DE2659750C3 - Process for reducing the baking ability of charcoal that has been converted to dust - Google Patents
Process for reducing the baking ability of charcoal that has been converted to dustInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Backfähigkeit von zu Staub aufbereiteter Kohle durch direkte Aufheizung auf eine Reaktionstemperatur von 350° C bis 450° C zur Oberflächenoxidierung, wobei als Aufheizmittel ein sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird als Vorbereitungsverfahren für die anschließende Ent- oder Teilvergasung.The invention relates to a method for reducing the baking ability of dusted Coal through direct heating to a reaction temperature of 350 ° C to 450 ° C for surface oxidation, wherein an oxygen-containing gas is used as the heating means as a preparatory process for the subsequent degassing or partial gasification.
Steinkohlen, insbesondere Fettkohlen, Gas- und Gasflammkohlen, durchschreiten bei der Erwärmung auf hohe Temperaturen, z. B. Verkokung, einen Bereich — ca. 400° C bis 550° C —, in dem sie plastisch werden, d. h. erweichen. In diesem Bereich werden die Backbitumen ausgeschieden, die Kohlenkörner oder -stücke kleben untereinander und an den Begrenzungswänden an und verbacken oder backen an mit weiter steigender Temperatur. Diese Backfähigkeit ist aber auch bei jüngeren Kohlen, z. B. Braunkohlen, zu beobachten, wenn sie sehr schnell erhitzt werden, obwohl sie normalerweise bei in Verkokungsanlagen typischen Aufheizungsgeschwindigkeiten keine Backfähigkeit zeigen. Der Grund ist darin zu suchen, daß sich bei niedrigen Aufheizgeschwindigkeiten, wie sie in der Kammerverkokung angewandt werden — ca. 3°/Min. —, Zersetzungsvorgänge abspielen, die diese Backfähigkeit mindern. Bei sehr hohen Aufheizgeschwindigkeiten, z. B. >5000°C/Min. und erst recht bei Geschwindigkeiten, die bis zu 100 000°/Min. reichen, werden derartige Zersetzungsvorgänge unterdrückt, und die Backfähigkeit des Brennstoffes kann sich voll ausbilden.Bituminous coals, especially fatty coals, gas and gas flame coals, pass through when heated to high temperatures, e.g. B. coking, an area - approx. 400 ° C to 550 ° C - in which they become plastic, d. H. soften. In this area the back bitumen, the coal grains or -Pieces stick to each other and to the boundary walls and bake or bake on with further rising temperature. This baking ability is also possible with younger coals, e.g. B. lignites, too observe when they are heated very quickly, even though they are normally used in coking plants typical heating rates show no baking ability. The reason is to be found in the fact that at low heating speeds, such as those used in chamber coking - approx. 3 ° / min. -, decomposition processes take place, which reduce this baking ability. At very high heating speeds, z. B.> 5000 ° C / min. and even more so at speeds of up to 100,000 ° / min. will be enough Decomposition processes suppressed, and the baking ability of the fuel can develop fully.
Diese Backfähigkeit verhindert unter Umständen bei der Vergasung, Teilvergasung oder Schnellentgasung
der Kohle überhaupt die Durchführung der einzelnen Verfahren; aus diesem Grunde sind auch Vorschläge
gemacht worden, die Backfähigkeit durch zusätzliche Maßnahmen zu vermindern oder zu beseitigen.
Es sind Verfahren bekannt, bei denen die Backfähigkeit bei Temperaturen bis zu 250°C durch Behandlung
mit einem Oxidationsmittel über eine Zeitdauer von Stunden gemindert wird, es sind aber auch Verfahren
bekannt, bei denen diese Backfähigkeitsminderung inThis ability to bake may prevent the individual processes from being carried out in the case of gasification, partial gasification or rapid degassing of the coal; For this reason, proposals have also been made to reduce or eliminate the ability to bake by taking additional measures.
