DE2524692A1

DE2524692A1 - Verfahren zur herstellung von brennstoffbriketts

Info

Publication number: DE2524692A1
Application number: DE19752524692
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Goossens; Wolfgang Dr Ing Hermann; Wilhelm Ing Grad Keusch; Rudolf Ing Grad Redlich
Original assignee: ESCHWEILER BERGWERKSVEREIN
Current assignee: ESCHWEILER BERGWERKSVEREIN
Priority date: 1975-06-04
Filing date: 1975-06-04
Publication date: 1976-12-23
Also published as: AU507150B2; US4059412A; ZA763327B; JPS51148702A; GB1533610A; AU1464676A

Description

L,ez.; Verfahren zur üerstellung von brennstoff briketts

uie Erfindung betrifft ein Verfahren zur üerstellung von brennstoff briketts durch Heißpressen eines Gemisches, das aus feinkörniger bei Preiotemperatur erweichender Kohle und einer bei Preßtemperatur nicht oder kaum erweichenden Komponente besteht, v/obei die /ujsgangskomponenten vor ihrer burchmischung dadurch auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizt werden, daß in Strömungsrichtung zuerst die nicht erweichende Komponente und anschließend die erweichende Komponente in einen ueizgasstrom eingebracht und nach

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Erhitzung ausgeschieden v/erden.

Qualitätseigenschaften, wie Festigkeit und Raucharmut, hängen bei der Herstellung von heißbriketts nicht nur von den Ursprungseigenschaften der Ausgangsrohstoffe ab, sondern werden weitgehend auch von den kohstoffzuständen im Zeitpunkt der Verpressung bestimmt.

Lei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Brennstoffbriketts verden zur Erzielung bestimmter Cualitätseigensciiaften definierte Rohstoffzustände des zu verpressenden Gemisches durch thermische Zersetzung angestrebt. Die bisher praktizierten Techniken zur thermischen Üehandlung, sei es zur Entgasung oder Vergasung fester, staubförmiger oder körniger orennstoffe, gingen davon aus, daß zunächst die zu behandelnden Substanzen in getrennten Verfahrensschritten getrocknet, gemahlen, um eine möglichst hohe lieaktionsfläche zu erhalten, und nach anschließender Sichtung dem eigentlichen thermischen Prozeß zugeführt wurden, uurch eine bestimmte Aufheizung und Entgasung der Ausgangskomponenten sowie durch eine weitere Entgasung des Gemisches vor der Verpressung innerhalb einer bestimmten Temperatur-Zeit-Funktion sollen die Kohstoffe den angestrebten Zustand annehmen.

Die bisher bekannte Anreicherung von Sauerstoff, also eine überstöchiometrische Fahrweise, wurde mit der absieht verfolgt, backende Steinkohlen thermisch so zu zersetzen, daß sie für nachgeschaltete Prozeioschritte, die zum Teil hinderliche Backfähigkeit verlieren sollten. Hit dieser Sauerstoffanreicherung der Rauchgase, die neben ihrer Wärmeübertragungsaufgabe auch noch die

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Funktion des irägermediums darstellten, mußte neben der gewünschten Zerstörung der üackfähigkeit eine unwirtschaftliche Kohlenstoff verbrennung in Kauf genommen werden.

wie Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Ausgangskomponenten mit einem Medium aufzuheizen und thermisch zu zersetzen, das sich in weiten Grenzen auf die Art der «usgangskomponenten so abstimmen läßt, daß die unterschiedlichsten Rohstoffe vor der Verpressung genau definierte Zustünde annehmen können.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung vor so zu verfahren, daß als Reaktionspartner mit einem Aufheizmedium reiner Sauerstoff bzw. ein Sauerstoff/Stickstoffgemisch größer als 21 Volumenprozent Sauerstoff vorzugsweise in einem Verhältnis von 2:1 bis zum stöchiometrischen Verhältnis in der Weise als prozeßtechnisches Regulativ Verv/endung findet, und ein Trägergasstrom mit Temperaturen zwischen 1000 C und 1700 C derart erzeugt wird, daß abgestimmt auf die Art der in einer unklassierten Körnung bis zu 14 mm vorliegenden Ausgangskomponenten Kornstrukturen erreicht v/erden, die bei mittleren Aufheizgeschwindigkeiten von rund 2500 C/sec und Endtemperaturen der nicht oder kaum erweichenden Komponente zwischen 350 C und 700 C zu Schüttgewich-

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ten zwischen 0,3 t/m bis 0,7 t/m vor der Durchmischung führen.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Sauerstoff oder einem bestimmten Sauerstoffgemisch als Reaktionspartner mit einem Aufheizmedium lassen sich durch die in weiten Grenzen mögliche Regulierbarkeit unterschiedliche Ausgangsstoffe so behandeln, daß vor

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cer Vcrpressung des Gemisches exakt c'efinierte Kohstoffzustände erzielbar sind.

