DE2825691A1

DE2825691A1 - Verfahren zur herstellung von koks

Info

Publication number: DE2825691A1
Application number: DE19782825691
Authority: DE
Inventors: Eugene Andres Thiers
Original assignee: Allis Chalmers Corp
Current assignee: Allis Chalmers Corp
Priority date: 1977-06-17
Filing date: 1978-06-12
Publication date: 1979-01-04
Also published as: FR2394598A1; AU3674178A; JPS5416505A; GB1577212A; BR7803833A; BE868083A; ZA783135B; CA1118207A; IN147339B

Description

282569t

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Koks und besonders zur Herstellung von metallurgischem oder Hüttenkoks. Es betrifft besonders die kontinuierliche Behandlung von Kohlen auf der Grundlage von Agglomeration mit einer getrennten Härtestufe, wobei das Verfahren eine Vorheizung und eine Vorschwelung (Grusbildung) sowie Endverkokung und Abkühlung des Kokses umfaßt.

Die Karbonisierung oder Verkokung von Kohlen bei Erhitzung ist wohl dokumentiert und bekannt. Dieser Vorgang umfaßt das Ausschmelzen der Teerstoffe, wobei die leichteren Bestandteile als Gas abziehen. Der Teer wird innerhalb des Brennstoffkörpers gebildet und die Verkohlung oder Verkokung des Teers ergibt einen Binder für die Kokspartikel.

Es ist bekannt, an den Verkokungsprozeß ein Brikettieren nicht verkokender Kohle anzuschließen. Es wird jedoch allgemein angenommen, daß zur Erzielung eines zufriedenstellenden Ergebnisses ein hoher Anteil verkokungsfähiger Kohle vorhanden sein muß. Es ist gleichfalls bekannt, verkokungsfähige Kohle einer Vorverkokungsstufe vor dem Brikettieren zuzuführen. Gleichfalls wird allgemein angenommen, daß Kohle minderer Qualität oder nicht verkokungsfähige Kohle einem Vorheizvorgang auf eine Temperaturunter dem tatsächlichen Zersetzungspunkt, gefolgt von einer Verkokung nicht unterworfen werden kann.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein relativ wirtschaftliches und unkompliziertes Verfahren zur Herstellung von Koks zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Verfahren überwindet.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, das eine möglichst geringe Anzahl von Stufen umfaßt, bei guter Qualität des erhaltenen Produkts.

809881/0825

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verkokungsverfahren zu schaffen, das eine wirksame Steuerung der Emissionen von gasförmigen und festen Stoffen an die Umgebung erlaubt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verkokungsverfahren zu schaffen, das kontinuierlich und einfach zu steuern ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verkokungsverfahrens, das als Nebenprodukt ein qualitativ hochwertiges Gas ergibt.

Ferner hat die vorliegende Erfindung das Ziel, ein verbessertes Verkokungsverfahren zu schaffen, das in Bezug auf die zu verarbeitenden Rohmaterialien flexibel ist.

Die Erfindung ergibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kokses, dessen Eigenschaften sowohl vom wirtschaftlichen wie vom technischen Standpunkt aus hervorragend sind. Das Verfahren ergibt eine wirtschaftliche kontinuierliche Behandlung von Kohlen, ist leicht steuerbar und erzeugt als Nebenprodukt Gase mit hohem Wärmewert. Das Verfahren beruht auf einer Agglomeration und einer davon getrennten Härtestufe, und kombiniert ein Vorheizen und Schwelen der Rohkohle mit abschließender Verkokung und Abkühlen des Kokses.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Schachtofen.

Das zu verarbeitende Rohmaterial 10 wird zuerst in einem Aufbereitungssystem 11 aufbereitet, wobei ein Rohzerkleinern, ein Feinzerk,leinern, ein Sieben und ein Waschen des Rohmaterials vorgenommen wird. Die saubere feinzerteilte Kohle mit

