EP0316450B1

EP0316450B1 - Verfahren zur herstellung von koks

Info

Publication number: EP0316450B1
Application number: EP87906293A
Authority: EP
Inventors: Boris Ivanovich Babanin; Nikolai Sergeevich Gryaznov; Anatoly Ivanovich Shevchenko; Ivan Zakharovich Shatokha; Irina Rafailovna Fursa; Boris Solomonovich Korover; Georgy Andreevich Kotsjuba; Vladimir Ivanovich Babanin; Leonid Iosifovich Erkin; Boris Shmulevich Statnikov; Evgeny Anatolievich Permyakov; Viktor Grigorievich Ivanitsky; Vladimir Pavlovich Nosov
Original assignee: VOSTOCHNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY UGLEKHIMICHESKY INSTITUT (VUKHIN)
Current assignee: VOSTOCHNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY UGLEKHIMICHESKY INSTITUT (VUKHIN)
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1992-12-09
Anticipated expiration: 2007-05-21
Also published as: DE3783041D1; WO1988009362A1; ATE83261T1; EP0316450A1; EP0316450A4; JPH02500196A; BR8707754A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die kokschemische Produktion und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Gewinnung von Koks, der in der metallurgischen Industrie Anwendung findet.
Es ist ein Verfahren zur Koksgewinnung bekannt, das bis heute angewendet wird und in der Verkokung der zerkleinerten Einsatzkohle mit einer Ausgangsfeuchtigkeit von 8 bis 10% und der Abkühlung des gewonnenen Kokses im Naßlöschverfahren besteht.
Bei ausreichend hohen Vorräten an guten Kokskohlen und bei ausreichender Energie hat dieses herkömmliche Koksgewinnungsverfahren den Anforderungen der kokschemischen Industrie Rechnung getragen.
Die Erschöpfung der geologischen Vorräte an guten Kokskohlen stellte die Forderung nach einer Suche und Entwicklung neuer Technologien auf, die es gestatten, unter den Verhältnissen der Verschlechterung der Rohstoffbasis einen Koks zu gewinnen, der in seinen Qualitätscharakteristiken den Ansprüchen der metallurgischen Produktion gerecht wird.
Die Frage nach der Verwertung von Wärme, die bei nasser Abkühlung von Koks abgegeben wird, lenkt die Aufmerksamkeit der Kokschemiker seit über 40 Jahren auf sich, da bei einer solchen Abkühlung rund 350000-370000 kkal Wärme je Tonne Koks mit Wasserdämpfen in die Atmosphäre fortgetragen werden, was etwa 50% der für den Verkokungsprozeß benötigten Gesamtwärme ausmacht. ("Handbuch des Kokschemikers", herausgegeben von A.K. Shelkov, Bd. 2, 1965, S.173).
Die fortschrittlichste Technologie, die es gestattet, unter den Bedingungen der sich verschlechternden Rohstoffbasis der Verkokung, die Koksgüte zu verbessern, die Leistung der Koksofenbatterien zu steigern und den energetischen Aufwand zu senken, ist eine Technologie der Koksgewinnung, die die Wärmebehandlung der Einsatzkohle vor der Verkokung, die Verkokung der erhitzten Einsatzkohle und die Abkühlung des Kokses im Trockenlöschverfahren einschließt.
Das Wesen dieses Verfahrens besteht darin, daß die zerkleinerte Einsatzkohle mit einer Ausgangsfeuchtigkeit von 8 bis 10% in Reaktoren verschiedener Bauart (Trocknerrohr, Wirbelschicht, Serchar-Trockner, Wärmeaustauschtrommel u.ä.) im Strom eines gasförmigen Wärmeträgers der in einem gesonderten Aggregat (Feuerung) erzeugt, getrocknet und erhitzt wird und die erhitzte Einsatzkohle mit einer Temperatur von 120 bis 150 °C in die Kammern einer Koksofenbatterie aufgegeben wird, wo die Verkokung abläuft. (Zeitschrift "Glückauf", Nr. 6, 1973. Essen, BRD, Rode B., Beck K.-G., "Prakarbon - ein neues Verfahren zur Nutzung der vorerhitzten Kokskohle", S. 28 bis 39; Zeitschrift "Koks und Chemie", Nr. 9, 1975, Moskau, UdSSR, Babanin B.I. u.a. "Beherrschung der Tieftrocknung der Einsatzkohle in einer großtechnischen Versuchsanlage", S. 9-11).
Der in den Kokskammern erzeugte Koks mit einer Temperatur von 1000 bis 1050 °C wird in die Kammer einer Trockenlöschanlage geleitet, in der mit Hilfe eines inerten Mittlergases die Wärme des Kokses in einem Abhitzekessel verwertet wird. Der in diesem Ahitzekessel erzeugte Dampf dient für energetische Zwecke. ("Handbuch des Kokschemikers", herausgegeben von A.K. Shelkov, Bd. 2, 1965, S. 173 bis 175).
Ein solches Verfahren zur Koksgewinnung zeigte eine beträchtliche Effektivität. Dank der Wärmebehandlung der zerkleinerten Einsatzkohle wird deren Schüttdichte erhöht. Dies führte seinerseits zu der Erhöhung der Leistung der Koksofenbatterien und zu der Schaffung der Möglichkeit einer Erhöhung des Anteils an den Einsätzen der schwachbackenden Kohlen und letztenendes zu der Erweiterung der Rohstoffbasis für die Verkokung.
