DE2526923A1 - Verfahren zur aufbereitung von gebundenes wasser und freien oder chemisch gebundenen kohlenstoff enthaltendem festen material und insbesondere von braunkohle - Google Patents
Verfahren zur aufbereitung von gebundenes wasser und freien oder chemisch gebundenen kohlenstoff enthaltendem festen material und insbesondere von braunkohleInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10F—DRYING OR WORKING-UP OF PEAT
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Description
SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V.
Den Haag, Niederlande
" Verfahren zur Aufbereitung von gebundenes.Wasser und freien
oder chemisch gebundenen Kohlenstoff enthaltendem festen Material und insbesondere von Braunkohle "
Priorität: 19. Juni 1974, Grossbritannien, Nr. 27 190 / 74
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von gebundenes
Wasser und freien oder chemisch gebundenen Kohlenstoff enthaltendem festen Material und insbesondere von Braunkohle,
bei dem das Material einer Hitzebehandlung bei Temperaturen von mindestens 1500C und bei Drücken unterzogen wird, die bei
den vorgenannten Temperaturen den Dampfdruck des Wassers übersteigen.
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Die Zusammensetzung der im Bergwerk abgebauten Kohle schwankt erheblich, insbesondere hinsichtlich der in ihr enthaltenen
Mengen an aschebildenden Bestandteilen und an Wasser. Bestimmte Braunkohlearten können bis zu 70 Gewichtsprozent Wasser enthalten,
das' zum grössten Teil chemisch gebunden ist. Der Gehalt an aschebildenden Bestandteilen kann bis zu 40 Gewichtsprozent
betragen» Unter Braunkohle werden in der vorliegenden Beschreibung alle Kohlen einschliesslich der sub-bituminösen
Kohlen, des Lignits und der nicht verdichteten Braunkohle . ^usserhalb des Steinkohlebereichs verstanden. Andere zu der vorstehend
definierten Klasse gehörende Materialien sind z.B. Torf, Holz, Papier, pflanzliche Materialien und Abwasserschlamm.
Zur Verbesserung des Verhaltens.dieser Materialien bei verschiedenen
Anwendungszwecken, wie bei der Verbrennung oder bei Vergasungsverfahren,,
ist es ausserordentlich wünschenswert, diese
Materialien aufzubereiten. Ausserdem führt die Aufbereitung zu einer erheblichen Verminderung der Transportkosten.
Bekanntermassen verliert Kohle bei hohen Temperaturen nicht nur chemisch gebundenes Wasser, sondern verändert sich in der Weise,
dass zumindestens, aμch wenn die Kohle bei hohen Drücken in der
Wasserphase gehalten wird, keine vollständige Reabsorption des Wassers mehr stattfindet. Dies geht auf eine Veränderung in
der Kohle selbst zurück, die als "Coalification" bekannt ist.
Die Anwendung von Drücken oberhalb des Dampfdrucks des Wassers verhindert das Verdampfen von freigesetztem Wasser, wodurch
die Kosten des Entwässerungsverfahrens herabgesetzt werden.
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Da es wünschenswert ist, die noch vorhandenen grossen Kohle-
die
mengen und insbesondere/üraunkohlen als Energiequellen zu verwenden,
wäre es vorteilhaft, die Kohle in grossen Mengen in kontinuierlichem Betrieb aufzubereiten.
Es wurden Versuche zur Entwässerung von Braunkohle und ähnlichen Materialien angestellt, indem man diese einer Hitzebehandlung
bei erhöhten Drücken unterwirft. Diesen Versuchen liegt die Ansicht zugrunde, dass eine der Hitzebehandlung zu
unterwerfende Partie Braunkohle zu Beginn möglichst wenig Wasser enthalten sollte, da dann offensichtlich während und
nach der Hitzebehandlung nur eine Mindestmenge an Wasser von der Braunkohle abgetrennt werden muss.
Demgemäss wurde vorgeschlagen, eine Partie Braunkohle mit trokkenem
Aussehen zu komprimieren und anschliessend zu erhitzen, wonach alles anhaftende Wasser und das thermisch freigesetzte
Wasser, z.B. mechanisch, von der auf diese Weise entwässerten Braunkohle abgetrennt werden. Die Abtrennung des Wassers wird
in der frühest möglichen Verfahrensstufe des Verfahrens, d.h.
Dekomprimierung
vor der / der Braunkohle, durchgeführt.
vor der / der Braunkohle, durchgeführt.
