DE2654971C3 - Verfahren zur Herstellung von kalziniertem Koks - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von kalziniertem KoksInfo
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- DE2654971C3 DE2654971C3 DE2654971A DE2654971A DE2654971C3 DE 2654971 C3 DE2654971 C3 DE 2654971C3 DE 2654971 A DE2654971 A DE 2654971A DE 2654971 A DE2654971 A DE 2654971A DE 2654971 C3 DE2654971 C3 DE 2654971C3
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
- C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalzinieren von Koks mit einem Anteil an flüchtigen Bestandteilen
in einem geneigten Drehofen, bei dem durch Zufuhr von Koks am oberen Ofenende ein wanderndes Koksbett
erzeugt wird, welches am unteren Ofenende ausgetragen wird, wobei in den Ofen zwischen dessen beiden
Enden Luft eingeblasen wird.
Bei der Kalzinierung von Petrolkoks wird z. B. zerkleinerter grüner Petrolkoks bei hoher Temperatur
kalziniert, um flüchtige Stoffe abzutreiben und um die Kristallstruktur des Kokses zu reorientieren. Die
Erfindung betrifft nun ein Verfahren, bei dem der Koks oder das andere kohlenstoffhaltige Material in einem
Drehofen kalziniert wird.
Das Ausmaß der Kalzinierung und der Schrumpfung der Koksbestandteile hängen von der Temperatur ab,
auf welche die Koksbestandteile erhitzt werden. Diese Hitze wird dem Koksbett von der heißen gasförmigen
Atmosphäre innerhalb des Ofens und der erhitzten Ofenwand zugeführt, so daß die Gefahr besteht, daß das
Koksbett in seiner Mitte weniger erhitzt wird als an seinem Rand. Außerdem führt das Kalzinieren des
Kokses zu großen Mengen von Kohlenstoffpartikeln im Abgas, die aus diesem vor dem Austreten in die freie
Atmosphäre durch Verbrennung oder andere Behandlung entfernt werden müssen.
Aus US-PS 28 13 822 ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Koks bereits im oberen Ofendrittel stark
erhitzt wird, so daß bereits dort etwa zwei Drittel seiner flüchtigen Bestandteile entweichen. Im Hinblick darauf
wird am unteren Ende dieses oberen Ofendrittels Luft zugeführt, um diese flüchtigen Koksbestandttile vollständig
verbrennen zu können. Im Bedarfsfall kann etwa am unteren Ende des mittleren Drittels der Ofenlänge
nochmals Luft zugeführt werden, um die in diesem mittleren Ofenbereich eventuell noch entweichenden
flüchtigen Koksbestand teile ebenfalls vollständig verbrennen zu können. In jedem Fall wird jedoch bei
diesem bekannten Verfahren der Hauptteil der zwischen den beiden Ofenenden zwangsweise zugeführten
Luft in der oberen Ofenhälfte eingeblasen, wo der Großteil der flüchtigen Koksbestandteile aus dem
Koksbett entweicht und verbrannt werden soll.
Zwar erfolgt bei diesem bekannten Verfahren eine intensive und vollständige Verbrennung der flüchtigen
Koksbestandteile, trotzdem wird die dabei entstehende Wärme noch nicht optimal für das Kalzinierungsverfahren
ausgenutzt Einerseits muß zur zufriedenstellenden Durchführung des Verfahrens noch Fremdwärme durch
Verbrennen von Freradbrennstoff am unteren Austragseiide
des Ofens verwendet werden, was in der Nähe des Ofenendes erfolgt, was zu starkem Koksbrand und
damit zu einer Reduzierung der Ausstoßmenge an kalziniertem Koks führt. Andererseits treten die
verbrannten Ofengase am oberen Ofenende mit einer relativ hohen Temperatur in den Abzugskamin aus mit
den Folgen einer schlechten Energieverwertung.
Ein Kalzinierungsverfahren, bei dem man eine verbesserte und gleichmäßigere und wirtschaftliche
Erhitzung des Koksbettes bis zur Kalzinierungstemperatur durch einen verbesserten Wärmeübergang erreicht,
wird in der DE-OS 25 20 132 beschrieben. Bei dem dortigen Verfahren gemäß Gattungsbegriff des
Patentanspruchs 1 sind die wesentlichen beiden Verfahrensparameter die maximale Ofentemperatur Tc
in der regellosen Zone und die Position der regellosen Zone Pc. Eine direkte Messung von Tcist nicht möglich,
aber gemäß dem bekannten Verfahren kann man, unter der Voraussetzung, daß P0 einigermaßen konstant
gehalten wird, aus der Temperatur Td den Wert für die
Temperatur Tc durch die Kristallitdicke des Produkts
errechnen. Dies heißt mit anderen Worten, daß, unter der Voraussetzung, daß Pc konstant ist, eine vorhersehbare
Beziehung zwischen Td und der Kristallitdicke
besteht.
Alle Änderungen in Pc und Td, die beim Betrieb des
Ofens auftreten, können durch Veränderung von Variablen korrigiert werden, z. B. durch die Veränderung
der Zuführungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft, durch die Drehgeschwindigkeit des Drehofens
oder die Beschickungsgeschwindigkeit des kohlenstoffhaltigen Materials. Letzteres ist jedoch unerwünscht,
weil dadurch die Produktionsrate des Ofens verändert wird.
Bei dem bekannten Verfahren wurde der Wert T1,
gemessen, während die Überwachung der Position der Zone Pc lediglich durch ein Fenster im Ofen möglich ist.
Wegen der hohen Temperaturen im Ofeninneren muß eine solche Beobachtung durch eine Reihe von
optischen Filtern oder durch eine Fernsehkamera erfolgen, und dies erschwert eine solche Beobachtung.
