Verfahren und Vorrichtung zur Härtung bituminös gebundener Formkörper, insbesondere Briketts Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Härtung von bituminös gebundenen, kleinstückigen Formkör pern, insbesondere Briketts, ferner eine Anwendung des Verfahrens und eine Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens.
Zur Herstellung bituminös gebundener Formkörper wie Kohlen- oder Erzbriketts ist schon vorgeschlagen worden, für die Aufbereitung der bituminösen Briket- tiermischung das sogenannte Impact-Mischverfahren zu verwenden, welches für die Aufbereitung von bitu minösen Gesteinsmischungen für den Strassenbau be kannt geworden ist.
Nach diesem Mischverfahren wer den die abgestuften Fraktionen von staubförmigen bis körnigen Feststoffen in einem geschlossenen Mischbe hälter mittels an zwei gegenläufig drehenden Wellen befindlichen Wurfschaufeln hochgewirbelt und im obern Behälterteil in einen vorübergehenden und auf gelockerten Schwebezustand versetzt, in welchem sie von oben her mit unter hohem Flüssigkeitsdruck zer stäubtem, verflüssigtem Bindemittel besprüht werden. Durch die Anordnung der Wurfschaufeln werden die Feststoffe wiederholt emporgewirbelt, im Schwebezu stand besprüht und fallen dann wieder herab um von neuem von den Schaufeln erfasst und hochgewirbelt zu werden.
Sämtliche Feststoffpartikel werden in dieser Weise individuell mit einer dünnen Schicht von Binde mitiel allseitig und gleichmässig umhüllt. Dieses Misch verfahren ist z. B. in der deutschen Patentschrift Nr. 933 497 beschrieben.
In der so hergestellten Mischung ist, im Gegensatz zu den bekannten Knetmischverfahren, kein freies und überschüssiges Bindemittel zwischen den einzelnen Feststoffpartikeln vorhanden, sondern der gesamte Bindemittelanteil befindet sich im Gemisch ausschliess- lich in Form von feinsten, die einzelnen Partikel um hüllenden Häutchen. Es sind infolgedessen auch im Gemisch zwischen den einzelnen Partikeln mit Luft ge füllte, kleine Hohlräume vorhanden, die regelmässig über die Masse verteilt sind.
Auch nach Pressung des Gemisches zu Formkörpern verbleibt in dem verpress- ten Körper ein gewisser Hohlraumgehalt in Form kleinster, miteinander in Verbindung stehender und regelmässig im ganzen Körper verteilter Luftzellen.
Dieser Hohlraumgehalt soll etwa 5 bis 20 % des Volumens des Körpers betragen. Die verpressten Formkörper werden alsdann während einer bestimmten Zeitdauer in einer Heizkammer der Einwirkung von Luft bei einer Temperatur von etwa 200 C ausgesetzt. Während dieser Wärmebehandlung vollziehen sich in den dünnen Bitumenfilmen, welche die Feststoffparti- kel einhüllen, durch die Einwirkung des Luftsauerstof fes auf das Bitumen gewisse Veränderungen chemi scher und molekularer Art, wodurch das anfänglich weiche und schmelzbare Bindemittel allmählich bis zur Unschmelzbarkeit gehärtet wird.
Unter Härtung soll also hier die Umwandlung der anfänglich thermoplasti schen Formkörper in einen völlig temperaturunemp findlichen festen und harten Zustand verstanden wer den. Das Bindemittel in den Formkörpern wird durch die hier beschriebene Härtung nicht nur härter, son dern unschmelzbar und in Lösungsmitteln unlöslich.
Mit diesem Verfahren ist es ohne weiteres möglich, kleinere Formkörper, wie Briketts einzeln oder in klei nen Mengen zu härten, und ausserdem im Falle von Kohlenbriketts, eine Umwandlung zu rauch- und russ losei Verbrennung dieser Briketts zu erzielen.
Schwierigkeiten treten jedoch auf, wenn versucht wird, grössere Brikettmassen zu härten, wie es prak tisch in Brikettierwerken mit modernen Walzenpressen erforderlich wird, die eine Stundenleistung von 10 und mehr Tonnen Briketts für ein einziges Pressenaggregat aufweisen. Beim Härten von Briketts in grossen Hau fen hat es sich gezeigt, dass eine unverhältnismässig lange Zeidauer erforderlich ist, um die in Haufen anfal- lenden Brikette zu härten. Selbst nach mehrstündiger Wärmebehandlung schreitet die Härtung des Bindemit tels nur langsam in das Innere eines Briketthaufens hinein fort.
