PL184382B1 - Sposób ciągłego wytwarzania koksu z węgla oraz urządzenie do ciągłego wytwarzania koksu - Google Patents

Abstract

1. Sposób ciaglego wytwarzania koksu z wegla, polegajacy na wymuszonym doprowa- dzaniu wegla do komory grzejnej i ogrzewaniu wegla, znamienny tym, ze wegiel doprowadza sie do jednego z konców podluznej komory, zawierajacej pierscieniowa przestrzen grzejna utworzona przez zewnetrzna powierzchnie rury o mniejszej srednicy oraz wewnetrzna po- wierzchnie rury o wiekszej srednicy, zageszcza sie wegiel przy powierzchniach rur i ogrzewa sie go, przy braku tlenu, za pomoca ciepla, które dostarcza sie z dwóch przeciwleglych kierunków przez doprowadzenie ciepla do kaz- dej ze scian tworzacych pierscieniowa prze- strzen, przy czym proces koksowania wegla, przesuwajacego sie wzdluz komory, nastepuje przy powierzchni kazdej ze scian, zas w mate- riale zawartym posrodku, miedzy dwoma po- wierzchniami rur, tworzy sie pierscieniowa szczelina. FIG. 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób ciągłego wytwarzania koksu z węgla, w szczególności sposób wytwarzania koksu hutniczego, stosowanego w piecach do wytopu żelaza. Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do ciągłego wytwarzania koksu.

Z opisu patentowego US 2 922 752 jest znany sposób wytwarzania koksu polegający na wymuszonym wprowadzaniu węgla w oddzielne komory pieca koksowniczego, mające postać rur, w których węgiel jest ogrzewany bezpośrednio. Z uwagi na fakt, że węgiel jest złym przewodnikiem ciepła, komory stosowane do przeprowadzenia sposobu ujawnionego w w/w opisie mają stosunkowo małą średnicę (30,48 cm), w celu uzyskania skutecznego nagrzewania węgla. Powoduje to konieczność stosowania dużej liczby komór w piecach koksowniczych wraz z towarzyszącymi im indywidualnymi mechanizmami ładowania węgla, zaworami i elementami sterującymi, aby uzyskać wymaganą wydajność. Ta duża liczba komór powoduje, że urządzenie przemysłowe jest nieekonomiczne zarówno z uwagi na skomplikowaną konstrukcję jak i skomplikowaną obsługę.

Opis patentowy US 5 356 530 ujawnia piec koksowniczy mający komorę w kształcie cylindra, utworzonego przez zewnętrzną powłokę i wewnętrzną rurę, jednakże opis ten dotyczy uszlachetniania osadów ropy naftowej oraz ciężkich frakcji ropy naftowej poprzez ich rozkład termiczny. W urządzeniu tym piroliza zachodzi w wyniku dostarczenia ciepła do ścianek, zaś utworzony przy ściankach węgiel jest następnie za pomocą mechanizmów spychających zdzierany z tych ścianek.

Celem przedmiotowego wynalazku jest opracowanie sposobu oraz urządzenia do wytwarzania koksu, pozwalających na zwiększenie powierzchni pola powierzchni ogrzewania węgla.

Sposób ciągłego wytwarzania koksu z węgla, polegający na wymuszonym doprowadzaniu węgla do komory grzejnej i ogrzewaniu węgla, według wynalazku charakteryzuje się tym, że węgiel doprowadza się do jednego z końców podłużnej komory, zawierającej pierścieniową przestrzeń grzejną utworzoną przez zewnętrzną powierzchnię rury o mniejszej średnicy oraz wewnętrzną powierzchnię rury o większej średnicy, zagęszcza się węgiel przy powierzchniach rur i ogrzewa się go, przy braku tlenu, za pomocą ciepła, które dostarcza się z dwóch przeciwległych kierunków przez doprowadzenie ciepła do każdej ze ścian tworzących pierścieniową przestrzeń, przy czym proces koksowania węgla, przesuwającego się wzdłuż komory, następuje przy powierzchni każdej ze ścian, zaś w materiale zawartym pośrodku, między dwoma powierzchniami rur, tworzy się pierścieniowa szczelina.

