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Verfahren zum Verkoken von Kohle Die Erfindung will in erster Linie
aus geringwertiger Kohle durch ein neuartiges Verkokungsverfahren nicht nur wertvolle
Destillationsprodukte, sondern insbesondere auch einen sehr hochwertigen festen
Brennstoff gewinnen, der sich als Ersatz für Anthrazit ansprechen läßt. Da überwiegend
Abfallkohle (Grus) zur Verarbeitung kommt, wird das Rohgut zur Sicherung des Erfindungserfolges
in Brikette geformt. Dias neue Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die
Verarbeitung des Kohlengruses besonders wirtschaftlich ist, also geringe Betriebskosten
erfordert.
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Die Wärmezufuhr zu dem zu verkokenden Gut erfolgt in bekannter Weise
dadurch, daß ein heißes, im wesentlichen gegen die Kohle inaktives Gas hindurchgeleitet
wird. Erfindungsgemäß wird nun die Destillation mittels mehrerer voneinander unabhängiger
Heizgasströme vorgenommen, die aufeinanderfolgen und deren Temperatur je für sich
unabhängig geregelt wird. Dabei werden bestimmte Temperaturgebiete eingehalten,
von denen sich das eine von der Temperatur, bei welcher die bei gewöhnlicher Temperatur
kondensierenden Destillationsprodukte frei werden, bis zu der Temperatur erstreckt,
bei welcher diese Kohlenwasserstoffe im wesentlichen ausgetrieben sind. Innerhalb
dieses Temperaturgebietes soll die Geschwindigkeit der Temperaturzunahme wenigstens
während eines Teiles der Einwirkungsdauer des Heizgasstromes geringer sein als die
durchschnittliche Schwellgeschwindigkeit der -zu verarbeitenden Kohle.
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Gemäß Erfindung wird das Destillationsgut zunächst durch einen Heizgasstrom-
auf etwa - 275 bis 400 ' C erhitzt und darauf durch einen anderen Gasstrom
etwa bis auf 5oo° C. Im wesentlichen während der ganzen Einwirkung des zweiten Gasstromes
soll dabei die Temperaturzunahme sehr langsam, nämlich mit einer Geschwindigkeit
erfolgen, die geringer als 1/4° C je Minute ist. Dann wird die Kohle durch noch
einen weiteren Heizgasstrom über 5oo° C hinaus erhitzt.
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Durchweg erfolgt die Behandlung gemäß Erfindung im allgemeinen in
drei Stufen. In der ersten Stufe wird mit einer verhältnismäßig raschen Temperatursteigerung
je Zeiteinheit gearbeitet, und zwar bis zu der Temperatur,
oberhalb
deren die bei gewöhnlicher Temperatur kondensierenden Destillationsprodukte abzugehen
beginnen. In der zweiten Stufe arbeitet man mit geringer Temperaturzunahme je Zeiteinheit.
Die bei gewöhnlicher Temperatur kondensierenden Gase werden in dieser Stufe im wesentlichen
ausgetrieben, und die Kohle quillt. In der dritten Stufe erfolgt die Behandlung
wieder mit rascher Temperatursteigerung je Zeiteinheit, und es werden die permanenten
Gase abgetrieben.
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Das neue Verfahren paßt sich dem Verhalten des Destillationsgutes
bei der Verkokung in erheblich günstigerer Weise an, als es bis jetzt geschehen
ist. In der ersten Stufe werden beachtliche Mengen von Teerdämpfen oder von bei
gewöhnlicher Temperatur kondensierenden Kohlenwasserstoffen abgetrieben. In diesem
Temperaturgebiet von etwa 275 bis .Ioo° C kann die Aufhetzung rasch erfolgen,
ohne daß Nachteile dadurch entstehen. Die zweite, das Gebiet von etwa 400 bis 500°
C umfassende Stufe liefert alle noch abtreibbaren Teerdämpfe (Urteergewinnungsgebiet
) und weitere Kohlenwasserstoffe, die bei gewöhnlicher Temperatur kondensieren.
