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TECHNISCHES GEBIET DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und einen Trockner zum Trocknen von Material, das zur Stauberzeugung neigt, insbesondere flüchtigem Staub. Die Offenbarung bezieht sich insbesondere auf einen Trockner zum Trocknen von niederrangigem kohlenstoffhaltigem Material, wie Braunkohle, Pech oder Lignit. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und einen Trockner zum Trocknen von aufgewertetem niederrangigem kohlenstoffhaltigem Material mit minimaler Stauberzeugung unter Verwendung von Dampf. Bei einer Ausführungsform erzeugt das Verfahren ein getrocknetes Teilchenmaterial, das zur Verwendung in einem nachfolgenden Brikettierverfahren geeignet ist.
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STAND DER TECHNIK
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Niederrangige kohlenstoffhaltige Materialien, wie Braunkohle, Torf und Lignit, sind Materialien, bei welchen Wasser in einer mikroporösen kohlenstoffhaltigen Struktur eingeschlossen ist. Der Wassergehalt ist typischerweise hoch – bspw. 60% oder höher. Dies bedeutet, dass diese Rohmaterialien einen geringen Brennwert haben. Außerdem haben diese Materialen unerwünschte mechanische Eigenschaften, indem sie weich und brüchig sind und eine geringe Dichte aufweisen, was bedeutet, dass sie schwierig, schmutzig und unbequem zu handhaben sind.
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Bekannte Verfahren zum Aufwerten niederrangiger kohlenstoffhaltiger Materialien (die der Einfachheit halber nachfolgend gemeinsam als ”Braunkohle” bezeichnet werden) zur Entfernung von Wasser und Erhöhung des Brennwertes haben das ”Brikettieren” und solare Trocknung umfasst.
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Brikettieren umfasst typischerweise das Heizen der rohen Braunkohle, um überschüssiges Wasser zu entfernen, dann das Pressen der gekühlten Braunkohle zu Briketts mit Hilfe einer Presse oder einer Walzbrikettiermaschine. Das Brikettieren ist jedoch durch die Notwendigkeit, thermische Energie zum Heizen der rohen Braunkohle zu verwenden, sehr energieintensiv.
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Der solare Trocknungsprozess involviert das Mahlen der Braunkohle bei Zugabe von Wasser, dann die solare Trocknung des gemahlenen Schlamms in seichten Teichen. Dieses Verfahren dauert lange – insbesondere der solare Trocknungsschritt, der mehrere Monate dauern kann – und ist energieintensiv.
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Ein anderer Vorschlag setzt Wasser aus der Braunkohle mechanisch frei, indem die Braunkohle physikalisch aufgebrochen wird. Dieses Verfahren ist jedoch unbequem und zeitaufwändig und erfordert immer noch eine langwierige Lufttrocknung des Endprodukts.
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Die
WO 01/54819 beschreibt einen Aufwertungsprozess, bei welchem die Braunkohle Scherbelastungen ausgesetzt wird, die einen Abrieb der mikroporösen Struktur der Braunkohle und die Freisetzung von in den Mikroporen enthaltenem Wasser bewirkt.
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Das Scherungs-Abriebverfahren wird in einem Walzenspalt durchgeführt, der zwischen zwei oder mehr konvergierenden Oberflächen definiert ist, wobei wenigstens eine der Oberflächen zu dem Walzenspalt rollbar ist. Die zwei oder mehr konvergierenden Oberflächen können Teile einer Pelletiermaschine aufweisen, wie eine rotierende Walzen-Pelletiermaschine. Der Scherungsabrieb wird weitergeführt bis die Braunkohle eine plastische Masse bildet, die gleichzeitig zu Pellets geformt werden kann und anschließend getrocknet wird. Die Pelletbildung kann durch Zwingen (”Extrudieren”) der Masse durch Öffnungen in der Wand der Pelletiermaschine erreicht werden. Der Feuchtigkeitsgehalt der gebildeten Pellets kann bei etwa 50 bis 60% liegen, in Abhängigkeit von der Herkunft der Braunkohle. Der Ausstoß der Mine Loy Yang Lignit in Victoria, Australien enthält typischerweise etwa 65% Feuchtigkeit, die sich nach der Pelletbildung auf etwa 52% Feuchtigkeit verringert.
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Alle der oben beschriebenen Aufwertungsverfahren und insbesondere diejenigen, die die Verwendung von thermischer Energie umfassen, welche durch Direkttrocknungsverfahren aufgebracht wird, können das Problem der Stauberzeugung während der Trocknung des Produkts aufweisen, wodurch es erforderlich ist, Staubkontrollschritte zu verwenden, wie eine Nasswäsche oder die Verwendung von Staubentfernungsmitteln einschließlich Schlauchfilteranwendungen, die unbequem und teuer sind und sogar gefährlich sein können.
