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ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

ТЕМА РАБОТЫ:"Исследование сернистых углей методом экстракции"

   Составитель:  Бондаренко Алексей Викторович


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RUS

GESETZLICHE BEGRENZUNG VON ABWASSEREMISSIONEN AUS DER AUFBEREITUNG, VEREDELUNG UND WEITERVERARBEITUNG VON KOHLEN

GESETZLICHE BEGRENZUNG VON ABWASSEREMISSIONEN AUS DER AUFBEREITUNG, VEREDELUNG UND WEITERVERARBEITUNG VON KOHLEN
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Allgemeines

      Kohle ist ein durch "Inkohlung" entstandenes Sedimentgestein. Es wird seit Jahrtausenden als fester Brennstoff und chemischer Rohstoff verwendet. Man unterscheidet nach Beschaffenheit, Zusammensetzung, Verhalten beim Erhitzen usw. eine grosere Anzahl von Kohlearten: Anthrazit, Magerkohle, Eskohle, Back- oder Fettkohle, Gaskohle, Gasflammkohle und Flammkohle. Diese Einteilung orientiert sich in erster Linie an dem Gehalt der Kohlen an fluchtigen Bestandteilen. In chemischer Hinsicht sind Kohlen kompliziert aufgebaute, schwer zu analysierende Gemische aus organischen Verbindungen, die Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel sowie Mineralbestandteile (Silicium, Aluminium, Eisen, Magnesium, Calcium, Kalium, Natrium, Phosphor, Chlor etc.) enthalten, die bei der Kohlenverbrennung freigesetzt werden.
      Die in ihrer Konstitution bisher nur ansatzweise bekannten Molekulbausteine der Kohlen sind aus Cellulose, Polyosen und Ligninen von Pflanzen entstanden, die beginnend etwa vor 300 Mio. Jahren (Carbon bei Steinkohlen) bis 135 Mio. Jahren (Kreidezeit bei Braunkohlen) einem Inkohlungsproze unterworfen wurden. Darunter versteht man einen uber den Zeitraum von Jahrmillionen dauernden biochemischen und chemischen Vorgang, bei welchem sich der Anteil der fluchtigen Bestandteile des pflanzlichen Ausgangsmaterials verringert (Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff) und der Kohlenstoffgehalt immer mehr ansteigt, bis er am Ende des Vorganges nahezu 100% betragt (bei Graphit). Voraussetzungen fur den Ablauf eines derartigen Prozesses sind Abwesenheit von Sauerstoff, entsprechende Druck- und Temperaturverhaltnisse sowie ausreichend lange Zeitraume. Der Grad der Inkohlung ist entscheidend fur die Kennzeichnung des technologischen Verhaltens der Kohle, z.B. bei der Verkokung. Neben dem Kohlenstoff enthalten die Kohlen in groseren Mengen organisch gebundenen Stickstoff und organisch gebundenen Schwefel (aus den Eiweisverbindungen der Pflanzen) sowie Eisensulfid. Letzteres leitet sich von der Einwirkung von Schwefelwasserstoff wahrend des Inkohlungsvorganges ab.
      Unter dem Einsatz von organischen Losemitteln (z.B. Ketone, Pyridin-Basen, Amine, Phenole, Tetralin, Aromaten-Alkoholgemische) kann man zahlreiche gesattigte und ungesattigte Kohlenwasserstoffe aus den Kohlen herauslosen. Der Gehalt der Kohlen an losbaren Aromaten und Hydroaromaten wie Anthracen, Chrysen, Fluoren, Phenantren etc. ist dabei stark abhangig vom Inkohlungsgrad;steigende Kohlenstoff/Wasserstoff-Verhaltnisse sind begleitet von groser werdenden Gehalten an kondensierten Aromaten. Die Kohlenmolekule mit hohem Kohlenstoffgehalt bauen sich aus alkylierten Aromaten auf (Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe); die relative Zahl der aromatischen Ringe bestimmt dabei die Aromatizitat. Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel sind in heterozyklische Ringe eingebunden, Sauerstoff daruber hinaus auch in phenolische und etherartige Verbindungen. Weiters kommen verzweigtkettige aliphatische Kohlenwasserstoffe in den Kohlen vor. Braunkohlen enthalten auch Molekule mit zahlreichen Carboxyl-Gruppen (originare Eignung als Ionentauscher). Bei Steinkohle liegt etwa 75% des Kohlenstoffes in Form von kondensierten Aromaten vor.
      Im allgemeinen Sprachgebrauch fallen unter den Begriff Kohlen auch die nicht nativen Kohlen wie Knochen-, Blut- und Holzkohle, Koks, Kohlenstaub und Rus sowie andere praktisch aus reinem Kohlenstoff bestehende Stoffe wie Graphit oder Kunstkohlen, die als Elektroden, Aktivkohle u.a. Verwendung finden.

