-
Verfahren zur Verbesserung jüngerer, sauerstoffreicher Brennstoffe
durch Erhitzung unter Luftabschluß mit nachfolgender Aufbereitung Das vorliegendeVerfahren
bezweckt eineVerbesserung jüngerer, sauerstoffreicher Brennstoffe. wie Torf, Lignite,
Braunkohlen, Pechkohlen und jüngeren Steinkohlen, um sie für eine Brikettierung
mit oder ohne Zusatz besonderer Bindemittel, für die Schwelung, die Verkokung oder
die Hydrierung usw. geeignet zu machen.
-
Im Sinne des vorliegenden Verfahrens sollen, wie bereits erwähnt,
nur jüngere, sauerstoffreiche Brennstoffe als Ausgangsgut dienen. In stofflicher
Hinsicht sollen alle diese Ausgangsbrennstoffe durch einen Kohlenstoffgehalt von
weniger als 8o % und einen Sauerstoffgehalt von mehr als ro °/o, bezogen
auf ihre Reinkohlenmenge, gekennzeichnet sein.
-
Für die Auswahl derjenigen Brennstoffe, die demnach für die Durchführung
des neuen Verfahrens als geeignet in Frage kommen, mag die nachfolgende, auf Grund
von Schrifttumsangaben zusammengestellte Übersicht als Anhalt dienen
| C 0z |
| %u o!o |
| Torf . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . bis 6o bis 33 |
| Braunkohle.,............. - 70 - 25 |
| Pechkohle............... etwa 75 etwa 1ß |
| Steinkohle |
| Flammkohle, z. B. 0/S... 75 bis So 18 bis 15 |
| Gasflammkohle ......... 81 - 85 15 - =I |
| Koks- und Gaskohle..... 85 - 88 1z - 5 |
| Magerkohle und Anthrazit 88 - 92 5 - 2 |
Diese Zusammenstellung läßt schon eine Aufgabe des neuen Verfahrens
eindeutig erkennen, nämlich, die geologisch jungen Brennstoffe wie Torf, Braunkohle,
Pechkohle und die jüngeren Steinkohlensorten in ihrem Kohlenstoff-Sauerstoffgehalt
dem Zustand anzugleichen, wie er z. B. der in der Zusammenstellung angeführten Gasflammkohle
eigentümlich ist.
-
In der Zusammenstellung ist die stoffliche Zusammensetzung in bezug
auf Kohlenstoff und Sauerstoff auf die Reinkohlenmenge bezogen. In Wirklichkeit
liegen aber die Verhältnisse für die geologisch jungen Brennstoffe noch weit ungünstiger,
weil diese im ursprünglchen Zustande neben der Reinkohle noch eine ganze Reihe von
Ballaststoffen einschließlich Wasser enthalten und zugleich mit der Anreicherung
des Kohlenstoffgehaltes auch eine Anreicherung des Brennstoffes mit Aschebildnern
eintritt.
-
Hieraus ergibt sich die weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
nämlich die, die Beinkohle auch von diesen Fremdstoffen weitgehend zu befreien,
d. h. also eine Anreicherung der Beinkohle im Brennstoff zu bewirken.
-
Es ergibt sich somit als Gesamtaufgabe der Erfindung: Anreicherung
des Reinkohlenhestandteiles im Brennstoff, verbunden mit einer Anreicherung des
Kohlenstoffgehaltes in der Beinkohle, wobei geologisch junge Brennstoffe zu Grunde
gelegt werden, die einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 8o o/o und einen Sauerstoffgehalt
von mehr als 1o % besitzen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch
die Vereinigung mehrerer Verfahrensstufen.
-
In der ersten Stufe werden Ausgangsbrennstoffe bis nahe zum Beginn
des Austritts von dampf- und gasförmigen Wertstoffen so schnell unter Luftabschluß
erhitzt, daß eine Zersprengung der Brennstoffstücke und eine Freilegung der eingeschlossenen
Bergestücke erfolgt, so daß auch diese mineralischen Verunreinigungen der Beinkohle
einer Ausscheidung durch geeignete AufbereitungsmaAnalimen, die anschließend vorgenommen
werden, zugänglich werden. Die Erhitzung des Brennstoffes bis nahe zum Beginn des
Austrittes von Wertstoffen hat aber vor allem zur Folge, daß nicht nur die oft sehr
großen Mengen von grobem, einschließlich kolloidal and kapillar anhaftendem Wasser
restlos ausgetrieben werden, sondern daß darüber hinaus auch eine wesentliche Verlagerung
des Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnisses nach der Gasflammkohlenseite hin bewirkt
wird, und zwar deshalb, weil ein großer Teil des Sauerstoffes in Form von chemisch
gebundenem Wasser, von CO. und teilweise auch CO, ferner S 02 usw.
zur Austreibung kommt. Die Erhitzung kann auch in Gegenwart inerter Gase erfolgen.
