DE1571662B1

DE1571662B1 - Process for calcining coke, in particular petroleum coke

Info

Publication number: DE1571662B1
Application number: DE1966M0069234
Authority: DE
Inventors: Victor D Allred
Original assignee: Marathon Oil Co
Current assignee: Marathon Oil Co
Priority date: 1965-04-23
Filing date: 1966-04-22
Publication date: 1971-09-16
Also published as: ES325856A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Calcinieren von Koks, insbesondere Petrolkoks, mit nicht mehr als 20 Gewichtsprozent an flüchtigen brennbaren Bestandteilen in einem Ofen, insbesondere einem Drehofen, unter Zuführung gasförmiger Sauerstoffträger zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile innerhalb des Ofens, kontinuierlich erfolgender Analyse der Ofenabgase sowie Regelung der Luftzufuhr zur Einhaltung der Analysenwerte innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.The invention relates to a method for calcining coke, in particular Petroleum coke, with no more than 20 percent by weight of volatile combustibles in an oven, in particular a rotary oven, with the supply of gaseous oxygen carriers to burn the volatile components inside the furnace, continuously subsequent analysis of the furnace exhaust gases as well as regulation of the air supply for compliance the analysis values within a predetermined range.

Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zum Calcinieren von Koks, insbesondere Petrolkoks. Diese Verfahren umfassen die Verwendung von Drehöfen, wie beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 813 822 beschrieben, oder die- Verwendung von umlaufenden Bettöfen, wie sie in der USA.-Patntschrift 3 112 918 beschrieben sind, und eine Vielzahl weiterer, in der Praxis wenig eingeführter Vorrichtungen. Die meisten dieser Vorrichtungen erhitzen die Kohle, wenn es uni das Verkoken der Kohle geht, oder Koks, der einen unerwünscht hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen enthält, wenn es um das Calcinieren von Koks geht. Dabei kommen Temperaturen zur Anwendung, die ausreichen, um die flüchtigen Bestandteile auszutreiben. Ein Sauerstoffmangel im Ofen ist hierbei wünschenswert, um eine Verbrennung und damit verbundene Kohlenstoffverluste zu vermeiden. Andererseits ist die Verbrennung der flüchtigen Bestandteile wirtschaftlich wünschenswert, um den Ofen mit einem Minimum an Energiezufuhr und vorzugsweise keiner äußeren Beheizung arbeiten zu lassen.There are a variety of methods of calcining coke, in particular Petroleum coke. These methods include the use of rotary kilns such as in U.S. Pat. No. 2,813,822, or the use of circumferential Bed ovens as described in U.S. Patent 3,112,918 and one Large number of other devices that have not been widely used in practice. Most of these Devices heat the coal when it comes to coking the coal, or Coke containing an undesirably high level of volatiles, if it is about calcining coke. Temperatures are used that sufficient to drive off the volatile components. A lack of oxygen in the Furnace is desirable here to prevent combustion and associated carbon losses to avoid. On the other hand, the incineration of the volatile components is economical desirable to run the furnace with a minimum of energy input and preferably none Let external heating work.

Die Temperaturregelung ist wesentlich für den Erfolg solcher Verfahren. So erhält man beispielsweise bei zu niedriger Calcinationstemperatur eine ungenügende Entfernung der flüchtigen Bestandteile, und man erzielt ein schlechtes Endprodukt. Liegt die Temperatur zu hoch, dann steigt der Brennstoffbedarf, und unter einigen Bedingungen kommt es sogar zu Beschädigungen am Ofengebäude.Temperature control is essential to the success of such processes. For example, if the calcination temperature is too low, an insufficient one is obtained Removal of the volatiles and a poor end product. If the temperature is too high, the need for fuel increases, and below a few Conditions, there is even damage to the furnace building.

