DE2700554A1 - Verfahren zum aufbereiten lignitartiger kohle als brennstoff - Google Patents

Verfahren zum aufbereiten lignitartiger kohle als brennstoff

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Description

on. ing. H. NEGENDANK <·ι»73> · uifu-ing. H. iiAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ . E. GRAALi1S · dipping. W. WEIINERT · dipl.phys. W. CARSTENS
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ZUSTELLUNGSANSCÖRIFT: 2000 HAMBURG 3β · NKUER WALL 11 PLEASE ΠΕΡΤ.Υ TO; ikiefon (040) 36 7*28 UND 30 4119
TELKOR. NBOBDAPATBNT HAMBURG Edward Koppelman gooo MUNCHEN 2 . MOzartstr. as
4424 Bergamo Drive tbi.bfon <oeo) s 38 os se
Enclno. California 91316/USA ««·»· «obdapatbnt uünch.n
. 3. Januar 1977
Verfahren zum Aufbereiten lignitartiger Kohle als Brennstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten lignitartiger Kohle, wobei unter dem hier und in den beigefügten Ansprüchen gebrauchten Ausdruck "lignitartige Kohle" verhältnismäßig minderwertige Kohlenmaterialien oder Kohlen zu verstehen sind, wie zum Beispiel Lignit und Braunkohle sowie schwarze Lignitkohlen, die üblicherweise je nach ihrem Heizwert in Klassen A, B und C eingeteilt sind. Lignitartige Kohlen sind kohlenstoffhaltige,minderwertige Kohlen, die nicht ausreichender geologischer Metamorphose ausgesetzt sind, um sie in hochwertige harte Kohle, wie zum Beispiel Stein- oder Anthrazitkohle umzuwandeln. Lignitartige Kohlen umfassen einen Bereich derartiger kohlenstoff-
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haltiger Materialien, der etwa zwischen Torf und schwarzer Lignitkohle liegt, wobei Braunkohle eine Lignitform ist, die ziemlich nahe dem Torf verwandt ist. Technisch ist Lignit als jene kohlenstoffhaltige Materialien klassifiziert, die in Ablagerungen ähnlich der Kohle gefunden werden, wobei das Kohlenstoff-Wasserstoffverhältnis zwischen 11,2:1 bis 9,3:1 variiert. Schwarze Lignitkohlen haben einen höheren Karbonisierungsgrad als lignitartige Kohlen und gehören damit nach dem Klassifikationssystem des United States Bureau of Mines, Bulletin No. 492, 1951 "Methods of Analyzing Coal and Coke" zur Güteklasse A und haben einen feuchten Heizwert von 6105 kcal/kg oder mehr, jedoch weniger als 7215 kcal/kg. Güteklasse B hat einen feuchten Heizwert von 5272 kcal/kg oder mehr, jedoch weniger als 6105 kcal/kg, während Güteklasse C einen feuchten Heizwert von 4607 kcal/kg oder mehr, jedoch weniger als 5272 kcal/kg aufweist.
In den United States sind riesige Lager von lignitartiger Kohle in den nördlichen mittleren Staaten hauptsächlich in North und South Dakota und Wyoming und weniger große in den südlichen Staaten einschließlich Texas festgestellt, während schwarze Lignitkohlen hauptsächlich in Washington, Wyoming und Colorado vorkommen. Diese riesigen Vorkommen stellen eine Ausgleichslösung für die gegenwärtige Energiekrise und den Brennstoffmangel dar. Unglücklicherweise
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enthält lignitartige Kohle, so wie sie geschürft wird, etwa 20 bis 40% Feuchtigkeit, von der wenigstens ein Teil zunächst entfernt werden muß, um sie als Brennstoff geeignet zu machen. Eine teilweise oder vollständige Trocknung der feuchten lignitartigen Kohle bewirkt eine Zersetzung derselben in kleine Teilchen und Staub, was nicht nur Probleme infolge der spontanen Verbrennung aufwirft, sondern auch die Schwierigkeit der Handhabung beim Versand und der Befeuerung eines Ofens erhöht. Die Zersetzung des Brennstoffs, wenn öfen damit beschickt werden, bewirkt, daß Teile durch den Ofenrost fallen sowie Verstopfungen desselben, so daß der Wirkungsgrad des Verbrennungsvorgangs vermindert wird und eine wesentliche Vergeudung des Heizwertes die Folge sind.
