NO138632B - Fremgangsmaate ved kontinuerlig forkoksning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av formet koks

og særlig en kontinuerlig-fremgangsmåte for tilvirkning av formet koks ut fra formpartikler av finfordelt, fortrinnsvis malt råkull, eventuelt blandet' med annet material.

Sådanne formede koksstykker er kjent som et porøst, fast brensel som hovedsaklig utgjøres av karbon-. -idet stykkene fremstilles ved en prosess, som-omfatter formnirig\6g forkoksning, hvilket vil" si oppvarming';.av råkui-i-.over nedbrytningstemperaturen for å fremskaffe et. koherent produkt. Fremstilling av formet koks medfører tallrike fordeler.^fremfor '-konverisjbhell forkoksning, nemlig: kontinuerlig i motsetning-til .,stykkevis<dr'ift, anvendelse av létt tilgjengelige utgangsmåteri'a'1-fer., -.jét'••s/l-ufctprpdiikt som ikke må oppdeles til et ønsket størrelsesoiriråde méd' medfølgende frem-, bringelse av finere material av mindre verdi, bedre økonomi, samt nedsatt forurensning- åy omgivelsene. Formkoks;. med spesif iserte egenskaper er av særskilt interesse som metallurgisk koks for anvendelse i flamme-smelteovner..: De faktorer som tas i betraktning ved vurdering av kokskvalitet omfatter fuktighetsihnhold, flyktige bestanddeler, aske samt svovelinnhold, størrelsesgradering, tetthet og motstand mot nedbrytning,, alt definert' og"målt som angitt for eksempel i de relevante avsnitt av. "British Standard Specification I0I6". Formet koks som kan benyttes for de forskjellige anvendelser fra støperier til åpne ildsteder i hjemmene, vil vanligvis tilfredsstille de verdier som er angitt i den følgende tabell. Verdiene Bi tabellen representerer- ønskede verdier for en god koks for smelteovner.

Spesiell interesse er det knyttet til hovedsaklig kuleformet koks av nøye regulert størrelse i området 25 til 5o mm diameter, for metallurgisk bruk.

For fremstilling av formet koks, har det hittil vært foreslått forskjellige prosesser, som for eksempel er angitt av N.M. Potter i "Journal of the Institute of Fuel", 197o (desember) 43, 492-5o9. Disse tidligere kjente prosesser kan stort sett oppdeles i to typer, avhegngig av om formingen eller briketteringen finner sted før eller etter karboniseringen. Foreliggende oppfinnelse gjelder særskilt en prosess hvorved formingen går forut for karboniseringen.

Ved tidligere kjente prosesser av sistnevnte type er det ofte funnet nødvendig å anvende varme og trykk ved formningsprosessen, blant annet med det formål å oppnå tilstrekkelig fasthet for sluttproduktet. Det er videre i sin alminnelighet vært antatt at pelletisering i roterende fat eller trommel ikke ville frem-bringe et produkt av tilstrekkelig størrelse og "fersk" styrke til å kunne motstå håndteringspåkjenningene, idet det tidligere ikke har lykkes i noen særlig grad å oppnå produkter med jevn og tilstrekkelig størrelse, styrke og form. Ved prosesser der det formede material fremstilles ved brikettering, ekstrudering eller andre prosesser som omfatter høyt maskinelt belastnings-trykk, er det videre kjent at mineralene i råkull (eller det avgassete kull i seg selv hvis dette utgjør en vesentlig del av det tilførte material) kan bevirke sterk slitasje på den anvendte maskin, og dette er av vesentlig betydning for produktets pris. Spesielle tiltak har videre vært funnet nødvendig for å dempe virkningen av deformasjon og andre skadelige påvirkninger på grunn av smelting av binde-bestanddeler, som for eksempel bek eller forkoksende kull under karboniseringsprosessen. Sådanne tiltak har om-fattet separate foroppvarmings- eller oksyderings-trinn samt tilførsel av oksydtilsatser. Disse trekk har naturligvis gjort prosessen mer komplisert samt øket produktomkostningene.