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In dem Fall der
WO 01/54814 kann zur Beschleunigung der Trocknung der aufgewerteten Braunkohlepellets heiße Luft durch die Pellets geblasen werden. Dies kann aber eine signifikante Stauberzeugung und damit verbundene Umweltverschmutzung bewirken. Durch die pyrophoren Eigenschaften von Braunkohle kann die Trocknung mit heißer Luft unter manchen Umständen außerdem ein signifikantes Risiko einer spontanen Verbrennung der aufgewerteten Braunkohle darstellen.
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Ein weiterer Nachteil der Trocknung mit heißer Luft ist, dass die verdampfte Feuchtigkeit verloren ist. Angesichts der aktuellen Forderung nach der Wassereinsparung in industriellen Prozessen wäre es wünschenswert, die verdampfte Feuchtigkeit für andere Zwecke aufzufangen.
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Die obige Diskussion des Hintergrunds der Offenbarung ist vorgesehen, um einen Kontext für die vorliegende Offenbarung herzustellen. Es versteht sich, dass diese Diskussion kein Zugeständnis darstellt, dass irgendeines der erwähnten Materialien veröffentlicht, bekannt oder Teil des allgemeinen Wissensstandes in Australien oder irgendeinem anderen Land ist.
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Es wäre dementsprechend wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Material, das zur Stauberzeugung neigt, wie niederrangigem kohlenstoffhaltigem Material (das nachfolgend der Einfachheit halber gemeinsam als ”Braunkohle” bezeichnet wird) vorzuschlagen, die insgesamt oder teilweise ein oder mehrere der Nachteile des Standes der Technik überwinden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Trocknen von Feuchtigkeit enthaltendem Material, welches dazu neigt, bei der Trocknung Staub zu erzeugen, vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen des Materials in einer geheizten Kammer mit einer damphaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur oberhalb des Taupunktes des Dampfes,
Rezirkulieren eines heißen Gases einschließlich eines Teils des Dampfes durch die Kammer, um Feuchtigkeit aus dem Material bis zu einem festgelegten Trocknungsniveau zu verdampfen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt ist ein Trockner zur Verwendung in dem obigen Verfahren vorgesehen, wobei der Trockner umfasst:
eine Kammer zur Aufnahme des Feuchtigkeit enthaltenden Materials;
eine Heizung zum Heizen der Kammer auf eine Temperatur, die ausreicht, um Feuchtigkeit aus dem Material zu verdampfen und Dampf zu erzeugen;
einen Einlass und einen Auslass, durch welche ein rezirkuliernder Strom heißen Gases einschließlich eines Teils des Dampfes in und aus die/der Kammer tritt;
Rezirkulationsmittel zum Rezirkulieren des heißen Gasstroms durch die Kammer.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Startup-Verfahren für das obige Verfahren zum Trocknen von Feuchtigkeit enthaltendem Material vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Vorheizen einer Kammer auf eine festgelegte Temperatur durch indirekte Wärmeübertragung von einem geheizten Fluid,
Einführen des Materials in die vorgewärmte Kammer, um hieraus Feuchtigkeit zu verdampfen und Dampf zu erzeugen,
Rezirkulieren eines Teils des Dampfes mit einem heißen Gasstrom durch die Kammer, um die Kammer auf der festgelegten Temperatur zu halten.
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Die Offenbarung ist insbesondere für die Trocknung von Braunkohle anwendbar, es versteht sich jedoch, dass das Verfahren nicht auf diese Anwendung begrenzt ist. Das Verfahren ist insbesondere relevant für die Trocknung von aufgewerteten Braunkohleaggregaten, die bspw. gemäß dem Verfahren der
WO 01/54819 geformt sind, deren gesamter Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme zum Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Aufwerten von Braunkohle vorgeschlagen, umfassend die Schritte:
Abrieb der Braunkohle, um die Freisetzung von Wasser aus der Mikrostruktur der Braunkohle zu ermöglichen und dadurch eine Mischung der Braunkohle mit freigesetztem Wasser zu erzeugen;
Formen von Aggregaten aus der Mischung;
Trocknung der Aggregate auf ein festgelegtes Trocknungsniveau durch:
Bereitstellen der Aggregate in einer geheizten Kammer mit einer dampfhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur oberhalb des Taupunktes des Dampfes, und
Rezirkulieren eines heißen Gases einschließlich eines Teils des Dampfes durch die Kammer, um Feuchtigkeit aus den Aggregaten bis zu einem festgelegten Trocknungsniveau zu verdampfen.