809881/0825

vorzugsweise einem Feinheitsgrad von -10 Tyler wird einem Mischer 12 mittels eines Förderbandes oder einer anderen Fördereinrichtung 14 zugeführt und von dort in einen vertikalen Schachtofen 16 zusammen mit Grusteilchen und Agglomeraten, die im wesentlichen nicht aus Koks bestehen, eingeführt. Der mit den sauberen feinverteilten Kohlepartikeln zu mischende Grus wird von dem Schachtofen selbst an seinem Abgabeende erhalten, an dem der kühle, ausgehärtete und geformte Koks über ein Innensieb mit einer Maschengröße von vorzugsweise Nr. 10 Tyler abgegeben wird. Der feinere Grus fällt durch das Sieb 17 in Entladeschuten 18 und von dort auf einen Förderer 19, der den Grus einer Zerkleinerungs- und Siebstation 21 zuführt. Es ist dabei zu verstehen, daß der Grus dazu benutzt wird, Grus-Agglomerate zu bilden, die vorwiegend nicht aus kokshaltigen Stoffen zusammengesetzt sind. Es treten jedoch auch Spurenmengen von feinverteiltem Koks durch das Sieb 17 hindurch und werden in die Grus-Agglomerate aufgenommen. Grober,ausgesiebter Grus wird aus der Station 21 abgegeben und über einen Grobgrusförderer 22 zu dem Mischer 12 gebracht. Die Freingrusanteile werden einer Agglomerationsstation 26 zugeführt und dann zu Pellets oder Briketts verarbeitet, die vorzugsweise eine solche Größe besitzen, daß sie durch ein Nr. 2 oder Nr. 3-Tyler-Sieb hindurchgehen. Das geschieht an der Verarbeitungsstation 27. Von dort werden die Pellets oder Briketts über eine Fördereinrichtung 28 an den Mischer 12 abgegeben. Auf diese Weise werden saubere feine' Köhler Grus und die Grusbriketts miieinander vermischt und die Mischung wird dem Eingabekopf 31 zugeführt.

Die Zerkleinerungs- und Siebstation 21, die Agglomerierungsstation 26 und die Pelletier- oder Brikettierstation 27 können aus bekannten handelsüblichen Systemen aufgebaut sein.

Die an der Spitze des Schachtofens eingegebene Feinkohle wird bei ihrem Weg durch diesen Ofen einer allmählichen Erwärmung

809881/0825

unterworfen und wird fortschreitend von flüchtigen Bestandteilen befreit und abgeschwelt. Das im Ofen befindliche Gemisch wird auf Temperaturen von 37O°C bis 54O°C vorgeheizt (= 700 bis 1000° Fahrenheit),um die Abgabe von flüchtigen Bestandteilen einzuleiten. Während des weiteren Weges durch den Abschnitt, in dem die flüchtigen Bestandteile abgeschieden werden, wird dieser Vorgang vollendet und die feinen Kohlenteilchen werden durch die Wirksamkeit des in der Umgebung befindlichen groben Gruses und der Grusbriketts, die während der Verarbeitung zusammenbrechen, daran gehindert, miteinander zu agglomerieren. Der Grus umgibt die Kohle und setzt die direkten Berührungsmöglichkeiten zwischen den Kohlepartikeln herab. Beim Erreichen der Endverkokungstemperatur im Bereich von 650 bis 1300°C (= 1200 bis 2400° Fahrenheit) je nach der verwendeten Kohle erweichen die feinen Kohleteilchen und bilden einzelne Koksagglomerate, die das Problem der Staubentstehung in der folgenden Stufe verringern. Es wurde auch festgestellt, daß während der Vorheizung der Kohle und der Abgabe der flüchtigen Bestandteile das Reduktionsgas angereichert wird, das im Abkühlabschnitt zugeführt wird, damit es nach oben den Ofen durchströmt, wie es im einzelnen später beschrieben wird.

Die während des Verkokungsvorgangs abgegebenen Gase werden durch die im oberen Abschnitt des Ofens befindlichen Leitungen 36 und 37 abgeführt. Diese abgeführten Gase werden einem Kühlvorgang unterworfen, der in einer Kühl- und Kondensationsstation 38 ausgeführt wird. In der Station 38 werden die Destillate kondensiert, die über die Agglomerierungsstation 26 wieder dem Verkokungsvorgang zugeführt werden.

Die abgekühlten Gase, die aus der Station 38 austreten werden in einer Gasaufbereitungsstation 39 verarbeitet und die oxidierenden Bestandteile werden wiedergewonnen. Diese oxidierenden

