DE3220162A1 - Verfahren zum erhitzen von kohlenstofformlingen - Google Patents
Verfahren zum erhitzen von kohlenstofformlingenInfo
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Description
Verfahren zum Erhitzen von Kohlenstofformlingen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoffkörpern durch Erhitzen pyrolisierbare
Stoffe enthaltender Formlinge in einem Kammerofen, bei welchem flüchtige Pyrolyseprodukte gebildet und
zersetzt werden und die Wärmeenergie durch Verbrennen fluider Brennstoffe innerhalb der Kammer erzeugt wird.
Zum Herstellen von Kohlenstoffkörpern ist es bekannt,
zerkleinerte Kokse, Graphite, Ruße und andere im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehende Stoffe mit
einem oder mehreren Bindern aus der Gruppe Steinkohlenteerpeche, Petrolpeche, Teere, Kunstharze und in geringem
Umfang auch Kohlehydrate zu mischen und das Gemisch durch Strangpressen, Schneckenpressen, Gesenkpressen
oder auf Vibrationsmaschinen zu Körpern zu formen. In erster Näherung bestehen die Formlinge aus
einer geschlossenen Bindermatrix, in der feste Kohlenstoff
körner dispergiert sind. Durch Erhitzen der Formlinge werden die Binder einer Pyrolyse unterworfen,
wobei aus dem Binder ein die primären Kohlenstoffkörner
verbindendes Binderkoksskelett und flüchtige Produkte, vor allem Kohlenwasserstoffe, gebildet werden. Die
erhaltenen Kohlenstoffkörper sind vor allem wegen der Pyrolyseverluste porös und zur Verminderung der Porosität
ist es nach einem anderen Verfahren bekannt, die Kohlen-
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stoffkörper mit einem der als Binder verwendeten
Stoffe zu imprägnieren. Es ist dann nötig, die Körper einer zweiten Temperaturbehandlung zu unterwerfen und
das Imprägniermittel zu verkoken. 5
Die Temperaturbehandlung erfolgt für weniger empfindliche Formlinge vor allem in Kammerringöfen, die aus
einer Vielzahl hintereinandergeschalteter Kammern bestehen. Die Regelung dieses Verbundofens ist schwierig,
da sich Parameteränderungen in einer Kammer zwangsläufig auf die Nachbarkammern auswirken. Vorgegebene Betriebsbedingungen
lassen sich besser in Einzelkammeröfen -. im folgenden Kammerofen genannt - einhalten, die entsprechend
zum Brennen brennempfindlicher Formlinge und auch zum Brennen mit großer Erhitzungsgeschwindigkeit
verwendet werden. Ein Kammerofen dieser Art ist beispielsweise in der US-A-3 048 382 beschrieben. Die
zu brennenden Formlinge sind in einer im wesentlichen
aus Kokspulver bestehenden Packmasse angeordnet und die zum Erhitzen des Kammerinhalts nötige Wärmeenergie
wird durch Verbrennen eines fluiden Brennstoffs in dem durch die Oberfläche der Packmasse und dem Ofendeckel
gebildeten Raum erzeugt. Das Rauchgas durchströmt in der Packmasse angeordnete Pfeifen und wird wenigstens
zu einem Teil rückgeführt, desgleichen die flüchtigen Pyrolyseprodukte. Die Pyrolyseprodukte sind vor allem
bei großer Erhitzungsgeschwindigkeit nicht im thermischen Gleichgewicht, so daß an den heißeren Ofenflächen
der Pfeifen, Ofenwände, usw. sekundäre Spaltprodukte, wie Retortenkoks und vor allem Ruß gebildet werden,
die den freien Strömungsquerschnitt mehr und mehr einengen. Die Ablagerung oder der Niederschlag kohlenstoffhaltiger
Stoffe kann man im Grundsatz durch Verbrennen der flüchtigen Pyrolyseprodukte vermeiden, wozu
dem umgewälzten Rauchgas Sauerstoff zugeführt werden muß. Jede Erhöhung des Sauerstoffgehalts bedeutet in
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_ 4 —
dem tatsächlichen Konzentrationsbereich aber eine Erhöhung der Explosionsgefahr. Zum Beispiel ist bei
einer Ofenraumtemperatur von 5OO°C eine typische Zusammensetzung des umgewälzten Rauchgases (Vol.%):
H2 -2,1%, CO -0,8%f CH4 - 0,8 %, Polyaromaten 0,7 %,
O2 - 1,6 %, CO2 - 9,0 %, N2 - 67,7 %, H3O- 16,5 %.
