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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur destruktiven Verarbeitung
von festen kohlenstoffhaltigen Stoffen und genauer betrifft sie Verfahren zur thermischen
Verarbeitung von staubartiger Braunkohle.
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Die Erfindung kann in der energetischen und chemischen Industrie
zur Komplexproduktion von kalorienreichen festen und künstlichen flüssigen Brennstoffen
sowie von anderen gasförmigen und flüssigen Produkten, die danach in einen technischen
und chemischen Rohstoff verarbeitet werden, erfolgreich verwendet werden.
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Weit bekannt sind Verfahren zur Pyrolyse oder thermischen Verarbeitung
von staubförmigen festen Brennstoffen, nach denen sowohl wertvolle, darunter auch
feste und flüssige Produkte, als auch minderwertige Produkte in Form von schweren
Harzen und pyrogenetischem Wasser gewonnen werden.
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Obwohl es bekannt ist, daß die Verbrennungswärme des schweren Harzes
von etwa 8400 kcal/kg höher als die Verbrennungswärme des gewonnenen festen Produktes
von 6400 bis 6700 kcal/kg ist, ist seine Verwendung mit großen Schwierigkeiten verbunden.
Die Schwierigkeiten der Verwendung des schweren Harzes sind auf seinen physikalischen
Zustand zurückzuführen, da es eine klebrige plastische Masse ist, die zu zahflüssig
zur ihren Förderung in Rohrleitungen und ungenügend fest zum verladen und Beförderung
mit den Transportmitteln an den Verbraucher ist. Beim Wunsch, das schwere Harz als
flüssigen Kesselbrennstoff zu verwerten, ist es in den flüssigen Zustand durch Erhitzung
zu verwandeln, was natürlich, zusätzliche Investitionen und Betriebskosten erfordert.
Aber auch in diesem Ball bleibt das Problem der Zulieferung des schweren Harzes
an den Verbraucher offen, Als Ergebnis der thermischen Verarbeitung des Brennstof
fes wird somit das Produkt; mit einer Verbrennungswärme von 8400 kcal/kg als Brennstoff
praktisch nicht benutzt.
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Es ist auch bekannt, daß das anfallende pyrogenettsche Wasser etwa
4,5 > in diesem aufgelöste Phenole enthält, die wertvolle Produkte sind. Zur
Abtrennung von Phenolen vom pyrogenetischen Wasser muß man jedoch komplizierte Arbeiten
leisten, die wiederum bedeutende Investitionen und Betriebskosten erfordern. Ferner
soll das pyrogenetische Wasser nach der Abtrennung der Phenole davon vor dem Ablassen
in Wasserbecken gereinigt sein.
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Infolge der Verminderung der Naturenergiequellen in der Welt und
der wachsenden Notwendigkeit der Verarbeitung von minderwertigen Brennstoffen in
großen Mengen wird das Problen der Verwertung der schweren Harze und des pyrogenetischen
Wassers, die minderwertige Produkte der thermischen Verarbeitung von Brennstoffen
immer-aktueller.
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Es- ist ein Verfahren zur thermischen Verarbeitung der staubförmigen
Braunkohle (UdSSR-Urheberschein Nr. 335 267) bekannt, das die erste Stufe der Erhitzung
der Braunkohle mit einem gasförmigen Wärmeträger wahrend einer Zeit unter 1 s auf
eine Temperatur von 200 bis 5000C mit anschließender Abscheiduag des Wärmeträgers
vom Brennstofx, die zweite Stufe der Erhitzung der Braunkohle während einer Zeit
unter 1 s mit dem g-formlgen Wärmeträger auf eine Temperatur von 500 bis 8000C,
bei der ihre intensive Hitzezerlegung unter Bildung einer Dampfgassuspension, die
einen Fest- und einen Daapfgasteil enthält, die Kondensierung des Dampfgasteiles
zur Gewinnung von Gas, wertvollen flüssigen Produkten und Abscheidung der minderwertigen
Produkte in Form von schwerem Harz und pyrogenetischem Wasser.