Überdies werden durch die Nutzung der thermisch behandelten Einsatzkohle die Verkokungsbedingungen verbessert, was zu einer Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Kornzusammensetzung des erzeugten Kokses und zur Erhöhung seiner mechanischen Festigkeit beiträgt. Die Kühlung des Kokses mit Gas unter nachfolgender Verwertung der Wärme gestattet es, Sekundärenergiequellen des Kokses auszunutzen.
Das isotherme Halten des Kokses bei einer Temperatur von 1000 °C im oberen Teil des Bunkers (Vorkammer) der Trockenlöschanlage führt zu einer Stabilisierung der Kokseigenschaften, und eine langsame Abkühlung (ohne Wärmestoß, wie dies bei Naßabkühlung der Fall ist) trägt zu einer Verbesserung der Festigkeitseigenschaften des Kokses bei und gewährleistet die Gleichmäßigkeit seiner Kornzusammensetzung.
Jedoch kamen bei der praktischen Durchführung einer solchen Technologie eine Reihe von Problemen zum Vorschein.
Bei der Wärmebehandlung der zerkleinerten Einsatzkohle mit gasförmigem Wärmeträger wird ein Teil der Einsatzkohle in Form eines feinen Kohlenstaubes mit dem verbrauchten Wärmeträger in die Atmosphäre ausgetragen und ein anderer Teil mit dem rückgeführten Wärmeträger in die Feuerung geleitet, wo er verbrennt.
Um eine Verschmutzung des Luftraumes zu vermeiden, soll der auszutragende Wärmeträger einer Naßreinigung unterworfen werden, und dies führt zur Bildung einer großen Menge chemisch verschmutzer Abwässer. Deswegen kann das Problem des Umweltschutzes nicht völlig beseitigt werden.
Bei der Erzeugung des Kokses in einer Koksofenbatterie, die aus 65 Kokskammern mit je 41,6 m³ Inhalt besteht, beträgt die Menge des verbrauchten Wärmeträgers etwa 50000 nm³/h, der 0,3% Kohlenoxid, das auch andere toxische Komponenten und mindestens 50 mg/nm³ feindispersen Kohlenstaub enthält.
Infolge eines Kontaktes zwischen den erhitzten Koks bei einer Temperatur von 1000 bis 1050 °C mit dem Gas im Abkühlstadium kommt es zum Koksabbrand.
Der erforderliche Einbau von Sonderanlagen zur Wärmebehandlung der Einsatzkohle und zur Abkühlung des Kokses sowie das Heranziehen von zusätzlichem Personal zur Bedienung dieser Anlagen führt zu einer beträchtlichen Erhöhung der Materialkosten.
Wenn das Verfahren zur Koksgewinnung, das die Wärmebehandlung der Einsatzkohle und die Abkühlung des Kokses im Trockenverfahren einschließt, auch ökonomisch vertretbar ist (dank einigen positiven Effekten), so wird eine breite Einführung dem Verfahrens in die industrielle Praxis durch das Vorhandensein der genannten Mängel dennoch verzögert und die Vorteile, die man erzielen kann, lassen sich nicht in vollem Maße realisieren.
Bekannt sind Verfahren zur Abkühlung von Koks, die auf der unmittelbaren Kontaktierung des heißen Kokses mit einem feindispersen Feststoff beruhen. So wird in der DE-PA 28 16 514 ein Verfahren zur Abkühlung von Koks mit hoher Temperatur in direktem Wärmeaustausch mit einem feindispersen Feststoff, insbesondere Sand, beschrieben. Das Wärmeaustauschverfahren ist mehrstufig, wobei als Wärmetauscher eine Trommel verwendet wird.
Der erhitzte feste feinkörnige Wärmeträger wird durch ein wärmeaufnehmendes Medium abgekühlt und zur Abkühlung des Kokses dem Kreislauf wieder zugeführt.
Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Abkühlung von Koks durch schichtweise Verkokung (DE-PS 3 110 191), bei dem der heiße Koks (900 bis 1100°C) in direktem Kontakt mit einem feindispersen Stoff abgekühlt wird, und zwar durch Kontaktierung mit nichtbackender vermahlener Kohle mit hohem Gehalt an Flüchtigstoffen in zwei oder mehr Stufen, wobei nach der ersten Wärmeaustauschstufe der Koks auf 650°C abgekühlt wird und nach jeder Wärmeaustauschstufe die Produkte aufgetrennt und den weiteren Verarbeitungsstufen zugeführt werden.
Ferner wird angegeben, daß nach der ersten Wärmeaustauschstufe die Produkte in Kornklassen von über 10 mm und unter 10 mm aufgeteilt werden, wobei die Korngröße von über 10 mm der nachfolgenden Wärmeaustauschstufe zugeführt wird und die Korngröße unter 10 mm aus der Anlage entfernt und entweder als staubförmiger Brennstoff oder als Magerungsmittel für fette Kohlen für verschiedene technologische Prozesse verwendet wird.
Die Beschreibung enthält auch einen indirekten Hinweis auf die Möglichkeit der Beeinflussung des Wärmeaustauschs. So heißt es in Spalte 3, Zeile 10 bis 14: "Die mehrstufige
Abkühlung des Kokses ist vorteilhaft und ermöglicht eine genaue Festlegung der Temperatur, je nach der weiteren Verwendung des Kokses, der zu erhitzenden Kohle und der freiwerdenden Gase."
Ferner ist in Spalte 4, Zeile 33-44 angegeben, daß die Eigenschaften des erhaltenen Magerungsmittels (feinkörniger Schwelkoks) von folgenden Parametern abhängen und sich dementsprechend ändern können:

Unterschiedliche Endtemperaturen des Produktes am Austritt aus den Wärmetauschern;
Verweildauer des Schwelkokses im Wärmetauscher;
Verhältnis zwischen heißem Schichtkoks und feindisperser Kohle.

