EP2766453A1 - Verfahren zur trockenen kühlung von koks mit wasserdampf mit anschliessender verwendung des erzeugten synthesegases - Google Patents

Verfahren zur trockenen kühlung von koks mit wasserdampf mit anschliessender verwendung des erzeugten synthesegases

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EP2766453A1
EP2766453A1 EP12772878.0A EP12772878A EP2766453A1 EP 2766453 A1 EP2766453 A1 EP 2766453A1 EP 12772878 A EP12772878 A EP 12772878A EP 2766453 A1 EP2766453 A1 EP 2766453A1
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EP
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coke
gas
cooling
dry cooling
quenching
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12772878.0A
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Inventor
Holger Thielert
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2766453A1 publication Critical patent/EP2766453A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Definitions

  • the invention relates to a method for the dry cooling of coke with steam with subsequent use of the synthesis gas generated, in which the coal is coked to coke and the coke is discharged after discharge of the coke oven in a cooling device, and in the cooling device for dry cooling steam is introduced, so that by a water gas reaction synthesis gas, which is composed of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ), is formed, and the synthesis gas produced is fed to a further use.
  • a water gas reaction synthesis gas which is composed of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 )
  • CO carbon monoxide
  • H 2 hydrogen
  • coke oven batteries or coke oven benches which are constructed from conventional coke oven chambers or from coke oven chambers of the "heat recovery” or “non-recovery” type.
  • coke oven chambers In conventional coke oven chambers, the coking gas is collected and processed while the coking gas is burned in coke oven benches of the "heat recovery” or “non-recovery” type in the coke oven to heat the coke oven.
  • the heating of the coke oven is carried out in many embodiments in several stages in a gas space above the coke cake and in a coke oven sole below the coke oven chamber.
  • the coking takes place cyclically, the cycles being formed by the processes loading - coking - unloading - deleting.
  • the coke is expressed after coking from the coke oven chamber, where it has a temperature of about 1100 ° C.
  • the expression takes place in a fire truck, which receives the coke cake and transported to an extinguishing device. In many embodiments, this is a wet-quench tower which sprinkles the coke cake with water, which vaporizes and cools the coke cake to a temperature below the ignition temperature of the coke, so that it can be safely transported in the air.
  • the temperature of the coke is distributed unevenly in the coke cake after extinguishing, but is usually less than 100 ° C.
  • An embodiment of a wet quench tower is DE19614482C1.
  • This teaching teaches a plant for wet-quenching hot coke in a process for coking coal with a coke sluice and a coke transfer tube arranged in a quench tower with a water supply device.
  • the cuff fits on the other side on a coke breech, which is equipped at the lower end with a Koksauslassvorraum and Wasserauslassklappen.
  • the water supply system is located directly on the transfer collar and discharges into the coke quench truck, which can be watertight shut off, and is equipped with a control system which keeps the coke exhaust flaps closed watertight during the water supply and opens the water outlet flaps upon completion of the water addition. When extinguished with water, all the heat energy stored in the coke cake is lost unused.
  • WO9109094B1 describes a process for Kokrockrockkühlung in a cooling chamber by means of recycled cooling gas, with which the speed of the coming out of the coke gas is adjustable so that the grain size of the entrained coke dust particles is less than 3 mm, and the grain size the entrained coke dusts when the hot cooling gas enters the waste heat boiler is less than 1 mm, in which this gas is passed through a device consisting of a cooling chamber and an antechamber having a round, approximately equal cross-section and a cylindrical outer metal sheath, and in particular, the ceiling of the cooling chamber is arranged obliquely so that it rises to the hot gas channel, so as to increase the cross section of the gas ring channel above the Kokschafscheschung so far that the gas velocity of the hot cooling gases during cooling is adjustable so that it almost over the circumference remains the same.
  • WO8602939A1 describes a method for dry coke cooling by means of cooling gas, wherein the coke and the cooling gas in countercurrent by a two-stage Cooling tank are passed, the cooling in the first stage to coke temperatures of about 800 ° C and the guided through the second cooling stage cooling water contains water vapor, so that a direct coupling of the cooling gas circuit with a thermal treatment step, in which water vapor is added, so that substantially no coke burnup is present, which is achieved in that the cooling in the first cooling stage takes place exclusively by indirect heat exchange of the coke with a cooling medium through heat exchanger walls and the cooling in the second stage exclusively by the water vapor-containing cooling gas.
  • EP0317752A2 describes a method of improving the performance of coke dry cooling plants by breaking hot coke before entering the cooling shaft.
  • DE3030969A1 describes a method for the dry cooling of hot raw coke, which is pressed out of the chambers of a coke oven battery and discharged in a cooling chamber where it is cooled by direct or indirect contact or both with a coolant, so that the raw coke before entering the Cooling chamber is pre-classified in two or more grain classes and the individual grain classes are subjected to the cooling in separate cooling chambers.
  • DE2435500A1 describes a process for the preheating of coking coal using superheated waste heat which is produced in a dry coker by the coke at its highest temperature level releasing some of its heat to the walls of a steam jacket.
  • DE3217146A1 describes a device for the dedusting of recycle gas Kokstrockenkühlstrom in which the gas inlet channel and the gas outlet channel are arranged at right angles to each other, wherein the gas outlet channel with conical extension directly with the inlet opening of the integrated in the gas cycle waste heat boiler is connected and on the gas inlet passage opposite side is arranged a dust collecting space with an inclined dust discharge surface.
