DE10207811A1

DE10207811A1 - Verfahren zur Herstellung von Presskörpern

Info

Publication number: DE10207811A1
Application number: DE2002107811
Authority: DE
Inventors: Gunter Spiegelhauer
Original assignee: DRECHSLEREI SPIEGELHAUER oHG
Current assignee: DRECHSLEREI SPIEGELHAUER oHG
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2003-09-11
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: DE10207811B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens gehörende Anordnung zur Herstellung von Presskörpern aus losem, pulverförmigen, rieselfähigem und/oder durchfeuchtetem Ausgangsmaterial, vorzugsweise von Pflanzenresten und insbesondere von Holzspänen, wobei das durchfeuchtete Ausgangsmaterial in einer endlichen Zahl von Pressendurchläufen soweit entfeuchtet wird, dass in sich stabile Presskörper, vorzugsweise sogenannte Pellets, erzeugt werden können.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet Verwendung bei der Herstellung von Presskörpern aus losem, pulverförmigem, rieselfähigen und/oder durchfeuchtetem Ausgangsmaterial.
Das Verfahren findet vorzugsweise Verwendung bei der Herstellung von Presskörpern aus feuchten Holzspänen.
Die erfindungsgemäße Anordnung findet Verwendung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Stand der Technik

Es ist allgemein bekannt, Stoffe, die als Pulver, Haufwerk, in schütt- und rieselfähiger, fließfähiger oder pastöser Form oder als Gemisch mit vergleichbaren Eigenschaften vorliegen, durch Pressen zu komprimieren. Auf diese Weise werden beispielsweise Tabletten erzeugt oder Grünfutter, Heu oder Stroh durch Pelletieren im Volumen stark verdichtet und damit die Handhabbarkeit verbessert und das Lagervolumen erheblich vermindert. Allgemein werden dazu so genannte Kollerpressen eingesetzt.
Dabei ist bekannt, dass eine zuverlässige Pelletierung stark vom Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsstoffes abhängig ist. So wird beispielsweise in DE 34 32 780 A1 eine zusätzliche Anfeuchtung des Ausgangsstoffes vorgeschlagen. In DD 144 230 A1 wird festgestellt, dass organische und insbesondere pflanzliche Ausgangsstoffe bis zu einem Feuchtesatz u ≤ 20% pelletierbar sein sollen. Die Obergrenze des Feuchtesatzes ist dabei zu hoch angesetzt.
Da pflanzliche Ausgangsstoffe vor dem Pelletieren einen hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen, ist jedoch für eine zuverlässige Pelletierung eine energieaufwendige Vortrocknung bis hin zur Pulverisierung der Ausgangsstoffe notwendig. Dabei hat sich gezeigt, dass insbesondere bei pflanzlichen Ausgangsstoffen zur Herstellung einer funktionsfähigen Bindung, wie sie für den Zusammenhalt der Presskörper erforderlich ist, der Feuchtesatz u des Ausgangsmaterials nicht über 10% liegen sollte. Die in DD 144 230 A1 angegebene Obergrenze für den Feuchtesatz von u ≤ 20% kann deshalb auch nur insoweit gelten, dass bei Feuchtesätzen u ≥ 10% ein Einsatz von Bindemitteln oder Haftvermittlern unbedingt erforderlich ist.
Ähnlich verhält es sich beim Pressen von Holzpartikeln, beispielsweise dem Verpressen von Sägespänen. Um die erforderliche Restfeuchte sicher zu unterschreiten, lassen sich Holzpellets nur aus Spänen vorgetrockneter Hölzer herstellen. Deshalb bereitet es technisch keine Schwierigkeiten, direkt von Holzbearbeitungsmaschinen abgeleitete Späne zu pelletieren, sofern der Holzfeuchtesatz u unter 10% liegt.
Die Pelletierung von Holz- oder Rindenabfällen, sowie anderer pflanzlicher Reste ist jedoch unmöglich, sofern oben genannter Feuchtesatz überschritten ist. Mit den üblichen Pelletpressen ist dann kein Presskörper mehr zu erhalten.
Es wurden deshalb bereits Maßnahmen zu Vorkomprimierung vorgeschlagen. So soll gemäß DE 33 44 044 A1 eine Schneckenpresse zur Vorkomprimierung eingesetzt werden. Einen ähnlichen Vorschlag enthält DE 41 17 543 A1. Der damit erreichbare Verdichtungsgrad reicht jedoch für eine zuverlässige Pelletierung durchfeuchteter Ausgangsstoffe nicht aus. Insbesondere ist die enthaltene Feuchtigkeit damit nicht entfernbar.
In DE 36 17 201 A1 wird deshalb vorgeschlagen, zwei gleichartige Pelletpressen übereinander anzuordnen und beide den Gegebenheiten entsprechend zu dimensionieren. Diese Bauweise ist aufwendig und kann deshalb allenfalls dort eingesetzt werden, wo große und kontinuierlich anfallende Durchsatzmengen stets gleichartiger Ausgangsstoffe vorhanden sind. Ferner ist die Abstimmung beider Pressen bei variierenden Parametern der Ausgangsstoffe extrem aufwendig. Eine weiterer wesentlicher Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass Kollerpressen mit Flachmatrize den bei der Pelletierung von Spänen auftretenden Belastungen nicht standhalten.
