DE3045744C2

DE3045744C2 - Verfahren zur Herstellung eines festen Brennstoffes mit hoher Energiedichte

Info

Publication number: DE3045744C2
Application number: DE19803045744
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Dipl.-Ing. Dr. 8706 Leoben Fohl; Alois Dipl.-Ing. Janusch
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1980-12-04
Publication date: 1983-06-23
Also published as: YU107281A; DD156712A5; GR74883B; GB2080824B; PL230895A1; PL133588B1; GB2080824A; ATA227380A; DE3045744A1; AT367447B; AU542330B2; AU6973781A; IN155387B; JPS56167794A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines festen Brennstoffes mit hoher Energiedichte aus stückiger, wasserreicher Braunkohle, wobei die Rohbraunkohle einer Trocknung durch eine diskontinuierliche Sattdampfbehandlung in Autoklaven unter abschließender Heißdampfbehandlung unterworfen wird und die Dämpfe gegebenenfalls unter Zwischenspeicherung in das Verfahren zurückgeführt werden.

Unter dem Sammelbegriff »Braunkohle« versteht man tine große Anzahl von Braunkohlenarten unterschiedlicher Zusammensetzung. Charakteristisch für sie ist neben dem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen der hohe Wassergehalt, der im Bereich von 30 bis Gew.-% liegt. Wegen dieses hohen Wassergehaltes ist Rohbraunkohle im allgemeinen schlecht transportfähig. Es muß daher der Wassergehalt der Braunkohle auf einen für die Weiterverwendung vertretbaren Wert reduziert werden und ferner die Trocknung in der Nähe der Kohlegrube durchgeführt werden.

Der Abtrocknungsgrad hängt hierbei im wesentlichen von der Weiterverwendung der Trockenkohle ab. Auch die Anforderungen an die Trockenkohlenkörnung werden im wesentlichen durch die Art der Weiterverwendung der Trockenkohle bestimmt Bedingt durch die geographische Verteilung der Braunkohlenlagerstätten in der Welt und im Hinblick auf die potentiellen Verbrauchszentren muß mit einer enorm steigenden Bedeutung des Transportes von großen Braunkohlenmengea über lange Entfernungen gerechnet werden.

Aus der Sicht des Transportes werden allerdings an das Braunkohlenveredelungsprodukt weitere Aik'orde rangen gestellt Das Veredelungsprodukt soll in einem für den Transport optimalen Aggregatzustand vorliegen. Der Wassergehalt des Veredelungsproduktes soll so niedrig wie möglich und die Energiedichte so hoch wie möglich liegen. Das Veredelungsprodukt soll ferner bezüglich der Neigung zur Selbstentzündung völlig unbedenklich sein, und schließlich darf es kein Wasser readsorbieren.

Für die Herstellung von Trockenkohle in stückiger Form aus wasserreicher, stückiger Braunkohle steht derzeit im wesentlichen nur das Sattdampftrocknungsverfahren nach Fleißner zur Verfügung. Die durch die Sattdampfbehandlung von Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt von 30 bis 70Gew.-% hergestellte getrocknete Kohle weist einen Restwassergehalt von 10 bis 30 Gew.-% auf. Der Restwassergehalt der getrock- ' neten Kohle ist hierbei einerseits durch den noch vertretbaren Sattdarapfdruck bei der Trocknung, andererseits aber auch durch die Readsorptionseigen schaften der getrockneten Kohle mitbestimmt Der vorgenannte Restwassergehalt der getrockneten Kohle ist aus der Sicht des Transportes über sehr lange Entfernungen nicht vertretbar. Dies gilt im besonderen für die obere Grenze, die für die Sattdampfbehandlung von Braunkohlen mit einem extrem hohen Wasserge halt charakteristisch ist Eine noch tiefere Absenkung

. des Wassergehaltes der Braunkohle ist bei der Sattdampftrocknung aus Gründen des nicht mehr vertretbaren Sattdampfdruckes, insbesondere auf Grund hoher Investitionskosten der 7'rocknungsanlage,

*o nicht möglich, wie aus der Sattdampfdruckkurve in F i g. 2 hervorgeht. Die getrocknete Kohle neigt ferner vielfach zur Selbstentzündung und ist auch für die bindemittellose Brikettierung nicht nur wegen des hohen Restwassergehaltes, sondern auch wegen der veränderten Oberflächeneigenschaften nicht geeignet. Schließlich weist die getrocknete Kohle zwar sehr gute Energiedichtewerte auf, das vorhandene Potential wird jedoch nur zum Teil genützt.

