AT18224U1

AT18224U1 - Verfahren zum Herstellen von Stückgut aus Maisschalen und damit hergestelltes Stückgut

Info

Publication number: AT18224U1
Application number: ATGM50023/2023U
Authority: AT
Original assignee: EFFECTUS Energy GmbH; Aremtech Gmbh; A H T Syngas Tech N V
Priority date: 2023-02-17
Filing date: 2023-02-17
Publication date: 2024-06-15
Also published as: WO2024168366A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stückgut aus stärkehaltigen Getreideresten, insbesondere aus Maisresten wie Maisschalen. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren folgende Schritte: a) Bereitstellen der Getreidereste; b) Verkleistern der Getreidereste mit einer verkleisternden Substanz unter Bildung eines verkleisterten Gemisches; c) Formen von Stückgut mit dem verkleisterten Gemisch; d) optional Trocknen des Stückgutes. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mit dem Verfahren hergestelltes gepresstes, insbesondere formstabiles, Stückgut.

Description

Beschreibung

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON STÜCKGUT AUS MAISSCHALEN UND DAMIT HERGESTELLTES STUCKGUT

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stückgut aus stärkehaltigen Getreideresten, insbesondere aus Maisresten wie Maisschalen.

[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes Stückgut.

[0003] Für eine Herstellung von Lebensmittelzusätzen und Lebensmitteln werden Maiskolben in großen Mengen verarbeitet. Die Maiskolben können hierfür in einem verarbeitenden Betrieb weitgehend unversehrt angeliefert werden, somit auch mit den Maisschalen, welche den eigentlichen Maiskolben umgeben. Die Maisschalen selbst sind nicht für die Lebensmittelproduktion nutzbar und müssen daher entsorgt werden. Diese Entsorgung ist relativ aufwendig und problematisch, weil die Menge an zu entsorgenden Maisschalen proportional mit der Menge an verarbeitetem Mais ansteigt. Bei großindustriellen Betrieben können pro Jahr tausende Tonnen an Maisschalen anfallen, die dann weitgehend nutzlos entsorgt werden müssen.

[0004] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem aus Getreideresten, insbesondere aus Maisresten wie Maisschalen, nutzbare Produkte hergestellt werden können.

[0005] Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Stückgut anzugeben, welches aus Getreideresten wie Maisresten und insbesondere Maisschalen erstellt ist und insbesondere für eine Energiegewinnung weiter nutzbar ist.

[0006] Die verfahrensmäßige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Stück-

gut aus stärkehaltigen Getreideresten, insbesondere aus Maisresten wie Maisschalen, umfas-

send die Schritte:

a) Bereitstellen der Getreidereste;

b) Verkleistern der Getreidereste mit einer verkleisternden Substanz unter Bildung eines verkleisterten Gemisches;

c) Formen von Stückgut mit dem verkleisterten Gemisch;

d) optional Trocknen des Stückgutes.

[0007] Ein mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass aus an sich nutzlosen Getreideresten wie insbesondere Maisschalen ein Produkt erstellt werden kann, welches einer weiteren Nutzung zugeführt werden kann. Insbesondere lässt sich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Stückgut im Rahmen einer Synthesegaserzeugung verwenden, indem dieses thermochemisch zu einem Produktgas umgesetzt wird. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, dass das erstellte Stückgut eine hohe Abriebfestigkeit aufweist und aufgrund der Ausbildung als formstabiles Stückgut auch einfach transportierbar und auch auf Vorrat lagerbar ist.

[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich zunutze, dass insbesondere geeignete aufbereitete Maisschalen durch Umsetzung mit einer verkleisternden Substanz zu einem verkleisterten Gemisch umgesetzt werden können, welches während der Verkleisterung und/oder im Anschluss die Bildung eines Stückgutes mit gewünschter Form erlaubt, und zwar so, dass das Stückgut auch formstabil bleibt. Optional kann ein Trocknungsschritt anschließen, um einen Wasseranteil zu reduzieren. Dabei bleibt das Stückgut vorzugsweise zumindest überwiegend oder im Wesentlichen formstabil. Optional können vor der Verkleisterung und/oder während der Verkleisterung sowie vor und/oder während des Formens weitere Stoffe beigemengt, insbesondere unbehandelte Getreidereste. Vorzugsweise wird jedoch nur eine Sorte von Getreideresten verarbeitet.

[0009] Eine Verkleisterung ist im Sinne der Erfindung umfassend zu verstehen. Beispielsweise können bereits geringe Mengen an Wasser ausreichen, um eine Bindung innerhalb der Getrei-

dereste zu bewirken, zum Beispiel eine voreingestellte Luftfeuchtigkeit.

[0010] Die Getreidereste werden bevorzugt als zerkleinerte Getreidereste, insbesondere als zerkleinerte Maisschalen, eingesetzt. Bei der Verkleisterung kann es ein Vorteil sein, wenn die Getreidereste zerkleinert werden. Insbesondere bei Maisschalen ist eine Zerkleinerung zweckmäBig, um eine große Oberfläche und damit ein gutes Verkleistern zu ermöglichen. Es kann vorgesehen sein, dass die Getreidereste vor dem Schritt b) zu Getreiderestpulver mit einer mittleren Korngröße von weniger als 1500 um, insbesondere weniger als 800 um, beispielsweise weniger als 500 um oder weniger als weniger als 200 um, zerkleinert werden. Für eine Zerkleinerung kommt insbesondere ein Mahlprozess infrage, beispielsweise mit einer Mühle. Es sind aber auch andere Arten der Zerkleinerung möglich, beispielsweise mit Schneideinrichtungen. Werden die Getreidereste gemahlen, hat dies den Vorteil, dass mit relativ einfachen Mitteln eine enge Korngrößenverteilung eingestellt werden kann.

