AT505227B1 - Verfahren zur herstellung von formlingen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen, insbesondere Briketts, aus fein- bis mittelkörnigem Mischgut unter Verwendung von Bindemittel. Das Verfahren sieht in einer ersten Stufe die Erwärmung des Mischgutes auf eine für den Formvorgang notwendigen Temperatur und in einer zweiten, atmosphärisch getrennten Stufe die Mischung des Mischgutes mit Bindemittel, sowie nachgeschaltete Prozessschritte vor. Durch das Verfahren können gesundheitsge­fährdende Emissionen vermieden werden.

Description

österreichisches Patentamt AT505 227B1 2012-07-15

Beschreibung

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON FORMLINGEN

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen, insbesondere Briketts, aus fein- bis mittelkörnigem Mischgut unter Verwendung organischer Bindemittel.

[0002] Während bei der Herstellung von Roheisen im Hochofen mit Koks ein künstlich erzeugter stückiger Kohlenstoffträger als Energieträger, Reduktionsmittel und Stützgerüst eines Festbettes zum Einsatz kommt, wird beim Schmelzreduktionsprozess (nach dem COREX®-/FINEX®-Verfahren) stückige Kohle in dieser Funktion verwendet. Bei handelsüblichen Kohlen ist in der Regel ein bestimmter Anteil von der Körnung her zu fein, um insbesondere der Funktion eines Stützgerüstes im durchgasten oberen Teil des Festbettes und in dem von flüssigem Roheisen und flüssiger Schlacke durchdrungenen unteren Teil des Festbettes zu genügen. Diese Unterfraktion wird daher durch Siebung von der im Schmelzreduktionsprozess verwendeten Stückkohle abgetrennt, wobei die Siebung vor und/oder nach einer Trocknung der Kohle erfolgen kann. Die getrocknete Unterfraktion der Kohle kann z.B. mittels einer Brikettierung in eine grobstückige Form überführt und damit einer der Stückkohle gleichwertigen Nutzung im Schmelzreduktionsprozess zugeführt werden. Um eine für die Brikettierung geeignete Körnung zu erhalten, kann es nötig sein das abgesiebte Unterkorn bzw. für die Brikettierung vorgesehene Kohle ggf. einen Brecher durchlaufen, bevor die eigentliche Brikettierung vollzogen werden kann. Die aus der Brikettierpresse ausgetragenen Briketts bedürfen je nach Art des verwendeten Bindemittels in der Regel einer Nachbehandlung in Form von Kühlung oder Erhitzung oder einer bestimmten Verweilzeit, um Festigkeiten zu entwickeln. Danach sind sie transport- und bunkerungsfähig und können in einem Schmelzreduktionsprozess nach dem beschriebenen Verfahren eingesetzt, werden.

[0003] Die herkömmliche Verfahrensweise bei der Brikettierung von Steinkohlen mit organischen Bindern, wie z.B. Steinkohleteerpech (oder Erdölbitumen) besteht im Wesentlichen darin, dass die Kohle vorbereitet wird hinsichtlich der Körnung und der Feuchte, nachfolgend erfolgt das Zumischen eines Binders unter gleichzeitigem Einsatz von Direktdampf, zur Einstellung der erforderlichen Mischtemperatur. Die Mischung wird unter Einspeisung von Direktdampf geknetet, etwa bei Temperaturen von 90-100°C. Die Mischung wird entwrast, um die Feuchte zu reduzieren, wobei Dämpfe und Gase abgezogen werden. In einem nachfolgenden Schritt erfolgt die Herstellung der Briketts.

[0004] Nachteilig ist dabei vor allem, dass bei der Entwrasung mit dem Dampf organische Schadstoffe ausgetragen werden, was auch als Stripping-Effekt bekannt ist. Im Falle von Steinkohleteerpech als organischem Bindemittel enthalten die organischen Schadstoffe Verbindungen, die als krebserregend eingestuft werden. Aufgrund ihres Gefährdungspotentials für das Bedienungs- und Wartungspersonal wurde die Verwendung von Steinkohleteerpech als Bindemittel in Europa stark eingeschränkt bzw. verboten (z. B. TRGS 551 in Deutschland). Bei der Steinkohlebrikettierung (Briketts für Hausbrand) wurde deshalb Steinkohleteerpech durch Erdölbitumen oder Melasse ersetzt.

[0005] Anders als im Falle des Hausbrands müssen Kohlebriketts für einen Einsatz in Schmelzreduktionsprozessen - neben mechanischen - auch hinreichende metallurgische Eigenschaften aufweisen wie z. B. Thermoschockbeständigkeit, thermo-mechanische Beständigkeit und eine geringe Reaktivität gegenüber C02.