Während die äussern Bereiche eines Bri ketthaufens schon hart sind, bleiben die inneren Zonen des Haufens noch weich. Die Ursache für diese Erscheinung ist darin zu suchen, dass der bei Beginn der Härtung im Poren raum der Briketts oder andern Formkörpern und in den Zwischenräumen zwischen den Briketts vorhan dene Luftsauerstoff nicht ausreicht, um die Härtung der Bindemittelfilme vollständig zu bewirken. Vielmehr muss ständig Luftsauerstoff in die Poren hinein nach- geliefert werden.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis lässt verstehen, warum die Briketts in den inneren Zonen eines Briketthaufens noch lange weich bleiben, während die Briketts in den äusseren Schich ten des Haufens schon vollkommen gehärtet, d. h. un- schmelzbar und in Lösungsmitteln unlöslich geworden sind.
Bei der Härtung einzelner Briketts kann der Luft sauerstoff verhältnismässig leicht von allen Seiten her in den Porenraum des Briketts diffundieren; wenn es sich jedoch um die Härtung von Briketts oder andern kleinen Formkörpern in grossen Haufen handelt, kann der von aussen kommende Luftsauerstoff die Poren räume der im Innern des Haufens befindliche Briketts viel langsamer erreichen als die Porenräume der Bri ketts in der äussern Zone des Haufens.
Der Erfindung liegt ferner der Gedanke zu Grunde, dass die für die Härtung erforderliche Erneuerung des Sauerstoffs im Innern eines Haufens von verpressten Formkörpern nicht sich selbst überlassen bleibt, son dern in kurzer Zeit und in wirksamer Weise künstlich bewerkstelligt werden soll.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die aus einer Mischung von Fest stoffteilchen mit schmelzbarem bituminösem Bindemit tel hergestellten und verpressten Formkörper, die einen regelmässig verteilten Hohlraumgehalt von 5-20 % des Volumens der Körper aufweisen,
als Schüttmasse in einen Wärmebehandlungsbehälter gebracht werden und ein sauerstoffhaltiges Gas mit einer Temperatur von 150-200 C über den ganzen Querschnitt der Masse durch diese hindurchgeführt wird, wobei durch Reak tion des Sauerstoffs mit dem Bindemittel in den Form körpern ein exothermer Oxydationsprozess in der Formkörpermasse eingeleitet wird, bis die Umwand lung des Bindemittels so weit fortgeschritten ist, dass es ganz oder teilweise unschmelzbar und unlöslich ge worden ist,
und die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Wärmebehandlungsbehälter mit an gegen überliegenden Enden desselben angeordneten Einlass und Auslasschleusen für die zu härtende Formkörper masse und mit am einen Behälterende vorgesehenem Einlass für ein sauerstoffhaltiges Gas und am entge gengesetzten Behälterende vorgesehenem Auslass für Abgas.
Nach einer bevorzugten Ausführung des Verfah rens zur Behandlung solcher Formkörper, insbesondere von Steinkohlenbriketts, wird die Brikettiermischung aus Feinkohle und bituminösen Bindemittel zweckmäs- sig mit Hilfe des schon erwähnten Impact Mischver fahrens, beispielsweise unter Verwendung von etwa 4 Gew.o/o Bitumen 80, aufbereitet.
Die Brikettiermi- schung gelangt zu einer Brikettierpresse, welche Bri ketts unter solchem Druck und bei solcher Presstempe- ratur presst, dass in den verpressten Briketts ein Hohl- raumgehalt von etwa 5-20 % des Volumens der einzel- nen Briketts verbleibt.
Vorzugsweise werden kleinere Briketts als die bisher üblichen Eierbriketts hergestellt, z. B. etwa Briketts von Nussgrösse oder in Form von kleinen prismatischen Stücken. Damit diese Briketts praktisch rauch- und russlos verbrennen, werden sie einem Härteprozess unterworfen.
Die fertig gepressten, noch heissen oder gegebenenfalls vorgewärmten Bri ketts werden beispielsweise in Chargen von einigen Tausend Kilogramm in Behältern oder Heizkammern gebracht, an deren einem Ende eine oder mehrere zu einer Saugpumpe führende Saugleitungen angeschlossen sind, während am entgegengesetzten Ende der Behälter mit der Aussenluft in Verbindung steht.
