DE3426640C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von grobkörnigem oder überwiegend grobkörnigem Material, insbeson­ dere zum Keramisieren von Waschbergen mit Restheizwert.

Bei der Kohlegewinnung fallen in zunehmendem Maße sogenannte Waschberge an, bei denen es sich allgemein um tonig-sandige Sedimente von quarzfreiem Schieferton bis zu quarzreichem Sandstein handelt. Herkömmlich wird das Bergematerial auf Halden deponiert. Wegen der damit verbundenen Kosten bemüht man sich seit längerer Zeit, das Bergematerial einer wirt­ schaftlichen Verwertung zuzuführen. Dazu muß Bergematerial aber mechanisch oder thermisch oder chemisch aufbereitet wer­ den. Je nach Art der Aufbereitung erhält man unterschiedliche Produkte. Keramisiertes Bergematerial eignet sich insbesonde­ re als Baustoff oder Bauzuschlagstoff.

Es ist bekannt, Bergematerial in einer Wirbelschicht zu kera­ misieren. Allerdings ist es bisher nur gelungen, Bergematerial mit Körnungen bis zu 3 mm zu keramisieren. Alle Versuche, auch Bergematerial mit Körnungen über 3 mm zu keramisieren, sind fehlgeschlagen, weil oberhalb dieser Korngrenze kein stabiler Betriebszustand erreicht werden konnte. Deshalb werden Einsatz­ körnungen, deren Größtkorn über 3 mm liegt, auf ein Kornband unter 3 mm zerkleinert.

Natürliche Waschberge haben ein Kornband bis über 50 mm. Gerade die mittleren und größeren Körnungen des keramisierten Materials eignen sich aber hervorragend als Substitutionspro­ dukt für Bauzwecke, insbesondere für Leichtbetonzuschläge, tragfeste Schüttungen und dergleichen.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus GB-PS 15 65 726 bekannt. Dabei wurden Kohlewaschberge mittels einer Wirbelschichttechnik bei 750 bis 1000°C wärmebehandelt. Da Schlämme aus der Kohleaufbereitung verwendet wurden, liegt Feinkorn vor. Ein Festbettreaktor zur thermischen Nachbehand­ lung ist nicht vorgesehen.

Aus GB-PS 15 81 672 ist es auch bekannt, Kohlewaschberge mit Kornanteilen über 3 mm in einem rotierenden Wirbelbett zu keramisieren. Dazu wird darauf hingewiesen, daß in ruhenden Wirbelbetten grobkörnige Materialien eine Defluidisierung des Bettes verursachen, so daß bei derartigen Anlagen ein konti­ nuierlicher Dauerbetrieb nicht gewährleistet ist.

Hiervon ausgehend, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, mineralisches Material, insbesondere Kohlewaschberge mit einem hohen Anteil an Grobkorn über 3 mm, zu keramisieren und einen witterungsbeständigen, belastungsfesten Baustoff zu erhalten.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß ein stabiler Be­ triebszustand der Wirbelschicht auch mit grobkörnigem Material erreicht werden kann, wenn zusätzlich feinkörniges, inertes Material eingeführt wird, und im Zusammenwirken mit dem nach­ geschalteten Festbett der Keramisierungsprozeß zuverlässig und vollständig durchzuführen ist. Die Menge des einzuführen­ den feinkörnigen Materials hängt von den Parametern, die den Stand der Wirbelschicht beeinflussen, ab, z. B. vom Verhältnis des Volumens der Zwischenräume zum Gesamtvolumen und vom Ver­ hältnis der Strömungskraft auf das Einzelkorn zur Gewichts­ kraft des Einzelkorns.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen 2 bis 4 zu entnehmen.

Vorteilhaft werden vom abgezogenen, thermisch behandelten Ma­ terial die feinkörnigen Bestandteile abgetrennt und ganz oder teilweise zurückgeführt. Dann läuft der Prozeß praktisch ohne Einsatz von Fremdmaterial ab. Im übrigen sollten vom abgezoge­ nen, thermisch behandelten Material feinkörnige Bestandteile abgetrennt werden, deren Korngröße bis zu 10% der Korngrößen des Größtkorns des aufzugebenden Materials betragen. Für das Keramisieren von Waschbergen mit Korngrößen bis zu 30 mm be­ deutet das, daß Körnungen bis zu 3 mm aus dem thermisch behan­ delten Material abgesiebt und ganz oder teilweise, jedenfalls bis zum Erreichen eines stabilen Betriebszustandes, wieder in die Wirbelschicht zurückgeführt werden. Bei anderen Mate­ rialien können sich andere Werte ergeben.

Damit im Zuge der thermischen Nachbehandlung im Festbett ge­ gebenenfalls noch vorhandene brennbare Stoffe oxidiert werden, empfiehlt es sich, bei der thermischen Nachbehandlung einen Sauerstoffträger in Form von Luft oder rückgesaugtem heißem Rauchgas zuzuführen.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst mit einer Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die aus einem Wirbelschichtofen mit Trägergaszuführung, Mate­ rialaufgabe und Materialaustrag und einem nachgeschalteten Festbettreaktor besteht. Zweckmäßig ist hinter dem Material­ austrag eine Siebeinrichtung oder eine Klassiereinrich­ tung und, davon ausgehend, eine in die Materialaufgabe mün­ dende Rückführleitung für das abgesiebte feinkörnige Material vorgesehen.