In diesem Zusammenhang ist die Lösung der obengenannten Probleme, die den bekannten Verfahren der Wärmebehandlung der Einsatzkohle und der Abkühlung des Kokses eigen sind, von ziemlich aktueller Bedeutung.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zur Koksgewinnung zu entwickeln, das unter den Bedingungen einer erweiterten Verkokungsrohstoffbasis es gestattete, die Leistung des Verfahrens zu erhöhen, die Koksverluste zu beseitigen, die Menge der in die Umwelt auszuwerfenden schädlichen Stoffe zu vermindern und es zu vereinfachen und zu verbilligen.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Koksgewinnung in Kammeröfen durch Abkühlung des heißen Kokses durch direkte Kontaktierung mit feinverteilter Kohle und nachfolgende Abtrennung des abgekühlten Kokses gelöst, wobei man den Koks aus der Kokskammer auf eine Temperatur von 150 bis 250°C in einem einstufigen direkten Kontakt mit dem feuchten, backende Kohle enthaltenden Einsatz bei stabilisierten Temperaturbedingungen für den Wärmeaustausch zwischen dem Koks und der Kohle abkühlt, nach Beendigung des Wärmeaustausches das Kohle-Koks-Gemisch in Koks und Einsatzkohle trennt und die Kokskammer mit der Einsatzkohle beschickt.
Es empfiehlt sich, die Wärmebehandlung der zerkleinerten Einsatzkohle durch Vermischen mit Koks bei 600 bis 1050°C bei einem Massenverhältnis der Einsatzkohle zu Koks von 1,3 bis 2,6:1 im Gleichstrom durchzuführen. Dabei wird der Koks auf 150 bis 250°C abgekühlt und die Einsatzkohle auf 120 bis 240°C erhitzt.
Es empfiehlt sich, den Koks mit einer Stückgröße von nicht weniger als 10 mm zu verwenden. Dies trägt zu seiner besseren und vollständigeren Ausscheidung bei der Trennung des Kohle-Koks-Gemisches nach dem Wärmeaustausch bei.
Vorzugsweise arbeitet man so, daß man den heißen Koks aus der Kokskammer nach Größenklassen auftrennt und den Koks mit einer Stückgröße von über 10 mm in einem einstufigen direkten Kontakt mit dem feuchten, backende Kohle enthaltenden Einsatz auf 150 bis 250°C abkühlt.
Es ist weiterhin bevorzugt, die Direktkontaktierung des heißen Kokses mit dem feuchten Kohleeinsatz unter Zufuhr von 10 bis 80 kg Wasser pro Tonne Ausgangskohle durchzuführen.
Schlußendlich ist es vorteilhaft, die Bedingungen für die Direktkontaktierung zwischen heißem Koks und Kohleeinsatz aufgrund des Verhältnisses der technischen Parameter von heißem Koks und Kohle und den Abmessungen der Wärmeaustauschtrommel so einzustellen, daß folgende Verhältnisse eingehalten werden:

$F_{r} = 0,15 - 0,2$

$P = (1,5 - 10) x 10⁻⁶,$

$α = 0,15 - 0,4$

worin

F_r: das Verhältnis des Produkts der Quadrate der Drehzahl und des Durchmessers des Wärmeaustauschers zu dem Produkt der Fallbeschleunigung und des Durchmessers der durchschnittlichen Größe der Koksstücke bedeutet;
P: das Verhältnis des Produkts der Drehzahl des Wärmeaustauschers und der Belastung des Kohleeinsatzes zum Produkt des Durchmessers, der Länge des Wärmeaustauschers, der Schüttdichte des Kohleeinsatzes und der Fallbeschleunigung bedeutet;
α: den Füllfaktor des Wärmeaustauschervolumens bedeutet.

