DE3344847A1 - Schnell-pyrolyse von braunkohlen und anordnung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Titel der Erfindung

Schnell-Pyrolyse von Braunkohlen und Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein zweistufiges Verfahren zur Schnell-Pyrolyse grubenfeuchter, aschereicher und salzhaltiger Braunkohlen, vorzugsweise von Weichbraunkohlen, nach dem Wirbelschichtprinzip und auf eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens zur gleichzeitigen Erzeugung von hochwertigem Koks, Starkgas und einem Pyrolyseteer mit geringem Staubgehalt,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Verfahren und Anordnungen bekannt, nach denen eine Schwelung oder Verkokung der Kohle in ein, zwei oder drei Verfahrensstufen durchgeführt werden, mit dem Ziel, hauptsächlich eines der drei Hauptprodukte Koks, Teer oder Gas zu erzeugen.

In der DD-PS 48 389 wird ein Verfahren zur Kurzzeitschwelung ballastreicher unbrikettierter fester Brennstoffe beschrieben, das vorrangig zur Teererzeugung vorgesehen ist und wobei Gas und Koks als anfallende nebenprodukte erzeugt werden. Hierbei

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wird der zu verschwelende Brennstoff zunächst einem Vortrockner zugeführt, der mit einem Rost versehen ist und nach dem Wirbelschichtprinzip arbeitet. Diesem Vortrockner ist eine Brennkammer zugeordnet, in der ein Teil des Schwelgases zu Rauchgas verbrannt und dem ein Teil Trocknerbrüden aus dem Vortrockner als Wälzgas zugemischt wird. Dieses Gemisch liefert die Wärmezufuhr zu der im Vortrockner zu bildenden Wirbelschicht· Die stark vorgetrocknete Kohle wird kurz über dem Rost durch einen Zuteiler abgezogen und einem etwas tiefer stehenden Schwelaggregat zugeführt. Dieses arbeitet ebenfalls mit einer Wirbelschicht, die auf einem Rost aufgebaut wird. Die Wärmezuführung geschieht hier ebenfalls über Schwelgasverbrennung in einer Brennkammer, die dem Schwelaggregat zugeordnet ist, unter Beimengung von kaltem Schwelgas als Wälzgas· Hervorzuheben ist bei diesem Verfahren, daß die Stäube aus dem dem Vortrockner nachgeschalteten Staubabscheider über ein Tauchrohr in die Wirbelschicht bis in Rostnähe des Schwelaggregates eingebracht werden. Ebenso können Rückstandsöle, Asphalte und andere schwere Kohlenwasserstoffe in die Wirbelschicht eingedüst werden, wodurch die Ausbeute an leichteren Flüssigprodukten bei gleichzeitiger Aufarbeitung unbrauchbarer Rückstände verbessert wird·

Die verschwelte Kohle wird über eine Austragsvorrichtung einer weiteren Verwertung zugeführt. Das heiße Schwelgas aus dem Schwelaggregat gelangt entweder über einen Abscheider oder wird in eine Spaltanlage geleitet, in der die Teerdämpfe aufgespalten werden und eine Abscheidung der Koksstäube erfolgt. Anschließend findet eine weitere Kondensation der Teerdämpfe statt. Das entteerte Schwelgas wird zum größten Teil als Heizbzw. Spülgas über ein Gebläse dem Gesamtverfahren wieder zugeführt. Nur geringe Mengen können als Überschußgas abgegeben werden.

Als Nachteil dieses Verfahrens erweist sich, daß bei dem zweistufigen Kurzzeitschwelverfahren hauptsächlich auf ein Haupt-

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produkt, auf Teer, orientiert wird, während Gas und Koks als Hebenprodukte miterzeugt werden»

Schwelgas wird im Kreislauf gefahren· Es wird sowohl in der Brennkammer des Vortrockners als auch in der Brennkammer des Schwelaggregates zu Verbrennungs-Abgas verbrannt, wodurch ein Teil des erzeugten Schwelgases wieder verbraucht wird. Das Eintragen der Stäube aus dem Trockner-Brüdengemisch in das Schwelaggregat führt bei den hier vorherrschenden Temperaturen zu einer Anreicherung des Staubgehaltes der sich dort bildenden Teerdämpfe· Hieraus resultiert ein ungünstiges Verhältnis von staubarmen Dickteer zu staubhaltigem Teer· Aufgrund der geringen Reaktionstemperaturen ist bei diesem Verfahren nur eine geringe Koksausbeute zu erzielen·

Ein weiteres Verfahren zur Schwelung von körniger Kohle und Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens wird in der DE-AS 25 53760 dargestellt.