In DE 196 10 576 A1 ist eine Verdichtereinrichtung vorgeschlagen worden, bei der in einer Kollerpresse eine Matrize zur Anwendung kommt, die an den Ausgängen der Presskanäle beheizte Verlängerungen besitzt. Durch die zusätzliche Beheizung soll in den Presslingen enthaltene Feuchtigkeit ausgetrieben werden. Dabei kann die vorgeschlagene Einrichtung allenfalls zum Verpressen oberflächlich feuchter Ausgangsstoffe eingesetzt werden. Der Einsatz zum Verpressen von Ausgangsstoffen pflanzlichen Ursprungs beschränkt sich auf weitgehend trockene Substanzen und Gemische mit anderen Stoffen nicht pflanzlichen Ursprungs. Der zur Beheizung notwendige Energieeinsatz beeinflusst die Kosten-Nutzen-Relation negativ und macht die vorgeschlagene Vorrichtung ungeeignet zum Pelletieren von Holzresten. Zudem bestehen grundsätzliche Zweifel hinsichtlich einer Eignung zum Verpressen pflanzlicher Ausgangsstoffe höherer Ausgangsfeuchte.
Als weiteres Verfahren zur Aufarbeitung von Holzresten ist das Brikettieren bekannt. Hierbei wird mit Hilfe einer Kolbenpresse ein großvolumiger Presskörper hergestellt, bei dessen Herstellung jedoch die gleichen Bedingungen herrschen, wie bei der Pelletierung. Aus der Brikettierung von Rohbraunkohle ist deshalb auch bekannt, dass deren Erfolg von der Herstellung trockener Feinstäube als Ausgangsstoff maßgeblich abhängt. Im Einzelfall wird der Erfolg der Brikettierung pflanzlicher Reste ganz oder teilweise durch Zugabe von Bindemitteln sichergestellt.
Da sowohl die Pellets als auch Briketts aus Holzwerkstoffen letztlich Heizzwecken dienen, ist die Beimengung von Bindemitteln aus Umweltschutz- und/oder Kostengründen abzulehnen.
Die Herstellung von Pellets oder Briketts aus feuchtem Material im einstufigen Pressverfahren ist bislang nicht gelöst. Die beim Pressvorgang entstehenden hohen Drücke bewirken neben der ohnehin entstehenden Friktionswärme eine überwiegend adiabatische Zustandsänderung des Presskörpers, wobei die darin enthaltene Feuchtigkeit über den Siedepunk des Wassers erhitzt wird und in die Dampfphase übergeht. Der dabei im Inneren des Presskörpers entstehende Dampfdruck zerstört die gefertigten Presslinge sofort wieder. Die Fachwelt hat den Effekt der Dampfphasenbildung bislang eher als nachteilig empfunden und deshalb das Verpressen durchfeuchteter Holzspäne oder anderweitiger organischer Ausgangsstoffe nicht gelöst. Die Fachwelt hat zwar die Notwendigkeit einer Entfeuchtung vor dem Pelletieren erkannt, setzt dafür aber entweder untaugliche Vorverdichtungsprozesse oder vorgeschaltete Trocknungsverfahren ein.
Die Verarbeitung durchfeuchteter Holzspäne zu Presskörpern ist nach dem Stand der Technik nur durch eine energie- und kostenaufwendige Trocknung möglich. Die Vortrocknung erhöht jedoch die Kosten des Verfahrens, so dass eine Herstellung von Presskörpern auf diese Weise nicht in Betracht kommt.
Bisher wurden deshalb durchfeuchtete Holzspäne nicht weiter verarbeitet und zumeist im Freien deponiert. Wird dabei eine maximale Schütthöhe überschritten, kommt es in solchen Deponien durch Eigenerwärmung zu Schwelbränden mit den daraus entstehenden nachteiligen Folgen.
Es ist auch versucht worden, durchfeuchtete Späne im Zuge der Erzeugung von Erden zu kompostieren und auf diese Weise zu verwerten. Der Verrottungsprozess ist dabei jedoch in starken Maße von der Holzart und den übrigen Bodenbeimengungen abhängig. Für eine erfolgreiche Kompostierung ist deshalb der prozentuale Anteil beizumengender Holzspäne begrenzt.
Ein weiterer Nachteil für die Durchführung effektiver Verfahren zur Aufbereitung feuchter Späne besteht zumeist darin, dass deren Anfall dezentralisiert und in unterschiedlichen Anfallmengen vorhanden ist. Deshalb lassen sich hochproduktive und leistungsfähige Einrichtungen zur Herstellung der Presskörper nicht anwenden, da die Transportkosten für das Ausgangsmaterial die durch ein solches Verfahren zu erwartenden ökonomischen Vorteile wieder egalisieren würde. Aus dem gleichen Grund sind beispielsweise Spanplattenhersteller schon vor Jahren vom Sammelverfahren zur Eigenherstellung der benötigen Späne übergegangen.
Die gleiche Problematik besteht auch dann, wenn nicht hölzerne, aber verheizbare und in loser Form vorliegende Restmaterialien anfallen, deren Anfall aber einen möglichen Bedarf an Heizenergie am Ort der Entstehung der Reste übersteigt. Bei entsprechender Eignung zum Verpressen dieser Reste ist die gleiche Problematik gegeben, wie bei Holzresten.
Ebenso bei einem Anfall von Reststoffen, die durchfeuchtet sind und wegen ökologischer Bedenken nicht deponiert werden können. Dies kann beispielsweise zutreffen bei bestimmten Klärschlämmen, Abfällen der Brauereien und der Tierkörperverwertung, wobei vorstehende Auflistung nur beispielhaft erfolgt. Soweit für derartige Einsatzfälle DE 196 17 972 A1 eine Lösung vorschlägt, ist diese auf fließfähige Ausgangsstoffe ausschließlich beschränkt.