[0006] Mit Melasse gebundene Briketts aus dem Stand der Technik (wie z.B. gemäß W002/50219, WO/020555 und WO 2005/071119) weisen jedoch aufgrund des hohen Alkaligehaltes handelsüblicher Sorten und des in diesem Fall bei der Brikettierung notwendigen Kalkzusatzes eine extreme Unbeständigkeit gegenüber heißem C02-Gas auf. Ein Einsatz größerer Anteile derartiger Briketts in einem Schmelzreduktionsprozess muss daher durch entsprechend große Anteile von Stückkohle mit guten metallurgischen Eigenschaften und/oder Hüttenkoks ausgeglichen werden. 1 /11 österreichisches Patentamt AT505 227B1 2012-07-15 [0007] Aus der DE 2 220 479 ist es bekannt, dass Braunkohle erhitzt wird um Teerdämpfe auszutreiben. Dies hat den Nachteil, dass sehr aufwändige Abgasbehandlungseinrichtungen erforderlich sind.

[0008] Ebenso ist aus der DE 1 421 258 bekannt Formkoks durch eine mehrstufige Wärmebehandlung von Kohle zu erzeugen. Durch die thermische Behandlung wird Kohle erzeugt, die geringe Anteile an flüchtigen Bestandteilen aufweist. Das Verfahren bietet jedoch keine Lösung, wie die ausgetriebenen Gase und Dämpfe behandelt werden sollen. Mit Erdölbitumina als Bindemittel erzeugte Briketts genügen zwar in der Regel den metallurgischen Anforderungen eines Schmelzreduktionsprozess, das heißt sie nehmen hinsichtlich ihres Reaktivitätsverhaltens eine Mittelstellung zwischen mit Melasse und mit Steinkohlenteerpech gebundenen Briketts ein. Aufgrund der hohen Erdölpreise ist diese Verfahrensvariante derzeit nicht attraktiv.

[0009] In Ländern mit hoher Kokskohleproduktion, in denen Steinkohlenteerpech relativ preisgünstig verfügbar ist, Erdöl und Melasse aber Importgüter sind, sprechen wirtschaftliche Vorteile in besonderen Maße dafür, Steinkohlenteerpech als Bindemittel zu verwenden.

[0010] Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die mit Steinkohlenteerpech gebundenen Briketts das Potential haben, einen Zusatz relativ teurer Komponenten, wie Hüttenkoks und/oder stückige Halbkokskohle oder auch Kokskohle zur Einsatzkohlenmischung überflüssig zu machen.

[0011] Auf der anderen Seite etabliert sich in jüngerer Zeit auch in den aufsteigenden Industrieländern Asiens ein gesteigertes Umwelt- bzw. Sicherheitsbewusstsein, wobei europäische Standards adaptiert werden. Eine Genehmigung für den Betrieb einer Brikettieranlage mit Steinkohlenteerpech als Bindemittel ist auch in solchen Ländern nur dann möglich, wenn der Austritt organischer Schadstoffe sicher unterbunden wird.

[0012] Eine Unterbindung von Emissionen organischer Schadstoffe bedeutet, dass die Anlage weitgehend gegenüber der Umwelt gekapselt ausgeführt werden muss. Innerhalb der Anlage muss Unterdrück gegenüber der Umgebung bestehen. Die zur Aufrechterhaltung des Unterdruckes abgesaugten Gasmengen müssen eine nasse oder trockene Entstaubung durchlaufen und die entstaubten Gase auf dem Wege der thermischen Nachverbrennung von organischen Resten befreit werden. Im Falle einer Nassentstaubung ist das Abwasser einer entsprechenden Aufbereitung zu unterziehen. Die Filterrückstände der Abwasserreinigung müssen fachgerecht entsorgt werden. Dies ist jedoch mit herkömmlichen Verfahren nicht wirtschaftlich realisierbar, weil in diesem Falle erhebliche Mengen an kontaminierten Kondensaten bzw. Abwässern aus Nassentstaubungseinrichtungen anfallen würden.

[0013] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen zur Verfügung zu stellen, dass eine Gefährdung durch organische Stoffe ausschließt und dennoch eine Vielzahl an Bindemittel zulässt.

[0014] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Aufgrund der Trennung des Verfahrensschrittes der Erwärmung des stückigen Mischgutes von der weiteren Mischung mit einem Bindemittel kann die Ausgasung und damit die Kontaminierung der Wrasen durch organische, gesundheitsgefährdende Stoffe vermieden werden, sodass auch aufwändige und teure Abgasbehandlungen unnötig werden.

