DE2939118C2

DE2939118C2 - Verfahren zur Verbesserung der Teerabscheidung aus dem Kondensat des Rohgases bei der Verkokung vorerhitzer Kohle

Info

Publication number: DE2939118C2
Application number: DE2939118A
Authority: DE
Inventors: Kurt-Günther Dipl.-Chem.Dr.rer.nat. Beck; Diethard Dipl.-Phys. Dr. Habermehl; Werner Kucharzyk; Werner 4300 Essen Siebert
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1979-09-27
Filing date: 1979-09-27
Publication date: 1983-08-04
Also published as: JPS5647481A; JPS5945714B2; DE2939118A1; US4309253A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

B.ei der Kohleverkokung entsteht ein Rohgas, das neben KohlewasserstofTen unter anderem auch inerte Gaskomponenten, Wasserdampf und feinste Feststofipartikel mit sich führt. Dieses meist 700 bis 800° C heiße Rohgas wird abgekühlt und zum Teil kondensiert, wobei in einem nachgeschalteten Teerabscheider aus dem Kondensat die Teer- und Feststoffanteile von dem Wasser, das zuvor als Spülwasser für die Abkühlung des Rohgases durch Direkteinspritzung in die Gasleitung verwendet worden war, getrennt werden. Das Spülwasser wird nötigenfalls mit Frischwasser ergänzt und im Kreislauf geführt. Die Kondensationsstufe hat einen eigenen Kühlwasserkreislauf. Da die Effektivität des Teerabscheiders äußerst empfindlich von der Temperatur des zu scheidenden Kondensates abhängt, ist es notwendig, diesen auf jeden Fall auf der erforderlichen Mindesttemperatur von 75° C zu halten.

Bislang wird das Spülwasser mittels einer Pumpe vom Teerabscheider bzw. Spülwassersammelbehälter direkt zur Gasvorlage einer Koksofenbatterie, in der sich die Rohgase der einzelnen Koksofenkammern sammeln, gepumpt, um dort zum einen Teil direkt in die Vorlage geleitet zu werden und zum anderen Teil in den mit der Gasvorlage in Verbindung stehenden Steigrohrkrümmer, d. h. in den heißen Rohgasstrom, eingedüst zu werden. Dabei wird das ca. 700 bis 800° C heiße Rohgas durch Erwärmung und teilweise Verdampfung des Spülwassers schockartig auf Temperaturen von ca. 100° C abgekühlt. Diejenige Spülwasserteilmenge, die direkt in die Rohgasvorlage geleitet wird, bewirkt, daß am Boden derselben sowie in der mit der Rohgasvorlage in Verbindung stehenden Rohgassaugleitung eine Flüssigkeitsströmung entsteht, die das Abfließen des in der Rohgasvorlage gebildeten Kondensates begünstigt. Der sogenannte Vorlagenrücklauf, also Spülwasser plus Kondensat, wird dann aus der Rohgassaugleitung ausgeschleust, um dem Teerscheider zugeführt zu werden. Das Rohgas, das diese Rohgassaugleitung passiert hat, wird dem Rohgaskühler, einer Kondensationsstufe, die durch Wärmetauscher abgekühlt wird, zugeführt Während das nicht kondensierte Rohgas weiteren Verfahrensstufen zugeführt wird, wird das Kondensat aus dem Rohgaskühler, welches in einem Kondensatsammelbehälter gesammelt wird und dort eine Temperaturvon ca. 30° C aufweist, dem Teerscheider zugeführt. Es ist aber auch üblich, das Kondensat aus dem Rohgaskühler bzw. Kondensatsammelbehälter zusammen mit dem Kondensat, das sich im Sauger der Rohgassaugleitung und an anderen Stellen gebildet hat, noch einmal in die Rohgasvoriage einzuspeisen, so daß es von dort über die Kondensatschleuse der Rohgassaugleitung in den Teerscheider gelangt.

Unter solchen Bedingungen stellt sich durch den Wärmehaushalt des Gesamtsystems im Teerabscheider eine Temperatur von ca. 80° C ein, sofern es sich um die Verkokung ca. 10% feuchter Einsatzkohle handelt. Bei der Verkokung von vorerhitzter Kohle stellt sich unter sonst gleichen Bedingungen der Rohgasabkühlung eine Temperatur von ca. 72° C im Teerabscheider ein. Während eine Temperatur von 80° C im Teerabscheider zu den besten Abscheideergebnissen führt, ist eine Temperatur von 72° C völlig unzureichend und führt zu unbefriedigenden Teerscheideergebnissen, d. h. daß der Wassergehalt im Teer nicht ausreichend niedrig ist.

