DE2602172C2

DE2602172C2 - Verfahren zum Herstellen von kohlenstoffhaltigem Material aus Steinkohle sowie Verwendung desselben

Info

Publication number: DE2602172C2
Application number: DE2602172A
Authority: DE
Inventors: Angelo Roma Colletta; Luigi Palumbo
Original assignee: CENTRO SPERIMENTALE METALLURGICO SpA 00129 ROMA IT
Current assignee: CENTRO SPERIMENTALE METALLURGICO SpA 00129 ROMA IT
Priority date: 1975-01-21
Filing date: 1976-01-21
Publication date: 1982-04-15
Also published as: GB1500451A; BE837616A; FR2298594B1; DE2602172A1; FR2298594A1; NL7600635A; LU74214A1; IT1026405B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von kohlenstoffhaltigem Material aus Steinkohle, wobei gemahlene und getrocknete Kohle in einem Wirbelbettreaktor mit einem Gemisch aus Luft (50 bis 100 Volumen-%), Wasserdampf (0 bis 50 Volumen-%) und Stickstoff (0 bis 50 Volumen-%) bei Temperaturen zwischen 200 und 300⁰C über Zeiträume zwischen 15 und 120 Minuten erwärmt wird.

Ein solches Verfahren ist in der DE-AS 14 21 258 beschrieben.

Hinsichtlich der Verbesserung der Qualität des Produktes sowie hinsichtlich der Steigerung im Wirkungsgrad ist dieser Auslegeschrift genauso wenig zu entnehmen wie hinsichtlich der Verbesserung der Wärmebilanz. So werden beispielsweise die Kreislaufgase nicht ausgenützt, sondern einfach abgeblasen. Es wird dort nämlich lediglich ein kalziniertes Produkt hergestellt, das in der Kalzinierungsstufe des in der US-PS 31 40 241 beschriebenen Verfahrens erhalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges, kohlenstoffhaltiges Produkt zu gewinnen, welches ein hohes Absorptionsvermögen für Flüssigkeiten, Feststoffe und Gase aufweist, als Material zum Trennen der Komponenten entweder einer Flüssigkeit

oder eines gasförmigen Gemisches entsprechend Größe

und Gestalt der jeweiligen Moleküle verwendet werden kann und sich insbesondere als Ersatz für Koks beim Agglomerieren des Eisenerzes bzw. als Trägermaterial sowohl für aktive als reaktive Materialien einsetzen läßt.

Erreicht wird dies überraschend einfach bei einem

Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß die aus dem Wirbelbettreaktor austretenden Produkte in einem nachfolgenden Wirbelbettreaktor mit einem

ίο Gemisch aus Luft (0 bis 20 Volumen-%), Wasserdampf (0 bis 50 Volumen-%) und Stickstoff (50 bis 100 Volumen-%) bei Temperaturen zwischen 400 und 600⁰C 10 Minuten bis 60 Minuten lang erwärmt werden, wobei von dem gasförmigen Gemisch immer eine konstante Fraktion in diese Stufe rückgeführt wird und allmählich das Ausgangsgemisch ersetzt, während der Rest der Gase (Gesamtvolumen der Destillationsgase minus in Form von Teeren kondensierte Dämpfe) für Fremdzwecke verwendet wird und daß die hierbei erhaltenen Produkte in einem dritten Wlrbelbettreaktor mit einem Gemisch aus Luft (0 bis 70 Volumen-%) und Stickstoff (100 bis 30 Volumen-%) bei Temperaturen zwischen 800 und 1100⁰C 10 bis 60 Minuten lang erwärmt werden und die reduzierenden, sich in dieser Stufe entwickelnden Gase in zwei Fraktionen unterteilt werden, von denen die erste, immer konstante Fraktion in dieser Stufe im Kreislauf rückgeführt wird und allmählich das obengenannte Gemisch ersetzt, während die verbleibende, praktisch dem Gesamtvolumen an destillierten Gasen entsprechende Fraktion für Fremdzwecke dem Kreislauf entnommen wird.

Eine besondere zweckmäßige Anwendung findet das kohlenstoffhaltige Material nach der Erfindung als Reduktionsmittel im Hochofen.