Es empfiehlt sich, die gewonnene erhitzte Einsatzkohle nach deren Trennung vom Koks in zwei Fraktionen zu trennen, und zwar: in eine Fraktion mit einer Stückgröße von weniger als 3 mm und in eine Fraktion mit einer Stückgröße von mehr als 3 mm, die Fraktion der Einsatzkohle mit der Stückgröße von mehr als 3 mm wird zerkleinert, bis man Teilchen mit einer Größe von weniger als 3 mm erhält, dann vermischt man sie mit der früher ausgeschiedenen Einsatzkohle mit der Stückgröße von weniger als 3 mm und leitet dieses Gemisch zur Verkokung weiter. Dies trägt zu einer Verbesserung der technologischen Eigenschaften der Einsatzkohle und zur Erhöhung der Güte des daraus gewonnenen Kokses bei.
Im Falle einer Feuchtigkeitsschwankung der Ausgangseinsatzkohle wird deren Vermischung mit dem erhitzten Koks im Beisein von Wasser durchgeführt, das in einer Menge von 10 bis 80 kg je Tonne Ausgangseinsatzkohle eingeführt wird. Dies stabilisiert die Temperatur der Erwärmung der Einsatzkohle.
Für die Vermischung der Ausgangseinsatzkohle mit dem erhitzten Koks wird als Wärmeaustauscher eine rotierende Trommel bei F_r = 0,015 bis 0,2 bevorzugt, wo F_r -- Verhältnis des Produkts der Quadrate der Rotationsgeschwindigkeit und des Durchmessers des Wärmeaustauschers zu dem Produkt der Beschleunigung des freien Falls und des Durchmessers der durchschnittlichen Größe eines Koksstücks; bei P = (1,5 bis 10)· 10⁻⁶, wo P - Verhältnis des Produkts der Rotationsgeschwindigkeit des Wärmeaustauschers und der Belastung nach Einsatzkohle zu dem Produkt des Durchmessers, der Länge des Wärmeaustauschers, der Schüttdichte der Einsatzkohle und der Beschleunigung des freien Falls; bei α = 0,15 bis 0,4, wo α - Füllgrad des Wärmeaustauschervolumens. Dies erhöht die Wirksamkeit des Wärmeaustausches zwischen der Einsatzkohle und dem Koks, vermindert die Abreibbarkeit der Koksstücke und vermeidet die Überhitzung kleiner Teile der Einsatzkohle.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, die Investitionsintensität zu senken, die Arbeitsleistung zu steigern, die Verluste der Kokskohle und des Kokses zu reduzieren, die Umweltverschmutzung wesentlich zu vermindern und die Koksgüte zu verbessern.
Die Senkung der Investitionsintensität und die Steigerung der Arbeitsleistung wird erreicht durch die Vereinigung der Wärmebehandlung der Einsatzkohle und der Abkühlung des Kokses zu einem Prozeß.
Dank dieser Vereinigung wird anstatt von zwei Anlagen bei dem bekannten Verfahren, das in der Anlage der Wärmebehandlung der Einsatzkohle und der Trockenlöschanlage für Koks realisiert wird, nur eine Anlage benötigt.
Die Senkung der Verluste der Kokskohle und des Kokses bei dem genannten Verfahren wird dadurch erreicht, daß in diesem Falle die Bedingungen ausgeschlossen werden, die bei den bekannten Verfahren zum Abbrand von Einsatzkohle und Koks führten.
Die Verminderung der Umweltverschmutzung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist darauf zurückzuführen, daß es bei diesem Verfahren keinen gasförmigen Wärmeträger gibt, den man in die Atmosphäre auszuwerfen hätte. Bei diesem Verfahren werden in die Atmosphäre nur Wasserdämpfe ausgeworfen, die sich durch Verdampfung der in der Einsatzkohle enthaltenen Feuchtigkeit bilden.
Die genannten und weitere Vorteile der Erfindung werden verständlich aus folgender ausführlicherer Beschreibung des Verfahrens.
Der aus einer Koksofenbatterie kommende glühende Koks wird in einen Speicherbunker geleitet, wo sich der Koks bei einer Temperatur von 1000 bis 1050 °C während einer bestimmten Zeit unter den isothermen Bedingungen befindet. Dies trägt zu einer Stabilisierung der Temperaturen über das gesamte Koksvolumen, dem Verlauf der isothermen Reaktionen und der Verfestigung des Kokses bei.
Aus dem Speicherbunker wird der Koks einem Separator zugeführt; in dem er in zwei Klassen getrennt wird, in Kleinkoks mit einer Stückgröße von weniger als 10 mm und in den Stückkoks mit einer Stückgröße von mehr als 10 mm. Der Kleinkoks (4 bis 8% der Gesamtmenge) wird zur Abkühlung nach einem beliebigen Verfahren (Naßverfahren, Verdampfungsverfahren, konduktiver Wärmeaustausch) geleitet. Aus dem Separator wird der Stückkoks mit einer Temperatur von 600 bis 1050 °C in einen Wärmeaustauscher geleitet. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Wärmeaustauscher einer beliebigen Konstruktion verwendet werden, bei dem es möglich ist, die Einsatzkohle und den Koks zu vermischen, z.B., ein Wärmeaustauscher mit rotierender Trommel u.ä. Aus einem Bunker gelangt die Ausgangseinsatzkohle in einem Massenverhältnis zum Koks von 1,3 bis 2,6:1 in Abhängigkeit von den Anforderungen an die Endtemperatur der Einsatzkohlenerwärmung in den Wärmeaustauscher. Die Einsatzkohle und der erhitzte Stückkoks werden in diesem Wärmeaustauscher miteinander vermischt; dank einer Differenz der wärmeabgebenden und der wärmeaufnehmenden Flächen und der Abschirmwirkung der Feuchte der Einsatzkohle kommt es zu einer Abkünlung des Stückkokses auf eine Temperatur von 150 bis 250 °C und zu gleichzeitiger Erhitzung der Einsatzkohle aus eine Temperatur von 120 bis 240 °C. Die Erhitzung der Einsatzkohle und die Abkühlung des Kokses gehen relativ langsam vor sich (5 bis 7 min). Deshalb geht die Erhitzung der polydispersen Masse der Einsatzkohle gleichmäßig genug, ohne Teilchenerwärmung, Kohlenzerlegung und deren Aufkokung an der Koksoberfläche vor sich hin. Dies trägt zur Aufrechterhaltung der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Einsatzkohle und deren Zusammenbackens bei.
