DE2439014A1

DE2439014A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von formkoks

Info

Publication number: DE2439014A1
Application number: DE19742439014
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Lorenz
Original assignee: Carl Still GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Still GmbH and Co KG
Priority date: 1974-08-14
Filing date: 1974-08-14
Publication date: 1976-02-26
Also published as: NL7508510A; FR2281975A1; DE2439014C3; JPS5717910B2; FR2281975B3; JPS5141702A; IT1039778B; DE2439014B2; GB1504422A; LU73194A1; BE832370A

Description

'2439OH

Dr.F/Ke i2_m August 1974

Patentanmeldung

der

Firma Carl Still, Recklinghausen

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung

von Formkoks

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkoks, d.h. Koks in gleichen, regelmässig geformten Stücken, wobei Feinkoks mit backenden Fein— kohlen vermischt und die Mischungen in ihren plastischen Temperaturbereichen zu Briketten verpresst und die Briketten zur Nachhärtung und Nachentgasung über längere Zeiten hohen Temperaturen ausgesetzt und danach gekühlt werden·

Die Erhitzung von Feinkohle zur Verkokung kann dabei im direkten Kontakt mit heissen, inerten, festen oder gasförmigen Wärmeträgern erfolgen.

Gasförmige Wärmeträger werden dabei durch Verbrennung von Brennstoffen aller Aggregatzustände, z.B. Brenngasen, flüssigen Kohlenwasserstoffen und Kohle, erzeugt und die Verbrennungsgase mischen sich dabei mit den Kohleentgasungsgasen, so dass nur ein heizschweches Gasgemisch von z.B. 1 ooo kcal/Nm erhalten wird, das nur für den Einsatz in Kraftwerken wirtschaftlich verwendbar ist (z.B. DT PS 1 231 668) Die Erzeugung eines heizkräftigen Starkgases ist auf diesem V'ege nicht möglich; vielmehr bleibt das Verfahren an die Erzeugung von Schwachgas gebunden.

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Starkgas kann nach anderen bekannten Verfahren erzeugt werden, bei dem die Erhitzung der Feinkohlemischungen durch direkten Kontakt mit heissen, inerten, festen Wärmeträgern, z.B. Sand oder Feinkoks durch Vermischen mit diesen Stoffen erfolgt (z.B. DT PS 974 376; DT AS 1 135 419). Im Falle der Verwendung eines im wesentlichen nicht aus Kohlenstoff be— stehenden Wärmeträgers» muss dieser von der Feinkohle wieder abgetrennt werden, bevor diese zu Briketten verpresst wird.

Starkgas wird ebenfalls gewonnen, wenn auf Unterlagen ruhende Kohleschichtungen an beheizten Wänden aus feuerfestem Material entlang bewegt werden (DT PS 1 295 9ol).

Solche Verfahren sind sehr aufwendig wegen der grossen, im heissen Zustand zu transportierenden Mengen von abrasiven Feststoffen, vor allem aufgrund des Verschleisses an den Transporteinrichtungen. Dem klassischen Kammerverkokungsverfahren gegenüber ergeben sich dabei keine wirtschaftlichen und technischen Vorteile. ν

Das Kammerverkokungsverfahren seinerseits ist gebunden und abhängig von dem schlechten Wärmeleitvermögen des Kohlekuches im den Ofenkammern (Rohde_f Berechnung und Messung des instationären Temperaturfeldes bei der Steinkohlenpyrolyse im Koksofen, Dissertation Aachen 1967; Wiese, Beobachtungen und Gesetzmässigkeiten während des Verkokungsvorganges in Abhängigkeit von der Koksherstellungstemperatur sowie verschiedenen rohstofflichen und physikalischen Eigenschaften der verwendeten Kohlen, Dissertation Aachen 1969/7o).

Bekannt ist auch ein Verfahren zur Erhitzung und Entgasung von Feinkohle mit Wasserstoff, der mit Hilfe von Atomwärme hoch

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erhitzt worden ist. Wirtschaftlich tragbar ist dieses Verfahren nur, wenn die Restwärme in hohem Maße genutzt werden kann. Das ist nur möglich durch Anwendung von Hochtemperatur-Wärmetauschern, die vorläufig noch wirtschaftlich und technisch problematisch sind, so dass der Einführung dieses Verfahrens in die Technik von daher enge Grenzen gesetzt sind·

Der Erfindung zugrundeliegende Aufgaben sind es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Feinkoks für die Brikettierung aus feinkörnigen Kohlemischungen aufzufinden, bei dem die Kohlemischungen durch Wärmeeinwirkungen

und
entgast werden/auf einfache Weise Starkgas erhalten wird, ohne grosse Mengen von Kohle oder festen Wärmeträgern bewegen zu müssen und ohne von den schlechten Wärmeleiteigen— schäften eines Kohlekuchens in einer diskontinuierlich oder kontinuierlich betriebenen, waagerechten, schräg liegenden oder senkrechten Ofenkammer abhängig zu sein.

