DE2633789B2 - Verfahren und Vorrichtung zur . Herstellung von Petrolkokskalzinat - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur . Herstellung von PetrolkokskalzinatInfo
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- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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- C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
Description
Bei der thermischen Krackung von Destillationsrückständen oder schweren Gasölfraktionen, die bei
4r> der Rohölverarbeitung anfallen, entsteht Petrolkoks,
der in Kokskammern abgeschieden und mit Druckwasserstrahlen herausgeschnitten wird. Dieser Rohpetrolkoks,
auch Grünkoks genannt, enthält noch 6 bis 15% schwere asphaltartige Kohlenwasserstoffe
und je nach Dauer der Lagerung 12 bis 20% Wasser.
Der Koks wird vor allem für die Herstellung von
Elektroden verwendet. Dazu ist es aber erforderlich, das Wasser und die Kohlenwasserstoffe aus dem
Grünkoks zu entfernen. Zu diesem Zweck wird der
v, Grünkoks auf Temperaturen von 1200 bis 1400° C
erhitzt. Der spezifische elektrische Widerstand des Petrolkokses fällt dadurch von 3,7 X 106 Ω/cm auf
0,014 bis 0,016 Ω/cm. Der Koks wird von einem Isolator zu einem elektrischen Leiter umgewandelt. Die-
bo ser Vorgang wird als Kalzinieren von Petrolkoks bezeichnet,
das Fertigprodukt Petrolkokskalzinat genannt.
Das Kalzinieren wird in rotierenden Herdofen oder in Drehrohröfen durchgeführt. Auch diskontinuier-
M lieh betriebene Schachtofen können für diesen Zweck
eingesetzt werden. Es überwiegt jedoch die Anzahl der Drehrohrofenanlagen erheblich. Für Durchsatzkapazitäten
von über 500 täiö sind ausschließlich
Drehrohröfen im Einsatz. Insgesamt hat der Drehrohrofen
den Vorteil, daß dessen Prozeßführung variabler ist, um den vielfachen und ständig wachsenden
Qualitätsansprüchen an das Kalzinat gerecht werden zu können.
Zur Durchführung der vorbekannten Verfahren wird der nasse Grünkoks in den Drehrohrofen eingesetzt,
der schwach geneigt ist. Das Gut wird durch die Ofendrehung langsam durch den Ofen gefördert.
An der Produktaustragsseite wird der Ofen von einem Brennerkopf aus mit einem Gas- oder ölbrenner beheizt.
Die heißen Gase strömen dem Koks entgegen. Die aus dem Koks entweichenden Kohlenwasserstoffe
werden teilweise im Ofen verbrannt und liefern dadurch einen großen Teil der für den Prozeß erforderlichen
Energie. Das Kalzinat fällt mit Temperaturen von 1150 bis 1350° C in eine Kühldrehtrommel und
wird dort mit Wasser abgelöscht. Das auf der Produkteintrittsseite des Ofens entweichende Abgas enthält
noch brennbare Anteile, wie beispielsweise Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe
sowie große Mengen Koksstaub. Je nach Fahrweise und Wassergehalt des Einsatzmaterials hat das Gas
eine Temperatur von 500 bis 800° C. Es wird als Schwachgas bezeichnet. Die weitere Behandlung dieses
Schwachgases ist ein wesentlicher Teil des gesamten Verfahrens. Durch die ständig strenger wc rdenden
Umweltschutzbedingungen ist für die Zukunft eine befriedigende und wirtschaftlich tragbare Lösung dieses
Problems entscheidend dafür, ob kontinuierliche Petrolkoks-Kalzinierverfahren zukünftig noch durchführbar
sind.
Es sind verschiedene Verfahren im Gebrauch, wie aus der Veröffentlichung in »Aufbereitungstechnik«
Nr. 10/1972, »Die Entwicklung von großen Drehrohrofen mit Nachbrennern zum Kalzinieren von
Koks« hervorgeht, bei denen Schwachgas in Brennkammern, die dem Drehrohrofen nachgeschaltet sind,
durch Luft- und Brennstoffzufuhr behandelt wird, wodurch die brennbaren Gase und ein großer Teil des
Staubes verbrannt werden. Der Reststaubgehalt des Abgases ist aber auch dann noch so hoch, daß eine
intensive Stauabbscheidung durch Filter erforderlich ist. Dieser Forderung steht die hohe Abgastemperatur
von über 600° C entgegen. Auch beim Einsatz des Schwachgases in den Feuerraum eines Kessels, in dem
in Verbindung mit Gas- oder ölbrennern die Energie des Schwachgases zur Dampferzeugung verwendet
wird, ist die Feinentstaubung des den Feuerraum mit 400 bis 500° C verlassenen Abgases immer noch problematisch.
Das Gasvolumen ist temperaturbedingt noch sehr groß und die Anforderungen an das Material
des großvolumigen Filters sehr hoch, so daß dieses Verfahren und die dazu notwendigen Anlagen sehr
aufwendig sind. Dieser Aufwand wird noch vergrößert, wenn die heißen Abgase auf eine Temperatur,
die es gestattet, das Abgas in Textilfiltern zu reinigen, gekühlt werden. Es sind deshalb auch Anlagen gebaut
worden, bei denen ein Teil der Abgaswärme zum Trocknen des nassen Grünkokses verwendet worden
ist. Dabei werden 20 bis 40% des heißen Kesselabgases in einem Gebläse abgezogen und in einer Drehtrommel
in direkte intensive Berührung mit dem nassen Grünkoks gebracht. Das bei der direkten
Trocknung hinter der Trommel abgehende Gas enthält die Brüden und hat eine Temperatur von 140
bis 170° C. Hierbei können beide Gasströme getrennt entstaubt werden oder die Temperatur des Gesamt-
abgases auf 280 bis 350° C reduziert werden, wenn das Trocknerabgas dem Kesselgas wieder zugemischt
wird.
