DE2630527A1

DE2630527A1 - Verfahren zur herstellung von formkoks aus nichtbackenden oder weich-backenden kohlen

Info

Publication number: DE2630527A1
Application number: DE19762630527
Authority: DE
Inventors: Everett Gorin; William Andrew Jasulaitis; Frank William Theodore; George Earl Wasson
Original assignee: Consolidation Coal Co
Current assignee: Consolidation Coal Co
Priority date: 1975-07-10
Filing date: 1976-07-07
Publication date: 1977-01-27
Also published as: AU500375B2; AU1540176A; GB1493787A; JPS5210302A; FR2317350B1; FR2317350A1; ZA763736B; CA1082639A; US4030982A

Description

Verfahren zur Herstellung von Formkoks aus nicht-backenden

oder weich-backenden KoMen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Produktion von Formkoks aus normalerweise nicht-backender oder weich-backender Kohle und insbesondere auf die Produktion von Formkoks, der für den Gebrauch in herkömmlichen Gebläsehochöfen geeignet ist.

Der Begriff "Formkoks" wird für Koks verwendet, der durch Kalzinieren von vorgeformten oder vorgebildeten kohlenwasserstoffhaltigen Peststoffen erzielt wird. Der Begriff wird gebraucht, um eine Unterscheidung von Koks zu treffen, den man als gebrochene Stücke aller Größen und Formen von herkömmlichen Schlitz-Koksöfen erhält. Es gibt viele mechanische Wege, kohlenstoffhaltige Feststoffe vorzuformen oder vorzubilden, z.B. durch Pressen, durch Brikettieren in Formen oder durch Pellettieren in zylindrischen Öfen oder Trommeln, die sich um eine im wesentlichen waagerechte Achse drehen. Im letzteren Fall werden die kohlenstoffhaltigen Feststoffe in einem plastischen Zustand durcheinandergeworfen, um einzelne Agglomerate oder Pellets zu formen. Zum Zweck der Beschreibung und Beanspruchung der vorliegenden Erfindung schließt der Begriff "Agglomerate" die Produkte, die bei jeder dieser Methoden hergestellt werden, ein. Der Begriff "grüner Formkoks" bedeutet Agglomerate, die der Karbonisation bei niedrigen Temperaturen, d.h. unter 65O⁰C, ausgesetzt gewesen sind; und der Begriff "Formkoks" bedeutet das Produkt, das durch die Kalzination

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des grünen Formkokses erzielt wird.

Das Verfahren dieser Erfindung ist eine Verbesserung des Verfahrens, das in der deutschen Patentanmeldung P 16 71 366.9 vom 25. März 1967 beschrieben wird. Dieses Verfahren ist ein Verfahren zum Herstellen von Agglomeraten aus nicht-backender oder weich-backender Kohle, bei dem in einem Drehofen bei einer erhöhten Formtemperatur kohlenwasserstoffhaltiges Material, das vom Kohlenausgangsmaterial gewonnen wird, und ein Bindemittel, das ebenfalls vom Kohlenausgangsmaterial gewonnen wird, durcheinander geworfen wird, um die grünen Agglomerate zu formen· Das Bindemittel enthält eine nicht destillierbare Kohlenextrakt-Fraktion, welche bei der Formtemperatur in dem Drehofen anfänglich flüssig ist. Die nicht destillierbare Kohlenextrakt-Fraktion erhält man durch Lösungsmittel-Extraktion des Kohlenausgangsmaterials. Gemäß den Zeichnungen und der Beschreibung ist die Kohlenextrakt-Fraktion zuerst im wesentlichen abgesondert vom Feststoffrest, der ebenfalls in der ausfließenden Lösungsmittel-Extraktion enthalten ist, bevor sie als das vorgenannte Bindemittel gebraucht wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die nicht-backende oder weich-backende Kohle der Lösungsmittel-Extraktion bei Anwesenheit von Wasserstoff ausgesetzt, der bei den Extraktionsbedingungen verfügbar istj das heißt, der Wasserstoff kann von außerhalb hinzugefügt werden oder von einem Wasserstoffgeber-Lösungsmittel stammen, der Wasserstoff unter den Extraktionsbedingungen abgibt. Man erhält ein Produkt, das ein Gemisch von Kohlenextrakten und ungelösten Feststoffresten enthält, von welchem das Lösungsmittel entfernt wurde oder nicht, sei es vollständig oder teilweise. Im Allgemeinen wird, nachdem der größte Teil des Lösungsmittels entfernt worden ist, aber ohne absichtliche Trennung des Extrakts und des Rests voneinander, das Extraktionsprodukt vermischt, mit fein verteilten kohlenwasserstoffhaltigen Feststoffen vermischt. Die kohlenwasserstoffhaltigen Feststoffe können aus Kohle, vorzugsweise einer niedrig flüchtigen Kohle, oder aus Feststoffen bestehen, die aus der Pyrolyse von kohligen Materialien stammen.

