DE2637427C3

DE2637427C3 - Verfahren zum Erhitzen von feinkernigem, kohlenstoffhaltigem Material

Info

Publication number: DE2637427C3
Application number: DE2637427A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Dr. 6240 Koenigstein Rammler
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1976-08-20
Filing date: 1976-08-20
Publication date: 1980-04-03
Also published as: DE2637427B2; DE2637427A1; US4345914A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen von Kohle, Koks oder Ölschiefer in feinkörniger Form, in direktem Kontakt mit heißen Verbrennungsgasen in !Mehreren F.rhitzungsstufen, deren Endstufe ein Wirbelbett ist.

Aus der DE=OS 18 09 874 ist die trockene Destillation von bituminösen oder ölhaltigen, feinkörnigen Materialien bekannt. Eine pneumatische Förderstrecke dient hierbei als Erhilzungszone für feinkörnigen Wärmeträger, der im Kreislauf geführt wird. Irrt Verfahren der US-PS 26 58 862 Wird feinkörnige Kohle vorerhitzl und dann verkokt. Die VörefhilzUngslcmpefatüren liegen unterhalb des plastischen Bereichs der Kohle und werden hauptsächlich durch indirekten Wärmeaustausch erreicht Ein Zweistufen-Trocknungsverfahren für verschiedene Chemikalien ist in Chemie-Ing.-Technik (1971) Nr. 9, Seile A 583, beschrieben, das eine pneumatische Förderstrecke zum Vortrocknen und einen Wirbelbett-Trockner als Endstufe aufweist.

Die US-Patentschriften 26 77 650, 3184 397 und 33 75 175 erläutern Verfahren zur Kokserzeugung mit mehreren hintereinander geschalteten Wirbel'ietten. Das Wirbelbett als Erhitzungs-Endstufe für kohlenstoffhaltiges Material wird auch in den bekannten Verfahren gemäß DE-OS 24 34 827, DE-AS 15 71 650 und US-PS 38 84 620 benutzt. Das Verfahren der US-PS wird dadurch aufwendig, daß dem Wirbelbett eine pneumatische Förderstrecke und zwei Wärmeaustausch-Zyklone vorgeschaltet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, das feinkörnige Material mit möglichst geringem Wärmeaufwand bei hoher Durchsatzleistung auf eine genau einstellbare, definierte Endtemperatur zu erhitzen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Erhitzungsgut vorerhitzt in einer vertikalen Erhilzungszone pneumatisch gefördert und dabei in Gegenwart von sauerstoffhaltigem Gas und Teilverbrennung des Fördergutes auf Temperaturen von 400 bis 800⁰C gebracht, vom Fördergas getrennt und gesammelt und in der Erhitzungs-Endstufe in Gegenwart von sauerstoffhaltigem Gas und Teilverbrennung des Erhitzungsgutes auf 500 bis 900⁰C erhitzt wird. Dabei erfolgt die hauptsächliche Erhitzung bei Teilverbrennung des Erhitzungsgutes, was für den Energieaufwand günstig ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen mehrstufigen Verfahrens besteht darin, daß die thermische Beanspruchung des feinkörnigen Materials gegenüber einer einstufigen Erhitzung reduziert ist und sich dadurch der Kornzerfall verringert. Ein günstiger Körnungsbereich und gute Festigkeit des erhitzten Materials sind wichtig. Bei der Erhitzung von Feinkoks zur Formkoksherstellung kommen sie der Qualität des Endproduktes zugute.

Es hat sich gezeigt, daß das Erhitzungsverfahren mit einer pneumatischen Förderstrecke und nachgeschalte tem Wirbelbett die Herstellung von Briketts und Pellets, welche erhii/tcn Feinkoks ah Mischungskomponente enthalten, erheblich verbilligt. Die Briketts oder Pellets werden dabei aus einer Mischung von heißem Koks und Backkohle und/oder Teerpech mit niedrigerer Temperatur geformt, was nach an sich bekannten Verfahren geschieht.

Es ist zweckmäßig, bei der Erhitzung des Gutes frei werdende, brennbare Bestandteile enthaltende Gase als Brennstoff fur die pneumalische Förderstrecke und/ odi.r das Wirbelbett /u verwenden. Solche brennbaren Gase fallen bei der Erhitzung feinkörniger Kohle häufig in solcher Menge an. daß sich ihre Wiederverwendung lohnt

AusgcMaltungsmoghthkeiien des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. F.s /cigi

Fig. I die schematiche Darstellung eines Beispiels des Verfahrens und

F ig. 2 das Mündungsende einer ι ti das Wirbelbett führenden Feststöffleituiig in vergrößerter Darstellung.