Die Erhitzung führt demnach eine starke Minderung des Sauerstoffgehaltes der Ausgangskohle
herbei und bewirkt damit eine entsprechende Anreicherung des Kohlenstoffgehaltes
in dem Reinkohlenanteil.
-
In der zweiten Verfahrensstufe kommt die Trennung der mineralischen
Verunreinigungen und gegebenenfalls auch die Ausscheidung störender Gefügebestandteile
der Beinkohlen zur Durchführung. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der
vorerhitzte Brennstoff einer Trockenaufbereitung auf Luftherd oder Luftsetzmaschine
zugeführt wird, wobei jedoch an Stelle von Luft irierte, d. h. sauerstofffreie Gase
als Trennmittel zur Verwendung kommen.
-
Es ist bekannt, daß die naßmechanische Aufbereitung an Trennschärfe
der Trockenaufbereitung überlegen ist; sie hat jedoch den großen Nachteil, daß ein
gewisser Teil der Trennflüssigkeit auch in die Reinkohlenmasse eindringt und somit
einen neuen Wärmeaufwand zum Austreiben notwendig macht für den Fall, daß sie nicht
in den späteren Veredlungserzeugnissen vorgefunden werden soll. Im Rahmen der vorliegenden
Erfindung wird daher der Trockenaufbereitung der Vorzug gegeben, weil diese die
Zuführung neuer Ballaststoffe in den Reinkohlenanteil vermeidet. Infolge der Erhitzung
liegen ferner die mineralischen Verunreinigungen in scharf getrockneter und damit
konzentrierterer Form als beim rohen Brennstoff vor, so daß sich dadurch eine klarere
Trennung und schärfere Unterscheidung nach der Wichte zwischen den mineralischen
Verunreinigungen einerseits und der vom Wasser befreiten Beinkohle andererseits
ergibt. Auf dieser Grundlage kann aber auch die Trockenaufbereitung mit gutem Wirkungsgrade
arbeiten.
-
jedoch steht der seither als Trenmnittel bei Luftsetzmaschinen oder
Luftherden ausschließlich verwendeten Luft die Gefahr der Entzündung und der Verminderung
des Gehaltes an Wertstoffen entgegen; vor allein aber würde bei Verwendung von Luft
als Trennmittel eine Wiederoxydation des vorerhitzten und dabei reduzierend behandelten
Brennstoffes erfolgen. Damit würde der Brennstoff also wieder mit Sauerstoff angereichert,
vor allem aber würde infolge der Oxydation der Backbitumina die Backfähigkeit des
Brennstoffes erheblich vermindert oder völlig vernichtet. Diese Nachteile lassen
sich vermeiden, wenn die Trockenaufbereitung unter Verwendung sauerstofffreier Gase
als Trennungsmittel durchgeführt wird. Falls die Vorerhitzung in der ersten Verfahrensstufe
mit Hilfe von inerten Gasen durchgeführt
wird, so stehen diese
auch als Hilfsmittel für die Trockenaufbereitung zur Verfügung.
-
Mit Hilfe dieser besonderen Art von Trokkenaufbereitung ist -es möglich,
den in der ersten Verfahrensstufe bereits von Sauerstoff usw. befreiten Reinkohlenanteil
nunmehr auch von den mineralischen Verunreinigungen zu befreien, und zwar nicht
nur von den von Anfang an lose beigemengten Aschebildnern, sondern vor allem auch
von den in den Rohkohlenstücken eingeschlossenen Bergestücken, den Verwachsungen,
die in der zweiten Verfahrensstufe infolge der Zersprengung der Brennstoffstücke
freigelegt worden sind.
