DE3344847C2 - Schnell-Pyrolyse von Braunkohlen und Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Schnell-Pyrolyse von Braunkohlen und Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein zweistufiges Verfahren nach dem Wirbelschichtprinzip zur Gewinnung von Koks, Starkgas und Pyrolyseteer mit dem Ziel, das Verfahren in einer kompakten Anlage, die einen hohen energetischen Wirkungsgrad und eine hohe Durchsatzleistung aufweist, durchzuführen. Erfindungsgemäß geschieht dies, indem das aus dem Trockner-Brüden-Gemisch ausgetragene Feinkorn dem eigentlichen Pyrolyseprozeß entzogen wird und als Wirbelmedium im Pyrolysereaktor ein aufgeheiztes, der Schwelung artfremdes Gas verwendet wird, sowie zur Staubabscheidung aus dem Pyrolysegas ein Heißgashochleistungsstaubabscheider verwendet wird, wobei das in der Brennkammer erzeugte Verbrennungs-Abgas zur indirekten Beheizung der Wirbelschicht, zur Vorwärmung des der Schwelung artfremden Gases und für die Direktbeheizung im Trockner verwendet wird. Der Trockner ist im Bereich der Wirbelschicht mit einem Doppelmantel versehen und direkt unter seinem Anströmboden ist eine Mischkammer angeordnet, während der Pyrolysereaktor direkt mit einer Brennkammer und einem Vorwärmer gekoppelt ist.

Description

— das aus dem Abscheider (5) ausgetragene Feinkorn dem weiteren Pyrolyseprozeß entzogen wird,
— als Wirbelmedium im I^yrolysereaktor (4) ein der Schwelung artfremdes kohlenwasserstoffhaltiges Gas mit einer den Pyrolysebedingungen entsprechenden Temperatur eingesetzt wird,
— aus dem Pyrolysereaktor (4) austretendes Pyrolysegas einer Staubabscheidung (12) zugeführt wird, bei der ein 3troibgehalt von weniger als 100 mg/m3 i. N. erreicht w .id,
— das in der Brennkammer (9) erzeugte Verbrennungs-Abgas zur indirekten Beheizung der Wirbelschicht, zur Vorwärmung des der Schwelung artfremden kohlenwasserstoffhaltigen Gases und als Mischkomponente für die Direktbeheizung im Trockner (2) verwendet wird.
2. Verfahren zur Schnell-Pyrolyse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Wirbelmedium ein methanhaltiges Gas eingesetzt wird.
3. Verfahren zur Schneü-Pyrolyse nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Wirbelmedium ein Erdgas eingesetzt wird.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Trockner (2) im Bereich der Wirbelschicht mit einem Doppelmantel (3) versehen und direkt unterhalb seines Anströmbodens (8) eine Mischkammer (6) angeordnet ist, und daß am Pyrolysereaktor (4) die Brennkammer (9) und ein Vorwärmer (10) direkt druckdicht angeordnet sind.
Die Erfindung bezieht sich auf ein zweistufiges Verfahren zur Schnell-Pyrolyse grubenfeuchter, aschereicher und salzhaltiger Braunkohlen, vorzugsweise von Weichbraunkohlen, nach dem Wirbelschichtprinzip und auf eine Anordnung zur Durchführung diesesVerfahrens zur gleichzeitigen Erzeugung von hochwertigem Koks, Starkgas und einem Pyrolyseteer mit geringem Staubgehalt.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es sind Verfahren und Anordnungen bekannt, nach denen eine Schwelung oder Verkokung der Kohle in ein, zwei oder drei Verfahrensstufen durchgeführt werden, mit dem Ziel, hauptsächlich eines der drei Hauptprodukte Koks, Teer oder Gas zu erzeugen.
