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Verfahren zur kontinuierlichen Schwelung und Hochtemperaturverkokung
von Steinkohlen in einem Schachtofen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen
Schwelung und Hochtemperaturverkokung von Steinkohlen unter Verwendung eines Schachtofens
mit ausschließlicher Beheizung durch unmittelbar einwirkende erhitzte eigene Destillationsgase.
Bekannte Verfahren zur kontinuierlichen Schwelung und Verkokung, bei denen als unmittelbar
einwirkende Heizgase die heißen Verbrennungsgase einer Feuerung dienen, leiden an
dem Mangel, daß die sich zugleich entwickelnden Destillationsgase durch die Verbrennungsgase
zu stark verdünnt und verschlechtert werden. Man hat deswegen die Destillationsgase
selbst als Heizgase verwendet, indem ein Teil von ihnen im Umlauf durch den Schacht
gehalten und außerhalb desselben aufgeheizt wird, um als unmittelbar einwirkender
Wärmeträger zu dienen. Ein hierzu dienendes Aufheizen der Destillationsgase, das
unter mittelbarer Wärmeübertragung erfolgt, sei es durch Rekuperatoren oder Regeneratoren,
führt wegen des Gaszustandes des Wärmeträgers zu beträchtlichen Schwierigkeiten,
Verumständlichungen und Kosten. Unmittelbares Aufheizen, z. B. durch Verbrennen
eines Teils der Umlaufgase oder auch fremder Gase auf gewöhnlichem Wege mittels
Luft, ergibt aber wieder den eingangs dargelegten Mangel des Verdünnens oder Verschlechterns.
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Ferner ist bereits bekannt, durch eine Trockenzone und eine anschließende
Schwelzone getrennte Spülgasströme im Umlauf zu führen und den durch die Trockenzone
geführten Spülgasstrom durch Zufuhr von Verbrennungsgasen aufzuheizen, die durch
Verbrennung von Gas aus der Schwelzone erhalten werden.
Bei dem
in diesem Zusammenhang diskutierten Vorschlag, wonach durch diese Beheizungsart
auch eine Nachentgasung des Schwelzonenrückstandes durchgeführt werden kann, soll
ebenfalls nur ein Teil der Schwelgase verbrannt und zur Trocknung ausgenutzt werden,
wobei aus der Trockenzone natürlich keine verbrennbaren Gase entweichen, für die
ein Inertgasballast von Bedeutung ist.
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Bei der für die Erfindung als bekannt vorausgesetzten kontinuierlichen
Schwelung mit anschließender Hochtemperaturverkokung von Steinkohlen in einem Schachtofen
ergibt sich ein Durchlauf der Kohle in dem Schacht durch eine Schwelungs- und Verkokungszone.
Diese Grundlage wird für die Erfindung in der Weise ausgenutzt, daß die beiden beheizenden
Umlaufgase durch Zumischen von Verbrennungserzeugnissen erhitzt werden, die durch
Verbrennen von Destillationsgasen aus der Hochtemperaturverkokungszone mit Sauerstoff
hoher Konzentration oder Anreicherung erzeugt werden. Durch die erfindungsgemäße
Anwendung von Sauerstoff, sei es von hochkonzentriertem Sauerstoff, sei es von mit
Sauerstoff stark angereicherter Luft, werden nur beschränkte Mengen von Verbrennungserzeugnissen,
die fast nur aus Kohlensäure und Wasserdampf mit höchstens geringfügigen Beimengungen
von Stickstoff und Sauerstoff bestehen, gebildet und den umlaufenden Destillationsgasen
beigemischt. Das erfindungsgemäß zum Verbrennen zu benutzende Destillationsgas der
Hochtemperaturverkokungszone besteht zum größten Teil, mindestens zu etwa 8o %,
aus Wasserstoff und enthält nur einen kleinen Teil Kohlenstoffverbindungen, d. h.
hauptsächlich Methan und Kohlenoxyd, daneben allenfalls auch wenig Kohlensäure.
Ein solches in ausgeprägtem Maße wasserstoffreiches und an Kohlenstoffverbindungen
armes Gas ergibt als Verbrennungserzeugnisse größtenteils Wasserdampf, der im Verlauf
der späteren Verarbeitungen der Destillationsgase durch Kühlung als wäßriges Kondensat
verschwindet, und nur sehr wenig allein verdünnend wirkende Kohlensäure, wodurch
es als Verbrennungsstoff zur unmittelbaren Aufheizung der im Umlauf befindlichen
Destillationsgase vorzüglich geeignet ist.