Die niedrige Temperatur im Teerscheider bei der Verkokung vorerhitzter Einsatzkohle wird durch die dieser Kohle fehlende Feuchtigkeit bedingt, da in diesem Fall zu wenig Wasserdampf in lier Ros/gasvorlage und Rohgassaugleitung kondensiert wird und mit entsprechend hoher Temperatur in den Teerscheider gelangt. Diese fehlende Feuchtigkeit bedingt unter anderem eine starke Anreicherung des Spülwassers mit Chlorverbindungen und ähnlich aggressiven Stoffen, weswegen dem Spülwasserkreislauf ständig Frischwasser zugeführt werden muß, was zu einer weiteren Verminderung des Wärmeinhaltes im Spülwasserkreislauf führt.

Um dennoch eine ausreichend hohe Temperatur im Teerscheider zu erzielen, hat man deshalb bisher die nötige Wärme- und Feuchtigkeitsmenge durch eine Dampfbeheizung herbeigeführt. - So ist z. B. bekannt, einen extern erzeugten Wasserdampf über die Rohgasvorlage dem Spülwasserkreislauf direkt zuzuführen.

Die bezüglich der Verbesserung der Teerscheidung bei der Verkokung vorerhitzter Kohle bekannten Maßnahmen haben den Nachteil, daß dem Prozeß ständig zusätzliche Wärme in Form von Wasserdampf zugeführt werden muß, was die Effektivität des gesamten Prozesses nachteilig beeinflußt.

Es ist weiter ein Verfahren zur Digkteergewinnung bekannt, das offenbar auch ohne zusätzliche Energiezufuhr auskommt, wenn staubhaltiges, rohes Kokereigas, das beispielsweise bti der Verkokung von vertrockneter, nur etwa bis zu 1% Feuchtigkeit enthaltender Kohle anfällt, vor der Kühlung mit Wasser gewaschen wird.

Dazu wird die Gas-Kondensat-Scheidung zu einem Wascher ausgestaltet, während das hierfür benötigte.

geklärte Waschwasser ebenfalls der Teer-Wasser-Scheidung entnommen und gekühlt oder ungekühlt auf den Wascher gegeben wird. Das mit Staub angereicherte Waschwasser geht in die Teer-Wasser-Scheidung zurück.

Das durch diese Waschung von Staub befreite Gas strömt in die Gaskühlung, die eine direkte oder auch indirekte sein kann. Bei dieser Führung des Waschkreislaufes bleibt die Gaskühlung frei von Verkrustungen.

Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches bei möglichst geringem apparativem Aufwand die notwendige Wärme- und Frischwassemienge für den Prozeß bereitstellt, ohne zusätzlich externe Energie aufzuwenden.

Die Energie löst die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Der Rohgaskühler, ein Wärmetauscher, in welchem das Rohgas einen Teil seines Wärmeinhaltes an ein Kühlmedium, meist Wasser, abgibt, weist im Bereich des Rohgaseintrittes, je nach Fahrweise, Temperaturen etwa zwischen 80 und 100° C (meistens jedoch nur zwischen 75 und 85° C), auf, während im Bereich des Austrittes des in ihm nicht kondensierten Rohgasfi und im Kondensat die Temperatur nur noch ca. 30° C beträgt. Unterteilt man nun den Wärmetauscher, der im Gegenstrom arbeitet, in je eine Stufe für den heißeren und für den kälteren Kühlerteil und leitet das Kondensat, das im Rohgaskühler selbst gebildet wird, durch den Wärmetauscher im heißeren Bereich des Rohgaskühlers, so nimmt dieses Kondensat Wärme auf und gelangt, wenn es über die Rohgasvorlage in die Rohgassaugleitung geführt wird, mit einer höheren Temperatur als nach dem Stande der Technik in den Teerscheider. Diese erfindungsgemäße Maßnahme führt überraschenderweise zu einer Temperatur im Teerscheider, die ober- J5 halb 75° C liegt, also für befriedigende Teerscheideergebnisse ausreichend hoch ist, d. h. es werden Wassergehalte von 1 bis 2 Gew.-% im Teer erreicht, während bei niedrigeren Temperaturen deutlich schlechter (größer) wird. «0

Dieses Vorgehen hat den weiteren Vorteil, daß der externe Kühlwasserkreislauf des Rohgaskühlers nun eine verminderte Kühlleistung zu erbringen hat.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es von Vorteil, das dem Prozeß zugesetzte Frischwasser *'■> zusammen mit dem Kondensat aus dem Rohgaskühler durch den Wärmetauscher im heißeren Teil des Rohgaskühlers zu leiten.