Außerdem ist das Beobachtungsfenster in der Regel in einer Entfernung von etwa 20 m vom unteren Ende der
regellosen Zone Pc angebracht, so daß diese Zone nur
sehr schwierig beobachtet werden kann. Dies bedeutet, daß es sehr schwer ist, einen numerischen Wert der r,
Zone Pc zuzuordnen, und daß es deshalb in der Praxis
nicht praktikabel ist, die Zone Pc kontinuierlich zu
beobachten und daraus folg;, daß es ebenso schwierig
ist, festzustellen, ob eine Veränderung der Zone Pc im
Laufe von nacheinander folgenden Beobachtungen tu erforderlich ist
Aufgabe der Erfindung ist es, eine ständige visuelle
Beobachtung der Zone Pc zu vermeiden und einen anderen Weg zu finden, um eine Kontrolle der Zone Pc
zu bewirken. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, ι > daß man den Wert für 7} mißt und aufzeichnet, ebenso
die Werte für die Temperaturen Td. Da man Td und Ti
leicht messen kann, ist es ein großer Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren, diese beiden Werte als
Kontrollwerte für die maximale Kalzinierungstempera- m tür Tc in der regellosen Kalzinierangszone Pc einzusetzen.
Bei dem bekannten Verfahren gemäß DE-OS 25 20 132 wurde Tr zwar überwacht, jedoch wurde Tf
nicht als Kontrolltemperatur gemäß dem erfindungsge- j>
mäßen Verfahren eingesetzt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden bei dem Verfahren gemäß Gattungsbegriff die Betriebsbedingungen
des Drehofens so gesteuert, daß man zunächst Sollwerte der Temperaturen Td und Tf festlegt, bei j<
> welchen Temperaturen der gewünschte Wert der maximalen Kalzinierungstemperatur Tc in der regellosen
Kalzinierungszone Pc und deren gewünschten Position vorliegen. Dann stellt man die Temperaturen
Td und Tf und die Betriebsbedingungen so ein, daß sie π
Abweichungen von den tatsächlichen Werten für Td und
Tf entgegenwirken. Dies bewirkt eine beachtliche Vereinfachung des Verfahrens gemäß DE-OS 25 20 132.
Obgleich die maximale Temperatur Tc von kritischer
Bedeutung f.ir das effektive Ausmaß der Kalzinierung in
ist, werden weder tatsächliche Ablesungen dieses Wertes vorgenommen, noch werden diese gebraucht.
Eine zufriedenstellende Kalzinierung eines gegebenen Kokses, entweder gemessen anhand der Kristallitdicke,
der wirklichen Dichte oder sonst, hängt spezifischerwei- -r>
se davon ab, daß dieser eine bestimmte Maximaltemperatur erreicht.
Periodisch wird die Position Pc der regellosen Zone
(z. B. durch visuelle Beobachtung oder durch Fernsehüberwachung) und Beobachtungen die physikalische ■-.«
Konstitution des Produktes (z. B. der Kristallitdicke, La
durch Röntgenbeugung, oder der wirklichen Dichte) die für den Wert von Tc repräsentativ sind, durchgeführt, um
eine Revision der Sollwerte von 7} und Td im erforderlichen Ausmaß zu ermöglichen. ,
Ein wesentliches Betriebsmerkmal des Verfahrens besteht darin, daß mindestens die Hauptmenge der
Verbrennungsluft, und vorzugsweise die gesamte oder nahezu gesamte Verbrennungsluft durch eine Reihe von
in Längsrichtung irn Abstand angeordneten Düsen oder >.o
Winddüsen (z. B. 3 bis 10) eingeführt wird, welche durch die Wand des Drehrohrofens in Richtung auf die Achse
des Drehofens vorspringen. Die weiteste Stromabwärts-Winddüse kann bei mindestens 1/4 der Drehofenlänge
vom Austragungsende des Kokses angeordnet hr>
sein. Die weiteste Stromaufwärts-Winddüse sollte bei mindestens 1/4, vorzugsweise bei mindestens 1/3, der
Drehofenlänge von dem Koksbeschickungsende angeordnet sein. Die Luft wird beispielsweise durch ein
Gebläse oder durch Gebläse oder dergleichen, die auf der Außenseite des Drehofens angeordnet sind,
eingeblasen und die Luftzuführungsgeschwindigkeit ist in der Weise steuerbar, daß man das Gebläse oder
seinen Einlaß oder Auslaß einstellt oder daß man den
Luftaustritt an dem Austragungsende des Drehofens durch Einstellung bzw. Handhabung des Drehofen(ab)zuges
reguliert Die hier verwendeten Bezeichnungen »stromaufwärts« und »stromabwärts« beziehen
sich auf die Längswanderungsrichtung des Kokses.
Bei der Betrachtung der Verfahrensweise der Erfindung sollte in Betracht gezogen werden, daß eine
Zunahme von Tc zu einer Zunahme von To und
möglicherweise auch zu einer Zunahme von Tf führt, obgleich in manchen Fällen Tf sehr wenig auf
Änderungen von Tc ansprechen kann. Eine Stromaufwärtsbewegung
der regellosen Zone Pc bewirkt eine Erhöhung von Tf, jedoch eine Verminderung von Td.
Entgegengesetzte Veränderungen -;on T- und Pc
ergeben im allgemeinen entgegengesetzte Verändemngen
von 7"</und Tf.
Die Variablen, die vorzugsweise gesteuert werden, nämlich die Luftzuführung für die Verbrennung der
flüchtigen Bestandteile und die Drehgeschwindigkeit des Ofens haben auf Tc und Pc grundsätzlich die
folgenden Auswirkungen:
Bei Erhöhung der Luftzufuhr ergibt sich infolge erhöhter Verbrennung der flüchtigen Bestandteile ein
Anstieg für T0. Wenn die Luftzufuhr vermindert wird,
ergibt sich die umgekehrte Erscheinung. Gleichzeitig können diese Luftveränderungen die regellose Zone Pc
sowohl hinsichtlich der allgemeinen Anordnung bzw. Lage dieser Hochtemperaturzone in dem Drehofen als
auch hinsichtlich des »Brennpunktes« oder der Konzentrationsabgrenzung dieser regellosen Hochtemperaturzone
beeinflussen.
