DE3220162C2 - Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoffkörpern - Google Patents
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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,
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)
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.
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1983
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