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Gemäß einem fünften Aspekt wird ein Verfahren zum Aufwerten von Braunkohle vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfasst:
Abrieb der Braunkohle, um die Freisetzung von Wasser aus der Mikrostruktur der Braunkohle zu ermöglichen und dadurch eine Mischung der Braunkohle mit freigesetztem Wasser zu erzeugen,
Formen von Aggregaten aus der Mischung,
Trocknung der Aggregate auf ein festgelegtes Trocknungsniveau unter Bedingungen, die ausreichen, um die Aggregate wenigstens teilweise zu disintegrieren und ein teilchenförmiges Produkt herzustellen, welches aufgewertete Braunkohle enthält.
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Der Aufwertungsprozess kann außerdem den Schritt der Kompaktierung des Teilchenmaterials umfassen, bspw. indem hieraus Briketts geformt werden. Insbesondere hat die Anmelderin herausgefunden, dass dann, wenn das Teilchenprodukt etwa 10 bis 20% Feuchtigkeit, wie etwa 12–15% Feuchtigkeit, enthält, das Produkt brikettiert werden kann, ohne dass ein Bindemittel benötigt wird.
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Der Aufwertungsprozess kann außerdem den Schritt umfassen, die Braunkohle vor dem Abriebschritt einem Konditionierungsschritt zu unterwerten. Der Konditionierungsschritt kann das Heizen der Braunkohle auf eine erste Temperatur umfassen, um eine konditionierte Braunkohle mit verringertem Wassergehalt zu erzeugen. Die erste Temperatur kann über 40°C liegen. Bei einer Ausführungsform kann die erste Temperatur über 45°C, bspw. etwa bei 50°C liegen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die erste Temperatur über 50°C, bspw. bei etwa 60°C liegen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die erste Temperatur bei etwa 70°C liegen.
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Der erste Wassergehalt wird von der besonderen Herkunft und den Eigenschaften der Braunkohlelagerstätte abhängen. Er kann um bis zu etwa 75 Gew.-% variieren. In dem Fall von Braunkohlelagerstätten in Viktoria, Australien beträgt der erste Wassergehalt typischerweise etwa 60 bis 65 Gew.-%.
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Der zweite Wassergehalt kann um bis zu etwa 45 bis 55 Gew.-% variieren, abhängig von dem ersten Wassergehalt der Braunkohle und der Dauer des Konditionierungsschrittes.
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Der Konditionierungsschritt kann außerdem das Zerkleinern der Braunkohle umfassen, beispielsweise durch Schleifen oder Mahlen, um Kohlebrocken aufzubrechen und eine homogenere Verteilung der Partikelgrößen zu erreichen. Die Braunkohle kann zu einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 10 mm zerkleinert werden, wie weniger als 8 mm, wie etwa 5 mm.
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Der Zerkleinerungsschritt kann, wenn vorgesehen, auch dazu beitragen, die Braunkohle aufzuheizen. Der Konditionierungsschritt kann vor dem Abriebschritt überschüssige Feuchtigkeit aus der Braunkohle entfernen. Der Konditionierungsschritt bringt auch Energie in die Braunkohle ein und erleichtert dadurch die nachfolgenden Aufwertungsschritte.
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Der Konditionierungsschritt kann dem entsprechen, was in der ebenfalls anhängigen vorläufigen Patentanmeldung
AU 2011902385 mit dem Titel ”Ein Verfahren zum Aufwerten von niederrangigem kohlenstoffhaltigen Material” der Anmelderin beschrieben ist, deren gesamter Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
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Gemäß einem sechsten Aspekt wird aufgewertete Braunkohle vorgeschlagen, die gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurde. Die Braunkohle kann in Teilchen- oder kompaktierter Form vorliegen.
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Gemäß einem siebten Aspekt wird ein Verfahren für die Herstellung von verkohltem Material (char) vorgeschlagen, welches als Zufuhrmaterial kompaktierte aufgewertete Braunkohle verwendet, die nach einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde.
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Die Anmelderin hat herausgefunden, dass die Verwendung von Dampf anstelle von heißer Luft ein getrocknetes Braunkohleprodukt effizienter herstellen kann und die Stauberzeugung sowie das Risiko einer spontanen Verbrennung während des Trocknungsprozesses signifikant verringert. Ohne dies auf einen besonderen Mechanismus begrenzen zu wollen, wird davon ausgegangen, dass durch die Verwendung von Dampf anstelle von Luft als Trocknungsatmosphäre die Braunkohle aufgrund der höheren Wärmeübertragungskapazität einer dampfhaltigen Atmosphäre – die mit ihrer größeren Oberfläche zusammenhängt – auf eine signifikant höhere Temperatur aufgeheizt werden kann. Dies ermöglicht dadurch die Feuchtigkeit viel schneller auszutreiben. Außerdem reduziert die höhere Feuchtigkeit der Dampfatmosphäre im Vergleich zu Luft sowohl die Stauberzeugung als auch, sehr wichtig, das Risiko der Spontanverbrennung der Braunkohle.