  • the above methods and embodiments thereof have the disadvantage that the heat of the coke is either not recovered when extinguishing, or the heat of the coke can be recovered only with a poor efficiency, since when cooling a large volume of gas is produced must be performed by a heat recovery system, so that cooling is technically difficult or not economical. For that reason, it would be an advantage pressed coke to use existing heat through an endothermic chemical reaction that provides this energy in a chemical form.
  • a suitable endothermic chemical reaction is the water gas reaction with the associated water gas balance.
  • steam (H 2 O) is passed through the hot coke, which reacts with the water vapor (H 2 O) to form hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO).
  • This reaction is endothermic and is:
  • GB347601A describes a process for the preparation of a gas mixture consisting of nitrogen and hydrogen, which is suitable for the synthesis of ammonia, and which is produced in a coke quenching apparatus in which the coke is sprayed with water and traversed by air in which the carbon monoxide is passed to a plant section in which the carbon monoxide is converted to an equivalent of hydrogen by a subsequent conversion of the carbon monoxide with water vapor.
  • the water vapor for the conversion of carbon monoxide comes from the water which is sprayed into the coke cake for cooling the coke.
  • the application does not describe the cooling of the coke cake with gaseous water vapor flowing through.
  • the deletion of the coke with the water vapor according to the invention is carried out in an extinguishing device, which is preferably kind of an extinguishing shaft.
  • the coke cake is driven or dumped onto a fire truck that drives the coke cake into the extinguisher.
  • the coke cake is sealed off from the atmospheric environment and gaseous water vapor is passed through the coke cake. This is preferably done in vertically upwardly flowing gas direction, so that the specific heavier water vapor is displaced by the lighter hydrogen in the extinguishing process.
  • the water vapor may be of any kind as a gas mixture and may also be present in a mixture with other gases, but is preferably used in pure form.
  • Coal is heated in a coke oven by heating with a gas containing calorific value, and coke is recovered by cyclic coking, which is expressed in a coke quenching car after completion of the coking, and
  • the glowing coke is transported in the coke quenching car to a coke quenching device in which the glowing coke is cooled with a cooling gas to a temperature below the ignition temperature, and which is characterized in that
  • the synthesis gas produced may also contain impurities, but if the reaction is carried out correctly, it consists mainly of the constituents hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO).
  • the water vapor is advantageously generated for carrying out the method in an evaporator vessel. By suitable means for temporary storage of this is kept hot and then introduced with a metering device under pressure in the coke quenching device. In order to prevent condensation of the water vapor during the introduction into the coke quenching device, the feeding pipes can be heated in an advantageous embodiment. In the reaction of the steam with the hot coke then hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) are formed.
  • the gaseous water vapor used is dry in a preferred embodiment, ie without adherence of water droplets or mist.
  • the further use of the generated synthesis gas and the hydrogen contained therein can be carried out arbitrarily.
  • the further use is an addition to the heating gas of the coke oven (s).
  • the coke oven is heated with the gas that is produced when extinguishing the coke.
  • the hydrogen which is used for heating the coke oven, before being added to the coke oven, a hydrocarbon-containing fuel gas can be added.
  • the heating gas is natural gas.
  • the heating gas is coke oven gas. It is also possible to use blast furnace gas from a blast furnace process as heating gas instead of a hydrocarbon-containing heating gas.
  • the synthesis gas is subjected to heat recovery for further use or to feed into the coke oven for heating.
  • This can be achieved for example by passing the gas through a waste heat boiler.
  • steam is generated during heat recovery.
  • the steam is then utilized in a typical embodiment to generate mechanical energy by driving a turbine. This in turn can be used to generate electrical energy.
  • a conversion of the carbon monoxide (CO) by the water gas shift reaction in carbon dioxide (C0 2 ) is performed after the deletion of the coke with water vapor (H 2 0).
  • the steam required for this purpose can be added in excess to the quenching process or added to the already produced synthesis gas. This can be sprayed after the deletion of the coke as liquid water.
  • the further use is a conversion of the carbon monoxide with water vapor and subsequent purification of the hydrogen obtained during the conversion in a pressure-swing adsorption plant.
  • the hydrogen may then be used, for example, in a subsequent use in a chemical process.
  • Pressure swing adsorption systems for purifying hydrogen from hydrogen-containing gases are well known in the art.
  • An example of a process for the purification of hydrogen by pressure swing adsorption is taught by WO2006066892A1.
  • the steam for cooling is divided into at least two partial streams.
  • a partial stream of water vapor is introduced vertically upward from below into the coke quenching device, and another partial stream of water vapor is introduced into a region of the shaft in which the coke to be cooled has a temperature of 500 to 900 ° C. This can be done, for example, in the shaft laterally mounted feed nozzles that inject the water vapor directly into the coke.
  • the coke quenching device is a coke quenching shaft.
  • the coke quenching device is a coking chamber. This can also be equipped, for example, with an antechamber.
  • the extinguishing device or the subsequent transfer line for the hydrogen may also be provided with a dedusting device. As a result, the amount of dust can be reduced if a dusty coal is used, or large quantities of dust are formed during the extinguishing process.
  • the coke oven battery or coke oven bank may be of any kind and be composed as desired to be used for the execution of the method.