Hierbei handelt es sich um ein dreistufiges Verfahren, das gleichzeitig auf drei Haupterzeugnisse orientiert, Koks, Gas und eine größtmögliche Teerausbeute·

Dabei wird die Kohle in einem Vortrockner bis auf eine geringe Restfeuchte getrocknet und anschließend in Zyklonen nach Korngrößen getrennt, die dann einem Vorerhitzer bei ca. 300⁰C in verschiedenen Höhen zugeführt werden. Zur Beheizung und als Trägergas dient Abgas. In nachgeschalteten Zyklonen wird nach dem Vorerhitzen die Kohle wieder vom Trägergas abgetrennt und in den Wirbelbettschwelöfen eingetragen. Bei ca. 600⁰C findet eine Schwelung statt, wobei die erforderliche Wärme dem Wirbelbett schwelof en indirekt zugeführt wird. Als Wärmeträger zur indirekten Beheizung der Wirbelschicht dient Kohlendioxid, das im Kreislauf geführt wird. Hierbei wird das Kohlendioxid in einem Vorerhitzer auf ca. 900⁰C aufgeheizt und gibt über einen Wärmeübertrager, der direkt mit dem Wirbelbettofen verbunden ist, seine Wärme an die Wirbelschicht ab und tritt mit ca. 650 C wieder in den Vorerhitzer ein· Dabei gestattet das Verfahren,

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durch Zufuhr von Zusatzverbrennungsluft, die Wärmemenge im Wirbelbett zu steigern. Als Spülgas dient das auf 600⁰C vorgewärmte Schwelgas aus dem Verfahren, Die erzeugten Produkte werden in an sich bekannter Weise nachbehandelt und dem jeweiligen Verwendungszweck zugeführt. Das beschriebene Verfahren überwindet einige Nachteile aus dem Stand der Technik, verkörpert jedoch einen hohen material- und fertigungstechnischen apparate- und anlagen- sowie hilfsstoffspezifischen Aufwand, was den wesentlichsten Nachteil dieses Verfahrens ausmacht·

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren zur Schnell-Pyrolyse grubenfeuchter, aschereicher und salzahltiger Braunkohlen, insbesondere von Weichbraunkohlen, und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, das es ermöglicht, die Hauptprodukte Koks, Gas und Teer in hoher Qualität und Quantität zu erzeugen·

Dabei soll das Verfahren einen hohen energetischen Wirkungsgrad aufweisen, die Anlage über eine hohe Durchsatzleistung verfügen und der apparate-anlagen- und hilfsstoffspezifische Aufwand niedrig gehalten werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein zweistufiges Verfahren zur Schnell-Pyrolyse grubenfeuchter, aschereicher und salzhaltiger Braunkohlen, vorzugsweise von Weichbraunkohlen und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach dem Wirbfclschichtprinzip zu entwickeln, das zur gleichzeitigen Erzeugung eines hochqualitativen Kokses, eines Starkgases und eines Pyrolyseteers mit geringem Staubgehalt, der sich besonders zur Elektrodenkoksherstellung eignet, dient.

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Dabei wird von einem Verfahren ausgegangen, bei dem in einem Trockner mittels eines Wirbelmediums oberhalb eines Anströmbodens die Trocknung der Kohle vorgenommen wird» Die Aufgabe besteht ferner darin, daß bei Trocknungstemperaturen unterhalb teerbildender Dämpfe ein Zusammenballen der Kohle, insbesondere in den Randzonen der Wirbelschicht, verhindert wird. Das aus dem Trockner ausgetragene Trockner-Brüdengemisch wird einem Abscheider zur Feinkornabscheidung zugeführt. Die getrocknete Kohle wird anschließend einem Schwelreaktor zugeführt, dem zur indirekten Beheizung der Wirbelschicht ein Wärmeübertrager zugeordnet ist. Mittels eines Schwelgases erfolgt die Schwelung der Kohle.