Korzystnie, węgiel doprowadza się do komory grzejnej przez urządzenie zamykanego leja, natomiast wytworzony koks wyprowadza się z komory grzejnej do komory gaszenia i chłodzi się go, zwłaszcza za pomocą pary wodnej, do temperatury poniżej punktu zapłonu, przy czym ochłodzony koks wyprowadza się do atmosfery poprzez urządzenie zamykanego leja, zaś gazy wytwarzane podczas koksowania węgla są gromadzone, a następnie wzbogacane.

W sposobie według wynalazku węgiel wtłacza się do komory grzejnej z jednej strony za pomocą tłoka wpychającego, zagęszcza się węgiel i powoduje się wypychanie koksu z drugiej strony podłużnej komory, przy czym ciepło, potrzebne do konwekcyjnego ogrzania węgla, doprowadza się poprzez kierowanie produktów spalania na ściany tworzące pierścieniową przestrzeń grzejną.

Urządzenie do ciągłego wytwarzania koksu, zawierające co najmniej jedną komorę grzejną oraz mechanizm załadowczy służący do wymuszonego doprowadzenia materiału do komory, zagęszczania i wymuszonego wyładowywania koksowanego materiału z komory, charakteryzujące się tym, że ma komorę zawierającą usytuowane koncentrycznie rury, przy czym między wewnętrzną powierzchnią rury o większej średnicy a zewnętrzną powierzchnią rury o mniejszej średnicy jest pierścieniowa przestrzeń grzejna, oraz zawiera dwa zespoły dymowe do przepuszczania gorących spalin i ogrzewania wewnętrznej powierzchni rury o mniejszej średnicy oraz zewnętrznej powierzchni rury o większej średnicy.

Komora koksownicza korzystnie ma obudowę ciśnieniową, umożliwiającą pracę pod ciśnieniem, zaś koncentrycznie usytuowane rury charakteryzują się dużą wydajnością przewodzenia ciepła.

Korzystnie, urządzenie według wynalazku posiada zamykany lej do doprowadzania materiału przeznaczonego do komory grzejnej, zamykany lej do wyprowadzania koksowanego mate4

184 382 riału z komory, środki do oczyszczania gazu wytworzonego przez koksowanie oraz posiada środki do odzyskiwania ciepła.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia wytwarzanie koksu w pierścieniowej przestrzeni grzejnej, utworzonej pomiędzy dwoma usytuowanymi koncentrycznie rurami, tj. rurą o dużej średnicy (przykładowo 2,1 m) a rurą o mniejszej średnicy (przykładowo, 1,5 m), ogrzewanych w taki sposób, aby węgiel zawarty w pierścieniowej przestrzeni był ogrzewany przez wewnętrzną ścianę rury o dużej średnicy i przez zewnętrzną ścianę rury o mniejszej średnicy. Konsekwencją zwiększenia pola powierzchni ogrzewania węgla jest możliwość zmniejszenia liczby komór koksowniczych, w celu uzyskania takiej samej wydajności jaka jest uzyskiwana w procesie ujawnionym w wyżej wymienionym opisie US, co z kolei powoduje zmniejszenie nakładów kapitałowych oraz uproszczenie działania przemysłowego urządzenia koksowniczego.

Przykładowo, w celu nagrzania 4,7 t węgla na godzinę do średniej temperatury 621°C urządzenie według wymienionego wyżej opisu patentowego złożone było z trzydziestu komór koksowniczych o długości 6,1 m (kolumna 5 w/w opisu). Według przedmiotowego wynalazku dwie komory koksownicze o długości 14,6 m są w stanie ogrzać 5,6 t węgla na godzinę do średniej temperatury 1012°C. Uwzględniając wszystkie czynniki oznacza to, że jedna komora koksownicza według przedmiotowego wynalazku ma wydajność produkcyjną równoważną dwunastu komorom koksowniczym według powyżej omówionego, znanego rozwiązania.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest przedstawiony na rysunki, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny komory grzejnej, fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny tej części podłużnej komory, z której koks jest wyprowadzany, fig. 3 przedstawia przekrój wzdłuż linii 3-3 z fig. 1, fig. 4 przedstawia w widoku z boku część urządzenia przemysłowego (z komorami grzejnymi umieszczonymi obok siebie), z której koks jest wyprowadzany, fig. 5 przedstawia widok z góry fig. 4 po obróceniu o 90° zgodnie z ruchem zegara, fig. 6 przedstawia konfigurację urządzenia przemysłowego w widoku z góry, zaś fig. 7 przedstawia przekrój urządzenia z fig 6.

