DE2834091C2 - Verfahren zur thermischen Verarbeitung von staubförmiger Braunkohle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur destruktiven Verarbeitung von festen kohlenstoffhaltigen Stoffen, insbesondere Verfahren zur thermischen Verarbeitung von staubförmiger Braunkohle.

Die Erfindung kann in der energieerzeugenden und chemischen Industrie zur komplexen Erzeugung von kalorienreichen festen und synthetischen flüssigen Brennstoffen sowie von anderen gasförmigen und flüssigen Produkten, die danach zu technischen und chemischen Rohstoffen verarbeitet werden, erfolgreich verwendet werden.

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 schwerem Teer und Pyrolysewasser gewonnen werden.

Obwohl es bekannt ist, daß die Verbrennungswärme des schweren Teers 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 bei der Verwendung des schweren Teers sind auf seinen physikalischen Zustand zurückzuführen, da es eine zähe plastische Masse ist, die für die Förderung in Rohrleitungen zu zähflüssig und die Verladung und Beförderung mit Transportmitteln zum Verbraucher zu wenig fest ist. Soll der schwere Teer als flüssiger Kesselbrennstoff verwertet werden, ist er in den flüssigen Zustand durch Erwärmung überzuführen, was natürlich zusätzliche Investitionen und Betriebskosten erfordert. Aber auch in diesem Fall bleibt das Problem des Transports des schweren Teers zum Verbraucher.

Das durch die thermische Verarbeitung des Brennstoffes erhaltene Produkt mit einer Verbrennungswärme von 8400 kcal/kg kann somit als Brennstoff praktisch nicht genutzt werden.

Infolge der Verminderung der natürlichen Energiequellen in der Welt und der wachsenden Notwendigkeit der Verarbeitung von minderwertigen Brennstoffen in großen Mengen wird das Problem der Verwertung des schweren Teers immer aktueller.

Bekannt ist ein Verfahren zur thermischen Verarbeitung von staubfönniger Braunkohle (SU-PS 3 35 257), das eine erste Stufe der Erwärmung der Braunkohle mit einem gasförmigen Wärmeträger während einer Zeit unter 1 s auf eine Temperatur von 200 bis 500⁰C mit anschließender Abtrennung des Wärmeträgers vom Brennstoff, eine zweite Stufe der Erwärmung der Braunkohle während einer Zeit unter 1 s mit einem

ίο gasförmigen Wärmeträger auf eine Temperatur von 500 bis 800⁰C unter starker thermischer Zersetzung und Bildung einer Dampfgassuspension, die einen Fest- und einen Dampfgasanteil enthält und die Kondensierung des Dampfgasanteils zur Gewinnung von Gas, wertvollen flüssigen Produkten und Abscheidung der minderwertigen Produkte in Form von schwerem Teer und Pyrolysewasser umfaßt

Bei diesem Verfahren fällt neben anderen wertvollen Produkten auch schwerer Teer an, der bisher nicht genutzt werden konnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zur thermischen Verarbeitung der staubförmigen Braunkohke zu entwickeln, das bei gleichem Energieaufwand wie im bekannten Verfahren die Gewinnung des festen Produktes mit einer Verbrennungswärme gewährleistet die höher als beim festen Produkt ist, das nach dem bekannten Verfahren erhalten wird.

Die gestellte Aufgabe wird wie aus dem vorstehenden Anspruch ersichtlich gelöst.

Dabei soll der gasförmige Wärmeträger Sauerstoff in einer Menge enthalten, die zur Durchführung der Pyrolyse des schweren Teers bei den vorgegebenen Temperaturen ausreichend ist. Infolge der Pyrolyse des schweren Teers werden flüchtige Bestandteile ausgeschieden und teilweise verbrannt, so daß die Temperatur des gasförmigen Wärmeträgers ansteigt. Außerdem wird ein Festteil gebildet, der einen festen Brennstoff von hoher Wärmekapazität darstellt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der ausführlichen Beschreibung ihrer Durchführung und einer Zeichnung erläutert, in der eine Anlage zur thermischen Verarbeitung der Braunkohle schematisch dargestellt ist.

