DE3248372A1 - Verfahren zur kontinuierlichen trocknung und veredelung von organischen feststoffen wie z.b. braunkohlen - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen trocknung und veredelung von organischen feststoffen wie z.b. braunkohlenInfo
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Verfahren zur kontinuierlichen trocknung
und Veredelung von organischen feststoffen wie z. B. Braunkohlen
und Veredelung von organischen feststoffen wie z. B. Braunkohlen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen
Trocknung und Veredelung von organischen Feststoffen, wie z. B. Braunkohlen, bei welchem nach einer Vorerwärmung der Feststoffe
Sattdampf unter kontinuierlicher Ableitung des ausgetriebenen und kondensierenden Wassers und des gebildeten CCL· unter
einem Druck von 5 - 45 bar bei Temperaturen von 150 - 260°C mit den Feststoffen in Berührung gebracht wird, worauf gegebenenfalls
eine Trocknung mit überhitztem Dampf und/oder eine Entspannung vorgenommen wird.
Die Verarbeitung wasserreicher Braunkohlen, die einen Wassergehalt von bis zu 65 % aufweisen können, zu marktfähigen
Brennstoffen (stückigem Brennstoff, Brikett), Gas, Koks oder
durch Verflüssigung zu Treib- und Schmierstoffen, erfordert eine
Trockung der Rohkohle. Die bei der Trocknung entstehende Trockenkohle
muß, je nach Weiterverwendung, einen Wassergehalt von 0 max. 35 % aufweisen. Für die Vergasung der Trockenkohle im Festbettvergaser
ist eine Trockenkohle mit einer max. Feuchte von 35 % erforderlich, für die Vergasung in der Wirbelschicht oder
Flugstaubwolke betragen die zulässigen Feuchtigkeitswerte 0 - 15 %, bei der Verkokung werden Feuchtigkeitswerte von 15 %,
bei der Kohleverflüssigung Feuchtigkeitswerte von 5 - 10 % verlangt.
Für die Trocknung von wasserreichen Braunkohlen haben sich im wesentlichen drei Trocknungsverfahren bewährt. Es sind dies
die Trocknung im Röhrentrommeltrockner für Körnungen 0-25 mm, vorzugsweise 0-8 mm, die Dampftrocknung nach Fleißner für
Körnungen 20 - 150 mm und die Wirbelschichttrocknung für Körnungen
0-5 mm.
Ein Nachteil der bekannten Fleißner-Trocknung, wie sie bei-.spielsweise
in der AT-PS 190 490 und der AT-PS 185 349 beschrieben ist, ist die Tatsache, daß dieses Verfahren diskontinuierlich
durchgeführt wird. Gemäß der AT-PS 363 905 und der AT-PS 363 906 sind bereits Abwandlungen dieses grundsätzlichen
Sattdampftrocknungsverfahrens bekanntgeworden, bei welchen eine
kontinuierliche Verfahrensführung erreicht wird. Die kontinuierliche Verfahrensweise hat dabei gegenüber der diskontinuierlichen
älteren Verfahrensweise den Vorteil, daß gewünschte Eigenschaften des Endproduktes des Trocknungsverfahrens wesentlich genauer
angesteuert werden können und daß darüberhinaus Produkte mit
gegenüber diskontinuierlichen Verfahrensweisen verbesserten
Eigenschaften erzielt werden können. Insbesondere im Hinblick auf eine nachfolgende weitere Veredelung des Endproduktes der
Trocknung ist die Ansteuerung und Einhaltung definierter Produkteigenschaften von besonderer Bedeutung.