In der DD-PS 48 339 v/ird ein Verfahren zur Kurzzeitschwelung ballastreicher unbrikettierter fester
ίο Brennstoffe beschrieben, das vorrangig zur Teererzeugung vorgesehen ist und wobei Gas und Koks als anfallende Nebenprodukte erzeugt werden. Hierbei wird der zu verschwelende Brennstoff zunächst einemVortrockner zugeführt, der mit einem Rost versehen ist und nach dem Wirbelschichtprinzip arbeitet Diesem Vortrockner ist eine Brennkammer zugeordnet in der ein Teil des Schwelgases zu Rauchgas verbrannt und dem ein Teil Trocknerbrüden aus dem Vortrockner als Wälzgas zugemischt wird. Dieses Gemisch liefert die Wärmezufuhr zu der im Vortrockner zu bildenden Wirbelschicht Die stark vorgetrocknete Kohle wird kurz über dem Rost durch einen Zuteiler abgezogen und einem etwas tiefer stehenden Schwelaggregat zugeführt Dieses arbeitet ebenfalls mit einer Wirbelschicht die auf einem Rost aufgebaut wird. Die Wärmezuführung geschieht hier ebenfalls über Scfcwelgasverbrennung in einer Brennkammer, die dem Schwelaggregat zugeordnet ist unter Beimengung von kaltem Schwelgas als Wälzgas. Hervorzuheben ist bei diesem Verfahren, daß die Stäube aus dem dem Vortrockner nachgeschalteten Staubabscheider über ein Tauchrohr in die Wirbelschicht bis in Rostnähe des Schwelaggregates eingebracht werden. Ebenso können Rückstandsöle, Asphalte und andere schwere Kohlenwasserstoffe in die Wirbelschicht eingedüst werden, wodurch die Ausbeute an leichteren Flüssigprodukten bei gleichzeitiger Aufarbeitung unbrauchbarer Rückstände verbessert wird.
Die verschwelte Kohle wird üt-ir eine Austragsvorrichtung einer weiteren Verwertung zugeführt. Das heiße Schwelgas aus dem Schwelaggregat gelangt entweder über einen Abscheider oder wird in eine Spaltanlage geleitet in der die Teerdämpfe aufgespalten werden und eine Abscheidung der Koksstäube erfolgt Anschließend findet eine weitere Kondensation der Teerdämpfe statt Das entteerte Schwelgas wird zum größten Teil als Heiz- bzw. Spülgas über ein Gebläse dem Gesamtverfahren wieder zugeführt. Nur geringe Mengen können als Überschußgas abgegeben werden.
Als Nachteil dieses Verfahrens erweist sich, daß bei dem zweistufigen Kurzzeitschwefel verfahren hauptsächlich auf ein Hauptprodukt auf Teer orientiert wird, während Gas und Koks als Nebenprodukte miterzeugt werden.
Schwelgas wird im Kreislauf gefahren. Es wird sowohl in der Brennkammer des Vortrockners als auch in der Brennkammer des Schwelaggregates zu Verbrennungs-Abgas verbrannt, wodurch ein Teil des erzeugten Schwelgases wieder verbraucht wird.
Das Eintragen der Stäube aus dem Trockner-Brüdengemisch in das Schwelaggregat führt bei den hier vorherrschenden Temperaturen zu einer Anreicherung des Staubgehaltes der sich dort bildenden Teerdämpfe. Hieraus resultiert ein ungünstiges Verhältnis von staubarmen Dickteer zu staubhaltigem Teer. Aufgrund der geringen Reaktionstemperaturen ist bei diesem Verfahren nur eine geringe Koksausbeute zu erzielen.
Ein weiteres Verfahren zur Schwelung von körniger Kohle und Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens
wird in der DE-AS 25 53 760 dargestellt.
Hierbei handelt es sich um ein dreistufiges Verfahren, das gleichzeitig auf drei Haupterzeugnisse orientiert. Koks, Gas und eine größtmögliche Teerausbeute.
Dabei wird die Kohle in einem Vortrockner bis auf eine geringe Restfeuchte getrocknet und anschließend in Zyklonen nach Korngrößen getrennt, die dann einem Vorerhitzer hwi ca. 300° C in verschiedenen Höhen zugeführt werden. Zur Beheizung und als Trägergas dient Abgas. In nachgeschalteten Zyklonen wird nach dem Vorerhitzen die Kohle wieder vom Trägergas abgetrennt und in den Wirbelbettschwelöfen eingetragen. Bei ca. 600° C Findet eine Schwelung statt, wobei die erforderliche Wärme dem Wirbelbettschwelöfen indirekt zugeführt wird. Als Wärmeträger zur indirekten Beheizung der Wirbelschicht dient Kohlendioxid, das im Kreislauf geführt wird. Hierbei wird das Kohlendioxid in einem Vorerhitzer auf ca. 9000C aufgeheizt und gibt über einen Wärmeübertrager, der direkt mit dem Wirbeifaetiofen verbunden ist, seine Wärme an die V/irbelschicht ab und tritt mit ca. 650° C wieder iü den Vorerhitzer ein. Dabei gestattet das Verfahren, durch Zusatz von Zusatzverbrennungsluft, die Wärmemenge im Wirbelbett zu steigern. Als Spülgas dient das auf 6000C vorgewärmte Schwelgas aus dem Verfahren. Die erzeugten Produkte werden in an sich bekannter Weise nachbehandelt und dem jeweiligen Verwendungszweck zugeführt Das beschriebene Verfahren überwindet einige Nachteile aus dem Stand der Technik, verkörpert jedoch einen hohen material- und fertigungstechnischen apparate- und anlagen- sowie hilfsstoffspezifischen Aufwand, was den wesentlichen Nachteil dieses Verfahrens ausmacht.
