DD254957A5 - Aufbereitung fester brennstoffe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Aufbereitung fester Brennstoffe durch ein Verfahren zur Behandlung von Braunkohle, bei dem die Kohle Scherkraeften zur Erzeugung einer plastischen Masse ausgesetzt wird, die durch anschliessende Verfestigung und Trocknung in einen Brennstoff mit verbesserter Dichte und erhoehtem Heizwert umgewandelt werden kann, gekennzeichnet dadurch, dass der Wassergehalt der Kohle mehr als 54% betraegt und die Scherkraefte weniger als eine Stunde lang angewandt werden, wobei kuerzere Zeiten, zum Beispiel weniger als 30 Sekunden, bevorzugt werden. Eine bevorzugte Ausfuehrungsform betrifft ein kontinuierliches Verfahren, bei dem die Kohle in einer Maschine behandelt wird, in der die Kohle aufeinanderfolgenden Schritten von Scherung und Strangpressen in einer kontinuierlichen Form unterzogen wird. Das stranggepresste Produkt ergibt nach dem Trocknen einen Brennstoff mit verbesserter Dichte und erhoehtem Heizwert. Die erwuenschte Wirkung kann auch erzielt werden, wenn ein Teil einer Braunkohlenmenge behandelt und der behandelte Teil mit dem unbehandelten Rest der Menge vermischt wird.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung im Verfahren zur Aufbereitung von Braunkohle, das in unserer gleichfalls anhängigen australischen Patentanmeldung 24294/84 beschrieben wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Braunkohlen haben im abgebauten Zustand gewöhnlich einen Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von über 60% und sind im Rohzustand weiche, krümelige Stoffe geringer Dichte, die einen sehr minderwertigen Brennstoff darstellen.

Bestehende Verfahren zur Aufbereitung von Braunkohle umfassen Brikettierung und Sonnentrocknung.

Brikettierung stellt eine umfassend angewandte und seit langem bewährte Technologie für die Umwandlung von Braunkohle in einen harten Brennstoff mit einem höheren Heizwert dar. Die Verfahren umfassen im allgemeinen Trocknen der Rohkohle (wobei der Wassergehalt „im Abbauzustand" im allgemeinen über 55% beträgt) durch Anwendung von Wärmeenergie. Ein Wassergehalt von 18% wird normalerweise als Optimum für die anschließende Brikettierung angestrebt. Die getrocknete Kohle wird nach dem Abkühlen auf eine Temperatur von 40 bis 50⁰C in einer Strangpresse oder einer Walzenbrikettiermaschine gepreßt.

Bei diesem Verfahren wird viel Wärmeenergie zum Trocknen der Kohle gebraucht, und beträchtliche mechanische Arbeit mit dem damit verbundenen Verschleiß ist für den Brikettiervorgang erforderlich. Infolgedessen ist die Herstellung der Briketts, obwohl sie einen hochwertigen Brennstoff darstellen, entsprechend teuer.

In der Vergangenheit wurde die Sonnentrocknung von Braunkohle zur Erzeugung eines harten Produktes mit einem in der Größenordnung von 5 bis 10% liegenden Wassergehalt vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird rohe Braunkohle mit einem Wasserzusatz von 20 bis 25% in einer Kugelmühle bis zu 16 Stunden lang gemahlen. Die auf diese Weise erzeugte thixotrope Aufschlämmung wird anschließend in flache Becken geleitet, damit Wasser durch Sonneneinwirkung verdunsten kann. Während des Trocknens wird die Aufschlämmung hart, bekommt ein dunkles Aussehen und wird wasserbeständig (das heißt, der Feststoff wird bei Kontakt mitflüssigem Wasser nicht wesentlich abgebaut). Die Trockenzeit variiert in Abhängigkeit vom Wetter und kann ohne weiteres mehrere Monate betragen. Durch dieses Verfahren wird ein einigermaßen zufriedenstellendes Produkt gewonnen, das in der Qualität etwas variabel sein kann. Es ist hinsichtlich der Mahlzeit und der Exposition der Aufschlämmung in den Sonnenbecken ziemlich zeitaufwendig. Das längere Mahlen ist natürlich energieintensiv. Die in unserer gleichfalls anhängigen Anmeldung 24294/84 beschriebene Erfindung, die ein Verfahren zur Umwandlung von Braunkohlen in eine harte, verhältnismäßig dichte, feste Form von Brennstoff mit einem viel geringeren Restwassergehalt und einem wesentlich höheren Heizwert pro Masseeinheit betrifft, weist wichtige Vorteile gegenüber herkömmlichen Brikettierungsund Sonnentrocknungsverfahren 2ur Aufbereitung von Braunkohle auf.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung von Braunkohle zur Verfügung gestellt, wobei kürzere Behandlungszeiten gegenüber den Verfahren des Standes der Technik angewandt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Behandlung von Braunkohle bereitzustellen, das kürzere Behandlungszeiten aufweist.