Um die Brikettcharge zu härten soll die Atmo sphäre im Innern des Behälters etwa 170 C betragen. Dann wird die Saugpumpe in Betrieb gesetzt. Luft wird am einen Ende des Behälters abgesaugt, während fri sche Luft am andern Ende in den Behältern eingesaugt wird. Beträgt die Temperatur der Brikettcharge im Be hälter weniger als 170 , so wird anfänglich heisse Luft von mindestens 170 in den Behälter hineingesaugt, bis die Brikettcharge diese Temperatur erreicht hat.
Durch den am einen Behälterende ausgeübten Sog wird die Luft aus den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Briketts abgeführt und heisse Luft von 170 strömt vom andern Ende her durch die Brikettcharge hin durch und gelangt auf diese Art gleichmässig zu allen Briketts im Behälter.
Es hat sich nun gezeigt, dass, wenn sie auf z. B. 170-190 erwärmte Luft in die Poren der geformten Briketts dringt, und mit den dünnen Bitumenfilmen, welche die Feststoffpartikel des Briketts umhüllen, in Berührung kommt, ein exothermer Reaktionsprozess im Innern der Briketts einsetzt und die Temperatur in der Brikettmasse ansteigt. Wird beispielsweise die Luft oben im Behälter abgesaugt, unten im Behälter Frisch luft mit einer Temperatur von 170 -190 zugeführt, so tritt anfänglich an der Luftzutrittsstelle zur Brikett charge eine deutliche Temperatursteigerung auf, die zonenweise in Richtung des Luftstromes von unten nach oben fortschreitet.
Bei einer Temperatur von 150 -200 erfolgt im allgemeinen die Härtung des Bindemittels in der Brikettcharge, d. h. im anfänglich weichen und schmelzbaren Bindemittel vollziehen sich unter der Einwirkung des Luftsauerstoffs Veränderungen chemischer und molekularer Art, wodurch das Binde mittel allmählich bis zur Unschmelzbarkeit gehärtet und unlöslich wird. Da die exotherme Reaktion nach vollständiger Härtung des Bindemittels aufhört, erfolgt in den bereits gehärteten Zonen der Brikettcharge wie der eine langsame Abkühlung.
Um zu verhindern, dass durch die exotherme Reaktion im Innern der dem Härtungsprozess ausge setzten Brikettmasse nicht so viel Wärme entwickelt wird, dass die Temperatur so hoch steigt, dass ein Ver brennen der Briketts erfolgt, müssen Massnahmen ge troffen werden, damit die frei werdende Wärmemenge und der sich ergebende Temperaturanstieg kontrolliert werden können.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die abgesaugte Luft, die einen Teil ihres Sauerstoffge haltes für die Oxydation abgegeben hat, im ständigen Kreislauf wieder in den Behälter zurückgeführt wird, wobei gegebenenfalls diese Luft vor dem Wiedereintritt gekühlt wird, beispielsweise durch zersprühtes Wasser. Die Wassertröpfchen verdunsten in dem heissen Abgas und durch die entzogene Verdunstungswärme kühlt sich das Abgas ab. Der entstehende Wasserdampf, der sich dann auch im Abgasstrom befindet, senkt den Sauerstoffgehalt des Abgases prozentual noch weiter.
Durch Regelung der Frischluftzugabe kann das Sauer stoffangebot für die Härtung und damit die Härtung selbst, zeitlich geregelt werden. Ausserdem kann dadurch die infolge des exothermen Vorganges freiwer dende Wärmemenge zeitlich so dosiert werden, dass die Brikett-Temperatur nicht wesentlich über 300 an steigt. Die überschüssige Wärmemenge wird ausserdem gleichzeitig durch das Gasgemisch aus Frischluft, Ab gas und Wasserdampf aus dem Brikettchargen-Behälter abgeführt, wenn dieses Gasgemisch mit entsprechender Geschwindigkeit und mit einer Eintrittstemperatur von nur ca. 160 -200 durch die Brikettcharge hindurch gesaugt oder hindurchgeblasen wird.
Erfahrungsgemäss wird zur Härtung von 1 Tonne Kohlenbriketts mit ca. 4 Gew.-% Bitumen 80 eine Sauerstoffmenge erforderlich, die ungesähr einer Frischluftmenge von ca. 50-60m3 bei 20 entspricht. Die freiwerdende Wärmemenge erwärmt die Briketts um etwa 100-150 , so dass bei einer Anfangstempera tur von 170 , bei der die Härtung beginnt, ein Teil der Wärmemenge abgeführt werden muss, damit die Bri- kett-Temperatur nicht über 300 steigt.
