NO145100B - Fremgangsmaate for fremstilling av reaktivt, kornet eller pulverformet koks i dreieovn ved direkte oppvarming - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for fremstilling av • reaktivt, kornet eller pulverformet koks i dreieovn ved direkte oppvarming.

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling av reaktivt, kornet eller pulverformet koks, hvor kull innføres i en svakt hellende, rørformet rotasjonsovn, og hvor den nød-vendige varmemengde for karbonisering under produktets bevegelse gjennom ovnen oppnås ved forbrenning av deler av de flyktige bestanddeler i det behandlede kull under innføring av luft i ovnen, særlig til ovnsområdet mellom koksutløpet og sonen der produktet som behandles når sin maksimale temperatur, idet det som kull anvendes kullstøv eller kullpartikler som inneholder mer enn 15% flyktige stoffer og har et svellingstall i området mellom 1 og 8, ved karbonisering mellom 600° og 1100°C.

Kull av den type som oppfinnelsen beskjeftiger seg. med

kan ikke karbonisefes på kjent måte uten ved bruk av kompli-

sert teknikk hvis formål er å beskytte kullet fra masseagglu-tinasjon under dets plastiske trinn før det igjen stivner til fast form. Det er således kjent å karbonisere kull i en seng av inert materiale såsom sand eller pulverformet koks, også i form av et agglomerat. Den nødvendige varme for karbonisering tilveiebringes her dels av det pulverformede faststoff og dels ved forbrenning av gass. I praksis vil imidlertid operatøren unngå å anvende som utgangsmateriale kull med for høyt svellingstall og med et innhold av flyktig stoff som overstiger 15%, dvs. kull av den type som oppfinnelsen an.går.

Fra tysk patent nr. 243 141 er det kjent å benytte en fremgangsmåte for fremstilling av koks fra kull som normalt ikke er anvendbar ved forkoksing, hvor kullet utsettes for begren-

set avgassing i en rotasjonsovn. Ved denne fremgangsmåte kan luften og forbrenningsgassen innføres i en viss avstand fra rotasjonsovnens utløp. Men dersom man forsøker å anvende denne fremgangsmåte på kull av ovennevnte art vil store justeringsproblemer måtte overvinnes. Utførelsen av den kjen-

te fremgangsmåte er karakterisert ved en vedholdende økning av temperaturen i det behandlede produkt, fra ovnens innløp til utløpet, hvor produktet når den ønskede forkoksingstempe-ratur. Denne teknikk har hittil ikke kunnet anvendes på kull av den.type som oppfinnelsen angår.

Dersom man faktisk prøver å anvende en slik fremgangs-

måte ved pyrolyse av produkter som har et høyt innhold av

flyktige stoffer som inneholder mer latent varme enn det som er nødvendig for oppheting av ovnen, vil man finne at det er så godt som umulig å opprettholde en stabil temperaturregule-

ring, selv om luftinnløp er fordelt langs hele ovnens lengde. Dersom luftstrømmen til ovnen minsker, vil temperaturen i ovnen falle og det resulterende produkt vil være mindre forkokset og ikke oppvise den ønskede kvalitet. Dersom luft-strømmen øker, selv bare i liten grad, f.eks. som følge av uunngåelig lekkasje, eller falsk luft., vil f lamme temper a tu ren øke meget hurtig, hvorved også forkoksingstemperaturen øker og modifiserer kokskvaliteten ytterligere. Dessuten vil luf-

ten, så snart koksen har nådd temperaturen ved hvilken fullstendig avgassing finner sted, ikke finne mer gass som kan forbrennes og derfor strømme videre inn i ovnen inntil den støter på noe; flammen minsker ytterligere og justering av temperaturen blir fullstendig forstyrret.

Dersom agglutinerende kull anvendes vil man i tillegg

få en tendens til sammenklebing mellom kullpartiklene, slik at det dannes "pellets" med kjerner som er lite forkokset og som i verste fall kan føre til blokkering av den roterende ovn.

