-
Verfahren zum 'Schwelen oder Verkoken von stückigen Brennstoffen Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schwelen oder Verkoken von stückigen
Brennstoffen, wie Steinkohlen, Briketts, Ölschiefer od, dgl., bei dem als Wärmeträger
hocherhitzte feinkörnige, inerte Stoffe wie Sand dienen, die die Brennstoffe in
unmittelbarer Berührung spülend bedecken.
-
In der Verkokungs- und Verschwelungstechnik ist es bekannt, daß hohe
Verkokungsgeschwindigkeiten große Vorteile bieten. Mit steigender Verkokungsgeschwindigkeit
steigt die Durchsatzleistung der Verkokungs- oder Verschwelungseinrichtungen und
senkt somit in gleichem Ausmaße den Aufwand von Anlage, Einrichtungen usw. Außerdem
wird die Güte des mengenmäßigen Haupterzeugnisses, des Kokses oder Schwelkokses,
wesentlich verbessert und bei Verwendung von Kohlen mit mangelhaftem Backvermögen
überhaupt erst brauchbar.
-
Schwelgut, das beim Erhitzen zum Erweichen neigt, z. B. pechgebundene
Briketts, wird in den Randzonen so schnell verkokt und damit starr, daß die nachfolgende
Erweichung im Inneren nicht mehr zu einer Beeinträchtigung oder zum Verlust der
Stückform führen kann.
-
Theoretisch könnten hohe Verkokungsgeschwindigkeiten mittels eines
genügend hohen Wärmegefälles erreicht werden. In der Praxis läßt sich
dies
jedoch nicht in hinreichendem Umfange anwenden, weil bei der Kokerei, die mit Temperaturen
von iooo° C und mehr arbeitet, die Anwendung eines wesentlich höheren Wärmegefälles-
an der fehlenden Wärmebeständigkeit des Ofenbaumaterials (Keramik) scheitert und
bei der Schwelerei die Güte des Schwelteeres stark beeinträchtigt wird, wenn er
Temperaturen von mehr als 6oo° C ausgesetzt wird.
-
Da mit einem großen Wärmegefälle nicht gearbeitet werden kann, ist
eine erhebliche Ausdehnung der erforderlichen Verkokungs- bzw. Verschwelungszeiten
erforderlich. Um trotz dieser langen Zeiten zu ausreichenden Durchsatzleistungen
zu kommen, ist der Bau von sehr umfangreichen Verkokungs- bzw. Verschwelungsanlagen
erforderlich, in denen das zu verarbeitende Gut durchschnittlich 18 Stunden beim
Kokereibetrieb und a bis 6 Stunden beim Schwelbetrieb der Wärmebehandlung ausgesetzt
ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, demgegenüber weit höhere
Verkoküngsgeschwindigkeiten zu ermöglichen und gleichzeitig die festen Verkokungs-
bzw. Verschwelungserzeugnisse zu verbessern, ohne daß die flüssigen Erzeugnisse,
insbesondere der Schwelteer, dadurch beeinträchtigt werden.
-
Um eine möglichst große Wärmemenge von begrenzter Temperaturhöhe an
das zu erhitzende Gut herantragen zu können, geht die Erfindung davon aus, daß ein
inertes, feinkörniges Material, zweckmäßigerweise Sand, als Wärmeträger benutzt
und zur unmittelbaren Berührung und Umspülung des Schwelgutes gebracht wird.
-
Die Verwendung von erhitztem Sand als Wärmeträger ist bereits bekannt.
So wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das stückige Gut durch den erhitzten
Sand so hindurchgeführt wird, daß die einzelnen Briketts für sich von Sand während
der ganzen Dauer der Erhitzung allseitig umschlossen bleiben und daher unter einem
von der Tiefe der sie bedeckenden Sandschicht abhängigen Druck stehen. Das zu erhitzende
Gut wird sonach bei Beginn der Erhitzung in den heißen Sand eingebettet und verbleibt
bis zum Abschluß der Erhitzung in ein und demselben Sand.