Det er et hovedformål for foreliggende oppfinnelse å angi en' hensiktsmessig, enkel og økonomisk gunstig fremgangsmåte for tilvirkning av formet koks, særlig formet metallurgisk koks av høy kvalitet og som har spesielle overflateegenskaper.

Det er et ytterligere formål for oppfinnelsen å angi en kontinuerlig prosess for tilvirkning av formet koks ved hjelp av en eneste oppvarming og i en økonomisk fordelaktig takt, fra lett tilgjengelig kull-materialer, uten at det fremkommer sådanne ulemper som hittil har vært påvist som en følge av anvendelse av en meget kortere behandlingscyklus enn det som er mulig ved konvensjonelle koksovner.

Det er et ytterligere formål for oppfinnelsen å lette utførelsen av en sådan prosess integrert og innesluttet på en sådan måte at atmosfæriske eller andre forurensninger av omgivelsene, for eksempel av svovelkomponenter, støv og røk unngås, og utgangs-produktene av forkoksnings- eller karboniserings-prosess kan håndteres under full kontroll.

Foreliggende oppfinnelse går således ut på en fremgangsmåte ved kontinuerlig forkoksning for dannelse av formede koksstykker ut fra råkullagglomerater utformet av pulverisert kull, eventuelt blandet med annet material.

Fra for eksempel tysk offentliggjort patentansøkning

nr. 2.141.876 er det prinsipielt kjent en fremgangsmåte for fremstilling av formede koksstykker, som avgis fra undersiden av et leie som er fylt og utgjøres av formede agglomerater, mens en kontinuerlig, oppoverrettet strømning av hovedsaklig oksygenfri oppvarmingsgass føres fra undersiden gjennom leiet •og oppvarmingsgassen bortføres fra leiets overside sammen med flyktige produkter som avgis fra leiet, hvorunder oppvarmingsgassen i det minste delvis frembringes ved forbrenning av de flyktige produkter fra leiet ved tilførsel av hovedsaklig støkiometriske - mengder luft i en sådan tilførselstakt og ved en sådan temperatur at de formede agglomerater kan avgis fra leiet som formede koksstykker.

På denne bakgrunn av kjent teknikk har imidlertid oppfinnelsens fremgangsmåte følgende særtrekk: de formede agglomerater som fyller leiet, er dannet og består av råkull i pulverform, eventuelt blandet med andre bestanddeler og agglomerert uten å utsettes for en temperatur eller oppvarmingstakt som vil bringe råkullet til plastisk tilstand, og leiet etterfylles kontinuerlig ettersom det senkes i motstrøms-kontakt med oppvarmingsgassen, og de formede råkullagglomerater avgis adskilt i jevn, hovedsaklig uforanderlig takt fra leiet.

I henhold til oppfinnelsen er leiet ringformet og bringes til å rotere under nevnte fremstilling av formede koksstykker fra råkullagglomerater .

Fortrinnsvis avgis det faste produkt først som karbonholdige formstykker, som hver har en fast, koherent kjerne av koks omgitt av et sammenhengende belegg av avskallbart karbonmaterial, som i det minste delvis er avgasset. Ut fra dette nye forkoksede produkt, kan det frembringes formkoks av metallurgisk kvalitet ved enkel fjerning av det avskallbare lag, for eksempel ved avgnidning.

Det avskallbare lag, som typisk er omkring 1 mm tykt, tjener

til å forhindre gjensidig vedheftning mellom stykkene når de gjennomløper det plastiske område, og formes spontant under de tidlige trinn av kullets oppvarming i leiet, som en del av prosessforløpet. Dannelse av formede agglomerater fra finfordelt kull er kjent, og fordi den varmeveksling som anvendes ved oppfinnelsens fremgangsmåte er mekanisk skånsom mot formstykkene, kan former av mange forskjellige typer anvendes,

selv relativt ømtålelig sådanne. Formstykkene kan derfor fremstilles ved en hvilken som helst hensiktsmessig metode, som for eksempel ved hjelp av en eller flere pelletiseringsapparater av fat, eller trommel-typen, ekstruderingsapparater eller ved brikettering, og bindemidler som bek, forkoksningskull eller annet heftematerial kan tilsettes for å oppnå de ønskede egenskaper for det tilførte material.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under særskilt henvisning til formede agglomerater i form av pelleter. De tilførte pelleter er fortrinnsvis av innbyrdes likeartet størrelse og er tilvirket ved pelletisering av malt råkull uten oppvarming over loo° C, og i hvertfall uten å overskride nedbrytningstemperaturen for kull.