Die optimale Temperatur zur Erzielung der Här tung der Briketts liegt je nach Zusammensetzung der Brikettiermischung zwischen 200 und 300 . Bei die sem Temperaturbereich wird das anfänglich weiche Bitumen bis zur Unschmelzbarkeit und Unlöslichkeit gehärtet, und die so behandelten Briketts brennen dann auch praktisch ohne Rauch- und Russbildung und un ter Beibehaltung ihrer Form, wie natürlich Kohle selbst.
Der Härtungsprozess des Briketts kann auch konti nuierlich durchgeführt werden, und eine beispielsweise Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt.
Ein wärmeisolierter Heizbehälter 1 besitzt einen Einlauf 2 mit Abschlussklappe 3. Bei geöffnetem Ein lauf gelangt eine Charge ungehärteter Briketts von der Brikettwalzenpresse in den Behälter. Oben am Behälter ist neben dem Einlauf 2 ein Saugrohr 4 angeschlossen, welches sich verzweigt, wobei eine mit Ventil 5 verse hene Leitung 6 überschüssiges Abgas wegführt, gege benenfalls in eine Vorwärmanlage für verpresste, noch ungehärtete Briketts. Die Leitung 7 führt über ein Drosselventil 8 in eine Wirbelkammer 9, in welche ebenfalls eine mittels Ventil 10 abschliessbare Frisch luftleitung 11 mündet.
Von der Wirbelkammer "9 führt eine Saugleitung 12 nach einem Sauggebläse 13, dessen Förderleitung 14 in den untern Teil des Heizbehälters zurückführt. Zuunterst am Behälter 1 befindet sich der Auslauf 15 für die behandelten Briketts mit Schliess klappe 1.6. Die Förderleitung 14 ist mit einer Erweite rung 17 versehen, in welche eine Kühlwasserzuleitung 18 mit Ventil 19 mündet. Das in die Erweiterung 17 mündende Ende der Wasserleitung 18 ist mit einer Sprühdüse versehen, um Kühlwasser in die Erweite- rung 17 hinein versprühen zu können.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt: Bei geöffneter Einlaufklappe 3 gelangen frischge- presste Briketts von der Brikettpresse oder gegebenen falls aus einem Vorwärmraum durch den Einlauf 2 in den Behälter. Nach Füllung des Behälters wird die Einlaufklappe 3 wieder geschlossen. Die in den Behäl ter eingefüllten Briketts haben beispielsweise eine Temperatur von 50-80 C. Nun wird das Sauggebläse 13 in Betrieb gesetzt und durch die Leitungen 11 und 12 Luft angesaugt, die lediglich zum Anlaufen des Vorganges anfangs auf 150 -200 erhitzt werden muss.
Die Luft wird durch die Leitung 14 unten in den Behälter mit der Brikettcharge eingeblasen, während oben im Behälter durch die Leitung 6 die Luft aus dem Behälter wieder abgeführt wird, die beim Durch strömen durch die Briketts diese aufheizt und sich selbst abkühlt.
Wenn die Briketts auf eine Temperatur von etwa 170 -200 gebracht worden sind und die heisse Luft in die Poren der einen regelmässig verteilten Hohl raumgehalt aufweisenden Briketts eindringt, dann wird der exotherme Oxydationsprozess zwischen dem Sauer stoff der Luft und den dünnen Bitumenfilmen eingelei tet, welche jedes Kohlepartikel umhüllen. Die Tempe ratur im Innern der Brikettmasse steigt von diesem Zeitpunkt ab von selbst weiter, weil sich infolge des Oxydationsprozess beim Härten der Briketts eine merkliche Temperaturzunahme ergibt, die jedoch 300 C nicht wesentlich übersteigen soll, da sonst eine Verbrennung der Briketts eintritt.
Die Maximaltempe ratur richtet sich nach der Kohleart bzw. nach der Temperatur, bei der sich die verwendete Kohle von selbst entzündet.
Zweckmässig werden an verschiedenen Stellen des Behälters Thermometer zur Messung der Temperatur der Brikettcharge angebracht, um den Härteprozess zu kontrollieren und seine Steuerung zu ermöglichen. Nachdem die Brikettcharge im unteren Teil des Behäl ters eine Temperatur von 200 -300 erreicht haben, kann der kontinuierliche Betrieb der Vorrichtung be ginnen. Beide Klappen 5 und 6 werden geöffnet, und in dem Masse als unten am Behälter gehärtete Briketts abgeführt werden, treten oben ungehärtete Briketts in den Behälter ein.