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Die letztgenannten Feststoffe werden auch als Schwelkohle oder Halbkoks (char) bezeichnet. Aus dem gemischten Produkt werden mit einem geeigneten Mittel Agglomerate geformt und diese Agglomerate werden dann einer Niedrigtemperaturverkokung oder Schwelung ausgesetzt, um grünen Formkoks zu liefern. Dieser wird dann kalziniert, um einen Formkoks zu ergeben, der zum Gebrauch in Gebläseöfen geeignet ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer Vorteile wird nachstehend ein in der Zeichnung dargestelltes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel schematisch näher erläutert.

Eine weich-backende Kohle wird durch Leitungen 12 und 13 in eine Kohlenextraktionszone 10 eingeführt. Die Kohle hat die folgenden zweckdienlichen Daten: % flüchtige Bestandteile (Trockenmasse) = 41,4; % Asche: - 8,7; % Schwefel: - 3,00; FSI (freier Blähindex) (ASTM - D720-67) = 2-1/2 und Gieseler Flüssigkeitsgrad (DDPM-Skalenteile pro Minute) (ASTM-D1812-69) = 1,1.

Ein geeignetes Verflüssigungslösungsmittel zum Gebrauch in der Extraktionszone 10 ist eine Mischung aus polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, die unter den Bedingungen der Temperatur und des Drucks, die während der Kohlenverflüssigung aufrechterhalten werden, flüssig ist. Ein geeigneter Kochbereich für solch ein Lösungsmittel ist z.B. der Bereich zwischen 230° und 475 C. Das Lösungsmittel kann zweckmäßigerweise als eine destillierte Fraktion von einer oder mehreren Arbeitseinheiten des vorliegenden Verfahrens hergeleitet werden. Gegebenenfalls kann solch ein Lösungsmittel Phenole und heterocyclische Verbindungen sowie polycyclische Kohlenwasserstoffe enthalten.

Die gewählte Kohle wird in fein zerteiltem Zustand in der Extraktionszone 10 der Lösungsmittel-Extraktion bei Anwesenheit von Wasserstoff, der bei den Extraktionsbedingungen verfügbar ist, ausgesetzt. Die Extraktionsart kann eine der dem Fachmann

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geläufigen sein, z.B. kontinuierlich, chargenweise, im Gegenstrom oder stufenweise. Wasserstoff für die Wasserstoff-"behandlung wird vorzugsweise als gasförmiger Wasserstoff zugeführt, wie in der Zeichnung gezeigt. Jedoch kann er mit Hilfe eines Wasserstoff abgebenden Lösungsmittels zugeführt werden. Wenn gasförmiger Wasserstoff benutzt wird, kann das Lösungsmittel irgendein geeigneter polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff oder eine Mischung aus polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen sein, die bei der Extraktionstemperatur und dem Extraktionsdruck flüssig sind und aus dem Verfahren selber stammen, wie vorher erwähnt. Wenn ein Wasserstoff abgebendes Lösungsmittel gebraucht wird, ist wenigstens ein Teil der polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe teilweise hydriert. Solch ein Lösungsmittel wird geeigneterweise rehydriert, um seine Effektivität als Wasserstoffgeber aufrecht zu erhalten.