  • the coke oven battery from which the coke originates and which is heated with the synthesis gas may be, for example, a coke oven battery in which the coking gas collected and processed.
  • the coke oven bank from which the coke originates may be, for example, a coke oven battery of the "heat recovery" type, since the coke oven bank from which the coke originates may also be a non-recovery coke oven battery "act.
  • the coke ovens, which are arranged in a coke oven battery or bank, can ultimately be arbitrary, as long as they are suitable for the production of coke and optionally for heating with synthesis gas.
  • the removal of the coke and the supply of the synthesis gas obtained in the deletion can be done in different coke oven batteries or banks, but is not usually carried out.
  • the method of the invention may further use at any point auxiliary equipment such as storage tanks for liquids or gases, pumps, valves, heating or cooling devices, mist eliminators, or measuring instruments for temperatures or concentrations of gas components.
  • the invention has the advantage of utilizing the heat energy of the coke after the coking process by an endothermic chemical reaction, so that the heat energy of the hot coke can be used much better than in the prior art.
  • the invention further has the advantage of providing hydrogen as a valuable material without further addition of energy and thus to enable an improved energy balance of the entire process. As a result, the environmental impact of this process can be significantly improved.
  • FIG.1 shows a coke oven, which serves for the coking of coal.
  • the coke oven chamber (1) with the coal cake (2), the coke oven chamber doors (3), the primary heating chamber (4) above the coke cake (2) and the secondary heating chamber (5) below the coke cake (2) can be seen.
  • the coke oven chamber (1) of the fire truck (6) is turned off, which receives the coke cake (2) during the deletion process. This is moved in front of the coke-quenching chamber (7), and the coke cake (2) is emptied into the coke-quenching chamber (7) via a feed flap (7a). This is closed after the filling of the coke quenching chamber (7).
  • the partially burned coking gas which has previously been added from the Primärsortraum (4) in the Sekundäreuerraum (5), added and burned. Thereby it contributes to the heating of the coke cake (2) through the bottom of the coke oven chamber (1).
  • the completely burned coking gas is discharged from the secondary heating chamber (5) as waste gas (13) and introduced into a device for scrubbing gas (14).
  • the purified exhaust gas (14a) is discharged from the gas scrubber (13) and put into a heat recovery unit (15).
  • a generator (15a) is driven via a turbine, which generates electricity.
  • the cooled exhaust gas (15b) is carried out via a chimney (16).
  • the coke (5a) to be extinguished or extinguished is discharged via a discharge flap (7b) and fed to complete extinguishment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur trockenen Kühlung von Koks mit Wasserdampf mit anschließender Verwendung des erzeugten Synthesegases, in dem die Kohle zyklisch zu Koks verkokt wird und der Koks nach der Entladung des Koksofens in eine Kühlvorrichtung gegeben wird, und in die Kühlvorrichtung zur trockenen Kühlung Wasserdampf eingeleitet wird, so dass durch eine Wassergas-Reaktion Synthesegas, welches aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) zusammengesetzt ist, entsteht, und das erzeugte Synthesegas einer weiteren Verwendung zugeführt wird. Durch das Verfahren lässt sich die bei der Verkokung entstandene Wärme zur Erzeugung von wertvollem Synthesegas nutzen, welches wiederum weiterverwendet werden kann oder bei der Beheizung eingesetzt wird, so dass insgesamt eine sehr ausgeglichene Energiebilanz des gesamten Prozesses erzielt werden kann.

Description

Verfahren zur trockenen Kühlung von Koks mit Wasserdampf mit anschließender Verwendung des erzeugten Synthesegases
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur trockenen Kühlung von Koks mit Wasserdampf mit anschließender Verwendung des erzeugten Synthesegases, in dem die Kohle zyklisch zu Koks verkokt wird und der Koks nach der Entladung des Koksofens in eine Kühlvorrichtung gegeben wird, und in die Kühlvorrichtung zur trockenen Kühlung Wasserdampf eingeleitet wird, so dass durch eine Wassergas-Reaktion Synthesegas, welches aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) zusammengesetzt ist, entsteht, und das erzeugte Synthesegas einer weiteren Verwendung zugeführt wird. Durch das Verfahren lässt sich die bei der Verkokung entstandene Wärme zur Erzeugung von wertvollem Synthesegas nutzen, welches wiederum weiterverwendet werden kann oder bei der Beheizung eingesetzt wird, so dass insgesamt eine sehr ausgeglichene Energiebilanz des gesamten Prozesses erzielt werden kann.
[0002] Die Erzeugung von Koks wird bei den meisten Verfahren in großen Koksofen- batterien oder Koksofenbänken vorgenommen, die aus konventionellen Koksofenkammern oder aus Koksofenkammern vom Typ„Heat-Recovery" oder„Non-Recovery" aufgebaut sind. In konventionellen Koksofenkammern wird das Verkokungsgas aufgefangen und weiterverarbeitet, während das Verkokungsgas bei Koksofenbänken vom Typ„Heat- Recovery" oder„Non-Recovery" im Koksofen verbrannt wird, um den Koksofen zu behei- zen. Die Beheizung des Koksofens wird dabei in vielen Ausführungsformen mehrstufig in einem Gasraum über dem Kokskuchen und in einer Koksofensohle unterhalb der Koksofenkammer vorgenommen.
