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Verfahren zur Erhöhung und Regulierung der Ausbeute an Nebenprodukten
aus Destillationsgasen durch Einleitung von Wasserdampf in die Verkokungskammern
normaler Koksöfen Bei der trockenen Destillation von Brennstoffen, insbesondere
Kohle, zur Erzeugung von Koks oder Halbkoks entweichen bekanntlich bei Temperaturen
bis zu etwa 60o ° C wertvolle Schwelgase, während bei höheren Temperaturen bis zu
etwa looo ° C Gase entweichen, welche infolge teilweiser Zersetzung an den heißen
Ofenwandungen weniger wertvoll sind. Zur getrennten Absaugungderwertvollen Schwelgase,
welche hauptsächlich zur Gewinnung der Nebenprodukte verarbeitet werden, von den
weniger wertvollen Verkokungsgasen, welche nach Befreiung von ihren Nebenprodukten
hauptsächlich zu Heizzwecken dienen, hat man im Brennstoffbesatz der Verkokungskammern
Gasabzugskanäle angebracht, die auch mit Koks- oder Halbkoksstückchen gefüllt sein
können, um das Einstürzen bzw. Verstopfen derselben zu vermeiden. Diese Gasabzugskanäle,
- welche gleichzeitig auch verhindern, daß sich im Besatz Gasspannungen bilden,
welche zu explosionsartigen Zerreißungen führen, die das gute Sintern und Zusammenbacken
der glühenden Koksteilchen erheblich stören oder hindern, sind so angebracht, daß
die wertvollen Schwelgase auf ihrem Wege aus dem Besatz mit den heißen Ofenwandungen,
an welchen sie sich zersetzen könnten, nicht in Berührung kommen.
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Man hat weiterhin bereits erkannt, daß eine Erhöhung der Ausbeute
an wertvollen Nebenprodukten durch Hydrierung der Schwelgase erfolgen und daß die
Benzolausbeute bzw. die Ausbeute an Urteer durch eine Hitzebehandlung, bei welcher
die Schwelgase bis auf 120o bis 1q.00° C erhitzt werden, je nach der angewendeten
Temperaturhöhe willkürlich beeinflußt werden kann. Zu Hydrierungszwecken wurde hierbei
der erforderliche Wasserdampf dem Besatzmaterial nach weitgehender Entgasung unmittelbar
zugeführt, wobei die Aufspaltung in Wasserstoff und Sauerstoff erfolgte. Da der
entstehende Sauerstoff sich mit dem Kohlenstoff der Umgebung zu Kohlenoxyd verband,
welches sich den abziehenden Destillationsgasen beimengte, vergrößerte sich der
Aschegehalt des Fertiggutes, so daß der Wert desselben stark herabgemindert und
dasselbe für manche industrielle Zwecke, beispielsweise die Carbiderzeugung, unbrauchbar
wurde. Auch die Hitzebehandlung der Destillationsgase, die in der Ofenkammer unmittelbar
erfolgte, beeinflußte die Koksgewinnung ungünstig, da auch hierdurch das Fertiggut
rissig und kleinstückig wurde.
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Gegenstand der Erfindung ist es, zu zeigen, wie unter Beibehaltung
aller auf der Hydrierung und Hitzebehandlung der Destillationsgase beruhenden Vorteile
bezüglich der Steigerung der Oualität der aus diesen gewonnenen Nebenprodukte die
bisherigen Nachteile bezüglich der Erzeugung von für industrielle Zwecke
qualitativ
wertvollem, festem und stückigem Halb- oder Ganzkoks beseitigt werden können. Das
neue Verfahren hat zudem noch den Vorteil, daß es bei allen normal gebauten Koksöfen
Verwendung finden kann. Die Hydrierung erfolgt hierbei in bekannter Weise durch
Zuführung von Wasserdampf; jedoch wird dieser nicht, wie bisher üblich, der zu verkokenden
Kohle unmittelbar zugeführt, sondern mittelbar derart, daß ein schädigender Einfluß
des Wasserdampfes auf die Koksbildung ausgeschlossen ist. Zur Erreichung dieses
Zieles werden im Brennstoffbesatz an geeigneten Stellen auf beliebige Weise bekannte,
der Zuführung des Wasserdampfes dienende Hohlkanäle gebildet, welche mit einer Füllung
von Koks oder Halbkoks geringer Körnung versehen sind. Im Unterschiede zu einem
bekannten Verfahren erfolgt jedoch die Dampfzufuhr in diese Kanäle nicht erst dann,
wenn die Verkokung des gesamten Besatzes der Ofenkammer bereits beendet ist, sondern
bereits dann, wenn die Umgebung dieser Kanäle fertig verkokt ist und sich die Koksfüllung
derselben in so stark erhitztem, glühendem Zustande befindet, daß der Wasserdampf
aufgespalten wird. Die Verkokung des übrigen Besatzes ist dann noch in vollem Gange.