Et formål ved oppfinnelsen er å fremstille enten pulverformet koks eller granulert reaktiv koks ved karbonisering i en kontinuerlig ovn, av kull av den innledningsvis nevnte art ved hjelp av en selvoppvarmingsprosess for å unngå varme-tilførsel utenfra. Oppnåelsen av dette formål bringer løsning på spesielle problemer.

Et annet formål ved oppfinnelsen er derfor å overvinne de vanskeligheter som følger med kull av den innledningsvis nevnte art.

Disse formål oppnås ifølge oppfinnelsen gjennom den innledningsvis angitte fremgangsmåte, ved at forbrenningsluftmengden som innføres i området mellom koksutløpet og sonen med maksimal temperatur er større enn den nødvendige luftmengde for oppnåelse av den ønskede forkoksningstemperatur, og at et endotermisk fluidum innføres i ovnen i en slik mengde at den ønskede forkoksningstemperatur bibeholdes, idet temperaturen til gassene som forlater ovnen reguleres til minst 600°C.

For å tilpasse oppvarmingsforløpet for det behandlede produkt som en.funksjon av dets fremføring i ovnen, er det derfor i samsvar med oppfinnelsen at den overskytende forbren-nings luft som innføres i ovnen skal reguleres innen støkiome-triske forholdsgrenser som en funksjon av temperaturen til de gasser som forlater ovnen. Med dette menes at mengden av luft som innføres er større enn den mengde som er nødvendig for å bringe koksen til den ønskede forkoksningstemperatur, og.samtidig mindre enn den mengde som er nødvendig for oppnåelse av støkiometrisk forbrenning av gassene. Med andre ord må de røkgasser som forlater ovnen i alle tilfeller forbli reduserende.

Søkerne har funnet at under disse forhold beveges flammen nedover i ovnen, og som følge av svekket forbrenning stabiliseres den oppstrøms av det punkt i ovnen hvor det behandlede produkt når den ønskede temperatur, idet dette punkt bestemmes av varmevekslingskapasiteten mellom gass og fast stoff opp-strøms av ovnen. På denne måte oppnås et stabilt temperatur-mønster, idet de relative variasjoner i luftstrømmen bare på-virker utstrømningstemperaturen til de gjenværende gasser mens der er et overskudd av luft.

Fortrinnsvis blir minst 60% av den totalt mengde luft som

innføres innført gjennom ovnens koksutløp.

Som endotermisk fluidum kan røkgass eller vann innføres ved ovnens koksutløp. I dette tilfellet vil dette endotermiske fluidum blandet med forbrenningsluften avkjøle koksen under dens fremføring i ovnen, og idet det når produktets maksimale temperaturpunkt, vil det møte de første destilleringsgasser og frembringe en flamme hvis temperatur er vesentlig lavere, da den relative strøm av det endotermiske fluidum er betydelig. Ettersom flammen er mindre varm,er forkoksningstemperaturen lavere.

Det er videre fordelaktig at oppvarmingsforløpet omfatter en sone med lavere temperaturstigning i produktet av størrel-sesorden 10° til 15° C/min, i temperatursonen mellom 300°C og 450°C.

Det vil være mulig å oppnå en sone med mindre temperaturstigning ved akkumulering av produktet i dets plastiske fase

ved regulering av ovnens omdreiningshastighet.

Justeringen av mengden av tilført luft og av tilført endotermisk fluidum gjør det således mulig å fiksere produktets temperaturstigningsforløp ved de ønskede nivåer, den maksimalt oppnådde temperatur, samt koksens avkjølingsforløp. Det er en fordel å holde koksen i en viss tid ved høy temperatur dersom agglutineringskull skal fremstilles; pelletene forkokses til kjernen og desintegreres.

Ifølge et alternativ kan denne sone med mindre 'temperaturstigning oppnås ved hjelp av en utvidelse av ovnen, som f.eks. beskrevet i britisk patent nr. 1 246 992.

Endelig vil det være en fordel om det i ovnen dannes et svakt, kontrollert trykkfall ved hjelp av trekk gjennom en av-gasskanal ved høy temperatur i størrelsesorden 600°C, eller ved.forbrenning av de gjenværende gasser i en kanal med na-turlig eller forsert trekk.