Es ergibt sich überraschend ein Material mit hohem Absorptionsvermögen für Flüssigkeiten, Feststoffe und Gase bzw. ein Material zum Trennen der Komponenten entweder einer Flüssigkeit oder eines gasförmigen Gemisches entsprechend Größe und Gestalt der jeweiligen Moleküle.

Man kann das vorliegende Verfahren auch so beschreiben, daß nach dem zweiten Halbverkokungsschritt der älteren deutschen Patentschrift 24 56 269 das gewonnene Produkt als Material mit hohem Absorptionsvermögen und als Material zum Trennen der Komponenten entweder einer Flüssigkeit oder eines gasförmigen Gemisches benutzt wird.

Man kann die nicht im Kreislauf nickgeführte Fraktion, die dem dritten Wirbelbettreaktor nicht zugeführt wird, sowphl in der metallurgischen wie in der chemischen Industrie einsetzen.

Das nach Abschluß aller Verfahrensstufen sich entwickelnde Gemisch hat eine derartige Zusammensetzung, daß die nicht im Kreislauf rückgeführte Fraktion wie ein Reduktionsmittel im Hochofen oder in Direktreduktionsanlagen oder für die Durchführung chemischer Prozesse verwendet werden kann.

Das kohlenstoffhaltige Material nach der Erfindung zeigt die folgenden Eigenschaften:

mittlere Partikelgröße:	0,4 bis 3,0 mm
Schüttdichte:	0,20 bis 0,76 g/cm^
Zusammensetzung der	trockenen Substanz
Gewichts-%:
flüchtige Bestandteile	1,0-3,0
Asche	6,0-12
Schwefel insgesamt	0,2-1,0
Kohlenstoff	80-90

in

Wasserstoff 1,0-2,0

- oberer Heizwert: 6000 - 8000'kcal/kg

- Oberfläche 30-30Om²Zg
(superficial air=Oberf!ächenluft)

- E-CE-Reaktivität 0,91 -2,51

Zur Bestimmung der E.C.E.-Reaktivität wird die Kohle in einem CO₂-Strom bei 1000⁰C unter definierten Bedingungen gemäß der Reaktion C + CO2 — 2 CO vergast. Entsprechend der Reaktivität der Kohle wird ein mehr oder weniger großer Teil des CO? zu CO reduziert (siehe Methode de mesure de la reactivite des cokes metallurgiques, Nations Unies, Commission Economique pour l'Europe; Document ST/ECE/ COAL/12, New York 1965).

Kohlenstoffhaltiges Material nach der Erfindung kann nach entsprechender, jeweils unterschiedlicher Behandlung verwendet werden als: Material mit hohem Absorptionsvermögen für Flüssigkeiten, Feststoffe und Gase (zur Zeit wird aktivierter Kohlenstoff für diesen Zweck verwendet); als Material zum Trennen der Komponenten entweder einer Flüssigkeit oder eines gasförmigen Gemisches entsprechend Größe und Gestalt der jeweiligen Moleküle (zur Zeit werden Molekularsiebe für diesen Zweck verwendet); zum Ersetzen von Koks beim Agglomerieren des Eisenerzes und schließlich als Trägermaterial sowohl für aktive wie reaktive Materialien in Verfahren wie beispielsweise metallurgischen Prozessen.

Beispiel

10

15

20

25

30

Es wurden 40 Pfund handelsübliche Steinkohle pro Stunde mit 25 Gewichts-% flüchtigen Bestandteilen, 0,64 Gewichts-% Schwefel und 6,23 Gewichts-% Asche einem kontinuierlichen Verfahren ausgesetzt, das darin bestand:

a) Mahlen auf eine Korngröße, bei ,der 43,79 Gewichts-% Partikel zwischen 1,0 und 0,5 mm; 31,85% zwischen 0,50 und 0,25 mm; 14,03 Gewichts-% zwischen 0,25 und 0,15 mm und 10,33 Gewichts-% weniger als 0,15 mm sind;

b) Erwärmen und Trocknen bei 26O⁰C in einem Wirbelbettreaktor, der mit Luft als Make-up-Gas bei einem Durchsatz von 6,3 m³ pro Stunde (gemessen bei 20⁰C) und 1,1 ata 30 Minuten lang beliefert wurde;