Die Verfahrensaufgäbe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs definierten Art der Feinkoks durch Verkokung eines unverdichteten Kohlestroms während seines freien oder abgelenkten Falles in einem Schachtofen hergestellt wird, wobei der Wärmeübergang auf die Kohleteilchen im Gegensatz zu bekannten Verfahren im wesentlichen durch Strahlung der Wände des Schachtofens erfolgt.

Die Erhitzung der Kohlekörner wird vorzugsweise in 1 bis Sekunden auf 8oo bis 9oo°C vorgenommen.

Dabei ist die Höhe des Schachtofens so bemessen_v dass die Kohlekörner während der Fallzeit im Schachtofen möglichst vollständig entgasen. Seine lichten Abmessungen betragen beispielsweise: Höhe ca. 35 m, Breite ca. Im und Länge ca. 5 m. Der Schachtofen kenn regenerativ oder rekuperativ mit Heizgasen beheizt werden.

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Am Boden des Schachtofens wird der angesammelte FeinkoJcs in bekannter Weise abgezogen, und er kann zunächst in einem Ausgleichsbehälter aufgenommen werden, bevor er in einem Mischer mit backender Kohle, z.B. in dem Verhältnis 2:1 vermischt wird. Hierbei findet eine Teilentgasung des Feinkohleanteiles statt·

Das Mischgut wird in bekannter Weise in Walzenpressen zu Briketten gewünschter Form, z.B. von Ei- oder Kissengestalt, verpresst.

Zur Kachhärtung und Nachentgasung ist es bekannt, die fertigen Briketten bis zu 18o Minuten lang Temperaturen bis zu 4oo°C, das ist ungefähr die Presstemperatur, auszusetzen. Die Festigkeit der Koksbriketten wird durch diese Massnahme wesentlich erhöht. Erfindungsgemäss werden sie 6o bis 12o Minuten Temperaturen bis zu 9oo°C ausgesetzt. Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Nachhärtung und Nachentgasung, wenn man die Briketten der Einwirkung der Gesamtheit oder eines Teiles des ungekühlten Entgasungsgases aussetzt. Dabei wird die Behandlung zweckmässig auf ca. 6o Minuten bei Temperaturen von 45o bis 75o°C ausgedehnt·

Bei der Mischung des helssen Feinkokses mit den backenden Feinkohlen, ihrer Pressung und Nachhärtung fallen noch Entgasungsgase an. Diese werden zweckmässig mit den Entgasungsgasen aus dem Schachtofen vereinigt.

Das gesammelte Entgasungsgas ist ein heizkräftiges Kokereigas von unterschiedlicher Zusammensetzung, das in bekannter V'eise aufgearbeitet, d.h. gekühlt, entstaubt und von V.'asserenteilen, Teer, Kohlenwasserstoffen, Ammoniak, Schwefelwasserstoff befreit wird.

Danach ist nur noch die Abkühlung der Koksbriketten, z.B. in einem Flüssigkeitst.auchbad oder mit Inertgasen auf Um-

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gebungstemperetur vorzunehmen. Danach\sind die Briketten fertia zum Einsatz. / ■> \

ErfindungsgemSss werden die Briketten;mit einem Kreislauf von Inertgasen, z.B. -verbnannten_; ,Heizgasen, gekühlt und und die den Briketten entzogene. Wärme wird zum Aufwärmen von V.'psser, z.B. enthärtetem Wasser, verwendet, das innerhalb oder ausserhalb des Verfahrens Verwendung finden kann.