[0003] Die Verkokung erfolgt zyklisch, wobei die Zyklen durch die Vorgänge Beladen - Verkoken - Entladen - Löschen gebildet werden. Der Koks wird nach der Verkokung aus der Koksofenkammer ausgedrückt, wobei er eine Temperatur von ca. 1100 °C besitzt. Das Ausdrücken erfolgt in einen Löschwagen, welcher den Kokskuchen aufnimmt und zu einer Löschvorrichtung transportiert. In vielen Ausführungsformen ist dies ein Nasslösch- turm, welcher den Kokskuchen mit Wasser berieseln lässt, welches verdampft und den Kokskuchen auf eine Temperatur unterhalb der Zündtemperatur des Kokses abkühlt, so dass sich dieser gefahrlos an der Luft transportieren lässt. Die Temperatur des Kokses ist nach der Ablöschung ungleichmäßig im Kokskuchen verteilt, beträgt jedoch in der Regel weniger als 100°C. [0004] Eine Ausführungsform für einen Nasslöschturm gibt die DE19614482C1. Diese Lehre beschreibt eine Anlage zum Nasslöschen von heißem Koks in einem Verfahren zur Verkokung von Kohle mit einer Koksschleuse und einer Überleitmanschette für Koks, die in einem Löschturm mit einer Wasserzuführungsvorrichtung angeordnet ist. Die Man- schette passt auf der anderen Seite auf einen Kokslöschwagen, welcher am unteren Ende mit einer Koksauslassvorrichtung und Wasserauslassklappen ausgestattet ist. Das Wasserzuführungssystem ist direkt an der Überleitmanschette angeordnet und entlädt in den Kokslöschwagen, der wasserdicht abgeschlossen werden kann, und dieser ist mit einem Kontrollsystem ausgestattet, welcher während der Wasserzuführung die Koksauslass- klappen wasserdicht geschlossen hält, und nach Beendigung der Wasserzugabe die Wasserauslassklappen öffnet. Bei der Löschung mit Wasser geht die gesamte Wärmeenergie, die in dem Kokskuchen gespeichert ist, ungenutzt verloren.
[0005] Aus diesem Grund gibt es in jüngerer Zeit vermehrt Bestrebungen, heißen Koks nicht durch Wasser, sondern trocken durch Gase zu kühlen. Die Gase werden hier- bei durch den heißen Koks geführt und aufgefangen oder abgesaugt, bis der Koks auf eine Temperatur unterhalb seiner Zündtemperatur abgekühlt ist. Das heiße Gas wird meist durch eine Wärmerückgewinnungsanlage geführt, in der Dampf erzeugt wird und so die Wärme zurückgewonnen wird. Der Dampf wiederum kann zum Antrieb von Hilfsaggregaten oder zur Erzeugung von Strom genutzt werden. Häufig werden für diese Zwecke iner- te Gase wie Stickstoff oder Gichtgas eingesetzt.
[0006] Die WO9109094B1 beschreibt ein Verfahren zur Kokstrockenkühlung in einer Kühlkammer mit Hilfe von im Kreislauf geführten Kühlgas, mit dem die Geschwindigkeit des aus dem Koks kommenden Gases so einstellbar ist, dass die Korngröße der mitgerissenen Koksstaubpartikel weniger als 3 mm beträgt, und die Korngröße der mitgerissenen Koksstäube bei Eintritt des heißen Kühlgases in den Abhitzekessel weniger als 1 mm beträgt, in dem dieses Gas durch eine Vorrichtung geleitet wird, die aus einer Kühlkammer und einer Vorkammer mit einem runden, etwa gleichgroßen Querschnitt und einem zylindrischen äußeren Mantel aus Metall besteht, und insbesondere die Decke der Kühlkammer derart schräg angeordnet ist, dass sie zum Heißgaskanal ansteigt, um so den Querschnitt des Gasringkanales oberhalb der Koksböschung soweit zu erhöhen, so dass die Gasgeschwindigkeit der heißen Kühlgase bei der Kühlung so einstellbar ist, dass diese über den Umfang nahezu gleichbleibt.
[0007] Die WO8602939A1 beschreibt ein Verfahren zur trockenen Kokskühlung mittels Kühlgas, bei dem der Koks und das Kühlgas im Gegenstrom durch einen zweistufigen Kühlbehälter geleitet werden, die Kühlung in der ersten Stufe auf Kokstemperaturen von etwa 800°C erfolgt und das durch die zweite Kühlstufe geführte Kühlgas Wasserdampf enthält, so dass eine direkte Kopplung des Kühlgaskreislaufes mit einem thermischen Behandlungsschritt, bei dem Wasserdampf zugeben wird, erfolgt, so dass im wesentlichen kein Koksabbrand vorhanden ist, was dadurch erreicht wird, dass die Kühlung in der ersten Kühlstufe ausschließlich durch indirekten Wärmetausch des Kokses mit einem Kühlmedium über Wärmeaustauscherwände und die Kühlung in der zweiten Stufe ausschließlich durch das den Wasserdampf enthaltende Kühlgas erfolgt.
