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Verfahren zum kontinuierlichen Entgasen, wie Schwelen und/oder Verkoken,
von feinkömigen, nicht backenden, wasserhaltigen Brennstoffen mittels heißer Gasströme
Es ist eine Anlage zum Erhitzen von Zementrohmehl und ähnlichem feinkörnigem Gut
bekannt, in der das Zementrohmehl vor Aufgabe in einen Ofen, beispielsweise in einen
Drehrohrefen, in hintereinandergeschalteten Zyklonen von oben nach unten unter Zuführung
desselben in die zu jedem Zyklon führende Gaseintrittsleitung durch die im Gegenstrom
durch das Zyklonsystein geführten heißen Abgase des Ofens vorerhitzt wird. Mer erfolgt
also die Fertigbehandlung des Gutes in einem besonderen Ofen, und das vorgeschaltete
Zyklonsystein hat lediglich den Zweck, die heißen Ofenabgase für eine Vorerhitzung
des Zementrohmehls nutzbar zu machen.
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Es ist jedoch noch kein Verfahren bekanntgeworden, bei dem ein derartiges
Zyklonsystem zum Entgasen, wie Schwelen und/oder Verkoken, von Brennstoffen verwendet
wird. Beim Entgasen von Brennstoffen handelt es sich um eine trockene Destillation,
bei der flüchtige Bestandteile der Brennstoffe ausgetrieben werden, und hierfür
werden bei den bisher bekannten Entgasungsverfahren, wie z. B. die Spülgasschwelung
oder das Wirbelbettverfahren, bis zu mehreren Stunden betragende Behandlungszeiten
benötigt. Demgemäß war nicht vorauszusehen, daß in dem Zyklonsystem, durch welches
das Gut in einer sehr kurzen Zeitspanne von nur wenigen Sekunden hindurchgeführt
wird, eine Schwelung oder Verkokung des Brennstoffes erreicht werden kann. Ein weiterer
Grund, der die Fachwält davon abgehalten hat, ein Zyklonsystem für die Entgasung
von Brennstoffen zu benutzen, liegt darin, daß viele Brennstoffe einen verhältnismäßig
hohen Gehalt an Wasser besitzen und demgemäß beim Entgasen derartiger Brennstoffe
im Zyklonsystem das Entgasungsgas durch den aus dem Brennstoff ausgetriebenen Wasserdampf
zu sehr verdünnt und in seinem Heizwert herabgesetzt würde.
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Es wurde nun gefunden, daß ein Zyklonsystem der erwähnten Art erfolgreich
auch für die Entgasung von feinkörnigen, nicht backenden, wasserhaltigen Brennstoffen
bei gleichzeitiger Gewinnung eines hochwertigen Entgasungsgases verwendet werden
kann, wenn der Brennstoff zuerst im Gleichstrom durch heiße Trägergase getrocknet
und nach Ab-
trennung von den Trocknungsgasen in einem Zyklon unmittelbar
dem Zyklonsystein aufgegeben und in diesem von oben nach unten unter Zuführung desselben
in die zu jedem Zyklon führende Eintrittsleitung durch im Gegenstrom geführte Heizgase
entgast wird.