Das allgemeine Verfahren zur Regelung von Verkokungs- und Calcinationsöfen mit unterstützten, sich bewegenden Betten umfaßt die Beobachtung der Temperaturen an verschiedenen Punkten innerhalb des Ofens. Wo verhältnismäßig gleichmäßige Vorschubgeschwindigkeiten und Fördermaterialien zur Anwendung kommen, läßt sich ein Temperaturanstieg durch Herabsetzung der Luftzufuhrgeschwindigkeit mit Hilfe von Regelventilen oder -Reduktion der Gebläsegeschwindigkeiten ausgleichen. Soweit hier der Ausdruck Luft verwendet wird, umfaßt er selbstverständlich auch andere sauerstoffhaltige Gase. Jedoch stören Änderungen in den Zuführungsgeschwindigkeiten oder Schwankungen in den im Koks enthalteneu flüchtigen Bestandteilen die Ofentemperaturen und wurden deshalb bei üblichen Verkokungsvorgängen vermieden.The general procedure for controlling coking and calcining furnaces with assisted, moving beds involves observing temperatures at various points within the furnace. Where relatively uniform feed rates and conveying materials are used, a temperature rise can be achieved Reduction of the air supply speed with the help of control valves or reduction compensate for the fan speeds. As far as the term air is used here it naturally also includes other oxygen-containing gases. However, disturb Changes in the feed rates or variations in those contained in the coke volatile constituents affect the oven temperatures and are therefore in normal coking processes avoided.

In der Literatur (Bergbautechnik) sind darüber hinaus eine Reihe von Experimenten beschrieben, nach denen eine Vielzahl von Analysen und Meßwerten es gestattet, Gesamtbilanzen für Kohlenstoff, Schwefel, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff aüizustellen, so daß die nicht meßbare Koksmenge als mehrfach kontrolliertes Endglied verbleibt. Hier .wird davon ausgegangen, daß die Menge an Koks, die sonst nicht meßbar wäre, nur durch die Analyse der Vielzahl von Bestandteilen ermittelt werden kann.In the literature (mining technology) there are also a number of Experiments described, after which a large number of analyzes and measured values it Allowed, total balances for carbon, sulfur, hydrogen, oxygen, nitrogen so that the non-measurable amount of coke is a multiple controlled end link remains. Here .it is assumed that the amount of coke that would otherwise not measurable could only be determined by analyzing the multitude of constituents can.

Nach einer weiteren bekannten Maßnahme (Alb e r t i , »Schwefelfibel«, VEB Wilhelm Knapp Verlag, Halle 1956, S. 91 und 92) werden Gasproben an den .Schläuchen mit brennender Lunte- genommen, um sie auf ihre Brennbarkeit zu prüfen. Für einen bestimmten Fall wird dann mehr-überschußgas eingeführt.According to another well-known measure (Alb e r t i, »Sulfur Primer«, VEB Wilhelm Knapp Verlag, Halle 1956, pp. 91 and 92) are gas samples on the .Hoses Taken with a burning fuse to check that it is flammable. For one In certain cases, more excess gas is then introduced.

In beiden Fällen handelt es sich also um ein kompliziertes bzw. sehr ungenaues Vorgehen.In both cases it is a complicated or very difficult one imprecise procedure.

Auch ist noch bekannt (britische Patentschriften 848 580 und 770 930), kontinuierliche Prüfungen des Sauerstoffgehaltes bei Gasen während der Calcinierang von Koks durchzuführen. Nach der britischen Patentschrift. 848 580 wird Sauerstoff enthaltendes Gas mit einem 10- bis 30gewichtsprozentigen Sauerstoüüberschuß, bezogen auf den Koks, eingeblasen. Selbst nach dem Verbrennen des Gases bleibt ein Sauerstoffüberschuß von 17,5%.It is also still known (British patents 848 580 and 770 930) continuous tests of the oxygen content of gases during the calcining process carry out of coke. According to the British patent specification. 848 580 becomes oxygen containing gas with a 10 to 30 weight percent oxygen excess, based on the coke, blown in. Even after the gas is burned, there is still an excess of oxygen of 17.5%.

