DE2901721C2

DE2901721C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen eines ein verdampfungsfähiges Material enthaltenden Feststoffmaterials

Info

Publication number: DE2901721C2
Application number: DE2901721A
Authority: DE
Inventors: Owen Edward Camberwell Victoria Potter
Original assignee: MONASH UNIVERSITY CLAYTON VICTORIA AU
Current assignee: MONASH UNIVERSITY CLAYTON VICTORIA AU
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1979-01-17
Publication date: 1986-06-19
Also published as: GB2099564B; GB2099564A; DD142085A5; AU4297178A; CA1128747A; CA1133245A; AU574328B2; GB2014289A; PL213292A1; AU529971B2; AU1782483A; DE2901721A1; GB2014289B; FR2417068A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines ein verdampfungsfähiges Material enthaltenden Feststoffmaterials, insbesondere wasserhaltige Braunkohle, in einer Einrichtung, bestehend aus zumindest einem ersten Wirbelbettgehäuse, dem das Feststoffmalerial zugeführt wird, um in ihm unter Einsatz eines aufwirbelnden Mediums ein Wirbelbett zu bilden, in dem das verdampfungsfähige Material durch Erwärmung des Wirbelbettes aus dem Feststoffmaterial ausgetrieben wird und das verdampfungsfähige Material sowie das Feststoffmaterial getrennt aus dem Wirbelbcttgehäuse abgeführt werden. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Verbrennung von Kohle zur Energieerzeugung wird durch den hohen Feuchtigkeitsgehalt der Kohle negativ beeinflußt. Dies ist insbesondere bei Braunkohle der Fall, die häufig einen Gehalt von 1 kg Wasser pro 'Λ kg Trockcnkohle aufweist und daher bei der Verbrennung besondere Schwierigkeiten bereitet. Die Leistungsfähigkeit von einem Feuerkessel läßt sich deshalb dadurch erhöhen, daß anstelle von Rohkohle im wesentlichen nur trockene Kohle verbrannt wird.

Zum Trocknen von Baunkohle vor der Verbrennung ist die Verwendung von heißen Verbrennungsgasen oder Luft bekannt, die durch Dampf oder heiße Gase erhitzt wurden und wobei man das Gas über oder durch die in tcilehenförmiger Konfiguration vorliegende Braunkohle bläsi oder führt. Dieses Trocknungsverfahren bietet jedoch keine Vorteile gegenüber der Verbrennung von Rohkohle, da der ausgetriebene Dampf sich mit dem Gas vermischt. Die Gas/Dampfmischung wird lediglich zur Atmosphäre abgeführt, wobei ihr Energiegehalt verlorengeht, da es nicht wirtschaftlich ist, die Energie rückzugewinnen oder anderweitig zu verwenden. Außerdem ist dieses Trocknungsverfahren gefährlich.

Aus der gattungsbildenden US-PS 32 38 634 ist ein mehrstufiges Trocknungsverfahren für Feststoffmaterial sowie eine entsprechende Einrichtung bekannt. Hierbei sind zwei miteinander verbundene Trocknungsbehälter vorgesehen. Das teilchenförmige Feststoffmaterial wird mit Hilfe eines Gasgemisches in den unteren Bereich des ersten Trocknungsbehälters eirgebracht und in diesem ein Wirbelbett gebildet, wobei das Gasgemisch zugleich als Trocknungs- und Wirbelmedium dient. An dem oberen Teil des Trocknungsbehälters abgeführt, gelangt das halbtrockene Feststoffmaterial in den unteren Bereich des zweiten Trocknungsbehälters, in dem ebenfalls von unten her ein trocknendes und das Feststoffmaterial aufwirbelndes Gas geleitet ist. Als Trocknungs- und Wirbelgas kann einmal ein ohnehin zur Verfugung stehendes, industrielles Abgas verwendet werden, dem zur Beeinflussung der Temperatur und/oder der Zusammensetzung ein spezielles Heizgas, wie ■/.. B. Luft. Dampf oder Kohlendioxid, von einer externen Energiequelle zugemischt ist, zum anderen sind auch diese Heizgase für sich, oder es sind andere Verbrennungsgase einsetzbar.

Gemäß einer Ausführungsform nach F i g. 2 dieses bekannten Verfahrens ist es auch vorgesehen, das Abgas eines Trocknungsbehälters, das auch das von dem Feststoffmaterial getrennte, verdampfungsfähige Material einer Trocknungsstufe enthält, zu dem Heizgasstrom für einen benachbarten Trocknungsbehälter hinzuzufügen.

Das bekannte Verfahren weist insofern Nachteile auf, als es nötig ist, zu jedem Trocknungsbehälter ein Heiz- und Wirbelgas von einer äußeren Energiequelle herauszuführen, sowie ein besonderes Augenmerk darauf zu verwenden, daß es innerhalb der Trocknungsbehälter nicht zur Bildung explosibler Feststoff-Gas-Gemische kommt. Es ist außerdem in den Fällen ungeeignet, in denen eine \'ermischung des aus dem Feststoffteilchen verdampften Materials mit dem Heiz- und Wirbelmedium vermieden werden soll.
Aus der DE-AS 12 37511 ist es bekannt, vor dem Trocknungsprozeß Kohlepartikel in einem Wirbelschichtsichter in eine Grob- und Feinfraktion aufzuspalten und anschließend die Grobfraktion in einem einzigen Trockner 60 mit Hilfe der Feinkohlefraktion als Verbrennungsgut in einem direkt geheizten Wirbelbett zu trocknen.