Die Explosionsgrenze wird für die einzelne Komponente im allgemeinen nicht erreicht, wohl aber für das Gemisch
der zündfähigen Komponenten. Unter den beispielhaft genannten Bedingungen beträgt die untere Explosionsgrenze etwa 4,7 Vol.%.
Die gleichen Schwierigkeiten bestehen unabhängig von der Form und Art des Kammerofens. Besonders hinderlich
sind die Verkrustungen für den Betrieb der als Herdwagenofen bezeichneten Ofenart, bei dem das zu brennende
Gut außerhalb der Ofenkammer auf einen Wagen gestapelt und in die Kammer gefahren wird.
'20 Der Erfindung liegt daher die .Aufgabe zugrunde, in einem
Kammerofen bei einem Verfahren der eingangs genannten Art den Ofenbetrieb störende durch die Zersetzung flüch-•
tiger Pyrolyseprodukte gebildete Verkrustungen und andere Ablagerungen von im wesentlichen aus Kohlenstoff
bestehenden Stoffe zu verhindern und dabei jede Explosionsgefahr
auszuschließen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß unterhalb einer Kammertemperatur von 600°C der Brennstoff durch Zuführung
einer stöchiometrischen Luftmenge verbrannt wird und oberhalb einer Kammertemperatür von 600 C
durch besondere Düsen eine zusätzliche Luftmenge in die Kammer eingeblasen wird. Vorzugsweise wird ein
SauerstoffÜberschuß von 5 bis 15 % bezogen auf die zur Verbrennung des Brenngases nötigen Luftmenge ver-
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wendet. Eine günstige Verteilung der eingeblasenen Luft erzielt man dabei durch die Leitbleche, die vor den
Einblasdüsen angeordnet sind.
Beim Erhitzen von Teerpeche oder andere Kohlenwasserstoffe als Binder oder Imprägniermittel enthaltenden
Kohlenstoffkörpern entstehen bei der pyrolytischen Zersetzung
der bituminösen Stoffe im Temperaturbereich bis etwa 55O°C flüchtige aromatische Verbindungen, die
bei den in den Ofenkammern herrschenden Temperaturen
zu einem Teil zu vielkernigen Aromaten kondensieren. Diese Stoffe sind in Form feiner Teertröpfe in dem
Rauchgas dispergiert, das durch Verbrennen fluider Brennstoffe, wie Heizöl oder Erdgas, erzeugt wird. Der
Gesamtteergehalt beträgt bis etwa 500 g/Nm und ein Teil des Teers wird wie oben beschrieben, an heißen
Ofenflächen unter Ablagerung von festem Kohlenstoff thermisch gespalten. Oberhalb von 600°C ist die Menge
der emittierten Pyrolyseprodukte wesentlich kleiner und besteht zudem überwiegend aus Methan und Wasserstoff.
Es wurde überraschend gefunden, daß in diesem Bereich der Pyrolyse die in die Ofenkammer gespeiste Luftoder Sauerstoffmenge ohne Erhöhung der Explosionsgefahr
auf den zur Verbrennung der festen Kohlenstoffablagerungen
nötigen Betrag gesteigert werden kann. Durch die Verbrennung der Ablagerungen werden Verengungen des
freien Strömungsquerschnitts und Beschränkungen der Gasströmung beseitigt und vor allem in Herdwagenöfen
eine Einschränkung der Beweglichkeit vermieden. Die Verbrennungswärme der Kohlenstoffablagerungen trägt
zudem zur Wärmebilanz des Kammerofens positiv bei.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen
beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 - den Schnitt eines Herdwagenofens,
Fig. 2 - eine vergrößerte Darstellung des Bereiches II
aus Fig. 1,
Fig. 3 - einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig.