Ziel der Erfindung
Die Erfindung verfolgt das Ziel, einVerfahren zur Schnell-Pyrolyse grubenfeuchter, aschereicher und salzhaltiger Braunkohlen, insbesondere von Weichbraunkohlen, und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, das es ermöglicht, die Hauptprodukte Koks, Gas und Teer in hoher Qualität und Quantität zu erzeugen.
Dabei soll das Verfahren einen hohen energetischen Wirkungsgrad aufweisen, die Anlage über eine hohe Durchsatzleistung verfügen und der apparate-, anlagen- und hilfsstoffspezifische Aufwand niedrig gehallen werden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein zweistufiges Verfahren zur Schnell-Pyrolyse grubenfeuchter, aschereicher und salzhaltiger Braunkohlen, vorzugsweise von Weichbraunkohlen und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach dem Wirbelschichtprinzip zu entwickeln, das zur gleichzeitigen Erzeugung eines hochqualitativen Kokses, eines Starkgases und eines Pyrolyseteers mit geringem Staubgehalt, der sich besonders zur Elektrodenkoksherstellung eignet, dient.
Dabei wird von einem Verfahren ausgegangen, bei dem in einem Trockner mittels eines Wirbelmediums oberhalb eines Ancirömbodens die Trocknung der Kohle vorgenommen wird. Die Aufgabe besteht ferner darin, daß bei Trocknungsiemperaturen unterhalb «eerbildender Dämpfe ein Zusammenballen der Kohle, insbesondere in den Randzonen der Wirbelschicht, verhindert wird.
Das aus dem Trockner ausgetragene Trockner-Brüdengemisch wird einem Abscheider zur Feinkornabscheidung zugeführt
Die getrocknete Kohie wird anschließend einem Schwelreaktor zugeführt, dem zur indirekten Beheizung der Wirbelschicht ein Wärmeübertrager zugeordnet ist. Mittels eines Schwelgases erfolgt die Schwelung der Kohle.
ίο Weiterhin besteht die Aufgabe, eine Schachtbelastung des Trockners und des Pyrolysereaktors größer als 2 t/m2 h zu erreichen. Außerdem sollen die Apparateteile derart kompakt einander zugeordnet werden, daß die gesamte Anlage einen geringen Platzbedarf benötigt und energiewirtschaftlich arbeitet.
Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß das aus dem Trockner-Brüdengemisch ausgetretene Feinkorn dem eigentlichen Schnell-Pyrolyseprozeß entzogen wird und r.~. Wirbelmedium im lyrGiYsercciiCtor ein der oCiiweiüng cU*^nsnKiS5 KOmSnwasserstoffhaltiges Gas mit einer den Pyrolysebedingungen entsprechenden Temperatur eingesetzt wird Ferner ist vorgesehen, daß zur Staubabscheidung aus dem Pyrolysegas des Pyrolysereaktors ein Heißgashochleistungsstaubabscheider verwendet wird, mit dem ein Reinheitsgrad, der kleiner als 100 mg Staub/m3 i. N. Pyrolysegas ist, erreicht wird. Außerdem wird das in der Brennkammer erzeugte Verbrennungsgas zur indirekten Beheizung der Wirbelschicht, zur Vorwärmung des der Schwelung artfremden kohlenwasserstoffhaltigen Gases und als Mischkomponente für die Direktheizung im Trockner eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Anordnung sieht vor, daß der Trockner im Bereich der Wirbelschicht mit einem Dopnelmantei versehen und direkt unterhalb seines Anströmbodens eine Mischkammer angeordnet ist, und am Pyrolysereaktor die Brennkammer und tin Vc/wärmer direkt druckdicht angeordnet sind.