Aufgabe der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Presskörpern vorzuschlagen, das leicht und einfach sowie mit geringem Kostenaufwand durchführbar ist, geeignet ist, feuchtes Ausgangsmaterial zu Presskörpern zu verarbeiten, nahe am Anfallort der zu verpressenden Materialien anwendbar ist und dessen Verfahrensparameter weitgehend den Erfordernissen der zu verarbeitenden Ausgangsstoffe angepasst werden können.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, wenigstens eine Einrichtung vorzuschlagen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist.

Wesen der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung für das Verfahren wird durch die Patentansprüche sowie die nachfolgend gegebenen Erläuterungen einschließlich der Ausführungsbeispiele und Zeichnungen dargestellt. Die Ausführungsbeispiele offenbaren dabei lediglich zum Zeitpunkt der Patentanmeldung bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens und/oder der zur Durchführung desselben notwendigen Einrichtungen.
Der erfinderische Grundgedanke besteht darin, dass die beim Pressvorgang des Ausgangsstoffes im Inneren des Presslings entstehende Wärme zur Entfeuchtung des Ausgangsstoffes genutzt wird. Dabei wird durch eine entsprechende Temperaturerhöhung der Siedepunkt des Wassers sicher überschritten, so dass im Ausgangsstoff enthaltenes Wasser in die Dampfphase übergeht, während nach der Entformung des Presslings der entstandene Dampf entweichen kann. Dabei wird zugleich in Kauf genommen, dass der Wasserdampf die entstandenen Presslinge zunächst wieder sprengt und diese in einem oder mehreren nachfolgenden Arbeitsgängen erneut verdichtet werden müssen.
Ebenso ist es für das Wesen der Erfindung erheblich, dass insbesondere auch im Ausgangsstoff enthaltene Zellflüssigkeit ausgetrieben wird. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass ohne Zugabe von Bindemitteln oder Haftvermittlern gearbeitet wird. Es wird jedoch zumindest im letzten Verdichtungsgang ein Temperaturniveau erreicht, bei dem bindefähige Inhaltsstoffe der Presslinge erweicht, aufgeschmolzen und/oder chemisch und/oder physikalisch so verändert werden, dass eine erhöhte Haftung der Partikel untereinander zustande kommt.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein Ausgangsstoff mit einem Feuchtesatz u ≥ 10%, der in zerkleinerter Form, pastös oder als Haufwerk vorliegt, in einem vorzugsweise konisch verlaufenden, endlichen Presskanal oder in einer Matrize verdichtet wird. Bei der Verdichtung kommt es zu einer vorwiegend adiabatischen Zustandsänderung, wodurch eine über dem Siedepunkt des Wassers liegende Temperatur des Presskörpers erreicht wird. Eindiffundierte Wassermoleküle und/oder im Ausgangsstoff enthaltene Zellflüssigkeit sieden, gehen in die Dampfphase über und bilden um den Presskörper herum sowie in dessen Innerem einen Dampfmantel bzw. Anreicherungshorizonte. Lage, Anzahl und Art der Anreicherungshorizonte im Inneren des Presskörpers sind dabei weitgehend von den Parametern des Pressvorganges und dem Ausgangsstoff abhängig.
Die Erfindung nutzt bei der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens den bisher stets als Nachteil empfundenen Umstand, dass die mit jedem Verdichtungsprozess einher gehende adiabatische Zustandsänderung neben der ohnehin entstehenden Friktionswärme gezielt zur Entfeuchtung der Ausgangsstoffe ausgenutzt wird. Bisher war der in den Presslingen entstehende Dampfdruck stets als für das Ergebnis des Pressvorganges schädlich empfunden worden und die Ausgestaltung der Verfahren erfolgte unter Einbeziehung von separaten Trocknungsverfahren oder es wurden Verfahrensparameter der Pressvorgänge so weit abgesenkt, dass die Presslinge für Feuchtigkeitsaustritt und Endverfestigung ausreichend Zeit erhielten.
Bei diesem ersten Verdichtungsvorgang wird ein großer Teil des enthaltenen Wassers in Dampfform ausgetrieben. Die Verfahrensparameter werden so gewählt, dass in jedem Fall auch Zellflüssigkeit siedet und/oder gasende Inhaltsstoffe ausgetrieben werden. Der Ausgangsstoff geht teilweise formschlüssige, physikalisch-chemische und/oder chemische Bindungen ein, die jedoch für einen Zusammenhalt des Presslings häufig noch nicht ausreichend sind.
Am Austritt des Presskanals oder nach dem Auswerfen aus der Matrize sprengen die entstandenen Presskörper wieder auf und es entsteht ein Granulat, mit einer Partikelgröße, die größer ist als die Partikelgröße des Ausgangsstoffes, oder ein Gemisch aus granulierten Presslingen und Ausgangsstoff.
Bedingt durch die vorangegangene Erwärmung werden die Presskörper heiß entformt. In einer auf den ersten Pressvorgang folgenden Beruhigungs- und Abkühlungsphase treten aus dem Granulat mit seiner großen Oberfläche weitere Feuchtigkeit und/oder Gase aus. Durch Variation der Verweildauer, der Schüttdichte, der Umgebungstemperatur und des Luftwechsels kann die austretende Gas- und/oder Wassermenge beeinflusst werden.