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Bei einer Ausführungsform wird die Kammer wenigstens anfangs mit Hilfe einer indirekten Wärmeübertragung von einem aufgeheizten Fluid geheizt. Das Fluid kann Öl sein. Das Öl kann in einer oder mehreren Rohrleitungen vorgesehen sein, die innerhalb der Kammer angeordnet sind. Die Temperatur des Öls ist hoch genug, um Feuchtigkeit aus dem Material zu verdampfen, das anschließend in die Kammer eingebracht wird, und kann zwischen 200°C und 300°C liegen. Dies führt zu einer Durchschnittstemperatur der Kammer von wenigstens 110°C, wie wenigstens 130°C, bspw. zwischen 150 und 160°C. Die Rohrleitungen können so angeordnet sein, dass sie während des Betriebs unterhalb des Feuchtigkeit enthaltenden Materials positioniert sind.
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Das geheizte Fluid kann selbst durch ein heißes Gas geheizt werden. Das heiße Gas kann ein heißes Abgas sein, das aus anderen industriellen Prozesses oder durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen erzeugt wird, welche in dem kohlenstoffhaltigen Brennstoff enthalten sind, wie Braunkohle, die zuvor mit dem Verfahren gemäß der Offenbarung getrocknet wurde. Die Kohlenwasserstoffe können in einem Nachbrenner verbrannt werden, um das heiße Abgas zu erzeugen, welches den Nachbrenner mit einer Temperatur von 800°C oder mehr verlässt. Das heiße Gas kann dazu verwendet werden, das Fluid nach der Übertragung von Wärme von dem Fluid auf das Material kontinuierlich wieder aufzuheizen. Die Offenbarung kann auch Mittel für die Zufuhr von heißem Gas zu der Heizung umfassen.
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Während des Start-Ups des Verfahrens heizt die Heizung, die eine Reihe von Rohrleitungen, die geheiztes Öl enthalten, aufweisen kann, das Feuchtigkeit enthaltende Material auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes des Dampfes und erzeugt dadurch eine dampfhaltige Atmosphäre innerhalb der Kammer. Um die Temperatur der Atmosphäre oberhalb des Taupunktes zu halten und dadurch eine Kondensation des Dampfes innerhalb der Kammer zu vermeiden, wird zusätzliches heißes Gas in die Kammer eingeführt, vorzugsweise unterhalb des Materials, so dass es durch das Material strömt. Das heiße Gas hat eine Temperatur für mehr als 100°C, vorzugsweise mehr als 200°C, wie etwa 300°C oder mehr. Das heiße Gas kann wiederrum ein heißes Abgas sein, das bei der zuvor erwähnten Verbrennung von getrockneter Braunkohle erzeugt wird. Indem auf diese Weise der Dampf durch die Zufuhr des heißen Gases sowie durch Hitze, die durch das geheizte Fluid bereitgestellt wird, heiß gehalten wird, bleibt der Dampf oberhalb seines Taupunktes und seine Kondensation wird verhindert. Wie zuvor beschrieben wurde, beschleunigt die heiße Dampfumgebung die Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Material.
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Das Material kann der Kammer in Form von Aggregaten, wie Braunkohlepellets, zugeführt werden. Die Aggregate werden in der Kammer typischerweise in einem Bett vorgesehen. Das Bett kann oberhalb der Basis der Kammer auf einer Plattform getragen werden. Die Plattform kann gasdurchlässig sein.
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Heißes Gas kann in die Kammer durch einen Einlass unterhalb des Bettes des Materials eingeführt werden. Die Kammer kann Gitter aufweisen, um die Richtung und/oder Rate des heißen Gasstromes in der Kammer zu steuern. Ein Teil des Dampfes, der aus dem Material verdampft wird, wird in der heißen Gasströmung gefangen, und die Strömung des heißen Gases und Dampfes wird von einem Auslass zu einem Einlass zurück in die Kammer rezirkuliert. Um zu vermeiden, dass die Konzentration des Dampfes in der Kammer zu hoch wird, und dadurch eine weitere Verdampfung der Feuchtigkeit zu reduzieren oder zu stoppen, kann überschüssiger Dampf in der Atmosphäre aus der Kammer abgeführt werden. Der Überschussdampf kann aufgefangen und zu Wasser kondensiert werden.
