DE1216836B - Verfahren zur Haertung bindemittelhaltiger Briketts durch oxydierende Behandlung mit sauerstoffhaltigen Gasen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

ClOd

Deutschem.: 10 b-9/03

Nummer: 1216 836

Aktenzeichen: M 49766 VI b/10 b

Anmeldetag: 21. Juli 1961

Auslegetag: 18. Mai 1966

Bei der Schwelung von backenden und erweichenden Steinkohlen ist eine vorhergehende oxydierende Behandlung mit sauerstoffhaltigen Gasen unterhalb des Zersetzungspunktes vorzugsweise bei Temperaturen von 200 bis 250° C bereits mit Erfolg vorgenommen worden, um das Backvermögen zu verringern und ein Zusammenbacken der Kohlenstücke bei der anschließenden Schwelung in Schachtöfen zu verhindern. Es ist ferner bekannt, feinkörnige Steinkohle oder feinkörnigen Koks mit hochsiedenden Fraktionen von Steinkohlenteer oder Steinkohlenteerpech als Bindemittel zu brikettieren und die grünen Formlinge anschließend mit sauerstoffhaltigen Gasen zu behandeln, vorzugsweise bei Temperaturen von 200 bis 300° C, um die Formlinge zu verfestigen. Die Verfestigung beruht dabei in erster Linie darauf, daß das Bindemittel unter dem Einfluß des Sauerstoffs polymerisiert und verharzt. Die gehärteten Formlinge wer-^ den in den meisten Fällen anschließend einer Schwelung oder Verkokung ausgesetzt, um das polymerisierte Bindemittel vollständig zu verkoken. Dabei hat die oxydierende Behandlung die Aufgabe, eine möglichst rasche Verfestigung der Formlinge herbeizuführen, damit sie der anschließenden Wärmebehandlung in möglichst einfachen Apparaten, vorzugsweise Schachtöfen, unterworfen werden können. Die Sauerstoffbehandlung des zu behandelnden Gutes wird dabei vorwiegend mit kreisenden Gasen durchgeführt, die im Gegenstrom oder im Querstrom durch die Schüttung hindurchgeleitet werden.

Auch für die Rauchlosmachung von pechgebundenen Briketts, vorzugsweise aus Mager- oder Eßkohle, ist eine oxydierende Behandlung unterhalb des Zersetzungspunktes der Kohle bereits mit Erfolg angewendet worden. Zu diesem Zweck ist es bekannt, Briketts zwei aufeinanderfolgenden Wärmebehandlungen zu unterwerfen, wobei in der ersten Behandlungsstufe, die den Zweck hat, die leichtflüchtigen Bestandteile des Bindemittels auszutreiben und die Briketts porös zu machen, mit geringer Luftmenge, in der zweiten Behandlungsstufe, die den Zweck hat, die Ölrückstände zu verkohlen, mit Luftüberschuß gearbeitet wird. Es ist ferner bekannt, bei der Herstellung von festen Brennstoffen für die Gaserzeugung aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen die Formlinge in oxydierender Atmosphäre auf Temperaturen von 650 bis 850° C zu erhitzen und nach Einsetzen der Verbrennung mit wenig Sauerstoff weiterzubehandeln und dadurch eine teilweise Zersetzung der im Brikett enthaltenen Stoffe, die die spätere Vergasung erleichtern, zu bewirken.

Des weiteren sind Arbeiten bekanntgeworden, durch eine überfallartige Erhitzung, gegebenenfalls Verfahren zur Härtung bindemittelhaltiger
Briketts durch oxydierende Behandlung mit
sauerstoffhaltigen Gasen

Anmelder:

Metallgesellschaft Aktiengesellschaft,

Frankfurt/M., Reuterweg 14

Als Erfinder benannt:

Dr. Willibald John,

Dipl.-Ing. Paul Lange, Frankfurt/M.

auch in Gegenwart geringer Mengen Sauerstoff, eine rasche äußere Verfestigung der Formlinge zu erreichen, um dann anschließend die Formlinge weiterzuschwelen und zu verkoken.