Processes are known in which the bakeability is reduced at temperatures up to 250 ° C by treatment with an oxidizing agent over a period of hours, but there are also known processes in which this bakeability reduction in
ίο Sekunden erfolgt, allerdings dort bei Temperaturen, die zwischen 350° C und 450° C liegen. Bei diesen Schnelloxidationsverfahren ist die Eindringtiefe des Sauerstoffes in der zur Verfügung stehenden, nur Sekunden dauernden Behandlungszeit zwar gering, sie beträgt nur 1 bis 2 My, die nicht mehr backende Oxidationsrandschicht wird dabei allerdings so hart, daß sie in der Lage ist zu verhindern, daß aus dem Korninneren während der Erwärmung über den plastischen Bereich backfähige Bestandteile austreten und ein Aufbraten des Kornes erst nach Überschreiten des plastischen Bereiches erfolgt, die Backfähigkeit sich also nicht mehr störend auswirken kann.ίο seconds takes place, but there at temperatures that be between 350 ° C and 450 ° C. In these rapid oxidation processes, the depth of penetration of the oxygen is In the available treatment time, which lasts only seconds, it is small, it is only 1 to 2 My, but the oxidation skin layer that is no longer baking becomes so hard that it is capable of doing this it is to be prevented that bakable from the inside of the grain during the heating over the plastic area Components escape and the grain is only roasted after the plastic range has been exceeded takes place, so the ability to bake can no longer have a disruptive effect.
Zur Behandlung durch Schnelloxidation sind, wie schon erwähnt, bei den Verfahren mit der höheren Temperatur Behandlungszeiten von etwa 1 bis 4 Sekunden erforderlich. Dabei wird der zu oxidierende Kohlenstaub mit einem Oxidationsmittel — in der Regel Luft — pneumatisch durch die Reaktionsräume gefördert, wobei der Sauerstoff des Oxidationsmittels in die Oberfläche des Kohlekornes eindringt und durch die dort sich abspielenden Umsetzungen diese Außenschicht verhärtet, gleichzeitig ihr aber auch die Backfähigkeit nimmt, während das Korninnere unverändert bleibt. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird Kohlekorn durch indirekte Wärmezufuhr auf die Behandlungstemperatur gebracht, wozu bereits Wärmetauscher — Röhrenwärmetauscher — vorgeschlagen wurden, und wobei zusätzlich eine Vorwärmung des Oxidationsmittels auf Temperaturen erfolgt, wie sie nach dem Stand der Technik durch Wärmetauscher erreichbar sind, d. h. Temperaturen bis max. ca. 700° C. Die direkte Aufheizung durch ein noch höher, beispielsweise auf 12000C oder 14000C erhitztes Oxidationsmittel ist dann möglich, wenn die Beladung,For the treatment by rapid oxidation, as already mentioned, treatment times of about 1 to 4 seconds are required in the processes with the higher temperature. The coal dust to be oxidized is pneumatically conveyed through the reaction chambers with an oxidizing agent - usually air - whereby the oxygen of the oxidizing agent penetrates the surface of the grain of coal and the reactions that take place there harden this outer layer, while at the same time making it impossible to bake while the inside of the grain remains unchanged. To carry out this process, grain of coal is brought to the treatment temperature by indirect heat supply, for which purpose heat exchangers - tubular heat exchangers - have already been proposed, and the oxidizing agent is also preheated to temperatures that can be achieved by heat exchangers according to the prior art, i.e. temperatures up to max approx. 700 ° C. the direct heating by an even higher, for example, heated to 1200 0 C or 1400 0 C oxidant is possible if the load,
d. h. kg Kohlenstaub je m„3 Oxidationsmittel, entsprechend gering ist.ie kg of coal dust per, m "3 oxidant is correspondingly low.
Verfahren mit direkter Wärmeübertragung sind für die Anwendung der Wirbelschicht bekannt, der apparative Aufwand und die Anforderungen an die Kohleaufbereitung bezüglich der Korngröße sind jedoch sehr groß.Processes with direct heat transfer are known for the application of the fluidized bed, the The equipment required and the requirements for coal preparation with regard to the grain size are but very large.