Bei entsprechender Auslegung des Verfahrensablaufes kann das entstehende Granulat auch über längere Zeiträume zwischengelagert werden.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, als dritten Verfahrensschritt an die Zwischenkühlung unmittelbar einen oder mehrere weitere Verdichtungsvorgänge anzuschließen. Diese finden in der gleichen Einrichtung oder weiteren gleichartigen Einrichtungen statt. Dabei wird das vorhandene Granulat mit seiner noch immer über der Umgebungstemperatur liegenden Körpertemperatur ein weiteres Mal im Presskanal oder der weiteren Matrize verdichtet. Die dabei wiederholt entstehende adiabatische Zustandsänderung führt wegen der schon im Ausgangsstoff vorhandenen Temperatur zu einer erheblichen Temperaturerhöhung, die im Ausgangsmaterial vorhandene Stoffe bis zu deren Erweichung und/oder Anschmelzen und/oder chemischer Veränderung erhitzen kann. Davon sind insbesondere Polysacharide, Eiweißstoffe und andere hochpolymere Substanzen betroffen. Zugleich wird ein Großteil des noch enthaltenen Wassers ausgetrieben. Durch die Erhitzung der Inhaltsstoffe verbunden mit dem Austrieb verbliebenen Wassers entsteht eine ausreichend haftende Verbindung zwischen den Partikeln des Ausgangsstoffes und die entstandenen Presskörper sind ausreichend formstabil. Sie verfestigen sich in einem nachfolgenden Verfahrensschritt durch Verweilen in einer Abdampf- und Abkühlzone.
Erfolgt der letzte Verdichtungsarbeitsgang in einem kontinuierlich beschickten, endlichen Presskanal, kommt es an dessen Austrittsbereich zu zufälligen Brüchen des Pressstranges durch das Eigengewicht desselben. Dabei entstehen Pellets in einem Längenbereich, die nach der endgültigen Abkühlung als Schüttgut weiterverarbeitet werden können.
Es hat sich gezeigt, dass eine Mischung trockener Ausgangsstoffe mit gleichartigen, durchfeuchteten Ausgangsstoffen ebenso geeignet ist, wie der Einsatz durchfeuchteter Ausgangsstoffe allein.
Extrem durchfeuchtete Ausgangsstoffe können zugleich einer Vortrocknung unterzogen werden, indem die bei den Pressvorgängen entstehende Abwärme zum Aufwärmen der Ausgangsstoffe und damit zu einem ersten Feuchtigkeitsentzug genutzt wird.
Besonders vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass keine zusätzliche Heizenergie aufgewendet werden muss. Die Trocknungsvorgänge ergeben sich durch die Eigenerwärmung der Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukte in Folge der Verdichtungsvorgänge.
Weitere Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich dadurch, dass ein Gemisch zur Herstellung einer vorher bestimmten Ausgangsfeuchte vor und/oder nach dem ersten Pressvorgang hergestellt wird.
Vorzugs- aber nicht notwendigerweise werden als Ausgangsstoff Holzspäne verwendet, wie sie üblicherweise bei der Holzbe- und -verarbeitung entstehen. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren von einer Späneentsorgungseinrichtung direkt versorgt werden. Es ist ebenso möglich, das Verfahren in einer gesonderten Einrichtung durchzuführen.
Werden die Presskörper ausschließlich aus Holzspänen erzeugt, können die entstehenden Presskörper eine Dichte ≙ ≥ 1,2 kg/dm³ und einen höheren Heizwert als Rohholz erreichen.
Werden die Presskörper im kontinuierlichen Verfahren als Pellets erzeugt, ist deren Zündfähigkeit groß und die Eignung für Heizzwecke im Haushalts- und gewerblichen Bereich gut.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird deshalb eine Einrichtung bevorzugt, bei der aus einem ersten Vorratsbehälter feuchter Ausgangsstoff, aus einem zweiten Vorratsbehälter getrockneter Ausgangsstoff zugeführt werden kann. In einer Mischstation kann die Einstellung der vorher bestimmten Verarbeitungsfeuchte durch Einstellung eines Mischungsverhältnisses aus beiden Ausgangsstoffen erfolgen. In einer ersten Presse erfolgt die Vorverdichtung und damit einhergehend die Erzeugung des vorverdichteten, granulierten Zwischenproduktes bei gleichzeitiger Entfeuchtung. Unter das Zwischenprodukt kann erforderlichenfalls weiterer getrockneter und/oder durchfeuchteter Ausgangsstoff untergemischt werden. Auf einer Transportstrecke kann erforderlichenfalls eine Zwischenkühlung sowie eine Entfeuchtung erfolgen. Eine zweite Presse verdichtet das Zwischenprodukt nochmals, wobei sich dasselbe unter starker Erwärmung auf eine Temperatur erhitzt, bei der einzelne oder alle chemischen Bestandteile erweichen und wenigstens teilweise eine physikalisch-chemische und/oder chemische Bindung mit benachbarten Partikeln eingehen und somit die Endfestigkeit der Presskörper erreicht wird. Gleichzeitig entsteht bei dem Verdichtungsvorgang ein zweiter Verdampfungsvorgang des im Zwischenprodukt noch enthaltenen Wassers. Dasselbe überschreitet den Siedepunkt und kann nach dem Austritt der Presskörper aus der Presse abdampfen. In einer Verweilzone, die zugleich der Abkühlung und Dampffreisetzung aus dem Endprodukt dient, können die Presskörper ihre Endfestigkeit erlangen. Die Verweilzone kann zugleich eine Transporteinrichtung sein, mit der das Endprodukt in einen Vorratsbehälter gefördert wird, aus dem dann mit einer bekannten Abfüllanlage die Weiterbehandlung erfolgen kann. Gleichzeitig kann die Transporteinrichtung als Trenneinrichtung ausgelegt sein. Damit ist eine Trennung zwischen endfertigen Pellets und Ausgangsstoffresten oder Zwischenprodukt möglich.
