DEP0024216DA - Verfahren zur Entgasung von Steinkohlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung von Steinkohlen und hat zum Ziel, möglichst wenig stückfesten Koks zu erzeugen.

Die Entgasung der Steinkohlen wird in Kokereien und Gaswerken vorgenommen. Der Hauptzweck der Kokereien ist die Erzeugung stückfesten Kokses, der in erster Linie bestimmt ist für die Hochöfen, in denen der Möller einer hohen Beanspruchung durch Druck ausgesetzt ist. Aber auch das bei der Verkokung gewonnene Gas wurde nutzbar gemacht zur Beheizung der Koksöfen und zur Verbrennung in Gasmaschinen in den Kraftzentralen der Hüttenwerke und Zechen. Der Hauptzweck der Gaswerke ist die Erzeugung hochwertigen Gases, aber auch die Gewinnung möglichst stückfesten Kokses wurde bei der Entgasung ständig angestrebt. In den letzten zwei Jahrzehnten haben die Kokereien ausser auf ihren stückfesten Koks den grössten Wert darauf gelegt, ihr Gas den Richtlinien des deutschen Vereins von Gas- und Wasserfachmänner (DVGW) entsprechend zu verbessern und es zur Fernversorgung für Industrie, Gewerbe und Haushalt abzugeben. Die Gaswerke ihrerseits haben sich in den letzten zwei Jahrzehnten mehr denn je bemüht, ihren Koks der Qualität des Kokereikokses anzugleichen.

Das geschah zunächst durch bessere Kohlenauswahl. Trotz des geringeren Gehalts an flüchtigen Bestandteilen wurden vorzugsweise Kokskohlen zur Entgasung verwendet. Man nahm also eine geringere Gasausbeute in Kauf, um die Qualität des Kokses bezüglich Festigkeit zu heben. Ja, man erbaute besondere Mahl- und Mischanlagen, um den Koks entsprechend den wissenschaftlichen und betriebstechnischen Erkenntnissen bezüglich der Festigkeitseigenschaften weiter in der Qualität zu verbessern. Diese Anlagen wurden in allen modernen Gaswerken errichtet, ja man setzte sogar bei der Kokserzeugung gemahlenen Koksgrus zur weiteren Verbesserung der Koksfestigkeit hinzu. Man beachtete auch die Zugabe von Feuchtigkeit in die für die Entgasungsöfen bestimmte Kohle, um entsprechend den wissenschaftlichen und betriebstechnischen Erkenntnissen durch die Massnahme den Entgasungsvorgang zugunsten der Koksfestigkeit weiter zu verbessern. Man mischte die Kokskohle, wenn sie nicht 100%ig vorhanden war, mit Gaskohle und konnte durch sorgfältige Mahlung und Mischung einen durchaus brauchbaren Koks für die Kleinverfeuerung erzielen. Dort, wo Kokskohlen nicht ausreichten, machte man auch von dem Stampfverfahren Gebrauch, nach dem die Kohle als Kohlenkuchen durch Stampfen verdichtet in die Entgasungshorizontalöfen geschoben wurde.

Auch die Entgasungsöfen und die Entgasungspraxis wurde in erster Linie darauf abgestellt, eine Koksqualität von bester Festigkeit zu erzielen. Bis auf geringe Ausnahmen wurden die Oefen wie in den Kokereien diskontinuierlich betrieben, und zwar mit Aussenbeheizung und hohen Temperaturen, damit der Koks nicht über 1 bis 2% flüchtige Bestandteile mehr enthielt. Bei diesen Oefen tritt durch die hohe Erhitzung und Spaltung von Kohlenwasserstoffen der Kohlenstoff in weitestem Ausmass in graphitischer Form auf. In dieser Form ist der Koks besonders reaktionsträge, aber sehr fest. Bis auf geringere Ausnahmen fand so die Entgasung der Kohle in Ruhe in den Entgasungskammern statt.

Auch die Koksbehandlung war darauf abgestellt, möglichst wenig Abtrieb zu haben und den Koks so schonend wie möglich zum Verkauf zu bringen. Beim Herausstossen des Kokses aus den Kammern wurde besonders vorsichtig umgegangen, um ein Stürzen zu vermeiden. Der Löschvorgang wurde so gestaltet, dass der Koks möglichst gleichmässig berieselt wurde. Bei allen Transportanlagen für den Koks wurde darauf geachtet, dass er nicht gestürzt wurde. Bei der Abgabe des Kokses als Brechkoks wurde die Siebanlage so gestaltet, dass sie trotz der Beanspruchung durch das Brechen den Koks in reiner Stückung bewahrte. Es wurde bei all diesen Massnahmen scharf darauf geachtet, dass der praktische Grusanfall des Hochtemperaturkokses nur bei 6 bis höchstens 8 bis 10% lag.

