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Verfahren, Gefäß und Anlage zur Erzeugung von Koks
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Beschreibung: Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung
von Koks aus Kohle durch Verkokung von Kohle und ggf. eine der Verkokung vorgeschaltete
Trockung und/oder Vorerhitzung der Kohle und ggf. eine der Verkokung nachgeschaltete
trockene Kokskühlung.
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Bisher erfolgte die Erzeugung von Koks bei dem eingangs genannten
Verfahren in der Weise, daß die Kohle, sofern sie nicht als Naßkohle eingesetzt
wird, in einem Behältnis zunächst getrocknet und vorerhitzt wird. Die vorerhitzte
Kohle wird dann in eine der Kammern eines mit einer großen Anzahl von parallelen
Kammern ausgestatteten Verkokungsofens eingefüllt, in welchem die Verkokungstemperatur
durch Aufheizen der Kammerwände mittels dafür geeigneter Gase erfolgt. Der Verkokungsprozeß
verläuft meistens in den benachbarten Kammern zeitlich versetzt zueinander. Nach
dem Verkoken wird der fertige Koks durch die seitlichen Kammertüren abgeworfen und
ggf. feucht oder trocken in einer besonderen Kokskühlanlage gekühlt. Die Erzeugung
von Koks erforderte bisher also einen verhältnismäßig großen Anlagenaufwand. Das
Verkokung in Koksofenbatterien erlaubt ferner nur schwierig eine Anpassung an unterschiedlichen
Abnahmebedarf, da die einzelnen Kammern
nicht abgeheizt werden dürfen,
oder es erfolgt eine nutzloser Energieverbrauch. Dieses Erfordernis, die einzelnen
Kammern nicht abheizen zu dürfen, bringt auch Probleme bei einer eventuelle erforderlichen
Reparatur, bei welcher das Personal in den noch sehr heißen Ofen einsteigen muß.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der
eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches wirtschaftlicher, d.h. insbesondere
mit geringerem Anlagen- und Verfahrensaufwand, ausführbar ist; vorzugsweise soll
auch eine leichtere Anpassung an den Abnahmebedarf und eine leichtere und bequemere
Reparatur möglich sein.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf die vorrichtungs- bzw.
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anlagenmäßige Einrichtung zur Durchführung des eingangs genannten
Verfahrens zur Lösung der gestellten Aufgabe.
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Bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art wird diese Aufgabe im
wesentlichen dadurch gelöst, daß eine oder mehrere Verfahrensstufe(n) in einem Druckgefäß
ausgeführt wird bzw.
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werden.
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Hierdurch erhält man zunächst einmal für den reinen Verkokungsprozeß
eine Erhöhung des Mengendurchsatzes. Eine Druckerhöhung ist bei den bisherigen Kokskammeröfen
nicht möglich. Die Erfindung erlaubt ferner im Gegensatz zum Stand der Technik außer
der Verkokung auch die anderen Verfahrensstufen, nämlich die ggf. der Verkokung
vorgesehene Trocknung und/oder Vorerhitzung der Kohle und/oder auch die ggf. der
Verkokung nachgeschaltete trockene Kokskühlung in ein und demselben Gefäß auszuführen.
Es ist dann kein Umfüllen der Kohle bzw. des Kokses von einer Anlage in eine andere
erforderlich, um beispielsweise nacheinander das Trocknen, Vorerhitzen und Verkoken
und ggf. auch das trockene Kokskühlen vornehmen zu können. Das
Gefäß
kann verhältnismäßig klein sein, etwa nach Größe und Art einer Stahlpfanne. Je nach
der erforderlichen Leistung können mehrere gleichartige, aber im Gegensatz zu einem
üblichen Verkokungsofen voneinander unabhängige Einzelgefäße eingesetzt werden.
