DE1421296A1

DE1421296A1 - Rauchloser Brennstoff und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE1421296A1
Application number: DE19621421296
Authority: DE
Inventors: Martin Beverly; Shea Jun Frederick L
Original assignee: Great Lakes Carbon Corp
Current assignee: SGL Carbon Corp
Priority date: 1961-03-30
Filing date: 1962-07-31
Publication date: 1968-10-17
Also published as: DE1421295A1

Description

G 950

ld

Great Lakes Carbon Corporation, New York / New York (USA)

Rauchloser Brennstoff und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung stellt eine Verbesserung oder eine Abwandlung der in der deutschenPatentanmeldung G 31 967 Vl/iOb, eingereicht am 30. März I96I offenbarten Erfindung dar und bezieht sich auf rauchlose Brennstoffe und auf ein Verfahren zu deren Herstellung. Me Erfindung bezieht sich im besonderen auf einen Brennstoff, der einen geeigneten Ersatz für Holzkohlenbriketts darstellt, oder der in derselben Weise wie Hartholzkohle oder Hartholzkohlenbriketts verwendet werden kann.

Die Erfindung sieht eine Verbesserung oder eine Abwandlung des rauchlosen festen Brennstoffs nach der deutschen Patentanmeldung G 3I 967 Vl/iOb, eingereicht am 30. März 196I vor, welcher Brennstoff aus einem verdichteten Gemisch aus expandiertem fein zerteilten Kohlenstoff und aus einem im wesentlichen nicht-rauchenden und nicht-bituminösen organischen Bindemittel besteht, welcher genannte fein zerteilte Kohlenstoff

eine Neue Unterlagen (Art 7 § 1 Abs. 2 Nr. 1 Sau 3 des ÄnderunQsaes. v. 4.

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eine im Bereich von ungefähr 96 - 320 g/cdm liegende Schüttdichte, einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von ungefähr 3-18$ und eine im Bereich von ungefähr 5 - 1000 Mikron liegende Partikelgröße aufweist, wobei der genannte, fein zerteilte Kohlenstoff ferner durch Einblasekalzinierung und Erhitzung der kohlenstoffhaltigen Partikel auf eine Temperatur von ungefähr 620 - 1090 C in einer Gasströmung mit einem Sauerstoffgehalt von ungefähr 125 - 312,5 cdm/kg kohlenstoffhaltiger Partikel erzeugt wird, die einen Gehalt an flüchtigen Stoffen von ungefähr I4 - 45$ aufweisen, die bei gewöhnlichen Temperaturen normalerweise fest sind, bei Erhitzung jedoch plastisch werden können und expandieren.

Die Erfindung sieht ferner eine Verbesserung oder eine Abwandlung des in der deutschen Patentanmeldung G 31 9^7 Vl/iOb, eingereicht am 30. März I96I, offenbarten Verfahrens zum Herstellen des rauchlosen festen Brennstoffes aus fein zerteilten kohlenstoffhaltigen Partikeln mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen von ungefähr 14 - 45$ vor, die bei gewöhnlichen Temperaturen normalerweise fest sind, bei Erhitzung jedoch plastisch werden können und expandieren, nach welchem Verfahren die Partikel bei einer Temperatur von ungefähr 620 bis ungefähr 1090⁰C in einer Gasströmung kalziniert werden, die Sauerstoff in einer solchen Menge enthält, dass mindestens 10$ der ausgeschiedenen brennbaren flüchtigen Stoffe unverbrannt bleiben, wobei das lockere feste expandierte Produkt von den gasförmigen und dampfförmigen Produkten bei einer Temperatur abgeschieden wird, die nicht niedriger als diejenige Temperatur ist, bei der im wesentlichen

y BAD

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lichen alle dampfförmigen Produkte dampfförmig bleiben, welches lockere Produkt eine im Bereich von 96 - 320 g/cdm liegende Schüttdichte, einen Gehalt an flüchtigen Stoffen von ungefähr 3 - 18$ und eine im Bereich von ungefähr 5 - 1000 Mikron liegende Partikelgröße aufweisen, wobei das genannte Produkt mit Wasser und mit einem im wesentlichen nicht-rauchenden, nichtbituminösen organischen Bindemittel vermischt wird, welches Gemisch geformt und getrocknet wird.

Der fein zerteilte Kohlenstoff oder die Holzkohle, der (die) als Rohmaterial für die Herstellung der Briketts nach der Erfindung verwendet wird, wird vorzugsweise mit Hilfe einer besonderen Wärmebehandlung bituminöser Kohlen oder eines anderen kohlenstoffhaltigen Materials hergestellt, das sich bei Erhitzung bis zur Plastizität expandieren kann, welches Verfahren und die Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens in der britischen Patentschrift 786 207 oder in der amerikanischen Patentschrift 2 868 695 ausführlich beschrieben ist. Die fein zerteilten kohlenstoffhaltigen Partikel, die bei gewöhnlichen Temperaturen normalerweise fest sind und bei Erhitzung plastisch werden und expandieren, weisen einen Gehalt an flüchtigen Stoffen von ungefähr I4 - A5^cß> auf und werden durch rasches Erhitzen oder durch Kalzinieren bei Anwesenheit von Luft oder eines anderen sauerstoffhaltigen Gases (oder oxydierenden Gases) expandiert, wobei der Sauerstoff nur in einer solchen " Menge anwesend ist, dass mindestens 10$ der entwickelten brennbaren flüchti en Stoffe unverbrannt bleiben. Es werden ungefähr 125 - ungefähr 312,5 dnr Sauerstoff pro 1 kg Kohle verwendet je

nach BAD ORIGINAL

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nach dem Gehalt an flüchtigen Stoffen der zu kalzinierenden kohlenstoffhaltigen Partikel, wobei im allgemeinen größere Mengen Sauerstoff erforderlich sind, je höher der Gehalt an flüchtigen Stoffen bei den Materialien ist. Der Reaktor wird auf einer Temperatur von mehr als 620 C oder höher gehalten, welche Temperatur zum Entzünden der Partikel ausreicht, jedoch auf einer Temperatur von weniger als IO9O C, wobei die Partikel während eines Teiles der Erhitzungsperiode, die ungefähr 3-30 Sekunden dauert, sich sehr rasch auf eine Temperatur erhitzen, die auf mehr als ungefähr I090 G geschätzt wird (die Oberflächentemperatur der Partikel). Wie optisch durch Veränderung'der Farbe festgestellt werden kann, kann sich die Temperatur der Partikel z.B. von ungefähr 38 C auf ungefähr 815 C oder höher in nur einem kleinen Bruchteil einer Sekunde ändern. Der verwendete und bevorzugte Reaktor besteht aus einem senkrechten Reaktor mit nach unten gerichteter geradliniger Strömung, die den geringsten Kontakt der erhitzten Partikel mit den Reaktorwandungen sichert. Das feste expandierte Produkt wird dann in einem zweistufigen Separator von den dampfförmigen Produkten bei einer' Temperatur abgeschieden, die nicht niedriger ist als diejenige Temperatur, bei der im wesentlichen alle der genannten dampfförmigen Produkte dampfförmig bleiben. Dieses Produkt, in dieser Beschreibung zuweilen als "Holzkohle" bezeichnet, weist eine Schüttdichte von 96 - 320 g/dm und vorzugsweise von 144 - 192 g/dm , eine im Bereich von 5 - 1000 Mikron liegende Partikelgröße und einen Gehalt an flüchtigen Stoffen von 3 - 18$· auf. Die Beispiele schildern ausführlich die Zuberei-:

tung

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tung dieses Kohlenstoffproduktes und viele mögliche Ver« änderungen.