Der große Nachteil der direkten Trocknung von Günkoks liegt darin, daß das für die Trocknung verwendete
Kesselabgas hinter dem Trockner große Mengen an Grünkoksstaub enthält. Dieser Staub hat
die gefährliche Eigenschaft, mit Luft explosible Gemische zu bilden und schon bei Temperaturen von
unter 100° C zu zünden. Die Abscheidung dieses Staubes ist deshalb sehr gefährlich, weil bei Störungen
in der Gesamtanlage ein Lufteinbruch in das großvolumige Abgassystem nicht zu vermeiden ist und dadurch
in den Abgasleitungen und Staubfiltern Brände und Explosionen entstehen können.
Obwohl bei dem Einsatz von direkten Grünkokstrocknern das Staubproblem ungelöst geblieben ist,
zeigte es sich, daß der Einsatz von getrocknetem Grünkoks in den Kalzinierofen Vorteile für die gesamte
Prozeßführung im Ofen hat. Der Drehrohrofen kann kürzer werden, denn ca. 40% seiner Länge werden
beim Einsatz von nassem Grünkoks für dessen Trocknung benötigt.
Die Temperaturverteilung im Ofen läßt sich außerdem leichter beeinflussen und konstant halten, was
für die Kalzinatqualität wichtig ist. Weiterhin wird
durch den Einsatz von getrocknetem Grünkoks weitgehend vermieden, daß der Koks im Einlaufbereich
des Drehrohrofens an der Ofenausmauerung anbackt und durch Abbrechen dieser Anbackungen Materialschübe
im Ofen hervorgerufen werden, die den Kalziniervorgang erheblich stören und zu Schwankungen
in der Kalizinatqualität führen.
Ein weiteres Problem bei dem bisher verwendeten Kalzinierverfahren ist die Kühlung des heißen Kalzi·
nats. Bei der direkten Kühlung in einer Drehtrommel durch Ablöschen mit Wasser entstehen große Mengen
an Wasserdampf - bei 10 t Kalzinat ca. 10 0OC Nm3-, der sehr viel Staub enthält (ca. 800 bis 1000 mg/Nm3).
Die Abscheideleistung der bisher verwendeten Zyklon-Staubabscheider reicht für die erforderliche
Reinhaltung der Luft nicht mehr aus. Bei einer Naßentstaubung wäre die Wiederverwendung der abgeschiedenen,
Kalzinatstaub enthaltenden Wassers technisch schwierig. Es sind deshalb Anlagen gebaut
worden, bei denen die Brüden den Kesselabgasen zusammen in einer zentralen Entstaubungsanlage entstaubt
werden. Der Nachteil dieser Maßnahme liegt darin, daß die Brüdenmenge stark schwankt, wodurch
sich Druckschwankungen im gesamten Gasweg nicht vermeiden lassen. Druckschwankungen im Drehrohrofen
bewirken aber eine ständige Veränderung der Temperaturverteilung im Ofen, die sich negativ auf
die Qualität des Kalzinates auswirkt. Außerdem gelangen durch diese Druckschwankungen auch Brüden
in die Ubergangsschurre zwischen Ofen und Kühler, die dort mit dem glühenden Koks zu Wassergas reagieren,
vor allem dann, wenn das Produkt mit Temperaturen von über 1250° C aus dem Ofen fällt. Die
nachfolgende Verbrennung des Wassergases führt im Bereich des Produktaustrittes des Ofens, der Schurre
und im Einlaufbereich des Kühlers durch Überhitzung des Materials zu schweren Schaden. Weiterhin erwies
sich das System an Wassersprühdüsen in der Kühltrommel als sehr störanfällig und wartungsaufwendig.
Bei den steigenden Anforderungen an die Qualität des Kalzinates ist außerdem von Nacht?·'', daß der
Aschegehalt im Kalzinat, je nach dem Salzgehalt des verwendeten Kühlwassers, ansteigt. Die Abbrandgeschwindigkeit
von aus dem Kalzinat hergestellten Schmelzelektroden wird von dem Aschegehalt, und
dabei besonders von dem Calciumgehalt, negativ beeinflußt.
Aus diesen Gründen sind auch schon Anlagen gebaut worden, bei denen das Kalzinat indirekt gekühlt
wird. Dabei fällt das Piodukt in eine Drehtrommel, die in einem offenen Wasserbad rotiert. Das Kühlwasser
wird durch geregelten Zu- und Abfluß auf konstanter Temperatur gehalten. Diese Art der indirekten
Kühlung bietet gegenüber der direkten Kühlung Vorteile. Die Nachteile ergeben sich auf dem Gebiet der
Werkstoffe, der Korrosion und der geringen Wärmetauscherfläche.
In der US-PS 3 759795 wird im wesentlichen ein Verfahren zur Verarbeitung von Grünkoks zu Petrolkokskalzinat
beschrieben, nach dem der Grünkoks zunächst einem Vorerhitzer zugeführt und dort bereits
durch den direkten Kontakt mit heißen Gasen auf Temperaturen von 450 bis 540° C erhitzt wird. Auf
diese Weise wird eine schnelle Trocknung des Grünkokses bewirkt, die unter anderem auch zum Dekreptieren
der Koksteilchen führt und außerdem bereits eine erhebliche Menge an Kohlenwasserstoff aus dem
Grünkoks freisetzt. Durch den direkten Kontakt der Heizgase mit dem Grünkoks wird darüber hinaus die
Staubbeladung dieser Gase, die auch durch das Dekreptieren von Koksteilchen noch gefördert wird, sehr
vergrößert. Die technischen Nachteile derartiger Staubgemische sind bereits aufgezeigt und außerdem
bekannt.
Für das vorbekannte Verfahren ist es demzufolge unerläßlich, den Grünkoks bereits in dem Vorerhitzer
auf eine Temperatur zu erhitzen, die über der Temperatur liegt, welche zur reinen Trocknung des Grünkokses
notwendig ist und bei welcher noch keine wesentliche Menge an Kohlenwasserstoffen aus dem
Grünkoks ausgetrieben werden. Die obere Grenze der Temperatur, auf die der Grünkoks in dem Vorerhitzer
nach dem vorbekannten Verfahren erhitzt werden soll, entspricht mit 540° C bereits der unteren Grenze
der Kalziniertemperatur. Somit wird der Grünkoks nach dem vorbekannten Verfahren nicht nur getrocknet,
sondern es werden bereits Kohlenwasserstoffe daraus abgetrieben. Durch den direkten Kontakt der
heißen Gase mit dem Grünkoks werden daraus außerdem erhebliche Staubmengen mitgerissen, die später
aus dem Gasstrom wieder abzutrennen sind. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Arbeitsweise
ist die Entstaubung der aus dem Nachbrenner des Vorerhitzers abgezogenen Gase, die aufgrund ihrer
hohen Temperaturen von wenigstens 460° C in einem besonders ausgestatteten Zyclon erfolgen muß.