Ist nur ein geringer Bedarf vorhanden, können einzelne Gefäße ohne weiteres stillgelegt
werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bzw. werden
eine oder mehrere Verfahrenstufe(n) in einem transportierbaren oder kippbaren Gefäß
ausgeführt. Hierdurch ist es möglich, den fertiggegarten Koks unmittelbar mit Hilfe
des Gefäßes selbst dem Abnehmer, beispielsweise einem Hochofen zuzuführen. Das Verkokungsgefäß
dient dabei also selbst zumindest als Teil einer Transport- oder Fördervorrichtung
für den fertig gegarten Koks.
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Neben Trockung und/oder Vorerhitzung und/oder der ggf. vorgesehenen
trockenen Kokskühlung wird gemäß einer besonders vorteilhaften Verfahrensführung
auch die Verkokung mittels jeweils eines durch das Gefäß hindurchleitbaren Gases,
vorzugsweise Inertgases, durch direkten und/oder indirekten Wärmetausch ausgeführt.
Auch hierdurch läßt sich die Wirtschaftlichkeit der Koksherstellung erheblich verbessern.
Die Verkokung erfolgt also nicht wie in herkömmlichen Verkokungsöfen durch bloßes
Erhitzen der Kammerwände, sondern durch Einleiten entsprechend temperierter Gase
in das Innere des Gefäßes, wo die Gase entweder direkt mit der Kohle oder dem Koks
in Berührung treten oder ihre Wärme indirekt an den Gefäßinhalt abgeben.
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Eine besonders wirtschaftliche Verfahrens führung erhält man dann,
wenn man gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens mehrere, vorzugsweise
sämtliche Verfahrensstufen in ein und demselben Gefäß ausführt.
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Ferner wird mit der Erfindung zur weiteren Verbesserung der Wirtschaftlichkeit
vorgeschlagen, Trocknung und/oder Vorerhitzung und/oder Verkokung und/oder die ggf.
vorgesehene trockene Kokskühlung mittels Inertgases auszuführen, welches in einem
geschlossenen Kreislauf eines Hochtemperaturreaktors geführt wird, in welchem das
Inertgas jeweils auf eine für die betreffende Verfahrensstufe(n) angepaßte Temperatur
erhitzt bzw. gekühlt wird. Auf diese Weise ist der Aufwand für Anlagenerstellung
und Betriebsweise besonders niedrig. Hochtemperaturreaktoren zur Erzeugung heißer
Inertgase sind an sich bekannt und bedürfen keiner Neuentwicklung.
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Das Inertgas kann aber auch durch eine Zusatzeinrichtung im Kreislauf
hinter dem Hochtemperaturreaktor und vor seinem Einsatz in dem Gefäß für die Trocknung
und/oder Vorerhitzung und/oder Verkokung und/oder trockene Kokskühlung auf ein höheres
und/oder niedrigeres Temperaturniveau gebracht werden.
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Die 1Zusatzeinrichtung1 kann dabei auch beispielsweise ein gleichartiges
Nachbargefäß sein, in welchem ein gleichartiger Verkokungsprozeß in einer anderen
Verfahrensstufe durchgeführt wird.
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Bevorzugt verwendet man nach der Erfindung als Inertgas Helium.
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Es ist aber auch möglich, als Inertgas Kohleentgasungsgas, z.B. aus
einem anderen gleichartigen Gefäß für die Trocknung und/oder Vorerhitzung und/oder
Verkokung und/oder trockene Kokskühlung einzusetzen.
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Mehrere gleichartige Gefäße können in unterschiedlichen Verfahrensstufen
im Strömungsweg des Inertgases so hintereinandergeschaltet werden, daß das Inertgas
aus einem oder mehreren vorgeschalteten Gefäßen als Prozeßgas für ein oder mehrere
nachgeschaltete
Gefäße dient.
