DE3613305A1 - Verfahren und geraet fuer fluidisierte dampftrocknung von minderwertigen kohlesorten mittels nassreinigung - Google Patents

Description

PATENTANWALT D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

VNR: 10912 6

Düsseldorf, "18. April 1986 .8610
52,511

•Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

•Verfahren und Gerät für fluidisierte Dampftrocknung von minderwertigen Kohlesorten mittels Naßreinigung

•Die Erfindung betrifft die Trocknung von minderwertigen Kohlesorten.

Die Reserven von lignitischen und sub-bituminösen Kohlesorten in der Vereinigten Staaten von Amerika werden auf über 1 Billion Tonnen geschätzt. Aufgefundene Reserven werden auf gegenwärtig 25 0 Milliarden Tonnen gesetzt. Diese großen Energiereserven befinden sich zum größten Teil in dünn bevölkerten Gebieten der westlichen Vereinigten Staaten von Amerika und der westlichen GolfStaaten. Ein großer Teil der Reserven liegt nahe der Oberfläche und kann mit niedrigen Kosten im Tagebau abgebaut werden.

Im Jahre 19 60 war die Produktion von lignitischen und sub-bituminösen Kohlesorten auf nationaler Ebene in den Vereinigten Staaten von Amerika unbedeutend. Gegenwärtig tragen diese minderwertigen Kohlesorten zu ungefähr 25 % zur Produktionsrate von 900 Millionen Tonnen pro Jahr in den Vereinigten Staaten bei. Die Produktion von lignitischen und sub-bituminösen Kohlesorten hat praktisch für

das gesamte Wachstum bei der Kohleproduktion gesorgt, das in den Vereinigten Staaten in der letzten Dekade stattgefunden hat.

Derartige minderwertige Kohlesorten haben einen vergleichsweist niedrigen Schwefelgehalt. Ein niedriger Schwefelgehalt führt im allgemeinen zu leichterer Erfüllung der Bestimmungen, die die Emission von Rauchgasprodukten an die Atmosphäre zum Inhalt haben. In der abgebauten Form ist der Schwefelgehalt von Lignit im Bereich von 0,3 Gew% bis 1 Gew%, am häufigsten liegt er bei etwa 0,7 %. Dies steht im günstigen Vergleich zu den bituminösen Kohlesorten, die mit Schwefelgehalten von 1,2 Gew% bis 3,5 Gew% rangieren.

Der eine bedeutsame Nachteil der Verwendung von lignitischen und sub-bituminösen Kohlesorten ist ihr hoher Wasser gehalt. Für lignitische Kohle, die in den Vereinigten Staaten abgebaut wird, reicht der Wassergehalt von 25 Gew% bis 45 Gew%. Hoher Wassergehalt vermindert den Wärmewert der Kohle, führt zu Handhabungsproblemen und erhöht die Transportkosten. Aus diesen Gründen besteht ein großes Interesse in der Entwicklung von wirtschaftlichen Verfahren zur Trocknung von derartigen minderwertigen Kohlesorten.

Lignitische und sub-bituminöse Kohlesorten halten Wasser auf drei Arten. Zunächst enthalten derartige minderwertige Kohlesorten Oberflächenwasser. Die Menge des Oberflächenwassers, die nachfolgend nach einem Naßreinigungsprozeß vorhanden sein kann, steigt mit abnehmender Teilchengröße an. Kohlesorten, die auf etwa 1/4 Zoll (6,3 mm) Teilchengröße zerbrochen wurden, enthalten zwischen 10 bis 15 Gew% Oberflächenwasser. Wenn die Kohle auf eine Teilchengröße von 28 Mesh (etwa 0,6 mm) zerbrochen wird, kann das Oberflächenwasser bis zu 45 % des Bettgewichtes ausmachen. Die Entfernung des Oberflächenwassers wird verhältnismäßig leicht erreicht und das Verfahren wird allgemein als Ent-

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Wässerung bezeichnet.

Minderwertige Kohlesorten (insbesondere lignitische Kohle) halten Wasser in Zwischenraumkavxtaten zwischen den kohligen Fasern. In Zwischenräumen gehaltenes Wasser kann bis zu 45 Gew% eines Lignitbettes ausmachen, von dem bereits das Oberflächenwasser entfernt wurde. Während lignitische und sub-bituminöse Kohlesorten nach der Waschung vergleich bare Mengen von Oberflächenwasser bezüglich Kohlesorten von ähnlicher Teilchengröße, aber höheren Brennstoffwertes halten, ist die Anwesenheit von großen Mengen von zwischenräumlichem Wasser auf Kohlesorten niedrigeren Brennwertes beschränkt. Das Verfahren, das zur Entfernung von zwischenräumlich gehaltenem Wasser verwendet wird, wird als Trocknung bezeichnet. Da das zwischenräumliche Wasser in den kleinen Poren zwischen den Kohlefasern gehalten wird, kann es nicht auf einfache Weise durch mechanische Einrichtungen entfernt werden. Gegenwärtige thermische Trocknungsverfahren verbrauchen übermäßig viel Energie. Infolgedessen werden niederwertige Kohlesorten ohne die nützlichen Effekte des Trocknens transportiert und verbrannt.

Eine andere Art, mittels der Wasser in minderwertigen Kohlesorten gehalten wird, ist in sehr kleinen geschlossenen Poren innerhalb der kohligen Fasern. Da die Poren nicht miteinander verbunden sind, ist die Entfernung dieses Wassers außerordentlich schwierig und thermische Verfahren liefern die einzige Möglichkeit. Aus diesem Grunde wird dieses Wasser als gebundenes Wasser bezeichnet. Gebundenes Wasser macht nur wenige Prozent der Masse der Kohle aller kalorischen Wertigkeiten aus und stellt als solches kein besonders attraktives Ziel für die Entfernung dar, zumal keine wirtschaftlichen Mittel existieren, um dieses Wasser zu entfernen.

