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Vorrichtung zum Sehwelen wie auch zur Ausführung von beliebigen Wärmebehand- lungen kohlenstoffhaltiger Materialien.
Es ist bekannt, zum Schwelen kohlenstoffhaltiger Materialien Drehrohröfen zu verwenden. Die in solchen Ofen durehsetzbare Menge Schwelgut ist indessen gering im Verhältnis zu dem Rohrvolumen.
Da der Durchsatz bei gegebener Temperatur u. a. von der Grösse der Heizfläche abhängt, so ist schon der Vorschlag gemacht worden, den Drehrohrofen zu unterteilen, indem z. B. statt eines Rohres von 2 m Durchmesser ein Rohrbündel aus sechs Rohren von je 1/2 m Durchmesser empfohlen wurde, wodurch man 50% Heizfläche gewinnen würde. Aber auch dieser Rohrbündelofen hat noch einen kleinen Durchsatz ; will man grössere Durchsätze erzielen, so müssten sehr lange, etwa 40-50 m lange Rohre gewählt werden, was jedoch, insbesondere wenn von auss n geheizt wlrden soll, grosse technische Schwierigkeiten bietet.
Bei Anwendung kürzerer Öfen darf inimer nur eine beschränkte Menge Schwelgut in die einzelnen Rohre gebracht werden, damit das Schwclgllt völlig ausgesehwelt den Ofen verlässt ; hiezu sind komplizierte Aufgabevorriehtungen für das Schwtlgut erforderlich.
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feststehenden Bunker drehen lässt. Diese Art der Sehwelgutzuführung gestattet nämlich, den Durchmesser der einzelnen Rohre so eng und ihre Zahl so gross zu wählen, dass unter entsprechender Neigung des Ofens, selbst bei geringer Längenausdehnung und hoher Umdrehungszahl des Ofens, ein weitgehendes Ausschwelen und gleichzeitig ein grosser Durchsatz des Schwelgutes erreicht wird. Es können z. B.
Rohrbündelöfen von 3'5 m Durehmesser, die aus 400 Rohren von 80 mm Durchmesser und etwa 7 m Länge oder aus 1200-1500 Rohren von 50 mm Durchmesser und 5 m Länge bestehen, benutzt werden. Derartige Rohrbündelöfen sind z. B. sehr gut geeignet zum Schwelen getrockneter Braunkohle, wie sie durch Trocknen von mulmiger mitteldeutscher Braunkohle erhalten wird.
Das Arbeiten mit solchen Rohrbiindelöfen ist fermr mit dem erheblichen Vorteil verbunden, dass die besonders bei Braunkohle sonst sehr lästige Staubplage gemildert wird. Da das Schwelgut in den cngen Rohren keine grosse Fallb wegung ausführt und daher der Abrieb der Schwelgutteilchen geringer ist als in den üblichen Drehrohrofen, so tritt nur wenig Staub auf, selbst bei Verwendung sehr feinkörnigen Schwelgutes. Beim Schwbn in einem Rohrbünddofen gemäss der vorliegenden Erfindung sind die einzelnen Rohre an d. r Eintrags. ive auf eine kurze Strecke vollständig mit Schwelgut angefüllt, das zufolge der Drehung und der Neigung des Rohrbündels zum Ausfallende hin langsam weiterbefördert wird.
Die Rohre lassen sieh mit kalter Kohle leicht bis zu 40% und mehr ihres Volumens füllen. Beim Schwelen gibt die Kohle während des Transportes zum Ausfallende hin Wasser, Teer und Gase ab, so dass der Füllungsgrad des einzelnen Rohres beim Schwelen stark sinkt. Erforderlichenfalls kann man zwecks weiterer Verstärkung der Förderung des Sehwelgutes die Rohre an der Eintragseite mit Förderspiralen, Schaufeln od. dgl. versehen.
Der Durchsatz ist bei den gemäss der vorliegenden Erfindung gestalteten Ofen bei gegebener Neigung proportional der Umdrehungszahl ; diese kann so hoch gewählt werden, wie es die Festigkeit
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um so die Temperatur in der Kammer zu regeln. Die Heizgase können im Gegenstrom oder Gleichstrom mit dem Schwelgut geführt werden.