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Infolge der Durchführung des angegebenen Verfahrens fallen neben
anderen wertvollen Produkten auch minderwertige Produkte in Form von schweren Harzen
und pyrogenetischem Wasser an, für die das Problem ihrer Verwendung bestehen bleibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zur
thermischen Verarbeitung der staubförnigen
Braunkohle zu entwickeln,
das bei gleichen Energieaufwendungen wie im bekannten Verfahren die Gewinnung des
festen Produktes mit einer Verbrennungswärme gewährleistet, die höher als beim festen
Produkt ist, das im bekannten Verfahren erhalten wird.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Verfahren
zur thermischen Verarbeitung der staubförmigen Braunkohle, das die erste Stufe der
Erhitzung der Braunkohle durch einen gasförmigen Wärmeträger während einer Zeit
unter 1 s auf eine Temperatur von 200 bis 5000C mit anschließenden Abtrennen des
Wärmeträgers von der Braunkohle, die zweite Stufe der Erhitzung der Braunkohle mit
dem gasförmigen Wärmeträger während einer Zeit unter 1 s auf eine Temperatur von
500 bis 8000C ihrer intensiven Hitzezerlegung unter Bildung einer einen Restteil
und einen Dampfgasteil enthaltenden Dampfgass uspens ion, die Kondensat ion des
Dampfgasteiles zur Gewinnung von Gas, wertvollen flüssigen Produkten und zur Abscheidung
minderwertiger Produkte in Form von schwerem Harz und pXrogenetischem Wasser einschließt,
erfindungsgemaß in der zweiten Stufe der erhitzung in den Strom des gasförmigen
Wärmeträgers, der Sauerstoff der Ituft enthält, staubartige minderwertige Produkte
der thermischen Verarbeitung der staubförmigen Braunkohle zugeführt werden.
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Es ist zweckmäßig, in den Strom des gasförmigen ,Gärmeträgers schwere
Harze zuzufürungen; dabei soll der gasförmige
Wärmeträger Sauerstoff
in einer MeEe enthalten, die zur Durchführung der Pyrolyse der schweren Harze bei
vorgegebenen Temperaturen ausreichend ist. Infolge der Pyrolyse der schweren Harze
werden flüchtige Bestandteile ausgeschieden und teilweise verbrannt, so daß die
Temperatur des gasförmigen Wärmeträgers ansteigt. Außerdem wird ein Restteil gebildet,
der einen heizkräftigen festen Brennstoff darstellt.
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Es ist praktisch, pyrogenetisches Wasser in den Strom des gasförmigen
Wärmeträgers einzuführen; dabei sind zuerst pyrogenetisches Wasser und dann schwere
Harze in Zufuhrrichtung des gasförmigen Wärmeträgers zuzuführen. Dadurch entfällt
die Notwendigkeit, pyrogenetisches Wasser vor seinem Ablassen in Wasserbeken zu
reinigen. Ferner ermöglicht das, die in pyrogenetischem Wasser aufgelösten organischen
Verbindungen mit Nutzen zu verarbeiten.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der ausführlichen Beschreibung
ihres Durchführungsbeispiels und einer Zeichnung erläutert, in der eine Anlage zur
thermischen Verarbeitung der Braunkohle schematisch dargestellt ist.
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Bei der Durchführung des Verfahrens zur thermischen VerarbeStung
der staubförmigen Braunkohle wird eine Anlage benutzt, die eine rammer 1 der ersten
Stufe der Erhitzung der Braunkohle enthält. Die Anlage besitzt einen für die Ausgangsbraunkohle
vorgesehenen Bunker 2, der durch einen Drehschemelzuteiler 3 mit der Kammer 1 verbunden
ist. An der Kammer 1 liegt tangential ein Stutzen 4 einer Einrichtung
(nicht
gezeigt)zur Zuführung des gasförmigen Wärmeträgers an, während für die Abführung
des abgenutzten gasförmigen Wärmeträgers in der Kammer 1 ein mit einem Zyklon gicht
gezeigt) verbundenes Rohr 5 koaxial angeordnet ist.