Verschiedene Verfahren zur Behandlung von lignitartiger Kohle sind bekannt oder vorgeschlagen, um sie als festen Brennstoff geeigneter zu machen. Diese bekannten Verfahren schließen im allgemeinen eine teilweise Trocknung der lignitartigen Kohle, so wie sie gewonnen wird, ein, um den Feuchtigkeitsgrad zu vermindern,und um sie dann zu brikettisieren oder das Material zu agglomerieren, um es widerstandsfähiger gegen Wettereinflüsse und Zerkleinerung während des Versandes,der Lagerung, vor dem endgültigen Verbrauch zu machen. Typische bekannte Verfahren zur Behandlung von lignitartigen Kohlen sind in
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den US-Patentschriften 838 281, 1 205 007, 1 219 155, 1 386 472, 1 477 642, 1 508 617, 1 556 036, 1 577 902,
1 600 065, 1 698 345, 1 860 890, 1 871 862, 2 627 497,
2 903 400 und 3 723 079 beschrieben. Die großen Investierungskosten bei der Brikettierungsausrüstung, der große beim Brikettiervorgang erforderliche Arbeitsanteil und die verhältnismäßig hohen Kosten der Binde- und /oder der Überzugsmittel, die verwendet werden, haben einer weiterverbreiteten Nutzung derartiger Verfahren im Wege gestanden und die Nutzbarmachung der riesigen heimischen Lager lignitartiger Kohlen zur Überwindung der gegenwärtigen Energiekrise verzögert.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung werden viele dieser Probleme und Nachteile der bekannten Verfahren überwunden, wobei lignitartige Kohlen in ihrer physikalischen Struktur und ihrem Heizwert aufbereitet werden, so daß sie stabiler werden und einer Zersetzung durch Wettereinflüsse,Handhabung, Lagerung und Versand mehr Widerstand entgegensetzen und zur Verwendung als fester Brennstoff oder gemischt mit hochwertigen Kohlen, wie zum Beispiel Steinkohle f geeignet sind.
Der Nutzen und die Vorteile der Erfindung werden durch ein Verfahren erzielt, bei dem lignitartige Kohlen im wesentlichen in ihrem abgebauten Zustand mit 20 bis 40%
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Feuchtigkeitsgehalt in einen Autoklaven gebracht und
auf wenigstens etwa 399°C erhitzt bei einem Druck von
wenigstens etwa 71 kg/cm , und zwar während einer gesteuerten Zeitdauer um eine kontrollierte thermische Umwandlung der chemischen Struktur und eine Umwandlung der Feuchtigkeit und eines Teiles der flüchtigen organischen Bestandteile in eine Gasphase zu bewirken. Nach Beendigung der Verfahrensstufe im Autoklaven wird die lignitartige Kohle vorzugsweise in Berührung mit der Gasphase gekühlt, um eine Ablagerung der kondensierbaren organischen Bestandteile an den Oberflächen derselben und eine weitere Stabilisierung des aufbereiteten Kohleprodukts zu bewirken, so daß es weniger hygroskopisch und widerstandsfähiger gegen Wettereinflüsse und Oxydation während des Versandes und der Lagerung ist. Die nicht kondensierbare Gasphase wird wiedergewonnen und kann in vorteilhafter Weise als Brennstoff beim Aufheizvorgang im Autoklaven verwendet oder handelsüblich vertrieben werden.
Das erzeugte aufbereitete Kohleprodukt ist im wesentlichen tiefschwarz glänzend und hat eine innere Struktur, die sichtbar gegenüber der ursprünglichen lignitartigen Kohle umgewandelt worden ist. Dieses aufbereitete Kohleprodukt hat einen erhöhten Heizwert in der Größenordnung
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von etwa 6660 kcal/kg bis 7492,5 kcal/kg. Demgegenüber hat entsprechende lignitartige Kohle, so wie sie gewonnen wird, einen Heizwert von etwa 3885 kcal/kg, während sie bei feuchtigkeitsfreier Basis einen Heizwert von etwa 5716,5 kcal/kg bis 6604,5 kcal/kg aufweist.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit speziellen Beispielen hervor.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist entsprechend der vorstehenden Beschreibung zur Aufbereitung von lignitartiger Kohle geeignet^ einschließlich Braunkohle, Lignit- und schwarzer Lignitkohle, die zwischen Torf und Steinkohlen liegen und die ähnlich den hochwertigeren Kohlen abgelagert sind. Derartige lignitartige Kohlen enthalten, so wie sie abgebaut werden, im v/es entlichen etwa 20 bis 40% Feuchtigkeit und können ohne vorherige Behandlung mit Ausnahme einer Siebung direkt als Charge für den Autoklaven verwendet werden. Im allgemeinen wird bevorzugt, die lignitartige Kohle, so wie sie gewonnen wird, zu sieben und/oder aufzubrechen, um alle größeren Klumpen zu entfernen, so daß die Behandlung der Charge erleichtert und die Beschickungseigenschaften derselben in dem Autoklaven verbessert werden. Die Größe und Form der lignitartigen Kohleteile sind jedoch zur Erzielung der Vorteile
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des Verfahrens gemäß der Erfindung nicht kritisch.
Der Feuchtigkeitsgehalt der lignitartigen Kohle kann sich infolge von Wettereinflüssen während der Lagerung vor der Beschickung des Autoklaven etwas vermindern. Es ist ferner möglich, die lignitartige Kohle vor der Behandlung im Autoklaven zu waschen und übermäßige Feuchtigkeit zu entfernen. Im allgemeinen ist die in den Autoklaven eingegebene lignitartige Kohle im wesentlichen in dem Zustand, wie sie gewonnen wird.