Wie in der Stammanmeldung bemerkt, können den Gemischen aus Holzkohle und Bindemitteln Agentien zugesetzt oder zugemischt werden, um die Verbrennung zu fördern und/oder um die Entzündungstemperatur der geformten und getrockneten Produkte herabzusetzen, (werden solche Zusätze verwendet, dann liegt deren Anteil im Bereich von ungefähr 1 - ungefähr 8 Teile pro 100 Teile Holzkohle). Solche Materialien umfassen die Alkali-karbonate, -nitrate, -chlorate oder -chloride und die Oxyde von Kupfer, Blei, Natrium (wie Natriumkarbonat) oder auch andere Chemikalien, die als die Verbrennung fördernde oder das Entzünden beschleunigende Mittel auf den Seiten 4» 6, 39, 40, 66 usw. im 1937 Bureau of Mines Bulletin 404 mit dem Titel "Burning of Coal and Coke Treated with Small Quantities of Chemicals" angeführt sind. Den Gemischen können vor dem Formen und Trocknen ferner auch geringe Mengen von anderen Materialien wie Kalk und Sägemehl von Hickoryholz zugesetzt werden. Der Zusatz von Kalk verbessert die Farbe der Asche, die weißer ist als diejenige Asche, die ohne Zusatz von Kalk erzeugt wird. Das Sägemehl des Hickoryholzes erzeugt ein angenehmes Aroma, und Fleisch, das auf dieses Material enthaltenden Brennstoffen gekocht wird, weist einen schwachen Hickorygeschmack auf. Die Erfindung umfasst ferner Mischungen der nach der Erfindung behandelten kohlenstoffhaltigen Partikel mit anderen brennbaren Partikeln, wie Holzkohle, welche Mischungen danach mit einem Bindemittel vermischt, geformt und

getrocknet

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getrocknet werden.

Eb wurde herausgefunden, dass die geformten und getrockneten Presslinge oder Briketts mit einer Lösung von Stärke in Wasser überzogen werden können, wodurch die Menge der Feinteile an der Oberfläche verringert wird, so dass die Presslinge sauberer zu handhaben sind. Dieser Überzug kann in der Weise hergestellt werden, dass die Lösung auf die Presslinge aufgesprüht oder dass diese in die Lösung eingetaucht werden, wonach eine Trocknung bei erhöhter Temperatur erfolgt.

Der Grund dafür, dass das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Produkt oder die Holzkohle aus fein zerteiltem Kohlenstoff mit Erfolg als Rohmaterial für die Herstellung dieser geformten und getrockneten Produkte oder Briketts verwendet werden kann, ist eine Folge des Behandlungsverfahrens, wobei die Reaktionsfähigkeit des Kohlenstoffs erhöht wird, wahrscheinlich weil die Oberfläche im Vergleich zu der des ursprünglichen Rohmaterials stark vergrößert wird. Ferner sind die Behandlungstemperaturen genügend hoch, so dass der zurückbleibende flüchtige Stoff während des Verbrennens des fertigen Produktes keinen lästigen Rauch oder Geruch erzeugt.

Die Schüttdichte der Holzkohle oder des Kohlenstoffproduktes, das zur Herstellung der geformten und getrockneten Erzeugnisse verwendet wird, ist ziemlich gering, so dass bei der Formung oder Brikettierung ein Zerbrechen in zulässigem Ausmaß erfolgen kann, ohne dass Briketts mit übermäßig hoher Dichte erzeugt werden. Das Verfahren ermöglicht auch eine

gute

OWQINAt INSPECTED

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gute Kontrolle des Gehaltes an flüchtigen Stoffen des Produktes, ^ie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Briketts lassen sich leicht entzünden und "brennen gleichmäßig und rasch ab, ohne Rauch oder lästige G-erüche zu erzeugen, besonders dann, wenn sie ein Entzündungsagens enthalten. Die Festigkeit der erfindungsgemäßen Briketts entspricht ferner der der Holzkohlenbriketts.

Einer der Vorzüge der erfindungsgemäßen Briketts gegenüber den Holzkohlenbriketts sind die niedrigen Kosten bei ungefähr dem gleichen Heizwert. (Der typische Heizwert der erfindungsgemäßen Briketts beträgt ungefähr 695O kcal/kg und kann von ungefähr 667O bis 7500 kcal/kg schwanken. Je nach dem gewünschten Endzweck des geformten Produktes können nach der Erfindung auch geformte Körper oder Briketts mit anderen Eigenschaften hergestellt werden.

Ss hat sich gezeigt, dass Briketts, die aus Stärke (ungefähr 6 Teile) und aus den hier wie beschrieben behandelten fein zerteiltem Kohlenstoff (IOO Teile) mit einem kontrollierten geringen Gehalt an flüchtigen Stoffen von ungefähr 3-T/° hergestellt wurden, selbst anscheinend hoher Dichte entzündet werden können, wenn sie als Brennstoff für die Gießerei benutzt werden. Die Entzündungstemperatur kann dadurch herabgesetzt werden, dass eine kleine Menge Natriumkarbonat oder ein anderes Zündagens zugesetzt wird. Durch Verwenden eines Kohlenstoffproduktes mit einem höheren Gehalt (ungefähr 7-17$) an flüchtigen Stoffen und durch Verwenden eines Alkalikarbonates als Zusatz zum Herabsetzen der Entzündungstemperatur können Briketts

erhalten

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erhalten werden, die ungefähr die EntZündungsfähigkeit und die Dichte von Holzkohlenbriketts für Campingzwecke aufweisen.

Die scheinbare Dichte der geformten Körper oder Briketts, oder die Art und Weise, in der die Formung durchgeführt wird, hängt ferner in erheblichem Maße davon ab, ob die Holzkohle oder die behandelten Partikel einer weiteren Behandlung unterworfen werden, beispielsweise durch Vermählen oder intensives Vermischen mit den Zusätzen vor dent Formen öder Brikettieren.

Besonders in dem Falle, in dem das Produkt durch Brikettieren fortlaufend geformt wird und unter Verwendung normaler Mengen von Bindemitteln in Mengen von ungefähr 3 — 10 Teilen pro 100 Teilen Holzkohle, sofern nicht die Holzkohle oder das expandierte kohlenstoffhaltige Produkt gemahlen oder verdichtet wird und zwar entweder vor dem Vermischen mit den anderen Bestandteilen oder während des Mischens, kann eine befriedigende Arbeit im ersten Durchgang durch eine Walzenbrikettierpresse nicht erzielt werden. Die nicht verdichteten zelligen Partikel wirken beim Zusammenpacken in der Brikettierpresse wie ein Gummiball insofern, als bei dem Nachlassen des Druckes die zusammengspreßten Partikel das ganze Brikett zu expandieren und in zwei oder mehrere Stücke zu zerteilen suchen. Dies ist eine Folge der Elastizität der expandierten Partikel. Ferner muss vom Ausgangematerial bis zxm. fertigen Brikett ungefähr eine 3 - 10-faohe Verminderung dee Volueen« oder eine Erhöhung der Dichte durchgeführt werden, welche Maßaahme in einem einseinen Durchlauf durch eine Waleenbriket-

