DE3806584A1

DE3806584A1 - Verfahren zur waermebehandlung von kohle

Info

Publication number: DE3806584A1
Application number: DE3806584A
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Ito; Kiyomichi Taoda; Mamoru Tamai; Fumiaki Sato; Michio Teramoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1988-09-08
Also published as: JPS63210192A; US4769042A; CA1280382C; AU583992B2; DE3806584C2; AU7521887A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Kohle, und zwar von minderwertiger Kohle wie Moorkohle und Braunkohle mit hohem Feuchtigkeitsgehalt.

Minderwertige Kohle wie Braunkohle oder Moorkohle enthält große Mengen an Feuchtigkeit und hat einen niedrigen Brennwert sowie eine starke Tendenz in Richtung auf eine spontane Zündung. Diese Eigenschaften verhindern, daß minderwertige Kohle für einen ausgedehnten Verbrauch über lange Distanzen transportiert werden kann. Eine allgemeine Verfahrensweise zur Verringerung des Feuchtigkeitsgehaltes ist es, die Kohle auf 80 bis 150 °C zu erhitzen. Diese Trocknungsmethode hat jedoch Nachteile dahingehend, daß die getrocknete Kohle wiederum schnell Feuchtigkeit aufnimmt und noch mehr einer spontanen Zündung unterliegt. Um diese Nachteile zu beseitigen, sind eine Reihe von Prozessen vorgeschlagen worden.

Die US-Patente 16 32 829 und 16 79 078 offenbaren den Fleissner-Prozeß. Hiernach wird minderwertige Kohle unter Verwendung von gesättigtem Dampf mit hohem Druck getrocknet. Dieses Verfahren wird kommerziell zur Verbesserung von Braunkohle in Europa seit 1927 eingesetzt.

Die US-Patente 40 52 168, 41 27 391 und 41 29 420 beschreiben den Koppelman-Prozeß. Nach diesem Verfahren wird Braunkohle in einem Autoklaven für 15 bis 60 Minuten bei hohen Temperaturen von 537-650°C unter hohem Druck von 70-210 kg/cm² erhitzt. Das US-Patent 41 26 519 beschreibt den Murray-Prozeß. Nach diesem wird Kohle in einer Aufschlämmung bei etwa 510°C bei einem Druck von etwa 100 kg/cm² erhitzt.

Andere Verfahren werden in den US-Patenten 25 79 397, 39 01 916, 30 61 524, 31 12 255, 31 33 010, 34 41 394, 34 63 623, 41 04 129, 41 58 697, 41 62 959, 42 74 941, 42 78 445, 43 31 529, 43 59 451, 43 66 044, 43 83 912, 42 91 539, 39 77 947 und 35 20 795 beschrieben.

Die Nachteile dieser herkömmlichen Verfahren sind
1. daß ein extrem hoher Druck von 17-210 kg/cm²,
2. eine hohe Temperatur von 537-649°C und
3. eine lange Zeit von 15-60 Minuten benötigt werden. All dies führt zu hohen Behandlungskosten.

Der Stand der Technik, der vergleichbar ist mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von verbesserter Kohle durch Erhitzung und Kühlung von minderwertiger Kohle in einem Wirbelbett. Siehe hierzu die US-Patente 45 01 551, 44 95 710, 44 01 436, 43 96 394, 44 67 531, 42 21 520, 44 02 207 und 44 02 706. Dieses Verfahren ist jedoch wesentlich anders als das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sich aus dem nachfolgenden ergibt.

1. Die Enderhitzungstemperatur beträgt 54-121°C, was wesentlich weniger ist als die Erhitzungstemperatur gemäß der vorliegenden Erfindung. Als Ergebnis davon wird die Kohle in einem solchen Ausmaß getrocknet, daß der Feuchtigkeitsgehalt bei 5- 10% liegt und die getrocknete Kohle nimmt wiederum Feuchtigkeit auf und hat ebenfalls eine Tendenz in Richtung auf eine spontane Zündung. Mit anderen Worten, dieses Verfahren ändert nicht die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Kohle im Gegensatz zu dem erfindunsgemäßen Verfahren, bei dem die Kohle auf etwa 200°C erhitzt wird.
2. Um die getrocknete Kohle weniger anfällig gegen eine spontane Zündung zu machen, wird bei diesem Verfahren die getrocknete Kohle nach der Abkühlung mit einer inerten Flüssigkeit wie bspw. Öl behandelt. Dieser zusätzliche Schritt ist nicht praktikabel, weil eine große Menge an inerter Flüssigkeit benötigt wird und es im allgemeinen unmöglich ist, diese inerte Flüssigkeit in Form eines dünnen gleichmäßigen Filmes auf die Oberfläche der Kohleklumpen zu sprühen. Darüber hinaus sickert die inerte Flüssigkeit während des Transportes und der Lagerung der Kohle heraus, was die Handhabung dieser erschwert.
3. Bei der Abkühlung wird die getrocknete Kohle auf 38°C oder weniger durch aufgesprühtes Wasser in dem Wirbelbett abgekühlt. Bei diesem Verfahren wird jedoch den charakteristischen Eigenschaften der Kohle keine Aufmerksamkeit geschenkt, und zwar der Erhitzung durch das Anfeuchten und der Begrenzung der Feuchtigkeit durch das Anfeuchten, wie es beim erfindungsgemäßen Verfahren der Fall ist. Es ist bekannt, daß durch Abkühlung mittels Aufsprühen von Wasser die getrocknete Kohle wiederum Feuchtigkeit aufnimmt, und zwar in demselben Maße wie etwa die Ausgangskohle, denn die Kohle wird hierbei einfach getrocknet auf eine vergleichsweise niedrige Temperatur ohne jegliche Behandlung zur Verhinderung der Feuchtigkeitsresorption. Dies konnte experimentell von den Erfindern nachgewiesen werden.