Wenn sich Pc in der richtigen Sollstellung oder höher
aufwärts des Drehofens befindet, dann bringt eine Erhöhung der Luft(zuführung) eine Neigung zu dessen
Abwärtsbewegung innerhalb des Drehofens und dessen »Defokussierung« mit sich. Wenn Pc zu niedrig ist (was
relativ selten vorkommt), dann unterstützt eine Erhöhung der Luft(zufuhr) die Wiedereinstellung der
gewünschten Stellung. Wenn Pc zu hoch und/oder defokussiert ist, dann bringt die Abnahme der
Luft(zufuhr) eine Neigung zur Bewegung dieser Zone in Abwärtsrichtung des Drehofens und zu ihrer »Refokussierung«
mit sich. Manchmal trägt dies zu einer Erhöhung von Tc bei (was ein entgegengesetzter Effekt
ist, als er durch eine Verminderung der Luft(zufuhr) bewirkt wird, wenn sich Pc in korrekter Stellung
befindet). Wenn Pc den Sollwert oder einen niedrigeren
Wert aufweist, kann eine Verminderung der Luftzufuhr) dessen weitere Verschiebung im Drohofen hach
unten zu einer weniger günstigen Stellung bewirken. Wie nachstehend beschrieben ist, können diese und
andere unerwünschte Bewegungen der Zone durch eine korrekte Einstell .ng der Drehofengeschwindigkeit,
UPM kompensiert werden.
Es ist zu beachten, daß die Konzentration oder der »Brennpunkt« der regellosen Zone einen Faktor
darstellen, der bei der Steuerung des Prozesses in Betracht gezogen werden muß. Es wird angestrebt, daß
die regellose Zone LJemlich konzentriert oder brennpunktartig angeordnet ist, anstatt daß sie über einen
weiten Abstand entlang des Drehofens ausgebreitet ist. Es ist besonders zu beachten, daß eine Beziehung
zwischen T1-und der Konzentration der regellosen Zone
besteht. Eine Erhöhung der Temperatur Tc der regellosen Zone ist von einer rascheren Freisetzung
flüchtiger Stoffe und folglich einer konzentrierteren (kleineren) Zone, in der die Freisetzung der flüchtigen
Stoffe erfolgt, begleitet. Veränderungen der Geschwindigkeit des Koksstroms in Abwärtsrichtung des
Drehofens, die durch Variationen der Drehgeschwindigkeit des Drehofens (UPM) erhalten werden, führen in
erster Linie zu einer Verschiebung der regellosen Zone. Wenn die regellose Zone anfänglich, bezogen auf die
Winddüsen, zu groß ist, so bewirkt eine geringe Zunahme der UPM eine Bewegung der regellosen Zone
in Abwärtsrichtung des Drehrohrofens zu einem geeigneteren Ort, wo sie sich konzentriert. Wenn sich
die regellose Zone in Sollstellung befindet oder zu niedrig liegt, ist eine Erhöhung der UPM unerwünscht,
da dies zu einem Zusammenbruch der aufgewirbelten, Neigung, gewöhnlich von 2 bis 8%, angeordnet, so dal
sich der Koks als kontinuierliches Bett entlang de:
Drehofens bewegt, wenn der Drehofen durch eir herkömmliches Ritzel- und Ringgetriebe 18 und durct
; einen Motor 19 mil variierbarer Geschwindigkei
gedreht wird. Die Drehung des Drehofens kann ir geeigneter Weise zwischen 0,5 und 3,75 UPM variier
werden.
Gase strömen den Drehofen hinauf und sie werder
in durch eine Einfassung 20 ausgetragen, aus der diese
Gase durch einen Auslaß 21, vorzugsweise untei Zuhilfenahme einer Zugsteuerung 22 strömen.
Bei Abwärtsbewegung des Koksbettes im Drehofer wird dieses einer hohen Temperatur unterworfen
Η indem seine verbrennbaren, flüchtigen Bestandteile mii
Luft verbrannt werden, die durch ein Gebläse 2i zugeführt wird. Dieses liefert die Luft zu einem Verteilei
26, von wo sie durch eine Reihe von Winddüsen 27a-n ir
-AJ\\\. IUtII 1.11 ivailll.
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verschiebt die regellose Zone den Drehrohrofen hinauf. Eine solche Verschiebung führt zur Wiederausbildung
einer anfänglich zu niedrigen regellosen Zone und zur Ausdehnung oder Ausbreitung einer Zone, die sich am
Anfang beim Sollwert befand oder zu hoch lag.
Wenn die Veränderung der Beschickungsgeschwindigkeit des Kokses als Steuerparameter verwendet
wird, bewegt sich die regellose Zone bei einer Erhöhung der Beschickungsgeschwindigkeit in Abwärtsrichtung
des Ofens, während sie sich bei einer Verminderung der Beschickungsgeschwindigkeit in dessen Aufwärtsrichtung
bewegt. Eine derartige Veränderung der Beschikkungsgeschwindigkeit kann mit einer Ausbreitung oder
Verkürzung der regellosen Zone verbunden sein. Insbesondere hängt eine solche Ausbreitung oder
Verkürzung von der Anfangsstellung der Zone ab und sie ist derjenigen gleich, die bei einer Veränderung der
UPM auftritt. Setzt man voraus, daß Pc am Sollwert
gehalten wird, so führt eine Erhöhung der Beschikkungsgeschwindigkeit zu einer Verminderung von Tn da
mehr Koks erhitzt werden muß, während eine Verminderung der Beschickungsgeschwindigkeit zu
einer Erhöhung von Tc führen kann.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Drehofens, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
angeordnet ist,
Fig.2 ein Diagramm, das die Veränderung der Kokstemperatur während des Durchlaufes durch den
Drehofen (in Richtung des Beschickungsendes des Drehofens) und fiie Veränderung der Gastemperatur
zeigt,
F i g. 3 ein Diagramm, das die Art und Weise zeigt, in
der die verschiedenen Messungen bzw. Meßwerte durch Veränderungen der Bedingungen im Inneren des
Drehofens beeinflußt werden,
F i g. 4 ein Diagramm, das die Art und Weise zeigt, in
der die verschiedenen Steuervorgänge die Bedingungen innerhalb des Drehofens beeinflussen können,
F i g. 5 eine schematische Ansicht, die den Bettungswinkel
des Kokses in den verschiedenen Zonen des Drehofens zeigt
In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen Drehofen 10, in den kornförmiger Petrolkoks durch eine Leitung 12
am oberen Beschickungsende eingespeist wird, während der kalzinierte Koks am unteren Ende des Drehofens
durch einen Auslaß 15 in einen Abzug 16 ausgetragen wird. Der Drehofen ist mit einer nach unten gerichteten
2f) entlang des Drehofens im Abstand angeordnet unc
richten die Luft stromaufwärts in Richtung auf da; Gasauslaßende. Die Luftzuführung durch die Winddü
sen 27 ist mengenmäßig durch Variierung dei Geschwindigkeit des Gebläses 25 oder durch andere
r, Fließ-Steuereinrichtungen in dem Zuführungssystem einstellbar.