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Es ist an sich bekannt, wasserhaltige Brennstoffe im Gleichstrom durch
heiße Trägergase zu trocknen und den getrockneten Brennstoff vor seiner Weiterbehandlung
in einem Zyklon von den Trocknungsgasen zu trennen, jedoch erfolgt anschließend
keine Entgasung, wie SchweJung und/oder Verkokung, so daß es sich in diesen FäH,
en um reine Trocknungsvorgänge handelt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist durch die Trennung des Trocknungs-
und Entgasungsvorganges -eine Verdünnung des Entgasungsgases durch den bei der Trocknung
ausgetriebenen Wasserdampf vennie&n und dadurch, daß der gesamte Entgasungsvorgang
allein in dem Zyklonsystem mittels eigens zu diesem Zweck erzeugter Heizgase erfolgt,
auch ein besonderer Ofen für die Fertigbehandlung des Bremistoffes erspart. Die
Trecknung des Brennstoffesim Gleichstrom durch heiße, Trägergase bietet den wesentlichen
Vortefl, daß der Wärmeaustausch von dem Gas auf den Brennstoff sehr schnell vonstatten
geht und selbst bei einem großen Wassergehalt des Brennstoffes eine hohe Durchsatzleistung
erzielt wird. Bei der in dem nachgeschaltewn Zyklonsystein erfolgenden Entgasung
des Brennstoffes durch im Gegenstroin geführte Heizgase kommt der Brennstoff mit
immer heißerem Gas in Berührung. Infolgede#ssen kann in dem Zyklonsystein mit einer
sehr großen Aufheizgeschwindigkeit von etwa 150 bis 9001 C je Minute
gearbeitet und demgemäß durch dieses System ebenfalls eine große Breimstofftnenge
in der Zeiteinheit durchgesetzt werden. Dabei hat sich gezeigt, daß trotz der
kurzen
Behandlungszeit des Brennstoffes in dem Zyklonsystem eine sehr weitgehende Entgasung
erreicht werden kann. Weiterhin hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß
auch dann, wenn der zu behandelnde Brennstoff eine unterschiedliche Korngröße besitzt,
eine voUkommen gleichmäßige Entgasung, jedes Brennstoffkomes erzielt wird. Infolgedessen
istes bei der Erfindung nicht erforderlich, den Brennstoff eng zu klassieren; vielmehr
kann für diesen eine beträchtliche Komspanne, beispielsweise eine solche von etwa
0 bis lOmm, zugelassen werden. Der Grund dafür, daß auch bei einem Brennstoff
mit unterschiedlichen Komgrößen jedes einzelne Bre-nnstoffkorn gleichmäßig entgast
wird, liegt offenbar darin, daß die gröberen Brennstoffkörner infolge der Schwerkraft
langsamer von dem Gas mitgenommen werden und daher einer längeren Behandlungszeit
ausgesetzt sind als die feineren. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ferner
der Brennstoff unmittr,lbar nach der Abtrennung von den Trocknuno, asen, also in
noch heißem Zustand, in das gsg Zyklonsystern eingetragen wird, ist in diesem ein
entsprechend geringerer Aufwand an Wärme und damit an Heizgasen erforderlich. Hierdurch
ist der weitere Vorteil g .,egeben, daß das Entgasungsgas eine hohe Teerkonzentration
besitzt.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird das Zyklonsystem
so betrieben, daß die Abzugstemperatu,r der Entgasungsgase oberhalb des Taupunktes
der in diesen enthaltenen Teerdämpfe liegt. Hierdurch ist eine Kondensation der
Teerdämpfe auf dem Brennstoff verhindert und eine große Teerausbeute sichergesteU
t. Wenn jedoch der Anfall eines möglichst gekrackten Teeres erwünscht ist, beispielsweise
bei der Schwelung von Brennstoffen, deren Teer minderwertige Eigenschaften hat,
kann man jedoch auch so arbeiten, daß die Abzugstemperatur der Entgasungsgase unter
dem Taupunkt der Teerdämpfe liegt, um eine Kondensation der Teerdämpfe auf dem Brennstoff
herbeizuführen. Der kondensierte und auf dem Brennstoff niedergeschlagene Teer wird
dann in dem Zyklonsystem redestilliert.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anlage
wiedergegeben, mit der das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise wie folgt durchgeführt
werden kann: Dem Verbrennungsofen 1 wird Brenngas, z. B. Kokereigas, Generatorgas
oder Gichtgas, bei la zugeführt, und dieses wird im Ofen mittels Luft, die bei
1 b eingeleitet wird, verbrannt. Das Verbrennungsgas strömt durch eine Leitungle
zu einem Trocknungsrohr 3 und wird durch einen Zyklon 6 und eine Leitung
6a zu einem Ventilator 2 gesaugt. Ein kleiner Teil des Verbrennungsgases wird durch
die Leitung 2a dem in das Rohr 3 eintretenden frischen Verbrennungsgas wieder
zugemischt, um dessen Temperatur zu regeln. Die Mischtemperatur des Gases beträgt
beim Eintritt in das Rohr 3 je nach dem Wassergehalt des zu entgasenden Brennstoffes
zwischen etwa 700 und 1100' C. Der restliche Teil des Gases gelangt
bei 7 über ein nicht gezeichnetes Regelorgan als Abgas ins Freie.
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Der zu entgasende feinkörnige, nicht backende, wasserhaltige Brennstoff,
z, B. Braunkohle mit etwa 50 1/o Wassergehalt, der eine Körnung unter
10 mm aufweisen soll, wird aus einem Bunker 4 über ein Zellenrad
5 in das Rohr 3 eingeschleust und hier im Gleichstrom mit dem durch
die Leitungen 1 c und 2 a
zuströmenden heißen Trägergas getrocknet.