Die gesamte Anlage arbeitet ohne zusätzliche Heizung, da sie sich für die bei der Durchführung des Verfahrens notwendigen Trocknungsvorgänge der Eigenerwärmung des Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukts bedient.
Bei geeigneter Auslegung der Anlage kann ein großer Teil der entstehenden Wärme als Heizenergie genutzt werden. Ebenso kann bei geeigneter Auslegung der Anlage Kondenswasser gewonnen werden.
Es hat sich gezeigt, dass die Durchführung der Verdichtungsarbeitsgänge in besonders effektiver Weise mit einer so genannten Rundlaufpresse, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Futtermittel-Pellets Verwendung findet, ausgeführt werden kann. Dabei wird in der gleichen Presse ohne Änderung von Parametern, vor allem ohne Austausch von Koller oder Ringmatrize, sowohl das Zwischen- als auch das Endprodukt erzeugt. Je nach Arbeitszyklus wird der Presse der entsprechende Ausgangsstoff oder das zur Erzeugung von Pellets geeignete Zwischenprodukt zugeführt.
Vorteilhaft ist dabei eine Presse, die beide Verdichtungsgänge parallel ausführt. Bei einer solchen Anordnung kann die entstehende Wärme am effektivsten genutzt werden.
Die Ringmatrize, der Koller und die Antriebsleistung einer solchen Rundlaufpresse sind den erhöhten Beanspruchungen entsprechend auszulegen. Ebenso ist die Lagerung des Kollers den Belastungen und insbesondere der gegenüber bekannten Pelletpressen erhöhten thermischen Belastung entsprechend auszulegen.
Es ist ebenso möglich, die beiden aufeinander folgenden Verdichtungsarbeitsgänge in zwei nacheinander angeordneten Rundlaufpressen oder als zweistufiger Arbeitsgang in einer Einzelmaschine auszuführen.
Der Durchsatz der Maschine kann in einem großen Parameterbereich dem Anfall an Ausgangsstoff angepasst werden. Ebenso lässt sich das zu erreichende Arbeitsergebnis durch Vorbehandlung, Vormischen und gegebenenfalls Vortrocknung des Ausgangsstoffes, durch Zumischen weiterer Komponenten nach dem ersten Verdichtungsarbeitsgang und durch entsprechende Auslegung der Presskanäle optimieren. Weitere Einflussmöglichkeiten auf die Parameter des Verfahrens und die Eigenschaften des Endprodukts ergeben sich bei der Ausgestaltung der Zwischentrocknung sowie der Endtrocknung, wobei bei diesen Arbeitsschritten zugleich auch die freiwerdende Wärmeenergie und Wasser zurückgewonnen und zumindest die Wärmeenergie möglicherweise dem Prozess an anderer Stelle wieder zugeführt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazu dienende Anordnung kann zugleich hinsichtlich der Verfahrensparameter mit Hilfe einer Steuerungseinheit gesteuert werden. Neben den Möglichkeiten zur Optimierung fester Einstellgrößen, wie beispielsweise den Dimensionen der Presskanäle, kann so das Betriebsregime durch gezielte Eingriffe der Steuereinheit in den Arbeitsablauf weitgehend optimiert werden.
Wird die Steuereinheit zugleich mit Bildsensoren verbunden, kann die Beschaffenheit des Endprodukts oder von Zwischenprodukten direkt ermittelt und auf den Verfahrensablauf im Sinne der Ausbeutesteigerung und vollständiger Automatisierung eingewirkt werden. Die Anordnung eines Bildsensors nach der letzten Presseinrichtung kann zugleich der Qualitätssicherung dienen.
Die gesamte Anlage kann sehr kompakt ausgeführt werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, dieselbe auf ein Fahrgestell zu montieren und so von Einsatzort zu Einsatzort zu transportieren. Auf diese Weise können auch an Orten, an denen Ausgangsstoff nur in geringeren Mengen anfällt und an denen sich deshalb ein dauerhafter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht lohnen würde, erreicht und der dort vorhandene Ausgangsstoff verarbeitet werden.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch darin zu sehen, dass in einfachster Anordnung zur Ausführung desselben lediglich eine Presse mit nur einer Matrize notwendig und im Übrigen jede Erweiterung der Anordnung im Sinne Leistungssteigerung, Energierückgewinnung und Einsatzfähigkeit für unterschiedliche Ausgangsstoffe gegeben ist.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend anhand von 2 Ausführungsbeispielen und 2 Abbildungen näher erläutert.