Erfindungsgemäß soll daggen der resultierende Sauerstoffüberschuß wesentlich gesenkt werden und eine größenordnungsmäßig mehrfach genauere Steuerung der Verfahrensführung herbeigeführt werden.According to the invention, on the other hand, the resulting excess oxygen is intended to be can be significantly reduced and an order of magnitude several times more precise control the procedure can be brought about.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Ofenabgase auf Sauerstoff und wenigstens einen brennbaren Gasbestandteil mit einem Analysator analysiert werden, der ein für den Sauerstoffgehalt repräsentatives Signal und ein für den brennbaren Gasbestandteil repräsentatives Signal erzeugt, und daß beide Signale zur automatischen Regelung des "der. Zufuhr der gasförmigen Sauerstoffträger dienenden Ventils ausgenutzt werden.According to the invention this is achieved in that the furnace exhaust gases on Oxygen and at least one combustible gas component analyzed with an analyzer that is a signal representative of the oxygen content and one for the combustible gas component generated representative signal, and that both signals for the automatic regulation of the "the. supply of the gaseous oxygen carriers serving Valve are exploited.

Vorzugsweise wird das Abgas auf brennbare Bestandteile insgesamt analysiert.The exhaust gas is preferably analyzed for combustible constituents as a whole.

Zweckmäßig handelt es sich bei den analysierten Abgasbestandteilen um Sauerstoff und Kohlenmonoxid.The analyzed exhaust gas components are expediently involved about oxygen and carbon monoxide.

Nach einer anderen Ausführungsform kann man auch auf Sauerstoff und Wasserstoff analysieren. Andererseits kann es zweckmäßig sein, die Analyse hinsichtlich Sauerstoff und Methan vorzunehmen.According to another embodiment, one can also use oxygen and Analyze hydrogen. On the other hand, it can be useful to analyze the Make oxygen and methane.

Es war offensichtlich überraschend, die Steuerung der Luftströmung in den Ofen- derart vorzunehmen, daß der Sauerstoff in den Abgasen und wenigstens ein brennbarer Bestandteil unterhalb bestimmter Maxima gehalten werden. Die Menge der Eingangsluft wird also auf der Basis einer Analyse bestimmter Bestandteile° des Abgases geregelt. Außer dieser Doppelanalyse sind also keine weiteren Analysen erforderlich.It was obviously surprising to control the air flow to make in the furnace so that the oxygen in the exhaust gases and at least a combustible component can be kept below certain maxima. The amount the inlet air is therefore based on an analysis of certain components ° of the exhaust gas regulated. Apart from this double analysis, there are no further analyzes necessary.

Bei vollständiger Verbrennung kann auf einen Restsauexstoügehalt von 0,5 Volumprozent eingestellt werden, ein Wert, der größenordnungsmäßig unter dem bisher erreichbaren liegt.If completely burned, a residual oxygen content of 0.5 volume percent can be set, a value that is on the order of magnitude below the so far achievable lies.

Die vorliegende Erfindung basiert also auf der Feststellung, daß durch kontinuierliche Analyse des Sauerstoffes. in den Austrittsgasen, kombiniert mit der gleichzeitigen kontinuierlichen Analyse der gesamten in den Austrittsgasen vorhandenen brennbaren Bestandteile, Signale abgeleitet werden können, welche sich für die Steuerung automatischer Ventile in den einströmenden Luftströmen eignen. Der Ausdruck kontinuierliche Analyse umfaßt hier auch die Analyse in kurzen Abständen, und insbesondere diejenige, bei der Proben der Austrittsgase entnommen und diese Proben jeweils analysiert werden, worauf man später eine weitere Probe entnimmt. Außerdem sind umfaßt Dampfphasenchromatographen und alle Arten von Verbrennungsanalysatoren.The present invention is based on the finding that by continuous analysis of oxygen. in the exit gases, combined with the simultaneous continuous analysis of all of the gases present in the outlet gases Flammable components, signals can be derived, which are useful for the control automatic valves in the incoming air currents. The expression continuous Analysis here also includes analysis at short intervals, and in particular that during which samples of the exhaust gases are taken and these samples are each analyzed, whereupon another sample is taken later. Also included are vapor phase chromatographs and all kinds of combustion analyzers.

