koalition wird durch Erhitzen der Brikettgrün] inge auf eine Temperatur in der Gegend von 204⁰C (400⁰F) in Gang gebracht. Wenn die Reaktion abläuft, wird Wärme freigesetzt, so daß die Temperatur innerhalb des Briketts ansteigt. Es ist jedoch eriorderlich, daß die Brikett-Temperatur nicht höhor liegen sollte als etwa 288 bis 302°C (^50 bis 57!^°F), da die Briketts bei höheren Temperaturen entflammen.

Arbeitet man mit geringen Schichtdicken, so ist der Temperaturanstieg in den Briketts nicht überaiässig, da die Wärmeverluste einen derartigen Q'emperaturanstieg verhindern. Bei Schichtdicken von mehr als 15,24 cm (6 inches) traten jedoch diese Temperaturanstiege ein. Bei dickeren Schichten war es erforderlich, die Reaktion durch Verminderung des Sauerstoffgehaltes des durch die Schicht hindurchdringenden Gases zu verlangsamen.

Erfindungsgemuß wird nun der Temperaturanstieg nicht durch Verlangsamung der Keaktion verhindern, sondern die Reaktion wird mit optimaler Reaktionsgeschwindigkeit durchgeführt, indem ein Gas mit einer Geschwindigkeit, die nusreicht, die Reaktionswärme aus der dicken Schicht abzuführen, durch die Schicht hindurchgefühlt wird, so daß die Temperatur der Briketts unterhalb des Punktes bleibt, bei dem sie; entflammen.

Die Gasmenge, die hierzu erforderlich ist, variiert mit der Temperatur des Gases, der Zusammensetzung des Gases (und damit der sich ergebenden Reaktionsgeschwindigkeit) und der abzufüh-

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renden Wärmemenge. Die Temperatur muß natürlich hoch genug liegen, um die Reaktion innerhalb einer vernünftigen Zeit in Gang' zu bringen. V/enn man eine grössere Menge von Brikettgrünlingen mit einer Temperatur von 82-,2 bis 83,3°C (180 bis 200⁰P) mit Luft in Berührung bringt, so werden diese in Brand gesetzt. Venn jedoch eine vernünftige Reaktionszeit erreicht werden soll, muß das Gas auf eine Temperatur von etwa 190⁰G (375⁰F) erhitzt werden. Das Gas sollte jedoch nicht so hoch erhitzt werden, daß es nicht mehr als wirksames Mittel zur Abführung der Wärme dienen kann und somit sollte seine Temperatur nicht höher liegen als etwa 232°C (4-50°]?), Vorzugsweise liegt die Gastemperatur bei 2-10 ± 8,3°C (410 4- 15⁰F), da in dieser Weise das Verfahren ohne übermässig hohe Gasgeschwindigkeiten durchgeführt werden kann»

Man kann erhitzte Luft oder ein Gas verwenden, das Luft, die mit Verbrennungsprodukten oder anderen inerten Verdünnungsmitteln verdünnt ist, enthält. Der Sauerstoffgehalt des Gases sollte jedoch genügend hoch sein, so daß das Gas, das aus dem Härtungsofen austritt, mindestens 15 % Sauerstoff enthält.

Eine typische Ausführungsform der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung gezeigt. Geschmolzenes Pech und das Röstgut werden in eine Mischeinrichtung 10 eingebracht, in der sie innig vermischt werden. Die Mischung 12 wird dann in eine Brikettiervorrichtung 14 eingebracht, worauf die.Briketts 16 über ein Förderband 18 auf ein Gitter 27 zur Abtrennung der feinen Teilchen gefördert und dann in die Beschickungseinrichtung 22 eingebracht, das die gewünschte Brikettschicht' 24 auf dem bewegten Rost 27 ausbildet. Dieser Rost führt die Brikettschicht 24 durch einen Härtungsofen 26 auf ein Förderband 28, das die gehärteten Briketts in die Verkokungseinrichtung überführt.

Bei der Inbetriebnahme wird Wärme zugeführt, um die Temperatur des eingetretenen Gases auf etwa 190 bis 232°C (375 bis 450⁰F) zu bringen und die exotherme Reaktion in den härtenden Briketts in Gang zu bringen. In dem Maße, in dem sich der Härtungsofen

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erwärmt, wird die Wärmezuführung vermindert. Die Strömungsgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um die Temperatur aufrechtzuerhalten, hängt von der Schichtdicke, der Sauerstoffkonzentration und der Eintrittstemperatur ab. Die erforderliche Geschwindigkeit kann aus der Reaktionswärme und anderen Wärmedaten berechnet werden.

Sauerstoffhaltiges Gas 30 wird mit Hilfe eines Gebläses 32 in den Ofen 26 eingeführt. Dieses Gas wird in einer Brennkammer 34 durch Vermischen mit einer geringen Menge eines Brenngases 36 vorerhitzt und mit Hilfe einer Eeihe von Gebläsen 381 40 und 42 durch die Abstände des Ofens 26 geführt. Es sind zusätzliche Heizeinrichtungen 44 und 46 vorgesehen, die ebenso wie die Heizeinrichtung 30 nach der Inbetriebnahme nicht mehr erforderlich sind, da die Reaktionswärme in den Briketts 16 die Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur sicherstellt, wenn der Sauerstoffgehalt bei etwa 15 % gehalten werden kann. Ein Gebläse 48 entlüftet den Eintrittsraum und führt die abdestillierten Materialien in eine Verbrennungseinrichtung ein.

Bei der Durchführung des Verfahrens führten sowohl Luft als auch Abgase mit einem Sauerstoffgehalt von 18,5 % mit Temperaturen von 204°C (400⁰F) bei Schichtdicken von 61,0 cm (24 inch) zu guten Briketts, wobei eine Gasgeschwindigkeit von 1,80 m/Sek. (2,4 feed per second) und Härtezeiten von 2 Stunden eingehalten wurden.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Verfahren zur Härtung von Brikettgrünlingen in Gegenwart von Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Brikettgrünlinge mit einer· Schichtdicke von 25V* ^s 91,4 cm (10 bis 36 inches) auf einen bewegten Host aufgebracht werden, mit Gasen,' die mindestens 15 % Sauerstoff und bis zu 21 % Sauerstoff (d.h. Luft) in Berührung gebracht werden, indem man ein heißes sauerstoffhaltiges Gas mit einer Temperatur von 190 bis 232°C (375 bis 450⁰F) mit einer Geschwindigkeit₉ die ausreicht, um die Wärme der exothermen Reaktion abzuführen, und einen Temperaturanstieg innerhalb der Briketts auf eine Temperatur oberhalb 288 bis 3O2°G (550 bis 575⁰S¹) zu verhindern, durch die bewegte Brikettschicht leitet.

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   Lee rs e ι te