DE3223434A1

DE3223434A1 - Verfahren zur einstellung der anteile von kohlearten in einer kohlenmischung

Info

Publication number: DE3223434A1
Application number: DE19823223434
Authority: DE
Inventors: Douglas Eugene 15239 Pittsburgh Pa. Lowenhaupt
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1981-06-23
Filing date: 1982-06-23
Publication date: 1982-12-30
Also published as: BE893602A; CA1158048A; GB2122217A; FR2508057A1; US4370201A

Description

TeDTKE - BüHLING -..KlNNE...- ........ JSSÄÄ Iß.

f\ _n *s.' *. . : ::"·...·*- ." Dipl.-lng. H.Tiedtke Γ

WRUPE - TCLLMANN - 13AM '"*"* %*:

Dipl.-Ctiem. G. Bühling

Dipl.-lng. R. Kinne
Dipl.-lng. R Grupe
Dipl.-lng. B. Pellmann 3 Dipl.-lng. K Grams

Bavarlarlng 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.:089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

23. Juni 1982
DE 2168 / case 1924

USS Engineers and Consultants, Inc.
Pittsburgh, Pennsylvania /USA

Verfahren zur Einstellung der Anteile von Kohlearten
in einer Kohlenmischung

Die Erfindung betrifft ein. Verfahren zur Einstellung bzw. Regulierung der Anteile von Kohlearten in einer Kohlenmischung.

Das Vermischen von Kohlearten bzw. Kohlensorten ist seit vielen Jahren angewandt worden, um aus einer oder mehr einzelnen Kohleart(en) eine Kohlenmischung mit gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Besonders bei der Koksherstellung ist es wichtig, daß die Kohle bestimmte Minimaleigenschaften hat, damit eine zufriedenstellende Koksfestigkeit, eine zufriedenstellende Beständigkeit des Kokses und andere, gewünschte Eigenschaften erzielt werden. Die Flüchtigkeit der Kohle oder der Kohlenrang bzw. der Inkohlungsgrad der Kohle ist eine Eigenschaft, die besonders wichtig ist, um eine gewünsch-

B/13

Dfasdoor Bank (MüflctW) Kto. 3939844 Bayer. Verelnsbsf* (Mönchen) KtS- §99 WI Pps(scfie<* (München) Kto, 670-43-004

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te Koksfestigkeit und -beständigkeit zu erhalten.

Hüttenkoks bzw. Koks für metallurgische Zwecke, der für den Einsatz in den gegenwärtig gebauten, sehr großen Hochöfen geeignet ist, muß eine sehr hohe Koksfestigkeit haben, die durch die Härte und Stabilität angezeigt wird. Um diese Qualität des Kokses zu erzielen, müssen teure Verkokungskohlen hoher Qualität, die einen hohen Anteil flüchtiger Bestandteile in der Kohle enthalten, ein hohes Fließvermögen haben und einen geringen Anteil inerter Bestandteile enthalten, verwendet werden. Weil es erwünscht ist, weniger teure Kohlen einzusetzen, und auch aufgrund eines sich vermindernden Vorrats bzw. Angebots der Kohlearten hoher Qualität für metallurgische Zwecke sind große Anstrengungen unternommen worden, um Mittel und Wege zu finden, durch die unter Einsatz von Kohlearten mit niedrigerer Qualität hochfester Koks erhalten werden kann.

Bei vielen der Verfahren zur Herstellung von Koks unter Verwendung von Kohlearten mit niedrigerer. Qualität besteht eines der wesentlichen Merkmale in der Vermischung von Kohlearten mit verschiedener Qualität. Durch Vermischen von Kohlearten mit hoher, mittlerer und/oder niedriger Flüchtigkeit ist es beispielsweise oft möglich, die erwünschte Flüchtigkeit unter Verminderung der Kosten im Vergleich mit dem Einsatz einer unvermischten Kohleart mit mittlerer Flüchtigkeit zu erzielen. Oft ist eine bestimmte Kohleart, beispielsweise eine Kohleart

mit niedriger Flüchtigkeit, selbst eine Mischung von anderen Kohlearten. Infolgedessen handelt es sich bei der fertigen bzw. End-Kohlenmischung oft um eine Mischung von zwei oder mehr getrennten Kohlenmischungen. Zur Vereinfachung werden Kohlenmischungen in dem Fall, daß sie vermischt werden, als "Kohleart·' oder "Kohlearten" bezeichnet.