Na figurach 1, 2 i 3 przez 10 oznaczona jest komora grzejna. Komora ta jest złożona głównie z rury 11 o dużej średnicy i z rury 12 o małej średnicy. Przestrzeń 13 jest pierścieniem utworzonym pomiędzy rurami 11 i 12. Rurowa osłona oznaczona przez 14 obejmuje obie rury 11 i 12 i zamyka szczelnie komorę 10 względem atmosfery, aby oszczędzać ciepło i zabezpieczać przed emisją zanieczyszczeń. Do wewnętrznej ściany osłony 14 przymocowany jest izolujący materiał 15, aby zmniejszyć straty ciepła. Pomiędzy izolacją 15 a zewnętrzną ścianą rury 11 utworzony jest kanał dymowy 17 do kierowania spalin do ogrzewania ściany rury 12 od wewnątrz. Konstrukcja taka umożliwia dwukierunkowe grzanie węgla zawartego w pierścieniu 13, w celu wytwarzania koksu w tym pierścieniu, jak to oznaczono przez 18 na fig. 1.

Rura 12 jest wsparta na środnikach 19, 19(a) i 19(b) rozmieszczonych korzystnie co 120°, przy czym środnik 19 jest wydrążony, w celu umożliwienia przechodzenia gazu, i jest zamontowany na zewnętrznej ścianie rury 12, a środniki 19(a) i 19(b) są zamontowane na wewnętrznej ścianie rury 11. Rury 11 i 12 mogą rozszerzać się. Wydrążony środnik 19, który służy do powrotu spalin z jednego końca komory 10, po stronie wprowadzania węgla, do drugiego końca komory, po stronie wyprowadzania koksu, jest bezpośrednio połączony z kanałem dymowym 17, umieszczonym od strony doprowadzania węgla. Środnik 19, umieszczony od strony wyprowadzania koksu, jest wyposażony w przewód 20, w celu połączenia z kanałem dymowym 16, który z kolei otacza zewnętrzną ścianę rury 11 o dużej średnicy. Przewód 20 jest wykonany w kształcie węża, aby kompensować rozszerzanie i kurczenie. Palnik 21 jest umieszczony przy końcu rury 12 od strony wprowadzania węgla. Wewnątrz rury 12 umieszczony jest przewód 22 przenoszenia spalin do kierowania produktów spalania z palnika 21 do tego końca komory 10, z której koks jest wyprowadzany, i stąd do kanału dymowego 17, w celu ogrzewania ściany rury 12 od wewnątrz przez spiralne prowadzenie spalin wypływających z kierunku doprowadzania węgla do środnika 19. Z jednej strony komory koksowniczej 10, od strony wprowadzania węgla, jest umieszczony popychający tłok 23 do stopniowego siłowego doprowadzania węgla do pierścienia 13, przy czym węgiel jest doprowadzany przez otwór 24 z urządzenia lejowego pokazanego na fig. 5, 6 i 7. Kiedy węgiel jest wpychany

184 382 w jeden koniec komory 10, koks jest wypychany z drugiego końca komory 10 (po lewej stronie na fig. 1). Tłok 23, który jest wykonany w kształcie przewierconego cylindra opisującego zewnętrzną ściankę rury 12, jest przemieszczany do przodu i do tyłu przez cylindry hydrauliczne 25, popychające drążki 37 sprzężone z tłokiem 23.