a 5 Bei der Durchführung des Verfahrens zur thermischen Verarbeitung der staubförmigen Braunkohle wird eine Anlage benutzt, die eine Kammer 1 für die erste Stufe der Erwärmung 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 die Kammer 1 schließt sich tangential ein Stutzen 4 einer nicht gezeigten Vorrichtung zur Zufuhr des gasförmigen Wärmeträgers an. Für die Abführung des verbrauchten gasförmigen Wärmeträgers in die Kammer 1 ist ein mit einem nicht gezeigten Zyklon verbundenes Rohr 5 koaxial angeordnet. Mit Kammer 1 ist durch einen Zuteiler 6 eine Kammer 7 einer zweiten Stufe der Erwärmung der Braunkohle verbunden. An Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe ist eine Vorrichtung 8 zur Zufuhr des gasförmigen Wärmeträgers angeschlossen, dessen Strom minderwertige Produkte zugeführt werden. Die Vorrichtung 8 ist als Rohrleitung 9 ausgebildet, die der Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe tangential anliegt. Die Rohrleitung 9 besitzt eine Kammer 10 zur Verbrennung des Brenngases und zur Bildung des Rauchgases, eine Kammer 11 mit Düsen 12 zur Zufuhr des Pyrolysewassers und eine Kammer 13

mrt Düsen 14 zur Zufuhr des schweren Teers. In Kammer 10 ist ein Brenner 15 angeordnet, der zur Verbrennung des mit Luftsauerstoff vermischten Brennstoffes dient

Zur Abführung des infolge der the/mischen Zersetzung der Braunkohle entstehenden Dampfgasgemisches besitzt die Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe ein in dieser koaxial angeordnetes Rohr 16, das durch eine Rohrleitung mit dem nicht gezeigten Zyklon verbunden ist Zur Abführung des gewonnenen festen Produktes aus der Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe ist die letztere mit einem Drehschemelzuteiler 17 versehen.

Es wird ein Verfahren zur thermischen Verarbeitung eines staubförmigen festen Brennstoffes vorgeschlagen, das folgendermaßen durchgeführt wird:

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 Kammer 1 der ersten Erwärmungsstufe der Braunkohle zugeführt Zugleich wird der Kammer 1 durch den Stutzen 4 ein keinen nichtgebundenen Sauerstoff enthaltender Wärmeträger in Form von Rauchgas zugeführt, das eine Temperatur von mindestens 500⁰C aufweist

Der in die Kammer 1 der ersten Erwärmungsstufe tangential einströmende Wärmeträger reißt Teilchen der staubförmigen Braunkohle mit sich. Unter Einwirkung der Fliehkraft 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 Temperatur von 200 bis 500⁰C erhitzt. Der verbrauchte, auf eine Temperatur von etwa 35O⁰C abgekühlte gasförmige Wärmeträger wird durch das Rohr 5 in den nicht gezeigten Zyklon abgeführt. Im Zyklon erfolgt auf die bekannte Weise die Abscheidung des durch den Wärmeträger mitgerissenen Anteils der staubförmigen Braunkohle, d. h.des Flugstaubs vom Wärmeträger.

Der Zuteiler 6 leitet die zu verarbeitende Braunkohle aus Kammer 1 der ersten Erwärmungsstufe in Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe. Zugleich wird zusammen mit der zu verarbeitenden Braunkohle in Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe durch die Vorrichtung 8 der gasförmige Wärmeträger zugeführt. Erfindungsgemaß werden dem durch Verbrennung eines Brennstoffes, beispielsweise eines Gases, und Bildung eines Rauchgases erzeugten gasförmigen Wärmeträger minderwertige Produkte zugeführt. Das wird folgendermaßen durchgeführt:

Ein Brenngas bzw. ein beliebiger anderer Brennstoff wird im Gemisch mit Luft dem Brenner 15 zugeführt. In Kammer 10 erfolgt die Verbrennung von mehr als 50% des Brenngases, und es bildet sich ein Luftsauerstoff enthaltender gasförmiger Wärmeträger. Da in Kammer 10, in der der Wärmeträger gebildet wird, etwa 50% des Brennstoffes verbrennen, erreicht die Temperatur in dieser etwa 1200⁰C. Es ist zu berücksichtigen, daß die Regelung des Verbrennungsprozesses und der Temperatur in Kammer 10, in der der Wärmeträger gebildet wird, auf dem üblichen Wege und mit den üblichen Mitteln, die dem Fachmann des angegebenen Industriezweiges bekannt sind, vorgenommen wird. Aus Kammer 10, in der der Wärmeträger gebildet wird, gelangt der gasförmige Wärmeträger in Kammer U der μ Verarbeitung des Pyrolysewassers. Gleichzeitig wird dem Strom des gasförmigen Wärmeträgers durch die Düsen 12 Pyrolysewasser zugeführt. In Kammer 11 der Verarbeitung des Pyrolysewassers 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 staiutbförmigen Teilchen des angefallenen Kokses ab. Durch die Verarbeitung des Pyrolysewassers sinkt die Temperatur des gasförmigen Wärmeträgers auf etwa 100O⁰C. Der gasförmige Wärmeträger mit einer Temperatur von 1000⁰C wird der Kammer 13 der Verarbeitung des schweren Teers zugeführt Der Kammer 13 werden durch die Düsen 14 zerstäubter schwerer Teer zugeführt Dank der hohen Temperatur und des oxydierenden Mediums (der Strom des gasförmigen Wärmeträgers enthält Sauerstoff) findet in der Kammer 13 die Oxydationspyrolyse des schweren Teers statt Dabei kommt es zu einer teilweisen Konversion der flüssigen organischen Verbindungen, und das Gas brennt weiter. Durch das Nachbrennen des Gases und die teilweise Verbrennung der bei der thermischen Zersetzung des schweren Teers abgetrennten Brennstoffe steigt die Temperatur des Wärmeträgers auf 1500⁰C an. Der gasförmige Wärmeträger mit den infolge der thermischen Verarbeitung des Pyrolysewassers und des schweren Teers angefallenen festen Teilchen gelangt in Kammer 7 der zweiten Stufe der Erwärmung der Braunkohle. Nach dem Eintritt in Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe 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 verwirbelten Braunkohleteilchen gelangen von der Mitte aus zur Peripherie der Kammer 7 durch den heißen gasförmigen Wärmeträger hindurch.