Die daraus abfließenden Gase müssen dann noch gekühlt werden, bevor sie über ein Gebläse wieder in
das Verfahren zurückgeführt werden. Die Kühlung ist offenbar notwendig, um das Gebläse zu schonen. Die
heißen Abgase des Kalzinierofens, die noch brennbare Anteile enthalten, werden davon in einem gesonderten
Nachbrenner befreit und dann in einem Staubabscheider, der aus hochtemperaturbeständigem Material
bestehen muß, vom Staub getrennt und mit Luft vermischt dem Abgaskamin zugeführt. Bei dem vorbekannten
Verfahren werden die Abgase demzufolge mit erheblichen Staubmengen beladen, die von diesen
Abgasen bei sehr hoher Temperatur wieder abgetrennt werden müssen.
Elektrofilter können jedoch zur Staubabtrennung aus Gasen mit Temperaturen von über 400° C bekanntlich
insbesondere dann nicht eingesetzt werden, ' wenn es sich um explosible Staub-Gas-Gemische handelt,
wie bei den Abgasen der Petrolkokskalzinierung. Aus diesem Grund werden die Abgase aus dem KaIizinierofen
bei dem vorbekannten Verfahren einer pyrolitisch wirkenden Reinigungseinrichtung zugeführt,
ι» während die Abgase des Vorwärmers in einem zweiten Nachbrenner von den brennbaren Bestandteilen
befreit werden. Auch diese Abgase werden dann noch in die pyrolitische Gasreinigung eingespeist und dort
mit dem Abgas des Kalzinierofens vermischt. Das aus dieser Abgasreinigung abziehende Gas hat eine so
hohe Temperatur, daß ihm sehr große Luftmengen zugemischt werden müssen, bevor es in den Abgaskamin
eingeleitet werden kann. Dieses Verfahren erfordert einen erheblichen apparativen Aufwand für die
Abgasreinigung. Außerdem wird in der US-PS 3 759795 zwar die Kühlung des Kalzinats als notwendig
bezeichnet, jedoch kein Hinweis gegeben, wie diese Kühlung durchzuführen ist.
Aus der DT-OS 2520132 ist ein Verfahren zum
Rösten von Koks mit wesentlichem Anteil an flüchtigen Bestandteilen vorbekannt. Wesentlich ist für diese
Verfahren offenbar, daß in dem als Drehofen ausgebildeten Kalzinierofen durch Einblasen von Luft eine
Auflockerung des Koksbettes hervorgerufen wird, die als »ausgebreitetes Bett in der gestörten Zone« bezeichnet
wird und etwa bei einem Drittel der Länge des Drehofens, vom Austoßende her gemessen, angeordnet
ist. An dieser Stelle soll auch das Temperaturmaximum des Koksbettes liegen. Wenn weitei
jri festgestellt wird, daß die im Drehofen erzeugte
Wärme wesentlich von der zugeführten Luftmenge abhängt, so gilt das allein für einen Drehrohrofen mil
seitlicher Luftzufuhr. Bei dieser Art Drehrohrofen muß auch noch die Lage der Röstzone und ihre Lage
relativ zum Lufteintritt der seitlichen Luftzufuhr geregelt werden. Die hierzu notwendigen Kontroll- und
Regeleinrichtungen stellen einen zusätzlichen technischen Aufwand dar.
In der US-PS 1993 199 ist eine Carbonisiervorrichtung
beschrieben, in der Kohle behandelt wird, die verdampfbare Bestandteile enthält. Insbesondere
wird in dieser Entgegenhaltung eine indirekte Kühleinrichtung beschrieben, der ein Transportsieb vorgeschaltet
ist, um die Feinstbestandteile des Carbonisie
rungsproduktes von den gröberen Stücken abzutren nen. Diese indirekte Kühlvorrichtung ist als von außer
mit Wasser berieseltes Röhrenbündel ausgebildet, die keinen geschlossenen Kühlwasserkreislauf aufweist
Nach dem in der OE-PS 217003 beschriebenei Verfahren wird lediglich das Schwachgas der Abhitze
anlage zugeführt, wobei für die dort entstehendei Rauchgase keine weitere Verwendung aufgezeig
wird.
Bei den aus der US-PS 3759795, der OE-P!
217003 und aus der Veröffentlichung von Vaillan u. a. in »Aufbereitungstechnik« (1972), Sei
ten 631 ff., bekannten Abgasreinigungen für die Er zeugung von Petrolkokskalzinat können die dort be
schriebenen Staubabscheider nicht durch Elektrof ilte ersetzt werden, weil die Abgase der Petrolkokskalzi
nierung mit hohen Temperaturen anfallen und bereit aus diesem Grund einem Elektrofilter nicht zugeführ
werden können. Ein Ablöschen der Gase mit Wasse
oder eine Zumischung von Luft vor dem Elektrofilter würde jedoch zu leicht explosiblen Gemischen führen,
die im Fall eines Überschlags in dem Elektrofilter gezündet wurden.
In dem Verfahren nach der OE-PS 217003 wird
der aus dem Schwachgas abgeschiedene Staub der Aufgabeleitung für Grünkoks, also dem Einsatzmaterial,
zugeführt, das nicht vorgetrocknet ist. Nach den Angaben der US-PS 1993199 wird das aus dem
Kokskalzinat abgesiebte Unterkorn ebenfalls dem als Ausgangsmaterial einzusetzenden Grünkoks zugemischt.
Über die Behandlung des in den Abgasen enthaltenden Staubes wird in dieser Veröffentlichung
nichts ausgesagt.
Die aus der US-PS 1 993 199 bekannte Vorrichtung
besteht aus einem Vorerhitzer, einem Kaizinierofen, einer Auslaufschurre und einem indirekten Kühler.