Die Bedingungen, die in der Extraktionszone 10 aufrecht erhalten werden, sind typischerweise die folgenden:

Temperatur ⁰C 400 - 500

Druck kg/cm² 30 - 200

Wasserstoff zugabe, in Gewichts-96

der MAF-Kohle 0,70 - 2,5

Lösungsmittel zu Kohle (Gewichtsverhältnis) 1,5 - 3,0

MAF bedeutet feuchtigkeits- und aschefreie Kohle.

Das Produkt besteht aus einem ausströmenden Gas (das H₂S enthält) und einem ausfließenden Schlammprodukt,(das Lösungsmittel, Extrakt und Rest, d.h. ungelöste kohlenwasserstoffhaltige Feststoffe und Asche enthält), das durch eine Leitung 15 zur Lösungsmittelrückgewinnungszone 16 geleitet wird. In dieser Zone wird das meiste des Lösungsmittels durch Destillation zurückgewonnen und durch eine Leitung 17 zur Extraktionszone 10 im Kreislauf zurückgeführt. Neugebildetes Lösungsmittel

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wird, wenn es gebraucht wird, durch eine Leitung 18 hinzugefügt,, Das Extraktionsprodukt, das im wesentlichen aus Extrakt und Rest besteht, mit vorzugsweise genug Lösungsmittels um die Mischung pumpbar zu machen, wird durch eine Leitung 19 zu einer Agglomerationszone 20 übertragen.

In der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung wird nicht alle Kohle notwendigerweise zur Extraktionszone 10 geschickt. Ein Teil kann direkt über eine Leitung 21 in eine Niedrigtemperaturkarbonisations- oder Schwelzone 22 eingespeist werden. Diese Zone arbeitet bei ca. 500⁰C; ihre Funktion ist das Umformen der Kohle zu Schwelkohle und Teer. Die Schwelkohle wird durch eine Leitung 23 zu einer Schwelkohlenheizzone 24 transportiert, in der die Schwelkohle durch Verbrennung mit Luft, die durch eine Leitung 25 zugeführt wird, auf eine Temperatur zwischen 550° und 650⁰C erhitzt wird. Für den Fall, daß in der Karbonisationszone 22 mehr Schwelkohle produziert wird, als man im Verfahren benötigt, kann der Überschuß durch eine Leitung 27 abgeführt werden. Die heiße Schwelkohle wird durch eine Leitung 26 zur Agglomerationszone 20 geführt.

Die Agglomerationszone 20 ist vorzugsweise eine Drehtrommel, die sich um ihre Längsachse dreht und dazu dient, die heiße Schwelkohle und das Extraktionsprodukt durcheinander zu werfen, wenn sie durch den Ofen vorrücken. Wenn man es für notwendig hält, kann etwas von der Beschickungskohle ebenso wie im Verfahren produziertes Pech der Trommelbeschickung hinzugefügt werden, um optimale Formgrößen der grünen Agglomerate zu erzielen. Die Temperatur der Schwelkohle beim Einführen ist so gewählt, daß die Temperatur der durcheinandergeworfenen Mischung adiabatisch zwischen 385° und 475°C aufrechterhalten wird_o Grüne Agglomerate, die die vorbestimmte Größe haben, werden durch eine Auslaßleitung 28 herausgezogen und in eine Kalzinierungszone 30 eingespeist, wo sie auf eine erhöhte Temperatur, die ausreichend hoch ist, um weitgehend alle flüchtigen Substanzen zu entfernen_s aufgeheizt werden. Das kalzinierte Produkt wird durch ©in©