Auf diese Weise wird erreicht, däß der Wasserdampf nur noch mit der Koksfüllung
der Dampfzuführungskanäle reagiert und nur den Aschegehalt dieses Füllmaterials
anreichert. Die Separierung dieses infolge des erhöhten Aschegehaltes minderwertigen
Füllmaterials kann bei der Entleerung der Ofenkammer leicht erfolgen, da die geringe
Körnung desselben das Absieben erleichtert. Der in den glühenden Füllkoks der Kanäle
eingeleitete Wasserdampf zersetzt sich hier in bekannter Weise, wobei der in statu
nascendi noch atomare und daher ganz besonders reaktionsfähige Wasserstoff hydrierend
auf die in den entweichenden Schwelgasen enthaltenen Kohlenwasserstoffe und den
Stickstoff einwirkt.
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Die Anordnung der zur Zuführung des Wasserdampfes dienenden, mit Koks-
oder Halbkoksstückchen gefüllten Kanäle ist grundsätzlich beliebig, jedoch sind
die betreffenden Stellen des Besatzes so zu wählen, daß sie von den von den Heizquellen
aus fortschreitenden Verkokungszonen möglichst frühzeitig erreicht und überschritten
werden. Besonders geeignet für dieAnbringung dieserKanäle ist daher dieNähe der
geheizten Längsseiten der Ofenkammern, da die Verkokung hier beginnt und somit die
in unmittelbarer Nähe derselben angeordneten Dampfzuführungskanäle raschestens erreicht.
Zur Abführung der hydrierten Schwelgase werden zweckmäßig gesonderte Gasabzugskanäle
ähnlicher Art wie die Dampfzuführungskanäle im Inneren, also der Mitte des Ofenbesatzes
in bekannter Weise angeordnet, wobei diese und die durch die Zersetzung des Wasserdampfes
gebildeten Gase sich mischen können und im Gegensatz zu den bekannten Verfahren
in gleicher Richtung durch den Ofenbesatz strömen, in welcher die Verkokungszonen
denselben durchwandern. Beim Durchgang durch die noch nicht entgasten Schichten
des Besatzes wird das Gasgemisch gefiltert, wobei die in demselben enthaltenen bituminösen
Bestandteile auf den kälteren Kohleschichten niedergeschlagen werden. Hierdurch
wird ein besserer Koks erzielt und außerdem die Gewinnung an Nebenprodukten aus
den Destillationsgasen günstig beeinflußt.
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Die zur Zuführung des Wasserdampfes dienenden, mit Koks- oder Halbkoksstückchen
gefüllten Hohlkanäle können in gleicher Weise wie bei Füllöfen auch im Brennstoffbesatz
solcher Ofen angebracht werden, deren Verkokungskammern mit verdichteten Kohlenkuchen
beschickt werden. Bei derartigen Ofen kann der Wasserdampf statt in besonders angeordneten
Dampfzuführungskanälen auch in den zwischen der Kammerwandung und dem Stampfkuchen
bestehenden schmalen Hohlraum erfolgen, welcher zu diesem.Zwecke in ähnlicher Weise
wie die Kanäle mit Koks-oder Halbkoksstückchen geringer Körnung gefüllt wird.
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An Stelle von überhitztem Wasserdampf kann auch gesättigter Wasserdampf
oder aber auch Wasser, letzteres in nebelartig feiner Verteilung, eingeblasen oder
eingespritzt werden.
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Es besteht auch die Möglichkeit, die Kanäle zur Einführung des Wasserdampfes
mit denjenigen zur Absaugung der Destillationsgase zu kombinieren. Die in diesem
Falle in der Mitte des Besatzes angeordneten, mit Koks-oder Halbkoksstückchen gefüllten
Kanäle erhalten dann zweckmäßig eine bekannte elektrische Widerstandsheizung, durch
welche die Kokssäule zunächst auf die Mindesttemperatur gebracht wird, bei welcher
eine Aufspaltung des dann zugeführten Wasserdampfes erfolgt, da die Temperatur in
der Mitte der Ofenkammer infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Kohle erst
gegen das Ende der Verkokung auf diese Temperaturhöhe steigt. Zwischen der Kokssäule
und dem Ofenbesatz kann in diesem Falle ein ringförmiger Hohlraum angeordnet sein,
durch welchen der Abzug der Destillationsgase erfolgt. Dieser Gasabzugsraum kann
aber auch in Fortfall kommen, so daß dann der Ofenbesatz in unmittelbarer Berührung
mit der Kokssäule steht. Der Gasabzug .erfolgt in diesem Falle durch die Kokssäule
hindurch.