Ein anderes Verfahren ist in der US-PS 43 25 544 beschrieben. Hierbei wird eine Hitzequelle mit einer Temperatur von 204-315°C durch teilweise Verbrennung der Kohle in einem Wirbelbett geschaffen. Hierbei handelt es sich also um eine technische Idee, die wesentlich von der der vorliegenden Erfindung abweicht. Darüber hinaus ist dieses Verfahren sehr unpraktisch aufgrund der Schwierigkeiten der Temperaturkontrolle (Ausmaß der Trocknung der Kohle) und der gleichmäßigen Erhitzung im Wirbelbett.

Schließlich haben die Erfinder vorliegender Anmeldung in der japanischen Anmeldung Nr. 68 865/1979 ein Verfahren zur Verbesserung von minderwertiger Kohle vorgeschlagen durch schnelle Erhitzung auf eine vergleichsweise hohe Temperatur und nachfolgende schnelle Abkühlung.

Dieses Verfahren bezieht sich auf die Handhabung einer vergleichsweise kleinen Menge und unterscheidet sich von dem Verfahren der vorliegenden Erfindung in der Behandlung selbst und in den Bedingungen, unter denen diese abläuft. Bei der Ausführung dieses Verfahrens in Experimenten konnte folgendes ermittelt werden.

1. Wenn ein Wirbelbett benutzt wird für die Erhitzung einer großen Menge an Kohle, dann ist es notwendig, die Verweilzeit der Kohle in dem Wirbelbett zu begrenzen.
2. Da die Rohkohle erheblich in der Teilchengröße variiert und damit in der Hitzeübertragung, ist es notwendig, die Erhitzungszeit zu begrenzen, insbesondere im Fall von Kohle mit einer Teilchengröße unter 0,508 cm.
3. Es ist notwendig, Bedingungen festzusetzen für eine sichere Handhabung so zur Minimierung der Menge an flüchtigen Gasen, die während der Wärmebehandlung der Kohle bei hohen Temperaturen entweichen und der Menge an Kohlenstoffmonoxid, das bei der Reaktion von Kohle mit Sauerstoff entsteht.
4. Die Verbesserung der Kohle durch Erhitzung verhält sich je nach Art der Kohle unterschiedlich. So enthält bspw. die in der japanischen Patentanmeldung 68 865/1979 erwähnte Kohle große Mengen an Teer, und dieser Teer sickert bei der Erhitzung heraus. Wird dagegen Moorkohle mit niedrigem Schwefelgehalt verwendet, wie sie aus der Lagerstätte im Nordwesten der USA erhältlich ist, so fallen die Phenolgruppen und die Carboxylgruppen in der Kohle bei der Erhitzung auseinander und machen die Kohle hydrophob wie es in der japanischen Patentanmeldung 1 89 214/1985 beschrieben ist. Der Zerfall tritt bei niedrigen Temperaturen auf und daher ist es unmöglich, die Temperaturbehandlung bei der vorliegenden Erfindung abzusenken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Wärmebehandlung von Kohle, das geeignet ist zur Verbesserung von minderwertiger Kohle mit geringen Teergehalten. Dieses Verfahren wurde entwickelt zur Erreichung der nachfolgenden Bedingungen und zur Eliminierung der Nachteile der herkömmlichen Technologien.

1. Die behandelte Kohle weist einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt auf und einen hohen Brennwert und ist wenig anfällig gegen Feuchtigkeitsresorption und spontane Zündung während der Lagerung.
2. Die Wärmebehandlung kann auf eine große Menge von Kohle, wie sie für die Energieerzeugung benutzt wird ökonomisch mit niedrigen Kosten angewandt werden, ohne daß sehr hohe Drücke und Temperaturen sowie eine lange Verweilzeit notwendig sind.
3. Die Wärmebehandlung erlaubt eine schnelle und gleichmäßige Erhitzung, auch wenn die Rohkohle große Klumpen enthält.
4. Die Wärmebehandlung gibt lediglich eine kleine Menge an flüchtigen Gasen und Kohlenstoffmonoxid als Reaktionsprodukt von Kohle und Sauerstoff frei.

