DE2816276A1 - Verbessertes mehrstufiges verfahren zur calcinierung von gruen-koks, anlage zur durchfuehrung des verfahrens und aufgabevorrichtung - Google Patents

Description

DIPL-CHEM. DR. ELISABETH JUNG 8000 MÖNCHEN 40,

DIPL-PHYS. DR. JÜRGEN SCHIRDEWAHN

DR.-ING. GERHARD SCH M ITT-N I LSO N Telegrammadresse: Iftvtft»

TcLEX £-29686

PATENTANWÄLTE ^--

L 793 C(M) (J/gs) 14. April 1978

Case No. 78OII3

KOA OIL COMPANY, LIMITED
Tokio / Japan

Verbessertes mehrstufiges Verfahren zur Calcinierung von Grün-Koks, Anlage zur Durchführung des Verfahrens und Aufgabevorrichtung

beanspruchte

Priorität: 27. Juni 1977 - Japan - Nr. 76 267/1977

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes mehrstufiges Verfahren zur Calcinierung von Grün-Koks, der aus einem Delayed-Coking-Verfahren stammt, mit dem Ziel, einen Koks von hoher Qualität zu erzeugen, wobei die einzelnen Arbeitsstufen während der Calcinierungsbehandlung in getrennten öfen durchgeführt werden. Die Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung

des Verfahrens geeignete Anlage sowie eine spezielle Aufgabevorrichtung.

Die Herstellung von Grün-Koks mittels des Delayed-Coking-Verfahrens ist an sich bekannt, welches u.a. eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 55O°C während einer Behändlungsdauer von 60 Minuten bis 50 Stunden vorsieht. Als Ausgangsmaterialien für das Delayed-Coking-Verfahren

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werden Schweröle eingesetzt, die entweder aus Erdöl cxfer atis^ * ** Kohle stammen, beispielsweise beim katalytischen und thermischen Cracken anfallende Rückstandsöle, beim direkten Destillieren anfallende Rückstandsöle sowie Teere, die beim thermischen Cracken anfallen und Kohlenteerpeche oder Mischungen solcher Ausgangsmaterialien. Der mittels des Delayed-Coking-Verfahrens erhaltene Grün-Koks enthält noch beträchtliche Mengen an Feuchtigkeit und flüchtigen Bestandteilen. Es ist daher an sich bekannt, einen solchen Grün-Koks zu calcinieren, um auf diese Weise das in ihm enthaltene V/asser und die flüchtigen Bestandteile zu entfernen und ihn gleichzeitig zu verdichten, wodurch man ein Kohlenstoffprodukt mit einer hohen Dichte und einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten erhält, welches sich beispielsweise als Elektrodenmaterial für die Stahlherstellung und die Aluminiumschmelzflußelektrolyse sowie als Kohlegrundstoff für die Herstellung von Formungen eignet.

Die Calcinierung eines solchen Grün-Kokses wird üblicherweise in öfen vom Typ der Drehrohröfen, der drehbaren Röstherde oder von Schachtöfen durchgeführt. Auf diese Weise wird der als Einsatzgut an einem Ofenende eingeführte Grün-Koks zunächst getrocknet, dann aufgeheizt und schließlich calciniert, und zwar mittels der Verbrennungswärme, welche beim Verbrennen von Brennstoffen entsteht, wobei auch die Verbrennungswärme ausgenützt wird, die durch Verbrennen der aus dem Koks freigesetzten flüchtigen Bestandteile und durch Verbrennen eines Teils des calcinierten Kokses anfällt, und zwar während der calcinierte Koks zum Austragsende des betreffenden Ofens transportiert wird. Schließlich wird der fertig calcinierte Koks aus dem Ofen aus-

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getragen. Es .ist weiterhin bekannt, daß sowohl die Calcinierungstemperatur als auch die Aufheizgeschwindigkeit und die Ofenatmosphäre in den aufeinander folgenden Calcinierungsstufen einen wesentlichen Einfluß auf die Qualität des fertig calcinierten Kokses haben. Demgemäß sind bereits die verschiedensten Verbesserungsvorschläge gemacht worden, um die Calcinierung eines solchen Grün-Kokses durchzuführen.

Gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 33 201/1975 wird zunächst der Grün-Koks vor Einspeisen in einen Drehrohrofen in einer getrennten Vorrichtung vorgetrocknet, wobei man den Wärmeinhalt des den Drehrohrofen verlassenden heißen Gases ausnutzt. Gemäß der in der Japanischen Pa'tentveröffentlichung Nr. 16 O3I/I975 beschriebenen Arbeitsweise calciniert man den Grün-Koks in einem Drehrohrofen, dem im Mittelteil durch mehr als eine öffnung Luft zugeführt wird, um auf diese V/eise eine vollständige Abgasung und Verbrennung der in dem Grün-Koks enthaltenen flüchtigen Bestandteile sicherzustellen, wobei diese Maßnahme einen großen Einfluß auf die Qualität des fertig calcinierten Kokses hat.