[0011] Die Getreidereste werden bevorzugt mit einem Wassergehalt von weniger als 20 Gewichtsprozent (Gew.-%), vorzugsweise weniger als 15 Gew.-%, insbesondere weniger als 12,5 Gew.-%, beispielsweise 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-% eingesetzt.

[0012] Die insbesondere stärkehaltigen Getreidereste wie beispielsweise Maisschalen können im Schritt b) mit Wasser und/oder einer wasserhaltigen Substanz verkleistert werden. Ubliches (Brauch-)Wasser ist bevorzugt, da dies einfach zur Verfügung zu stellen ist und in Bezug auf das zu erstellende Stückgut keine weiteren zusätzlichen Stoffe einbringt. Es ist jedoch auch möglich, dass für die Verkleisterung Substanzen eingesetzt werden, welche neben Wasser noch andere Stoffe umfassen, beispielsweise wenn dem Stückgut für bestimmte Anwendungszwecke weitere Stoffe beigemengt werden sollen.

[0013] Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Getreidereste und das Wasser und/oder die wasserhaltige Substanz zur Verkleisterung in einem Masseverhältnis von Getreidereste zu Wasser und/oder wasserhaltigen Substanz von 0,25 bis 20, bevorzugt 0,35 bis 15, insbesondere 0,5 bis 10, beispielsweise 0,75 bis 5,0 oder 0,85 bis 2,5, eingesetzt werden.

[0014] Über einen Anteil an Wasser und/oder Wasser in der wasserhaltigen Substanz und entsprechende Verhältnisse der Getreidereste wie zerkleinerte Maisschalen zu Wasser werden die Eigenschaften des verkleisterten Gemisches eingestellt. Diese Eigenschaften bestimmen das Verhalten des verkleisternden Gemisches bei der nachfolgenden Formgebung. Entsprechende Verhältnisse von 0,5 bis 10 wie 0,75 bis 5,0 oder 0,85 bis 2,5 haben sich insbesondere bei der Verarbeitung von zerkleinerten Maisschalen als günstige Bereiche für die Herstellung eines verkleisterten Gemisches als Zwischenprodukt für die gleichzeitige und/oder anschließende Formgebung, beispielsweise Brikettierung oder Extrusion, erwiesen.

[0015] Eine Verkleisterung im Schritt b) kann auf verschiedene Arten erfolgen. Möglich ist es beispielsweise, dass die Getreidereste mit der verkleisternden Substanz zur Verkleisterung insbesondere in einer Mühle wie einer Schwingmühle vermahlen werden. Auch wenn die Getreidereste wie insbesondere Maisschalen bereits zerkleinert sind, kann ein weiterer Mahlvorgang oder gegebenenfalls auch ein anderer Zerkleinerungsvorgang während des Verkleisterungsschrittes zu einer erhöhten Homogenität eines Stückgutes führen, das im Formgebungsschritt erstellt wird.

[0016] Bei der Verkleisterung im Schritt b) kann Wärmeenergie zugeführt werden. Eine Zufuhr der Wärmeenergie kann für mindestens 3 Minuten, vorzugsweise mindestens 5 Minuten, insbesondere 10 oder mehr Minuten, erfolgen. Durch die Zufuhr von Wärmeenergie, beispielsweise durch Beheizen einer Vorrichtung, kann der Verkleisterungsprozess beschleunigt werden. Eine Dauer der Wärmezufuhr ist dabei so abgestimmt, dass eine geeignete Konsistenz des verkleisterten Gemisches für eine nachfolgende Formgebung gegeben ist.

[0017] Im Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das verkleisterte Gemisch aus Schritt b) vor dem Formen im Schritt c) mit unverkleisterten Getreideresten gemischt wird. Somit wird zunächst ein verkleistertes Gemisch gebildet und es können dann zusätzlich weitere Getreidereste, jedoch unverkleistert, zur Formgebung beigemengt werden. Dadurch sinkt der An-

teil des verkleisterten Gemisches im erstellten Stückgut. Dies wiederum reduziert den Aufwand, weil das verkleisterte Gemisch quasi als Bindemittel für weitere, nicht verkleisterte Getreidereste dient. Somit kann mit reduziertem Aufwand ein formstabiles Stückgut gebildet werden. Die Getreidereste (verkleistert und unverkleistert) stammen dabei bevorzugt aus derselben Quelle. Besonders bevorzugt handelt es sich in beiden Fällen um insbesondere zerkleinerte Maisschalen. Bevorzugt wird für beide Anteile das gleiche Ausgangsmaterial, beispielsweise aus einer einzelnen Charge, eingesetzt.

[0018] Es ist auch möglich, dass unverkleisterte Getreidereste während eines Formbildungsprozesses im Schritt c) beigemengt werden. Dies bietet sich insbesondere an, wenn eine Formgebung durch eine Extrusion, beispielsweise in einem Schneckenextruder, erfolgt. Es können dann weitere Getreidereste entlang eines Extrusionsweges aufgegeben und dem verkleisterten Gemisch beigemengt werden. Dies erlaubt ein gut dosierbares und zielgerichtetes Beimengen von unverkleisterten Getreideresten. Wiederum bevorzugt handelt es sich in beiden Fällen (verkleistert und unverkleistert) um Getreidereste aus insbesondere zerkleinerten Maisschalen.