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Die relative Feuchtigkeit (RH) der Atmosphäre in der Kammer bei etwa Umgebungsdruck kann oberhalb von 25%, wie wenigstens 30%, gehalten werden. Bei einer Ausführungsform beträgt die RH wenigstens 35%, wie wenigstens 40%. Bei einer anderen Ausführungsform ist die RH wenigstens 45%. Die maximale RH ist 100% und kann bei etwa 95 bis 98% liegen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt der Steuerung der jeweiligen Anteile des Dampfes, die in den heißen Gasstrom rezirkuliert und aus der Kammer abgeführt werden. Der Steuerungsschritt kann das Erfassen des Feuchtigkeitsgehalts in der Atmosphäre der Kammer umfassen, und wenn der Feuchtigkeitsgehalt einen Schwellenwert überschreitet, wird ein geeigneter Anteil der Atmosphäre aus der Kammer abgelassen.
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Während der Durchführung des Verfahrens kann die Temperatur innerhalb der Kammer von wenigstens 120°C bis etwa 250°C reichen. Wird das heiße Gas der Kammer unterhalb des Materialbettes zugeführt, ist die Temperatur innerhalb der Kammer typischerweise unter dem Bett höher als über ihm. Bspw. kann die Temperatur unterhalb des Materials zwischen 180°C und 300°C, wie etwa 250°C betragen, und die Temperatur oberhalb des Bettes kann zwischen 120 und 160°C, wie bei etwa 140°C liegen.
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Das festgelegte Trocknungsniveau wird davon abhängen, ob nach dem Trocknungsprozess eine Weiterbearbeitung des Materials erforderlich ist. Bei einer Ausführungsform wird das Material bspw. auf ein Trocknungsniveau von etwa 35 bis 40% Wasser getrocknet. Dieser Trocknungsprozess kann eine erste Stufe eines mehrstufigen Gesamttrocknungsverfahrens bilden. Bei diesem Beispiel kann das Material, das aus der ersten Trocknungsstufe austritt und einen Feuchtegehalt von 35 bis 40% Wasser aufweist, einer zweiten Trocknungsstufe zugeführt werden, in welcher das Feuchtigkeitsniveau auf etwa 20 bis 25% Feuchte verringert wird. Der in der zweiten Trocknungsstufe eingesetzte Prozess kann der gleiche sein wie der Prozess, der in der ersten Trocknungsstufe verwendet wurde. Die zweite Trocknungsstufe kann dann von einer dritten Trocknungsstufe gefolgt werden, in welcher der Feuchtegehalt noch weiter reduziert wird, wie bis hinab zu 12 bis 18%, bspw. 12% bis 15% Wasser. Der in der dritten Trocknungsstufe eingesetzte Prozess kann sich von denjenigen unterscheiden, die in den zweiten und ersten Trocknungsstufen verwendet wurden. Bspw. kann die dritte Trocknungsstufe die Behandlung der teilweise getrockneten Braunkohle nur mit indirekter Hitze bei Abwesenheit eines heißen Gases aufweisen.
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Bei einer anderen Ausführungsform können die ersten und zweiten Trocknungsstufen in einem einzigen Prozess kombiniert werden, so dass das Material, das aus der Kammer austritt, nach dem Trocknungsprozess einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 25% Wasser aufweist. Das Material kann einer weiteren Trocknungsstufe zugeführt werden, in welcher das Material auf etwa 12 bis 15% Wasser getrocknet wird. Die weitere Trocknungsstufe kann in einem thermischen Prozessor, wie einem Holo-Flite® Schneckentrockner, durchgeführt werden. Der Schneckentrockner umfasst einen einfachen oder mehrere Schneckenfördermechanismen, bei denen die Welle und die Flügel jeder Schnecke geheizt werden, bspw. durch darin enthaltenes heißes Öl.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Trocknungsprozess ein einstufiges Verfahren, das zu einem Trocknungsniveau von 12 bis 15% Feuchtigkeit führt.
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Es ist ein vorteilhaftes Merkmal des Prozesses, wenn es zur Trocknung von Braunkohleaggregaten verwendet wird, dass die Braunkohleaggregate während des Trocknungsprozesses, wenn die Feuchtigkeit aus ihnen entfernt wird, wenigstens teilweise disintegrieren. Die Disintegration der Aggregate tritt wenigstens teilweise als ein inhärentes Ergebnis des Trocknungsschrittes auf und ist nicht auf bewussten Abrieb oder andere mechanische Behandlung der Aggregate zurückzuführen. Die Disintegration ist wenigstens teilweise zurückzuführen auf die Expansion und Freisetzung von Dampf und anderen heißen Gasen aus dem Inneren der Aggregate und wenigstens teilweise auf eine unvermeidbare Abrasion der Aggregate während des Trocknungsprozesses, insbesondere in dem Fall, wenn ein Schneckentrockner in einer Trocknungsstufe verwendet wird. Dementsprechend kann die Braunkohle am Ende des Trocknungsprozesses und/oder irgendwelcher weiterer Trocknungsstufen der Braunkohle Teilchenmaterial enthalten oder aufweisen. Die Braunkohle kann dann zu einer Agglomerierungsvorrichtung, bspw. einer Brikettiermaschine, transportiert werden.