W trakcie działania gorące, bogate w tlen, gazy spalinowe z palnika 21 wchodzą w komorę 10 wewnątrz rury 12 i są kierowane poprzez przewód 22 do końca rury 12, gdzie są one wtłaczane w kanał dymowy 17 i dociskane spiralnie dokładnie do wewnętrznej ściany rury 12 na jej długości, płynąc poprzez komorę 10 w kierunku tego końca komory, do którego jest doprowadzany węgiel, nagrzewając przez to węgiel/koks zawarty w pierścieniu 13 od wnętrza rury 12. Spaliny po osiągnięciu w/w końca komory są kierowane do środnika 19 i zawracane, jak pokazano strzałkami 26, w kierunku tego końca komory 12, z którego jest wyprowadzany koks, i są doprowadzane poprzez wężowy przewód rurowy 20 do palnika pomocniczego 27, który jest usytuowany przy w/w części do wyprowadzania koksu z komory 11. W tym punkcie dodatkowe paliwo pokazane strzałką 28 jest dodawane poprzez otwór 29, by podwyższyć temperaturę bogatych w tlen spalin przed skierowaniem ich do kanału dymowego 16 w celu podwyższenia temperatury gazów do żądanego poziomu i skutecznego ogrzania ściany rury 11 z zewnątrz oraz ze względu na wysoką przewodność cieplną ściany rury 12 grzanie z kolei węgla/koksu zawartego w pierścieniu 13. Kiedy te spaliny dojdą do końca po stronie wprowadzania węgla, są one wyprowadzane poprzez otwór 30 komory 10, zaznaczony strzałką 31. Podczas grzania węgla w pierścieniu 13 węgiel ten jest zasadniczo grzany w dwóch przeciwnych kierunkach, mianowicie przez zewnętrzną ścianę rury 12 przez mimośrodowe promieniowanie ciepła i poprzez wewnętrzną ścianę rury 11 ciepłem promieniowanym koncentrycznie. Doprowadzanie ciepła do palnika 21 i doprowadzanie ciepła do palnika pomocniczego 27 są zrównoważone w taki sposób, aby koks był wytwarzany równomiernie przez tworzenie linii podziału 32 w środku pierścienia 13. Gaz węglowy powstający podczas koksowania jest kierowany do końca komory 10 po stronie wyprowadzania koksu. W celu uniknięcia mieszania się gazu węglowego ze spalinami zastosowany został zespół sprężynowy 33, by utrzymywać uszczelnienie z dławnicą34 i uszczelką 35. Zastosowano również zespół drążkowy 36 do regulacji naprężenia.

Na figurze 4 kilka komór koksowniczych, takich jak komora 10, zmontowane jest obok siebie, by utworzyć baterię. Odnoga 38 gaszenia koksu (chłodzenia) jest zamontowana za komorą 10 i jest połączona za pomocą kolanka 39 w celu kierowania koksu do tej odnogi 38. Zawór 40 wspiera koks podczas gaszenia (chłodzenia poniżej jego punktu zapłonu) gazem takim jak para wodna, który jest wprowadzany poprzez otwór 41. Kolektor 42, który zbiera surowy gaz z koksowania węgla, jest również użyty do zbierania gazów wytworzonych podczas gaszenia. Surowy gaz i gazy pochodzące z gaszenia są obrabiane w operacji odpływu. Zawory 43 i 44 umożliwiają odcięcie komory koksowniczej 10 dla konserwacji. Aby utworzyć system zamknięty w stosunku do środowiska, gaszony koks jest wyprowadzany w rurę, która służy jako lej zamykający 45, poprzez rurę spadową 46. Zawory 47 i 48 zamykają i otwierają lej 45 w celu uniemożliwienia uchodzenia zanieczyszczeń do atmosfery i spadku ciśnienia w systemie do atmosfery przy wyładowywaniu koksu. Wyładowywanie koksu odbywa się za pomocą podajnika 49 i przenośnika 50. Figura 5 jest widokiem z góry urządzenia z fig. 4, przy czym analogiczne elementy mają takie same oznaczenia cyfrowe. Rura doprowadzania węgla (nie pokazana na fig. 4) jest oznaczona przez 51, a lej węgla przez 52.

Figura 6 prezentuje przemysłowe urządzenie koksownicze. Urządzenie to jest wyposażone w kilka komór koksowniczych, takich jak komora 10, aby utworzyć baterię. Budynek przygotowania węgla jest oznaczony przez 53, a bunkier węglowy przez 54. Z tego bunkra węgiel jest doprowadzany za pomocą dowolnego konwencjonalnego systemu do leja 52, aby doprowadzać węgiel do tłoka wpychającego 23. Urządzenie obróbki gazu, oznaczone przez 55, przeznaczone jest do oczyszczania surowego gazu zebranego z komór koksowniczych i z gaszenia koksu. Wytwornica pary z odzyskiwaniem ciepła, oznaczona przez 56, przeznaczona jest również do chłodzenia gazu po oczyszczeniu, a przed doprowadzeniem go do miejsca wykorzystania. Para wodna powstająca podczas chłodzenia czystego gazu może być wykorzystywana do gaszenia koksu i do napędzania urządzeń obrotowych, takich jak turbiny. Surownica oznaczona przez 57 służy do obsługiwania baterii. Figura 7, gdzie pokazano prze6