Aus der DE-OS 29 35 594 ist bereits ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem anschließend an eine diskontinuierlich geführte
Trocknung in mehreren Dämpfern unmittelbar eine Druckent- und -vergasung angeschlossen wurde. Bei diesem bekannten Verfahren
konnte zwar in bezug auf die Energiebilanz, insbesondere in bezug auf die bessere Ausnutzung der Wärme der getrockneten
Braunkohienteilchen nach dem Ausbringen aus der diskontinuierlich
geführten Trocknungsstufe, eine gewisse Verbesserung erzielt· werden. Bedingt durch die diskontinuierliche Führung des Verfahrens
ist dieses bekannte Verfahren aber sowohl verfahrenstechnisch als auch apparativ aufwendiger, da eine Mehrzahl von
Dampfgefäßen vorgesehen sein muß, um den für die Dampftrocknung erforderlichen Trocknungszyklus zumindest hinsichtlich Kohlevorwärmung
und Druckdämpfung vornehmen zu können. Durch die diskontinuierliche Verfahrensführung ergeben sich bedingt durch die
schwierige Abstimmung der Leistung von Kohletrocknung und Vergasungsreaktor auch Nachteile für die- Verfahrensführung im Vergasungsreaktor
hinsichtlich schwankender Qualität der einzuschleusenden Trockenkohle.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Vorteile, welche sich durch die kontinuierliche Verfahrensführung der Trocknung in
bezug auf die Homogenität und die Konstanz der Materialeigenschaften des getrockneten Produktes ergeben, für die Veredelung
auszunützen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im
wesentlichen darin, daß die Feststoffe unmittelbar anschließend an die Sattdampfbehandlung bzw. Trocknung mit ihrer Eigenwärme
kontinuierlich in die Veredelungsstufe eingebracht werden. Das kontinuierliche Dampftrocknungsverfahren wird hiebei mit Braunkohle
im Kornbereich 0-60 mm, vorzugsweise für die Feinkornbereiche 0-10 mm, 5-20 mm, od. dgl. durchgeführt, so daß ein
besonders homogenes und in seinen Eigenschaften konstantes
Produkt erreicht wird, welches unmittelbar der Veredelungsstufe zugeführt werden kann. Als Veredelungsstufe kommen hiebei insbesondere
weiterverarbeitende Verfahren, wie Vergasung,
Druckvergasung, Verkokung, Hydrierung, Verflüssigung oder
Brikettierung in Frage, wobei sich bei der kontinuierlichen Führung des Trocknungsverfahrens neben der Verbesserung der
Energiebilanz durch die Ausnutzung der Restwärme auch noch weitere Vorteile ergeben. Insbesondere läßt sich bei einer
kontinuierlichen Trocknung das Trocknungsverfahren so steueren, daß das Trocknungsprodukt nicht nur in bezug auf den gewünschten
Feuchtigkeitsgehalt, sondern auch auf den gewünschten Inkohlungsgrad, d. h. den Abbau von Carboxylgruppen und
sauerstoffhaltigen Kohlenstoffverbindung, steuern läßt. Durch die
beim kontinuierlichen Verfahren leichterere Fassung und Ableitung des bei der Trocknung anfallenden, aus der Kohle austretenden und
aus dem Dampf kondensierenden Wassers, welches ebenso wie das anfallende CO2 an geeigneten Stellen abgeführt werden kann,
ergibt sich neben der Verbesserung der Wärmebilanz des Trocknungsverfahrens auch der Vorteil, daß Materialeigenschaften,
wie beispielsweise die Plastizität der getrockneten Kohle oder . die Verteilung von in der Kohle enthaltenen Bindemitteln in
besonders günstiger Weise beeinflußt werden. Gleichzeitig kann bei vorgegebener Durchsatzleistung des nachgeschalteten
Veredelungsverfahrens mit wesentlich kleiner dimensionierten
Trocknungsaggregaten das Auslangen gefunden werden. Die Abwärme der Trocknung kann im nachgeschalteten Veredelungsverfahren
ausgenützt werden.