Mit dem vorgewärmten Wasser karin z.B.das heisse Entgasungsgas gekühlt werden. Dabei wird Wasserdampf erhalten. Dieser kann seinerseits wiederum innerhalb des Verfahrens oder ausserhalb Verwendung finden./

So können z.B. die Entgasungsgase aus dem Schachtofen einer Nacherhitzung in Gegenwart von Wasserdampf unterworfen werden, wobei die Kohlenwasserstoffe und auch Kohlenstoff im wesentlichen zu Kohlenoxid und Wasserstoff umgesetzt werden. Auch das Ammoniak wird dabei völlig oder teilweise zu Stickstoff und Wasserstoff zersetzt. Erfindungsgemäss wird nun hierzu der bei der Kühlung der Entgasungsgase gewonnene Wasserdampf verwendet.

Zweckmässig sind dabei Katalysatoren, z.B· Nickel-Träger-Katalysatdren, zugegen·

Bei etwa gleicher Aufmahlungscharakteristik besitzen verschiedene Feinkohlensorten verschiedene Garungszeiten. Durch die Aufmahlung hat man es in der Hand, jeweils optimale Fallzeiten, d.h. Garungszeiten, in dem Schachtofen einzustellen. So wird z.B. eine Kohle mit längerer Garungszeit feiner aufgemahlen als eine mit kurzer Garungszeit. Auf diese V/eise werden dann nach dem Stoke'sehen Gesetz längere Fallzeiten in dem Schachtofen und damit auch längere Garungszeiten erreicht.

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ORIGINAL INSPECTED

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Der Schachtofen selbst wird erfindungsgemäss in verschiedenen Höhen mit Gasabzugsstutzen versehen. Auf diese Weise können in den verschiedenen Höhenabschnitten während der Entgasung verschieden zusammengesetzte Gase abgezogen werden. Während aus den oberen Stützen kohlenwasserstoffreiche Gase abgenommen werden, erhält man aus den unteren wasserstoffreiche Gase.

Die Gasabzugsstutzen werden erfindungsgemäss schräg nach oben verlaufend und sich erweiternd angeordnet, so dass nur minimale Mengen von Kohlen- und Koksstaub mit dem Ent— gäsungsgas weggetragen werden·

Bei einer besonderen Ausbildung des Schachtofens münden die Gasabzugsstutzen in indirekt beheizbare Retorten bzw. Räume, die mit einer Wasserdampfzufuhr versehen sind, bzw· die Gasabzugsstutzen selber sind in dieser Weise ausgebildet.

Vorzugsweise werden die Wände des Schachtofens, seine Heizzüge und auch die Retorten, in denen die Entgasungsgase gekrakt werden, aus feuerfesten Materialien mit hoher Wärmeleitzahl errichtet. Solche Stoffe bestehen aus oder enthalten z.B. Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid (Korund).

Die Fig. 1 bis 5 stellen Ausführungsbeispiele für die Erfindung dar, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.

Fig. 1 ist die schematische Darstellung der Schachtofenanlage mit der vorgeschalteten Bevorratung, Trocknung und Förderanlage der Kohle sowie der nachgeschalteten Gasaufarbeitungsanlage, Brikettier-, Nachhärtungs- und Kühlanlage;

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Pig. 2 ist die schematische Darstellung des Schachtofens allein in etwas vergrössertem Maßstab mit den Heizzügen, Regeneratoren und Ent— gasungsabzügen und Sohlkanälen; „ -

Fig. 3 ist ein vergrösserter, senkrechter Schnitt durch die Beheizungsanlage der Entgasungsabzügej

Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie a-a durch Fig. 3;

Fig. 5 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie b-b durch Fig. 3·

In Fig. 1 ist 1 der Bunker für nicht backende Feinkohle mit flüchtigen Bestandteilen. Diese wird durch die Zellradschleuse la und Leitung Ib in Leitung 3 eingetragen, die gleichzeitig als Trockner dient. In dem Verbrennungsofen wird ein heisser inerter Gasstrom erzeugt, und das heisse Gas fördert die Feinkohle unter Vortrocknung in den Abscheider 4 und von dort durch Leitung 8 und Zuteileranlage 9 in den Schachtofen Io. Der fertige Feinkoks wird aus dem Schachtofen durch die Austragschleuse 11 ausgetragen und fällt in den Mischer 12. Bituminöse, backende Feinkohle wird in dem Bunker 13 gestapelt und durch die Aufgabeschleuse 13a und Leitung 13b in die Leitung 15 eingeschleust, die gleichzeitig als Trockner dient. Im Ofen 14 wird wie im Ofen 2 durch Verbrennung ein heisser, inerter Gasstrom erzeugt, der die backende Feinkohle unter Trocknung in den Bunker 16 trägt. Der Bunker 16 ist über die kurze Leitung 16a, Zyklon 17 und Leitung 17a mit dem Endabscheider 17b (Elektrofilter) verbunden, der gereinigtes Abgas durch Leitung 17c in die freie Atmosphäre entlässt. Über die Leitung 5b ist der Abscheider 4 mit dem Zyklon 5 verbunden und weiter ist dieser