Spesielle utføringsformer av en fremgangsmåte for utførel-se av oppfinnelsen, samt tilhørende apparatur skal i det føl-gende beskrives under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et skjematisk lengderiss, delvis i snitt, av en roterende ovn av i og for seg kjent art, men innrettet for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser kurver over innholdet av flyktige stoffer, gasstemperatur og produkttemperatur som funksjon av avstand i forhold til stedet for innføring av de behandlede produkter ved ovnens oppstrømspunkt. Fig. 3 viser et skjematisk lengdesnitt av en ovn for ut-førelse av en alternativ fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal beskrives nærmere på grunnlag av fig. 1.

I den følgende beskrivelse såvel som i det foregående, er kullets egenskaper fastlagt i henhold til AFNOR-standarder. Pulverformet eller granulert kull av den type som oppfinnelsen angår innføres, etter utmåling, i en roterende rørformet ovn 1, med lengde 37 meter og utvendig diameter 2 meter, med en hellning på 3%, ved hjelp av en trakt 2 og en kanal 3. Ovnen kan rotere med en hastighet på 0,6 til 3,6 omdreininger pr. 5600 m 3 pr. time, regulert ved hjelp av en ventil 18, med tre luftvifter 14, 15, 16 med kapasitet 3000 m 3 pr. time for å forsyne tre seksjoner av ovnen,, med en antenningsbrenner 10 og med et innsprøytingsrør 11 for vann som tilføres gjennom en ventil 19.

Ovnen 1 er innvendig foret med isolerende ildfast materiale. På oppstrømssiden, dvs. på den side hvor kullet inn-føres, er den forsynt med en massiv leppe eller terskel 4 med en sirkulær åpning for gjennomløp av gass som hindrer produktet fra å falle ut i et røkkammer 5. En relativt tett roterende pakning 6 danner forbindelsen mellom ovnen og røk-kammeret. Ovnen på fig. 1 er videre utstyrt med pyrometer-stenger 17 for måling av produkttemperatur og gasstemperatur med henblikk på regulering av luftinnløpsventilen 18, samt av vanninnløpsventilen 19. De gjenværende gasser som strømmer ut fra røkkammeret føres mot et etterforbrenningskammer ved hjelp av et rør forsynt med et regulerbart spjell 20, eller mot et hjelpeutløp 21 ved hjelp av en klokkeventil 22 som er regulert enten til fullt åpen eller fullt lukket stilling ved hjelp av en jekk.

Kammeret 5 er foret med en ildfast foring for 1000°C og er forsynt med en trakt som samler opp deler av produktet som måtte falle ut fra innløpsterskelen 4, særlig finstoff eller støv som nedrives i avgassene og avgis fra disse. Utløpet av trakten er forsynt med en normalt åpen lukkeinnretning 23, samt et rør hvis ender er nedsenket i en med vann fylt trakt inneholdende en opptaks- eller gjenvinningsskrue 24, slik at det dannes en hydraulisk sikring.

En vannforstøver 25 som drives ved hjelp av en ventil 2 7 letter nedføringen av finstoff i røret og forsyner den hy-drauliske sikring som arbeider med konstant nivå. Opptaks-skruen har en slik helling at den ved overflaten opptar produkter som flyter og ved bunnen nedfelte produkter. Et system av innvendige lukkeinnretninger 26 muliggjør periodisk utskylling av flytende produkter fra røret.

Koksen kan fjernes gjennom små hule elementer som virker som indirekte kjølere (den utvendige overflate sprøytes med vann i lukket krets) og åpner i et spiralelement forsynt med en skjerm, eller som vist, ved å gli over en skråttliggende kanal forsynt med en klumpknuser 12 og utspredning på et vibrerende bord 13 eller annen innretning for mulig ytterli-

gere avkjøling. Styrekretser er angitt ved R.