Ein gemäss den vorstehenden Erläuterungen durchgeführtes Verfahren
wäre jedoch ziemlich kompliziert, weil dabei das Komprimieren eines Stromes aus festem Material, das Erhitzen eines
Stromes aus komprimiertem festem Material, das mechanische Abtrennen des Wassers von der Braunkohle bei hohem Druck und
das Dekomprimieren sowohl eines Stromes aus entwässerter Braun-
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kohle wie eines Wasserstroms und das Abkühlen entweder der kombinierten
oder der gesonderten Ströme aus entwässerter Braunkohle und Wasser erforderlich wäre.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, mittels dessen die vorbeschriebenen Nachteile überwunden werden
können.
Die Erfindung betrifft demgemäss ein Verfahren zur Aufbereitung von gebundenes Wasser and freien oder chemisch gebundenen Kohlenstoff
enthaltendem festem Material und insbesondere von Braunkohle, bei dem das Material einer Hitzebehandlung bei Temperaturen
von mindestens 1500C und bei Drücken unterzogen wird, die bei den vorgenannten Temperaturen den Dampfdruck des Wassers
übersteigen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine pumpbare Aufschlämmung des fein verteilten festen Materials in Wasser
hergestellt, wird und dass diese Aufschlämmung vor der vorgenannten
Hitzebe.handlung bei Temperaturen unterhalb 1000C komprimiert
wird.
Das Entwässern des festen Materials wird demgemäss besonders vorteilhafterweise in einem Wasserüberschuss durchgeführt.
Ein grosser Vorteil der erfindungsgemässen Arbeitsweise besteht
darin, dass eine pumpbare Aufschlämmung in einem kontinuierlichen Verfahren leichter komprimiert, erhitzt, abgekühlt
und dekomprimiert werden kann, als eine feste Partie» Es ist z.B. möglich, die Aufschlämmung ohne Dampfbildung gleichzeitig abzukühlen
und zu dekomprimieren und dabei die zugeführte Wärme
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-D-
aus der hitzebehandelten Aufschlämmung mittels Wärmeaustausch, z.B. mit frischer hitzezubehandelnder Aufschlämmung, zurückzugewinnen.
Die Wärme durchströmt ausserdem eine pumpbare Aufschlämmung leichter als eine feste Partie.
Im allgemeinen hängt die Pumpbarkeit einer Aufschlämmung unter
anderem von ihrem Feststoffgehalt, von der Art der in ihr enthaltenen
festen Teilchen, von der Grossenverteilung dieser
Teilchen, dem angewendeten Druck und der Temperatur der Aufschlämmung ab. Die Puuipbarkeit ist jedoch ein ziemlich gut
definiertes Kriterium und wird deshalb an dieser Stelle nicht weiter erläutert.
Eine erfindungsgemäss besonders geeignete Aufschlämmung ist
der für den Pipeline-Transport geeignete Aufschlämmungstyp.
Pipeline-Aufschlämmungen müssen bestimmte Bedingungen, wie
Viskositäten innerhalb eines vorgeschriebenen Viskositätsbereiches, erfüllen. Durch die erfindungsgemässe Behandlung
einer Pipeline-Aufschlämmung wird das chemisch gebundene Wasser
von dem festen Material abgetrennt und die Aufschlämmung weist
demgemäss einen höheren Gehalt an freiem Wasser auf. Eine bestimmte Menge an freiem Wasser kann ohne Überschreiten des vorgeschriebenen
Viskositätsbereiches von der behandelten Aufschlämmung abgetrennt werden. Auf diese Weise wird mit der erhaltenen
Aufschlämmung weniger Wasser mit der gleichen Kraft durch eine Pipeline transportiert.
Eine bevorzugte wässrige Aufschlämmung für das erfindungsgemässe
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Verfahren stellen Aufschlämmungen von kohlenstoffhaltigen oder
organischen. Feststoffen dar, die nur Teilchen mit einer Grosse
unterhalb 2 mm enthalten. Bei Verwendung solcher Aufschlämmungen ist die Komprimierungsstufe auf verhältnismässig einfache
V/eise durchzuführen und die dadurch erzielte Kosteneinsparung übersteigt die Kosten der Pulverisierung. Wegen der kleinen
Teilchengrösse führt die Hitzebehandlung besonders schnell zum Erfolg und kann in den meisten Fällen in einem röhrenförmigen
Reaktor von annehmbarer Grosse durchgeführt werden.