[0015] Um ein mit heutigen Umweltstandards in Einklang stehendes Verfahren zur Herstellung von Formlingen wie z. B. Briketts, insbesondere bei organischen Bindemitteln realisieren zu können, müssen vor allem die mit organischer Stoffen oder Schadstoffen beladenen Austritte von Wasserdampf bzw. die bei Ihrer Kondensation entstehenden kontaminierten Abwässer vermieden werden.

[0016] Dies wird durch Trennung des Verfahrens in zwei weitgehend voneinander abgeschotteten Verfahrenstufen sichergestellt. In der ersten Stufe wird das Mischgut ohne Bindemittelzugabe erwärmt, so dass, falls hierbei Dämpfe oder Kondensate an die Umgebung abgegeben werden, diese frei von jeglicher Kontamination durch organische Schadstoffe aus dem Bindemittel sind. 2/11 österreichisches Patentamt AT505 227B1 2012-07-15 [0017] Nach einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der zweiten Stufe während der Mischung die Temperatur des Mischgutes und des Binders weitgehend konstant gehalten. Aufgrund der vorhergehenden Erwärmung sind nur mehr geringfügige Temperaturverluste auszugleichen.

[0018] Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens wird das Bindemittel oder zumindest eine Bindemittelkomponente vor dem Mischen erwärmt, insbesondere auf eine Temperatur über dem Erweichungspunkt des Bindemittels oder der Bindemittelkomponente. Dies stellt sicher, dass eine homogene Mischung des Mischgutes mit dem Bindemittel erzielt wird.

[0019] Die Erwärmung des Mischgutes erfolgt in der ersten Stufe auf eine Temperatur von 60 bis 140°C, insbesondere 80 bis lOO'C. Damit kann die Temperatur an die Erfordernisse des Formvorgangs angepasst werden.

[0020] Nach einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Bindemittel oder zumindest eine Bindemittelkomponente thermoplastisch. Thermoplastisches Verhalten führt dazu, dass das Bindemittel thermisch erweicht. Damit ist eine einfachere Mischung möglich.

[0021] Eine mögliche Variante des Verfahrens sieht vor, dass in einer der zweiten Stufe nachfolgenden Behandlungsstufe die Formlinge auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Bindemittels, insbesondere unter 60O, abgekühlt werden, die einen Transport sowie eine Lagerung der Formlinge ermöglicht. Aufgrund der beschränkten mechanischen Festigkeit bei hohen Temperaturen ist eine Abkühlung sinnvoll, um den Anteil an beschädigten und gebunkerten Formlingen zu minimieren.

[0022] Nach einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Erwärmung in der ersten Stufe durch indirekte Heizung mittels eines flüssigen oder gasförmigen Heizmediums, insbesondere Dampf, Prozessgas oder Rauchgas. Dies hat den Vorteil, dass das zu erwärmende Mischgut nicht mit dem Heizmedium in Kontakt kommt, die latente Wärme zur Erwärmung genutzt werden kann ohne dass Kondensat in das Mischgut eingebracht wird und somit ein wunschgemäßer Feuchtegehalt eingestellt werden kann. Der Energieaustausch erfolgt dabei nach dem Prinzip eines Wärmetauschers.

[0023] Nach einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Erwärmung in der ersten Stufe durch direkte Heizung mittels heißem Gas, insbesondere Rauchgas oder Rauchgas-Luftgemische, wobei das heiße Gas, insbesondere im Gegenstromprinzip, durch das Mischgut geleitet wird. Die direkte Heizung mittels heißen Gasen, wobei im Hüttenbetrieb vorhandene heiße Rauchgase genutzt werden, ermöglicht die Nutzung eines vorhandenen Energieträgers und somit geringe Energiekosten.

[0024] Gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens erfolgt die Erwärmung in der ersten Stufe in zumindest zwei Schritten. Durch die Trennung in mehrere Schritte ist der Austrag von Feuchte und Dämpfen noch besser möglich.

[0025] Gemäß einerweiteren vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens wird im ersten und/oder zweiten Schritt zur Erwärmung des Mischgutes Heißdampf zugesetzt. Damit ist eine Einstellung der erforderlichen Temperatur auch über dem Siedepunkt des Wassers in nachgeschalteten Prozessschritten möglich.

[0026] Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das erwärmte Mischgut vor seiner weiteren Verarbeitung, zur weitgehenden Entkopplung von nachfolgenden Prozessschritten in der ersten und/oder zweiten Stufe zwischengespeichert wird. Damit können die Stufen einfacher betrieben werden und selbst für den Fall dass es zu Störungen in einer der beiden Stufen kommt, kann die andere Stufe weiter betrieben werden.

