DE2944087A1

DE2944087A1 - Einstufiges verfahren zum entfernen von feuchtigkeit aus braunkohle

Info

Publication number: DE2944087A1
Application number: DE19792944087
Authority: DE
Inventors: Walter Seitzer
Original assignee: Suntech Inc
Current assignee: Suntech Inc
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1979-10-31
Publication date: 1980-05-14
Also published as: US4213752A; AU5272979A; AU534487B2

Description

BESCHREIBUNG

Braunkohlen und Moorkohlen (auch Lignitkohlen und unterbituminöse Kohle genannt) enthalten beim Abbau etwa 25 bis 40 % innere Feuchtigkeit und werden daher vor dem Transport und der Verwendung gewöhnlich getrocknet. Zur Trocknung der Kohle sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Im allgemeinen verwendet man heiße Verbrennungsgase, um die Feuchtigkeit aus der Kohle zu treiben, wobei man entweder diese Gase durch ein Kohlebett, meist eine Wanderoder Wirbelschicht, leitet oder die Kohle durch einen Rohrofen oder eine andere Drehvorrichtung führt, während die Gase durchgeleitet werden. Eine besonders geeignete Vorrichtung zur Kohletrocknung ist der Parry-Trockner (US-PS 2 666 269), bei dem heiße Verbrennungsgase verwendet werden, um die Kohle aufzuwirbeln und zu trocknen. In der Praxis werden die Verbrennungsgase gewöhnlich aus Kohle oder Heizöl erhalten, wobei das Brennstoff-Luft-Verhältnis so eingestellt wird, daß die Verbrennungsgase etwa 5 Volumenprozent Sauerstoff enthalten.

Eine charakteristische Eigenschaft der getrockneten Kohle ist ihre Neigung zur spontanen Verbrennung, die ein ernsthaftes Problem beim Transport und bei der Lagerung der Kohle darstellt. Kohle, die in Gegenwart von Sauerstoff getrocknet worden ist, weist zwar hinsichtlich der spontanen Ver-

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brennung etwas verbesserte Eigenschaften auf, jedoch besteht ein Bedürfnis für weiter verbesserte Mittel zur Trocknung und Stabilisierung.

In der US-PS 3 896 557 ist ein Verfahren zum Trocknen von Braunkohle und Moorkohle beschrieben, bei dem eine Stabilisierung gegen die spontane Verbrennung dadurch erzielt wird, daß man die Kohle in einer Wirbelschicht mit einem Verbrennungsgas erhitzt, das 7 bis 9 Volumenprozent Sauerstoff enthält, um den Feuchtigkeitsgrad der Kohle auf etwa 8 bis 12 % zu senken.

Ein weiteres Verfahren zum Stabilisieren von Braunkohle ist in der US-PS 3 723 079 beschrieben, bei dem man die getrocknete Kohle mit Sauerstoff behandelt und dann mit Wasser in einer Menge von etwa 1,5 bis 6 Gewichtsprozent der sauerstoff behandelten Kohle rehydratisiert.

Von Interesse sind ferner die US-PSen 2 704 895 und 2 668 099, in denen Torf und ähnliche Materialien, wie Stroh, Holz oder Braunkohle, in feuchtem Zustand bei erhöhter Temperatur teilweise verbrannt und oxidiert werden, indem man ein sauerstoffhaltiges Gas unter Druck zuführt. Die bei der Oxidation entstehende Wärme ergibt genug Dampf, um das Verfahren ohne äußere Wärmezufuhr in Gang zu halten, so daß das behandelte Material dann auf mechanische Weise entwässert werden kann, z.B. durch Filtration und/oder Pressen, oder auf thermischem Wege unter Verwendung des Dampfes und der beim Preßerhitzen entwickelten Dämpfe (US-PS 2 704 895).

In der US-PS 2 844 886 ist ein Verfahren zur Carbonisierung von feuchten Kohlematerialien, wie Kohle, in einem Fließsystem beschrieben. In einer ersten Stufe wird hierbei Oberflächenwasser von der Kohle entfernt, um eine Agglomeration in der Wirbelstufe zu verhindern. In dieser Trocknungsstufe wird das Oberflächenwasser dadurch entfernt, daß man die

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zerkleinerte feuchte Kohle mit trockener erhitzter Kohle in ausreichender Menge vermischt, damit die Temperatur genügend erhöht wird, um das Wasser zu entfernen. Die trockene Kohlemasse wird dann durch einen Erhitzer geführt, um die Temperatur durch indirekten Wärmeaustausch mit einem heißen Fluid in einem herkömmlichen Schalen- oder Röhren-Wärmeaustauscher weiter zu erhöhen. Nach der Vorheizzone wird die Kohle teilweise verbrannt, um eine "Einsatzhärtung" der Teilchen zu bewirken, und anschließend geschwelt.