Permanente Gase entstehen in nur sehr geringer :Menge. In dieser Stufe ist mit dem
O_uellen oder Plastischwerden oder Backen der Kohle zu rechnen, dem die Erfindung
entgegenwirkt, um den günstigen Verlauf der Destillation zu sichern und dem zu erzeugenden
festen Brennstoff eine möglichst hohe Güte zu verschaffen. Die Temperatur wird zu
diesem Zweck nur ganz langsam gesteigert. Die dritte Stufe dient zum Abtreiben der
permanenten Gase und wird bis zu Endtemperaturen von 'ungefähr 6oo bis goo° C durchgeführt.
jetzt schrumpft der Koks, und die Temperaturzunahme kann wieder etwa ebenso groß
wie in der ersten Stufe sein.
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An die drei erfindungsgemäß gestalteten Erhitzungsstufen soll sich
in bekannter Weise eine Kühlung anschließen. Diese wird vorgenommen, ehe das feste
Erzeugnis, also die künstliche Anthrazitkohle, aus den Retorten entleert wird.
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Die Destillation fester oder flüssiger Stoffe mittels durch die Beschickung
geleiteten überhitzten Wasserdampfes, also durch ein gegen Kohle inaktives Gas,
ist bekannt, und man hat es auf Stücken- oder Preßkohle angewendet. Aber man benutzte
einen gleichmäßigen Heizmittelstrom, an dessen Temperatur keinerlei Regelung . vorgenommen
wurde. An jeder Stelle des Ofens erfolgte also immer eine gleichbleibende, aber
nicht an allen Stellen die gleiche Erwärmung. Ähnliche Vorschläge zur Behandlung
von Kohle o. dgl. mittels eines indifferenten Heizgases sind schon in größerer Zahl
gemacht worden, aber bei keinem derselben werden mehrere aufeinanderfolgende Heizgasströme
mit je für sich geregelter Temperatur zur Anwendung gebracht. Ferner bedienen sich
die bekannten Verfahren des Gegenstromes, d. h. sie führen den Gasstrom dem sinkenden
Beschickungsgut entgegen. Demgegenüber eignet sich zur Durchführung des neuen Verfahrens
vorzugsweise der Gleichstrom, das Heizgas wird also am vorteilhaftesten von oben
nach unten durch die Retorte geschickt.
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Bekannt ist ferner ein vierstufiges Verfahren zur trockenen Destillation
von Brennstoffen, dessen erste Stufe aus einer Trocknung bei 6o bis 70° C besteht,
an die sich eine Vorwärmung, sodann die Schwelüng und schließlich die Garung anschließt.
Demgegenüber faßt die Erfindung die erste und zweite sowie einen Teil der dritten
Stufe des älteren Verfahrens zu einer einzigen Phase zusammen, indem sie, das Gut
mit rascher Temperatursteigung sofort bis zu dem Punkte aufheizt, in welchem die
ersten Teerdämpfe und bei gewöhnlicher Temperatur kondensierende Kohlenwasserstoffgase
frei werden. Dadurch wird die Arbeit nicht' nur wesentlich vereinfacht und verbilligt,
sondern es hat sich auch gezeigt, daß bei der vorangegangenen raschen Temperaturzunahme
und der Beschränkung der kritischen Schwelstufe auf das Gebiet von q.oo bis 500°
C diese wichtigste Verfahrensstufe wesentlich leichter beherrscht werden kann, um
Halbkoks zu gewinnen, der geeignet ist, sich in der Schlußstufe in den hochwertigen
Brennstoff umzuwandeln, den die Erfindung erzielen will. Auch die Beheizung des
Gutes erfolgt bei dem bekannten Verfahren in ganz anderer Weise, und zwar gewissermaßen
im Sinne einer Hintereinanderschaltung, während die Erfindung mit einer Parallelschaltung
der Retorten arbeitet. Das ältere Verfahren erfordert daher eine praktische ununterbrochene
Bedienung durch sehr häufiges Füllen, Entleeren, Umschalten usw., während das neue
Verfahren in dieser Hinsicht nur äußerst geringe Anforderungen stellt.
