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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Hochtemperaturverkoken
von Ulen, Pechen od. dgl. Um Erd&Irückstände, Braun- und Steinkohlenteerpeche
od. dgl. zu verkoken, hat man verhältnismäßig große Mengen dieser Ausgangsstoffe
in entsprechend großräumigen Vorrichtungen oder Ofen verkokt. Bei einem bekannten
Verfahren werden Erdölrü,ckstände zunächst in einem Röhrenofen erhitzt und dann
in mehreren parallel geschalteten, aus feuerfesten Steinen errichteten Ofenkammern
verkokt. Diese Kammern werden durch zahlreiche Brenner von unten erhitzt. Mit Rücksi,cht
auf den hohen Gehalt der Erdöl#rückstände an. verdampfbaren Bestandteilen dürfen
die Ofenkammern nur langsam und allmählich gefüllt werden, so daß die Beschickungsdauer
insgesamt 2 Stunden beträgt. Nach erfolgter Füllung werden die Ofenkammern von,etwa
5oo bis 6oo' auf etwa goo bis iooo' erhitzt. Der Verkokungsvorgang selbst dauert
etwa 3 Stunden. Vor Ablauf dies-er Zeit wird die Ofentemperatur langsam,
wieder auf etwa 5oo' gesenkt.
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Zur Entleerung der Kammern sind, die Ofen mit Türen versehen, die
nach beendet-er Verkoklung abgehoben werden. Da der Koks bei diesem Verfa:hren in
großen, fest zusammenhängenden Stücken anfällt, bereitet seine Entfernung aus der
Kammer große Schwierigkeiten. Um nun die Austragung zu erleichtern, legt man in
die Ofenkammern vor ihrer Bes,chickung kräftige Stahlkabel, und zwar so, daß diese
Kabel von der Füllung nur teilweise bedeckt werden. Nach beendeter Verkokung und
Fortnahme der Ofentüren werden diese Stahlkabel mit Wasser gekühlt und dann mit
einer Zugwinde verbunden. Durch die- von der Winde ausgeübten Kräfte wird der weitgehend
zusammenhängende Kokskuchen auseinandergerissen und dadurch die
Entleerung
der Ofenkammer überhaupt erst ermöglicht.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren verwendet man normale, für die
Verkokung backender Steinkohle. übliche- Koksäfen. Dabei sind nur geringfügige Änderungen
an der Ofenbauart vorgenommen, um sie für den vorliegenden Fall geeignet zu machen.
Bei dem erheblich größeren Fassungsvermögen dieser Koksöfen gegenüber den vorstehend
beschriebenen Öfen beträgt die Garungszeit auch ein Mehrfaches der vorstehend erwähnten
Zeit.
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Die Entleerung der Ofen erfolgt in derselben Weise wie bei normalen
Koksöfen, d. h. durch eine seitlich neben den Ofen verfahrbare Druckmaschirie,
deren Stempel den Pechkoks -nach Abheben der Ofentüren aus der Kammer herausdrückt.'
Dem bekannten Verfahren haftet der Nachteil an, daß der Durchsatz wegen der außerordentlich
langen Garungszeiten nur verhältnismäßig beschränkt ist. Zudem sind die Einrichtungen
wegen des diskontinuierlichen Betriebes -und wegen der großen je-
weilig in
die Kammer eingefüllten Mengen erheblichen Temperaturschwankungen unterworfen, Diese
Temperaturschwankungen verursachen aber entsprechende Wärinedehnungen, die nach
kurzer Betriebsdauer zu Rissen und Undichtigkeiten im Matierwerk führen. Daher bedürfen
die bekannten Einrichtungen laufend einer sorgfältigen Überholung -und Pflege. Die
Bedien-ungskosten liegen auch verhältnismäßig hoch.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht,darin, daß der
Pechkoks in verhältnismäßig großen und festen Stücken anfällt. Auf der anderen Seite
wird dieser Koks aber im allgemeinen für Zwecke benötigt, bei denen er in kleinstückiger
oder sogar in feiner Form vorliegen muß. Man muß daher den stückigen Koks in allen
diesen Fällen mit verhältnismäßig großen Kosten fein mahlen.