Als Autoklav kann jede der bekannten Arten verwendet werden, die die erforderlichen Temperaturen und Drücke aushalten. Während die vorliegende Beschreibung insbesondere auf chargenbeschickte Autoklaven gerichtet ist, wird darauf hingewiesen, daß auch kontinuierlich arbeitende Autoklaven zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können. Der Autoklav wird mit der lignitartigen Kohle beschickt und danach dicht
verschlossen und auf eine Temperatur von etwa 399°C bei
einem Druck von mehr als 71 kg/cm , vorzugsweise mehr
als etwa 142 kg/cm ,während einer Zeitdauer aufgeheizt, um eine Verdampfung des Feuchtigkeitsgehaltes und eine Entgasung einiger organischer Bestandteile in der lignitartigen Kohle zu bewirken, um eine Gasphase zu bilden. Ein gesteuerter Grad des thermischen Wiederaufbaus und/
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oder der Zersetzung der chemischen Struktur tritt ebenfalls zusammen mit der Erzeugung zusätzlicher Gaskomponenten auf, die ebenfalls in die Gasphase eintreten. Es wurde festgestellt, daß bei der erhöhten Temperatur und dem verwendeten Druck eine Gasverlagerungsreaktion zwischen den Wassermolekülen, den gasförmigen Kohlenwasserstoffen und/oder dem lignitartigen Kohlematerial stattfindet, wobei zusätzliche Kohlenwasserstoffgase gebildet werden, die als Brennstoff verwendbar sind.
Während Temperaturen von wenigstens 3990C während der Autoklavenbehandlung erwünscht sind, werden Temperaturen von etwa 538°C bevorzugt, da hierbei eine beschleunigte Verflüchtigung und thermische Umsetzung zu einem höheren festen Kohlenstoffwert erfolgt und eine kürzere Verweilzeit im Autoklaven und eine verbesserte Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erreicht wird. Bei der Autoklavenbehandlung können Temperaturen bis zu 677°C verwendet werden, während darüberliegende Temperaturen im allgemeinen unerwünscht sind, da ein zu hohes Verhältnis zwischen nicht kondensierbaren Gasen zu dem festen,aufbereiteten Erzeugnis auftritt. Besonders befriedigende Ergebnisse wurden bei Temperaturen von etwa 538°C bis 65O°C bei Drücken von
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143 kg/cm bis etwa 214 kg/cm erzieht. Der maximal anwendbare Druck kann bis zu etwa 236 kg/cm betragen.
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Drücke, die über 236 kg/cm betragen, sind infolge der Herstellungskosten der Druckgefäße, die derart hohe Drücke aushalten, unerwünscht, insbesondere da kein nennenswerter Vorteil gegenüber den niedrigeren Drücken
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von etwa 214 kg/cm erzielt wird.
Die Verweilzeit der lignitartigen Kohlencharge im Autoklaven ist unterschiedlich und hängt von der speziellen Beziehung zwischen Temperatur, Druck und Zeit ab, was innerhalb der zuvor angegebenen Parameter gesteuert wird, um eine im wesentlichen vollständige Verdampfung des Feuchtigkeitsgehalts und Verflüchtigung einiger der flüchtigen organischen Bestandteile sowie eine gesteuerte thermische Umwandlung der lignitartigen Kohle zu bewirken.
Der Vorgang der thermischen Umwandlung ist nicht ganz klar, es wird jedoch angenommen, daß zwei oder mehr chemische Reaktionen gleichzeitig zwischen den pyroly- tischen Produkten und den Gasen innerhalb der Zell struktur der lignitartigen Kohle stattfinden. Die Auswirkung dieser Umwandlungsreaktionen sind erstens Änderungen der physikalischen Eigenschaften, wobei Partikel entstehen, die mehr Widerstand gegen Feuch tigkeitsaufnahme und Verknisterung entstehen und zweitens Veränderungen der chemischen Eigenschaften,
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wobei eine Zunahme des KohlenwasserstoffVerhältnisses und eine Abnahme des Schwefel- und Sauerstoffgehaltes gemessen bei der Enduntersuchung der Kohle auftritt.
Die erforderliche Verweilzeit nimmt bei zunehmender Temperatur und Druck im Autoklaven ab, während umgekehrt längere Verweilzeiten erforderlich sind, wenn Temperaturen und Drücke geringerer Größe verwendet werden. Im allgemeinen betragen die Verweilzeiten etwa 15 bis 60 Minuten bei Temperaturen von etwa 482 bis 65O°C,bei Drücken von etwa 143 bis 214 kg/cm .
Der Druckaufbau im Autoklaven kann bequem dadurch erzielt werden, daß die Menge der lignitartigen Kohlencharge zum Volumen des Autoklaven bei Kenntnis des Feuchtigkeitgehalts der Charge gesteuert wird, so daß bei der Aufheizung derselben auf die erhöhte Temperatur die gebildete Gasphase überhitzten Wasserdampf und
läßt
flüchtige organische Bestandteile entstehen/und den Druckaufbau im Autoklaven und den gewünschten Druck bewirkt. Zusätzlicher Druckaufbau im Autoklaven kann, falls erwünscht, erfolgen, indem unter Druck stehende nicht oxydierende oder reduzierende Gase in den Autoklaven eingeführt werden.