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Leitung 31 abgeführt. Abmaßige grüne Agglomerate werden nach geeigneter Zerkleinerung durch eine Leitung 32 zur Niedrigtemperatur-Karbonisationszone 22 in den Kreislauf zurückgeführt. Diese in den Kreislauf zurückgeführten Agglomerate können unter bestimmten Arbeitsbedingungen und bei bestimmten Kohlen in so ausreichender Menge vorhanden sein₉ daß die Notwendigkeit zur Niedrigtemperatur-Karbonisierung von einem über die Leitung 21 zugeführten Teil der Beschickungskohle, wie in der Zeichnung gezeigt, entfällt. Die zum Mischen mit dem Sxtraktionsprodukt erforderliche Menge der Schwelkohle ist eine Funktion der Tiefe der Extraktion in der Extraktionszone 10. Je größer die Tiefe der Extraktion, desto größer die erforderliche Menge Schwelkohle.

Das Lösungsmittel für die Extraktion wird wie folgt hergeleitet? Teer wird in der Niedrigtemperaturzone 22, im Schwelkohlenheizer 24, in der Drehtrommel 20 und im Kalzinierofen 30 hergestellt. Dieser Teer wird durch die Leitungen 33» 34 und 35 zu einer Teerwiedergewinnungszone 36 geleitet, wo jegliches Gas abgetrennt und durch eine Leitung 37 abgeführt wird. Der Teer selber wird über eine Leitung 38 zu einem Fraktionierapparat 39 gebracht. Letzterer dient dazu, den Teer in ein leichtes oberes Destillats, das unter 230⁰C kocht, einen mittleren Destillatanteil, der zwischen 230° und 400⁰C kocht und schließlich eine Pechfraktion zu spalten. Die mittlere Destillatfraktion ergänzt das Lösungsmittel für die Extraktionszone über die Leitung 18, während die Pechfraktion oder Teile von ihr durch die Leitung 40 in die Agglomerationszone als Bindemittelergänzung eingespeist werden kann, wie vorher erwähnt. Zusätzliches Lösungsmittel kann während des Extraktionsprozesses selbst erzeugt werden. Z.B. werden die niedrig kochenden Destillate mit dem Wasserstoff im Extraktionsprozeß verdampft. Diese werden verdichtet, von dem Gas in einem Separator 41 getrennt und kehren durch Leitungen 42 und 38 zum Fraktionierapparat 39 zurück. Der Grenzpunkt des leichten Destillatproduktes kann variiert werden, um einen konstanten Lösungsmittelbestand zu erhalten, d.h. wenn die Menge des erzeugten Lösungsmittels steigt_P kann die Menge, die im System verbleibt, aufrechterhalten werden, indem man den

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Grenzpunkt erhöht.

Beispiel

Es folgt ein Beispiel des Arbeitsvorganges des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels, wo nur in den Kreislauf zurückgeführte Schwelkohle als kohlenstoffhaltige Feststoffe, gemischt mit dem Extraktionsprodukt, gebraucht wurde. Das heißt, keine Schwelkohle wurde gebraucht, die direkt durch Niedrigtemperatur-Karbonisierung oder Verschwelung der Beschickungskohle hergestellt wurde. Daher wurde alle Beschickungskohle der Extraktion unter folgenden typischen Bedingungen ausgesetzt.

Tabelle I Typische Extraktionsbedingungen

Lösungsmittel

Verhältnis Lösungsmittel zu Kohle

Druck

Temperatur Verweildauer Was sersto ff verbrauch Kohlenumwandlung, MAF**

im Kreislauf zurückgeführtes Lösungsmittel*

119,5 kg/cm² 496⁰C

45 min

2 Gewichts-^

90 - 95 %

* Das Lösungsmittel wurde im Verfahren als ein zwischen 230° und 425⁰C kochendes Destillat produziert.

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** Auf feuchtigkeits- und aschefreier Basis.