Lde Reduzierung ces Stickstoffes eier Verl>rcnnungslurt führt zu günstigeren PartialdruckverhUltnissen und höheren Strahlungsintensitäten der ReaktionsGtmosphüre, so caJ mit niedrigeren Aufheiztemperaturen und somit milderen Prozeübedingungen gearbeitet v/erden kann, die zu einer schonenderen behandlung des Feststoffes führen und die für eine orikettierung erwünschten Schuttgewichte erreichen lassen. Die beim erfindungsgemaiien Verfahren gewühlte Keaktionsatmosphäre kann durch den Sauerstoff des Sauerstoff/ Stickstoffgemisches bei stöchiometrischer Verbrennung des Brenngases dahingehend abgestimmt v/erden, aaß in Abhängigkeit der jeweils eingesetzten Kohlenart ein noch für die Brikettierung zu· gängliches Schuttgewicht bzw. eine heterogene Kornstruktur, die noch durch das oben erwähnte grobe Kornband begünstigt wird, erzeugt werden kann.

Die verfahrenstechnische Lösung der gestellten Aufgabe lütit sich mit der der ancif^-lieibbrikettier-Technik eigenen Klugstromreaktortechnik durchführen. Wie bekannt, wird die Aufheizung fester Brennstoffe beim ancilr-Verfahren durch eine einzige Energiequelle, nämlich der dem liegenden Flugstromreaktor vorgeschalteten Verbrennungskammer, bewerkstelligt. Diesem Verbrennungssystem wurde bisher ein Brenngas/Luft-Gemisch zugeführt. Die bei der Verbrennung entstehenden heißen Feuergase dienten zur Aufheizung des festen Brennstoffes.

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;.ach aer weiter oben geschilderten Verfahrensweise v.'ird der hohe Inert-Geholt des rcauchgases nun dadurch vermindert, daß die Verbrennungsluft und ein feil der Transportluft aurch einen entsprechenden i-.nteil an technisch reinem Sauerstoff oder einam Jauorstcfv/.-Jtickstoff-Gcniisch so erhitzt wird, da:J die Verbrennung noch in stöchiometrischer «\rt und ..eise aolüutt. nit der regulier-Tcihiren Einstellung eines rewählten Sauerstoff/ stickstofi-Verhältnisses v'ird die Temperatur des Trügcrgoses kurz noch eier ;crbrennungsquelle so flexibel geholten, da: eine mildere tiiermisciic Zerkleinerung und ein weitgehend ungecracktcs h'yi-olv'segcs c;e- \·οηηαη wird, eins in uon inertürmcren ivauciigasstrorn diffundiert.

ivie schwach verdünnten r'yrolysogfjso incl. der Teere unc; Jtäu.oc lassen sicii nacii /ibscrieicung vom rcststofr in ..ärraeciustcuscnlyiilonen ohne AbkUiilung in eine nachgeschultete Vergasun^snnlage einfüiiren. ^ic im i;estgas cntiialtenen flücsigen und testen ^cstcncteile künnen nattels Öauerstorf una ..cisserciampf verciost und in einer euren eingeschlossenen unkomplizierten JcsreiniQungsanlarse gereinigt '.■'erden.

uurch eine flexible und dosierte Lufuhr cn Sauerstoff wird die i.oglichkeit gecebcn, entsprectience Lncrgieprofile in einer.) liegenden rlugstromreaktor aufzubauen und so jeweils auf den entsprechenden Ki.hlentyp abzustimmen, öcß eine für die sich anschließende i-oir>brikettierung notwendige Kornstruktur erzeugt werden kann. Sauerstoff ist somit als Regulativ für entsprechende Proze...ibet'ingungen zu sefien.

ie V.Urmeübertrafjunc on das feuchte Kohlekorn wird maßgeblich ciurch

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SAO ORIGINAL

die fühlbare Wärme der heiilen Feuergase aus der brennkammer beeinflußt. Zudem nimmt die Strahlungsenergie entscheidenden cinflui3 darauf, üa jedoch die Summe der zu übertragenden Energie direkt proportional der 4. Potenz c'er Temperatur ist, andererseits jedoch die Zmissivität mit steigender Temperatur abnimmt, muß ein bestimmtes prozeßtechnisches Gleichgewicht angestrebt werden, iiit cer rieduzierung des Stickstoffunteils durch Einsatz von Sauerstoff entstehen günstigere Partial-uruckverhältnisse, die zu einer erhöhten Strahlungsintensität führen und somit cus dem oben genannten notwendigen Energieprofil ermöglichen, daß die Verbrennungstemperaturen der Rauchgase tiefer liegen können.

