DE2526923B2 - 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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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von gebundenes Wasser und 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.
Die Zusammensetzung der im Bergwerk abgebauten Kohle schwankt erheblich, insbesondere hinsichtlich der
in ihr enthaltenen Mengen an aschebildenden Bestandteilen uud 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 subbituminösen Kohlen, des Lignits und
der nicht verdichteten Braunkohle außerhalb des Steinkohlebereichs verstanden. Andere zu der vorstehend
definierten Klasse gehörende Materialien sind z. B. Torf, Holz, Papier, pflanzliche Mateialien 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, auch 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 ais »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.
Da es wünschenswert ist, die noch vorhandenen großen Kohlemengen und insbesondere die Braunkohlen
als Energiequellen zu verwenden, währe 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 trockenem 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. vor der Dekomprimierung der
Braunkohle, durchgeführt.
Ein gemäß den vorstehenden Erläuterungen durchgeführtes Verfahren wäre jedoch ziemlich kompliziert,
weil dabei das Komprimieren eines Stromes aus festem in
Material, «Jas 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
Braunkohle 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 vorbeschrlibenen Nach- m
teile überwunden werden können.
Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Aufbereitung von gebundenes Wasser und freien oder
chemisch gebundenen Kohlenstoff enthaltendem festem Material und insbesondere von Braunkohle, bei dem das r>
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 in verteilten festen Materials in Wasser hergestellt wird
und daß diese Aufschlämmung vor der vorgenannten Hitzebehandlung bei Temperaturen unterhalb 1000C
komprimiert wird.
Das Entwässern des festen Materials wird demgemäß r>
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 aus der hitzebehandelten Aufschlämmung mittels Wärmeaustausch, z. B. mit 4i
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, r>n von der Art der in ihr enthaltenen festen Teilchen, von
der Größenverteilung dieser Teilchen, dem angewendeten Druck und der Temperatur der Aufschlämmung ab.
Die Pumpbarkeit ist jedoch ein ziemlich gu: definiertes Kriterium und wird deshalb an dieser Stelle nicht weiter r>
erläutert.
Eine erfindungsgemäß besonders geeignete Aufschlämmung ist der für den Pipeline-Transport geeignete
Aufschlämmungstyp. Pipeline-Aufschiämmungen 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 t»
an freiem Wasser auf. Eine bestimmte Menge an freiem Wasser kann ohne Überschreiten des vorgeschriebenen
Viskositätsbereiches von der behandelten Aufschlämmung abgetrennt werden. Auf dkse Weise wird mit der
erhaltenen Aufschlämmung weniger Wasser mit der gleichen Kraft durch eine Pipeline transportiert
Eine bevorzugte wäßrige Aufschlämmung für das erfindnngsgemäße Verfahren stellen Aufschlämmungsn
von kohlenstoffhaltigen oder organischen Feststoffen dar, die nur Teilchen mit einer Größe unterhalb 2 mm
enthalten. Bei Verwendung solcher Aufschlämmungen ist die Komprimierungsstufe auf verhältnismäßig
einfache Weise 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 Größe 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 μ 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
1000C 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 Wasser. 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 Dekomprimieren und Abkühlen der Aufschlämmung abgetrennt werden kann, wonach das
überschüssige Wasser als Wärmeträger zurückgeführt und zur Verdünnung einer weiteren Menge frischer
Aufschlämmung verwendet werden 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
Wasser, hergestellt werden. Die Aufschlämmung kann aber auch an einer anderen Stelle hergestellt und dem
Verfahren über eine Pipeline zugeführt werden. Bei Verwendung von Braunkohle kann das feste Material
z. B. mittels Wasser abgebaut worden sein, wobei man nach dem nassen Zermahlen eine Aufschlämmung
erhält. Die Herstellung einer Aufschlämmung ist in der Rv-gel nicht besonders schwierig, und es stehen eine
Reihe von technisch bewährten Verfahren für diesen Zweck zur Verfügung.
Die nächste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das KomDrimieren bei TemDeraturen unterhalb
100° C. Dies stellt bei großen Aufschlämmungsmengen
und bei kontinuierlichem Betrieb kein Problem dar. Das Komprimieren kann auf einfache Weise mit Einrichtungen,
wie Pumpen und K.olloidmühlen, 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 bei nur 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 250°C. Bei einer bei 250cC durchgeführten Hitzebehandlung ist ein Druck
oberhalb 42 bar erforderlich.