In besonders vorteilhafter Weise kann durch die kontinuierliche Verfahrensführung das Endprodukt der Trocknungsstufe nicht
nur mit ihrem Wärmeinhalt weiterverarbeitet werden, sondern auch auf dem gleichen Druckniveau wie die letzte Trocknungsstufe
weiterverarbeitet werden. Dies ist insbesondere bei der Brikettierung von Bedeutung. Wenn beispielsweise innerhalb der
letzten Trocknungsstufe unter Druck mit überhitztem Dampf zentrifugiert wird, kann neben einer Homogenisierung des
getrockneten Produktes eine . Weiterverarbeitung in einer Art aktiviertem Zustand vorgenommen werden, in welchem auch die bei
bestimmten Temperaturen und Drücken auftretenden plastischen Eigenschaften der Kohle mit Vorteil ausgenutzt werden können. Ein
derartiges Zentrifugieren hat darüberhinaus bei einem nachfolgenden Brikettieren den Vorteil, daß der in der Kohle
enthaltene Bindomittelanteil an die Oberfinehe der Kohlenteilchen
unter der Zentrifugalwirkung angereichert wird und wenn keine vollständige Entspannung des Druckes vorgenommen wird, läßt sich
der gleichsam aktivierte Zustand und der plastische Zustand der getrockneten Teilchen unmittelbar in dem nachfolgenden Verfahren
ausnützen. Die Erfindung sieht hiefür vorzugsweise vor, daß die organischen Feststoffe unter überatmosphärischem Druck aus der
letzten Trocknungsstufe ausgeschleust werden und in die nachfolgende Veredelungsstufe eingebracht werden. Hiebei kann
vorzugsweise der Druck in der letzten Trocknungsstufe größer oder gleich dem Druck in der Veredelungsstufe gewählt werden.
Insbesondere bei Druckvergasung und Kohlverflüssigung ist damit eine neuerliche Unterdrucksetzung der Kohle entbehrlich und es
kann unmittelbar mit dem Druck in der letzten Trocknungsstufe weitergearbeitet werden.
Mit der Sattdampf trocknung, wie sie im Prinzip dem Verfahren
nach Fleißner entspricht, läßt sich je nach Feuchtigkeitsgehalt der eingesetzten organischen Feststoffe jeweils nur ein Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt
erzielen. Für die Vergasung können diese Feuchtigkeitswerte durchaus bereits auf den geforderten
Werten liegen. Bei Braunkohlen mit geringerem Wassergehalt kann unter Umständen sogar der für die Verkokung erforderliche Feuchtigkeitswert
mit einer Sattdampftrocknung bereits erzielt werden. Für die Vergasung und die Kohleverflüssigung wird in der Regel
eine Heißdampftrocknungsstufe mit überhitztem Dampf zur weiteren Trocknung erforderlich sein und gerade eine derartige Heißdampftrocknungsstufe ergibt einen großen Spielraum für die Wahl des
Druckes in der Heißdampftrocknungsstufe sowie die Wahl einer geeigneten
Temperatur. Demgegenüber· sind die wirtschaftlich vernünftig anwendbaren Werte von Druck und Temperatur in der Sattdampftrockenstufe
durch die Bedingung, daß ein Sattdampf vorliegen soll, wesentlich begrenzt. Es ist daher ohne weiteres
möglich, eine nachgeschaltete Heißdampftrockenstufe bei einem
kontinuierlich arbeitenden Verfahren genau an die speziellen Verfahrensbedingungen
einer nachgeschalteten Veredelungsstufe anzupassen. Vorzugsweise wird hiebei so vorgegangen, daß die organischen
Feststoffe bei Ausbringen mit gegenüber dem Druck in der Veredelungsstufe höherem Druck zwischen der letzten Trocknungsstufe und der Aufgabe in die Veredelungsstufe kontinuierlich
teilweise entspannt werden, wobei der Druck bei der Aufgabe in
die Veredelungsstufe vorzugsweise gleich dem Druck in der Veredelungsstufe ist.
Für die Verkokung ist es in der Regel erforderlich, eine Entspannung auf Atmosphärendruck vorzunehmen, jedoch ergeben sich
auch hier bei einer kontinuierlichen Verfahrensführung bessere Möglichkeiten der Anpassung des der Verkokung kontinuierlich zuzuführenden
getrockneten Materials an die Verkokungsbedingungen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt hiebei eine kontinuierliche Kohletrocknung in Verbindung mit einer Feinkokserzeugung in einem Herdofen und Fig.