Wach Beendigung der Autoklavenbehandlung läßt man den-
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selben gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entweder durch Luft- oder Flüssigkeitskühlung, wie zum Beispiel Kühlwasser, auf eine Temperatur abkühlen, die unter derjenigen liegt, bei der das aufbereitete, kohlenstoffhaltige Produkt der Luft ausgesetzt werden kann, ohne nachteilige Wirkungen zu bewirken. Gewöhnlich reicht die Abkühlung des Autoklaven auf etwa 150 C aus. Eine Abkühlung des Autoklaven auf angenähert 105°C oder darunter ist gewöhnlich unerwünscht, da die Kondensation der gasförmigen Wasserphase das aufbereitete kohlenstoffhaltige Produkt benetzt und dabei den Feuchtigkeitsgehalt erhöht, so daß der Heizwert absinkt. Während des Kühlvorgangs kondensieren die flüchtigen organischer- Bestandteile einschließlich der verhältnismäßig schweren Kohlenwasserstofffraktionen und Teere zuerst und schlagen sich auf den Oberflächen und in den Poren der lignitartigen Kohle nieder und bewirken einen überzug,der vorteilhaft ist, da er das aufbereitete, kohlenstoffhaltige Produkt widerstandsfähiger gegen Wettereinflüsse und Zersetzung sowie gegen Feuchtigkeitsaufnahme macht, wenn es feuchter ümgebungsatmosphäre ausgesetzt ist. Bei Erreichen der gewünschten Abkühltemperatur wird die verbleibende Gasphase aus dem Autoklaven freigegeben und als geeignetes Nebenprodukt zur Verwendung als Brenngas wiedergewonnen, das bei dem Verfahren verwendbar ist oder verkauft werden kann.
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Das aufbereitete kohlenstoffhaltige Produkt hat im allgemeinen ein schwarzglänzendes Aussehen, was ferner eine innere thermische Umwandlung des ursprünglich matten lignitartigen Kohlenaufbaus des eingeführten Materials anzeigt. Der verbleibende Feuchtigkeitsgehalt im aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Produkt beträgt im allgemeinen etwa 1 bis 5% in Gewichtsanteilen.
Gemäß einer wahlweisen Durchfuhrungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung kann bei Beendigung der Autoklavenbehandlung der hohe Druck im Autoklaven bei der Betriebstemperatur desselben abgelassen werden, wobei die Kohlenwasserstoffbestandteile durch Kondensation und die organischen nicht kondensierbaren Gasbestandteile als Nebenprodukt-Brenngas wiedergewonnen werden. In letzterem Falle findet nur eine geringe Ablagerung der flüchtigen organischen Bestandteile am aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Produkt statt. Das so erzeugte kohlenstoffhaltige Produkt zeichnet sich trotzdem durch eine thermisch umgewandelte Struktur aus, die einen erhöhten Heizwert· und Widerstand gegen Witterungseinflüsse und Zersetzung aufweist.
Die Erfindung schließt auch ein zweistufiges Autoklavenverfahren ein, bei dem der Überzugvorgang durchgeführt
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werden kann. Hierbei wird die Gasphase aus dem Autoklaven bei der herrschenden Temperatur in eine zweite Kühlkammer überführt, in der ein aufbereitetes kohlenstoffhaltiges Produkt von einer vorherigen Autoklavenbehandlung zum Kühlen überführt worden ist, wobei die eingeführte Gasphase in Berührung mit der gekühlten Charge kommt. Gewöhnlich läßt man die gekühlte Charge auf weniger als etwa 27O°C, insbesondere jedoch auf etwa 1700C oder etwas darunter abkühlen. Wenn die heiße Gasphase mit der gekühlten Charge in Berührung kommt, bewirkt dies eine Kondensation der kondensierbaren organischen Bestandteile darin, die wie zuvor einen überzug und eine Imprägnation des aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Produktes bewirkt. Die verbleibende, nicht kondensierte Gasphase wird als Nebenprodukt-Brenngas wiedergewonnen. Die Abkühlung der aufbereiteten Charge wird unter nicht oxydierenden Bedingungen durchgeführt und kann bequemerweise durch eine direkte überführung der Charge aus dem Autoklaven in eine abgedichtete Kühlkammer erfolgen, die mit dem Autoklaven über eine geeignete Ventilanordnung verbunden ist.
Zur weiteren Klarstellung des erfindungsgemäßen Ver fahrens werden nachfolgend spezielle Beispiele angege ben. Es wird darauf hingewiesen, daß die angegebenen Beispiele lediglich dazu dienen, brauchbare Änderungen
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der Zeit,der Temperatur und des Druckes bei den verwendeten Verfahren anzugeben, sollen jedoch keinesfalls als den Erfindungsgedanken beschränkend angesehen werden.