Der Materialauszug wird vorteilhaft an der tiefsten Stelle der Wirbelschicht angeordnet. Wenn im Festbettreaktor noch Oxidationsvorgänge ablaufen, kann dem Festbettreaktor ein Schwelgasabzug zugeorndet sein, der in die Trägergaszuführung oder direkt in den Wirbelschichtofen mündet, so daß die heißen Schwelgase aus dem Festbettreaktor abgezogen und in die Wir­ belschicht eingeführt werden.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Aus­ führungsbeispiel der Erfindung erläutert; die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Anlage zum Kerami­ sieren von bei der Kohlegewinnung anfallenden Waschbergen.

Die Anlage besteht zunächst aus einem Wirbelschichtofen 1 mit Verteilerplatte 8 und Luftvorlage 2, in die eine Träger­ gaszuführung mit Leitung 3 und Gebläse 4 mündet. Die Lei­ tung 3 für das Trägergas schließt an einen Wärmetauscher 5 an, der dem Wirbelschichtofen 1 nachgeschaltet ist. Zum Wirbelschichtofen 1 gehört auch eine Materialaufgabe 6 und ein Materialaustrag 7 oberhalb der Verteilerplatte 8.

Der Materialaustrag 7 mündet, unter Zwischenschaltung einer Schleuse 9, in einen Festbettreaktor 10, dessen mit einer Schleuse 11 gesichertes Austragende 12 oberhalb eines Siebes 13 mündet. Vom Sieb 13 geht eine Rückführleitung 14 für die ab­ gesiebten Bestandteile zur Materialaufgabe 6 des Wirbel­ schichtofens 1. Die nicht abgesiebten Bestandteile werden mit einem Förderer 15 oder dergleichen abtransportiert.

Die dargestellte Anlage arbeitet wie folgt: Dem Wirbel­ schichtofen 1 werden feuchte Waschberge mit grobkörnigen Bestandteilen oberhalb 3 mm über die Materialaufgabe 6 ständig zugeführt, während gleichzeitig sauerstoffhaltiges Trägergas von unten in den Wirbelschichtofen 1 eingeblasen wird. Der Keramisierungsprozeß läuft zwischen Temperaturen von 700 und 1000 Grad Celsius ab. Es bildet sich eine im einzelnen nicht dargestellte Wirbelschicht aus, aus der die wenigstens teilweise keramisierten Bestandteile über den Materialaustrag 7 abgezogen und dem Festbettreaktor 10 zu­ geführt werden. Im Festbettreaktor 10 wird gleichzeitig im Gegenstrom zu dem eingeführten Material bei 16 Luft zuge­ führt, so daß die in dem Material enthaltenen brennbaren Bestandteile oxidieren können. Die dabei im Festbettreaktor 10 entstehenden Schwelgase werden über eine Leitung 17 in die Luftvorlage 2 oder direkt in den Wirbelschichtofen 1 ge­ leitet.

Das den Festbettreaktor 10 verlassende, vollständig kera­ misierte Material gelangt auf das Sieb 13. Dort werden die feinkörnigen Bestandteile, bei Bergematerial das Kornband bis zu 3 mm, abgesiebt und über die Rückführleitung 14 so­ wie die Materialaufgabe 6 wieder in die Wirbelschicht zu­ rückgeführt. Es werden feinkörnige Bestandteile solange und in solchen Mengen in die Wirbelschicht zurückgeführt, bis ein stabiler Betriebszustand erreicht ist. Es versteht sich, daß die feinkörnigen Bestandteile auch intermittierend zu­ geführt werden können, wenn "der Verbrauch" feinkörniger Bestandteile in der Wirbelschicht entsprechend gering ist. In einem weiteren, dem Wirbelschichtofen 1 nachgeschalteten Wärmetauscher 18 kann die fühlbare Wärme der den Wirbel­ schichtofen verlassenden Gase zur Erzeugung von Heißwasser, Dampf oder für andere Zwecke genutzt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von grobkörnigem oder überwiegend grobkörnigem Material, insbesondere zum Keramisieren von Wasch­ bergen mit Restheizwert, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

• a) das grobkörnige Material wird in einer Wirbelschicht gebrannt, deren Bettmaterial zusätzlich feinkörniges, inertes Träger­ material enthält,
• b) das gebrannte Material wird in einem Festbett thermisch nach­ behandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom abgezo­ genen thermisch behandelten Material die feinkörnigen Bestandteile abgetrennt und ganz oder teilweise in die Wirbelschicht zurückge­ führt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom abgezo­ genen, thermisch behandelten Material feinkörnige Bestandteile abgetrennt werden, deren Korngrößen bis zu 10% der Korngrößen des Größtkorns des aufzugebenden Materials betragen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der thermischen Nachbehandlung im Festbett ein Sauerstoff­ träger zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü­ che 1-4, gekennzeichnet durch einen Wirbelschichtofen (1) mit Trä­ gergaszuführung (3), Materialaufgabe (6) und Materialaustrag (7), dem ein Festbettreaktor (10) nachgeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Materialaustrag (12) eine Siebeinrichtung (13) oder eine Klassiereinrichtung und, davon ausgehend, eine in die Materialauf­ gabe (6) mündende Rückführleitung (14) für das abgetrennte fein­ körnige Material vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialaustrag (7) an der tiefsten Stelle des Wirbelbettes angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Festbettreaktor (10) einen Schwelgasabzug (17) aufweist, der in die Trägergaszuführung (3) oder direkt in den Wirbelschicht­ ofen (1) mündet.