-
Auf das anfängliche hohe Temperaturgefälle zwischen dem heißen Sand
und dem kalten Gut folgt sehr schnell ein Abfall der Sandtemperatur und somit eine
rasche Minderung des Wärmegefälles, wodurch zwangsweise eine entsprechende Minderung
des Wärmeüberganges vom Sand zum Gut entsteht. Je geringer das schließlich noch
vorhandene Wärmegefälle ist, desto länger dauern die erforderlichen Schwel- und
Verkokungszeiten. Auch die vorgesehene zusätzliche Außenbeheizung des gesamten Schwelraumes
kann zur Erreichung hoher Verkokungsgeschwindigkeiten nicht viel beitragen, denn
die Außenbeheizung muß - um auf das Schwel- oder Verkokungsgut wirksam zu werden
- erst einmal die gesamte Sandmenge, die dieses Gut umhüllt, auf eine so hohe Temperatur
aufheizen, daß sich wieder ein stärkeres Wärmegefälle zwischen Sand und Gut bilden
kann. Trotz sehr großem Aufwand an Sand und Außenbeheizung ist eine hohe Verkokungsgeschwindigkeit
mit ihren Vorteilen auf diesem Wege nicht zu erreichen.
-
Bei einem Verfahren zum Destillieren von ölschiefer, Kohle und kohlenstoffhaltigen
Materialien wird vorgeschlagen, dem Destillationsgut feste Körper beizumischen,
welche so weit vorgewärmt sind, daß durch sie der Destillationsvorgang durchgeführt
werden kann. Hier wird ebenfalls eine begrenzte Menge von Wärmeträgern einmalig
so hoch erhitzt, daß ihr Wärmevorrat zur vollständigen Schwelung oder Verkokung
des zu behandelnden Gutes ausreichen soll. Auch bei diesem Verfahren ist der gleich
anfangs eintretende starke Temperaturabfall vorhanden, der die nachteiligen langen
Behandlungszeiten mit sich bringt.
-
Um das größtmögliche Wärmegefälle und damit den bestmöglichen Wärmeübergang
vom Sand auf das Gut während des ganzen Schwel- oder Verkokungsvorganges aufrechtzuerhalten
und damit zu den kürzestmöglichen Verkokungszeiten und den gesuchten hohen Verkokungsgeschwindigkeiten
zu kommen, geht die Erfindung von der bekannten Verfahrensweise aus, bei der der
Wärmeträger die Brennstoffe in unmittelbarer Berührung umspülend bedeckt, nach erfolgtem
Wärmeübergang von dem Schwel- bzw. Normalkoks abgetrennt und erneut erhitzt und
zurückgeführt wird. Die Erfindung sieht nun vor, daß die Schwelung oder Verkokung
der Brennstoffe in mehreren Stufen erfolgt, wobei der heiße Wärmeträger nach erfolgtem
Temperaturabfall von etwa ioo bis i5o° C in jeder Stufe von den Brennstoffen abgetrennt
wird. Danach wird der Wärmeträger zur Wiederaufheizung auf die höchstzulässige Anfangstemperatur
von dem Gut getrennt und einer Aufheizstelle zugeführt. Es ergibt sich somit ein
ständiger Umlauf des Wärmeträgers, der je nach Zweckmäßigkeit in einem oder auch
mehreren Teilströmen erfolgen kann.
-
Mit Hilfe der höchstmöglichen Temperaturdifferenz und des bestmöglichen
Wärmeüberganges wird erfindungsgemäß die gesuchte hohe Verkokungsgeschwindigkeit
erreicht. Während im heutigen Kokereibetrieb die Verkokungsgeschwindigkeiten bekanntlich
nur wenige Millimeter je Stunde und auch bei der Schwelung mit eisernen Kammern
nicht mehr als durchschnittlich 30 mm betragen, liegen bei dem neuen Verfahren
die Verkokungsgeschwindigkeiten bei 8o bis ioo mm und mehr. Unter der Verkokungsgeschwindigkeit
wird hierbei das Fortschreiten der Verkokungs- bzw. Schweltemperatur in den einzelnen
Brennstofflücken verstanden.
