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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Förder-, Transport- und Lagereigenschaften eines agglomerierten Rohmaterials, vorzugsweise in Form von Pellets.
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Aufgrund des mittelfristigen Wegfalles dieses Verwertungsweges müssen neue Wege für eine Nutzung in verschiedenen Industriefeuerungen realisiert. Für die in Raffinerien bei der Schwerölvergasung anfallenden Pellets müssen mittelfristig neue Wege für eine Nutzung in verschiedenen Industriefeuerungen realisiert werden. Ein zentrales Problem beim Erzielen eines dem extrem hohen Heizwert angemessenen Preises im Wärmemarkt ist die ölig/schmierige Konsistenz solcher Pellets, welche die für Festbrennstoffe üblichen logistischen Wege erheblich einschränkt. Erschwerend kommt die bei unsachgemäßer Lagerung bekannte immanente Gefahr der Selbstentzündung der Rußpellets hinzu. In diversen Industriezweigen werden Kohlenstäube eingesetzt, zu nennen sind Zementindustrie, Stahlerzeugung, Kalkindustrie, Asphalt-Mischindustrie, Heizkraftwerke oder Trocknerbetriebe. Mit hoher Wahrscheinlichkeit ist auszuschließen, dass Roh- oder Rußpellets unvermischt in großen Transporteinheiten, z. B. über den Weg der Binnenschifffahrt oder mit der Bahn zu einem weit entfernten Verbraucher transportiert werden können, zumal diese Wege selbst bei schonendstem Umschlag die Qualität durch Verklumpungen und Verbacken massiv beeinträchtigen. Darüber hinaus kommt es bei der Lagerung, beim Umschlag mit Greifern etc. zu einer unerwünschten Verdichtung der Pellets, sodass die Gefahr der Selbstentzündung extrem ansteigt und der Transportweg kontinuierlich überwacht werden muss. Es kommt sogar noch hinzu, dass vom Lagerhalter eine Einstufung der Wassergefährdungsklasse vorzunehmen ist und anhand des Ölanteiles ist nicht davon auszugehen, dass eine offene Lagerung entsprechend den Kohlen üblichen Wassergefährdungsklasse vorgenommen werden darf. Weiterhin muss zunächst der Transport per LKW bevorzugt betrachtet werden, was wiederum den Kreis der potenziellen Abnehmer aus Kostengründen eng begrenzt. Konsistenz, Förderverhalten etc. sprechen für eine orts- und zeitnahe thermische Verwertung von unbehandelten Rußpellets, wobei die Selbstoxidation und die öligen Bestandteile die logistischen Möglichkeiten erheblich einschränken. Der enorme Heizwert wird somit praktisch durch die problematischen Transport- und Lagereigenschaften kompensiert. Der Wirtschaftlichkeit dank des hohen Heizwertes beim Einsatz von Rohpellets stehen zusätzliche Mischkosten, Kosten für genehmigungsrechtlichen Aufwand und für den Transport entgegen.
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Damit stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Optimierung der Förder-, Transport- und Lagereigenschaften eines verdichteten Industriebrennstoffs zu schaffen, das dessen Handhabung einfacher und sicherer macht.
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Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass die Pellets unter Verbleib einer Ummantelung um diese Pellets einer Durchmischung mit einem Brennstoffstaub unterzogen werden und dass aus dem auf diese Weise erhaltenen Zwischenprodukt durch Kompaktierung und/oder Versprödung unter weiterer Zugabe von Brennstoff ein Brennstoffpellet oder -brikett erzeugt wird.
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Es geht dabei um ein Verfahren mit dem Ziel, die bei der Schwerölvergasung auf den Raffinerien anfallenden Ruße einer weiteren thermischen Verwertung zuzuführen. Dieses besteht darin, diese Ruße mit Schwerölen zu pelletieren und diese Pellets in nahegelegenen Kraftwerken in geringen Mischanteilen z. B. mit Steinkohlen zu verfeuern. Grundsätzlich geht es Raffinerien darum, den bei der So-Vergasung anfallenden Ruß zu verwerten, um diesen nicht entsorgen zu müssen.