Gemäss einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens
liegen mindestens 98 Gewichtsprozent der Teilchen in der Aufschlämmung mit einer Teilchengrösse unterhalb 1,4 mm und mindestens
15 bis 20 Gewichtsprozent mit einer Teilchengrösse unterhalb 44 zu vor.
Wässrige Aufschlämmungen von festen Teilchen müssen, um pumpbar
zu sein, mindestens einen bestimmten Anteil an freiem Wasser, d.h. an nicht chemisch gebundenem oder anderweitig im festen
Material eingeschlossenem Wasser, enthalten. Der erforderliche
Gehalt an freiem Wasser hängt von einer Anzahl von Faktoren, wie der Teilchengrössenverteilung, ab.
Gemäss einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemässen
Verfahrens enthält die Aufschlämmung mindestens 30 Gewichtsprozent
freies Wasser, d.h. nicht chemisch an das feste Material gebundenes Wasser. Niedrigere Wassergehalte lassen beim
Komprimieren der Aufschlämmung bei Temperaturen unterhalb 100 C
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Schwierigkeiten erwarten. Bei zu hohen Wassergehalten neigt das Verfahren andererseits zur Unwirtschaftlichkeit, da zusätzliches
Wasser komprimiert und erhitzt werden muss.
Demgemäss enthält die Aufschlämmung vorzugsweise nicht mehr
als 50 Gewichtsprozent freies V/asser. In einigen Fällen kann es jedoch nützlich sein, einen grösseren Wasserüberschuss bei
der Hitzebehandlung zu verwenden, der dann bei den während der Hitzebehandlung erforderlichen erhöhten Temperaturen und Drükken,
d.h. vor dem Dek^nip^imieren und Abkühlen der Aufschlämmung
abgetrennt werden.kann, wonach das überschüssige Wasser als Wärmeträger zurückgeführt und zur Verdünnung einer weiteren
Menge frischer Aufschlämmung verwendet v/erden kann.
Erfindungsgemäss wird eine Aufschlämmung hergestellt, die das
feste Material in fein verteilter Form enthält. Diese Aufschlämmung kann in situ durch Zermahlen von Klumpen des festen
Materials und durch Dispergieren des zermahlenen Materials in Wasser oder durch Zermahlen des festen Materials zusammen mit
Wasserfhergestellt werden. Die Aufschlämmung kann aber auch an
einer anderen Stelle hergestellt und dem Verfahren über eine Pipeline zugeführt werden. Bei Verwendung von Braunkohle kann
feste
das/Material z.B. mittels Wasser abgebaut worden sein, wobei man nach dem nassen Zermahlen eine Aufschlämmung erhält. Die Herstellung einer Aufschlämmung ist in der Regel nicht besonders schwierig, und es stehen eine Reihe von technisch bewährten Verfahren für diesen Zweck zur Verfügung.
das/Material z.B. mittels Wasser abgebaut worden sein, wobei man nach dem nassen Zermahlen eine Aufschlämmung erhält. Die Herstellung einer Aufschlämmung ist in der Regel nicht besonders schwierig, und es stehen eine Reihe von technisch bewährten Verfahren für diesen Zweck zur Verfügung.
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Die nächste Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens ist das Komprimieren bei Temperaturen unterhalb 100 C. Dies stellt bei
grossen Aufschlammungsmengen und bei kontinuierlichem Betrieb
kein Problem dar. Das Komprimieren kann auf einfache Weise mit Einrichtungen, wie Pumpen und Kolloidmühlen, durchgeführt
werden. Obwohl das Komprimieren im allgemeinen bei Raumtemperatur durchgeführt wird, kann es vorteilhaft sein, das Komprimieren
wegen der in diesem Fall niedrigeren Viskosität der Aufschlämmung bei höheren Temperaturen durchzuführen, weil dann
geringere Energiemengen zum Komprimieren erforderlich sind.
Wie vorstehend erläutert, muss die Hitzebehandlung bei höheren Drücken als dem Dampfdruck von Wasser bei den vorherrschenden
Temperaturen durchgeführt werden. Auf diese Weise muss bei der Hitzebehandlung nicht die zum Verdampfen des Wassers erforderliche
Energie zugeführt werden. Die entsprechenden physikalischen Werte sind natürlich bekannt,und es ist nicht erforderlich,
sie an dieser Stelle darzulegen. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass die Hitzebehandlung vorzugsweise beinur
geringfügig über dem. Dampfdruck des Wassers bei den vorherrschenden
Temperaturen liegenden Drücken durchgeführt wird. Auf diese Weise wird die zum Komprimieren der Aufschlämmung
erforderliche Energiemenge so klein wie möglich gehalten.