Wie schon erwähnt, hat Rohkohle häufig einen Wassergehalt von über 60%, und ihr Heizwert ist daher entsprechend gering. Im Gegensatz zur herkömmlichen Brikettierung ist für die Entfernung des Wassers bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Zufuhr von Wärmeenergie erforderlich. Im Gegensatz zum Sonnentrockenprozeß ist kein zusätzliches Wasser für das Zerreiben der Kohle „im Abbauzustand" nötig; die Zeit für das Zerreiben ist erheblich kürzer, und der Schritt der endgültigen Trocknung dauert nur 3 bis 5 Tage und nicht mehrere Monate (je nach den Witterungsbedingungen). Man wird also feststellen, daß die alternativen Verfahren ziemlich unrationell sind und sogar unwirtschaftlich sein können.

Die Erfindung unserer gleichfalls anhängigen Anmeldung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle in einem ersten Zerreibungsschritt Scherungskräften ausgesetzt wird und nicht Mahlkräften. Durch diese Behandlung wird die Kohle zu einer Masse verdichtet, die beispielsweise durch Strangpressen zu einer kohärenten festen Form verfestigt werden kann, die für wirksames Trocknen und den Umgang damit zweckmäßig ist. Auf diese Weise hergestellte strangepreßte Pellets können dadurch getrocknet werden, daß sie einfach der Luft, vorzugsweise bei oder nahe Umgebungstemperatur, ausgesetzt werden. Obwohl die Darlegung in unserer gleichfalls anhängigen Anmeldung nicht auf eine Mindestzerreibungszeit der Braunkohle, die in der darin genannten Knet/Scherungs-Anlage zerkleinert wird, begrenzt ist, wurde damals angenommen, daß die erforderliche Dauer dieses Schrittes eher in der Größenordnung von Stunden als von Minuten liegen würde, und daher wurde darin vorgeschlagen, daß Zerreibungszeiten von über 1 bis 1V2 Stunden angemessen sein würden, und in einem spezifischen Beispiel wurde die Kohle 5 Stunden lang in einer Knetmaschine zerrieben.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß kürzere Behandlungszeiten für diesen Schritt auch ausreichen und sogar wirksamer sein können als die längeren in unseren vorausgehenden Arbeiten angewandten Zeiten.

Die Mindestzeit für Scherung-Zerreiben von Rohbraunkohle ist in dem Verdichtungsprozeß diejenige, die zur Erzeugung einer wahrnehmbaren Feuchtigkeit und einer plastischen Beschaffenheit in der Masse der Kohle ausreichend ist. In der Praxis wird der verlangte Zustand durch auf Erfahrungen beruhende visuelle Überprüfung ermittelt. Die Zeitdauer ist eine Funktion der Arbeitsgeschwindigkeit der Zerreibungsmaschine, der Intensität der durch die Maschine erzielten Scherwirkung und der Leistungsfähigkeit der Maschine bei der kontinuierlichen Beförderung der Kohle in die Scherzone.