Es hat sich weiterhin gezeigt, daß der Wärmehaushalt des Spülwasserkreislaufes im Sinne der Erfindung vor- >" teilhaft beeinflußt werden !;ann, wenn ein Teil des Spülwassers aus dem Teerscheider bzw. Spülwassersammelbehälter ebenfalls durch den Wärmetauscher des heißeren Bereiches des Rohgaskühlers geleitet wird.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfin- ^v dung werden anhand der nachfolgenden Zeichnung und einem Beispiel erläutert:

Die Figur zeigt eine bevorzugte Ausführung der Spülwasserkreislaufführung mit einigen alternativen Varianten.

Der Rohgaskühler 1 weist zwei Kühlzonen auf. Externes Kühlwasser strömt nur durch die untere, d. h. kältere, Kühlzone. Das Kondensat aus dem Rohgaskühler, welches im Kondensatsammelbehälter 2 aufgefangen wird, wird durch den Wärmetauscher 10 im heißeren &^ Bereich des Rohgaikühlers 1 geleitet und sodann der Rohgasvorlage 5 direkt zugeführt, von wo es über die Rohgassaugleitung 6 und Kondensatschleuse 8 in den Teerscheider 7 gelangt Das in Teerscheider 7 geschiedene Spülwasser gelangt über Pumpe 9 und Regulierventil 4 zu einem Teil durch den Wärmetauscher 10 im heißeren Teil des Rohgaskühlers und von dort weiter in die Rohgasvorlage und zum anderen Teil direkt zurEindüsung in den Steigrohrkrünimer 11, um von dort wieder über Rohgasvorlage 5, Rohgassaugleitung 6 und Kondensatschleuse 8 in den Teerscheider 7 zurückzugelangen. Das hinzugefügte Frischwasser 3 wird hier zusammen mit dem Kondensat aus dem Kondensatsammelbehälter 2 dem Wärmetauscher 10 zugeführt, wie es ebenfalls einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht - Diese Frischwasserzufuhr kann aber auch an jeder anderen Stelle des Spülwasserkreislaufes diesem zugeführt werden.

Überschüssiges Spülwasser kann z.B. bei 13a oder 13 b, aber auch an jeder anderen Stelle, dem Spülwasserkreislauf entzogen werden.

Es ist im Sinne der Erfindung natürlich auch möglich, das Kondensat aus dem Kondensatsammelbehälter 2, das Frischwasser 3 und das im Teerabscheider geschiedene Spülwasser zuerst zusammenziriT-hren und dann über Pumpe 9 und Regulierventil 4 zum einen Teil dem Wärmetauscher 10 und zum anderen Teil dem Steigrohrkrümmer 11 zuzuführen, so wie es ebenfalls u:öglich ist, die drei genannten Teilmengen (Kondensat, Frischwasser und Spülwasser aus dem Teerscheider) gemeinsam durch den Wärmetauscher 10 zu leiten und dann die Aufteilung in einen Strom zum Steigrohrkrümmer 11 und einen weiteren Strom zur Rohgasvorlage 5 zu teilen.

Beispiel

Vergleichsweise werden in einer Koksofenbatterie und mit nachgeschalteter Rohgaskühlung unter sonst gleichen Bedingungen:

1. feuchte Kohle verkokt und das Rohgas nach dem Stande der Technik gekühlt,

2. vorerhitzte Kohle verkokt und nach dem diesbezüglichen Stande der Technik gekühlt und schließlich

3. vorerhitzte Kohle verkokt und gemäß der Erfindung gekühlt.