Die Tastelemente oder die Analyse der gesamten verbrennbaren Bestandteile und des Sauerstoffes stehen üblicherweise zur Verfügung. Der Ausgang aus diesen Analysatoren läßt sich in einen üblichen Schreibregler einspeisen, der vorzugsweise die Werte jeder der beiden gemessenen Variablen aufzeichnet und ein Signal an das automatische Luftventil weitergibt.The probe elements or the analysis of the entire combustible components and oxygen are usually available. The exit the end These analyzers can be fed into a conventional write controller, which is preferably records the values of each of the two measured variables and sends a signal to the automatic air valve passes.

Die Erfindung erlaubt, was von besonderer Bedeutung ist, die Verwendung nicht proportionaler Arbeits-/Nichtarbeits-Analysatoren, die billig und verhältnismäßig betriebssicher sind. Obwohl das Regelsystem proportionale Signale von den Analysatoren verwenden kann, verwendet man wirtschaftlichere Analysatoren, die ein Signal nur übertragen, wenn der vorher eingestellte Wert überschritten wird.The invention permits, which is of particular importance, its use non-proportional work / non-work analyzers that are cheap and proportionate are operationally safe. Although the control system receives proportional signals from the analyzers You can use more economical analyzers that only send a signal transmitted when the previously set value is exceeded.

Zum Beispiel kann man mit einer Vorrichtung nach arbeiten, die ein Gebläse aufweist, welche Luft über ein Steuerventil in einen umlaufenden Calcinierungsofen, vorzugsweise in Mengen von 1,0 bis etwa 4 Gewichtsteilen Luft pro Gewichtsteil zugeführten Kokses drückt. Diese Menge hängt selbstverständlich von der Menge und Zusammensetzung der flüchtigen Bestandteile ab. Vorzugsweise ist die zugeführte Menge annähernd stöchiometrisch, und die Hauptverbrennungsprodukte sind C02 und Wasser. Der bei dieser Ausführungsform zur Anwendung kommende Koks ist in üblicher Weise hergestellter, verzögerter Petrolkoks mit etwa 10% flüchtigen Bestandteilen, gemessen nach dem ASTM-Test D 271-58, der das Erhitzen des Kokses auf annähernd 950° C für 7 Minuten und die Messung des sich ergebenden Gewichtsverlustes umfaßt. Der Petrolkoks wird dem Ofen in Mengen von annähernd 4000 bis 5000 kg/h zugeführt. Der Ofen. enthält ein auf einem Drehtisch rotierendes Bett von annähernd 50 m2. Die Bettiefe beträgt annähernd 15 cm, wobei der Koks eine maximale Teilchengröße von annähernd 50 mm aufweist. Die durchschnittliche Verweilzeit im Ofen beträgt annähernd 20 lauten. Die Temperatur im Inneren des Ofens wird durch -die erforderlichen Calcinierungsbedingungen bestimmt und kann über einen Bereich von 1100 bis etwa 1650° C und vorzugsweise von 1200 bis 1320° C eingestellt werden. Die Luft wird von einem Verteilerkopf über eine Anzahl von Lufteinlässen verteilt, die annähernd gleichmäßig oberhalb des Koksbettes angeordnet sind. Jeder dieser Einlässe richtet den Luftstrom nach unten über das Bett und ist jeweils mit einem einstellbaren Einzelluftventil ausgerüstet. Diese Einzelluftventile werden während der Anfangsluft ausgeglichen, um einen maxifinalen Betriebsnutzeffekt zu erzielen. Der calcinierte Koks verläßt den Ofen in der Mitte und wird in üblicher Weise mit einem Wasserstrahl abgeschreckt und durch Schütteln auf einem vibrierenden Gitterförderer gekühlt.For example, one can work with a device that has a Has blower, which air via a control valve in a rotating calcining furnace, preferably supplied in amounts of 1.0 to about 4 parts by weight of air per part by weight Coke pushes. This amount of course depends on the amount and composition the volatile constituents. Preferably the amount added is approximate stoichiometric and the main products of combustion are C02 and water. The at This embodiment used coke is produced in the usual way, delayed petroleum coke with about 10% volatiles, measured after ASTM test D 271-58, which involves heating the coke to approximately 950 ° C for 7 minutes and measuring the resulting weight loss. The petroleum coke will fed to the furnace in amounts of approximately 4000 to 5000 kg / h. The oven. contains a bed of approximately 50 m2 rotating on a turntable. The bed depth is approximately 15 cm, with the coke having a maximum particle size of approximately 50 mm having. The average residence time in the oven is approximately 20. The temperature inside the furnace is determined by the calcination conditions required determined and can over a range of 1100 to about 1650 ° C and preferably can be set from 1200 to 1320 ° C. The air is brought over from a distributor head a number of air inlets are distributed approximately evenly above the coke bed are arranged. Each of these inlets directs airflow down over the Bed and is each equipped with an adjustable individual air valve. These Individual air valves are balanced to a maxifinal during the initial air To achieve operational efficiency. The calcined coke leaves the furnace in the middle and is quenched in the usual way with a jet of water and by shaking Chilled on a vibrating grid conveyor.