Die Vorrichtungsteile des Vorerhitzers und des Kalzinierofens sind nach der US-PS 1993 199 so miteinander
verbunden, daß die heißen Abgase des Kalzinierofens in dem Vorwärmer in direkten Kontakt mit dem
Kalziniergut gebracht werden. Damit wird aber erreicht, daß dieses Material bereits im Vorerhitzer auf
eine Temperatur erwärmt wird, die weit über der Temperatur liegt, die zum bloßen Trocknen des nassen
Grünkokses erforderlich ist. Damit ist auch dieses Verfahren mit allen Nachteilen behaftet, die vorstehend
im Zusammenhang mit der US-PS 3 759 795 erwähnt worden sind.
Wenn auch aus der OE-PS 217003 eine Absetzkammer für den in den Schwachgasen enthaltenen
Staub beschrieben ist, so ist dazu festzustellen, daß derartige Abfjtzkammern zur restlosen Entfernung
des Staubes aus dem Schwachgas nicht geeignet sind.
Es ergab sich aus diesem Stand der Technik die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, das die bekannten
Nachteile der bisher bekannten Kalzinierverfahren, insbesondere im Zusammenhang mit der
Grünkokstrocknung, der Kalzinatkühlung und der Abgasbehandlung, vermeidet, den steigenden Qualitätsanforderungen
an das Kalzinat gerecht wird, bei dem vor allem aber die ständig strenger werdenden
Umweltschutzbestimmungen hinsichtlich der Staubemission erfüllt werden können, wodurch der Betrieb
einer kontinuierlichen Petrolkokskalzinieranlage überhaupt erst möglich wird.
Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von Petrolkokskalzinat aus einem Kohlenwasserstoff-Restgehalt
von höchstens 0,1 Gew.-% aus nassem Grünkoks durch Vorerhitzen, Kalzinieren und anschließendem
Kühlen des Kalzinats, wobei das im Gegenstrom der Kalzinierstufe zugeführte Heizgas
mit Primärluft und die aus dem Grünkoks freigesetzten
Kohlenwasserstoffe mit Sekundärluft verbrannt werden, die brennbare Bestandteile enthaltenden
Abgase zur Beheizung der Vorerhitzerstufe eingesetzt und die aus den Abgasen abgeschiedenen Stäube in
den Verfahrensablauf zurückgeführt werden, gefunden.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der nasse Grünkoks in einem mit Rauchgas von einer
Eintrittstemperatur von 400 bis 450° C indirekt unter
Umwälzung auf eine Restfeuchte von 0,5 bis 7,0 Gew.-% getrocknet, das Trockenprodukt direkt
beheizt und unter Umwälzung kalziniert und das Kaizinat indirekt unter Umwälzung auf eine Temperatur
von 100 bis 200° C gekühlt wird, während die staubhaltigen Brüden aus der indirekten Trockner- und der
Kalzinierstufe abgezogen und mit Schwachgas vermischt und in der Feuerung (11) eines Dampferzeugers
unter Luftzugabe zu einem Rauchgas mit einer Temperatur von 400 bis 450° C verbrannt werden,
das der indirekten Trocknerstufe zugeführt, aus dieser mit einer Temperatur von 280 bis 320° C abgezogen
und bis zu einem Reststaubgehalt von unter 100 mg/ Nm' (trocken gemessen) entstaubt in die Atmosphäre
entlassen wird, wobei der in den Staubabscheidungen der indirekten Trockner- und Kalzinierstufe sowie in
der Nachentstaubung anfallende Koksstaub dem getrockneten Grünkoks der Kalzinierstufe zugeführt
wird.
Vorteilhaft wird dabei in der gesamten Kaizinieranlage ein Unterdruck und zwischen dem Austrag des
Drehofens 2 und dem Eintrag der Kühltrommei 6 in Druckdifferenz von 1,0 bis 0,5 mbar aufrechterhalten.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Verweilzeit des Kokses im Drehrohrofen bei einer Ofenneigung
von etwa 3,5% durch die Einstellung einer Drehzahl auf 0,5 bis 2,5 U/min geregelt wird.
Bei dem Verfahren der Erfindung kann das Temperaturmaximum der Kalzinierzone durch die Verweilzeit
in Verbindung mit der Primärluft eingestellt werden.
Ebenso ist es möglich, den indirekten Kühler in einem geschlossenen Kühlwassersystem zu betreiben,
wobei die Rückkühlung durch Luftkühler erfolgt.
Ferner wurde eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung, bestehend aus einem
Vorwärmer, dessen Produktaustrag zu der Einlaufschurre eines an diesem Ende mit einer Staubabscheidung
und einer Schwachgasableitung verbundenen Drehofens führt, an dessen Austragsseite ein Brenner,
Zuleitungen für Primär- und Sekundärluft sowie eine Produktableitung vorgesehen sind, die über eine
Schurre zu einem Kühler führt, sowie aus einer mit dem Vorwärmer durch Leitung verbundenen Abhitzevorrichtung,
einer Abgasreinigung und einem Staubsammelgefäß mit einer Leitung zur Rückführung
des Staubes in den Verfahrenslauf gefunden, kennzeichnend ist für diese Vorrichtung, daß der Vorwärmer
als indirekt beheizter Drehtrockner 1 ausgebildet ist, dessen Heizeinrichtung eine mit dem Staubsammelgefäß
26 verbundene Staubsammeleinrichtung aufweist, während der Trockenraum des
Drehtrockners 1 über eine Zuleitung 21 und ein Gebläse 20 mit einer Dampfkesselfeuerung 11 verbunden
ist, die aus der Staubabscheidung des Drehofens 2 austretende Schwachgasleitung 10 über einen Regulator
in die von dem Drehtrockner 1 zur Dampfkesselfeuerung 11 führende Brüdenabzugsleitung 21 einmündet
und der Staubabzug 14 mit dem Staubsammelgefäß 26 verbunden ist, wohingegen die Zuleitung
9 für die Sekundärluft an der Produktaustrittsseite des Drehofens 2 oberhalb des Brenners mündet
und den Produktaustrag des Drehofens 2 zu einer teilweise gemauerten und teilweise wassergekühlten
Schurre 5 führt, die in den als indirekt gekühlte Drehtrommel
6 ausgebildeten Kühler mundet, der an seiner Produktaustrittsseite eine Abgasleitung aufweist,
welche über einen Injektor 13 mit der Zuführungsleitung
für Primärluft 8 zum Drehofen 2 verbunden ist, und dessen Kühleinrichtung Teil eines in sich geschlossenen
Kühlsystems ist, wobei der Gasraum der Dampfkesselfeuerung 11 über eine Leitung 30 mit den
Heizeinrichtungen des Drehtrockners 1 und über eine weitere Leitung mit einem Elektrofilter 22 verbunden
ist, von dem eine Abgasleitung über ein Saugzuggebläse
24 zum Kamin 25 führt.