Ausführungsbeispiel 1

In diesem Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Verfahren in einer schematisierten Darstellung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine ebenfalls schematisierte Darstellung des Verfahrensablaufs.
Eine Presseinrichtung (1) wird mit einem Volumenstrom (2) des Ausgangsstoffes beschickt. Als Ausgangsstoff wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Volumenstrom durchfeuchteter Späne angenommen. In der Presseinrichtung (1), die vorzugsweise als Rundlaufpresse mit Ringmatrize ausgestaltet ist, erfolgt die Verdichtung der Späne bei gleichzeitiger erheblicher Erwärmung über den Siedepunkt des Wassers, dem Austreiben enthaltenen Wassers und anschließendem Entformen der Presslinge.
Der dabei entstandene Volumenstrom Q' (4) wird in einer nachfolgenden Presseinrichtung (3) mit identischem Aufbau erneut verdichtet. Dabei wird während des Verdichtungsprozesses erneut eine Temperaturerhöhung mindestens bis über den Siedepunkt des Wassers erreicht.
Da bereits in der Presseinrichtung (1) der Feuchtesatz des Pressgutes um wenigstens 15% gesenkt wurde, kann in der Presseinrichtung (3) eine Endfeuchte unter 10% und damit endfertige Pellets erzeugt werden.
Sofern der Endfeuchtesatz die Herstellung endfertiger Pellets noch nicht erlaubt, kann ein Teil des Volumenstroms aus Presseinrichtung (3) zurückgeführt werden und entweder Presseinrichtung (1) oder Presseinrichtung (3) erneut mit Ausgangsstoff vermischt durchlaufen. Da der beigemischte Volumenstrom (4) bereits stark entfeuchtet ist, ergibt sich aus der Beimengung zum Ausgangsstoff ein insgesamt niedrigerer Feuchtesatz und eine größere Wahrscheinlichkeit des Ausstoßes endfertiger Pellets.
Durch Versuche wurde ermittelt, dass in einem Pressendurchlauf der Feuchtesatz um ca. 15% gesenkt werden kann. Es ist deshalb bei extrem durchfeuchtetem Ausgangsstoff notwendig, mehrere Durchläufe durch Presseinrichtungen vorzusehen. In Fig. 1 ist deshalb eine Presseinrichtung mit insgesamt 4 Stufen (1), (3), (5) und (6) vorgesehen, wobei die einzelnen Stufen weitgehend identisch ausgelegt sind. Dabei ist es möglich, die Presseinrichtungen als Einzelmaschinen oder als kompakte, mehrstufig arbeitende Presseinheit auszuführen. Vorteilhaft scheint dabei die Durchführung des Verfahrens mit voneinander abgesetzten, einzelnen Presseinrichtungen, da erfindungsgemäß zwischen den einzelnen Presseinrichtungen Abkühl- und Entspannungszonen vorzusehen sind, die sich bei Einzelaufstellung einfacher realisieren lassen.
Abhängig vom Mechanisierungs- bzw. Automatisierungsgrad des Verfahrens kann die Steuerung der Einrichtung durch vorheriges Erfassen von Parametern der Presseinrichtungen (1), (3), (5) und (6) sowie des durchgesetzten Volumenstromes (7) erfolgen. Dabei kann insbesondere aus der Antriebsleistung der Presseinrichtungen (1), (3), (5) und (6) auf deren momentanen Durchsatz geschlossen werden, während Temperatur t und Feuchtesatz u des jeweils austretenden Volumenstromes Aussagen darüber liefern, welche Menge endfertiger Pellets erreichbar ist, wie viele Verfahrensstufen bis zur Unterschreitung des notwendigen Endfeuchtesatzes erforderlich sind, ob eine Rückführung des Volumenstromes in eine frühere Verdichtungsstufe notwendig erscheint oder ob zur Sicherstellung des Erfolges gar eine Beimengung vorgetrockneten Ausgangsstoffes notwendig erscheint. Die Ermittlung der notwendigen Ausgangsgrößen kann im einfachsten Fall mit manuell betätigten Messmitteln, Sichtkontrolle und davon abgeleiteten Entscheidungen des Bedienungspersonals erfolgen. In Fig. 1 hingegen ist eine Anzahl Sensoren (8) dargestellt, die die notwendigen Messwerte für Masse m bzw. Volumenstrom Q, Feuchtesatz u und Temperatur t ermitteln und an eine Auswerte-, Verarbeitungs- und Steuereinheit (9) übermitteln. Diese verarbeitet die erhaltenen Messwerte und setzt sie in Steuerbefehle um, die entweder direkt an die Presseinrichtungen (1), (3), (5) und (6) übertragen werden oder durch Maßnahmen des Bedienungspersonals umzusetzen sind.
Über einen bildgebenden Sensor (10) und nachfolgende Aufbereitung in der Auswerte-, Verarbeitungs- und Steuereinheit (9) kann der Ausstoß endfertiger Pellets überwacht und auf diese Weise durch Eingriff in den Verfahrensablauf ein maximaler Ausstoß endfertiger Pellets erreicht werden.
Der Volumenstrom (7) endfertiger Pellets wird nach dem Austritt aus der letzten durchlaufenen Presseinrichtung einer Entspannungs- und Abkühlzone (11) zugeführt, die in vorteilhafter Weise mit einem Fördermittel (12) kombiniert sein kann. Ebenso ist diese mit einem Wärmetauscher kombinierbar, so dass die entstehende Abwärme des Verfahrens zurückgewonnen und anderweitig eingesetzt werden kann.
Eine mögliche Anwendungsform für die zurückgewonnene Wärme kann eine Vortrocknung des Ausgangsstoffes sein. Ebenso lässt sich jeder andere Bedarf an Wärmeenergie daraus befriedigen.
Da in allen Presseinrichtungen (1), (3), (5) und (6) in erheblichem Maße Abwärme entsteht, ist es vorteilhaft, die gesamte Einrichtung mit einer isolierenden Umhausung (13) zu versehen. Auf diese Weise kann nahezu die gesamte Abwärme des Verfahrens mit Wärmetauschern zurückgewonnen und anderweitig nutzbar gemacht werden.
Dies betrifft ebenso die bei der Verfahrensdurchführung frei werdende Feuchtigkeit. Unter Verwendung separater Entfeuchter oder entsprechend ausgelegter, kombinierter Wärmetauscher kann die Feuchtigkeit entzogen und dabei in Verbindung mit dem Wärmeentzug der Arbeitsraum klimatisiert werden.
Die in Fig. 1 schematisiert dargestellte Anordnung wird zur erfolgreichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens mit der Presseinrichtung (1), einem Vorratsbehälter, Transporteinrichtungen beliebiger Bauart und wenigstens einem Lagerbehälter für endfertige Pellets ausgerüstet sein. Ferner kann die Einrichtung mit bekannten Mitteln zum Abpacken des Endprodukts kombiniert werden.
Der Ausgangsstoff wird erfindungsgemäß überwiegend aus durchfeuchteten Spänen bestehen. Dabei kommen wiederum vorzugsweise durchfeuchtete Holzspäne zum Einsatz. Es kann jedoch abhängig von Anfall, Verfahrensparametern und anderen äußeren Einflüssen ein Gemisch durchfeuchteter Späne mit beispielsweise getrockneten Spänen, verpressbaren organischen Stoffen oder verpressbaren anorganischen Stoffen in wechselnden Anteilen sein.