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Bei einem bekannten Vorschlage zur Tieftemperaturkokserzeugung erfahren
die Retorten oder Kammern eine stetig zunehmende. Erhitzung, aber es fehlt jede
Unterteilung in den Temperaturen und in der Behandlung, die es ermöglichen könnte,
die Vorgänge in den verschiedenen Temperaturbereichen ebenso günstig zu gestalten,
wie es die Erfindung tut.
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Ein anderes bekanntes Verfahren versucht, aus minderwertigen Braunkohlen
oder auchTorf einen langflammigen Brennstoff herzustellen. Im Gegensatz zur Erfindung
soll hier die gesamte Erhitzung, soweit sie überhaupt getrieben
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in einem einzigen Zuge erfolgen. Tatsächlich ist jedoch damit höchstens die erste
Stufe des neuen Verfahrens angegeben, denn die Erhitzung wird nach dem bekannten
Verfahren schon bei 35o° C abgebrochen, also an der Stelle, an der kaum erst die
Urteerbildung beginnt. Es muß also ausgeschlossen erscheinen, hierbei überhaupt
einen wertvollen festen Brennstoff gewinnen zu können.
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Schließlich ist ein Verfahren bekannt, nach welchem eine stufenweise
Schwelung mittels eines einzigen Heizgasstromes, der im Gegenstrom durch die ganze
Brennstoffsäule zieht, durchgeführt werden soll. Jedes Brennstoffteilchen durchläuft
dabei ähnlich wie bei einem bereits erwähnten Verfahren alle Temperaturen zwischen
der Anfangs- und Endtemperatur des Heizgasstromes. Diese Arbeitsweise ist kein stufenförmiges
Verfahren im Sinne der Erfindung, denn die Temperatur ändert sich innerhalb der
Retorte, so daß nirgends dieselbe Erhitzung stattfindet, die durch die Regelung
der Temperatur des Heizgases bestimmt wird. Die Stufen bestehen lediglich in einer
getrennten Gas- oder Teerdämpfeentnahme an verschiedenen Stellen der Gutsäule.
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Um das Backen der Kohle bei der Verkokung zu vermeiden, also um dafür
zu sorgen, daß die schmelzbaren flüchtigen Bestandteile unzersetzt entweichen können,
galt es bisher als erforderlich, das Temperaturgebiet von Zoo bis 5oo° C langsam
zu durchschreiten. Im Gegensatz hierzu nimmt die Erfindung bis zu etwa 35o bis 4oo°
C eine rasche Temperatursteigerung vor, und es hat sich gezeigt, daß dieselbe sowohl
in der ersten Stufe des neuen Verfahrens, in der sie erfolgt, ohne Nachteil angewendet
werden kann wie auch in der zweiten Stufe bei der dann einsetzenden langsamen Temperaturzunahme
besonders günstige Ergebnisse zeitigt.
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Der durch das neue .Verfahren erzielte technische Fortschritt besteht
einerseits in der Gewinnung eines besonders hochwertigen, anthrazitähnlichen festen
Brennstoffes in Verbindung mit der Gewinnung von Urteer und Destillationsgasen von
hoher Güte sowie andererseits in dem wirtschaftlich günstigen Verlauf des Verfahrens,
dessen Apparateinrichtung verhältnismäßig geringeBedienungs-und sonstige Betriebsanforderungen
-stellt.
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In der Zeichnung sind in Fig. i und 2 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele
von Einrichtungen zur Ausübung des neuen Verfahrens dargestellt.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. i werden die senkrechten Retorten i
oben mit dem Schwelgut beschickt und unten entleert. Die Heizgaszuführung erfolgt
oben durch den Kanal 2, die Gasabführung unten durch den Kanal 3. Letzterer gabelt
sich und steht einerseits über einen Schieber4 mit einem Schornstein 5 sowie andererseits
über einen Schieber 6 mit einem Wärmespeicher i i in Verbindung, dessen Gaskanäle
3 vier Umstell- und Regelungsklappen 7, 8, 9, io enthalten. Hinter dem Wärmespeicher
i i setzt sich der Gaskanal 3 bis zu einem Dampfkessel 14 fort, der die Abgase durch
einen Abzweig 13 vollständig aufnimmt, wenn eine Klappe 12 in der Kanalverlängerung
3 geschlossen ist. Unter Ausnutzung 'ihrer Wärme werden die Abgase also im Kessel
14 gekühlt.
