DE4421952C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Hochtemperaturbehandlung von Verkokungsrohgas - Google Patents

Description

Bei der konventionellen Kokereitechnik werden neben dem Hauptprodukt Koks und Koksofengas die sogenannten "Kohlenwertstoffe" (Rohbenzol, Rohteer, Ammoniak und Schwefelverbindungen) erzeugt. Letztere Produkte führen nach heutigen Erkenntnissen zu starken Umwelt- und Arbeitsschutzproblemen und haben hohe Folgeinvestitionen zur Vermeidung von Emissionen während des Produktionsprozesses zur Folge. Dieses führt zu einer nachhaltigen Kostenbe­ lastung der Kokserzeugung. Hinzu kommt, daß die Vermarktung dieser Produk­ te keine nennenswerten Erträge mehr erwirtschaftet läßt und damit heute nur noch zu einer unbedeutenden Entlastung der Gestehungskosten für das Hauptprodukt Koks beiträgt. Es mußte folglich das Ziel verfolgt werden, durch Vermeidung der Entstehung bzw. Erzeugung dieser Produkte eine nachhaltige Verbesserung der Gestehungskosten von Koks zu erreichen. Dabei mußte be­ achtet werden, daß die neue Verfahrensstruktur einer "2-Produktekokerei" auch in einer zukunftsorientierten Verhüttungstechnologie einen Beitrag für ein lei­ stungsfähiges Verbundsystem Kokerei-Hüttenwerk ermöglicht.

Die Erfindung bezieht sich folgerichtig auf ein Verfahren zur Hochtemperatur­ behandlung von Verkokungsrohgas, wobei Einsatzkohle in einem Großraum­ verkokungsreaktor oder einer konventionellen Vielkammerkoksofenbatterie ver­ kokt und das dabei erhaltene Rohgas einer Hochtemperaturbehandlung unter­ zogen und das dabei anfallende Rohspaltgas als ökologische Energie das kon­ ventionelle Koksofengas ersetzen oder als Reduktionsgas einer Erzreduktion zugeführt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit horizontal angeordneten Verkokungskammern und seitlich daneben angeord­ neten aus senkrechten Heizzügen bestehenden Heizwänden zur indirekten Beheizung der Verkokungskammern sowie mit Einrichtungen zur Ableitung der Rohspaltgase aus dem Bereich des Ofenblockes, vorzugsweise der Verko­ kungskammer.

Aus der DE 42 10 003 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von metallurgischem Koks und Eisenschwamm bekannt, bei dem die Einsatzkohle zunächst verkokt und das dabei erhaltene Rohgas anschließend einer Hochtemperaturbehand­ lung unterzogen wird und der erhaltene Rohwasserstoff der Direktreduktion von Eisenerz zu Eisenschwamm zugeführt wird. Die Hochtemperaturbehandlung wird dabei bei einer Temperatur von 1000 bis 1500°C, vorzugsweise 1100 bis 1300°C, in einer Materialschüttung durchgeführt, die aus Koks, einem Gitterwerk oder keramischen Füllkörpern besteht. Diese Hochtemperaturbe­ handlungsanlagen sind dabei als weitgehend selbständige Reaktoren (Thermocracker) ausgebildet, die außerhalb der Verkokungskammern bzw. des Ofenblockes angeordnet sind. Die Überleitung der heißen Rohgase ohne we­ sentlichen Wärmeverlust zu diesen Reaktoren ist ziemlich problematisch (Gefahr von Graphitabscheidung), ebenso ist die Errichtung der eigenständigen Reaktoren mit erheblichem Aufwand verbunden.

In der DE 28 37 416 B2 ist eine Vorrichtung zur Weiterverarbeitung von Kohle­ entgasungsrohgas beschrieben, bei welcher das noch heiße Kohleentgasungs­ rohgas über eine glühende Koksschüttung von z. B. über 1100 K, vorzugswei­ se über 1250 K, geleitet wird. Diese Koksschüttung soll dabei im Steigrohr au­ ßerhalb des Ofenblockes angeordnet sein. Bei der Durchleitung des Rohgases durch eine derartige Schüttung kann es leicht zu Verstopfungen bzw. zu Unter­ brechung des Rohgasabzuges aus der Ofenkammer kommen. Außerdem be­ darf es aufgrund der erforderlichen hohen Temperaturen zusätzlicher Maß­ nahmen zur Isolierung des Steigerohres.

