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Verfahren zur Gewinnung von Gas und Teer bei der Brennstaubherstellung
aus festen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung
eines Gases von hohem Heizwert sowie eines hochwertigen, thermisch nicht zersetzten
Teeres beim Betriebe von Brennstaubfeuerungen, z. B. bei Kesselfeuerungen, für Kraftwerksanlagen.
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Der Grad der Mahlba-keit der einzelnen Brennstoffe zur Erzeugung von
Brennstaub ist sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht von ausschlaggebender
Bedeutung für den Einsatz von Brennstaubfeuerungen. Härte, Zähigkeit und Höhe des
Feuchtigkeitsgehaltes des zu verarbeitenden Brennstoffes sind die bestimmenden Faktoren
sowohl für die Mühlenleistung als auch für den erforderlichen Kraftaufwand und den
eintretenden Verschleiß. In Teuerungstechnischer Hinsicht kommen zusätzlich die
Höhe des Zündpunktes sowie der Grad der Reaktionsfähigkeit sowie der Verbrennlichkeit
des erzeugten Brennstaubes in Betracht.
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Gegenüber den Rohkohlen besitzen im allgemeinen die entgasten Brennstoffe,
in der Hauptsache die in den üblichen Kokerei- bzw. Gaswerksöfen erzeugten Hochtemperaturkokse,
eine wesentlich geringere Mahlbarkeit; der Verschleiß der Zerkleinerungseinrichtungen
erreicht deshalb oftmals eine untragbare Höhe. Neben dem hohen Verschleiß werden
auch der hohe Zündpunkt sowie die träge Reaktionsfähigkeit und schwere Verbrennlichkeit
des aus dem üblichen Hochtemperaturkoks erzeugten Brennstaubes als schwerwiegender
Nachteil empfunden.
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Ein weiterer wichtiger Nachteil liegt in dem gegenüber Rohkohlen sehr
viel höheren Heizwertpreis der heute erhältlichen entgasten Brennstoffe. Die Ursache
hierfür
ist in den sehr hohen Entgasungskosten zu sehen, welche die heutigen Entgasungseinrichtungen,
d. h. die üblichen Kokerei- bzw. Gaswerksöfen, erfordern. Hohes Anlagekapital, periodische
Betriebsweise, sehr lange Entgasungszeiten von 12 bis 2o Stunden je nach Breite
und Inhalt der Entgasungskammern usw. führen zu diesen hohen Entgasungskosten, die
in einer entsprechenden Erhöhung des Heizwertpreises des Entgasungsrückstandes,
d. h. des Kokses, ihren zwangläufigen Ausdruck finden müssen. Verschlechterung der
Mahlbarkeit in Verbindung mit einer Erhöhung des Heizwertpreises sowie mangelhafte
feuerungstechnische Eigenschaften stehen bisher einer Verwendung von entgasten Brennstoffen
zur Erzeugung von Brennstaub entgegen.
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Andererseits besteht jedoch ein sehr großer und ungedeckter Bedarf
an Gas von hohem Heizwert, wie dies in der Hauptsache durch die Entgasung von gasreichen
und bituminösen Brennstoffen erzeugt wird; dasselbe gilt für hochwertige, d. h.
thermisch nicht zersetzte und daher ölreiche Teere. Nun bieten die bisherigen Verbrauchsstellen
von Hochtemperaturkoks, vor allem die Hochöfen, Zentralheizungen usw., keine Aussicht,
den künftigen Koksverbrauch in solchem Umfange zu steigern, daß die bei einer zusätzlichen
Erzeugung von Entgasungsgas in Kokerei- bzw. Gaswerksöfen anfallenden zusätzlichen
Koksmengen aufgenommen werden könnten. Da jedoch der Zwang zur zusätzlichen Erzeugung
von Entgasungsgas besteht, so ist es demnach erforderlich, für den dabei anfallenden
Entgasungsrückstand neue Verbrauchsstellen zu erschließen. Als ein derartiges, sehr
aufnahmefähiges Absatzgebiet werden die industriellen Feuerungsanlagen und insbesondere
die mit Brennstaubfeuerungen ausgerüsteten Kesselanlagen bei Kraftwerken usw. angesehen.