Durch das Folgende und die anliegende Fig. 1 der Zeichnung, die einen senkrechten Schnitt darstellt, wird die Erfindung weiter erläutert :
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machten Heizkammer H 121/2 mal in der Minute ; die erforderliche Drehung der Rollen D und D1, wird durch einen Antrieb bewirkt, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der die Grude aufnehmende Bunker E, der mittels der Stopfbüchse sill abgedichtet ist, ist am unteren Ende des etwa um 11 geneigten Rohrbündels angebracht. Die festen Produkte verlassen den Bunk@r. E durch das Ruhr 0, während die gasförmigen Produkte durch das Rohr F der Teerkondensation zugeleitet werden.
Das
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so dass der Kopf des Rohrbündels vollständig mit Kohle bedeckt ist. Zufolge der Drehung des Rohr- bündels wird die in die Rohrenden hineinrutschende Kohle in den Schwelrohren weitergefördert ; durch jedes Sehwelrohr geht die gleiche Menge Kohle hindureh, u. zw. 1 t täglich, so dass durch das Rohrbündel
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dann das Bitumen, welches Teer und Schwelgas liefert. Die Temperatur der die Rohre verlassenden Grude beträgt etwa 460-470 C. Die Ausbeute an Teer beträgt 80-90% der im Schwelapparat na h F. Fischer (vgl. z. B. Holde,"Kohlenwasserstofföle und Fette", 6. Auflage, X. 382) erhältlichen Teer- menge.
Der Teer ist nicht überhitzt ; er hat einen Stockpunkt von 52 und enthält nur 3% Staub.
Die Schwelrohre können aus Eisen oder Stahl hergestellt sein, sie können auch mit Aluminium oder andern Materialien ausgekleidet sein. Will man bei höheren Temperatur@n schwelen, z. B. bei 600-800 C, so verwendet man zweckmässig hitzebeständige Stahlsorten. Die Heizkammer kann z. B. aus Schamotte- oder Ziegelmauerwerk oder einem Eisenmantel bestehen, der gegen Wärmeübertragung nach aussen durch die Wärme schlecht leitende Materialien isoliert ist.
Die vorliegende Vorrichtung ist auch bei beliebigen Behandlungsarten kohlenstoffhaltiger
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bei deren Hydrierung oder thermischen Behandlung unter Druck, sehr gut geeignet. Das Verfahren bewährt sich z. B. sehr gut, wenn teilweise getrocknete Braunkohle mit bis etwa 30% Wassergehalt, Kohlengrus, niehtbaelende Steinkohle oder getrockneter Torf von genügend feiner Korngrösse, ferner Körner, Samen, überhaupt feinkörnige oder staubförmige kohlenstoffhaltige Stoffe einer Trocknung,
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indifferente, insbesondere poröse Stoffe von hinreichend geringer Korngrösse, z. B. Bimsstein, Koks usw., als Träger für die zu behandelnden Stoffe, besonders wenn diese flüssig sind, angewendet werden.
Die Anwendung der vorliegenden Einrichtung für Behandlungen unter Druck sei z. B. für die Druckhydrierung von Braunkohle an Hand der Fig. 2 der Zeichnung dargelegt.
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ein einziges Rohr durch die Trommel hindurch geführt werden, das dann nahe den Trommelstirnwänden im Trommelinnern Schlitze oder Löcher für den Ein-und Austritt der erforderlichen Heizmittel in das Trommelinnere bzw. aus demselben aufweist. Mittels der Bunks bd und B2 bzw. B3 und B4, die aus Hoehdruekrohren von 800 mm lichter Weite bestehen, wird das zu behandelnde Gut zu-bzw. das be- handelte Gut abgeführt. Durch Mg wird das Behandlungsmittel, in diesem Falle Wasserstoff, unter 250 Atm.
Druck dem Gut zugeführt, während es durch F zusammen mit den bei d (r Hydrierung entstandenen Produkten, Benzin- und Öldämpfen und Gasen, die Apparatur verlässt, um der Aufarbeitung, z. B. der
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Kondensationsanlage, zugeleitet zu werden. Gegebenenfalls und insbesondere auch bei andern Behandlungsarten können zusammen mit dem zu behandelnden Gut auch andere reagierende oder indifferente Gase oder Dämpfe als Wasserstoff, z. B. Kohlenoxyd, Sehwefeldioxyd, Wasserdampf usw., durch die Rohre R geleitet werden.