-
Neben der Freilegung dieser mineralischen Einschlüsse erfolgt auch
eine völlige oder teilweise Freisetzung 'von fusitischen und holzkohlenartigen Gefügebestandteilen
der Reinkohlen, die mit Hilfe der Aufbereitungsmaßnahmen ebenfalls zur Ausscheidung
gebracht werden können. Bekanntlich wirken ebenso wie der Sauerstoff auch diese
fusitisehen Gefügebestandteile äußerst nachteilig auf die Backfähigkeit eines Brennstoffes
ein.
-
Der so gewonnene Brennstoff eignet sich nunmehr für die Brikettierung
mit oder ohne Bindemittel oder für die Schwelung, Verkokung wie auch für die Hydrierung.
-
Man kennt ein Verfahren, wonach die Abscheidung von mineralischen
Verunreinigungen aus Brennstoffen durch die Einschaltung einer Brennstofferhitzung
auf 25o bis 35o° C erfolgen soll. Die Erhitzung hat dabei den Zweck, eine Volumenvergrößerung
der einzelnen Brennstoffstücke und damit eine Minderung ihres spezifischen Gewichtes
herbeizuführen. Danach erfolgt die Abscheidung der unbeeinflußten Verunreinigungen
durch nasse oder trockene Aufbereitung.
-
Ein solches Verfahren kann sich, wie beschrieben, erstens nur auf
solche Brennstoffe beziehen, welche bei der Erhitzung auch tatsächlich eine Volumenvergrößerung
erfahren und zweitens nur auf solche mineralischen Verunreinigungen, die nicht in
den Brennstoffstücken eingeschlossen sind. Diese Voraussetzungen treffen aber, gerade
für diejenigen Brennstoffe, auf welche die Erfindung sich bezieht, überhaupt nicht
zu. Die jungen, sauerstoffreichen Brennstoffe neigen nämlich bei der Erhitzung nicht
zur Volumenvergrößerung, sondern erfahren dabei =durchweg eine Schrumpfung; sie
neigen- auch niemals zum Zusammenbacken, sondern zum Zerfall.
-
Auch bei einem anderen vorbeschriebenen Verfahren soll die Erhitzung
zu dem Zweck vorgenommen werden, die Wichte zu ändern. Hierbei soll Pyrit aus Kohle,
insbesondere Braunkohle oder Torf, dadurch ausgeschieden werden, daß man die Kohle
genügend lange Zeit bis auf 3oo° erhitzt, um so das gesamte Wasser auszutreiben
und die Wichte der Kohle auf weniger als i zu bringen, wodurch sie schwimmfähig
gemacht wird. Die Kohle wird dann anschließend in Wasser abgeschwommen, während
die Pyrite untersinken. Bei dieser Arbeitsweise handelt es sich ebenfalls um etwas
ganz anderes als bei der Erfindung.
-
Bei einem anderen bekannten Erhitzungsverfahren sollen Mineralien,
wie Diamanten, Kohlenstoffe, Gold, Silber, Platin usw., dadurch aus dem sie enthaltenden
Gestein befreit werden, daß dieses einer Erhitzung, der unter Umständen eine plötzliche
Abkühlung, z. B. durch Eintauchen des erhitzten Gesteins in Wasser, folgen kann,
unterworfen wird. Durch diese Erhitzung soll infolge der Spannungs- und Ausdehnungsunterschiede
der einzelnen Bestandteile eine Freilegung eingeschlossener Teile durch Zerfall
und Sprengung des Gutes erzielt werden. Jedoch ist dadurch das Kombinationsverfahren
nach der Erfindung nicht bekanntgeworden.
-
Es ist auch eine Arbeitsweise beschrieben worden, wonach Steinkohle,
insbesondere bituminöse Steinkohle, mit Säuren bei Temperaturwechsel behandelt wird,
um dadurch eine Ausdehnung der die Kohle miteinander verbindenden Bestandteile und
eine Lockerung bzw. ein Zerbrechen des Kohlengefüges durch den Ausdehnungsdruck
zu erzielen, wodurch die nachfolgende mechanische Zerkleinerung und Aufbereitung
erleichtert wird.