Diese besitzen eine Temperatur von etwa 50 -80 C entsprechend dem Abwärtswandern der Briketts im Behälter steigt deren Temperatur bis aui: etwa 300 im mittleren und unteren Teil des Be hälters. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, durchlau fen die Briketts eine Anzahl Zonen von verschiedener Temperatur. Zuerst befinden sich die ankommenden frischen Briketts in einer Aufheizzone in welcher ihre Temperatur von 50 bis auf etwa 170 steigt. Bei die ser Temperatur beginnt die Härtung. Dann durchlaufen die Briketts die eigentliche Härtungszone, in der sie durch den Oxydationsprozess bis auf etwa 300 erhitzt werden.
Nachdem die Härtung des Bindemittels vollzo gen ist, hört die exotherme Reaktion auf und es erfolgt eine langsame Abkühlung, so dass die Briketts am Auslauf 15 eine Temperatur von etwa 280 -290 C aufweisen.
Entsprechend dem Temperaturanstieg der durch den Behälter wandernden Briketts, wird auch die im Gegenstrom zu den Briketts durch den Behälter auf steigende Luft eine Temperaturveränderung erfahren. Die anfänglich mit einer Temperatur von 170 -20(l C zugeführte Frischluft erfährt infolge der durch die exo- therme Reaktion zwischen Sauerstoff und Bindemittel entwickelten Wärme ebenfalls einen Temperaturan stieg. Würde ständig Frischluft von dieser Temperatur zugeführt, so würde die Reaktion viel zu heftig verlau fen und die Briketts würden auf Verbrennungstempera tur gebracht werden.
Durch Zufuhr von kälterer Luft würde jedoch der Härtungsprozess im untern Teil des Behälters gestört oder verhindert werden. Es sind daher Massnahmen getroffen, um den Sauerstoffgehalt der zugeführten Luft zu vermindern und die exotherme Reaktion in dieser Weise zu steuern. Wenn die Temperatur in der Brikettmasse im Be hälter über 300 C ansteigt, so wird das Ventil 8 in der Leitung 7 geöffnet und das Ventil 5 der Leitung ge drosselt oder ganz geschlossen, so dass durch die Wir kung des Sauggebläses 13 die sauerstoffarmen Abgase aus dem obern Behälterteil durch die Leitung 7 abge saugt und über die Wirbelkammer 9 und die Leitung 12 zur Pumpe 13 geführt werden,
von wo sie wieder durch die Leitung 14 in die Brikettcharge im Behälter eingeblasen werden. Durch die Leitung 11 kann in der Wirbelkammer 9 den Abgasen gewünschtenfalls eine beliebige Menge Frischluft beigemengt werden. Da diese Abgase mit einer Temperatur von etwa 280 C aus dem Behälter abgesogen werden, müssen sie vor der Wiedereinführung in den untern Teil des Behälters gekühlt werden. Dies geschieht vorzugsweise durch Versprühen von Wasser in der Erweiterung 17 der Leitung 14. Es kann aber auch jede andere Art der Kühlung angewendet werden.
Im heissen Abgas ver dampft das eingesprühte Wasser und infolge der entzo genen Verdampfungswärme wird das Abgas gekühlt, so dass es wieder mit einer Temperatur von 170 -200 in den Behälter eingeblasen wird.
In dieser Weise kann die Temperatur in der Bri kettmasse im Behälter in den gewünschten Grenzen ge halten werden, damit während der Härtung keine Ver brennung der Briketts stattfindet, und durch die Steue rung der Durchlaufgeschwindigkeit der Briketts durch den Behälter mittels der Ein- und Auslaufklappen 5 und 6 kann die Zeitdauer der Wärmebehandlung ein gestellt werden, um den Briketts den gewünschten Här tegrad zu erteilen. Das unten mit etwa 170 -200 ein tretende Gemisch aus Frischluft, Abgas und Wasser dampf dient gleichzeitig als Kühlgas, d. h. es führt die beim Oxydationsprozess entstehende Wärmemenge in einem solchen Umfang ab, dass die Temperatur der Briketts nicht wesentlich über 300 steigt, d. h.
dass die Briketts nicht zu verbrennen beginnen können.
Method and device for hardening bituminously bonded shaped bodies, in particular briquettes The invention relates to a method for hardening bituminous bonded, small-piece shaped bodies, in particular briquettes, and also an application of the method and a device for implementing the method.
For the production of bituminous shaped bodies such as coal or ore briquettes, it has already been proposed to use the so-called impact mixing process for the preparation of the bituminous briquette mixture, which has become known for the preparation of bituminous rock mixtures for road construction.