Indem der Wärmeträger seine Wärme der Ausgangsbraunkohle abgibt, erhitzt er diese auf eine Temperatur von 500 bis 800⁰C. Dabei findet eine starke thermische Zersetzung der Braunkohle unter Bildung einer ein festes Produkt (Koks) als Staubteilchen und ein Dampfgemisch enthaltenden Dampfgassuspension statt. Das gewonnene feste Produkt wird aus Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe durch den Drehschemelzuteiler 17 abgeführt. Gleichseitig wird das gebildete Dampfgasgemisch durch das Rohr 16 in einen nicht gezeigten Zyklon abgeführt, in dem es von festen Teilchen gereinigt wird. Dias gereinigte Dampfgasgemisch wird nach dem in dem angegebenen Industriezweig üblichen Verfahren der Kondensation zur Gewinnung von wertvollen flüssigen Produkten und Abtrennung der minderwertigen Produkte in Form von schwerem Teer und Pyrolysewasser zugeführt. Die durch die thermische Verarbeitung gewonnenen minderwertigen Produkte in Form von schwerem Teer und Pyrolysewasser werden den Kammern 11 und 13 zu ihrer Aufnahme in dem Strom des gasförmigen Wärmeträgers zugeführt.

B e i s f ι i e 1 1

Braunkohle mit einem Heizwert von 3500 kcal/kg, etwa 32 bis 38% Feuchtegehalt, 8% Aschegehalt und 0,5% Schwefelgehalt wurde in Teilchen mit einer Größe •inter I mm zerkleinert. Die zerkleinerte Braunkohle wurde zur Vortrocknung auf eine Temperatur von 110°C vorgewärmt.

Die aufbereitete Braunkohle wurde der Kammer 1 der ersten Erwärmungsstule zugeführt, in der sie im

Wirbelstrom durch einen gasförmigen Wärmeträger in Form eines Rauchgases, das eine Temperatur von mindestens 500°C aufwies, erhitzt wurde. Während etwa 0,3 s wurde der Brennstoff auf eine Temperatur von 200 bis 500⁰C, d. h. auf die Temperatur, bei der seine thermische Zersetzung beginnt, erhitzt. Bei einer solche schnellen Erwärmung ändert sich praktisch die Zusammensetzung der Braunkohle nicht, da sich aus einer Tonne des zu verarbeitenden Brennstoffes eine Masse von nur 20 kg ausscheidet, die aus Pyrolysewasser, Gas und Kohlenflugstaub besteht. Von der erhitzten Kohle wurde der verbrauchte gasförmige Wärmeträger mit einer Temperatur von etwa 350° C abgetrennt.

Die auf die Temperatur des Beginns der thermischen Zersetzung «.rhitzte Braunkohle wurde in Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe geleitet und dort mit dem gasförmigen Wärmeträger, dessen Temperatur etwa 1000⁰C betrug, erhitzt. Während 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 Wärmeträgers, der pro 10 kg Brenngas 100 kg Luft enthielt 50 kg Pyrolysewasser zugeführt Dabei fanden gleichzeitig mit der Verbrennung des Gases des Wärmeträgers die Wasserverdampfung sowie die Ausscheidung und die Oxydationspyrolyse der organischen im Wasser gelösten Stoffe statt Obwohl für die Wasserverdampfung im allgemeinen etwa 600 kcal/kg erforderlich sind, waren im vorliegenden Fall dank der Verbrennung der im Pyrolysewasser gelösten Phenole für die Wasserverdampfung nur 150 bis 200 kcal/kg erforderlich. Außerdem bildete sich bei der thermischen Zersetzung von Phenolen ein fester Rückstand. Der Kammer 13 für die Verarbeitung von schweren Teeren wurden im Strom des gasförmigen Wärmeträgers durch die Düsen 14 schwere Teere in einer Menge von 75 kg im zerstäubten Zustand zugeführt Dank der hohen Temperatur und dem oxydierenden Medium (im Strom des gasförmigen Wärmeträgers war Luftsauerstoff enthalten) kam es dabei zur Pyrolyse des schweren Teers, zu einer teilweisen Konversion der flüssigen organischen Verbindungen und zur Verbrennung des Gases des Wärmeträgers. Infolge der thermischen Zersetzung des schweren Teers bildete sich eine schwere Fraktion in Form von Koksteilchen. Dabei verbrannte die ausgeschiedenen brennbaren Verbindungen teilweise, so daß die Temperatur des gasförmigen Wärmeträgers auf eine Temperatur von etwa 1500⁰C stieg.