Verschwelung, Verkokung

      Unter Schwelen versteht man die Pyrolyse fester, bituminoser Substanzen bei Temperaturen zwischen 500 und 600 oC. Dabei werden feste bitumenfreie Ruckstande sowie flussige und gasformige Kohlenwasserstoffe erzeugt. Im Hinblick auf die hohen Stoffausbeuten bei Pechen und Olen eignen sich vor allem Braunkohlen in loser oder brikettierter Form als Rohstoffe fur Schwelverfahren.
      Im Gegensatz zur Schwelung, die auch kontinuierlich durchgefuhrt werden kann, erfolgt die Verkokung derzeit ausschlieslich in diskontinuierlich betriebenen Kammerofen. Ausgangsmaterial ist eine besondere Sorte Steinkohle (Kokskohle). Das Koksbildungsvermogen der Kokskohle ist von der Erweichungs- und Wiederverfestigungstemperatur sowie vom Blahverhalten abhangig. Als Kokskohlen eignen sich besonders Steinkohlen mit fluchtigen Bestandteilen zwischen 15 und 30 Masseprozent.
      Die Verkokung erfolgt als Hochtemperaturprozes in Regenerativverbundofen bei Temperaturen zwischen 1000 und 1400 0C. Die Garungsdauer hangt von den Betriebs-bedingungen des Ofens ab und betragt 15 bis 25 Stunden. Hauptprodukt der Verkokung ist der fur die Roheisenherstellung benotigte metallurgische Koks (Huttenkoks), der sich durch gute Stuckigkeit und hohe Abriebfestigkeit auszeichnet. Zusatzlich fallen Kokereinebenprodukte an (Kokereigas, Kohlewertstoffe). Ein Koksofen besteht in der Regel aus 5 bis 8 m hohen, 12 bis 17 m langen und 0,4 bis 0,5 m breiten feuerfest ausgemauerten und luftdicht verschliesbaren Kammern, in denen jeweils 20 bis 50 t Kohle durch Ausenbeheizung und unter Luftabschlus erhitzt werden (Verkokung). 20 bis 50 derartige Kammern konnen zu einer Ofenbatterie vereinigt sein. Aus einer Tonne Trockenkohle erhalt man 750 bis 780 kg Koks und 300 bis 400 m3 Kokereigas.
      Im Anschlus an den Verkokungsvorgang wird der gluhende Koks schockartig abgekuhlt (Koksloschen). Das Loschen erfolgt in der Regel durch gezielte Wasserzugabe uber Loschturme. Wahrend einer Loschzeit von 60 bis 100 Sekunden werden 1 bis 1,5 m3 Wasser pro Tonne Koks aufgegeben; davon verdampft etwa die Halfte. Das verbleibende Wasser wird nach Zwischenreinigung erneut im Loschvorgang eingesetzt. Der letzte Stand der Entwicklung arbeitet bei der Koksloschung im Trockenverfahren mit Inertgas, welches im Kreislauf gefuhrt wird und dessen thermische Energie zu Energieerzeugungszwecken eingesetzt wird.
      Das bei der Verkokung entstehende Gas wird energetisch genutzt; es ist ein Starkgas mit einem Brennwert von mehr als 20.000 kJ/m3. Seine Hauptbestandteile sind Wasserstoff (60%), Methan (25%), Kohlenstoffmonoxid (5%), Kohlenstoffdioxid (2%), Stickstoff (2%) und hohere Kohlenwasserstoffe (3%). Vor der thermischen Nutzung mussen die Begleitstoffe (Kohlewertstoffe wie Rohteer, Phenole, Ammoniak, Kohle-Leichtol u.a.) entfernt werden. Dies erfolgt grosteils bei der Kuhlung des Gases nach dem Austritt aus dem Ofen uber das Gaskondensat (Gaswasser). Die Restgehalte werden anschliesend uber Ammoniak-, Schwefelwasserstoff- und Benzolwascher entfernt. Die Waschflussigkeiten in diesen Waschern werden im Kreislauf gefuhrt. Uberschussiges Abflutwasser aus den Ammoniak-Schwefelwasserstoff-Waschern wird uber die Gaswasserbehandlung gefuhrt.
      Aus den Gaskondensaten (Gaswasser) werden zunachst uber mechanische Abscheidung und Flotation suspendierte Feststoffe und emulgierte Teere und Ole entfernt (Teerabscheider). Daran anschliesend erfolgt eine Entphenolung. Diese wird als Extraktion mittels Kokereibenzol, Butylacetat oder Diisopropylether oder als Adsorption mittels Aktivkohle oder Koks betrieben; die flussigen Extraktionsmittel konnen recycliert werden, beladene Aktivkohle oder Koks wird verbrannt. Als nachster Schritt der Kondensatbehandlung werden die fluchtigen Bestandteile Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Cyanwasserstoffsaure mittels Dampfstrippung entfernt. Die ausgetriebenen Stoffe konnen zur Schwefelsaureherstellung oder Dungemittelherstellung (Ammoniumsulfat) eingesetzt werden.
      Abwasser entsteht bei der Verkokung von Steinkohle aus dem Wassergehalt des Rohstoffes, aus Reaktionswasser bei der teilweisen Oxidation des im Rohstoff enthaltenen Wasserstoffes, aus Gaskondensaten und als uberschussiges Waschwasser aus der nassen Kokereigas- und Abluftreinigung. Das Koksloschwasser wird im geschlossenen Kreislauf gefuhrt und gelangt nicht zur Ableitung.


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