Noch nicht allgemein bekannt ist, daß der Oxidationseffekt um so besser wird, je höher die Beladung ist. Die Grenze liegt bei einer Beladung in der Größenordnung von ca. 10 kg Kohlenreinsubstanz je kg Sauerstoff im Oxidationsmittel. Dabei wird durch die hohe Beladung nicht nur der Oxidationseffekt verbessert, sondern durch die geringe Menge des Oxidationsmittelstromes auch das Volumen der eingesetzten Apparaturen entsprechend verkleinert.It is not yet generally known that the higher the load, the better the oxidation effect. the The limit is in the order of magnitude of approx. 10 kg of pure coal substance per kg of oxygen in the load Oxidizing agent. The high loading not only improves the oxidation effect, but also improves it Due to the small amount of the oxidizing agent flow, also the volume of the equipment used accordingly reduced.
Will man aber den besseren Oxidationseffekt bei hoher Beladung und die damit verbundene Verminderung
des Apparateaufwandes nutzen, reichen Vorwärmtemperaturen des Oxidationsmittels von 7000C nicht
aus, selbst nicht solche von 1600° C, um den Kohlenstaub
durch direkten Wärmeaustausch mit dem Oxidationsmittel auf Temperaturen von z. B. 450° C zu bringen.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die AufgabeBut if you want to use the better oxidation effect with a high load and the associated reduction in equipment costs, preheating temperatures of the oxidizing agent of 700 0 C are not enough, not even those of 1600 ° C to reduce the coal dust by direct heat exchange with the oxidizing agent to temperatures of z . B. to bring 450 ° C.
The present invention therefore has the object
gestellt, ein Verfahren zur Verminderung der Backfähigkeit von zu Staub aufbereiteter Kohle aufzuzeigen, das es ermögiicht, die zu oxidierende Kohle durch direkten Wärmeaustausch mit dem Oxidationsmittel bei hohen Beladungen zu erwärmen.posed, a method to reduce the baking ability of coal processed to dust, which makes it possible to pass the coal to be oxidized direct heat exchange with the oxidizing agent at high loads.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Verminderung der Backfähigkeit von zu Staub mit Korngrößen < 0,1 mm aufbereiteter Kohle durch direkte Aufheizung auf eine Reaktionstemperatur von 350°C bis 450° C zur Oberflächenoxidierung vorgeschlagen, wobei als Aufheizmittel ein sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß neben dem durch Vorwärmung auf Temperaturen über 10000C gebrachten, sauerstoffhaltigen Aufheizgas als zusätzliches Aufheizmittel das bei der direkten Aufhtizung des Kohlenstaubes mit dem Aufheizgas durch Teilentgasung von Kornfraktionen <: 0,03 mm mit einem Gewichtsanteil möglichst geringer als 50% der Gesamtmenge entstehende Entgasungsgas durch Verbrennen mit Sauerstoff aus dem Aufheizgas als Heizgas verwendet und zu Beginn, während oder nach Beendigung des Aufheizvorgangs, Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft in einer solchen Menge zusätzlich zugeführt wird, daß am Ende der direkten Aufheizung des Kohlenstaubes auf die Reaktionstemperatur der Sauerstoffanteil im Gas ca. 21% und die Beladung ca. 2 bis 33 kg Kohlenreinsubstanz je kg Sauerstoff im Mischgas (Aufheizgas + verbranntes Entgasungsgas + Sauerstoffzusatz) beträgt.To solve this problem, a method is proposed to reduce the baking ability of coal processed to dust with grain sizes <0.1 mm by direct heating to a reaction temperature of 350 ° C to 450 ° C for surface oxidation, an oxygen-containing gas being used as the heating means, which is characterized in that next to the accommodated by preheating to temperatures above 1000 0 C, oxygen-containing Aufheizgas as an additional heating means with said Aufheizgas by partial degassing of grain fractions <in the direct Aufhtizung of the pulverized coal: 0.03 mm preferably less than 50 in a weight proportion % of the total amount of degassing gas produced by burning with oxygen from the heating gas is used as heating gas and at the beginning, during or after the end of the heating process, oxygen or oxygen-enriched air is additionally supplied in such an amount that at the end of the direct heating of the coal dust to the react ion temperature, the oxygen content in the gas is approx. 21% and the load is approx. 2 to 33 kg of pure coal substance per kg of oxygen in the mixed gas (heating gas + burned degassing gas + added oxygen).