Derartige Verbrauchsstellen stellen jedoch ihrerseits weitgehende Anforderungen
an die Eigenschaften der zu verfeuernden Brennstoffe, und zwar sowohl in bezug auf
deren Mahlbarkeit als auch auf deren feuerungstechnische Eigenschaften wie Zündpunkt,
Reaktionsfähigkeit und Verbrennlichkeit. Schließlich darf bei derartigen Verbrauchsstellen
der Heizwertpreis des entgasten Brennstoffes denjenigen der bisher verfeuerten Rohkohlen
keinesfalls übersteigen.
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Die Erfindung stellt eine Lösung dieser mehrfachen Aufgabe dar. Sie
geht dabei von der Erkenntnis aus, daß in erster Linie an die Stelle der bisherigen
Entgasungstechnik eine solche Art der Entgasung zu treten habe, daß neben der Erzeugung
eines Entgasungsgases von hohem Heizwert und eines hoch-,vertigen Teeres die bisher
mit der Entgasung verbundene Steigerung des Heizwertpreises des entgasten Brennstoffrückstandes
vermieden wird.
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Gleichzeitig muß die bisherige Verschlechterung der Mahlbarkeit und
der feuerungstechnischen Eigenschaften eine so weitgehende Abschwächung erfahren,
daß die angestrebte Verwendung des entgasten Rückstandes als Brennstaub in der Praxis
nicht mehr behindert wird.
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Es ist bekannt, gut mahlfähigen Schwelkoks für Staubfeuerungen beispielsweise
durch Tieftemperatur-@erkol:ung herzustellen, da hierbei weniger graphitierte Anteile
entstehen, die die Mahlfähigkeit insbesondere des normalen Kokses beeinträchtigen.
Entweder verzichtet man dabei aber auf eine möglichst weitgehende Gewinnung der
Kohlewertstoffe, oder es bedarf mit dem üblichen Verfahren derart langer Behandlungszeiten,
daß der erzeugte Schwelkoks nicht zur Vermahlung und Verwendung in Staubfeuerungen
abgesetzt werden kann, da er zu teuer ist.
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Allgemein sind Verfahren zur thermischen Behandlung von Brennstoffen
bekannt, die auf dem Prinzip beruhen, den Brennstoff durch unmittelbaren Kontakt
mit aufgeheizten, festen Körpern zu erhitzen. Bei einem älteren bekannten Verfahren
(deutsche Patentschrift 189 32q.) werden Briketts zum Trocknen oder Verkoken in
erhitzten Sand eingebettet und der Sand nach einer Behandlungsdauer abgesiebt, um
wieder in den Kreislauf eingeführt zu werden. Irgendwelche bestimmten Angaben, auf
Grund deren der Brennstoffrückstand unter weitgehender Gas- und Teergewinnung für
die Verarbeitung von Brennstaub besonders geeignet erschiene, werden dabei nicht
gemacht.
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In einem ferner bekannten Verfahren zur Destillation fester Brennstoffe
(deutsche Patentschrift 375 46=) werden als umlaufende erhitzte Festkörper Eisenkugeln
von roo bis 125 mm Durchmesser verwandt. Diese sollen gleichzeitig in der Anpassung
an die Grenzbedingungen einer Tieftemperaturveikokung die Wärme einführen und gleichzeitig
durch Transport des Brennstoffwärmeträgergemisches durch eine Drehtrommel den entstehenden
Halbkoks in Stücke schlagen. Wenn sich dieser Halbkoks nach dem Vorhergesagten unter
Umständen gut zu Brennstaub vermahlen ließe, so ist doch die Kohlewertstoffgewinnung
bei diesen Verfahren unzureichend. Im übrigen ist trotz einer vorhandenen Relativbewegung
zwischen Brennstoff und Eisenkugeln die Behandlungsdauer zu lang, da die großen
Kugeln in der Summe nur eine kleine Oberfläche für den Wärmeübergang bieten.