Bei dieser Lösung steht die Abscheidung der staubförmigen Kohle im Vordergrund. Der spätere Trocknungsprozeß für den nassen Grobkohleteil in einem Trockner hat den Nachteil einer offenen Verbrennungsanlage im unteren Bereich des Trockners, wodurch die Gefahr der explosionsartigen Entzündung eines Kohle-Luft-Gemisches gegeben ist. Außerdem muß dem Trockner zusätzliches Trägergas zur Gewährleistung des Verbrennungsprozesses für die Erzeugung eines Heizgases als Trocknungs- und Wirbelmedium zugeführt werden.

Schließlich ist aus der US-PS 37 39 743 ein Wirbelbett-Trockner bekannt, der im Rahmen einer Kohlenverkokung einsetzbar ist und einerseits der Trocknung von Kohlepartikeln in einem Wirbelbett und andererseits der Entschwefelung der Kohle dient. Hierbei wird dem Trockner Dampf und/oder ein inertes Gas als aufwirbelndes und zugleich als Heizmedium zugeführt, außerdem ist eine Regulierung Wirbelbettemperatur durch ebenfalls mit Dampf gespeiste, im Wirbelbett befindliche Heizkörper vorgesehen, die zu einer weiteren Trocknung der Kohlepartikel beitragen.

Auch in dieser Lösung wurden zusätzliche, nicht unmittelbar dem Trocknungsprozeß zugehörige Energiequellen und Versorgungsleitungen zur Bildung des Wirbelbetts benötigt, außerdem bedingt die vollständige Trocknung der Kohle in dem einen Trockner relativ hohe Verweilzeiten für die in dem Trockner eingebrachten Kohlepartikel.

In der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P 29 01 723.0 wird im Detail ein Verfahren zum Trocknen von einem Feststoffmaterial beschrieben, das ein verdampfungsfähiges Material enthält und bei dem ein das Feststoffmaterial enthaltendes Wirbelschichtbett vorgesehen ist, wobei das aufwirbelnde oder fluidisierende Medium das verdampfungsfähige Material in Dampfform ist und das Wirbelbett indirekt erhitzt wird, so daß das verdampfungsfähige Material aus dem teilchenförmigen Material zur weiteren Verwendung entfernt wird. Die Temperatur des Wirbelschichtbettes liegt dabei im wesentlichen unterhalb der Zersetzungstemperatur des Feststoffmaterials, so daß der aus dem Wirbelschichttrockner abgeführte Dampf im wesentli-

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chen ohne Verunreinigung durch andere gasförmige Stoffe nur aus dem verdampfungsfähigen Material besteht.

Gegenstand der vorerwähnten Patentanmeldung ist insbesondere das Trocknen von Braunkohle für die Verarbeitung in Elektrizitätswerken, wobei die Braunkohle das brennbare Material darstellt, das zur Erzeugung von Wärme verbrannt wird. Die Wärme dient zur Umwandlung von Wasser in Dampf, mit dem Elektrizität erzeugende Turbinen angetrieben werden. Die dortige Lösung ist jedoch allgemein dann anwendbar, wenn es gilt, verdampfungsfähiges Material aus einem Feststoffmaterial auszutreiben. Zum Beispiel läßt sich das Verfahren nach dieser Erfindung zur Entfernung von Lösungsmitteln aus teilchenförmigen Katalysatormaterialien, wie sie für industrielle Prozesse verwendet werden, einsetzen. Da das aufwirbelnde Medium das verdampfungsfähige Material, in diesem Fall das Lösungsmittel, ist und die Erwärmungstemperatur des Feststoffmaterials praktisch unterhalb dessen Zersetzungstemperatur bleibt, wird dieses Lösungsmittel nicht mit anderen aufwirbelnden Gasen verunreinigt und kann ohne weiteres für die weitere Verwendung erneut rückgeführt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Trocknungsverfahren der im Oberbegriff des neuen Hauptanspruchs angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem eine optimale Ausnützung der Prozeßwärme des Trocknungsvorgangs erfolgt, auf verfahrensunabhängige Versorgungsquellen zur Fluidisierung des Feststoffmaterials weitgehend verzichtet werden kann, die Entstehung gefährlicher Feststoff-Gas-Gemische ausgeschlossen ist und eine wesentlich einfachere Weiterverwendung des verdampften Materials als bisher möglich ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden Teil des neuen Anspruchs 1 gelöst.

Diese Lösung ist insofern besonders vorteilhaft, als sie eine größtmögliche Wirksamkeit einer einmal zugeführten Trocknungswärmemenge und eine sichere Verfahrensführung gewährleistet sowie auf die Zuführung eines Wirbel- und Heizmediums von nicht mit dem Verfahren verknüpfbaren Energiequellen weitgehend verzichtet werden kann. Außerdem ist eine Verunreinigung des verdampften Materials durch ein Wirbelmedium ausgeschlossen, ein Umstand, der z. B. bei der Entfernung von Lösungsmitteln aus Katalysatoren für die Wiederverwendung der Lösungsmittel von Bedeutung ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher bei einem Trocknen in mehreren Stufen oder für eine mechanische Dampfrekompression anwendbar.