Wird z. B. 3 kg Kohlenstaub nach dem Mahlvorgang mit einer Temperatur von etwa 500C Luft mit 21% Sauerstoff zugeteilt, die durch Vorwärmung und gegebenenfalls Teilverbrennung mit Zusatzgas auf 16000C erhitzt wurde, so ergibt sich eine Mischtemperatur in der Größenordnung von 2000C bis 2500C. Soll die Oxidation bei z. B. 4200C durchgeführt werden, ist ein zusätzlicher Aufwärmvorgang notwendig. Wenn die Aufheizung direkt geschehen soll, d. h. durch direkten Wärmeaustausch zwischen Oxidationsmittel gleich Heizgas gleich Trägermittel und der Kohle, so muß die entsprechende Wärmemenge aus den beteiligten Stoffen selbst entnommen werden. Da das Oxidationsmittel seine Wärme bereits abgegeben hat, bleibt als Wärmequelle nur noch die Kohle übrig. Bei Temperaturen von 2000C bis 2500C brennt aber der Kohlenstaub mit Luft noch nicht, abgesehen davon, daß die Festsubstanz der Kohle schwieriger zu verbrennen ist als die bei höherer Temperaturanwendung aus der Kohle austretenden gasförmigen Bestandteile.Is z. B. 3 kg of coal dust after the grinding process with a temperature of about 50 0 C air with 21% oxygen allocated, which was heated by preheating and optionally partial combustion with added gas at 1600 0 C, then a mixing temperature results in the order of 200 0 C to 250 0 C. Should the oxidation at z. B. 420 0 C are carried out, an additional warm-up process is necessary. If the heating is to take place directly, ie by direct heat exchange between oxidizing agent and heating gas, carrier and coal, the corresponding amount of heat must be taken from the substances involved. Since the oxidizing agent has already given off its heat, only the coal remains as a heat source. At temperatures of 200 0 C to 250 0 C but the pulverized coal with air is not yet burning, except that the hard substance of the carbon is harder to burn as the exiting at a higher temperature application from the coal gaseous components.
Es ist also notwendig, dafür Sorge zu tragen, daß zumindest Teile des dem Oxidationsmittel zugeteilten Kohlenstaubes auf Temperaturen gelangen, bei denen sie bereits Gas abgeben, wobei dann dieses Gas durch Verbrennung mit dem Oxidationsmittel den fehlenden Wärmebedarf für die Aufstockung bis zur angestrebten Reaktionstemperatur liefert.It is therefore necessary to ensure that at least parts of the oxidizing agent allocated Coal dust reach temperatures at which they already give off gas, with this gas then passing through Combustion with the oxidizing agent the missing heat requirement for the increase up to the desired Reaction temperature supplies.
Würde Kohle mit einer Korngröße, z. B. 20 My, dem Heizgas bzw. Oxidationsmittel zugeteilt, so würde sich die Mischtemperatur von 2000C bis 25O0C kontinuierlich nach einer gewissen Zeit einstellen, genauer gesagt, nach weniger als 0,1 Sek. Bei dem Mahlvorgang wird die Kohle aber nicht in eine einzige Korngröße aufgemahlen, sondern in ein Korngrößenband, das von 0 bis 100My reicht Wird nun ein solches Korngrößen-Gemenge einem heißen Gasstrom zugeteilt, so heizen sich die einzelnen Kornfraktionen unterschiedlich schnell auf, wobei sich zusätzlich ein wesentlicher Unterschied zwischen der Oberflächentemperatur und der Kornmittelpunkttemperatur ergibt Bei einer einigermaßen gleichmäßigen Gewichtsverteilung der Kornfraktionen werden die kleineren Korngrößen sehr schnell auf Temperaturen erwärmt, die erheblich über der sich später einstellenden Mischtemperatur liegen können, während die großen Kornfraktionen in dieser Zeit praktisch an der Erwärmung noch gar nicht teilgenommen haben. Die kleinen Kornfraktionen geben dann ihre Wärme zusammen mit dem Heizgas wieder an die nochWould coal with a grain size, e.g. Allocated as My 20, the heating gas or the oxidizing agent, the mixing temperature of 200 0 C to 25O 0 C would set continuously after a certain time, more specifically, less than 0.1 sec. In the grinding process, the coal is but not ground into a single grain size, but into a grain size range that ranges from 0 to 100My the grain center point temperature results With a fairly even weight distribution of the grain fractions, the smaller grain sizes are heated very quickly to temperatures that can be considerably higher than the later mixing temperature, while the large grain fractions have practically not yet taken part in the heating during this time. The small grain fractions then give their heat back to the still together with the heating gas
ίο aufzuwärmenden gröberen Kornfraktionen ab. Dieser Wärmeaustausch verflacht sich um so mehr, je größer der Gewichtsanteil einer bestimmten Kornfraktion, z. B. 0 bis 20 My, an dem Gesamtgewicht wird und ist am flachsten dann, wenn nur eine einzige Kornfraktion, z. B.ίο the coarser grain fractions to be heated up. This Heat exchange flattens out the more, the greater the weight fraction of a certain grain fraction, e.g. B. 0 to 20 My, on the total weight is and is flattest when only a single grain fraction, e.g. B.