Von der zuerst beschriebenen Arbeitsweise wird gesagt, daß sieden Vorteil hat, daß das Trocknen des Grün-Kokses unter geringem Kostenaufwand durchführbar ist und daß dieses Trocknen gut kontrolliert werden kann. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß eine solche Kontrolle der Trocknungsstufe noch nicht sicherstellt, daß in dem Calcinierungsverfahren insgesamt ein Koks hoher Qualität erhalten wird.

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Bezüglich der an zweiter Stelle Geschriebenen arbeitsweise wird gesagt, daß sie insofern vorteilhaft ist, als die vollständige Verbrennung der in dem Grün-Koks enthaltenen flüchtigen Bestandteile gefördert wird und daß dabei auch die bei der Verbrennung solcher Bestandteile entstehende Wärme ausgenutzt wird und auf diese Weise eine nutzlose Verbrennung von bereits vollständig calciniertem Koks vermieden werden kann. Diese Arbeitsweise bietet in der praktischen Durchführung aber auch Schwierigkeiten. An der Stelle des Drehrohrofens, wo Luft eingeblasen wird, findet nämlich infolge der Verbrennung der freigesetzten flüchtigen Bestandteile ein sehr schneller Temperaturanstieg statt und dieser hat einen wesentlichen Einfluß auf die Qualität des fertig calcinierten Kokses. Es ist daher schwierig, die Temperatur in der Schlußstufe der CaI-cinierung, die gleichfalls einen großen Einfluß auf die Qualität des fertigen Kokses hat, unabhängig auf einen optimalen Wert einzustellen, weil diese Calcinierungstemperatur in der Endbehandlungsstufe stark beeinflußtwird durch den Verbrennungsvorgang der flüchtigen Bestandteile.

Es ist daher festzustellen, daß die vorstehend beschriebenen bekannten Arbeitsweisen noch nicht vollständig in der Praxis befriedigen.

Die Erfinder sind bei ihren Überlegungen davon ausgegangen, daß die bei den bekannten Verfahren aufgetretenen Schwierigkeiten im wesentlichen darauf zurückzuführen sind, daß es.verglichen mit der Anzahl der Arbeitsstufen bei der Calcinierung von Grün-Koks₍zu wenig Regelfaktoren gibt. Es wurde bereits

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vorstehend darauf hingewiesen, daß die Calcinierung von Grün-Koks insgesamt in drei Arbeitsstufen abläuft. In der einen Stufe wird Wasser entfernt und der Koks getrocknet. In der zweiten Stufe werden flüchtige Bestandteile entfernt und verbrannt und in der dritten Stufe findet die Endcalcinierung statt. Die Erfinder sind daher auch der Auffassung gewesen, daß es vorteilhaft wäre, diese einzelnen Arbeitsstufen unabhängig voneinander zu überwachen und zu regeln. Hierfür sind u.a. die folgenden Gründe maßgebend:

(1) Grün-Koks enthalt üblicherweise 7 bis 10 Gewichtsprozent Wasser und 6 bis 10 Gewichtsprozent flüchtige Bestandteile und bei dem Galcinierungsverfahren beginnt das Wasser bei etwa 100⁰C zu verdampfen, während die flüchtigen Bestandteile bei einer erhöhten Temperatur von etwa ^50⁰O abzugasen beginnen. Hieraus ist ersichtlich, daß die betreffenden Verdampfungstemperaturen voneinander unterschieden sind, während gleichzeitig die abgedampften flüchtigen Bestandteile verbrennen und damit als Wärmequelle dienen können. Um daher eine Stabilisierung der Temperaturverteilung über die gesamte Calcinierungseinheit sicherzustellen, falls Einsatzmaterialien mit unterschiedlichen Gehalten an Wasser und flüchtigen Bestandteilen verarbeitet

werden müssen, sollten die Stufe der Wasserentfernung und der Entfernung und Verbrennung der flüchtigen Bestandteile vorzugsweise unabhängig voneinander kontrolliert werden können.