Hinsichtlich der letzteren kann der Wassergehalt der Kohle kritisch sein; ist es zu gering geht die Leistungsfähigkeit der Maschine beträchtlich zurück. Aus Erfahrungen ist bekannt, daß Braunkohlen mit Wassergehalten von über etwa 60 Ma.-% optimale Scherungs-Zerreibungs-Merkmale aufweisen, wogegen Wassergehalte im Bereich von etwa 54% (oder weniger) ungenügend sind.

Unter Einsatz einer Sigma-Knetmaschine, die mit einer Knetwellengeschwindigkeit von 40 und 20 U/min und einem Rotor-Wand-Abstand von 0,3mm läuft, wurden verschiedene Braunkohlen aus Viktoria und Deutschland mit Erfolg bei Scherungs-Zerreibungszeiten von 30 Sekunden in einen extrudierbaren plastischen Zustand versetzt. Allerdings sollten 30 Sekunden nicht als die durch den erfindungsgemäßen Anspruch geforderte Mindestzeit angesehen werden, weil die Zeit in einem ganz beträchtlichen Ausmaß durch die Leistungsfähigkeit der zur Verfügung stehenden Maschine bestimmt werden wird. Jede Zeitspanne, die zur Umwandlung der Rohbraunkohle in einen extrudierbaren Zustand ausreicht, wird angemessen sein. Man sollte beachten, daß in der Praxis kurze Scherungs-Zerreibungs-Zeiten, die zu begrenzten Größenreduzierungen der Kohlepartikel führen, bis zu einem gewissen Grade durch die anschließende Anwendung hoher Strangpreßdrücke kompensiert werden können. Tatsächlich führt eine verhältnismäßig trockene plastische Masse zur Entwicklung hoher Drücke im Düsenbereich der Strangpresse.

Ein weiteres bevorzugtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel betrifft einen kontinuierlichen Scherungs-Strangpreß-Prozeß. Die jetzt beschriebenen sehr kurzen Zerreibungszeiten ermöglichen einen kontinuierlichen Betrieb, bei dem Braunkohle in kleinen Klumpen (5 mm oder weniger) kontinuierlich einer langsam laufenden (20 bis 40 U/min) Scherungs-Zerreibungs-M aschine vom Sigma-Typ zugeführt wird. Die Gestaltung der Maschine ist so ausgelegt, daß eine Verweildauer der Kohle in der Scherungszone in der geforderten Größenordnung (wie oben definiert) erreicht wird, bevor sie durch eine entsprechend angeordnete Austragsschnecke extrahiert wird. Die Austragsschnecke befördert die feuchte zerriebene Kohle zu dem Strangpreßkopf, der den geforderten Strangpreßdruck erzeugen kann und ausreichend feste Pellets ergibt, die beträchtliche Belastungen unmittelbar nach der Bildung aushalten können.

Die Erfindung betrifft daher eine Verbesserung in der in unserer gleichfalls anhängigen Anmeldung 24394/84 dargelegten Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kohle weniger als eine Stunde lang Scherkräften ausgesetzt wird, wobei sich günstige Wirkungen bei Behandlungszeiten von nur einer Minute oder weniger ergeben.

Bei der Maschine, die die oben beschriebenen Arbeitsgänge ausführt und eine darin befindliche Austragsschnecke und Strangpresse aufweist, handelt es sich um eine Sigma Knetmaschine HKS50, hergestellt von Janke & Kunkel, GmbH & Co., KH IKA-Werk Beingen.

Obwohl keinerlei Einschränkung durch einen vorgestellten oder hypothetischen Mechanismus für die beobachteten günstigen Wirkungen gemacht werden soll, hat es jetzt den Anschein, als obdie Verdichtung bei einer beträchtlichen Geschwindigkeit in dem Augenblick beginnen wird, in dem genügend gespaltene/abgescherte Kohleoberflächen zur Verfügung stehen. Das führt zu einer weiteren Verbesserung in Form eines kontinuierlichen Verfahrens, bei dem die Kohle in der Zerreibungs-(Scherungs)-Zone eine Verweildauer hat, die gerade für die Erzeugung eines Materials ausreicht, das wirksam in einer Hochdruck-Strangpreß- oder Preßanlage extrudiert werden kann.

