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Verfahren und Vorrichtung zum Verkoken bituminöser, bei hoher Temperatur
flüssiger Stoffe Peche aus Stein- oder Braunkählenteer, hochsiedende Erdölrückstände
od. dgl. werden in verhältnismäßig großräumigen Öfen bei Temperaturen von über iooo'
verkokt. Hierbei ergeben sich außerordentlich lange Garungszeiten, da die ziemlich
breiten Ofenkammern eine verhältnismäßig geringe Verkokungsgeschwindigkeit ermöglichen.
Außerdem enthalten die Peche beim Einsatz über 40"/o flüchtige Bestandteile, so
daß bis zum Eintritt der Koksbildung große Flüssigkeitsme-ngen verdampft werden
müssen. Das Einfüllen größerer Pech- oder Rückstandsmengen in die Kammern bringt
den weiteren Nachteil mit sich, daß das flüssige Arbeitsgut das feulerfeste Mauerwerk
der Kammern stark beansprucht. Außerdem ist das Ofenmaue,rwerk wegen der diskontinuierlichen
Arbeitsweise sowie wegen der großen, in die Kammern eingefüllten Pechmengen erheblichen
Temperaturschwankungen ausgesetzt, die nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit
zu Undichtigkeiten und Beschädigungen des Manerwerks führen.
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Um diese Nachteile des bekannten diskontinnierlichen Verkokungsverfahrens
zu vermeiden, hat man vorgeschlagen, Peche oder öle in feinverteiltem Zustand in
einen größeren Verkokungsraum zu spritzen. Hierbei reicht aber der verhältnismäßig
begrenzte Fallweg nicht aus, um die Pech- oder öltropfen vor Auftreffen auf die
Kammerwandung
in den festen Zustand überzuführen. Infolgedessen
bilden sich schon nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit zusammenhängende Koksstücke,
die ungleichmäßig ausgaren und darüber hinaus nur unter. Schwierigkeiten aus der
Kammer entfernt werden können.
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Es hat sich nun gezeigt, daß eine gleichmäßige und rasche Koksbildung
erreicht werden kann, wenn das gegebenenfalls vorgewärmte Arbeitsgut oberhalb seines
Schmelzpunktes durch Destillation, Oxvdation bzw. Polymerisation od. dgl. von seinen
flüchtigen Bestandteilen bis zur Erreichung des zähflüssigen Zustandes befreit und
anschließend durch Einwirkung hoher Temperaturen in den festen Zustand übergeführt
wird. Der hier vorgeschlagene Vorabtrieb kann in verhältnismäßig einfachen Vorrichtungen,
wie z. B. in Füllkörper- oder Glockenbodenkolonnen, vorgenommen werden. Die dann
noch in dem Arbeitsgut enthaltenen restlichen flüchtigen Bestandteile können sehr
schnell ausgetrieben werden, so. daß das Arbeitsgut in einer entsprechend kurzen
Zeit von dem flüssigen in den festen Zustand übergeführt wird.
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Das neue Verfahren kann besonders vorteilhaft verwirklicht werden,
wenn das vorabgetriebene und zähflüssigeArbeitsgut in fein- und möglichst gleichmäßig
verteiltem Zuistand, z. B. in Form von Tropfen, Strahlen oder Bändern, in den festen
Zustand übergeführt wird. Durch die gleichmäßige Formgebung des Arbeitsgutes wird
auch eine gleichmäßige Erhitzung und damit eine gleichmäßige Koksbildu-ng sichergestellt,
so daß man sich mit der neuen Arbeitsweise den verschiedensten Oualitätsbedingungen
anpassen kann.
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Um den Wärmeübergang an das Arbeitsgut bei indirekter Beheizung der
Verkokungskammer nicht zu. beeinträchtigen, wird erfind#ungsgemäß das Arbeitsgut
in freier Abwärts- oder Auf- und Ab-
wärtsbewegung durch die Verkokungskammer
geleitet, ohne daß eine Berührung mit den Wandungen erfolgt. Auf diese Weise werden
Ansätze an den Wandungen, die den Wärmeübergang herabsetzen würden, vermieden. Gleichzeitig
erfährt hierdurch die feuerfeste Auskleidung der Verkokungskammer die größtmögliche
Schonung.
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Für viele Verwendungszwecke soll der aus Erdölrückständen oder Pechen
hergestellte Koks möglichst wenig oder sogar praktisch gar keine flüchtigen Bestandteile
enthalten. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden daher die restlichen flüchtigen
Bestandteile des Kokses durch Kalzinieren mit direkter oder indirekter Heizung ausgetrieben.
Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich, wenn die für das Kalzinieren erforderliche
Wärme durch die Verbrennung eines entsprechenden Teiles des Kokses bereitgestellt
wird. Die Teilverbrennung muß aber zu einem möglichst gleichmäßigen Kalzinieren
der gesamten Beschickung führen. Es ist daher vorgesehen, bei der Teilverbrennung
des Kokses die Verbrennungsluf t und die V-erbrennungserzeugnisse gleichmäßig verteilt
entweder von der Mitte der Kalzinierkammer rad-ial nach außen oder vom Umfang dieser
Kammer radial nach innen strörnen zu lassen, wobei das Brennstoffbett gegebenenfalls
in wallender Bewegung gehalten wird.
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Durch die gleichmäßige Beaufschlagung des Koksbettes mit der Verbrennungsluft
und den sich bildenden Rauchgasen ergibt sich eine entsprechend gleichmäßige Temperaturverteilung
innerhalb der Kalzinierkammer und damit auch ein entsprechend gleichmäßiger Abtrieb
der restlichen flüchtigen Bestandteile.
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Bei der Teilverbrennung des Kokses entstehen nun nicht nur Rauchgase,
sondern auch noch brennbare Gase. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, die aus
der Kalzinierkainmer abgesaugten Gase gegebenenfalls zusammen mit anderen flfissigen
oder gasförmigen Brennstoffen züi verbrennen und die heißen Rauchgase zur di rekten
oder indirekten Heizung der Verkokungskammer und gegebenenfalls auch der Destillationskolonne
bzw. des Abtreibers für den bitumi-nösen Stoff zu verwenden. Auf diese Weise wird
der Wärmeverbrauch des gesamten Verfahrens auf ein Minimum beschränkt.
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Da bei einer indirekten Beheizung der Verkokungskammer der Austritt
der Verbrennungserzeugnisse und Generatorgase aus der Kalzini-erkammer unmittelbar
in die Ve;rkokungskammer unerwünscht ist, wird bei der Erfindung der Koks in der
Kalzinierkammer bis oberhalb des Gasaustritts am äußeren Umfang dieser Zone aufgestaut.
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Da die Kalzinierung des Kokses bei Temperaturen über iooo'
C stattfindet, muß der kalzinierte Koks vor seinem Austritt aus der Vorrichtung
direkt oder indirekt gekühlt werden. Die Direktkühlung kann mit Wasserdampf vorgenommen
werden, so daß am unteren Ende der Kalzinierzone noch Wassergas entsteht. Das Wassergas
kann dann zur Beheizung der Verkokungskammer mit herangezogen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders einfach verwirklicht
werden, wenn man den bituminösen Stoff in einer Destillierkolonne, einein Abtreiber
od. dgl. von einem wesentlichen Teil seiner flüchti-en Bestandteile befreit und
anschließend in einen stehenden, vorzugsweise zylindrischen Schacht einleitet, in
dem die Verkokungs-, Kalzinier- und Kühlkammern unmittelbar untereinander angeordnet
sind.
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Erfindungsgernäß kann die Destillierkolonn,2 oberhalb der Verkokungskammer
angeordnet werden, so daß das abgetriebene Pech aus der Kolonne unmittelbar in dieVerkokungskammer
gelangt. Der untere Boden der Kolonne wird dabei so ausgebildet, daß das Pech in
bestimmter Form als Tropfen. Band oder Strahl von i)estimmten Abmessungen in die
Verkokungskammer eintritt.
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Werden die Vorrichtungen zum Vorabtrieb des bituminösen St
' offes und die Verkokungskamnier indirekt beheizt, dann erhalten die beiden
erfindungsgemäß je einen Mantel zur Führung der Heizgase, wobei der Spalt
zwischen dem inneren und äußeren -Mantel oben und unten je durch einen Sammelkanal
begrenzt ist. Diese Sammelkanäle dienen für die Zu- bzw. Ableitung der Heizgase.
Um
jedoch eine gleichmäßige Ga"strömung iiiiierhalb des Heiz.spaltes zu gewährleisten
und den einseitigen Zug der Zu- und Ableitungen auszugleichen, wird gemäß
der Erfindung der freie Querschnitt zwischen Heizgasspalt und Sammelkanal mit abnehmender
Entfernung von der Anschlußleitung immer kleiner. Durch eiltspreciiende Bemessung
des f reien Querschnitts läßt sich eine -weitgehend gleichmäßige Beaufschlagung
der Kammerwandungen durch die Heizgase erreichen.