Eine Trocknungsvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens verwendet gemäß Anspruch 14 eine Mehrzahl von Wirbelbetteinrichtungen mit je einem Gehäuse, einer Einrichtung zum Zuführen des teilchenförmigen, das verdampfungsfähige Material enthaltenden Materials zum jeweiligen Gehäuse, um darin ein Wirbelbett auszubilden, einer Einrichtung zum Entfernen des teilchenförmigen Materials mit verringertem Gehalt an verdampfungsfähigem Material aus dem Gehäuse, einer Einrichtung zum Entfernen des aus dem teilchenförmigen Material ausgetriebenen verdampfungsfähigen Materials aus dem Gehäuse. Erfindungsgemäß ist falkultativ eine Einrichtung zum Einführen von Trägerdampf zum Wirbelbett und eine Einrichtung zum indirekten Erwärmen des Wirbelbettes vorgesehen.

Dies wird durch zumindest einen Heizkörper innerhalb jedes Wirbelbettgehäuses gebildet. Außerdem sind zwischen den Wirbelbettgehäusen Führungsleitungen zum Transport des verdampften Materials zu dem Hei/.körper des nächstfolgenden Wirbelbettgehäuses oder zu einem, diesem vorgeschalteten Dampfgenerator angeordnet. Ein Beispiel für ein Glied einer solchen Vorrichtung wird im Detail in der vorerwähnten Patentanmeldung P 29 01 723.0 beschrieben.

ίο Die Erfindung ist für das Trocknen von teilchenförmigen! Material anwendbar, wobei das teilchenförmige Material das Wirbelbett ohne Vorsehen von anderen Feststoffpartikeln bildet. Sie ist ferner auf das Trocknen von klumpenförmigem Material anwendbar, bei dem das Wirbelbett ein anderes teilchenförmiges Material enthält, welches das aufwirbelnde Materia! darstellt, wobei das klumpenförmige Material in das Wirbelbett eingegeben wird. Das Trocknen von klumpenförmigem Material wird im Detail ebenfalls in der besagten Patentanmeldung P 29 01 723.0 beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das Trocknen von teilchenförmigen Material näher erläutert, doch versteht es sich, daß sie ebenso gut für das Trocknen von klumpenförmigem Material eingesetzt werden kann.

Die Erfindung sieht gemäß einer Lösung ein Mehrstufen-Verfahren zum Trocknen von einem teilchenförmigen, ein verdampfungsfähiges Material enthaltenden Material vor, welches das Vorsehen von wenigstens einem ersten und einem zweiten Wirbelbett aus dem teilchenförmigen Material umfaßt, wobei das Wirbelmcdium das verdampfungsfähige Material in Dampfform darstellt und das Wirbelbett indirekt erhitzt wird, wodurch das verdampfungsfähige Material aus dem lcilchenförmigen Material entfernt wird, wobei das erste Wirbelbett unter einem größeren Druck als das zweite Wirbelbett steht und das verdampfungsfähige, aus dem teilchenförmigen Material im ersten Wirbelbett entfernte Material verwendet wird, um indirekt das zweite Wirbelbett zu erhitzen.

Erfindungsgemäß ist weiter eine Wirbelbett-Trocknungsvorrichtung vorgesehen, die aufweist: wenigstens ein erstes und ein zweites Wirbelbettgehäuse, eine Einrichtung zum Zuführen des das verdampfungsfähige Material enthaltenden teilchenförmigen Materials zu jedem Gehäuse, um das Bett zu bilden, eine Einrichtung zum Entfernen des teilchenförmigen Materials mit verringertem Gehalt an verdampfungsfähigem Material aus jedem Gehäuse, eine Einrichtung zum Entfernen des aus dem teilchenförmigen Material ausgetriebenen verdampfungsfähigen Materials aus dem Gehäuse und eine Einrichtung zum indirekten Erhitzen von jedem Wirbelbett, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um das verdampfungsfähige, aus dem ersten Wirbelbett ausgetriebene Material für die Zufuhr von Wärme zur indirekten Heizeinrichtung des zweiten Wirbelbettes zu verwenden.

Wenn erfindungsgemäß zwei in Reihe geschaltete Stufen vorliegen, kann in der Praxis 0,45 kg Dampf unter Berücksichtigung von Wärmeverlusten wenigstens 0,71 kg Wasser verdunsten und wenn drei Stufen vorliegen, kann die Verdunstung wenigstens 0,84 kg Wasser ausmachen. Die Feststoffe können in bezug auf den Dampf in Gleich-, Gegen- oder Querströmung geführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter besondere Bezugnahme auf das Trocknen von Kohle beschrieben, doch läßt sie sich ebensogut auf das Trocknen von andc-

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reu teilchenförmigen Materialien anwenden.