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(2) Obwohl. Grün-Koks üblicherweise 6 bis IO Gewichtsprozent an flüchtigen Bestandteilen enthält, kann dieser Gehalt je nach den Betriebsbedingungen in der Verkokungsvorrichtung beim Delayed-Coking-Verfahren auch bis zu 20 Gewichtsprozent betragen. Der Anteil an flüchtigen Bestandteilen wird hierbei gemäß der japanischen Industrienorm JIS M 8812 bestimmt. Wenn diese flüchtigen Bestandteile in einem Ofen auf eine Temperatur im Bereich von 450 bis 600°C erhitzt werden, verdampfen sie nicht nur, sondern ein Teil derselben schmilzt auch auf. Diese Schmelze dient dann als Bindemittel unter Bildung eines kohlenstoffhaltigen klebrigen Agglomerats, welches sich in einem Drehrohrofen in Ringform ablagert (sogenannter Koksring). Hierdurch wird jedoch verhindert, daß der Koks den Drehrohrofen ungestört durchwandert. Falls man jedoch in dem Ofen eine angemessene oxydierende Atmosphäre aufrecht erhält, ist es möglich, das zunächst aufschmelzende flüchtige Material in nicht-schmelzbare Substanzen umzuwandeln, wodurch dann die Bildung eines solches Koksringes völlig verhindert werden kann.

Durch die Aufrechterhaltung einer angemessenen oxydierenden Atmosphäre in derjenigen Arbeitsstufe, wo die flüchtigen Bestandteile aus dem Grün-Koks entfernt werden', ist es nicht nur möglich, die Umwandlung der flüchtigen Bestandteile in umschmelzbare Substanzen zu fördern, sondern gleichzeitig wird deren Verbrennung verbessert, wodurch andererseits wieder eine bessere Wärmeausnutzung ermöglicht wird. Bei dem bekannten Arbeitssystem, in dem die Stufe der Entfernung der flüchtigen Bestandteile und die Endstufe der Calcinierung in einem einzigen Ofen durchgeführt werden, bedingt jedoch die Aufrechterhaltung einer ausrei-

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chend oxydierend wirkenden Atmosphäre für die vollständige Entfernung und Verbrennung der flüchtigen Bestandteile, daß in der Endcalcinierungsstufe auch bereits fertig calcinierter Koks verbrannt wird. Das ist natürlich unerwünscht, denn auf diese Weise entstehen Koksverluste bis zu etwa 10 Gewichtsprozent.

(3) Auch die Arbeitsbedingungen in der Endcalcinierungsstufe haben einen bedeutsamen Einfluß auf die Eigenschaften des fertigen Kokses und daher wäre es vorzuziehen, wenn auch diese Endcalcinierungsstufe unabhängig von den vorhergehenden Arbeitsstufen geregelt und kontrolliert werden könnte.

Aufgrund der vorstehenden Überlegungen haben die Erfinder ein neues verbessertes Verfahren zur Calcinierung von Grün-Koks ausgearbeitet, bei welchem die einzelnen Arbeitsstufen der Calcinierung unabhängig voneinander geregelt werden können, wodurch nicht nur ein Koks hoher Qualität in bester Ausbeute erhalten wird, sondern gleichzeitig die Wärmeenergie in günstiger Weise ausgenutzt wird, während gleichzeitig bisher in der Praxis aufgetretene Schwierigkeiten,wie die Bildung eines an der Ofenwand anhaftenden kohlenstoffhaltigen Materials, ausgeschaltet werden.

Das erfindungsgemäße verbesserte mehrstufige Verfahren zur Calcinierung von Grün-Koks, der aus einem Delayed-Coking-Verfahren stammt, ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß man die einzelnen Arbeitsstufen in mindestens drei in Serie geschalteten und unabhängig voneinander bezüglich der Gesamtatmosphäre und der Temperatur geregelten öfen durchführt, und dabei a) in der ersten Arbeitsstufe das im Grün-Koks enthaltene Was-

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ser verdampft, den Koks trocknet und vorerhitzt,

b) in der zweiten Arbeitsstufe die flüchtigen Bestandteile aus dem Koks abdestilliert und verbrennt und

c) in der dritten Arbeitsstufe den Koks der Stufe b) weiter erhitzt und calciniert.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Pig. 1 stellt ein Fließdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Arbeitsweise dar, wobei Drehrohröfen in den einzelnen Arbeitsstufen eingesetzt werden.

Pig. 2 zeigt in Seitenansicht eine Aufgabevorrichtung 1, mit der der Drehrohrofen 2 ausgestattet ist.

In den nachstehenden Beispielen werden Temperaturen und Ver— weilzeiten angegeben, wie sie im allgemeinen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden; je nach den speziellen Eigenschaften des als Ausgangsmaterial eingesetzten Grün-Kokses und den im fertig calcinierten Koks gewünschten Eigenschaften können diese Betriebswerte aber auch entsprechend variiert werden.