In der Zeitschrift ′Erdöl, Erdgas, Kohle′, Jahrgang 198 (1992), Heft 5, Seiten 237 bis 241 ist von W. Hodek unter dem Titel "Zur thermischen Spaltung von Teeren aus Pyrolyse und Verkokung" unter Abschnitt 4.2 über Versuche der Bergbauforschung, teerhaltiges Rohgas mit Wasserdampf und Sauerstoff zu Synthesegas oder Reduktionsgas umzuwandeln, berichtet worden. Hierbei hat man versucht, heißes Rohgas nach Verlassen des Gassammelraumes in einer eigenen horizontalen Spaltapparatur umzusetzen. Das Projekt scheiterte je­ doch an unüberwindbaren technischen Problemen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Hochtemperatur­ behandlung von Verkokungsrohgas und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, bei dem die angegebenen Probleme nicht beste­ hen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen der Ansprüche 1, 6 und 7 an­ gegeben. Die Unteransprüche 2 bis 5 sowie 8 bis 12 enthalten sinnvolle ergän­ zende Vorschläge dazu.

Erfindungsgemäß soll die Hochtemperaturbehandlung als integraler Bestandteil des Verkokungsprozesses oder Verkokungssystems bei Temperaturen von über 800°C, vorzugsweise 900 bis 1300°C, unter Zugabe einer bedarfsorien­ tierten Menge von Oxidationsmittel (Sauerstoff und/oder Luft) bereits innerhalb der Verkokungskammer und/oder zumindest innerhalb des heißen Bereiches des Ofenblockes erfolgen. Vorteilhaft für dieses Verfahren ist die Anwendung von breiteren Ofenkammern, weil damit schon eine Teilspaltung der Rohgas­ bestandteile wie BTX (Benzol, Toluol, Xylol), Naphthalin und Teer verbunden ist.

Dabei kann insbesondere auf aufwendige isolierte Rohgasleitungen und eine eige­ ne Anlage zur Hochtemperaturbehandlung verzichtet werden, da die Rohgase ohne Zwischenkühlung noch innerhalb des heißen Ofenblockes der Hochtemperatur­ behandlung unterzogen werden, wobei ein Rohspaltgas erzeugt wird, das im wesentlichen Wasserstoff und Koh­ lenmonoxid sowie Kohlendioxid und gegebenenfalls Methan enthält entsprechend den Anforderungen der nachfolgenden Prozesse.

Es gibt dabei verschiedene Möglichkeiten der Hoch­ temperaturbehandlung. Zum einen kann das Rohgas be­ reits in der Verkokungskammer im Gassammelraum un­ ter Zugabe von Oxidationsmittel der Hochtemperatur­ behandlung unterzogen werden, es kann aber auch au­ ßerhalb der Verkokungskammer oberhalb, neben oder auch in den Heizzügen, soweit erforderlich, unter Zuga­ be von Oxidationsmittel, vorzugsweise Sauerstoff, der Hochtemperaturbehandlung unterzogen werden. Gün­ stig ist es dabei, wenn die während des Füllvorganges entstehenden staubbelasteten Füllgase in an sich be­ kannter Weise aus der Verkokungskammer abgezogen werden und über eigene Einrichtungen, z. B. einer Ver­ brennungseinrichtung, und den erforderlichen Gasreini­ gungseinrichtungen zugeleitet werden. Das nach Been­ digung des Füllvorganges aufallende Rohgas besitzt dann nur relativ wenig Staubpartikel und kann in her­ vorragender Weise der erfindungsgemäßen Hochtem­ peraturbehandlung unterzogen werden, ohne daß es zu größeren Anreicherungen und Ablagerungen von Staubpartikeln kommt.

Das Oxidationsmittel kann dem ungekühlten Rohgas am Fuß des Steigrohres oder in dem Gassammelraum der Verkokungskammer durch die Füllöcher und/oder durch an den Ofenköpfen angeordnete Öffnungen zuge­ geben werden. Das Rohspaltgas wird dann über die Steigerohre und/oder an sich bekannte Überleitrohre aus dem Gassammelraum abgezogen.

In den Vorrichtungsansprüchen 6 ff und in den beige­ fügten Figuren sind eine Reihe von Konstruktionen für die Anordnung der Hochtemperaturbehandlungsstufen im Bereich des heißen Ofenblockes angegeben.