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Zur Fortleitung der Rauchgase usw. aus der Kalzinierkammer ist der
untere Sainmelkanal der Verkokungskainmer durch einen Spalt mit dem oberen Ende
der Kalzinierkammer verbunden. Auf diese Weise können die gasförmigen Erzeugnisse
der Kalzinierkammer für die mittelbare Beheizung der Verkokungskammer auf die einfachste
Weise nutzbar gemacht werden.
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Die Zuführung der Verbrennungsluft in die Kalzinierkammer erfolgt
erfindungsgemäß durch ein oder mehrere bis etwa in die -Mitte dieser Kammer hineinreichende
und gegebenenfalls mit Wasserkühlung versehene Rohre. Selbstverständlich ist es
auch möglich, dic Verbrennungsluft, die entstandenen Rauchgase u-sw. innerhalb der
Kalzinierkammer radial von außen nach innen zu leiten. In diesem Fa411 muß am äußeren
Umfang der Kalzinierkaninier ein Ringspalt für den Eintritt der Verbrennungsluft
vorgesehen werden, während die Rauchgase usw. aus der Mitte der Kalzinierkammer
abgeleitet und nach dein Heizmantel der Verkokungskainnier geführt werden.
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ln der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach
der Erfindung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus
dem Abtreiber i und dem Schachtofen 2. Das zu ve.rkokende Steinkohlenteerpech gelangt
durch den Anschluß 3 in den Abtreiber i und strömt hier auf Umleitblechen
4 in verhältnisinäßig dünnein F ilm nach unten.
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Der Abtreiber ist mit einem Heizmaritel 5 für die Führung des
Heizgases versehen. Diese treten durch die Öffnung 6 in. den Kanal
7 'und strömen durch den Spalt 8 in gleichmäßiger Verteilung nach
oben. Am oberen Ende des Heizmantels # ist der Ringkanal 9 vorgesehen, aus
dein die Heizgase durch die Öffnung io abgesaugt werden. fe nach den Eigenschaften
und der Zusammensetzung des Peches sowie nach dem im Abtreiber herrschenden Druck
wird dieser auf eine Temperatur vOn 300 bis 500'
erhitzt. Die aus dem
Pech frei werdenden Dämpfe werdeh durch die Öffnung ii abgeleitet.
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Um die Verdampfungstemperatur des Peches herabzusetzen, kann im Abtreiber
durch die öff-IIIIIIg 12 überhitzter Wasserdampf oder irgendein anderes Trägergas
zugeleitet werden.
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Die Verdampfung der leichter siedenden Pechbestandteile wird so gesteuert,
daß das Pech bei der betreffenden Arbeitstemperatur in zähflüssigem Zustand in deilVertei.ler
13 gelangt. Im allgemeinen enthält dann Steinkohlenteerpech nur noch etwa 20010
flüchtige Bestandteile. Der Verteiler 13 ist mit zahlreichen Bodenöffnungen versehen,
so daß das Pech in einer entsprechenden Anzahl dünner Strahlen in die Verkokungskaminer
14 gelangt. Dieser Verkokungskammer schließen sich nach unten die Kalzinierkammer
15 und die Kühlkammer 16 an. Der kalzinierte und gekühlte Pechkoks wird derart
durch die Schnecke 17 ausgetragen, daß der Koks innerhalb des Schachtofens bis züm
oberen Ende der Kalzinierkammer I_# gestaut bleibt. Dagegen ist die -#"erkoltingskammer
14 nur von Gasen und Dämpfen sowie von frei herabfallerkden Pechstrahlen erfüllt.
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Die Verkokungskammer 14 ist von einem Heizinantel 18 zur Führung der
Heizgase umgeben. Diese treten durch Öffnung 19 in den Ri:ngkanal 20 und strömen
dann in gleichmäßiger Verteilung durch den Spalt 21 nach oben. Am oberen Ende der
Verkokungskammer 14 sammeln sich die Heizgase in dem Ringkanal 22 und werden durch
die Öffnung 23 abgesaugt. Dabei kann ein Teil der Heizgase in den Ringkanal
7 zur Beheizung des Abtreibers i zugeleitet werden. Der andere Teil der Abgase
kann zur Vorwärmung der Verbrennungsluft oder des Peches benutzt werden.