2 eine kontinuierliche Kohletrocknung in Verbindung mit einer Druckvergasung.
In Fig. 1 ist der Kohleaufgabebunker mit 1 bezeichnet. Die
Kohle gelangt in eine Vorwärmestufe 2, in welcher eine wässerige Suspension bzw. Aufschlämmung der Kohletedlchen hergestellt wird..
Die Aufschlämmung gelangt über eine Pumpe 3 in einen Autoklaven 4, in welchem Spaltsiebkaskaden 5 vorgesehen sind, so daß das
Transportwasser sowie das aus der Kohle austretende und das in diesem Autoklaven kondensierende Wasser aus dem Dampf auf verschiedenen
Höhen über eine Sammelleitung 6 abgeleitet werden kann. Der Dampf von einem Dampferzeuger 7 wird hiebei über Düsen
8 an der Unterseite des Autoklaven eingebracht und es werden in diesem Autoklaven 4 Drucke zwischen 5 und 45 bar und Temperaturen
zwischen 150 und 260-0C aufrecht erhalten, wobei die Bedingungen
einer Sattdampftrocknung gewählt werden. Die kontinuierliche Abführung
des gebildeten Wassers ermöglicht hiebei eine Verbesserung des Angriffes des Sattdampfes auf die zu trocknenden
Teilchen. Entstehendes CO- wird über eine öffnung 9 ausgetragen.
Das getrocknete Produkt gelangt über eine Förderschnecke 10 unter dem Betriebsdruck des Autoklaven in eine Zentrifuge 11. Das in
der Zentrifuge austretende Wasser wird einem Aufstromklassierer
12 und einem Oxydator 13 zugeführt, wobei die Abwärme dieser Aggregate über Wärmetauscher 14 und 15 in das Verfahren rückgeleitet
werden kann. Ein Teil des gereinigten Abwassers wird über eine Pumpe 16 zur Herstellung der Suspension herangezogen. Bei
diesem Verfahren werden wasserreiche Braunkohlen einer Körnung von 0 bis 50 mm, vorzugsweise in wählbaren Bereichen von 0 bis
10, 0 bis 20, 5 bis 20 mm od. dgl. eingesetzt. Die getrockneten
Teilchen gelangen aus der Zentrifuge 11 durch Ausschleusung in den Entspannunqs- bzw. Ausdampfbehälter 17, in welchem für die
nachfolgende Verkokung 18 eine vollständige Entspannung vorgenommen wird. Die getrockneten Teilchen werden über eine Förderschnecke
19 in den Herdofen 20 (Salem-Herdofen) eingebracht,
wobei die Austragsöffnung für den Koks mit 21 bezeichnet ist. Die Abgase dieses Herdofens, welche beim Verkokungsprozeß brennbare
Abgase darstellen, werden in einer Nachverbrennungskammer 22 verbrannt und in einem Abhitzekessel 23 zur Dampferzeugung für die
Kohletrocknung verwendet. Eine auf diese Weise mit Sattdampftrocknungsverfahren getrocknete Braunkohle hat sich
insbesondere als mechanisch widerstandsfähiger gegenüber den Beanspruchungen im Herdofen herausgestellt und der auf diese
Weise erzeugte Koks ergibt einen günstigeren Sortenfall als eine verleichsweise durchgeführte Trocknung von Kohle in einem
Röhrentrockner. Die mittels des kontinuierlichen Trocknungsverfahrens erzeugte Trockenkohle wurde für die
Bedürfnisse des Herdofens auf eine Restfeuchte von 10 % getrocknet.