Produktet beveges fremover i ovnen under påvirkning av rotasjon og hellning. Det tørker, begynner å avgi gasser, forkokses deretter i berøring med de varme gasser fra for-brenningen av de flyktige stoffer, og sirkulerer i motstrøm. Etter omdannelse til koks avkjøles produktet og kommer ut gjennom en ringformet rist 7. Varmehetten 8, som innvendig er foret med ildfast materiale, avtetter utløpet og bærer en dyse med luftviften 9 forsynt med gassbrenneren 10 for opp-starting, samt røret 11 for vanninnsprøyting.

Ved innføring av kull med et høyt innhold av flyktige stoffer (37,8% ifølge MO 3 004 standarden) og med en aggluti-neringsindeks på 5 (ifølge Afnor Standard Mil.001) oppnår man en koks med 4% flyktige stoffer ved en hastighet på 9 tonn pr. time med en omdreiningshastighet på 3,3 omdreininger pr. min.

Gasser kommer ut ved 790°C. Trykkfallet ved ovnshetten holdes på 0,1 millibar. Koksens leveringstemperatur er 100 til 150°C. Den maksimalt oppnådde temperatur i produktet er 700°C. Luftmengden som innføres ved hjelp av viftene langs ovnen utgjør totalt 500 m 3/time, idet mengden av vann som inn-føres gjennom innsprøytingsrøret 11 er 1300 liter pr. time.

De varme gasser strømmer inn i røkkammeret 5 forsynt med trakten som samler opp produkt som måtte falle ned fra innløps-terskelen og finstoff som føres med røken som dekanteres.

Den hellende skrue 2 4 trekker ut blandingen av fast stoff og sot.

Den oppnådde koks har følgende egenskaper målt i henhold til egnede metoder som beskrives i arbeidet til R. Loison, P. Foch, A. Boyer,' "Le Coke", Dunod, Paris,1970:

Denne ovnen gjør det mulig å behandle produkter med vari-erende partikkelstørrelser i området fra støv 0/7 til korn 15/35, idet partikkel- eller kornstørrelsen til kullet som innmates utvelges som en funksjon av den ønskede kornstørrelsé ■ . ' ■ for koksen. Hvis f.eks. koks 10/20 er ønskelig, vil størrel-

sen på kornene i satsen som innmates i ovnen være 7/15 eller 10/20. Dersom 4/10 er ønsket, vil 6/10 innføres, eller 0/7

eller 0/10 finstoff med slam fjernet.

2n fagmann vil forstå at det ovenfor beskrevne eksempel fører til meget overraskende resultater, idet det dreier seg om et kull som er like agglutinerende og har et like høyt innhold av flyktige stoffer som det som er behandlet.

Ytterligere kommentarer er nå nødvendig for en bedre forståelse av de driftsmessige betingelser ifølge oppfinnelsen som har gjort det mulig å oppnå ovennevnte resultat, samt å muliggjøre tilpasning av disse driftsbetingelser til andre kull av den type som oppfinnelsen angår.

Man vil ha forstått at etterhvert som produktet fremføres, vil dets temperatur stige opp til det ønskede maksimum; deretter avkjøles produktet når det nærmer seg nedstrømspunktet til rotasjonsovnen. I nærheten av 350°C begynner de flyktige stoffer å frigjøres. Ved omtrent 500°C når produktet den plastiske sone, idet denne innbefatter begynnelsen av omdan-ningen av koksen som ender nær 800°C. Oppvarmingsforløpet i denne 350° - 800°C sone bestemmer koksens kvalitet og kan i henhold til oppfinnelsen reguleres.