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tiermaschine nicht durchgeführt werden kann, da eine WaI-

iiad*r»iiif btiqbriöilci iit, άϊ· i» allg«»ain«n Au i-fiohi

nicht übersteigen. (Die verwendete Brikettierpresse war von der Firma Komarek-Greaves Co., Chicago/Illinois hergestellt und besteht aus einer Doppelwalzenpresse mit Zuführung). Die Walzen hatten einen Durchmesser von 55»88 cm mit 20,32 cm Stirnseiten und auf jeder Stirnseite befinden sich 4 Reihen von entgegengesetzt gepaarten Taschen und zwar 38 Taschen in jeder Reihe. Diese Taschen sind konkav ausgebildet und formen kissenförmige Briketts mit einer Länge von 44»5 mm» einer Breite von 41»3 mm und einer Dicke von 27 mm in der Mitte, wenn das Gemisch zwischen den Walzen hindurchgeleitet wurde. Die Walzen wurden mit einer typischen Drehzahl von 10 U/min von einem 40-PSJ-Blektromotor (220 V, 60 Hz und 900 u/min) betrieben. Deshalb kann, da das expandierte Gemisch eine Anfangsschüttdichte von 96 bis 32Ο g/dm aufweisen muß, damit die aus diesem Material geformten und getrockneten Produkte befriedigend brennen, ein befriedigendes Brikett in einem Durchgang nicht hergestellt werden, sofern das Ausgangsmaterial nicht eine Dichte (auf trockener Basis) von ungefähr 320 g/cdm aufweist oder gemahlen oder in irgend einer Weise "verdichtet" wird auf einen allgemeinen Wert von mindestens diesem oder einen höheren V/ert, bevor die nasse Mischung der Brikettierpresse zugeführt wird. Nasse Gemische mit einer Dichte von ungefähr 480 - 64Ο g/cdm unter Verwendung von ungefähr 40 Teilen Wasser auf 100 Teile des Ausgangsmaterials haben sich

als ^* D ORiQINAI.

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als verwendung«fähig erwiesen. Hierdurch wird eine weitere Verdichtung in der Brikettier»*sobine auf eine typische seheiafcitre Dichte tob äagefäfcr ^60 -. 1280 g/od* für di· g·*· forsten, ungetrockneten Briketts ermöglicht, 30 dass nach dem Trocknen die Briketts typische Dichten von ungefähr 0,60 und 0,90 Gramm pro Kubikzentimeter aufweisen, obwohl Briketts mit einer noch geringeren Dichte hergestellt werden können, wenn die normale Menge des Bindemittels vergrößert wird.

Ei^weiterer zu berücksichtigender Paktor ist die Einwirkung der Temperatur des der Brikettiermaschine zugefiihrten Gemisches. Die Anmelderin zieht im allgemeinen vor, das Ausgangsmaterial mit dem Bindemittel, dem Zündagens und dem Wasser in einer Mischmaschine zu mischen, da diese nicht nur die Bestandteile gründlich mit einander vermischt sondern auch zugleich die gewünschte und erforderliche Vermahlung und Verdichtung des Produktes für das nachfolgende Brikettieren bewirkt. Diese Mischmaschine bewirkt während des etwa 8-10 Hinuten dauernden Yermischens des Ausgangsmateriäls mit Stärke, einem Zündagens (wenn ein solches verwendet wird) und Wasser eine erhebliche Erhöhung der Temperatur des Gemisches, das der Brikettpresse zugeführt wird. Das ausgetragene Gemisch kann beispielsweise eine Temperatur von etwa 49 - 55 C aufweisen, wenn die Umgebungstemperatur ungefähr 32 C beträgt. Obwohl ein Teil der Wärme im Gemisch durch die Benetzung des Ausgangsmateriäls durch das Wasser erzeugt wird, wird der größte Teil der Wärme durch die "Bearbeitung" des Gemisches von der Mischmaschine erzeugt. Es ist typisch, dass die Temperaturerhöhung

ein

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ein bedeutendes Absinken der Viskosität und der "Klebkraft" des gekochten Stärkebindemittels oder des verwendeten anderen Bindemittels bewirkt. Wird das heiße Gemisch der Brikettpresse zugeführt, während die "Klebkraft" der Stärke erheblich vermindert worden ist, so zerfallen die aus der Presse austretenden Briketts tatsächlich im Trockner in zwei oder mehr Stücke.

Obwohl die höchstzulässige Brikettiertemperatur noch nicht festgesetzt worden ist, ist es vorzuziehen, dass das Brikettieren bei Raumtemperaturen und im allgemeinen bei Temperaturen von nicht höher als ungefähr 50 - 55 C durchgeführt .wird. Diese Herabsetzung der Temperatur kann auf verschiedene Weise erzielt werden, z.B. durch Kühlen des Gemisches, der Mischmaschine oder des in die Mischmaschine eingelassenen Wassers usw.

Falls das Formen nach anderen Verfahren durchgeführt wird, z.B. nach dem Strangpressverfahren oder durch Pressformung, ist eine Vorverdichtung der behandelten und expandierten Partikel nicht erforderlich, da die gesamte gewünschte Verdichtung in der Formeinriohtung erfolgen kann. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass es zuweilen erwünscht sein kann, das Gemisch bei Anwendung dieser Formungsverfahren vorzuverdichten. In jeden Falle wird jedoch bei der Formung das Produkt etwas verdichtet, ganz gleich, welche Einrichtung für diesen Zweck verwendet wirdj bei der Brikettierung wird jedoch nur ein Prozentsatz (etwa 50$) der gesamten Erhöhung der Verdichtung während des Formens bewirkt, während bei den anderen Verfahren z.B. dem Strangpressverfahren und dem Pressformen im wesent- ■

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lichen die gesamte oder hundertprozentige Erhöhung· der Verdichtung während des Formens durchgeführt werden kann. Biese Anpassung des" eine geringe Dichte aufweisenden Ausgangsmaterials an eine fortlaufende gewerbliche Brikettierung und die Entdeckung und die Kontrolle der obengenannten Bedingungen für eine erfolgreiche Durchführung stellen einige der Erkenntnisse der Erfindung dar.

Durch Regulieren des Gehaltes an flüchtigen Stoffen - undder Schüttdichte des erfindungsgemäß behandelten, fein zerteilten Rohmaterials sowie durch ordnungsgemäßes Festsetzen der nachfolgenden Vermahlung, Vermischungs- und Formungabedingungen wird die Herstellung geformter Körper oder Briketts , mit in weiten Grenzen veränderlichen Eigenschaften möglich. Beispielsweise kann ein Produkt mit geringer Dichte, das rasch entzündet werden kann und das rasch verbrennt, erzeugt werden, das sich sehr gut für den Handel mit Campingartikeln eignet, oder es kann ein Brikett oder ein Produkt erzeugt werden, das langsamer verbrennt und sich für Restaurationsbetriebe usw. eignet, bei denen ein müheloses Entzünden von sekundärer Bedeutung ist.

Außer den oben vorgeschlagenen Verwendungszwecken können die Produkte nach der Erfindung als Brennstoff zu» Erwärmen von Materialien benutzt werden, die in Lastwagen oder mit der Eisenbahn während eines kalten Wetters befördert werden, um landwirtschaftliche Produkte gegen Prost zu schützen, oder die Produkte können für häusliche Feuerstätten benutzt werden-, besondere wenn sie im Strangpressverfahren zu Scheiten

oder

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oder Knüppeln gepresst werden usw.

Der Gehalt an flüchtigen Stoffen, die Schüttdichte und die Partikelgrößen der hier beschriebenen kohlenstoffhaltigen Materialien wurden nach den folgenden Verfahren bestimmt:

Der Gehalt an flüchtigen Stoffen des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials, z.B. bituminöse Rohkohle sowie die expandierten oder behandelten kohlenstoffhaltigen Partikel unter Ausschluß von Wasser wird nach einem Verfahren bestimmt, das eine Abwandlung des ASTM-Verfahrens Hr. 271-48 darstellt. Eine kleine Probe des Ausgangsmaterials oder der expandierten Partikel wird 5-10 Minuten lang auf eine Temperatur von 950 C erhitzt, wobei der Unterschied zwischen den Gewichten der Probe und des Endproduktes als "Gehalt an flüchtigen Stoffen¹¹ definiert wird.