Es wurde gefunden, daß die nach der Hitzebehandlung
noch irr, 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 erfindungsgemäße
Hitzebehandlung in oder 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, ζ. 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.
Andererseits kann das freie Wasser teilweise oder vollständig von der hitzebehandelten Aufschlämmung
des festen Materials abgetrennt werden. Die Aufschläm
mung kann je nach ihrem endgültigen Verwendungs zweck 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
κι 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 Hitzebe-
2i) handlung 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 durch Abtrennen der
2) aschebildenden Bestandteile, die als feine Teilchen im
Wasser dispergiert bleiben, aufbereitet werden. Da die Agglomerate im Fall von kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen
größere Dimensionen aufweisen, lassen sich die feinen aschebildenden Bestandteile leicht zusammen mit
jo 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.
3-3 Im Fall von Braunkohle besteht das Bindemittel
vorzugsweise aus einem leichten Kohlenwasserstoff wie Propan, Butan, Pentan oder Schwerbenzin. Von dei
Dispersion der Braunkohleagglomerate in Wasser wird das Wasser abgetrennt und anschließend das Bindemit·
tel von den Braunkohleagglomeraten mittels Verdampfen entfernt, wonach das Bindemittel nach Kondensation
zurückgeführt werden kann. Das 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
so 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 Ofen
oder in eine Vergasungseinrichtung eingespeist werden kann. Wegen der Entfernung des Wassers und dei
Asche weist die aufbereitete Braunkohle eine so gute Qualität auf, daß die Verbrennung oder Vergasung ohne
eo irgendwelche Probleme durchgeführt werden kann.
EHe Abtrennung des Bindemittels und/oder de:
Wassers kann (können) unter Druck durchgefühn werden. Vorzugsweise wird dabei ein Druck angewendet, der mindestens dem Druck in dem System
entspricht, in dem das aufbereitete Material verwendet
oder gehandhabt wird. Es ist ratsam, während des
gesamten Betriebs mindestens den Druck aufrecht zt 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 in schwere Kohlenwasserstoffe vorzugsweise als nicht
wiedergewinnbare Bindemittel verwendet. Das ist z. B. dann der Fall, wenn die behandelten Braunkohleagglomerate
und das Bindemittel als solche gewonnen oder verwendet werden sollen. Ein anderes Beispiel des
vorgenannten Falls ist das Vermischen der Agglomerate mit einer weiteren Menge an Heizöl zur Herstellung
von verwendbaren Aufschlämmungen von Braunkohle in Heizöl.
Es hat sich außerdem gezeigt, 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 vordem 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 erfindungsgemäße Verfahren wird jetzt an Hand der drei Fließdiagramme von drei verschiedenen
Ausführungsformen der Erfindung weiter erläutert.
Gemäß F i g. 1 wird ein Strom 1 aus feinen Teilchen aus aufzubereitendem kohlenstoffhaltigem Material
zusammen mit einem Wasserstrom 3 in einen Mischer 2 4« eingespeist. Dabei wird eine Aufschlämmung in Wasser
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 ausreichend zur Verhinderung des Siedens des
Wassers beim anschließenden Einspeisen der Aufschlämmung 4 in den Reaktor 6 komprimiert wird. Das
Komprimieren mittels der Pumpe 5 wird bei Temperaturen unterhalb 100° C 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 150° C. Das Entwässern wird im
Reaktor 6 durchgeführt Die Abmessungen des Reaktors 6 werden so gewählt, daß die Verweilzeit der
erhitzten Aufschlämmung für die Freisetzung des chemisch gebundenen Wassers und die »Coalification«
des Rohmaterials ausreicht Diese Verweilzeit hängt vom Typ des aufzubereitenden kohlenstoffhaltigen
Materials und vom erwünschten Entwässerungsgrad ab. eo 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 10 abgezogene Strom 14
besteht aus aufbereitetem kohlenstoffhaltigem Material, erwünschtenfalls 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.
