DE3220162C2 - Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoffkörpern - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoffkörpern

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Abstract

Bituminöse Binder enthaltende Kohlenstofformlinge werden zum Verkoken des Binders in einem Kammerofen erhitzt, wobei die Wärmeenergie durch Verbrennen fluider Brennstoffe innerhalb der Kammer erzeugt wird. Unterhalb von 600 ° C erfolgt die Verbrennung mit einer stöchiometrischen Luftmenge, oberhalb von 600 ° C wird durch besondere Düsen eine zusätzliche Luftmenge in die Kammer geblasen und Ablagerungen fester Pyrolyseprodukte werden verbrannt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoffkörpern durch Erhitzen pyrolisierbare Stoffe enthaltender Fonnlinge ^i einem Kammerofen, bei welchem flüchtige Pyrolyseprodukte gebildet und zersetzt werden die Wärmeenerj, e durch Verbrennen fluider Brennstoffe innerhalb der Kammer erzeugt wird.
Zum Herstellen von Kohlenstoffkürpern ist es bekannt, zerkleinerte Kokse, Graphite, Ruße und andere im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehende Stoffe mit einem oder mehreren Bindern aus der Gruppe Steinkohlenteerpeche, Petrolpeche, Teere, Kunstharze und in geringem Umfang auch Kohlehydrate zu mischen und das Gemisch durch Strangpressen, Schneckenpressen, Gesenkpressen oder auf Vibrationsmaschinen zu Körpern zu formen. In erster Näherung bestehen die Formlinge aus einer geschlossenen Bindermatrix, in der feste Kohlenstoffkörner dispergiert sind. Durch Erhitzen der Formlinge werden die Binder einer Pyrolyse unterworfen, wobei aus dem Binder ein die primären Kohlenstoffkörner verbindendes Binderkoksskelett und flüchtige Produkte, vor allem Kohlenwasserstoffe, gebildet werden. Die erhaltenen Kohienstoffkörper sind vor allem wegen der Pyrolyseverluste porös und zur Verminderung der Porosität ist es nach einem anderen Verfahren bekannt, die Kohlenstoffkörper mit einem der als Biiider verwendeten Stoffe zu imprägnieren. Es ist dann nötig, die Körper einer zweiten Temperaturbehandlung zu unterwerfen und das Imprägniermittel zu verkoken.
Die zweite Temperaturbehandlung erfolgt für weniger empfindliche Formlinge vor allem in Kammerringöfen, die aus einer Vielzahl hintereinandergeschalteter ;- Kammern bestehen.Die Regelung dieses Verbundofens ist schwierig, da sich Parameteränderungen in einer Kammer zwangsläufig auf die Nächbarkammern auswirken. Vorgegebene Betriebsbedingungen lassen sich besser in Einzelkammeröfen — im folgenden Kammerofen genannt — einhalten, die entsprechend "zum Brennen brennempfindlicher Formlinge und auch zum Brennen mit großer Erhitzungsgeschwindigkeit verwendet werden. Ein Kammerofen dieser Art ist beispielsweise in der US-A- 30 48 382 beschrieben. Die zu brennenden Formlinge sind in einer im wesentlichen aus Kokspulver bestehenden Packmasse angeordnet und die zum Erhitzen des Kammerinhalts nötige Wärmeenergie wird durch Verbrennen eines fluiden Brennstoffs in dem durch die Oberfläche der Packmasse und dem Ofendekkel gebildeten Raum erzeugt. Das Rauchgas durchströmt in der Packmasse angeordnete Pfeifen und wird wenigstens zu einem Teil rückgeführt, desgleichen die flüchtigen Pyrolyseprodukte. Die Pyrolyseprodukte sind vor allem bei großer Erhitzungsgeschwindigkeit nicht im thermischen Gleichgewicht, so daß an den heißeren Ofenflächen der Pfeifen, Ofenwände, usw. sekundäre Spaltprodukte, wie Retortenkoks und vor allem Ruß gebildet werden, die den freien Strömungsquerschnitt mehr und mehr einengen. Die Ablagerung oder der Niederschlag kohlenstoffhaltiger Stoffe kann man im Grundsatz durch Verbrennen der flüchtigen Pyrolyseprodukte vermeiden, wozu dem umgewälzten Rauchgas Sauerstoff zugeführt werden muß. Jede Erhöhung des Sauerstoffgehalts bedeutet in dem tatsächlichen Konzentrationsbereich aber eine Erhöhung der Explosionsgefahr. Zum Beispiel ist bei einer Ofenraumtemperatur von 5000C eine typische Zusammensetzung des umgewälzten Rau· hgases (Vol.-%): H2-2,l%, CO-0,8%, CH4-0,8%. Polyaromaten 0,7%, O2-1.6%, CO2-9,0%, N2-67.7%, H2O-16,5%. Die Explosionsgrenze wird für die einzelne Komponente im allgemeinen nicht erreicht, wohl aber für das Gemisch der zündfähigen Komponenten. Unter den beispielhaft genannten Bedingungen beträgt die untere Explosionsgrenze etwa 4,7 Vol.-% O2.