Der sich relativ langsam abkühlende Stückkoks wird keinem Wärmestoß ausgesetzt, wie dies bei Abkühlung nach dem Naßlöschverfahren der Fall ist. Dadurch wird eine große Gleichmäßigkeit der Körnungszusammensetzung des Kokses gewährleistet und dessen Festigkeit erhöht.
Bei der Vermischung mit der Einsatzkohle während des Wärmeaustauschs wird der Koks einer sanften mechanischen Behandlung unterworfen, die ebenfalls zu einer besseren Festigkeit des Kokses beiträgt. Nach Beendigung des Wärmeaustauschs wird das Kohle-Koks-Gemisch einer Separation nach Stückgröße in einem Separator, z.B. auf einem Siebrost, unterworfen. Da der am Wärmeaustausch teilnehmende Koks aus Stücken von einer Größe von mehr als 10 mm besteht und die Einsatzkohle durch Teilchen von einer Größe von weniger als 10 mm vertreten ist, wird bei der Separierung die erhitzte Einsatzkohle vom Koks vollständig getrennt.
Während des Vermischens gelangt infolge der mechanischen Behandlung ein Teil des Kleinkokses in die Einsatzkohle. Dies wirkt sich jedoch nicht nachteilig auf ihre technologischen Eigenschaften aus.
Nach dem Verlassen des Separators wird der abgekühlte Stückkoks als Endprodukt zu einer Sortieranlage und die erhitzte Einsatzkohle zu einem Separator geleitet. In diesem Separator wird die Einsatzkohle in zwei Fraktionen mit einer Stückgröße von weniger als 3 mm und mit einer Stückgröße von mehr als 3 mm getrennt. Die Einsatzkohle mit einer Stückgröße von weniger als 3 mm wird zur Verkokung in die Koksofenbatterie geleitet und die Teilchen der Einsatzkohle mit einer Größe von mehr als 3 mm zur Zerkleinerung einem Brecher zugeführt. Die Zerkleinerung bezweckt die Gewinnung der Teilchen mit einer Größe von weniger als 3 mm. Diese zerkleinerte Einsatzkohlefraktion wird dem gemeinsamen Einsatzkohlenstrom zugeführt, der zur Verkokung in die Koksofenbatterie geleitet wird.
Als technologiebedingte Ausscheidungen des erfindungsgemäßen Koksgewinnungsverfahrens im Stadium der Abkühlung des Kokses und der Wärmebehandlung der Einsatzkohle ist Wasserdampf zu nennen, der sich bei der Erhitzung der Einsatzkohle bilden, dieser Wasserdampf wird in einen Staubabscheider geleitet, dem Wasser zugeführt wird. Der aus dem Wärmeaustauscher austretende Wasserdampf nimmt einen Teil von Kohlenstaub mit, der leicht in einem Staubabscheider abgeschieden und als Trübe in den Wärmeaustauscher zusammen mit der Ausgangseinsatzkohle zurückgeführt wird.
vom Staub gereinigte Wasserdampf wird in die Atmosphäre ausgestoßen. Der Gehalt an schädlichen Stoffen in diesem Dampf ist nicht hoch und führt zu keiner Verschmutzung der Umwelt, wie dies bei dem bekannten Verfahren der Koksgewinnung der Fall ist, das die Wärmebehandlung der Einsatzkohle mit einem gasförmigen Wärmeträger und die Abkühlung des Kokses nach dem Trockenlöschverfahren einschließt.
Im Ergebnis der Beseitigung der Feuchtigkeit aus der Einsatzkohle und teilweise infolge des Eindringens das Kleinkokses in die Einsatzkohle während des Wärmeaustausches erhöht sich die Schuttdichte der Einsatzkohle, verbessern sich die Verkokungsbedingungen und verkürzt sich die Verkokungszeit, d.h., es steigt die Geschwindigkeit des Prozesses.
Die Erhöhung der Schüttdichte der Einsatzkohle und die Erhöhung der Verkokungsgeschwindigkeit führen zu einer 40%igen Erhöhung der Leistung der Koksofenbatterie und trägt zu einer Verbesserung der Koksgüte im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren bei.
Bei Vermischen der Einsatzkohle mit dem Koks gelangt in die Einsatzkohle der Kleinkoks in einer Menge von 1,2 bis 1,5%, der wie bereits oben erwähnt wurde, zu keiner Verschlechterung der technologischen Eigenschaften der Einsatzkohle führt, sondern im Gegenteil, die Schüttdichte der Einsatzkohle erhöht, und bei dessen Rücklauf zusammen mit der Einsatzkohle zur Verkokung eine Erhöhung der Ausbeute des Huttenkokses fördert.
Gemäß der Erfindung dient bei dem vorliegenden Verfahren Stückkoks als Wärmeträger, der nach dem Wärmeaustausch in die Hüttenproduktion geleitet wird. Deswegen braucht der verbrauchte Wärmeträger nicht ausgelassen zu werden, wie dies bei der bekannten Technologie der Wärmebehandlung der Einsatzkohle mit einem gasförmigen Wärmeträger der Fall ist.
Die Feuchtigkeit der Ausgangseinsatzkohle und deren Anfangstemperatur können in Abhängigkeit von den Temperaturschwankungen der Umgebung geändert werden. Dabei ändern sich wärmephysikalische Kennwerte des Materials, die zu Endtemperaturschwankungen der Abkühlung des Kokses und der Erhitzung der Einsatzkohle führen können.
Um die Temperatur der Einsatzkohlenerhitzung und der Koksabkühlung stabilisieren zu können, wird in den Wärmeaustauscher Wasser in einer Menge von 5 bis 50 kg je Tonne Koks gegeben. Das Wasser wird auf 1/3 Länge des Wärmeaustauschers in seinem Endteil gegeben. Durch Vermeidung einer Überhitzung der Einsatzkohle und durch Stabilisierung deren Werte wird die Qualität des daraus herzustellenden Kokses verbessert.
Als die beste Ausführungsform der Erfindung gilt die Variante, bei der der glühende Koks bei einer Temperatur von 600 bis 1050 °C im Separator in Kleinkoks mit einer Größe von weniger als 25 mm und Stückkoks mit einer Große von mehr als 25 mm getrennt wird. Als Wärmeaustauscher wird eine Drehtrommel verwendet. Dabei wird eine gleichmäßige Vermischung der Ausgangseinsatzkohle und des Kokses im Gleichstrombetrieb erzielt. Es wird bei solchen Werten der relativen Drehgeschwindigkeit der Trommel, der Belastung der transportierenden Fläche und des Füllgrades des Trommelvolumens gearbeitet, daß die Beziehungen:
F_r (Froude-Zahl), P und α gleichzeitig eingehalten werden.