Die den Ofen verlassenden Abgase werden in einem Sauerstoffprüfgerät geprüft. Dieses Prüfgerät kann ein übliches Kolorimeter oder ein anderes Prüfgerät sein und überträgt ein Signal nur, wenn der Sauerstoffgehalt der Abgase einen vorher eingestellten Wert überschreitet. In der beschriebenen Ausführungsform wird dieser Wert auf annähernd 0,5 Volumprozent Sauerstoff eingestellt. Das Signal, bei dem es sich um ein elektrisches, pneumatisches oder sogar mechanisches Signal handeln kann, wird über Regler, Relais, Signalgeber oder andere Einrichtungen übertragen, die wiederum dafür sorgen, daß sich das Luftventil schließt.The exhaust gases leaving the furnace are tested in an oxygen tester checked. This test device can be a standard colorimeter or some other test device be and transmits a signal only if the oxygen content of the exhaust has reached one beforehand exceeds the set value. In the described embodiment, this Value adjusted to approximately 0.5 volume percent oxygen. The signal at which it is an electrical, pneumatic or even mechanical signal can, is transmitted via controllers, relays, signal generators or other devices, which in turn ensure that the air valve closes.

Das Signal kann ein einfaches Ein-Aus-Elektrosignal sein, welches ein Relais schließt, das den Luftventilmotor erregt, um ihn in der Schließrichtung zu bewegen. Andererseits kann das Signal vom Analysator auch proportional dem Sauerstoffgehalt der Abgase sein.The signal can be a simple on-off electrical signal, which a relay closes which energizes the air valve motor to turn it in the closing direction to move. On the other hand, the signal from the analyzer can also be proportional to the oxygen content be the exhaust.

Zur Prüfung. der Abgase beim Verlassen des Öfeninneren dient ein automatischer, die gesamten verbrennbaren Bestandteile analysierender Analysator. Dabei kann es sich um einen Heißdrahtanalysator oder eine andere übliche Einrichtung handeln. Wie beim Sauerstoffanalysator braucht das Signal nur übertragen zu werden, wenn der Gesamtanteil an Verbrennbarem eine voreingestellte obere Grenze überschreitet, oder es kann proportional der Menge der gesamten in den Abgasen enthaltenen verbrennbaren Bestandteile sein. In jedem Fall steuert das Signal von diesem Analysator das Luftventil zur Bewegung in öffnungsrichtung, wenn der Gesamtanteil an Verbrennbarem den voreingestellten Wert überschreitet.For testing. the exhaust gases when leaving the furnace interior is an automatic, Analyzer analyzing all combustible components. It can be a hot wire analyzer or other common device. As with the oxygen analyzer, the signal only needs to be transmitted if the total proportion of combustibles exceeds a preset upper limit, or it can be proportional to the amount of total combustible contained in the exhaust gases Be constituents. In either case, the signal from this analyzer controls the air valve to move in the opening direction when the total amount of combustibles exceeds the preset Value exceeds.