Durch Z2 tritt das Heizmittel, z. B. auf 600 erhitzter und zweckmässig unter hohem Druck (etwa 250 Atm. ) stehender Stickstoff, ein, strömt durch die Trommel, einen Teil seines Wärmeinhalts an die
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durch die Anwendung des hohen Druckes sehr begünstigt. Durch entsprechende Regelung der Strömungsgeschwindigkeit des im Kreislauf umgepumpten Stickstoffs kann man ein Temperaturgefälle von jeder gewünschten Höhe zwischen Z2 und Si erzielen. Mittels Leitblechen L für das Heizmittel sorgt man dafür, dass die einzelnen Rohre gleichmässig beheizt werden. Als Heizmittel können auch andere Gase oder Dämpfe, ferner Flüssigkeiten, wie heisses Wasser oder Salzlösungen unter hohem Druck, sowie Salzoder Metallschmelzen verwendet werden.
Bei der Inbetriebsetzung der Apparatur lagert im Hauptbunker R ;, der etwa 10 m hoch ist, getrocknete Braunkohle in einer Höhe von etwa 7 m. Durch die in Drehung versetzte Rohrbündeltrommel werden bei zehn Umdrehungen in der Minute gleichmässig etwa 2 t stündlich gefördert. In den Bunker Bg fallen aus der Trommel die aschereichen Hydrierrückstände der Braunkohle.
Ist es erforderlich, frische Kohle in den Bunker B2 nachzufüllen, so wird das Pilz- oder Kegelventil P2 durch hydraulische Betätigung verschlossen, das Ventil Mi geöffnet und das in dem Vorbunker Bi befindliche Gas (etwa Stickstoff) kann in eine Arbeitsmasehine, etwa in eine Kolbenmaschine, Turbine od. dgl., geleitet werden, um dort seine Energie bei der Expansion auf Atmosphärendruck abzugeben. Ist dir Druck in Bi auf Atmosphärendruck gesunken, so wird das Ventil Pi geöffnet und die im Trichter über Pi lagernde Braunkohle rutscht nach B1.
Ist B1 gefüllt, so wird P1 hydraulisch geschlossen und durch Mi erneut Stickstoff eingepresst, bis in Bi der gleiche Druck wie in B2 herrscht. Hierauf wird P2 geöffnet, worauf die Kohle aus dem Vorbunker jBi in den Hauptbunker B2 nachrutscht. Das Einbringen von Gas in den Bunker B2 erfolgt über das Ventil u2.
Die Entleerung der Hydrierrückstände aus Bg erfolgt durch Pg erst in den Vorbunkcr B4 und von dort, nachdem durch U4 der darin befindliche Stickstoff unter Rückgewinnung seiner Energie expandiert ist, bei Atmosphärendruck durch P4 ins Freie. Statt der Pilz- oder Kegelventile können auch andersgeartete Ventile angewendet werden, z. B. solche von Napfform.
Das Material für die Apparatur richtet sich nach dem verfolgten Zweck und den dafür erforderlichen Temperaturen. Die Rohre, die die Trommel tragen und durch die das Heizmittel zu-und abgeführt wird, werden vorteilhaft aus einem Material verfertigt, das unter den gegebenen Umständen die Wärme so wenig wie möglich leitet ; Chromnickelstahl z. B. hat sieh für diesen Zweck als geeignet erwiesen.
Der zylindermantelförmige Raum K zwischen den Rohren A und T wird möglichst eng gehalten ; der Abstand zwischen den Wandungen der Rohre mag etwa 50-80 mm betragen. Durch diesen Raum wird ebenso wie durch die Rohre R während der Umdrehungen des Rohres T Kohle nach B3 gefördert.
Die der Hydrierung zu unterwerfende körnige bis staubförmige Braunkohle hat zweckmässig eine Korngrösse von bis zu 1 cm ; gut geeignet ist z. B. die Kohle, die beim Trocknen mulmiger Rohbraunkohle erhalten wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Schwelen wie auch zur Ausführung von beliebigen Wärmebehandlungen kohlenstoffhaltiger Materialien, insbesondere deren Hydrierung und thermische Behandlung unter Druck, in Rohrbündelöfen, dadurch gekennzeichnet, dass sich das geneigte Rohrbiindel an dfr Seite, auf der das Schwelgut eingetragen wird, in einem mit dem Schwelgut gefüllten, feststehenden Bunker dreht.