Ausführungsbeispiel 2

In diesem Ausführungsbeispiel, das Fig. 2 zeigt, ist eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der wohl einfachsten Ausführungsform beschrieben.
Ein Vorratsbehälter (14) enthält durchfeuchteten Ausgangsstoff, während ein weiterer Vorratsbehälter (15) entfeuchteten Ausgangsstoff, entfeuchtetes Zwischenprodukt einer vorherigen Verfahrensstufe oder anderweitige Beimengungen enthält. Über die Absperreinrichtungen (16) und (17) können die Ausgangsstoffe in variablen Anteilen der Presseinrichtung (18), die wiederum vorzugsweise eine Rundlaufpresse mit Ringmatrize ist, zugeführt werden.
Das Ausgangsstoffgemisch durchläuft die Presseinrichtung (18), wobei abhängig vom Ausgangsfeuchtesatz u entweder endfertige Pellets oder ein nochmals zu verpressendes Zwischenprodukt entsteht.
Endfertige Pellets werden vorzugsweise über die Fördereinrichtung (19) aus der Einrichtung abtransportiert. Diese ist, was Fig. 2 nicht zeigt, wegen der möglichen hohen Endfeuchte und Übertemperatur mindestens in einem Teilbereich abgedeckt, so dass eine gesteuerte Freisetzung der Feuchtigkeit sowie eine gesteuerte Abkühlung ermöglicht ist.
Sofern die Presseinrichtung ein Zwischenprodukt zur nochmaligen Verpressung erzeugt, kann dasselbe zum Zufuhrkanal zurückgeführt werden und über die Einfülleinrichtung (20) und einem Absperrorgan (21) in variablen Anteilen der Presseinrichtung (18) wieder zugeführt werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Fördereinrichtung (19) so auszugestalten, dass diese gleichzeitig als Siebmittel wirkt und endfertige Pellets vom Zwischenprodukt trennen kann. Damit kann dem der Presseinrichtung (18) entnommenen Volumenstrom Endprodukt entzogen werden, das anderenfalls unnötigerweise erneut in der Presseinrichtung (18) zermahlen und wiederholt verdichtet würde. Gleichzeitig sinkt der Gesamtenergieaufwand.
Auch die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Anordnung kann bei entsprechender Ausstattung automatisiert betrieben werden. Ebenso ist wie vorbeschrieben eine Wärme- und Feuchterückgewinnung möglich.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Presskörpern aus rieselfähigen und/oder pastösen Partikelgemischen, dadurch gekennzeichnet, dass ein pulverförmiger und/oder grobkörniger und/oder faseriger Ausgangsstoff mit einem Feuchtesatz über dem für eine Verpressung geeigneten und wenigstens einem Anteil natürlicher organischer Stoffe

- in einem ersten Verfahrensschritt in einer Presse

- einem Verdichtungsvorgang

- mit gleichzeitiger, vorwiegend adiabatischer Zustandsänderung des Ausgangsstoffes

unterworfen und dabei eine Erwärmung desselben über den Siedepunkt des Wassers erreicht wird,

- in einem nachfolgenden Verfahrensschritt

- nach Entformung eine Entspannung des entstandenen Zwischenproduktes mit gleichzeitiger Freisetzung von Wasserdampf und/oder Gasen,

- eine stochastisch verteilte Zerlegung des Presslings

- und Abkühlung des Zwischenproduktes

erfolgt und das entstandene Zwischenprodukt

- in einem weiteren Verfahrensschritt

- einem Verdichtungsvorgang

- mit gleichzeitiger, vorwiegend adiabatischer Zustandsänderung des Zwischenproduktes unterzogen wird

und dabei eine über den Erweichungs- und/oder Schmelzpunkt im Ausgangsstoffgemisch enthaltener Polysacharide und/oder Eiweißstoffe und/oder sonstiger haftvermittelnder Stoffe liegende Temperatur erreicht, eine formschlüssige und/oder physikalisch-chemische und/oder chemische Bindung der Partikel des Ausgangsstoffes und/oder Stoffgemisches erreicht und dabei geometrisch bestimmte Presskörper erzeugt werden,

- in einem weiteren Verfahrensschritt

- beim Verdichtungsvorgang in die Dampfphase übergegangenes Wasser und/oder Gase ausgetrieben werden,

- und die Abkühlung der Presskörper auf Raumtemperatur

- bei gleichzeitiger Trocknung der Presskörper

erfolgt, wobei als Verfahrensendprodukt als rieselfähiges Schüttgut handhabbare Presskörper, vorzugsweise so genannte Pellets, entstehen und bei dem der erste und der zweite Verdichtungsvorgang unter gleichen Verfahrensbedingungen in gleich ausgelegten Pressen ausgeführt werden.