[0019] Werden verkleisterte Getreidereste mit unverkleisterten Getreideresten vermengt, kann beispielsweise ein Anteil an verkleisterten Getreideresten bis zu 50 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 35 Gew.-%, insbesondere bis zu 15 Gew.-% an der Gesamtmasse (verkleisterte Getreidereste und unverkleisterte Getreidereste) betragen. Je weniger Masse an verkleistertem Getreiderest erforderlich ist, umso effizienter kann das Verfahren geführt werden.

[0020] Ein Formen von Stückgut im Schritt c) kann durch Pressen, insbesondere uniaxiales Pressen, durchgeführt werden. Hierzu zählen insbesondere eine Brikettierung in einer Presse als ein Hochdruckverfahren oder ein Extrudieren, welches ein Niederdruckverfahren darstellt.

[0021] Grundsätzlich kommen alle Verfahren in Betracht, welche es erlauben, dem verkleisterten Gemisch, gegebenenfalls unter Beimengung unverkleisterter Getreidereste, eine finale Form zu geben. Ein gewisser Druck ist wünschenswert, um die in Form zu bringende Masse zu verdichten und dabei gleichzeitig auch für eine gewünschte Formstabilität zu sorgen.

[0022] Das Formen von Stückgut kann mit Vorteil bei Temperaturen über Raumtemperatur, vorzugsweise über 30 °C, insbesondere über 50 °C durchgeführt werden. Temperaturen über Raumtemperatur beim Formen fördern eine weitere Verkleisterung sowie ein Abbinden, was zur Formstabilität und auch einer Abriebfestigkeit beitragen kann. Temperaturbereiche von über 30 °C und insbesondere 50 °C haben sich als zweckmäßig erwiesen, wobei eine obere Schranke bei etwa 80 °C gegeben ist. Höhere Temperaturen können dazu führen, dass insbesondere bei Vorhandensein von Wasser deutliche Risse auftreten.

[0023] Das Stückgut kann in einem weiteren Schritt getrocknet werden. Ein Trocknen eines Stückgutes erfolgt vorteilhafterweise in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 60 °C, bevorzugt 25 °C bis 50 °C, besonders bevorzugt 30 °C bis 40 °C. Diese Temperaturbereiche liegen im Wesentlichen knapp oberhalb der Raumtemperatur, sind allerdings relativ niedrig bemessen. Dies erlaubt ein schonendes Trocknen zur Verflüchtigung allfälliger Wasserbestandteile. Durch die schonende Trocknung kann das erstellte Stückgut bei der Trocknung formstabil gehalten werden.

[0024] In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein gepresstes, insbesondere formstabiles, Stückgut mit stärkehaltigen Getreideresten, insbesondere Maisresten wie Maisschalen, umfassend ein verkleistertes Gemisch aus Getreideresten und Wasser sowie optional weitere Getreidereste.

[0025] Ein erfindungsgemäßes Stückgut bietet den Vorteil, dass dieses eine Verwertung von andernfalls weitgehend nutzlosen Getreideresten erlaubt, insbesondere von Maisschalen. Zerkleinerte Maisschalen im verkleisterten und gebundenen Zustand bilden nach Pressung ein formstabiles Stückgut, welches optional weitere Getreidereste enthalten kann, die nicht verkleistert sind. Eine mittlere Korngröße der Getreidereste, insbesondere verkleisterter Maisschalen, gegebenenfalls auch weiterer und, unverkleisterter Maisschalen, beträgt weniger als 5 mm, bevorzugt weniger als 2 mm, insbesondere weniger als 1 mm, beispielsweise weniger als 500 um.

[0026] Ein erfindungsgemäßes Stückgut weist eine gute Abriebfestigkeit und ausreichende Formstabilität auf. Dies erlaubt es, das Stückgut nicht nur herzustellen, sondern auch zu lagern und zu transportieren. Das Stückgut kann bei bzw. zur Erzeugung von Synthesegas, insbesondere in einem Doppelfeuer-Vergaser, verwendet werden, was einen weiteren Aspekt der Erfindung darstellt.

[0027] Das Stückgut weist mit Vorteil einen Wassergehalt von weniger als 20 Gew.-%, vorzugsSweise weniger als 15 Gew.-%, insbesondere weniger als 10 Gew.-% auf. Je geringer ein Wassergehalt, umso höher ist ein Anteil verwertbarer bzw. nutzbarer Substanz im erstellten Stückgut. Idealerweise liegt ein Wassergehalt unter 5 Gew.-%. Eine möglichst gute Trocknung und damit geringe Wassergehalte begünstigen auch eine Beständigkeit während einer längeren Lagerung, da die Gefahr eines möglichen Schimmelbefalls reduziert wird.

[0028] Grundsätzlich kann das Stückgut mit beliebigen Formen erstellt werden. Bei den üblicherweise angewendeten Formgebungsprozessen wie Brikettieren oder Extrudieren wird eine im Wesentlichen zylindrische Form erhalten.

[0029] Ein erfindungsgemäßes Stückgut weist üblicherweise eine Rohdichte (p) von 0,6 g/cm? bis 1,2 g/cm®, insbesondere von 0,70 g/cm? bis 0,90 g/cm®, auf.