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Ein Gebläse 15 dient dem Gasumlauf durch die Schwelkammern i. Der
Gaskanal 3 steht durch ein Rohr 16 mit einem wassergekühlten Kühler 17 in Verbindung,
dessen Gasraum durch eine Rohrleitung in den Gasbehälter 18 mündet, der mit einem
Entnahmerohr i9 mit Schieber 2o ausgerüstet ist.
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Der Gaskanal 3 setzt sich bei 21 bis zu einem Gebläse22 für einenWärmeaustäuscher
23 fort, dessen Rohrinneres durch eine Leitung 23' mit einem Kondensator 23A verbunden
ist, der andererseits durch ein Rohr 23" an den Rohraußenraum des Wärmeaustauschers
23 angeschlossen ist. Von diesem geht ein Rohr 24 ab, das sich gabelt. Es mündet
geradeaus in die Druckleitung 25 des Gebläses 15 und enthält vor der Einmündungsstelle
eine Drosselklappe 26. Der waagerechte Abzweig 24 gabelt sich nochmals; er fährt
mit einem Schieber 30 zu einem Überhitzer 27 und steht - außerdem über einen Schieber
33 mit einem Rohre 28 mit Schieber 29 in Verbindung, welches z. B. zur Zuführung
brennbaren Gases für die Beheizung des Überhitzers dienen kann.
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Durch den Schieber 30 werden die Verbrennungsgase von aus dem
Schwelgut gewonnenen Produkten in den Überhitzer 27 geleitet. Sie verlassen ihn
durch einen Schieber 31 und gelangen durch ein Rohr .32 , in das Gebläsedruckrohr
25. Führt man auf dem Wege 24-33-34 Heizgas ein, um es im Überhitzer mittels über
35-36 zugeführter Luft zur Verbrennung zu bringen, so strömen die Verbrennungsgase
über 37-38-39 ab.
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Im Gebläsedruckrohr 25 sitzt unterhalb der Einmündung des Rohres 32
eine Drosselklappe 40, und oberhalb befkidet sich ,eine Gasmischkammer 41, aus der
das Heizgas über einen Schieber 42 in den Kanal 2 gelangt.
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Ein geeignetes Heizgas kann durch die Verkokung des Destillationsgutes
gewonnen werden. Es soll nicht oxydierend wirken, d. h. keinen Sauerstoff an die
Kohle abgeben. Auch Dampf kann gegebenenfalls als Heizgas in Betracht kommen. Der
Kohlengrus wird entweder nur durch hohen Druck oder auch
unter Anwendung
von Bindemitteln zu Briketten von etwa q.0 g Gewicht g °for mt. Stückenkohle passender
Größe läßt sich gleichfalls erfindungsgemäß behandeln.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Der Wärmespeicher i i habe vom vorhergehenden
Arbeitsgange eine Temperatur von etwa 700° C, das Wasser im Dampfkessel-i4 etwa
2oo° C, der überhitzer 27 etwa goo° C. Der Gasbehälter 18 enthalte Gas.
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Man öffnet die Absperrvorrichtungen 40, 42, 4 und läßt Gas aus dem
Behälter 18 durch die Retorten i über 4 und 5 durchströmen, um die Luft insbesondere
aus den Beschickungen auszutreiben. Dann wird der Schieber 4 geschlossen, Schieber
6 wird geöffnet und das Gebläse 15 in Gang gesetzt. Damit beginnt der Gasumlauf.
