DE2812520C3 - Verfahren zum Verkoken von Kohle, Kohleformling für die Verwendung in diesem Verfahren und Verkokungsofen für die Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkoken von Kohle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Zeitschrift BWK, Band 9, Nr. 3, 1957, Seite 145, ist ein Verfahren zur Hochfrequenzerhitzung von Kohle bekannt. Dabei wurden beispielsweise Frequenzen von 21,4 MHz und 45 MHz eingesetzt. Dabei handelt es sich um die Schilderung von Versuchen, die aber keinen Aufschluß darüber geben, wie ein Verkokungsprozeß unter Verwendung der Hochfrequenzerhitzung wirtschaftlich ausgeführt werden könnte. Aus der US-PS 34 49 213 ist beispielsweise die Pyrolyse von Kohle mit Hilfe der Mikrowellenbestrahlung bekannt. Diese Verfahrensweise dient aber nicht dem Verkokungsprozeß, sondern der Gewinnung von wertvollen Kohlenwasserstoffen aus der Kohle. Die britische Patentschrift 10 92 861 zeigt ein kontinuierlich unter Anwendung von Mikrowellenerhitzung betriebenes Verfahren zum Abtreiben von flüchtigen Bestandteilen aus fester Kohle, um diese flüchtigen Bestandteile oder eine rauchlose Form von Kohle zur Haushaltsverbrennung zu gewinnen.

Großtechnische Verkokungsverfahren werden derzeit in üblichen Kammeröfen verschiedener Typen unter Ausnutzung der Verbrennungswärme von Brenngasen ausgeführt, wobei die Verbrennungswärme den Wänden der Kammern zugeführt werden, in welchen die zu verkokende Kohle ruht. Derartige Anlagen erfordern erhebliche Investitionskosten, sind vom Vorhandensein der erforderlichen Brenngase abhängig und stellen einen erheblichen Faktor bei der Schadstoffemission dar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verkokungsverfahren der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, bei welchem unter geringem technischem Aufwand der Verkokungsvorgang schnell und zuverläs-ο sig ausgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit der Maßnahme des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst

Es hat sich gezeigt, daß bei dieser besonderen Art der Verfahrensführung insbesondere im Frequenzbereich von 20 bis 3000 MHz, aber auch darüber, beispielsweise bei 4,25 GHz, harter und fester Hüttenkoks durch gezieltes Verweilen der Kohle im Mikrowellenfeld und die dadurch eintretende Verschmelzung der Kohlebestandteile erzielt werden kann. Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und damit seine Eignung, großtechnisch eingesetzt zu werden, beruht darauf, daß durch die Verwendung einer als Hohlleiter oder Hohlraumresonator ausgebildeten Verkokungskammer der Verschmelzungsvorgang der einzelnen Kohlepartikel zur Bildung eines definierten Kokses als Produkt einfach und sicher gesteuert werden kann, d. h. dem Koks können mit Hilfe der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung die notwendigen Qualitätsmerkmale, wie Härte, Reaktionsfähigkeit und Kohlenstoffgeiialt, auf einfache und zuverlässige Weise gegeben werden.

Die kontinuierliche Bewegung der Kohle durch die Behandlungszone ist zwar im Zusammenhang mit den gattungsmäßig anderen Verfahren nach der US-PS 34 49 213 und der GB-PS 10 92 861 an sich bekannt, nicht jedoch im Zusammenhang mit dem Verkokungsprozeß selbst, der unter Anwendung einer Mikrowellenbestrahlung erfolgt. Wegen der Schnelligkeit der mit der Mikrowellenbestrahlung erzielten Verkokung führt diese Verfahrensweise zu einem besonders günstigen Durchsatz.

Die Erfindung ist auch auf einen Verkokungsofen zur Durchführung des zuvor geschilderten Verfahrens gerichtet, der die Merkmale des Anspruchs 3 aufweist. Ein solcher Verkokungsofen läßt einen besonders einfachen und rationellen Betrieb zu.

Eine alternative Ausgestaltung eines Verkokungsofens zur Durchführung des eingangs geschilderten Verfahrens weist die Merkmale des Anspruchs 4 auf. Em solcher Verkokungsofen eignet sich insbesondere fur die Verkokung von Feinkohle im kontinuierlichen Betrieb.

Die Maßnahme des Anspruchs 5 bezieht sich auf eine besonders zweckmäßige Maßnahme an dem Verkokungsofen für die trockene Kokskühlung.

