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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Wirbelschichtschwelung
oder -verkokung von Feinkohle Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen
Wirbelschichtschwelung oder -verkokung von Feinkohle, wie Stein- und Braunkohle,
unter Teilverbrennung des Behandlungsgutes mittels eines von unten in das Gut eingeführten
sauerstoffhaltigen Wirbelgases, wie Luft, zur Erzielung der erforderlichen Entgasungstemperatur.
Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Verfahren, durch die granulierter oder
pulverisierter Koks oder Schwelkoks hergestellt werden soll.
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Man hat bereits die Destillations- und Verbrennungsgase aus der Wirbelschichtschwelung
oder -verkokung zur Trocknung und Vorerhitzung des Rohgutes in einem Wirbelbett
verwendet. Die Durchführung eines solchen Verfahrens ist jedoch dadurch gefährdet,
daß die Destillationsgase kondensierbare Produkte mitführen, die in dem zu trocknenden
und vorzuerhitzenden feinkörnigen Gut zur Kondensation von Teeren führen und dadurch
das Gut zusammenbacken lassen. Diesen Nachteil will die Erfindung vermeiden. Sie
schlägt zu diesem Zweck vor, die Destillations- und Verbrennungsgase auf dem Wege
zur Trocknung und Vorerhitzung des Gutes unter Zugabe -von gegebenenfalls vorerhitzter
Luft durch Teilverbrennung auf Temperaturen von mindestens 900°C zwecks Krackung
der kondensierbaren Produkte zu erhitzen.
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Die Erfindung betrifft gleichzeitig einen Ofen zur Ausführung des
Verfahrens. Dieser besteht aus drei vertikal übereinander angeordneten Kammern,
von denen die untere als Schwel- oder Verkokungskammer, die mittlere als Teilverbrennungskammer
der Gase und die obere als Trocknungs- und Vorerhitzungskammer dient, wobei die
Kammern so miteinander-verbunden sind, daß die Gase den Ofen von unten nach oben
durchströmen und das Behandlungsgut von der oberen Kammer über eine Leitung zur
unteren Kammer herabfließt.
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Die Erfindung ist- im nachfolgenden an Hand der Zeichnungen beispielsweise
beschrieben.
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Fig. 1 stellt in schematischer Ansicht eine Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung dar, Fig.2 bezieht sich auf eine besondere Ausführungsform
eines Ofens zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum Schwelen
oder Verkoken einer Feinkohle im Wirbelbett bei etwa 50(l bis 900° C, um granulierten
Koks oder Schwelkoks zu erhalten, mit Vorerhitzung des Gutes auf 300 bis 400° C
und gegebenenfalls der Luft auf eine Temperatur, die man so hoch wie möglich wählt,
die aber, wenn man sich an die einfachen üblichen Lösungen hält, im allgemeinen
in der Nähe von 500° C liegen wird. Das Destillationsgas, das durch teilweise Verbrennung
bis auf 1000° C erhitzt wird, dient zur Vorerhitzung der Ausgangskohle.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung enthält neben-und untereinander
angeordnet eine Schwel- oder Verkokungskammer 1, eine Verbrennungskammer 2, eine
Trocknungs- und Vorerhitzungskammer 3 und eine Kühlkammer 4. Die Schwelung oder
Verkokung vollzieht sich in der Kammer 1, die mit der erhitzten Feinkohle durch
Leitung 5 und einen Zuteiler 6 beschickt wird. Das Aufwirbelungsgas, im allgemeinen
Luft, wird durch eine Leitung 7 zugeführt, nachdem es in der Verbrennungskammer
2 durch Wärmeaustausch aufgeheizt worden ist. Die Mengen des Wirbelgases und der
Feinkohle sind so aneinander angepaßt, daß die in der Kammer 1 enthaltene Wirbelschicht
auf Schwel- oder Verkokungstemperatur durch Teilverbrennung der Feinkohle im Innern
der Wirbelschicht gehalten wird.