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Mit der Kammer 1 ist durch einen Zuteiler 6 eine Kammer 7 der zweiten
Stufe der Erhitzung der Braunkohle verbunden.
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An der Klammer 7 der zweiten Stufe der Erhitzung der Braunkohle ist
eine Einrichtung 8 zur Zufu1'rung des gasförmigen lErmeträgers angeschlossen, in
dessen Strom minderwertige Produkte zugeführt werden. Die Einrichtung 8 ist als
eine Rohrleitung 9 ausgebildet, die an der Kammer 7 der zweiten Stufe der Erhitzung
der Braunkohle tangential anliegt. Die Rohrleitung 9 besitzt eine Kammer 10 zur
Verbrennung eines Brenngases und zur Bildung eines Rauchgases, eine Kammer 11 mit
Düsen 12 zur Zuführung des pyrogenetischen Wassers und eine Kammer 13 mit Düsen
14 zur Zuführung von schweren Harzen. In der Kammer 10 ist ein Brenner 15 engeordnet,
der zur Verbrennung des mit Sauerstoff der Luft vermischten Brennstoffes dient.
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Zur Abführung des infolge der Hitze zerlegung der Braunkohle entstehenden
Dampfgasgemisches besitzt die Kammer 7 der zweiten Stufe der Erhitzung der Braunkohle
ein in dieser koaxial angeordnetes Rohr 16, das durch eine Rohrleitung mit einem
Zgklon(nicht gezeigt) verbunden ist. Zur Abführung des gewonnenen festen Produktes
aus der Kammer 7 der zweiten Stufe der Erhitzung der Braunkohle ist die letztere
mit
einem Drehschemelzuteiler 17 versehen ist.
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Es wird ein Verfahren zur thermischen Verarbeitung eines staubartigen
festen Brennstoffes vorgeschlagen, das lolgendermaßen durchgeführt wird.
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Die in Teilchen mit einer Größe unter 1 mm zerkleinerte und zur Vortrocknung
auf eine Temperatur von etwa 1100C erhitzte Braunkohle wird durch den Zuteiler 3
aus dem Bunker 2 in die rammer 1 der ersten Stufe der Erhitzung der Braunkohle zugeführt.
Zugleich- wird in die Kammer 1 durch den Stutzen 4 ein keinen ung-ebundenen Sauerstoff
enthaltender Wärmeträger in Form von Rauchgas zugeführt, das eine Temperatur von
minimal 5000C aufweist.
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Der in die Kammer 1 der ersten Stufe der Erhitzung der Braunkohle
tangential einströmende Wärmeträger nimmtTeilchen der staubförmigen Braunkohle mit.
Unter Einwirkung der Fllhehkraft und der Eigenmasse werden die Braunkohleteilchen
gegen die Wand der Kammer 1 geschleudert, wo sie sich im Wirbelstrom abwärts bewegen.
Durch die Wärmeableitung vom Wärmeträger wird die staubförmige Braunkohle auf eine
Temperasur von 200 bis 500°C erhitzt. Der abgenutzte auf eine Temperatur von etwa
3500C abgekühlte gasförmige Wärmeträger wird durch das Rohr 5 in den Zyklon (nicht
gezeigt) abgeführt. Im Zyklon erfolgt auf die bekannte Weise die Abschaidung des
durch den Wärmeträger mitgenommenen Teiles der staubförmigen Braunkohle, d.h. des
Blugstaubs vom Wärmeträger.
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Der Zuteiler 6 führt die zu verarbeitende Braunkohle aus der Kammer
1 der ersten Stufe der Erhitzung in die Eammer 7 der zweiten Stufe der Erhitzung
der Braunkohle zu.
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Zugleich wird zusammen mit der zu verarbeitenden Braunkohle in die
Kammer 7 der zweiten Stufe der Erhitzung durch die Einrichtung 8 der gasförmige
Wärmeträger zugeführt. Erfindungsgemäß werden dem durch Verbrennung eines Brennstoffes,
beispielsweise eines Gasas,und Bildung eines Rauchgase erzeugten gasförmigen Wärmeträger
minderwertige Produkte zugeführt. Das wird folgendermaßen durchgeführt.