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Die Verfahrensführung wird vorteilhafterweise so ausgeführt, daß die
Kohle für das Trocknen und/oder Vorerhitzen in dem Gefäß in einem Temperaturbereich
zwischen etwa 150 und 250"C, vorzugsweise bei etwa 200"C, mittels des Inertgases
durch direkte und/oder inderekte Beheitzung aufgeheizt wird. In diesem Temperaturbereich
ist es bei Verwendung eines Inertgases durchaus möglich, sowohl die direkte als
auch die indirekte Beheizung oder auch Kombinationen davon einzusetzen.
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Dieser Vorgang kann beispielsweise nach Art einer Wirbelbetttrocknung
und/oder -vorerhitzung erfolgen.
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Während der Stückkoksbildung sollte die Kohle von Gasströmen möglichst
unbeeinträchtigt sein. Deswegen wird in Weiterbildung des Erfindungsgedankens insbesondere
vorgeschlagen, daß die Kohle bzw. der Koks für das Verkoken (Stückkoksbildung) in
dem Gefäß jedenfalls in einem Temperaturbereich zwischen etwa 250 und 500"C mittels
des Inertgases durch indirekte Beheizung aufgeheizt wird.
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Oberhalb des relativ kritischen Temperaturbereiches bis zu etwa 500°C
ist es nach einem weiteren Erfindungsvorschlag möglich, die Kohle bzw. den Koks
für das Verkoken (Garen) in dem Gefäß in einem Temperaturbereich zwischen etwa 1100
und 1300"C, vorzugsweise bei etwa 1200"C, mittels des Inertgases (wiederum) durch
direkte und/oder indirekte Beheizung auf zuheizen.
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Da das Verfahren in einem Druckgefäß ausgeführt wird, ist es ohne
weiteres möglich, Trockung und/oder Vorerhitzung und/oder Verkokung und/oder trockene
Kokskühlung in mindestens einem Gefäß unter erhöhtem Druck auszuführen.
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Das Inertgas kann vorteilhafterweise nacb dem Hindurchführen durch
das Gefäß, ggf. nach Reinigung und/oder Abkühlung in den Prozeß zurückgeführt werden.
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Der fertig gegarte Koks wird, gekühlt oder ungekühlt, mit Hilfe des,
z.B. als Transport- oder Kippgefäß ausgebildeten, Gefäßes einem Hochofen oder sonstigen
Abnehmer, z.B. einem anderem gleichartigen Gefäß, zugeführt.
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Gemäß einer besonderen Verfahrensvariante ist es auch möglich, den
fertig gegarten Koks, gekühlt oder ungekühlt, aus dem Gefäß in den Hochofen oder
sonstigen Abnehmer oder auf eine Förderanlage zu dem Hochofen oder sonstigen Abnehmer
durch Kippen des Gefäßes durch eine obere Öffnung (Einfüllöffnung) oder durch Entleeren
durch eine verschließbare im Boden befindliche Auslaßöffnung abzugeben.
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Ein geringer Anlagenaufwand wird insbesondere dann gewährleistet,
wenn das Inertgas gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ggf.
unter erhöhtem Druck, für den direkten oder indirekten Wärmeaustausch durch in der
Gefäßwandung, z.B. im Boden vorgesehene Einführöffnungen oder durch vorzugsweise
von oben in das Gefäß hineinragende oder absenkbare Leitungen in das Gefäß innere
eingeführt und durch Abführöffnungen oder die Leitungen wieder aus dem Gefäßinneren
abgeführt wird.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Gefäß zur Durchführung eines
Verfahrens der zuvor geschilderten Art. Es zeichnet sich dadurch aus, daß es druckdicht
ausgebildet ist, insbesondere daß die obere Einfüllöffnung für die Kohle und die
ggf. vorgesehene Auslaßöffnung für die behandelte Kohle bzw. des Kokses druckdicht
verschließbar sind.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckgefäßes
weist dieses einen ggf. mit feuerfestem Futter versehenen Blechmantel, wenigstens
eine obere Einfüllöffnung für die Kohle, ggf. eine untere Auslaßöffnung für die
behandelte Kohle bzw. den Koks, sowie Öffnungen oder Leitungen für das Ein- bzw.