Ein anderes Verfahren sieht die Rauchbeseitigung und Verfestigung von Briketts aus Steinkohle und Teer in zwei aufeinanderfolgenden Wärmebehandlungsstufen vor, wobei die erste in stark oxydierender Atmosphäre, die zweite in einer schwach oxydierenden bis neutralen Atmosphäre stattfindet. Beide Behandlungsstufen bleiben in jedem Fall unter der Zersetzungstemperatur der Kohle sowie des Bindemittels.

Die bisher bekannten Verfahren haben vor allen Dingen den Nachteil, daß sie bei bewegter Schüttung vorwiegend im Gegenstrom oder im Querstrom arbeiten und deshalb mit Rücksicht auf die Entzündungsgefahr der Kohlen mehrere Oxydationsstufen benötigen oder aber in einer besonders dünnen Schicht arbeiten müssen. Mit Rücksicht auf die Entzündungsgefahr muß bei dieser Arbeitsweise der Sauerstoffgehalt der Behandlungsgase vergleichsweise niedrig sein. Aus diesem Grunde geschieht die oxydierende Behandlung solcher erweichender Formlinge bisher in erster Linie in besonderen, absatzweise betriebenen Kammern oder in dünner Schüttung von vorwiegend 0,4 bis 0,6 m Dicke auf einem kontinuierlichen Förderband oder in Waggonets, die durch einen Tunnelofen gezogen werden.

Da die Behandlung infolge der Begrenzung des Sauerstoffgehaltes eine relativ lange Zeit von mindestens 2 bis 3 Stunden erfordert, ergeben sich für die Behandlung sehr aufwendige und kompliziert arbeitende Apparaturen, die wegen der hohen Anlage- und Betriebskosten sowie wegen ihrer Störanfälligkeit die Wirtschaftlichkeit dieser Arbeitstechnik gefährden.

Es wurde nun gefunden, daß die Oxydationswirkung erheblich verbessert und der Zeitaufwand für die zu-

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nächst an der Oberfläche wirksam, werdende Ver- Temperaturen von etwa 200 bis 400° C, vorteilhafterfestigung erheblich herabgesetzt werden kann, wenn weise 300° C, aufgewärmt, ,wobei sich die Höhe der die oxydierende Härtung in der Weise erfolgt, daß Erhitzungstemperatur nach der Art der für die Brider zur Härtung erforderliche Sauerstoff in geregelter kettierung verwendeten Kohle und des verwendeten Menge im Gleichstrom mit den Briketts in die Här- 5 Bindemittels richtet. In jedem Fall bleibt jedoch die tungsapparatur eingeführt wird. Das gemeinsam mit Behandlungstemperätür unterhalb der Temperatur den Briketts eingeführte Oxydationsmittel trifft in der der beginnenden Teerentbindung der Steinkohle, so-Wärmebehandlungszone dann auf das Heizmittel, das weit Formlinge aus Steinkohle eingesetzt werden. Die zweckmäßigerweise im Kreislauf geführt wird. Auf Gase strömen in der Wärmebehandlungszone im diese Weise werden die Briketts schon während der io Gleichstrom in der Schüttung abwärts und werden Erwärmung dem maximalen Sauerstoffgehalt aus- durch die Absaugedächer 14 wieder abgesaugt. Vorgesetzt, und zwar in der Weise, daß das Konzentra- teilhaft werden zwei Reihen Absaugedächer 14 in tionsgefälle bei jeder einzelnen Temperatur dem einem gewissen Abstand voneinander angeordnet,
maximal möglichen entspricht, ohne daß hierdurch Der Sauerstoffgehalt der umgewälzten Gase wird eine Selbstentzündung eintritt. Auf diese Weise ist ein 15 ferner durch den Sauerstoffschreiber 20 kontrolliert,. außerordentlich wirksamer und schonender Fort- der auch die Impulse für eine automatische Regelung schritt der Oxydation gewährleistet, so daß es sogar liefern kann.