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Zur Erreichung von f einstückigem. Koks hat man auch schon
das Ausgangsmaterial in feinverteiltem Zustand in Gegenwart einer Flamme eingespritzt
und verkokt. Hierbei soll eine gute Kornfeinheit entstehen. Dadurch, daß das Arbeitsgut
in Düsen eingespritzt wird, mag wohl eine große Kornfeinheit entstehen, die jedoch
zu einem ungleichmäßigen Enderzetignis führt, weil die Stoffe weder in gleichmäßigen
Mengen und Formen eingespritzt werden noch eine gleichmäßige Beaufschlagung gewährleisten.
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Die -Erfind:ung hat sich zum Ziel gesetzt, die Mängel der bekannten
Verfahren zu beseitigen. Zu diesem Zweck soll das Arb#eitsgut dem Verkokungsrau-m
kontinuierlich in verhältnismäßig kleinen abgestimmten Mengen in möglichst gleichmäßiger
Form zugeführt werden. Hierzu wird:das zu verkokende Material in Form von Tropfen,
Strahlen oder flachen Bändern von bestimmter Stärke dem Verkokungsraum zugeführt.
Das Material wird dabei in kürzester Zeiferliitzt -und verkokt, so daß entsprechend
hohe - Durchsätze ermöglicht werden. Das kontinuierliche Verfahren sowie
der Einsatz jeweilig kleinerer Mengen in gleichmäßiger Form gewährleisten eine gleichmäßige,
kaum schwankende Arbeitsternperatur, so daß auch Wärinespannungeii durch ungleiche
Wärmeausdehnungen vermieden werden.
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Eine besonders wirksame Ausbildung des neuen Verfahrens besteht darin,
daß gleichzeitig zahlreiche gleichmäßige Strahlen oder Bänder des Arheitsgutes in
den Verkokungsraum eingeleitet werden und diesen in freiem Fall durchqueren. Da
die Verkokung des schon vorerwärmten Arbeitsgutes in kürzester Zeit erfolgt, braucht
der Verkokungsraum nicht besonders hoch zu sein, um die nötige Fallzeit für das
Arbeitsgut zu gewähren. Spritzt man erfindungsgemäß das Arbeitsgut von unten. nach
oben in die Verkokungskammer ein, dann verdoppelt sich die Verweilzeit des Arbeitsgutes
in der Kammer, In diesem Falle läßt sich also die Höhe der Vorrichtuing noch mehr
begrenzen.
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--je nach den Arbeitsbedingungen und den Eigenschaften des zu verarbeitenden
Materials wird man dieses Material entweder direkt oder indirekt beheizen. Muß eine
unmittelbare Berührung des Arbeitsgutes und der sich daraus entwickelnden Dämpfe
mit den Rauchgasen verhindert werden, dann kommt nur eine indirekte Beheizung des
Verkokungsgutes in Frage. In vielen. Fäll-en ist aber die direkte Erhitzung möglich.
In diesem Fall kann man auch das Verfahren unter erhöhtem Druck vor-, nehmen, da
der den überdruck aufnehmende Mantel durch eine hinreichend starke Innenisolierung
vor den hohen Arbeitstemperaturen geschützt werden kann.
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Die direkte Erhitzung des Arbeitsgutes gestaltet sich besonders einfach,
wenn man einen Teil des Arbeitsgutes selbst . innerhalb des Verkokungsraumes
verbrennt. Im allgemeinen werden bei ausreichender Isolierung der Vorrichtung nur
etwa 4 bis 81/o des Arbeitsgutes benötigt, um den Verkokungsvorgang bei etwa iooo
bis i2oo' durchzuführen.
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Da bei dem neuen Verfahren das Arbeitsgut in verhältnismäßig und gleichmäßig
feinverteilter Form verkokt, fällt auch ein gleichmäßig feinkörniger Koks an, der
eine große Oberfläche aufweist. Infolgedessen soll der Koks nach dem Verlassen der
Vorrichtung zunächst unter Luftabschluß mit Wasse.rdampf oder mit kalten Rauchgasen
so weit gekühlt -werden, daß er bei der anschließenden Berührung mit Luft sich nicht
selbst entzündet.