Das zu erhitzende feinkörnige Material, Kohle, Koks oder Ölschiefer, fließt von einem Vorratsbehälter 1 durch eine Leitung 2 mit einer Dosiervorrichtung 3 zum Fuß einer vertikalen pneumatischen Förderstrecke 4. Das Material irfi Behälter I kann ζ. ß. durch seine Vorbehandlung bereits erwärmt sein, doch ist dies für das Verfahren nicht unbedingt erforderlich. Der

Förderstrecke werden durch die Brennkammern 5 heiße, im Bedarfsfall sauerstoffhaltige Verbrennungsgase zugeführt, die das zu erhitzende feinkörnige Gut in der Förderstrecke nach oben mitführen. Zu grobkörniges Material, das durch die Gase nicht mitgenommen wird, sammelt sich irn Abzug 6.

Während des Transports in der Förderstrecke 4 mit Hilfe heißer, sauerstoffhaltiger Gase erhitzt sich das feinkörnige Material und wird etwa mit Temperaturen von 400 bis 800⁰C in den Sammelbehälter 7 gegeben. Die von der Förderstrecke 4 kommenden heißen Gase werden nach Umlenkung an der Wand 8 durch die Leitung 9 aus dem Sammelbehälter 7 abgeführt.

Das vorerhitzte Material fließt aus dem Sammelbehälter 7 durch die Leitung 10 in ein Wirbelbett 11, welches die Endstufe des Erhitzungsverfahrens darstellt Dem Wirheibett 11 werden durch die Leitung 12 auch Feststoffe aufgegeben, die durch den Zyklon 13 aus dem Gas der Leitung 9 abgetrennt werden. Das entstaubte Gas verläßt den Zyklon 13 durch die Leitung 14 und wird einer nicht dargestellten Nachbehandlungeeinrichtung zugeführt Diese kann je nach Einsatzgut und Erhitzungsiemperatur z. B. eine Abhitzeverwertung und Feinentstaubung, eine Nachverbrennung oder eine Kühl- und Kondensationseinrichtung sein.

Die im Wirbelbett 11 zum Erhitzen verwendeten Wirbelgase sind Verbrennungsgase, die aus einer Brennkammer 15 kommen. Sie können im Bedarfsfall einen Restgehalt an freiem Sauerstoff haben. Die Gase werden innerhalb des Wirbelbettes in an sich bekannter Weise entweder mit Hilfe eines Rostes oder auch ohne Rost verteilt. Das auf die Endtemperatur von 500 bis 900⁰C. vorzugsweise auf mindesiens 600⁰C, erhitzte Gut wird aus dem Wirbelbett durch die Leitung 16 abgezogen. Die Wirbelgase verlassen das Wirbelbett in der Leitung 17 und werden in einem Zyklon 18 entstaubt. Das entstaubte Gas wird in der Leitung 19 weitergeführt i'nd entweder mit dem Abgas der Leitung 14 vereinigt oder getrennt von diesem nachbehandelt.

Das durch den Zyklon 18 abgeschiedene staubförmige Erhitzungsgut kann, wie in der Zeichnung dargestellt, in einen Behälter 20 geleitet und über die Leitung 21 seiner Verwendung zugeführt werden, z. B. zusammen mit dem Material der Leitung 16. Es ist aber auch möglich, was die Zeichnung nicht berücksichtigt, den Zyklonstaub zurück in das Wirbelbett 11 zu leiten.

Den oeidcn Brennkammern 5 und 15 wird vorzugsweise gasförmiger Brennstoff durch die Leitungen 22 und 22a sowie Verbrennungsluft durch die Leitungen 2.3 und 23a zugeführt. Wenn der erforderliche Druck der Verbrennungsgase vor der Förderstrecke 4 und dem Wirbelbett 11 annähernd gleich ist, können abweichend von dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel Brennstoff und Lufl auch durch gemeinsame Leitungen herangeführt werden. In diesem Fall kann auch eine gemeinsame Brennkammer Verbrennungsgas sowohl an das Wirbelbett 11 als auch zur pneumatischen Förderstrecke 4 liefern. Unterschiedlicher Sauerstoffbedarf in der Forderstrecke und im Wirbelbett kann dann durch nicht eingezeichnete Luftzupbe zu den Uaszuführungen zu Förderstrecke und Wirbelbett eingestellt werden.

Weist das Einsatzgut einen hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen auf, so kann insbesondere das in der Leitung 14 anfallende Gas noch einen nennenswerten Heizu'ert haben. Dieses Gas kann dann nach Kühlung, Reinigung und Verdichtung als Brennstoff oder Zusatzbrennstoff für die Brennkammern verwendet werden.

Wird kohlenstoffhaltiges Material mit sauerstoffhahigen Gasen erhitzt, wobei das Material teilweise abgebrannt wird, kann es nützlich sein, die Gase an weiteren Stellen einzuleiten. Zu diesem Zweck sind Zufuhrleitungen 4a (zur Förderstrecke 4), 7a (zum Sammelbehälter 7) und 11a (zum Wirbelbett U) für sauerstoffhaltiges Gas vorgesehen. Im allgemeinen wird man hierfür Luft, die auch vorgewärmt sein kann, verwenden. Die Leitung 11 a für diese Sekundärluft führt in die obere Hälfte der Betthöhe des Materials im Wirbelbett unterhalb des Wirbelschichtspiegels Wb. Eine solche Zufuhr von Sekundärluft zu einem Wirbelbett ist bereits im US-Patent 38 04 581 beschrieben.

Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Erhitzungsverfahrens besteht darin, das Wirbelbett 11 in den Unterteil des Sammelbehälters 7 zu verlegen. Dieses Wirbelbett würde sich somit im Behälter 7 im Bereich der Mündungen der Leitungen 7a und ti) befinden. Das Wirbelbett kann in an sich bekannter Weise mit oder ohne Gasverteilungsrost ausgeführt sein. Durch das Wirbelbett im Sammelbehälter werden die mit den Bezugsziffern 10 und 17 bis 21 versehenen Einrichtungen überflüssig.

F i g. 2 zeigt im Längsschnitt eine vorteilhafte Ausgestaltung des Mündungsendes der Leitung 10, das sich im Wirbelbett 11 üblicherweise unterhalb des Wirbelbettspiege.s 11a befindet. Das Mündungsende dieser leitung 10 weist in gewissem Abstand einen Stauteller 24 auf, der an der Leitung durch einzelne Stege 25 befestigt ist. Der Stauteller 24 bewirkt, daß das von oben kommende Material nur horizontal zwischen dem Mündungsende der Leitung 10 und der Oberseite des Tellers 24 abfließen kann, was den Abfluß bremst. Das Mündungsende der Leitung 12 kann genau wie das der Leitung 10 ausgestaltet sein.

Durch die Ausgestaltung des Mündungsendes gemäß F i g. 2 wird erreicht, daß sich in der Leitung über dem Teller eine Feststoffsäule aufbaut. Ohne diesen Teller befände sich in der Leitung eine Schicht wirbelnden Materials gleich dem im übrigen Querschnitt des Wirbelbetts. Die durch eine wirbelnde Säuls in der Leitung aufsteigenden Gase wurden die Abscheidewirkung des Sammelbunkers 7 bzw. des Zyklons 13 beeinträchtigen, während demgegenüber eine Schüttgutsäule eine gute Sperrwirkung zur Folge hat. Der Durchmesser des Tellers und sein Abstand vom Leitungsende sind abhängig vom Durchmesser und Schüttwinkel des auslaufenden Materials. Um die Vorrichtung flexibel zu gestalten, sieht die Erfindung vor, entweder den Teller oder das Rohrende durch eine ge^ign.-te Mechanik in der Höhe verstellbar zu machen. Insbesondere bei Anlagen mit wechselndem Einsatzgut kann dies wesentlich«; Vorteile bieten.

Wenn die Erhitzung nur auf mäßige Temperaturen von weniger als etwa 700°C gebracht werden soll, kann im Hinblick auf d«;n Investitionsbedarf eine einstufige Arbeitsweise zweckmäßig sein. In einem solchen Fall kann man eine der vorstehend beschriebenen Stufen weglassen. Nach den örtlichen und technologischen Bedingungen ist zu entscheiden, ob man auf die pneumatische Förderstrecke 4 oder auf das Wirbelbett 11 verzichtet. Eine eirstufige Erhitzung kann auch dann ausreichen, wenn das Erhitzungsgut durch seine Vorbehandlung bereits mit relativ hoher Temperatur zur Verfügung steht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

I1Q J/ Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erhitzen von Kohle, Koks oder Ölschiefer in feinkörniger Form, in direktem Kontakt mit heißen Verbrennungsgasen in mehreren Erhitzungsstufen, deren Endstufe ein Wirbelbett ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzungsgut vorerhitzt in einer vertikalen Erhitzungszone pneumatisch gefördert und dabei in Gegenwart von sauerstoffhaltigem Gas und Teilverbrennung des Fördergutes auf Temperaturen von 400 bis 800⁰C gebracht, vom Fördergas getrennt und gesammelt und in der Erhitzungs-Endstufe in Gegenwart von sauerstoffhaltigem Gas und Teilverbrennung des Erhitzungsgutes auf 500 bis 900⁰C erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erhitzung des Gutes freiwerdende, brennbare Bestandteile enthaltende Gase als Brennstoff fiir die vertikale Erhitzungszor.e und/ oder die Erhitzungs-Endstufe mitverwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der vertikalen Erhitzungszone und der Endstufe zugeführten Verbrennungsgase aus einer gemeinsamen Brennkammer kommen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Sekundärluft, die auch vorgewärmt sein kann, in die vertikale Erhitzungszone eingeleitet wird.

5. Verfahret nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch grkennz; ^:;hnet, daß in die Erhitzungs-Endstufe Sekundärluft in die obere Hälfte des Wirbelbettes unterhalb des Wirbelschichtspiegels eingeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Wirbelgas der Erhitzungs-Endstufe ausgetragenes feinkörniges Erhitzungsgut in die Endstufe zurückgeleitet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Wirbelgas der Erhitzungs-Endstufe ausgetragene feinkörnige Erhitzungsgut mit oder getrennt von dem aus der Endstufe abgezogenen F.rhitzungsgut verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß der Feststoffe in die Erhitzungs-Endstufe einstellbar gebremst wird.