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Device for seeing as well as for carrying out any heat treatment of carbonaceous materials.
It is known to use rotary kilns for smoldering carbonaceous materials. The amount of smoldering material that can be thrown through in such an oven is low in relation to the tube volume.
Since the throughput at a given temperature u. a. depends on the size of the heating surface, so the proposal has already been made to subdivide the rotary kiln by z. B. instead of a tube with a diameter of 2 m, a tube bundle of six tubes, each 1/2 m in diameter, was recommended, which would gain 50% heating surface. But this tube bundle furnace also has a small throughput; If one wants to achieve higher throughputs, very long pipes, about 40-50 m long, would have to be chosen, which, however, presents great technical difficulties, especially if the heating is to be carried out from outside.
When using shorter ovens, only a limited amount of smoldering may be brought into the individual tubes, so that the smoldering leaves the furnace in a completely natural way; For this purpose, complicated Aufgabvorriehtungen are required for the Schwtlgut.
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can rotate the fixed bunker. This type of Sehwelgutzuführung allows the diameter of the individual tubes to be so narrow and their number so large that with a corresponding inclination of the furnace, even with low linear expansion and high number of revolutions of the furnace, an extensive smoldering and at the same time a large throughput of the smoldering material is achieved becomes. It can e.g. B.
Tube bundle furnaces of 3'5 m diameter, which consist of 400 tubes of 80 mm diameter and about 7 m length or 1200-1500 tubes of 50 mm diameter and 5 m length, are used. Such tube bundle furnaces are z. B. very suitable for smoldering dried lignite, as is obtained by drying queasy Central German lignite.
Working with such tube bundle furnaces has the considerable advantage that the dust plague, which is otherwise very annoying, especially with lignite, is alleviated. As the carbonized material does not fall much in the narrow tubes and therefore the abrasion of the carbonized material particles is less than in the usual rotary kiln, only little dust occurs, even when using very fine-grained carbonized material. When Schwbn in a tube bundle furnace according to the present invention, the individual tubes at d. r entry. ive been completely filled with smoldering material over a short distance, which is slowly transported further towards the dropout due to the rotation and inclination of the tube bundle.
The tubes can easily be filled with cold coal up to 40% and more of their volume. When smoldering, the coal gives off water, tar and gases as it is transported to the dropout, so that the degree of filling of the individual pipe drops sharply during smoldering. If necessary, the pipes on the entry side can be provided with conveyor spirals, blades or the like in order to further increase the promotion of the Sehwelgutes.
With the furnace designed according to the present invention, the throughput is proportional to the number of revolutions for a given inclination; this can be chosen as high as the strength
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to regulate the temperature in the chamber. The heating gases can be conducted in countercurrent or cocurrent with the carbonized material.
The invention is further explained by the following and the attached FIG. 1 of the drawing, which shows a vertical section:
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made heating chamber H 121/2 times a minute; the required rotation of the rollers D and D1 is brought about by a drive which is not shown in the drawing. The bunker E, which takes up the pit and is sealed by means of the stuffing box sill, is attached to the lower end of the tube bundle inclined by approximately 11. The solid products leave the Bunk @ r. E through the agitator 0, while the gaseous products are fed through the pipe F to the tar condensation.
The
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so that the head of the tube bundle is completely covered with coal. As a result of the rotation of the tube bundle, the coal that has slipped into the tube ends is conveyed further in the carbonization tubes; the same amount of coal goes through each tube, u. between 1 t daily, so that through the tube bundle
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then the bitumen, which supplies tar and carbonisation gas. The temperature of the Grude leaving the pipes is about 460-470 C. The yield of tar is 80-90% of that in the smoldering apparatus according to F. Fischer (see, for example, Holde, "Hydrocarbon oils and fats", 6th edition, X. 382) amount of tar available.
The tar is not overheated; it has a pour point of 52 and contains only 3% dust.
The carbonization tubes can be made of iron or steel, they can also be lined with aluminum or other materials. If you want to smolder at higher temperatures, z. B. at 600-800 C, it is advisable to use heat-resistant types of steel. The heating chamber can, for. B. made of fireclay or brickwork or an iron jacket, which is insulated against heat transfer to the outside by the heat poorly conductive materials.