[0008] Die Verfahren zur Kokstrockenkühlung im Stand der Technik können mit vie- lerlei Ausführungsformen versehen sein. Die EP0317752A2 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Leistung von Kokstrockenkühlanlagen, in dem heißer Koks vor Eintreten in den Kühlschacht gebrochen wird. Die DE3030969A1 beschreibt ein Verfahren zur trockenen Kühlung von heißem Rohkoks, der aus den Kammern einer Koksofenbatterie gedrückt und in einer Kühlkammer entladen wird und dort durch direkte oder indirekte Be- rührung oder beidem mit einem Kühlmittel gekühlt wird, so dass der Rohkoks vor Eintritt in die Kühlkammer in zwei oder mehrere Kornklassen vorklassiert wird und die einzelnen Kornklassen in getrennten Kühlkammern der Kühlung unterworfen werden.
[0009] Weitere Ausführungsformen beschäftigen sich mit der Wärmerückgewinnung oder Reinigung des Kühlgases. Die DE2435500A1 beschreibt ein Verfahren zur Vorerhit- zung von Kokskohle unter Benutzung von überhitztem Abhitzedampf, der in einer Trockenkokskühlanlage dadurch erzeugt wird, dass der Koks auf seinem höchsten Temperaturniveau einen Teil seiner Wärme an die Wände eines Dampfmantels abgibt. Die DE3217146A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Entstaubung von Kreislaufgas einer Kokstrockenkühlanlage, in der der Gaseintrittskanal und der Gasaustrittskanal im rechten Win- kel zueinander angeordnet sind, wobei der Gasaustrittskanal unter konischer Erweiterung unmittelbar mit der Eintrittsöffnung des in den Gaskreislauf integrierten Abhitzekessels in Verbindung steht und wobei auf der dem Gaseintrittskanal gegenüberliegenden Seite ein Staubsammelraum mit einer schrägen Staubableitungsfläche angeordnet ist.
[0010] Die genannten Verfahren und deren Ausführungsformen besitzen jedoch den Nachteil, dass die Wärme des Kokses beim Löschen entweder nicht zurückgewonnen wird, oder die Wärme des Kokses nur mit einem schlechten Wirkungsgrad zurückgewonnen werden kann, da bei der Kühlung ein großes Gasvolumen entsteht, welches durch eine Wärmerückgewinnungsanlage geführt werden muss, so dass eine Kühlung technisch schwierig oder nicht wirtschaftlich ist. Aus diesem Grund wäre es von Vorteil, die im aus- gedrückten Koks vorhandene Wärme durch eine endotherme chemische Reaktion zu nutzen, die diese Energie in chemischer Form zur Verfügung stellt.
[0011] Eine geeignete endotherme chemische Reaktion ist die Wassergas-Reaktion mit dem zugehörigen Wassergas-Gleichgewicht. Zur Ausführung dieser Reaktion wird Wasserdampf (H20) durch den heißen Koks geleitet, der mit dem Wasserdampf (H20) zu Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) reagiert. Diese Reaktion ist endotherm und lautet:
C + H20 += H2 + CO; ΔΗ = + 131 ,3 kJ/mol
[0012] Eine weitere Reaktion des Wasserdampfes mit dem Koks zu Kohlendioxid und zwei Äquivalenten Wasserstoff ist möglich, wird jedoch erfindungsgemäß in der Regel durch eine geeignete Dosierung und Gasgeschwindigkeit des Wasserdampfes nicht ausgeführt. Diese Reaktion ist stark endotherm und ist nur mit zusätzlichem Erhitzen des Kokses ausführbar.
[0013] Die GB347601A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Gasgemi- sches, welches aus Stickstoff und Wasserstoff besteht, und welches zur Synthese von Ammoniak geeignet ist, und welches in einer Kokslöschvorrichtung hergestellt wird, in welcher der Koks mit Wasser besprüht und von Luft durchströmt wird, und in welcher das Kohlenmonoxid in einen Anlagenteil geleitet wird, in der das Kohlenmonoxid durch eine nachfolgende Konvertierung des Kohlenmonoxids mit Wasserdampf zu einem Äquivalent an Wasserstoff umgewandelt wird. Der Wasserdampf zur Konvertierung des Kohlenmonoxids entstammt dabei dem Wasser, welches zur Kühlung des Kokses in den Kokskuchen eingesprüht wird. Die Anmeldung beschreibt nicht die Kühlung des Kokskuchens mit durchströmendem gasförmigem Wasserdampf.
[0014] Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, wel- ches Kohle zyklisch verkokt, gasförmigen Wasserdampf (H20) zur trockenen Kühlung von heißem Koks nach einem Verkokungszyklus nutzt, so dass der Wasserdampf (H20) mit dem Koks wenigstens teilweise nach dem Wassergas-Gleichgewicht zu Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) reagiert, und der erhaltene Wasserstoff (H2) aufgefangen und das so erhaltene Gasgemisch weiterverwendet wird. Auf diese Weise wird Synthesegas erhalten. [0015] Die Löschung des Kokses mit dem Wasserdampf erfolgt erfindungsgemäß in einer Löschvorrichtung, die bevorzugt als Löschschacht geartet ist. Nach der Verkokung der Kohle und dem Abschluss des Verkokungsvorgangs wird der Kokskuchen auf einen Löschwagen gefahren oder gekippt, der den Kokskuchen in die Löschvorrichtung fährt. Dort wird der Kokskuchen von der atmosphärischen Umgebung abgeschlossen und gasförmiger Wasserdampf durch den Kokskuchen geleitet. Dieses geschieht bevorzugt in vertikal aufwärts strömender Gasrichtung, so dass der spezifisch schwerere Wasserdampf von dem leichteren Wasserstoff bei dem Löschprozess verdrängt wird. Der Wasserdampf kann als Gasgemisch beliebig geartet sein und auch im Gemisch mit anderen Gasen vorliegen, wird jedoch bevorzugt in reiner Form eingesetzt.