Aus der AT-PS 2 60 801 ist bereits ein Verfahren zur

Trocknung von Braunkohlen zu entnehmen, bei welchem im Rahmen der Sattdampftrocknung zur Aufrechterhaltung der Sättigungsbedingungen in der Stufe höchster Temperatur Heißdampf so lange zugeführt wird, bis der abgezogene Dampf gerade in den ungesättigten (überhitzten) Zustand übergeht Bei einer derartigen, Verfahrensweise sind hohe Heißdampfdrucke erforderlich, um die Einbringung in die Sattdampfstufe zu erlauben und es soll durch ein intermittierendes Einleiten von überhitztem Dampf eine Übersättigung der Sattdampfatmosphäre in der Sattdampfstufe vermieden werden. Als Ergebnis lassen sich bei diesem Verfahren jedoch immer nur die Trocknungsgrade erzielen, wie sie für die jeweilige wasserreiche Braunkohle und das Fleißner-Verfahren vorgege- ben sind. Wird in voneinander getrennten Zeitabschnitten überhitzter Dampf zugesetzt und danach das Druckgefäß wieder in den Speicher entspannt, so kann bei mehrmaligem Wiederholen dieses Vorganges jeder

gewünschte Trocknungsgrad des Gutes erreicht werden.

Aus der DE-PS 9 03 813 ist ein Verfahren zur Entwässerung und Veredelung von Torf und Braunkohle bekanntgeworden, bei welchem eine Aufschlämmung hergestellt wird und das Wasser bei Temperaturen von 250 bis 300⁰C durch Zentrifugieren oder Filtern abgetrennt und aus dem Festprciukt abgedampft wird. Bei einer derartigen Verfahrensweise treten auch bereits Decarboxylierungsreaktionen auf und es wird neben der Abspaltung von CO₂ auch Methan in geringen Mengen abgespalten.

Die Erfindung geht nun von einem Verfahren der eingangs genannten Art aus und zielt darauf ab, im besonderen wasserreiche Braunkohle bei möglichst geringem Energieaufwand weitergehend als dies mit einer Fleißner-Trocknung möglich wäre, zu entwässern und bei dieser weitergehenden Trocknung einen festen Brennstoff mit hoher Energiedichte herzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß die Rohbraunkohle in einer Körnung >5mm und vorzugsweise <.^e>^mni der Sattdampfbehandlung ausgesetzt wird, daß die sattdampfbehandelte Braunkohle vor der Heißdampfbehandlung auf unter 10 mm zerkleinert wird und anschließend der Heißdampfbehandlung bei einer Temperatur von vorzugsweise 400 bis 500⁰C ausgesetzt wird. Nach diesem Verfahren kann, unter voller Nutzbarmachung der Vorteile, die das konventionelle Sattdampftrocknungsverfahren nach Fleißner vor allem bezüglich der sehr günstigen Wärmeökonomie des Trocknungsprozesses bietet, ein Braunkohlenveredelungsprodukt hergestellt werden, das weitgehend den vorangeführten Anforderungen an ein optimal geeignetes Produkt entspricht Ferner kann jedoch auch, wenn a erforderlich, nach der Heißdampfbehandlung ein weiterer Veredelungsprozeß angeschlossen werden. Dies ist im Fall der Weiterverarbeitung von Trockenkohle in einer an die Trockenanlage angekoppelten Veredelungrinlage, z. B. Heißbrikettieranlage, die den « Einsatz von Kohle mit einer feinen Körnung verlangt, zweckmäßig und bei langen Transportwegen erforderlich.

Die zerkleinerte Rohbraunkohle wird hierbei abgesiebt, wobei die Kornfraktion größer als 3 mm, « vorzugsweise zwischen 5 und 50 mm, in konventionellen stehenden oder liegenden Dämpfern diskontinuierlich bei einem Sattdampfdruck von 8 bis 45 bar auf einen Restwassergehalt von 10 Gew.-% entwässert wird, und die Feinrohkohle in einsjr Körnung <5mm für die »0 Herstellung von Wasserdampf herangezogen wird. Die die Sattdarcpftrocknungsstufe verlassende Trockenkohle mit einer Körnung von 0 bis 40 mm wird einer Zerkleinerung zugeführt, die eine doppelte Funktion ausübt. Zum einen wird hier die getrocknete Kohle auf « eine Körnung von 0 bis 10 mm, die für die nachfolgende Heißdampfbehandlung besonders vorteilhaft ist, zerkleinert, zum anderen wird durch die Vergrößerung der freien Oberfläche das zusätzliche Verdampfen des Kohlewassers durch die der Trockenkohle innewohnen- &o de fühlbare Wärme begünstigt. Die bei der Zerkleinerung gebildeten Brüden üben hierbei die Funktion einer ,Schutzatmosphäre aus.