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durch Leitung 5a mit dem Abscheider 17b verbunden, so dass z±xk auch das Gas aus Leitung 3 in dem Endabscheider 17b gereinigt wird. Der im Zyklon 5 angesammelte Staub wird durch Leitung 6a in den Zwischenbehälter 6 und die Zellradschleuse 7 in Leitung 8 eingeführt und kommt über die Teile 8 und 9 in den Schachtofen Io. Der im Zyklon 17 gesammelte Kohlenstaub kommt über Leitung 18a, Zwischenbehälter 18, Leitung 18b, Schleuse 19 und Leitung 19a in die Leitung 21, die über die Schleuse 2o den Behälter 16 mit dem Mischer 12 verbindet und durch die vorgetrocknete bituminöse backende Kohle in den Mischer 12 gebracht wird· In dem Mischer 12 wird die backende Kohle mit dem Koksstaub vermischt, wobei sich der Feinkoks abkühlt und die backende Kohle bis auf den plastischen Temperaturbereich erhitzt wird. In diesem Zustand wird die Mischung durch den Abgang 22 auf die Walzenpresse 23 aufgegeben. Im Mischer 12 anfallende Entgasungsgase werden durch Leitung 12a den Entgasungsgasabzügen 34 des Schachtofens Io zugeführt. Die gepressten Brlkette treten aus der Walzenpresse 23 durch die Rutsche 24 aus und werden von dem Steilförderer 25 in den Nachhärtebehälter 26 gefördert, der durch Leitung 37 heisse Entgasungasgase aus den Entgasungsgasabzügen 34 des Schachtofens Io zugeführt erhält. Nachdem sich die Brikette in dem Nachhärtebehälter 26 6o Min. bei 45o bis 75o°C aufgehalten haben, werden sie durch Leitung 27a, Schleuse 27, Leitung 28a, Schleuse 28 und Leitung 28b in den Kühlbunker 29 entlassen, in dem über die Leitungen 54, 56 und 57, Gebläse 55 und Wasservorwärmer 51 ein inerter Kühlgaskreislauf aufrechterhalten wird. Der W_asservorwärmer 51 erhält dabei enthärtetes Wasser aus Leitung 5o. Das vorgewärmte V'a-ser wird durch Leitung 52 abgezogen. Die gekühlten Briketts werden durch den Abgang 3oa, Doppelschleuse 31 und Austritt 3o ausgetragen und ihrer Verwendung zugeführt.

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Das heisse Entgasungsgas, das aus Leitung 37 kommend den Nachhärtebehälter 26 durchzogen hat, verlässt ihn durch Leitung 38 und wird in dem Verdampfer 39 durch das Wasser aus der Leitung 52 gekühlt, wobei das Kasser verdampft. Das gekühlte Entgasungsgas verlässt den Verdampfer 39 durch Leitung 4o und tritt zunächst in den Russwascher 41 und dann durch Leitung 42 in den Vorkühler 43, sowie durch Leitung 44 in das Elektrofilter 45 und weiter durch Leitung 46 in den Schwefelwasserstoffwascher 47 und durch Leitung 48 in den Atnmoniaknachwascher 49 ein, aus dem es durch Leitung 49a entlassen und seiner Verwendung zugeführt wird·

In Fig. 2 sind die Entgasungsgasabzüge 34, die als beheizbare Sammelretorten ausgebildet sind, sichtbar, ihre Schrägwände haben eine Neigung von ca. 6o°. 32 sind Heizzüge, 33 Regeneratoren, 35 Heizzüge für die Gassamelretorten bzw. Entgasungsgasabzüge 34. 36a sind Sohlkanäle und 36 obere horizontale Kanäle zum Sammeln und Verteilen der verbrannten Heizgase, die nach Durchstreichen der Regeneratoren 33 durch weitere, nicht gezeichnete Leitungen zum Kamin 58 (Fig. 1) gelangen und von dort ins Freie treten. In die Sammelretorten 34 münden die von dem Verdampfer 39 (Fig. 1) kommenden, verzweigten Dampfleitungen 53. Durch den Zusatz von Wasserdampf werden die sich zersetzenden Kohlenwasserstoffe den Entgasungagasen sowie elementarer Kohlenstoff zu Kohlenoxid und Wasserstoff umgesetzt. Gleichzeitig wird auch das Ammoniak völlig oder teilweise zersetzt.