Die Bedingungen in der Trommel und die Ergebnisse aus Tests der Produkte eines typischen Durchgangs werden in der folgenden Tabelle II präsentiert.

Tabelle II Beschickung

Extraktionsprodukt, Gewichts-% 43,2* Schwelkohle, Gewichts-% 56,8

^Schließt 2,9 % Lösungsmittel mit ein.

Formtemperatur, ⁰C

Minimum 401

Maximum 427

Verweildauer, Minuten 30

Produktionsgrößen, in Gewichts-%, bestehend aus

+2» 0

1-1/2 χ 2" 6,6

1 χ 1-1/2" 22,1

3/4 χ 1" 27,1

1/2 χ 3/4« 30,2

-1/2" 14,0

Tumbler Analyse*

+3/4" Stabilität 73,3

+1/4" Härte 82,2

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*Das Verfahren für die Tumbler Analyse ist folgendes: Man belade einen genormten ASTM Kokstumbler (Drehtrommel) (D-294) mit folgenden Mengen kalzinierten Kokses: 3500 g der Größe 2" χ 1 1/2" (5,08 cm χ 3,81 cm), 3500 g der Größe 1 1/2» χ 1» (3,81 cm χ 2,54 cm und 3000 g der Größe 1" χ 3/4" (2,54 cm χ 1,90 cm). Man lasse den Koks in dem Tumbler mit 25 U/min während 1400 Umdrehungen drehen. Man entleere den Tumbler und siebe den Koks durch 1 1/2", 1", 3/4», 1/2» und 1/4" (bzw. 3,81 cm, 2,54 cm, 1,90 cm, 1,27 cm und 0,62 cm) Siebe. Das Gesamtgewicht (in Prozent) der Teile größer 3/4" (1,90 cm) ist der Stabilitätsindex und das Gesamtgewicht (in Prozent) der Teile größer 1/4" (0,62 cm) ist der Härteindex.

Zusammenfassend erhält man daher Formkoks, der zum Gebrauch in Gebläsehochöfen geeignet ist, aus nicht-backender oder weich-backender Kohle, indem die Kohle zu einem agglomerierbaren Material umgewandelt wird, welches im wesentlichen aus einer Mischung des vollständigen Produkts besteht (ohne Trennung des Extrakts und ungelöster Feststoffe, das durch Lösungsmittel-Extraktion der Kohle bei Anwesenheit von Wasserstoff und einer geeigneten Menge kohlenwasserstoffhaltiger Feststoffe erzielt wird. Das Material wird vorzugsweise unter Niedrigtemperatur-Karbonisations-Bedingungen agglomeriert und die Agglomerate werden danach kalziniert, um festen Formkoks zu erzeugen. Abwandlungen vom Ausführungsbeispiel liegen im Rahmen der Erfindung.

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Claims

Patentansprüche

/1.,' Verfahren zur Herstellung von Formkoks aus einer normalerweise nicht-backenden oder weich-backenden Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kohle mit einem Lösungsmittel extrahiert wird bei Anwesenheit von Wasserstoff, der bei den Extraktionsbedingungen verfügbar ist, um ein Produkt zu erzielen, das Extrakt und Feststoffrest enthält, daß dieses Produkt, ohne absichtliche Trennung dieses Extraktes und dieses Rests voneinander, mit feinzerteilten kohlenwasserstoffhaltigen Feststoffen vermischt wird, daß Agglomerate aus der resultierenden Mischung geformt werden, daß diese Agglomerate einer Niedrigtemperatur-Karbonisierung ausgesetzt werden, um grünen Formkoks zu bilden und daß danach dieser grüne Formkoks einer Kalzinierung ausgesetzt wird, um Formkoks zu produzieren, der geeignet ist, in einem Gebläsehochofen verwendet zu werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen, das Formen der Agglomerate und die Niedrigtemperatur-Karbonisierung gleichzeitig in einer rotierenden Trommel unter adiabatischen Bedingungen ausgeführt werden, um den grünen Formkoks zu bilden.

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