[0027] Nach einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nach Erwärmung des Mischgutes in der ersten Stufe vorhandene gasförmige Stoffe und Dämpfe abgezogen und in einem Kondensator niedergeschlagen. Durch die Maßnahme kann auch 3/11 österreichisches Patentamt AT505 227B1 2012-07-15 verunreinigtes Mischgut sicher verarbeitet werden, wobei schädliche Emissionen vermieden werden können. Die abgezogenen gasförmigen Stoffe bzw. der Wasserstoff sind nicht durch organische Verunreinigungen kontaminiert.

[0028] Vorteilhafterweise werden die abgezogenen gasförmigen Stoffe und Dämpfe einer Nassentstaubung unterzogen, ehe sie in die Umgebung abgegeben werden, um so schädliche Emissionen auszuschließen. Da diese Stoffe und Dämpfe wie z.B. der abgezogene Wasserdampf oder das zur Erwärmung des Mischgutes genutzte Rauchgas-Luftgemisch nicht mit organischen Verunreinigungen kontaminiert sind, können diese einfach behandelt und Staubemissionen verhindert werden.

[0029] Erfindungsgemäß läuft die zweite Stufe unter einem Druck ab, der geringer ist, als der Druck in der ersten Stufe und/oder als der Umgebungsdruck. Um ein Übergreifen der organischen Kontamination auf die erste Stufe oder in die Umgebung auszuschließen, wird diese gegenüber der ersten Sektion und der Umgebung unter leichtem Unterdrück gehalten.

[0030] Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens wird das erwärmte Mischgut und das bzw. die Bindemittel dosiert in einen Mischer eingebracht, wobei der Zusatz an Bindemittel in Abhängigkeit von der Korngröße, der Menge des Mischgutes und der Festigkeitseigenschaften der Formlinge erfolgt. Die Festigkeitseigenschaften werden charakterisiert durch die Druckfestigkeit und die Shatterfestigkeit. Unter Shatterfestigkeit ist ein durch einen standardisierten Versuch ermittelte Eigenschaft zu verstehen, wobei das Bruchverhalten des Testgutes aufgrund eines freien Falles ermittelt wird. Durch die Anpassung der Menge des Bindemittels können die Formbarkeit und die Festigkeitseigenschaften des Formlings gezielt gesteuert werden. Eine Zwischenspeicherung des erwärmten Mischgutes vor dem Zusatz des Binders ist bei Bedarf möglich.

[0031] Erfindungsgemäß erfolgt nach dem Mischen des erwärmten Mischgutes mit dem Bindemittel eine Knetbehandlung, gegebenenfalls unter Zusatz von Direktdampf. Durch die Knetbehandlung wird eine homogene und dichte Mischung eingestellt, sodass eine ungestörte weitere Verarbeitung der Mischung möglich ist. Direktdampf kann bei Bedarf zur Einstellung der Feuchte zugesetzt werden. An Stelle des Direktdampfes ist es auch möglich Sattdampf zu verwenden.

[0032] Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Mischung aus erwärmtem Mischgut und Bindemittel in einer Presse zu Formlingen geformt, insbesondere brikettiert. Die Formgebung kann dabei nach den Bedürfnissen des weiteren Einsatzes der Formlinge gewählt werden, wobei die Erfordernisse z.B. durch den metallurgischen Prozess definiert sind, in dem die Formlinge Einsatz finden.

[0033] Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass beim Mischen und/oder beim Kneten und/oder beim Pressen entstehende Dämpfe abgesaugt und, gegebenenfalls unter Zusatz eines Brenngases, in einem Brenner bei Temperaturen größer 600°C, insbesondere größer 850°C, verbrannt. Die Verbrennung bewirkt eine Umsetzung der Dämpfe zu unbedenklichen Abgasen, die emittiert werden können.

[0034] Gemäß der Erfindung werden die Dämpfe auf ihrem Weg zum Brenner einer Zwischenerwärmung und/oder einer nachfolgenden Trockenentstaubung unterzogen. Durch diese Maßnahmen können Kondensate in den Leitungen vermieden werden, wobei Schäden durch Korrosion ausbleiben. Die Entstaubung ermöglicht ein sauberes staubfreies Abgas und eine ungestörte Verbrennung. Die Erwärmung kann indirekt oder direkt erfolgen, wobei optional die Energie des Rauchgases aus einer Nachverbrennung genutzt werden kann.

[0035] Die Erfindung sieht weiters vor, dass die Dämpfe auf ihrem Weg zum Brenner einen Schüttgutfilter durchlaufen. Schüttgutfilter gestatten eine kostengünstige Reinigung der Dämpfe. Der Schüttgutfilter kann gegebenenfalls dann entfallen, wenn die Zwischenerwärmung, Trockenentstaubung und Nachverbrennung örtlich nahe der Formeinrichtung erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass Ablagerungen in den Leitungen zwischen der Formeinrichtung und der Nachverbrennung vermieden werden. 4/11 österreichisches Patentamt AT505 227B1 2012-07-15 [0036] Erfindungsgemäß wird als Filtermedium eine Unterfraktion des Mischgutes und/oder Aktivkohle und/oder Petrolkoks und/oder Koksgrus verwendet. Damit sind sehr kostengünstige Filtermedien vorhanden, die einfach in einem metallurgischen Prozess weiterverarbeitet werden können.