20 My, vorliegt20 My
Nach der Erfindung wird daher der Mahlvorgang der Kohle so gesteuert, daß der Kornfraktionsanteil < 0,03 mm kleiner ist als 50% von der Gesamtkohlenmenge, besser noch möglichst unter 30% bleibt Bei einem Anteil von 30% wird diese Kornfraktion bei einer Oxidationsmitteltemperatur von 1600° C immerhin auf Temperaturen gebracht, die in der Größenordnung von 5500C bis 6000C liegen, einer Temperatur also, bei der diese Kornfraktion bereits Gas in nicht unbeträchtlicher Menge abgibt Dieses Gas kann dann mit dem Sauerstoff deb Oxidationsmittels verbrannen und dadurch die fehlende Wärme zur Aufstockung von der Mischtemperatur auf die Reaktionstemperatur, sprich Oxidationstemperatur, decken. Die Steuerung des Vorganges erfolgt nach der Erfindung also so, daß ein bestimmter Gewichtsanteil Temperaturen über 5000C erreicht, wobei dieser Gewichtsanteil so groß ist, daß die bei 5000C durch Entgasung zur Verfügung gestellte und verbrannte Gasmenge mit ihrem Wärmeinhalt für die Deckung des Wärmebedarfes der Oxidation ausreicht.According to the invention, the grinding process of the coal is therefore controlled in such a way that the grain fraction is <0.03 mm smaller than 50% of the total amount of coal, better still below 30% ° C at least brought to temperatures that are in the order of magnitude of 550 0 C to 600 0 C, a temperature at which this grain fraction already gives off gas in not inconsiderable quantities. This gas can then burn with the oxygen deb oxidizing agent and thereby the missing Heat to increase the mixing temperature to the reaction temperature, i.e. the oxidation temperature. The process is controlled according to the invention in such a way that a certain weight fraction reaches temperatures above 500 ° C., this weight fraction being so large that the amount of gas made available and burned at 500 ° C. through degassing with its heat content is needed to cover the The heat requirement of the oxidation is sufficient.
Um die zur Deckung des Wärmebedarfs notwendige Gasmenge freizusetzen, hat ein Teil der eingeführten Kohlemenge den sogenannten plastischen Bereich erreicht oder überschritten. Trotz der Anwesenheit von Sauerstoff besteht dabei die Gefahr, daß Körner untereinander verbacken oder an den Wänden des Aufheizraumes anbacken und den Betrieb unterbrechen. Um dies zu vermeiden, sind beim Eintritt von Kohlenstaub und Oxidationsmittel als Heizgas in den Aufheizraum bestimmte strömungstechnische Bedingungen einzuhalten. Daher wird nach der Erfindung weiter vorgeschlagen, den Staub als Strahl axial in den Aufheizraum einzublasen, während in gleicher Höhe das Heizgas über mehrere Zugabestellen am Umfang tangential mit einer solchen Neigung mit Geschwindigkeit in Strömungsrichtung eingeführt wird, daß der Kohlenstaub nach Auflösung des Kohlenstrahles frühestens nach Zurücklegung eines Weges von 1,5 m auf die Wände des Aufheizraumes auftrifft.In order to release the amount of gas necessary to cover the heat demand, some of the Amount of coal has reached or exceeded the so-called plastic range. Despite the presence of Oxygen there is a risk that grains baked together or on the walls of the Heat-up space and interrupt operation. To avoid this, are when entering Coal dust and oxidizing agent as heating gas in the heating room, certain fluidic conditions to be observed. Therefore, it is proposed according to the invention, the dust as a jet axially in the Blow up the heating room while the heating gas is at the same level via several addition points on the circumference is introduced tangentially with such an inclination at speed in the direction of flow that the Coal dust after dissolving the coal jet at the earliest after covering a distance of 1.5 m on the Hits the walls of the heating-up room.