Beim Anfahren des Drehofens wird zusätzliche Hitze durch e'.'-en Brenner 30 am Austragungsende zugeführt
um die Temperatur des Koksbettes auf die Kalzinie·
in rungstemperatur anzuheben, und um die Freisetzung
von verbrennbaren flüchtigen Stoffen einzuleiten. Wenn eine solche Temperatur erreicht ist und die freigesetzten
flüchtigen Stoffe entzündet worden sind, kann der Brenner abgeschaltet werden. Danach kann während
ν-, des gesamten Kalzinierungsvorgangs die Wärme durch
die Verbrennung der flüchtigen Stoffe aufgebracht werden.
Beim Betrieb des Drehofens wird das Koksbett in einer Zone Pc durch die rasche Freisetzung von
flüchtigen Stoffen regellos gemacht. Diese rasche Freisetzung ist das Ergebnis des raschen Anstiegs der
Kokstemperatur, der vom Verbrennen der frtieesct7ten
flüchtigen Stoffe in der Luft herrührt, welche durch die Winddüsen 27 eingedüst wird.
4=. Ein optisches Pyrometer 32 ist gegen eine Stellung 33
des Koksbettes oder der angrenzenden Oberfläche des Drehofens in der Nähe des Austragungsendes gerichtet.
Die durch das Pyrometer 32 gemessene Temperatur wird als Temperatur Td des Austragungsendes bezeichnet,
und zwar ungeachtet, ob sie beim Austragungspiinkt oder tatsächlich etwas stromaufwärts innerhalb des
Drehofens abgelesen wird. Es hat sich gezeigt, daß T0
eine direkte Beziehung zu der Kalzinierungstemperatur
Tc am unteren Ende der regellosen Zone hat, wenn das
Stromabwärtsende A der regellosen Kalzinierungszone Pc sich in der vorgewählten Stellung befindet oder auf
diese zurückgeführt wird. Anders ausgedrückt, es wurde gefunden, daß, wenn alle anderen Bedingungen des
Drehofens konstant gehalten werden, die Veränderung von Td einen Indikator für die Veränderung von Tc
darstellt und dementsprechend Veränderungen des physikalischen Zustandes des Produktes anzeigt
Der Ort der regellosen Kalzinierungszone Pc ist
gewöhnlich vom unteren Ende des Ofens entweder durch eine direkte visuelle Untersuchung oder durch
eine Fernsehkamera 35 beobachtbar. Letztere ist an dem Koksbett in der Nähe der untersten Luftzuführungswinddüse
27a angeordnet
Der Ort und die Existenz der regellosen, aufgewirbelten bzw. fluidierten Zone Pc des Koksbettes kann durch
die Fernsehkame: a 35 festgestellt werden, aus der Videosignale auf einem Schirm abgespielt werden,
welcher vom Betriebspersonal des Drehofens beobachtet wird. Die physikalische Regellosigkeit bzw. Störung,
die d'i-ch den aufgewirbelten Zustand, bzw. den
Wirbelsciiichtzustand des Bettes gebildet wird, kann im
Inneren des Drehofens deutlich gesehen werden. In dieser Gegend ist das Koksbett annähernd horizontal,
was im Gegensatz zu dem Aussehen des Bettes weiter unten im Drehofen steht, wo die obere Oberfläche des
Bettes durch die Drehung des Ofens scharf geneigt ist.
Manchmal sind die Bedingungen (z. B. in sehr großen und/oder Drehöfen die mit niedriger Kapazität
arbeiten) derart, daß eine visuelle Erkennung dieses regellosen, aufgewirbelten Teils des Bettes erschwert
ist. In solchen Fällen kann gewöhnlich eine Wand aus Flammen am Stromabwärtsende des regellosen Teils
des Koksbettes dazu herangezogen werden, um zu bestimmen, ob die regellose Kalzinierungszone Pc hoch,
niedrig oder im wesentlichen in Sollstellung liegt, z. B. mit seinem Stromabwärtsende an die unterste Winddüse
27a angrenzt.
Bei der Erfindung wird die Gastemperatur 7} am oberen Ende des Drehofens in häufigen Intervallen
gemessen. Die Temperatur 7} wird vorzugsweise durch ein Thermo(meter)element 37 in der Einfassung 20 in
einer Stellung nahe an der Achse des Drehofens gemerc;en. Das Thermo(meter)element 37 kann ein
Thermopaar darstellen, oder es kann sich um einen anderen Typ eines Pyrometers handeln.
Eine Grundaufgabe der Kalzinierung von kohlenstoffhaltigem Material besteht darin, einen erheblich
höheren Wert der wirklichen bzw. Realdichte zu erreichen, als sie für das nicht-kalzinierte Material
charakteristisch ist. Mehrere verschiedene Messungsarten können herangezogen werden, um das tatsächliche
Ergebnis des Kalzinierungsprozesses in dem ausgetragenen Koks zu bestimmen. Man kann sagen, daß die
Messungen bestimmter anderer Charakteristika den Diuhiewerien entsprechen, und daß sie cias Ausmaß
oder die Wirksamkeit der Kalzinierung des Kokses anzeigen.