Die Auslaufschurre 5 des Drehrohrofens 2 weist vorteilhaft im oberen gemauerten Teil eine Treppenstufe
auf, so daß das Kalzinat aufeinanderfällt und da- > durch Materialverschleiß an der Schurre vermieden
wird und worauf das Kalzinat über den wassergekühlten Teil der Schurre im indirekten Kühler 6 zugeführt
wird.
Weiter hat es sich bewährt, die Ausmauerung des i<
> Kalzinierofens in der Einlaufzone und in der Kalzinierzone auf eine Länge von etwa V3 bis 2/3 der Ofenlänge
als Kammfutter auszubilden.
Das Verfahren der Erfindung arbeitet mit einer indirekten Trocknung, indirekter Kühlung, zentraler i>
Staubdosierung und Staubabscheidung durch E-Filter und kann beispielsweise wie folgt beschrieben werden:
Der nasse Grünkoks wird in einem indirekten Trockner 1 getrocknet, der mit dem Abgas eines Kessels
11 beheizt wird. In dem Kessel wird die Energie -1» des Kalzinierschwachgases zur Dampferzeugung ausgenutzt.
Bei dem Trockner 1 handelt es sich um einen während des Betriebes in der Drehzahl verstellbaren
Röhrentrockner, in dem der Koks durch die Drehbewegung gefördert wird. Der Trockner dreht sich in .'5
einer Kammer, durch die das Kesselabgas strömt. Die mit dem leicht entzündlichen Grünkoksstaub beladenen
Brüden werden mit einem Gebläse 20 am Ausgang des Trockners 1 abgezogen und in den Feuerraum
des Kessels geführt, in dem der Staub verbrennt, jo Dem auf einen Wassergehalt von max. 5% getrockneten
Grünkoks wird hinter dem Trockner 1 gleichmäßig Staub zudosiert, der aus der Staubabsetzkammer
14 hinter dem Drehrohrofen 2, dem Elektrofilter 22 und der Gasseite des Grünkokstrockners abgezogen js
und in einem Behälter 26 gesammelt wird, von dem aus die Zudosierung erfolgt. Die Staubzudosierung ist
von besonderer Bedeutung für die gleichmäßige Ausbildung des Koksbettes im Kalzinierofen. Das Gemisch
aus trockenem Grünkoks und Staub gelangt in 4» den Drehrohrofen 2, in dem das Gut einem heißen
Gasstrom entgegengeführt wird. Die Beheizung des Drehrohrofens 2 erfolgt auf der Produktaustrittsseite
mit einem Gas- oder ölbrenner. Brennluft wird über ein Gebläse an zwei Stellen am Brennerkopf als Primärluft
direkt am Brenner und als Sekundärluft oberhalb des Brenners zugeführt. Ein Teil der aus dem
Koks entweichenden Kohlenwasserstoffe wird im Drehrohrofen mit Hilfe der Sekundärluft verbrannt,
wodurch der größte Teil der für den Prozeß erforderlichen Energie gewonnen wird.
Durch das Verhältnis von Primär- und Sekundärluft und die Absaugung im Ofen wird die Temperaturverteilung
über die gesamte Ofenlänge eingestellt.
Das fertige Produkt fällt mit einer Temperatur von 1250 bis 1350° C über eine teilweise gemauerte, teilweise
wassergekühlte Schurre 5 in einen indirekten Drehkühler 6, in dem das Produkt durch wasserumflossene
Kühlsektionen geführt wird. Das erwärmte Kühlwasser fließt im Kreislauf von einem Sammelbe- bo
halter 31 über einen Luftkühler 33 in den Kalzinatkühler
zurück. Die Wärme des Kalzinates wird so an die Luft abgeführt. Die Kühlung der Schurre ist an
diesen Kreislauf angeschlossen. Das Kalzinat verläßt den Kühler mit einer Temperatur von 100 bis 1500C.
Das Schwachgas aus dem Drehrohrofen wird über eine Staubabsetzkammer 14 gefahren, in der sich die
groben Staubpartikel absetzen und gelangt dann in den Feuerraum des Kessels, der auf verschiedenen
Ebenen mit gas- oder ölbetriebenen Stütz- und Leistungsbrennern 17 bzw. 18 ausgerüstet ist und dem
Brennluft über Gebläse 19 zugeführt wird. Dort werden die brennbaren Gase, wie beispielsweise Kohlenmonoxid,
Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe, verbrannt. Von dem Staub werden die besonders leicht
entzündlichen Restkohlenwasserstoffe enthaltenden Anteile teils verbrannt, teils auskalziniert. Die gewonnene
Energie wird zur Dampferzeugung verwendet.
Schwankungen im Energiegehalt des Schwachgases werden durch die entsprechend geregelten Leistungsbrenner ausgeglichen, so daß eine gleichmäßige Kessellast
gefahren werden kann. Pro Tonne eingesetzten trockenen Grünkokses werden einschließlich der Leistung
der Stütz- und Leistungsbrenner 2,6 bis 2,9 t Dampf mit einer Erzeugungswärme von 2970 J/kg
Dampf erzeugt. Das 400 bis 500° C heiße Abgas geht hinter dem Kessel in den indirekten Trockner 1 und
gelangt von dort mit einer Temperatur von 280 bis 320° C in einen Elektrofilter 22. Da der gesamte im
Abgas enthaltene Staub durch den Feuerraum des Kessels gefahren wird, enthält dieser nur Spuren von
Kohlenwasserstoffen, ist schwer entzündlich und läßt sich elektrostatisch sehr gut abscheiden.