Anhand der Zeichnung werden das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip unter Bezugnahme auf verschiedene besondere Ausgestaltungen der zur Ausführung dieses Verfahrens bestimmten Verkokungsöfen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch im Schnitt einen erfindungsgemäßen Verkokungsofen für den Chargenbetrieb,

Fig. 2 eine besondere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verkokungsofens in Schachtform für den Kontinuierlichen Betrieb,

F i g. 3 schematisch eine besondere Ausgestaltung der Kühlzone,
F i g, 4 schematisch eine Ausführungsform eines

Verkokungsofens für die kontinuierliche Verkokung von Feinkohle,

Fig.5a—5c schematisch verschiedene Wandgestaltungen des Verkokungsofens bzw. der Kühlzone nach der Erfindung und

Fig.6a und 6b schematisch Formlinge, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Formkoks dienen.

Die Verkokungskammer 3 nach dem in F i g. 1 dargestellten Verkokungsofen hat Haubenform. Die Kohle wird durch die obere Einfüllöffnung 9 chargenweise eingefüllt Nach dem Einfüllen der Kohlencharge wird auch die Oberfläche der Kohlenschüttung 11 in der Verkokungskammer 3 etwa parallel zu den schrägen Wänden 10 sich einstellen. In diesen schrägen Wänden sind jeweils ein oder mehrere Mikrowellengeneratoren 12 eingelassen. Während des Verkokens der Kohlenschüttung 11 in der als Hohlraumresonator ausgebildeten Verkokungskammer 3 ist die Einfüllöffm-ng 9 verschlossen. Die entstehenden Gase können jedoch über den Gasabzug 6 abgeführt werden. Nach der Beendigung des Verkokungsvorganges wird der Bodenverschluß 5 der Verkokungskammer 3 geöffnet. Der heiße Koks fällt in die unter der Verkokungskammer 3 angeordnete Kühlzone 4. Die Innenwandungen der Kühlzone 4 sind zur Aufnahme der Wärmestrahlungsenergie mit Fotozellen 7 besetzt. Auf diese Weise kann Energie zurückgewonnen und für eine schnelle Abkühlung des Kokses 13 gesorgt werden. Nach dem wenigstens teilweise Abkühlen des Kokses 13 wird der Bodenverschluß 14 der Kühlzone 4 geöffnet und ö.".r Koks gelangt in einen unter diesen Verschluß 14 angeordneten Transportbehälter 15.

Gemäß Fig.2 wird die zu verkokende Kohle in einem waagerechten Kanal 16 mit rechteckigem Querschnitt vorwärts geschoben. Am Ende des Kanales 16 schließt sich eine vertikale Verkokungskammer 3 mit Heizzone 17, Schmelzzone 18, Verfestigungszone 19 und Härtezone 20 an, in welchen Zonen eine Behandlung der Kohle mit Mikrowellenbestrahlung erfolgt. Auch die Verkokungskammer 3 hat rechteckigen Querschnitt. An dem Übergang von horizontalem Kanal 16 zu vertikaler Verkokungskammer 3 bildet sich eine Böschung, an welcher die Kohle kontinuierlich mit dem Vorschub in die vertikale Verkokungskammer 3 gelangt. An der im Bereich der Böschung frei liegenden Oberfläche der Kohle wird diese mit Hilfe eines gegenüberliegenden Radiators 21 getrocknet und vorerhitzt. Über einen Gasabzug 6 werien frei werdende Feuchtigkeit und Gase abgezogen. Der untere Bereich der Verkokungskammer 3. in welcher die Härtezone 20 liegt, ist von Gitterwandungen 22 der erforderlichen Maschenenge gebildet, die von durchgehenden Gehäusewandungen 23 abgedeckt siiid. Über den zwischen beiden vorhandenen ZwischenrauTi wird für mittels eines Gasabzugstutzen 6' das frei werdende Gas abgezogen. Die Verkokungskammer 3 geht nach unten unmittelbar in eine Kühlzone 4 über, deren Innenwandungen wiederum mit (hier nicht dargestellten) Fotozellen besetzt sein können. Nach der trockenen Kokskühlung in der Kühlzone 4 tritt der wenigstens teilsweise abgeki'Ve Koks nach unten aus der Kühlzone 4 auf einen Drehtelleraustrag 24 aus.