Die Trocknung kann beispielsweise bis auf einen restlichen Wassergehalt von
0 bis 411.!o erfolgen. In dem Zyklon 6 wird der getrocknete Brennstoff
mit einer Temperatur von 100 bis 150- C von dem Trägergas getrennt
und anschließend unmittelbar über ein Zellenrad 8 und eine Leitu rig
8 a in eine Leitung 10 a
CD
des Entgasungsteiles
eingeschleust.
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In einem Verbreanungsofen 17 wird ebenfalls Brenngas, das durch
einc Leitung 17a zugeführt wird, mittels Luft, welche durch eine Leitun-
17b
eintritt, verbrannt. Die Abgase des Ofens besitzen eine Temperatur von
400 bis 1100- C und ziehen als Heizgase durch eine Leitung 17 c in
den mehrere hintereinandergeschaltete Zyklone 9 bis 12 aufweisenden Entgasungsteil.
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Durch die Leitung 10a strömt Heizgas vom Zyklon 10 zum Zyklon
9 und führt den in diese Leitung eingebrachten getrockneten Brennstoff in
den Zy-
klon 9. In der Leitun a 10a erfol g t
ein direkter Wärmeaustausch zwischen dem Heizgas -und dem feinkömigen Brennstoff,
der sich in besonders wirksamem Maße in dem Zyklon 9 fortsetzt. Der darin
niedergeschlagene Brennstoff wird durch ein als Gasabscbluß, Dosierungs- und Austragsvorrichtung
dienendes Zellenrad 13 ausgeschleust und tritt durch eine Leitung
13 a in die zu dem Zyklon 10 führende Eintrittsleitung
lla ein. Durch das durch die LeitunC lla vom Zyklon 11 kommende Heizgas wird
der Brennstoff nun in den Zyklon 10 eingetragen. In der Leitung
11 a und in dem Zyklon 10, ganz besonders in letzterem, erfolgt der
zweite direkte Wärmeaustausch. Der im Zyklon 10 wieder abgeschiedene Brennstoff
wird über ein Zellenrad 14 und eine Leitung 14a in die zu dem Zyklon 11 führende
Eintrittsleitung12a ausgetragen, während das Heizgas durch die Leitung
10 a zum Zyklon 9 strömt.
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In der Leitung 12a mischt sich der Brennstoff mit dem vom Zyklon 12
kommenden Heizgas und tritt in den Zyklon 11 ein. In der Leitung 12a und
vor allem in dem Zyklon 11 erfolgt die dritte Wärmebehandlung. Das Heizgas
tritt anschließend durch die Leitunglla aus und strömt zum Zyklon10, während der
im Zyklon 11 niedergeschlagene erhitzte Brennstoff durch ein Zellenrad
15 und eine Leitung 15a in die zu dem Zyklon 12 führende Heizgasleitung
17e ausgetragen wird. In dieser Leitung mischt sich der Brennstoff mit dem
vom Verbrennungsofen 17 kommenden Heizgas und tritt in den letzten Zyklon
12 ein. Nach erfolgter vierter Wärmebehandlung in der Leitung 17c und besonders
in dem Zyklon 12 tritt der feinkömige Brennstoff mit einer Temperatur von
300 bis 900' C durch ein Zellenrad 16 bei 16a aus, um
zur weiteren Verwendung zu gelangen. Auch die Zellenräder 8, 14 und
17 dienen zum Gasabschluß, zur Dosierung und zum Austrag.
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Die vorerwähnte Endtemperatur des Brennstoffes richtet sich nach den
Eigenschaften des zu behandelnden Brennstoffes, insbesondere nach dem gewünschten
Entgasungsgrad, d. h. dem gewünschten Restgehalt an flüchtigem Bestandteilen.
Beispielsweise beträgt dieser Restgehalt bei der Schwelung von feinkörniger Braunkohle
und bei einer Endtemperatur von 400-- C etwa 28 bis 320,1o-. Bei Bedarf
kann der bei 16 a ausscheidende Brennstoff in bekannter Weise beispielsweise
durch Löschen mit Wasser gekühlt werden.