Der als Einsatzmaterial bei dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren verwendete Grün-Koks, der durch ein Delayed-Coking-Verfahren erhalten worden ist, wird zunächst zerkleinert, gesiebt und gesichtet, so daß er die gewünschte Teilchengrößenverteilung aufweist, beispielsweise derart, daß etwa 25 % des Kokses eine Teilchengröße aufweisen, die nicht größer ist als einem 3-Maschen-Sieb entspricht, während etwa 75 % des Kokses eine Teil-

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chengröße oberhalb eines jJ'-Maschen-Siebes haben und der maximale Teilchendurchmesser nicht größer als 70 mm ist. Dieser so vorbereitete Grün-Koks wird dann mittels der Aufgabevorrichtung in den Drehrohrofen 2 eingeführt, in welchem die Arbeitsstufe des Trocknens und Vorerhitzens des Kokses stattfindet.

Die Aufgabevorrichtung 1 kann dabei so ausgestaltet sein, daß ein Vorratsbehälter direkt vom oberen Ende her in den Drehrohrofen 2 eingeführt ist. Um einen besseren Luftabschluß zu gewährleisten, wird jedoch vorzugsweise gemäß Pig. 2 eine Ausführungsform gewählt-derart, daß das Einsatzmaterial in einen ringförmigen Vorratsbehälter Ic mit einem Durchmesser größer als derjenige des Drehrohrofens eingeführt wird, wobei dieser Vorratsbehälter an der Seite des Drehrohrofenkörpers 2b in der Nähe des oberen Endes 2a des Drehrohrofens angeordnet ist, wobei eine Fördervorrichtung la und ein Fallrohr Ib vorgesehen sind, und ein Trog Id an z.B. vier Stellen innerhalb des Vorratsbehälters Ic angeordnet ist, der mit dem Drehrohrofenkörper 2b in Verbindung steht. Das Einsatzmaterial wird dem Innern des Drehrohrofens über diese Tröge Id zugeführt.

Es wurde -bereits vorstehend darauf hingewiesen, daß Grün-Koks typischerweise einen Wassergehalt von 7 bis 10 Gewichtsprozent und einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 6 bis 10 Gewichtsprozent (bestimmt nach der Norm JIS M 8812) aufweist. Üblicherweise hat Grün-Koks außerdem eine gemessene Dichte im Bereich von O,8o bis 0,95 g/cm . In dem Drehrohrofen 2 wird der eingespeiste Grün-Koks mittels eines heißen Gases, das eine Temperatur im Bereich von etwa 1100 bis 1300⁰C aufweist, auf

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eine Temperatur von 550 bis 400°C aufgeheizt. Dieses heiße Gas wird dem Drehrohrofen 2 über eine Leitung 5 zugeführt und stammt aus dem Verbrennungsofen 3 und dem Calcxnierungsofen 4, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird. In dem Drehrohrofen 2 wird der Koks nicht nur vorerhitzt, sondern gleichzeitig wird sein Wassergehalt abgedampft.

Der Drehrohrofen 2 weist eine Neigung von etwa 1,2 bis 3*0° auf und sein Innendurchmesser, seine Gesamtlänge und die Drehgeschwindigkeit werden so gewählt, daß die Verweilzeit des Kokses in diesem Ofen etwa 10 bis 30 Minuten beträgt. Für die Verarbeitung einer Einsatzcharge von 10 Tonnen pro Stunde wählt man beispielsweise einen Ofen mit einem Innendurchmesser von 2,3 m, einer Gesamtlänge von 20 m und einer Drehgeschwindigkeit von 0,5 bis 1,0 UpM.

Das aus dem Drehrohrofen 2 abgezogene Gas weist immer noch eine Temperatur von etwa 500 bis 700⁰C auf und dieses Gas wird daher in einen Frischluft-Vorerhitzer 7 über Leitung 6 eingespeist, in welchem ein Wärmeaustausch mit der Frischluft stattfindet und das Gas dadurch auf eine Temperatur von etwa 200 bis 400°C abgekühlt wird. Dieses abgekühlte Gas wird dann über den Schornstein 8 in die Atmosphäre entlassen, während gleichzeitig die Frischluft auf eine Temperatur von 300 bis 500°C vorerhitzt worden ist. Diese vorerhitzte Frischluft wird über Leitungen 9, 9a und 9b in den Verbrennungsofen 3 und die Verbrennungskammer 10 des CaIcinierungsofens 4 eingespeist. Am unteren Ende des Schornsteins 8 ist ein nicht dargestellter Lufteinlaß vorgesehen, wodurch sich die Menge der eingespeisten Luft einregeln läßt und

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.4S

beispielsweise in dem Schornstein ein Unterdruck von 20 mm Wassersäule eingestellt werden kann.

Der im Drehrohrofen 2 getrocknete und vorerhitzte Koks, der
eine Temperatur von etwa 350 bis 400°C aufweist, wird dann über eine Aufgabevorrichtung 11 in den Verbrennungsofen 3 eingespeist, in welchem die im Koks enthaltenen flüchtigen Bestandteile abdestilliert und mittels der über Leitung 9a zugeführten vorerhitzten Frischluft verbrannt werden. Gleichzeitig wird der Koks auf eine Temperatur im Bereich von etwa 800 bis 980⁰C aufgeheizt .