In Fig. 2 ist eine kontinuierliche Kohletrocknung analog der Verfahrensführung nach Fig. 1 dargestellt, an' welche eine
Festbettdruckvergasung angeschlossen ist. Bei diesem Verfahren gelangt die wasserreiche Braunkohle mit einer Körnung von 0 bis
80 mm nach einer Vorwärmung mit Abdampf oder Trocknungswasser
über einen Aufgabebunker 24 in den Autoklaven 4, welcher analog wie der Autoklav 4 in Fig. 1 aufgebaut ist. Das mit Sattdampf getrocknete
Produkt gelangt in der Folge unmittelbar oder aber über eine Schleuse 25 in den Spaltsiebtrommeltrockner 26. Dieser
Spaltsiebtrommeltrockner weist eine Förderschnecke 27 und ein zylindermantelförmiges Spaltsieb 28 auf, welche gemeinsam oder
gesondert voneinander in Umdrehung versetzt werden können. Der Spaltsiebtrommeltrockner 26 ist hiebei in einem druckfesten
Gehäuse untergebracht. Der Spaltsiebtrommeltrockner 26 ermöglicht hiebei die Einstellung der für die nachfolgende Drückvergasung
günstigsten Bedingungen und es wird diesem Spaltsiebtrommeltrockner über eine Leitung 29 sowie Düsen 30
Satt- oder Heißdampf mit der gewünschten Temperatur und dem gewünschten Druck zugeführt. Öas Abwasser wird über eine
Sammelleitung 31 einem Schlammabscheider 32 und einem Oxydator
33 zugeführt, . bevor es teilweise für die Herstellung einer
Aufschlämmung über die Vorwärmung des zu trocknenden Produktes wiederverwendet wird. Das Trocknungsprodukt . aus dem
Spaltsiebtrommeltrockner 26 gelangt über eine Schleuse 34 in einen Vergaser 35. Das entstehende Gas wird bei 3 6 abgezogen.
Die Trennung der Spaltsiebkaskade im Autoklaven 4 vom Spaltsiebtrommeltrockner
26 durch eine Siebschleuse 25 ist bei Kohlen, die auf Grund ihrer Struktur zur Erhaltung der Stückigkeit eine
stufenweise Trocknung benötigen, erforderlich. Bei diesen wird nach einer entsprechenden Vorwärmung in der Siebkaskade vorzugsweise
ein Sattdampfdruck von 10 - 20 bar und in der Spaltsiebtrommel
ein Sattdampfdruck von 20 - 40 bar angewandt. Der Druck in der Spaltsiebtrommel wird zweckmäßigerweise mit dem Druck im
Vergaser gleichzuhalten sein. Anstelle der Anwendung einer Sattdampfatmosphäre im Spaltsiebtrommeltrockner 26 kann dieser Spaltsiebtrommeltrockner
aber gewünschtenfalls auch mit überhitztem Dampf betrieben werden, wenn eine nachgeschaltete Veredelungsstufe geringere Feuchtigkeitsgehalte erfordert. Auch in diesem
Falle ist zur Trennung von der Sattdampfatmosphäre im Autoklaven 4 eine Schleuse 25 vorgesehen.
Im nachfolgenden wird ein grober Vergleich der Wärmebilanz bei der Kombination der konventionellen bzw. der kontinuierlichen
Fleißner-Trocknung mit der anschließenden Vergasung bzw. Verkokung
auf Basis fühlbarer Warme von Kosovo-Braunkohle mit einem Wassergehalt von 50 Gew. % (Durchsatzleistung: 75 t
Rohkohle/Std.) angestellt.
1. Nicht integriertes System mit Entspannung und Abkühlung
| konvent. | 20°C | Vergasung | |
| Rohkohle v | Fleißner-Trocknung 30 bar, 234°C |
47,5 t/Std. τ» Trockenkohle |
30. bar |
| 75 t/Std. ' | 50 % H2O 21 % H2O | / \ 200C.. | |
| 10 t | HO 37,5 t Trocken substanz |
oder | |
| Salem- Herdofen atm.Druck |
|||
40.