-
Versuche haben ergeben, daß bei der erfindungsgemäß vorgenommenen
Wärmezufuhr, z. B. bei dem handelsüblichen 45-g-Eiformbrikett, bereits nach etwa
14 Minuten die Schwelwärme bis in den Brikettkern dringt und die Temperatur dort
auf 55o° C steigt und daß sich diese Zeit bis auf etwa io Minuten ermäßigt, falls
das Brikett eine Vorwärmung bis auf 250 bis 300° C erfahren hat. Bei
einem
i2-g-Eiformbrikett lauten die entsprechenden Zeiten 8 und 5 Minuten.
-
Diese nach den seitherigen Begriffen außerordentlich kurzen Verschwelungszeiten
und die dadurch erzielten hohen Verkokungsgeschwindigkeiten bringen außerdem weitere
technische Fortschritte mit sich. So wurden aus Briketts, die aus schlecht backenden
Kohlen, z. B. aus oberschlesischen Gasflammkohlen mit der Backzahl 5 (nach der O/S-Methode
ermittelt), hergestellt waren, Schwelbriketts mit einem ausgezeichnet geschmolzenen
Schwelkoksgefüge erzeugt. Mit Pech als Bindemittel hergestellte Briketts konnten
auf diese Weise ohne den geringsten Formverlust zur Schwelung und zur Verkokung
gebracht werden.
-
Die Eigenart manchen Schwelguts läßt es zweckmäßig erscheinen, eine
stufenweise Erhitzung in der Weise vorzunehmen, daß die verschiedenen Sandkreisläufe
mit verschieden hohen Anfangstemperaturen arbeiten.
-
Schließlich kann es zweckmäßig sein, eine zusätzliche Beheizung des
Schwelraumes vorzunehmen, sei es durch eine Außenbeheizung üblicher Art oder daß
ein gas- oder dampfförmiger Wärmeträger unmittelbar in den Schwelraum eingeführt
wird. Zur Verbesserung der Wärmewirtschaft des Verfahrens ist es vorteilhaft, die
bei der Rufheizung des Sandes anfallenden heißen Rauchgase zur Durchführung der
Außen- oder Innenbeheizung des Schwelraumes nutzbar zu machen. Ein anderer Weg zur
Verbesserung der Wärmewirtschaft des Verfahrens besteht darin, einen Teil des im
Verkokungs- oder Schwelprozeß bereits benutzten Sandes zur Vorwärmung des Schwelgutes
zu verwenden. Andererseits kann mit Hilfe von kaltem Sand eine sehr wirksame Trockenkühlung
des den Schwel- oder Verkokungsraum verlassenden heißen Schwelgutes durchgeführt
werden, wobei zugleich eine Wärmerückgewinnung erreicht wird.
-
In der vorliegenden Erfindung sind die Vorzüge der bekannten Spülgasschwelung
mit denjenigen der seitherigen Schwelung bzw. Verkokung mit Außenbeheizung in sehr
vorteilhafter Weise vereint. Die unmittelbare und allseitige Umspülung jedes einzelnen
Schwelgutstückes, wie dies bei der Spülgasschwelung mit heißen Gasen geschieht,
hat die wirksamste Wärmeübertragung zur Folge, während der große Nachteil dieses
Schwelsystems, die untrennbare Vermischung der großen Mengen von inerten und praktisch
heizwertlosen Spülgasen mit den geringen Mengen von hochheizwertigem Schwelgas bei
dem neuen Verfahren nicht eintreten kann. Hier wirkt sich vielmehr der wesentliche
Vorteil der Außenbeheizung, nämlich die Erzeugung eines unverdünnten Kokerei- oder
Schwelgases, auch für das neue Verfahren aus, da sich der Wärmeträger Sand selbstverständlich
von dem Schwelgas und den Schweldämpfen ohne weiteres trennt, so daß die wertvollen
Teer- und Oldämpfe in einer sehr konzentrierten Form anfallen und aus verhältnismäßig
geringfügigen Mengen von Kokerei- oder Schwelgas ausgewaschen werden können.