Direkte Bestimmungen der wirklichen Dichte des Produktes können zwar durchgeführt werden, sind aber
etwas zeitaufwendig. Eine andere meßbare physikalische Eigenschaft stellt der elektrische Widerstand dar.
In äußerst zweckmäßiger Weise können Bestimmungen, die im Zusammenhang mit dem Kalzinierungsergebnis
stehen, bei Proben mittels Röntgenbeugungs-(XRD)-Methoden
zur Messung der mittleren Kristallitdicke durchgeführt werden. Die Messung der Kristallitdicke
des Kokses wird gegenüber Dichtemessungen bevorzugt, weil sie genauer ist und eine fundamentalere
Bewertung der Veränderungen in der Koksstruktur darstellen. Die Werte der mittleren Kristallitdicke
werden hierin als Lc bezeichnet.
Es besteht eine Beziehung zwischen den Messungen von Lc und der wirklichen bzw. realen Dichte des
Petrolkokses. Während der grüne Koks eine Dichte von weniger als 1,6, z.B. 1,4, haben kann, und die
entsprechenden L0-Werte weniger als 20 Ä sein können,
können gewünschte Werte für kalzinierten Koks 2,0 bis 2,10 sein, was L-rWerten von 22 bis 35 Ä entspricht
Die Messungen der Werte von Lc oder der
tatsächlichen Dichte zeigen an, ob die maximale Kalzinierungstemperatur Ta der der Koks ausgesetzt
worden ist, sich beim gewünschten Wert befindet. Ein Abweichen der Werte von Lc und/oder der tatsächlichen
Dichte von den optimalen Werten weist auf die Notwendigkeit hin, den Wert für Tn selbst wenn der
tatsächliche Wert für Tc selbst nicht bekannt ist, zu
verändern.
Die Fig. 2 gibt ein Beispiel eines Temperaturprofils
des in F i g. 1 gezeigten Drehofens an, von dem angenommen werden kann, daß er eine Länge von 61 m
ίο (200 ft), einen Durchmesser von 2,45 m (8 ft), eine
Neigung von 4%, eine Drehgeschwindigkeit von etwa 2,5 UpM und eine Beschickung von grünem Petrolkoks
von etwa 25 t/h besitzt. Die Winddüsen 27a-n sind über einen Abstand von 6,1 bis 18,3 m (20-60 ft) verteilt,
wobei sich die erste Winddüse 27a bei einem Abstand C von etwa 183 bis 27,5 m (60 — 90 ft) vom Austragungsende
befindet. Die Gesamtluftzuführung kann, wie sie für das vorliegende Verfahren erforderlich ist. eingestellt
werden. Im angegebenen Beispiel liegt sie gewöhnlich im Bereich 200-450 mVmin.
Die Gesamtverweilzeit des Kokses in dem Drehofen beträgt gewöhnlich 45 Minuten oder mehr. Ein stabiles
Koksbett ist unterhalb der regellosen Kalzinierungszone, d. h. in der Länge C der F i g. 2 erforderlich. Ohne
diese Länge eines stabilen Bettes besteht die Gefahr, daß das Koksbett in ungesteuerter Weise den Drehofen
hinunterrutscht. Um eine Stabilität in der Länge C aufrechtzuerhalten, beträgt der Zeitraum, der für den
Durchlauf des Kokses erforderlich ist, mindestens 5 Minuten und üblicher lObis 15 Minuten.
Die F i g. 5 zeigt in schematischer Weise in Perspektive
die Stellung des Kokses in den verschiedenen Zonen in dem Drehofen, von dem unteren Austragungsende
des Drehofens aus gesehen.
In dem unteren Ende des Drehofens (unterhalb des Punktes A in Fig. 1) befindet sich ein stabiles Bett 60
aus Kloks, das im Drehofen langsam abwärts strömt, und
das durch die Drehung des Drehofens bei einem Bettungswinkel in der Gegend von 30-40" gehalten
wird.
Oberhalb des stabilen Bettes 60 befindet sich eine
ucii ruimtcii
regeiiuse £*une öl ^uic uci i~uiic ^wi
A und B der Fig. 1 entspricht). In dieser regellosen
Zone befindet sich die obere Oberfläche typischerweise in einem erheblich flacheren Winkel, und zwar in der
Gegend von 5 bis 15° zu der Horizontalen. Obgleich der
Übergang von der regellosen Zone 61 zu dem stabilen Bett 60 nicht so abrupt ist, wie es in dem Diagramm
dargestellt ist, ist doch der Obergangsbereich 62 klar erkennbar, wenn das innere vom Bodenende betrachtet
wiH.
Wenn vorstehend auf die Konzentration oder den »Brennpunkt« der regellosen Zone Bezug genommen
wurde, bezog sich das auf die axiale Länge der Zone 61.
Wo die axiale Länge der regellosen Zone 61 abnimmt, ist dies darauf zurückzuführen, daß die Freisetzung
flüchtiger Stoffe intensiver erfolgt.
Oberhalb der regellosen Zone 61 bildet der Koks ein stabiles Bett 63 vom oberen Ende in dem Bereich
zwischen dem Beschickungsende und dem Punkt B der Fig. 1.
Es ist leicht, die Position im Drehofen der Obergangsgegend 62 (die dem unteren Ende der
regellosen Zone Pc entspricht) durch visuelle Betrachtung
festzustellen, da sie mit der Position der Winddüse 27a (in F i g. 5 nicht gezeigt) in Bezug gebracht werden
kann. Es ist jedoch nicht einfach, die Länge (Konzentration) der regellosen Zone 61 durch visuelle Betrachtung
zu ermitteln. Eine Abnahme der Freisetzung flüchtiger Stoffe führt jedoch zu einer Erhöhung des Bettungswinkels.