2. Verfahren zur Herstellung von Presskörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

- in einem ersten Verfahrensschritt in einer Presse

- ein Gemisch von Spänen und/oder Spänen mit Beimischungen

- einem Verdichtungsvorgang

unterzogen und dabei eine Erwärmung desselben über den Siedepunkt des Wassers erreicht wird,

- in einem nachfolgenden Verfahrensschritt

- nach Entformung eine Entspannung des entstandenen Zwischenproduktes mit gleichzeitiger Freisetzung von Wasserdampf und/oder Gasen

- und Abkühlung des Zwischenproduktes

erfolgt

- in einem weiteren Verfahrensschritt

- eine Verdichtung

- mit gleichzeitiger, vorwiegend adiabatischer Zustandsänderung des Zwischenproduktes erfolgt

- in einem weiteren Verfahrensschritt

- und die Abkühlung der Presskörper auf Raumtemperatur

- bei gleichzeitiger Trocknung der Presskörper

3. Verfahren zur Herstellung von Presskörpern nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- in einem ersten Verfahrensschritt

- ein Gemisch von zellulose- und/oder ligninhaltigen Spänen und/oder vorgenannten Spänen mit Beimischungen anderer Stoffe

- einem Verdichtungsvorgang

- mit gleichzeitiger adiabatischer Zustandsänderung des Ausgangsstoffes

- in einem nachfolgenden Verfahrensschritt

- und Abkühlung des Zwischenproduktes

erfolgt

- in einem weiteren Verfahrensschritt

- eine Verdichtung

- in einem weiteren Verfahrensschritt

- und die Abkühlung der Presskörper auf Raumtemperatur

- bei gleichzeitiger Trocknung der Presskörper

4. Verfahren zur Herstellung von Presskörpern nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- in einem ersten Verfahrensschritt

- ein Ausgangsstoff mit einer Feuchte u ≥ 10%, vorzugsweise > 15%

- einem Verdichtungsvorgang

- in einem nachfolgenden Verfahrensschritt

- und Abkühlung des Zwischenproduktes

erfolgt,

- in einem weiteren Verfahrensschritt

- eine Verdichtung

- in einem weiteren Verfahrensschritt

- beim Verdichtungsvorgang in die Dampfphase übergegangenes Wasser und/oder Gase ausgetrieben werden

- und die Abkühlung der Presskörper auf Raumtemperatur bei gleichzeitiger Trocknung der Presskörper

- erfolgt,

wobei als Verfahrensendprodukt als rieselfähiges Schüttgut handhabbare Presskörper entstehen und bei dem der erste und der zweite Verdichtungsvorgang unter gleichen Verfahrensbedingungen in gleich ausgelegten Pressen ausgeführt werden.

5. Verfahren zur Herstellung von Presskörpern nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsstoff ein vor dem ersten Verdichtungsgang aus wenigstens 2 Komponenten unterschiedlicher Ausgangsfeuchte erzeugtes Gemisch ist.

6. Verfahren zur Herstellung von Presskörpern nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem nach dem ersten Verdichtungsgang entstandenen Zwischenprodukt in einem weiteren Verfahrensschritt ein Ausgangsstoff geringerer Feuchte, vorzugsweise mit einem Feuchtesatz u < 10%, wiederum vorzugsweise Späne, beigemischt wird.

7. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Presskörpern nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgangsstoff aus einem Vorratsbehälter einer Presseinrichtung zugeführt, nach der Presseinrichtung eine Abdampf- und/oder Abkühlzone vom Zwischenprodukt durchlaufen wird, wenigstens eine weitere Presseinrichtung die Endform der Presskörper ausformt, nach der letzten Presseinrichtung eine Abdampf- und/oder Abkühlzone angeordnet ist und eine Transporteinrichtung das Endprodukt in einen Lagerbehälter fördert.

8. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Presskörpern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder nach der ersten Presseinrichtung eine Zufuhr von Ausgangsstoff und/oder Zuschlagstoffen und/oder Zwischenprodukt möglich ist.

9. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Presskörpern nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der ersten und/oder nach jeder weiteren Presseinrichtung eine Wärmerückgewinnungsanlage und/oder eine Dampfabsaugeinrichtung und/oder eine Dampfabsaug- und Kondensationseinrichtung angeordnet ist.

10. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Presskörpern nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Durchführung des ersten Verdichtungsschrittes verwendete Presseinrichtung eine Matrize und/oder einen endlichen Presskanal besitzt und die zur Durchführung des nachfolgenden Verdichtungsganges verwendete Presseinrichtung eine Pressmatrize und/oder einen endlichen Presskanal haben.

11. Verfahren und Anordnung zur Herstellung von Presskörpern nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehenden Presskörper eine Dichte ≥ 80% der Reindichte der verwendeten Ausgangsstoffe haben.

12. Verfahren und Anordnung zur Herstellung von Presskörpern nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltenen Presskörper für Heizzwecke Verwendung finden.

13. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Presskörpern nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und einer der nachfolgenden Verdichtungsgänge in derselben Presse ausgeführt werden.