Weiterhin besteht die Aufgabe, eine Schachtbelastung des Trockners und des Pyrolysereaktors größer als 2 t/m h zu erreichen. Außerdem sollen die Apparateteile derart kompakt einander zugeordnet werden, daß die gesamte Anlage einen geringen Platzbedarf benötigt und energiewirtschaftlich arbeitet.

Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß das aus dem Trockner-Brüdengemisch ausgetragene Feinkorn dem eigentlichen Schnell-Pyrolyseprozeß entzogen wird- und als Wirbelmedium im Pyrolysereaktor ein der Schwelung artfremdes kohlenwasserstoffhaltiges Gas mit einer den Pyrolysebedingungen entsprechenden Temperatur eingesetzt wird. Ferner ist vorgesehen, daß zur Staubabscheidung aus dem Pyrolysegas des Pyrolysereaktors ein Heißgashochleistungsstaubabscheider verwendet wird, mit dem ein Reinheitsgrad, der kleiner als 100 mg Staub/Nur Pyrolysegas ist ₉ erreicht wird. Außerdem wird das in der Brennkammer erzeugte Verbrennungsgas zur indirekten Beheizung der Wirbelschicht, zur Vorwärmung des der Schwelung artfremden kohlenwasserstoffhaltigen Gases und als Mischkomponente für die Direktheizung im Trockner eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Anordnung sieht vor, daß der Trockner im Bereich der Wirbelschicht mit einem Doppelmantel versehen und direkt unterhalb seines Anströmbodens eine Mischkammer angeordnet ist, und am Pyrolysereaktor die Brennkammer und ein Vorwärmer direkt druckdicht angeordnet sind.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden« Dabei liegt das Verfahrenssohema der Zeichnung zugrunde, Das Verfahren wird in zwei Stufen unterteilt, in die Trocknung der grubenfeuchten Weichbraunkohle (Rohbraunkohle) und in deren Pyrolyse zur gleichzeitigen Gewinnung von Koks, Gas und Teer mit geringem Staubgehalt. Hierzu gelangt die Weichbraunkohle aus einem Kohlebunker 1 in den oberen Teil des Trockners 2, wobei die Kohlezuführung über eine beliebige Fördereinrichtung erfolgt. Der Trockner 2 besteht im wesentlichen aus einem Anströmboden 8, auf dem sich die Wirbelschicht ausbildet. Als Anström- oder Wirbelmedium wird ein Mischgas verwendet, dem Trocknungs-Brüdengas zugesetzt wurde. Das Mischgas wird in einer direkt unterhalb des Anströmbodens 8 angeflanschten Mischkammer 6 durch die Verbrennung von Stadtgas mit Luft gebildet und tritt mit einer Temperatur von ca. 35O⁰C durch den Anströmboden 8. Die Temperatur, die in der Wirbelschicht entsteht, beträgt max. 200⁰C. Im Staubabscheider 5 erfolgt die Abtrennung des getrockneten Braunkohlenstaubes vom Brüdengas. Geeignete Gebläse halten die Reaktionsbedingungen konstant, insbesondere den Sauerstoffgehalt und einen Überdruck. Die mit Hilfe der Wirbelschicht realisierbare hohe Aufheizgeschwindigkeit sichert in Verbindung mit der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Wirbelmediums den gewünschten hohen Kohledurchsatz und hält den Grad der Anoxydation der Einsatzkohle in den für die erforderliche Qualität der Endprodukte Gas, Koks und Teer gewünschten Grenzen. Gleichzeitig wird vom Rand der Wirbelschicht her eine Wärmekonstanz mit Hilfe des beheizten Doppelmantels 3 indirekt bewirkt. Ein Anbacken der Kohle an der Trocknerwand, bzw. ein Zusammenballen der Kohle in den Randzonen der Wirbelschicht wird hierdurch verhindert.