möglich ist, pechgebundene Formlinge in einem senk- Um die Oxydation möglichst wirksam zu gestalten, rechten Schachtofen zu härten, was man bisher mit wird die zur Oxydation benötigte Luft im Gleich-Rücksicht auf die Erweichung der Briketts nicht für ao strom mit den Formungen durch den Füllbunker 1 in möglich gehalten hat, da die Briketts ohne diese nach geregelter Menge in die Oxydationszone eingesaugt, der Erfindung vorgeschlagene Wärmebehandlung zer- Auf diese Weise gelangen die zu härtenden Formfallen oder zu Trauben zusammenbacken. Praktische linge kalt in die Wärmebehandlungszone. In der Versuche in einem Schachtofen haben ergeben, daß WärmebehandlungszoneselbstsetztnuneineMischung der Zerfall der Briketts auf ein geringes Ausmaß be- 25 der kalten Luft oder kalter sauerstoffhaltiger Gase schränkt werden kann, das der Wirtschaftlichkeit des mit den heißen Spülgasen ein, die durch die Eintritts-Verfahrens keinen Abbruch tut. Der Abrieb kann in dächer 13 mit einer Temperatur von etwa 300° C zuder Größenordnung von unter 10% gehalten werden geführt werden, wodurch zunächst die Temperatur und gegebenenfalls dem Brikettiergut wieder zugesetzt der Behandlungsgase etwas herabgesetzt wird, beiwerden, insbesondere im Fall der Behandlung von 30 spielsweise von der Eintrittstemperatur 300 auf Formungen aus Koks. 200° C, wobei auch ein Teil der fühlbaren Wärme

Entscheidend ist lediglich, daß das Oxydations- für die Aufheizung der Formlinge verbraucht wird,

mittel im Gleichstrom mit dem Schüttgut in die Durch die eintretende exotherme Reaktion steigt die

Wärmebehandlungszone eingeführt wird. Je nach Temperatur der Gase jedoch bald wieder an und hat

dem Verwendungszweck der zu behandelnden Bri- 35 am Ende der Wärmebehandlungszone die Tempera-

ketts kann das Verfahren mit der Oxydation selbst tür von 300° C beispielsweise wieder erreicht. Der

beendet werden, und die oxydierten Formlinge kön- - Sauerstoffgehalt der eintretenden Gase, der etwa

nen im Anschluß an die Sauerstoffbehandlung ge- 6% beträgt, wird zunächst durch die eingesaugte

kühlt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Form- Luft auf etwa 8 bis 10% angereichert und nimmt im

linge anschließend an die Oxydation einer Verschwe- 40 Verlauf der Oxydation wiederum auf 6% ab. Mit

lung oder Verkokung zu unterwerfen, um Formlinge Hilfe des Sauerstoffschreibers 20 wird die eingesaugte

höherer Festigkeit und geringeren Gehaltes an fluch- Menge kontrolliert. Durch Verbindung des Schreibers

tigen Bestandteilen zu erzeugen. 20 mit einem Regler kann auf diese Weise auch die

Die Einrichtungen zur Durchführung des Verfah- eingesaugte Luftmenge und damit die Führung des rens sind in den Abb. 1 und 2 beispielsweise und 45 Prozesses automatisch gesteuert werden,
schematisch dargestellt, und zwar zeigt die Abb. 1 Entsprechend der durch den Bunker 1 angesaugeinen Schachtofen zur Durchführung der oxydativen ten Luftmenge wird ein Teil der Kreislaufgasmenge Wärmebehandlung mit anschließender Kühlung der über die Ausblasleitung 19 nach dem Austritt der behandelten Formlinge, während in Abb. 2 ein Kreislauf gase aus der Wärmebehandlungszone ins Schachtofen dargestellt ist, in dem die Formlinge im 50 Freie abgegeben, wobei auch die sich bei der Oxyda-Anschluß an die oxydative Wärmebehandlung noch tion entwickelnden Gase und Dämpfe mit abgeführt einer anschließenden Schwelung unterzogen werden, werden. Diese können entweder nach Reinigung und/ bevor sie gekühlt und aus dem Ofen ausgetragen oder Kühlung ins Freie abgelassen oder aber zur Verwerden. brennung der darin enthaltenen dampfförmigen Koh-