Beispiel 1
Eine Lignitkohle aus einer Zeche in Zap, North Dakota, mit einem durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 30 Gew.-%, die eine schieferähnliche Farbe hat, wird gesiebt, um eine granulierte Charge mit einer Teilgröße von weniger als 12,5 mm zu bilden. Eine abgewogene Menge von 6,64 g wird in ein Druckgefäß aus rostfreiem Stahl eingeführt, das eine 76 mm lange Kammer umschließt und einen kreisförmigen Querschnitt von 15,88 mm sowie eine Wanddicke von etwa 6,35 mm hat. Die Enden sind durch Schraubkappen verschlossen, um die Charge dicht in der Kammer einzuschließen. Das Druckgefäß bzw. der Autoklav wird in einen Ofen gesetzt, der auf 54O°C aufgeheizt ist,und der nach einer 5 Minuten dauernden Vorheizzeit 30 Minuten lang auf der Temperatur gehalten wird. Nach Beendigung der Autoklavenbehandlung wird das Druckgefäß entfernt und unter Leitungswasser auf Zimmertemperatur abgekühlt, worauf dann eine Endkappe entfernt wird, um den verbliebenen Druck freizugeben. Die Charge wird dann entfernt
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und einer mäßigen Trocknung unterworfen, um Oberflächenwasser durch Lufttrocknung zu entfernen. Das aufbereitete Lignitprodukt wiegt 4,98 g , also ein Verlust von 25%, und hat einen Durchschnittsheizwert von 6964,7 kcal/kg. Das aufbereitete kohlenstoffhaltige Produkt hat eine dunkle Farbe und ein glänzendes Aussehen.
Beispiel 2
Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird wiederholt mit einer lignitartigen Kohlencharge von 4,81 g, die während einer Gesamtzeitdauer von 60 Minuten auf eine Temperatur von 4OO°C erhitzt wird. Nach Beendigung der Autoklavenbehandlung wird das Druckgefäß entfernt, so daß es sich auf Zimmertemperatur abkühlen kann. Danach wird die Endkappe entfernt und der verbliebene Gasdruck abgelassen. Das erzielte Produkt hat einen Heizwert von 6289,815 kcal/kg. Das aufbereitete kohlenstoffhaltige Produkt wiegt 3,5 g, hat also 27,3 Gew.-%te verloren.
Beispiel 3
Das im Beispiel 1 beschriebene. Verfahren wird mit einer lignitartigen Charge von 5,91 g wiederholt, die während
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einer Gesamtdauer von 60 Minuten und einer Ofentemperatur von 486°C erhitzt wird. Das Druckgefäß wird unter Leitungswasser auf Zimmertemperatur abgekühlt und geöffnet, um den verbliebenen Gasdruck abzulassen. Das aufbereitete kohlenstoffhaltige Produkt wiegt 4,1 g, also ein Verlust von 30% und hat einen Heizwert von 6518,475 kcal/kg.
Beispiel 4
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird mit einer lignitartigen Charge von 5,1 g wiederholt, die nach einer Vorheizzeit von 5 Minuten über 30 Minuten auf einer Temperatur von 4000C gehalten wird. Nach Beendigung der Autoklavenbehandlung wird das Druckgefäß entfernt und mit Leitungswasser auf Zimmertemperatur abgekühlt, worauf dann die Endkappe entfernt wird, um den verbliebenen Gasdruck abzulassen. Das aufbereitete Produkt hat ein Gewicht von 4,52 g, also 11,3 Gew.-%te Verlust und einen Heizwert von 5515,035 kcal/kg.
Beispiel 5
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird mit einer lignitartigen Charge von 5,67 g wiederholt, die während einer Gesamtdauer von 60 Minuten bei einer Ofentemperatur
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von 54O°C aufgeheizt wird. Danach wird das Druckgefäß durch Leitungswasser auf Zimmertemperatur abgekühlt und eine Endkappe entfernt, um den verbliebenen Gasdruck abzulassen. Insgesamt sind 3,58 g aufbereitetes Produkt gewonnen, also ein Verlust von 36,8 Gew.-%ten, wobei der Heizwert 7072,920 kcal/kg beträgt.
Beispiel 6 .
Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird mit einer lignitartigen Charge von 5,58 g wiederholt, die nach einer Vorheizzeit von 5 Minuten v/ährend 30 Minuten auf 54O°C gehalten wird. Danach wird das Druckgefäß entfernt und unter Leitungswasser auf Zimmertemperatur abgekühlt. Eine Endkappe wird entfernt, um den verbliebenen Gasdruck abzulassen, wobei das aufbereitete, kohlenstoffhaltige Produkt 3,39 g wiegt. Dies entspricht einem Verlust von 39 Gew.-%ten gegenüber der Charge, wobei das aufbereitete Produkt einen Heizwert von 6671,100 kcal/kg aufweist.
Beispiel 7
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird mit einer lignitartigen Charge von 5,67 g wiederholt. Nach einer Vorheizzeit von 5 Minuten wird eine Temperatur von 54O°C 30 Minuten lang aufrechterhalten. Das Druckgefäß wird
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entfernt und unter Leitungswasser auf Zimmertemperatur abgekühlt, worauf dann eine Endkappe entfernt wird, um den verbliebenen Gasdruck abzulassen. Das aufbereitete lignitartige Produkt hat ein Gewicht von 3,71 g, also einen Verlust von 34,5 Gew.-%ten gegenüber der ursprünglichen Charge. Der Heizwert des aufbereiteten Produkts beträgt 7011,315 kcal/kg.