Gemäss einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemässen
Verfahrens wird die Hitzebehandlung bei Temperaturen oberhalb 200 C durchgeführt. Gute Ergebnisse erhält man bei
Anwendung von Temperaturen von mindestens 2500C. Bei einer bei
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2500C durchgeführten Hitzebehandlung ist ein Druck oberhalb
42 bar erforderlich.
Es wurde gefunden, dass die nach der Hitzebehandlung noch im festen Material vorhandene Menge an gebundenem Wasser in hohem
Ausmass von der bei der Hitzebehandlung angewendeten Temperatur abhängt, d.h., dass um so mehr Wasser vom festen Material abgetrennt
wird, je höher die bei der Hitzebehandlung angewendete Temperatur ist.
Die hitzebehandelte Aufschlämmung aus fein verteiltem festen Material in Wasser wird bei hohen Temperaturen und hohem Druck
hergestellt. In einigen Fällen, insbesondere wenn die erfin-
In oder
durigsgemässe Hitzebehandlung/in der Nähe der. Anlage durchgeführt
wird, in der man das feste Material seiner endgültigen Verwendung zuführt, kann es vorteilhaft sein, das feste Material
in Form einer wässrigen Aufschlämmung zuzuführen. Sofern sich die Anlage, in der das feste Material endgültig verwendet
wird, in einer bestimmten Entfernung von dem Ort befindet, an dem die Hitzebehandlung durchgeführt worden ist, ist'es jedoch
auch möglich, das feste Material in Form einer wässrigen Aufschlämmung, z.B. durch eine Pipeline, zu transportieren.
Eine solche wässrige Aufschlämmung aus festem Material kann in manchen Fällen ihrem endgültigen Verwendungszweck bei erhöhten
Drücken und/oder Temperaturen zugeführt werden. Dies hängt jedoch vollständig von dem betreffenden Verwendungszweck ab.
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Andererseits kann das freie Wasser teilweise oder vollständig von der hitzebehandelten Aufschlämmung des festen Materials abgetrennt
werden. Die Aufschlämmung kann je nach ihrem endgültigen Verwendungszweck teilweise oder vollständig abgekühlt
und/oder dekomprimiert werden. Das erhaltene Produkt kann noch eine pumpbare Aufschlämmung sein, die jedoch einen höheren
Prozentsatz an Feststoffen aufweist und die über eine Pipeline zum Ort ihres Verbrauchs transportiert wird.
Die Abtrennung von zumindestens einem Teil des freien Wassers
von der hitzebehandelten Aufschlämmung kann vor, während und/ oder nach dem Abkühlen und/oder Dekomprimieren der behandelten
Aufschlämmung durchgeführt werden. Wenn die Abtrennung vollständig und bei erhöhtem Druck in einer druckfesten Einrichtung
durchgeführt wird, erhält man ein unter Druck stehendes pulverisiertes und entwässertes festes Material, z.B. in einem
Vorratsbehälter, was dann besonders vorteilhaft ist, wenn das aufbereitete Material bei einem Verfahren unter Druck verwendet
werden soll. Ein solches Verfahren ist z..B. die Vergasung von entwässerter Braunkohle bei'hohen Drücken durch partielle
Verbrennung.
Ein unerwartet hoher Grad der Entfernung von gebundenem Wasser
wird erzielt, wenn man die Aufschlämmung während und/oder nach der Hitz'ebehandlung in Gegenwart eines in Wasser unlöslichen
Bindemittels in turbulente Bewegung bringt, wodurch man eine Dispersion von Agglomeraten aus festem Material in Wasser erhält.
Das kohlenstoffhaltige Material kann auf diese Weise
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durch Abtrennen der aschebildenden Bestandteile, die als feine Teilchen im V/asser dispergiert bleiben, aufbereitet werden.
Da die Agglomerate im Fall von kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen grössere Dimensionen aufweisen, lassen sich die feinen
aschebildenden Bestandteile leicht zusammen mit dem Wasser, z.B. durch entsprechendes Sieben, abtrennen. Diese Kombination
von Entwässern und Entaschen ist bei kohlenstoffhaltigen Feststoffen nur wegen der mittels des erfindungsgemässen Verfahrens
herbeigeführten Fliessfähigkeit der Dispersion möglich.