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Wenn die Durchlaufzeit für das Gut nicht ausreicht,um ein völliges
Austreiben der flüchtigen Bestand-teile zu erreichen, ist weiter erfindungsgemäß
vorgesehen, den anfallenden Koks unmittelbar anschließend einer Sonderbehandlung
zu unterwerfen. Hierzu kann beispielsweise ein Kanalofen unmittelbar angeschlossen
sein, oder man behandelt den Koks in einem Auffangtrichter im Schwebezustand, sei
es mit überhitztein Wasserdampf von etwa ioool, sei es mit Rauchgasen aus Brennern
oder durch Oberflächenbrenner.
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Zur Ausführung des neuen Verfahrens sollen stehende, vorzugsweise
zylindrische Verkokungskammern init-einer oder mehreren, vorzugsweise senkrechten
Zuleitungen für das Arbeitsgut verwendet
werden. Ferner wird
je ein Auslaß für den Koks und für die frei werdenden Dämpfe vorgesehen,
wobei die Dämpfe im allgemeinen nach oben und der Koks nach unten abgezogen wird.
Falls die Dämpfe noch feine Koksteilchen mit sich führen, kann es vorteilhaft sein,
die Dämpfe nach dem Austritt aus dem Verkokungsraum durch einen Zyklon zu leiten
und die abgeschiedenen Koksteilchen nach dem unteren Koksauslaß zu leiten.
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Wird eine indirekte Beheizung des Arbeitsgut-es vorgenc>inin-en, dann
wird der Verkokungsraum von einem Mantel in gleichmäßigem, verhältnismäßig engem
Abstand umgeben, so daß zwischen beiden ,ein Ringspa:It für die Führung der Heizgase
entsteht. Auf diese Weise ergibt sich ein einfacher Aufbau der Vorrichtung, der
zugleich eine freie undunbebinderte Wärme2usdehnung zuläßt.
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Um die Rauchgase zu- und abzuleiten, ist an dem oberen -und unteren
Ende des Ringspaltes je ein Sammelkanal vorgesehen. Da jedoch die aus dem
Br-enner gelangenden heißen Frischgase dem Sammelkanal unsymmetrisch zugeführt werden
und da auch die Ausirittsöffnungen für die Abgabe im allgemeinen unsymmetrisch angeordnet
sind, werden zwischen den Sammelkanälen und dem Ringspalt Drossel.gitter zum Ausgleich
des einseitigen Zuges angeordnet. Dabei bestehen die Drosselgitter aus beweglichen
Bauelementen, um die freie Verschiebbarkeit des Mantels gegenüber dem Verkokungsraum
nicht-zü beeinträchtigen.
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Wird die Vorrichtung für eine direkte Beheizung des Arbeitsgutes vorgesehen,
dann braucht nur am oberen oder unteren Ende des Verkokungsraumes ein Sammelkanal
für die Ableitung der Gase und frei werdenden Dämpfe vorgesehen zu werden.
Auch in diesem Falle wird zwischen Verkokungsraum und Sammelkanal ein Drossel#gitter
vorgesehen, um den einseitigen Zug bei der Fortleitung der Gase und Dämpfe auszugleichen.
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Da das Arbeitsgut den Verkokungsraurn in freiem Fall durcheilt, muß
der Wärmeübergang durch Strahlung entsprechend hoch sein. Zu diesem Zwecke wird
die Wandung des Verkokungsraumes im allgemeinen über iooo' erhitzt. Darüher hinaus
kann man aber erfindungsgemäß die Irmenwandung des Verkokungsraumes auch mit einer
keramischen Auskleidung versehen, die Zusätze an Schwermetalloxyden enthält. Hierdurch
wird das Strahlungsvermögen der Innenwandung weiter gesteigert.
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Zur Ausnutzung der fühlbaren Wärme der die Vorrichtung verlassendcn,
Ratichgase und Dämpfe wird sowohl die Verbrennungsluft als auch das Arbeitsgut weitgehend
vorerwärmt. Darüb-er hinaus kann etwa noch vorhandene Abhitze für andere Zwecke
nutzbar gemacht werden.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung
nach der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt im mittleren, senkrechten Längsschnitt eine Vorrichtung
zum Verkoken mit. indirekter Beheizung des Verkokungsraumes i. Dieser besteht im
wesentlichen aus einem stehenden Zylinder, der unten durch einen Kegel abgeschlossen
wird, dessen Spitze nach abwärts gerichtet ist. Oben endet der Zylinder in einer
frei tragenden Kuppel. Die Wandung des Verkokungsraumes besteht wegen der hohen,
im -allgemeinen über iooo' lieg-enden Arbeitstemperatur aus feuerfestem keramischeni
Material. Das zu verkokende Material gelangt durch die Leitung 2 in den Ra#um i,
wobei die Leitung in eine senkrecht nach oben stehende DÜse 3
mündet. Durch
dies e Düse wird das Material weit nach oben in den -\7erkokungsraum gespritzt.