184 382 krój z fig. 6, przedstawia węgiel doprowadzany do leja 52, który jest wykorzystywany jako urządzenie zapobiegające emisji zanieczyszczeń i stracie ciśnienia, z zaworami 58 i 59, które sterują zamykanie i otwieranie tego leja, kiedy jest on zasilany węglem. Szczegóły konstrukcji opisanej powyżej podane są w celu opisania, a nie ograniczenia, ponieważ inne konfiguracje są możliwe bez odchodzenia od ducha wynalazku.

184 382

42Η

FIG. 6

I

184 382

8f

a)

Ν' ęj

Ll

FIG. 2 FIG. 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (14)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób ciągłego wytwarzania koksu z węgla, polegający na wymuszonym doprowadzaniu węgla do komory grzejnej i ogrzewaniu węgla, znamienny tym, że węgiel doprowadza się do jednego z końców podłużnej komory, zawierającej pierścieniową przestrzeń grzejną utworzoną przez zewnętrzną powierzchnię rury o mniejszej średnicy oraz wewnętrzną powierzchnię rury o większej średnicy, zagęszcza się węgiel przy powierzchniach rur i ogrzewa się go, przy braku tlenu, za pomocą ciepła, które dostarcza się z dwóch przeciwległych kierunków przez doprowadzenie ciepła do każdej ze ścian tworzących pierścieniową przestrzeń, przy czym proces koksowania węgla, przesuwającego się wzdłuż komory, następuje przy powierzchni każdej ze ścian, zaś w materiale zawartym pośrodku, między dwoma powierzchniami rur, tworzy się pierścieniowa szczelina.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że węgiel doprowadza się do komory grzejnej przez urządzenie zamykanego leja.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wyprowadza się koks z komory grzejnej do komory gaszenia i chłodzi się go do temperatury poniżej punktu zapłonu.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że koks chłodzi się za pomocą pary wodnej.
5. 5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że wyprowadza się ochłodzony koks do atmosfery poprzez urządzenie zamykanego leja.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gromadzi się gazy wytwarzane podczas koksowania węgla, po czym wzbogaca się te gazy.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wtłacza się węgiel do komory grzejnej za pomocą tłoka wpychającego, zagęszcza się węgiel i powoduje się wypychanie koksu z przeciwnej strony podłużnej komory.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że doprowadza się ciepło do konwekcyjnego ogrzewania węgla poprzez kierowanie produktów spalania na ściany tworzące pierścieniową przestrzeń grzejną.
9. 9. Urządzenie do ciągłego wytwarzania koksu, zawierające z co najmniej jedną komorą grzejną oraz mechanizm załadowczy służący do wymuszonego doprowadzenia materiału do komory, zagęszczania i wymuszonego wyładowywania koksowanego materiału z komory, znamienny tym, że ma komorę (10), zawierającą usytuowane koncetrycznie rury (11 i 12), przy czym między wewnętrzną powierzchnią, rury (12), o większej średnicy, a zewnętrzną powierzchnią rury (12), o mniejszej średnicy, jest pierścieniowa przestrzeń (13), oraz zawiera dwa zespoły dymowe (16 i 17) do przepuszczania gorących spalin i ogrzewania wewnętrznej powierzchni rury (12) oraz zewnętrznej powierzchni rury (11).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że rury (11 i 12) charakteryzują się dużą wydajnością przewodzenia ciepła.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że komora (10) ma obudowę ciśnieniową (45, 52).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że posiada zamykany lej (52), doprowadzający materiał do komory grzejnej, i zamykany lej (45), wyprowadzający skoksowany materiał z komory.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że posiada środki (42) oczyszczające gaz wytworzony przez koksowanie.
14. 14. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że posiada środki (56) do odzyskiwania ciepła.

    * * *

    184 382