Wie oben ausgeführt, wird die Entfernung von Oberflächen-

wasser als Entwässerung bezeichnet. Zum größten Teil erfolgt die Entwässerung durch mechanische Einrichtungen. Derartige Einrichtungen umfassen Schüttelsiebe, die die Kohle-Wasser-Matrix fortlaufend zerbrechen und das Wasser veranlassen, von dem Bett unter Wirkung der Schwerkraft abzulaufen. Zentrifugen werden ebenfalls verwendet, um niederwertige Kohlesorten zu entwässern. Eine andere Einrichtung zur Entfernung des Oberflächenwassers ist die Vakuumfiltration. Bei der Vakuumfiltration wird Luft durch das Kohlebett gesaugt, wobei die Luft das Wasser mit sich zieht. Die Vakuumfiltration kann in Verbindung mit vibratorischen und zentrifugalen Verfahren angewendet werden. Die Entwässerung kann unterstützt werden durch das Hinzufügen von Oberflächenentspannungsmitteln, die die Oberflächenspannung des Wassers verringern, und durch die Anwendung von Wärme, die infolge eines Anstiegs der Temperatur sowohl die Oberflächenspannung wie auch die Viskosität reduzieren. Es konnte gezeigt werden, daß die Anwendung von Ultraschallfeldern bei der Entwässerung von feinen Kohleteilchen hilfreich ist.

Die thermischen Entwässerungsverfahren umfassen das Hineinblasen von heißer Luft oder heißen Verbrennungsprodukten durch das Kohlebett. Ein gewisses Ausmaß von Wärmewiedergewinnung ist möglich. Jedoch machen psychometrische Beschränkungen die Wiedergewinnung der latenten Wärme der Verdampfung unpraktikabel, wenn der Dampf mit einer großen Menge von nicht kondensierbaren Gasen vermischt wird. Aus diesem Grunde sind gegenwärtige thermische Entwässerungsverfahren verhältnismäßig unwirtschaftlich und werden nicht in größerem Umfang angewendet.

Wasser, das innerhalb der Teilchen von niederwertigen Kohlesorten zwischenräumlich gehalten wird, trägt zum kalorischen Wert der Kohle nicht bei. Statt dessen ist dieses Wasser, aus der Sicht des kalorischen Wertes, inso-

fern parasitär, als es Wärme absorbiert, um die Verdampfung zu erreichen. Feuchte Kohle kann bei kalten Wetter in Stapeln gefrieren und die Transportkosten werden sehr hoch, weil ungewünschtes Wasser zusammen mit der Kohle transportiert werden muß. Aus diesen Gründen und weil minderwertige Kohlesorten für die Nationen die wichtigsten fossilen Energiequellen darstellen, gibt es ein wachsendes Interesse an der Entwicklung von Mitteln, um das zwischenräumlich gehaltene Wasser zu entfernen. Dieses Verfahren wird, wie bereits erwähnt, als Trocknung bezeichnet, im Gegensatz zur Entwässerung, die sich bei richtiger Anwendung auf die Entfernung des Oberflächenwassers richtet. Gegenwärtig wird sehr wenig lignitische und sub-bituminöse Kohle in den Vereinigten Staaten von Amerika getrocknet.

Es ist nicht überraschend, daß die Verfahren, die bei der Entfernung von kleinen Mengen von Wasser (wenige Gew%) von hochwertigen Kohlesorten angewendet wurden, für ihre Anwendbarkeit zur Trocknung von lignitischen und sub-bituminösen Kohlesorten untersucht worden sind. Diese Verfahren basieren auf dem Konzept, die Kohleteilchen in Kontakt mit einem heißen Gasstrom zu bringen, wie beispielsweise Luft oder die Produkte einer Verbrennung. Ein Taumeln der Kohleteilchen in einer rotierenden Trommel, durch die die heiße Gasströmung hindurchgeführt wird, sowie die Fluidisierung eines Bettes von Kohleteilchen mit dem heißen Gasstrom sind zwei Verfahren, die zur Trocknung von hochwertigen Kohlesorten verwendet worden sind. Zwei Faktoren verbinden sich, um diese Verfahren für die Trocknung von niederwertigen Kohlesorten unzweckmäßig zu machen. Zunächst ist das Gewicht des Wassers,

das pro Kilogramm getrocknetem Produkt verdampft werden muß, bei niederwertigen Kohlesorten viel höher als bei hochwertigen Kohlesorten. Relativ zu hochwertigen Kohlesorten ist die gesamte Wirtschaftlichkeit der Verwendung von niederwertiger Kohle viel empfindlicher auf ökonomische Gesichtspunkte von Trocknungsverfahren. Außerdem arbeitet

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die traditionelle Form der Trockner, wie oben beschrieben, aus thermischer Sicht nicht effizient. Dies liegt daran, weil der niedrige Teildruck des Dampfes in dem Dampf-Heißgas-Abgas es schwierig macht, die latente Wärme der Verdampfung wiederzugewinnen. Infolgedessen überschreitet die bei der Trocknung einer niederwertigen Kohle verbrauchte Energie 10 % des kalorischen Wertes des getrockneten Produktes.

Ein zweiter Grund, warum existierende thermische Trockner zur Trocknung von lignitischen und sub-bituminösen Kohlesorten nicht geeignet sind, ist der, daß diese Kohlesorten empfindlicher gegenüber spontaner Entzündung sind, wenn sie den voll getrockneten Zustand erreichen, als es bei höherwertigen Kohlesorten der Fall ist. Die Reaktivität in Luft steigt an mit abnehmender Wertigkeit, weil minderwertige Kohlesorten ein höheres Maß an vergasungsfähigem Material enthalten. Feine Teilchen von getrockneter lignitischer Kohle bilden eine ernsthafte Explosionsgefahr in einer Hochtemperaturumgebung, die freien Sauerstoff enthält.