Die abgestrahlte Energie des Gaskörpers (Rauchgas) ist abhängig von der Gesaratemissionszahl £ und seiner jeweiligen Temperatur.

E = f (£, T⁴)

υα jedoch die Gesamtemissionszahl £ ihrerseits wieder eine Funktion von Temperatur, Druck und Schichtdicke ist, und diese umgekehrt proportional zur Temperatur steht, ist eine Optimierung der Energieübertragung notwendig.

Cei konstantem Partialdruck und Schichtdicke (Reaktordurchmesser) werden bei variabler Temperatur unterschiedliche Emissionszahlen erreicht. Wird die Temperatur T.< T₂, so ist bei gleichem Produkt von Partialdruck und Schichtdicke eine Erhöhung von £ verbunden, l.ird hierbei noch die Gegenwart von "Hehrgaskomponenten" (WJ), CO, C0„, f\L etc.) berücksichtigt, so besteht eine gegenseitige Beein-

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flussung in den Strahlungszahlen dahingehend, daß aufgrund der Semipermeabilität der Gasinhaltsstoffe eine niedrigere Emissivität auftritt.

Aus dem Zusammenhang von Emissionszahl, Schichtdicke, Partialdruck und Temperatur lassen sich folgende Zusammenhänge ableiten, die eine definierte, apparative und prozeßtechnische Führung des Reaktors zur Aufheizung schwebender Kohleteilchen im Sinne höherer Flexibilität und definierter Kornstrukturen ermöglichen.

Da das Verhalten der inerten Komponente nach dem thermischen Aufheizprozeß auf die nachgeschaltete Feststoff-V«'ärmeUbertragung und der sich anschließenden Brikettierung von entscheidendem Einfluß auf die Produktqualität ist, kann die Behandlungsart auf die Kohlequalität abgestimmt werden.

liit dem Sauerstoffeinsatz per intensiverer 'Wärmeübertragung wird je nach eingesetzter Kohlenart eine schon früher beschriebene 3-phasige Kornstruktur erzeugt, die insbesondere bei hochflüchtigen Kohlen durch eine mildere thermische Behandlung erreicht werden kann. Bei der bekannten Fahrweise ist die Flexibilität in der Kohleaufheizung nahezu starr gebunden, da neben der fixen Relation Gas/Luft eine bestimmte Gemischteraperatur entsteht, die über die Temperatur der inerten Komponente stark beeinflußt wird. Zur Frage der Gasvolumenverringerung in einem Aufheizrohr weiß man aus Erfahrung, daß bei gleichen Endeffekt Länge und Durchmesser des Reaktors, insbesondere der Durchmesser bis zu 100 %, variabel gehalten werden kann.

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Gleichzeitig wird mit dem Cciuerstoffeinsotz ein kalorienreicheres Ccs mit geringerer Gasmenge erzeugt, so c-a.1 die nachgeschaltetcn Verrchrenselemente sowie die eigentliche hauptstufe kompakter gebaut worden können. Dies ist insbesondere im iiinbiick auf eine Anlogenvergrößerunc^scharakteristilc als vesentlich zu betrechten, da die Absciieidegrade von Zyklonen von Durchsatz und Temperatur abhängen.

Das ncchfolgende Zahlenbeispiel skizziert die iiüglichkeiten beim erfindungsgemäßen Einsatz von Sauerstoff.

Kohlengrundlage:

34 >j mittelfluchtige, backende bindemittelkohle ΰθ /i obere Anthrazitfeinkohle 16 /: obere i lagerkohle

betriebsbedingungen:

Gasverbrauch Π 20 Wm /h

Verbrennungsluft 3900 Iim⁰/h

Transportluft 1220 Nm /h

Gesamtabgas (gem.) 6768 Wm /h

Gaszusammensetzung:

SKW 0,2 Vol.-Ji

CO 2,2 "

H₂ 11,8 »

CH₄ 9,2 "

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ORIGiNAL INSPECTED

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»■*/·» οο, ο VoI · -/ο

heizwert ί. 1200 kcal/i jm

Kfcciuzieruno des Ötickstotfanteils e'er Verbrennungsluft

Erhöhung des noizwertes auf ca. Süüü kcal/i\^:m° Verminderung der ^bgcismencje um ca. J4 ,■■> αυτ co. 37üö Nm'/h