α = 0,15 bis 0,4, worin

F_r: - Froude-Zahl
P: - Volumenbelastung der Einsatzkohle auf die transportierende Trommelfläche;
n: - Trommeldrehzahl;
D: - Trommeldurchmesser
L: - Trommellänge
G: - Belastung nach der Einsatzkohle
ρ: - Schüttdichte der Einsatzkohle
g: - Fallbeschleunigung
d: - Durchschnittsdurchmesser der Koksstücke
α: - Trommelfüllfaktor.

Unter diesen Bedingungen steigt die Effektivität des Wärmeaustauschs in einer geringeren Zeit des Kontaktes zwischen der Einsatzkohle und dem Koks an, was zu einer gleichmäßigeren Durchwärmung der Kohleteilchen und zur Abkühlung der Koksstücke führt. Dabei werden die Koksstücke einem geringeren Abrieb ausgesetzt, und als Folge davon gelangt in die Einsatzkohle weniger Kleinkoks.
Beim Übertritt der Beziehungen F_r, P und α über die Grenzen, die durch die Erfindung festgelegt sind, verlängert sich die Zeit des Kontaktes der Einsatzkohle mit dem Koks, erhöht sich die Menge des in die Einsatzkohle gelangenden Kleinkokses, was zur Verschlechterung der technologischen Eigenschaften der Einsatzkohle, Verminderung der Festigkeitswerte des Kokses und Erhöhung der spezifischen Auswürfe toxischer gasförmiger Komponenten, die der auszuwerfende Dampf enthält, führt.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der bevorzugten Ausführungsform gestattet es, die Festigkeitseigenschaften des Kokses wesentlich zu verbessern und das Volumen an schädlichen Auswürfen in die Atmosphäre um 15 bis 20% im Vergleich zu den anderen Formen der Prozeßführung zu vermindern.
Wie aus der ausführlichen Beschreibung der Erfindung und aus ihrer bevorzugten Ausführungsform zu ersehen ist, geht die Wärmebehandlung der Einsatzkohle gleichzeitig mit der Abkühlung des Kokses vor sich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfacher und erfordert für seine Durchführung einen geringeren Investitionsaufwand als das bekannte Verfahren, welches die Wärmebehandlung der Einsatzkohle mit einem gasförmigen Wärmeträger und die Abkühlung des Kokses nach dem Trockenlöschverfahren als gesonderte Stufen einschliesst.
Da der aus Koksöfen anfallende Koks als Wärmeträger dient, ist der Energieaufwand, der für die Erzeugung des Wärmeträgers benötigt wird, (wie dies bei Anlagen zur Erhitzung der Einsatzkohle mit einem gasförmigen Wärmeträger der Fall ist) ausgeschlossen und es besteht kein Bedarf an einem Zwischenmittel zur Abkühlung des Kokses, wie dies bei den Trockenlöschanlagen üblich ist.
Überdies schließt die Erfindung einen Auswurf des verbrauchten Wärmeträgers in die Umgebung und folglich deren Verschmutzung aus.
Die Erhöhung der Schüttdichte der erhitzten Einsatzkohle und die Erhöhung der Verkokungsgeschwindigkeit gestattet es, die Leistungsfähigkeit des Verfahrens zur Koksgewinnung im Vergleich zu der herkömmlichen Technologie um 40% zu erhöhen, indem man dabei bis zu 70% schwach backender Kohlen praktisch ohne Verschlechterung der Koksgüte verwendet.
Die Gütekennwerte des erzeugten Kokses befinden sich auf demselben Qualitätsniveau wie bei dem bekannten Verfahren, das die Wärmebehandlung der Einsatzkohle mit einem gasförmigen Wärmeträger und die Abkühlung des Kokses nach dem Trockenlöschverfahren einschließt.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Koksgewinnung gegenüber den bekannten Verfahren besteht somit in einer beträchtlichen Verminderung der schädlichen Auswürfe in die Umgebung, in einer Senkung des Material- und Energieaufwandes sowie in einer bedeutenden Vereinfachung des Verfahrens und in einer Erhöhung der Produktivität des Prozesses. Dank einem vereinfachten technologischen Schema kann das Verfahren unter industriellen Bedingungen leicht realisiert werden. All das zeichnet das erfindungsgemäße Verfahren kommerziell günstig im Vergleich zu den bekannten Verfahren aus.
Zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden Beispiele für die konkrete Durchführung des Verfahrens zur Koksgewinnung unter Bezugnahme auf die Zeichnung angeführt.