Die gleichen Schwierigkeiten bestehen unabhängig von der Form und Art des Kammerofens. Besonders hinderlich sind die Verkrustungen für den Betrieb der als Herdwagenofen bezeichneten Ofenart, bei dem das zu brennende Gut außerhalb der O'enkammer auf einen Wagen gestapelt und in die Kammer gefahren wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einem Kammerofen bei einem Verfahren der eingangs genannten Art den Ofenbetrieb störende durch die Zersetzung flüchtiger Pyrolyseprodukte gebildete Verkrustungen und andere Ablagerungen von im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehenden Stoffe zu verhindern und dabei jede Explosionsgefahr auszuschließen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß unterhalb einer Kammertemperatur von 6000C der Brennstoff durch Zuführung einer stöchiometrischen Luftmenge verbrannt wird und oberhalb einer Kammertemperatur von 600° C durch besondere Düsen eine zusätzliche Luftmenge in die Kammer eingeblasen wird. Vorzugsweise wird ein Sauerstoffüberschuß von 5 bis 15% bezogen auf die zur Verbrennung des Brenngases nötigen Luftmenge verwendet. Eine günstige Verteilung der eingeblasenen Luft erzielt man dabei durch die Leitbleche, die vor den Einblasdüsen angeordnet sind.
Beim Erhitzen von Teerpeche oder andere Kohlen-Wasserstoffe als Binder oder Imprägniermittel enthal-■j; tenden Kohlenstoffkörpern entstehen bei der pyrolyti-
' sehen Zersetzung den'bituminösen Stoffe im Tempera- * turbereich bis etwa 5500C flüchtige aromatische Verbindungen, die bei den in den Ofenkammern herrsschenden Temperaturen zu einem Teil zu vielkernigen Aromaten kondensieren. Diese Stoffe sind in Form feiner Teertröpfchen in dem Rauchgas dispergiert, das durch Verbrennen fluider Brennstoffe, wie Heizöl oder Erd-
'•sw' t*
gas, erzeugt wird. Der Gesamtteergehalt beträgt bis etwa 500 g/Nonnal m3 und ein Teil des Teers wird wie oben beschrieben, an heißen Ofenflächen unter Ablagerung von festem Kohlenstoff thermisch gespalten. Oberhalb von 600° C ist die Menge der emittierten Pyrolyseprodukte wesentlich kleiner und besteht zudem überwiegend aus Methan und Wasserstoff. Es wurde überraschend gefunden, daß in diesem Bereich der Pyrolyse die in die Ofenkammer gespeiste Luft- oder Sauerstoffmenge ohne Erhöhung der Explosionsgefahr auf den zur Verbrennung der festen Kohlenstoffablagerungen nötigen Betrag gesteigert werden kann. Durch die Verbrennungen der Ablageningen werden Verengungen des freien StrömungF-querschnitts und Beschränkungen der Gasströmung beseitigt und vor allem in is Herdwagenöfen eine Einschränkung der Beweglichkeit vermieden. Die Verbrennungswärme der Kohlenstoffablagerungen trägt zudem zur Wärmebilanz des Kammerofens positiv bei.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen beispielhaft erläutert Es zeigt
F i g. 1 den Schnitt eines Herdwagenofens,