Die zu bearbeitenden Formlinge werden zunächst 55 lenwasserstoffe ganz oder teilweise den Brennkamin den Bunker 1 des Schachtofens aufgegeben, der mern der Härtungsstufe oder einer angeschlossenen direkt mit der darunter befindlichen Wärmebehand- Spülgasschwelstufe bzw. einer außenbeheizten Verlungszone 2 verbunden ist. Um die Last der Gutsäule kokungsstufe zugeführt werden,
vor Eintritt in die Oxydationszone weitgehend abzu- Die behandelten Formlinge gelangen dann durch fangen, sind am Übergang in die Wännebehandlungs- 60 die Verbindungsschläuche 15 in die Kühlzone 3, in zone Entlastungsdächer 12 angeordnet, die auch ge- der sie ebenfalls mit kreisenden Gasen gekühlt wergebenenfaUs der Zufuhr von kalten, lufthaltigen Gasen den. Diese werden mit Hilfe des Gebläses 9 umgedienen können. In der Oxydationszone werden heiße wälzt und durch die Eintrittsdächer 16 in die Kühl-Gase umgewälzt. Diese Gase werden durch Verbren- zone mit einer Temperatur von 30° C und einem nung von Gas, Öl oder Kohlenstaub mit Luft in der 65 Sauerstoffgehalt, der unter 2% liegt, eingeführt. Die Brennkammer 5 aufgeheizt und mit Hilfe des Geblä- Gase kühlen die behandelten Formlinge im Gegenses 4 über die Eintrittsdächer 13 in die Schüttung ein- strom und verlassen die Kühlzone mit einer Tempegefuhrt. Die Gase werden durch die Beheizung auf ratur zwischen 200 und 250° C. Die heißen Gase

werden zunächst einem Wärmeaustauscher 7 zugeführt, der zur Vorwärmung der Luft für die Brenner der Härtungszone, eventuell auch der Schwelzone, dient, die den Brennern mit Hilfe des Gebläses 6 zugeführt wird. Die restliche fühlbare Wärme der Kühlgase wird in einem Einspritzkühler 8 durch Verdampfen von Wasser oder durch Waschen mit großen Wassermengen abgeführt. Die gekühlten Formlinge werden über die Schleuse 10 ausgetragen.

Die oben beschriebene Oxydationszone arbeitet also in der Weise, daß die zur Härtung benötigte Luft, deren Sauerstoffgehalt 21 Volumprozent beträgt, durch den Bunker eingesaugt und im Gleichstrom mit den Formungen in die Wärmebehandlungszone eingebracht und am oberen Ende derselben dann durch Zumischen der heißen Kreislaufgase auf einen Sauerstoffgehalt von etwa 10 %> gebracht wird. Dieser Sauerstoffgehalt nimmt in dem angeführten Beispiel dann auf etwa 6% ab. Dieser Endwert ist durch die Reaktionstemperaturen und die gewünschte Behändlungsweise bestimmt.

Bei leicht oxydierbaren Stoffen kann an Stelle von Luft auch ein lufthaltiges Rauchgasgemisch eingesaugt werden, um den Sauerstoffgehalt in gewünschter Höhe halten zu können. Zweckmäßig werden hierfür die gekühlten Gase aus dem Härtungskreislauf verwendet. Sie durchlaufen zunächst einen Rieselkühler 25 und werden dann mit Hilfe des Gebläses 18 in den Schachtofen oberhalb der Oxydationszone eingeführt mit Hilfe der Entlastungsdächer 12. Auf diese Weise kann der Sauerstoffgehalt des mit dem Brennstoff eingeführten Oxydationsmittels verringert werden, um gegebenenfalls höhere Behandlungstemperaturen und höhere Temperaturen der Kreislaufgase anwenden zu können.