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Zur Beschleunigung von Destillationsvorgängen mit Hilfe erhitzter
Festkörper ist es bekannt, das Destillationsgut und den Wärmeträger, z. B. Sand,
bei entsprechender Zerkleinerung zu einem im wesentlichen homogenen Gemenge zu vermischen
und das Gemisch durchzurühren (deutsche Patentschrift 399 o32). Die Mischkomponenten
sollen und können nach dem Destillationsvorgang nicht ohne weiteres voneinander
getrennt werden, so daß gar kein Rückstand entsteht, der zur Weiterverarbeitung
auf Brennstaub geeignet wäre.
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Somit ist .grundsätzlich die Verwendung erhitzter fester Stoffe als
Wärmeträger, auch für die Wärmebehandlung von Brennstoffen, bekannt. Relativbewegungen
zwischen dem Wärmeträger und dem Brennstoff sind ebenfalls bekannt. Auch sind die
Erkenntnisse, welche Forderungen man an einen gut mahlfähigen und zündfähigen Brennstaub
stellen muß, Allgemeingut der Technik. Die Erfindung schafft durch den Vorschlag
der Anwendung fester Wärmeträger und zusätzlicher Maßnahmen, nämlich hinsichtlich
einer im Vergleich zum Brennstoff bestimmten Wärmeträgermenge, einer Temperaturangabe
und einer Angabe, bis zu welchem Restgehalt an flüchtigen Bestandteilen
die
Entgasung und Entleerung getrieben werden soll, eine Verbindung in der Erkenntnis,
daß auf die angegebene Weise eine hohe Gutschrift an gewonnenem Gas und umzersetztem
Teer, und gleichzeitig durch eine Schnellvergasung ein tragbarer Preis für ein zudem
gut mahliähiges Produkt für die Brennstaubfeuerung erzielt wird.
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Die Durchführung der Erfindung wird von folgenden Gesichtspunkten
gelenkt Ar Stelle der heute fast ausschließlich herrschenden, periodisch betriebenen
Entgasung durch mittelbare Wärmeübertragung in außenbeheizten Kammern tritt bei
dem neuen Verfahren eine unmittelbare Wärmeübertragung auf den zu entgasenden Brennstoff
in stetiger Betriebsweise, und zwar so, daß jedes einzelne Brennstoffstück allseitig
von einem erhitzten feinkörnigen oder kleinstückigen Wärmeträger, z. B. Sand, Feinerzen
usw. oder kleinen Kugeln oder Stücken mit einem Durchmesser von etwa i bis io mm
od. dgl., umgeben ist. Im allgemeinen wird die zwei- bis vierfache Gewichtsmenge
an Wärmeträgern dem Brennstoff zugemischt, wobei die Temperaturhöhe derartiger Wärmeträger
je nach den Verhältnissen des Einzelfalles zwischen 6oo und goo° C schwankt. Dieses
Gemisch, bestehend aus den in den erhitzten Wärmeträger eingebetteten Brennstoffstücken,
wird in einer stetigen Bewegung gehalten, und zwar so, daß ständig neue Teile des
Wärmeträgers mit der Oberfläche des einzelnen Brennstoffstückes in eine unmittelbare
Berührung gebracht werden. Eine Relativbewegung zwischen den einzelnen Brennstoffstücken
und dem erhitzten Wärmeträger, -wie sie beispielsweise in Drehöfen mit eingebauten
Spiralen, Wendeleisten, Mitnehmertaschen od. dgl. zu erzielen ist, führt zu einer
besonders schnellen und intensiven Wärmeübertragung auf den zu entgasenden Brennstoff.
Falls die Größe der einzelnen Brennstoffstücke etwa io bis 30 mm beträgt,
so ist der Wärmeaustausch in wenigen Minuten vollzogen und damit die angestrebte
weitgehende Entleerung und Entgasung des Brennstoffes bis zu einem Restgehalt von
etwa 5 bis io °/o flüchtiger Bestandteile im Rückstand des Brennstoffes erreicht.
Grundsätzlich sind jedoch auch die sonstigen Stückgrößen, desgleichen auch Kohlenschlamm,
Windsichterstaub usw. für das neue Verfahren verwendbar.