Das aus dem Verbrennungsofen
17 mit einer Temperatur von 400 bis 11000 C kommende Heizgas strömt
also nacheinander durch die Zyklone 12, 11,
10, 9 und gibt seine Wärme
an den zu entgasenden feinkörnigen Brennstoff ab. Dabei erfolgt die Entgasung des
Brennstoffes zum weitaus überwiegenden Teil in den Zyklonen selbst. Das mit Teerdämpfen
beladene Entgasungsgas tritt nach Verlassen des Zyklons 9 durch eine Leitung
18 mit einer Temperatur von 150 bis 300' C in eine Kondensationsanlage
19 ein. Die untere Temperaturgrenze kommt dann in Frage, wenn noch vor Eintritt
in die Kondensationsanlage 19 bereits eine teilweise Kondensation der Teerdämpfe
herbeigeführt werden soll. Die obere Temperaturgrenze kann aus wärinewirtschaftlichen
Gründen nicht überschritten werden. In der Kondensationsanlage 19 erfolgt
die Kondensation der Teerdämpfe aus den Entgasungsgasen in bekannter Weise. Das
teerfreie Entgasungsgas verläßt die Anlage bei 19 a und kann z. B. zur Unterfeuerung
herangezogen werden.
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Die Zyklone 6, 9, 10, 11 und 12 sind nach Art der Zyklone gebaut,
wie man sie zur Abscheidung von Staub aus Luft oder Gasen verwendet, und die Zahl
der hintereinandergeschalteten Zyklone richtet sich nach dem gewünschten Entgasungsgrad
des Brennstoffes.
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Der Trocknungs- und der Entgasungsteil können unter nahezu gleichen
statischen Drücken betrieben werden. Vorteilhafter ist es, den Trocknungsteil mit
Unterdruck von beispielsweise 100 mm WS, den Entgasungsteil hingegen mit
überdruck von beispielsweise 400 mm WS zu betreiben. Der Druckverlust im Entgasungsteil
ist abhängig von der Zahl der Zyklone, von der durchgesetzten Brennstoffmenge und
von dem Temperaturgefälle der Heizgase. Ferner können die Trägergase im Trocknungsteil
Sauerstoff enthalten, während im Entgasungsteil ein sauerstoffreies Heizgas verwendet
werden muß. Die für den Trocknungs- und den Entgasungsteil benötigten heißen Gase
können auch in einem einzigen Ofen erzeugt werden, da die Eintrittstemperatur der
Trägergase in den Trocknungsteil, wie gesagt, durch Rückgas geregelt werden
kann.
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Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geschwelte oder verkokte
Brennstoff kann beispielsweise für die Staubfeuerung Verwendung finden. Ferner eignet
sich ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geschwelter Brennstoff in hohem Maße
auch für die Herstellung von Mischkoks. Aus der hohen Aufheizgeschwindigkeit von
etwa 150 bis 900' C/Min., mit der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
gearbeitet wird, ergibt sich - insbesondere bei der Schwelung gewisser Steinkohlensorten
- der Vorteil, daß die plastische Eigenschaft der Kohle, d. h. ihre
Neigung, im Temperaturbereich von etwa 350 bis 420' C unter Bildung
eines Kokses zu backen und zu schmelzen, erhöht wird. Dies liegt daran, daß bei
einer schnellen Erhitzung die Umwandlungsgeschwindigkeit der in der Kohle enthaltenen
Bitumenbildner in Bitumen erhöht und den Verfall des gebildeten oder des in der
Kohle bereits von Natur aus vorhandenen Bitumens verringert wird. Je größer nun
der Bitumenanteil ist, um so größer ist die Backfähigkeit der Kohle. Durch die hohe
Aufheizgeschwindigkeit der Kohle, wie sie bei der Erfindung erfolgt, ist es also
möglich, Kohle für die Verkokung nutzbar zu machen, die bisher infolge ihrer geringen
Backfähigkeit hierfür ungeeignet war. Für die Herstellung eines guten Mischkokses
aus Schwelkoks und backender Steinkohle ist es außerdem wichtig, daß der Entgasungsgrad
des Schwelkokses, d. h. der Restgehalt der in dem Schwelkoks noch enthaltenen
flüchtigen Bestandteile, auf den Gehalt an flüchtigen Bestandteilen der backenden
Kohle abgestimmt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es nun, den Schwelprozeß
so zu führen, daß der jeweils gewünschte Restgehalt an flüchtigen Bestandteilen
des Schwelkokses genau eingehalten wird.