Bei einem Gleichstromsystem wird die Kohle einer Einrichtung zugeführt, um sie in ein Wirbelbett einzugeben. Bei einer solchen Einrichtung kann es sich um einen Schließtrichter handeln, wo die Kohle auf den Druck von einem ersten Hochdruckwirbelbett druckbeaufschlagt wird. Die Kohle in teilchenförmiger Gestalt wird in das erste Wirbelbett eingeführt und erfährt dort eine teilweise Trocknung. Die teilweise getrocknete Kohle wird dann ein oder mehreren Niederdruckwirbelbetten zugeführt, in denen der Druck nacheinander abnimmt. Nach Austritt aus dem letzten Wirbelbett der Reihe ist die Kohle ausreichend für die Weiterverwendung getrocknet und gelangt in einen Speicher oder einen Feuerkessel. Der im ersten Hochdruckwirbelbett erzeugte Dampf wird gewöhnlich durch Zyklone gereinigt und den Trocknerrohren des nächsten Wirbelbettes in der Reihe zugeführt. Dieser Prozeß wiederholt sich bei jedem Wirbelbett in der Reihe.

Sollten sich Kohlepartikel an den Heizflächen ansammeln, kann das Kondensat gefiltert und intermittierend oder kontinuierlich auf die Heizfläche gesprüht werden. Kohle und Dampf bewegen sich auf parallelen Wegen in die gleiche Richtung.

Beim Gegenstromsystem wird die Kohle zunächst einem Niederdruckwirbelbett zugeführt, wo sie eine teilweise Trocknung erfährt, und dann auf das nächste Wirbelbett in der Reihe mit höherem Druck überführt. Der Dampf wird zunächst in die Trocknerrohre der Hochdruckstufe eingeführt. Der Dampf von der Hochdruckstufe gelang! zur nächsten Stufe mit niedrigem Druck usw. Somit bewegen sich Dampf und Kohle auf parallelen Wegen in entgegengesetzten Richtungen.

In Fällen, wo die getrocknete Kohle unterschiedlichen Verwendungen, z. B. für die Verbrennung zur Energieerzeugung und Herstellung von flüssigen Treibstoffen zugeführt wird, kann ein Querstromsystem verwendet werden. Ein solches System kann erwünscht sein, wenn teilweise getrocknete Materialien nicht gut fluidisieren, während voll oder annähernd vollständig getrocknete Materialien eine gute Fluidisierung ermöglichen. In diesem Fall folgt der Dampf wie zuvor einem Weg von der Hoch- zur Niederdruckstufe. Die Kohle wird kontinuierlich jeder Stufe zugeführt. Daher wird von der Hochdruckstufe trockene Kohle mit hoher Temperatur und von den Stufen mit niedrigerem Druck Kohle mit entsprechend niedrigeren Temperaturen erhalten.

Vorzugsweise liegt der bei Mehrstufensystemen verwendete Druck im Bereich zwischen 172 b (2500 p. s. i. a.) und 0,052 b (0,75 ρ s. i. a.).

Bei Braunkohle werden die flüchtigen Stoffe bei einer Temperatur von etwa 270°C freigegeben, und dies bestimmt eine praktische obere Grenze für die Temperatur der Kohle in der Hochdruckstufe. Erlaubt man einen gewissen Grad an Überhitzung, die nur beibehalten werden kann, wenn die Kohle weniger als 40% Feuchtigkeit enthält oder im allgemeinen wenn das Material ausreichend trocken ist, um weniger als den Dampfdruck von Wasser (oder eines Lösungsmittels) bei der Temperatur des Feststoffes auszuüben und eine Temperaturdifferenz von HO⁰C vorliegt, ist nur ein Zweistufenbetrieb möglich, indem z. B. die Hochdruckstufe bei 240⁰C und die Niederdruckstufe bei 13O⁰C arbeitet Alternativ muß die Stufe mit dem niedrigsten Druck unter Unterdruckbedingungen bei z. B. einer Temperatur von 20° C arbeiten. Wenn eine geringere temperaturdifferenz von z. B. 100⁰C verwendet würde, müßten die Hochdruckstufc bei 240"C, die Zwischendruckstufe bei 140⁰C und die Niederdruckstufe bei 4O⁰C (unter Unterdruck) arbeiten.