Die ÜS-PS 4 043 763 bezieht sich auf die Verbesserung der Lagerstabilität von Braun- und Moorkohle, wobei man die auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0 bis 10 Gewichtsprozent getrocknete Kohle mit nicht getrockneter, frisch geförderter Kohle vermischt, so daß das Gewichtsverhältnis von getrockneter Kohle zu frisch geförderter Kohle in dem stabilisierten Produkt etwa 1 : 2 bis 10 : 1 beträgt.

Erfindungsgemäß wurde nun ein einstufiges Verfahren zum gleichzeitigen Trocknen und Stabilisieren von Kohle niedriger Qualität entwickelt, bei dem in situ erzeugte Wärmeenergie verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird die feuchte Kohle in ein bewegtes Bett aus heißer Kohle mit einer Temperatur von etwa 200 bis 300°C mit einer Geschwindigkeit gefördert, bei der eine teilweise Verbrennung der Kohle bei Atmosphärendruck aufrechterhalten wird, während gleichzeitig ein Gas, das etwa 5 bis 20 Volumenprozent Sauerstoff enthält, bei Atmosphärendruck in das Kohleverbrennungsbett eingeleitet wird. Die bei der Verbrennung entwickelte Wärme wird durch die feuchte, dem System zugeführte Kohle absorbiert und bewirkt eine Trocknung der Kohle auf das gewünschte Maß. Die getrocknete Kohle wird aus der Verbrennungszone abgetrennt, wobei ein Kohleprodukt erhalten wird, das hohe Beständigkeit gegen spontane Verbrennung aufweist. Das Verfahren ermöglicht daher eine beträchtliche Verringerung der Feuergefahr beim Transport und Lagern der getrockneten Kohle. Ein we-

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sentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß praktisch die gesamte Energie zum Trocknen der Kohle in situ erzeugt wird, so daß ein äußerst effizientes wirtschaftliches Verfahren zur Verfügung steht, das ein stabiles Produkt mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt ergibt.

Die im Verfahren der Erfindung eingesetzten Kohlen sind Braunkohlen und Moorkohlen (sub-bituminöse Kohlen), z.B. North Dakota-Braunkohle, Powder River-Moorkohle, Wyodak-Kohle und Wachsfirniskohle. Diese Kohlen enthalten im frisch geförderten Zustand gewöhnlich etwa 30 bis 40 % Wasser.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kohletrocknung kann in einer Vorrichtung durchgeführt werden, die ein bewegtes Kohlebett, z.B. eine Wirbelschicht, aufweist, in die die feuchte Kohle unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen eingeleitet wird. Beispielsweise kann man einen Wirbelschichttrockner mit einem Wirbelgas betreiben, das durch Vermischen von Luft und Kreislaufgas unter Aufrechterhaltung eines Sauerstoff gehalts von etwa 2 bis 10 % erhalten wird, wobei die Temperatur der Schicht durch Einleiten von feuchter Kohle auf 225 bis 300⁰C eingestellt wird. Die auf diese Weise erhaltene Kohle ist zu 5 bis 9 % oxidiert und äußerst stabil gegen spontane Verbrennung. Nach dem Anfahren des Prozesses kann das Verfahren mit geringer oder ohne äußere Wärmezufuhr durchgeführt werden.

Wenn während des Verfahrens die Kohle aufgrund fortschreitender Oxidation weniger aktiv wird, sollte die Temperatur der heißen Kohle etwas erhöht werden, jedoch immer noch innerhalb des Bereiches von etwa 200 bis 300⁰C, um die Reaktion aufrechtzuhalten. Alternativ kann man die Oxidationsaktivität erhöhen, indem man den Sauerstoffgehalt der Gasphase erhöht, jedoch innerhalb des Bereiches von etwa 5 bis 20 Volumenprozent Sauerstoff. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann somit entweder durch Temperaturerhöhung oder Erhöhung des Sauerstoff-

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gehalts der Gasphase geregelt werden, so daß die Verbrennungsgeschwindigkeit stets optimal gehalten werden kann.