Bei der Aufgabevorrichtung 11 kann es sich um den gleichen Typ
handeln wie bei der Aufgabevorrichtung 1. Üblicherweise befindet sich das Einlaßende des Ofens 3 direkt unterhalb des Auslaßendes des Ofens 2, so daß der vorerhitzte Koks infolge der
Schwerkraft direkt vom Ofen 2 in den ringförmigen Vorratsbehälter lic fällt, welcher in der Zeichnung zwar nicht angegeben ist, aber dem Vorratsbehälter Ic von Fig. 2 entspricht. Von
dem Vorratsbehälter lic gelangt dann der Koks in das Innere
des Drehrohrofens 3· Gemäß einer anderen Ausführungsform kann
der Koks aber auch mittels eines Stahltransportbandes oder eines beweglichen Vorratsbehälters vom einen Ofen zum anderen Ofen
transportiert werden.

Bei Inbetriebnahme dieser Arbeitsstufe wird das sich aufbauende Koksbett mittels eines Brenners 12 auf eine Temperatur von etwa 600°C aufgeheizt, bei welcher Temperatur die flüchtigen Bestandteile beginnen, abzudestillieren und zu verbrennen. Sobald dieses

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Stadium erreicht ist, kann der Brenner 12 wieder abgeschaltet werden. Der Drehrohrofen J5 weist eine Neigung von etwa 1,2 bis 5,0° auf und er wird so betrieben, daß die Verweilzeit des Kokses etwa JO bis 60 Minuten beträgt. Für die Verarbeitung einer Koksbeschickung von 10 Tonnen pro Stunde wählt man beispielsweise einen Drehrohrofen 3 mit einem Innendurchmesser von 3,0 m, einer Gesamtlänge von 20 m und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 0,5 bis 1,0 UpM.

Mittels der eingespeisten vorerhitzten Luft wird innerhalb des Drehrohrofens 3 eine ausreichend oxydierend wirkende Atmosphäre aufrecht erhalten. Es ist daher möglich, das freigesetzte flüchtige Material vollständig zu verbrennen, wodurch in der Endstufe ein Koks hoher Qualität erhalten wird, während gleichzeitig beträchtliche Mengen an Brennstoff eingespart werden. Außerdem werden die freigesetzten flüchtigen Bestandteile in den unschmelzbaren Zustand überführt, so daß es möglich ist, in diesem Verbrennungsofen die Bildung ringförmig anklebender kohlenstoffhaltiger Materialien vollständig zu vermeiden. Falls die Gefahr der Bildung eines solchen Koksringes infolge der Menge und der speziellen Eigenschaften der in dem betreffenden Grün-Koks enthaltenen flüchtigen Bestandteile gering ist oder aus sonstigen betriebstechnischen Gründen kann die vorerhitzte Frischluft auch im Gegenstrom zum Koks in den Drehrohrofen 3 eingespeist werden. Falls man jedoch eine hohe Sauerstoffkonzentration in der Trocknungszone niedrigerer Temperatur im Drehrohrofen 3 aufrecht erhalten will und die Überführung der flüchtigen Bestandteile in den unschmelzbaren Zustand fördern und damit die Ausbildung eines Koksringes voll-

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it

ständig verhindern will, wird eine Parallelführung der vorerhitzten Frischluft zum Koks bevorzugt.

Anschließend wird der im Drehrohrofen J5 auf eine Temperatur von etwa 800 bis 98O⁰C aufgeheizte Koks über eine Aufgabevorrichtung 13 in die Endcaleinierungsstufe, den Drehrohrofen 4, überführt. In diesem Ofen wird der Koks auf eine Calcinierungstemperatur im Bereich von etwa 1200 bis 1500⁰C erhitzt und dadurch vollständig calciniert. Bei der Aufgabevorrichtung 13 kann es sich wieder um den gleichen Typ handeln, wie er vorstehend für die Aufgabevorrichtungen 1 und 11 beschrieben worden ist. Der Koks wird etwa 10 bis 30 Minuten lang im Calcinierungsofen 4 auf der eigentlichen Calcinierungstemperatur gehalten, wobei die Gesamtverweilzeit in dem Ofen 4 etwa 30 bis 60 Minuten beträgt. Für die Verarbeitung einer Einsatzcharge an Koks von 10 Tonnen pro Stunde wählt man beispielsweise einen Calclnierungsofen 4 mit einem Innendurchmesser von 2,3 m, einer Gesamtlänge von 20 m und einer Drehgeschwindigkeit von 0,5 bis 1 UpM.