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In der Koksindustrie werden üblicherweise Mischungen von Kohlearten mit verschiedenem Kohlenrang bzw. Inkohlungsgrad verwendet, um die geeigneten, für die Herstellung von Koks mit hoher Qualität erforderlichen Kohleneigenschaften zu erzielen. Der beste Koks wird unter Verwendung einer bituminösen Kohle mit mittlerer Flüchtigkeit hergestellt. Die gegenwärtigen Vorräte bzw. das gegenwärtige Angebot von Kohlearten mit diesem Kohlenrang sind nachteiligerweise knapp, und es ist

infolgedessen üblich, eine Mischung von bituminösen Kohlearten mit niedriger und hoher Flüchtigkeit einzusetzen, um eine Kohlenmischung mit den gewünschten
Zwischeneigenschaften zu erhalten. Die Zusammensetzung einer solchen Mischung wird üblicherweise nachgeprüft, indem man die flüchtigen Bestandteile bestimmt, und kontrolliert, falls notwendig, durch eine petrographische Analyse, was ein zeitraubendes Verfahren darstellt.

Eines der Probleme, das häufig auftritt, besteht darin, daß bei der End ve rwendung, für die die Kohle eingesetzt wird, etwas fehlschlägt bzw. nicht in Ordnung ist. Beispielsweise wird die Koksfestigkeit in nicht zu vertretendem Maße niedrig oder unnötig hoch. Koks mit schlechter Qualität wird oft hergestellt, während Kohlenproben zur Analyse in ein Laboratorium geschickt werden. Oft gehen Tage oder Wochen für die Produktion von Produkten mit guter Qualität verloren, während geprüft wird, was fehlgeschlagen ist. Häufig wird festgestellt, daß beim Mischvorgang etwas fehlgeschlagen bzw. nicht in Ordnung

^ou ist, was richtiggestellt bzw. abgestellt werden muß, um die Kohlearten in der Endmischung auf ihre gewünschten Anteile zurückzubringen.

Gegenstand der Erfindung ist das im Patentanspruch 1

gekennzeichnete Verfahren.

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Dieses Verfahren ist für die eingegliederte (on-line) Anwendung bei der Herstellung von Hochofenkoks mit hoher Festigkeit bzw. Härte und hoher Stabilität besonders

geeignet..
5

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht die Vermeidung vieler, kostspieliger Fehler bei den Kohlenmischungsvorgängen, was besonders dann zutrifft, wenn die Spektralanalyse eingegliedert bzw. "on-line" durchgeführt wird. Infolgedessen können bei großen Einrichtungen zur Herstellung von Hochofenkoks Verzögerungen von Tagen oder Wochen oft dadurch vollständig vermieden werden, daß das sofortige Erkennen eines Fehlers beim Kohlenmischungsverfahren möglich ist, wodurch die Durch-

¹^ führung von Korrekturen bei den Mischungsvorgängen ermöglicht wird.

Die feinverteilte oder gepulverte Kohle, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, ist vorzugsweise Kokskohle, wenn sie zum Verkoken eingesetzt wird, jedoch können die vermischten Kohlearten, die eingesetzt werden, aufgrund der durch das e.rfindungsgemäße Verfahren erzielten, erhöhten Festigkeit bzw. Härte verminderte Mengen von Kohlearten mit höherer Qualität

^⁵ wie z. B. von Kokskohle mit niedriger und mittlerer Flüchtigkeit enthalten. Eine bevorzugte Kohle ist eine vermischte Kohle, die einen Hauptanteil von Kohle mit hoher Flüchtigkeit mit dem Kohlenrang A (A rank) oder höher enthält, wobei die Kohle bis zu 20 Gew.-% inerte

Materialien enthält.

Vorzugsweise hat mindestens der Hauptanteil der für die ■Herstellung von metallurgischem Koks eingesetzten Kohle einen Gehalt an flüchtigem Material von 18 bis 40 Gew.-96 und einen minimalen, freien Blähungsgrad mit dem Wert 4 und die Eigenschaft, daß er keine Drücke

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von mehr als etwa 138 mbar auf die Koksofenwände hervorruft. Die Aschen- und Schwefelkonzentration beträgt vorzugsweise weniger als 8 bzw. weniger als 1 Gew.-96.