Im Fall von Braunkohle besteht das Bindemittel vorzugsweise aus einem leichten Kohlenwasserstoff, wie Propan, Butan, Pentan
oder Schwerbenzin. Von der Dispersion der Braunkohleagglomerate in Wasser wird das Wasser abgetrennt und anschliessend das
Bindemittel von den Braunkohleagglomeraten mittels Verdampfen entfernt, wonach das Bindemittel nach Kondensation zurückge-
kann.
führt werdeiyDas Verdampfen kann in einem Fliessbett durchgeführt
werden. Als fluidisierendes Gas kann ein beliebiges Inertgas verwendet werden. Das Bindematerial wird, wie das
Inertgas, vorzugsweise im Dampfzustand verwendet. Die Braunkohleagglomerate
können vor dem Verdampfen des Bindemittels zermahlen werden. Dies führt zu einer besonders guten Aufbereitung
der im kontinuierlichen Betrieb hergestellten Braunkohle. Das Material kann in solchen Teilchengrössen
hergestellt werden, die für die staubfreie Lagerung geeignet sind. Sofern Braunkohleagglomerate vor dem Verdampfen des
Bindemittels zermahlen werden, wird eine pulverförmige Braunkohle erhalten, die unmittelbar in einen Brenner, in einen
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Ofen oder in eine Vergasungseinrichtung eingespeist werden kann. Wegen der Entfernung des Wassers und der Asche weist die aufbereitete
Braunkohle eine so gute Qualität auf, dass die Verbrennung oder Vergasung ohne irgendwelche Probleme durchgeführt
werden kann.
Die Abtrennung des Bindemittels und/oder des Wassers kann (können) unter Druck durchgeführt werden. Vorzugsweise wird
dabei ein Druck angewendet, der mindestens dem Druck in dem System entspricht, in dem das aufbereitete Mat'ei-ial verwendet
oder gehandhabt wird. Es ist ratsam, während des gesamten Betriebs mindestens den Druck aufrecht zu erhalten, der in dem
System herrscht, in dem das aufbereitete Material verwendet oder gehandhabt werden soll. Dadurch erzielt man den Vorteil,
dass die pumpbare Aufschlämmung des festen Materials in Wasser zu Beginn des Verfahrens einen ausreichenden Druck aufweist,
um das Entwässern und gegebenenfalls das Entaschen durchzuführen und um das behandelte Material in das System zu
überführen, in dem es endgültig verwendet wird. Ausserdem lässt sich dadurch ein Komprimieren von Zwischenströmen vermeiden.
In manchen Fällen werden Heizöle oder andere schwere Kohlenwasserstoffe
vorzugsweise als nicht wiedergewinnbare Bindemittel verwendet. Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn
und das
die behandelten Braunkohleagglomera^Bindemittel als solche gewonnen
oder verwendet werden sollen. Ein anderes Beispiel des vorgenannten Falls ist das Vermischen der Agglomerate mit
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einer weiteren Menge an Heizöl zur Herstellung von verwendbaren Aufschlämmungen von Braunkohle in Heizöl.
Es hat sich ausserdem gezeigtj dass in einigen Fällen das feste
Material weiter entwässert werden kann, wenn zumindestens ein Teil des Bindemittels vor oder während der Hitzebehandlung
und möglicherweise sogar vor dem Komprimieren bei unter 100 C zugesetzt wird.
Gemäss einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird
das Bindemittel demgemäss in Teilmengen vor, während und/oder nach der Hitzebehandlung zugesetzt. Ein festes Bindemittel,
das beim Erhitzen der Aufschlämmung nach dem Zusetzen des Bindemittels flüssig wird, kann ebenfalls verwendet werden. Das Zusetzen
des Bindemittels vor der Hitzebehandlung kann deshalb vorteilhaft sein, weil es dann schwerlich zu einer Schaumbildung
kommt. · .
Das erfindungsgeicässe Verfahren wird jetzt an Hand der drei
Fliessdiagramme von drei verschiedenen Ausführungsformen der
Erfindung weiter erläutert.