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Die außerordentliche Verkürzung der Entgasungszeiten in Verbindung
mit dem Übergang zur stetigen Betriebsweise führt erst einmal zu einer außerordentlichen
Senkung der Entgasungskosten und damit des Heizwertpreises des entgasten Rückstandes;
damit wird von der wirtschaftlichen Seite her die entscheidende Voraussetzung zur
Verbindung einer Gas- und Teergewinnung mit der Brennstaubfeuerung geschaffen. Außerdem
bietet diese Schnellvergasung jedes einzelnen Brennstoffstückes die Gelegenheit,
sowohl das Gefüge der entgasten Brennstoffstücke zur Verbesserung ihrer Mahlbarkeit
als auch ihre feuerungstechnischen Eigenschaften in Richtung auf die besonderen
Anforderungen der Brennstaubfeuerung zu beeinflussen.
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Im Entgasungsverlauf jeder bituminösen Kohle liegt ein bestimmter
Punkt, an dem für diese Kohle bzw. für den daraus erzeugten entgasten Rückstand
das Optimum seiner Mahlbarkeit erreicht wird. Dieser Punkt läßt sich durch einen
darauf abgestellten Entgasungs- und Mahlversuch ermitteln. Der Vorteil des neuen
Entgasungsverfahrens besteht nun darin, daß sich seine Durchführung und damit der
Entgasungsverlauf weitgehend an die Eigenschaften der zu entgasenden Kohle zwecks
Erreichung dieses Optimums an Mahlbarkeit des entgasten Rückstandes anpassen läßt.
Der Weg hierzu liegt in erster Linie in der Bemessung der je Zeiteinheit an die
zu entgasende Kohle heranzuführende und zu übertragende Wärmemenge sowie deren Temperaturhöhe.
Die entsprechende Maßnahme besteht demgemäß in einer entsprechenden Regelung von
Menge und Temperatur des der Rohkohle zuzumischenden Wärmeträgers.
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Um die Wärmeübertragung auf die Rohkohle zwecks Beeinflussung des
sich bildenden Gefüges des in der Entgasung befindlichen Brennstoffes besonders
wirksam zu gestalten, kann es zweckmäßig sein, die zur vollen Entteerung und Entgasung
der Rohkohle erforderliche Menge von Wärmeträgern nicht auf einmal, sondern in mehreren
Teilmengen der Rohkohle beizumischen, wobei weiterhin diese einzelnen Teilmengen
des Wärmeträgers eine unterschiedliche Temperaturhöhe besitzen können. Die Durchführung
dieser Maßnahme kann beispielsweise durch die Anwendung mehrerer Kreisläufe des
Wärmeträgers erfolgen. Durch eine derartige Anpassung der Wärmeübertragung an die
Eigenschaften der zu entgasenden Kohle gelingt es, die der Rohkohle eigne Härte
und Zähigkeit in eine solche Sprödigkeit des entgasten Rückstandes umzuwandeln,
daß die Mahlbarkeit desselben den Anforderungen der Brennstaubfeuerung entspricht.
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Die schwere Mahlbarkeit der in den Kokerei- bzw. Gaswerksöfen: erzeugten
Entgasungsrückstände, d. h. der Hochtemperaturkokse, wird wesentlich durch eine
starke Graphitierung der Oberfläche des Koksgefüges verursacht. Diese Graphitierung
ist die Folge der in den heutigen Entgasungseinrichtungen unvermeidlichen und weitgehenden
Zersetzung der während der Kohlenentgasung sich bildenden Teerdämpfe. Bei Anwendung
des neuen Verfahrens läßt sich demgegenüber dieser unerwünschte Vorgang völlig vermeiden.
