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Verfahren und Vorrichtung zum Schwelen oder-Verkoken von Kohlen durch
unmittelbare elektrische Beheizung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Schwelen oder Verkoken von Kohlen in Ofen mit in, sich abgeschlossener
und in sich ruhender Beschickung, z. B. in einem Schachtofen oder in einem Retortenofen
mit Einsatz, wobei die Beschickung selbst als Widerstand der elektrischen Heizung
dient. Die Erfindung besteht darin, daß man in das Schwelgut eine oder mehrere Schichten
eines gut leitenden Stoffes einbettet, z. B. in Form einer Kokssäule im Innenraum
einer mit dem Schwelgut gefüllten Retorte, oder dem Schwelgut derartige gut leitende
Stoffe zumischt. Diese leitende Schicht, welche in ummittelbarer Berührung mit dem
übrigen Schwelgut steht, wird an ihren aneinander entgegengesetzt liegenden Enden
in dem elektrischen Stromkreis eingeschaltet. Dieser nimmt naturgemäß zunächst seinen
Durchgang durch die leitende Schicht als den Teil der Ofenbeschickung, welcher den
geringsten Widerstand bietet, und erzeugt zunächst in dieser Schicht die nötige
Wärme, um in dem diese Schicht umgebenden Schwelgut die Verschwelung einzuleiten.
Die flüchtigen Schwelerzeugnisse, die dem zunächst auf Schweltemperatur erhitzten
Teil der Beschickung entströmen, streichen zum Teil durch die anderen, kälteren,
noch umverschwelten Schichten des Schwelgutes hindurch. Hierbei kondensieren sich
die schwerflüchtigen Bestandteile in den noch kälteren Teilen der Beschickung und
lagern sich hier ab. Letzterer Vorgang hat eine Anreicherung des 'schwerflüchtigen
Bitumens in dem im weiteren Verlauf ebenfalls verschwelenden Teile der Beschickung
zur Folge.
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Nachdem der Schwelvorgang in einer bestimmten Schicht eingeleitet
worden ist, pflanzt er sich bei weiterer Wärmezufuhr mit zunehmender Geschwindigkeit
in die übrigen Teile der Beschickung fort, da bekanntlich die Kohle, welche bei
tieferen Temperaturen nicht leitend ist, mit Beginn des Schwelvorganges an Leitfähigkeit
immer mehr zunimmt, und zwar in um so höherem Maße, je mehr die Temperatur oberhalb
d.oo° sich der 6oo°-Grenze nähert. Je größere Teile des Schwelgutes zum Verschwelen
gebracht werden, um so schneller geht die Verschwelung vor sich, weil naturgemäß
auch mit zunehmendem OOuerschnitt der leitenden Koksschicht die Strommengen und
damit auch die im Innern des Schwelgutes entwickelte Wärmemenge steigt. Von einem
gewissen Zeitpunkt an, der sich je nach den besonderen Verhältnissen (Beschaffenheit
der leitfähigen Schicht, Dicke des Kohlekuchens, Beschaffenheit der Kohle usw.)
richtet, schreitet die Geschwindigkeit des Schwelvorganges mit Annäherung an die
für die betreffende Kohle typische Verkokungstemperatur so schnell fort, daß das
in dem nun zur Verschwelung gelangenden Teil des Schwelgutes befindliche Teerbitumen,
das sich dort bei Einleitung des Schwelvorganges abgelagert
hat,
nicht mehr rasch genug verflüchtigen und entweichen kann, und verkrackt. Die Bildung
.des Kokses geht also hier unter einer vermehrten Teerkoksbildung vor sich.. Dieser
Vorgang wirkt sich auf die durch deri"° vorliegenden Prozeß erzeugte Kokssäule vö@@"teilhaft
in Richtung einer Erhöhung det' Koksfestigkeit aus. Wesentlich für die Erzeugung
dieser Wirkung ist aber die unmittelbare elektrische Erhitzung des Schwelgutes nach
der Erfindung, durch welche eine Anreicherung des schwerflüchtigen Bitumens in den
erst zuletzt dem Schwelvorgang unterworfenen Schichten des Schwelgutes erfolgt,
die im weiteren Verlauf des Schwelvorganges eine vermehrte Teerkoksbildung zur Folge
hat. ' Diese auf das feste Schwelerzeugnis günstig wirkenden Vorgänge werden bei
den bekannten Verfahren mit anderer als elektrischer Beheizung, z. B. mit irgendeiner
Außenbeheizung, nichterzielt. Dies gilt auch für die bekannten Verfahren, bei denen
z. B. dem Schwelgut in seiner Gesamtheit verhältnismäßig gleichmäßig von zwei oder
mehreren Seiten aus elektrischer Strom zugeführt wird, wobei das Gut zwischen zwei
plattenförmigen Elektroden eingebettet wird.