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Ein Brenngas bzw. ein beliebiger anderer Brennstoff wird im Gemisch
mit der Luft dem Brenner 15 zugeführt. In der Kammer 10 erfolgt die Verbrennung
von mehr als 50% des Brenngases, und es bildet sich ein Sauerstoff der Luft enthaltender
gasförmiger Wärmeträger. Da in der Kammer fO, in der der Wärmeträger gebildet wird,
etwa 50% des Brennstoffes verbrennt, erreicht die Temperatur in dieser etwa 120000.
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Es ist zu berücksichtigen, daB die Regelung des Verbrennungs prozesses
und der Temperatur in der Klammer 10, in der der Wärmeträger gebildet wird, auf
dem üblichen Wege und mit den üblichen Mitteln vorgenommen wird, so daß sie tür
dia Fachleute des gegebenen Industriezweiges bekannt sind. Aus der Kammer 10, in
der der Wärmeträger gebildet wird, gelangt der gasförmige Wärmeträger in die Kaizwier
11 der Verarbeitung des pyrogenetischen Wassers. Gleichzeitig wird in den Strom
des
gasförmigen Wärmeträgers durch die Düsen 12 pyrogenetisches Wasser zugeführt. In
der Kammer 11 der Verarbeitung des pyrogenetischen Wassers finden die Wasserverdampfung
sowie die Oxydationspyrolyse der in diesem aufgelösten organischen Stoffe, insbesondere,
der Phenolharze -statt. Während der Pyrolyse der organischen Stoffe wird ein Teil
von. ihnen umgewandelt, ein Teil verbrennt, und ein Teil setzt sich als Kohlenstoff
auf den staubförmigen Teilchen des angefallenen Kokses ab. Im Ergebnis der Verarbeitung
das pyrogenetischen Wassers sinkt die Temperatur des gasförmigen Wärmeträgers auf
etwa 1000 0C. Der gasförmige Wärmeträger mit einer Temneratur von 10000C wird in
die Kammer 13 der Verarbeitung des schweren Harzes zugeführt. In die Kammer 13 werden
durch die Düsen 14 zerstäubte schtiere Harze kontinuierlich zugeführt.
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Dank der hohen Temperatur und des oxydierenden Mediums (der Strom
des gasförmigen Wärmeträgers enthält Sauerstoff) ilndet in der Kaminer 13 aie Orydationspyrolyse
des schweren H-arzes statt. Dabei kommt eine teilweise Konversion der- flüssigen
organischen Verbindungen zustande, und das Gas brennt weiter. Durch die Nachbrennung
des Gases und die teilweise Verbrennung der bei Zerlegung von schweren Harzen ausgeschiedenen
Brennstoffe steigt die Temperatur des Wärmeträgers auf 1500°C an. Der gasförmige
Wärmeträger mit infolge der thermi--sciie-n Verarbeitung des pyrogenetischen Wassers
und der schweren Harze angefallenen festen Teilchen gelangt in die Kammer 7 der
zweiten Stufe der Erhitzung der Braunkohle-. Nach dem Eintritt in
die
Kammer 7 der zweiten Stufe der Erhitzung geht der Sauerstoff des gasförmigen Wärmeträgers
eine Reaktion ein und der Wärmeträger vermischt sich mit der durch den Zuteiler
6 zugeführten Ausgangsbraunkohle. Die durch den Gasstrom gedrehten Teilchen der
Braunkohle passieren von der Mitte an die Peripherie der Kammer 7 den heißen gasförmigen
Wårmeträger.
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Indem der Wärmeträger seine warme der Ausgangsbraunkohle abgibt,
erhitzt er diese auf eine Temperatur von 500 bis 800°C, Dabei findet eine intensive
Hitzezerlegung der Braunkohle unter Bildung einer ein festes Produkt (Soks) als
staubförmige Teilchen und ein Dampfgasgemisch enthaltenden Dampfgassuspension statt.