In einer ,\eihe von Versuchen wurde das hohe Temperaturprofil unmittelbar hinter der lirennkammer durch eingedüstes Wasser drastisch gesenkt. Die bei diesor iahrveise entstehenden Kornmodifikotionen, zunächst gemessen als Schuttgewicht, zeigten, daß gegenüber der normalen i-ahrveise das Kohlekorn grober blieb, nicht so perforiert war und ein höheres Schüttgewicht aufwies. Geht man davon aus, da^;5 man durch eine bestimmte dosierung von Gas, Sauerstoff und Transportluft das absolute Temperaturniveau kurz hinter der ürennkammer variabel hält, so ist man in der Lage, abgestimmt auf die jeweils eingesetzte Kohlenart, ein bestimmtes Sch'üttge- \icht zu erzeugen.

Uc das thermisch erhitzte i\ohlekorn zwei verschiedene Funktionen in nei.'brikettiertechnischer ninsicht zu erfüllen hat, nämlich eine kürmeübertragunesfunktion von Feststoff zu Feststoff im Wischer unc andererseits noch kompaktierbar sein mu.G, kann dc;s Schüttgev/icht als "Zielgröße" des Prozesses ungesehen werden, in dem Wert des 5chUttgewichtes üu.'crt sich die Struktur cies erhitzten iiornes und gibt daher ein hCia für das .iirmespeicherungs-

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BAD ORIGINAL

vermögen und die Wärmeübertragung ab. andererseits wird mit den Sciiüttgewicht die fUr die Brikettierung wichtige Vorverdichtung des liöterials zum ausdruck gebracht.

Allgemein gilt die Aussage; Je blasiger und perforierter das Kohlekorn ist, um so geringer ist das v/irksame Schuttgewicht und damit die Kompaktheit der Kohlemasse, bei einer solchen Kornbeschaffenheit wird ebenfalls die Wärmeübertragung schlechter.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dab mit dem überwiegenden Einsatz von Sauerstoff anstelle von Stickstoff günstigere und flexiblere Partialdruckverhältnisse im Flugstromreaktor geschaffen werden, die mittels der darüber erfolgenden variablen energieübertragung an das Kohlekorn auf einfache ..eise zu einem gewünschten Stoffverhalten führen.

der oben skizzierten Verfahrensweise wird ein standortfernes Starkgas bzw. das im Prozeß anfallende Gas stöchiometrisch verbrannt. Die abstimmung von Gas, Sauerstoff und Transportluft erfolgt also in einem stüchionietrischen Verhältnis.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Brennstoffbriketts durch ^einpressen eines Gemisches, das aus feinkörniger bei Pre.GtemperG-tur erweichender Kohle und einer bei hreßtemperatur nicht oder kaum erweichenden Komponente besteht, wobei die Ausgangskomponenten vor ihrer Durchmischung dadurch auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizt werden, daß in Utrömungsrichtung zuerst die nicht erweichende Komponente und anschließend die erweichende Komponente in einen iieizgasstrom eingebracht und nach Erhitzung ausgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionspartner mit einem Aufheizmedium reiner Sauerstoff bzw. ein Sauerstoff/otickstoffgemisch größer als 21 Volumenprozent Sauerstoff vorzugsweise in einem Verhältnis von 2:1 bis zum stöchiometrischen Verhältnis in der Weise als prozeßtechnisches Regulativ Verwendung findet und ein Trägergasstrom mit Temperaturen zwischen 1000 C und 1700 C derart erzeugt wird, daß abgestimmt auf die Art der in einer unklassierten Körnung bis zu 14 mm vorliegenden Ausgangskomponenten Kornstrukturen erreicht werden, die bei mittleren Aufheizgeschwindigkeiten von rund 2500 C/sec und Endtemperaturen der nicht oder kaum erweichenden Komponente zwischen 350° C und 700° C zu Schüttgewichten zwischen 0,3 t/m bis 0,7 t/m vor der Durchmischung führen.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, eic; - cos von den Auscjcngskomponenten nach eiern /.ufheizvorganr; und vührcnc c.er Mjrc!imisc!iung c.er Komponenten augetrennte Gas bei Temperaturen von ^.-Ou C bis L^;20 C mindestens teilweise dem ,»ufheizmedium v.'iecer zugeführt viro, nachdem alle festen, flüssigen oder gasförmigen Pyrolyseprodukte mittels Sauerstoff unc/cder '.asserstoff total vergast und einer nachgeschclteten Entstaubung unterzogen wurden.

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