After this mixing process, the graded fractions of dusty to granular solids are whirled up in a closed mixing container by means of throwing blades located on two counter-rotating shafts and placed in a temporary and loosened state of suspension in the upper part of the container, in which they are from above with high liquid pressure atomized, liquefied binder are sprayed. Due to the arrangement of the throwing blades, the solids are repeatedly swirled upwards, sprayed while in suspension and then fall down again to be picked up again by the blades and swirled upwards.
In this way, all solid particles are individually and evenly covered on all sides with a thin layer of binding material. This mixing process is z. B. in German Patent No. 933,497.
In the mixture produced in this way, in contrast to the known kneading-mixing processes, there is no free and excess binder between the individual solid particles, but the entire proportion of binder is in the mixture exclusively in the form of extremely fine skins that envelop the individual particles. As a result, there are small cavities filled with air between the individual particles, which are evenly distributed over the mass.
Even after the mixture has been pressed into shaped bodies, a certain amount of voids remains in the pressed body in the form of the smallest air cells that are connected to one another and are regularly distributed throughout the body.
This void content should be about 5 to 20% of the volume of the body. The pressed molded bodies are then exposed to the action of air at a temperature of about 200 ° C. in a heating chamber for a certain period of time. During this heat treatment, certain chemical and molecular changes take place in the thin bitumen films that envelop the solid particles due to the action of atmospheric oxygen on the bitumen, whereby the initially soft and meltable binder is gradually hardened until it is infusible.
Here, hardening is understood to mean the conversion of the initially thermoplastic moldings into a completely temperature-insensitive solid and hard state. The hardening process described here not only makes the binder in the moldings harder, but also infusible and insoluble in solvents.
With this method it is easily possible to cure smaller shaped bodies such as briquettes individually or in small amounts, and also in the case of coal briquettes to achieve a conversion to smoke-free and soot-free combustion of these briquettes.
Difficulties arise, however, when trying to cure larger briquette masses, as is practically required in briquetting plants with modern roller presses that have an hourly output of 10 and more tons of briquettes for a single press unit. When hardening briquettes in large heaps, it has been shown that a disproportionately long period of time is required to harden the briquettes that are produced in heaps. Even after several hours of heat treatment, the hardening of the binder proceeds only slowly into the interior of a heap of briquettes.
While the outer areas of a pile of bricks are already hard, the inner zones of the pile still remain soft. The reason for this phenomenon is to be found in the fact that the atmospheric oxygen present in the pore space of the briquettes or other moldings and in the spaces between the briquettes at the beginning of the hardening is insufficient to completely harden the binder films. Rather, atmospheric oxygen has to be constantly replenished into the pores.
This knowledge on which the invention is based makes it possible to understand why the briquettes in the inner zones of a briquette heap remain soft for a long time, while the briquettes in the outer layers of the heap are already completely hardened, ie. H. have become infusible and insoluble in solvents.
When hardening individual briquettes, the air can diffuse oxygen relatively easily from all sides into the pore space of the briquette; However, when it comes to the hardening of briquettes or other small shaped bodies in large piles, the atmospheric oxygen coming from outside can reach the pore spaces of the briquettes inside the pile much more slowly than the pore spaces of the briquettes in the outer zone of the pile.
The invention is also based on the idea that the renewal of the oxygen in the interior of a pile of pressed molded bodies required for hardening is not left to its own devices, but should be artificially accomplished in a short time and in an effective manner.
The method according to the invention is characterized in that the molded bodies produced and pressed from a mixture of solid particles with fusible bituminous binder, which have a regularly distributed void content of 5-20% of the volume of the body,
be brought as bulk material into a heat treatment container and an oxygen-containing gas at a temperature of 150-200 C over the entire cross-section of the mass is passed through it, whereby an exothermic oxidation process is initiated in the molding material by reaction of the oxygen with the binder in the molded body until the conversion of the binding agent has progressed so far that it has become completely or partially infusible and insoluble,
and the device is characterized by a heat treatment container with inlet and outlet locks for the molding compound to be hardened at opposite ends thereof and with an inlet for an oxygen-containing gas at one end of the container and an outlet for exhaust gas at the opposite end of the container.
According to a preferred embodiment of the process for treating such shaped bodies, in particular hard coal briquettes, the briquetting mixture of fine coal and bituminous binder is expediently processed with the aid of the already mentioned impact mixing process, for example using about 4% by weight of bitumen 80, processed.