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Die in der Kammer 1 erzeugten Gase werden in die Verbrennungskammer
2 durch eine Leitung 8 übergeführt, nachdem sie nllttels Zyklon 9 entstaubt worden
sind. Der zurückgewonnene Staub wird durch eine Leitung 10 in die Kammer 1 wieder
eingeführt.
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In der Verbrennungskammer 2 werden die Gase durch Zuführung vorerhitzter
oder kalter Luft durch eine Leitung 11 einer Teilverbrennung unterworfen. Die Verbrennung
wird so geregelt, daß eine Temperatur von etwa 900° C oder mehr erhalten wird, die
die Krackung der kondensierbaren Produkte (Teere)
bewirkt. Die aufgeheizten
Gase werden durch eine Leitung 12 in die Kammer 3 eingeführt, um die Feinkohle im
Wirbelbett zu trocknen und zu erhitzen. Die Trocknungs- und Vorerhitzungskammer
3 wird mit der Feinkohle durch eine Leitung 13 und eine Speisevorrichtung 14 beschickt,
die ihrerseits durch einen Zuführungstrichter 15 gespeist wird. Das heiße Gut wird
durch den Zuteiler 6 in die Kammer 7 übergeführt. Das Verhältnis der Menge der heißen
Gase zu der Feinkohlenmenge in der Kammer 3 wird so geregelt, daß die Temperatur
des Wirbelbettes den festgesetzten Wert erhält, im allgemeinen zwischen 300 und
400° C. Die abgekühlten Gase werden durch ein Zyklon 16 entstaubt und bei 17 abgeführt.
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Rauchgase werden durch eine Leitung 19 dem Kühlgaskreislauf 20, 23,
4 zugeführt, der dazu dient, Koks im Wirbelbett in der Kühlkammer 4 abzukühlen,
die mit diesem von der Kammer 1 her durch eine Leitung 21 und eine Zuteilvorrichtung
22 beschickt wird. Die Abkühlung der durch Wärmeaustausch erhitzten Kreislaufgase
wird durch einen Kühler 23 gewährleistet. Wasser wird bei 24 zugeführt, um die Löschtemperatur
zu regeln. Der gekühlte Koks wird bei 25 abgezogen.
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Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer Kammer 1
zum Schwelen im Wirbelbett, einer Verbrennungskammer 2 und einer Kammer 3 zum Trocknen
im Wirbelbett, die in einem senkrechten Ofen untereinander angeordnet sind.
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Die Schwelung vollzieht sich in der Kammer 1, die durch eine Leitung
5 und einen- Zuteiler 6 mit der heißen Feinkohle beschickt wird. Das Wirbelgas wird
der Kammer 1 durch eine Leitung 7 zugeführt, die von einem Wärmeaustauscher 26 ausgeht.
Die Menge des zugeführten Wirbelgases und die Menge der Feinkohle sind derart abgestimmt,
daß das in der Kammer 1 enthaltene Wirbelbett auf der notwendigen Schweltemperatur
durch Teilverbrennung des Gutes im Innern der Wirbelschicht gehalten wird.
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Die erhaltenen Gase werden in die Verbrennungskammer 2 durch eine
Leitung 8 eingeführt, wo sie durch Zuführung vorerhitzter oder kalter Luft durch
eine Leitung 11 teilweise verbrannt werden. Die Teilverbrennung ist so geregelt,
daß man eine Temperatur von etwa 900° C oder mehr erhält, die die Krackung der kondensierbaren
- Produkte gewährleistet. Ein Teil der Gase wird durch eine Leitung 27 in den Wärmeaustauscher
26 gebracht, um darauf durch die Hauptgasleitung 17 abgezogen zu werden. Aber der
restliche größte Teil der Gase, der von der Verbrennungskammer 2 kommt, dient zum
Trocknen und zur Erhitzung der Feinkohle im Wirbelbett. Zu diesem Zweck verbindet
eine Leitung 12 die Verbrennungskammer 2 direkt mit der Trocknungskammer
3. Diese Trocknungskammer wird ihrerseits durch eine Leitung 13 und eine Zuteilvorrichtung
14 mit der Feinkohle von einem Trichter 15
aus beschickt.