Die Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 1 bis 4.

Gemäß der Erfindung werden die vorstehend genannten Bedingungen dadurch erfüllt, daß zur Erhitzung und zur Abkühlung ein Wirbelbett mit großer Kapazität verwendet wird, das eine kontinuierliche Behandlung erlaubt. Das Wirbelbett ermöglicht einen guten Wärmeübergang zwischen der Kohle und dem Gas und damit zusammenhängend eine kurze Verweilzeit auch von großen Kohleklumpen. Die Wärmebehandlungstemperatur ist niedrig und die Verweilzeit der Kohle in dem Wirbelbett ist begrenzt, so daß die Entwicklung von flüchtigen Gasen unterdrückt wird. Darüber hinaus ist das Hochtemperaturgas, das zur Erhitzung benutzt wird und das mit der Kohle in Verbindung kommt, in seinem Sauerstoffgehalt begrenzt, so daß die Entstehung von Kohlenmonoxid ebenfalls unterdrückt wird. Die erhitzte Kohle wird unter die Sicherheitstemperatur durch Wasser, das direkt auf die Kohle in dem Wirbelbett eingesprüht wird, abgekühlt. Auf diese Weise wird die Kohle bis zu Sättigung angefeuchtet und damit wird verhindert, daß durch die Feuchtigkeit bei der Lagerung Hitze erzeugt wird.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der Einrichtung, wie sie für die Erfindung benutzt wird.

Die Fig. 2 zeigt das Wirbelbett gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 3 ist eine schematische Ansicht der Kühlung im Wirbelbett gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 und 5 sind schematische Ansichten des Ofens zur Erzeugung des Heizgases mit niedrigem Sauerstoffgehalt.

Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Zündtemperatur.

Fig. 7 zeigt die Veränderung der Temperatur der Kohle über der Zeit, und zwar in der Mitte jedes Kohleteilchens in dem Wirbelbett.

Fig. 8 zeigt die Größenverteilung der Kohle für die Wärmebehandlung im industriellen Maßstab.

Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Verweilzeit und der Konzentration an brennbaren Gasen im Abgas.

Fig. 10 zeigt den Zusammenhang zwischen der Kohlelagerzeit und der Kohlelagertemperatur.

Fig. 11 zeigt den Zusammenhang zwischen der Feuchtigkeit der wärmebehandelten Kohle und der Feuchtigkeitswärme der wärmebehandelten Kohle.

Nun die Beschreibung im einzelnen.

In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht des Erwärmungs- oder Erhitzungsteiles des Wirbelbettes wiedergegeben. Die Kohle wird in das Wirbelbett 6 durch den Einlaß 3 eingeführt. Das Hochtemperaturgas für die Wirbelbetterzeugung gelangt durch die perforierte Platte 5 vom Hochtemperaturgaseinlaß 1 in den Ofen. In dem Wirbelbett 6 kommt die Kohle in Kontakt mit dem Hochtemperaturgas für den Wärmeaustausch während es aufgewirbelt wird. Das Gas tritt aus dem System durch den Gasauslaß 2 aus. Die erhitzte Kohle wird aus dem System durch den Auslaß 4 abgeführt. Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht des Kühlteiles mit einem Wirbelbett. Die Kohle wird in das Wirbelbett 11 durch den Einlaß 7 eingeführt. Das Kühlgas gelangt in das Wirbelbett durch die perforierte Platte 10 aus dem Kühlgaseinlaß 8. In dem Wirbelbett kommt das Kühlgas mit der Kohle für den Wärmeaustausch in Berührung. Durch den Kühlwassereinlaß 12 zugeführtes Kühlwasser wird mittels der Düsen 13 auf das Wirbelbett 11 gesprüht. Hierdurch wird die Hitze aus der Kohle durch die latente Wärme der Verdampfung entfernt. Das Gas, das diesen Wärmeaustausch vorgenommen hat, wird aus dem System durch den Gasauslaß 14 abgeführt. Die abgekühlte Kohle gelangt durch den Auslaß 9 heraus.