-
Man kennt ein weiteres Verfahren, wonach eine hochwertige, nicht hygroskopische
Flammkohle aus niederwertigen Brennstoffen, wie lignitischen Braunkohlen, Torf usw.,
dadurch gewonnen werden soll, daß die stückige Rohkohle bei mäßiger Temperatur ausgiebig
vorgetrocknet und sodann unter Luftabschluß auf Temperaturen von i8o bis 25o° C
so lange erhitzt wird, als Ballaststoffe, wie Wasser, Kohlensäure, stickstoffhaltige
Gase, aber nicht heizkräftige Bestandteile entfernt werden. Ziel dieses Verfahrens
ist es, ein stückiges, gebrauchsfertiges Feuerungsgut herzustellen. Um den Formwert
des in Stückform gewonnenen Gutes trotz der Wärmebehandlung zu erhalten, muß allein
schon die eigentliche Erhitzung nach den Vorschriften dieses Verfahrens 8 bis io
Stunden dauern. Die vorhergehende Trocknung bei mäßiger Temperatur benötigt aber
erfahrungsgemäß noch mehr Zeit, so daß demnach die gesamte Wärmebehandlung des Brennstoffes
2o und mehr Stunden in Anspruch nimmt. Die Vortrocknung erfolgt, um im Gegensatz
zu der Erfindung einen Zerfall der Stoffe zu verhüten. Hierbei ist bereits darauf
hingewiesen worden, daß .das Gefüge der
Kohle infolge der mit der
Wasserentziehung verbundenen plötzlichen Schrumpfung zerstört wird, wenn die nassen
Rohstoffe ohne Vorbehandlung Temperaturen ausgesetzt werden, bei denen eine schnelle
Dampfentwicklung stattfindet. Da die Wichte der Kohle durch die Hitzbehandlung verringert
worden ist, sollen danach die mineralischen Bestandteile von der Kohle durch einen
Abscheidungsvorgang nach Art der bekannten Kohlenwäsche abgetrennt werden.
-
Bei dem bekannten Fleißner-Verfahren wird insbesondere stückige Braunkohle
dadurch getrocknet, daß man sie längere Zeit in geschlossenem Gefäß mit hocherhitztem,
unter Druck gesetztem Wasser behandelt. Nach Entfernen des Druckes und Ablassen
des Wassers hat die Braunkohle einen wesentlichen Teil ihrer Feuchtigkeit verloren.
Bei Verarbeitung von Braunkohlen mit viel wasserlöslichen Anteilen wird bei einer
bekannten Abart des Fleißner-Verfahrens ein erheblicher Teil derselben (z. B. Na
Cl, Nag S 0,1)
mit dem bei der Trocknung ausgetriebenen Wasser entfernt, d.
h. die Kohle, die danach brikettiert werden soll, entascht. Die Entaschung von Kohle
mit nachfolgender Schwelung oder Hydrierung ist auch bereits bekannt; desgleichen
die Entaschung von Torf oder Braunkohle mit nachfolgender Verkokung.
-
Weiterhin ist bereits vorgeschlagen worden, feste Brennstoffe vor
der Hydrierung einer Erhitzung zu unterwerfen, die mehr als 10o°, aber weniger als
die Verkokungstemperatur ausmacht, im allgemeinen einer Erhitzung bei Temperaturen
zwischen Zoo und q.50°. Die gleichzeitige Anwendung von Druck sowie die Anwesenheit
von Katalysatoren kann hierbei vorgesehen sein. Durch die Erhitzung sollen die festen
Brennstoffe aufgebrochen und locker gemacht werden, so daß sie für die weitere chemische
Behandlung geeigneter sind. Eine schnelle Erhitzung. so daß das Brennstoffgefüge
aufgesprengt und die eingeschlossenen Bergestücke freigelegt werden, ist bei dem
bekannten Verfahren nicht beschrieben; es handelt sich also hierbei um etwas ganz
anderes als bei der Erfindung.
-
Schließlich ist noch ein Verfahren bekannt, bei dem die Trennung von
Kohle in einem elektrischen Scheider in Gegenwart von inerten Gasen erfolgt, um
eine die Backfähigkeit der Kohle verschlechternde Oxydation derselben während der
elektrostatischen Aufbereitung bzw. während der Trocknung feuchter Kohle zu vermeiden.
-
Die Eigenart der Erfindung, die sich von allen bekannten Verfahren
wesentlich unterscheidet, wird durch die folgende Beschreibung von Versuchen deutlich,
welche der Erfinder mit Waschgriefa von oberbayrischer Pechkohle vorgenommen hat.