Das Mehrstufentrocknen ergibt ähnliche Wirkungen wie das Trocknen nach dem Verfahren, die in der vorerwähnten Patentanmeldung P 29 01 723.0 beschrieben werden, bei denen der gleiche Dampf für die Energieerzeugung und für das Trocknen verwendet wird.
Ein weiteres Verfahren zur Erzielung eines wirtschaftlichen Betriebes besteht darin, daß man den vom Trockner abgegebenen Schmutzdampf nimmt und durch die Heizrohre von einem anderen konventionellen Trockner hindurchführt, der durch ein anderes Gas, z. B. Luft oder Rauchgas, aufgewirbelt wird. Arbeitet der erstgenannte Trockner bei Atmosphärendruck, dann wird der diesen Trockner verlassende Schmutzdampf in den Heizrohren des letztgenannten Trockners bei 100⁰C etwa kondensieren. Wenn das Bett des letztgenannten Trockners auf 50⁰C bis 6O⁰C durch den kondensierenden Dampf, z. B. Wasserdampf, erhitzt wird, verdampft das verdampfungsfähige Material in die Luft oder das Rauchgas, welches mit Dampf bei der Bettemperatur gesättigt austreten wird. Im allgemeinen Fall strömt die Luft oder das Rauchgas durch einen Zyklon oder ein Beutelfiltersystem und möglicherweise durch eine elektrostatische Ausfälleinrichtung. In dem speziellen Fall der Trocknung von Kohle, z. B. Braunkohle, vor der Verbrennung und der Einführung von Luft in das Wirbelbett kann die Luft nach Durchtritt durch die Zyklonen dem Feuerkessel zugeführt werden. Dabei sind Vorsichtsmaßnahmen notwendig, die sicherstellen, daß das Kohle-Luft-Gemisch nicht in den explosiven Bereich derartiger Kohle-Luft-Gemische fällt. In diesem Fall ist der Wasserdampf ein Verdünnungsmittel, das eine gewisse Verbrennungswärme der Kohle absorbiert, was einen nachteiligen Einfluß auf den Wirkungsgrad hat. Der zweite Trockner hat eine konventionelle Bauart und das andere Gas, z. B. die eintretende Luft oder das eintretende Rauchgas, kann bei wesentlich höherer Temperatur als die im Bett erhaltene Temperatur liegen.

Dieses zweistufige Betriebsverfahren mit Fluidisierung in einer Stufe durch ein anderes Gas und in der anderen Stufe durch Wasserdampf kann in einer Energieerzeugungsstation am Ort des Systems verwendet werden, wobei ein dampffluidisierter Trockner vorgesehen wird und der Wasserdampf dazu dient, Reindampf für die Niederdruckturbinen zu erzeugen, wie dies im Detail in der deutschen Patentanmeldung P 29 01 722.9

so beschrieben ist.

In der Energieerzeugungsstation kann daher Dampf von einer Niederdruck- oder Zwischendruckturbine abgenommen und wie zuvor erwähnt, dem dampffluidisierten Trockner zugeführt werden. Der erhaltene Schmutzdampf kann zu einem mit Luft fluidisierten Trockner nach Durchgang durch Zyklone zur Entfernung des überwiegenden Teils an mitgerissener Kohle geführt werden, während die dampfhaltige Luft zum Feuerkessel zur Unterstützung der Verbrennung gelangt. Die Kohle strömt von dem Vorratsbunker in den luftfluidisierten Trockner, in dem etwa die Hälfte des Feuchtigkeitsgehaltes beseitigt wird. Die halbtrockene Kohle wird dann zum zweiten Bett überführt, das durch Wasserdampf fluidisiert ist und wo der Trocknungsprozeß bis zum gewünschten endgültigen Feuchtigkeitsgehalt durchgeführt wird.

Alternativ wird die Kohle teilweise im dampffluidisierten Trockner und dann abschließend im easfluidi-

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sierten Trockner getrocknet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die beiden Trockner nach dem Querströmungsprinzip betrieben werden, so daß jeder Trockner unabhängig vom anderen mit Kohle bestückt wird und die getrocknete Kohle aus jedem Trockner ausgeführt wird. Anstelle von Kohle kann jedes beliebige einen Trocknungsprozeß erfordernde teilchenförmige Material verwendet werden.

Somit ist es möglich, zwei mit gleichem Druck arbeitende Stufen vorzusehen, was nicht der Fall ist, wenn schierer Dampf als aufwirbelndes Medium verwendet wird. Dies erfordert nämlich, daß jede Stufe wie vorbeschrieben bei einem anderen Druck betrieben wird.

Der entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren von dem Trockner erzeugte Schmutzdampf bietet sich selbst zu einer mechanischen Dampfrekompression an. Der Schmutzdampf wird vorzugsweise zunächst durch ein Zyklonensystem geleitet, um Feststoffe zu entfernen. Diese Feststoffe werden vorzugsweise zum Wirbelbett zurückgeführt. Der Dampf vom Zyklon wird dann zu einem Dampfgenerator geleitet, der durch Erhitzung des Kondensates von den Trocknerrohren Reindampf erzeugt. Der Reindampf wird gesättigt vorliegen, doch kann er vor der Rekompression überhitzt werden, um komprimierten gesättigten Dampf in einer geeigneten Vorrichtung, z. B. in einem Zentrifugalverdichter, mit einem ausreichend hohen Druck für eine geeignete Wärmeübertragungskapazität im Trockner zu erhalten. Bei diesem Druck kann es sich z. B. um Werte zwischen 1,3 b (20 p. s. i. a.) und 138 b (2000 p. s. i. a.), vorzugsweise zwischen 3,4 b (50 p. s. i. a.) und 34,5 b (500 p. s. i. a.) handeln. Der verdichtete Dampf kann nach der Behebung der Überhitzung, ζ. Β. durch Kondensateinsprühen, durch die Trocknerrohre des gleichen Wirbelbettes geführt werden, um eine weitere Trocknung der Rohkohle zu bewirken.

Die Verwendung der mechanischen Dampfrekompression, bei der das Kondensat von den Trocknerrohren erneut erhitzt und komprimiert und dann wieder verwendet wird, kann in der Praxis das gleiche Arbeitsverhalten ergeben, wie ein hier beschriebener Zweioder Dreistufen-Mehrfachtrockner.