Det pulver som tilføres et pelletiseringsapparat vil typisk,

være av en slik art at minst 5o% vil passere en sikt på 75 ^im i henhold til British Standard, og for smelteovnkoks vil de ferske pelleter ha størrelser i området mellom 25 og 6o millimeter. Pulveret males i henhold til de ønskede egenskaper for de ferske pelleter, med mulige modifikasjoner med hensyn til tilførsels-materialets forkoksningsegenskaper og økonomisk drift av til-virkningsprosessen for tilførselsmaterialet. Faktorer som herunder bør tas i betraktning, omfatter materialets fuktbarhet som en funksjon av partikkelstørrelsen, fordringene til minimalt fuktighetsinnhold under hensyntagen til produksjonsforholdene og pelletenes styrke, den påkrevede fasthet for kullpelletene for å hindre oppbygning av uakseptabelt høye nedbrytningskrefter på grunn av fordampning av vann under tørkeprosessen, samt mulig nedsetning av forkoksningsegenskapene ved regulert oksydasjon under oppmaling.

I den utstrekning tetthet og fasthet for de ferske pelleter

er avhengig av pulverpartiklenes størrelsesfordeling, kan det være ønskelig å male tilførselsmaterialet i kverner av mer enn en type, samt å kombinere sluttproduktene fra disse kverner i påkrevet forhold for å oppnå optimal partikkel-størrelsesfordeling.

For å bidra til styrken av de ferske pelleter, kan det tilsettes en liten andel, (omkring o,5 vektprosent) av en tilsats som for eksempel sulfittlut.

Oppfinnelsens fremgangsmåte virker mest tilfredsstillende når

det tilførte material utgjøres av svakt forkokset kull eller,

ved hjelp av de store varmemengder som er tilgjengelige under prosessen, kan bringes til å opptre på samme måte som en kulltype spesifisert ved verdier på 600 - 800, fortrinnsvis 7oo i UK National Coal Board graderingskode. For gunstig behandling av sterkere forkoksede kullsorter er det funnet fordelaktig å til-sette et modifiseringsmiddel, som for eksempel pulverisert koks, som tilsettes i pelletiseringstrinnet. Ved fullstendig ikke-forkoksede kullsorter kan tilsetning av et passende organisk bindemiddel eller en forkokset kullsort bli nødvendig. Begge disse modifikasjoner er prinsipielt kjent i den eksisterende teknologi. Hvis pulverisert koks må tilsettes, er det en fordel for prosessen at det avskallbare lag som fjernes fra det avgitte material fra leiet, kan tilbakeføres for tilsetning til det tilførte material i pelletiseringstrinnet, for derved å utgjøre noe eller alt det modifiseringsmiddel som behøves.

Vertikalt roterende, ringformede ovner av den type som er nevnt ovenfor, er beskrevet i britisk patentskrift nr. l.o59.149 samt i US patentskrift nr. 3.331.595, samt vist skjematisk i vedføyde fig. 2.

I en sådan varmeovn er materialleiet innvendig i ovnen kjenne-tegnet ved en jevn materialforskyvning nedover i ovnen og regulert ved en presisjonsstyring av utløpstakten. Den termiske behandling styres av gassinnløpstemperaturen samt forholdet mellom strømnings-taktene for henholdsvis gass og fast masse/

Gassinnløpstemperaturen vil typisk ligge rundt lloo° C, og forholdet mellom strømningstaktene for henholdsvis gass og den tilførte faste masse vil ligge i området 1:1 til 3:1, men driftsbetingelsene er kritisk avhengig av egenskapene for det tilførte råmaterial, og må normalt fastlegges fra tilfelle til tilfelle, idet det tas i betraktning den varmetilførsel som behøves for å oppnå aktiv forkoksning på den' ene side samt på den annen side behovet for et gradert Innledende, tørketrinn uten uforholdsmessig høy gasstemperatur, for eksempel omkring 15o° C, der hvor det fuktige faste material trer inn i varmeovnen og leiet.