Das gewonnene feste Produkt wird aus der Kammer 7 der zweiten Stufe der Erhitzung
der Braunkohle durch den Drehschemelzuteiler 17 abgeführt. Gleichzeitig wird das
gebildete Dampfgasgemisch durch das Rohr 16 in einen (nicht gezeigten) Zyklon abgefuhrt,
in dem es von festen Teilchen gereinigt wird. Das gereinigte Dampfgasge misch wird
in dem üblichen für den gegebenen Industriezweig Verfahren zur Kondensation für
die Gewinnung von wertvollen flüssigen Produkten und für die Absonderung von diesen
minderwertiger Produkte in Borm von schweren Harzen und pyrogenetischem Wasser geleitet,
Die infolge der thermischen Verarbeitung gewonnenen minderwertigen Produkte in Form
von schweren Harzen und pyrogenetischem Wasser werden entsprechend in die Kammer
11 und die Kammer 13 zur ihren Einführung in
den Strom des gasförmigen
Wärmeträgers geleitet.
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Beispiel Braunkohle mit 3500 kcal/kg Ifeizwert, etwa 32 bis 38% Feuchtegehalt,
8% Aschegehalt und 0,5» Schwefelgehalt wurc in Teilchen mit einer Größe unter 1
mm zerkleinert. Die zerkleinerte Braunkohle wurde zur fortrocknung-auf eine Temperatur
von 1100C vorgewärmt.
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Die auf solche Weise vorbereitete Braunkohle wurde in die rammer
1 der ersten Stufe der Erhitzung eingegeben, in der sie im Wirbelstrom durch einen
gasförmigen Wärmeträger in Form eines Rauchgases, das eine Temperatur von minimal
500°C aufweist erhitzt wurde. In Bruchteilen einer bei kunde, während einer Zeit
von etwa 0,3 s, wurde der BrennstX auf eine Temperatur von. 200 bis 5000C, d.h.
auf die Temperatur, bei der seine Hitzezerlegung beginnt, erhitzt. Bei einer solch
schnellen Erhitzung änderte sich praktisch die Zusammensetzung der Braunkohle nicht,
da sich aus einer Tonne des zu verarbeitenden Brennstoffes eine Masse von nur 20
kg ausgeschieden hat, die aus pyrogenetischem Wasser, Gas und Kohlenflugstaub besteht.
Von der erhitzten Kohle wurde der verbrauchte gasförmige Wärmeträger mit einer Tempe
ratur von etwa 35000 abgeschieden.
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Die auf eine Temperatur des Beginns der Hitzezerlegung erhitzte Braunkohle
wurde in die Kammer 7 der zweiten Stufe der Erhitzung des Brennstoffes geleitet
und uort mit dem gasförmigen Wärmeträger, dessen Temperatur etwa 1000°C beträgt,
erhitzt.
Während einer Zeit von 0,3 s wurde die Braunkohle auf eine Temperatur von 500 bis
8000C erhitzt Erfindungsgemäß wurde pro 1 t des zu verarbeitenden Brennstoffes dem
Strom des gasförmigen MErmeträgers, der pro 10 kg Brenngas 100 kg Luft enthielt,
50 kg pyrogenetischen Was sers zugeführt. Dabei fanden gleichzeitig mit der Verbrennung
des Gases des Wärmeträgers die Wasserverdampfung sowie die Ausscheidung und die
Oxydationspyrolyse der organischen im Wasser aufgelösten Stoffe statt. Obwohl für
die Wasserverdampfung im allgemeinen Ball etwa o00 kcal/kg aufgewendet werden, waren
im gegebenen Ball dank der Verbrennung der im pyrogenetischen Wasser aufgelösten
Phenolen für die Wasserdampfung nur 150 bis 200 kcal/kg erforderlich. AuBerdem bildete
sich bei der Hitzezerlegung von Phenolen ein fester Rückstcgd. In die Kammer 13
der Verarbeitung von schweren Harzen wurden dem Strom des gasförmigen Wärmeträgers
durch die Düsen 14 schwere Harze in einer Menge von 75 kg im zerstäubten Zustand
zugeführt. Dank der hohen lemperatur und dem oxydierenden Medium (im Strom des gasförmigen
Wärmeträgers war Sauerstoff der Luft enthaltend) fanden dabei die Pyrolyse des schweren
Harzes, die teilweise Konversion der flüssigen organischen Verbindungen und die
Verbrennung des Gases das Wärmeträgers statt. Infolge der Hit ze zerlegung des schweren
Harzes bildete sich ein fester Teil in Form von Koksteilchen. Dabei verbrannten
die ausgeschiedenen brennbare Verbindungen teilweise, so daß die Temperatur des
gasförmigen
Wärmeträgers auf eine Temperatur von etwa 15000C erhöht
wurde.