[0030] Ein erfindungsgemäßes Stückgut kann eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit aufweisen. Bevorzugt weist das Stückgut eine Abriebfestigkeit, nach 500 Umdrehungen in einem Taumelkasten und einem 3,15-mm-Sieb bestimmt, von mehr als 70 %, vorzugsweise mehr als 80 %, insbesondere mehr als 85 % auf. Nach 100 Umdrehungen beträgt eine Abriebfestigkeit, bestimmt nach sonst identen Kriterien, vorzugsweise mehr als 85 %, insbesondere mehr als 89 %, beispielsweise mehr als 95 %.

[0031] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:

[0032] Fig. 1 eine Korngrößenverteilung eingesetzter Maisreste in einem Anlieferungszustand; [0033] Fig. 2 eine Laborstempelpresse zur Brikettierung von Maisresten;

[0034] Fig. 3 Versuchsprogramm zur Brikettierung von Maisresten im unbehandelten Zustand; [0035] Fig. 4 Versuchsprogramm zu Verkleisterungsversuchen mit Maisresten;

[0036] Fig. 5 Stückgut erhalten durch bloße Verkleisterung unter verschiedenen Bedingungen; [0037] Fig. 6 Versuchsprogramm zur Herstellung von Briketts aus Maisresten;

[0038] Fig. 7 Rohdichte und Druckfestigkeit von Briketts aus Maisresten und Maiskleister in Abhängigkeit eines Maiskleisteranteils;

[0039] Fig. 8 Briketts aus Maisresten und Maiskleister im Verhältnis 1:1 und in Abhängigkeit eines Kleisteranteils und einer Temperatur;

[0040] Fig. 9 Versuchsprogramm zur Extrusion von Maisresten im zumindest teilweise verkleisterten Zustand;

[0041] Fig. 10 Rohdichten und Abriebfestigkeiten hergestellter Extrudate;

[0042] Fig. 11 Fotos von Extrudaten mit verschiedenen Mischungen von Maiskleister und Maisresten (unverkleistert);

[0043] Fig. 12 Übersichten zu den Ergebnissen aus verschiedenen Versuchen.

[0044] Im Rahmen der Erfindung wurde eine Vielzahl an Versuchen durchgeführt. Die Versuche gliederten sich in verschiedene Versuchsreihen:

1. Brikettierung der Maisreste im Anlieferungszustand (Komplex 1) 2, Verkleisterung der Maisreste (Komplexe 2 bis 4) 3. Brikettierung der Maisreste unter Zugabe von Maiskleister (Komplex 5)

4. Extrusion der Maisreste mit Maiskleister (Komplex 6)

[0045] Für die Untersuchungen wurden zerkleinerte Maisreste aus überwiegend Maisschalen verwendet. Das verwendete Material weist im Anlieferungszustand einen Wassergehalt von 7,18 Gew.-% auf. Uber 90 Gew.-% der zerkleinerten Maisreste sind kleiner als 1 mm und über 60 % der Maisreste sind kleiner als 0,5 mm. Die entsprechende Korngrößenverteilung ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Staubanteil unter 0,1 mm ist nahezu 0.

[0046] Nachfolgend ist zunächst unter A. die Methodik zur Kennwertermittlung dargestellt und anschließend unter B. die einzelnen Versuchsreihen einschließlich Ergebnisse zu den Komplexen 1 bis 6.

A. KENNWERTERMITTLUNG

a. Briketts

[0047] Kennwerte zur Bewertung einer Brikettqualität von Stückgut aus den einzelnen Versuchsreihen wurden wie folgt ermittelt:

Rohdichte

[0048] Zur Bestimmung der Rohdichte (in g/cm®) wurde die Masse der Briketts durch Wägung und das Volumen der Briketts durch Bestimmung des Durchmessers und der Höhe ermittelt (Gleichung 1):

4 Proh = —— (1)

[0049] Es wurden je Versuchspunkt fünf Briketts zur Rohdichtebestimmung herangezogen.

Druckfestigkeit

[0050] Eine Brikettdruckfestigkeit wird in Anlehnung an den ehemaligen Fachbereichsstandard TGL 9491 bestimmt. Dazu wird ein zu prüfendes Brikett auf einer Universalprüfmaschine Shimadzu UHA 500 kN zwischen zwei planparallelen Druckstempeln (d = 30 mm) so lange belastet, bis das Brikett zerstört ist. Ein Maximaldruck wird als Wert für die Brikettdruckfestigkeit Ops in MPa angegeben. Wenn nicht anders gekennzeichnet, erfolgte die Druckfestigkeitsbestimmung an fünf Briketts. Die Werte in Diagrammen entsprechen den jeweiligen Mittelwerten.

Abriebfestigkeit IfB-Trommel

[0051] Eine Abriebfestigkeit wird in Anlehnung an DIN 51717 (Festigkeit von Steinkohlenkoks) bestimmt. Im Gegensatz zu dieser Norm wird anstelle einer Micumtrommel eine IfB-Trommel mit einem Trommeldurchmesser von 500 mm verwendet.