Abführen des Inertgases auf.
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Damit das Gefäß selbst als Teil der Fördereinrichtung für die Kohle
bzw. den Koks verwendet werden kann, ist es nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens
vorteilhafterweise transportierbar und/oder kippbar.
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Das Gefäß ist vorteilhafterweise benachbart dem Abnehmer, z.B.
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benachbart der oberen Einfüllöffnung eines Hochofens oder einer Förderanlage
für die vorbehandelte Kohle und/oder den Koks zu dem Hochofen oder sonstigen Abnehmer,
angeordnet, so daß es z.B. ausreicht, daß das Gefäß nur kippbar ist, um den fertig
gegarten Koks aus der oberen Einfüllöffnung des Gefäßes für die Kohle an den Abnehmer
abgeben zu können.
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Bei einer anderen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens hat das Gefäß
jedoch eine öffenbare, z.B. abschwenkbare Bodenplatte, so daß die in dem Gefäß vorbehandelte
Kohle bzw. der ausgegarte Koks aus der dadurch im Gefäßboden freigegebenen Auslaßöffnung
entleert werden kann; Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anlage zur Durchführung
des eingangs geschilderten Verfahrens unter Verwendung eines Gefäßes der zuvor näher
gekennzeichneten Art. Diese Anlage zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus,
daß das (die) Gefäß(e) entweder einzeln zum dem Abnehmer transportierbar und/oder
einer, vorzugsweise gemeinsamen, Förderanlage für die behandelte Kohle und/oder
den Koks zu dem Abnehmer zugeordnet sind.
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Ein weiterer Erfindungsgedanke bei dieser Anlage besteht darin, daß
das (die) Gefäß(e) nacheinander in vorgegebene Stationen transportierbar sind, in
welchen sie jeweils an Leitungen für die Zuführung und Abführung wenigstens eines
der Prozeßgase anschließbar sind. Auf diese Weise ist es möglich, jeweils eine der
Stationen kontinuierlich oder diskontinuierlich mit einem der Prozeßgase von einem
entsprechenden Generator zu versorgen, während die Gefäße nacheinander die erforderlichen
Behandlungsstationen z.B. Trocknung, Vorerhitzung, Verkokung, trockene Kokskühlung
oder Kombinationen davon durchlaufen.
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der
vorliegenden Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen
oder deren Rückbeziehung: Es zeigt: Fig. 1 schematisch im Vertikalschnitt ein erfindungsgemäßes
Gefäß zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel,
und Fig. 2 eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung
von erfindungsgemäßen Gefäßen entsprechend Fig. 1, ebenfalls gemäß einem besonderen
Ausführungsbeispiel.
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Das Gefäß 1 für die Ausführung eines Verfahrens zur Erzeugung von
Koks durch Verkoken von Kohle ggf. eine der Verkokung vorgeschaltete Trocknung und/oder
Vorerhitzung der Kohle und
ggf. eine der Verkokung nachgeschaltete
trockene Kokskühlung ist im wesentlichen hohlzylinderförmig mit einer oberen Einfüllöffnung
4 für die ggf. schon getrocknete und/oder vorerhitzte Kohle bzw. den Koks und eine
untere Auslaßöffnung 5 für die schon getrocknete und/oder; vorerhitzte Kohle oder
den fertig gegarten Koks. Einfüllöffnung 4 und Auslaßöffnung 5 sind mittels eines
schwenkbaren Deckels 14 bzw. einer schwenkbaren Bodenklappe 11 vorzugsweise druckdicht
verschließbar.
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Die Wandungen des Gefäßes 1 einschließlich von Bodenklappe 11 und
Deckel 14 weisen einen mit einem entsprechend temperaturbeständigen bzw. feuerfesten
Futter 2 ausgestatteten Blechmantel 3 auf.