[0037] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die bei der Verbrennung freigesetzte Wärme der ersten Stufe zur indirekten und/oder direkten Heizung zugeführt wird. Dabei wird bei der indirekten Heizung das zu erwärmende Mischgut indirekt über Kontaktflächen erwärmt, die wiederum durch das heiße Verbrennungsgas erwärmt werden, sodass das Prinzip eines Wärmetauschers ausgeführt wird. Die indirekte Heizung erfolgt vor allem im ersten Erwärmungsschritt. Bei der direkten Heizung ist das heiße Verbrennungsgas direkt in Kontakt mit dem zu erwärmenden Mischgut. Dies kann in beiden Erwärmungsschritten angewandt werden. Durch die Nutzung der Wärme kann ein besonders energieeffizientes Verfahren sichergestellt werden.

[0038] Die Erfindung sieht vor, dass Bruchstücke, die beim Formvorgang der Formlinge entstehen der Mischung aus erwärmtem Mischgut und Bindemittel zugesetzt werden. Bruchstücke beim Formvorgang können somit kostengünstig dem Formvorgang wieder zugeführt werden, sodass Verluste gering gehalten werden können.

[0039] Gemäß einer Variante der Erfindung besteht das fein- bis mittelkörnige Mischgut zumindest zum Teil aus Stoffen oder Mischungen von Stoffen, die beispielsweise bei der Roheisen-bzw. bei der Stahlproduktion anfallen oder hierbei Verwendung finden, insbesondere Kohle, Aktivkohle, Koksgrus, Petrolkoks, Additive, Schlämme, Stäube, Filterkuchen oder kohlenstoff-hältige Vergasungsmittel. Derartige Stoffe entstehen in großen Mengen, wobei diese Wertstoffe darstellen, die metallurgischen Verfahren wieder zugeführt werden können. Damit können Abfallstoffe reduziert und Kosten gespart werden.

[0040] Nach einer möglichen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das fein- bis mittelkörnige Mischgut im Mittel Korngrößen von 0,01 bis 5mm, insbesondere 1mm auf. Dieser Korngrößenbereich hat sich in der Praxis als am besten formbar erwiesen.

[0041] Nach einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das organische Bindemittel zumindest zum Teil aus Steinkohlenteer oder Steinkohlenteerpech. Diese Bindemittel stehen sehr kostengünstig zur Verfügung und können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Gefahren für die Umwelt oder Personal verarbeitet werden.

[0042] Nach einer besonderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens härtet das Bindemittel als solches oder in Verbindung mit Zusatzstoffen in der zweiten Stufe oder in einer optionalen an die zweite Stufe anschließende Behandlungsstufe durch Erwärmung aus und wird gegebenenfalls nachfolgend einer Kühlung zugeführt. Dieses besondere Bindemittel härtet durch die thermische Behandlung bzw. durch Erwärmung aus, sodass auch im Falle einer Wiedererwärmung kein erweichen eintritt.

[0043] Die Erfindung betrifft weiters Formlinge gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 27. Derartige Formlinge hergestellt nach dem Verfahren gemäß einer der Ansprüche 1 bis 26 enthalten Zusatzstoffe zur Erhöhung der Festigkeit, sodass die Formlinge bei und/oder nach einer Erwärmung in einem nachfolgenden Prozess eine Konvertierung in einen Halbkoks erfahren, sodass dieser als Folge davon eine hohe mechanische Festigkeit und/oder eine hohe Beständigkeit gegen Angriffe durch heiße C02-hältige-Gase aufweist. Diese hohe Beständigkeit gegenüber mechanischer Belastung aber auch gegenüber Angriffe durch C02-hältige-Gase bietet einen großen Vorteil beim Einsatz der Formlinge in metallurgischen Verfahren. Als Zusatzstoffe können z. B. Kokskohle oder Petrolkoks verwendet werden.

[0044] Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der folgenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend näher beschrieben.