[0052] In der Trommel wurden fünf Briketts für 25, 50 und 100 Umdrehungen bei einer Drehzahl von 25 min‘ beansprucht. Nach der Beanspruchung wird der Inhalt der Trommel auf den Rundlochsieben (30 mm, 20 mm, 10 mm, 1 mm) abgesiebt. Aus den Rückstandsmassen wird der prozentuale Rückstand R, bezogen auf die Ausgangsmasse, berechnet. Als Wert für die Abriebfestigkeit wird in der Regel R30 (100), also der Rückstand auf dem 30-mm-Sieb, verglichen (Gleichung 2): R30(100) = 22 x 100% [R30(100)] = % (2) Mges

[0053] Als Feinanteil nach der Beanspruchung in der Abriebtrommel kann der Durchgang durch das 1-mm-Sieb herangezogen werden. Er ergibt sich als Differenz des Siebrückstands auf dem 1 mm-Sieb zu 100:

D1(100) = 100% — R1(100) [D1(100)] = % (3)

b. Extrudate [0054] Zur Bewertung der Extrudatqualität wurden folgende Kennwerte bestimmt:

Rohdichte

[0055] Die Rohdichte der Extrudate wurde mit Hilfe der Quecksilberpyknometrie bestimmt. Hierzu wird von einem Extrudat die Masse m durch Wägung und das Volumen V durch Quecksilberverdrängung ermittelt. Daraus ergibt sich die Rohdichte:

(4)

[0056] Für jeden Versuchspunkt wurde die Rohdichte an zehn Extrudaten bestimmt.

m g Proh 77 [Pronl = om?

Abriebfestigkeit im Taumelkasten

[0057] In Anlehnung an die DIN EN 15210-1 wurde die Abriebfestigkeit DU der Pellets im Taumelkasten bestimmt. Hierzu wurden die Pellets vor der Beanspruchung auf einem 3,15-mm-Sieb abgesiebt (mew,>3,15 mm) und anschließend für 100 und 500 Umdrehungen im Taumelkasten beansprucht. Abweichend zur Norm wird auf Grund des geringeren Probenumfangs nur eine Masse von 50 g je Probe verwendet. Das beanspruchte Gut wurde anschließend wiederum auf dem 3,15-mm-Sieb abgesiebt (Maw>3,15 mm). Der Rückstand auf dem 3,15-mm-Sieb bezogen auf die Einwaage ergibt die Abriebfestigkeit DU», nach der jeweiligen Anzahl der Umdrehungen n: DU = MAW ,>3,15 mm 100% (5)

MEW,>3,15 mm B. VERSUCHE 1. Brikettierung der Maisreste im Anlieferungszustand (Komplex 1)

1.1. Versuchsdurchführung

[0058] Für die Brikettierung der Maisreste im Anlieferungszustand kam eine hydraulische Laborstempelpresse der Firma Zeulenroda Presstechnik, PYXE 250 F mit einer maximalen Presskraft von 2500 kN zum Einsatz. Es wurde ein dreiteiliges Formzeug, bestehend aus der zylindrischen Pressform (d = 50 mm), einem Ober- und einem Unterstempel, verwendet. Die Laborstempelpresse ist in Fig. 2 dargestellt.

[0059] Das lose Aufgabegut wurde vor der Pressung gegebenenfalls in geschlossenen Dosen auf die gewünschte Presstemperatur vorgewärmt und anschließend in die Pressform eingefüllt. Die Einwaage variierte je nach gewähltem Pressdruck. Die Einwaage wurde so gewählt, dass sich stets eine Briketthöhe von ca. 20 mm ergab. Im Anschluss wurde das Gut durch den herunterfahrenden Oberstempel mit einem Vorpressdruck von 5 MPa vorgepresst. Anschließend erfolgte die Hauptpressung beim jeweiligen Hauptpressdruck. Die Verdichtungsgeschwindigkeit an der hydraulischen Stempelpresse betrug 10 mm s’’. Anschließend fuhr der Oberstempel zurück und nach Anheben der Pressform wurde das Brikett ausgestoßen.

[0060] Tabelle 1 in Fig. 3 zeigt das durchgeführte Versuchsprogramm.

[0061] In den Versuchen 1 und 2 wurde der Hauptpressdruck bei ansonsten konstanten Brikettierbedingungen unter Verwendung des Materials im Anlieferungszustand variiert. Anschließend erfolgte die Variation des Wassergehalts bei einem Hauptpressdruck von 160 MPa.

1.2. Ergebnisse

[0062] Die Brikettierung der Maisreste im Anlieferungszustand war weder bei erhöhtem Pressdruck noch reduziertem Wassergehalt möglich. Trotz des hohen zu erwartenden Stärke- bzw. Zuckergehaltes zerfielen die Agglomerate bereits beim Ausstoßen aus der Pressform bzw. kurz danach. Zwischen den einzelnen Partikeln konnte kein Agglomeratverband hergestellt werden. Daher sollte im nächsten Schritt die Verkleisterung der Maisreste untersucht werden und an-

schließend geprüft werden, ob Mischungen aus einem solchen Kleister und Maisresten im Anlieferungszustand zu festen Briketts qualifiziert werden können.