Da das Wirbelbett einen wirkungsvollen Kontakt zwischen der Kohle und dem Gas erlaubt, erfolgt der Wärmeübergang schnell und vollständig innerhalb der Verweilzeit von 2-10 Minuten. Darüber hinaus wird die Kohle gleichmäßig erwärmt als Folge der Verwirbelung. Das Wirbelbett kann kontinuierlich arbeiten durch Zuführung bzw. Abführung von Kohle kontinuierlich. Damit können große Mengen an Kohle durchgesetzt werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen schematisch die Öfen zur Erzeugung des Heizgases mit niedrigem Sauerstoffgehalt. In der Fig. 4 werden Brennstoff 20 und Luft 21 in den Heißlufterzeugungsofen eingeführt, in dem der Brennstoff zur Erzeugung des Gases mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 5% verbrannt wird. Da dieses Abgas eine sehr hohe Temperatur von über 1000°C aufweist, wird es auf etwa 500°C durch einen indirekten Wärmetauscher 16, durch den das Kühlwasser 22 läuft, abgekühlt. Das auf diese Weise erhaltene Heizgas wird in das zur Erhitzung dienende Wirbelbett 17 eingeführt. Wenn die Kohle auf etwa 300 °C in dem Wirbelbett 17 erhitzt werden soll, dann wird das Abgas von etwa 300°C, das von dem indirekten Wärmetauscher 16 kommt, benutzt. Die Fig. 5 zeigt die Recycling-Einrichtung. Das Hochtemperaturgas, das in dem Ofen 15 erzeugt worden ist, wird in dem Mischer 18 mit einem Teilabgas 23 von etwa 300°C, das aus dem Wirbelbett 17 kommt, gemischt. Auf diese Weise wird ein Heizgas von etwa 500°C erreicht, das weniger als 5% Sauerstoff enthält. Das nicht benötigte Abgas wird aus dem System abgeführt. Dieses Recycling-System hat Vorteile gegenüber dem indirekten Wärmetauschersystem, da der Brennstoffverbrauch geringer ist und der teurere indirekte Wärmetauscher nicht benötigt wird.

Fig. 6 zeigt graphisch den Zusammenhang zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Zündtemperatur. Die Zündtemperatur steigt mit fallender Sauerstoffkonzentration an. Die spontane Zündungstemperatur liegt bei etwa 320°C, wenn die Sauerstoffkonzentration 5% beträgt. Die Zündung der Kohle, die für die Sicherheit unerwünschtes Kohlenmonoxidgas erzeugt, wird dadurch verhindert, daß die Sauerstoffkonzentration unter 5% gehalten wird. Der Begriff "forced ignition" in Fig. 6 bedeutet eine Zündung, die ausgelöst wird durch Funken oder durch Kontakt mit Hochtemperaturgegenständen. Sie wird genauso behandelt wie die spontane Zündung bei der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 7 zeigt graphisch den Wechsel der Temperatur mit der Zeit im Mittelpunkt jedes Kohleklumpens im Wirbelbett. Die Kohle, wie sie für die Wärmebehandlung im industriellen Maßstab verwendet wird, enthält Klumpen unterschiedlicher Größe von etwa 24 mm bis hin zu 48 mm, wie es in der Fig. 8 dargestellt ist. Um alle Kohleklumpen durch und durch zu erwärmen, wird eine bestimmte Zeit (Verweilzeit im Wirbelbett) benötigt, wie sich dies aus Fig. 7 ergibt. So benötigt bspw. Kohle von etwa 48 mm etwa 600 sec. (10 Minuten Verweilzeit), während Kohle von etwa 24 mm eine Verweilzeit von 180 sec. (3 Minuten) benötigt, wenn man davon ausgeht, daß die Kohle eine Anfangstemperatur von 25°C hat und auf eine Temperatur von 300°C in dem Wirbelbett von 350°C erwärmt werden soll. Damit ändert sich die Verweilzeit in dem Wirbelbett in Abhängigkeit von der Größe der zu behandelnden Kohle.

Das unter diesen Temperaturen entstehende Abgas wurde hinsichtlich der Konzentration an brennbarem Gas untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 9 wiedergegeben. Die brennbaren Gase enthalten Methan (CH₄) und Wasserstoff (H₂) aus den flüchtigen Bestandteilen in der Kohle sowie Kohlenmonoxid, das bei der Reaktion von Kohle mit Sauerstoff in dem Heizgas gebildet wird. Die Menge an brennbaren Gasen steigt an mit der Verweilzeit. Bei einer Verweilzeit von 10 Minuten beträgt die Konzentration von CH₄, CO und H₂ 3,5 Vol.-%, 2,5 Vol.-% und 1,1 Vol.-%. Bei diesen Konzentrationen besteht die Möglichkeit für eine Explosion. Daher sollte die Verweilzeit begrenzt sein auf etwa 10 Minuten.