The briquetting mixture arrives at a briquetting press, which presses briquettes under such pressure and at such a press temperature that a void content of about 5-20% of the volume of the individual briquettes remains in the pressed briquettes.
Preferably, smaller briquettes than the usual egg briquettes are produced, e.g. B. about nut-sized briquettes or in the form of small prismatic pieces. So that these briquettes burn practically without smoke or soot, they are subjected to a hardening process.
The ready-pressed, still hot or possibly preheated briquettes are placed, for example, in batches of several thousand kilograms in containers or heating chambers, at one end of which one or more suction lines leading to a suction pump are connected, while at the opposite end the container with the outside air is in Connection.
In order to harden the briquette batch, the atmosphere inside the container should be around 170 C. Then the suction pump is put into operation. Air is sucked out at one end of the container while fresh air is sucked into the container at the other end. If the temperature of the briquette charge in the container is less than 170, hot air of at least 170 is initially sucked into the container until the briquette charge has reached this temperature.
The suction exerted at one end of the container removes the air from the spaces between the individual briquettes and hot air from 170 flows through the briquette batch from the other end and thus reaches all the briquettes in the container evenly.
It has now been shown that when they click on e.g. B. 170-190 heated air penetrates into the pores of the shaped briquettes, and with the thin bitumen films, which cover the solid particles of the briquette, comes into contact, an exothermic reaction process begins inside the briquette and the temperature in the briquette increases. If, for example, the air is sucked out at the top of the container and fresh air is fed in at the bottom of the container at a temperature of 170-190, a significant increase in temperature initially occurs at the point at which the briquette is exposed to the air, which progresses in zones in the direction of the air flow from bottom to top.
The hardening of the binder in the briquette charge generally takes place at a temperature of 150-200. H. In the initially soft and fusible binder, changes of a chemical and molecular nature take place under the action of atmospheric oxygen, whereby the binder is gradually hardened to infusibility and becomes insoluble. Since the exothermic reaction stops after the binder has completely hardened, the already hardened zones of the briquette batch are cooled slowly.
In order to prevent the exothermic reaction inside the briquette mass exposed to the hardening process from developing so much heat that the temperature rises so high that the briquettes are burned, measures must be taken to prevent the amount of heat released and the resulting temperature rise can be controlled.
This can be done, for example, in that the extracted air, which has given up part of its oxygen content for the oxidation, is returned to the container in a continuous cycle, this air possibly being cooled before re-entry, for example by sprayed water. The water droplets evaporate in the hot exhaust gas and the exhaust gas cools down due to the evaporation heat removed. The resulting water vapor, which is then also in the exhaust gas flow, further lowers the percentage of oxygen in the exhaust gas.
By regulating the addition of fresh air, the oxygen supply for the hardening and thus the hardening itself can be timed. In addition, the amount of heat released as a result of the exothermic process can be dosed in such a way that the briquette temperature does not rise significantly above 300. The excess amount of heat is also simultaneously removed from the briquette batch container by the gas mixture of fresh air, exhaust gas and water vapor, when this gas mixture is sucked or blown through the briquette batch at the appropriate speed and with an inlet temperature of only approx. 160-200.
Experience has shown that to harden 1 ton of coal briquettes with approx. 4% by weight of bitumen 80, an amount of oxygen is required which roughly corresponds to an amount of fresh air of approx. 50-60m3 at 20. The amount of heat released heats the briquettes by around 100-150, so that at an initial temperature of 170, at which hardening begins, part of the amount of heat has to be dissipated so that the briquette temperature does not exceed 300.
The optimum temperature to achieve hardening of the briquettes is between 200 and 300, depending on the composition of the briquetting mixture. In this temperature range, the initially soft bitumen is hardened to infusibility and insolubility, and the briquettes treated in this way then burn with practically no smoke and soot formation and while maintaining their shape, like coal itself, of course.
The hardening process of the briquette can also be carried out continuously, and an example device for carrying out the method is shown in the drawing.
A thermally insulated heating container 1 has an inlet 2 with a closing flap 3. When the inlet is open, a batch of uncured briquettes comes from the briquette roller press into the container. At the top of the container, next to the inlet 2, a suction pipe 4 is connected, which branches out, with a valve 5 verse Hene line 6 leads away excess exhaust gas, if necessary in a preheating system for pressed, still uncured briquettes. The line 7 leads via a throttle valve 8 into a vortex chamber 9, into which a fresh air line 11 which can be closed by means of valve 10 also opens.