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Während des Trocknungsprozesses wird es bevorzugt, dass die Braunkohle auf einen Feuchtigkeitsgehalt getrocknet wird, bei dem eine Reabsorption von Umgebungsfeuchte durch das Material nicht auftritt. Auf diese Weise kann das Material nicht pyrophorisch sein.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Dämpfer, um den heißen Gasstrom zu regulieren.
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Bei einer Ausführungsform ist die Vorrichtung so ausgestaltet, dass sie mit einem leichten Überdruck oberhalb des Umgebungsdruckes arbeitet.
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Bei einer Ausführungsform ist das Verfahren so gestaltet, dass es kontinuierlich betrieben wird, und bei dieser Ausführungsform kann die Kammer Mittel zum Fördern des Materials durch die Kammer aufweisen. Vorzugsweise ist das Mittel ein Förderband, ein Fließbett oder ähnliches. Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Auslass zum Ablassen eines Teils der dampfhaltigen Atmosphäre, die vorzugsweise kondensiert und wiedergewonnen wird. Der Trockner kann daher außerdem Mittel aufweisen, um die verdampfte Feuchtigkeit aus der Kammer zu entfernen und sie möglichst zu kondensieren. Die kondensierte Feuchtigkeit kann dann zurückgewonnen werden und bildet eine wertvolle Wasserquelle zur Nutzung in anderen Anwendungen.
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Der Trockner kann außerdem weiterhin ein Steuermittel zur Steuerung der Menge der dampfhaltigen Atmosphäre, die zu der Kammer rezirkuliert wird, aufweisen, um zu gewährleisten, dass die Feuchtigkeit in der Kammer nicht übermäßig hoch wird und die Trocknungsrate begrenzt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUGNEN
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Unabhängig von anderen Ausführungsformen, die in den Schutzumfang der Vorrichtung und des Verfahrens, wie sie in der Zusammenfassung niedergelegt wurden, fallen, werden nun besondere Ausführungsformen lediglich beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in welchen:
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1 eine schematische Darstellung ist, welche die Verfahrensschritte zum Aufwerten von Braunkohle zeigt, die den Trocknungsprozess und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen.
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2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Trockners zur Verwendung bei einer Ausführungsform des Verfahrens der Offenbarung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Mit Bezug auf 1 wird roher Ausstoß von Minenbraunkohle mit einem Feuchtegehalt von etwa 60% einem Füllbehälter 1 zugeführt und zu einer Hammermühle 2 gefördert. Die Hammermühle 2 zerkleinert die Braunkohle, um große Brocken aufzubrechen, und führt zu einer homogeneren Verteilung der Partikelgrößen mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 5 mm. Die in der Hammermühle verarbeitete Braunkohle wird entlang eines Förderers 3 zu einem Lagerbehälter 4 für gemahlene Kohle gefördert.
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Die gemahlene rohe Braunkohle, die immer noch etwa 60% Feuchtigkeit aufweist, wird dann einem Vortrockner 5 zugeführt. Die in der Hammermühle verarbeitete rohe Kohle wird in dem Vortrockner 5 auf eine Temperatur von etwa 50°C aufgeheizt. Die gemahlene rohe Kohle hat eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 5 mm. Nach der Behandlung in dem Vortrockner 5 hat die Braunkohle einen Feuchtegehalt von etwa 50%.
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Die Hammermühle und Vortrocknungsstufen weisen zusammen einen Konditionierungsschritt auf, durch den die Partikelgröße, Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur der Braunkohle optimiert werden können, was die nachfolgende Bearbeitung erleichtert. Die konditionierte Braunkohle wird dann von dem Vortrockner 5 einem Feedförderer 6 zugeführt und dann in einen Abriebschritt 7 überführt. In dem Abriebschritt wird die Braunkohle einem Scherungsabrieb unterworfen, der in diesem Fall in einer Pelletiermühle mit rotierenden Walzen durchgeführt wird. Während des Scherungsabriebsschrittes wird Wasser aus der Mikrostruktur der Braunkohle freigesetzt, und die Mischung von Braunkohle und freigesetztem Wasser umfasst eine plastische Masse. Die plastische Masse wird durch Öffnungen in der Wand der Pelletiermühle extrudiert und zu Aggregaten geformt, die Pellets umfassen.