1. Die Verkokung feuchter Kohle erfolgte unter folgenden Bedingungen:

Kohlendurchsatz 100 t/h

(durch 50 Großraumöfen)
Kohlefeuchte 10%

Bildungswasser (das während des 3,5%
Verkokungsvorganges aus H₂ und
eindringender Luft entsteht)
Rohgasmenge 330 mVt

(Wf) i. N.

Rohgastemperatur bei Eintritt 750° C
in die RohgasvoFlage

spez. Wärme des Rohgases

Wärmeinhalt dei.
Wasserdampfes im Rohgas

0,393 —
kg K

(bei 750° C)

0,335^1
kg K

(bei 8O⁰C)

940

kg

ibei 750° C)

Spülwassermenge incl.
Frischwasser

Temperaturerniedrigung des
Spülwassers durch
Wärmeverluste
Oberflächenverluste der
Saugleitung

5 m Vl

Einsatzkohle

(wf)

2° C
2000 Meal

Dabei ergeben sich bei der Rohgaskondensation die folgenden Temperaturen:

Gastemperatur vor dem Kühler
Temperatur im Teerscheider

83,3° C 80,2° C ergeben sich die Temperaturen bei der Rohgaskondensation dann zu:

2. Wird in der gleichen Batterie jedoch vorerhitzte Kohle eingesetzt, so wird der Durchsatz zwar gesteigert - im folgenden Beispiel um 25% auf 125 t/h - aber der Wärmeinhalt der Kohlenfeuchte fehlt bei der Wärmebi- .'< > lanz. Nur der Wärmeinhalt des Bildungswassers ist noch • orhanden. Das Bildungswasser reicht aber mengenmäßig zur Verdünnung des Spülwasserkreislaufes nicht aus, so daß kaltes Frischwasser zugesetzt werden muß (im vorliegenden Beispiel 5% der Einsatzkohlen- :\ menge).

Unter sonst gleichen Bedingungen wie im 1. Fall Gastemperatur vor dem Kühler
Temperatur im Teerscheider

74.1° C 72,4° C

Die Tür eine gute Teerscheidung erwünschte Temperatur von mindestens 75°C wird hierbei nicht erreicht.

3. Wird nun das Kondensat des Rohgaskühlers und das Frischwasser (etwa 15 Gew.-% der Einsatzkohle) erfindungsgemiiß im entsprechenden Wärmetauscher des Rohgaskühlers vorgewärmt, so daß die Vorwärmtemperatur um etwa 2°C niedriger ist als die Rohgastemperatur am Eintritt in den Kühler, so ergeben sich die folgenden Temperaturen:

Gastemperatur vor dem Kühler 75,4° C

Temperatur im Teerscheider 75.3° C

Die fur eine gute Teerscheidung erwünschte Temperatur von mindestens 75°C kann also mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise erreicht werden ohne den Einsatz zusätzlicher Energie.

Durch das vorgewärmte Frischwasser und Kondensat verringert sich die nötige Kühlleistung für den Rohgaskühler nun gegenüber dem Stande der Technik.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansp rüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Teerabscheidung aus dem Kondensat des Rohgases bei der Verkokung vorerhitzter Kohle, bei dem das Rohgas vor und im Bereich der RohgasvorJage mittels im Kreislauf geführten Spülwassers, ggf. unter Hinzufügung von Frischwasser, abgekühlt und in einer nachfolgenden Kühlstufe (Rohgaskühler) zum Teil kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat aus dem Rohgaskühler durch einen Wärmetauscher im heißesten Teil des Rohgaskühlers geleitet wird, bevor es über Rohgasvorlage und -saugleitung in den Teerscheider gelangt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ι j zeichnet, daß das zugesetzte Frischwasser zusammen mit dem Kondensat aus dem Rohgaskühler durch den Wärmetauscher des Rohgaskühlers geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzefihnet, daß das Spülwasser zum Teil ebenfalls durch den Wärmetauscher des Rohgaskühlers abgeleitet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohgaskühler (1) mit zwei getrennten Wänaetauschsystemen (10), (12) ausgerüstet ist, wobei das eine (10) im Rohgaseintrittsbereich und das andere (12) im Rohgasaustrittsbereich angeordnet ist und das erstere an seiner Kühimitteleintrittsseite mit der das Kondensat aus dem Rohgaskühler (1) führenden Leitung (3) und an seiner Kühlraittelav- ,trittsseite mit der Einspeiseleitung der Robsasvorlage (5) verbunden ist.

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