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Über Öffnungen 6, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
in der Bodenklappe 11 selbst angeordnet sind, können von Leitungen 12 aus die für
die Prozeßführung erforderlichen Gase, also das Trockengas, das Vorerhitzungsgas,
das Verkokungsgas und das ggf. vorzusehende Kühlgas zum Zwecke der direkten Beheizung
und/oder Kühlung der Kohle bzw. des Kokses in das Gefäßinnere 15 eingeleitet werden,
wodurch die darin befindliche Kohle bzw. der entstehende Koks in ein und demselben
Gefäß 1 nacheinander getrocknet, vorerhitzt, verkokt und ggf. trocken gekühlt werden
kann. Die durch die in dem Gefäßinneren 15 durch Einfüllen durch die ober Einfüllöffnung
4 gebildete Kohleschüttung von unten nach oben hindurchgeführten Gase verlassen
das Gefäßinnere 15 durch obere, vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Seitenwandung
des Gefäßes 1 verteilte Öffnungen 7 und sich daran anschließende Leitungen 13.
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Statt über Leitungen 12 und Öffnungen 6, welche sich in der Bodenklappe
11 befinden, können die für die jeweiligen Verfahrensstufen erforderlichen Gase
zum Zwecke der indirekten Beheizung und/oder Kühlung der Kohle bzw. des Kokses auch
von oben über Leitungen 18 und deren anschließende wärmetauscherschlangenartig ausgebildete
Leitungen 16 bis in den unteren
Teil des Gefäßinneren 15 eingeleitet
werden. Die Leitungen 16 können beispielsweise mit dem Deckel 14 durch Relativbewegung
von Deckel 1 4 und dem restlichen Teil des Gefäßes 1 in das Gefäßinnere 15 absenkbar
und mit diesem auch wieder nach oben herausfahrbar sein. In diesem Falle ist der
Deckel 14 zweckmäßigerweise nicht schwenkbar an dem Behälterkörper angelenkt, sondern
vertikal anhebbar und absenkbar. Die ggf. für ein abdichtendes Verschließen der
Einfüllöffnung 4 und der Auslaßöffnung 5 mittels des Deckels 14 und der Bodenklappe
11 erforderliche Verriegelungen sind zeichnerisch nicht dargestellt.
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Während der Trocknung und/oder Vorerhitzung der Kohle bis zu einer
Temperatur von etwa 250"C, während der Verkokung in einem Temperaturbereich oberhalb
von etwa 500"C bis zu etwa 1300"C kann man problemlos die direkte oder indirekte
Beheizung oder Kombinationen davon anwenden, ebenso wie die Kühlung durch direkte
und/oder indirekte Wärmeübertragung erfolgen kann. Bei der Verkokung in einem Temperaturbereich
zwischen etwa 250 und 500"C wird jedoch die Beheizung vorteilhafter nur indirekt
vorgenommen, um die Übergangsphase von feinkörniger Kohleschüttung in stückigen
Koks nicht zu stören. Sowohl bei der direkten als auch bei der indirekten Beheizung
und Kühlung verwendet man ein bezüglich der Kohle inertes Gas. Bei dem direkten
Wärmeaustausch ist dies selbstverständlich, bei dem indirekten Wärmeübergang, bei
welchem die Gase mit der Kohle und/oder dem Koks nicht in Berührung kommen, ist
die Verwendung von Inertgas aber ebenfalls von Vorteil, um Gefahren bei Leckagen
des Leitungssystems vorzubeugen.