Die Werte der Schüttdichte der unvermischten, expandierten und behandelten kohlenstoffhaltigen Partikel und des nassen Gemisches werden in der Weise bestimmt, dass das Produkt in einen Behälter mit bekanntem Volumen frei fallen gelassen wird. Das Gewicht dieses bekannten Volumens aea Materials wird dann bestimmt und die Schüttdichte berechnet.

Nachstehend erfolgt die Definition der Siebmaschengröße und der entsprechenden maximalen Größe der durch das Sieb hindurchfallenden Partikel:

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Siebmaschengröße · Maximale Größe der durch das Sieb hindurchfallenden Partikel

10

14 20 28 32

48

65 100

150 200 325 400

Wenn in der Beschreibung oder in den Ansprüchen gesagt wird, dass die Partikel eine innerhalb des Bereiches von ungefähr 5 bis ungefähr 1,000 Mikron liegende Größe aufweisen, so bedeutet dies, dass im wesentlichen alle Partikel eine in diesen Bereich fallende Größe aufweisen, dass jedoch sehr geringfügige Mengen, z.B. weniger als ungefähr 5$ der Partikel außerhalb des genannten Bereiches,liegen.

Die Abbrenngeschwindigkeiten und einige andere "Verbrennungsmerkmale der erfindungsgesäßen Campingbriketts mit den Abemssungen und der Gestalt, .iie zuvor bei der Behandlung der Brikettiereinrichtung beschrieben, wurden in einem im wesentlichen zugfreien Baum bei gewöhnlichen Temperaturen von ungefähr 20 - 26 C mittels eines eine einzelne Lage umfassenden

Prüfverfahrens^

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1,651	Mikron
1,168	It
833	Il
589	(t
495	Il
417	If
295	Il
208	Il
147	If
104	Il
74	Il
43	It
37	If

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Prüfverfahrens bestimmt, wobei 16 ganze Briketts, die vor dem Prüfen mindestens 8 Stunden lang auf Raumtemperatur gehalten wurden, und die sinen Feuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als 4°/o aufwiesen, in einer einzelnen Lage von 4 mal 4 Briketts in der Mitte des unteren Rostes eines Weber-Barbecue-Grills Kr.

SJ- 100 so angeordnet, dass deren Kanten sich um ungefähr 3 mm überlappten. Dieser Grill weist angenähert Kugelform auf bei einem Durchmesser von ungefähr 45 cm, während der lost in Form einer kreisrunden Scheibe einen Durchmesser von augefähr 25 cm besitzt und waagerecht in den Grill ungefähr 10 oder 13 cm oberhalb des Bodens eingesetzt wurde. Die Scheibe

hatte quer verlaufende parallele Abstandsstangen mit einer Breite von ungefähr 3 - 4»8 mm, während die Freiluftabstände zwischen den Stangen 19 mm betrugen. Am Boden des Grills waren drei Luftlöcher mit einer Weite von 12,7 nun vorgesehen, die voll geöffnet und voll geschlossen sowie teilweise geöffnet werden konnten. Der Grill ruhte auf einem dreibeinigen Gestell über dem Erdboden. Obwohl der Grill eine obere und eine untere Hemisphäre aufwies, würde bei der Untersuchung nur die untere "

Hemisphäre benutzt. Fünfzig Milliliter eines Naphta-Anzünders mit einem Flammpunkt von 53°C (Shell-Sol 72, Vertrieb mirch Great Lakes Solvents, Inc) oder ungefähr 3 ^ffil V^TC Brikett wurden dann gleichmäßig auf die Briketts aufgesprüht, wobei alle Kanten zuerst bedeckt wurden (ungefähr 6,3 mm von der Kante aue) und zwar mit ungefähr der halben Flüssigkeitssenge und danach die Oberseiten mit der restlichen Menge, um sicher zu gehen, dass die Außenkanten un die Ecken ordnungsgeaäS be- '

deckt

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deckt wurden. Die Luftlöcher am Boden des Grills wurden geschlossen, während die Anzündeflüssigkeit auf die Briketts aufgesprüht wurde, wobei darauf geachtet wurde, dass von der Anzündeflüssigkeit so wenig wie möglich auf den Boden des Grills tropfte. Die Briketts wurden sofort durch Auflegen eines Stück Papiers entzündet, wobei eine Kante des Papiers angezündet und mit Zangen niedergehalten wurde, bis die Anzündeflüssigkeit sich entzündete. Ein Zeitmesser wurde in

_k Betrieb gesetzt, und die Luftlöcher am Boden des Grills wurden voll geöffnet, als die Anzündeflüssigkeit zuerst zündete. Mit einem geeigneten Gerät wurden die Anfangsgewichte der Briketts und deren Gewichte nach 15-minütigem, JÖ-minütigem Brennen < und alle 30 Minuten danach, bis ein konstantes Gewicht erreicht wurde, ermittelt und aufgezeichnet. In dieser Weise wurden die typischen prozentuellen Gewichtsverluste in Zeiten von 30 Minuten (30 Minuten Abbrenngeschwindigkeit),, die erforderlich waren, um ein konstantes Gewicht und die prozentuellen Gewichtsverluste nach Erreichen des konstanten Gewichtes für

' die Briketts nach der Erfindung bestimmt.

Die Briketts besitzen noch andere Eigenschaften, die sie für Verwendung im Freien sehr geeignet machen. Sie weisen eine weitgehende Bruchfestigkeit auf (typisch von ungefähr 4»55 -^ungefähr 6,65 kg/cm ), so dass sie während des Einsackens, des Versendene, des Handhabens usw. normalerweise ganz bleiben· Bei den obengenannten Vorgängen erfolgt im allfeme inen auch nur der übliche Abrieb an der Oberfläche. Die Abriebverluste, die unter wesentlioh schwereren Bedingungen

als

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'- 17 - . G

als die oben beschriebenen durch Untersuchungen ermittelt wurden, schwankten im allgemeinen zwischen 6,5 bis ungefähr 8,5$· Die verhältnismäßig scheinbaren geringen Dichten (0,60 0»90 g/ccm und vorzugsweise nicht höher als ungefähr 0,80 g/ccm) der Briketts bedeuten umgekehrt, dass sie ein ziemlich großes Verhältnis Volumen:Gewicht besitzen besonders für ein nicht aus Holz abgeleitetes Produkt. Dieser Umstand führt in der Folge zu einer ziemlich großen Heizfläche pro Gewichtseinheit der Briketts, so dass mit demselben Gewicht von Briketts eine ä größere Menge Nahrungsmittel oder Fleisch auf einmal auf einer ausgedehnteren Fläche gekocht werden kann als mit Briketts, die eine größere Dichte aufweisen.