Aus den weiter unten erwähnten Gründen beträgt die Erhitzungstemperatur gemäß der vorliegenden Erfindung 180-400°C. Bei der vorstehend erwähnten japanischen Patentanmeldung 68 865/1979 betrug die Erhitzungstemperatur 300-500°C, weil die dabei benutzte Kohle große Mengen an Teer enthielt und es notwendig war, eine hohe Temperatur zu benutzen, um Teer aus der Kohle herauszubekommen. Im Gegensatz dazu enthält die aus dem Nordwesten der USA kommende Moorkohle, die erfindungsgemäß behandelt werden soll, eine solche kleine Menge an Teer, daß nur ein wenig Teer heraussickert, wenn die Kohle auf eine Temperatur von 300-500°C erwärmt wird. Beim Erhitzen auf derartig hohe Temperaturen zersetzen sich hydrophile Gruppen wie Phenolgruppen und Carboxylgruppen in der Kohle und geben Sauerstoff frei zur Bildung von hydrophoben Gruppen wie Alkylgruppen, wie es in der japanischen Patentanmeldung 1 89 214/1985 beschrieben ist. Dieser Zerfall beginnt etwa bei 180°C und ist vollständig bei etwa 400°C. Der daraus entstehende chemische Wechsel verringert die Neigung der Kohle zur erneuten Absorbierung von Feuchtigkeit. Um diesen nicht vorteilhaften chemischen Wechsel hinsichtlich der Kohle zu verhindern, wird die Erhitzungstemperatur auf 180-400°C begrenzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die erhitzte Kohle auf 60°C oder darunter abgekühlt, und zwar aus den folgenden Gründen. Bei der herkömmlichen Praxis betrug die Kühltemperatur 250°C oder weniger. Aber es bestand die Notwendigkeit, diese erheblich zu verringern, um eine spontane Zündung während der Lagerung zu vermeiden. Bei Kohletemperaturen, die höher als 60°C liegen, besteht eine sehr erhebliche Neigung für eine spontane Zündung, wie es sich aus der Fig. 10 ergibt, die den Zusammenhang zwischen der Kohlelagerzeit und der Kohlelagertemperatur zeigt. Daher sind 60°C die Warngrenze für die Temperatur bei der Kohlelagerung. Damit sollte die Kühltemperatur geringer sein als 60°C.

In Zusammenhang mit dem Feuchtigkeitsgehalt behandelter Kohle wurde gefunden, daß getrocknete Kohle Feuchtigkeit absorbiert und während der Lagerung anschwillt, wobei Wärme erzeugt wird. Die Ergebnisse der Messungen sind in Fig. 11 wiedergegeben. Diese zeigen, daß getrocknete Kohle Wärme in der Größenordnung von 18,4 kcal/kg erzeugt, wenn Feuchtigkeit aufgenommen wird. Die auf diese Weise erzeugte Wärme kann eine spontane Zündung während der Lagerung auslösen. Es wurde nun gefunden, daß die spontane Zündung verhindert werden kann, wenn die getrocknete Kohle soweit vorher angefeuchtet wird, daß der Feuchtigkeitsgehalt etwa 9% beträgt, was der maximalen Feuchtigkeitsaufnahme entspricht.

Beispiel

Die Wärmebehandlung der Kohle gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der in der Fig. 1 schematisch dargestellten Anlage durchgeführt. In dieser Fig. 1 ist mit 50 der Brennstoff für die Trocknung bezeichnet und mit 51 die Luft für die Verbrennung und der Heißlufterzeugungsofen trägt das Bezugszeichen 52. Die Heißluft 54 (mit mehr als 1000 °C), die im Ofen 42 erzeugt worden ist, wird mit Luft 53 normaler Temperatur gemischt, um ein Heizgas 55 (500°C) für die Trocknung zu ergeben. Das Heizgas 55 tritt in den Trockenofen 56 ein. Die zugeführte Kohle 59 hat eine Teilchengröße von weniger als 25 mm und enthält 30% Feuchtigkeit. Sie wird kontinuierlich in den Trockenofen 56 mittels eines Schraubenförderers 60 eingebracht. In dem Trockenofen 56 wird oberhalb der perforierten Platte 57 ein Wirbelbett 58 erzeugt. Die Temperatur des Wirbelbettes 58 beträgt 100°C. Die getrocknete Kohle gelangt in die nächste Stufe durch den Auslaß 65. Die Kohle, die das Wirbelbett 58 verläßt, hat etwa 100°C und enthält 10-15% Feuchtigkeit, wobei die Oberflächenfeuchtigkeit beseitigt ist. Das Abgas 61 aus dem Trockenofen 56 wird in den Zyklon 62 zur Entfernung von feinem Schmutz eingeführt. Das Abgas 63 aus dem Zyklon 62 gelangt in den Staubsammler 64. Die trockene feine Kohle 106 wird als Brennstoff 50 und 67 für den Heißgaserzeugungsofen benutzt. Die Kohle kann in dem Ofen 56 auf 180 bis 400°C erwärmt werden für die Wärmebehandlung in einer Stufe oder alternativ kann die Kohle in zwei Stufen, wie in diesem Beispiel, erhitzt werden. Im letzteren Fall wird die Wärmebehandlung in zwei Stufen ausgeführt, d.h. Trocknung und Erhitzung. Die einstufige Erhitzung ist wirtschaftlich vom Standpunkt der Anlagen her, aber die zweistufige Erhitzung ist vorteilhaft, da die Brechung der Kohle verringert wird und der Anteil granularer und klumpiger Kohle von hohem kommerziellen Wert ansteigt. Das Brechen der Kohle bei der Erhitzungsstufe ist eine Folge des Hitzeschocks durch die schnelle Erhitzung.