Durch den Vorschub der Kohle in dem Kanal 16 und der Austragsgeschwindigkeit des Drehtelleraustrages 24 am unteren Ende der Kühlzone 4 wird die kontinuierliche Bearbeitungsgeschwindigkeit in der Verkokungskammer bestimmt In der schematischen Darstellung von Fig.? ist die Anordnung der Mikrowellengeneratoren nicht veranschaulicht

Fig.3 veranschaulicht eine alternative Möglichkeit der trockenen Kokskühlung, indem der glühende Koks 25, statt in einer Kühlzone 4 gemäß Fig.2, auf einem Plattenförderer 26 kontinuierlich durch einen waagerechten Kanal 27 gefördert wird, dessen haubenförmige Abdeckung 28 mit Fotozellen 7 besetzt ist

Gemäß der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform eines Verkokungsofens wird die zu verkokende Kohle in revolverartig seitlich gegenüber der Ebene, in welcher sich die Verkokungskammer 3 befindet, (in Pfeilrichtung) verschiebbare Einfüllkammern gegeben. Die Einfüllkammer 8 wird in der Füllstellung gefüllt, der Kohleinhalt der Einfüllkainrner 8 in Preßstellung zusammengedrückt und in Einschubstellung der Einfülfkammer 8, in welcher diese zur schmalen Seite der Verkokungskammer 3 ausgerichtet ist, in Richtung der Verkokungskammer 3, beispielsweise mittels Preßstempel seitlich aus der Einfüllkammer 8 herausgedrückt Die Kohle gelangt dann zunächst in eine Vorheizzone und Gasschleuse 29 und von dort in die Verkokungskammer 3. Hier wird die vorgeschobene Kohle jeweils der Mikrowellenbestrahlung ausgesetzt. Auf der Oberseite der Verkokungskammer 3 kann das entstehende Gas über einen Gasabzug 6 abgezogen werden. An die Verkokungskammer 3 schließt sich zunächst eine Kühlzone 4 der zuvor beschriebenen Art für die trockene Kokskühlung und dann eine Auswurfschleuse mit Gassperre 30 an. Zur Erleichterung der Förderung der Kohle bilden Vorheizzone und Gasschleuse 29, Verkokungskammer 3 einen zur Ebene um den Winkel schräg abfallenden Kanal.

In den Fig.5a—5c sind verschiedene typische Wandpartien veranschaulicht, die bei dem erfindungsgemäßen Verkokungsofen anwendbar sind. Die Fig. 5a und 5b zeigen Wandpartien der Verkokungskammer 3. An die zu verkokende Kohle 31 schließt sich jeweils eine Wandschicht 33 aus keramischem Isoliermaterial an. Gemäß Fig.5a sitzt auf der Außenwandfläche der Wandschicht 33 ein Magnetron oder Klystron 34 mit Resonanzraum 35. Gemäß Fig.5b wird die Mikrowellenbestrahlungsenergie über auf der Außenwandfläche der Wandschicht 33 liegende Elektroden 36 der Kohle 31 zugeführt. F i g. 5c veranschaulicht die Wandpartie einer Kühlzone. An den glühenden Koks 32 schließt sich wiederum eine Wandschicht 33 aus keramischem Isoliermaterial an, auf deren Außenseite die Fotozellen 7 sitzen. Zwischen glühendem Koks 32 und Fotozellen 7 können, so auch bei den anderen Ausführungsformer Filtergläsern vorgesehen sein.

F i g. 6a und 6b veranschaulichen typische bei der Mikrowellenverkokung verwendbare Kohleformlinge 1 zylindrischer oder kugeliger Gestalt mit Mittellöchern 2 zur Aussparung eines mittleren erweichenden Bereiches sowie zur optimalen Gestaltung von Wärme- und Stoff transportvorgängen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verkoken von Kohle, insbesondere zur Erzeugung von Formkoks, wobei die Kohle als Feinkohle in Behältnissen von Quaderform oder als quaderförmige oder eiförmige Formlinge einer Mikrowellenbestrahlung mit einer Frequenz von oberhalb 20 MHz ausgesetzt wird, bzw. werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Hohlleiter oder Hohlraumresonator ausgebildete Verkokungskammer (3) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle kontinuierlich durch die Verkokungskammer (3) bewegt wird.

3. Verkokungsofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkokungskammer (3) und eine anschließende Kühlzone (4) als senkrechter oder schräger Schacht ausgebildet sind, wobei der die Kühlzone (4) begrenzende Schachtabschnitt aus Gitterwandungen (22) gebildet ist, welche von durchgehenden Gehäusewandungen (23) umgeben sind.

4. Verkokungsofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine für die Aufnahme der Kohle, z. B. als Feinkohle bestimmte quaderförmige Kammer (8), welche senkrecht zur Ebene der Verkokungskammer (3) von einer Füllstellung in eine Preßstellung und eine Einschubstellung und umgekehrt verschiebbar ist, wobei die Kohle in der Einschubstellung aus der Kammer (8) in Richtung auf die Verkokungskammer (3) zu, durch die Verkokungskammer (3) hindurch und durch eine anschließende Kühlzone (4) hindurchschiebbar ist.

5. Verkokungsofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände der Kühlzone (4) mit Fotozellen (7) ausgerüstet sind.