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Das sogenannte Coaten, in diesem Falle die Ummantelung der Pellets mit geeigneten Brennstäuben in hierfür ausgelegten Mischern erweist sich als probater Weg, die problematische Konsistenz der Pellets hinsichtlich Lagerung, Umschlag oder Transport zu optimieren. Hierzu wird das Rohmaterial in Form von rund 10% bis 20% Feststoffen, ca. 60% bis 70% Ölen sowie etwa 3% bis 4% Rußwasser mit einem Staub durchmischt, welcher nach Abschluss des Prozesses als Ummantelung der Pellets dient und welcher der eigentlichen ölig-schmierigen Konsistenz der Pellets entgegenwirkt. Dadurch werden die Förder-, Transport- und Lagereigenschaften der Pellets und/oder Briketts deutlich verbessert und ihrer Neigung zum Verkleben zu größeren Klumpen wird entgegengewirkt, sodass ein blasfähiger Brennstoff geschaffen ist. Das sogenannte Coaten entspricht dem Ummanteln der Ölpellets mit Brennstoffstaub, um diese überhaupt erst einmal handlingsfähig zu machen, ohne die Brennstoffeigenschaften wesentlich zu verschlechtern, so der erste Schritt, welcher u.a. das Handling bezüglich der Transport- und Siebeigenschaften des schüttgutartig handhabbaren Zwischenproduktes maßgeblich verbessert. Es bleibt jedoch bei der Gefahr der Selbstentzündung dieses Materials.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch die Kompaktierung und/oder Versprödung unter weiterer Zugabe von Brennstoffstaub und Bindemittel ein Brennstoffpellet oder-brikett erzeugt wird. Für den Ummantelungsprozess hingegen ist die Zugabe von Bindemitteln in der Regel nicht erforderlich.
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Es ist davon auszugehen, dass es genügt, wenn die Staubzugabe bei der Ummantelung bei 5% bis 20%, vorzugsweise bei 10% bis 15% liegt, während ab Anteilen von über 20% Staubzugabe wieder mit Entmischungen zu rechnen ist.
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Anders dann der Prozess der Kompaktierung/Versprödung. Bei diesem Verfahrensschritt ist davon auszugehen, dass die Staubzugabe bei der Kompaktierung und/oder Versprödung bei über 50%, vorzugsweise bei über 60% liegt. Es ist also erforderlich, dass vor der Pelletierung bzw. Brikettierung noch einmal rund 40% und mehr Staub hinzugegeben werden müssen.
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Grundsätzlich sollte das Coaten/Ummanteln als erster Schritt und das anschließende Kompaktieren/Verspröden als zweiter Schritt nicht mit dem gleichen Staub durchgeführt werden, mit anderen Worten, die Ummantelung und die Kompaktierung und/oder Versprödung sollten mit einem Staub unterschiedlicher Zusammensetzung durchgeführt werden. Dabei ist naturgemäß davon auszugehen, dass beide Vorgänge umso besser ablaufen, je feiner der Staub ist. Weiterhin werden durch die Zugabe des Staubes die brennstofftechnischen Eigenschaften maßgeblich beeinflusst.
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Nach einer alternativen Ausführungsform kommt in Frage, dass die Ummantelung und die Kompaktierung und/oder Versprödung mit einem Staub gleicher Zusammensetzung durchgeführt werden.
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Die Trennung beider Mischvorgänge macht naturgemäß nur Sinn, wenn die Anlagen auch lokal getrennt sind, wenn also z. B. die Brikettierung an einem anderen Standort vorgenommen wird. Es ist also unter diesen Voraussetzungen sinnvoll, wenn die Ummantelung und die Kompaktierung und/oder Versprödung in unterschiedlichen Anlagen oder Standorten durchgeführt werden
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Die Ummantelung und die Kompaktierung und/oder Versprödung können auch in derselben Anlage durchgeführt werden. Das Coaten an der Anfallstelle, verbunden mit dem Weitertransport der gecoateten Pellets erweist sich allerdings als aufwendig, zumal diverse Aggregate wie Silos oder Mischer doppelt vorgehalten werden müssten.
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In einem zweiten Schritt wird das Zwischenprodukt Pellets und/oder Briketts durch Kompaktierung und/oder Versprödung unter weiterer Zugabe von Staub und Bindemitteln zu einem Brennstoffpellet oder - brikett erzeugt. Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung also sind zunächst nur die beiden Schritte Ummantelung/Coaten und Kompaktierung/Versprödung entscheidend. Aus den konditionierten Vorpellets wird durch Kompaktierung und/oder Versprödung unter weiterer Zugabe von Staub und Bindemitteln ein dann fertiges Brennstoffpellet oder -brikett erzeugt. Gleichzeitig wird die Gefahr der Selbstentzündung dank dieses Verfahrensschritts komplett eliminiert. Dieses Zwischenprodukt verfügt über eine Mahlfeinheit von ca. ??? µm, nachdem der Staub das überschüssige Öl bindet. Prinzipiell ist mit diesen beiden Verfahrensschritten, Ummantelung einerseits und Kompaktierung und/oder Versprödung andererseits bereits ein Produkt geschaffen, dass dank des Coatens verbesserte Handlingsfähigkeit mit sich bringt, ohne die Brennstoffeigenschaften nennbar zu verschlechtern. Geschaffen ist ein fertiges Brennstoffpellet oder -brikett, das zugleich die Gefahr der Selbstentzündung deutlich reduziert.