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Der die Produkte der Verarbeitung minderwertiger Stoffe der thermischen
Verarbeitung des Brennstoffes enthaltende Wärmeträger wurde in die Kammer 7 der
zweiten Stufe der Erhitzung zugeführt. In der Karanier 7 der zweiten Stufe der «erhitzung
wurde der Ausgangsbrennstoff mit dem gawonnenen gasförmigen Wärmeträger auf eine
Temperatur von 500 bis 8000C erhitzt, bei der sich der Brennstoff unter Bildung
einer ein festes Produkt in Form von staubförmigen Teilchen und ein Dampfgasgemisch
enthaltenden Da:iipfgassustension verlegte. Das Dampfgasgemisch (ein Teil wurde
zur Reinigung und Son.densation für die Gewinnung von Gas, wertvollen flüssigen
Produkten und für die Äbschneidung von minderwertigen Produkten in Form von schweren
Harzen und pyrogenetischem Wasser von diesen geleitet. Die gewonnenen minderwertigen
Produkte wurden in die Kammer 11 und 13 ihrer Verarbeitung zugeführt. Gleichzeitig
wurde das gewonnene feste Produkt durch den Zuteiler 17 aus der kammer 7 der zweiten
Stufe der Erhitzung des Brennstoffes ausgetragen.
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Es wurde festgestellt, daß infolge der Durchführung des erfindungsgemäBen
Verfahrens und zwar bei der Pyrolyse von schweren Harzen und pyrogenetischem Wasser
60 bis 80% festes Produkt, dh. 50 aus 75 kg schwere Harze erhalten wurden, ein ProduXt,das
eine Verbrennungswarme von 8200 bis 8400 kcal/kg aufweist und sich auf dem festen
Produkt der thermischen Verarbeitung des staubart igen festen Brennstoffes ablagert.
Das gewonnene Produkt enthält somit ein festes
Produkt der thermischen
Verarbeitllng des Brennstoffes und ein festes Produkt der Pyrolyse schwerer Harzen.
Da das erste erwähnte. Produkt eine Verbrennungswärme von etwa 6400 bis 670Q kcal/kg
und das zweite Produkt - von etwa 8200 bis 8400 kcal/kg hat, beträgt somit die gesamte
Verbrennungswärme etwa 6930 koalikg. Das ist um 230 kcal/kg höher, als die Verbrennungswärme
des im bekannten Verfahren gewonnenen Produktes, die 6400 bis 6700 kcal/kg beträgt.
Dabei erhöhte sich die Menge des gewonnenen festen teiles um 18%. Ferner ist noch
zu berücksichtigen, daß die Gewinnung des festen Produktes mit einer erhöhten Verbrennungswärme
ohne Zunahme des Energieverbrauchs, d.h. dank der Verbrennung von in den minderwertigen
Produkten enthaltenden brennbaren Verbindungen erzielt wurde.
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Im gegebenen Beispiel ist als der zu verarbeitende Brennstoff Braunkohle
angeführt. Einem Fachmann auf diesem Gebiet soll jedoch klar sein, daX als der zu
verarbeitende Stoff ein beliebiger Brennstoff gewählt werden kann Dabei werden gemäß
den bekannten Sorsermgen und mit den bekannten Mitteln die 'llemperat und zeitmäßigen
Bedingungen sowohl zur Verarbeitung des Ausgangsbrennstoffes, als auch zur Verarbeitung
von minderwertigen Produkten eingehalten.