Im erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Anzahl von spektrographischen Analysenverfahren angewandt werden. Beim Infrarotabsorptionsverfahren zeigen die charakteristischen Absorptionen im Wellenzahlbereich von 3000 bis 3100 cm" und von 2870 bis 2970 cm"" aromatische Ϊ und aliphatische Gruppierungen in der Kohle an. Bei diesen Gruppierungen handelt es sich um Kohlenstoff-Wasserstoff -Bindungen. Wellenzahlen von 3045 cm" für den Aromatenpeak und von 2945 cm" für den Aliphatenpeak werden vorzugsweise gewählt. Das Verhältnis der Intensitäten dieser Peaks ist ein Maß für den Kohlenrang oder die Flüchtigkeit der Kohle.

Das bevorzugte Infrarotspektrographieverfahren wird mittels diffuser Reflexion von fein verteilter Kohle durchgeführt. Die fein verteilte Kohle wird vorzugsweise hergestellt, indem die Kohle in üblicher Weise gemahlen oder pulverisiert wird, und zwar bis zur Erzielung einer Teilchengröße von weniger als etwa 3,175 mm und vorzugsweise bis zur Erzielung einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 246 pm (lichte Maschenweite) und insbesondere von weniger als etwa 74 μπι (lichte Maschenweite). Die geringere Teilchengröße führt zu einer in hohem Maße verbesserten Reproduzierbarkeit bei den Bestimmungen. Das Infrarot-Fouriertransforma-

^Q tionsverfahren mit diffuser Reflexion wird am meisten bevorzugt, wobei die zur Durchführung dieses Verfahrens erforderliche Zeit im Rahmen der Erfindung weniger als 15 min betragen kann. In die angegebene Zeit sind die Zeiten eingeschlossen, die erforderlich sind, um eine Probe der Kohlenmischung zu entnehmen, um eine spektrale

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Analyse der Probe zu machen, um das Verhältnis der aromatischen zu den aliphatischen Gruppierungen in der Kohlenprobe zu bestimmen und um dieses Verhältnis mit einem Verhältnis zu vergleichen, das vorher bei einer Probe einer Kohlenmischung mit bekannten Anteilen der Kohlearten bestimmt worden ist.

Ein Beispiel für ein anderes spektrographisches Verfahren ist das KBr-Pellet-Verfahren, bei dem Kaliumbromid mit gepulverter Kohle vermischt und zu einem Pellet bzw. Preßling geformt wird. Bei einem anderen Verfahren wird flüssiges Paraffin mit gepulverter Kohle vermischt, und für die Infratrotspektroskopie wird ein "Sandwich" hergestellt, wobei das Transmissionsspektrum gemessen wird. Aufgrund der langen Zeit, die für die Probenherstellung benötigt wird, und aufgrund von Schwierigkeiten bei der Ablesung der Ergebnisse lassen sich diese Verfahren jedoch nicht leicht an eine eingegliederte (online) Analyse von Kohlenmischungen anpassen. Diese Verfahren und das bevorzugte Verfahren mit diffuser Reflexion werden in der japanischen Patentschrift 79-25884 mit dem Titel "Verfahren zur Bestimmung des Gehalts fluchtiger Bestandteile in Kohle" diskutiert.

Vorzugsweise wird eine Eichkurve hergestellt, indem zwei oder mehr Proben von Mischungen der einzelnen, in Frage kommenden Kohlearten analysiert werden, wobei jede Probe verschiedene, bekannte Anteile der als Bestandteile eingesetzten Kohlearten enthält. Die Punkte der Eichkurve werden vorzugsweise in der Nähe der Zusammensetzung der gewünschten Mischung gewählt, damit ein Vergleich des Verhältnisses einer unbekannten Probe zu der Eichkurve allgemein die tatsächlichen Anteile der beteiligten Kohlearten anzeigt, wenn eine Probe mit unbekannten Anteilen analysiert wird und wenn das

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durch die Spektralanalyse festgestellte Verhältnis von Aromaten zu Aliphaten von dem gewünschten Verhältnis verschieden ist. Wenn in der Mischung nur zwei Kohlearten vorhanden sind, ist die Durchführung dieser Bestimmung relativ einfach. Jeder Unterschied zwischen dem gewünschten Verhältnis und dem tatsächlichen Verhältnis zeigt an, welche Einstellungen bzw. Regulierungen möglich sind, um den Unterschied zu berichtigen bzw. zu korrigieren.