Die aus dem Schornstein kommenden Abgase können natürlich zum Erhitzen von Wasser, zur Erzeugung von Dampf oder in sonstiger Weise zur übertragung von Wärme durch Einsatz üblicher Wärmewiedergewinnungseinrichtungen in den Abgasstrom verwendet werden.The exhaust gases coming from the chimney can of course be used for heating of water, for the generation of steam or in any other way for the transmission of Heat through the use of conventional heat recovery devices in the exhaust gas flow be used.

Da die vorliegende Erfindung eine außerordentlich wirkungsvolle Verwendung von Brennstoffenergien mit minimalem Verlust an Kohlenstoffgehalt ermöglicht, können die Temperaturen für gegebene Einspeisungen dazu neigen, über diejenigen zu steigen, die durch übliche Verfahren mit geringerem thermischen Wirkungsgrad erzielbar sind. Aus diesem Grund ist zum Schutz der hitzebeständigen Auskleidung und anderer Teile des Ofens ein Hochtemperaturüberlauf vorgesehen, der aus einem Thermoelement besteht, welches ein Signal zu dem Aufzeichner-Regler sendet, wenn eine Temperatur über 1430° C im Inneren des Ofens festgestellt wird. Dieser Temperaturüberlauf läßt automatisch den Aufzeichner-Regler die Luftströmung in den Ofen reduzieren, ohne Rücksicht auf das Vorhandensein der gesamt verbrennbaren Bestandteile oder des Sauerstoffs, die dann analysiert werden. Der Temperaturüberlauf ist somit eine Sicherheitseinrichtung, die unter Normalbedingungen beim Verkoken nur selten zum Einsatz kommt.Because the present invention enables extremely efficient use of fuel energies with minimal loss of carbon, temperatures for given feeds can tend to rise above those achievable by conventional methods of lower thermal efficiency. For this reason, a high temperature overflow consisting of a thermocouple which sends a signal to the recorder-controller when a temperature above 1430 ° C is detected inside the furnace is provided to protect the heat-resistant lining and other parts of the furnace. This temperature overflow automatically causes the recorder controller to reduce air flow into the oven regardless of the presence of all of the combustibles or oxygen which is then analyzed. The temperature overflow is therefore a safety device that is rarely used under normal conditions during coking.

Claims

Claims: 1. Process for calcining coke, in particular Petroleum coke, with no more than 20 percent by weight of volatile combustibles in an oven, in particular a rotary oven, with the supply of gaseous oxygen carriers to burn the volatile components inside the furnace, continuously subsequent analysis of the furnace exhaust gases as well as regulation of the air supply for compliance the analysis values within a predetermined range, characterized in that, that the furnace exhaust gases for oxygen and at least one combustible gas component be analyzed with an analyzer which is representative of the oxygen content Signal and a signal representative of the combustible gas component generated, and that both signals for the automatic regulation of the supply of the gaseous Oxygen carrier serving valve are exploited. 2. Procedure according to claim 1, characterized in that the exhaust gas to combustible gas components is analyzed as a whole. 3. The method according to claim 1, characterized in that that the exhaust gas components analyzed are oxygen and carbon monoxide. 4. Procedure according to claim 1, characterized in that the analyzed exhaust gas constituents = parts Are oxygen and hydrogen. 5. The method according to claim 1, characterized in that that the components analyzed are oxygen and methane.