Beim kontinuierlichen Einspeisen von feuchter Kohle und kontinuierlichem Abziehen des Produkts besteht die Wahrscheinlichkeit, daß das Kohleprodukt eine geringe Menge an nicht getrockneter Kohle enthält. Die Menge an nicht getrockneter Kohle und die Temperatur des Endprodukts sind selbstverständlich von den dynamischen Kenngrößen des Verfahrens abhängig. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist jedoch darin zu sehen, daß Kohle von sehr hoher Stabilität selbst dann erhalten wird, wenn die Produktkohle trocken ist. Aus praktischen Gründen wird jedoch die Anlage üblicherweise so betrieben, daß das Kohleprodukt einen Feuchtigkeitsgrad von 0 bis 5 % aufweist.

Diese Verfahrensweise ermöglicht eine maximale Oxidation der Kohle ohne äußere Kühlung und das erfindungsgemäß hergestellte Kohleprodukt ist daher selbst in trockenem Zustand sehr stabil. Im Gegensatz dazu erfolgt in bekannten Verfahren zur Stabilisierung von Kohle eine weit geringere Oxidation und es ist daher eine bestimmte Feuchtigkeitsmenge erforderlich, um die Stabilisierung zu bewirken. Dies bedeutet, daß bei der Herstellung von Kohle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, die noch etwas Feuchtigkeit enthält, dieses Kohleprodukt höhere Stabilität aufweist als nach bekannten Verfahren verarbeitete Kohlen, die denselben Feuchtigkeitsgrad aufweisen. Da es aus Kosten-Nutzen-Uberlegungen oft erwünscht ist, im Verfahren der Erfindung Kohle herzustellen, die etwas Restfeuchtigkeit enthält, z.B. bis zu etwa 5 %, wird hierbei gewöhnlich trotzdem ein Kohleprodukt erhalten, das verbesserte Stabilität gegenüber Kohlen aus bekannten Trockenverfahren aufweist.

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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es aufgrund der Verwendung von in situ erzeugter Wärmeenergie zur Trocknung der feuchten Kohle weniger kostspielig ist; d.h. es sind keine Anlagen- und Kapitalinvestitionen erforderlich. Auch weist das erfindungsgemäße System eine größere Flexibilität hinsichtlich des Trocknungsgrades der Kohle auf, da die Kohlestabilität nicht kritisch von einem bestimmten Feuchtigkeitsgrad abhängig ist, so daß eine äußerst stabile Kohle erhalten wird, die sowohl verschiedene Feuchtigkeitsgrade aufweisen als auch vollständig trocken sein kann. Außerdem erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keine Rehydratisierungsstufe, die in einigen bekannten Verfahren für die Stabilisierung von Kohle notwendig ist.

Erfindungsgemäß behandelte Kohlen werden auf ihre Stabilität geprüft, indem man sie in ein Dewar-Gefäß einbringt, das am Boden ein Einleitrohr zum Durchleiten von Sauerstoff durch die Kohle aufweist und mit einer Temperaturmeßeinrichtung ausgerüstet ist. Die Kohle (450 g) füllt das Dewar-Gefäß (Innendurchmesser 70 mm) in einer Tiefe von etwa 200 mm und es werden 200 ml/min mit Wasser gesättigter Sauerstoff bei 62⁰C durchgeleitet. Die Zeit bis zum Eintreten der Kohleverbrennung wird anhand der plötzlichen Temperaturerhöhung bestimmt und als Maß für die Stabilität genommen.

Die Ergebnisse sind in Tabelle I genannt, wobei als Kontrolle Proben verwendet werden, die im Vakuum unter Erhitzen von außen, jedoch ohne Verwendung des sauerstoffhaltigen Gases, getrocknet worden sind.