Gemäss Fig. 1 wird ein Strom 1 aus feinen Teilchen aus aufzubereitendem
kohlenstoffhaltigen Material zusammen mit einem Wasserstrom 3 in einen Mischer 2 eingespeist. Dabei wird eine
Aufschlämmung in ¥asser hergestellt, die eine solche Konzentration aufweist, dass man einen pumpbaren Strom 4 erhält. Dieser
Strom 4 wird zu einer Pumpe 5 geführt, in der die Aufschlämmung
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"•ΐ
ausreichend zur Verhinderung des Siedens des Wassers bein anschliessenden
Einspeisen der Aufschlämmung 4 in den Reaktor 6 komprimiert wird. Das Komprimieren mittels der Pumpe 5 wird
bei Temperaturen unterhalb 10O0C durchgeführt und dadurch das
Sieden des Wassers vor der Pumpe 5 verhindert. Wärmeaustauscher 7 und 8 erwärmen die Aufschlämmung und bringen sie auf
die erwünschte Temperatur von mindestens 1500C. Das Entwässern
wird im Reaktor 6 durchgeführt. Die Abmessungen des Reaktors werden so gewählt, dass die Verweilzeit der erhitzten Aufschlämmung
für die F'ici33tzung des chemisch gebundenen Wassers
und die "Coalification" des Rohmaterials ausreicht. Diese
Verweilzeit hängt vom Typ des aufzubereitenden kohlenstoffhaltigen Materials und vom erwünschten Entwässerungsgrad ab.
Im allgemeinen reicht eine Verweilzeit von wenigen Minuten aus. Die behandelte Aufschlämmung verlässt den Reaktor 6 als ein
Strom 9, der eine grössere Menge an freiem Wasser als Strom 4 aufweist. Nach dem Abkühlen im Wärmeaustauscher 7 kann Wasser
in einem Cyclon 10 entfernt werden, wodurch man einen Wasserstrom 11 erhält, der teilweise als Strom 12 zurückgeführt und
teilweise als Strom 13 abgeleitet wird. Der unten vom Cyclon
abgezogene Strom 14 besteht aus aufbereitetem kohlenstoffhaltigen Material, erwünsentenfalls in Wasser. Die Abtrennung im
Cyclon 10 kann bei dem Druck des erfindungsgemässen Verfahrens
oder bei niedrigeren Drücken durchgeführt werden, was vom endgültigen Verwendungszweck des Materials abhängt. Die vorbeschriebene
Ausführungsform eignet sich zur Behandlung von Materialien mit niedrigem Aschegehalt.
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Gemäss Fig. 2 v/erden ein Strom 20 aus aufzubereitenden feinen
kohlenstoffhaltigen Teilchen und ein Wasserstrom 22 in einen Mischer 21 eingespeist. Dabei wird eine Aufschlämmung in Wasser
mit einer solchen Konzentration hergestellt, dass ein pumpbarer Strom 23 erhalten wird. Die Pumpe 24 komprimiert die Aufschlämmung,
wie vorstehend beschrieben, auf den erwünschten Druck. Im vorliegenden Beispiel weist der Reaktor 25 zv/ei Funktionen
auf. Nach dem Durchströmen der Wärmeaustauscher 26 und 27 hat Strom 23 die für die Hitzebehandlung erwünschte Temperatur
oberhalb 1500C erreicht, was die erste Funktion des Reaktors
darstellt. Der Strom verbleibt über die erforderliche Verweil-. zeit im Reaktor 25· Die zweite Funktion des Reaktors 25 ist
das Agglomerieren der kohlenstoffhaltigen. Teilchen und das
gleichzeitige Abtrennen der Ascheteilchen. Zu diesem Zweck enthält der Reaktor 25 ein rotierendes Bauteil 28. Dieses Bauteil
kann aus einer Welle mit Klingen in radialer Richtung oder einer geschlossenen Zylinderoberfläche bestehen. Zusammen mit
der Dispersion 23 wird ein Strom 29 aus Bindemittel, wie Butan oder Schwerbenzin, zugesetzt. Aus dem Reaktor 25 wird eine
Dispersion 30 aus Agglomeraten in Wasser abgezogen und zu einem
Abscheider 31 geführt, aus dem ein Strom 32 aus Asche enthaltendem Wasser und ein die Agglomerate enthaltender Strom 33
abgezogen wird. Der aschehaltige Strom 32 wird zu einem Abscheider 34 geführt, dort in feste Asche 35 und reines Wasser
36, das zurückgeführt wird, aufgetrennt.