Ferner kann, wie zuvor erwähnt, der Trägerdampf vom Verdichter mit einem niedrigen Oberdruck von z.B. weniger als 0,69 b (10 p. s. i. a.), z.B. 0,345 b (5 p. s. i. a.), über dem Druck des Wirbelbettes abgenommen werden, der vorzugsweise nahe beim Atmosphärendruck liegt, und einem Verteiler am Boden des Trockners zugeführt werden. Alternativ kann ein separates Gebläse vorgesehen werden, um Produktdampf zum Wirbelbett als Trägerdampf zurückzuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Fließdiagramm eines Gleichstrom-Mehrstufenprozesses nach der Erfindung,

Fig.2 ein schematisches Fließdiagramm eines Gegenstrom-Mehrstufenprozesses nach der Erfindung,

F i g. 3 ein schematisches Fließdiagramm eines Querstrom-Mehrstufenprozesses nach der Erfindung, und

F i g. 4 ein schematisches Fließdiagramm eines Querstrom-Trocknungsprozesses für Kohle, bei dem ein Wirbelbett mittels Dampf und das andere mittels eines Heißgases aufgewirbelt wird.

In Fig. 1 ist ein Gleichstrom-Dreistufentrockner nach der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung weist drei in Reihe hintereinander angeordnete Wirbelbettgehäuse 50, 52 und 54 auf, die im folgenden als Trockner bezeichnet werden. Die Kohle wird von einem Trichter oder einer anderen Speichereinrichtung 56 längs der schematisch gestrichelt wiedergegebenen Linie 58 durch jeden Trockner, beginnend mit dem Trockner 50, geführt. Der Dampf wird in die Heizrohre des Trockners 50 unter hohem Druck und bei hoher Temperatur eingegeben. Der Dampf überträgt die Wärme an die Kohle im Trockner 50, so daß die Feuchtigkeit aus der Kohle in Form von Schmutzdampf ausgetrieben wird.

Der Dampf von den Trocknerrohren wird in ein Kondensat umgewandelt, das nachfolgend zur weiteren Verwendung behandelt wird. Der Schmutzdampf gelangt zu einem Zyklon 60 und dann zu den Trocknerrohren des Trockners 52.

Alternativ hierzu kann der Dampf vom Zyklon 60 zu einem Reindampfgenerator strömen, dessen Dampf zu den Trocknerrohren des Trockners 52 geführt wird. Der Trockner 52 wird mit mittlerem Druck und mittlerer Temperatur betrieben. Wie beim Trockner 50 wird der Dampf von den Trocknerrohren in ein Kondensat umgewandelt und der Schmutzdampf aus der Kohle herausgetrieben.

Der Schmutzdampf vom Trockner 52 gelangt zu einem Zyklon 62 und dann zu den Trocknerrohren des Trockners 54 oder durch einen Reindampfgenerator, der seinen Dampf zu den Trocknerrohren des Trockners 54 leitet. Der Trockner 54 wird mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur betrieben. Ferner wird der Schmutzdampf aus der Kohle im Trockner 54 herausgetrieben, und dieser Schmutzdampf gelangt zu einem Zyklon 64 und wird entweder zur Prozeßerwärmung oder Dampferzeugung verwendet oder zu einem Kondensator gerührt. Die getrocknete Kohle tritt aus dem Trockner 54 in relativ kaltem Zustand aus.

In Fig. 2 ist ein Gegenstrom-Dreistufentrockner nach der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung nach F i g. 2 arbeitet im wesentlichen wie die nach F i g. 1 mit der Ausnahme jedoch, daß die Kohle zunächst in den Niederdruck- und Niedertemperaturtrockner 54, dann in den Zwischentrockner 52 und schließlich in den Hochdruck- und Hochtemperaturtrockner 50 gelangt. In diesem Fall tritt die Kohle in relativ heißem Zustand aus.

F i g. 3 zeigt einen Querstrom-Dreistufentrockner nach der Erfindung. Dieser arbeitet ähnlich wie die Trockner nach F i g. 1 und 2 mit der Ausnahme, daß die Kohle einzeln in jeden Trockner eingeführt und trocken herausgeleitet wird, wobei die Kohle von jedem der drei Trockner eine unterschiedliche Temperatur hat. Heiße trockene Kohle wird vom Trockner 50, trockene Kohle mit mittlerer Temperatur vom Trockner 52 und kalte trockene Kohle vom Trockner 54 erhalten.

In Fi g. 4 der Zeichnung ist beispielhaft ein schematisches Strömungsdiagramm gezeigt, das einen Quer-Stromtrocknungsprozeß für Kohle wiedergibt, bei dem ein Wirbelbett durch Dampf und das andere Wirbelbett durch Heißgas aufgewirbelt wird. Der in F i g. 4 gezeigte Prozeß läßt sich ebenfalls bei Gleich- und Gegenstromsystemen anwenden.

F i g. 4 zeigt einen ersten Wirbelbetttrockner 61 und einen zweiten Wirbelbetttrockner 63. Die teilchenförmige Kohle wird von einem Bunker 65 zum Trockner 61 und von einem Bunker 66 zum Trockner 63 geführt. Das Gas strömt längs einer Leitung 68 durch einen Vorerhilzer 70, indem es in bekannter Weise auf eine geeignete Temperatur erwärmt wird, und gelangt in eine Kammer 72 am unteren Ende des Trockners 61 und von dort in das Wirbelbett dieses Trockners 61.