Fi g. 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches II aus Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III in Fig. 2. In den Zeichnungen ist 1 das Rahmenwerk des Herdwagenofens, 2 das die Kammer 3 begrenzende Mauerwerk und 4 ein Wagen, auf dem in Abstand Kohlenstoffkörper 5 — vorzugsweise in besonderen Brennbehältern — geschichtet sind. In das Mauerwerk sind Düsen 6 eingelassen, denen Luft zugeführt wird. Die Luft strömt durch die spaltenförmigen Kanäle 8 zwischen Mauerwerk 2 und den aufgeschichteten Kohlenstoffkörpern 5 und die Kanäle zwischen den Stapeln, wie in der Zeichnung durch Pfeile 7 angedeutet ist und wird mit Hilfe von Ventilatoren 9 zusammen mit den beim Brennen der Kohienstofformiinge gebildeten flüchtigen Pyrolyseprodukte in der Kammer 3 umgewälzt Die flüchtigen Pyrolyseprodukte und die Ablagerungen fester Pyrolyseprodukte verbrennen und die Verbrennungswärme wird zur weiteren Aufheizung des Herdwagenofens genutzt. Zeichnerisch nicht dargestellt sind die zur Heizung der Kammer unterhalb 6000C dienenden, mit Erdgas, Heizöl oder Generatorgas gespeisten Brenner und die mit den Brennern jeweils eine Einheit bildenden Zuführungen für Verbrennungsluft. D'e Anordnung der Brenner, die Führung der Rauchgase und gegebenenfalls die Vorwärmung der Verbrennungsluft sind beispielsweise in der DE-PS 20 29 840 im einzelnen dargestellt, auf die hier verwiesen wird.
In der Ausbildung nach F i g. 1 und 2 sind die zu brennenden Kohlenstoffkörper 5 in Brennbehältern oder Containern 10 gestapelt die sich mit Füßen 11 auf dem Herdwagen 4 abstützen. Der Wagen ist mit einer wannenförmigen Blechauskleidung 12 versehen und zwisehen Herdwagen und Mauerwerk 2 die Tassendichtung 13 angeordnet Durch das Leitblech 14, das vor der Düse ö angeordnet ist, wird den Ofenteilen unterhalb der Brennbehälter und im Bereich der Tassendichtung eine zur Verbrennung der festen Kohlenstoffablagerungen eo ausreichende Luftmenge zugeführt und die in diesen Bereichen für den Ofenbetrieb'«besonders störenden Ablagerungen werden vollständig verbrannt.
Zum Brennen von Kohlenstofformlingen wird der beispielhaft dargestellte Herdwagenofen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit aufgeheizt und dabei bis zu einer Kammertemperatu1" von 600°C Brennstoff und Luft in einem Verhältnis zugeführt, daß die Luftüberschußzahl 1,0 beträgt. Oberhalb von 6000C wird die Luftmenge erhöht, beispielsweise auf eine Luftüberschußzahl von 1,1; dabei verbrennen die den Ofenbetrieb störenden kohlenstoffhaltigen Ablagerungen vollständig, ohne daß eine Explosionsgefahr besteht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoffkörpern durch Erhitzen pyrolisierbare Stoffe enthaltender Formlinge in einem Kammerofen, bei welchem flüchtige Pyrolyseprodukte gebildet und zersetzt werden und die Wärmeenergie durch Verbrennen fluider Brennstoffe innerhalb der Kammer erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb einer Kammertemperatur von 6000C der Brennstoff durch Zuführung einer stöchiometrischen Luftmenge verbrannt und oberhalb einer Kammertemperatur von 6000C durch Düsen eine zusätzliche zur Verbrennung niedergeschlagener Pyrolyseprodukte ausreichende Luftmenge in die Kammer eingeblasen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung mit einem Lufiüberschuß vos *> bis 15% erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß ein Herdwagenofen verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verteilung der eingeblasenen Luft vor den Düsen Leitbleche angeordnet werden.
DE3220162A 1982-05-28 1982-05-28 Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoffkörpern Expired DE3220162C2 (de)

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