Den tilførte oppvarmingsgass til varméqvnens-leie er fortrinnsvis et forbrenningsprodukt oppnådd ved forbrenning med styrt lufttil-førsel av all eller en del ay;den^ tilbakeførte gass som avgis fra kullene under varmeutvekslihgsprdsessen og. fraskilles den led-sagende tjære og andre væsker...'Den tilbakeførte gass kan med fordel oppvarmes ved- varmeutveksling i en sluttproduktkjøler, hvorigjennom det varme sluttprodukt føres fra karboniserings-trinnet til en.tromler eller andre, hensiktsmessige midl for fjerning av det avskallbare lag eller ytterligere behandling av produktet.

Sett i mikrofotografisk snitt har det ^avskallbare lag utseende av heftende partikler av kantet struktur, slik som kulipartikler, vedheftet i et lag hvori kantstrukturén avtar med avtagende pelletradius, rundt pelletkjernen som har .det.karakteristiske utseende av koks som har passert gjennom et plastisk svelnings-område.

Det skal påpekes at en fjerning ay det avskallbare lag etter behandlingen av formstykkene*i karboniseringsovnen og kjøleren, på ingen måte krever noen energiske gnidningsprosess, men bare en styrt tromling, for eksempel i en langsomt roterende trommel mellom lo og 2o minutter, hvilket ..utgjør en 'enkel og billig prosess både med hensyn til effektforbruk og vedlikeholds-omkostninger.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til

de vedføyde tegninger, hvorpå:

Fig. 1 viser et skjematisk strømningsdiagram for en prosess i henhold til oppfinnelsen for fremstilling av formede koksstykker fra kull, og Fig. 2 viser et skjematisk, vertikalt aksialsnitt gjennom elementer som utgjør en roterende, ringformet varmeovn, anvendt i den prosess som er anskueliggjort i fig. 1.

I den prosess som er vist i fig. 1, lagres råkull som mottas fra kullinntaket 1, i en lagringstrakt 2, hvorfra dette material over-føres etter behov, av en transportør 3 til en rullekvern eller hammerkvern 4, hvor materialet males til den ønskede partikkel-størrelse, for eksempel slik at opp til omkring 8o vektprosent passerer gjennom en 75- jum sikt i henhold til British Standard. Det finfordelte kull, som kan oppvarmes i kvernen for å lette malingen, føres ved hjelp av en pneumatisk transportør 5, en cyklonseparator 6 og en føringstrakt 7 til en lagringstrakt 8

for finfordelt kull, idet filteret er anordnet for utslipp av gass til atmosfæren og tilbakeføring av tapt, fint kullpulver til systemet.

Fra lageret 8 føres kullpartiklene langs tilførselslinjen 9 ved hjelp av føringsinnretninger og blandes med tilbakeført material langs linjen lo, idet ytterligere sammenblanding finner sted i forfuktningsskruer 11 med vann tilført gjennom linjen 12, eventuelt sammen med en tilsats av bindemiddel, for eksempel sulfittlut, stivelse eller bentonitt, for ved skrueutløpet 13 å avgi en blanding som er egnet for dannelse av pelleter i et pelletiseringsfat, som vanligvis utgjøres av en nodulisator 14. Ytterligere vann kan tilsettes i pelletiseringssystemet, idet dette kan omfatte mer enn ett pelletiseringsfat i serie eller parallell.

Pelletiseringssystemet frembringer runde pelleter eller

noduler av hovedsaklig jevn størrelse, med diameter mellom 15 og 5o mm eller etter ønske. Pelletene heves av transportør-

en 16 for tilførsel til varmebehandlingstrinnet, idet rister som 15 og 17 anvendes for å adskille pelletene fra mindre partikler som tilbakeføres langs transportlinjer lo og 18, til henholdsvis blandetrinnet, når det gjelder partikler som er tilstrekkelig fine, eller innløpslageret 2.