Der Verteilungsgrad des Materials kann den jeweiligen Umständen angepaßt werden.
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Die zylindrische Wan#dung des Verkokungsraumes i ist nach unten über
den Kegel hinaus verlängert, so daß sich zwischen dem Kegel und der Wandung ein
Ringkanal 4 bildet. An diesen Kanal sind ein oder mehrere Gas- oder Ölbrenner
5 angeschlossen, die die Beheizung der gesamten Vorrichtung durchführen.
Der Boden des Ringkana;ls 4 wird durch die -eiserne Grundplatte 6 getragen,
die sich ihrerseits wieder auf mehrere Säulen 7 abstützt. Auf diese Weise
kann sich die Verkokungskammer von der Grundplatte 6 aus völlig unbehindert
und frei nach oben ausdehnen.
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Der Verkokungsraum i ist zur Führung der Heizgase von dem Mantel 8,umgeben,
der mit einer Innenisolier-ungg versehen ist. Dabei ist- diese Isolierung dem Verkokungsraum
i so weit angenähert, daß nur ein verhältnismäßig enger Ringspalt ro zwischen den
beiden Teilen entsteht. Die den Brenner verlassenden heißen Rauchgase strömen nun
durch den Ringkanal 4 und gelangen durch die Öffnungen ii in den Ringspalt io. Die
öffnungen i i sind in ihrem Querschnitt so bemessen, daß trotz einseitiger oder
unsymmetrischer Anordnung des ,oder der Brenner 5 eine gleichmäßige Verteilung
der Rauchgase auf den Ringspalt io sichergestellt ist. Auf diese Weise wird die
Wandung des Verkokungsraumes längs seines gesamten Umfanges vollkommen gleichmäßig
durch die Rauchgase beaufschlagtunddamitauchvölliggleichmäßigerhitzt.
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Die Isolierung 9 umfaßt an ihrem unteren Ende die äußere Zylinderwandlung
des Verkokungsraumes i stopf#üchsenähnlich, so daß beide Teile sich unabhängig voneinander
bei der Erwärmung ausdehnen können. Zweckmäßig wird der entsprechende Ringschlitz
zwischen den beiden Ausmauerungen durch Asbestschnüre, eine Sandtasse od. dgl. völlig
gasdicht abgeschlossen, Wie aus, Fig. i ersichtlich ist, ruht die Innenausmauerung
9 des Mantels 8 auf der Grundplatte 12, die ihrerseits wieder von
den Säulen 13 getragen wird. Auf diese Weise sind Verkokungsraum und umgebender
Mantel -unabhängig voneinander abgestützt.
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Die den Verkokungsraurn nach oben abschließende Kuppel ist miteinem
zentral angeordneten Stutzen 14 versehen, durch den die bei dem Verkoken frei werdenden
Dämpfe und Gase abziehen können.
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Die in dem Ringspalt io nach oben strömenden Gase gelangen sch.ließlich
in einen ringförrnigen Sammelkanal 15, dessen Boden durch Steine 16 ge-
bildet
wird. Diese Steine liegen lose auf Absätzen
der Innen.isolierung
9 und des Stutzens 14 ;und besitzen unterschiedl ich große Öffnungen
17 für den kauch-gasdurchtritt. Aus dem Sammelkanal 15 werden die Rauchgase
durch den Stutzen 18, abgeleitet. Da hierdurch ein einseitiger Zu ' -vorhanden
ist, sind die Öffnungen 17 so bemessen, daß die Ratichgase aus dem Ringspalt ro,
längs des ganzen Umfanges gleichmäßig abgesaugt werden.