Beispiel 8
Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird mit einer lignitartigen Charge von 5,23 g wiederholt, die nach einer Vorheiz zeit von 5 Minuten 30 Minuten lang auf einer Temperatur von 54O°C gehalten wird. Das Druckgefäß wird entfernt und eine Endkappe wird bei noch etwa 54O°C entfernt, um den Gasdruck abzulassen. Das aufbereitete kohlenstoffhaltige Produkt hat ein Gewicht von 2,9 g, also einen Verlust von 44% gegenüber der ursprünglichen Charge. Das Produkt hat einen Heizwert von 6557,880 kcal/kg.
Beispiel 9
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird wiederholt, jedoch wird das lignitartige Chargenmaterial zunächst
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einer Vortrocknung durch Luft unterworfen, um den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 14% zu senken. Das gefüllte und abgedichtete Druckgefäß wird nach einer Vorheizzeit von 5 Minuten 30 Minuten lang auf 54O°C gehalten, worauf es dann durch Leitungswasser auf Zimmertemperatur abgekühlt wird. 4,2 g aufbereitetes kohlenstoffhaltiges Produkt wurde erzielt, also ein Gewichtsverlust von etwa 27%. Das Produkt hat einen Heizwert von 6289,260 kcal/kg.
Beispiel 10
Das in Beispiel 9 beschriebene Verfahren wird mit einer vorgetrockneten Lignitcharge, die etwa 14% Feuchtigkeitsgehalt hat und 5,97 g wiegt, wiederholt. Nach einer Vorheizzeit von 5 Minuten werden 54O°C 30 Minuten lang aufrechterhalten, dann entfernt und an der Luft abgekühlt. Wenn das Druckgefäß eine Temperatur von etwa 177°C aufweist, wird eine Endkappe entfernt, um den verbliebenen Gasdruck abzulassen. Das gewonnene Produkt hat ein Gewicht von 4,1 g, also einen Verlust von 31 Gew.-%ten gegenüber der ursprünglichen Charge. Der Heizwert des aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Produkts beträgt 6880,335 kcal/kg.
Beispiel 11
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird mit einer
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lignitartigen Charge wiederholt, die etwa 30% Feuchtigkeit enthält. Nach einer Vorheizzeit von 5 Minuten werden 54O°C 30 Minuten lang aufrechterhalten. Die Charge hat ein Gesamtgewicht von 5,64 g. Nach Beendigung der Autoklavenbehandlung wird das Druckgefäß entfernt und wie in Beispiel 10 an der Luft auf eine Temperatur von etwa 177°C abgekühlt, worauf dann eine Endkappe entfernt wird, um den verbliebenen Gasdruck abzulassen. Das gewonnene,aufbereitete kohlenstoffhaltige Produkt hat ein Gewicht von 3,33 g, also einen Gewichtsverlust von etwa 40%, wobei der Heizwert 7202,790 kcal/kg beträgt.
Beispiel 12
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird mit einer lignitartigen Charge von 5,4 g wiederholt. Nach einer Vorheiz zeit von 5 Minuten wird eine Temperatur von 54O°C 15 Minuten lang aufrechterhalten. Das Druckgefäß wird entfernt und an der Luft auf etwa 177°C abgekühlt, worauf dann eine Endkappe entfernt wird, um den verbliebenen Gasdruck abzulassen. Das aufbereitete kohlenstoffhaltige Produkt wiegt 3,52 g, weist also einen Gewichtsverlust von 34,8% auf und hat einen Heizwert von 5842,485 kcal/kg.
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Bei allen zuvor beschriebenen Beispielen, mit Ausnahme der Beispiele 9 und 10 wurde das Druckgefäß während der Autoklavenbehandlung unter einem errechneten Druck in
der Größenordnung von etwa 143 bis 193 kg/cm gehalten.
In den Beispielen 9 und 10, bei denen eine teilweise getrocknete Charge verwendet wurde, liegt der errechnete Druck während der Autoklavenbehandlung in der Größen-
2 Ordnung von etwa 72 bis 100 kg/cm . Die in den Beispielen 1 bis 12 verwendeten Beziehungen der Zeit, Temperatur und des Druckes zeigen eine Einwirkung auf den Heizwert in kcal/kg des aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Produkts als eine Funktion dieser Variablen, was auch bis zu einem gewissen Grad mit dem Gewichtsverlust des behandelten Produkts gegenüber der ursprünglichen Charge in Verbindung gebracht werden kann. Diese Daten zeigen deutlich die Beziehung zwischen der Zeit, der Temperatur und dem Druck bei der Erzielung einer thermischen Umwandlung des Chargenmaterials und eine Freigabe des Feuchtigkeitsgehalts und der flüchtigen organischen Bestandteile, so daß ein aufbereiteter fester Brennstoff erzielt wird, dessen Heizwerte angenähert denen der Steinkohle liegt. .