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Die heiße Feinkohle wird, wie bereits gesagt, über den Zuteiler 6
in die Kammer 1 übergeführt. Das Verhältnis der Menge der heißen Gase zu der Feinkohlenmenge
in der Kammer 3 ist derart geregelt, daß die Temperatur einen vorbestimmten Wert
erhält, der im allgemeinen zwischen 300 und 400° C liegt. Die gekühlten Gase werden
bei 28 abgezogen und gehen durch ein Zyklon 16, von wo der Staub in die Trocknungskammer
bei 29 wieder eingeführt wird. Die entstaubten Gase werden über die Leitung
17 abgeführt. Kalte Rauchgase werden durch Leitung 19 in den Kühlgaskreislauf
20, 23, 4 eingeführt, der zur Kühlung des Kokses im Wirbelbett in der Kühlkammer
4 dient, die mit dem aus der Kammer 1 kommenden Koks durch eine Leitung 21 und eine
Zuteilvorrichtung 22 beschickt wird. Die Kühlung der Kreislaufgase wird durch einen
Kühler 23 gewährleistet. Wasser wird bei 24 zugeführt, um die Löschtemperatur zu
regeln. Der gekühlte Koks wird bei 25 abgezogen und kann dann verwendet werden.
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Da die Temperatur der Feinkohleteilchen äußerst schnell ansteigt,
kann die plastische Phase schnell durchlaufen und somit die Gefahr des Zusammenbackens
weiter herabgesetzt werden.
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Die Vorerhitzung der Feinkohle und gegebenenfalls der Verbrennungsluft
vermindert die der in der Schwelkammer befindlichen Feinkohle zuzuführende Wärmemenge
und folglich das Maß der erforderlichen partiellen Verbrennung. Daraus ergibt sich
eine Verbesserung der Schwelkoks- und Gasausbeuten. Die Qualität des Schwelkokses
wird durch Erniedrigung seines Aschengehaltes verbessert. Der Heizwert des Destillationsgases
wird durch seine geringere Verdünnung durch Rauchgase (Stickstoff und Kohlendioxydgas)
verbessert.
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Für die Mehrzahl der Wirbelschichtschwel- oder -verkokungsverfahren
ist es vorteilhaft, das Wirbelgas, wie Luft, vorzuerhitzen. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren kann diese Vorerhitzung parallel zu der der Kohle im Wärmeaustauscher
26 (Fig. 2) oder in Reihe . mit dieser in der Verbrennungskammer 2 (Fig. 1) erfolgen.
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Die Teilverbrennung der Destillationsgase bei ausreichender Temperatur
in der Verbrennungskammer 2 hat die Krackung der in diesen Gasen enthaltenen kondensierbaren
Teere zur Folge, so daß nun die von solchen Produkten befreiten Gase zum Vorerhitzen
der Feinkohle in der Kammer 3, ohne Gefahr einer Kondensation der Teere nach dem
Wirbelschichtverfahren benutzt werden können. Gleichzeitig stehen die Gase unter
einem Druck, der die Wirbelbildung in der Kammer 3 gestattet. Das Löschen des Schwelkokses
durch Einspritzen von Wasser in die Kühlkammer 4 mit Hilfe der bei 19 eingeführten
kalten Rauchgase ist für die Schwelung von Bedeutung, da der feste, sehr reaktionsfähige
Schwelkoks unter Luftabschluß sehr schnell abgekühlt werden muß, um plötzliches
Wiederaufflammen zu vermeiden.
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Es ist selbstverständlich, daß, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen,
die Schwelbedingungen durch Verwendung anderer Wirbelgase als Luft, z. B. Sauerstoff,
Wasserdampf, oxydierender Rauchgase oder irgendeines anderen üblichen Mediums oder
eines Gemisches verschiedener Medien abgeändert werden können.