Pelletene fremføres over en skråflate 18 til den ringformede varmeovn 19, som vil bli nærmere beskrevet i forbindelse med fig. 2.- Pelletene forskyves nedover gjennom denne varmeovn og avgis som ferdig produkt gjennom bunnåpningen 2o etter å ha nådd en karboniseringstemperatur i området mellom 7oo og 12oo° C, frembragt ved varmeutveksling med gassformede forbrennings-produkter, som utvikles i forbrenningskammeret 21 ved forbrenning av gass som mottas gjennom linjen 22, i hovedsaklig støkiometrisk luftmengde tilført gjennom linjen 23.

Etter å ha falt gjennom kammeret 21, avkjøles de varme koks-pelleter i kjøleren 24, som kan anta en hvilken som helst hensikts-, messig form som tillater varmeutveksling mellom de varme pelleter og den innkommende brenngass. Kjøleren 24 kan være utført på prinsipielt samme måte som den ringformete varmeovn 19. I den foretrukne utførelsesform utvikles det på kokspelletene et ytre lag, nemlig det avskallbare lag som er beskrevet ovenfor, og som ikke i vesentlig grad vil bli fjernet i varmeovnen 19 på grunn av hovedsaklig fravær av relative bevegelser og gnidning mellom pelletene. Pelletene tillates å falle fra kjøleren 24 til en tromler 25, som utgjøres av en trommelanordning med en rist 26, hvorigjennom de avskallete fragmenter av det ytre lag, som fjernes ved tromlingen, passerer for tilbakeføring langs linjen 27 til blandetrinnet. De behandlede pelleter avgis fra tromleren som formede koksstykker for utløp gjennom en trakt 28. Det ferdige koksprodukt har da en kvalitet som er passende for anvendelse som metallurgisk koks.

Gassprodukter som dannes i varmeovnen 19 ved varmepåvirkning

av kullpelletene, trekkes ut oventil langs linjen 29, ved en temperatur på for eksempel 15o° C, til et gjenvinningsanlegg for biprodukter som omfatter vanninnsprøyting i et væske-kjølingstrinn 3o, med tilbakeføring av væske langs linje 31

til en oppsamlingstank 32, mens de oppnådde rensede gasser tilbakeføres, for eksempel ved 85° C, gjennom linjen 22 til kjøleren 24. Overskuddsgass og dekantert tjære blir enten ekstrahert som biprodukter eller forbrennes i avfallsovnen 33 som står i forbindelse med en skorsten 34.

Det skal nå henvises til fig. 2, hvor det skjematisk er vist noen av de viktigste trekk ved en ringformet varmeovn 19 av den type som er beskrevet i britisk patentskrift nr. l.o59.149 samt US patentskrift nr. 3.331.595. Disse trekk omfatter en roterende, ringformet basis eller herd 1 med en konsentrisk sirkulær utløpsåpning 2, og som er anordnet for rotasjon om en vertikal sentralakse 3. En sylinderformet vegg eller, beholder 4 er montert for rotasjon om sin akse 7 uavhengig av herden 1 og med et passende tetningsarrangement mellom beholdere] 4 og herden 1 langs omkretskanten 5. Videre er en indre sylindervegg 6 med et kuppelavsnitt 13 anordnet i avstand over herden 1, idet veggen 6 er anordnet for å rotere koaksialt med . den ytre vegg eller beholder 4, således at det dannes et roterende, ringformet ovnskammer. Veggen 6 er herunder anordnet for rotasjon uavhengig av i det minste herden 1 og fortrinnsvis også veggen 4. Den felles akse 7 for sylinderveggene er parallel forskjøvet fra herdens akse i en innstillbar avstand e. Over-siden av herden 1 heller nedover i radial retning i en vinkel © med horisontalplanet. En stillestående hette 12 stenger av det ringformede kammer oventil på gasstett måte, for eksempel ved hjelp av pakninger, med tilslutning for en skrå innløpsrenne for fast material ved 11 og et gassutslipp 16.