c) Erwärmen auf 450°C in einem Wirbelbettreakior, der zunächst mit Stickstoff bei einem Durchsatz von 4,3 m³ pro Stunde (gemessen bei 20⁰C) und 1,1 ata 30 Minuten lang versorgt wurde. Die Abgase aus diesem Reaktor werden auf 55°C zum Kondensieren des Teers gekühlt; das Restgas wird in zwei Teile aufgeteilt; wobei ein 85 Volumen-% ausmachender Teil in eben diesen Reaktor rückgeführt wird und eine Volumenzusammensetzung von Sauerstoff 0,5%, Methan 28,6%, Kohlenmonoxyd 14,3%. Kohlendioxyd 40,3%, Äthan 14,3% und Stickstoff 2,0% aufweist. Die nicht im Kreislauf rückgeführte Fraktion wird zu anderen Zwecken, wie oben envähnt, gesammelt.

d) Es wurde weiter bis 870⁰C in einem Wirbelbettreaktor erwärmt, der zunächst mit Stickstoff bei einem Durchsatz von 2 m³ pro Stunde, gemessen bei 20⁰C und 1,1 ata 30 Minuten lang versorgt wurde. Die Abgase aus diesem Reaktor werden in zwei Teile aufgeteilt, wobei der 70 Volumen-% ausmachende erste Teil in eben diesen Reaktor rückgeführt wird und eine Volumenzusammensetzung aufweist von: 65% Wasserstoff, 12,1% Stickstoff, 0,4% Sauerstoff, 0,5% Kohlendioxyd, 20,0% iCohlenmonoxyd und 2,0% Methan. Die verbleibenden 30% werden, wie oben erwähnt, für Fremdzwecke gesammelt.

Das nach diesem Verfahren erhaltene kohlenstoffhaltige Material hat die folgenden Eigenschaften:

Mittlere Partikelgröße:	0,7 mm	Zusammensetzung in Gewichts-%	1,0%
Schüttdichte:	0,4 g/cm³	flüchtige Bestandteile	7,0%
Asche	0,2%
Schwefel insgesamt	88%
Kohlenstoff	1,2%
Wasserstoff	7000 kcal/kg
Oberer Heizwert:	140m²/g
Oberflächenerslreckung:

Das Material hatte eine E.C.E.-Reaktivität von 1,10.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von kohlenstoffhaltigem Material aus Steinkohle, wobei gemahlene und getrocknete Kohle in einem Wirbelbettreaktor mit einem Gemisch aus Luft (50 bis 100 Volumen-%), Wasserdampf (0 bis 50 VoIumen-%) und Stickstoff (0 bis 50 Volumen-%) bei Temperaturen zwischen 200 und 300° C über Zeiträume zwischen 15 und 120 Minuten erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Wirbelbettreaktor austretenden Produkte in einem nachfolgenden Wirbelbettreaktor mit einem Gemisch aus Luft (0 bis 20 Volumen-%), Wasserdampf (0 bis 50 Volumen-%) und Stickstoff (50 bis 100 Volumen-%) bei Temperaturen zwischen 400 und 600°C 10 Minuten bis 60 Minuten lang erwärmt werden, wobei von dem gasförmigen Gemisch immer eine konstante Fraktion in diese Stufe rückgeführt wird und allmählich das Ausgangsgemisch ersetzt, während der Rest der Gase (Gesatmvolumen der Destillationsgase minus in Form von Teeren kondensierte Dämpfe) für Fremdzwecke verwendet wird und daß die hierbei erhaltenen Produkte in einem dritten Wirbelbettreaktor mit einem Gemisch aus Luft (0 bis 70 Volumen-%) und Stickstoff (100 bis 30 Volumen-%) bei Temperaturen zwischen 800 und HOO⁰C 10 bis 60 Minuten lang erwärmt werden und die reduzierenden, sich in dieser Stufe entwickelnden Gase in zwei Fraktionen unterteilt werden, von denen die erste immer konstante Fraktion in dieser Stufe im Kreislauf rückgeführt wird und allmählich das obengenannte Gemisch ersetzt, während die verbleibende, praktisch dem Gesamtvolumen an destillierten Gasen entsprechende Fraktion für Fremdzwecke dem Kreislauf entnommen wird.

2. Verwendung des kohlenstoffhaltigen Materials nach Anspruch 1 als Reduktionsmittel im Hochofen.