Der die Produkte der Verarbeitung minderwertiger Stoffe der thermischen Verarbeitung des Brennstoffes enthaltende Wärmeträger wurde der Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe zugeführt. In Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe wurde der Ausgangsbrennstoff mit dem gewonnenen 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 Dampfgassuspension zersetzte. Das Dampfgasgemisch (ein Teil) wurde der ίο Reinigung und Kondensation zur Gewinnung von Gas, wertvollen flüssigen Produkten und Abscheidung von minderwertigen Produkten in Form von schwerem Teer und Pyrolysewasser zugeführt Die gewonnenen minderwertigen Produkte wurden zwecks Verarbeitung der Kammer 11 und 13 zugeführt. Gleichzeitig wurde das gewonnene feste Produkt durch den Zuteiler 17 aus der Kammer 7 der zweiten Erwärmungsstufe ausgetragen. Es wurde festgestellt, daß bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar bei der Pyrolyse von schwerem Teer und Pyrolysewasser festes Produkt und zwar 50 bzw. 75 kg schwerer Teer erhalten wurde, ein Produkt, das eine Verbrennungswärme von 8200 bis 8400 kcal/kg aufweist und sich auf dem festen Produkt der thermischen Verarbeitung des staubartigen festen Brennstoffes ablagert. Das gewönne Produkt enthält somit ein festes Produkt der thermischen Verarbeitung des Brennstoffes und ein festes Produkt der Pyrolyse schwerer Harze. Da das zuerst erwähnte Produkt eine Verbrennungswärme von etwa 6400 bis 6700 kcal/kg und das zweite Produkt von etwa 8200 bis 8400 kcal/kg hat beträgt somit die gesamte Verbrennungswärme etwa 6930 kcal/kg.

Das ist um 230 kcal/kg mehr als bei dem nach dem bekannten Verfahren gewonnenen Produkt Dabei erhöhte sich die Menge an der gewonnenen Festfraktion um 18%. Ferner ist noch zu berücksichtigen, daß die Gewinnung des Festproduktes mit einer erhöhten Verbrennungswärme ohne Zunahme des Energieverbrauchs, d.h. dank der Verbrennung von in den minderwertigen Produkten enthaltenen brennbaren Verbindungen erzielt wurde.

Im vorliegenden Beispiel ist als der zu verarbeitende Brennstoff Braunkohle angeführt Einem Fachmann auf diesem Gebiet muß jedoch klar sein, daß als der zu « verarbeitende Stoff ein beliebiger Brennstoff gewählt werden kann. Dabei sind gemäß den bekannten Forderungen und Mitteln sowohl bei der Verarbeitung des Ausgangsbrennstoffes, als auch bei der Verarbeitung von minderwertigen Produkten mäßige Temperatür- und Zeitbedingungen einzuhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur thermischen Verarbeitung von staubförmiger Braunkohle, das eine erste Stufe der Erwärmung der Braunkohle durch einen gasförmigen Wärmeträger während einer Zeit unter 1 s auf eine Temperatur von 200 bis 500⁰C mit anschließender Abscheidung des Wärmeträgers von der Braunkohle, eine zweite Stufe der Erwärmung der Braunkohle durch den gasförmigen Wärmeträger während einer Zeit unter 1 s auf eine Temperatur von 500 bis 800⁰C, unter starker thermischer Zersetzung unter Bildung einer einen festen Anteil und einen Dampfgasanteil enthaltenden Dampfgassuspension und die Kondensation des Dampfgasanteils zur Gewinnung von Gas, wertvollen flüssigen Produkten und Abscheidung der minderwertigen Produkte in Form von schwerem Teer und Pyrolysewasser einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß man in der zweiten Erwärmungsstufe dem Strom des Luftsauerstoff enthaltenden gasförmigen Wärmeträgers schwere Teere zwecks Pyrolyse derselben in zerstäubtem Zustand zuführt