[0045] Fig. 1: Verfahren nach dem Stand der Technik 5/11 österreichisches Patentamt AT505 227B1 2012-07-15 [0046] Fig.: 2: Verfahren gemäß der Erfindung [0047] Nach Fig. 1 wird die Kohle (C) aus einem Bunker 1 in einen Mischer 2 zusammen mit einem Bindemittel (BR) gemischt und erwärmt, wobei Dampf (ST) zur Erwärmung in den Mischer 2 eingebracht wird. In einem nachfolgenden Kneter 3 werden die Stoffe innig vermischt, dabei entstehende Dämpfe (D) werden aus einem Mischer 4 abgezogen. Die Masse wird dann im Anschluss in einer Brikettieranlage zu Briketts verpresst und die Briketts (BK) ausgeführt. Dabei entstehende Bruchstücke (Chips) werden über Fördereinrichtungen 6 rückgeführt.

[0048] Gemäß Fig. 2 wird in der ersten Stufe A das, gegebenenfalls durch einen Brecher vorbereitete, körnige Mischgut, wie z.B. Kohle, in einen Bunker 1 chargiert und bereits vor der Zumischung von organischem Bindemittel in zwei Schritten in den beheizten Mischern 2 und 3 auf die für den Mischvorgang notwendige Temperatur aufgeheizt.

[0049] Die Effizienz des Verfahrens kann dadurch erhöht werden, dass das körnige Mischgut bereits vorgewärmt, z.B. aufgrund einer vorgeschalteten Kohletrocknung, in den Bunker 1 chargiert wird.

[0050] In einem ersten Schritt (2) wird die Kohle indirekt mit Dampf und/oder direkt mit Rauchgas oder Rauchgas-/Luftgemisch in einem beiheizten Mischer 2 aufgeheizt, wobei vorzugsweise das Gegenstromprinzip realisiert wird.

[0051] In einem zweiten Schritt kann in einem beheizten Mischer 3 eine Behandlung des körnigen Mischgutes mit überhitztem Dampf erfolgen, soweit dies zur Einstellung der erforderlichen Temperatur und/oder der erforderlichen Feuchte in nachgeschalteten Prozessschritten erforderlich ist.

[0052] Überschüssiger Wrasen (Dämpfe) werden am Austritt des beheizten Mischers 3 sowie am Austritt einer optionalen Entwrasungsschnecke 4 abgezogen und in einem Kondensator 5 niedergeschlagen. Das durch organische Schadstoffe unbelastete Kondensat kann - nach vorausgehender Abscheidung suspendierter Kohlepartikel -gegebenenfalls einem Industriewasserkreislauf zugeführt werden. Das erwärmte stückige Mischgut wird auch als konditioniertes Mischgut, bzw. im Falle von Kohle als konditionierte Kohle bezeichnet und in einem Bunker 6 zwischengespeichert.

[0053] Die zweite Stufe B ist mit drei parallel angeordneten Linien dargestellt. Diese sind von der ersten Stufe durch eine Zellenradschleuse 7 und einen Bunker 8 zur Zwischenspeicherung abgetrennt. Die Anordnung gestattet die Einstellung des gewünschten Unterdrucks in der zweiten Stufe relativ zur ersten Stufe und zur Umgebung.

[0054] Am Austritt des Bunkers 8 wird das konditionierte, körnige Mischgut mittels Dosierbandwaagen 9 auf die Linien aufgeteilt. In den einzelnen Linien erfolgt zunächst das Zumischen des Bindemittels in einen Mischer 10. Beim der anschließenden Behandlung in einem Kneter 11 wird Direktdampf, vorzugsweise Sattdampf, nur soweit als nötig eingespeist um die gewünschte Benetzung der Mischgutoberfläche einzustellen. Auf eine Entwrasung vor der eigentlichen Formgebung, die eine Brikettierung sein kann, wird verzichtet.

[0055] Die Schnecke 12 am Austrag des Kneters 11 fördert lediglich die fertige Einsatzmischung zur Presse 13 in der die Formgebung der Formlinge erfolgt. Am Pressenaustrag werden die Formlinge mittels eines Siebbandes 14 von Bruchstücken abgetrennt, die bei der Formgebung entstehen. Die Bruchstücke, auch als Chips bezeichnet, werden mittels eines Steilförderers 15 in den Mischer 10 zurückgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die auf diese Art und Weise hergestellten Formlinge einer dem Stand der Technik entsprechenden Kühlung zugeführt, um hierdurch ein Aushärten der Formlinge zu gewährleisten. Die Kühlung kann in Form natürlicher, freier Konvektion in freier Atmosphäre oder mittels einer besonderen Einrichtung unter Zuhilfenahme strömender Luft und/oder Wasser erfolgen, wobei Luft als solche oder Luft in Verbindung mit einer Benetzung der Formlinge mit Wasser und der dadurch ausgelösten Verdunstung und/oder das Wasser selbst als Kühlmedium dienen.