Die getrocknete Kohle wird oberhalb des Anströmbodens 8 über ein Austrags-Wehr abgezogen und über eine beliebige Fördereinrichtung in einen Zwischenbunker 7 transportiert. Das Austrags-

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Wehr dient gleichzeitig zur Regulierung der Wirbelschichthöhe und damit zur Festlegung der Verweilzeit der Kohle in der Wirbelschicht·

Vom Zwischenbunker 7 gelangt die getrocknete Kohle unmittelbar in die Wirbelschicht des Pyrolysereaktors 4· Dieser arbeitet ebenfalls mit einer Wirbelschicht, die auf dem Anströmboden 14 aufgebaut wird· Die Wärmezuführung erfolgt einmal indirekt über einen Wärmeübertrager 11, der in der Wirbelschicht angeordnet ist, und zum anderen über ein aufgeheiztes der Schwelung artfremdes Gas, wie z.B. Erdgas. Dieses wird in einem Vorwärmer 10, der direkt am Pyrolysereaktor 4 angeordnet ist, vorgewärmt, durchströmt den Wärmeübertrager 11 und wird dabei kalorisch aufgewertet, so daß in der Wirbelschicht des Pyrolysereaktors Reaktionstemperaturen von 55O⁰C - 600⁰C vorhanden sind. Analog dem Vorwärmer 10 ist direkt am Pyrolysereaktor 4 eine Brennkammer 9 angeordnet. Hier wird Stadtgas zu Verbrennungs-Abgas mit einer Temperatur von ca. 1300⁰C verbrannt. Von der Brennkammer 9 tritt das heiße Verbrennungs-Abgas durch die Rohrkanäle des Wärmeübertragers 11 und gibt indirekt Wärme an das Wirbelbett ab· Im Vorwärmer 10 kommt das Verbrennungs-Abgas hernach mit einer Temperatur von ca. 90O⁰C - 950 C an und dient hier zur indirekten Vorwärmung des der Schwelung artfremden Gases. Außerdem wird das Verbrennungs-Abgas als Mischkomponente für die Direktbeheizung im Trockner 2 verwendet.

Die Abführung des im Pyrolysereaktor 4 erzeugten Schwelkokses erfolgt in analoger Weise zum Trockner 2 über ein Austrags-Wehr in den Bunker 13» so daß auch hier die Verweilzeit der Kohle in der Wirbelschicht über den Koksaustrag beeinflußt wird. Das den Pyrolysereaktor 4 mit einer Temperatur von 45O⁰C verlassende staubhaltige Dampf-Gas-Gemisch tritt in einen Heißgas-Hochleistungsstaubabscheider 12 ein· Das Peinkorn wird abgeschieden und einem Sammelbehälter zugeführt. Anschließend findet eine Abtrennung des Feinstkornes statt. Danach wird der Schwelteer in speziellen Vor- und Uachkühlern kondensiert und in einem speziellen Teersammelbehälter aufgefangen und aufbewahrt.

Es wird eine Schachtbelastung größer als 2 t/m h bei niedrigen anlagentechnischen Aufwand und entsprechend niedrigen spezifischen Investitionskosten erreicht.

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Die Erfindung besitzt gegenüber anderen Lösungen folgende wesentliche Vorteile:

Es werden alle drei Produkte Gas, Koks und Teer gleichzeitig in hoher Qualität und Quantität erzeugt. Dabei wird die grubenfeuchte, aschereiche und salzhaltige Weichbraunkohle zunächst einer Trocknung und anschließend einer Schnell-Pyrolyse nach dem Wirbelschichtprinzip unterzogen· Die Anlage ist kompakt gestaltet, indem die Apparate direkt zur Vermeidung von Wärme- und Energieverlusten angeordnet wurden* Im Trocknungsprozeß, der bei Temperaturen abläuft, die unterhalb teerabscheidender Dämpfe liegen, konnte die Problematik des Zusammenballens der Kohle an der Trocknerwand im Gebiet der Wirbelschicht durch einen beheizbaren Doppelmantel gelöst werden, der für eine Wärniekonstanz in diesen Randzonen sorgt.