2, Verkleisterung der Maisreste (Komplexe 2 bis 4)

2.1. Versuchsdurchführung

[0063] Für die Verkleisterungsversuche wurde auf verschiedene Weise vorgegangen. Eine Übersicht zu den durchgeführten Versuchen gibt Tabelle 2 in Fig. 4., wobei die durchgeführten Versuchsprogramme dargestellt sind. Die vorsorglich als Platzhalter vorgesehenen Versuche 3 und 4 waren nicht erforderlich und blieben unbesetzt.

a) Nassmahlung der Maisreste in einer Schwingmühle (Firma KHD Humboldt Wedag) mit Mahlstäben: Die Maisreste im Anlieferungszustand wurden mit Wasser in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen vermengt und anschließend für eine Mahldauer von 15 min in der Mühle zerkleinert. Anschließend wurde der Mahlbrei aus dem Behälter sowie von den Mahlstäben entfernt und auf einem Blech aufgefangen. Der Mahlbrei wurde anschließend in Formen gefüllt und bei einer Trocknungslufttemperatur von 30 °C in einem Trockenschrank getrocknet.

b) Verkleisterung der Maisreste im Anlieferungszustand mit Wasser im Wasserbad: Hierzu wurden Maisreste und Wasser im Masseverhältnis 1:2,2 vermischt und anschlieBend im Wasserbad für 15 min unter Rühren erhitzt. Der entstandene Kleister wurde analog zum Mahlbrei gemäß vorstehend a) in Formen gefüllt und im Trockenschrank bei einer Trocknungslufttemperatur von 30 °C getrocknet.

c) Verkleisterung der zerkleinerten Maisreste mit Wasser im Wasserbad: In einer letzten Variante wurden die Maisreste in einer Zentrifugalmühle (Firma Retsch, ZM 1) mit 1 mm-Conidursieb auf Staubfeinheit zerkleinert und anschließend mit Wasser im Masseverhältnis 1:2 für 15 min im Wasserbad verkleistert. Anschließend wurde der Kleister wie in den vorangegangenen Varianten in Formen gefüllt und unter gleichen Bedingungen getrocknet.

2.2. Ergebnisse

[0064] Wie vorstehend beschrieben und in Tabelle 2 (Fig. 4) ersichtlich, wurde im ersten Schritt die Verkleisterung durch Nassmahlung in der Schwingmühle mit Mahlstäben im Verhältnis Maisreste:Wasser = 1:2 und 1:1 untersucht. Nach 15 min Mahlung wurde der Mahlbrei aus dem Mahlbehälter und von den Stäben auf ein Blech gebracht, in zylindrische Formen von 50 mm Durchmesser und 20 mm Höhe gefüllt und getrocknet. Dieser Mahlbrei zeichnete sich durch eine pastöse und sehr homogene Konsistenz aus. Eine höhere Wasserzugabe führte zu einer etwas stärkeren Fließfähigkeit. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, führte der höhere Wassergehalt in der Mischung zu einer deutlich dunkleren Färbung nach der Trocknung und zu einer deutlich stärkeren Rissigkeit infolge von Schrumpfungsvorgängen während der Trocknung. So erstellte Formkörper waren jedoch sehr stabil und ließen sich nicht ohne Weiteres zerstören.

[0065] Die Verkleisterung der Maisreste im Wasserbad im Verhältnis Maisreste und Wasser im Masseverhältnis 1:2,2 führte zu einem Kleister, in dem die körnige Struktur der Maisreste noch sehr gut erkennbar war. Der Kleister war im Vergleich mit der Verkleisterung über die Nassmahlung in einer Schwingmühle dünnflüssiger und neigte bereits während der Trocknung teilweise zur Schimmelbildung. Die hergestellten Formkörper waren porös und ließen sich wiederum im Vergleich leichter zerstören.

[0066] Als deutlich günstiger erwies sich die Verkleisterung von Maisreste-Pulver, das durch die Zerkleinerung der Maisreste in einer Zentrifugalmühle mit 1-mm-Conidur-Sieb hergestellt wurde. Für die Verkleisterung wurden Maisreste-Pulver und Wasser im Masseverhältnis 1:2 gemischt und im Wasserbad verkleistert. Der Kleister zeichnete sich wiederum durch eine pastöse und sehr homogene Konsistenz aus. Die hergestellten Formkörper zeigten insbesondere an den

Oberseiten stärkere Trocknungsrisse (siehe Fig. 5), waren ansonsten aber sehr stabil.

[0067] Aufgrund der gewonnenen Ergebnisse wurde für die anschließenden Brikettierversuche eine Kleisterherstellung in der Schwingmühle bevorzugt.

3. Brikettierung der Maisreste unter Zugabe von Maiskleister (Komplex 5)

3.1. Versuchsdurchführung

[0068] In einer dritten Versuchsreihe wurde die Brikettierung der Maisreste mit Maiskleister untersucht. Hierzu wurde Maiskleister im Masseverhältnis 1:1 (Verhältnis Maisreste zu Wasser) nach der ersten Variante a) der Verkleisterungsversuche (siehe oben Punkt 2.1) in derselben Schwingmühle hergestellt und in unterschiedlichen Masseanteilen mit Maisresten in einem Intensivmischer (Firma Eirich, Modell EL 1) bei einer Mischdauer von 5 min gemischt und anschließend mit der hydraulischen Laborstempelpresse brikettiert. Das Vorgehen bei der Brikettierung entspricht den oben gemachten Ausführungen. Das Versuchsprogramm zeigt Tabelle 3 in Fig. 6.

[0069] Die Pressdrücke blieben über die gesamten Versuche konstant. Im ersten Versuch wurde mit bei einem Kleisteranteil von 30 % und höherer Presstemperatur durchgeführt. In den darauffolgenden Versuchen wurden die Mischungen bei Raumtemperatur verpresst. Die Briketts mit höheren Wassergehalten wurden nach der Verpressung im Trockenschrank bei einer Trocknungslufttemperatur von 30 °C auf einen Wassergehalt von ca. 10 % getrocknet. Die hohe Pressdauer von 10 s wurde zur Ausschöpfung der Qualitätsreserven gewählt.