Dies rührt daher, daß im Gegensatz zur Betriebsweise der Kokerei- bzw. Gaswerksöfen
bei dem neuen Verfahren die Entgasungseinrichtungen nur mit einer so dünnen Schicht
der zu entgasenden Kohle arbeiten, daß die sich bildenden Teerdämpfe sogleich die
heiße Umgebung verlassen und in die kühleren Teile der Entgasungseinrichtung abziehen
können. Eine thermische Zersetzung der Teerdämpfe und als Folge davon eine Ausscheidung
von fixem Kohlenstoff und Teerkoks sowie deren Niederschlag auf der Oberfläche des
entstehenden Entgasungsrückstandes, d. h. dessen Graphitierung, wird demnach wirksam
vermieden, obwohl der Vergasungsprozeß bei hoher Temperatur abläuft. Wird beispielsweise
zur Durchführung des neuen Verfahrens ein Drehofen verwendet, so füllt das Gemisch
aus Kohle und Wärmeträger nur etwa ein Drittel des Innenraumes des Drehofens aus,
so daß den Teerdämpfen ein schnelles Entweichen aus der heißen Entgasungsphase möglich
ist. Die über dem Gemisch verbleibenden zwei Drittel des Innenraumes des Drehofens
bilden den Sammelraum für die sich im unteren
Drittel bildenden
Gase und Teerdämpfe; sie können aus diesem Sammelraum an einer oder mehreren Stellen
sogleich abgezogen und damit völlig aus der Gefahrenzone entfernt werden. Diese
Maßnahme läßt sich noch dadurch verbessern, daß dieser Sammelraum dauernd von Wasserdampf
durchspült wird; auf dies Weise wird ein besonders hochwertiger und vor allem ölreicher
Teer gewonnen, was an sich bekannt ist.
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Die eint- oder mehrstufige Abführung der sich bildenden Teerdämpfe
bildet kein Hindernis, daß die Entgasung des bereits entteerten Rückstandes anschließend
auf eine höhere Temperaturstufe getrieben wird, um die Gasausbeute zu vermehren
und den Restgehalt der im Entgasungsrückstand verbleibenden flüchtigen Bestandteile,
insbesondere zwecks Beeinflußung des Zündpunktes, der Reaktionsfähigkeit und Verbrennlichkeit,
auf ein bestimmtes Ausmaß, z. B. 5 bis io °/o, zu bringen.
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Zwecks Ausnutzung des Wärmeinhaltes sowie zur Vermehrung der Gasausbeute
durch eine Wassergaserzeugung kann es ferner vorteilhaft sein, nach baendeter Entteerung
und Entgasung in das heiße Gemisch aus entgastem Brennstoff und Wärmeträger Wasserdampf
einzuleiten, zumal eine derartige ebenfalls bekannte Maßnahme in, manchen Fällen
geeignet ist, die Härte des entgasten Brennstoffrückstandes herabzusetzen und damit
dessen Mahlbarkeit zu verbessern.
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Das Zusammenführen und innige Vermischen der zu entgasenden Rohkohle
mit dem erhitzten Wärmeträger bietet keine Schwierigkeit. Dasselbe gilt grundsätzlich
auch für das Trennen der beiden Stoffe nach beendeter Entteerung und Entgasung.
Unter Ausnutzung der unterschiedlichen Stückgrößen, der unterschiedlichen spezifischenGewichteoderdesmagnetischenVerhaltens
; erfolgt die Trennung entweder durch Siebvorrichtungen, durch Ausschleudern, durch
Magnetscheidung oder andere, an sich bekannte Trennungsvorrichtungen.
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Der von dem entgasten Brennstoffrückstand abgetrennte Wärmeträger
wird im Kreislauf gehalten und einer erneuten Aufheizung zugeführt. Diese Aufheizung
kann sowohl mit Hilfe der in der Brennstaubfeuerung erzeugten Wärme, z. B. innerhalb
der Kesselfeuerung, oder unter Verwendung der heißen Abgase derselben, erfolgen.
Es kann je nach Lage des Einzelfalles jedoch auch zweckmäßig sein, eine besondere
Vorrichtung und Wärmequelle, z. B. einen gasgefeuerten Dreh- oder Tellerofen, zur
erneuten Aufheizung des Wärmeträgers zu verwenden.
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Schließlich kann es zur Verbesserung der Mahlbarkeit des entgasten
Rückstandes oder zur Beeinflussung von dessen feuerungstechnischen Eigenschaften
von Vorteil sein, dem entgasten Brennstoffrückstand vor seiner Vermahlung einten
gewissen Anteil, z. B. 2o v. H., der Rohkohle beizumischen. Für diesen Zweck können
beispielsweise die Stückgrößen unter io mm oder Kohlenschlamm, Winidsichterstaub
usw. verwendet werden.