Gemäß F i g. 2 werden 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 %'orstehend beschrieben, auf den erwünschten Druck. Im vorliegenden Beispiel weist der
Reaktor 25 zwei Funktionen auf. Nach dem Durchströmen der Wärmeaustauscher 26 und 27 hat Strom 23 die
für die Hitzebehandlung erwünschte Temperatur oberhalb 150° C erreicht, was die erste Funktion des
Reaktors 25 darstellt. Der Strom verbleibt über die erforderliche Verweilzeit 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 3t 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 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 42 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 Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in F i g. 3 dargestellt In dieser Figur
sind Teile und Ströme, die denen in Fi g. 2 entsprechen,
mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet Gemäß der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform stellen der
Reaktor 44 und die Agglomeriereinrichtung 45 keine Einheit dar. Dies gewährt einen größeren Spielraum
hinsichtlich der Verweilzeit und der Temperaturen beim Entwässerungs- und Entaschungsverfahren, was in
einigen Fällen vorteilhaft sein kann. Das Entaschen und das Agglomerieren werden vorzugsweise unter milderen
Bedingungen als das Entwässern durchgeführt Weiter sind zusätzliche Wärmeaustauscher 46 und 47
vorhanden. Die gestrichelten Linien 48 und 49 weisen auf die Möglichkeit hin, Nebenströme 29 aus Bindemittel
zum Reaktor 44 und/oder zu dem die Pumpe 24 verlassenden komprimierten Strom zuzuspeisen. Auf
diese Weise kann eine gewisse Konditionierung der r>
Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Materials für das zum Schluß durchgeführte Agglomerierungsverfahren
erzielt werden. Zur Aufrechterhaltung der erwünschten Wassermenge im Verfahren ist im allgemeinen eine
Abflußleitung 50 erforderlich. ι η
Das nachstehende Beispiel erläutert das Verfahren.
Beispiel ι -,
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 J5 C^-Kohlenwasserstoffen oder 800"-Heizöl zugesetzt
und der Behälter wird anschließend im Verlauf von 4,5 Stunden auf 50° C abgekühlt Der restliche Druck wird
abgelassen, der Behälter geöffnet und sein Inhalt wird zur Gewinnung aller Feststoffe auf ein Standard-Büchner-Filterpapier
geschüttet und im Vakuum bis eine Minute nach dem Sichtbarwerden des Filtergutes
filtriert
Die Ergebnisse dieser aufklärenden Versuche sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt.
| Versuch | Prozent | Bindemittel, bezogen | Feuchtig |
| Nr. | uuf die | vollständig trockene | keitsgehalt |
| Kohle | des Binde | ||
| n-C|2 | 800" Heizöl | mittels | |
| 1 | 0 | 0 | 56,0 |
| 2 | 15 | 0 | 54,5 |
| 3 | 30 | 0 | 35,8 |
| 4 | 40 | 0 | 35,8 |
| 5 | 42 | 0 | 31,4 |
| 6 | 45 | 0 | 31,4 |
| 7 | 0 | 30 | 28,3 |
| 8 | 0 | 35 | 15,5 |
| 9 | 0 | 40 | 8,0 |
Außerdem 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 mäßigen Herabsetzung des
Feuchtigkeitsgehalts führt (Versuch 1). Wenn jedoch eine geeignete Bindemittelmenge zugesetzt wird, erzielt
man eine erhebliche Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehalts.
In keinem 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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (16)
1. Verfahren zur Aufbereitung von gebundenes Wasser und freien oder chemisch gebundenen
Kohlenstoff enthaltendem festem Material und insbesondere von Braunkohle, bei dem das Material
einer Hitzebehandlung bei Temperaturen von mindestens 150° C 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 is
Temperaluren unterhalb 1000C komprimiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine nur Teilchen mit Durchmessern
unterhalb 2 mm 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 μ aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens 30 Gewichtsprozent
freies Wasser enthaltende Aufschlämmung hergestellt wird. Jo
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 π gekennzeichnet, daß die Hitzebehandlung bei
Temperaturen oberhalb 200°C und vorzugsweise bei Temperaturen von mindestens 2500C durchgeführt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 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 4->
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 Kohlen- m Wasserstoff verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß von der Dispersion der Agglomerate
aus festem Material in Wasser das Wasser abgetrennt, daß anschließend das Bindemittel von ">->
den Agglomeraten abgedampft und nach Kondensation zurückgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Abdampfen des Bindemittels in einem Fließbett durchgeführt wird. w>
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluidisierungsgas das
dampfförmige Bindematerial verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate vor dem μ
Abdampfen des Bindemittels zermahlen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 8 bis 13, 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.
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