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Empfehlenswert ist aber unabhängig davon ein dritter Verfahrensschritt dahingehend, dass die somit erzeugten Brennstoffpellets und/oder -briketts zu einem handelsüblichen Kohlenstaub ähnlichen Endprodukt in einer Mahlfeinheit von ca. 10% bis 15% > 90 µm zerkleinert werden. Bei Petrolkoksstaub liegt diese Mahlfeinheit bei ca. 5% > 90 µm und für Braunkohlenstaub bei etwa 40% > 90 µm Unter diesen Voraussetzungen kann der Kohlenstaub nicht mehr selbsttätig oxidieren. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass die Zerkleinerung der zuvor erzeugten Brennstoffpellets und/oder -briketts zielgerichtet stattfindet.
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Es empfiehlt sich daher, dass die Brennstoffpellets durch punktuellen Kontakt mit einer Vorrichtung zerkleinert werden. Hier gilt es, durch Prallenergie einen möglichst partiellen Kontakt zu erreichen, kein Mahlen, Walzen oder Mühlen-Allenfalls bieten sich sogenannte Stiftsmühlen an, in denen das Mahlgut zentrisch durch einen Mittelkanal auf einen schnell rotierenden Mahlteller aufgegeben wird. Auf dem Weg zum Außenring, der als Siebring ausgebildet ist, prallt das Mahlgut auf Stifte, Messer, Winkel oder andere Zerkleinerungswerkzeuge, sodass durch die Prallenergie auch verformbare Materialien gespalten werden können. Zusätzlich ergibt sich durch die extrem hohen Umfangsgeschwindigkeiten ein hoher Selbstreinigungseffekt. Gute Ergebnisse konnten in Stiftsmühlen erreicht werden - Feinheiten maximal 20 % unter 0,5 mm -Rest verteilt bis 4 mm. Danach kann durch eine Schutzsiebung das dann noch verbleibende Überkornteil wieder in die Mühle zurückgeführt werden. Sogenannte Ultrarotoren schaffen es alternativ sogar, Feinheiten bis zu 100 % < 0,09 mm zu erzielen.
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Es konnte bei Tests überzeugend dargestellt werden, dass eine optimale Benetzung der Oberfläche der Pellets realisiert ist, wenn die Pellets einer Durchmischung mit einem Staub im Verhältnis von 60/40 bzw. 80/20 unterzogen werden. Dabei entstehen als Schüttgut bestens geeignete Pellets, die problemlos in den relevanten Industriebereichen eingesetzt werden können, etwa in der Zementindustrie oder im Rahmen der Stahlerzeugung.
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Die denkbaren Wege einer möglichen Verwertung bedingen es, verfahrenstechnische Wege zu schaffen, um das in der Raffinerie entstehende Rohpellet „in situ“ so zu modifizieren, dass deutlich bessere Handlingseigenschaften erreicht werden, um entsprechend den üblichen Festbrennstoffen eingesetzt werden zu können. Insofern ist es primäres Ziel, im ersten Schritt die Klebrigkeit der Oberfläche der Pellets weitgehend zu beseitigen, um ein rieselfähiges Produkt zu erzeugen. Daher sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass stark reaktive Pellets und reaktionsträge Stäube einer Durchmischung unterzogen werden. Dabei wird also die ölhaltige Oberfläche der Pellets großflächig versiegelt. Die extreme Zündfähigkeit macht den Zukauf von reaktionsträgen, niedrigflüchtigen Mischkomponenten erforderlich, sodass die Oberfläche ihre ölig/schmierige Konsistenz verliert. Hingegen werden die Fördereigenschaften der Pellets deutlich verbessert. Mischversuche im Labormaßstab haben gezeigt, dass bei einer Zugabe etwa von Petrolkoksstaub von ca. 20 Gew. % die gecoateten Pellets siebfähig wurden, sodass nach dem kombinierten Vorgang des Mischens und Siebens ein definiertes Kornband entsteht.