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Fig. 2 zeigt, wie mehrere Gefäße 1 der in Fig. 1 veranschaulichten
Art im Rahmen einer Gesamtanlage beispielsweise verwendet werden können. Die Gefäße
1, die ihrer Größe und ihrem Gewicht nach an sich transportabel sind, sind in diesem
Falle
stationär nebeneinander über dem horizontalen Abschnitt einer
Förderanlage 10 angeordnet. Während die Erzeugung des Kokses jeweils z.B. in ein
und demselben Gefäß 1 durch Trocknen, Vorerhitzen, Verkoken und ggf. trockene Kokskühlung
erfolgt, wird der fertig gegarte Koks nach unten durch Öffnen der Bodenklappe 11
auf die Förderanlage 10 abgeworfen. Die Prozesse können in den einzelnen Gefäßen
1 z.B. zeitlich versetzt zueinander ablaufen, so daß dem Verbraucher, im dargestellten
Falle einem Hochofen 9 mit einer Einfüllöffnung 8, der fertig gegarte Koks verhältnismäßig
gleichmäßig über einen schräg nach oben verlaufenden Abschnitt der Förderanlage
10 zugeführt wird.
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Abgesehen von dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich,
die Gefäße 1 selbst transportabel auszubilden und anzuordnen und das jeweilige Gefäß
1 mit fertig gegartem Koks über die Einfüllöffnung 8 des Abnehmers, im dargestellten
Falle eines Hochofens 9, zu fördern, wo der Koks entweder durch Öffnen der Bodenklappe
11 an der unteren Auslaßöffnung 5 oder durch Abkippen aus der oberen Einfüllöffnung
4 an den Abnehmer abgegeben werden kann. In diesem Fall ist die Förderanlage 10
entbehrlich, es müssen jedoch Mittel zum Transportieren und ggf. Kippen der Gefäße
1 vorgesehen sein.
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Während bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 die Gefäße 1 jedenfalls
während der Trocknung und/oder Vorerhitzung und/oder der Verkokung und der ggf.
vorgesehenen trockenen Kokskühlung jeweils stationär verbleiben und ihnen in zeitlichen
Abständen nacheinander die Gase zum Trocknen, Vorerhitzen, Verkoken und ggf. trockenes
Kokskühlen zugeführt werden, ist es auch möglich, daß die einzelnen Gefäße 1 nacheinander
z.B. vier Verfahrensstationen durchlaufen, wobei in der ersten Station die Trocknung,
in der zweiten Station die Vorerhitzung, in der dritten Station die Verkokung und
in der vierten Station die ggf. vorgesehene trockene Kokskühlung
erfolgt.
Ersichtlich ist es auch möglich, beispielsweise die Verfahrensstufen Trocknung und
Vorerhitzung in einer Station zusammenzufassen oder nur eine Verfahrensstufe, z.B.
die trockene Kokskühlung, in einer Station und die anderen Verfahrensstufen in einer
gemeinsamen Station auszuführen. Die Zuführung der Behandlungsgase erfolgt nach
der Erfindung für die indirekte Trocknungs-, Vorerhitzungs- und Verkokungsstufe
zweckmäßigerweise über die Leitungen 18 im geschlossenen Kreislauf eines an sich
bekannten Hochtemperaturreaktors 17, welcher Inertgase mit der für die jeweilige
Verfahrensstufe erforderlichen Temperatur liefert. In den geschlossenen Kreislauf
können auch zusätzliche Heiz- oder Kühleinrichtungen, z.B. ein oder mehrere Nachbargefäß(e),
eingeschaltet sein. Die entsprechend temperierten Inertgase für den Wärmeübergang
können auch von einer gesonderten Inertgasquelle 19, der die erforderlichen Heiz-
und/oder Kühleinrichtungen zugeordnet sind, geliefert werden.
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Bezugszeichenliste: 1 Gefäß 2 Futter 3 Blechmantel 4 Einfüllöffnung
5 Auslaßöffnung 6 Öffnung 7 Öffnung 8 Einfüllöffnung 9 Hochofen 10 Förderanlage
11 Bodenklappe 12 Leitungen 14 Deckel 15 Gefäßinnere 16 Leitungen 1 7 Hochtemperaturreaktor
18 Leitungen 19 Inertgasquelle