Die gemäß den Beispielen 1 bis 12 erhaltenen aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Produkte wurden auch einem Feuchtigkeitsversuch unterworfen, um die hygroskopische Eigenschaft zu bestimmen, die die Widerstandskraft gegen
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Witterungseinflüsse bei längerer Aussetzung der atmosphärischen Bedingungen anzeigt. Wenn die Charge gewaltsam abgekühlt wird, wird das aufbereitete kohlenstoffhaltige Produkt in Gegenwart von erhitzter Luft luftgetrocknet, um verbleibendes Oberflächenwasser zu entfernen, wird gewogen und danach in einer Feuchtigkeitskammer auf einer Temperatur von etwa 25 bis 3O°C bei einer relativen Feuchtigkeit von etwa 90% gehalten. Die Ergebnisse einiger dieser Feuchtigkeitsversuche sind in Tabelle 1 angegeben, nämlich die Zeitdauer in der Feuchtigkeitskammer und die Gewichtsprozente der Zunahme oder des Verlustes.
Tabelle 1 Ergebnisse der Feuchticrkeitstests Beispiel Gesamtzeit in Stunden %Gewinn/Verlust an
Gewicht
-4% +3% + 1% -0,3%
- 24 -
709828/0321
1 262
3 221
8 221
9 77
12 42
Aus den Versuchsdaten der Tabelle 1 geht hervor, daß das aufbereitete kohlenstoffhaltige Produkt nicht nur einen höheren Durchschnittsheizwert hat, sondern auch, daß es verhältnismäßig stabil und nicht hygroskopisch ist. Es zeigt einen größeren Widerstand gegen Feuchtigkeitsaufnahme, trotzdem es einen verhältnismäßig geringen Feuchtigkeitsgehalt hat, der in der Größenordnung von etwa 1 bis 5% bei dem aufbereiteten Produkt beträgt.
Beispiel 13
Das in Beispiel 11 beschriebene Versuchsverfahren wird mit einer Charge von 6,71 g Colstrip-schwarzem Lignit wiederholt. Die Charge wird während einer Gesamtdauer von 30 Minuten auf 538°C erhitzt, nachdem sie in 5 Minuten auf diese Temperatur gebracht wurde. Bei Beendigung der Autoklavenbehandlung ließ man das Druckgefäß auf 149°C abkühlen, worauf dann die Endkappe entfernt und der verbliebene Druck abgelassen wurde. Das aufbereitete Produkt wog 3,99 g, hatte also einen Gewichtsverlust von 40,9% gegenüber der Charge. Das aufbereitete Kohlenprodukt hatte einen Heizwert von 7174,485 kcal/kg. Dieses Produkt wurde mit einem Kontrollmuster von unbehandeItem Colstrip-schwarzem Lignit sowohl im abgebauten Zustand wie auch in feuchtigkeitsfreier Form verglichen,
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wobei die in Tabelle 2 angegebenen Vergleichsdaten die Zunahme des Heizwertes und die Abnahme des Schwefel- und Sauerstoffgehaltes bewirkt durch die Autoklavenbehandlung zeigen.
Tabelle 2
Vergleichswerte schwarzer Lignit aus Colstrip-Montana
Kontrollmuster behandeltes Muster
wie empfangen/feuchtig- wie empfangen/feuchtig keitsfrei keitsfrej
Feuchtigkeit (Gew.-%) 16,8 O 1,9 O
Heizwert (kcal/kg) 5349,645 6429,675 7174,485 7313,235
Endanalyse
C H S N O Asche
56,4 67,7 77,2 78,7
2,90 3,49 2,95 3,01
1,30 1,56 1,38 1,41
0,78 0,94 1,06 1,08
28,9 14,5 5,3 3,5
9,78 11,8 12,1 12,3
- 26 -
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270U55A
Obwohl die in Tabelle 2 angegebenen Daten die verbesserten Qualitäten der behandelten Kohle gegenüber der ursprünglichen Kohle zeigen, ist die Verminderung des eingetretenen Schwefelgehalts nicht angegeben. Dies kann durch eine Sfchwefelabgleichung während der Behandlung gezeigt werden. 45,3 kg schwarzer Lignit im abgebauten Zustand enthält 0,589 kg Schwefel. Diese Charge wurde in 26,772 kg aufbereitetes Produkt umgewandelt, das 1,38 Gew.-%te bzw. O,372 kg Schwefel enthielt. Dies zeigt, daß O,217 kg oder 37 Gew.-%te des Schwefels in den 45,3 kg Kohle im angelieferten Zustand während der Behandlung entfernt worden ist.