Die Agglomerate 33 enthalten das Bindemittel und eine gewisse Menge an anhaftendem Wasser. In einem Trockner 37 werden das
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Bindemittel und das Wasser verdampft, wodurch man trockene Agglomerate aus entaschtem und entwässertem kohlenstoffhaltigen
Material erhält. Der Dampfstrom 39 wird zu einem Kühler 40
geführt, aus dem ein Wasserstrom 41 und ein Bindemittelstrom abgezogen werden. Nach Zusetzen eines gewisse Mengen an Ersatzbindemittel
zuführenden Stroms 43 zum Strom 42 erhält man den
Strom 29. Das gesamte Verfahren kann unter Druck durchgeführt
werden, und das aufbereitete kohlenstoffhaltige Material 38 kann unter Druck gelagert werden, was dann von Bedeutung ist,
wenn es in einem Verbrennungs- oder Vergasungsverfahren unter
Druck verwendet werden-soll.
Eine andere Aus führ-ungs form des. erfindungsgemässen Verfahrens
ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Figur sind Teile und Ströme, die denen in Fig. 2 entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen
gekennzeichnet. Gemäss der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform stellen der Reaktor 44 und die Agglomeriereinrichtung
45 keine Einheit dar. Dies gewährt einen grösseren
der Spielraum hinsichtlich der Verweilzeit und/Temperaturen beim
Entwäs se rungs- und Entaschungsverfahren, was in einigen Fällen vorteilhaft sein kann. Das-Entaschen und das Agglomerieren
werden vorzugsweise unter milderen Bedingungen als das Entwässern,
durchgeführt. Vielter sind zusätzliche Wärmeaustauscher und 47 vorhanden. Die gestrichelten Linien 48 und 49 weisen
29 auf die Möglichkeit hin, Nebenströme/aus Bindemittel "um
Reaktor 44 und/oder zu dem die Pumpe 24 verlassenden komprimierten Strom zuzuspeisen. Auf diese Weise kann eine gewisse
Konditionierung der Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Materials
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für das zum Schluss durchgeführte Agglomerierungsverfahren erzielt
werden. Zur Aufrechterhaltung der erwünschten Wassermenge im Verfahren ist im allgemeinen eine Abflussleitung 50 erforderlich.
Das nachstehende Beispiel erläutert das Verfahren.
Im vorliegenden Beispiel werden einige aufklärende Versuche beschrieben, aus denen hervorgeht, dass eine ursprünglich
66 Gewichtsprozent Wasser enthaltende Braunkohle durch thermische Behandlung bei hohen Temperaturen und Drücken und anschliessendes
selektives Agglomerieren mit einem Bindemittel in einer Pelletisiereinrichtung ohne Verdampfen des Wassers bis
zu einem 8 Gewichtsprozent Wasser enthaltenden Produkt entwässert werden kann.
Die Versuche werden in einem mit einem Turbinenrührer ausgestatteten
3 Liter fassenden Reaktionsbehälter durchgeführt. Der Behälter wird mit 1,5 Liter einer 50 Gewichtsprozent
Freche-Tagebau-Braunkohle enthaltenden Aufschlämmung beschickt. Der innere Feuchtigkeitsgehalt dieser deutschen Braunkohle beträgt
43,5 Gewichtsprozent und ihr Heizwert auf Trockenbasis beträgt 5263 kcal/kg. Der Behälter wird in 1,5 Stunden elektrisch
auf 3000C erhitzt. Dann wird in den meisten Fällen ein ■
Bindemittel in Form von geradkettigen CLp-Kohlenwasserstoffen
oder 800''-Heizöl zugesetzt und der Behälter wird anschliessend
im Verlauf von 4,5 Stunden auf 500C abgekühlt. Der rest-
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liehe Druck wird abgelassen, der Behälter geöffnet und sein
Inhalt wird zur Gewinnung aller Feststoffe auf ein Standard-Büchr.er-Filterpapier
geschüttet und im Vakuum bis eine Minute nach dent Sichtbarwerden des Filtergutes filtriert.