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Im Gegensatz zu den bekanriten,Verfahren ist für das Verfahren gemäß
der Erfindung ferner wesentlich, daß das Schwelgut in sich unbeweglich bleibt und
in sich abgeschlossen ist. Bei bekannten Schwelöfen, bei denen das Gut fortlaufend
lose von oben nach unten durch den Ofen hindurch wandert und dabei mehr oder weniger
durchmischt wird, treten die das Verfahren nach der Erfindung kennzeichnenden Vorgänge
nicht auf. Ebenso wesentlich ist das In-sich-abgeschlossen-sein der Beschickung
mit Beheizung von innen heraus, weil hierdurch die flüchtigen Schwelerzeugnisse
bei dem oben geschilderten Hindurchströmen durch den noch verhältnismäßig kalten
Teil der Beschickung mit diesem viel inniger .in Berührung kommen. Dieser Umstand
schließt nicht aus, daß die einmal nach dem Verfahren gemäß der Erfindung vonr innen
heraus durch die noch verhältnismäßig kalten Teile der Beschickung hindurchgeströmten
flüchtigen Schwelerzeugnisse, soweit diese nach außen gelangen, zur restlosen Ausnutzung
der Schwelkammer entnommen und z. B. zusätzlich einer anderen in sich abgeschlossenen
Beschickung zugeführt werden.
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Unter in sich ruhender Beschickung wird im "Rahmen der vorliegenden
Erfindung eine solche Beschickung verstanden, bei der die einzelnen Teile oder Stücke
des Schwelguts in bezug aufeinander in Ruhe verbleiben. Es ist nicht notwendig,
daß auch das Schwelgut als Ganzes unbeweglich gehalten wird. Es kann z. B. ohne
nachteilige Beeinflussung der für das -Verfahren gemäß der Erfindung kennzeichnenden
Wirkungen das Verfahren '`stetig in der Weise durchgeführt werden, dar Schwelgut
oben zugeführt, die festen :Schwelerzeugnisse unten abgenommen und :äabei die Schicht
größerer Leitfähigkeit als ''danzes entsprechend der Zuführung und der Abnahme abgesenkt
und oben durch Nachfüllen ergänzt wird, z. B. in einem Schachtofen.
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Vorteilhaft wird diese leitende Schicht im Innern der Beschickung
angebracht, wodurch die durch die elektrische Widerstandserhitzung entwickelte Wärme
möglichst gut ausgenutzt wird. Die für diese Erhitzung benötigte elektrische Energie
ist sehr gering, und zwar um so geringer, je größere Mengen durchgesetzt werden.
Sie beträgt ungefähr 5o kW/St. pro r t Gaskohlenstaub. Der Schwelvorgang spielt
sich in kürzester Zeit ab, so daß selbst mit Öfen von geringem Ausmaß ein hoher
Durchsatz erzielt wird.
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Ein solches Verfahren gestattet auch noch die völlige Ausnutzung der
exotherrnen Wärme, so daß gegebenenfalls die elektrische Beheizung nur zur Einleitung
und zur Unterstützung des Schwelvorganges angewandt zu werden braucht, ein Umstand,
'der für die Verwendung des Verfahrens dort, wo die elektrische Energie verhältnismäßig
teuer ist, sehr wesentlich für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist.
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Oft genügt es z. B. bei der Verschwelung in Einsatzöfen oder Kammern,
nur einen Teil des Schwelgutes auf die Schweltemperatur zu bringen. Bei der exothermen
Schwelung wird durch die Schwelreaktion eines Teiles des Schwelgutes die nötige
Wärme entwickelt, um auch den restlichen, noch nicht auf Temperatur befindlichen
Anteil zur Verschwelung zu bringen.
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In den Fällen, in denen bei größeren Durchsatzmengen stark wasser-
und bergehaltiges Gut angewandt wird, erweist sich eine Beschleunigung der erfindungsgemäfi
beanspruchten unmittelbaren elektrischen Erhitzung durch eine mittelbare Außenheizung,
die an sich bekannt ist, vorteilhaft.
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Es genügt oft, daß der Schwelprozeß durch elektrische Energie in der
erfindungsgemäßen Weise eingeleitet wird.
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Erfolgt das Erhitzen des Schwelgutes mittels elektrischer Widerstandserhitzung
von vornherein sehr stark, so daß die Temperaturzone, innerhalb deren ein Verschwelen
erfolgt, äußerst schnell durchlaufen, sozusagen praktisch übersprungen und die unmittelbare
Erhitzung mittels elektrischen Stromes über das Schwelstadium hinaus fortgesetzt
wird, so kann man mittels des Verfahrens sofort
einen Garkoks, cl.
h. Hochtemperaturkoks, von einer Beschaffenheit erhalten, welche weit besser ist
als die Beschaffenheit des Kokses aus derselben Kohle in den bisher üblichen Koksöfen
mit mittelbarer Gasbeheizung.
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Die elektrische Widerstandserhitzung der Kohle in der erfindungsgemäßen
Art kann in verschiedenen Ofenarten Verwendung finden. Man führt beispielsweise
das Gut in den Ofenraum mit Hilfe auswechselbarer Einsätze ein, deren Wandung und
Boden in Verbindung mit der einen Stromzuführung den einen Pol der elektrischen
Heizung darstellen, während -als der andere Pol ein oder mehrere Kohlenelektroden
dienen, welche in das Innere der Schwelmasse hineinreichen und von besseren Leitern,
z. B. Koksschichten, Kokssäulen usw., umgeben sind. Man bildet diese Behälter an
ihrem oberen und unteren Ende so aus, daß sie gegen die Ofenwandung abdichten, z.
B. dadurch, daß sie mit ihren Rändern in Sandtassen oder Kokstassen tauchen, wobei
letztere gleichzeitig auch als Stromzuführung dienen können. Man kann das Verschwelen
in der Ruhe auch in Kammern durchführen, deren feststehende Wände oder Böden einen
oder beide Pole der elektrischen Widerstandsheizung enthalten. Das Schwelgut kann
auch in der Schwelkammer eingestampft werden. Nach beendeter Schwelung wird der
Schwelrückstand herausgebrochen.
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Das Schwelgut kann auch in die Kammern eines Ringofens eingebracht
werden, die die Vorrichtungen nach der Erfindung zum unmittelbaren Erhitzen mittels
des elektrischen Stromes besitzen. Jeder Kammer können, wie bekannt und daher nicht
mehr Gegenstand der Erfindung, die heißen Schwelgase einer benachbarten, gerade
in dem Verschwelungsstadium befindlichen Kammer zwecks Vorwärmung des Schwelgutes
zugeführt werden. Dem gleichen Zweck kann auch, wie gleichfalls bekannt, heißes
inertes Gas dienen, das in einer anderen Kammer bereits zum Abkühlen des heißen
Schwelgutes benutzt worden ist.
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Man kann außer im Schachtofen auch eine fortlaufende Verschwelung
in der Weise durchführen, daß man das Schwelgut auf mechanischem Wege, z. B. mittels
Wagen, durch einen Kanalofen schickt, in dessen Reaktionsraum das Erhitzen mittels
unmittelbarer elektrischer Widerstandserhitzung in der erfindungsgemäßen Weise erfolgt,
wobei den einzelnen Beschickungen des Schwelgutes je nach dem Fortschreiten des
Schwelvorganges elektrischer Strom von wechselnder Spannung zugeführt wird. Denn
je stärker sich das Schwelgut erwärmt, desto größer wird seine Leitfähigkeit, so
daß nötigenfalls schwächere Spannungen als bei Beginn des Schwelvorganges angewandt
werden können, um das Verschwelen innerhalb der vorgeschriebenen Temperaturgrenzen
durchzuführen. Dies gilt auch für die Durchführung in absatzweise arbeitenden Ofen,
z. B. in Einsatz- oder Kammeröfen o. dgl.
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Die beiliegende Zeichnung veranschaulicht zwei Beispiele von Ofen
zum Ausführen des Verfahrens.
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Abb. i zeigt einen Ofen, in dem das Schwelgut mittels Einsätze eingeführt
wird. In den Ofen i wird das Schwelgut mit Hilfe auswechselbarer Behälter 2 eingebracht.
Durch die Wandung 3 und den Boden d. des Behälters geht der Strom vor. der Stromzuführung
5 durch den Heizstab aus leitendem Stoff 6 und die darin eintauchende Elektrode
7 nach der Stromzuführung B. Sowohl das untere Ende 9 als auch das obere Ende io
des Behälters sind gegen die Ofenwandung i i abgedichtet, und zwar wird in 9 zwecks
Herstellung eines guten Kontaktes stromleitendes Gut, z. B. feinkörniger Koks, angewendet.
Durch die Gasleitung i2 werden Vorwärmegase, Spülgase bzw. Kühlgase eingeführt.
Erstere und letztere läßt man durch die Ableitung 13, die Spülgase und Teerdämpfe
dagegen durch die Ableitung 14 entweichen, an die sich die Kondensatoren anschließen.
Der Raum zwischen Ofenwandung i und Behälter 3 läßt sich für die Zwecke äußerer
mittelbarer Beheizung ausnutzen, sei es, daß in ihm elektrische Heizelemente untergebracht
werden, sei es, daß ihn heiße Flammengase durchströmen.
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Abb. 2 zeigt einen Schachtofen, in dem die Verschwelung fortlaufend
durchgeführt wird. In den Ofen 15 führt ein Schacht 16. In ihm wird aus dem zu verschwelenden
Gut eine Säule gebildet, in deren Mitte eine zentrale Säule aus besser leitendem
Stoff, z. B. Koks, durch Schacht 17 geformt wird. In die innere Säule taucht eine
Elektrode 18, welcher durch die Zuführung i9 der elektrische Strom zugeführt wird.
Dieser gelangt durch die leitende Kokssäule und die im unteren Teil bereits verkokte
Masse des Schachtes 16 zur Wandung 2o, welche aus leitendem Gut besteht und mit
der Stromzuführung 21 in Verbindung steht. Der ':Mantel 2o ist gegenüber den anderen
Ofenteilen durch Zonen 22 und 23 isoliert. An Stelle eines festen Mantels 2o kann
auch ein Mantel aus körnigem, gut leitendem Stoff treten, der durch verschließbare
Öffnungen des Ofens je nach Bedarf durch neuen Stoff ergänzt werden kann. In dem
unteren Teil des Ofens ist für das Zuführen von Spülgasen ein mit Öffnungen 2.4
versehener Rohrring 25 gelagert, in den durch die Zuleitung 26 die Spülgase eintreten
können.
Am Boden des Ofens sind Schieber 27 vorgesehen, welche die
Öffnung 28 des Ofens abdecken und sich vollständig an die Kokssäule' anlegen können,
die sich im unteren Teil des Ofens aus dem Schwelgut gebildet hat. Unter der Öffnung
28 liegt ein kegeliger Schutzmantel 29, der gleichfalls nachstellbar ausgebildet
sein kann. Unterhalb des Ofens sind auf Wellen 30 Zahnräder 31 gelagert,
deren Zähne in _ die Kokssäule eindringen und ihr regelbares Abziehen ermöglichen.
Das koksartige Gut gelangt so in den Kühlraum 32. Bei der Inbetriebnahme des Ofens
führt man vorteilhaft zunächst eine Säule z. B. aus feuerfestem Gut ein, um den
Raum für die nachfolgende Säule aus Schwelgut frei zu halten.
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Bei schlecht oder nicht backenden Kohlen empfiehlt es sich, das Gut
vor oder nötigenfalls auch während des Verschwelens unter Druck zu setzen. In Einsatz-
und Kammeröfen verrichtet auch Einstampfen gute Dienste. Das Gut kann auch vorher
in Brikettform, z. B: kleine Eierbriketts, gebracht und sodann, der thermischen
Behandlung in erfindungsgemäßer Weise unterworfen werden.
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Als Ausgangsgut eignen sich nicht nur Kohlen, sondern auch alle bituminösen
Stoffe, deren Leitfähigkeit bei normalen Temperaturen praktisch Null oder sehr gering
ist und mit beginnender Entgasung in steigendem Maße zunimmt.
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Die unmittelbare elektrische Widerstandserhitzung in der erfindungsgemäßen
Weise kann auch in der Art durchgeführt werden, daß man zunächst die Schicht größerer
Leitfähigkeit und sodann das Schwelgut selbst in einem Induktionsofen den Sekundärstromkreis
eines Umformers bilden läßt.