Dieser Calcinierungsofen 4 kann an dem dem Einlaßende gegenüberliegenden Ende beispielsweise mit einer Verbrennungskammer 10 ausgestattet sein, in welcher Brennstoff mittels des Brenners 4 verbrannt und das entstandene Verbrennungsgas zum Aufheizen des Kokses ausgenutzt wird. Man kann zum Aufheizen des Kokses auch einen mit Luftvormischung arbeitenden Brennertyp verwenden, der eine kurze Flamme bildet. Bei dieser Ausführungsform ist es dann nicht erforderlich, eine Extraverbrennungskammer vorzu-i sehen. V/eil es gemäß der erfindungsgemäßen Arbeitsweise möglich

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J*

ist, die Menge der eingespeisten vorerhitzten Luft auf einen optimalen Wert einzuregeln, ist es möglich, auch eine nutzlose Verbrennung von bereits calciniertem Koks zu verhindern, was bei den bisher bekannten Verfahren nicht möglich ist. Erfindungsgemäß läßt sich daher ein calcinierter Koks hoher Qualität in hoher Ausbeute erhalten, weil Verbrennungsverluste vermieden werden.

Die Verbrennungskammer 10 ist derart ausgebildet, daß die Auslaßöffnung für das Verbrennungsgas direkt mit dem Auslaßende des Drehrohrofens in Verbindung steht. Falls man eine kurze Flamme direkt in den Brenner hineinsehlagen lassen will, verwendet man einen Gasbrenner des Vormischtyps, in welchem ein Heizgas und Luft für die Verbrennung gleichförmig vorgemischt und diese Mischung anschließend über eine Düse direkt unter Verbrennung in den Ofen injiziert wird. Vorzugsweise wird ein Brennertyp verwendet, bei dem nur Primärluft mit dem Brenngas vermischt wird. Durch Einregelung der Menge der Primärluft ist es möglich, die Flamme so zu kürzen, daß ihre Länge nicht größer als etwa 1,0 bis 1,5 m ist.

Der fertig calcinierte Koks wird als Endprodukt mittels der Austragsvorrichtung 15, die direkt vor der Verbrennungskammer 10 angeordnet ist, aus dem Calcinierungsofen 4 entnommen. Üblicherweise wird der ausgetragene Koks in einen Kühler vom Drehrohrofentyp eingespeist, der mit einer Sprühdüse für Kühlwasser versehen ist, so daß das V/asser direkt auf den Koks aufgesprüht wird. Gegebenenfalls kann man jedoch den Koks auch mittels eines Gases abkühlen. Erfindungsgemäß ist es möglich, die Ver-

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brennungs Verluste an calciniertem Koks unterhalb I % tax halten.

Die Art der sich fortbewegenden Materialströme und die Temperaturverteilung in den einzelnen Arbeitsstufen, bezogen auf
1 Tonne Grün-Koks, sind in der nachstehenden Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I

Bezugs- ziffer in Pig. I	Art des sich fortbe wegenden Materials	Tempera tur (0C)	durchströmende Menge
1	Grün-Koks ·	Umgebungs temperatur	1 t
11	vorerhitzter Koks	400	0,92 t
13	von flüchtigen Bestandteilen be freiter Koks	850	0,82 t
15	calcinierter Koks	I350	0,81 t
9	vorerhitzte Luft	360	I33O Nm5
9a	vorerhitzte Luft	36O	930
9b	vorerhitzte Luft	360	400 "
16	aus Brennstoff gebilde tes Verbrennungsgas	1000	410 "
17	aus flüchtigen Bestand teilen gebildetes Ve rbr-ennungs gas	1200	1000 "
5	aus Brennstoff bzw. flüchtigen Bestandteilen gebildetes Verbrennungs gas	1140« . * f	1410 "
6	desgl.	570. ..'	" I52O "
14	Brennstoff (Heizwert: 7400 kcal/kg)	■. ■	.· 52 kg

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1	,42 ί	/ -•
• 2 1	,110 ,2 χ	II io-6/°c
O	,8 χ	io-6/°c

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Der fertig calcinierte Koks hat typischerweise die nachstehend angegebenen Eigenschaften und eignet sich daher als Elektrodenmaterial für die Stahlerzeugung oder für andere Anwendungszwecke.

Gemessene Dichte ^

wirkliches spezifisches Gewicht

linearer Wärmeausdehnungskoeffizient (calciniert bei 1000⁰C)

linearer Wärmeausdehnungskoeffizient"*' (graphitisiert bei 2600°C)

+) Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient ist hierbei wie folgt bestimmt worden:

Der calcinierte Koks wurde pulverisiert und 92 % der Teilchenf;raktion mit einer Teilchengröße oberhalb 200 Maschen sowie 8 % der Teilchenfraktion mit einer Teilchengröße unterhalb 200 Maschen werden miteinander vermischt. 100 Teile dieser Mischung werden mit 25 Teilen eines Kohlenteerpechbindemittels vermischt (dieses Bindemittel hat einen Erweichungspunkt von 90,3 C, einen Gehalt an in Benzol unlöslichen Bestandteilen von 19*8 %_t einen Gehalt an in Chinolin unlöslichen Bestandteilen von h,'4 %, einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 62,7 % und einen Gehalt an fest gebundenem Kohlenstoff von 53»2 %). Die Mischung aus Koks und Bindemittel wird erhitzt, verknetet und in einer Form ausgeformt. Der Formling wird dann auf eine Temperatur von 1000⁰C erhitzt. Ein anderer Formling wird bei einer Temperatur von 2600°C graphitisiert. Aus dem lediglich calcinierten und aus dem graphitisierten Produkt werden Probestücke in Form von Stäben mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von etwa 50 mm hergestellt. Diese Probestücke werden dann im Temperaturbereich von 30 bis 100⁰C bezüglich des linearen Wärmeausdehnungs koeffizienten geprüft.

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In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden in jeder der drei Arbeitsstufen Drehrohröfen eingesetzt. Man kann jedoch anstelle aller oder eines Teils dieser Drehrohrofen auch andere öfen benutzen, beispielsweise Drehherde, eine Retorte oder einen Schachtofen. Vorzugsweise verwendet man jedoch einen Drehrohrofen in jeder Arbeitsstufe schon aus dem Grund, weil dann in der Arbeitsstufe, wo flüchtige Bestandteile entfernt und verbrannt werden, eine zu schnelle Verbrennung der freigesetzten flüchtigen Bestandteile verhindert und in der Calcinierungsendstufe eine gleichförmige Calcinierung des Kokses unter optimalen Bedingungen des Temperaturanstieges^, der Calcinierungstemperatur und der dort herrschenden Gasatmosphäre sichergestellt werden kann, wodurch man einen calcinierten Koks hoher Qualität erhält.

Aus arbeitsökonomischen Gründen verwendet man in jeder der drei Arbeitsstufen jeweils nur einen Ofen, der unabhängig regelbar ist, doch können in den Arbeitsstufen gegebenenfalls auch noch Unterteilungen stattfinden, und es können in jeder Arbeitsstufe mehrere öfen eingesetzt werden.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß das erfindungsgemäße Calcinierungsverfahren die folgenden Vorteile aufweist:

(1) Durch Verwendung von insgesamt drei oder mehr öfen kann die Kokscalcinierung in den einzelnen Arbeitsstufen unabhängig voneinander geregelt und es können die besten Arbeitsbedingungen eingestellt werden, die zur Erzeugung eines Kokses hoher Qualität führen.

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(2) Durch eine vollständige Kontrolle der Bedingungen, unter denen die im Grün-Koks enthaltenen flüchtigen Bestandteile verbrannt werden, ist es möglich, einen Koks mit hoher Dichte zu erzeugen und gleichzeitig zu vermeiden, daß sich klebriges Material in Ringform auf der Ofenwandung in derjenigen Zone niederschlägt, wo die flüchtigen Bestandteile freigesetzt und verbrannt werden, während in den üblichen Calcinierungsverfahren unter Verwendung eines einzigen Drehrohrofens diese praktischen Mißstände stets auftreten. Zusätzlich kann das gesamte freigesetzte flüchtige Material vollständig verbrannt werden, wodurch im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren eine wirksamere Ausnutzung der Wärmeenergie ermöglicht wird.

Durch Vermeidung einer unnützen Verbrennung des bereits fertig calcinierten Kokses ist es möglich, nicht nur die Qualität, sondern auch die Ausbeute an Koks zu erhöhen. Die durch das Verbrennen von calciniertem Koks entstehenden Verluste können auf unter 1 fo abgesetzt werden, das ist ein Zehntel oder weniger im Vergleich zu den bisher beobachteten Verlusten bei üblichen Verfahren.

(4) Durch Einregelung der einzelnen Arbeitsstufen in unabhängiger Weise und entsprechende Kombination der einzelnen Arbeitsstufen kann die Wärmeenergie wesentlich besser ausgenutzt werden. Falls Drehrohröfen gleicher Arbeitskapazität eingesetzt werden, läßt sich die Calcinierung insgesamt mit einem Verbrauch an Brennstoffen (berechnet als zugeführter reiner Brennstoff plus verbrann'ter Koks) durchführen, der nur etwa 30 % oder weniger des Brennstoffverbrauches bei den bekannten Verfahren beträgt.