Die Bruchfestigkeit der Briketts wurde mit Hilfe eines Dillon—Dynamometers oder Universalprüfgerät, Modell L der Firma W.C. Dillon Co., Inc., Van Nuys/California gemessen, wobei die Briketts zusammengepresst wurden, bis sie auseinandersprangen, wobei die Anzeige des Messgerätes abzüglich der Nullanzeige abgelesen und aufgezeichnet wurde. Vor der Untersuchung wurden die Prüfbriketts mindestens 8 Stunden lang bei Raumtemperatur aufbewahrt und enthielten nicht mehr als 4$ Feuchtigkeit,

Die scheinbare Dichte und die Abriebverluste der fertigen, trockenen Briketts wurden nach den Prüfverfahren bestimmt, die als Norm von der International Briquetting Association bei deren turnusmäßigem Treffen am 19. August 1957 festgesetzt wurden. Proceedings International Briquetting Association, University of Hfyoming Natural Resources Research

Institute SAO

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Institute, Information Circular Ko. 9 (Dezember 1957).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu«Herstellen der expandierten kohlenstoffhaltigen Partikel wird als Ausgangsmaterial bituminöse Kohle in fein zerteiltem Zustand verwendet. Mit dem Ausdruck "Fein zerteilt" soll ein Material bezeichnet werden, das im wesentlichen zu 100$ der Siebgröße 48 und mindestens ungefähr 50$ der Siebgröße 100 entspricht, wobei es vorzugsweise zu mindestens 75$ der Siebgröße 100 und sogar noch feiner z.B. zu 45 - 65$ der Siebgröße 325 und zu 90$ oder mehr der Siebgröße 100 entspricht. Dieses Ausgangsmaterial, das einen zwischen 14 und 45$ liegenden Gehalt an flüchtigen Stoffen aufweist wird in einem Luftstrom fortgetragen und in den oberen Teil eines senkrechten Reaktor mit nach unten gerichteter linearer Strömung eingeführt, in dem das Material einer sehr raschen Temperaturveränderung oder einer Kalzinierung unterworfen wird. Dem Reaktor wird an verschiedenen Stellen zusätzlich Luft zugeführt, wobei sich ein Gesamt-Sauerstoffgehalt ergibt, der zwischen 125 und ungefähr 312,5 dnr pro kg kohlenstoffhaltiger Partikel liegt und eine maximale Reaktortemperatür erzeugt, die zwischen ungefähr 620 und 1093°C und vorzugsweise zwischen ungefähr 730 und ungefähr 87O⁰C liegt. Die Anlage ist so aufgebaut, dass der größte Teil der Partikel des Ausgangsmaterials nach unten strömt oder geradlinig durch den Reaktor in einer volüändig direkten senkrechten Bahn fällt anstatt am Umfang oder tangential zu dessen Wandungen. Daher hat die Hauptipasse der Partikel den geringsten Kontakt mit den Wandungen des Reaktors. Aus diesem Grunde findet bei den expandierten Partikeln nur ein geringer Abrieb statt, und ebensowenig bleiben 80 9 8 0-3/02 3 5 BAD ORIGINAL die

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die Partikel an den Reaktorwandungen haften.

Die Yerweilzeit der kohlenstoffhaltigen Partikel im Reaktor kann in engen Grenzen geregelt werden, und die gewählte Zeit hängt von mehreren Faktoren ab, z.B. von der Größe und dem Gehalt an flüchtigen Stoffen der Partikel, von der Temperatur und den Abmessungen des Reaktors, der Zuführungsgeschwindigkeit und dem Druck der Gasströmung und von dem Verhältnis des Sauerstoffs zu den kohlenstoffhaltigen Partikeln. Bei einer typischen Anlage ist der Reaktor, wie in der amerikanischen Patentschrift Nr. 2 868 695 (Shea) schematisch dargestellt, zylinderförmig ausgebildet mit einem ungefähr 60 cm langen kegeligen unteren Teil, während der zylindrische Teil eine Länge von 600 cm und einen Innendurchmesser von 15O cm aufweist. In einem solchen Falle erstreckt sich eine besonders nützliche Verweilzeit im Reaktor von ungefähr 3 bis ungefähr 30 Sekunden, was einer durchschnittlichen Partikelgeschwindigkeit von ungefähr 210 cm bis ungefähr 21 cm pro Sekunde entspricht, wobei es sich versteht, dass wegen der Gas- und Luftströmung usw, ein geringfügiger Prozentsatz von Partikeln Verweilzeiten oder Ge- (

schwindigkeiten besitzen, die außerhalb dieser Bereiche liegen. In einigen Fällen, besonders bei verhältnismäßig groben oder hochflüchtigen Materialien, kann es erwünscht sein, Hilfsmittel in Form mechanischer oder gasbewegender Mittel zu verwenden, um einen ununterbrochenen Durchlauf der Partikel durch den Reaktor in den Abscheider zu sichern. Das expandierte feste Produkt dieser ersten Stufe wird dann von den gasförmigen Produkten in einem Zyklonscheider abgeschieden, der mit einer Temperatur be- '

trieben

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trieben wird, die nicht niedriger ist als diejenige, bei der im wesentlichen alle dampfförmigen Produkte dampfförmig bleiben.

Zwecks weiterer Erläuterung der Erfindung werden die folgenden Beispiele, die jedoch keine Einschränkung der Erfindung darstellen, angeführt, wobei verschiedene Arten von festen kohlenstoffhaltigen Materialien mit einem kontrollierten Feuchtigkeitsgehalt zuerst zu einer geeigneten Partikelgröße ^ vermählen wurden, wonach das zerkleinerte Material in der angegebenen Weise behandelt wurde.

Beispiel 1

Eine Probe bituminöser Minenkohle Lillybrook Nr. 3 mit einem Gehalt von 17$ an flüchtigen Stoffen und einem Aschegehalt von 4»3$ wurde zu 75$ zu einem Peinheitsgrad der Siebgröße 200 (72 Mikron) vermählen. Ein Reaktor, wie in der britischen Patentschrift Nr. 786 207 beschrieben, wurde auf

eine Temperatur von 7^5 C vorerhitzt. Die Kohle wurde von einem Luftstrom mitgeführt, wobei das Verhältnis Sauerstoff! Kohle 85 edm Sauerstoff ?u 453 S Kohle betrug, und danach in den Reaktor mit einer durchschnittlichen Partikelgeschwindigkeit von 45 qm/sec geleitet. Zwecks Erzeugung einer fieaktortemperatur von 85O°C wurde dem Reaktor Sekundärluft zugeführt. Das expandierte feste Produkt wurde dann von den gasförmigen Pro- " dukt in einem Zyklonsammler abgeschieden, der mit einer Temperatur von nicht weniger als 432⁰C betrieben wurde, so dass

die

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die dampfförmigen Produkte dampfförmig blieben. Das Produkt hatte einen Gehalt an flüchtigen Stoffen von 8$, eine Schutt-» dichte von 240 g/dar und zu 30$ eine Partikelgröße von +150 mesh (97 Mikron), zu 52$ eine Partikelgröße von -200 mesh (72 Mikron)und zu 37$ eine Partikelgröße von -325 mesh (45 Mikron).

Von dem oben beschriebenen fein zerteilten Kohlenstoffprodukt wurden 100 Teile in einem Mischer mit 5 Teilen vorgelierter GetreidesGärke (trocken), mit 2 Teilen Natrium- Λ karbonat (trocken) und mit 50 Teilen Wasser vermischt. Die Mischung wurde nach erheblicher Verdichtung des Produktes (Schüttdichte des nassen Gemisches ungefähr 64Og/dm ), die während des Mischens erfolgte, bei Raumtemperatur in einer Walzenbrikettierpresse brikettiert. Danach wurden die Briketts 3 Stunden lang bei einer Temperatur von 127 - 135 C in einem Schnelltrockner mit Zwangsumlauf getrocknet, wobei der Feuchtigkeitsgehalt auf 4-5$ herabgesetzt wurde. Die fertigen Briketts waren kräftig, ließen sich mühelos entzünden und verbrannten rasch und gleichmäßig, ohne Rauch oder lästige Gerüche zu erzeugen.