In den Vergaser (Verkokungsofen) mit der Trockenkohle eingebrachte
Wärmemenge:
Wasser: (20 - 0) . 4,2 . 10 000 = 0,840 GJ/Std.
Trockensubstanz: (20 - 0) . 1,45 . 37 500 = 1,088 GJ/Std.
1,928 GJ/Std.
2. Integriertes System ohne Entspannung und ohne Abkühlung
Rohkohle^
t/Std.'1
t/Std.'1
kont.Fleißner
Trocknung
30 bar, 234°C
14,6 t H2O 3J7,5 t Trockensubstanz
Trockenkohle
52,1 t/Std. 234°C
52,1 t/Std. 234°C
Vergaser 30 bar
% H2O 28 %
In den Vergaser mit der Trockenkohle eingebrachte Wärmemenge:
Wasser: (234 - 0) . 4,6 . 14 600 = 15,715 GJ/Std.
Trockensubstanz (234 - 0) . 1,45.. 37 500 « 12,724 GJ/Std.
28,439 GJ/Std.
3. Integriertes System mitEntspannung und teilweiser Abkühlung
Rohkohle.
t/Std/
kont.Pleißner Trocknung A 30 bar,
,10O0C
Trockenkohle
49,3 t/Std.
Verkokungsanlaqe
(Salem-Herdofen)
atm.Druck
% H2O 24 % H2O
11,8 t H2O 37,5 t Trockensubstanz
In den Salemherdofen mit der Trockenkohle eingebrachte Wärmemenge:
Wasser: (100 - 0) . 4,2 . 11 800 = 4,956 GJ/Std.
Trockensubstanz: (100 - 0) . 1,45 . 37 500 = 5,438 GJ/Std.
10,394 GJ/Std.
Der Vergleich zeigt, daß beim kombinierten Verfahren Fleißner- -Trocknung-Vergasung, Fleißner-Trocknung-Verkokung große Wärmemengen
erspart werden können:
Fleißner-Trocknung konventionell-Vergasung. 1,928 GJ/Std.
Fleißner-Trocknung kontinuierlich, kombiniert
mit der Druckvergasung 28,429 GJ/Std.
Fleißner-Trocknung kontinuierlich, kombiniert
mit der Verkokung , 10,394 GJ/Std.
Claims (6)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Trocknung und Veredelung
von organischen Feststoffen, wie z.B. Braunkohlen, bei welchem nach einer Vorerwärmung der Feststoffe Sattdampf unter
kontinuierlicher Ableitung des ausgetriebenen und kondensierenden Wassers und des gebildeten C0„ unter einem Druck von 5 - 45 bar
bei Temperaturen von 150 - 260°C mit den Feststoffen in Berührung gebracht wird, worauf gegebenenfalls eine Trocknung mit
überhitztem Dampf und/oder eine Entspannung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe unmittelbar
anschließend mit ihrer Eigenwärme kontinuierlich in die ".Veredelungsstufe eingebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die organischen Feststoffen unter überatmosphärischem Druck aus der letzten Trocknungsstufe ausgeschleust werden und in die nachfolgende
Veredelungsstufe eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der letzten Trocknungsstufe größer oder gleich
dem Druck in der Veredelungsstufe gewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Feststoffe bei Ausbringen mit gegenüber dem Druck
in der Veredelungsstufe höherem Druck zwischen der letzten Trocknungsstüfe und der Aufgabe in die Veredlungsstufe kontinuierlich
teilweise entspannt werden, wobei der Druck bei der Aufgabe in die Veredelungsstufe vorzugsweise gleich dem Druck in der Veredelungsstufe
ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die organischen Feststoffe nach Entspannung auf Atmosphärendruck durch Verkokung veredelt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die organischen Feststoffe unter dem Betriebsdruck der letzten Trocknungsstufe oder nach einer Zwischenentspannung
auf einen überatmosphärischen Druck durch Vergasung, Hydrierung bzw. Verflüssigung oder Heißbrikettierung unter Druck
veredelt werden.
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