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Zum Zwecke der besseren Hydrierung der in den Destillationsgasen enthaltenen
Kohlenwasserstoffe und des Stickstoffs durch den atomaren Wasserstoff können diese
Gase sowie
die noch nicht in Reaktion getretenen Aufspaltungsprodukte
des Wasserdampfes in einer der Verkokungskammer angeschlossenen, an sich bekannten
Nachschaltkammer auf eine höhere Temperatur erhitzt werden, als sie im Ofenraum
herrscht. Diese Nachschaltkammer wird zweckmäßig durch entsprechend hoch temperierte
Heizgase geheizt, welche dann nach Abgabe eines Teiles ihrer Wärme zur Heizung der
Ofenkammern verwendet werden.
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Es ist bereits eine Einrichtung bekannt geworden, bei welcher einer
stehenden, kontinuierlich betriebenen Retorte für Halbkokserzeugung im Abtragsschacht
unmittelbar Wassergas zugeführt wird, welches in gesonderten Generatoren erzeugt
wird. Das Wassergas steigt durch den Besatz nach oben und vermischt sich hier mit
den unter Schweltemperatur, also 6oo bis 65o' C entstehenden Schwelgasen. Das auf
diese Weise gebildete Gasgemisch wird dann einer etwa auf 7oo bis 8oo ° C erwärmten
Verkrackungskammer zugeleitet, in welcher die Veredelung der Schwelgase erfolgt.
Demgegenüber werden bei der Erfindung nicht nur die entstehenden Schwelgase, sondern
auch die im normalen Verkokungsbetrieb, also bei Temperaturen von etwa 8oo bis iioo
° C entstehenden, teilweise verkrackten Destillationsgase unter Wasserdampfzuführung
in einer solchen Nachschaltkammer, die aber mit Koks- oder Halbkoksstückchen gefüllt
ist, auf eine höhere als diese normale Temperatur, nämlich auf etwa i2oo bis 140o°
C erhitzt, wobei der aus der Zersetzung des Wasserdampfes entstehende, noch atomare
Wasserstoff in besonders günstiger Weise auf die vorhandenen Kohlenwasserstoffe
hydrierend einwirkt. Hierbei ist eine Verwendung gesonderter Generatoren überflüssig.
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Auf beiliegender Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele für die
Anordnung der verschiedenen zur Zuführung des Wasserdampfes und zur Abführung der
Destillationsgase dienenden, mit Koks- oder Halbkoksstückchen gefüllten Kanäle im
Ofenbesatz einer Verkokungskammer von normalen Koksöfen veranschaulicht, und zwar
zeigt Abb. i einen horizontalen Querschnitt durch die Ofenkammer eines Koksfüllofens
mit durch in der Kammerdecke angebrachte Öffnungen eingefülltem, verdichtetem oder
unverdichtetem Brennstoffbesatz, und zwar mit einer glatten und einer mit Nischen
versehenen Seitenwand, Abb. 2 und 3 je einen ähnlichen Querschnitt wie Abb. i, aber
durch die Ofenkammer eines mit einem Stampfkuchen verschiedener Gestaltung beschickten
Koksofens, Abb. q. einen horizontalen Querschnitt durch eine Wandnische der Abb.
i mit eingesetztem "Zuführungskanal für den Wasserdampf in vergrößertem Maßstabe,
Abb.5 einen horizontalen Teilquerschnitt durch einen im Besatz angeordneten Zuführungskanal
für den Wasserdampf in vergrößertem Maßstabe.
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In allen Abbildungen sind die Seitenwände der Verkokungskammern des
Koksofens mit a, die Stirnwände mit b, der Brennstoffbesatz mit c bezeichnet.
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Die in Abb. i dargestellte Verkokungskammer eines Füllofens zeigt
in der unteren Hälfte an den Längsseiten in der Nähe der Kammerwandungen in geeigneten
Abständen angeordnete Kanäle d, welche der Zuführung des Wasserdampfes dienen sollen
und als Hohlkanäle ausgebildet sind, welche in bekannter Weise mit einer Füllung
von Koks oder Halbkoks geringer Körnung versehen werden. Die Herstellung dieser
Kanäle kann beispielsweise derart erfolgen, daß Senkdorne in den verdichteten Kammerbesatz
eingepreßt und dann wieder herausgezogen werden, worauf der erzeugte Hohlraum mit
dem erwähnten Material ausgefüllt wird. In diese Kanäle wird der Wasserdampf entweder
unmittelbar oder aber durch besondere, siebartig mit Löchern versehene Rohre feingeführt.