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Eine weitere Erkenntnis aus Versuchen ist, dass die Zündung unmittelbar mit einer vollständigen Verbrennung in sehr kurzer Zeit einhergeht. Dabei ist nicht erkennbar, dass bei der Oxydation der Pellets einzig und allein der Anteil sowie die Zusammensetzung der eingesetzten Schweröle reaktionskinetisch ausschlaggebend sind. Dass die reaktive Oberfläche der für eine Zündung notwendigen Sauerstoffanlagerung durch das Ummantelungsverfahren mit einem reaktionsträgen Staub verringert wird, geht mit dieser Erkenntnis einher.
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Ein wesentlicher Aspekt in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt in der Durchmischung. Am zweckmäßigsten ist es, wenn die Pellets in einer Pelletierpresse einer Vermischung unterzogen werden. Gedacht ist insbesondere an den Einsatz einer Kollergangpresse, die gegenüber anderen Agglomerationsaggregaten den Vorteil aufweist, dass während des Vorganges noch eine intensive Durchmischung mehrerer Materialien auf der Matritze erfolgen kann. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Anforderungen an eine möglichst optimale vorgeschaltete Durchmischung reduziert werden können. Zugleich kann durch die Auswahl kleinerer Lochdurchmesser die Verweilzeit und somit die Vermischung optimiert werden. Die Pelletierpresse erweist sich gegenüber einer Brikettiermaschine zusätzlich als geeignet, weil die gesamte Anlage kontinuierlich betrieben werden kann, dank eines weniger anspruchsvollen vorgeschalteten Mischvorgangs.
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Eine weitere Maßnahme sieht vor, dass der Pelletierpresse während des Durchmischungsprozesses Bindemittel in fester und/oder flüssiger Form zugeführt wird. Man kann davon ausgehen, dass bei der Wahl eines geeigneten Bindemittels in der Pelletierpresse bereits in einem ersten Schritt pneumatisch förderbare Pellet-Brennstoffe erzeugt werden können, welche sich dadurch auszeichnen, dass sie in die Drehrohröfen der Zementindustrie eingeblasen werden können. Für die anschließende Kompaktierung, Extrudierung und/oder Brikettierung werden dem Mischer die angesprochenen Bindemittel zugeführt. Bei Chargenbetrieb dient als Führungsgröße das im Vorlagebehälter vorgegebene Gewicht bzw. die Füllhöhe des Behälters. Im kontinuierlichen Betrieb soll die Zugabe in Abhängigkeit von der Fördereinrichtung, insbesondere von der Drehzahl der Förderschnecken erfolgen.
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Konkret verhält es sich beispielsweise so, dass dem Mischer während des Durchmischungsprozesses Bindemittel in Form von Cellulosen/Stärken von 2% bis 6%, vorzugsweise von 3% bis 5% zugeführt wird. Hierzu werden die Ausgangsmaterialien Staub, Rußpellet und Bindemittel vor der Brikettierung in einem Chargenmischer intensiv vermischt. Als Ergebnis entstehen formstabile Briketts, die analog zu Steinkohlen mit üblichen Transportmitteln zum Endverbraucher geliefert werden können und dort mit einfachen Maßnahmen mit Steinkohle vermischt und verfeuert werden können. Die produzierten Eierbriketts sind abriebfest, auch bei größeren Fallhöhen zeigen sich keine Neigungen zur Bruchbildung.
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Ein letzter Schritt ist die Feinzerkleinerung mit Zielrichtung der direkten Substitution von Staubkohle. Dazu werden nach dem Durchmischungsprozess die mit einer Ummantelung versehenen Pellets einer Feinzerkleinerung unterzogen, wobei Feinheiten von ca. 80% kleiner 2 mm erzielt werden können.
Aufgrund der immer noch vorhandenen Verformbarkeit sowohl der Pellets als auch der Eierkohle können nur geeignete Mühlentypen eingesetzt werden. Die Veredlung wird dann abgeschlossen, indem aus den Agglomeraten ein Brennstaub produziert wird, der als Konkurrenz zum Braun- oder Steinkohlenstaub vermarktet werden kann.
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Ein geeigneter Verfahrensschritt sieht ferner vor, dass das Gemisch einer Feinzerkleinerung in einer Stifts- oder einer vergleichbaren Mühle unterzogen wird. Geeignet ist etwa ein Mühlentyp, der nur mit Prallenergie arbeitet. Das Mahlgut wird in diesen Mühlen zentrisch durch einen Mittelkanal auf einen schnell rotierenden Mahlteller aufgegeben. Auf dem Weg zum Außenring, der als Siebring ausgebildet ist, prallt das Mahlgut dann auf Stifte, Messer, Winkel oder andere Werkzeuge und Einbauten, die zur Zerkleinerung de Mahlgutes dienen sollen. Durch die extrem hohen Umfangsgeschwindigkeiten ist zudem ein hoher Selbstreinigungseffekt gegeben.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Eine solche Anlage ist gekennzeichnet durch ein Agglomerationsaggregat in Form einer Pelletierpresse, vorzugsweise einer Kollergangpresse oder einer Brikettiermaschine.