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Tabelle I

Kohle

Ergebnisse

Savage

Wyodak

Kontrolle

erfindungsgemäßes Verfahren

Kontrolle

erfindungsgemäßes Verfahren

verbrennt in 1,1 Stunden

Die Temperatur erreicht nach 5 Stunden 114°C und fällt dann ab (vollständig stabil)

verbrennt in 0,7 Stunden

Die Temperatur erreicht nach 6,5 Stunden 87°C und fällt dann ab (vollständig stabil)

Um eine maximale Stabilität der verarbeiteten Kohle zu erzielen, sollte die Kohleoxidation auf etwa 5 bis 10 % eingestellt werden, obwohl Kohle von mittlerer Stabilität auch außerhalb dieses Bereiches erhalten wird. Dies ergibt sich aus Tabelle II, in der die Versuchsdauer (Stunden), über die Wyoming-Moorkohle und Montana-Braunkohle stabil sind, sowie der Prozentsatz an oxidierter Kohle angegeben sind. Hierbei zeigt sich, daß eine optimale Stabilität im Bereich von 5 bis 10 % erreicht wird, während die Stabilität außerhalb dieses Bereiches schnell abfällt.

Tabelle II

Wyoming-Moorkohle

Montana-Braunkohle

oxidierte Kohle	Versuchsdauer bis
(Gewichtsprozent)	zur Verbrennung
	(Stunden)
0	0,75
1,75	1,7
1,75	3,0
3,2	2,9
6,5	vollständig stabil
14,2	2,0
O	1,0
1,75	7,0
9,0	vollständig stabil

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Es versteht sich hierbei, daß der Oxidationsgrad der Kohle innerhalb des Bereiches von 5 bis 10 % von der Feuchtigkeitsmenge in der eingesetzten Kohle und der entfernten Feuchtigkeitsmenge abhängt. Aus Tabelle III ist ersichtlich, wie der Oxidationsgrad von der Anfangs- und Endfeuchtigkeit abhängt.

	Produkt kohle	III	oxidierte Kohle (%)
Tabelle	5
Feuchtigkeit (%)	0	5
eingesetzte Kohle	0	6
30	5	9,3
30	8,2
40
40

Die Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine Kohle von sehr niedriger Feuchtigkeit und wesentlich verbesserter Stabilität ergibt, da eine tiefgreifende Oxidation erfolgt und das Kohle-Trocknungsverfahren wirksam und wirtschaftlich durchgeführt werden kann.

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Claims

F ATE NTANV.ÄLTE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF b'BBINGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2*3. MÖNCHEN ΘΟ _

POSTADRESSE: POSTFACH S5016O, O-8000 MÖNCHEN Θ5 ^ ~j L\ L\ \j fc

ALSO PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

KARL UUDWIQ SCHIFF (1Οβ4-1β7β)

DIPL. CHEM. OR. ALEXANDER V. FUNER

DIPL. ING. PETeR STREHL

DIPL. CHEM. OR. URSULA SCHÜBEL-HOPF

OIPL. INQ. DIETER EBBINQHAU9

DR. INO. DIETER FINCK

TELEFON (Οββ) 4B30B4

Buntech Inc ^TELEX »-*"·" ^AURO °

' ■»·"»»· TELE3RAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN

DEA-13 323

31. Oktober 1979

Einstufiges Verfahren zum Entfernen von Feuchtigkeit aus Braunkohle "

Patentansprüche

Einstufiges Verfahren zum Entfernen von Feuchtigkeit aus Braunkohle unter Verwendung von in situ erzeugter Wärmeenergie, dadurch gekennzeichnet, daß man die feuchte Braunkohle bei Raumtemperatur in eine Wanderschicht aus heißer Kohle mit einer Temperatur von etwa 200 bis 300°C mit einer Geschwindigkeit, bei der eine teilweise Verbrennung der Kohle bei Atmosphärendruck aufrechterhalten wird, und in Gegenwart eines Gases, das etwa 5 bis 20 Volumenprozent Sauerstoff enthält, bei Atmosphärendruck einleitet, wobei die Verbrennungswärme von der feuchten, dem System zugeführten Kohle absorbiert wird und diese auf das gewünschte Maß trocknet, und die getrocknete Kohle aus der Verbrennungszone abtrennt, wobei eine trockene Kohle erhalten wird, die hohe Beständigkeit gegenüber einer spontanen Verbrennung aufweist.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohleverbrennung in einer Wanderschicht durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanderschicht eine Wirbelschicht ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die feuchte Kohle mit einer Geschwindigkeit einleitet, bei der durch teilweise Verbrennung etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent der Kohle oxidiert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Montana-Braunkohle einsetzt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Wyoming-Moorkohle einsetzt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Wyodak-Kohle einsetzt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Savage-Kohle einsetzt.

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