Forholdene er kompliserte. Man vil finne at for hurtig temperaturstigning i 350°-550°C sonen øker kullets plastisitet, svellingen av kornene,og flerdobler kornenes tendens til sammenklebing med dannelse av "pellets" hvis kjerner er utilstrek-kelig forkokset. Man skulle i dette tilfellet tro at for-koksingen av koksen ved høy temperatur (950° til 1100°C) kunne desintegrere disse pellets og ikke ville innebære noen ulemper for visse utløp. Behovet til industrielle brukere er imidlertid i stor utstrekning rettet mot koks som er forkokset ved omtrent 800-850°C, eller bare ved 650-700°C. Dette er årsaken til interessen for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Hvis dessuten luft innføres uten foranstaltninger med kull av den type oppfinnelsen angår og særlig hvis svellings-indeksen er i størrelsesorden 4 eller 5, vil pellets oppstå. Imidlertid stabiliseres forholdet dersom man tar forholds-regler ifølge oppfinnelsen, for å fiksere et relativt lavt temperaturstigningsforløp (mindre enn 10°C/min) i 350°-550°C sonen. Dette resultat kan oppnås ved dannelsen av en terskel for plastisk produkt i nærheten av 400°C, som øker fyllings-hastigheten lokalt. Dannelsen av denne terskel oppnås ved kombinasjon av de temperaturstyrte luftreguleringer og ovnens omdreiningshastighet, idet man drar fordel av det faktum at produktets piastisitetssone, som følge av dette, er sonen med størst viskositet eller sonen med størst skråning for ned-styrtet materiale som påvirkes av ovnens rotasjonshastighet. Ved hjelp av oppfinnelsen kan operatøren derfor styre dannelsen av en slags seng av svakt agglutinert produkt og redusere fremføringshastigheten lokalt, slik at temperaturen stiger.

Et alternativ for oppnåelse av samme res:ultat ved en sone med minst temperaturstigning består i å anvende en ovn av den type som vil bli beskrevet på grunnlag av fig. 3.

Søkeren har også uten hell forsøkt å regulere koksens utgangstemperatur under 900°C med en forbrenning fordelt i trinn over hele ovnens lengde med innføring av luft ved for-skjellige punkter. I dette tilfellet vil et luftoverskudd medføre at koksen oppvarmes over 950°C, en temperatur ved hvilken flyktige stoffer ikke lenger avgis.. Da luften som inn-føres i ovnen ved utløpet av koksen ikke har noe å brenne, er den tilgjengelig for forbrenning av gasser. Overheting vil derfor finne sted så snart gassen opptrer, og flammen beveges på nytt bakover mot strømmen.

Dersom denne luften så reduseres, vil flammen bevege seg tilbake i nedstrømsretningen, og kokstemperaturen vil da falle som følge av mangel på kalorier. Eh mengde gass blir da fri-gjort. På den annen side, så snart man anvender det oppfinnelsen lærer, er det mulig å oppnå en stabil drift hvor man kan oppnå en kontrollert gassutstømningstemperatur som ligger mellom 600° og 700°C, hvilket begrenser tilstopningen av kana-ler og kretser. Ved at muligheten for varraeoverføring mellom gass og fast stoff er begrenset, vil temperaturstigningsfor-løpet bli stabilisert. Maksimal temperatur (900 til 950°C) blir nådd mellom en halv og to tredjedeler av ovnens lengde, avhengig av hastigheten.

I nedstrømspartiet avkjøles koksen, og flyktige stoffer blir ikke lenger avgitt. Selv om der bare gjenstår den luft som sirkulerer i motstrøm til den varme koks , er forbren-ningsvirkningen meget begrenset.

Teknikken ifølge oppfinnelsen som går ut på forbrenning ved hjelp av et overskudd av luft i ovnens nedstrømsparti fører til høy forkoksningstemperaturnivå, hvilket er av interesse for enkelte fabrikanter.

I det øyemed å oppnå koks som er forkokset ved lavere temperatur, foreligger et alternativ ved å forstøve vann med luft som blåses inn i ovnen på koksens utløpsside. Forstøv-ningen av vannet bidrar selvsagt til avkjøling av koksen, men spesielt begrenser den endotermiske effekt av vanndamp for-brennings temperaturen til de første destilleringsgasser som opptrer, og derved den maksimale temperatur som koksen kan nå.