[0056] Zur Aufrechterhaltung des Druckgefälles ist ein Aufgabebunker 16 mit Zellenradschleuse 6/11

Claims (27)

1. österreichisches Patentamt AT505 227B1 2012-07-15 17 zwischengeschaltet. Der zum Ausgleich von Produktionsschwankungen notwendige Pressenüberlauf zu einer Abtransporteinrichtung für die Bruchstücke (Chipsband) ist in Abb. 2 aus Platzgründen nicht dargestellt. Dieser Pressenüberlauf muss ebenfalls mit einer Zellenradschleuse abgesichert werden, um eine Kurzschlussströmungen zu vermeiden und damit den Aufbau eines Unterdruckes im System zu ermöglichen. [0057] Die Absaugung zur Aufrechterhaltung des Unterdruckes in der zweiten Stufe erfolgt bevorzugt am Materialeinlauf in die Presse 13, in der die Formgebung des Formlings erfolgt. Optional können weitere Absaugungen an den Einläufen von Mischer 10 und Kneter 11 vorgesehen werden. Das abgesaugte Dampf-/Falschluftgemisch wird in einem Brenner 18 zusammen mit einem Brenngas bei Temperaturen oberhalb von 800°C verbrannt. Unter diesen Bedingungen werden organische Stoffe vollständig zu harmlosen Verbindungen umgesetzt, die mit dem Rauchgas über einen Kamin in die Umgebung entweichen. Um die Leitungen, durch die das kontaminierte Dampf-/Falschluftgemisch sowie das Sauggebläse vor Staub- und Kondensatablagerungen zu schützen, wird eine Zwischenerhitzung 19 durchgeführt und ein Staubfilter 20 nachgeschaltet. Der abgeschiedene Staub wird in den Formgebungsprozess zurückgeführt. Zusätzlich kann als erste Reinigungsstufe ein Schüttgutfilter 21 vorgeschaltet werden. Als Filtermedium eignet sich hier im Besonderen eine mittelkörnige Unterfraktion von Brikettierkohle, eine Aktivkohle oder Koksgrus. Das mit organischen Komponenten beladene Filtermedium kann dann bei entsprechender Anordnung des Filters alternativ über den Mischer, den Kneter, den Presseneintrag oder indirekt über das Chipsband dem Formgebungsprozess zugeführt werden, so dass eine separate Entsorgung entfällt. Um Kondensate in den Saugleitungen zu vermeiden, kann jeder Brikettierlinie anstelle der Schüttgutfilter auch eine Einheit bestehend aus Schüttgutfilter, Zwischenerhitzung und Trockenentstaubung zugeordnet werden. [0058] Eine besonders vorteilhafte Verfahrensvariante besteht darin, die im Brenner freigesetzte Wärme direkt, z.B. durch Durchleiten von heißem Rauchgas bzw. Rauchgas/Luft-Gemisch durch das körnige Mischgut im zweiten Mischer 3 oder indirekt über einen Wärmetauscher im ersten beheizten Mischer 2 zu nutzen. [0059] Abgesehen von weitgehend unbelasteten Kondensaten und Schlämmen, die in der ersten Stufe entstehen und einem ebenfalls unbelasteten Rauchgas fallen beim erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel keine Nebenprodukte an. [0060] Die Schnittstellen des Unterdrucksystems der zweiten Stufe mit der Umgebung werden außerhalb des Gebäudes verlegt in dem das Verfahren abläuft. Die Rückführung der Bruchstücke (Chips) wird gekapselt, dass in diesem Bereich beschäftigte Personen keinesfalls mit Ausdünstungen der aus der Presse ausgetragenen Briketts oder aus den Chips in Kontakt kommen können. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Formlingen, insbesondere Briketts, aus fein- bis mittelkörnigem Mischgut unter Verwendung von Bindemitteln, wobei in einer ersten Stufe die Erwärmung des Mischgutes auf eine für den Formvorgang notwendigen Temperatur erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten, atmosphärisch getrennten Stufe die Mischung des Mischgutes mit Bindemittel, sowie nachgeschaltete Prozessschritte erfolgen, wobei beim Mischen entstehende Dämpfe abgesaugt und, gegebenenfalls unter Zusatz eines Brenngases, in einem Brenner bei Temperaturen größer 600°C, insbesondere größer 850°C, verbrannt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe während der Mischung die Temperatur des Mischgutes und des Binders weitgehend konstant gehalten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel oder zumindest eine Bindemittelkomponente vor dem Mischen erwärmt wird, insbesondere auf eine Temperatur über den Erweichungspunkt des Bindemittels oder der Bindemittelkomponente. 7/11 österreichisches Patentamt AT505 227B1 2012-07-15
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel oder zumindest eine Bindemittelkomponente thermoplastisch ist.
5. 5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der zweiten Stufe nachfolgenden Behandlungsstufe die Formlinge auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Bindemittels, insbesondere unter 60°C, abgekühlt werden, die einen Transport sowie eine Lagerung der Formlinge ermöglicht.