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Dabei ist dieses zur Verbrennung und Aufheizung ausgewählte Destillationsgas
der Hochtemperaturverkokungszone überhaupt viel weniger wertvoll als das übrige,
insbesondere das aus der Schwelung hervorgehende Destillationsgas, welch letzteres
dadurch für die nutzbare Gewinnung geschont wird und erhalten bleibt. In dieser
Beziehung unterscheidet sich das Verfahren der Erfindung besonders vorteilhaft von
bekannten, lediglich die Spülgasschwelung umfassenden Verfahren, wobei zur unmittelbaren
Beheizung der Kohle das Destillationsgas unter Aufheizung des letzteren mit Sauerstoff
verwendet wird.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des vorgeschilderten erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, daß das zum unmittelbaren Erhitzen der Hochtemperaturverkokung5zone
bestimmte Umlaufgas zunächst im gekühlten Zustand zur unmittelbaren Kühlung des
erzeugten Hochtemperaturkokses verwendet und erst danach durch Zumischen von Verbrennungserzeugnissen
gemäß der Erfindung aufgeheizt wird. Durch diese Verwendung des Umlaufgases zur
unmittelbaren Kokskühlung vor seiner Aufheizung wird eine beträchtliche, im ganzen
Verfahren aus dem heißen Koks rückzugewinnende Wärmemenge dem Umlaufgas aufgeladen,
und damit wird der in dasselbe von außen durch eine Gasverbrennung hineingetragene
Wärmeaufwand verringert. Dies bedeutet nicht nur eine Wärmeersparnis im ganzen,
sondern vor allem auch eine Verringerung der Anteilmenge der Verbrennungserzeugnisse
in dem Umlaufgas, wodurch der aus der Sauerstoffverbrennung entspringende Erfolg
wesentlich verbessert wird. Außerdem ergibt die zufolge der Kokskühlung eintretende
Vorwärmung des Umlaufgases vor seiner Aufheizung höhere Temperaturen dieses Gases,
die für die unmittelbare Wärmeübertragung aus dem Umlaufgas an die Kohle wegen der
dann leichteren und durchgreifenderen Wärmeübertragung nützlich sind.
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Eine weitere Verbesserung mit dem Ziel, die Menge der permanenten
Verbrennungserzeugnisse zu verringern, ergibt sich nach einem weiteren Erfindungsgedanken
dann, wenn in dem zum Verbrennen bestimmten Destillationsgas sein Methan, bekanntlich
der im Steinkohlengas mit größter Anteilmenge vertretene Kohlenwasserstoff, und
gegebenenfalls höhere Homologe durch thermische Behandlung zersetzt werden. Hierbei
wird bekanntlich der Kohlenstoff der Kohlenwasserstoffe mindestens zum großen Teil
in freier Form abgeschieden, während der daneben vorhandene Wasserstoff im Gas angereichert
wird. Diese Vorbehandlung des zum Verbrennen bestimmten Destillationsgases ergibt
daher Verbrennungserzeugnisse, die wenig Kohlensäure und mehr Wasserdampf enthalten.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird die zu verarbeitende
Steinkohle kontinuierlich durch einen Schachtofen, der eine Verschwelungs-und Hochtemperaturverkokungszone
enthält, hindurchgeleitet und danach in einem anschließenden Kühlschacht ebenfalls
unter kontinuierlichem Durchgang unmittelbar gekühlt.
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Das in der Verkokungszone des Schachtofens erzeÜgte Destillationsgas
wird einer Verarbeitungsanlage zur vollständigen Kühlung und zur Entfernung des
Teers und anderer Wert- und verunreinigender Stoffe zugeführt. Ein Teil des gekühlten
Destillationsgases wird in die untere Zone des Schachtofens zur Kühlung des Kokses
von unten eingeleitet. Nach Austritt aus dem Kokskühlschacht wird es, durch Beimischung
der bei der Verbrennung einer entsprechenden gekühlten Destillationsgasmenge entstehenden
Verbrennungsgase erhitzt, in die mittlere Hochtemperaturverkokungszone des Schachtes
von unten eingeleitet.
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Das aus der obersten Schachtzone abziehende Schwelgas wird ebenfalls
einer Kühl- und Reinigungsanlage zugeführt und ein Teil des gereinigten Gases nach
Erhitzung durch Beimischung der Verbrennungsgase aus einem weiteren Teil der Destillationsgase
der Hochtemperaturverkokungszone in die Schwelzone des Schachtofens von unten zurückgeführt.
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Zu der zwecks Erhitzung des Schachtofens durchgeführten Verbrennung
der Gase aus der Hochtemperaturverkokungszone wird erfindungsgemäß jeweils
reiner
oder hochprozentiger Sauerstoff anstatt Luft verwendet, um die Destillationsgase
mit möglichst geringen Inertgasmengen zu belasten.
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Die erfindungsgemäße Destillation und Verkokung im Schachtofen kann
bei gewöhnlichem Atmosphärendruck wie auch bei erhöhtem Druck durchgeführt werden.
Das Arbeiten bei erhöhtem Druck ergibt gewisse Vorteile, z. B. größere Festigkeit
des Kokses und Vergünstigungen bei der Verarbeitung der Destillationsgase.
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Wenn man die gesamte Erzeugungsmenge der Kohle an Destillationsgas
rechnerisch in Beziehung zu ihrem Wärmebedarf zum Verschwelen und Verkoken setzt,
so findet man, daß eine Menge von etwa 8 Volumprozent des Destillationsgases mit
hochprozentigem Sauerstoff verbrannt werden muß und daß die entstehenden Verbrennungserzeugnisse
aus permanenten Bestandteilen, d. h. Kohlensäure und Stickstoff, ohne den Wasserdampf
rd. 14 Volumprozent des als Erzeugnis abgehenden Destillationsgases ausmachen. Diese
Anteilmenge ist für die meisten Verwendungszwecke durchaus tragbar; sie entspricht
ungefähr dem, was man für Kohlendestillationsgas aus den Kammern gewöhnlicher Koksöfen
gewohnt ist.
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Gegenstand der Erfindung ist nur die Kombination der im Anspruch i
genannten Maßnahmen sowie die Anwendung der in den Unteransprüchen beanspruchten
Maßnahmen bei der Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch i. Die Einzelmaßnahmen
sind selbständig nicht Gegenstand der Erfindung.