Das Verfahren kann auch in der Weise durchgeführt werden, daß man zum Abschluß eines größeren Schachtofens im Bunker 1 unter Benutzung der Dächer 17 einen Kreislauf von Gasen mit Hilfe eines Gebläses 18 aufrechterhält, der es erlaubt, die Druck-Verhältnisse und die der Behandlungszone 2 durch die im Gleichstrom mit dem zu behandelnden Gut zugeführte Sauerstoffmenge in gewünschter Weise zu regulieren. Wie bereits weiter oben beschrieben, kann dieser Kreislauf natürlich auch aus Rauchgasen mit einem bestimmten kontrollierten Sauerstoffgehalt bestehen.

Je nach dem Verwendungszweck der Formlinge kann an die Oxydationsbehandlung sofort eine Kühlzone 3 angeschlossen werden, um die während des Oxydationsprozesses auf etwa 300° C erwärmten Formlinge wieder auf Außentemperatur abzukühlen. Die Kühlung erfolgt dann zweckmäßig in einer neutralen Atmosphäre oder bei einem sehr geringen Sauerstoffgehalt, der eine weitere Oxydation ausschließt.

Sollen völlig teerfreie oder Formlinge mit einem bestimmten niedrigen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen erzeugt werden, so kann an die Oxydationsstufe auch eine Schwelstufe oder eine Verkokungsstufe angeschlossen werden, wobei dann die Schwelung sowohl durch Spülgase wie auch durch außenbeheizte Kammern in bekannter Weise vorgenommen werden kann. Vorbehandlungsstufe und Schwel- oder Verkokungsstufe werden dabei zweckmäßig zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt.

In diesem Fall wird der Schwelofen gemäß A b b. 2 ausgebildet. Die Formlinge gelangen dann nach der weiter oben beschriebenen Behandlung in der Behandlungszone 2 zunächst in die Schwelzone 11, wo sie z. B. mit heißen Spülgasen, die eine Temperatur von beispielsweise 500 bis 600⁰C aufweisen, behandelt werden. Diese treten durch die Roste 23 in die Schwelzone ein, durchströmen das in der Schwelzone befindliche Material im Gegenstrom und verlassen die Schwelzone am oberen Ende mit einer Temperatur von beispielsweise 370° C. Sie werden mit Hilfe des Gebläses 21 umgewälzt. Die zur Schwelung erforderliche Wärme wird aus der Brennkammer 22 durch Verbrennung von Gas, Heizöl oder auch Kohlenstaub zugeführt. Die kreisenden Spülgase sind im Gegensatz zur oxydativen Zone praktisch sauerstofffrei. Soweit durch die Schwelbehandlung ein Gasüberschuß entsteht, wird dieser zur Beheizung der Härtungszone in Brennkammer 5 verwendet. Im Anschluß an die Schwelbehandlung werden die Formlinge dann in bekannter Weise mit kalten praktisch sauerstofffreien Kreislaufgasen in der Kühlzone 3 im Gegenstrom gekühlt, wobei die Gase mit etwa 30° C eintreten und die Kühlzone über die Dächer 16 a mit einer Temperatur von etwa 400° C verlassen. Die fühlbare Wärme der Gase wird in einem Wärmeaustauscher 7 zur Vorwärmung der Verbrennugsluft für die Brennkammer nutzbar gemacht. Die restliche Kühlung erfolgt dann in einem Einspritzkühler 8. Die Formlinge werden über die Schleuse 10 ausgetragen. Die Durchsatzgeschwindigkeit der Formlinge durch den Schachtofen wird durch die Austragsvorrichtung 24 in gewünschter Weise reguliert.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur oxydativen Wärmebehandlung von bindemittelhaltigen Briketts aus Kohlen, Koksen oder deren Gemischen bei Temperaturen bis 400° C in einem Schachtofen mit sauerstoffhaltigem Kreislaufgas, dadurch gekennzeichnet, daß der im Kreislaufgas verbrauchte Sauerstoff durch Kaltluft ergänzt wird, welche durch den über der Wärmebehandlungszone liegenden Teil der Brikettschüttung im Gleichstrom mit den Briketts zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Kaltluftmenge nach dem Sauerstoffgehalt des Kreislaufgases geregelt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2131702;
Thau, »Brennstoffschwelung«, Bd. 1,1949, S. 95, 96 und 212, 213.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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