Der Trockenofen muß nicht unbedingt ein Wirbelbett sein, sondern es können auch Trockenöfen anderen Typs wie bspw. Drehrohr- oder Gitteröfen sein.

In dem nachfolgenden Schnellerhitzungsofen 56 wird die Kohle schnell von 100°C auf 320°C erwärmt. Die Verweilzeit in diesem Erhitzungsofen sollte 3-5 Minuten für Kohle von etwa 25 mm und 5-20 Minuten für solche von etwa 50 mm betragen. Bei einer Verweilzeit länger als diese Grenzwerte nimmt die Konzentration an brennbaren Gasen in dem Recycling-Gas 87 zu und erschwert die Handhabung. Der Heißlufterzeugungsofen 69 wird mit Brennstoff 67 und Verbrennungsluft 68 versorgt. Der Heißlufterzeugungsofen 69 läuft normalerweise mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis von 1,05, um auf diese Weise den Sauerstoffgehalt im Verbrennungsprodukt gering zu halten. Der Heißlufterzeugungsofen 69 erzeugt Hochtemperaturgas 70 (höher als 1000°C), das weniger als 5% Sauerstoff enthält. Das Hochtemperaturgas 70 wird mit einem Teil des Abgases 87 (320-350°C), das aus dem Schnellerhitzungsofen 66 stammt, gemischt, so daß die Temperatur auf etwa 500°C eingestellt wird und der Sauerstoffgehalt 5% oder weniger beträgt. Das auf diese Weise erzeugte Heizgas 80 wird in den Schnellerhitzungsofen 66 eingeführt. Die Temperatur des Heizgases wird mit 500°C festgesetzt unter Berücksichtigung der Hitzebeständigkeit des Gitters 81 und der möglichen Zündung der Kohle. Die Kohle wird schnell erhitzt auf eine Temperatur von 320°C und wird knochentrocken in der Bettzone 82 des Schnellerhitungsofens 66. Das Abgas 83 (320-350°C), das aus diesem Ofen 66 austritt, gelangt in den Zyklon 84 zur Entfernung von feinem Staub. Ein Teil des Abgases 87 wird zurückgeführt und der überschüssige Anteil an Gas 86 gelangt in den Staubsammler 64. Die feine Kohle, die durch den Zyklon 84 gesammelt wird, wird mit der wärmebehandelten Kohle 107 gemischt und und der Kühlstufe zugeführt. Bei dem hier gewählten Beispiel sind die Wärmeerzeugungsöfen 52 und 69 getrennt, aber es kann durchaus auch ein einziger Ofen verwendet werden.

Die wärmebehandelte Kohle wird schnell in dem Kühler 88 abgekühlt. In diesem Kühler 88 wird die Kohle durch den Dampf, der bei der Verdampfung des durch den Einlaß 89 einströmenden Kühlwassers aufgewirbelt. Das Kühlwasser wird durch eine Vielzahl von Düsen 90, die in dem Kühler 88 angeordnet sind, eingesprüht. Das Kühlwasser nimmt die fühlbare Hitze der erhitzten Kohle auf und wird zu Dampf. Das Wirbelbett 93 in dem Kühler 88 wird bei 120°C gehalten unter Berücksichtigung der Kondensation von Dampf in dem Zyklon 95 und der Recycling-Leitung 91. Die Verweilzeit in dem Wirbelbett 93 beträgt 5-10 Minuten für Kohle mit ca. 50 mm und 3-5 Minuten mit etwa 24 mm unter Berücksichtigung der Abkühlgeschwin digkeit der Kohleteilchen. Die Düsen 90 sind oberhalb der Schicht der zu verwirbelnden Kohleteilchen angeordnet, so daß das Kühlwasser gleichmäßig auf die Kohleteilchen gesprüht werden kann. Das Abgas 94 (120 °C) wird teilweise durch die Leitung 91 zurückgeführt, nachdem der Staub in dem Zyklon 95 entfernt worden ist. Das überschüssige Abgas 97 wird aus dem System durch den Staubsammler 64 abgeführt. Am Anfang der Arbeitsweise des Kühlers 88 kann Luft als Recycling-Gas benutzt werden, weil die Temperatur der erhitzten Kohle 107, die aus dem Schnellerhitzungsofen 66 kommt, noch gering ist. Wenn die Kohletemperatur 300°C überschreitet, bewirkt das aus Luft bestehende Recycling-Gas eine Zündung der Kohle. Um dies zu verhindern, sollte der Sauerstoffgehalt in dem Recycling-Gas niedriger als 5% gehalten werden, und zwar durch Zuführung von Inertgas aus dem Inertgasgenerator 21 oder durch Aufsprühen einer geringen Menge von Wasser aus den Düsen 90. Schließlich wird auch der Inertgasgenerator 120 dazu benutzt, die Sicherheit des Systems zu gewähren, wenn das System aussetzt. Die Abkühlung kann in einer Stufe oder in zwei Stufen durchgeführt werden. Im ersten Fall wird die Kohle schnell abgekühlt auf 60°C und im zweiten Fall wird die Kohle auf 120°C durch Dampf abgekühlt und nachfolgend auf 60°C wie bei diesem Beispiel. Von der Anlage her ist die erste Verfahrensweise wirtschaftlicher, jedoch wird die zweistufige Kühlung dann benötigt, wenn die Temperatur der wärmebehandelten Kohle 300°C überschreitet, wobei in diesem Fall die Verwirbelung durch ein inertes Gas erfolgen sollte, wie bspw. Dampf, weil sich die Kohle, wenn der Sauerstoffgehalt im Gas höher als 5% ist entzündet.