In den Zeichnungen ist 1 das Rahmenwerk des Herdwagenofens
, 2 das die Kammer 3 begrenzende Mauerwerk und 4 ein Wagen, auf dem in Abstand Kohlenstoffkörper 5 vorzugsweise
in besonderen Brennbehältern - geschichtet sind. In das Mauerwerk sind Düsen 6 eingelassen, denen
Luft zugeführt wird. Die Luft strömt durch die spaltenförmigen Kanäle 8 zwischen Mauerwerk 2 und den aufgeschichteten
Kohlenstoffkörpern 5 und die Kanäle zwischen den Stapeln, wie in der Zeichnung durch Pfeile 7 angedeutet
ist und wird mit Hilfe von Ventilatoren 9 zusammen mit den beim Brennen der Kohlenstofformlinge gebildeten
flüchtigen Pyrolyseprodukte in der Kammer 3 umgewälzt. Die flüchtigen Pyrolyseprodukte und die Ablagerungen
fester Pyrolyseprodukte verbrennen und die Verbrennungswärme wird zur weiteren Aufheizung des Herdwagenofens
• genutzt. Zeichnerisch nicht dargestellt sind die zur Heizung der Kammer unterhalb 600 C dienenden, mit Erdgas,
Heizöl oder Generatorgas gespeisten Brenner und die mit den Brennern jeweils eine Einheit bildenden.
Zuführungen für Verbrennungsluft. Die Anordnung der Brenner, die Führung der Rauchgase und gegebenenfalls
die Vorwärmung der Verbrennungsluft sind beispielsweise in der DE-C-20 29 840 im einzelnen dargestellt, auf die
hier verwiesen wird.
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2 .j
In der Ausbildung nach Fig. 1 und 2 sind die zu brennenden Kohlenstoffkörper 5 in Brennbehältern
oder Containern 10 gestapelt die sich mit Füßen 11 auf .dem Herdwagen 4 abstützen. Der Wagen ist mit einer
wannenförmigen Blechauskleidung 12 versehen und zwischen Herdwagen und Mauerwerk 2 die Tassendichtung 13 angeordnet.
Durch das Leitblech 14, das vor der Düse 6
angeordnet ist,wird den Ofenteilen unterhalb der Brennbehälter
und im Bereich der Tassendichtung eine zur Verbrennung der festen Kohlenstoffablagerungen ausreichende
Luftmenge zugeführt und die in diesen Bereichen für den Ofenbetrieb besonders störenden Ablagerungen
werden vollständig verbrannt.
Zum Brennen von Kohlenstofformlingen wird der beispielhaft
dargestellte Herdwagenofen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit aufgeheizt und dabei bis zu einer
Kammertemperatur von 600°C Brennstoff und Luft in einem
Verhältnis zugeführt, daß die Luftüberschußzahl 1,0
beträgt. Oberhalb von 600°C wird die Luftmenge erhöht,
beispielsweise auf eine Luftüberschußzahl von 1,1; dabei
verbrennen die den Ofenbetrieb störenden kohlenstoffhaltigen Ablagerungen vollständig, ohne daß eine Explosionsgefahr
besteht.
PA 82/3 Dr.We/Ma.
Claims (5)
- -χ-82/5P atentansprücheι y. Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoffkörpern durch Erhitzen pyrolisierbare Stoffe enthaltender Formlinge in einem Kammerofen, bei welchem flüchtige Pyrolyseprodukte gebildet und zersetzt werden und die Wärmeenergie durch Verbrennen fluider Brennstoffe innerhalb der Kammer erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet , daß unterhalb einer Kammertemperatur von 600°C der Brennstoff durch Zuführung einer stöchiometrischen Luftmenge verbrannt und oberhalb einer Kammertemperatur von 600°C durch Düsen eine zusätzliche Luftmenge in die Kammer eingeblasen wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb von 600°C Luft in einer zur Verbrennung niedergeschlagener Pyrolyseprodukte ausreichenden Menge in die Kammer eingeblasen wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennung mit einem Luftüberschuß von 5 bis 15 % erfolgt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Herdwagenofen verwendet wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e kennzeichnet, daß zur Verteilung der eingeblasenen Luft vor den Düsen Leitbleche angeordnet werden.PA 82/3 Dr.We/Ma
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