Zusammen mit der relativ niedrigen Abgastemperatur sind damit die Bedingungen gegeben, daß das
Filter relativ klein und damit wenig aufwendig gebaut werden kann. Der Reststaubgehalt des Abgases hinter
dem Filter liegt unter 100 mg/Nm3 tr und genügt den Umweltschutzbestimmungen. Hinter dem Filter wird
das saubere Abgas mit einer Temperatur von unter 300° C über ein Saugzuggebläse in den Schornstein
gefahren.
Das Verfahren der Erfindung bietet gegenüber der Arbeitsweise nach dem Stand der Technik folgende
Vorteile: Es wird praktisch nur ein Gasweg benötigt, der vom Drehrohrofen über den Kessel, den Trockner
und das Elektrofilter zu dem Saugzuggebläse führt und hinsichtlich Druck und Temperatur entsprechend
sicher geregelt werden kann. Es ist damit eine Vorbedingung für eine gleichmäßig gute Kalzinatqualität
gegeben. Bei der Schwachgasbehandlung wird die Energie des Gases optimal für die Dampferzeugung
und für die Trocknung des Grünkokses genutzt. Der im Gas enthaltene Staub wird schwer entzündlich und
elektrostatisch leicht abscheidefähig. Zusammen mit der relativ niedrigen Abgastemperatur hinter dem
Trockner sind damit die Bedingungen für eine gefahrlose intensive, den Umweltschutzbestimmungen genügende
Abgasreinigung gegeben.
Durch den Einsatz von getrocknetem Grünkoks in dem Drehrohrofen kann dieser Anlagenteil kleiner
gebaut werden, wodurch die Prozeßregelung erleichtert wird. Anbackungen im Einlaufbereich des Drehrohrofens
werden weitgehend vermieden.
Der abgeschiedene Staub wird in gleichmäßiger Menge dem Einsatz des Drehrohrofens zudosiert. Es
ist damit eine wesentliche Vorbedingung für einen gleichmäßigen Ablauf des Kalizinierens gegeben, da
der Feinkornanteil im Einsatzmaterial dessen Fließverhalten im Drehrohrofen stark beeinflußt.
Durch die indirekte Kühlung ist das Volumen des zu entstaubenden Abgases um 15 bis 20% kleiner als
bei der direkten Kühlung. Der Aschegehalt des Kalzinats ist gering und seine Qualität dadurch besser.
Durch das abgeschlossene Kühlsystem ist die Verwendung von vollentsalztem Wasser als Kühlwasser
möglich, wodurch hinsichtlich der Korrosion und der Verschmutzung des Kühlsystems erhebliche Vorteile
gegeben sind.
Das Verfahren der Erfindung gliedert sich in folgende Verfahrenswege, die nachstehend beispielsweise
angegeben werden:
1. Koksweg
Der Grünkoks wird über Fördereinrichtungen dem indirekten Grünkokstrockner 1 zugeführt. Diese Einrichtungen
sind vorteilhaft so geschaltet, daß im Störungsfall der Grünkokstrockner beigepaßt werden
kann. Vom Trockner 1 gelangt der als Grünkoks in den als Drehrohrofen 2 ausgebildeten Kalzinierofen.
Der Drehrohrofen 2 kann mittels hydrostatischem Antrieb mit verschiedenen Geschwindigkeiten gedreht
und so die Verweilzeit des Kokses im Drehrohrofen 2 beeinflußt werden. Die Neigung des Drehrohrofens
2 ist auf den Drehzahlgeschwindigkeitsbereich abgestimmt. Die Ausmauerung des Drehrohrofens
2 ist im Kalzinierbereich und im Bereich der Einlaufzone als Kammfutter ausgeführt, wodurch eine
optimale Umwälzung des Koksbettes erreicht wird. Die Schurre 5 am Auslauf des Drehrohrofens 2 hat
im oberen gemauerten Teil eine Treppenstufe, so daß Kalzinat auf Kalzinat fällt, wodurch der Verschleiß
am Mauermaterial auf ein Minimum reduziert wird. Der Übergang zum indirekten Kühler 6 ist wassergekühlt.
Der indirekte Kühler 6 ist ein Sektionalkühler, der von einem Kühlwasserstrom beaufschlagt wird
und im Kühlraum stets bis zur Hälfte (Achsmitte) mit Wasser gefüllt ist. Das Kalzinat gelangt in den Kühler
mit ca. 1250 bis 1350° C, verläßt den Kühler mit ca. 100 bis 150° C und wird dann mittels Fördereinrichtungen
in die Kalzinatbunkerstation gefahren.
2. Gasweg
Der Gasweg beginnt bei dem Brenner und Luftzugabe an der Produkt-Austrittsseite des Drehrohrofens
2 und führt dann über den Drehrohrofen 2, den Kessel 11, den indirekten Trockner 1 und das Elektrostaubfilter
22 zu dem Saugzuggebläse 24. Durch diese Gebläse 24 wird auf dem gesamten Gasweg ein
Unterdruck erzeugt, der durch entsprechende Regelklappen im Drehofen 2 und im Feuerraum des Kessels
11 jeweils auf einer konstanten, prozeßbedingten Höhe gehalten wird. Hinter dem Saugzuggebläse 24
wird das Abgas zu dem Schornstein 25 geführt. Die Beheizung des Drehrohrofens 2 erfolgt vorzugsweise
mit Gas sowie Erdgas, Raffineriegas etc. und kann auch mit Heizöl bewirkt werden. Die Brennluft wird
über ein Gebläse zugeführt. Die Temperatur des KaI-zinates am Austritt des Drehrohrofens 2 wird über die
Brennstoffmenge auf ca. 1250 bis 1350° C geregelt. Die Brennluft wird aufgeteilt in Primärluft, die direkt
dem Brenner zugeführt — und Sekundärluft, die im oberen Teil des Ofenbrennerkopfes eingeblasen wird.