3.2. Ergebnisse

[0070] Der in den vorangegangenen Versuchen hergestellte Maiskleister wurde im Rahmen der folgenden Versuche als Bindemittel verwendet. Hierzu wurde Maiskleister in der Schwingmühle aus Maisresten und Wasser im Masseverhältnis 1:1 hergestellt. Vorpressdruck und Hauptpressdruck blieben mit 5 MPa bzw. 140 MPa konstant. Die Presstemperatur wurde im ersten Versuch auf 50 °C eingestellt. In den anschließenden Versuchen wurde bei Raumtemperatur brikettiert.

[0071] Die Briketts mit 30 % Kleisterzugabe waren sehr brüchig und konnten keiner weiteren Prüfung unterzogen werden, da diese Briketts bereits dadurch bereits zerfielen. In Fig. 7 sind daher nur die Ergebnisse der Brikettierversuche bei Raumtemperatur zusammengefasst. Fig. 8 zeigt Fotos der Briketts für verschiedene Kleisteranteile.

[0072] Eine Steigerung des Maiskleisteranteils von 10 % über 20 % auf 30 % führte zu einem stetigen Abfall der Rohdichte wie dies in Fig. 7 ersichtlich ist. Dies ist auch anhand der Fotos in Fig. 8 ersichtlich. Es kann abgeleitet werden, dann ein höherer Maiskleisteranteil zum Expandieren der Briketts führt. Im Gegenzug steigt die Druckfestigkeit bei der Steigerung des Kleisteranteils von 20 % auf 30 % tendenziell an. Allerdings bewegt sich die Festigkeit der Briketts auf einem relativ niedrigen Niveau. Bei der Beanspruchung in der Abriebtrommel sind die Agglomerate bereits nach 25 Umdrehungen nahezu vollständig zerfallen.

[0073] Problematisch für die Agglomeration ist vor allem eine körnig-blättchenartige Struktur der Maisreste. Dadurch kommt es vermutlich nicht zu einer intensiven Vernetzung während des Brikettierprozesses. Bindemechanismen können zwischen den Partikeln selbst kaum ausgebildet werden und treten nur infolge der Kleisterzugabe als Flüssigkeitsbrücken bzw. nach dem Aushärten als Feststoffbrücken auf.

[0074] Im Rahmen einer Hochdruckpressverdichtung kann daher mit einer Absenkung des Pressdrucks bei gleichzeitiger Erhöhung des Kleisteranteils und/oder einer Verfeinerung des Aufgabegutes reagiert werden. Wird der Druck aber noch weiter reduziert und der Kleisteranteil weiter erhöht, kann eine Formgebung durch Nieder- oder Mitteldruckpressagglomeration angestrebt werden, wie sie im Rahmen der Extrusion oder der Feuchtpelletierung zur Anwendung kommen. Dieser Ansatz wird im folgenden Abschnitt betrachtet.

4. Extrusion der Maisreste mit Maiskleister (Komplex 6)

4.1. Versuchsdurchführung

[0075] Im letzten Versuchskomplex wurde die Niederdruckpressagglomeration der Maisreste durch Extrusion untersucht. Hierzu wurden Versuche mit einem manuell betriebenen Fleischwolf als Extruder durchgeführt. Eine Matrizendicke beträgt 5 mm. Die Öffnungen in der Matrize haben einen Durchmesser von 6 mm. Im ersten Schritt wurde Maiskleister in der Schwingmühle im Masseverhältnis Maisreste:Wasser = 1:1 wie oben beschrieben hergestellt und ohne Mischung mit Maisresten extrudiert. Im Anschluss wurden Mischungen aus Maiskleister (1:1) und 10 % bzw. 25 % Maisresten oder Maisreste-Pulver (nach Zerkleinerung in der Zentrifugalmühle mit 1-mmConidur-Sieb) hergestellt. Die Mischungen wurden durch manuelles fünfminütiges Verkneten hergestellt und anschließend extrudiert.

4.2. Ergebnisse

[0076] Für die Extrusionsversuche wurde ebenfalls Maiskleister in der Scheibenschwingmühle im Masseverhältnis Maisreste:Wasser = 1:1 hergestellt. Der Maiskleister wurde anschließend ohne weitere Zumischung von Maisresten (MR) und mit 10 % und 25 % Maisresten extrudiert. In einem weiteren Schritt wurde anstelle der Maisreste im Anlieferungszustand das durch Zerkleinerung in der Zentrifugalmühle hergestellte Mais(-reste-)pulver (MP) in Anteilen von 10 % und 25 % zugemischt. Zur Extrusion wurde ein manuell betriebener Fleischwolf mit einer Lochscheibe von 5 mm und Matrizenbohrungen von 6 mm verwendet. Die hergestellten Extrudate wurden anschließend auf Massekonstanz getrocknet, auf d > 3,15 mm abgesiebt und anschließend geprüft. Die Versuchsdaten sind in Tabelle 4 in Fig. 9 ersichtlich.

[0077] Die Rohdichten und Abriebfestigkeiten der hergestellten Extrudate zeigt Fig. 10. Fotos der Extrudate zeigt Fig. 11.