Es hat sich inbesondere auch hierfür die Verwendung eines Verkokungsofensystems als günstig erwiesen, wie es in der DE 42 30 028 C1 veröffentlicht worden ist. Bei dem dort beschriebenen Verkokungssystem sind unmit­ telbar oberhalb der Verkokungskammer in der Ofen­ decke in Batterielängsrichtung angeordnete Querkanä­ le vorgesehen, die über senkrechte, absperrbare Verbin­ dungskanäle mit den einzelnen Verkokungskammern in Verbindung stehen. Diese Verbindung der einzelnen Kammern mit den Querkanälen führt insbesondere zu einer Vergleichmäßigung der aus den einzelnen Kam­ mern diskontinuierlich anfallenden Rohgasmengen. Bei diesem Verkokungssystem ist weiterhin vorgesehen, daß die in Ofenlängsrichtung verlaufenden Querkanäle über senkrechte, absperrbare Verbindungskanäle mit den einzelnen Heizwänden verbunden sind, so daß die Rohgase in den einzelnen Heizzügen dieser Heizwände unter Zugabe von Verbrennungsluft zur Beheizung des Ofensystems verbrannt werden. Die Anwendung dieses Verkokungsofensystems kann sowohl in einer konven­ tionellen Vielkammerkoksofenbatterie als auch in ei­ nem Großraumverkokungsreaktor stattfinden.

Dieses Verkokungssystem kann erfindungsgemäß zur Erzeugung des für die Direktreduktion geeigneten Re­ duktionsgases verwendet werden, wenn in den Heizzü­ gen eine unterstöchiometrische Verbrennung entspre­ chend einer Luftzahl von 0,2 bis 0,8, vorzugsweise 0,3 bis 0,5, stattfindet. Die unterhalb der Heizwände in Ofen­ längsrichtung angeordneten Kanäle zur Ableitung der aus den Heizwänden abgezogenen Gase führen dabei wiederum zu einer Vergleichmäßigung der Gasmengen und der Gasqualität, so daß kontinuierlich ein für die Direktreduktion geeignetes Gas anfällt.

Die Erfindung wird in den Fig. 1 bis 4 beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen Teil der Verkokungskammer (1), der Ofendecke (8) und des Heizzuges (3) mit einem oberhalb der Heizwand angeordneten waagerechten Kanal (5).

Fig. 2 zeigt einen waagerechten Schnitt nach der Li­ nie I-I von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt, ähnlich wie Fig. 1, einen senkrechten Schnitt durch ein Ofensystem mit neben den Heizzügen (3) angeordneten senkrechten Kanälen (11).

Fig. 4 zeigt einen waagerechten Schnitt nach der Li­ nie II-II von Fig. 3.

In den Figuren ist die Verkokungskammer mit (1) bezeichnet. Das bei der Verkokung entstehende Rohgas gelangt in den oberhalb der Koksschüttung angeordne­ ten Gassammelraum (2) und strömt erfindungsgemäß nach den Fig. 1 und 2 durch die in der Läuferwand (4) angeordnete Durchtrittsöffnung (6) in den waagerech­ ten Kanal (5). Die Durchtrittsöffnungen (6) befinden sich nach Fig. 2 an einem Ende der Heizwand. In der Nähe dieser Durchtrittsöffnungen (6) befindet sich weiterhin die Zufuhr (9) von Oxidationsmitteln, die von außen her geregelt zugeführt werden. Der waagerechte Kanal (5) befindet sich zwischen der Läuferwand (4) und der Wand, in der die Schaulöcher (7) angeordnet sind. Auf der der Läuferwand (4) abgekehrten Seite der Wand mit den Schaulöchern (7) strömt das Rohgas in dem waage­ rechten Kanal (5) in entgegengesetzter Richtung und wird über den Abzug (10) aus dem Verkokungssystem abgezogen.

Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, strömt das Rohgas aus dem Gassammelraum (2) über die Durchtrittsöff­ nungen (6a) zu den senkrechten Kanälen (11), in denen es nach Zufuhr von Oxidationsmitteln (9a) parallel zu den Heizwänden nach unten strömt, bis es über den Abzug (10a) aus dem Verkokungssystem abgezogen wird.