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Nach oben hin ist der Ringkanal 15 durch den Deckel ig abgeschlossen,
der eine Inn"enisolierun,-" mit Hänigesteinen aufweist. Der für den Austritt der
Dämpfe vorhandene Stutzen 14 isi durch eine auf dem Deckel ig angeordnete Stopfbüchs--,:2o
abgedichtet, so daß Falschluft in das Heizgassystem nicht eintreten kann. Außerdem
ist auf diese Weise auch an dieser Stelle eine frej"- Wärmedehnung des Stutzens
14 gegenüber dem Mantel 8 gewährleistet.
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Der in feinkörniger Form anfallende Koks gelangt in den Auslaßstutzen
21 und wird durch die selbstd,ichtende Schnecke 22 ausgetragen. Obwohl der den Verkokungsraum
nach unten abschließende Kegel in seiner unteren Hälfte nicht beheizt ist, wird
die Austragsschnecke vorteilhaft aus hitzebeständigem Stahl oder keramischem Material
vor--es.- 'hen.
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Um eineEntzündung des noch glühendenKokses an der Luft zu verhindern,
wird der Koks zunächst in eine Kühlkammer abgelassen und erst dann mit der Luft
in Berührung gebracht.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung -nach der Erfindung
ist in den Fig. 2 und 3
veranschaulicht. Dabei gibt Fig. 2 den mittleren,
senkrechten Längsschnitt nach der Linie II-II und FinG. 3 den Horizontalschnitt
nach der Linie IJ wieder.
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Die Vorrichtung besteht aus einem ebenfalls zylindrischen Verkokungsraum
23 dessen unteres Ende wie bei der Vorrichtung nach Fig. i in einen auf die
Spitze gestellten Kegel ausmündet. Der Verkokungsraum ist von dem mit einer feüerfesten
Ausmautrung versehenen Mantel 24 umgeben Lind ruht auf mehreren Stützen
25. Nach oben ist der Verkol mungsraum durch den Deckel 26 abgeschlossen,
der mit einer Isolierung aus Hängesteinen 27
versehen ist.
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An dem Umfang des den Verkokungsraum abschließenden Kegels sind mehrere
Brenner 28 an-,geordnet, deren heiße Rauchgase unmittelbar in den Verkokungsraum
gelangen. Nachdem die Wände des Verkokungsraumes auf etwa iooo' erhitzt sind, läßt
man das zu verkokende Material aus dem Behälter 29 oberhalb des Deckels
27 durch zahlreiche Öffnungen 30 in Tropfen oder Strahlen in den Verkokungsraum
gelangen.
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Das Gemisch der Rauchgase mit den sich bildenden Dämpfen wird in den
Ringkanal 31 abgeleitet, der durch ein Drosselgitter 322 vom Verkokungsraum
abgetrennt ist. Dieses Drosselgitter besitzt bemessene öffnungen 33, derart,
daß der Querschnitt dieser Öffnungen mit zunehmender Entfernung von dem Austrittsstutzen
34 zunimmt.
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Innerhalb des Ringkanals 3 1 kann eine in den Fig. 2 -und
3 nicht dargestellte Rohrschlange zur Vorwärmung der Verbrennungsluft eingebaut
werden. Die restliche fühlbare Abwärine der Rauchgase sowie der frei gewordenen
Dämpfe kann zur Vorwärmung des Arbeitsgutes ajusgenntzt werden.
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Der gleichmäßig feinkörnig anfallende Koks sammelt sich in dem Spitzkegel"der
den Verkokungsraum nach unten abschließt. Dieser Spitzleegel besitzt den Austragsstutz-en
35, in dem zwei Zellenräder 36 übereinander eingebaut sind. Diese
Zellenräder tragen den Koks kontinuierlich aus. Um das Eindringen von Luft in den
Verkokungsraum zu verhindern, wird durch die Leitung 37 Dampf eingeblasen.
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Zum Austreiben etwa noch im Koks festgehaltener flüchtiger Bestandteile
ist eine nicht dar.",','estellte Kalzinier- oder Graphitieranlage vorgesehen, die
aus einem Kanalofen bestehen kann, in dem unter gleichmäßiger Wärme die flüchtigen
Bestandteile ausgetrieben werden. Es kann aber auch so verfahren werden, daß der
anfallende Koks in einem Trichter unter Wallung in Schwebe gehalten wird und in
diesem Zustand mit überhitztern Wasserdampf oder mit Rauchgasen aus Brennern behandelt
wird oder mittels Oberflächenbrenner.