Beispiel 1.

Der Vorratsbunker wird mit 15400 kg Koks bei einer Temperatur von 800 °C beschickt.
Im Separator wird der Koks in Kleinkoks (1100 kg) mit einer Stückgröße von weniger als 25 mm, was rund 7% ausmacht, und in Stückkoks (14300 kg) mit einer Stückgröße von mehr als 25 mm getrennt.
Ein anderer Vorratsbunker wird mit 20100 kg zerkleinerter Einsatzkohle mit einer Ausgangsfeuchtigkeit von 9% beschickt. Stückkoks und Einsatzkohle werden in den Wärmeaustauscher geleitet, wo sie im Gleichstrom in einem Verhältnis von 1:1,4 miteinander vermischt werden. Die Wärmeaustauschdauer beträgt 408 s. Die aus dem Wärmeaustauscher austretenden Dämpfe werden im Staubabscheider, dem Wasser zugeführt wird, im Naßbetrieb entstaubt und nach ihrer Reinigung in die Atmosphäre ausgetragen. Aus dem Staubabscheider wird das Wasser zusammen mit Staub in Form von Trübe zur Vermischung mit der Einsatzkohle geleitet. Die zur Entstäubung gelangende Wassermenge betrug für den ganzen Zyklus 162 kg.
Nach Beendigung des Wärmeaustauschs wird das Kohle-Koks-Gemisch im Separator in Koks und Einsatzkohle getrennt. Die Temperatur, auf die die Einsatzkohle am Austritt aus dem Wärmeaustauscher erhitzt wurde beträgt 160 °C. Die Menge an Einsatzkohle, die den Wärmeaustauscher verließ, beträgt 18600 kg. Durch eine Analyse wurde ermittelt, daß die erhitzte Einsatzkohle 1,6% Kleinkoks, der sich während des Wärmeaustauschprozesses gebildet hat, enthält.
Die Güte der erhitzten Einsatzkohle zeichnet sich durch folgende Kennwerte aus:

Ausbeute an flüchtigen Bestandteilen V^daf 29,3%

Dicke der plastischen Schicht Y 13,8 mm

Aufschwellindex I 25,3%

Schüttdichte ρ 860 kg/m³
Die Temperatur, auf die der aus dem Wärmeaustauscher austretende Koks abgekühlt worden ist, beträgt 200 °C.
Die Koksverluste bei der Abkühlung nach dem vorliegenden Verfahren gibt es praktisch nicht.
Die Wärmeverluste betragen 5%.
Die summarischen Auswürfe an toxischen gasförmigen Komponenten, die der auszuwerfende Dampf enthält, betragen 167 g/t Koks.
Die erhitzte Einsatzkohle mit einer Temperatur von 160 °C wird zur Verkokung in die Koksofenbatterie geleitet.
Die nach der Verkokung erzeugte Koksmenge beträgt 14510 kg, was einer Koksausbeute von 78% bezogen auf die Einsatzkohle entspricht.
Die Güte des Kokses wird durch folgende Kennwerte charakterisiert:

Festigkeit M25 89,0

Abreibbarkeit M10 7,0
Im Vergleich zu dem bekannten Verfahren, das die Wärmebehandlung der Einsatzkohle mit einem gasförmigen Wärmeträger und die Abkühlung des Kokses nach dem Trockenlöschverfahren einschließt, gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren:

eine um 1,2% höhere Koksausbeute aus der Einsatzkohle
einen um 50 bis 60% geringeren Auswurf von toxischen Stoffen
einen um 43% geringeren Materialaufwand für die Realisierung des Prozesses.

Beispiel 2.

Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 1 durchgeführt.
Der Vorratsbunker wird mit 8700 kg Koks mit einer Temperatur von 1000 °C beschickt.
Im Separator wird der Koks in Kleinkoks (600 kg) mit einer Stückgröße von weniger als 25 mm, was 7% ausmacht, und in Stückkoks (8100 kg) mit einer Stückgröße von mehr als 25 mm getrennt.
Der Speicherbunker wird mit 20200 kg zerkleinerter Einsatzkohle mit einer Ausgangsfeuchtigkeit von 9% beschickt.
Der Stückkoks und die Einsatzkohle werden in den Wärmeaustauscher geleitet, wo sie im Gleichstrom in einem Verhältnis von 1:2,5 miteinander vermischt werden.
Die Zeitdauer des Wärmeaustauschs beträgt 365 s.
Die Wasserdämpfe werden, wie im Beispiel 1, nach dem Entstauben in die Atmosphäre ausgetragen. Die zur Enstaubung gelangende Wassermenge beträgt 163 kg.
Die Temperatur der Einsatzkohlenerwärmung beträgt 150 °C. Die Einsatzkohlenmenge nach dem Wärmeaustausch beträgt 18600 kg, die Kleinkoksmenge 1,2%.
Die Güte der erhitzten Einsatzkohle zeichnet sich durch folgende Kennwerte aus:

Ausbeute an flüchtigen Bestandteilen V^daf 30,0

Dicke der plastischen Schicht Y 14,0

Aufschwellindex I 27,1

Schüttdichte ρ 860 km/m³
Die Temperatur der Koksabkühlung beträgt 170°C.
Die Wärmeverluste betragen 5%.
Die summarischen Auswürfe an schädlichen Stoffen betragen 160 g/t Koks.
Die Koksverluste fehlen praktisch.
Die Menge an erzeugtem Koks beträgt 14510 kg, was 78% der Einsatzkohle entspricht.
Die Güte des Kokses wird durch folgende Kennwerte charakterisiert:

Festigkeit M25 89,2%

Abreibbarkeit M10 6,9%.
Die erhitzte Einsatzkohle mit einer Temperatur von 150 °C wird zur Verkokung in die Koksofenbatterie 1 geleitet.

Beispiel 3.

Der Prozeß wird ähnlich wie im Beispiel 1 sowohl in bezug auf die Wärmebehandlung der Einsatzkohle, als auch auf die Koksmenge und auf das zwischen ihnen vorgegebene Verhältnis geführt.
Der Unterschied besteht jedoch darin, daß die Wärmebehandlung der Einsatzkohle und die Abkühlung des Kokses unter Einführung in den Wärmeaustauscher von zerstäubtem Wasser in einer Menge von 19 kg je Tonne Einsatzkohle geführt wird.
Als Ergebnis beträgt die Temperatur der Erhitzung der Einsatzkohle 140 °C und die des abgekühlten Kokses 180 °C.
Die erhitzte Einsatzkohle wird durch folgende Kennwerte charakterisiert:

Ausbeute an flüchtigen Bestandteilen V^daf 29,6%

Dicke der plastischen Schicht Y 14,5 mm

Aufschwellindex I 30,0%

Schüttdichte ρ 860 kg/m³
Die Gute des Kokses nach der Verkokung der erhitzten Einsatzkohle wird durch folgende Kennwerte charakterisiert:

Festigkeit M25 89,6%

Abreibbarkeit M10 6,9%.
Die erhitzte Einsatzkohle mit einer Temperatur von 140 °C wird zur Verkokung in die Koksofenbatterie 1 geleitet.

Beispiele 4 bis 7.

Das Verfahren wird ähnlich in den Beispielen 1 bis 3 durchgeführt. Zur Vermischung der Einsatzkohle wird ein Trommelwärmeaustauscher verwendet, bei dem die Länge und das Durchmesser der Wärmeaustauschzone 1,6 und 6 m entsprechend betragen.
Die Temperatur des zur Erhitzung der Einsatzkohle verwendeten Kokses beträgt 970 °C.
Das Massenverhältnis von Einsatzkohle und Koks zueinander, die in den Wärmeaustauscher gelangen, beträgt 2,5:1.
Die Bedingungen der Prozeßführung nach den genannten Beispielen und deren Ergebnisse sind in einer Tabelle zusammengefaßt.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung kann in der kokschemischen Produktion zur Gewinnung des in der metallurgischen Industrie verwendeten Kokses realisiert werden.

Claims

Verfahren zur Koksgewinnung in Kammeröfen durch Abkühlung des heißen Kokses durch direkte Kontaktierung mit feinverteilter Kohle und nachfolgende Abtrennung des abgekühlten Kokses, dadurch gekennzeichnet, daß man den Koks aus der Kokskammer auf eine Temperatur von 150 bis 250°C in einem einstufigen direkten Kontakt mit dem feuchten, backende Kohle enthaltenden Einsatz bei stabilisierten Temperaturbedingungen für den Wärmeaustausch zwischen dem Koks und der Kohle abkühlt, nach Beendigung des Wärmeaustausches das Kohle-Koks-Gemisch in Koks und Einsatzkohle trennt und die Kokskammer mit der Einsatzkohle beschickt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den heißen Koks aus der Kokskammer nach Größenklassen auftrennt und den Koks mit einer Stückgröße von über 10 mm in einem einstufigen direkten Kontakt mit dem feuchten, backende Kohle enthaltenden Einsatz auf 150 bis 250°C abkühlt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Direktkontaktierung des heißen Kokses mit dem feuchten Kohleeinsatz unter Zufuhr von 10 bis 80 kg Wasser pro Tonne Ausgangskohle durchführt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bedingungen für die Direktkontaktierung zwischen heißem Koks und Kohleeinsatz aufgrund des Verhältnisses der technischen Parameter von heißem Koks und Kohle und den Abmessungen der Wärmeaustauschtrommel so einstellt, daß folgende Verhältnisse eingehalten werden:

$F_{r} = 0,15 - 0,2$

$P = (1,5 - 10) x 10⁻⁶,$

$α = 0,15 - 0,4$

worin
F_r das Verhältnis des Produkts der Quadrate der Drehzahl und des Durchmessers des Wärmeaustauschers zu dem Produkt der Fallbeschleunigung und des Durchmessers der durchschnittlichen Größe der Koksstücke bedeutet;

P das Verhältnis des Produkts der Drehzahl des Wärmeaustauschers und der Belastung des Kohleeinsatzes zum Produkt des Durchmessers, der Länge des Wärmeaustauschers, der Schüttdichte des Kohleeinsatzes und der Fallbeschleunigung bedeutet;

α den Füllfaktor des Wärmeaustauschervolumens bedeutet.