Ausführungsbeispiele

Die erfindungsgemäße Verbesserung soll weiterhin durch die folgenden, nichteinschränkenden Beispiele erläutert werden:

Beispiel 1

Dunkle Lithotyp-Kohle von der Loy Yang Lagerstätte im LatrobeTal (Loy Yang 1276) wurde im Laufe verschieden langer Zeiträume zerrieben, und die durchschnittliche Druckfestigkeit der aus der resultierenden Masse gewonnenen Pellets wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, daß

— Pellets mit guter Festigkeit bei Anwendung von Zerreibungszeiten von 5 Minuten oder weniger hergestellt werden können,

— der Strangpreßdruck die Pelletfestigkeit sehr wirksam erhöht (eine Strangpresse von 3 mm Durchmesser ergibt Pellets, die etwa dreimal fester sind als die mit einer Strangpresse von 10 mm Durchmesser erzeugten),

— selbst wenn keine Zusatzstoffe vorhanden sind, gibt es Anzeichen für Maxima und Minima in den Kurven der Pelletfestigkeit über der Zerreibungszeit.

Die visuelle Beobachtung im Laufe der Versuche ergab, daß 5 bis 10 Minuten lang geknetete Kohle zwar keine nasse plastische Konsistenz hatte, daß sie aber trotzdem feucht geworden war und eine gewisse plastische Beschaffenheit — wahrscheinlich genügend für ein wirksames Strangpressen — hatte. Selbst kürzere Zerreibungszeiten müßten denkbar sein. Die mit der Strangpresse von 3 mm Durchmesser erzeugten hohen Strangpreßdrücke reichen gelegentlich aus, daß eine getrennte Wasserphase erscheint. Die stranggepreßten Pellets sind'ziemlich kohärent und kleben nicht aneinander, ein Zeichen dafür, daß sie zu einer beträchtlichen Höhe ohne nachteilige Wirkungen angehäuft werden können.

Angesichts der Daten und der oben genannten Beobachtungen wird die Schlußfolgerung gezogen, daß qualitativ hochwertige verdichtete Pellets ausflöz-feuchter Kohle unter Anwendung von Zerreibungszeiten von nur wenigen Minuten erzeugt werden können, vorausgesetzt, daß eine leistungsfähige Maschine eingesetzt wurde, die die Kohle ständig in der Scherungszone hielt und in der der Abstand zwischen den festen sich bewegenden Flächen so gering war (in der Größenordnung von 0,3mm), daß sich hohe Scherung ergab, und daß verhältnismäßig hohe Strangpreßdrücke angewandt wurden, um die Kohleteilchen in enge Nachbarschaft zu drücken.

Die Erfahrungen mit der Knetmaschine, die etwa IV2 bis 2 Jahren im ständigen Einsatz war, ergaben, daß der Verschleiß in der Zerreibungsmaschine sehr gering war. Offensichtlich sorgt die inder Kohle vorhandene Feuchtigkeit wirksam für eine Schmierung, und auch die geringe Maschinengeschwindigkeit mag dazu beitragen. Die gleiche Erklärung gilt für die sich gewöhnlich entwickelnde Wasserphase, die den Strangprozeß erheblich unterstützt.

Beispiel 2

Eine weitere Reihe von Versuchen wurde unter Einsatz von Narracan (N 3372)-Kohle mit einem auf 60% standardisierten Wassergehalt durchgeführt. Es wurde kein Zusatzmittel verwendet. Die durchschnittlichen Druckfestigkeiten bei verschiedenen Knetzeiten sind in der beigefügten Figur 2 dargestellt. Die Ergebnisse stimmen im allgemeinen gut mit denen überein, die mit dunkler Lithotyp-Kohle von Loy Yang erzielt wurden. Zerreibungszeiten von nur fünf und zehn Minuten wurden zu dem zuvor untersuchten Bereich hinzugenommen. Die Knetmaschine wurde mit dem sigma-förmigen Kopf eingesetzt, der einen maximalen Scherungsgrad ergibt, weil er garantiert, daß die Kohle die gesamte Maschinenzeit in einer Scherungszone verbleibt. Das Strangpressen wurde mit einem handbetriebenen Schneckenextruder vorgenommen, der abwechselnd mit Düsen von 10mm und 3 mm Durchmesser ausgestattet wurde.