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Durch die Agglomeration zu Pellets erzielt man vergleichbare Handlingseigenschaften zu handelsüblichen Steinkohlen. Die Tendenz zur Selbstentzündung der Rohpellets kann durch die Auswahl eines reaktionsträgen Kohlenstaubes wie Anthrazitstaub oder Petrolkoksstaub massiv reduziert werden. Es ist zudem möglich, Pellets so zu erzeugen, dass sie normal wie staubförmige Brennstoffe gehändelt werden können.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als Bindemittel Petrolkoksstaub, Steinkohlenstaub, Braunkohlenstaub und/oder Anthrazitstaub dient, nämlich Petrolkoksstaub in einer Mahlfeinheit von 5% > 90 µm, Steinkohlenstaub 10% bis 15% > 90 µm und Braunkohlenstaub 40% > 90 µm.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass Rußpellets als Rohstoffkomponente für die Herstellung eines blasfähigen Brennstoffes auch als Alternative zu dessen Entsorgung genutzt werden können, um auf diese Weise eine größtmögliche Wertschöpfung zu erzielen. Hierzu soll es in einem ersten Schritt zur Agglomeration der Rußpellets durch Brikettieren oder Pelletieren mit Kohlenstaub kommen. Der erste Schritt umfasst das Coaten/Ummanteln der Ölpellets mit Brennstoffstaub, um diese überhaupt erst einmal handlingsfähig zu machen, ohne die Brennstoffeigenschaften wesentlich zu verschlechtern. Ziel ist die Erzeugung eines einstückigen Brennstoffs, der analog zu normalen Steinkohlen gelagert und transportiert werden kann. Aus den konditionierten Vorpellets wird in einem zweiten Schritt durch Kompaktierung und Versprödung unter weiterer Zugabe von Staub und Bindemitteln ein fertiges Brennstoffpellet oder -brikett erzeugt, wodurch gleichzeitig die Gefahr der Selbstentzündung komplett eliminiert wird. In einem letzten Schritt wird versucht, diesen Brennstoff wieder auf für eine Verfeuerung ausreichende Feinheit zu zerkleinern, wodurch es zudem ermöglicht werden soll, den so erzeugten Staub als Substitut zu Braunkohlen- bzw. Steinkohlenstaub zu verwenden. Es gilt, dass die Oberfläche der Pellets ihre schmierige Konsistenz verlieren soll, was zu einer Verbesserung der Fördereigenschaften entscheidend beiträgt. Gleiches gilt für die Neigung zum Verkleben zu größeren Klumpen. Dabei soll die reaktive Oberfläche der für eine Zündung notwendigen Sauerstoffanlagerung durch das erfindungsgemäße Ummantelungsverfahren mit einem reaktionsträgen Staub entscheidend verringert werden. Durch Kompaktierung und/oder Versprödung kann unter weiterer Zugabe von Brennstoffstaub oder Bindemittel ein Brennstoffpellet oder -brikett erzeugt werden, wobei die bevorzugte Staubzugabe bei der Ummantelung bei 10% bis 15% liegt, beim Schritt der Kompaktierung und/oder Versprödung allerdings bei über 60%. Denkbar ist die Durchführung der Kompaktierung und/oder Versprödung mit einem Staub unterschiedlicher oder identischer Zusammensetzung. Ebenso können Ummantelung und Kompaktierung und/oder Versprödung in derselben oder unterschiedlichen Anlagen durchgeführt werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist.
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Die Figur zeigt eine grobe Prinzipskizze für eine Brikettieranlage für Ersatzbrennstoffe. Mit 1 ist ein Silo zur Vorhaltung von Staub bezeichnet, welcher dann über die Förderschnecke 3 zum Wiegebehälter 4 gefördert wird. Gleiches gilt für den Vorlagebunker 2 und die Förderschnecke 11, ebenfalls zuständig für den Transport zum Wiegebehälter 4. An diesen schließt sich der Mischer 7 mit den vorgeschalteten Dosierbehältern 5 für flüssiges und 6 für festes Bindemittel und daran die Brikettiermaschine 8 an. Letztere mündet in die Siebmaschine 9, von der aus ein Förderband 10 mit Kühlstrecke in Richtung Fertiggut führt. Für das Unterkorn ist noch ein Bypass 12 vorgesehen.