Regulering av luftstrømmen muliggjør kontroll av gasse-nes utstrømningstemperatur. Regulering av vannmengden mulig-gjør kontroll av koksens maksimale temperatur. En viss mengde luft kan imidlertid innføres ved hjelp av vifter 14, 15, 16 langs ovnen for å opprettholde det generelle varmenivå og forbli innen justeringsområdet til gassutstrømningstempera-turen, uten imidlertid å overstige den støkiometriske for-holdsgrense som tidligere angitt.

Et svakt trykkfall opprettholdes for å muliggjøre ut-strømning av gjenværende gasser, mens innstrømning av falsk luft på koksens utløpsside begrenses. Falskluftstrømmen må holdes godt under det som er nødvendig for prosessen. Gas-sens høye temperaturnivå bevirker at de evakueres ved hjelp av naturlige trekk, eller at de forbrenner effektivt, og uten at det dannes røk eller væskeformet utstrømning eller andre forurensinger eller ubehag.

På fig. 2 er vist kurver A og B i forbindelse med drift av en ovn ifølge fig. 1 av lengde 36,7 m. Langs abcissen er i meter angitt avstanden langs ovnen målt fra punktet for innføring av kull. Langs abcissen angir pilene 9, 14, 15, 16 henholdsvis punktene for innføring av luft, og pilen 11 punktet for innføring av vann. Kullet var Wendel-kull 12/18 mm med 40% flyktige stoffer, og med en svellingsindeks på 4,5. Ovnen var 2 meter i diameter, hadde en hellning på 3% og ro-terte med 3,15 omdreininger pr. minutt. Luftutstrømningen var 4800 m<3>/h ved punkt 9 og null ved punktene 14, 15 og 16. Vannstrømmen var 2300 kg/h.

Kurven A angir utviklingen av innholdet av flyktige stoffer i produktet som % av rent kull (eller koks), og kurven B angir utviklingen av temperaturen i produktet i °C.

Ovnen vist på fig. 3 er av en type som er særlig egnet for utførelse av oppfinnelsen. I denne henseende utgjør den et alternativt avvik fra den kjente sylindriske ovn. For klar-hetens skyld viser fig. 3 bare noen av delene i fig. 1, som alle er identiske. Det skal forstås at det funksjonelle ut-styr til ovnen ifølge fig. 3 er nøyaktig det samme som det i ovnen ifølge fig. 1. Den vesentlige forskjell mellom de to ovner er at sonen hvor temperaturstigningen avtar oppnås ved en spesiell konstruksjon av ovnen. Istedenfor at ovnen er fullstendig sylindrisk, oppviser den en utvidet diameter i sonen Z hvor den ønskede neddemping av produktfremføringen oppnås ved lokal akkumulering.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av reaktivt; kornet eller pulverformet koks, hvor kull innføres i en svakt hellende, rørformet rotasjonsovn, og hvor den nødvendige varmemengde for karbonisering under produktets bevegelse gjennom ovnen oppnås ved forbrenning av deler av de flyktige bestanddeler i det behandlede kull under innføring av luft i ovnen, særlig til ovnsområdet mellom koksutløpet og sonen der produktet som behandles når sin maksimale temperatur, idet det som kull anvendes kullstøv eller kullpartikler som inneholder mer enn 15% flyktige stoffer og har et svellingstall i området mellom 1 og 8, ved karbonisering mellom 600° og 1100°C, karakterisert ved at forbrenningsluftmengden som innføres i området mellom koksutløpet og sonen med maksimal temperatur er større enn den nødvendige luftmengde for oppnåelse av den ønskede, forkoksningstemperatur, og at et endotermisk fluidum innføres i ovnen i en slik mengde at den ønskede forkoksningstemperatur bibeholdes, idet temperaturen til gassene som forlater ovnen reguleres til minst 600°C.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det endotermiske fluidum er vann.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at minst 60% av den totalt tilførte mengde forbrenningsluft innføres gjennom ovnens koksutløp.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det i temperaturområdet 300-400°C innstilles en oppvarmingshastighet på 10-15°C/min.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at området med lav oppvarmingshastighet innstilles ved hjelp av en lokal tverrsnittsendring av og/eller en regulering av ovnens omdreiningshastighet.