Man schließt die Klappen 7 und io und öffnet 8 und g so weit, daß die gewünschte
Umlaufgasmenge den Wärmespeicher i z durchströmt. Die Temperatur des Heizgases in
den Retorten i sei zu dieser Zeit etwa 300° C. Die Klappen 12 und 40 sind dabei
offen, so daß durch den Kessel 14 und den Überhitzer27 kein oder nur sehr wenig
Gas fließt. Der Druck im Behälter 18 hält den Eintrittsdruck für das Gebläse 15
konstant.
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Das Gebläse 22 arbeitet nicht, es strömt also kein Qas in den Wärmeaustauscher
23 und den Kondensator 23A. Aus dem Wärmespeicher ix wird in dieser Phase Wärme
entnommen, während das Destillationsgut zuerst rasch und dann langsamer erhitzt
wird. Genügt die vom Speicher i i gelieferte Wärme zur Erhitzung der Retortenbeschickung
auf die gewünschte Temperatur nicht, so schließt man die Klappe 40 teilweise und
öffnet die Absperrvorrichtungen 26, 30 und 31. Dabei wird ein Teil des im
Umlauf befindlichen Gases durch den Überhitzer 27 geleitet. Hat das die Retorten
verlassende Gas etwa die gleiche Temperatur wie das einströmende Gas, so ist die
erste Behandlungsstufe beendet.
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Zur Einleitung der zweiten Phase werden die Klappen 8 und 9 geschlossen
und 7 und io geöffnet, so daß das gesamte Gas den Wärmespeicher i i durchströmt.
Die Klappe 4o ist teilweise geschlossen, und die Absperrvorrichtungen 26, 30, 31
sind offen, so daß ein Teil des Gases durch den Überhitzer 27 zieht. Durch Einstellung
der Klappe 5 wird die Temperatur des zu den Gebläsen 15, 22 gelangenden Gases geregelt,
ein Teil des Gases strömt also durch' den Kessel 14. Im Kanal2 kann die Gastemperatur
durch Einstellung der Klappe 4o geregelt werden, nach deren öffnungsgrad sich die
Menge des durch den Überhitzer 27 gehenden Gases richtet. In der zweiten Phase (etwa
4oo bis 5oo° C) soll die Heizgastemperatur sehr langsam steigen, und sie ist beendet,
wenn alle kondensierbaren Produkte im wesentlichen ausgetrieben sind.
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Am Anfang der zweiten Stufe, wenn eine aus den Retorten i abgezogene
Probe zeigt, daß das Gas nennenswerte Mengen Teer oder kondensierbare Produkte enthält,
wird das Gebläse 22 angestellt, um einen. Teil des Gases über 23-23'-23A-23" abzuzweigen.
Der Kondensator 23A hält die kondensierbaren Gase zurück, während die nicht kondensierbaren
Gase nach Ausübung ihrer Kühlwirkung in das Rohr 24 übertreten. Die Geschwindigkeit
des Gebläses 22 wird so geregelt, daß die nach 24 gelangende Gasmenge gleich oder
größer als die Menge ist, die durch den Überhitzer 27 strömen soll. Durch letzteren
wird also nur Gas geleitet, das von den kondens.ierbaren Anteilen befreit ist. Der
infolge der Destillation in den Retorten i entstehende Gasüberschuß über die Umlaufmenge
hinaus tritt- durch den Kühler 17 in den Gasbehälter 18 über. Ein Teil des Gasüberschusses
kann jedoch gegebenenfalls zur Beheizung des Überhitzers 27 verbraucht werden.
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Zur dritten Phase wird das Gebläse 22 stillgesetzt, die Klappe 26
geöffnet und die Klappe 4o ganz oder teilweise geschlossen. Das Gas strömt jetzt
ganz oder zum größeren Teile durch den überhitzer 27, um die Temperatur im Kanal
2 zu steigern, beispielsweise auf etwa 8oo° C. Die Kohle wird hoch erhitzt. Das
erzeugte und das umlaufende Gas erhöhen die Temperatur im Wärmespeicher i i, der
Wärme für die zweite Stufe abzugeben hat. Der Gasüberschuß über die Umlaufmenge
geht über den Kühler 17 zum Gasbehälter 18, oder er wird zur Verbrennung im Überhitzer
27 verbraucht.