Eine Erhöhung des Bettungswinkels der regellosen Zone 61 deutet daher an, daß sich Pc sowohl hinsichtlich
der Konzentration als auch möglicherweise hinsichtlich der Längsstellung beim Sollwert befindet.
Beim Diagramm der F i g. 2 ist der Wert von Td in der
Stellung 33 stromabwärts des unteren Endes A der regellosen Kalziriierungszone Pc gemessen. Der Sollwert von Td würde in dieser Stellung etwa 980° betragen
und der Sollwert der Gasaustragungstemperatur 7> würde etwa 870° C betragen.
Wenn Td und Ti ihre Sollwerte haben, und wenn die
regellose Kalzinierungszone Pc entlang der Fläche von
A bis B angeordnet ist, und wenn das ausgetragene Produkt auch einen Lc-Wert von mehr als 22 hat, dann
gibt das Diagramm der F i g. 2 den gewünschten Betrieb ucS ci'iii'iuiiiigSgcniäuci'i Vci'iui'iiei'is an. Aus anderen
Untersuchungen kann errechnet werden, daß die Kalzinierungstemperatur Tn d. h. der tatsächliche Wert,
der bei der Spitze der Kokstemperaturkurve bei oder etwa bei dem Punkt A der Fig.2 erreicht wird, einen
Wert von etwa 1300°C haben kann, obgleich, wie oben bereits ausgeführt wurde, für das vorliegende Verfahren
der tatsächliche Wert für Tc niemals bestimmt werden
kann.
Wenn der Koks sich den Drehofen hinunterbewegt, dann erreicht er eine Temperatur etwa beim Punkt X
stromaufwärts der sogenannten Kalzinierungszone, wo die Freisetzung von flüchtigen Stoffen beginnt. Die
intensive Kalzinierungswirkung, um die flüchtigen Stoffe herauszutreiben, und um die Dichte und die
Kristallitteilchengröße des Kokses zu erhöhen, erfolgt innerhalb einer in gewünschter Weise zusammengedrängten
Gegend AB, in der der Koks durch die rasche Freisetzung von flüchtigen Stoffen regellos gemacht
und aufgewirbelt wird.
Die Durchführung der Erfindung umfaßt die Stufen der Messung der verschiedenen Ofenbetriebsbedingungen,
vorzugsweise in zwei Phasen und sodann der Stufen einer korrigierenden Einwirkung wipHprum
vorzugsweise in zwei Phasen, wie sie durch die sogenannte »Grundstrategie« der Steuerung des Drehofens
festgelegt wird. Das letztliche Ziel ist es, eine vorgewählte Stellung und einen vorgewählten Brennpunkt
von Pa d. h. der Kalzinierungszone und einen Sollwert von Tc aufrechtzuerhalten, um in dem
Produktkoks den gewünschten Wert für Lc und die Dichte aufrechtzuerhalten.
Die oben dargelegten Meßstufen sind in dem so Diagramm der F i g. 3 veranschaulicht, welches sich auf
die gemessenen Werte von Td und 7} bis Tc und Pc
bezieht Es wird ersichtlich, daß die gemessenen Ofenendtemperaturen Td und Tr durch Tc und Pc
bestimmt werden. Eine Erhöhung von Tc ohne eine Veränderung von Pc erhöht sowohl Tc als auch Tf. Die
Aufwärtsbewegung von Pc im Ofen (die als positive
Bewegung angesehen wird) erhöht Tr und vermindert
Td. Die Aufwärtsbewegung von Pc in dem Ofen und die
Erhöhung von Tc kann Td erhöhen oder vermindern,
erhöht jedoch immer Tf.
Negative Veränderungen von Tc und/oder Pc ergeben
Veränderungen von Td und 77, die entgegengesetzt sind
zu derjenigen, die in F i g. 3 gezeigt werden.
Zusätzlich zu der Messung von Td und 7>, die sowohl
von Tc als auch von Pc beeinflußt werden und die
bequemerweise kontinuierlich gemessen werden, werden Messungen von Variablen, die nur durch eine der
Größen Tc und Pc beeinflußt werden, in Intervallen
durchgeführt. Somit gibt die XRD-Bestimmung von Lc
den Wert für T0 an. Die Stellung von Pc kann visuell
durch das Instrument 35 gemessen werden. Bestimmungen von Lc sind besonders wichtig, weil sie entweder
angeben, ob der Koks der richtigen Kalzinierungstemperatur (Tc) ausgesetzt worden ist oder wie die richtige
Temperatur sein sollte. Die Eigenschaften des grünen Kokses (z. B. der Prozentgehalt an flüchtigen Stoffen,
die Feuchtigkeit, die Teilchengröße) können von Zeit zu Zeit variieren und verändern in entsprechender Weise
den Wert für Ta der zur Erzeugung eines optimal kalzinierten Kokses erforderlich ist. So können z. B.
zwei verschiedene Werte für Tc erforderlich sein, um
den gleichen gewünschten Wert von L0 für zwei
verschiedene Kokse zu ergeben. Die Ablesungen von Lc
zeigen daher, ob der vorliegende 7>Wert korrekt ist, uinie daß eine iaiaacimilie Bestimmung des Wertes für
Tc erfolgt. Die Sollwerte für Td und Tr können sodann
revidiert werden, um den richtigen Lc-Wert aufrechtzuerhalten.
Beim normalen stabilen Betrieb des Ofens bei Beschickung mit Koks konstanter Eigenschaften und bei
stabilen Umgebungsbedingungen kann es nur sehr selten erforderlich sein, die Sollwerte von 7dund 7} auf
den neuesten Stand zu bringen.