-
Dieser Waschgries wurde einer Schwelung ohne Vorbehandlung unterworfen,
wobei sich das nachstehende Bild ergab:
| Rohkohle Schwelkoks |
| Hygroskopisches Wasser .... 9,60/0 1,9% |
| Asche..................... 13,6% 24,8% |
| Flüchtige Bestandteile ...... q.0,40/0 350/0 |
| Oberer Heizwert . . . . . . . . . . . 5 33o Kcal/kg 612o Kcal/kg |
Der Waschgries wurde in einer zweiten Versuchsreihe bis nahe an die Schwelgrenze
gemäß der Erfindung erhitzt und dann einer Schwimm- und Sinkanalyse unterworfen.
Das Ergebnis dieser Analyse ist auf dem anliegenden Kurvenblatt in Vergleich zu
dem Ergebnis der Schwimm- und Sinkanalyse des rohen Waschgrießes gesetzt worden.
Aus dem Kurvenblatt geht z. B. hervor, daß der rohe Waschgrieß bei einem Aschengehalt
von 5 0/0 nur einen Reinkohlengehalt von 6o 0/0 besitzt, während der vorerhitzte
Waschgrieß bei dem gleichen Aschengehalt einen Reinkohlengehalt von 8o 0/0 besitzt.
-
Durch die Vorerhitzung nach der Erfindung wird jedoch nicht nur die
Voraussetzung für die Minderung des Aschengehaltes mittels Aufbereitung geschaffen.
Auch in bezug auf die stoffliche Zusammensetzung und insbesondere Anreicherung des
Kohlenstoffgehaltes tritt durch die Vorerhitzung eine wesentliche Verbesserung ein,
wie der nachstehende Vergleich der chemischen Analysen erkennen läßt:
| Roh Vorerhitzt |
| o10 @o |
| Kohlenstoff .......... 5510 66,5 |
| Wasserstoff........... 4,0 3,9 |
| Schwefel............. 5.3 3,8 |
| Sauerstoffund Stickstoff 12,5 7,3 |
| HygroskopischesWasser 9,6 1,3 |
| Asche ............... 13,6 17,2 |
| 100,0 100,o |
Die vorstehende Zusammenstellung gibt die Wirkung der Verfahrensstufe
i deutlich wieder. Wird im Anschluß daran die Aufbereitung gemäß Verfahrensstufe
2 zur Durchführung gebracht, so folgt zwangsläufig, daß bei der Verschwelung des
erfindungsgemäß vorbehandelten Gutes ein wesentlich besserer Koks entsteht, als
oben für den Waschgrieß angegeben.
-
Bei Vereinigung der Vorerhitzung und der Trockenaufbereitung auf Luftherden
oder Luftsetzmaschinen mit sauerstofffreien Gasen nach der Erfindung wird die Aufgabe
der Erfindung, nämlich Anreicherung des Reinkohlenanteiles in Brennstoffen und Anreicherung
des Kohlenstoffgehaltes in der Reinkohle erreicht. Damit hat man den Brennstoff
als Ausgangsstoff für die verschiedenen Kohlenveredlungsverfahren geeignet gemacht.
ZNTÜrde z. B. roher Waschgrieß der Hydrierung zugeführt, so würde der hohe Gehalt
an Asche und an Sauerstofferhebliche technologische Schwierigkeiten und einen starken
Wasserstoffverbrauch bedingen. Diese Schwierigkeiten fallen bei der Erfindung weg,
ferner besitzt der vorbehandelte Brennstoff eine wesentlich bessere Reaktionsfähigkeit.
-
Auch für die Schwelung oder Verkokung ergeben sich wesentliche Vorteile.
Bisher konnte man den rohen Waschgrieß höchstens in einem Verhältnis von i : i mit
guten Ruhrfettkohlen mischen, um einen brauchbaren Schwel- oder Hochtemperaturkoks
zu erhalten. Mit dem vorbehandelten Waschgrieß kann man dagegen das Mischungsverhältnis
ohne weiteres auf 3 : i steigern.
-
Ähnliche Vorteile treten auch dann auf, wenn man den Brennstoff brikettiert.
Diese Brikette vertragen einmal wegen des höheren Heizwertes eine weitere Beförderung;
sie sind aber andererseits vor allem bei Feuerungen oder Gaserzeugern von wesentlich
höherem Gebrauchswert, da sie besser im Feuer stehen.