In den Fig. 3 bis 5 sind noch Einzelteile des Beheizungssystems gezeigt, und zwar ist 34a ein Querkanal zum Sammeln der Entgasungsgase und 34b sind Gasübertritte. ί>9 sind LuftZuführungskanäle für die Heizzüge 35. 6o sind Luftdüsen,

61 Schiebersteine zum Verändern.:ihres freien Querschnittes.

62 ist eine Starkgaszuführungsleitung, die durch die Wärme-

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Io -

isolierung 64 geschützt ist. 63 ist eine Starkgasdüse, die in den Heizzug 35 hineinbrennt. 65 bedeutet Mauerwerk, 66 sind Übertrittein den oberen Horizont a lic an al 67, deren Querschnitte mittels der Schiebersteine 68 verändert werden können« 69 sind Heizzugbinder. 7o ist eine mittlere Trennwand, wie sie bei unterteilten, regenerativen Beheizungssystemen von Verkokungsöfen üblich sind·

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Formkoks, d.h. Koks in gleichen regelmässig geformten Stücken, wobei Feinkoks mit backenden Feinkohlen vermischt und die Mischungen in ihren plastischen Temperaturbereichen zu Briketten verpresst und die Briketten zur Nachhärtung und Nach— entgasung über längere Zeiten hohen Temperaturen ausgesetzt und danach gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Feinkoks durch Verkokung eines unverdich— teten Kohlestroms während seines freien oder abgelenkten Falles in einem Schachtofen hergestellt wird, wobei der Wärmeübergang auf die Kohleteilchen im wesentlichen durch Strahlung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung der Kohleteilchen in 1 bis 2 Sekunden bis auf 8oo und 9oo C vorgenommen wird·

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Briketten zur Nachhärtung 6o bis 12o Minuten lang Temperaturen von 4oo bis 9oo°C ausgesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Briketten der Einwirkung der Gesamtheit oder eines Teiles der ungekühlten Entgasungagase ausgesetzt werden,

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachhärtung 6o Minuten lang bei 45o bis 75o°C durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Mischung von Feinkoks und backenden Feinkohlen, bei der Pressung der Briketten

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und der Nachhärtung noch anfallenden Entgasungsgase mit den Entgasungsgasen von der Verkokung vereinigt und

mit ihnen gemeinsam aufgearbeitet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, -dadurch gekennzeichnet, dass die Briketten mit einem Kreislauf von In4ertgasen gekühlt werden und die den Briketten entzogene Wärme zur Aufwärmung von Wasser, z.B. ent» härtetem Wasser, verwendet wird·

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsgase mit Wasser gekühlt und dabei Dampf gewonnen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlwasser das bei der Kühlung der Briketten vorgewärmte Wasser verwendet wird.

Io. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, dass die Entgasungsgase aus dem Schachtofen in Gegenwart von Wasserdampf nacherhitzt und dabei die Kohlenwasserstoffe des Entgasungsgases sowie Kohlenstoff im wesentlichen zu Kohlenoxid und Wasserstoff umgesetzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umsetzung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoff' Katalysatoren, z.B. Nickel-Träger-Katalysatoren, zugegen sind.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und ίο» dadurch gekennzeichnet, dass zur Umsetzung der Kohlenwasserstoffe der Wasserdampf verwendet wird, der durch die Kühlung der Entgasungase erhalten wurde.

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13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einem regenerativ oder rekuperativ beheizten, mit "Heizzügen versehenen Schachtofen von einer freien Höhe von ca· 35 m, einer Breite von ca. 1 m und einer Länge von 5 m, gekennzeichnet durch schräg nach oben gerichtete, sich im Querschnitt erweiternde Gasabzüge in verschiede· nen Höhenabschnitten des Schachtofens·

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass alle oder ein Teil der Gasabzuge indirekt beheizbar und mit Wasserdampfeintritten versehen sind oder die GasabzUge in so ausgerüstete!Räume bzw· Retorten einmünden·

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schachtofen mit seinen Gasabzügen oder Teile davon aus Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid enthaltenden, gut wärmeleitenden Baustoffen errichtet sind.

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