Figur 2 zeigt, daß verwendungsfähige Pellets mit ausreichender Festigkeit bei den Zerreibungsversuchen von fünf und zehn Minuten erzeugt wurden. Das gilt vor allem bei den mit der Düse von 3 mm Durchmesser erzeugten hohen Strangpreßdrücken. Bei diesen Kurzzeit-Versuchen, bei denen die Kohle nicht genügend Zeit hatte, um einen erheblich feuchten Zustand anzunehmen, ließ sich die Kohle zufriedenstellend strangpressen und ergab kohärente Pellets, die beträchtliche Belastungen ohne Verformung aushalten konnten.

Wenn höhere Festigkeiten für in kurzen Zerreibungszeiten hergestellte Pellets gefordert werden, dann könnten diese durch folgende Maßnahmen erzielt werden:

(a) Eine schnellere Zerreibungsmaschine zur Erzeugung kleinerer Partikel bei einer bestimmten Verweildauer und daher verbesserte Verdichtung,

(b) höhere Strangpreßdrücke, um eine weniger wirksame Zerreibung bis zu einem gewissen Grade zu kompensieren, und von denen man erwarten konnte, daß sie den Strangpreßprozeß unterstützen oder

(c) einen Zusatzstoff wie Ammoniumhydroxid (0,1 bis0,5%).

Eine weitere Erläuterung der allgemeineren erfindungsgemäßen Aspekte ist in der Beschreibung unserer gleichfalls anhängigen Anmeldung 24294/84 zu finden, und die gesamte Darlegung dieser Beschreibung ist durch diesen Querverweis in die vorliegende Beschreibung einbezogen.

Es dürfte klar sein, daß die Erfindung in ihren allgemeinen Aspekten nicht auf die oben dargelegten spezifischen Einzelheiten beschränkt ist.

Claims (10)

1. Aufbereitung fester Brennstoffe durch ein Verfahren zur Behandlung einer Menge von Braunkohle, gekennzeichnet dadurch, daß die Kohle Scherkräften zur Erzeugung einer plastischen Masse ausgesetzt wird, die durch anschließende Verfestigung und Trocknung in einen Brennstoff mit verbesserter Dichte und erhöhtem Heizwert umgewandelt werden kann, wobei der Wassergehalt der Kohle mehr als 54% beträgt und die Scherkräfte weniger als eine Stunde angewandt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Braunkohle in einem ersten Schritt Scherkräften ausgesetzt wird, um eine plastische Masse zu erzeugen, die plastische Masse in einem zweiten Schritt verfestigt wird, um eine verfestigte Massezu erzeugen und die verfestigte Masse in einem dritten Schritt zur Gewinnung eines trockenenProduktes mit verbesserter Dichte und erhöhtem Heizwert getrocknet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil der genannten Menge weniger als eine Stunde Scherkräften ausgesetzt wird und der so behandelte Teil mit dem Rest der genannten Menge vermischt wird, um die plastische Massezu erzeugen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Scherkräfte weniger als eine Minute angewandt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Scherkräfte weniger als 30 Sekunden angewandt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2,4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte Braunkohlenmenge durch Strangpressen der plastischen Masse verfestigt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2,4, 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß die verfestigte Masse bei oder nahe Umgebungstemperatur getrocknet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Braunkohlenmenge Scherkräften ausgesetzt wird und in einer Maschine verfestigt wird, die sie aufeinanderfolgenden Schritten von Scherung und Strangpressen in kontinuierlicher Form unterzieht.

9. Verfahren nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß es des weiteren den Schritt des Trocknen des Produktes des Anspruches 8 umfaßt, um einen Brennstoff mit verbesserter Dichte und erhöhtem Heizwert zu erzeugen.

10. Braunkohle, gekennzeichnet dadurch, daß sie das Produkt eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.