809881/0825

Bestandteile werden durch die Leitung 41 an der Unterseite des EndVerkokungsabschnitts des Ofens 16 wieder in den Ofen eingeleitet. Gleichfalls werden in der Gasaufbereitungsstation 39 kühle CO„-Gase wiedergewonnen, die als reduzierende Kühlgase zum Härten des Kokses im untersten Abschnitt des Ofens vor dem Koksauslaß benutzt werden. Die Kühlgase werden über eine Leitung 42 an der Unterseite des Ofens 16 eingeführt. Die Kühlgase erniedrigen die Temperatur des Kokses von dem Bereich von 650 bis 1300⁰C (= 1200 bis 2400° Fahrenheit) auf den Bereich von 315 bis 40°C (= 600 bis 100° Fahrenheit). Bei dieser Temperatur wird der Koks gehärtet und über das Sieb 17 nach außen entlassen, wobei der feine Grus in die Sammelschuten 18 fällt. Wie bereits erwähnt, wird ^;der Grus von dem kühlen gehärteten Koksprodukt durch das Sieb 17 getrennt. Dieser Grus wird in zwei Fraktionen aufgeteilt. Die grobe Grusfraktion wird über den Förderer 22 oder durch eine andere Einrichtung wieder in Umlauf gebracht und in den Mischer 12 eingebracht. Die feine Fraktion des wiedergewonnen Gruses dient als Rohmaterial zur Herstellung von kohlehaltigen Grusagglomeraten in der Station 26. Die Verwendung des von flüchtigen Bestandteilen befreiten Gruses zur Agglomeration des Kokses erlaubt die Verwendung eines weiten Bereichs von Rohkohlen.

Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß die Feingrusfraktion bei der Koksherstellung verwendet wird, indem entweder pelletisierte oder brikettierte Kohle-Grus-Agglomerate in den Schachtofen zusammen mit den Kohleteilchen eingebracht und aufgeheizt werden, um Koksagglomerate zu bilden und diese zu härten. Das Konzept, den Grus zu gewinnen und als Eingabematerial· wieder zu verwenden, erlaubt eine Erhöhung der Zugabe von geringwertiger nicht verkokender Kohle zu der hochwertigen verkokenden Kohle zur Herstellung von geformten Koksagglomeraten gegenüber dem bisher üblichen Stand.

809881/0825

Ein besonderer Vorteil besteht in der Verwendung eines aus drei Bestandteilen bestehenden Gemisches, d.h. aus Agglomeraten, aus Grus und aus feiner Kohle, und in der Möglichkeit, die Durchlaufrate der Beladung zu ändern; damit ergibt sich eine Flexibilität in Bezug auf den Erwärmungszyklus sowohl der Schwelungs- wie der Verkokungsvorgänge. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, das Verhältnis Agglomerate, Grus und Kohle in der Beladung zu ändern, wodurch eine Steuerung der Gasdurchlässigkeit der Beladung ermöglicht ist. Ein dritter Vorteil ist die Möglichkeit, eine Verschlechterung des Kokses während des Härtevorgangs zu vermeiden. Dieser Vorteil rührt von der Verwendung von Grus und Kohle in verschiedenen Proportionen her, um die Koksagglomerate während ihres Hinabwanderns durch den Ofen 16 zu stützen. Die Koksagglomerate können abplatzen, bersten oder auf andere Art eine Verschlechterung während des Verkokens erfahren infolge des Innendrucks der Gase, die während des Verkokens frei werden. Die Verwendung des nicht reaktiven Gruses, der die Agglomerate umgibt, verschafft jedoch in der dargelegten Weise eine feste Stützung und verhindert ein übermäßiges Aufbersten und Aufblähen des Kokses. Die Verwendung von Kohleteilchen,die sich in den Leerstellen des Koksbetts befinden und die weich werden können, überträgt die thermischen Spannungen aus den Koksagglomeraten auf die Kohle. So ergibt sich ein fester, jedoch in gemäßigter Weise plastischer Halt, der kleinere Dimensionsänderungen der Agglomerate ohne physische Verschlechterung absorbieren kann, wodurch ein festes Koksprodukt gebildet wird, wie es wünschenswert ist.

Die Benutzung einer Abkühlstufe, die durch die umlaufenden reduzierenden Gase erreicht wird, verhindert übergroßen Wärmeverlust bei einem energetisch wirksamen System, das mit der zirkulierenden Beladung des Gruses in dem System verbunden ist. Zusätzlich eliminiert die Kombination von Schwel- und

809881/0825

2325691

Verkokungsvorgängen in einem einzigen Ofengefäß die Notwendigkeit die Festkörper und die Gase mehrfach während des Verfahrens umzuladen und ergibt gleichzeitig eine wirksame Steuerung der Emission von gasförmigen und festen Bestandteilen an die Umgebung. Ein Abkühlverfahren, das außerordentlich vorteilhaft ist, wird im folgenden in einer bevorzugten Ausführung beschrieben.

Das zu beschreibende Abkühlverfahren ist besonders gut für Gegenstromofen geeignet, die entweder vertikal oder horizontal angeordnet sein können und in die, wie in der Zeichnung gezeigt, ein CO₂~reiches Gas eingeleitet wird. Das kühle CO„-haltige Gas reagiert nicht mit den abzugebenden Agglomeraten, da an der Abgabestelle die Produkte bereits genügend abgekühlt sind. An dieser Stelle bewirkt der Kühlgasstrom aus C0„ nur eine endgültige Abkühlung, so daß der zu gewinnende Brennstoff ohne bedeutende Reoxidation behandelt werden kann.