Eine weitere Möglichkeit ist die gemeinsame axiale Zuführung von Kohlenstaub und mit Drall beaufschlagtem Heizgas, wobei der Drall des Heizgases so ausgelegt ist, daß die Staubkörner auch hier erst nach Zurücklegung eines Weges von 1,5 m auf die Wände des Aufheizraumes auftreffen.Another possibility is the common axial supply of coal dust and exposed to a swirl Heating gas, the swirl of the heating gas is designed so that the dust grains only after Covering a distance of 1.5 m hit the walls of the heating room.
Da unterschiedliche Kohlenarten eingesetzt werden, die auch unterschiedlich entgast und auch oxidiert werden, wird im weiteren Ausbau der Erfindung vorigeschlagen, durch entsprechende zusätzliche Sauer-Stoffeingabestellen im Aufheizraum den Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittels am Ende des Aufheizraumes, der gleichzeitig dem Eintritt in die eigentliche Oxidationsslfecke entspricht, zu regeln. Zur RegelungBecause different types of coal are used, which also degassed and also oxidized differently will be suggested in the further development of the invention, by appropriate additional sour substance input points in the heating room the oxygen content of the oxidizing agent at the end of the heating room, which at the same time corresponds to the entry into the actual oxidation corner. Regarding the regulation
der Mischtemperatur am Ende des direkten Wärmeaustausches wird nach der Erfindung weiter die Einspritzung
von Wasser vorgeschlagen, wobei der dabei entstehende Wasserdampf in der der Oxidation
folgenden Ent- und Teilvergasung als Vergasungsmittel dient. Zusätzlich steht zur Regulierung der Aufheiztemperatur
natürlich auch die Eintrittstemperatur des Oxidationsmittels in den Aufheizraum als Regulativ zur
Verfügung.
Mit der vorgeschlagenen Erfindung ist es möelich.the mixing temperature at the end of the direct heat exchange, the invention further proposes the injection of water, the resulting water vapor serving as a gasification agent in the degassing and partial gasification following the oxidation. In addition, the inlet temperature of the oxidizing agent in the heating room is of course also available as a regulator for regulating the heating temperature.
With the proposed invention it is possible.
auch bei sehr hohen Beladungen, z. B. 10 kg Kohlenreinsubstanz je kg Sauerstoff im Oxidationsmittel, entsprechend ca. 33 kg Kohle je m„3 Luft durch direkten Wärmeaustausch unter Einsparung kostspieliger Wärmetauscher, die auch noch durch Erosionen beansprucht wären, einzusparen. Der Wärmeaustausch bei der direkten Aufheizung erfolgt in einer Zeit, die um ein bis zwei Zehnerfaktoren kürzer ist als der Wärmeaustausch durch indirekte Wärmezuführung mit Hilfe eines Wärmetauschers.even with very high loads, e.g. B. 10 kg of pure coal substance per kg of oxygen in the oxidizing agent, corresponding to approx. 33 kg of coal per m " 3 of air by direct heat exchange while saving expensive heat exchangers, which would also be stressed by erosion. The heat exchange with direct heating takes place in a time that is one to two tens of factors shorter than the heat exchange through indirect heat supply with the help of a heat exchanger.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8381 | Inventor (new situation) |
Free format text: SCHUSTER, ERNST, DIPL.-ING., DR.-ING., 5270 GUMMERSBACH, DE |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |