DE2825692A1

DE2825692A1 - Verfahren zum abkuehlen heisser agglomerate bei der kuenstlichen brennstofferzeugung

Info

Publication number: DE2825692A1
Application number: DE19782825692
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: BE868082A; JPS547402A; CA1110068A; BR7803832A; ZA783134B; AU3674378A; AU515392B2; FR2394599A1; IN147338B; GB1595825A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen heißer Agglomerate bei der Brennstofferzeugung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abkühlung heißer Agglomerate bei einem kontinuierlichen Verkokungsvorgang in der Weise, daß das entstehende Produkt an der Umgebungsluft nicht oxidiert und daß sich ein Produkt mit niedrigerer chemischer Reaktivität in Bezug auf CO₂ ergibt, so daß das entstehende Produkt für den industriellen Gebrauch attraktiver wird.

Das Verfahren verwendet einen Gegenstromofen, in den ein Strom aus kühlem, CO₂-angereichertem Gas eingelassen wird. Das kühle CO -Gas reagiert nicht mit den abgegebenen Agglomeraten, da an dem Abgabeende die Produkte genügend kühl sind, so daß der Kühlstrom von C0„-Gasen eine Endabkühlungsstufe ergibt, in der die entstehenden Brennstoffe ohne bedeutende Reoxidation behandelt werden können.

Metallurgischer Koks oder Hüttenkoks ist ein für eine Industriegesellschaft wichtiges Material; es ist zur Eisenherstellung in Hochöfen - die wichtigste Grundlage für Eisen zur Stahlerzeugung - unersetzlich. Hüttenkoks wird auch in bestimmten Stahlherstellungsvorgängen und in der Gießereiindustrie verwendet.

Üblicherweise wird Koks in erster Linie in sog. "Nebenprodukt-Koksöfen" hergestellt, in die ein Gemisch aus verschiedenen Kohlen eingebracht und einer Destillation unterworfen wird, um die flüchtigen Bestandteile der Kohle zu entfernen. Das Endprodukt ist eine poröse Masse, die abgekühlt werden muß, damit sie unter Umgebungsbedingungen nicht brennt. Das hauptsächlichste Verfahren zur Abkühlung besteht im Abschrecken mit Wasser, obwohl auch Trocken-Abschreckverfahren in jüngster Zeit eingeführt wurden.

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Diese Verfahren besitzen folgende Nachteile:

a) Beim Abschrecken tritt eine erhebliche Schadstoff-Abgabe auf, insbesondere bei der meist durchgeführten Wasserabschreckung .

b) Die beim Abkühlen oder Abschrecken frei werdende Wärme ist nicht wiedergewinnbar und stellt einen beträchtlichen Anteil der Wärmeverluste bei der Koksherstellung dar.

c) Die Abkühlung verursacht einen thermischen Schock, der wiederum eine Verschlechterung des Produkts herbeiführt; dadurch werden die Betriebskosten bei der Eisen- und Stahlgewinnung erhöht.

d) Die normalerweise durchgeführte Wasserabschreckung ergibt eine Feuchtigkeitsaufnahme des Produkts und die Feuchtigkeit muß nachfolgend entfernt werden, wodurch wiederum Wärmeverluste eintreten.

Die üblichen Koksherstellungsverfahren bedürfen jedoch nicht nur in Hinsicht auf das Abschrecken oder das Abkühlen einer Verbesserung. In jüngster Zeit ist infolge des allgemeinen Mangels an Kokskohlen mit guter Qualität und infolge der anstehenden Preiserhöhungen durch die Industrie ein Interesse an sog. "Stückkoks-"Technologien entstanden, die keine hochqualitativen Kokskohlen als Rohmaterialien erfordern. Von diesen neuen Verfahren wird berichtet,daß sie mit geringerwertigen Kohlen arbeiten und dennoch einen gleichförmigen Hüttenkoks ergeben, der den konventionellen Hüttenkoks bei den meisten industriellen Anwendungen ersetzen kann. Unglücklicherweise leidet die Stückkoks-Technologie an den gleichen Problemen, die mit konventionellen Koksherstellungsverfahren verbunden sind, d.h. das Endprodukt muß abgekühlt werden.

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Zusätzlich hat es sich herausgestellt, daß Stückkoks in Bezug auf CO₂ reaktiver als konventioneller Koks ist, wodurch sich eine geringere Produktivität in Hochöfen ergibt.

Allgemein ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Abkühlung von Koks zu schaffen, das die festgestellten Nachteile vermeidet.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem verbesserten Abkühlverfahren für Koksprodukte die Nachteile der konventionellen Abkühlverfahren zu eliminieren und gleichzeitig die chemische Reaktivität des erhaltenen Kokses zu verringern.

Die hier vorgelegte Erfindung erzielt neben diesen Zielen weitere zusätzliche Vorteile. Das Konzept basiert auf der Verwendung von CO₃-GaS, das anfangs mit Kohlenstoff bei hohen Temperaturen reagiert, dessen Reaktion jedoch nachläßt, wenn es in CO umgewandelt ist. Infolge dieser Umwandlung werden die aktivsten Stellen im Brennstoff während der chemischen Reaktion beseitigt und auf diese Weise die Reaktivität des Materials während des AbkühIvorgangs vermindert. Das Konzept erlaubt auch die Erzeugung eines qualitativ hochwertigen Gases als Nebenprodukt, wodurch gegenüber den bekannten Stückkoksverfahren ein gewisser Vorteil besteht.

In aufeinanderfolgenden Stufen der Gasphasenzusammensetzung treten verschiedene Reaktionen auf:

(D	CO₂	+ C	°2 -	2	L	CO	co₂
(2)	CO	+ 1/2	—>	- H	2 ^+C02
(3)	H₂O	+ CO

Als Ergebnis dieser Reaktionen wird das Gas zunehmend mit H„ und CO angereichert, bis die Temperatur bis zum Umkehr dieser

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Reaktionen ausreichend abgefallen ist, wobei evtl. ein Ausfall von Ruß und eine Anreicherung an Feuchtigkeit entsteht. Da jedoch der nicht verkokte Brennstoff in erster Linie aus Grus und Kohlefraktionen mit beträchtlichem Gehalt an flüchtigen Stoffen besteht, werden die flüchtigen Stoffe in den Gasstrom aufgenommen. Die endgültige Gaszusammensetzung an der Austrittsstelle umfaßt dann flüchtige Kohlebestandteile, CO ^ und sich ändernde Anteile von Wasserstoff und CO je nach der Gastemperatur. Es ist zu erwarten, daß die mitgerissenen Kohlerußteilchen in einem üblichen Gasentstaubsystem entfernt werden; sie sind wertvoll für die Wiederverwendung bei der Agglomerierung von Brennstoffen,um sowohl höhere Dichten der Agglomerate mit höherer Produktfestigkeit zu erreichen, als auch wegen ihres niedrigen Verunreinigungsgehalts. Das Gas kann durch Wärmeaustausch zur Dampf- oder Energieerzeugung abgekühlt und wieder in das Ofengefäß eingeführt werden.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Abkühlen heißer Agglomerate bei einer künstlichen konventionellen Brennstoff herstellung, so daß das sich ergebende Produkt nicht mit der Umgebung reagiert (d.h. nicht oxidiert), wobei sich gleichzeitig ein Produkt mit geringerer chemischer Reaktivität gegenüber C0„ ergibt, so daß die entstehenden Brennstoffe für industrielle Verwendung attraktiver werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abkühlverfahrens in einem Gegenstrom-Schachtofen.

Für die Erläuterung ist die Verwendung eines Gegenstromschachtofens vorgesehen, der entweder vertikal oder horizontal angeordnet sein kann, jedoch als vertikaler Schachtofen 10 dargestellt ist, in den ein Strom von C0₂-reichem Gas über Rohre eingeleitet wird. Das kühle CO₃-GaS reagiert mit den an dieser Stelle austretenden Agglomeraten nicht, da am Austrittserde

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die Agglomerate bereits ausreichend abgekühlt sind; an dieser Stelle ergibt sich durch den Kühlgasstrom aus C0~ lediglich eine Endabkühlstufe, so daß die erzeugten Brennstoffe ohne bedeutende Reoxidation weiterbehandelt werden können.

Beim Eintritt in den Ofenraum wird das C0„ infolge des Wärmeaustauschs zwischen Brennstoff und Gas erwärmt. Bei Temperaturen von einigen 100 C (several hundred degrees F) reagiert das Gas mit dem kohlenstoffreichen Brennstoff nach der folgenden Reaktionsformel:

(1) CO₂ + C ^ 2 CO

Da die Reaktion bei hohen Temperaturen exotherm verläuft, zeigen sowohl das Gas als auch die Feststoffe einen steilen, auf eine kurze Strecke begrenzten Temperaturanstieg. Diese Stufe ergibt die notwendige Wärme für die abschließende Aushärtung bei der Verkokung. Zur gleichen Zeit verlagert sich das Gleichgewicht der chemischen Reaktion nach rechts, da bei höheren Temperaturen das Gas CO-reich und CO^-arm wird. Dadurch wird eine weitere CO2-Umwandlung verhindert und gleichzeitig ein relativ stabiler Temperaturbereich für die Endverkokung erzielt. Eine wichtige Eigenschaft dieser Stufe besteht darin, daß die chemische Reaktion vorzugsweise an den Stellen auftritt, an denen ein Übermaß an freier Energie vorhanden ist, d.h. an den Stellen, die die hohe chemische Reaktivität der Brennstoff-Agglomerate ergeben. Aus diesem Grunde gibt die Anfangsreaktion des CO₂ mit dem Kohlenstoff nicht nur die Wärme für die Temperaturaushärtung, sondern sie entfernt auch die überschüssige Reaktivität des Produkts.

Beim Fortschreiten des Gasstroms innerhalb des Ofenraums überträgt er Wärme auf die ihm entgegenwandernden Feststoffe. Damit genügend Wärme zur Aufrechterhaltung der Verkokung geschaffen wird und um die Temperatur in den Verkokungsbereich von 700 bis 1000°C (1290 bis 1830° Fahrenheit) anzuheben, wird es

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nötig, das Gas durch Einführen von Luft, Sauerstoff oder gleichartigen Gasen (beispielsweise Hochofen-Gicht-Gas) über Röhren 14 zu oxidieren, wobei die Gase genügend oxidierende Bestandteile enthalten. Die nun eintretende chemische Reaktion verläuft folgendermaßen:

(2) CO + 1/2 O₀ I₇-*- CO₉

wodurch wiederum die Reaktion (1) stattfinden kann. Da diese beiden Reaktionen stark exotherm verlaufen, wird genügend Wärme an die Festphase abgegeben und auf diese Weise die Temperatur bis zum Beginn der Verkokung und darüberhinaus angehoben.

In den darauf folgenden Verfahrensstufen wird die Zusammensetzung der Gasphase durch die Reaktionen (1) und (2) reguliert; dazu tritt noch die folgende Reaktion:

(3) H₂O + CO s. H₂ + CO₂ _f

wodurch das Gas mit Wasserstoff angereichert wird. Das Wasser stammt aus der in der Nähe des Beschickungsendes des Ofenraums vorhandenen Feuchtigkeit.

Infolge dieser Reaktionen wird das Gas fortschreitend mit H₂ und CO angereichert, bis die Temperatur ausreichend abfällt, um diese Reaktionen umzukehren, wobei evtl. ein Ausfall von Kohlenstoffruß und eine Anreicherung an Feuchtigkeit auftritt. Da jedoch der unverkokte oder nicht karbonisierte Brennstoff in erster Linie aus Grus und aus Kohleanteilen mit beträchtlichem Gehalt an flüchtigen Stoffen besteht, werden diese flüchtigen Stoffe in den Gasstrom aufgenommen. Die endgültige Gaszusammensetzung an der Gasaustrittsstelle weist dann flüchtige KohLenbestandteiLe, CO₂ und sich je nach Temperatur ändernde AnteLLe von Wasserstoff und CO auf. Die im Strom