Wenn das C0„ in das Gefäß eintritt, wird es infolge des Wärmeaustausches zwischen dem warmen Brennstoff (Koks) und dem Gas erwärmt. Bei Temperaturen von einige 100⁰C(several hundred degreesF)reagiert das Gas mit dem kohlenstoffreichen Brennstoff nach der folgenden Reaktionsgleichung:

(1) CO₂ + C ^=A 2 CO .

Da diese Reaktion bei hohen Temperaturen exotherm wird, werden sowohl das Gas als auch die Feststoffe einen steilen, jedoch vorübergehenden Temperaturanstieg zeigen. Eine solche Stufe ergibt die für die Endaushärtung beim Verkoken notwendige Wärme. Gleichzeitig wird das Gas an CO angereichert und an CO₂ verarmt, da die chemische Reaktion sich bei höheren Temperaturen nach rechts verschiebt; dadurch wird eine weitere Umwandlung von CO₂ verhindert und gleichzeitig ein relativ stabiler Temperaturbereich bei der Endverkokung erzielt. Ein

809831/0825

wichtiges Merkmal dieser Stufe besteht darin, daß die chemische Reaktion mit Präferenz auftritt, d.h. daß das Gas mit noch nicht reagierten Bereichen an den Stellen vorzugsweise reagiert, an denen ein Überschuß an freier Energie vorhanden ist, d.h. an den Stellen, die für die hohe chemische Reaktivität der Brennstoff-Agglomerate sorgen. So ergibt die Anfangsreaktion des Kohlendioxids mit Kohlenstoff nicht nur die Wärme für die Temperatur-Aushärtung, sondern nimmt die überschüssige Reaktivität des entstehenden Produkts weg.

Wenn das Gas weiter innerhalb des Ofengefäßes voranströmt, überträgt es Wärme auf die sich ihm entgegenbewegenden Feststoffe. Um eine genügende Wärme zu erzeugen, um die Verkokung aufrechtzuerhalten und um die Temperatur in den Verkokungsbereich von 700 bis 1000 C anzuheben, wird es notwendig, das Gas durch Einblasen von Luft, von Sauerstoff oder von ähnlichen Gasen (wie beispielsweise Hochofen-Gicht-Gasen) zu oxidieren, die ausreichend oxidierende Bestandteile enthalten. Die chemische Reaktion ist dann:

(2) CO + 1/2 0_ ^=^- CO₀

Damit kann wiederum die Reaktion (1) stattfinden. Da diese beiden Reaktionen stark exotherm sind, wird ausreichend Wärme an die feste Phase abgegeben und so die Temperatur bis zum Verkokungspunkt und darüberhinaus angehoben.

In den darauf folgenden Stufen wird die Gas-Phasenzusammensetzung durch die Reaktionen (1) und (2) geregelt; es tritt noch eine dritte Reaktion hinzu:

(3) H₂O + CO =κ H₂ + CO₂,

wodurch das Gas mit Wasserstoff angereichert wird. Das Wasser stammt von der in der Nähe des Beschickungsendes des Ofengefäßes

809881/0825

vorhandenen Feuchtigkeit.

Durch die besprochenen Reaktionen wird das Gas zunehmend mit H₂ und CO angereichert, bis die Temperatur genügend weit abfällt, daß die Reaktionen umgekehrt verlaufen, wobei eine Anreicherung an Feuchtigkeit und ein Ausfall von Kohlenruß erfolgen kann. Da die nicht verkokte Beschickung in erster Linie aus Grusen und Feinkohlenfraktionen mit einem bedeutenden Anteil an flüchtigen Stoffen besteht, werden die flüchtigen Stoffe in dem Gasstrom aufgenommen. Die endgültige Gaszusammensetzung an der Abgabestelle für Gas umfaßt dann flüchtige Kohlebestandteile, CO₂ und unterschiedliche Anteile von Wasserstoff und Kohlenmonoxid je nach der Gastemperatur. Es ist zu erwarten, daß die mitgerissenen Rußteilchen durch konventionelle Entstaubungssysteme zu entfernen sind. Diese Rußteilchen sind wertvoll für die Wiederverwendung bei der Agglomeration, sowohl um höhere Agglomeratdichten zu erreichen, wodurch eine höhere Produktfestigkeit erzielt wird, als auch wegen des niedrigen Verunreinigungsgehalts. Das Gas kann durch Wärmeaustausch zur Dampf- oder Energieerzeugung abgekühlt und wieder in das Ofengefäß zur weiteren Verwendung eingelassen werden.