6. 6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung in der ersten Stufe durch indirekte Heizung mittels eines flüssigen oder gasförmigen Heizmediums, insbesondere Dampf, Prozessgas oder Rauchgas, erfolgt.
7. 7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung in der ersten Stufe durch direkte Heizung mittels heißem Gas, insbesondere Rauchgas oder Rauchgas-Luftgemische, erfolgt, wobei das heiße Gas, insbesondere im Gegenstromprinzip, durch das Mischgut geleitet wird.
8. 8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung in der ersten Stufe in zumindest zwei Schritten erfolgt.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten und/oder zweiten Schritt zur Erwärmung des Mischgutes Heißdampf zugesetzt wird.
10. 10. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Mischgut vor seiner weiteren Verarbeitung, zur weitgehenden Entkopplung von nachfolgenden Prozessschritten in der ersten und/oder zweiten Stufe zwischengespeichert wird.
11. 11. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erwärmung des Mischgutes in der ersten Stufe vorhandene gasförmige Stoffe und Dämpfe abgezogen und in einem Kondensator niedergeschlagen werden.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmigen Stoffe und Dämpfe einer Nassentstaubung unterzogen werden, ehe sie in die Umgebung abgegeben werden.
13. 13. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe unter einem Druck abläuft, der geringer ist, als der Druck in der ersten Stufe und/oder dem Umgebungsdruck.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Mischgut und Bindemittel dosiert in einen Mischer eingebracht werden, wobei der Zusatz an Bindemittel in Abhängigkeit von der Korngröße, der Menge des Mischgutes und der Festigkeitseigenschaften der Formlinge erfolgt.
15. 15. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Mischen des erwärmten Mischgutes mit Bindemittel eine Knetbehandlung, gegebenenfalls unter Zusatz von Direktdampf, erfolgt.
16. 16. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus erwärmtem Mischgut und Bindemittel in einer Presse zu Formlingen geformt, insbesondere brikettiert wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kneten und/oder beim Pressen entstehende Dämpfe abgesaugt und, gegebenenfalls unter Zusatz eines Brenngases, in einem Brenner bei Temperaturen größer 600°C, insbesondere größer 850°C, verbrannt werden.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfe auf ihrem Weg zum Brenner einer Zwischenerwärmung und/oder einer nachfolgenden Trockenentstaubung unterzogen werden. 8/11 österreichisches Patentamt AT505 227B1 2012-07-15
19. 19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfe auf ihrem Weg zum Brenner einen Schüttgutfilter durchlaufen.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Filtermedium eine Unterfraktion des Mischgutes und/oder Aktivkohle und/oder Petrolkoks und/oder Koksgrus verwendet wird.
21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Verbrennung freigesetzte Wärme der ersten Stufe zur indirekten und/oder direkten Heizung zugeführt wird.
22. 22. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bruchstücke, die beim Formvorgang der Formlinge entstehen der Mischung aus erwärmtem Mischgut und Bindemittel zugesetzt werden.
23. 23. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fein-bis mittelkörnige Mischgut zumindest zum Teil aus Stoffen oder Mischungen von Stoffen besteht, die beispielsweise bei der Roheisen- bzw. bei der Stahlproduktion anfallen oder hierbei Verwendung finden, insbesondere Kohle, Aktivkohle, Koksgrus, Petrolkoks, Additive, Schlämme, Stäube, Filterkuchen oder kohlenstoffhältige Vergasungsmittel.
24. 24. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fein-bis mittelkörnige Mischgut im Mittel Korngrößen von 0,01 bis 5mm, insbesondere 1mm aufweist.
25. 25. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel zumindest zum Teil aus Steinkohlenteer und/oder Steinkohlenteerpech besteht.
26. 26. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel als solches oder in Verbindung mit Zusatzstoffen in der zweiten Stufe oder in einer optionalen an die zweite Stufe anschließende Behandlungsstufe durch Erwärmung aushärtet und gegebenenfalls nachfolgend einer Kühlung zugeführt wird.
27. 27. Formlinge hergestellt nach einem Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge Zusatzstoffe zur Erhöhung der Festigkeit enthalten, sodass die Formlinge bei und/oder nach einer Erwärmung in einem nachfolgenden Prozess eine Konvertierung in einen Halbkoks erfahren, sodass dieser als Folge davon eine hohe mechanische Festigkeit und/oder eine hohe Beständigkeit gegen Angriffe durch heiße C02-hältige-Gase aufweist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 9/11