Ein anderer neuer Trocknertyp, der untersucht wird, ist der sog. Heißwassertrockner. In diesem Trockner wird Lignitkohle mit Wasser gemischt, um eine Aufschlämmung zu bilden, die dann auf etwa 650° F (343° C) bei einem Druck, der ausreichend ist, um Flüssigzustände aufrechtzuerhalten (P = 2200 psi oder 152 bar), erhitzt. Bei hoher Temperatur zersetzen sich Karboxylgruppen innerhalb des Lignitkohlenstoffes, um Kohlendioxyd zu bilden. Das CC^-Gas treibt viel von dem Wasser aus den zwischenräumlichen Kavitäten. Hydrophilische Karboxylgruppen auf der Oberfläche der Kohlegranulen werden ersetzt durch hydrophobische Kohlenwasserstoffgruppen. Dieser Effekt zusammen mit Kapillarfaktoren unterdrückt die erneute Einbringung des Wassers in die Zwischenraumkavitäten, während das System abkühlt und der Druck beseitigt wird. Testdaten zeigen an, daß dieses System in der Lage ist, den Wassergehalt von Lignit auf etwa 10 Gew% zu reduzieren. Die hohen Betriebswerte bezüglich Tempe-

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ratur und Druck stellen jedoch erhebliche Schwierigkeiten bei der Konstruk tion von Ausrüstungen in kommerzielle Größe dar.

Obwohl mechanische Verfahren die Entwässerungstechnologie dominieren, weicht man auch auf thermische Verfahren aus, wenn es notwendig ist, zu trocknen, was bei der hier gegebenen Definition die Entfernung des zwischenräumlich
gehaltenen Wassers beinhaltet. Es wurden jedoch einige
mechanische Trocknungsverfahren bereits durchgeführt. In dieser Hinsicht wird angenommen, daß eine Zentrifuge, die mit einer zentrifugalen Beschleunigung von 5 χ 10^ Fuß/s^ (1,5 χ 10^ m/s^) (dieser Wert liegt doppelt so hoch wie der höchste in Entwässerungsausrüstungen verwendete Wert) den Wassergehalt eines 30 cm tiefen Bettes aus Lignit von 45 auf 10 % innerhalb einer Minute reduziert. Unglücklicherweise ist dies verbunden mit einer Mantelbelastung, die nahe bei 17.000 psi (1172 bar) liegt. Diese Belastung liegt nahe der zulässigen Betriebshöhe für legierte Stähle.

Es besteht Interesse an der Anwendung von Ultraschallkompressionswellen zur Unterstützung anderer mechanischer
Trockungseinrichtungen, wie beispielsweise eine Zentrifugierung, Vakuumfiltration, und Druckversetzung. Jedoch befinden sich diese Technologien in einem embryonalen Zustand und jede Voraussicht hinsichtlich ihrer späteren Rolle bei der Trocknung von niederwertiger Kohle ist rein spekulativ.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät und ein Verfahren zur Trocknung von niederwertigen Kohlesorten zu schaffen, indem von dieser Kohle das zwischenräumliche
Wasser in einer wirksamen und sicheren Weise entfernt wird.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Gerät zur Trocknung von niederwertigen Kohlesorten, welche zwischenräumliches Wasser

enthalten, bei dem das Gerät ein abgedichtetes Gefäß umfaßt, welches Einrichtungen enthält, um eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden fluidisierten Betten aus Feststoffen darin zu bilden, mit Einrichtungen, um die Feststoffe aus niederwertiger Kohle an einem Ende zuzuführen, und Einrichtungen zum Entfernen der Feststoffe aus niederwertiger Kohle an dem anderen Ende nach Hindurchlaufen durch das Gefäß. Des weiteren vorhanden sind Wärmeaustauscherröhren, die sich in das abgedichtete Gefäß an der Stelle eines jeden der fluidisierten Betten hineinerstrecken. Außerdem vorhanden sind Dampfinjektoreinrichtungen an dem anderen Ende des abgedichteten Gefäßes, um in das Gefäß Dampf einzuleiten, damit dieser in Gegenstrom zur Strömung der Feststoffe aus niederwertiger Kohle durchläuft, um diese Kohle in jedem der Vielzahl von aufeinanderfolgenden fluidisierten Betten zu fluidisieren und Wasser von der Kohle zu entfernen, um eine zusammengesetzte Dampfströmung zu bilden. Des weiteren sind Einrichtungen vorgesehen, um die zusammengesetzte Dampfströmung von dem einen Ende des abgedichteten Gefäßes abzulassen, sowie Einrichtungen, um Wasser in die zusammengesetzte Dampfströmung einzusprühen, nachdem diese von dem abgedichteten Gefäß ausgetreten ist, um die Feststoffe sowie darin enthaltene flüchtige Materialien zu entfernen. Weiterhin vorgesehen sind Einrichtungen zur Erhitzung eines ersten Teils der Dampfströmung, nach Entfernen der Feststoffe und der flüchtigen Bestandteile, und Rückführen des erhitzten ersten Teils zum abgedichteten Gefäß durch die Dampfinjektoreinrichtungen. Weiterhin vorhanden sind Einrichtungen zur Erhitzung eines zweiten Teils der DampfStrömung, nach Entfernen von Feststoffen und flüchtigen Bestandteilen von der Dampfströmung, und Hindurchführen des erhitzten zweiten Teils durch die Wärmeaustauscherröhren in dem abgedichteten Gefäß, um einen Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Teil des Dampfes und der niederwertigen Kohle zu ermöglichen. Schließlich sind noch Einrichtungen vorgesehen, um den zweiten Teil des Dampfes nach dessen Hindurchlaufen durch

die Wärmeaustauscherröhren abzugeben sowie Einrichtungen, um den zweiten Teil des Dampfes von den Wärmeaustauscherröhren zu den Einrichtungen zum Abgeben des Dampfes hindurchzuführen.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Trocknen von niederwertiger Kohle, die interstitielles Wasser enthält, gekennzeichnet durch Einbringen von niederwertiger Kohle an einem Ende eines abgedichteten Gefäßes, um die Kohle hindurchzuführen; Injizieren von überhitztem Dampf in das andere Ende des abgedichteten Gefäßes in einer Gegenströmung zur Durchtrittsrichtung der niederwertigen Kohle; Fluidisieren der niederwertigen Kohle innerhalb des abgedichteten Gefäßes mit Hilfe des injizierten Dampfes in einer Vielzahl von fluidisierten Betten; Erhitzen der niederwertigen fluidisierten Kohle innerhalb der fluidisierten Betten in dem abgedichteten Gefäß, um Wasser davon zu entfernen und eine zusammengesetzte Dampfströmung zu bilden; Ausgeben der niederwertigen Kohle, mit davon entfernten Wasser, von dem abgedichteten Gefäß; Ablassen der zusammengesetzten Dampfströmung von dem abgedichteten Gefäß; Einsprühen von Wasser in die zusammengesetzte Dampfströmung nach deren Ablassen von dem abgedichteten Gefäß, um von dieser Feststoffe und flüchtige Bestandteile zu entfernen; Erhitzen eines ersten Teils der Dampfströmung, nach dem Besprühen, und Rückführen dieser Dampfströmung zur Injektion in das andere Ende des abgedichteten Gefäßes; Erhitzen eines zweiten Teils der Dampfströmung, nach dem Besprühen, und Rückführen der Dampfströmung zur Erhitzung der fluidisierten Kohle innerhalb der fluidisierten Betten in dem abgedichteten Gefäß; und Ausgeben des zweiten Teils der Dampfströmung nach dem Erhitzen der fluidisierten Betten.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Gerät und ein fortlaufendes Verfahren zur Trocknung von niederwertigen Kohlesorten. Der Ausdruck "minderwertige" .oder "niederwertige

Kohlesorten", wie er hier benutzt wird, beschreibt feste kohlige Brennstoffe mit einem Wassergehalt von über ungefähr 25 Gew% des festen kohligen Brennstoffs. Derartige niederwertige Kohlesorten umfassen Lignit (Braunkohle), Torf, sowie sub-bituminöse Kohlesorten, die Wasser als Oberflächenwasser enthalten, weiterhin zwischenräumliches Wasser und gebundenes Wasser. Zum Zwecke der kürzeren Formulierung wird sich die folgende Beschreibung auf die Verwendung von Lignit oder Braunkohle beziehen, obwohl die Trocknung von anderen Kohlesorten niedrigen Heizwertes ebenfalls umfaßt ist. Das Trocknen der niederwertigen Kohlesorten wird durchgeführt, um einen Restwassergehalt zu ergeben, der geringer ist als etwa 5 Gew%, basierend auf dem Gewicht der niederwertigen Kohle.

Um die Erfindung deutlicher zu verstehen, werden nunmehr beispielhafte Ausführungsformen anhand der beigegebenen Figur näher beschrieben, die eine schematische Erläuterung eines Gerätes zur Verwendung bei der Trocknung von niederwertiger Kohle darstellt.

In der Figur ist ein Gerät 1 dargestellt, das ein vertikal angeordnetes, zylindrisches, abgedichtetes Gefäß 3 umfaßt. Von einem Vorratsbehälter 5 wird zerbrochenes Lignit mit einer Teilchengröße von 0,3 bis 0,6 cm im Durchmesser und mit entferntem Oberflächenwasser mittels einer kompaktierenden Schnecke 7 in das eine Ende 9 des Gefäßes 3 eingeführt.

Während das Lignit durch das Gefäß 3 hindurchläuft, wird es in der noch zu beschreibenden Weise getrocknet, und vom anderen Ende 11 mit Hilfe einer kompaktierenden Schnecke entfernt. Zwischen einem Ende 9 und anderem Ende 11 des abgedichteten Gefäßes gibt es eine Vielzahl von im Abstand angeordneten, perforierten Plattformen 15, wobei sich die Plattformen teilweise über den inneren Durchmesser des

abgedichteten Gefäßes 3 erstrecken, mit angrenzend im Abstand angeordneten Plattformen, die sich von entgegengesetzten Seiten der inneren Wand des Gefäßes 3 erstrecken. Die perforierte Plattform 15a, nächstliegend zur Schnecke 7, erstreckt sich von der gleichen Seite des Gefäßes, die die kompaktierende Schnecke enthält, die angrenzende Plattform 15b, unterhalb der Plattform 15a, erstreckt sich von der entgegengesetzten Seite des Gefäßes, während die nächstangrenzende Plattform 15c sich von der gleichen Seite des Gefäßes wie die Plattform 15a erstreckt. Diese Anordnung der Plattformen 15a, 15 b und 15c liefert einen gewundenen Fließweg des Lignits von dem einen Ende 9 zum anderen Ende 11 des Gefäßes 3. Interne Ausgabebehälter 17 sind angrenzend zu den perforierten Plattformen 15a, 15b und 15c vorgesehen, mit einem damit verknüpften Schneckenmechanismus 19, um Lignit von einer Plattform zur nächstunteren angrenzenden Plattform zu transportieren, und schließlich zur entfernenden kompaktierenden Schnecke 13, wobei das getrocknete Lignit bei 21 zur Verwendung als Brennstoff ausgegeben wird.

Ein Dampfinjektor 23, am Boden 25 des abgedichteten Gefäßes 3, ist vorgesehen, um unter Druck stehenden Dampf 27 in das Gefäß zu injizieren, damit der Dampf durch das Gefäß hindurch nach oben strömt und das Gefäß an einem Auslaß 29 an der Oberseite 31 des Gefäßes 3 wieder verläßt. Wärmeaustauscherröhren 33 sind in dem Gefäß 3 angeordnet, angrenzend oberhalb der perforierten Platten 15a, 15b und 15c, wobei die Wärmeaustauscherröhren so konstruiert sind, daß ein Fluid durch sie hindurchfließt. Lignit, das dem geschlossenen Gefäß zugeführt wird, bildet Betten 35 aus Lignitmaterial auf jeder der perforierten Platten 15a, 15b und 15c, die die Wärmeaustauscherröhren 33 bedecken, während das Lignit durch das Gefäß 3 hindurchfließt. Die Injektion von unter Druck stehendem Dampf 27 durch den Injektor 23 und das Hindurchströmen durch das Gefäß 3 in Gegenstromrichtung zur Fließrichtung des darin enthaltenen Lignits verursacht eine

Fluidisierung der Betten 35 aus Lignit, um so einen guten Kontakt zwischen dem Lignit in den Betten 35 und den Wärmeaustauscherröhren 33 zu bewirken. Die Bewegung der Lignitgranulen bringt die Lignitgranulen und den umgebenden Dampf in ausgezeichneten Kontakt mit den Wärmeaustauscherröhren 33. Während die Zeichnung die Verwendung von drei perforierten Platten 15 erläutert, und somit von drei fluidisierten Betten 35 aus Lignit, könnte die tatsächliche Zahl der perforierten Platten und damit die Zahl der Betten auch variieren, obwohl eine Vielzahl von derartigen Betten notwendig ist. Die Ausgabe des Lignits von einem Bett zu einem darunterliegenden angrenzenden Bett wird reguliert durch die Geschwindigkeit des Schneckenmechanismus 21.

Ein wichtiges Merkmal dieses mehrstufigen fluidisierten Trockners ist das, daß die Dampfströmung, die für die Fluidisierung zur Verfügung steht, steigt, während der Dampf durch das abgedichtete Gefäß ansteigt und fortschreitend auf nasseres Granulatmaterial trifft. Beispielsweise wird das trockenste Granulatlignit, das das unterste Bett 35 einnimmt, auf der perforierten Platte 15c durch die rückgeführte Dampfströmung 27 fluidisiert, während das nassere Granulat auf dem höheren Bett 35, auf der perforierten Platte 15b, durch die Summe des zurückgeführten Dampfstromes sowie des Dampfes fluidisiert wird, der von dem untersten Bett verdampft wird. In ähnlicher Weise wird das nasseste Lignit im Bett 35 der ersten Stufe (der perforierten Platte 15a) durch die Summe des rückgeführten Dampfstromes sowie dem Wasser fluidisiert, das von allen darunterliegenden Lignitbetten verdampft wird. Aus der Sicht der Fluidisierung ist dies eine sehr günstige Anordnung.

Nach einer Periode der Ruhe in dem letzten trocknenden Bett 35 (der perforierten Platte 15c) werden die Lignitgranulen aus dem trocknenden Autoklaven heraustransportiert durch die kompaktierende Schnecke 13. Diese Schnecke dreht sich mit

einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um den Setzpunktpegel des letzten Bettes aufrechtzuerhalten.

Nach Verlassen des abgedichteten Gefäßes 3 durch den Auslaß 29 läuft der zusammengesetzte Dampf durch Leitung 37 in einen Feststoffseparator, wie beispielsweise einen Zyklonseparator 39. Der Ausdruck "zusammengesetzter Dampf",; wie er hier benutzt wird, bezeichnet den Dampf, der von dem abgedichteten Gefäß ausgegeben wird, welcher sich zusammensetzt aus dem Dampf, der in das abgedichtete Gefäß zu Fluidisierungszwecken und zum Erhitzen des Lignits injiziert wird, wie auch aus dem Dampf, der sich aus der Verdampfung von Wasser aus dem Lignit ergibt. Der zusammengesetzte Dampf ist vorzugsweise Dampf mit einer kleinen Menge von Luft oder anderen Gasen, die von dem Lignit verdampft werden. Einige Lignitfeinpartikel sind in dem zusammengesetzten Dampf vorhanden, obwohl die Tatsache, daß das nasseste Lignitbett die oberste Plattform 15a des abgedichteten Gefäßes 3 einnimmt, das Mitreissen der feinen Stoffe begrenzt. Lignitfeinstoffe sammeln sich in dem Zyklonseparator 39 und fallen zu einem Ausgabevorratsbehälter 41. Vom Vorratsbehälter 41 werden die Lignitfeinstoffe von dem System mit Hilfe einer kompaktierenden Schnecke 43 ausgegeben.

Die zusammengesetzte Dampfströmung wird von dem Feststoffseparator 39 über Leitung 45 ausgegeben und läuft zum Einlaßkopf 47 eines geschlossenen Waschers 49. Der Wascher 49 besteht aus einem horizontal sich erstreckenden Gefäß 51, das Einrichtungen besitzt, wie beispielsweise eine Vielzahl von Sprühern 5 3 zum Injizieren von Wasser auf den zusammengesetzten Dampf, um diesen zu reinigen. Wasser von den Sprühern 53 sammelt sich in einem Reservoir 55 am Boden des horizontal sich erstreckenden Gefäßes 51. Wasser von dem Reservoir 55 wird mit Hilfe von Leitung 57 über ein Filter 59 und dann durch Leitung 61, die eine Pumpe 63 enthält, zu den Sprühern 53 zurückgeführt. Der Zweck des Waschers ist

es, suspendierte Feststoffe und flüchtige Bestandteile, die eine Sättigungstemperatur oberhalb der des Dampfes besitzen, zu extrahieren. Dampfkondensation ist minimal infolge des nahezu gesättigten Zustandes des gesprühten Wassers.

Die Extraktion von nichtkondensxerbaren Gasen mit einer Sättigungstemperatur unterhalb der des Dampfes von dem zusammengesetzten Dampfstrom wird erreicht durch Hindurchführen der Gase durch Leitung 65 vom Boden des Waschereinlaßkopfes zu einem kleinen Dampfkondensator 67. Nichtkondensierbares Gas und etwas Dampf werden von dem System mittels eines Entlüftungssystems 69 in einer Auslaßleitung 71 von dem Kondensator 67 abgegeben. Kondensat, das in dem Kondensator 6 7 gebildet wird, wird mittels einer Leitung 73 zurück zu dem Reservoir 55 des Waschers 49 zurückgeführt.

Um eine Ansammlung von Überschußwasser in dem Wascher 49 zu verhindern, wird Wasser von der Oberfläche 75 des Sees aus Wasser in dem Reservoir 55 über Leitung 77 abgezogen, das abgezogene Wasser in einem Wärmeaustauscher 79 abgekühlt, bevor dieses von dem System durch Leitung 81, die das Abgabeventil 83 enthält, abgegeben wird. Zusätzlich zum Wasser enthält dieser Strom alle leichten Destillate, die vorhanden sein mögen. Feststoffe und irgendwelche schweren Destillate, die in dem Reservoir 55 vorhanden sein mögen, sinken zum Boden des Reservoirs und bilden einen Schlamm 85. Dies Material wird von dem Wascher 49 mit Hilfe einer Leitung 87, die Ventil 89 enthält, abgegeben.

In dem Auslaßkopf 91 des Waschers 49 teilt sich die Dampfströmung. Ein rezirkulierender Teil des Dampfstromes läuft durch Leitung 93 zu einem Filter 95. Von dem Filter 95 läuft der zurückgeführte Teil des Dampfes durch Leitung 9 7 zu einem Gebläse 99 und dann durch Leitung 101 zu einer ersten Wärmeaustauschereinheit 103, in der er überhitzt wird. Der zurückgeführte Teil des Dampfes fließt dann durch Leitung

105 zu einer zweiten Wärmeaustauschereinheit 107, wo er weiter überhitzt wird. Dieser überhitzte zurückgeführte Teil des Dampfes wird dann mit Hilfe von Leitung 109 zu dem Dampfinjektor 23 des abgedichteten Gefäßes 3 zurückgeführt.

Der verbleibende Teil der Dampfströmung von dem Auslaßkopf 91 des Waschers 49 wird als Wärmeaustauschmedium in den Wärmeaustauschschlangen 33 des abgedichteten Gefäßes 3 verwendet. Die Masse des über Leitung 111 des Waschers 49 abgegebenen Dampfes ist im wesentlichen gleich der Masse des Wassers, die von der minderwertigen Kohle in dem Druckgefäß 3 entfernt wurde, abzüglich der Masse des Dampfes, die in dem Dampfkondensator 6 7 des Entfernungssystems für nichtkondensierbare Bestandteile kondensiert wurde. Dampf von Leitung 111 läuft durch einen mehrstufigen Kompressor 113. Überhitzter Dampf von der ersten Stufe der Kompression 115 läuft durch Leitung 117 zu der ersten Wärmeaustauscheinheit 103, um Wärme zu dem rückgeführten Dampfteil zu übertragen. Ein anderer vorteilhafter Effekt dieser Zwischenstufenkompression ist, die Gesamtkompressionsstufe noch weiter isentropisch und somit wirkungsvoller zu machen. Der Dampf wird von der ersten Wärmeaustauschereinheit 103 durch Leitung zu der Zweitstufe der Kompression 121 des Kompressors 113 zurückgeführt. Nach der Kompression fließt dieser Teil der Dampfströmung durch Leitung 123 zur zweiten Wärmeaustauschereinheit 107, um den rückgeführten Teil des Dampfes erneut zu erhitzen. Nach Verlassen der zweiten Wärmeaustauschereinheit 107 fließt der komprimierte überhitzte Dampf durch Leitung 125 zu einem Verteilungskopf 12 7 und durch Verzweigungsleitungen 129 zu den Wärmeaustauschwindungen 33 in dem abgedichteten Gefäß 3.

In den Wärmeaustauscherröhren 33 wird der überhitzte Dampf durch Wärmeaustausch mit dem Lignit in den fluidisierten Betten 35 kondensiert. Kondensat von den Wärmeaustauscherröhren 33 fließt durch Leitungen 131 zu einem Sammelkopf

133. Das heiße Kondensat wird durch Leitung 135 zu einem Heizmantel 137 geführt, wo es Lignit vorheizt, das dem abgedichteten Gefäß 3 zugeführt wird. Von dem Mantelheizer 13 7 abgegebenes Kondensat fließt durch Leitung 139. Ein Teil davon fließt durch Leitung 141, die das Ventil 143 enthält, zu dem Kondensator 67, um eine Konzentration der nichtkondensierbaren Bestandteile zu liefern, und wird über Leitung 145 zu Leitung 139 zurückgeführt. Ein weiterer Teil des Kondensats von Leitung 139 läuft durch Leitung 147, welche Ventil 149 enthält, zu dem Wärmeaustauscher 79, um Überschußwaschwasserabgabe abzukühlen, und wird zu Leitung 139 mittels Leitung 141 zurückgeführt. Das Kondensat wird dann von Leitung 139 durch ein Abgabeventil 153 abgegeben.

Bei dem gegenwärtigen Verfahren wird ein offenkreisiges Dampfkompressionssystem benutzt, um Wärme wiederzugewinnen und um den rückgeführten Dampf zu erhitzen, der in den Wärmeübertragungsröhren des abgedichteten Gefäßes verwendet wird, um die minderwertige Kohle zu trocknen.

Da von dem abgedichtete Gefäß Luft bis zu dem maximal möglichen Ausmaß ausgeschlossen wird, wird das abgedichtete Gefäß bei einem Überdruck im Bereich von 1 bis 3 bar, vorzugsweise 1 bis 2 bar betrieben. Ein derartiger Druck von 1 bis 2 bar entspricht einer Wassersättigungstemperatur von 121 bis 135° C, welche die Temperatur des Dampfes in einem abgedichteten Gefäß und der Temperatur des zusammengesetzten Dampfes, der von dem abgedichteten Gefäß abgegeben wird, entsprechen würde. Die Temperatur des das abgedichtete Gefäß 3 durch Leitung 109 betretenden Dampfes sollte 160 bis 170° C betragen. Diese Berechnung der Temperatur des eintretenden Dampfes oberhalb der gesättigten Temperatur schließt die Möglichkeit aus, daß Dampf teilweise in den unteren Bereichen des abgedichteten Gefäßes 3 teilweise kondensiert. Normalerweise wird etwas Erhitzung des Lignits durch direkten Kontakt mit dem überhitzten fluidisierenden Dämpf 27

geliefert. In den Wärmeaustauscherröhren 33 sollte der zweite Teil des Dampfes auf eine Temperatur von zumindest 50° C oberhalb der Temperatur des Dampfes liegen, der in das abgedichtete Gefäß injiziert wird, um den notwendigen Wärmeaustausch zu bewirken. Die Sättigungstemperatur des zweiten Teils des Dampfes in den Wärmeaustauscherröhren 33 sollte somit auf einer Temperatur von zumindest 210 bis 220° C liegen.

Die vorliegende Erfindung reduziert dramatisch den Energieverbrauch beim Trocknen von niederwertigen Kohlesorten. Auch gibt es keine Verbrennungsproduktemissionen, wie sie bei der Verwendung von bisherigen Verfahren anfielen, und es wird verhältnismäßig sauberes Wasser als ein Nebenprodukt des Verfahrens erzeugt, welches Wasser nutzbar ist in Gebieten, wo Lignit abgebaut wird und Wasser rar ist. Die vorliegende Erfindung beseitigt auch die Gefahr von spontaner Entzündung innerhalb des abgedichteten Gefäßes, da eine insgesamt dampftrocknende Umgebung vorhanden ist. Ein System niedriger Kosten wird geliefert, um minderwertige Kohlesorten zu trocknen.

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Claims (15)

drying. Ernst-strätmäntvt:--: 3613305 PATENTANWALT D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9 VNR: 109126 Düsseldorf, " 18. April 1986 Westinghouse Electric Corporation Pittsburgh, Pa., V. St. A. P atentansprü.che :

1. Gerät (1) zum Trocknen von niederwertiger Kohle, die Zwischenraumwasser enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (1) folgendes umfaßt: ein abgedichtetes Gefäß (3), das Einrichtungen (15) zur Bildung einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden fluidisierten Betten (35) aus Feststoffen enthält, mit Einrichtungen (7) zum Einführen, von Feststoffen aus niederwertiger Kohle an einem Ende (9) des Gefäßes und Einrichtungen (13) zur Entfernung der Feststoffe aus niederwertiger Kohle am anderen Ende (11) des Gefäßes nach Hindurchlaufen durch das Gefäß; Wärmeaustauscherröhren (33), die sich in das abgedichtete Gefäß (3) an der Stelle eines jeden der fluidisierten Betten (35) erstrecken; Dampfinjektoreinrichtungen (23) an dem anderen Ende (11) des abgedichteten Gefäßes (3) zum Einführen von Dampf (27) in das Gefäß (3) zum Hindurchtreten durch das Gefäß in Gegenstrom zu der Strömung der Feststoffe aus niederwertiger Kohle, um diese in jeder der Vielzahl von aufeinanderfolgenden fluidisierten Betten (35) zu fluidi-

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sieren, und um Wasser davon zu entfernen, um eine zusammengesetzte Dampfströmung zu bilden; Einrichtungen (29) zum Abgeben der zusammengesetzten Dampfströmung von dem einen Ende (9) des abgedichteten Gefäßes (3); Einrichtungen (53) zum Einsprühen von Wassern in die zusammengesetzte Dampfströmung nach Abgabe der Dampfströmung von dem abgedichteten Gefäß (3), um Feststoffe und flüchtige Materialien darin zu entfernen; Einrichtungen (103) zum Erhitzen eines ersten Teils der Dampfströ^mung nach Entfernen der Feststoffe und der enthaltenen flüchtigen Bestandteile und Zurückführen des ersten erhitzten Teils zu dem abgedichteten Gefäß (3) durch die Dampfinjektoreinrichtungen (23); Einrichtungen (113) zum Erhitzen eines zweiten Teils der Dampfströmung, nach Entfernen der Feststoffe und der flüchtigen Bestandteile davon, und Weiterführen des ernitzten zweiten Teils durch die Wärmeaustauscherröhren (33) in dem abgedichteten Gefäß (3), um einen Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Teil des Dampfes und der niederwertigen Kohle zu bewirken; Einrichtungen (133) zum Abgeben des zweiten Teils des Dampfes, nach Durchtritt durch die Wärmeaustauscherröhren (33); und Einrichtungen zum Weiterführen des zweiten Teils des Dampfes von den Wärmeaustauscherröhren (33) zu den Einrichtungen (131) zur Abgabe des Dampfes.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (39) zur Trennung des Hauptteils der Feststoffe von dem zusammengesetzten Dampfstrom zwischen den Einrichtungen zum Abgeben (37) und den Einrichtungen (53) zum Sprühen von Wasser in den zusammengesetzten Dampfstrom vorgesehen ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (53) zum Einsprühen von Wasser in die zusammengesetzte Dampfströmung ein horizontal sich erstreckendes Gefäß (51) ist, das eine Vielzahl von Wassersprühern (52), ein Reservoir (55) zum Sammeln von gesprühtem Wasser und von Feststoffen, Einrichtungen (59) zum Filtern von in dem Reservoir (55) gesammelten Wasser zur Entfernung der Feststoffe von dem Wasser und Einrichtungen (57, 61) zum Zurückführen des Wassers nach Filterung (59) zu der Vielzahl von Wassersprühern (53) umfaßt.