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Während des freien Falles der verhältnismäßig dünnen Pechstrahlen
durch die Verkokungskammer 14 werden unter Einwirkung der auf über iooo' erhitzten
Kammerwände die restlichen flü#chtigen Bestandteile so schnell und so weitgehend
verdampft, daß das Pech in den festen Zustand übergeführt wird. Die Kalzini,erkammer
15 ist also mit einem verhältnismäßig kleinkörnigen Pechgrailutlat erfüllt, das
noch einige flüchtige Bestandteile enthält. Da jedoch der Pechkoks für die späteren
Verwertungszwecke im allgemeinen möglichst frei von flüchtigen Bestandteilen sein
soll, erfolgt in der Kammer 15 eine entsprechende Kalzinierung.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die hierzu erforderliche
Wärme durch die Verbrennurig eines Teiles des Kokses erzeugt. Zu diesem Zweck wird
durch ein, zwei oder mehrere horizontal angeordnete Rohre 24 Luft in die Mitte der
Kalzinierkammer eingeleitet. Mit Rücksicht auf die hohe Temperatur werden die Rohre
entweder ans hochfeuerfestem Material angefertigt oder mit einem geeigneten Kühlmittel,
z. B. Wasser, gekühlt. Ferner ist es vorteilhaft, bei Zuführung der Luft durch mehrere
Rohre diese symmetrisch anzuordnen, um innerhalb des Schachtes eine gleichmäßige
Gasströmung herbeizuführen. In entsprechender Weise kann die durch jedes Rohr eingeleitete
Luftinenge für sich reguliert werden.
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Die entstandenen gasförmigen Verbrennungserzetignisse sowie die aus
dem Koks ausgetriehenen flüchtigen Bestandteile strömen innerhalb des Schachtes
von der Mitte nach oben und der Seite und gelangen durch den Schlitz 25 in
den Ringkanal 2o. Durch die symmetrische Zuführung der Verbrennungsluft und die
symmetrische Ableitung bildet sich innerhalb des Schachtes eine rotationssvmmetrische
Gasströmung, so daß der Pechkoks dIeichmäßig kalziniert wird.
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Die in der Kalzinierzone ausgetriebenen flüchtigen Bestandteile dienen
zur Beheizung der Verkokungskammer
14. Zu diesem Zweck wird dem
Ringkanal --go durch die Öffnung 19 eine entsprechende Menge an N,erbrennungsluft
zugeführt. Falls die flüchtigen Bestandteile aber nicht zur Beheizung der Verkokungskammer
14 und des Abtreibers i ausreichen, kann dem Rin-kanal 2o noch zusätzlich flüssiger
oder gasförmiger Brennstoff sowie eine entsprechende Menge Verbrennungsluft zugeführt
werden. Die Verbrennungsluft wird vorteilhaft in einem Luftvorwärmer weitgehend
vorgewärmt.
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Aus der Kalzinierkammer 15 gelangt der Pech-1-.Oks in die Kühlkammer
16, die von einem Kühlmantel26 umgeben ist. Hier tritt ein geeignetes Kühlmedium,
z. B. Wasser ', durch die öffnung:27 und verläßt den Kühlmantel durch die Üffnung:28.
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Die Schnecke 17 fördert den Pechkoks kontinuierlich aus dem Schachtofen.
Durch eine entsprechende Ausbildung kann die Schnecke den Schachtofen gegenüber
der Außenluft weitgehend abdichten.
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Um die Wände des-Schachtufens und des Abtreibers gleichmäßig zu beheizen,
muß für eine entsprechend gleichmäßige Verteilung der Heizgase Sorge getragen werden.
Zu diesem Zweck erhält, wie aus Abb. -, hervorgeht, der Ringkanal 2-> eine
Drossell,eiste, deren Höhe mit zunehmender Entfernung abnimmt. In Abb. 2 ist zur
besseren Verdeutlichung der Ringkanal 22 in vergrößertem Maßstab wiedergegeben.
Dabei erkennt man, daß die Drosselleiste 29 mit zunehmender Entfernung von
der Anschlußöffnung 23 in ihrer Höhe abnimmt, wie es in gestrichelter Linie
angedeutet ist. Dementsprechend nimmt der freie Querschnitt des Spaltes
30 für die Gase mit zunehmender Entfernung von der öffnung 23 zu.
Auf diese Weise wird der Schachtofen längs seines ganzen Umfangs durch die Heizgase
gleichmäßig beaufschlagt.
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Je nach dem zu verkokenden Material bewegen sich die Temperaturen
der Kammern 14 und 1,5 vorzugsweise zwischen goo und i4ool. Man wird daher dieWandungen,
insbesondere bei den höheren Temperaturen, aus einem feuerfesten Material herstellen.
Dagegen wird man für die Wandung der Kühlkammer 16 vorteilhaft Eisenblech wählen.