Hierbei wird so vorgegangen, daß die zerkleinerte Kohle der Heißdarcpftrocknungsstufe zugeführt wird, in <" der mittels eines Heißdampfes mit einer Temperatur von 400 bis 500⁰C die 'jereits teilweise getrocknete Kohle bei einem erhöhten Druck weitergehend getrocknet und durch den teilweisen Abbau von Karboxyigruppen wejterveredeit wird. Vorzugsweise wird die Heißdampftrocknung unter einem Druck von mindestens 5 bar durchgeführt In einfacher Weise kann die Heißdampfbehandlung in einem bei einem Druck von vorzugsweise 10 bis 15 bar arbeitenden Wirbelschichtreaktor durchgeführt werden. Gleichzeitig wird das der Kohle innewohnende Bitumen aktiviert und die Kohle auf die für eine nachfolgende Heißbrikettierung erforderliche Temperatur von mindestens 300⁰C gebracht In vorteilhafter Weise kann unmittelbar anschließend in einer Heißbrikettierungsanlage die auf diese Weise entwässerte, 350⁰C heiße Trockenkohle, mittels Strangpressen oder Ringwalzenpressen zu Heißbriketts verpreßt werden. Im Falle, daß das veredelte Produkt einer, an die beschriebene Veredelung angekoppelten Weiterverarbeitung, insbesondere einer Vergasung, zugeführt werden soll, wird man auf die Heißbrikettierung zweckmäßigerweise verzichten. Der Gesamtprozeß kann in diesem ⁿall zweckmäßigerweise so gestaltet werden, daß die eier hmßdampfbehandelten Kohle innewohnende fühlbare Wärme ohne wesentliche Verluste der angekoppelten Vergasungsanlage zugute kommt Die Heißbriketts werden schließlich gekühlt, inertisiert und verladen.

Der aus der Heißdampfstufe austretende Heißdampf kann einer Reinigung unterworfen werden, die aus der Abscheidung von mitgerissenen Kohlepartikeln und der Abtrennung von durch die Zersetzung der Kohlesubstanz entstandenen nichtkondensierbaren Anteilen (CO2, CO₁ CH₄) besteht Die in der Heißdampfreinigung abgeschiedene feine Trockenkohle kann zu dem der Heißbrikettierungsstufe zugeleiteten Kohlestrom zurückgeführt werden, das CO₂ kann mit Vorteil zur Inertisierung der hergestellten Heißbriketts verwendet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Zerkleinerung der sattdampfbehandelten Braunkohle nach Entspannung auf atmosphärischen Druck. Auf diese Weise wird die Zerkleinerung durch den bei der Zerkleinerung austretenden Dampf begünstigt und eine weitere Entwässerung erzielt

Der gereinigte Heißdampf kann nach der CO₂-Abscheidung auch einer Sättigung unterworfen werden und als Sattdampf der konventionellen Sattdampfstufe zugeführt werden. Die bei der Zerkleinerung der Trockenkohle entstandenen Brüden können für die Brikettkühlung herangezogen werden.

Der für die Sattdampfstufe und die Heißdampfstufe erforderliche Wasserdampf kann in einer zentralen, mit Feinrohkohle befeuerten Kesselanlage hergestellt werden. Die Überhitzung eines Sattdampfteiles kann nach einer entsprechenden Druckreduzierung in einem an die Kesselanlage angeschlossenen Erhitzer vorgenommen werden.

Der beschriebene Prozeß zeichnet sich durch eine optimale Nutzung der angebotenen Prozeßwärme aus. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

F i g. I ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Verfahrensführung,

F i g. 2 eine diagrammatische Darstellung der Abhängigkeit des Veredelungsgrades des Produktes, des Massenausbringens u/id des thermischen Ausbringens von der Behandlungstemperatur, und

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Massenausbringens und des Produktbrennwertes

von der Behandlungstemperatur.

Für Yallourn-Braunkohle wurde der gesamte Energiebedarf pro Tonne Veredelungsprodukt mit 233 GJ bezogen auf Heißbriketts ermittelt, wobei die pro Tonne ausgetriebenen Wassers erforderliche Wärmemenge bei 1,02GJ liegt. Die konventionellen Trocknungsverfahren benötigen dagegen pro Tonr.i verdampften Wassers vergleichsweise 3 bis 4 GJ. Das Massenausbringen des beschriebenen Veredelungsverfahrens beträgt, bezogen auf die eingesetzte Rohkohle 28,8%, bezogen auf die eingesetzte Trockenkohlensubstanz8l,8%.

Bei einem Brennwert der Einsatzrohkohle von 8,9 MJ/kg roh bzw. 26,5 MJ/kg waf weist das Fertigprodukt (Heißbriketts) einen Brennwert von 29 MJ/kg roh bzw. 304 MJ/kg waf auf. Die Brennwertdichte, definiert als das Gewicht des Brennstoffes, das einer Wärmemenge von 1 GJ (als Brennwert gemessen) äquivalent ist,

112 kg auf 34 kg reduziert. Durch die Behandlung der Braunkohle in der beschriebenen Weise wird neben der restlosen Beseitigung des Kohlenwassers auch der Sauerstoff als Ballastelement teilweise abgebaut. Bezogen auf die waf-Substanz (wasser- und aschefrei) wird der Sauerstoffgehalt von 263 auf 15,6Gew.-% reduziert.