Die Sekundärluft dient der teilweisen Verbrennung der aus dem Grünkoks ausgetriebenen Kohlenwasserstoffe
im Drehrohrofen 2. Es ist dadurch möglich, in einem praktisch ausreichenden Bereich die Abgastemperatur
an der Produkt-Eintrittsseite des Drehrohrofens 2 zu regeln. Über einen Zugregulierschieber
16 wird im Drehrohrofen 2 ein bestimmter Unterdruck gehalten. Durch die Höhe des Unterdrukkes
und die Verteilung von Primär- und Sekundärluft ist es möglich, die Temperaturverteilung im Drehrohrofen
2 so zu beeinflussen, daß für die Qualität des Kalzinats ein Optimum erreicht werden kann. Ein
Teil der Brennluft wird auf der Druckseite des Brennluftgebläses durch einen Injektor 13 geführt. Dieser
Injektor 13 saugt Luft aus dem indirekten Kühler 6 an dessen Produktaustrittsseite ab, die durch verschiedene
Undichtigkeiten eindringt. Diese Falschluft würde, bedingt durch den Unterdruck im Drehrohrofen
2 gemäß dem Druckgefälle, durchdie Übergangsschurre vom Kühler 6 zum Drehrohrofen 2 fließen,
im Gegenstrom zu dem glühenden Kalzinat. was zu sehr hohen Temperaturen und Zerstörungen an der
Schurre 5 führen würde. Die Saugleistung wird so eingestellt, daß ein schwaches Druckgefälle vom Drehrohrofen
2 zum Kühler 6 entsteht. Das abgesaugte Luft-Rauchgasgemisch wird dem Drehrohrofen 2
über die Primärluft zugeführt. Das Abgas aus dem Drehrohrofen enthält brennbare Gase, wie Kohlenmonoxid,
Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe und sehr viel Staub. Dieses auch als Schwachgas bezeichnete
Gas passiert erst die Staubabsetzkammer 14, in der sich die schweren Staubpartikel absetzen und wird
mit einer Temperatur von 600 bis 800° C über ein Umstellventil 29 in den Kessel 11 geleitet.
Bei außergewöhnlichen Betriebszuständen wie beispielsweise An- und Abfahrmaßnahmen, Kesselstillstand
usw. kann das Schwachgas auch mit Hilfe des Umstellventils 29 direkt in den Schornstein 25 gefahren
werden, in dem Stützbrenner dafür sorgen, daß in diesem Fall ein großer Teil des Staubes und die
brennbaren Gase verbrannt werden. In der Dampfkesselfeuerung 11 sind auf verschiedenen Ebenen
Stütz- und Leistungsbrenner angeordnet, die mit Gas oder öl betrieben werden können, wobei die Brennluft
über Gebläse zugeführt wird. Die Luft- und Brennstoffzufuhr zu den Stütz- und Leistungsbrennern
wird so geregelt, daß die brennbaren Gasanteile des Schwachgases und die leichtentzündlichen Staubpartikel
verbrennen, das Abgas kein Kohlenmonoxid und nur etwa 2 bis 4 VoI.% Sauerstoff enthält und
der Dampfkessel mit gleichmäßiger Dampflast gefahren wird. Die etwa 400 bis 500° C heißen Abgase
der Dampfkesselfeuerung 11 werden über die Leitung 30 in den indirekten Trockner 1 geleitet. Bei Störungen
und Reparaturen am Trockner 1 kann das Gas auch über eine Beipaßleitung am Trockner 1 vorbeigefahren
werden. Beim Passieren des Trockners 1 kühlt das Kesselgas auf eine Temperatur von 280 bis
320° C ab. Durch die abgegebene Wärme wird der nasse Grünkoks getrocknet. Der Wassergehalt sinkt
dabei von etwa 12 bis 20% auf 0,5 bis 5 %. Die Brüden werden an der Produktaustrittsseite mit einem Gebläse
20 abgesaugt. Diese enthalten eine große Menge sehr entzündlichen Griinkoksstaubes und werden
deshalb in der Dampfkesselfeuerung 11 direkt hinter dem Gebläse eingesetzt. Das gekühlte Abgas passiert
hinter dem Trockner 1 das Elektrofilter 22. Der gesamte in dem Abgas enthaltene Staub wird durch die
Dampfkesselfeuerung 11 geführt, es ist dadurch der Gehalt an Rest-Kohlenwasserstoffen im Koksstaub
sehr gering und der Staub schwer entzündlich. Da außerdem das Abgas einen relativ hohen Gehalt an
Wasserdampf hat, sind die Vorbedingungen für eine gefahrlose elektrostatische Abscheidung des Staubes
geschaffen. Der Re; tstaubgehalt des Abgases hinter dem Elektrofilter 11 entspricht den Umweltschutzbestimmungen.
Hinter dem Elektrofilter 11 wird das Abgas über das Saugzuggebläse 24 mit Temperaturen
von unter 300° C in den Kamin abgeführt.
3. Staubweg
Die größe Menge des bei dem Prozeß entstehenden
Staubes fällt in der Staubabsetzkammer 14 hinter der Produkteintrittsseite des Drehrohrofens 2 und in dem
Elektro-Staubfilter 22 an. Die auf der Gasseite des indirekten Trockners 6 abgeschiedene Staubmenge ist
sehr gering. Entsprechend der räumlichen Anordnung der einzelnen Anlageteile zueinander, in denen
Staubabscheidung erfolgt, wird der Staub über mechanische oder pneumatische Fördereinrichtungen zu
einem Staubsammelbehälter 26 gefahren. Aus diesem Staubsammelbehälter 26 wird der Staub über eine
Dosierschnecke 27 und eine mechanische Fördereinrichtung dem getrockneten Grünkoks zwischen indirektem
Trockner 1 und Eintritt des Drehrohrofens 2 zudosiert.
Die gleichmäßige Zudosierung des Staubes zum Drehrohrofeneinsatz ist für das Verfahren der Erfindung
günstig, da der Feinkornanteil des Einsatzmaterials das, Fließverfahren des Kokses im Drehrohrofen
beeinflußt.