Es gibt drei Hauptwirkungen, die für die Kontrolle des Drehofens herangezogen werden können. Die
Effekte dieser Wirkungen auf Tc und Pc sind in F i g. 4
schematisch angegeben. Diese zeigt (1) die Zunahme der Luftzuführung durch die Winddüsen 27, (2) die
Erhöhung der Koksfließgeschwindigkeit, die durch eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Ofens bewirkt
wird, und (3) die Erhöhung der Koksbeschickungsgeschwindigkeit. Die (positiven oder negativen) Auswirkungen
dieser Vorgänge auf die Werte Tc und P1- sind in
Fig.4 durch die markierten Kreise 40 und 41 zusammengefaßt.
Es wird ersichtlich, daß der sekundäre Effekt einer Modifizierung der Stellung von P1- auf Tc von der
ursprünglichen Lage von Pc abhängt. Wem somit eine
Veränderung von IIPM oder Her Rpirhirlciinosopschwindigkeit
Pc von einer anfangs hohen Lage nach unten hin verschiebt, dann besteht auch die Neigung,
daß die Kalzinierungszone sich konzentriert oder fokussiert, wodurch 7"cerhöht wird.
Wenn sich Pc von seiner Sollstellung wegbewegt oder
wenn es entfokussiert wird, kann dies den 7>Wert vermindern. Veränderungen der Koksbeschickungsgeschwindigkeit
ihrerseits beeinträchtigen unabhängig davon Pcund Tcin der im Diagramm gezeigten Weise.
Das Grundmerkmal der Erfindung ist die Aufrechterhaltung des gewünschten Wertes der Kalzinierungstemperatur
Tc (ungeachtet ob dieser quantitativ bekannt ist
oder nicht) und des gewünschten Ortes der regellosen Kalzinierungszone P0. Zum Erhalt einer Steuerung
werden die Sollwerte für die Endtempera'uren 7"</und Tr
periodisch durch Messungen von Ln der wirklichen bzw. Realdichte oder von anderen Eigenschaften des Kokses,
die eine geeignete Kalzinierung ergeben und durch visuelle Überprüfung des Orts der regellosen Kalzinierungszone
periodisch festgelegt
Nach der Festlegung der Sollwerte von Td und 7}
werden die Werte von Td und Tr kontinuierlich oder in
häufigen Intervallen gemessen. Die tatsächlichen Werte für Td und Tf werden mit den Sollwerten verglichen, um
die erforderliche korrigierende Wirkung zu bestimmen, damit Tc und Pc auf ihre gewünschten Werte zurückgeführt
werden.
Ein oder mehrere, vorzugsweise nicht mehr als zvvei der drei Variablen, Luftzuführung, Umdrehungsgeschwindigkeit
des Ofens (UPM) und Koksbeschickungsgeschwindigkeit, werden eingestellt, um Td und 77
wieder auf die Sollwerte einzustellen. Vorzugsweise wird die Koksbeschickungsgeschwindigkeit konstant
gehalten, und die Wiedereinstellung von Td und Tf auf
die Sollwerte wird durch Kontrolle der Luftzuführung und der Ofendrehung bewirkt. Wenn zufällig oder
absichtlich eine Veränderung der Beschickungsgeschwindigkeit stattfinden sollte, dann kann die Luftzuführung
und/oder die Ofendrehung herangezogen werden, um T1/ und Tr auf Sollwerte zurückzuführen.
Solche Einstellungen, die dazu vorgesehen sind, um trotz Veränderungen der Koksbeschickungsgeschwindigkeit
Tc und Pc bei gewünschten Werten zu halten,
stellen einen Kontrollvorgang dar, der als »Vorwärtsbebuiiii_-k.uiig«
im Gegensatz im einer »Rückkuppiungssteuerung«
bei der Einstellung der Luftzuführung und der Ofendreliung als Reaktion auf Abweichungen der Td
und 7}von den Sollwerten charakterisiert wird.
Die Kette der Beziehungen zwischen den Messungen und den Steueraktionen kann Zeitverzögerungsfunktionen
einschließen. So kann sich z. B. beim Betrieb des oben beschriebenen speziellen Ofens eine Verzögerung
von etwa 15 Minuten als Auswirkung einer Veränderung von Tc ergeben, bevor eine entsprechende
Veränderung des gemessenen Wertes von Td erfolgt. Da '.veiterhin Lc erst nach dem Austragen des Produktkokses
aus dem Ofen gemessen werden kann, ergibt sich sogar noch eine längere Verzögerung, bevor eine
entsprechende Veränderung des i^-Wertes erkennbar
wird. Für einen Vorgang, bei dem der Sollwert auf den laufenden Betrieb eingestellt wird, sollte Td 15 Minuten
vorher abgelesen werden, bevor die Probe zur Bestimmung der /«.-Messung abgenommen wird. 7}
sollte abgelesen werden und P1. sollte beobachtet
werden 30 Minuten bevor man eine solche Probe abnimmt. Anders ausgedrückt, um Werte für Tr, Td und
L1. zu erhalten, die einander entsprechen, müssen die
Messungen in pppiunptpn 7pitintprvallpn riiirrhcrpführt
werden, die die Fortschreitungsgeschwindigkeit des Kokses von der regellosen Kalzinierungszone zu der
Austragung widerspiegeln. Eine Veränderung von Tc in
der Kalzinierzone zeigt sich jedoch nahezu augenblicklieh durch eine Veränderung der Gastemperatur Tran.