[0078] Ohne Maisreste- bzw. Maisrestepulverzugabe werden Extrudate mit einer Rohdichte von 0,718 g/cm?® und einer Abriebfestigkeit von 97 % nach 100 Umdrehungen erzielt. Nach 500 Umdrehungen weisen de Pellets noch eine Festigkeit von 89,7 % auf. Die Pellets zeigen bei dieser hohen Festigkeit eine poröse Struktur. Werden dem Maiskleister durch Kneten 10 % Maisreste hinzugefügt, steigt die Rohdichte tendenziell an. Die Maisreste sind in der Extrudatstruktur deutlich erkennbar. Die Abriebfestigkeit geht leicht zurück, liegt aber weiterhin auf einem hohen Niveau. Wird der Maisresteanteil auf 25 % erhöht, geht die Rohdichte auf 0,7 g/cm® zurück und die Abriebfestigkeit sinkt auf 88,6 % nach 100 Umdrehungen. Die körnige Struktur der Maisreste ist in den Extrudaten noch deutlicher erkennbar. Da Kleister und Maisreste ein unterschiedliches Schrumpfungsverhalten aufweisen, kommt es zu Rissbildung und Schwächung des Agglomeratverbandes, was in einer geringeren Festigkeit der Extrudate resultiert. Wird anstelle der Maisreste das Maisrestepulver verwendet, können sowohl bei 10 % als auch 25 % Zugabe deutlich höhere Rohdichten und Festigkeiten als für die Maisrestezugabe erzielt werden. Das feinere Material fügt sich deutlich besser in die Kleisterstruktur ein. Hierdurch entstehen Agglomerate mit einem gleichmäßigeren Trocknungs- und Schrumpfungsverhalten.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Stückgut aus stärkehaltigen Getreideresten, insbesondere aus Maisresten wie Maisschalen, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen der Getreidereste; b) Verkleistern der Getreidereste mit einer verkleisternden Substanz unter Bildung eines verkleisterten Gemisches; c) Formen von Stückgut mit dem verkleisterten Gemisch; d) optional Trocknen des Stückgutes.

2, Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Getreidereste als zerkleinerte Getreidereste, insbesondere als zerkleinerte Maisschalen, eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Getreidereste vor dem Schritt b) zu Getreiderestpulver mit einer mittleren Korngröße von weniger als 1500 um, insbesondere weniger als 800 um, zerkleinert, insbesondere gemahlen, werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Getreidereste mit einem Wassergehalt von weniger als 20 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 15 Gew.-%, insbesondere weniger als 12,5 Gew.-%, beispielsweise 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-%, eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Schritt b) die Getreidereste mit Wasser und/oder einer wasserhaltigen Substanz verkleistert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Getreidereste und das Wasser und/oder die wasserhaltige Substanz zur Verkleisterung in einem Masseverhältnis von Getreidereste zu Wasser und/oder Wasser in der wasserhaltigen Substanz von 0,25 bis 20, bevorzugt 0,35 bis 15, insbesondere 0,5 bis 10, beispielsweise 0,75 bis 5,0 oder 0,85 bis 2,5, eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Getreidereste mit der verkleisternden Substanz zur Verkleisterung insbesondere in einer Mühle wie einer Schwingmühle vermahlen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bei der Verkleisterung im Schritt b) Wärmeenergie zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei Wärmeenergie für mindestens 3 Minuten, vorzugsweise mindestens 5 Minuten, insbesondere 10 oder mehr Minuten, zugeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das verkleisterte Gemisch aus Schritt b) vor dem Formen im Schritt c) mit unverkleisterten Getreideresten gemischt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Anteil an verkleisterten Getreideresten bis zu 50 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 35 Gew.-%, insbesondere bis zu 15 Gew.-%, beiträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Formen von Stückgut im Schritt c) durch Pressen, insbesondere uniaxiales Pressen, durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Formen von Stückgut bei Temperaturen über Raumtemperatur, vorzugsweise über 30 °C, insbesondere über 50 °C, durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein Trocknen des Stückgutes bei Temperaturen von 20 °C bis 60 °C, bevorzugt 25 °C bis 50 °C, besonders bevorzugt 30 °C bis 40°C, erfolgt.

15. Gepresstes, insbesondere formstabiles, Stückgut mit stärkehaltigen Getreideresten, insbesondere Maisresten wie Maisschalen, umfassend ein verkleistertes Gemisch aus Getreideresten und Wasser sowie optional weitere Getreidereste.

16. Stückgut nach Anspruch 15, wobei das Stückgut einen Wassergehalt von weniger als 20 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 15 Gew.-%, insbesondere weniger als 10 Gew.- %, aufweist.

17. Stückgut nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Stückgut im Wesentlichen eine zylindrische Form aufweist.

18. Stückgut nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Stückgut eine Rohdichte (p) von 0,6 g/cm® bis 1,2 g/cm®, insbesondere von 0,70 g/cm® bis 0,90 g/cm®, aufweist.

19. Stückgut nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Stückgut eine Abriebfestigkeit, nach 500 Umdrehungen in einem Taumelkasten mit einem 3,15-mm-Sieb bestimmt, von mehr als 70 %, vorzugsweise mehr als 80 %, insbesondere mehr als 85 %, aufweist.

20. Verwendung eines Stückgutes (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 19 bei der Erzeugung von Synthesegas, insbesondere in einem Doppelfeuer-Vergaser.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen