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Verfahren und Vorrichtung zum Verkoken von Kohle in mehreren getrennten
Beheizungsstufen Zum Erreichen eines druckfesten Kokses hat man die Kohle bereits
in mehreren getrennten Beheizungsstufen behandelt, und zwar derart, daß die Beheizung
in mindestens drei Stufen durchgeführt wird, wobei in einer Stufe die Beheizung
der Kohle von dicht unter dem Erweichungspunkt bis zu einer Temperatur erfolgt,
die dicht über dem Erweichungspunkt der Kohle liegt. Dadurch wird erreicht, daß
die Kohle gerade den Temperaturbereich um den Erweichungspunkt so schnell wie möglich
durchläuft, so d.aß die koksbildenden Stoffe der Kohle für den Ver= koküngsvorgang
erhalten bleiben.
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Wenngleich dieses Verfahren für alle Kohlenarten anwendbar ist, so
hat es doch besondere Schwierigkeiten bereitet, aus geologisch jungen, sauerstoffreichen
Steinkohlen und ähnlichen Brennstoffen einen hochwertigen Schmelzkoks zu erzeugen.
Diese Brennstoffarten haben einen so geringen Gehalt an schmelzenden Bestandteilen
(Festbitumen) und infolge ihres hohen Sauerstoffgehaltes eine so starke Vorentgasung
vor der Erweichung des Festbitumens, daß sich eine Schmelzkoksbildung bei normalen
Verkokungsbedingungen nicht erreichen läßt, *eil die Erwärmung des Brennstoffes
auf die Erweichungstemperatur nur zu langsam vor sich geht. Brennstoffe dieser Art
erfordern deshalb eine thermische Behandlung, die bewirkt, daß die geringen vorhandenen
Mengen an Festbitumen voll als schmelzendeBestandteile ausgenutzt werden.
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Erfindungsgemäß wird deshalb bei Verkokung geologisch junger, sauerstoffreicher
Steinkohlen und ähnlicher Brennstoffe nach dem an sich bekannten mehrstufigen Behandlungsverfahren,
bei dem die Belieizungsstufe der Kohle von dicht unter dem Erweichungspunkt bis
zu einer Temperatur dicht über dem Erweichungspunkt besonders schnell durchlaufen
wird, die Beheizung der Kohle bis dicht unter ihren l,rweichungspunkt schnell unter
direkter Beheizung irn Schwebezustand und unter gleichzeitiger Außenbeheizung der
Wandungen dieses Raumes durchgeführt. Erst durch diese Maßnahme ist es möglich,
die kritische Temperaturspanne des Erweichungspunktes des Festbitumens so schnell
zu überbrücken, daß das Bitumen so gut wie restlos für die Schmelzkoksbildung erhalten
bleibt, ohne sich zu verflüchtigen. Die einzelnen Verfahrensmaßnahmen sind dabei
von dem Gesichtspunkt geleitet, einen möglichst raschen Temperaturanstieg des Brennstoffes
bis über den Erweichungspunkt der Kohle hinaus zu bewirken. Es wird dadurch eine
innere Umlagerung. irn Brennstoff vermieden, die für die nachfolgende Schmelzkoksbildung
schädlich ist. Von der Geschwindigkeit der Temperaturzufuhr hängt auch wesentlich
der Blähgrad und von diesem die Koksqualität ab. Ein weiterer Vorteil der raschen
Erwärmung des Brennstoffes liegt darin, daß durch die schnelle Entfeuchtung und
durch die Absorptionsfähigkeit der Feuchtigkeit ein Teil der Kohlensäure aus dem
Brennstoff ausgetrieben wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich deshalb
für jeden verkokbaren, sauerstoffreichen Brennstoff,
ohne auf junge
Steinkohlenarten, für die es sich besonders bewährt, beschränkt zu sein.
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Die Beheizung der Kohle bis dicht unter ihren Erweichungspunkt erfolgt
zweckmäßig in einem metallischen Rohr, durch das der Brennstoff im Gegenstrom zur
äußeren Beheizung von einem inerten Gas befördert wird, wobei die Temperatur des
Heizgases durch Zusatz gekühlter und gewaschener Abgase aus der gleichen Beheizungsstufe
geregelt werden kann. Diese Maßnahme ermöglicht eine sehr schnelle und intensive
Wärmeübertragung von dem Heizmittel auf den Brennstoff. Die vereinigte innere und
äußere Beheizung und die Anwendung eines metallischen Rohres als guten Wärmeleiter
bieten die Gewähr für eine gute Regelmöglichkeit der Beheizung, also für eine gute
Anpassung an den zur Verwendung gelangenden Brennstoff. wobei der Zusatz von gewaschenen
und gekühlten Rauchgasen derselben Stufe zu den Heizgasen die Wirtschaftlichkeit
des Verfalirens erhöht. Die Abgase, die den Heizgasen später wieder zugesetzt werden
sollen, müssen in ihrem Kreislauf naturgemäß zunächst getrocknet werden, da anderenfalls
die Feuchtigkeitsentziehung aus dem Brennstoff während dieser Beheizungsstoffe nicht
ausreicht. Die für diese Beheizungsstoffe vorgeschlagene Maßnahme, den Brennstoff
im Schwebezustand durch innere und gleichzeitig äußere Beheizung zu behandeln, wirkt
sich also im Sinne einer schnellen und gleichmäßigen Erwärmung aller Teilchen des
Brennstoffes aus.
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Mit Rücksicht auf die für eine normale Verkokung ungünstigen Eigenschaften
der geologisch jungen, sauerstoffreichen Steinkohlen und .ähnlicher Brennstoffe
erfolgt die Behandlung des Brennstoffes in der Beheizungsstufe um den Erweichungspunkt
vorteilhaft in der gleichen Weise wie in der vorhergehenden Beheizungsstufe, wobei
jedoch die in dieser Stufe entstellenden Schwelgase durch geeignete Niederschlagseinrichtungen
geleitet werden, in denen im wesentlichen Schwelwasser und Schwelteer anfallen.
Die für die Anwendung des Behandlungsverfahrens auch in dieser Beheizungsstufe geltenden
Gründe sind die gleichen feie bei der vorhergehenden Beheizungsstufe, doch mit dem
Unterschied, daß . in dieser Stufe bereits ein wärmebildender Prozeß vor sich geht,
so daß mit Rücksicht auf die zu überbrückende kleine Temperaturspanne die erforderliche
Wärmezufuhr trotz der angestrebten schnellen Wärmesteigerung des Brennstoffes verhältnismäßig
gering sein kann.
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In der erwähnten Brennstoffart gibt es aber auch Brennstoffe, die
eine so geringe Backfähigkeit besitzen, claß auf einVerbacken des Rollstoffes in
der zweiten Erwärmungsstufe nicht verzichtet werden kann, wenn ein hochwertiger
Schmelzkoks erzielt werden soll. Solche Brennstoffe lassen sich in der Beheizungsstufe
um den Erweichungspunkt nicht in der vorbeschriebenen Weise behandeln, da ein Verbacken,
auch in geringem Umfang, bei der schwebenden Förderung des Brennstoffes durch eine
Rohrleitung unmöglich ist. Derartige Brennstoffe werden deshalb in dieser Beheizungsstufe
in einem feuerfesten metallischen Behälter im Ruhezustand erwärmt, so daß während
der Erwärinung keinerlei Umlagerung der Brennstoffteilchen erfolgt und das Verbacken
des Brennstoffes ungestört eintreten kann.
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Damit aber die erst leichtverbackenden Brennstoffteilchen während
des Überganges des Brennstoffes aus der Beheizungszone um den Erweichungspunkt in
der Verkokungszone nicht auseinanderfallen, wird weiter zur Vermeidung einer Umlagerung
und Formveränderung des Brennstoffes während seiner Cberführung von der einen zur
anderen Beheizungsstufe diese Überführung in dem gleichen Behälter vorgenommen,
in dem der Brennstoff in der Beheizungsstufe um den Erweichungspunkt behandelt worden
ist. Dadurch gelingt es, die in dieser Stufe eingetretene Verbackung in vollem Umfang
für die nachfolgende Schrnelzkoksbildung auszunutzen.
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Zur Durchführung der Verfahren gemäß der Erfindung für den Fall, in
dem die Beheizungsstufe sowohl unterhalb des Erweichungspunktes als auch die um
den Erweichungspunkt der Kohle im Schwebezustand mit gleichzeitiger Innen- und Außenbeheizung
ausgeführt werden, findet für die erstgenannte Beheizungsstufe zweckmäßig eine metallische
gewundene RohrschlangeAnwendung,während für die andere Beheizungsstufe ein geradliniger
metallischer Rohrstrang verwendet wird. Mit Rücksicht auf die in der erstgenannten
Stufe verhältnismäßig niedrige Temperatur kann als Stoff für die Rohrschlange einfaches
Eisen o. dgl. benutzt werden, während die andere Stufe infolge der höheren Temperaturen
feuerfesten Stahl erfordert. Die Ausbildung der Einrichtung in der erstgenannten
Stufe als Rohrschlange ist deshalb erforderlich, weil der Wärmebedarf in dieser
Beheizungsstufe groß ist und somit ein Mindestweg zur Durchführung der Erwärmung
vorhanden sein muß; dabei kommt der schnellen Wärmeübertragung noch die rasche Strömungsgeschwindigkeit
innerhalb dcs Rohrstranges zugute, da bekanntlich die Wärmeübertragung zwischen
zwei durch eine 1-i,Tand getrennten hieclieii um so größer ist, je schneller sich
die xledien an der Wand
vorbeibewegen. In dieser Beheizungsstute
bereitet die Anwendung eines gewundenen Rohres auch keinerlei Schwierigkeiten, da
hier noch keine Destillate o. dgl. entstehen, so daß eine an sich mit Schwierigkeiten
verbundene Reinigung der Rohrschlange kaum erforderlich ist.
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In der Beheizungsstufe um den Erweichungspunkt dagegen entstehen bereits
Schwelteer und Schwelwasser, die sich teilweise schon ini Rohr niederschlagen. Mit
Rücksicht auf die dadurch erforderliche. Reinigung des l.Zolires wird zweckmäßig
ein gerader Rohrstrang angewendet, was auch dadurch ohne weiteres möglich ist, daß
die erforderliche Wärmezufuhr zur Überbrückung der geringen I.'eniperaturspanne
in dieser Stufe verhältnisinäßig gering ist und damit der Weg des Gutes kurzgehalten
werden kann.
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Gelangt jedoch ein Brennstoff zur Verwendung, bei dem die in der Beheizungsstufe
um den Erweichungspunkt eintretende Verbackung erhalten werden muß, so ist zur Aufnahme
des Brennstoffes für die Behandlung in dieser Beheizungsstufe ein metallischer Behälter
mit lösbarem Boden auswechselbar in einer Ofenkammer vorgesehen, der nach Beendigung
der Wärmebehandlung in dieser Stufe mit seinem Inhalt der Ofenkammer entnommen und
in die zur Durchführung der Verkokung vorgesehene feuerfeste Kammer von gleicher
Form und gleichem Rauminhalt eingesetzt wird, worauf der lösbare Boden entfernt
und die Behälterwandung aus dem Beheizungsraum herausgezogen wird. Diese Einrichtung
gibt die Gewähr, daß weder Rauminhalt noch Form der Brennstoffmasse bei Überführung
von der einen in die andere Beheizungsstufe verändert werden und das Verbacken des
Brennstoffes, soweit es in der Beheizungsstufe um den Erweichungspunkt bereits eingetreten.
ist, voll er: halten bleibt und zur Schmelkoksbildung ausgenutzt wird.
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Ein weiterer Bestandteil des Verfahrens gemäß der Erfindung zum Erzeugen
eines hochwertigen Schmelzkokses *aus geologisch jungen, sauerstoffreichen Steinkohlen
und ähnlichen Brennstoffen unter thermischer Vorbehandlung des Brennstoffes vor
seiner eigentlichen Verkokung besteht darin, daß die Aufbereitung des Brennstoffes
vor seiner thermischen Behandlung in an sich bekannter Weise auf pneumatischem Wege
erfolgt, wobei zur Verhinderung einer Sauerstoffanreicherung des Brennstoffes an
Stelle von Luft zur pneumatischen Aufbereitung Gase verwendet werden, die keinen
freien Sauerstoff enthalten. Diese Maßnahme ist bei der Behandlung sauerstoffreicher
Brennstoffe, die fast stets zur Aufnahme weiteren Sauerstoffes neigen, besonders
wichtig, da der Sauerstoff ein für die Schmelzkoksbildung schädlicher Bestandteil
ist. An Stelle der Luft müssen deshalb inerte Gase angewendet werden. Weiter besitzt
die pneumatische Aufbereitung gegenüber der Naßwäsche die bekannten für das vorliegende
Verfahren besonders wesentlichen Vorzüge, nach denen die Erwärmung trockenen Brennstoffes
schneller durchgeführt werden kann als die Erwärmung eines bei der \Taßwäsche angefeuchteten
Brennstoffes.
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Am besten eignen sich zur Durchführung des Verfahrens Abgase von Feuerungen
in warmem oder gekühltem Zustand, die nur geringste Mengen Sauerstoff enthalten
und billig zur Verfügung stehen. Innerhalb des Verfahrens gemäß der Erfindung werden
zweckmäßig Abgase einer oder mehrerer Beliandlungsstufen der nachfolgenden Wärmebehandlung
des Brennstoffes selbst verwandt, und zwar der Teil der Abgase, der nicht zur weiteren
Wärmebehandlung bzw. zur Regelung der. Heizgastemperatur benötigt wird. Gleichzeitig
damit kann auch eine gewisse Wärmebehandlung des Brennstoffes verbunden sein, was
von den jeweiligen Betriebserfordernissen abhängt.
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Um den Brennstoff noch weiter für die Verkokung vorzubereiten, können
den zur pneumatischen Aufbereitung und/oder den zur inneren Beheizung während der
thermischen Vorbehandlung dienenden Gasen sauerstoffaufnehmende oder wasserstoffabgebende
Mittel zugesetzt werden. Beide Maßnahmen, sowohl die Entziehung des Sauerstoffes
als auch die Zuführung von Wasserstoff, wirken sich in der gleichen Richtung aus,
und zwar zur Erhöhung der Schmelzfähigkeit des Brennstoffes.
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In denAbbildungen sind zwei Ausführungsformen der Einrichtung zur
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beispielsweise schematisch dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i eine Einrichtung, in der die Behandlungsstufe unter dem Erweichungspunkt
und die um den Erweichungspunkt unter schwebender Förderung des Gutes vor sich geht,
während Abb.2 eine Einrichtung zeigt, in der das Gut in der Behandlungsstufe um
den Erweichungspunkt im Ruhezustand verbleibt.
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In Abb. i ist i die Vorrichtung zur Wärmebehandlung in der Stufe unter
dem Erweichungspunkt, 2 dient zur Durchführung der Erwärmungsstufe um den Erweichungspunkt,
während 3 die Verkokungsstufe, also die Verkokungseinrichtung wiedergibt.
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Die Einrichtung für die erstgenannte Beheizungsstufe bestellt aus
einem schlangenförmig geführten metallischen Rohr ,4, das von Heizzügen j umgeben
ist. C1ber der Eintrittsstelle 6 des Rohres 4 befindet sich ein
Fülltrichter
7 zur Aufgabe des Brennstoffes, während das Rohr 4 mit seinem Austrittsende in einen
Brennstoffabscheider 8 einmündet, an dessen oberem Ende die Gasleitung 9 abzweigt.
Am unteren Teil des Abscheiders 8 befindet sich eine Brennstoffentnahmevorrichtung
io irgendwelcher Art. Der Eintritt der Heizmittel in die Heizzüge 5 erfolgt bei
i i, eine Pumpe 12 o. dgl. bewirkt den Umlauf der Gase.
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In ganz entsprechender Weise, jedoch mit einem geradlinigen Rohrstrang
aus feuerfestem Stahl, ist die Beheizungsstufe um den Erweichungspunkt eingerichtet.
Unterhalb der Br ennstoffentnahmevorrichtung i o befindet sich die Eintrittsöffnung
13 für den Brennstoff in das geradlinige Rohr 14, das innerhalb eines Gehäuses 15
von Heizzügen 16 umgeben ist, in die die Heizmittel bei 17 eintreten können. Das
Rohr 14 mündet wiederum in einen Brennstoffabscheider 18. aus dem die Gase bei i9
austreten, während der Brennstoff durch die Vorrichtung 2o entnommen werden kann.
Die Entnahmevorrichtung 2o befindet sich über einem Bunker 2i, der den 1Tbergang
zur Verkokungsstufe bildet. Durch eine Entnahmevorrichtung 22 gelangt der Brennstoff
in die Verkokungskammer 23, die hier als Vertikalkammer mit unterem Verschluß 24,
seitlichen Heizzügen 25 und Gasabzugsleitung 26 dargestellt ist.
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Das Rohgut, das zunächst in einer nicht dargestellten pneumatischen
Aufbereitungsanlage erfindungsgemäß vorbehandelt sein kann, rieselt aus dem Fülltrichter
7 in die Rohrschlange 4. Zur Beheizung der Rohrschlange sind an der Öffnung l i
Zuführungen 27 und 28 für Heizgas und Luft vorgesehen. Die Heizmittel nehmen den
gestrichelt eingezeichneten Weg um die Rohrleitung herum und treten mit großer Geschwindigkeit,
die ihnen durch die Pumpe 12 erteilt wird, bei 6 in die Rohrschlange ein, wobei
sie den aus dem Trichter 7 rieselnden Brennstoff mitreißen und durch die Rohrschlange
schwebend forttragen. Zur Regelung der Heizgastemperatur können bei 29 Rauchgase,
die aus der Anlage selbst stammen, zugesetzt werden, während die überschüssigen
Abgase bei 30 abziehen, um gegebenenfalls bei der pneumatischen Aufbereitung des
Brennstoffes verwendet zu werden.
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Aus der Rohrschlange 4 treten die Gase mit dem Brennstoff in den Abscheider
8, wo sich der Brennstoff absetzt, während die Gase durch die Leitung 9 über nicht
dargestellte Wasch- und Kühlvorrichtungen zur Pumpe 12 und von hier, wie angegeben,
weiterströmen.
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Der so vorbehandelte Brennstoff gelangt in ganz gleichartiger Weise
in den Rohrstrang 14 der Beheizungsstufe um den Erweichungs-Punkt, der durch Gas
und Luft, die bei 31, 32 zugeführt werden und gegebenenfalls mit Abgas aus 33 verdünnt
werden können, beheizt wird. Die Beheizung kann naturgemäß auch durch jede andere
Wärmequelle, z. B. durch Generatorgas o. dgl., erfolgen. Die Behandlung des Brennstoffes
und der Strom der Gase ist in dieser Beheizungsstufe gleichartig wie in der Beheizungsstufe
unter dem Erweichungspunkt mit dem Unterschied, daß das bei i9 austretende Abgas-Schwelgas-Gemisch
durch nicht dargestellte :Niederschlagseinrichtungen geleitet wird. Das Schwelgas
kann zur Beheizung irgendeines Teiles der Gesamteinrichtung verwertet werden, was
die Wärmewirtschaftlichkeit der Anlage erhöht.
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Aus dem Behälter 18 schließlich gelangt der Brennstoff in die Vertikalkammer
23, in der die übliche Verkokung erfolgt.
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In der Anlage nach Abb.2 wird die Beheizung in der ersten Behandlungsstufe
in einem geradlinigen Rohrstrang 34, der genau so ausgebildet und angeordnet ist,
wie der Rohrstrang 14 der Beheizungsstufe um den Erweichungspunkt der vorbeschriebenen
Einrichtung durchgeführt. Ebengenannte Beheizungsstufe wird in der Anlage nach Abb.2
so durchgeführt, daß der Brennstoff im Ruhezustand verbleibt. Zu diesem Zweck ist
eine von außen und gegebenenfalls gleichzeitig von innen beheizte Kammer 35 vorgesehen,
in der sich ein eiserner Behälter 36 befindet, dessen Seitenwandungen mit Öffnungen
zum Gasaustritt versehen sind, während der Boden 37 herausnehmbar, z. B. als Schieber,
angeordnet ist. Die Heizmittel treten bei 38 in die Heizzüge, die Schwelgase verlassen
die Einrichtung bei 39. Die Entnahme des Behälters 36 aus der Kammer 35 erfolgt
durch eine Hebevorrichtung 40 irgendwelcher Art, durch die gleichzeitig die seitliche
Bewegung des eisernen Behälters bis über die Verkokungskammer 41 bewirkt wird. Die
Kammer :4i wird beispielsweise mittels des angebauten Generators 42 von außen beheizt
und ist an ihrem unteren Ende mit Mitteln versehen, um den Boden bzw. Schieber 37
des Behälters 36 zu entfernen.
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Das Verfahren geht so vor sich, daß der Behälter 36 innerhalb der
Kammer 35 mit dem Brennstoff gefüllt wird. Nach Durchführung der Beheizung bis dicht
über den Erweichungspunkt wird der Behälter mittels der Einrichtung 4o der Kammer
35 entnominen und in die Kammer 41 der Verkokungsstufe eingesetzt. Nun wird der
Boden des Behälters 36 durch eine entsprechende seitliche Öffnung der Kammer 41
entfernt, und die Behälterwandungen werden durch die Hebevorrichtung 4o aus der
Kammer gezogen, so daß der Behälter nach Einsetzen des
Bodens
37 weiterverwendet werden kann, w iihrencl der Brennstoff in unveränderter
i Form in der Kammer 4i verkokt wird.