Die Ausbildung eines solchen Kanals d samt Zuführung f für denWasserdampf
zeigt in vergrößertem Maßstabe Abb. 5.
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Anstatt den Wasserdampf durch Kanäle d einzuführen, welche zwar in
der Nähe der Kammerwandungen, aber im Brennstoffbesatz selbst angeordnet sind, können
auch an den Längsseiten der Ofenkammer Nischen g angeordnet sein, welche in ähnlicher
Weise wie die Kanäle d mit einer Füllung e von Koks oder Kohle geringer
Körnung und zwecks Zuführung des Wasserdampfes mit je einem Zuführungsrohr f versehen
sind. Da es umständlich istnach dem Einfüllen der Kohle die Zuführungs, kanäle für
den Wasserdampf d anzubringen, ist es bei Anwendung der Nischen g möglich, in die
letzteren rohrartige, der trapezförmigen Gestalt der Nischen angepaßte und nach
dem Ofeninneren zu siebartig durchlochte feste Kanäle h einzuführen, welche, wie
Abb. q. zeigt, in ihrem Inneren wiederum das Dampfzuführungsrohr f und die
Koks- bzw. Kohlefüllung e
enthalten. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß
diese Kokskanäle nicht bei jeder Kammerbeschickung erneuert zu werden brauchen.
Ganz besonders vorteilhaft ist diese Anordnung jedoch bei Koksöfen mit Stampfkuchenbeschickung,
da das * Einbringen des Stampfkuchens in die Ofenkammer hierdurch nicht behindert
wird.
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Die im Inneren des Besatzes angebrachten Kanäle i. dienen zur Absaugung
der Destillationsgase und werden in ähnlicher Weise her-. gestellt wie die Kanäle
d, nur fehlt bei ihnen das Dampfzuführungsrohr f.
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Die in Abb. 2 dargestellte Verkokungskammer mit glatten Seitenwänden
ist mit einem Stampfkuchen
c beschickt, -welcher seitliche Aussparungen
k besitzt. Die mit Wasserdampfzuführung versehenen Kanäle d werden hier zweckmäßig
in diesen Aussparungen untergebracht. Der gesamte Zwischenraum zwischen dem Stampfkuchen
und den, Kammerwänden wird hierauf zweckmäßig mit Koks- oder Halbkoksstückchen geringer
Körnung aufgefüllt, so daß der Wasserdampf hier einen besonders großen Wirkungsbereich
vorfindet. Im Inneren des Besatzes befinden sich ebenfalls Gasabzugskanäle i, welche
grundsätzlich keine Dampfzuführung besitzen.
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Abb.3 zeigt eine ganz besonders schmale Ofenkammer, welche mit einem
Stampfkuchen gewöhnlicher Art beschickt ist. Im Gegensatz zu den in Abb. i und 2
dargestellten Ofenkammern sind hier nur in der Mitte des Stampfkuchens angeordneteKanäleynvorhanden,welche
gleichzeitig zur Zuführung des Wasserdampfes und zur Abführung der Destillationsgase
dienen. Da infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Kohle in der Mitte der
Ofenkammer die Temperatur erst gegen das Ende der Verkokung ,vesentlich steigt,
muß vor der Zuführung des Wasserdampfes die Kokssäule erst auf diejenige Mindesttemperatur
gebracht werden, bei welcher der eingeleitete Wasserdampf mit der Kokssäule unter
Bildung von atomarem Wasserstoff und Kohlenoxyd reagiert. Dies geschieht durch den
Einbau einer elektrischenWiderstandsheizung bekannter Art (in der Zeichnung nicht
dargestellt), welche in die Kokssäule eingebettet ist.
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Es ist natürlich auch möglich, derartige Widerstandsheizungen mit
oder ohne Wasserdampfzuführung nach Art der Kanäle in in den Gasabzugskanälen i
gemäß Abb. i und 2 zu verwenden. Dies ist dann von besonderem Vorteil, wenn die
in diesen Kanälen aufsteigenden Destillationsgase der vorerwähnten Hitzebehandlung
zwecks Regulierung der Ausbeute an Nebenprodukten unterworfen werden sollen. Es
ist auf diese Weise leicht möglich, diese Destillationsgase bis zu den erforderlichen,
oberhalb ihrer Normaltemperatur von etwa iooo° C liegenden Temperaturen aufzuheizen.
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Bei Ofenkammern mit Stampfkuchenbeschickung nach Abb.3 kann natürlich
die Wasserdampfzuführung auch in dem den Kohlenkuchen umgebenden freien Raum stattfinden,
der zu diesem Zwecke mit Koks- oder Halbkoksstückchen geringer Körnung ausgefüllt
wird.