Die vorstehend angegebenen Beziehungen, sowie der Meßvorgang, bei dem Td und Tr abgelesen und mit den
Sollwerten verglichen werden und gleichermaßen der Steuer-Aktionsvorgang, wo Veränderungen der Luft
und von UPM, wie benötigt, errechnet werden, um Abweichungen von den Sollwerten zu korrigieren,
werden vorzugsweise als dynamische Funktionen behandelt. Bei strenger Betrachtung der Berechnungen
kann sowohl eine reine Zeitverzögerung (in Zeiteinheiten) als auch eine exponentiell Zeiicharakteristik der
Reaktion auftreten, die eine bestimmbare Zeitkonstante in sich einschließt Andererseits kann, insbesondere bei
einem Ofen, dessen Betrieb normalerweise ziemlich stabil ist, die Zeitverzögerungs- oder Zeit-Reaktionscharakteristik
vereinfacht werden. Beispiele solcher Vereinfachung wurden oben angegeben. Eine geeignete
Steuerung kann beispielsweise dann erhalten werden, wenn manuelle Steuerungsentscheidungen nicht häufiger
als einmal pro Stunde ohne Bezugnahme auf die Zeitverzögerung oder exponentiell Zeitcharakteristik
vorgenommen werden. Das heißt, daß dynamische Effekte für manuelle Kontrollzwecke durch die
Anwendung einer geeigneten herkömmlichen Steuer-Rückkopplungsschleifenanordnung praktisch vernachlässigbar
werden. Der Veränderungen der Luft und der UPM, die erforderlich sind, um die Werte der
Endtemperatur, die sich nicht beim Sollwert befinden, zu korrigieren, können leicht ohne Zeitbetrachtungen
ermittelt werden.
Die Verfahrensweise kann manuell durchgeführt werden, indem man die Ablesungen abnimmt und die
iCorrektur-Aktionen bestimmt. Alternativ ist das Gesamtsystem auch für eine Automatisierung geeignet,
wobei die Kalkulationen und die korrigierenden Größen durch einen Computer oder eine andere
Einrichtung bestimmt werden und wubei man uic
dynamischen Erwägungen im System in volle Erwägung zieht. Während eine computergesteuerte Kontrolle im
Betrieb relativ häufig erfolgen und bei der Ablesung der Endtemperatur und der Errechnung der Steueraktionen
im wesentlichen kontinuierlich sein kann, ist gleichwohl ein manueller Betrieb, obgleich eine große Häufigkeit
der Messungen und der Aktionen nicht durchführbar ist, hoch wirksam. So ist es z. B. ausreichend, solche
Temperaturmessungen in Intervallen von '/2 bis I1/2
Stunden durchzuführen und korrigierende Aktionen vorzunehmen.
Die Berechnungen im Hinblick auf die Interpretation der Messungen von Td und Tr und der periodischen
Anpassung der Sollwerte von Td und Tr und der
Endoperationen der Einstellung der Aktionsvariabler!, d. h. der Luftzuführung, der Ofendrehung oder der
Materialbeschickung und auch der Einstellung der Luft und der Ofendrehung als Reaktion auf die Beschikkungsveränderungen
kann durch Versuche mit dem ausgewählten Ofen mit Reihen verschiedener stufenweiser
Veränderungen der Aktionsvariablen und entsprechender Beobachtungen der gemessenen Men-αοη
Kociimmt inar/ίαη
Die Ergebnisse können gewünschtenfalls in vjb
förmiger, grafischer oder ähnlicher Form entwickelt werden, wobei Zeitfaktoren bezüglich der Signifikanz der Messungen und des Effekts der Einstellungen der Aktionsvariablen in Betracht gezogen werden.
förmiger, grafischer oder ähnlicher Form entwickelt werden, wobei Zeitfaktoren bezüglich der Signifikanz der Messungen und des Effekts der Einstellungen der Aktionsvariablen in Betracht gezogen werden.
Diese Beziehungen können mathematisch entwickelt werden, wodurch Formeln erhalten werden, in denen
numerische Faktoren ausgebildet werden können. Dies kann beispielsweise von experimentell beobachteten
oder thtoretisch abgeleiteten Werten für Gleichungen geschehen, aus denen die Signifikanz der Messungen
und die Natur der erforderlichen Aktionen entweder zur Anpassung (up dating) der Sollwerte oder zur Steuerung
des Ofenbetriebs als Reaktion auf Abweichungen von Sollwerten leicht errechnet werden kann, wie es beim
tatsächlichen Verhalten des Ofensteuerungsverfahrens der Fall ist. Die Anwendung von Beschreibungen in
Matrizenform und von Adpationen der Matrix-Algebra-Analyse für lineare zeitinvanante dynamische Systeme
würde besonders gut und vollständig für die vorliegenden praktischen Aufgaben und zur Messung und
Steuerung von Dreh koksöfen geeignet sein.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von kalziniertem Koks durch Kalzinieren eines Bettes aus teilchenförmigem
kohlenstoffhaltigen Material während des Durchlaufs durch einen geneigten Drehofen, in den
Verbrennungsluft in ein oder mehreren Positionen zwischen den Enden eingeführt und die maximale
Temperatur des kohlenstoffhaltigen Materials in einer regellosen Zone Pc des Bettes erhalten wird,
wobei mindestens 75% der Kalzinierungswärme durch Verbrennung der freigesetzten flüchtigen
Stoffe erhalten werden, und das teilchenförmige Material durch die freigesetzten flüchtigen Stoffe
aufgewirbelt wird, und die untere Grenze der regellosen Zone stromaufwärts der untersten
Stellung der Einführung der Verbrennungsluft angeordnet ist, wobei man die Temperatur Tü- am
Austragseode an einer Stelle stromabwärts der regellosen Zone Pc und der Gastemperatur 7} am
oberen Ende des Drehofens überwacht und die Betriebsbedingungen des Drehofens einstellt durch
Änderung (1) der Zuführungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft, (2) der Drehgeschwindigkeit des ·}
Drehofens und/oder (3) der Beschickungsgeschwindigkeit des kohlenstoffhaltigen Materials in den
Drehofen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Betriebsbedingungen des Drehofens steuert,
indem man zunächst Sollwerte der Temperaturen Td jo
und Tf festlegt, bei welchen Temperaturen der gewünschte Wert der maximalen Kalzinierungstemperatur
Tc in der regellosen ilalzinierungszone P0
und deren gewünschte Position vorliegen, und daß man die Temperaturen Td und T. and die Betriebsbedingungen
so einstellt, daß sie Abweichungen der tatsächlichen Werte für 7"<fund T/entgegenwirken.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß man die Sollwerte für Td und Tf wiederholt zu vorgewählten Zeitintervallen erneut
festlegt.
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