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei liegt das Verfahrensschema der Zeichnung zugrunde. Das Verfahren wird in zwei Stufen unterteilt, in die Trocknung der grubenfeuchten Weichbraunkohle (Rohbraunkohle) und in deren Pyrolyse zur gleichzeitigen Gewinnung von Koks, Gas und Teer mit geringem Staubgehalt. Hierzu gelangt die. Weichbraunkohle aus einem Kohilebunker 1 in den oberen Teil des Trockners 2, wobei die Kohlezuführung über 3ine beliebige Fördereinrichtung erfrigi. Der Trockner 2 besteht im wesentlichen aus einem Anströmboden 8, auf dem sich die Wirbelschicht ausbildet. Als Anström- oder WirbelmedHim wird ein Mischgas verwendet, dem Trocknungs-Brüdengas 2,ugesetzt wurde. Das Mischgas wird in einer direkt unterhalb des Anströmbodens 8 angeflanschten Mischkammer 6 durch die Verbrennung von Stadtgas mit Luft gebildet und tritt mit einer Temperatur von ca, 350° C durch den Anströmboden 8. Die Temperatur, die in der Wirbelschicht entsteht, beträgt max. 2000C. Im Staubabscheider 5 erfolgt die Abtrennung des getrockneten Braunkohlenstaubes vom Brüdengas. Geeignete Gebläse halten die Reaktionsbedingungen konstant, insbeson-
dere den Sauerstoffgehalt und einen Überdruck. Die mit Hilfe der Wirbelschicht realisierbare hohe Aufheizgeschwindigkeit sichert in Verbindung mit der Temperatur und der Strömuneseeschwindiekeit des Wirbelme-
diums den gewünschten hohen Kohledurchsatz und hält den Grad der Anoxydation der Einsatzkohle in den für die erforderliche Qualität der Endprodukte Gas, Koks und Teer gewünschten Grenzen. Gleichzeitig wird vom Rand der Wirbelschicht her eine Wärmekonstanz mit Hilfe des beheizten Doppelmantels 3 indirekt bewirkt. Ein Anbacken der Kohle an der Trocknerwand, bzw. ein Zusammenballen der Kohle in den Randzonen der Wirbelschicht wird hierdurch verhindert.
Die getrocknete Kohle wird oberhalb des Anströmbodens 8 über ein Austrags-Wehr abgezogen und über eine beliebige Fördereinrichtung in einen Zwischenbunker 7 transportiert Das Austrags-Wehr dient gleichzeitig zur Regulierung der Wirbelschichthöhe und damit zur Festlegung der Verweilzeit der Kohle in der Wirbelschicht
Vom Zwischenbunker 7 gelangt die getrocknete Kohle unmittelbar in die Wirbelschicht des Pyrolysereaktors 4. Dieser arbeitet ebenfalls mit einer Wirbelschicht, die auf dem Anströmboden 14 aufgebaut wird. Die Wärmezuführung erfolgt einmal indirekt über einen Wärmeübertrager 11, der in der Wirbelschicht angeordnet ist, und zum anderen über ein aufgeheiztes der Schwelung artfremdes Gas, wie z. B. Erdgas. Dieses wird in einem Vorwärmer 10, der direkt am Pyrolysereaktor 4 angeordnet ist vorgewärmt, durchströmt den Wärmeübertrager 11 und wird dabei kalorisch aufgewertet, so daß in der Wirbelschicht des Pyrolysereaktors 4 Reaktionstemperaturen von 550°C—600°C vorhanden sind. Analog dem Vorwärmer 10 ist direkt am Pyrolysereaktor 4 eine Brennkammer 9 angeordnet. Hier wird Stadtgas zu Verbrennungs-Abgas mit einer Temperatur von ca. 13000C verbrannt
Von der Brennkammer 9 tritt das heiße Verbrennungs-Abgas durch die Rohrkanäle des Wärmeübertra- gers 11 und gibt indirekt Wärme an das Wirbelbett ab. ΪΗ1 Vorwärmer 10 kömmt das Vcrbrennungs-Abgas hernach mit einer Temperatur von ca. 900°C—950°C an und dient hier zur indirekten Vorwärmung des der Schwelung artfremden Gases. Außerdem wird das Verbrennungs-Abgas als Mischkomponente für die Direktbeheizung im Trockner 2 verwendet.