Beispiel 2

Eine Probe bituminöser Kohle der Sorte Royalty mit einem Gehalt von 22$ an flüchtigen Stoffen und einem Aschegehalt von 2,5$ wurde zu 50$ zu einem Feinheitsgrad von -325 mesh (45 Mikron) vermählen. Die Kohle wurde dann nach dem in

Beispiel 1

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Beispiel 1 beschriebenen Verfahren behandelt. Das Produkt hatte einen Gehalt von 14/ an flüchtigen Stoffen , eine Schüttdichte von i60g/dm und eine Partikelgröße von 48$ + 150 mesh (97 Mikron), 32$ -200 mesh (72 Mikron) und 27>$> 325 mesh (45 Mikron).

100 Teile des oben beschriebenen fein zerteilten Kohlenstoffproduktes wurden in einem Mischer mit 5 Teilen vorgelierter Getreidestärke (trocken), mit zwei Teilen Na-

. triumkarbonat (trocken) und mit 50 Teilen Wasser vermischt. Das

Gemisch wurde nach erheblicher Verdichtung des Produktes (Schüttdichte des nassen Gemisches: 528 g/dm ), die während des Mischens erfolgte, (wobei eine Änderung der Verteilung der Partikelgröße eintrat und zwar 8$ + 150 mesh (104 Mikron), 87$ - 200 mesh (74 Mikron) und 77$ - 325 mesh (43 Mikron) bei BauBtemperatur in einer ,valzenbrikettierpresse zu Briketts gepresst. Danach wurden die Briketts 3 Stunden lang bei einer Temneratur von 127 - 135 C in einem Schnelltrockner getrocknet, wobei der Feuchtigkeitsgehalt auf 4 - 5$ herabgesetzt wurde.

f Das fertige Brikett war fest, ohne Schwierigkeiten zu entzünden und verbrannte rasch und gleichmäßig, ohne Rauch oder Jästige Gerüche zu erzeugen.

Beispiel 3

Getreidestärke wurde durch Erhitzen von 5 Teilen Stärke (trocken) in 52 Teilen Wasser auf ungefähr 96⁰C mit 3$ Borax gekocht und das Gemisch abgekühlt, Diese Getreidestärkelösung

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stärkelösung wurde in einem Mischer mit 100 Teilen des im Beispiel 1 "beschriebenen fein zerteilten KohlenstoffProduktes und mit 2 Teilen Natriumkarbonat (trocken) gemischt» Nach erheblicher Verdichtung des Produktes wurde das Gemisch in einer Walzenbrikettierpresse zu Briketts gepresst. Die Bri-» ketts wurden dann in einem Schnelltrockner 3 Stunden lang bei einer Temperatur von 127 - 135 C getrocknet, wobei der Feuchtigkeitsgehalt auf 4 - 5$ herabgesetzt wurde. Bas fertige Brikett war fest, ohne Schwierigkeit zu entzünden und brannte rasch und ohne Rauch oder lästige Gerüche zu erzeugen ab. '

Beispiel 4

Eine Probe bi'tuminöser Minenkohle, Sorte Lillybrook Nr. 3 mit einem Gehalt von 17$ an flüchtigen Stoffen und einem Aschegehalt von 4,3% wurde zu einem Peinheitsgrad von 75$ «200 mesh (72 Mikron) vermählen. Ein Reaktor gleich dem in der britischen Patentschrift Nr. 786 207 beschriebenen wurde auf eine Temperatur von 765 C vorerhitzt. Eine Luftströmung i

wurde mit Kohle derart angereichert, dass das Verhältnis Sauerstoff zu Kohle 3,0 " 1 betrug, und dann in den Reaktor geleitet. Die durchschnittliche Partikelgeeöhwindigkeit im Reaktor betrug 45 cm/sec. Zwecks Erzeugung einer Reaktortemperatur von 850 C wurde dem Reaktor Sekundärluft zugeführt. Das expandierte feste Produkt wurde dann von den gasförmigen Produkten in einen Zyklonsammler abgeschieden, der mit einer Temperatur von nicht weniger als 452°G betrieben wurde, so

dass

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dass die dampfförmigen Produkte dampfförmig blieben. Die abgeschiedenen Partikel wurden dann in den oberen Teil eines zweiten senkrechten Reaktors (wie in der genannten britischen Patentschrift beschrieben) befördert, dem Sekundärluft zügeftihrt wurde, um eine Temperatur ron 1070⁰C zu erzeugen, wobei die auf der Oberfläche der Partikel verbliebenen restlichen flüchtigen Stoffe verbrannt wurden. Sas fertige Produkt hatte einen Gehalt von 3$ an flüchtigen Stoffen, eine Schüttdichte · von 240 g/dm⁵ und eine Partikelgröße von 1696 +I50 mesh (97 Mikron), 7196 *200 mesh (72 Mikron) und 469ε -325 mesh (45 Mikron).

Oetreideetärke wurde durch Erhitzen von 5 Teilen Stärke (trocken) in 52 Teilen Wasser auf ungefähr 96⁰C mit 5# Borax erhitzt und danaoh abgekühlt. Biese Getreidestärkelösung wurde in einem Mischer mit 100 Teilen des oben beschriebenen fein zerteilten Kohlenstoffprodukte· vermischt, naohde« da· Gemisch nach erheblicher Verdichtung des. Kohlenstoffprodukte· in einer Walzenbrikettierpresse zu Brikett· gepresst ward·· Die Briketts wurden dann 3 Stunden lang bei einer Temperatur von 127 - 135°C in einem Schnelltrookner getrocknet, wobei der Feuchtigkeitsgehalt auf 4 - 5# herabgesetzt wurde. Bas fortig· Brikett war fest und verbrannte gleichmäßig ohne Ümoh oder lästige Gerüche zu erzeugen. Dieses Beispiel erläutert AIo Herstellung von bronnbaren geformten und getrockneten KBrpern aus dom besonderen Ausgangsmatorial dor Erfindung, naohdem das Auegangematerial einer weiteren Wärmebehandlung unterworfen · wurde. Obwohl diese Produkte nioht die günstigsten Breaaelffonsohaftea für Oaapingbriketts besitzen, so kennen sie jedooh

trotzde» -

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trotzdem dort verwendet werden, wo ein langsames rauchloses Verbrennen erwünscht ist, welche letztgenannten Briketts als neuartig und im Rahmen der Erfindung liegend angesehen werden·

Beispiel 5

Eine Probe von Williams-Kohle mit einem Gehalt von 34 - 36# an flüchtigen Stoffen wurde zu 50$ -325 mesh (43 Mikron) vermählen. Ein Reaktor gleich dem in der britischen Patentschrift Nr. 786 207 beschriebenen wurde auf eine Temperatur von 765 G vorerhitzt. Die Kohle wurde von einem Luftstrom mitgeführt und dann in den und durch den Reaktor geleitet. Die durchschnittliche Partikelgeschwindigkeit im Reaktor . betrug 45 cm/sec. In verschiedenen Höhen wurde dem Reaktor zusätzliche Luft zugeführt, um eine Durchschnittstemperatur von ungefähr 870°C zu erzeugen. Das Gesamtverhältnis Sauerstoff zu Kohle betrug ungefähr 312,5 dxsr/kg Kohlepartikel. Das expandierte feste Produkt wurde dann von dem gasförmigen Produkt in einem Zyklonsammler abgeschieden, der mit einer Temperatur von nicht weniger als 43O°C betrieben wurde, so dass die dampfförmigen Produkte dampfförmig blieben. Das Produkt enthielt 16,25t an flüchtigen Stoffen, wies eine Schüttdichte von 182,4 g/dm* und eine Partikelgröße von 2496 +150 mesh (104 Mikron), 62# -200 mesh (74 Mikron) und 35$ -325 mesh (43 Mikron) auf.