Die Ergebnisse' dieser aufklärenden Versuche sind in der nachstehenden:
Tabelle zusammengefasst.
| 1 | Prozent Bindemittel, be zogen auf die vollständig trockene Kohle |
800« ' Heizöl |
Feuchtigkeits gehalt des Bindemittels |
|
| Versuch | 2 | H-C12 | 0 | 56,0 |
| Nr. | 3 . | 0 | 0 | 5^,5 |
| H | 15 | 0 | 35,8 | |
| 5 | 30. | 0 | 35,8 | |
| 6 | • 40 .. | . 0 | 31 ^ | |
| 7 | 42 | .0 | 31,4 | |
| 8 | 30 | . .28,3 | ||
| 9 | 0 | • '. ■ 35 | •15,5 | |
| 0 | 8,0 | |||
| ." 0 |
509882/0370
Ausserden wird ein Blindversuch bei 200C durchgeführt, bei dem
man eine Braunkohle mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 66,0 Gewichtsprozent erhält.
Aus der Tabelle geht hervor, dass die Hitzebehandlung allein zu einer massigen Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehalts führt (Versuch
1). Wenn jedoch eine geeignete Bindemittelmenge zugesetzt wird, erzielt man eine erhebliche Herabsetzung' des Feuchtigkeitsgehalts
.
In keiner, der durchgeführten Versuche sind feste Pellets hergestellt
worden, obwohl die erhaltenen Agglomerate weitgehend
entwässert worden sind. Es wird angenommen, dass die verwendete Rührer/Behälter-Kombination keine bestmögliche Pelletisiereinrichtung
darstellt, was durch im Labor durchgeführte Pelletisierversuche mit den bei Versuch 7 erhaltenen Materialien
bestätigt wird. Nach dem Zentrifugieren der Mikroagglomerate aus diesem Versuch wird eine sehr kompakte Masse erhalten,
die erheblich weniger Wasser enthält.
Es gibt Anzeichen dafür, dass bei dem chemischen Abbau im Verlauf der Entwässerung der Braunkohle Wärme freigesetzt wird.
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Claims (16)
1. Verfahren zur Aufbereitung von gebundenes Viasser und freien
oder chemisch gebundenen Kohlenstoff enthaltendem festem Material und insbesondere von Braunkohle, bei dem das Material
einer Hitzebehandlung bei Temperaturen von mindestens 15O0C und bei Drücken unterzogen wird, die bei den vorgenannten
Temperaturen den Dampfdruck des Wassers übersteigen, dadurch gekennzeichnet, dass
eine pumpbare Aufschlämmung des feinverteilten festen Materials in Wasser hergestellt wird, und dass diese Aufschlämmung
vor der vorgenannten Hitzebehandlung bei Tempe-
• ratüren unterhalb 1000C komprimiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine nur Teilchen mit Durchmessern unterhalb 2mm enthaltende
Aufschlämmung hergestellt wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Aufschlämmung aus Teilchen hergestellt wird, die
zu mindestens 98 Gewichtsprozent einen Durchmesser unterhalb 1,4 mm und zu mindestens 15 bis 20 Gewichtsprozent einen
Durchmesser unterhalb 44/U aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,
dass eine.mindestens 30 Gewichtsprozent freies Wasser ent-.
haltende Aufschlämmung hergestellt wird.
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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine höchstens 50 Gewichtsprozent freies Wasser enthaltende
Aufschlämmung hergestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hitzebehandlung bei Temperaturen oberhalb 200 C und
vorzugsweise bei Temperaturen von mindestens 250 C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Ar<?;j:-"ich 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das freie Wasser nach der Hitzebehandlung teilweise oder vollständig vom festen Material abgetrennt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung während und/oder nach der Hitzebehandlung
in Gegenwart eines in Wasser unlöslichen Bindemittels in turbulente Bewegung versetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein leichter Kohlenwasserstoff verwendet
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass von der Dispersion der Agglomerate aus festem Material in
daß
Wasser das Wasser abgetrennt,/anschliessend das Bindemittel von den Agglomeraten abgedampft und nach Kondensation zurückgeführt wird.
Wasser das Wasser abgetrennt,/anschliessend das Bindemittel von den Agglomeraten abgedampft und nach Kondensation zurückgeführt wird.
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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdampfen des Bindemittels in einem Fliessbett durchgeführt
wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluidisierungsgas das aanipfförmige Bindematerial verwendet
wird.
13. Verfahren nach Anspruch. 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Agglomerate vor dem.Abdampfen des Bindemittels
zermahlen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen des Bindemittels und/oder des Wassers
unter Druck durchgeführt wird(werden) .
15. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
als Bindemittel schwere Kohlenwasserstoffe verwendet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 8 bis 15» dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel vor, während und/oder nach der Hitzebehandlung
zugesetzt wird.
509882/0370
ι * ·♦ Leerseite
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