Als Wirbelmedium wird ausschließlich ein der Schwelung artfremdes Gas verwendet, das kalorisch aufgewertet wird und zu einer höheren Gasausbeute führt. Der Entzug des Feinkornes aus dem Trocknungs-Brüden-Gemisch führt zu einer Senkung des Staubanteiles im Schwelgas und führt nach dem Abscheiden feinster Stäube zu einem Pyrolyseteer, der sich zur Elektrodenkoksbereitung eignet»

Der hohe energetische Wirkungsgrad des Verfahrens wird insbesondere dadurch erreicht, daß

- das in der Brennkammer erzeugte Verbrennungsgas

1o zur indirekten Beheizung der Pyrolysereaktor-Wirbelschicht dient,

2_e zur Vorwärmung des der Schwelung artfremden Gases und 3» als Mischkomponente für die Direktheizung im Trockner verwendet wird,

- das in der 1. Verfahrensstufe im Trockner entstehende Trocknungs-Brüdengas im Kreislauf gefahren wird,

- die fühlbare Wärme des Kokses in Verbindung mit dessen Reaktivität durch Kopplung mit einem direkt nachgeschalteten Verfahren, wie z»B. Vergasung, Verbrennung oder Verkokung genutzt wird.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeiohen

1 Kohlebunker

2 Trockner

3 Doppelmantel

4 Pyrolysereaktor

5 Abscheider

6 Mischkammer

7 Zwischenbunker

8 Anströmboden ( im Trockner )

9 Brennkammer

Vorwärmer Wärmeübertrager Heißga shochleistungsstaubabscheider Koksbunker Anströmboden ( im Pyrolysereaktor )

Claims (3)

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Schnell-Pyrolyse grubenfeuchter, aschereicher und salzhaltiger Braunkohlen, vorzugsweise Weichbraunkohlen, das zweistufig nach dem Wirbelschichtprinzip arbeitet, zur gleichzeitigen Gewinnung von Koks, Starkgas und Pyrolyseteer mit geringem Staubgehalt, wobei in einem Trockner mit einem Anströmboden mittels eines Wirbelmediums, das in einer Brennkammer erzeugt und dem ein Wälzgas zugeführt wird, eine Trocknung der Kohle erfolgt, wobei aus dem Trockner einerseits das

10. Trockner-Brüdengemisch einem Abscheider zur Abtrennung des Feinkornes und andererseits die getrocknete Kohle einem Pyrolysereaktor zugeführt wird, dem zur indirekten Beheizung der Wirbelschicht ein Wärmeübertrager zugeordnet ist und in dem mittels eines Wirbelmediums die Schwelung der Kohle vorgenommen wird, gekennzeichnet dadurch, da3

■*· das aus dem Abscheider (5) ausgetragene Peinkorn dem weiteren Pyrolyseprozeß entzogen wird,

- als Wirbelmedium im Pyrolysereaktor (4) ein der Schwelung artfremdes kohlenwasserstoffhaltiges Gas mit einer den Pyrolysebedingungen entsprechenden Temperatur eingesetzt wird,

- zur Staubabscheidung aus dem Pyrolysereaktor (4) ein Pyrolysegas austritt, bei dem ein Reinheitsgrad kleiner 100 mg Staub/Mm Pyrolysegas erreicht wird,

- das in der Brennkammer (9) erzeugte Verbrennungs-Abgas zur indirekten Beheizung der Wirbelschicht, zur Vorwärmung des der Schwelung artfremden kohlenwasserstoffhaltigen Gases und als Mischkomponente für die Direktbeheizung im Trockner (2) verwendet wird·

2. Verfahren zur Schnell-Pyrolyse nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirbelmedium ein methanhaltiges Gas eingesetzt wird·

3. Verfahren zur Schnell-Pyrolyse nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Wirbelmedium ein Erdgas eingesetzt wird·

4· Anordnurig zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, 2 oder 3» gekennzeichnet dadurch, daß der Trockner (2) im Bereich der Wirbelschicht mit einem Doppelmantel (3) versehen und direkt unterhalb seines Anströmbodens (8) eine Mischkammer (6) angeordnet ist, und daß am Pyrolysereaktor (4) die Brennkammer (9) und ein Vorwärmer (10) direkt druckdicht angeordnet sind·

- Hierzu gehört 1 Blatt Zeichnung -

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