100 Teile des oben beschriebenen fein zerteilten

KohlenstoffProduktes

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KohlenstoffProduktes wurden 10 Minuten lang in einem Mischer mit 6 Teilen vorgelierter Getreidestärke (trooken) mit einem Gehalt von 3,5?£ Borax, mit 3 Teilen Natriumkarbonat (trocken) 1 Teil Kalk, 6 Teilen Sägemehl, 2,5 Teilen Melasse (mit 7-8 Teilen Wasser vorgemischt) und mit 35 Teilen weiteren Wassers gemischt. Bei allen Teilen handelt es sich um Gewichtsteile. Die Schüttdichte des verdichteten Gemisches betrug 56O g/dm . Das Gemisch wurde bei !Raumtemperatur in einer ffialzenbrikettierpresse zu Briketts gepresst und besaß eine gute Festigkeit. Die Briketts wurden dann bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 2$ getrocknet. Die fertigen Briketts waren fest, ließen sich ohne Schwierigkeit entzünden und wiesen eine Abbranägesehwindigkeit von 34»4 -· 40,7$ in 30 Minuten auf sowie eine durchschnittliche Scheindichte von 0,75 g/oc· Bis Briketts verbrannten gleichmäßig ohne Rauch zu erzeugen und hatten einen Gewichtsverlust von 92,2 - 92,8 beim Abbrand bis zu einem konstanten Gewicht innerhalb von 180 Minuten.

Beispiel 6

Zweoks Erzeugung eines Ausgangsproduktes aus der im Beispiel 1 beschriebenen Kohle wurden weitere Versuche durchgeführt. Hierbei wurde die Heaktortemperatur von 843 C bis 954 C verändert, ferner wurde die Größe der Kohlepartikel von 28 zu 34$ -325 mesh (43 Mikron), von 70 zu 80# -200 mesh (74 Mikron) von 94 zu 98$ -100 mesh (147 Mikron) und 100$ -60 mesh verändert, wobei zusätzlich zur Primär- und Sekundärluft

Ifertier-

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Tertier- und Bodenluft in den Reaktor eingelassen wurde. Die Schüttdichte des Ausgangsproduktes veränderte sich zwischen 169,6 und 224 g/dnr , und der Gehalt an flüchtigen Stoffen veränderte eioh zwieohen 8,4 und 12,6$. Die typische Partikelgröße des Produktes betrug 50$ +150 mesh, 40$ -200 mesh und 22$ -325 mesh (- 104, 74 bezw. 43 Mikron). 100 Teile dieser Ausgangsprodukte wurden dann ungefähr 10 Minuten lang in einem Mischer mit 5-8 Teilen Stärke, mit 45-65 Teilen Wasser und in einigen Fällen etwas Soda, Asche, Kalk und Sägespänen vermischt. Die Schüttdichte naoh dem Mischen schwankte von ?O5»6 bis g/dm . Die aus diesen Mischungen geformten trockenen Briketts wiesen Brenngeschwindigkeiten von 20-30$ Gewichtsverlust in 30 Minuten auf, verlöten 85-90$ ihres Gewichtes beim Abbrand bis zum konstanten Gewicht, wofür ungefähr 225 Minuten erforderlich waren, und wiesen Scheindichten von ungefähr 0,75 O»76 g/oo, einen Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 1,2$, Bruchfestigkeiten von 5,6 kg bis 5,95 kg/cm und Abriebverluete zwischen 7»1 und 7»8$ auf»

Beispiel 7

Zweoks Herstellung eines Ausgangeproduktea aus der im Beispiel 2 beschriebenen Kohleneorte wurden weiters Versuch· »ng··teilt. Hierbei wurde die Reaktortemperatur von 804°G auf 960⁰C und die Zuführungsgröße der Partikel von 32$ big 65$ -325 aeeh, 80 bis 90$ -200 mesh und 97 bis 100$ -100 mesh (43, 74 bezw. I47 Mikron) verändert, während außer der

Primär -BAD ORIGINAL

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Primär- und Sekundärluft in den Reaktor etwas Tertiär- und Bodenluft eingelassen wurde. Die Schüttdichte des Ausgangsproduktes schwankte zwischen I36 und 224 g/dm , während der Gehalt an flüchtigen Stoffen zwischen 8,4 und 12,6$ schwankte. Die typische Partikelgröße des Produktes "betrug 40$ +150 mesh, 49$ -200 mesh und 29$ -325 mesh (104, 74 bezw. 43 Mikron). 100 Teile dieser Ausgangsprodukte wurden dann ungefähr 12 Minuten lang in einem Mischer mit 5-8 Teilen Stärke, 40 - 60 Teilen Wasser und in einigen Fällen mit etwas Soda, Asche, Kalk und Sägemehl vermischt. Die Schüttdichten nach dem Mischen schwankten von 464 his 6O8 g/dm . Die aus diesen Mischungen geformten getrockneten Briketts wiesen Abbrenngeschwindigkeiten von 19 - 34$ Gewichtsverlust in 30 Minuten auf, verloren 92 95$ ihres Gewichtes beim Abbrand bis zum konstanten Gewicht, und erforderten hierfür ungefähr 210 Minuten, wiesen Scheindichten von ungefähr 0,69 - 0,77 g/cc einen Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 0,8 - 2,3$, Bruchfestigkeiten von 4»55 kg bis 6,37 kg pro q.cm und Abriebverluste zwischen 6,5 und 8,5$ auf.

Beispiel 8

Zwecks Herstellung eines Ausgangsproduktes aus der im Beispiel 5 beschriebenen Kohlensorte wurden weitere Versuche angestellt. Hierbei wurde die Reaktortemperatur von 854 his 882⁰C und die Zuführungsgröße der Partikel von 50 bis 57,5$ · -325 mesh, 80 - 90$ -200 mesh und 100$ -100 mesh verändert (43, 74-bezw. 147 Mikron). Außer der Primär- und Sekundärluft

wurde

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wurde tertiäre und Bodenluft in den Reaktor eingelassen. Die Schüttdichte des Ausgangsproduktes schwankte zwischen 204»8 und 211,2 g/dm⁵, während der Gehalt an flüchtigen Stoffen zwischen 93, und 9>7^ schwankte. Die typische Partikelgrößenverteilung war dieselbe wie bei dem Produkt nach dem Beispiel 5. 100 Teile dieser Ausgangsprodukte wurden dann in einem Mischer ungefähr 6 Minuten lang mit 6 Teilen Stärke, mit 40 60 Teilen Wasser, 3,5 Teilen Sodaasche, 1 Teil Kalk und 2,5 Teilen Melasse vermischt. Die Schüttdichten nach dem Mischen schwankten von 376 «· 64O g/dm . Die aus diesen Mischungen geformten getrockneten Briketts wiesen Brenngeschwindigkeiten von 30,6 bis 31·7 Gewichtsverlust in 30 Minuten auf, verloren 909ε ihres Gewichtes beim Abbrennen bis zum konstanten Gewicht, erforderten hierfür ungefähr 210 - 225 Minuten, wiesen Scheindichten von ungefähr 0,80 g/cc, einen Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 1»75S Bruchfestigkeiten von ungefähr 5»95 kg/qcm und Abriebverluste von ungefähr 7»3/^ auf.