Parallel zu dem Sauerstoffabbau verläuft die Anreicherung des Fertigproduktes an Kohlenstoff. Auf Basis der waf-Kohle liegt der Kohlenstoffgehalt des Fertigproduktes mit 78,2Gew.-% um 10,2Gew.-% höher als jener der Einsatzrohkohle. Die beschriebenen Zusammenhänge sind aus den F i g. 2 und 3 zu entnehmen.

In Fig. I ist mit 1 eine Vorzerkleinerungsstufe bezeichnet, in welcher die Rohbraunkohle auf eine maximale Korngröße von 50 mm zerkleinert wird. Das 3·> zerkleinerte Produkt wird abgesiebt und die Teilchen einer Korngröße <5mm werden einer Sattdampferzeugung 2 als Energieträger zugeführt. Der verbleiben- de Anteil der zerkleinerten Rohkohle wird einer Sattdampfbehandlung 3 bei einem Druck von 30 bis 40 bar unterworfen. Das Trocknungsabwasser wird über eine Leitung 4 ausgebracht und die stückige Trockenkohle wird einer Ausdampfung und einer weiteren Zerkleinerung in der mit 5 angedeuteten Verfahrensstufe unterworfen. Das zerkleinerte Produkt wird dann einer Heißdampfbehandlung 6 unterworfen, welcher aus der Sattdampferzeugung 2 und einer Nacherhitzungsstufe 7 kommender heißer Dampf zugeführt wird. Der verunreinigte Heißdampf wird einer Heißdampfreinigung 8 unterworfen. Der gereinigte Heißdampf wird über eine Speicher und/oder Verteiler 9 der Sattdampfbehandlungsstufe 3 als Heißdampf und/oder über eine Sättigungsstufe 10 als Sattdampf zurückgeführt.

Die Heißdampfbehandlung 6 ist in einfacher Weise als Wirbelschichtreaktor ausgebildet. Die aus der

1 i._

Braunkohle stellt ein feinkörniges Veredelungsprodukt dar, welches entweder einer Heißbrikettierung oder aber anderen Nachbehandlungen, beispielsweise einer Vergasung, zugeführt werden kann. Die Heißbrikettierung ist in Fig. 1 mit 11 bezeichnet, wobei das aus der Heißdampfbehandlung 6 austretende Material, die für die Heißbrikettierung ohne Bindemittel erforderlichen Temperaturen von etwa 35O⁰C aufweist. Der Heißbrikettierufij} 11 wird auch die aus der Heißdampferzeugung 8 abgeschiedene angeschwelte Braunkohle zugeführt. Die Heißbriketts gelangen aus der Heißbrikettierung 11 in eine Brikettkühlungsstufe 12, in welcher auch die Inertisierung der Briketts vorgenommen wird. Zu diesem Zweck wird der Brikettkühlung aus der Heißdampfreinigung herstammendes CO2 und aus der Ausdampfung 5 herstammende Brüden als Inertgasatmosphäre zugeführt. Die nach Kühlung der Briketts erhaltenen VeredelungsproduKte hoher Energiedichte lassen sich über große Strecken transportieren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines festen Brennstoffes mit hoher Energiedichte aus stückiger, wasserreicher Braunkohle, wobei die Rohbraunkohle einer Trocknung durch eine diskontinuierliche Sattdampfbehandlung in Autoklaven unter abschließender Heißdampfbehandlung unterworfen wird und die Dämpfe gegebenenfalls unter Zwischenspeicherung in das Verfahren zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohbraunkchle in einer Körnung >5 mm und vorzugsweise <50mm der Sattdampfbehandlung ausgesetzt wird, daß die sattdampfbehandelte Braunkohle vor der Heißdampfbehandlung auf unter 10 mm zerkleinert wird und anschließend der Heißdampfbehandlung bei einer Temperatur von vorzugsweise 400° C bis 500° C ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß- die Zerkleinerung der sattdampfbehandelten Braunkohle nach Entspannung auf atmosphärischen Druck vorgenommen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißdampfbehandlung unter einem Druck von mindestens 5 bar durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißdampfbehandlung in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem aus der Heißdampfbehandlungsbtufe austretenden Heißdampf die Kohlepartikel und nichlkondensierbare Gase (CO₂, CO, CH₄) abgeschiede.. werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die heißdampfbehandelte Braunkohle sowie die aus dem Heißdampf abgeschiedenen Kohlepartikel sofort einer Heißbrikettierung bzw. einem Vergasungsverfahren zugeführt werden.