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Zur Kühlung des fertigen Gutes werden die Klappen 7, 8 und 12 geschlossen
und 9, io geöffnet. Das Umlaufgas entzieht der Kohle jetzt Wärme und wird im Dampfkessel
14 abgekühlt. Nach beendeter Kühlung des Retorteninhalts wird das Gebläse 15 abgestellt,
die Schieber 42 und 6 werden geschlossen, und das Gut wird aus den Retorten abgezogen,
worauf eine neue Beschickung eingebracht werden kann.
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Die Anlage nach Fig.2 weicht wie folgt von der nach Fig. i ab.
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Statt nur einer Retortengruppe werden mehrere Gruppen verwendet, beispielsweise
verdoppelt man die Zahl der Retorten i und i'. Damit verdoppeln sich auch die Kanäle
2 und 2' der Heizgaszuführung und die Kanäle 3 und 3' der Gasabführung, für die
je zwei Absperrschieber 42, 42' und 43, 43' vorgesehen sind. Hinter letzteren vereinigen
sich die Gasabzugskanäle zum Kanal 3, der hier unmittelbar zum Dampfkessel
14 führt, da
der in Fig. i vorgesehene Wärmespeicher i i in Fig.
2 nicht aufgenommen ist.
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Die Arbeitsweise dieser Anlage ist folgende: .
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Die Retorten i seien mit fertigem Gut von etwa Soo° C und die Retorten
i' mit frischem Gutgefüllt; im Behälter 18 befindet sich Gas. Die Absperrvorrichtungen
40, 42', 43' und 4 werden so lange geöffnet, bis aus dem Behälter 18 strömendes
Gas die Luft aus den frisch beschickten Retorten i' ausgetrieben hat. Dann wird
der Schieber 4 geschlossen, und die Schieber 42, 43, 6 werden geöffnet, das Gebläse
15 wird angestellt. Das Gas läuft durch die Retorten i und i' um. Die Klappe 12
ist offen, so daß kein oder nur wenig Gas durch den Kessel 14 strömt. Im übrigen
wickelt sich die erste Stufe sinngemäß ebenso wie bei der Anlage nach Fig. i ab.
Die Gaszuteilung zu den Retorten i und i' wird durch entsprechende Einstellung der
Schieber 42 und 42' geregelt. Wenn die dem Gut in den Retorten i' von dem Gut in
den Retorten i gelieferte Wärme nicht ausreicht, wird ein Teil des umlaufenden Gases
in der bereits zu Fig. i erläuterten Weise auf dem Wege 15-25-2-.-26-30-27-31-32-25-41
durch den Überhitzer 27 geschickt. Am -Schluß der ersten Phase wird das abgekühlte
Gut aus den Retorten i abgezogen, und diese werden frisch beschickt.
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Während der zweiten und dritten Stufe des Verfahrens befinden sich
die Retorten i nicht im Kreislauf, sondern sie werden zunächst entleert und dann
wieder gefüllt. Infolgedessen verlaufen diese beiden Phasen praktisch genau ebenso
wie bei der Anlage nach Fig. i. Wie der Überhitzer 27 dazu dient, die Temperatur
des umlaufenden Gases nach Erfordernis zu steigern, ebenso dient der Dampfkessel
14 dazu, einer abgezweigten und dann wieder einzuführenden Gasmenge Wärme zu entziehen
und so die Gastemperatur, insbesondere gerade vor den Gebläsen 15, 22, durch- Zumischung
kälteren Gases zu senken.
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Wenn die Kohle in den Retorten i' fertig behandelt ist, sind die Retorten
i wieder neu gefüllt, und die Kühlung des Inhaltes der Retorten i' vollzieht sich
mit Hilfe der frischen Beschickung in i, wie es oben für i' angegeben ist. Der Wechselbetrieb
beider Retortengruppen greift so ineinander, daß bei einem sehr geringen Aufwand
an Bedienungsarbeit bedeutende Mengen durchgesetzt werden können.