Die Spektralanalysen werden vorzugsweise in einen Computer eingegeben, der den Vergleich der Spektralanalysen durchführt und dann feststellt, ob der Anteil der Kohlearten in der Probe vertretbar ist.

.

Beispiel

Aus einer Kohle mit niedriger Flüchtigkeit von West Virginia und Kohlearten mit hoher Flüchtigkeit von

Pennsylvania und West Virginia wurden Kohlenmischungen für metallurgische Zwecke hergestellt und. in bezug auf das Verhältnis von Aromaten zu Aliphaten durch Infrarot-Fouriertransformationsspektroskopie mit diffuser Reflexion analysiert. Tabelle I zeigt die Verhältnisse der aromatischen zu den aliphatischen Gruppierungen für die verschiedenen Mischungen. Die Werte zeigen, daß sich das Verhältnis der aromatischen zu den aliphatischen Gruppierungen, bei einer Veränderung der Zusammensetzung der Mischung in einer solchen Weise ändert, daß die Zusammensetzung der Mischung innerhalb von 2 % kontrolliert werden kann.

- ίο -

Tabelle I

Verhältnis der aromatischen zu den aliphatischen Gruppierungen bei verschiedenen Zusammensetzungen von Mischungen aus Kohlearten mit hoher und niedriger Flüchtigkeit

Zusammensetzung

5 der Mischung (%); Intensität Intensität Aromaten/ Flüchtigkeit der Aromaten der AliphatenALiphaten

; hoch

74,8; hoch
25,2; niedrig

5 hoch _t
27; niedrig

70; hoch
30; niedrig

68; hoch
32; niedrig

65,3; hoch
34,7; niedrig

43; hoch
57; niedrig

21_t9; hoch
78,1; niedrig

100; niedrig

29,5

37,0 38,5 38,5

38,0 41,7 39,0

39,0 40,8 41,3

40,0 40,5 41,5

41,5 41,0 43,0

55,0 56,0 55,0

69,5 72,5 70,5

87,5

84,4

170,5

170,0 173,0 172,0

172,0 175,5 174,0

171,0 170,5 171,5

171,0

3.73,25

170,5

173,5 171,5 170,5

173,0 174,5 174,0

170,5 176,0 173,5

178,0 172,5

0,173

0,2176 0,2225 0,2238

0,2209 0,2365 0,2241

0,2280 0,2393 0,2408

0,2339 0,2338 0,2434

0,2392 0,2391 0,2522

0,3179 0,3209 0,3161

0,4076 0,4119 0,4063

0,4916 0,4893

durchschnittliches Verhältnis

0,173 0,2213

0,2272 0,2360 0,2370 0,2435 0,3183 0,4086 0,4905

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Einstellung der Anteile von Kohlearten in einer Kohlenmischung, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Probe mit bekannten, gewünschten Anteilen von jeder der erwähnten Kohlearten hergestellt wird,

eine Spektralanalyse der erwähnten Probe gemacht wird,

eine Spektralanalyse einer Probe der erwähnten Kohlenmischung gemacht wird,

die zwei Spektralanalysen verglichen werden und

die erwähnte Kohlenmischung so eingestellt bzw. reguliert wird, wie es zur Erzielung einer fertigen bzw. End-Kohlenmischung mit stärker an die gewünschte Mischung angenäherten Anteilen der erwähnten Kohlearten erforderlich ist..

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von zusätzlichen Proben mit verschiedenen,

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bekannten Anteilen der erwähnten Kohlearten Spektralanalysen gemacht werden und die Spektralanalyse der Probe der Kohlenmischung mit diesen Spektralanalysen verglichen wird, um die Anteile der erwähnten Kohlearten in der Probe der Kohlenmischung zu bestimmen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektralanalysen mittels Infrarot-Spektrometrie durchgeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Spektralanalysen das Verhältnis
zwischen dem Aromaten- und dem Aliphatengehalt in den Proben bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Aromaten zu den Aliphaten erhalten wird, indem man die Intensität des Aromatenpeaks durch die Intensität des Aliphatenpeaks auf mit diffuser Reflexion erhaltenen Infrarot-Fouriertransformationsspektren dividiert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,, daß die Intensität des Aromatenpeaks und des Aliphatenpeaks bei etwa 3045 cm" bzw. etwa 2945 cm bestimmt wird.