[0016] Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur Trockenkühlung von Koks, in dem
• Kohle in einem Koksofen durch Beheizung mit einem heizwerthaltigen Gas beheizt wird, und durch zyklische Verkokung Koks gewonnen wird, welcher nach Fertigstellung der Verkokung in einen Kokslöschwagen ausgedrückt wird, und
• der glühende Koks in dem Kokslöschwagen zu einer Kokslöschvorrichtung transportiert wird, in dem der glühende Koks mit einem Kühlgas auf eine Temperatur unterhalb der Zündtemperatur abgekühlt wird, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass
• als Kühlgas gasförmiger Wasserdampf (H20) unter Luftausschluss eingesetzt wird, welcher mit dem glühenden Koks (C) gemäß der Wassergas-Reaktion wenigstens teilweise zu Synthesegas, welches aus Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) besteht, reagiert, und · durch die Ausführung der Trockenlöschung in einer Kokslöschvorrichtung das erhaltene wasserstoffhaltige Löschgas aufgefangen wird, und
• das so erhaltene Gasgemisch weiterverwendet wird.
[0017] Das erzeugte Synthesegas kann auch Verunreinigungen enthalten, besteht jedoch bei richtiger Ausführung der Reaktion hauptsächlich aus den Bestandteilen Was- serstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO). [0018] Der Wasserdampf wird zur Ausführung des Verfahrens vorteilhaft in einem Verdampferkessel erzeugt. Durch geeignete Möglichkeiten zur Zwischenspeicherung wird dieser heißgehalten und dann mit einer Dosiereinrichtung unter Druck in die Kokslöschvorrichtung eingeleitet. Um eine Kondensation des Wasserdampfes bei der Einleitung in die Kokslöschvorrichtung zu verhindern, sind die zuführenden Rohrleitungen in einer vorteilhaften Ausführungsform beheizbar. Bei der Reaktion des Wasserdampfes mit dem heißen Koks entstehen dann Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO). Der eingesetzte gasförmige Wasserdampf ist in einer bevorzugten Ausführungsform trocken, d.h. ohne Anhaftung von Wassertröpfchen oder Nebel. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Wärmeenergie des Kokses nach dem Verkokungsvorgang beim Löschen für die Erzeugung von Wertstoffen genutzt. Dadurch kann die Energiebilanz des gesamten Prozesses zur Kokserzeugung verbessert werden.
[0019] Die Weiterverwendung des erzeugten Synthesegases und des darin enthaltenen Wasserstoffes kann beliebig ausgeführt werden. In einer Ausführungsform der Erfin- dung handelt es sich bei der Weiterverwendung um eine Zugabe zum Heizgas des oder der Koksöfen. Auf diese Weise wird der Koksofen mit dem Gas beheizt, welches beim Löschen des Kokses entsteht. Hierzu kann dem Wasserstoff, welcher zum Beheizen des Koksofens genutzt wird, vor Zugabe in den Koksofen ein kohlenwasserstoffhaltiges Heizgas zugemischt werden. Dabei handelt es sich in einer beispielhaften Ausführungsform bei dem Heizgas um Erdgas. In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Heizgas um Koksofengas. Es ist auch möglich, statt einem kohlenwasserstoffhaltigen Heizgas Gichtgas aus einem Hochofenprozess als Heizgas zu verwenden.
[0020] In einer weiteren Ausführungsform wird das Synthesegas vor der weiteren Verwendung oder der Zuführung in den Koksofen zum Heizen einer Wärmerückgewin- nung unterzogen. Dies kann beispielsweise durch Durchleiten des Gases durch einen Abhitzekessel erreicht werden. In einer Ausführungsform der Erfindung wird bei der Wärmerückgewinnung Dampf erzeugt. Der Dampf wird dann in einer typischen Ausführungsform zum Erzeugen von mechanischer Energie durch Antrieb einer Turbine genutzt. Diese wiederum kann zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden. Es ist auch mög- lieh, das erzeugte Synthesegas durch einen Wärmetauscher zu leiten, in dem der zur Kühlung eingesetzte Wasserdampf im Gegenstrom vorgewärmt wird.
[0021] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird nach der Löschung des Kokses mit Wasserdampf (H20) eine Konvertierung des Kohlenmonoxids (CO) durch die Wassergas-Shift-Reaktion in Kohlendioxid (C02) durchgeführt. Dadurch erhält man ein Gasgemisch, welches hauptsächlich aus Wasserstoff (H2) und Kohlendioxid (C02) besteht und welches sich leicht in reinen Wasserstoff umwandeln lässt, beispielsweise durch Druckwechseladsorption. Der hierfür notwendige Wasserdampf kann dabei in einer Ausführungsform dem Löschprozess im Überschuss zugeben werden oder dem bereits er- zeugten Synthesegas zugegeben werden. Dieser kann nach der Löschung des Kokses auch als flüssiges Wasser zugesprüht werden.