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Der als Schmutzdampf vom Trockner 63 erhaltene Dampf wird längs einer Leitung 74 in die Trocknungsrohre 76 des Trockners 61 geführt. Der Dampf in den Trocknungsrohren 76 erwärmt das Material im Wirbelbett indirekt auf eine Temperatur von etwa 50 bis 60⁰C und kondensiert, so daß er die Trocknungsrohre 76 mit einer Temperatur von etwa 100⁰C verläßt. Das Schmutzkondensat kann typischerweise zu einem nicht gezeigten Filter durch eine Leitung 77 geführt werden, um teilchenförmiges Material zu entfernen und kann dann, wie vorbeschrieben, verwendet werden.

Die Erwärmung des Wirbelbettes im Trockner 61 hat zur Folge, daß Dampf in das Heißgas abdampft, welches den Trockner 61 im bei der Bettemperatur dampfgesättigten Zustand verläßt. Das gesättigte Gas gelangt dann zu einem Zyklon 78, vor dem abgeschiedene Feststoffe zum Wirbelbett des Trockners 61 zurückgelangen, während das Gas durch einen Filter, z. B. einen Beutelfilter oder eine elektrostatische Ausfälleinrichtung 80, geführt wird. Das Gas vom Filter kann, wenn es sich um Luft handelt, durch eine Leitung 82 zu einem Feuerkessel geführt werden.

Die trockene Kohle wird durch eine Leitung 84 vom Trockner 61 abgenommen.

Beim Trockner 63 wird gesättigter Dampf, z. B. von einem Heizkessel oder einer Turbine, in die Trocknungsrohre 86 über eine Leitung 87 eingeführt. Der Dampf in den Trocknungsrohren 86 erwärmt das Material im Wirbelbett indirekt auf eine Temperatur von ctw;i 110⁰C und kondensiert dabei. Das Kondensat aus den Trocknungsrohren 86 wird durch eine Leitung 88 zu einem Heizkessel geführt. Das aufwirbelnde Medium im Trockner 63 ist Dampf, der von dem Wirbelbett als Schmut/xlampf relativ unverschmutzt durch Luft oder andere Gase abgegeben wird. Der Schmutzdampf gelangt zu einem Zyklon 90, wo teilchenförmiges Material entfernt wird, und wird zum Trockner 63 zurückgebracht. Der Dampf vom Zyklon 90 wird teilweise längs der Leitung 74 zum Trockner 61, wie vorbeschrieben, geführt und gelangt teilweise längs einer Leitung 92 in eine Pumpeneinrichtung 94, von wo er in eine Kammer 96 am unteren Ende des Trockners 63 eingeführt wird.

Der in die Kammer % geführte Dampf strömt in das Wirbelbett und dient, wie vorbeschrieben, als Trägerdampf.

Die trockene Kohle wird von dem Trockner 63 durch eine Leitung98 abgeführt.

Bei der in F i g. 4 gezeigten Anlage arbeiten beide Systeme mit im wesentlichen dem gleichen Druck.

Die Mehrstufentrocknungsanlage nach der Erfindung hat ihr besonderes Anwendungsgebiet bei der Verflüssigung von Kohle, wo es wichtig ist, ein wirtschaftliches Trocknungsverfahren vorzusehen.

Anhand der gegebenen Lehre bieten sich dem Fachmann verschiedene Modifikationen und Variationen an. Zum Beispiel können die Mehrstufentrocknungs- und mechanischen Dampfrekompressionssysteme sowie das Zweistufen-System mit einem Trockner, der erfindungsgemäß mit nicht kondensierbarem Gas gespeist wird, in Verbindung mit einer elektrischen Energieerzeugungsanlage verwendet werden, wie es im Detail in der deutschen Patentanmeldung P 29 01 722.9 mit dem Titel »Energieerzeugungsanlage«, beschrieben ist.

H ierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

29 Ol Patentansprüche: 10 15 30 35

1. Verfahren zum Trocknen eines ein verdampfungsfähiges Material enthaltenden Feststoffmaterials, insbesondere wasserhaltige Braunkohle, in einer Einrichtung, bestehend aus zumindest einem ersten Wirbelbettgehäuse, dem das Feststoffmaterial zugeführt wird, um in ihm unter Einsatz eines aufwirbelnden Mediums ein Wirbelbett zu bilden, in dem das verdampfungsfähige Material durch Erwärmung des Wirbelbettes aus dem Feststoffmaterial ausgetrieben wird und das verdampfungsfähige Material sowie das Feststoffmaterial getrennt aus dem Wirbelbettgehäuse abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens im ersten Wirbelbett das aufwirbelnde Medium das verdampfungr.fähige Material in der Dampfphase ist und das Wirbelbett indirekt beheizt wird, wobei das von dem Feststoffmaterial getrennte, verdampfungsfähige Material als Speisemedium für die indirekte Heizung eines nachfolgenden Wirbelbettes mit vom ersten Wirbelbett verschiedenem Partialdruck oder zur Erzeugung von Reindampf in einem Dampfgenerator dient und der erhaltene Reindampf der indirekten Heizung eines Wirbelbettes zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus mehreren, aufeinander folgenden Wirbelbettgehäusen, in denen Wirbelbetten gebildet sind besteht und daß in jedem Wirbelbett das aufwirbelnde Medium das verdampfungsfähige Material in Dampfform ist, wobei das erste Wirbelbett unter einem höheren Druck als das zweite Wirbelbett steht und der in jedem Wirbelbett mit höherem Druck erzeugte Dampf zur indirekten Erwärmung des nächsten Wirbelbettes mit niedrigerem Druck verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial zu einer Einrichtung geleitet wird, die es in das erste Wirbelbett einführt, wobei das Feststoffmaterial auf den Druck des ersten Wirbelbettes unter Druck gesetzt wird, das unter Druck gesetzte Feststoffmaterial in das erste Wirbelbett eingeführt wird, wo es eine teilweise Trocknung erfährt, das teilweise getrocknete Feststoffmaterial dann nacheinander in ein oder mehrere Niederdruckwirbelbetten eingeführt wird und das getrocknete Feststoffmaterial aus dem letzten Wirbelbett entfernt wird, wobei der in jedem Höherdruckwirbelbett erzeugte Dampf zur indirekten Erwärmung des nächsten Wirbelbettes mit niedrigerem Druck verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial nacheinander in eine Reihe von Wirbelbetten mit sukzessiv höher werdendem Druck eingeführt wird, das teilweise getrocknete Feststoffmaterial von jedem Wirbelbett mit niedrigerem Druck zum nächsten Wirbelbett mit höherem Druck geführt wird, und das getrocknete Feststoffmaterial von dem ersten Wirbelbett entfernt wird, wobei das verdampfungsfähige Material, das in jedem Wirbelbett mit höherem Druck erzeugt wird, zur indirekten Erwärmung des nächsten Wirbelbettes mit niedrigerem Druck verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial in einem einzelnen Wirbelbett getrocknet wird, für jedes Wirbelbett unterschiedliche Zufuhrströme an Feststoffma-

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60 terial vorgesehen werden und das Feststoffmaterial in einem Zustand erhalten wird, der von dem Wirbelbett abhängt, in dem es getrocknei wurde, wobei der Dampf, der in jedem Wirbelbett mit höherem Druck erzeugt wird, zur indirekten Erwärmung des nächsten Wirbelbettes mit niedrigem Druck verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aufwirbelnde Medium im ersten Wirbelbett das verdampfungsfähige Material in Dampfform und das aufwirbelnde Medium im zweiten Wirbelbett ein anderes Gas ist, wobei der im ersten Wirbelbett erzeugte Dampf zur indirekten Erwärmung des Feststoffmaterials im zweiten Wirbelbett verwendet wird, so daß der vom zweiten Wirbelbett entfernte Dampf in Form des mit dem verdampfungsfähigen Material gesättigten anderen Gases vorliegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von einem Wirbelbett entfernte verdampfungsfähige Material direkt als gesättigter Dampf zu einem weiteren Wirbelbett geführt wird, um indirekt Wärme auf das weitere Wirbelbett zu übertragen und kondensiert zu werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das von einem Wirbelbett entfernte verdampfungsfähige Material zu einem Dampfgenerator geführt wird, an dem ein gesättigter Reindampf erhalten wird, der direkt zu einem weiteren Wirbelbett geführt wird, um indirekt Wärme auf das weitere Wirbelbett zu übertragen und kondensiert zu werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmateria! teilchenförmig vorliegt und ohne Vorsehen von einem anderen Feststoffmaterial Wirbclbcttcn bildet.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaicrial in Klumpenform vorliegt und die Wirbelbcttcn ein weiteres teilchenförmiges Material, das das aufwirbelnde Material darstellt, enthalten.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Reindampf dem Dampfgenerator ein aus der indirekten Beheizung des Wirbelbettes erhaltenes Kondensat zugeführt und der Reindampf gesättigt der indirekten Heizung desselben Wirbelbettes zugeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der gesättigte Reindampf komprimiert wird, um einen überhitzten Dampf zu erhalten, und dann die Überhitzung beseitigt wird, um den Dampf in einen gesättigten Zustand zu bringen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Komprimierung der Reindampf erhitzt wird, um seinen Flüssigwasscrgchalt zu reduzieren.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit zumindest einem ersten und einem zweiten Wirbelbettgehäuse, einer Einrichtung zur Zuführung des Feststoffmatcruils zu jedem Wirbelbettgehäuse, einer Einrichtung zur Abführung des Feststoffmaterials aus jedem Wirbclbcitgchiiu.se sowie Mitteln zur Abführung des verdampften Materials aus dem oberen Bereich jedes Wirbelbettgchäuses, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jedes Wirbelbettgehäuses zumindest ein Heizkörper zur

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indirekten Erwärmung des Feststoffmaterials sowie /wischen den Wirbelbettgehäusen Führungsmittel zum Transport des verdampften Materials zu dem Heizkörper des nächstfolgenden Wirbelbettgehäuses oder zu einem, diesem vorgeschalteten Dampfgenerator vorgesehen sind.