809881/0825

Claims

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW Allis-Chalmers Corporation München, den 12.6.1978 Milwaukee, Wisconsin 53201 _,,_,,„,. _ ^a cn USA S/3/SL - A 3169 Verfahren zur Herstellung von Koks Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung geformten Kokses in einem kontinuierlichen Vorgang, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gemisch aus Feinkohle, Grus und nicht aus Koks bestehenden Agglomeraten in einen Vertikalschachtofen

(16) eingebracht wird, daß das Gemisch in dem Ofen nach unten bewegt wird, daß das Gemisch in einem Vorheizabschnitt des Ofens auf eine Temperatur im Bereich von 37O°C bis 54O°C (= 700 bis 1000° Fahrenheit) aufgeheizt wird, um Grus zu bilden und die Abgabe der flüchtigen Bestandteile der Kohle einzuleiten, daß die Temperatur des vorgeheizten Kohlegemisches innerhalb eines Ofenabschnitts zur Abgabe flüchtiger Stoffe auf 650 bis 1300°C (= 1200 bis 2400° Fahrenheit) aufgeheizt wird, um die flüchtigen Stoffe vollständig zu entziehen und diskrete Koksagglomerate mit plastischer Konsistenz zu bilden, daß die Koksagglomerate mit plastischer Konsistenz mit kühlen, von den Ofengasen wiedergewonnenen C0_?-Gasen zur Verringerung

DR. C. MANlTZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-INC. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE t 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT) MÜNCHEN, KONTO-N UMMER 72

TEL (089) 23421t TELEX Οβ-29672 PATMF SE£LBERGSTR.23/25.TEL.(07ll>56 7261 POSTSCHECK : MÜNCHEN 77062 - 8OS

809881/0825

ORIGINAL INSPECTED

der Temperatur der Koksagglomerate in einen Bereich von 315°C bis 40°C (6OO bis 100° Fahrenheit) abgekühlt werden, um die Koksagglomerate zu härten, daß die gehärteten Koksagglomerate und der Grus aus dem Ofenbereich zur Entfernung der flüchtigen Bestandteile abgegeben werden, daß die gehärteten Koksagglomerate und der Grus gesiebt wird, um die Koksagglomerate von dem Grus zu trennen, wobei der letztere wieder dem Ofenkreislauf zugeführt wird, und daß die Koksagglomerate als das Endprodukt erhalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß die Abkühlung durch Einführen eines oxidierenden Gases zusammen mit dem kühlen CO„-Gas in den Kühlabschnitt des Ofens zur Gegenströmung zum Weg des Materialgemisches erreicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte Grus zur Bildung einer Grobfraktion und einer Feinfraktion zerstoßen und gesiebt wird, daß die Feingrusfraktion in einer Agglomerxerungsstatxon zum Agglomerieren gebracht wird und daß in den Vertikalschaftofen ein Gemisch aus gesäuberter, feinverteilter Kohle, aus der Grobfraktion des Gruses und aus dem agglomerierten Grus eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kohle während der Entgasung abgegebenen Gase gesammelt werden, daß die gesammelten Gase zur Kondensation der Destillate abgekühlt werden und daß die Destillate der Agglomerxerungsstatxon zur Mischung mit der feinen Fraktion des Gruses zugeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die gesammelten Gase zur Ausfällung

809881/0825

von Kohlenruß gekühlt werdeHⁿ daß der ausgefallene Kohlenstoffruß entfernt und den Grusagglomeraten hinzugefügt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Grus in dem durch den vertikalen Schaftofen voranschreitenden Gemisch gleichmäßig verteilt wird, um die direkte Berührung zwischen den Kohlepartikeln zu reduzieren und sie an der Bildung von Agglomeraten zu hindern.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärtsströmrate so gesteuert wird, daß das Gemisch eine Erweichungstemperaturstufe im Bereich von 650 bis 1300°C (=1200 bis 2400° Fahrenheit) erreicht, daß die Temperatur so lange aufrecht erhalten wird, bis die Kohle diskrete Koksagglomerate bildet, daß Gase aus dem Grus entwickelt werden, um einen inneren Gasdruck um die Koksagglomerate zu schaffen, damit ein übermäßiges Anschwellen und Aufplatzen und daraus folgende physikalische Verschlechterungen der Koksagglomerate verhindert wird.

809881/0825

ORlOiNAL