Nach Abkühlung auf 120°C in dem Kühler 88 wird die Kohle an einen zweiten Kühler 98 über den Auslaß 108 weitergeleitet. Da keine Möglichkeit mehr für eine Zündung besteht, wird die Kohle in dem zweiten Kühler 98 durch Luft verwirbelt. Das Kühlwasser, das durch den sekundären Kühlwassereinlaß 99 hereingelangt, wird gleichmäßig durch die Sprühdüsen 100 verteilt. Die Menge an Kühlwasser wird in der Weise gesteuert, daß die Kohlefeuchtigkeit die maximale Sättigung erreicht.

Das Abgas 104 wird über den Zyklon 121 zur Staubentfernung abgegeben. Die feine Kohle, die durch den Zyklon 121 gesammelt wird, wird mit dem Produkt 105 gemischt. Die Abgase 63, 86, 97 und 122 können in die Atmosphäre nach der Staubentfernung durch den Staubsammler 64 abgeführt werden. Ersichtlich ist der zweite Kühler nicht notwendigerweise als Wirbelbett auszuführen, sondern es kann auch hier bspw. ein Drehrohr oder ein Gitterherd oder ein Coller benutzt werden.

Die Tabelle I zeigt die charakteristischen Eigenschaften der zugeführten Kohle beispielsweise:

Es ergibt sich aus der Tabelle I, daß als Ergebnis der Wärmebehandlung der Feuchtigkeitsgehalt von 31,5 Gew.-% auf 9,2 Gew.-% abgesenkt worden ist und daß der Brennwert ansteigt von 4343 kcal/kg auf 5947 kcal/kg und daß die Gleichgewichtsfeuchtigkeit abfällt von 21,3 Gew.-% auf 11,0 Gew.-%. Der Feuchtigkeitsgehalt der behandelten Kohle gemessen nach einer Lagerung von zwei Wochen bei 15°C und 55% RH betrug 9,0 Gew.-%, d.h. er war im wesentlichen gleich (9,2 Gew.-%) wie direkt nach der Wärmebehandlung.

Die Tabelle II zeigt den Anfall von behandelter Kohle auf der staubtrockenen Basis.
(auf staubtrockener Basis)7200 Tonnen Behandelte Kohle
(auf staubtrockener Basis)6480 Tonnen Trockene Feinkohle648

Nach einer Laufzeit von 10 Tagen waren 7200 Tonnen zugeführte Kohle behandelt, und es ergaben sich 6480 Tonnen behandelter Kohle und 648 Tonnen trockene Kohle (kleiner als 1 mm). Die feine Kohle wurde verbraucht als Brennstoff für die Anlage. Der Verlust in Form von flüchtigen Anteilen und Staub lag bei etwa 1% der zugeführten Kohle.

Die wärmebehandelte Kohle aus dem zweiten Kühler wurde um etwa 15°C auf dem Förderer abgekühlt. Die Kohletemperatur lag bei 39°C am Anfang der Lagerung und überschritt nicht 60°C während der Lagerung von etwa zwei Monaten. Der zusätzliche Vorteil der behandelten Kohle ist darin zu sehen, daß sehr wenig Staub anfällt während des Transportes mit einem Wagen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine große Menge Kohle schnell auf 180-400°C erhitzt werden durch Verwendung eines Wirbelbettes und anschließende Kühlung auf 60°C oder weniger durch Aufsprühen von Wasser in das Wirbelbett. Auch wenn große Kohleklumpen vorhanden sind, können diese gleichmäßig erhitzt werden und abgekühlt werden durch Begrenzung der Verweilzeit in beiden Wirbelbetten auf 2-10 Minuten. Die Entwicklung von brennbaren Gasen wird unter die Explosionsgrenzwerte verringert. Die wärmebehandelte Kohle wird abgekühlt auf 60°C oder weniger und angefeuchtet auf die Feuchtigkeitsgrenze, so daß die wärmebehandelte Kohle gegen eine spontane Zündung während der Lagerung geschützt ist. Auf diese Weise läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren minderwertige Kohle mit hohem Feuchtigkeitsgehalt in verbesserte Kohle mit geringem Feuchtigkeitsgehalt verwandeln, die einen hohen Heizwert und eine minimale Anfälligkeit gegen Feuchtigkeitsresorption aufweist.