Es ist auch möglich, den in dem Staubsammelbe-
hälter 26 gesammelten Staub ganz oder teilweise übei
eine pneumatische Fördereinrichtung der Brennluf des Drehrohrofens2zuzudosieren.Die Temperature
gelung im Ofen wird jedoch dadurch erschwert. Außerdem wird eine höhere Menge an Staub verbrannt, wo
durch die Kalzinatausbeute herabgesetzt wird.
4. Indirektes Kühlsystem
Das Kühlsystem besteht aus einer Kühlwasservor lage 31, der Kühlwasserpumpe 32 und dem Luftkühle
33. Als Kühlwasser wird vollentsalztes Kesselspeise wasser verwendet. Es werden dadurch Korrosioner
und Verschmutzungen im Kühlsystem praktisch ver mieden. Durch das geschlossene Kühlsystem ist aucr
die Verwendung von anderen Kühlflüssigkeiten mög lieh. Das System ist durch einen Syphon 34 geger
Luftsauerstoffzutritt abgetaucht. Bei Ausfall de Kreislaufpumpe 32 wird automatisch auf die Zuspei
sung von Hydrantenwasser umgeschaltet. Diese Wasser steht ständig mit einem ausreichenden Druck
zur Verfügung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Petrolkokskalzinat mit einem Kohlenwasserstoff-Restgehalt
von höchstens 0,1 Gew.-% aus nassem Grünkoks durch Vorerhitzen, Kalzinieren und anschließendem
Kühlen des Kalzinats, wobei das im Gegenstrom der Kalzinierstufe zugeführte Heizgas mit
Primärluft und die aus dem Grünkoks freigesetzten Kohlenwasserstoffe mit Sekundärluft verbrannt
werden, die brennbare Bestandteile enthaltenden Abgase zur Beheizung der Vorerhitzerstufe
eingesetzt und die aus den Abgasen abgeschiedenen Stäube in den Verfahrenslauf zurückgeführt
werden, dadurch gekennzeichnet,
daß der nasse Grünkoks in einem mit Rauchgas von einer Eintrittstemperatur von 400 bis
450° C indirekt unter Umwälzung auf eine Restfeuchte von 0,5 bis 7,0 Gew.-% getrocknet, das
Trockenprodukt direkt beheizt und unter Umwälzung kalziniert und das Kalzinat indirekt unter
Umwälzung auf eine Temperatur von 100 bis 200° C gekühlt wird, während die staubhaltigen
Brüden aus der indirekten Trockner- und der Kalzinierstufe abgezogen und mit Schwachgas vermischt
und in der Feuerung (11) eines Dampferzeugers unter Luftzugabe zu einem Rauchgas mit
einer Temperatur von 400 bis 450° C verbrannt werden, das der indirekten Trocknerstufe zugeführt,
aus dieser mit einer Temperatur von 280 bis 320° C abgezogen und bis zu einem Reststaubgehalt
von unter 100 mg/Nm3 (trocken gemessen) entstaubt in die Atmosphäre entlassen
wird, wobei der in den Staubabscheidungen der indirekten Trockner- und Kalzinierstufe sowie in
der Nachentstaubung anfallende Koksstaub dem getrockneten Grünkoks der Kalzinierstufe zugeführte
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der gesamten Kalzinieranlage
ein Unterdruck und zwischen dem Austrag des Drehofens (2) und dem Eintrag der Kühltrommel
(6) eine Druckdifferenz von 1,0 bis
9.4 mbar aufrechterhalten werden.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Drehofens
(2) bei eine Ofenneigung von 3,5% auf 0,5 bis
2.5 U/min eingestellt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3, bestehend aus einem
Vorwärmer, dessen Produktaustrag zu der Einlaufschurre eines an diesem Ende mit einer
Staubabscheidung und einer Schwachgasableitung verbundenen Drehofens führt, an dessen Austragsseite
ein Brenner, Zuleitungen für Primär- und Sekundärluft sowie eine Produktableitung
vorgesehen sind, die über eine Schurre zu einem Kühler führt, sowie aus einer mit dem Vorwärmer
durch Leitungen verbundenen Abhitzevorrichtung, einer Abgasreinigung und einem Staubsammelgefäß
mit einer Leitung zur Rückführung des Staubes in den Verfahrenslauf, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vorwärmer als indirekt beheizter Drehtrockner (1) ausgebildet ist, dessen Heizeinrichtung
eine mit dem Staubsammelgef äß (26) verbundene Staubsammeleinrichtung aufweist, während der Trockenraum des Drehtrockners (i)
über eine Zuleitung (21) und ein Gebläse (20) mit einer Dampfkesselfeuerung (11) verbunden ist,
die aus der Staubabscheidung des Drehofens (2) austretende Schwachgasleitung (10) über einen
Regulator in die von dem Drehtrockner (1) zur Dampfkesselfeuerung (11) führende Brüdenabzugsleitung
(21) einmündet und der Staubabzug (14) mit dem Staubsammelgefäß (26) verbunden ist, wo hingegen die Zuleitung (9) für die Sekundärluft
an der Produktaustrittsseite des Drehofens (2) oberhalb des Brenners mündet und der Produktaustrag
des Drehofens (2) zu einer teilweise gemauerten und teilweise wassergekühlten Schurre (5) führt, die in den als indirekt gekühlte
Drehtrommel (6) ausgebildeten Kühler mündet, der an seiner Produktaustrittsseite eine Abgasleitung
aufweist, weiche über einen Injektor (13) mit der Zuführungsleitung für Primärluft (8) zum
Drehofen (2) verbunden ist, und dessen Kühleinrichtung Teil eines sich geschlossenen Kühlsystems
ist, wobei der Gasraum der Dampfkesselfeuerung (11) über eine Leitung (30) mit den
Heizeinrichtungen des Drehtrockners (1) und über eine weitere Leitung mit einem Elektrofilter
(22) verbunden ist, von dem eine Abgasleitung über ein Saugzuggebläse (24) zum Kamin (25)
führt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaufschurre (5) des
Drehofens (2) im oberen gemauerten Teil eine Treppenstufe aufweist.
6. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausmauerung des
Drehrohrofens (2) in der Einlaufzone auf eine Länge von etwa V? bis 2/3 der Ofenlänge als
Kammfutter ausgebildet ist.
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