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mitgerissenen Rußpartikel werden in einem üblichen Staubabscheidesystem ausgeschieden und bei der Agglomeration wiederverwendet, um sowohl höhere Agglomeratdichten (die zu höheren Produktfestigkeiten führen) zu erreichen, als auch wegen ihrer niedrigen Verunreinigungsanteile. Das Gas wird durch Wärmeaustausch zur Dampf- oder Energieerzeugung abgekühlt und wieder in den Ofenraum eingeführt.

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Claims

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW Allis-Chalmers Corporation München, den 12. Juni 1978 Milwaukee, Wisconsin 53201 „,,,., _ -,...,, USA S/3/SL - A 3174 Verfahren zum Abkühlen heißer Agglomerate bei der künstlichen Brennstofferzeugung Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung und Abkühlung heißer Agglomerate, die als Brennstoff verwendet werden können, zur Verhinderung von Oxidation der Agglomerate beim Berührung mit der Umgebungsluft und zur Regenerierung von Verfahrensgas, bei dem ein Material wie Kokskohle oder ein Gemisch aus feiner Kohle, Grus und nicht verkokenden Agglomeratenkontinuierlich in Gegenrichtung zum Strom des Verfahrensgases/loewegt wird, wobei das Verfahrensgas das Material zur Bildung von Grus vorheizt und dann das Material zur Befreiung der Kohle von flüchtigen Bestandteilen und zur Bildung von Koks-Agglomeraten von plastischer Konsistenz aufheizt, dadurch gekennzeichnet , daß a) ein CO~-reiches Gas zu den Agglomeraten in einer Kühlstufe hinzugeführt wird, in der die Agglomerate eine Temperatur im Bereich von 40 bis 315°C (= 100 bis 600 Fahrenheit) besitzen, _809881/0826

DR. C. MANITZ · DIFU-INC. M. FINSTERWALD D IPL.-ING. W. ORAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN SS. ROiERT-ICOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7370

TEL. (089) S3 4a II. TELEX 06-3967SPATMF SEELBERGSTR. 33/35. TEL. (0711)96 73 61 POSTSCHECKiMONCHEN 77062-805

ORIGINAL

b) das CO₃-GaS in der Kühlstufe auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß die Reaktion (1) CO + C 2 CO einsetzt, um nicht reagierten Kohlenstoff in dem heißen

Agglomerat zur Reaktion zu bringen,

c) das Gas zu einer Wärmeaushärte- und-Verkokungszone bewegt wird,

d) die Aufheizung einige Zeit fortgesetzt wird, um

die Reaktion (2) CO + 1/2 O₀ ==ä5 CO_n hervorzurufen und

ο
die Temperatur in einen Bereich von 650 bis 1290 C

(= 1200 bis 235O^Q Fahrenheit) zu bringen,

e) die im Verfahrensschritt d) erzeugten C0₂-Gase gesammelt werden und

f) das C0₂-Gas als Kühlgas in das Verfahren nach Verfahrensschritt a) wieder eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß zusätzlich

g) die Reaktion nach Verfahrensschritt b) solange fortgesetzt wird, bis eine Temperatur erreicht ist, bei der die Reaktion exotherm verläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich

h) oxidierende Gase in das Material nach Beendigung des Verfahrensschritts d) eingeführt werden, um die Reaktion (1) des Verfahrensschritts b) wieder stattfinden zu lassen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das CO₃-GaS in einer Zone des Ofens eingeführt wird, bei der die Agglomerate eine Temperatur von 315°C (= 600° Fahrenheit) besitzen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich

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i) die Gase durch Trocknungs-, Vorheiz- und Anfangsverkokungszonen mit einer solchen Geschwindigkeit durchgeleitet und zur Reaktion gebracht werden, daß das Gas nach der Reaktion (3) H„0 + CO —> H₂ + CO₂ mit Wasserstoff angereichert wird.

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