Die Abführung des im Pyrolysereaktor 4 erzeugten Schwelkokses erfolgt in analoger Weise zum Trockner 2 über ein Austrags-Wehr in den Bunker 13, so daß auch hier die Verweilzeit der Kohle in der Wirbelschicht über den Koksaustrag beeinflußt wird Das den Pyrolysereaktor 4 mit einer Temperatur von 4500C verlassende staubhaltige Dampf-Gas-Gemisch tritt in einen Heißgas-Hochleistungsstaubabscheider 12 ein. Das Feinkorn wird abgeschieden und einem Sammelbehälter zugeführt Anschließend findet eine Abtrennung des Feinstkornes statt Danach wird der Schwelteer in speziellen Vor- und Nachkühlern kondensiert und in einem speziellen Teersammelbehälter aufgefangen und aufbe- wahrt
Die Erfindung besitzt gegenüber anderen Lösungen folgende wesentliche Vorteile:
Es werden alle drei Produkte Gas, Koks und Teer gleichzeitig in hoher Qualität und Quantität erzeugt ω Dabei wird die grubenfeuchte, aschereiche und salzhaltige Weichbraunkohle zunächst einer Trocknung und anschließend einer Schnell-Pyrolyse nach dem Wirbelschichtprinzip unterzogen. Die Anlage ist kompakt gestaltet indem die Apparate direkt zur Vermeidung von Wärme- und Energieverlusten angeordnet wurden. Im Trocknungsprozeß, der bei Temperaturen abläuft, die unterhalb teerabscheidender Dämpfe liegen, konnte die Problematik des Zusammenballens der Kohle an der Trocknerwand im Gebiet der Wirbelschicht durch einen beheizbaren Doppelmantel gelöst werden, der für eine Wärmekonstanz in diesen Randzonen sorgt.
Als Wirbelmedium wird ausschließlich ein der Schwelung artfremdes Gas verwendet, das kalorisch aufgewertet wird und zu einer höheren Gasausbeute führt. Der Entzug des Feinkornes aus dem Trocknungs-Brüden-Gemisch führt zu einer Senkung des Staubanteiles im Schwelgas und führt nach dem Abscheiden feinster Stäube zu einem Pyrolyseteer, der sich zur Elektrodenkoksbereitung eignet.
Der hohe energetische Wirkungsgrad des Verfahrens wird insbesondere dadurch erreicht, daß
das in der Brennkammer erzeugte Verbrennungsgas
1. zur indirekten Beheizung der Pyrolysereaktor-Wirbelschicht dient,
2. zur Vorwärmung des der Schwelung artfremden Gases und
3. als Mischkomponente für die Direktheizung im Trockner verwendet wird,
— das in der 1. Verfahrensstufe im Trockner entstehende Trocknungs-Brüdengas im Kreislauf gefahren wird,
— d*e fühlbare Wärme des Kokses in Verbindung mit dessen Reaktivität durch Kopplung mit einem direkt nachgeschalteten Verfahren, wie z. B. Vergasung, Verbrennung oder Verkokung genutzt wird.
Es wird eine Schachtbelastung größer als 2 t'm2 h bei niedrigen anlagentechnischen Aufwand und entsprechend niedrigen spezifischen Investitionskosten erreicht.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Kohlebunker
2 Trockner
3 Doppelmantel
4 Pyrolysereaktor
5 Abscheider
6 Mischkammer
7 Zwischenbunker
8 Anströmboden (im Trockner)
9 Brennkammer
10 Vorwärmer
11 Wärmeübertrager
12 Heißgashochleistungsstaubabscheider
13 Koksbunker
14 Anströmboden (im Pyrolysereaktor)
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Schnell-Pyro'yse grubenfeuchter, aschereicher und salzhaltiger Braunkohlen, vorzugsweise Weichbraunkohlen, das zweistufig nach dem Wirbelschichtprinzip arbeitet, zur gleichzeitigen Gewinnung von Koks, Starkgas und Pyrolyseteer mit geringem Staubgehalt, wobei in einem Trockner mit einem Anströmboden mittels eines Wirbelmediums, das in einer Brennkammer erzeugt und dem ein Wälzgas zugeführt wird, eine Trocknung der Kohle erfolgt wobei aus dem Trockner einerseits das Trockner-Brüdengemisch einem Abscheider zur Abtrennung des Feinkornes und andererseits die getrocknete Kohle einem Pyrolysereaktor zugeführt wird, dem zur indirekten Beheizung derWirbelschicht ein Wärmeübertrager zugeordnet ist und in dem mit's's eines Wirbelmediums die Schwelung der Kohle vorgenommen wird, gekennzeichnet dadurch, daß
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