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Die Braunkohlepellets werden entlang des Förderers 8 zu einem Vibrationssiebförderer 9 transferiert. Der vibrierende Siebförderer 9 fördert die Braunkohlepellets zu einer ersten Trocknungsstufe, die eine Trocknungskammer 10 aufweist. Während des Trocknungsschrittes in der Kammer 10 werden die Braunkohlepellets einer dampfhaltigen Atmosphäre ausgesetzt und beginnen zu disintegrieren, um teilchenförmige Kohle zu bilden, wenn sie durch die Trocknungskammer 10 hindurch treten. Die teilweise getrockneten Pellets haben einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 25%, wenn sie aus der Trocknungskammer 10 austreten.
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Die Pellets und teilchenförmige Kohle, die aus der Trocknungskammer 10 austreten, treten in eine zweite Trocknungskammer 11 ein, die einen Holo-Flite® Schneckentrockner mit einem Schneckenfördermechanismus aufweist, in welchem die Welle und Flügel jeder Schnecke bspw. durch darin enthaltenes heißes Öl geheizt werden. An dem Ende der zweiten Trocknungskammer 11 sind die Braunkohlepellets abradiert und weiter zu einem teilchenförmigen Produkt disintegriert.
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Ein Teil des Dampfes in jeder der Trocknungskammern 10 und 11 wird zu einem Kondensator 20 abgelassen, in welchem der Dampf kondensiert und für mögliche weitere Verwendungen aufgefangen wird.
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Das teilchenförmige Produkt, das die Trocknungskammer 11 verlässt, wird entlang eines Förderers 12 zu einem Eimerkettenaufzug 13 gefördert, welcher die teilchenförmige Kohle in einen Speichersilo 14 fördert. Die teilchenförmige Kohle wird aus dem Speichersilo 14 entlang des Förderbands 15 zu einem Brikettierer 16 gefördert, welcher die teilchenförmige, getrocknete Braunkohle zu Briketts kompaktiert. Die teilchenförmige getrocknete Braunkohle hat etwa 12 bis 15% Feuchtigkeit, wobei bei diesem Niveau zur Bildung der Kohlebriketts kein Bindemittel erforderlich ist. Die Briketts werden über den vibrierenden Siebförderer 17 entlang eines Förderbandes 18 gefördert und in einem Bunker 19 gelagert.
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Die durch das Verfahren der Erfindung gebildeten Briketts haben eine gute mechanische Festigkeit gezeigt und können ohne signifikante Brechung oder das Risiko einer spontanen Verbrennung bspw. per Schiff transportiert werden.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Trockners 110 zur Verwendung bei dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung. Der Trockner 110 umfasst eine Trocknungskammer 122 zur Aufnahme von aufgewerteten Braunkohlepellets über den Fördereinlass 124, und einen Auslass 126 für getrocknetes Produkt, durch welchen Braunkohle abgeführt wird. Der Einlass 124 umfasst einen Vibrationsförderer 128 zur Bewegung der Braunkohlepellets zu und in den Einlass 124.
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Der Trockner umfasst außerdem einen Gaseinlass 130 zur Aufnahme einer Strömung von heißem Gas (in diesem Fall heißem Abgas) über einen ersten Kanal 132 und einen Gasauslass 134, von welchem die Dampfströmung die Kammer 122 über einen zweiten Kanal 136 verlässt. Der Trockner umfasst außerdem Rezirkulierungsmittel einschließlich eines Gebläses 138, welche die Strömung des heißen Gases von dem Gasauslass 134 zurück zu dem Gaseinlass 130 rezirkulieren. Das rezirkulierte heiße Gas wird außerdem durch frisches heißes Abgas wieder aufgeheizt.
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Innerhalb der Kammer 122 ist eine Gruppe von Heizrohren 140 angeordnet, die sich über die Kammer 122 erstrecken. Während des Start-Ups empfängt die Gruppe von Heizrohren 140 heißes Öl mit einer Temperatur von etwa 250°C, um die Kammer 122 auf die gewünschte Temperatur (typischerweise zwischen etwa 100°C und 250°C) aufzuheizen. Das Heizöl wurde selbst vorzugsweise durch heißes Abgas, das aus anderen industriellen Prozessen abgeleitet oder durch diese aufgeheizt wurde, aufgeheizt. Das Abgas hat eine Temperatur von 300°C oder mehr. Braunkohleaggregate (nicht dargestellt) werden in die geheizte Kammer 22 (über den Fördereinlass 124 und den Vibrationsförderer 128) eingeführt, wo sie durch das heiße Öl in der Gruppe von Rohren 140 indirekt aufgeheizt werden. Die Aggregate werden kontinuierlich auf einem Fließbett, das oberhalb der Gruppe von Heizrohren 140 angeordnet ist, durch die Kammer 122 gefördert. Alternativ können die Aggregate direkt durch die Gruppe von Heizrohren gehalten werden. Die Aggregate bewegen sich im Wesentlichen durch die Vibration und teilweise durch die Wirkung der Schwerkraft durch die Kammer. Feuchtigkeit wird aus den Aggregaten verdampft und Dampf wird generiert. Die Verdampfung der Feuchtigkeit bewirkt, dass die Temperatur des Öls in den Rohren sinkt. Das rezirkulierende Öl wird daher mit Hilfe von heißem Abgas wieder aufgeheizt.