Beispiel 14
Das in Beispiel 11 beschriebene Versuchsverfahren wurde mit einer Charge von 5,90 g Lignit aus Buleah, North Dakota, wiederholt. Die Charge wurde während einer Gesamtdauer von 30 Minuten auf 538°C gehalten, nachdem sie in 10 Minuten auf die Temperatur gebracht worden war. Bei Beendigung der Autoklavenbehandlung ließ man das Druckgefäß sich auf 149°C abkühlen, worauf die Endkappe entfernt und der verbliebene Druck abgelassen wurde. Das Ergebnis waren 3,25 g behandeltes Lignit, also ein Ge-Wichtsverlust von 44,3%. Das aufbereitete Lignitprodukt hatte einen Beizwert von 7241,640 kcal/kg. Dieses Produkt
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- Vt -
270055/»
wurde mit einem Kontrollmuster unbehandeltem Buleah-Lignit sowohl im abgebauten Zustand als auch feuchtigkeitsfrei verglichen. Tabelle 3 zeigt die verbesserte endgültige Analyse.
Tabelle Vergleichsv/erte Lignit aus Buleah, North Dakota Kontrollmuster
wie eimpfanqen/feuchtig— keitsfrei
Feuchtigkeit (Gew.%) 24,25 Heizwert (kcal/kg) 4676,985 Endanalyse C B S N O Asche
6174,375
behandeltes Muster wie empfangen/feuch-
2,85
tigkeits frei
7241,64O 7453,650
49,7 65,6 76,5 78,7
2,76 3,64 3,14 3,23
1,21 1,6 O, 77 O, 79
O,58 0,77
34,8 19,3 1O,6* 8,6*
6,91 9,12 9,O3 9,27
IO+N angegeben als
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270Ü55A
Es dürfte klar sein, daß mit der Erfindung die vorstehend angegebenen Vorteile erzielt werden. Änderungen können
im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ORIGINAL INSPECTED

Claims (15)

270055A Ansprüche :
1. Verfahren zum Aufbereiten von lignitartigen Kohlen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Autoklav mit lignitartiger Kohle beschickt und bei einem Druck von wenigstens etwa 71 kg/cm auf mindestens etwa 400 bis 677°C während einer ausreichenden Zeit erhitzt wird, um die darin enthaltene Feuchtigkeit und einige der flüchtigen organischen Bestandteile in eine Gasphase umzuwandeln und einen teilweisen thermischen Umbau des chemischen Aufbaus sowie eine Änderung der chemischen Zusammensetzung zu bewirken, worauf dann die lignitartige Kohlencharge gekühlt und das aufbereitete Kohleprodukt rückgewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lignitartige Kohlencharge während des Kühlvorgangs mit der Gasphase in Berührung gebracht wird, um eine Ablagerung kondensierbarer organischer Bestandteile an der Oberfläche des aufbereiteten Kohleprodukts zu bewirken.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lignitartige Kohle auf mindestens etwa
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27005b/,
482 bis 677 C aufgeheizt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lignitartige Kohle auf wenigstens etwa 538 bis 65O°C aufgeheizt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lignitartige Kohle auf wenigstens etwa 70 bis 231°C aufgeheizt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufheizung der lignitartigen Kohle bei
2 einem Druck von wenigstens etwa 140 bis 210 kg/cm durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung der lignitartigen Kohle und der Druck etwa 15 Minuten aufrechterhalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung der lignitartigen Kohle und der Druck wenigstens etwa 30 Minuten aufrechterhalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung und Kühlung der lignitartigen
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Kohle im im wesentlichen dicht verschlossenen Autoklav durchgeführt wird, um das aufbereitete Kohleprodukt in Berührung mit der Gasphase zu halten und eine Ablagerung wenigstens eines Teiles der kondensierbaren organiDchen Bestandteile auf der Oberfläche des aufbereiteten Kohleproduktes zu bewirken.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit der Autoklav druckentlastet und die Gasphase abgezogen wird, daß dann die lignitartige Kohlencharge in eine Kühlkammer mit einer im wesentlichen nicht oxydierenden Atmosphäre überführt und auf eine reduzierte Temperatur abgekühlt wird, worauf dann die abgekühlte lignitartige Kohlencharge mit der vom Autoklav abgezogenen Gasphase in Berührung gebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der in den Autoklav eingeführten lignitartigen Kohle sich zum inneren Volumen des Autoklaven so verhält, daß die Gasphase beim Aufheizen der lignitartigen Kohle den gewünschten Druckanstieg im Autoklav bewirkt.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
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bei der unter Druck stattfindenden Aufheizung der lignitartigen Kohle der Sauerstoffgehalt des aufbereiteten Kohleprodukts infolge des teilweisen thermischen Umbaus und chemischen Aufbaus reduziert und die chemische Zusammensetzung verändert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Druck erfolgende Aufheizung der lignitartigen Kohle während einer vorbestimmten Zeitdauer durchgeführt wird, um eine Reduzierung des Schwefelgehalts des aufbereiteten Kohleproduktes zu bewirken.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Druck erfolgende Aufheizung der lignitartigen Kohle so lange durchgeführt wird, bis das aufbereitete Kohleprodukt auf einer feuchtigkeitsfreien Basis einen größeren Heizwert als die ursprüngliche in den Autoklaven eingeführte lignitartige Kohle auf feuchtigkeitsfreier Basis aufweist.
15. Aufbereitetes Kohleprodukt, dadurch gekennzeichnet, daß es nach dem Verfahren des Anspruchs 1 hergestellt ist.
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