Bezugszeichenliste

1 Verkokungskammer
2 Gassammelraum
3 Heizzug
4 Läuferwand
5 waagerechter Kanal
6, 6a Durchtrittsöffnung für Rohgas
7 Schauloch
8 Ofendecke
9, 9a Zufuhr von Oxidationsmittel
10, 10a Abzug des behandelten Rohgases
11 senkrechter Kanal

Claims (12)

1. Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von Verkokungsrohgas, wobei Einsatzkohle in einem Großraumverkokungsreaktor oder einer Vielkam­ merkoksofenbatterie verkokt und das dabei erhaltene Rohgas einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen und das dabei anfallende Roh­ spaltgas als ökologische Energie das konventionelle Koksofengas ersetzen oder als Reduktionsgas einer Erzreduktion zugeführt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hochtemperaturbehandlung als integrierter Be­ standteil des Verkokungsprozesses bei Temperaturen von über 800°C, vorzugsweise 900 bis 1300°C unter Zugabe einer bedarfsproportionalen Menge von Oxidationsmittel innerhalb des heißen Bereiches des Ofenblockes, erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidati­ onsmittel in den Gassammelraum der Verkokungskammer durch die Füllö­ cher und/oder durch an den Ofenköpfen angeordnete Öffnungen zugege­ ben wird und daß das Rohspaltgas über die Steigrohre und/oder an sich bekannte Überleitrohre aus dem Gassammelraum abgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel dem ungekühlten Rohgas am Fuß des Steigrohres oder in einer Gassammelleitung zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas aus dem Gassammelraum der Verkokungskammer in oberhalb der Heizzü­ ge oder oberhalb des Gassammelraumes angeordnete waagerechte Kanä­ le und/oder in auf der den Verkokungskammern abgewandten Seite der Heizzüge angeordnete senkrechte Kanäle zur Hochtemperaturbehandlung geleitet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas bei der Hochtemperaturbehandlung durch Schüttungen oder Packungen aus Keramik- und/oder Katalysatormaterial geleitet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen mit horizontal angeordneten Verkokungskammern und seitlich daneben angeordneten aus senkrechten Heizzügen bestehenden Heizwänden zur indirekten Beheizung der Verkokungskammern sowie mit Einrichtungen zur Ableitung der Rohspaltgase aus dem Bereich des Ofen­ blockes, vorzugsweise der Verkokungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Heizzüge (3) sich in Längsrichtung der Heizwand erstreckende waagerechte Kanäle (5) angeordnet sind, die über Durchtrittsöffnun­ gen (6) für das Rohgas mit dem Gassammelraum (2) in Verbindung stehen und Anschlüsse zur Zufuhr von Oxidationsmittel (9) sowie zum Abzug des behandelten Rohgases (10) besitzen.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen mit horizontal angeordneten Verkokungskammern und seitlich daneben angeordneten aus senkrechten Heizzügen bestehenden Heizwänden zur indirekten Beheizung der Verkokungskammern sowie mit Einrichtungen zur Ableitung der Rohspaltgase aus dem Bereich des Ofen­ blockes, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Ofenkammer (1) ab­ gekehrten Seite der Heizzüge (3) ein oder mehrere senkrechte Kanäle (11) zur Hochtemperaturbehandlung des Rohgases angeordnet sind, die an ih­ rem oberen Ende etwa auf der Höhe des Gassammelraumes (2) waage­ recht mit dem Gassammelraum (2) in Verbindung stehende Durchtrittsöff­ nungen (6a) für das Rohgas sowie Anschlüsse für die Zufuhr von Oxidati­ onsmittel (9a) und am unteren Ende Anschlüsse für den Abzug des behan­ delten Rohgases (10a) besitzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (6, 6a) für das Rohgas im Bereich eines Kopfendes der Verkokungskammer (1) und die Zuführung für das Oxidationsmittel (9, 9a) in der Nähe dieser Durchtrittsöffnungen (6, 6a) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der waage­ rechte Kanal (5) sich von einem Kopfende der Heizwand bis zum anderen Kopfende und zurück sich erstreckt, wobei Durchtrittsöffnung (6), Zufuhr für das Oxidationsmittel (9) und Abzug des behandelten Rohgases (10) sich an demselben Kopfende befinden.

10. Verfahren nach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas in den Heizzügen unterstöchiometrisch, entsprechend einer Luft­ zahl von 0,2 bis 0,8, vorzugsweise 0,3 bis 0,5, verbrannt wird und anschlie­ ßend zum Ausgleich von ungleichmäßiger Verbrennung sowie von diskon­ tinuierlichem Betrieb in einen Spaltgassammelkanal geleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur das nach Beendigung des Füllvorganges anfallende Rohgas der Hochtemperaturbe­ handlung unterzogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtem­ peraturbehandlung in der Verkokungskammer erfolgt.