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Heißes Abgas wird auch durch den Gaseinlass 130 direkt in die Kammer 122 eingeführt, um dabei mitzuhelfen, den Dampf oberhalb seines Taupunktes zu halten. Eine Reihe von Gittern 142, die unterhalb der heißen Ölrohre 140 angeordnet sind, steuern die Rate und Richtung der Strömung des heißen Gases durch das Pelletbett. Ein Teil des durch die Pellets generierten Dampfes wird in der Strömung des heißen Gases mitgerissen und tritt durch den Gasauslass 134 aus und wird dann unter der Wirkung des Gebläses 138 über die Kanäle 136 und 132 zurück zu dem Gaseinlass rezirkuliert.
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Wenn die Konzentration des Dampfes in der Kammer ein festgelegtes Niveau überschreitet, wird überschüssiger Dampf als Teil der kombinierten Strömung von heißem Abgas und Dampf über die Abzugsöffnung 144 freigesetzt. Der abgeführte Dampf kann kondensiert und als Wasser aufgefangen werden.
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Während des Betriebs des Prozesses variiert die Temperatur der kombinierten Strömung von heißem Abgas und Dampf unterhalb des Bettes zwischen etwa 180°C und 300°C, vorzugsweise etwa 250°C, und oberhalb des Bettes zwischen etwa 120 bis 160°C, vorzugsweise etwa 140°C.
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Der Dampftrocknungsprozess wird fortgeführt bis die Pellets ein gewünschtes Trocknungsniveau erreicht haben, das von 40% bis etwa 12 bis 15% H2O variieren kann, abhängig davon, ob eine anschließende Trocknung oder andere Prozessschritte vorgesehen sind. Die getrocknete Braunkohle wird über den Feedauslass 126 abgeführt.
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Dementsprechend kann der Trocknungsprozess drei Heizquellen effektiv nutzen: Indirekte Heizung über die heißen ölgefüllten Rohre, Dampf, der in situ durch Verdampfung von Feuchtigkeit erzeugt wird und heißes Abgas, das direkt der Kammer zugeführt wird. Es wurde herausgefunden, dass diese Kombination von Wärmequellen besonders effektiv ist, um Feuchtigkeit aus dem Material zu entfernen. Außerdem wurde festgestellt, dass so gut wie kein Staub während des Trocknungsprozesses erzeugt wurde, was bedeutet, dass das Bedürfnis für einen normalen Staubentfernungsschritt dramatisch reduziert wurde. Außerdem konnte die verdampfte Feuchtigkeit aufgefangen und kondensiert werden, wodurch Wasser gespart wird.
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BEISPIEL
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Loy Yang Braunkohle mit 62 Gew.-% Wasser beim Abbau wurde zu Aggregaten mit 52 Gew.-% Wasser geformt. Die Aggregate wurden einem dreistufigen Trocknungsprozess unterworfen. Jede Stufe wurde bei Umgebungsdruck und mit einer Temperatur im Bereich von 120 bis 250°C durchgeführt. In Stufe 1 war die relative Feuchtigkeit (RH) in der Kammer etwa 48%. Die aus Stufe 1 austretenden Aggregate hatten einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 35 Gew.-%. In Stufe 2 hatte die Trocknungskammer eine RH von 40%, und die Aggregate wurden auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 22 Gew.-% getrocknet. In Stufe 3 hatte die Trocknungskammer eine RH von 36%, und die Aggregate wurden auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 15 Gew.-% getrocknet. Am Ende der Stufe 3 waren die Aggregate teilweise zu teilchenförmigem Material disintegriert. Die erhaltene Mischung aus teilweise disintegrierten Aggregaten und teilchenförmigen Material wurde einem Brikettierverfahren zugeführt. Der inhärente Feuchtgehalt in der Mischung ermöglichte eine Brikettierung ohne dass ein Bindemittel erforderlich war. Es wurde festgestellt, dass die Briketts eine gute mechanische Festigkeit aufweisen.
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In den Ansprüchen, die folgen, und in der vorhergehenden Beschreibung der Offenbarung werden, außer wenn der Kontext etwas anderes durch besondere Sprache oder notwendige Interpretationen erfordert, der Begriff ”umfassen” oder Abwandlungen wie ”umfasst” oder ”umfassen” in einem umfassenden Sinn verwendet, d. h., um die Präsenz der festgestellten Merkmale zu spezifizieren, aber die Präsenz oder Zugabe weiterer Merkmale in verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung nicht auszuschließen.