Et ringformet leie 8 av formede agglomerater opptar det ringformede kammer mellom bunnen og tilførselslinjen lo. Kuppel-taket 13 skråner oppover som angitt på tegningen, for å gi den nødvendige avlastning for nivåhevningen 14 på toppen av material-massen når den vandrer forbi forkoksningspunktet 9 og forskyves radialt innover.

Normalt dreies basis 1 ved hjelp av drivmidler (ikke vist), samtidig som veggene 4, 6 tillates å fritt rotere i en takt som bestemmes av den pågående prosess. Når kammeret er lastet med pelleter, vil den mekaniske reaksjonsvirkning mellom basis, pelletlast og vegger få de sistnevnte til å rotere. Forskyvningen mellom rotasjonsaksene 3 og 7 får utløpsåpningen 2 til å pressesere rundt aksen 7 ved dreining av varmeovnen, hvorved pelletene på herden avgis over kanten av åpningen 2 på vanlig måte og i jevn takt. Høyden til kanten 9 over herden 1 innstilles i hensiktsmessig forhold til pelletenes rasvinkel, hvorved den regelmessige avgivelse av pelleter gjennom åpningen 2 bevirker tilsvarende for-skyvning nedover av hele det kontinuerlige leie av pelleter, og materialtilførselen ved 11 reguleres så i overensstemmelse med dette. Den oppvarmede gass trenger inn i leiet ved åpningen 2,

som angitt ved piler 15, og passerer gjennom hele leiet i mot-strøm med synkende pelleter, samt forlater ovnen gjennom gassut-slippet 16 sammen med gasser og damper som avgis fra de oppvarmede kull ettersom disse tørkes, utgasses og karboniseres på sin vei nedover.

Arbeidsoperasjonen for den ringformede ovn 19 styres lett i samsvar med de påkrevde arbeidsbetingelser for prosessen, først og fremst ved regulering av rotasjonstakten og således leiets gjennomløpstakt, i samsvar med gassens mengdestrømning og temperatur, etter opprettelse av den ønskede leiehøyde. Avgitt koksmaterial pr. omdreining styres ved innstilling av forskyvningen e.

Tabell 2 angir noen typiske verdier for driftsparametre ved den beskrevne prosess.

Det vil forstås at fordi foreliggende prosess ved tørkning, karbonisering og kjøling er tilpasset kontinuerlig drift i et sluttet system, vil de forurensningsproblemer som opptrer ved konvensjonelle intermitterende mengdeprosesser, unngås.

Oppfinnelsen muliggjør fremstilling av formede koksstykker av god kvalitet fra lett tilgjengelige kullsorter ved hjelp av bare et eneste varmebehandlingskammer, samtidig som oppvarmings-prosessen er fullstendig kontinuerlig og sluttet.

Det vil videre forstås at skjønt den beskrevne prosess i seg selv er kontinuerlig, vil den lett kunne tilpasses intermitterende anvendelse for å oppfylle spesielle fordringer.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av formede koksstykker, som avgis fra undersiden av et leie som er fylt og utgjøres av formede agglomerater, mens en kontinuerlig, oppoverrettet strømning.av, hovedsaklig, oksygenfri oppvarmingsgass føres fra undersiden gjennom leiet og oppvarmingsgassen bortføres fra leiets overside sammen med flyktige produkter som avgis fra leiet, hvorunder oppvarmingsgassen i det minste delvis frembringes ved forbrenning av de flyktige produkter fra leiet ved tilførsel av hovedsaklig støkiometriske mengder luft i en sådan tilførselstakt og ved en sådan temperatur at de formede agglomerater kan avgis fra leiet som formede koksstykker, karakterisert' ved at: a) de formede agglomerater som fyller leiet, er dannet og består av råkull i pulverform, eventuelt blandet med andre bestanddeler og agglomerater uten å utsettes for en temperatur eller oppvarmingstakt som vil bringe råkullet til plastisk tilstand, og b) leiet etterfylles kontinuerlig ettersom det senkes i mot-strømskontakt med oppvarmingsgassen, og de formede råkullagglomerater avgis adskilt i jevn, hovedsaklig uforanderlig takt fra leiet.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at leiet er ringformet og bringes til å rotere under nevnte fremstilling av formede koksstykker fra råkullagglomerater.