The present device is also more carbonaceous for any type of treatment
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very suitable for their hydrogenation or thermal treatment under pressure. The method has proven itself z. B. very good, if partially dried brown coal with up to 30% water content, coal grit, non-concrete hard coal or dried peat of sufficiently fine grain size, further grains, seeds, any fine-grained or dusty carbonaceous substances of a drying,
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indifferent, especially porous substances of sufficiently small grain size, e.g. B. pumice stone, coke, etc., are used as a carrier for the substances to be treated, especially if they are liquid.
The application of the present device for treatments under pressure is z. B. for the pressure hydrogenation of lignite with reference to Fig. 2 of the drawing.
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a single tube can be passed through the drum, which then has slots or holes in the drum interior near the drum end walls for the entry and exit of the required heating means into and from the drum interior. By means of the bunks bd and B2 or B3 and B4, which consist of high pressure pipes with a clear width of 800 mm, the material to be treated is loaded and unloaded. the treated goods are removed. Mg makes the treatment agent, in this case hydrogen, below 250 atm.
Pressure is supplied to the material, while it leaves the apparatus through F together with the products formed during the hydrogenation, gasoline and oil vapors and gases, in order to be processed, e.g. the
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Condensation plant to be fed. If necessary, and in particular also with other types of treatment, other reactive or inert gases or vapors than hydrogen, e.g. B. carbon oxide, sulfur dioxide, water vapor, etc., are passed through the pipes R.
The heating means, e.g. B. heated to 600 and expediently under high pressure (about 250 atm.) Standing nitrogen, flows through the drum, part of its heat content to the
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much favored by the use of high pressure. A temperature gradient of any desired height between Z2 and Si can be achieved by appropriate regulation of the flow rate of the nitrogen pumped around the circuit. Using guide plates L for the heating medium, it is ensured that the individual pipes are heated evenly. Other gases or vapors, as well as liquids such as hot water or salt solutions under high pressure, and molten salts or metal melts can also be used as heating means.
When the apparatus is started up, the main bunker R;, which is about 10 m high, stores dried lignite at a height of about 7 m. The tube bundle drum is set in rotation and at ten revolutions per minute, about 2 tons per hour are conveyed evenly. The ash-rich hydrogenation residues of the lignite fall from the drum into the bunker Bg.
If it is necessary to refill the bunker B2 with fresh coal, the mushroom or cone valve P2 is closed by hydraulic actuation, the valve Mi is opened and the gas (e.g. nitrogen) in the preliminary bunker Bi can be fed into a work machine, e.g. a piston machine , Turbine od. The like., In order to give up its energy there during the expansion to atmospheric pressure. If the pressure in Bi has dropped to atmospheric pressure, valve Pi is opened and the lignite stored in the funnel above Pi slides to B1.
When B1 is filled, P1 is hydraulically closed and nitrogen is injected again through Mi until the pressure in Bi is the same as in B2. P2 is then opened, whereupon the coal slides from the preliminary bunker jBi into the main bunker B2. The introduction of gas into the bunker B2 takes place via the valve u2.
The hydrogenation residues are emptied from Bg by Pg first into the bunker B4 and from there, after the nitrogen in it has expanded through U4 while recovering its energy, at atmospheric pressure through P4 into the open. Instead of mushroom or cone valves, other types of valves can also be used, e.g. B. those of cup shape.
The material for the apparatus depends on the intended purpose and the temperatures required for it. The tubes that support the drum and through which the heating medium is supplied and removed are advantageously made of a material which, under the given circumstances, conducts the heat as little as possible; Chrome nickel steel B. has been shown to be suitable for this purpose.
The cylinder jacket-shaped space K between the tubes A and T is kept as narrow as possible; the distance between the walls of the tubes may be about 50-80 mm. Through this space as well as through the tubes R during the revolutions of the tube T coal is conveyed to B3.
The granular to powdery brown coal to be subjected to the hydrogenation expediently has a particle size of up to 1 cm; well suited is z. B. the coal that is obtained from drying queasy raw brown coal.
PATENT CLAIMS:
1. Device for smoldering as well as for carrying out any heat treatments of carbonaceous materials, in particular their hydrogenation and thermal treatment under pressure, in tube bundle furnaces, characterized in that the inclined tube bundle on the side on which the smoldering material is entered is in one with the Schwelgut-filled, fixed bunker turns.