4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (1) Einrichtungen (95) zur Filterung des ersten Teils der Dampfströmung, nach Entfernen der Feststoffe und flüchtigen Bestandteile davon vor den Einrichtungen (103) zum Erhitzen, umfaßt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erhitzen des ersten Teils des DampfStromes erste (103) und zweite (107) Wärmeaustauschereinheiten umfassen.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erhitzen des zweiten Teils der Dampfströmung, nach Entfernen der Feststoffe und der flüchtigen Bestandteile davon, einen mehrstufigen Kompressor (113) umfassen.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (117) vorgesehen sind, um komprimierten Dampf von einer ersten Kompressionsstufe (115) des mehrstufigen Kompressors (113) zu der ersten Wärmeaustauschereinheit (103) zum Wärmeaustausch mit dem ersten Teil des Dampfes zu dessen Erhitzung zu führen.

8. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (123) vorgesehen sind, um komprimierten Dampf von einer letzten Kompressionsstufe (121) des mehrstufigen Kompressors (113) zu der zweiten Wärmeaustauschereinheit (107) zum Wärmeaustausch mit dem ersten Teil des Dampfes, um diesen zu erhitzen, zu führen.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erwärmungsmantel (13 7) um die Einrichtungen (7) zum Hindurchführen von niederwertiger Kohle zu dem Gefäß (3) und Einrichtungen (135) vorgesehen sind, um den zweiten Teil des Dampfes nach dessen Passage durch die Wärmeaustauscherröhren (33) zu dem Wärmemantel (137) zu führen, um die niederwert ige Kohle zu erhitzen.

10. Verfahren zur Trocknung von niederwertiger Kohle, die zwischenräumliches Wasser enthält, gekennzeichnet durch Einführen von niederwertiger Kohle in ein Ende eines abgedichteten Gefäßes,um diese hindurchzuführen; Injizieren von überhitztem Dampf in das andere Ende des abgedichteten Gefäßes zur Strömung in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung der niederwertigen Kohle; Fluidisieren der niederwertigen Kohle innerhalb des abgedichteten Gefäßes mittels des injizierten Dampfes in einer Vielzahl von fluidisierten Betten; Erhitzen der fluidisierten niederwertigen Kohle innerhalb der fluidisierten Betten in dem abgedichteten Gefäß zur Entfernung von Wasser davon und zur Bildung eines zusammengesetzten Dampfstromes; Abgeben der niederwertigen Kohle, mit davon entferntem Wasser, von dem abgedichteten Gefäß; Ablassen des zusammengesetzten Dampfstromes von dem abgedichteten Gefäß; Einsprühen von Wasser in die zusammengesetzte Dampfströmung nach dessen Ablassen von dem abgedich-

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teten Gefäß, um Feststoffe und wichtige Bestandteile davon zu entfernen; Erhitzen eines ersten Teils des Dampfstromes, nach dem Sprühen, und Rückführen dieses ersten Anteils zur Injektion in das andere Ende des abgedichten Gefäßes; Erhitzen eines zweiten Teils der Dampfströmung, nach dem Sprühen und Rückführen dieses zweiten Teils zur Erhitzung der fluidisierten Kohle innerhalb der fluidisierten Betten in dem abgedichteten Gefäß; und Abgeben des zweiten Teils der Dampfströmung nach dem Erhitzen der fluidisierten Betten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil der Dampfströmung, abgegeben nach Erhitzen der fluidisierten Betten, in einer Menge vorliegt, die im wesentlichen gleich ist der Wassermenge, die von der niederwertigen Kohle in dem abgedichteten Gefäß entfernt wurde.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erhitzen der fluidisierten Betten und vor der Abgabe der zweite Teil des Dampfes benutzt wird, um die niederwertige Kohle zu erhitzen, bevor sie in das abgedichtete Gefäß gegeben wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil der Dampfströmung erhitzt wird durch Kompression der Dampfströmung und daß der erhitzte, komprimierte zweite Teil benutzt wird, um den ersten Teil zu erhitzen.

14. Verfahren nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das abgedichtete Gefäß vertikal angeordnet ist, mit der Vielzahl von fluidisierten Betten übereinander angeordnet, wobei die niederwertige Kohle im oberen Bereich des abgedichteten Gefäßes eingegeben und im unteren Bereich des Gefäßes

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entfernt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsprühen des Wassers in den zusanunengesetzten Dampf bewirkt wird in einem horizontal sich erstreckenden Gefäß und daß das gesprühte Wasser gesammelt, gefiltert und für weiteres Sprühen
zurückgeführt wird.