A suction line 12 leads from the swirl chamber 9 to a suction fan 13, the delivery line 14 of which leads back into the lower part of the heating container. At the bottom of the container 1 is the outlet 15 for the treated briquettes with closing flap 1.6. The delivery line 14 is widened tion 17, into which opens a cooling water supply line 18 with valve 19. The end of the water line 18 opening into the extension 17 is provided with a spray nozzle in order to be able to spray cooling water into the extension 17.
The method of operation of the device described is as follows: With the inlet flap 3 open, freshly pressed briquettes come from the briquette press or, if necessary, from a preheating space through the inlet 2 into the container. After filling the container, the inlet flap 3 is closed again. The briquettes filled into the container have, for example, a temperature of 50-80 C. Now the suction fan 13 is put into operation and air is sucked in through the lines 11 and 12, which only needs to be heated to 150-200 to start the process.
The air is blown through the line 14 below into the container with the briquette charge, while at the top of the container through the line 6, the air is discharged from the container again, which heats up when flowing through the briquettes and cools itself.
When the briquettes have been brought to a temperature of around 170-200 and the hot air penetrates the pores of the briquettes, which have a regularly distributed void content, the exothermic oxidation process between the oxygen in the air and the thin bitumen films is initiated, which envelop every coal particle. The temperature inside the briquette continues to rise by itself from this point on, because the oxidation process during hardening of the briquettes results in a noticeable increase in temperature, which, however, should not exceed 300 C, as otherwise the briquettes will burn.
The maximum temperature depends on the type of coal or the temperature at which the coal used ignites by itself.
It is advisable to attach thermometers to various points on the container to measure the temperature of the briquette batch in order to monitor the hardening process and enable it to be controlled. After the briquette charge in the lower part of the container has reached a temperature of 200-300, the continuous operation of the device can begin. Both flaps 5 and 6 are opened, and as hardened briquettes are discharged at the bottom of the container, uncured briquettes enter the container at the top.
These have a temperature of about 50 -80 C, corresponding to the downward migration of the briquettes in the container, their temperature rises to about 300 in the middle and lower part of the container. As shown in the drawing, the briquettes pass through a number of zones of different temperatures. First the incoming fresh briquettes are in a heating zone in which their temperature rises from 50 to around 170. Hardening begins at this temperature. The briquettes then pass through the actual hardening zone, in which they are heated up to around 300 by the oxidation process.
After the hardening of the binder is complete, the exothermic reaction stops and slow cooling takes place so that the briquettes at the outlet 15 have a temperature of about 280-290 ° C.
Corresponding to the rise in temperature of the briquettes migrating through the container, the air rising through the container in countercurrent to the briquettes will also experience a temperature change. The fresh air initially supplied at a temperature of 170 -20 (l C also experiences a temperature increase as a result of the heat developed by the exothermic reaction between oxygen and binding agent. If fresh air were continuously supplied at this temperature, the reaction would be much too violent oven and the briquettes would be brought to combustion temperature.
By supplying colder air, however, the hardening process in the lower part of the container would be disturbed or prevented. Measures are therefore taken to reduce the oxygen content of the air supplied and to control the exothermic reaction in this way. When the temperature in the briquette in the container rises above 300 C, the valve 8 in the line 7 is opened and the valve 5 of the line is throttled or completely closed, so that the low-oxygen exhaust gases from the through the action of the suction fan 13 the upper part of the container is sucked through the line 7 and passed through the vortex chamber 9 and the line 12 to the pump 13,
from where they are again blown through line 14 into the briquette charge in the container. Any desired amount of fresh air can be added to the exhaust gases through the line 11 in the swirl chamber 9, if desired. Since these exhaust gases are sucked out of the container at a temperature of about 280 C, they must be cooled before being reintroduced into the lower part of the container. This is preferably done by spraying water in the extension 17 of the line 14. However, any other type of cooling can also be used.
The water sprayed in evaporates in the hot exhaust gas and the exhaust gas is cooled as a result of the heat of evaporation removed so that it is blown back into the container at a temperature of 170-200.
In this way, the temperature in the briquette mass in the container can be kept within the desired limits, so that no combustion of the briquettes takes place during hardening, and by controlling the speed of the briquettes through the container by means of the inlet and outlet flaps 5 and 6, the duration of the heat treatment can be adjusted to give the briquettes the desired degree of hardness. The mixture of fresh air, exhaust gas and water vapor occurring at the bottom with about 170 -200 also serves as a cooling gas, d. H. it dissipates the amount of heat generated during the oxidation process to such an extent that the temperature of the briquettes does not rise significantly above 300, i.e. H.
that the briquettes cannot start to burn.