[0022] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Weiterverwendung um eine Konvertierung des Kohlenmonoxids mit Wasserdampf und nachfolgender Reinigung des bei der Konvertierung erhaltenen Wasserstoffs in einer Druck- wechseladsorptionsanlage. Der Wasserstoff kann dann beispielsweise in einem nachfolgenden Einsatz bei einem chemischen Prozess verwendet werden. Druckwechseladsorp- tionsanlagen zur Reinigung von Wasserstoff aus wasserstoffhaltigen Gasen sind im Stand der Technik wohlbekannt. Ein Beispiel für ein Verfahren zur Reinigung von Wasserstoff durch Druckwechseladsorption lehrt die WO2006066892A1. [0023] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Wasserdampf zur Kühlung in mindestens zwei Teilströme aufgeteilt. In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Teilstrom des Wasserdampfes vertikal aufwärtsströmend von unten in die Kokslöschvorrichtung eingeleitet, und ein weiterer Teilstrom des Wasserdampfes wird in einen Bereich des Schachtes eingeleitet, in dem der zu kühlende Koks eine Temperatur von 500 bis 900°C aufweist. Dies kann beispielsweise über in dem Schacht seitlich angebrachte Zuführungsdüsen geschehen, die den Wasserdampf direkt in den Koks eindüsen.
[0024] In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Kokslöschvorrichtung um einen Kokslöschschacht. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Kokslöschvorrichtung um eine Koks- löschkammer. Diese kann weiterhin beispielsweise mit einer Vorkammer ausgestattet sein. Die Löschvorrichtung oder die nachfolgende Überführungsleitung für den Wasserstoff können auch mit einer Entstaubungseinrichtung versehen sein. Dadurch lässt sich der Staubanteil senken, wenn eine staubhaltige Kohle verwendet wird, oder beim Löschvorgang große Mengen an Staub entstehen. [0025] Die Koksofenbatterie oder Koksofenbank kann beliebig geartet und beliebig zusammengesetzt sein, um für die Ausführung des Verfahrens genutzt zu werden. Bei der Koksofenbatterie, aus der der Koks stammt, und die mit dem Synthesegas beheizt wird, kann es sich beispielhaft um eine Koksofenbatterie handeln, bei der das Verkokungsgas aufgefangen und weiterverarbeitet wird. Bei der Koksofenbank, aus der der Koks stammt, kann es sich beispielhaft um eine Koksofenbatterie vom Typ„Heat-Recovery" handeln. Schließlich kann es sich bei der Koksofenbank, aus der der Koks stammt, auch um eine Koksofenbatterie vom Typ „Non-Recovery" handeln. Auch die Koksöfen, die in einer Koksofenbatterie oder -bank angeordnet sind, können letztlich beliebig geartet sein, solange sie sich zur Herstellung von Koks und gegebenenfalls zur Beheizung mit Synthesegas eignen. Auch die Entnahme des Kokses und die Zuführung des beim Löschen erhaltenen Synthesegases kann in verschiedene Koksofenbatterien oder -bänke erfolgen, wird jedoch in der Regel nicht durchgeführt. [0026] Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin an jeder Stelle Hilfseinrichtungen wie Speicherbehälter für Flüssigkeiten oder Gase, Pumpen, Ventile, Heiz- oder Kühleinrichtungen, Tropfenabscheider, oder Messinstrumente für Temperaturen oder Konzentrationen von Gasbestandteilen nutzen.
[0027] Die Erfindung besitzt den Vorteil, die Wärmeenergie des Kokses nach dem Verkokungsvorgang durch eine endotherme chemische Reaktion zu nutzen, so dass die Wärmeenergie des heißen Kokses erheblich besser genutzt werden kann, als bei Verfahren nach dem Stand der Technik. Die Erfindung besitzt weiterhin den Vorteil, ohne weitere Hinzufügung von Energie Wasserstoff als Wertstoff zur Verfügung zu stellen und somit eine verbesserte Energiebilanz des gesamten Verfahrens zu ermöglichen. Dadurch kann die Umweltverträglichkeit dieses Verfahrens erheblich verbessert werden.
[0028] Die Erfindung wird durch eine Zeichnung weiter erläutert, wobei diese Zeichnung nur eine beispielhafte Ausführungsform darstellt und nicht auf diese beschränkt ist.