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Claims (13)

Patentansprüche

1. Verbessertes mehrstufiges Verfahren zur Calcinierung von Grün-Koks, der aus einem Belayed-Coking-Verfahren stammt, dadurch gekennzeichne t, daß man die einzelnen Arbeitsstufen in mindestens drei in Serie geschalteten und unabhängig voneinander bezüglich der Gasatmosphäre und der Temperatur geregelten öfen durchführt und dabei

(a) in der ersten Arbeitsstufe das im Grün-Koks enthaltende Wasser verdampft, den Koks trocknet und vorerhitzt,

(b) in der zweiten Arbeitsstufe die flüchtigen Bestandteile . aus dem Koks abdestilliert und verbrennt,

(c) in der dritten Arbeitsstufe den Koks aus der Stufe (b) weiter erhitzt und calciniert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in jeder Arbeitsstufe einen Drehrohrofen mit einem Einlaß- und einem Austragsteil einsetzt.

3· Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer Verweilzeit des Kokses im Ofen in der ersten Arbeitsstufe von 10 bis 30 Minuten, in der zweiten Arbeitsstufe von 30 t>is 60 Minuten und in der dritten Arbeitsstufe von 30 bis 60 Minuten arbeitet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß man den Grün-Koks in der ersten Arbeitsstufe auf eine Temperatur im Bereich von 350 bis 400°C, in der zweiten Arbeitsstufe auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 98O C und in der dritten Arbeitsstufe auf eine Temperatur im Bereich von 1200

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bis 150O⁰C erhitzt, wobei die Verweilzeit in der Temperaturzone von 1200 bis 1500⁰C etwa 10 bis ^O Minuten beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Grün-Koks in der ersten Arbeitsstufe mittels eines heißen Verbrennungsgases erhitzt, das eine Temperatur irn Bereich von 1100 bis 1300⁰C hat, aus den öfen der zweiten und dritten Arbeitsstufe stammt und im Gegenstrom zum Grün-Koks geführt wird, wodurch es sich auf eine Temperatur im Bereich von 500 bis 700⁰C abkühlt.

6.- ' Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß man Primärluft durch Wärmeaustausch mit dem aus dem Ofen oder den öfen der ersten Arbeitsstufe abgezogenen heißen Gas vorwärmt .

7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die vorgewärmte Primärluft in Teilströme aufteilt, einen Teilstrom zusammen mit dem in der ersten Arbeitsstufe behandelten Koks im Gleichstrom in den Ofen oder die Öfen der zweiten Arbeitsstufe einspeist und mittels dieser vorgewärmten Primärluft die aus dem vorbehandelten Koks freigesetzten flüchtigen Bestandteile verbrennt, den restlichen Teilstrom der vorgewärmten Primärluft zum Verbrennen von Brennstoff am Austragsende für calcinierten Koks des Ofens oder der öfen der dritten Arbeitsstufe ausnutzt und das gebildete Verbrennungsgas zum Calcinieren des Kokses in dieser dritten Arbeitsstufe verwendet.

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8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, daß man beider Inbetriebnahme der zweiten Arbeitsstufe einen Hilfsbrennstoff am Einlaßende des Ofens oder der Öfen der zweiten Arbeitsstufe verbrennt und damit den in der ersten Arbeitsstufe vorbehandelten Koks auf eine zum Verbrennen der freigesetzten flüchtigen Bestandteile ausreichende Temperatur erhitzt.

9. Anlage zur Durchführung'des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens 3 in Serie geschaltete und bezüglich der Gasatmosphäre sowie der Temperaturführung getrennt regelbare öfen mit jeweils einem Eintrags- und einem Aus'tragsteil.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die regelbaren öfen als Drehrohröfen ausgestaltet sind.

11. Anlage nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ofen der ersten Arbeitsstufe (a) ein Frischluft-Vorerhitzer vorgeschaltet ist, dessen Ausgangsteil über getrennte Leitungen mit den öfen der Arbeitsstufen (b) und (c) in Verbindung steht.

12. Anlage nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den öfen der Arbeitsstufen (b) und/oder (c) gesonderte Brenner oder Brennkammern vorgesehen sind, um eine oxidierende Atmosphäre aufrechtzuerhalten.

13. Anlage nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintragsteil des Ofens der Arbeitsstufe (c) und der

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Austragsteil des Ofens der Arbeitsstufe (b) über Leitungen für Verbrennungsgase mit dem Austragsteil des Ofens der Arbeitsstufe (a) in Verbindung steht.

Aufgabevorrichtung· zur Beschickung von Drehrohrofen einer Anlage nach d&R^Ansprüchen 9/tois 13, gekennzeichnet durch einen am OfeneintragsteiJLP^a^angeordneten und mit dem Ofeninnern in Verbindung steifenden ringforTn±-g££i Vorratsbehälter, dessen Durchmessej^-isrößer als der des Ofens ist, "cTtrreii^ein in den ring-

Vorratsbehälter mündendes Fallrohr und durch innerhalb des ringförmigen Vorratsbehälters angeordnete Tröge.

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