Das Verfahren nach der Erfindung bricht mit diesem traditionellen Betrieb der Gaswerke, indem es sich zum Ziel nimmt, den Koks gerade möglichst wenig stückfest zu erzeugen. Verschiedene Gründe führen zu dieser Massnahme.

Erstens ist die Festigkeit des Kokses und seine Verwendung in Stücken nur für kleinindustrielle Betriebe und für die Verwendung kleinstem Ausmass zweckmässig, sofern es sich nicht um die Verwendung des Kokses zu metallurgischen Zwecken handelt. Der auf die bisher übliche Art gewonnene Koks zeichnet sich durch besonders geringe Reaktionsfähigkeit aus, d.h. der Zündpunkt dieser Kokse liegt ausserordentlich hoch.

Das ist bedingt durch die Kohlenauswahl, durch die Auswahl des Entgasungsprozesses und durch die Behandlung des Kokses. Die Erfindung besteht daher darin, dass Kohlenauswahl, Entgasungsprozess und Koksbehandlung so getroffen bzw. geleitet werden, dass ein möglichst wenig stückfester Koks entsteht, der auf Wanderrost- oder Staubfeuerungen verwendbar ist. Man kann zur Kokserzeugung sogar backende Kohle verwenden, die dann nach der Erfindung so vorbehandelt wird, dass ihre Backfähigkeit vermindert oder aufgehoben wird.

Bei jedem Verbrennungsvorgang fester Stoffe ist zu beachten, dass dieser Verbrennungsvorgang auf Oberflächenwirkung beruht. Je grösser ein Brennstoffstück, desto kleiner die Oberfläche, bezogen auf ein bestimmtes Gewicht. Infolgedessen ist es für den Verbrennungsvorgang unvorteilhaft, den Koks in Stücken zu benutzen; er muss vielmehr in möglichst kleinem Korn verwendet werden. Die Verwendung eines derartigen reaktionsfähigeren und weniger festen Kokses lässt sich nur in industriellen Anlagen ermöglichen. Das Verfahren nach der Erfindung soll daher einen Koks für die industriellen Feuerungsanlagen schaffen. Dieser Koks muss also möglichst weich und möglichst reaktionsfähig sein. Es wurde gefunden, dass ein solcher Koks bei entsprechender Luftvorwärmung - gegebenenfalls auch unter Gaszusatz - je nach der Korngrösse den besten Feuerungskohlen nicht nachsteht. Diese drei Faktoren stehen in einem Zusammenhang miteinander, der es ermöglicht, für jeden dieser entgasten Brennstoffe ein Optimum an Wirtschaftlichkeit zu erzielen. Durch das Verfahren wird daher ermöglicht, die wertvollen flüchtigen Bestandteile der Steinkohle, also Gas und Wertstoffe, zu gewinnen und nur den Entgasungsrückstand direkt zu verfeuern. Es ist damit erstmals die Forderung erfüllt, die Steinkohlen nicht als Brennstoff, sondern als Rohstoff zu betrachten. Die Behandlung der Steinkohle als Rohstoff ist nur auf dem Wege über die Entgasung möglich. Diese Entgasung wird gemäss der Erfindung folgendermassen vorgenommen.

Für die Kohlenauswahl werden vorzugsweise gasreiche Kohlen ohne Rücksicht auf ihre Backfähigkeit, Stückung u.dgl. beansprucht. Gerade die nicht oder schlecht backenden Kohlen, die aber besonders viel Gas geben, sind also die geeigneten Grundstoffe für die Entgasung. Diese Kohlen wurden bisher im Bergbau stark vernachlässigt insofern, als der Abbau etwa 1/3 hinter dem Vorkommen zurückblieb, wogegen die Kokskohlen, wie sie bislang in den Gaswerken und Kokereien bevorzugt wurden, verstärkt abgebaut wurden, so dass dieser Raubbau etwa 2/3 höher lag als das natürliche Vorkommen. Es ist klar, dass bei einer Beibehaltung dieses Kohlenverbrauchs die Knappheit der Kokskohlen immer grösser wird und dass die Gasindustrie in eine ausserordentlich ernste Lage bezüglich ihres Rohstoffes kommen wird. Diese Lage wird durch das vorliegende Verfahren vollkommen umgewandelt und verbessert. Ferner ist es eine alte Erfahrung, dass die jüngeren Kohlen (Gas- und Gasflammkohlen) bei der Entgasungsverarbeitung auch mehr Wertstoffe liefern. Durch die Anwendung derartiger nicht backender Kohle fallen auch die kostspieligen Kohlenaufbereitungsanlagen für die Gaswerke fort, wie sie oben beschrieben wurden. Für den Entgasungsprozess ist man nicht mehr an diskontinuierliche Oefen gebunden, sondern man kann hauptsächlich stetig arbeitende Oefen einführen, die den mulligen Koks kontinuierlich abgeben, der in den Oefen bereits so behandelt werden kann, dass er im gekühlten Zustand den Ofen verlässt. Man braucht keine Hochtemperatur in den Oefen anzuwenden, sondern Temperaturen, die gerade ausreichen, die wertvollen Bestandteile der Kohlenwasserstoffe restlos aus den Kohlen zu gewinnen, d.h. man wird die Entgasung bis etwa 900-1000° Höchsttemperatur begrenzen; was dann noch im Koks übrig bleibt, würde bei einer weiteren Entgasung nur Wasserstoff und Kohlenoxyd ergeben, also minderwertigere Gase. Der Koks weist also etwa mehr flüchtige Bestandteile auf, die bei etwa 2-5% liegen dürften. Man ist auch in der Lage, derartige Oefen mit hohem Durchsatz zu bauen, so dass sich die Anlage- und Betriebskosten ausserordentlich ermässigen. Bei derartigen Oefen ist es auch ohne weiteres durchführbar, die Beheizung nicht indirekt vorzunehmen, sondern direkt durch Spülgase bzw. durch Kombinationen von Innen- und Aussenbeheizung. Die Elastizität der Gaserzeugung wird ausserordentlich erhöht. In der Koksbehandlung fallen alle umfangreichen und kostspieligen Aufbereitungsanlagen und Transportvorrichtungen fort. Der gewonnene Koks ist ausserordentlich leicht brechbar. Er kann in Grus und Staub ausgesiebt werden. Der Staub ist ausserordentlich leicht mahlbar, so dass sich insgesamt ein Koks ergibt, der entweder in Grusstückung auf Wanderrosten gut verfeuert werden kann oder in Staubfeuerungen für Grossfeuerungsanlagen Verwendung findet.

Durch Verknappung der Kokskohlen wird die Koksqualität bezüglich der Festigkeit immer geringer. Auch der Preis von Kohle und Koks gleicht sich immer mehr an, weil die Qualität des Kokses immer mehr zurückgeht. Das Verfahren nach der Erfindung wird also für den Bergbau und für die Energiewirtschaft grosse Vorteile bieten. Seine Vorzüge in volkswirtschaftlicher Beziehung sind unbestreitbar. Auch in wirtschaftlicher Hinsicht lassen sich durch Verbesserung der Gasqualität und der Menge der Wertstoffe etwa vorhandene Nachteile in der preislichen Bewertung des Kokses ausgleichen. Vor allem aber bietet das Verfahren den Gaswerken die Möglichkeit, endlich einmal Rohstoffe zu besitzen, die für das Gasfach die besten Vorteile bieten.

Sollte man auch aus backenden Kohlen einen Koks hauptsächlich in Grusform oder Staubform erzielen wollen, so ist man in der Lage, durch Vorbehandlung backender Kohlen, etwa durch oxydierende Behandlung bei erhöhten Temperaturen, einen möglichst mulligen Koks für die grossindustriellen Zwecke zu gewinnen.

Im Anschluss an die Ausführungen ist folgendes zu sagen:

Die Entgasungsöfen und ihr Betrieb können auch so ausgebildet werden, das sie wahlweise je nach Bedarf und Wirtschaftslage auf stückigen oder mulligen Koks arbeiten. Das Gasfach hat sich jahrzehntelang Mühe gegeben, die restlose Vergasung der Steinkohle zu erreichen. Das ergab gequälte Konstruktionen und war nur lokal verwertbar. Die Vergasung ergibt dabei heizwertarmes, giftiges und nur aus Wasserstoff und Kohlenoxyd bestehendes Gas. Das Verfahren nach der Erfindung dagegen erzeugt das beste auf thermischen Wege zu erreichende Gas, indem es praktisch nur Entgasungsgas aus einer breiteren Kohlendecke herstellen lässt und den anfallenden mulligen Koks mit bestem Wirkungsgrad zur Verbrennung bringt. Es vermeidet also den Umweg über die Vergasung, der energetisch dem der direkten Verfeuerung unterlegen ist, wobei überdies alle Wertstoffe der Steinkohle gewonnen werden. Das Verfahren ergibt die optimale Steinkohlenausnutzung.

Claims (2)

1. Verfahren zur Entgasung von Steinkohlen, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenauswahl, Entgasungsprozess und Koksbehandlung so getroffen bzw. geleitet werden, dass ein möglichst wenig stückfester Koks entsteht, der auf Wanderrost- oder Staubfeuerungen verwendbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Koks aus backender Kohle erzeugt wird, die so vorbehandelt wird, dass ihre Backfähigkeit vermindert oder aufgehoben wird.