[0029] FIG.1 zeigt einen Koksofen, der zur Verkokung von Kohle dient. Zu sehen sind die Koksofenkammer (1) mit dem Kohlekuchen (2), die Koksofenkammertüren (3), der Primärheizraum (4) über dem Kokskuchen (2) und der Sekundärheizraum (5) unter dem Kokskuchen (2). Vor der Koksofenkammer (1) ist der Löschwagen (6) abgestellt, der beim Löschvorgang den Kokskuchen (2) aufnimmt. Dieser wird vor die Kokslöschkammer (7) gefahren, und der Kokskuchen (2) über eine Zuführungsklappe (7a) in die Kokslöschkammer (7) entleert. Diese wird nach der Befüllung der Kokslöschkammer (7) geschlos- sen. Von unten strömt dann Wasserdampf (8, H20) in die Kokslöschkammer (7), welches mit dem heißen Kokskuchen (5a) nach dem Wassergas-Gleichgewicht zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid (9, H2 und CO) als Synthesegas reagiert. Der Wasserdampf (8) wird über einen Dampfkessel (10) mit nachgeschalteter Dosierungseinrichtung (10a) erzeugt. Das beim Löschen erzeugte Synthesegas (9) wird nach oben abgezogen und nach einer Entstaubung in einer Entstaubungseinheit (11) als Heizgas (9a) in den Sekundärheizraum (5) des Koksofens (1) geleitet. Die Zuleitung geschieht über einen Wärmetauscher (12), der den zum Löschen des Kokses (2) eingeleiteten Wasserdampf (8) im Gegenstrom vor- erhitzt. Dort wird es dem teilverbrannten Verkokungsgas, welches zuvor aus dem Primärheizraum (4) in den Sekundärheizraum (5) zugeströmt ist, zugegeben und verbrannt. Dadurch trägt es zur Beheizung des Kokskuchens (2) durch den Boden der Koksofenkammer (1) bei. Nach der Verbrennung wird das vollständig verbrannte Verkokungsgas als Abgas (13) aus dem Sekundärheizraum (5) ausgeführt und in eine Vorrichtung zur Gas- Wäsche (14) gegeben. Das gereinigte Abgas (14a) wird aus der Vorrichtung zur Gaswäsche (13) ausgeführt und in eine Anlage (15) zur Wärmerückgewinnung gegeben. Dort wird über eine Turbine ein Generator (15a) angetrieben, welcher Strom erzeugt. Das gekühlte Abgas (15b) wird über einen Kamin (16) ausgeführt. Der zu löschende oder gelöschte Koks (5a) wird über eine Abladeklappe (7b) abgelassen und einer vollständigen Ablöschung zugeführt.
[0030] Bezugszeichenliste
1 Koksofenkammer
2 Kohle- oder Kokskuchen
3 Koksofenkammertüren
4 Primärheizraum
5 Sekundärheizraum
5a Zu löschender Koks
6 Löschwagen
7 Kokslöschkammer
7a Zuführungsklappe
7b Abladeklappe
8 Wasserdampf
9 Synthesegas
9a Heizgas des Sekundärheizraums
10 Dampfkessel
10a Regulierventil für Wasserdampf
11 Speicherbehälter
12 Wärmetauscher
13 Abgas
14 Vorrichtung zur Gaswäsche a Gereinigtes Abgas
Anlage zur Wärmerückgewinnunga Generator
b Gekühltes Abgas
Kamin

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a), in dem
• Kohle (2) in einem Koksofen (1) durch Beheizung mit einem heiz- werthaltigen Gas beheizt wird, und durch zyklische Verkokung Koks (5a) gewonnen wird, welcher nach Fertigstellung der Verkokung in einen Kokslöschwagen (6) ausgedrückt wird, und
• der glühende Koks (5a) in dem Kokslöschwagen (6) zu einer Kokslöschvorrichtung (7) transportiert wird, in dem der glühende Koks (5a) mit einem Kühlgas (8) auf eine Temperatur unterhalb der Zündtemperatur abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
• als Kühlgas (8) gasförmiger Wasserdampf (H20) unter Luftausschluss eingesetzt wird, welcher mit dem glühenden Koks (5a) gemäß der Wassergas-Reaktion wenigstens teilweise zu Synthesegas (9), welches aus Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO), besteht, reagiert, und
• durch die Ausführung der Trockenlöschung in einer Kokslöschvorrichtung (7) das erhaltene wasserstoffhaltige Löschgas (9) aufgefangen wird, und
• das so erhaltene Gasgemisch (9) weiterverwendet wird.
2. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Weiterverwendung um eine Zugabe zum Heizgas (9a) des oder der Koksöfen (1) handelt.
3. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Synthesegas (9), welches zum Beheizen des Koksofens (1) genutzt wird, vor Zugabe (9a) in den Koksofen (1) ein kohlenwasser- stoffhaltiges Heizgas zugemischt wird.
4. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Heizgas um Erdgas handelt.
5. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Heizgas um Koksofengas handelt.
6. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas (9) vor der weiteren Verwendung einer Wärmerückgewinnung (12) unterzogen wird.
7. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Wärmerückgewinnung (12) Dampf (8) erzeugt wird.
8. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Weiterverwendung um eine Konvertierung des in dem Gasgemisch (9) erhaltenen Kohlenmonoxids (CO) mit Wasserdampf (H20) handelt, bei der das Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (C02) umgewandelt wird.
9. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Weiterverwendung um eine Konvertierung des Kohlenmonoxids (CO) mit Wasserdampf (H20) und eine nachfolgende Reinigung des erhaltenen Wasserstoffs (H2) in einer Druckwechseladsorp- tionsanlage handelt.
10. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf (8) zur Kühlung in mindestens zwei Teilströme aufgeteilt wird, und ein Teilstrom des Wasserdampfes (8) vertikal aufwärtströmend von unten in die Kokslöschvorrichtung (7) eingeleitet wird, und ein weiterer Teilstrom des Wasserdampfes (8) in einen Bereich der Kokslöschvorrichtung (7) eingeleitet wird, in dem der zu kühlende Koks (5a) eine Temperatur von 500 bis 900°C aufweist.
11. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kokslöschvorrichtung (7) um einen Kokslöschschacht handelt.
12. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kokslöschvorrichtung (7) um eine Kokslöschkammer handelt.
13. Verfahren zur Trockenkühlung von Koks (5a) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokslöschkammer (7) mit einer Vorkammer ausgestattet ist.
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