Claims

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß minderwertige Kohle, wie Moorkohle und Braunkohle mit weniger als 80% Kohlenstoff und mehr als 33% flüchtigen Anteilen (trockene Mineralanteile - freie Basis) und einem hohen Feuchtigkeitsgehalt sowie einer Teilchengröße von weniger als 5,08 cm mit einem Hochtemperaturgas, das weniger als 5% Sauerstoff enthält, in einem Wirbelbett für 2-10 Minuten erhitzt und getrocknet wird, bis die Temperatur der Kohle 180-400°C beträgt und daß danach die Kohle durch Einsprühen von Wasser in das Wirbelbett für 2-10 Minuten abgekühlt wird, bis die Temperatur der Kohle auf 60°C oder darunter gefallen ist, wobei dann die Kohle die maximale, durch das Anfeuchten herbeigeführte Feuchtigkeit hält.

2. Verfahren zur Wärmebehandlung von Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß minderwertige Kohle, wie Moorkohle und Braunkohle mit weniger als 80% Kohlenstoff und mehr als 33% flüchtigen Anteilen (trockene Mineralanteile - freie Basis) und hohem Feuchtigkeitsgehalt sowie einer Teilchengröße von weniger als 5,08 cm mit einem Hochtemperaturgas, das weniger als 5% Sauerstoff enthält, in einem Wirbelbett für 2-10 Minuten erhitzt und getrocknet wird, bis die Temperatur der Kohle 180-400°C erreicht, daß anschließend die erhitzte Kohle zuerst schnell durch Einsprühen von Wasser in das Wirbelbett für 2-10 Minuten, wobei auch ein Gas mit hohem Dampfgehalt benutzt wird, abgekühlt wird bis die Temperatur der Kohle auf etwa 120°C gefallen ist und daß danach die Temperatur der Kohle durch Einsprühen von Wasser auf 60°C oder weniger abgesenkt wird, wobei die Kohle die maximale, durch das Anfeuchten gegebene Feuchtigkeit hält.

3. Verfahren zur Wärmebehandlung von Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß minderwertige Kohle, wie Moorkohle und Braunkohle mit weniger als 80% Kohlenstoff und mehr als 33% flüchtigen Anteilen (trockene Mineralanteile - freie Basis) mit hohem Feuchtigkeitsgehalt sowie einer Teilchengröße von weniger als 5,08 cm zuerst mit einem Hochtemperaturgas getrocknet und abgekühlt wird, bis die Temperatur der Kohle 80-150°C erreicht und die Feuchtigkeit unter die Anfangsfeuchtigkeit abnimmt, daß sie dann mit einem Hochtemperaturgas, das weniger als 5% Sauerstoff enthält in einem Wirbelbett für 2- 10 Minuten erhitzt und getrocknet wird, bis die Temperatur der Kohle 180-400°C erreicht und daß dann die Kohle durch Einsprühen von Wasser in das Wirbelbett für 2-10 Minuten abgekühlt wird, bis die Temperatur der Kohle auf 60°C oder weniger gefallen ist, wobei die Kohle die maximale, durch das Anfeuchten gebildete Feuchtigkeit hält.

4. Verfahren zur Wärmebehandlung von Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß minderwertige Kohle, wie Moorkohle und Braunkohle mit weniger als 80% Kohlenstoff und mehr als 33% flüchtigen Anteilen (trockene Minerale - freie Basis) und hohem Feuchtigkeitsgehalt sowie einer Teilchengröße von weniger als 5,08 cm zuerst mit einem Hochtemperaturgas erhitzt und getrocknet wird, bis die Temperatur der Kohle 80-150°C erreicht und die Feuchtigkeit unter der Anfangsfeuchtigkeit liegt, daß dann die Kohle mit einem Hochtemperaturgas, das weniger als 5% Sauerstoff enthält in einem Wirbelbett für 2-10 Minuten erhitzt und getrocknet wird, bis die Temperatur der Kohle 180-400°C erreicht, daß anschließend die erhitzte Kohle schnell durch Einsprühen von Wasser in das Wirbelbett für 2-10 Minuten, wobei auch Gas mit hohem Dampfgehalt benutzt wird, abgekühlt wird, bis die Temperatur der Kohle auf etwa 120°C gefallen ist und daß dann die Kohle durch Einsprühen von Wasser abgekühlt wird, bis die Kohletemperatur von 60°C oder weniger erreicht hat, wobei die Kohle die maximale, durch das Anfeuchten gegebene Feuchtigkeit hält.