Die vorstehenden Beispiele erläutern die Herstellung der neuartigen Briketts nach der Erfindung aus mehreren verschiedenen Kohlensorten als Ausgangsmaterial mit stark veränderlichem Gehalt an flüchtigen Stoffen. Es wurde herausgefunden, dass der Gehalt an flüchtigen Stoffen bei dem kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial von ungefähr 14$ bis ungefähr 45$ schwanken kann, wobei der Bereich sich über wenig flüchtige, mäßig flüchtige und stark flüchtige bituminöse Kohlen wie die Sorten Lillybrook, Slab Fork, Red Indian, Royalty, Williams and Omar usw. erstreckt. Das verwendete Rohmaterial kann aus

einer

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einer der obengenannten Sorten oder aus irgend einem fein zerteilten kohlenstoffhaltigen Material bestehen, das bei gewöhnlichen Temperaturen normalerweise fest ist, "bei Erhitzung sich jedoch bis zur Plastizität ausdehnen kann. Mit diesem letztgenannten Ausdruck ist die Fähigkeit des Materials gemeint, zu erweichen, wenn es über den plastischen Zustand hinaus erhitzt wird, und zu quellen, wenn der flüchtige Stoff eines jeden Partikels genügend rasch ausgetrieben wird. Vfeitere Beispiele für solche Materialien sind Impsonit und Albertit, hochflüchtiger (etwa 25/£) Petroleumkoks, Rohkohlenteerpechkoks und Kohlenteerpech, das mit einem der verschiedenen thermischen Rußsorten oder mit Kohlenstoffruß verstärkt worden ist. In jedem Falle darf die Behandlung des gewählten Rohmaterials nicht irgend ein Erhitzen auf eine Temperatur umfassen, die so hoch ist, dass sie zu einer dauernd "erstarrten" kohlenstoffhaltigen Struktur führt. Jedes der Einwirkung einer solchen Temperatur ausgesetztes Rohmaterial expandiert nicht befriedigend beim Erhitzen bis zur Plastizität unter den hier offenbarten Bedingungen.

Bei der Zubereitung des zuvor beschriebenen kohlenstoffhaltigen Materials für das in der ersten Stufe erfolgende rasche Erhitzen und für die Kalzinierung muß das Material allgemein in geeigneter Weise geschliffen oder vermählen werden, um die fein zerteilten Partikel zu erzeugen, obwohl in Betracht gezogen ist, dass in einigen Fällen die Ausgangsmaterialien sich bereits in diesem Zustand befinden, oder dass eine Unterteilung der Partikel im Reaktor der ersten Stufe stattfinden

kann.

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kann. Dies schließt die Verwendung einer Hammermühle oder einer anderen geeigneten gewerblichen Kohlenpulverisierungseinrichtung ein. Pein zerteilte Partikel vieler Zuführungsgrößen, wie 100$ -48 mesh (295 Mikron) sind besonders wirksam bei Verwendung großer Reaktoren, oder wenn Hilfseinrichtungen verwendet werden, die verhindern, dass die Partikel sich im Reaktor oder anders wo aufstauen. Die Anmelderin bevorzugt die Verwendung von Partikeln, die eine Größe von mindestens ungefähr 75/£ -100 mesh (147 Mikron) und vorzugsweise von ungefähr 90 bis 100$ -100 mesh (147 Mikron) und 75 bis 95$ -200 mesh (74 Mikron) aufweisen, damit die Luft in größtem Ausmaß mit der Kohle in Kontakt gelangt, damit der größtmögliche Prozentsatz der Kohle aktiviert und expandiert wird um Partikel mit dem geeigneten Oberflächenbereich und einer Größe zu erzeugen (im wesentlichen sämtlich im Bereich von 5 - 1000 Mikron), die die gewünschte Schüttdichte (96 -320 g/dm ) aufweisen.

Diese Faktoren haben alle einen Einfluß auf die Verbrennungseigenschaften der endgültigen geformten Produkte, Sie beeinflussen ferner die Leichtigkeit und die Art und Weise, in der die Partikel mit dem Bindemittel vermischt werden usw. und geformt oder zu Briketts gepresst werden.

Bei der Zubereitung der expandierten kohlenstoffhaltigen Partikel nach dem beschriebenen Verfahren werden besonders wertvolle Ergebnisse erzielt, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Rohmaterials auf weniger als 5 Gewichtsprozente gehalten wird. Eine überschüssige Feuchtigkeit im kohlenstoffhaltigen oder bituminösen Material, das dem Reaktor oder der Einheit zugeführt wird, in dem die Kalzinierung durchgeführt

wird BAD ORIGINAL

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wird erfordert die Verdampfung des Wassers bis zu einer Tem-

peratur über 620 C oder bis zu der benutzten Reaktortemperatur, wodurch das Ausmaß des Temperaturanstieges bei den kohlenstoffhaltigen Partikeln stark herabgesetzt wird. Dies muss oftmals in der Weise durchgeführt werden, dass in der Einheit zusätzlich Brennstoff verbrannt wird, da die überschüssige Feuchtigkeit in den Partikeln die Temperatur des Betriebsvorganges auf einen Punkt herabsetzt, bei dem die gewünschten Ergebnisse nicht erzielt werden. Ss wurde ferner beobachtet, dass im allgemeinen höhere Temperaturen zugelassen werden können, wenn größere Partikel verwendet werden.

Die Regulierung der Temperatur der Wärmebehandlung im Kalzinxerungsreaktor wird in erster Linie durch Regulieren der Luft- oder Sauerstoffzuführung durchgeführt, obwohl der Gehalt des Ausgangsmaterials an flüchtigen Stoffen und die Menge des Brenngases, wenn solches verwendet wird, gleichfalls einen Einfluß auf die Temperatur ausüben. Die Menge der vorhandenen Luft oder des Sauerstoffs soll ausreichen, um den Vorgang sich selbst aufrechterhaltend zu machen, während zugelassen wird, dass die einzelnen kohlenstoffhaltigen oder bituminösen Partikel rasch expandieren, doch soll die Menge nicht ausreichen und zulassen, dass mehr als eine Mindestmenge der einzelnen expandierten oder zelligen Partikel des Produktes brennen. Der verwendete Sauerstoff oder die Luft kann natürlich in den Reaktor in Teilmengen gelangen und zwar ein Teilan verschiedenen Einlassen lä,ngs des Reaktors, z.B. in einer Entfernung von ungefähr 120 und/oder 240 cm vom oberen Teil

eines BAD ORIGINAL

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eines 600 cm langen Reaktors, ein Teil, der von den fein zerteilten in den oberen Teil des Reaktors eingeführten Partikel mitgefuhrt wird, und ferner ein Teil in Form einer Gasströmung in der Nähe des kegeligen unteren Teiles des Reaktors, um zu verhindern, dass die expandierten Partikel sich im Reaktor oder an dessen Auslass ansammeln. Typischerweise sind die Prozentsätze des gesamten Sauerstoffes, die am oberen und unteren Teil des Reaktors verwendet werden, viel höher als an anderen Stellen im Reaktor.

Die Verwendung einer zu niedrigen Temperatur im Reaktor der ersten Stufe führt zu einem ungenügend expandierten Produkt. Die Verwendung einer zu hohen Temperatur führt zu einem zu geringen Gehalt an flüchtigen Stoffen des Ausgangsproduktes, zu einem unzulässigen Schrumpfen oder Zusammenfallen der Partikel und damit zu einer außerordentlich großen Schuttdichte des Produktes. In jedem Falle wird die Schüttdichte des Produktes übermäßig groß, und der gewünschte Oberflächenbereich vergrößert sich nicht in den Partikeln, welcher Vorgang wichtig ist, um geformte Produkte zu erhalten, die gute Brenneigenschaften aufweisen, wie sie bei Campingbriketts erwünscht sind.

Es können auch andere Mittel zum Erzeugen einer großen Oberfläohe bei expandierten kohlenstoffhaltigen Partikeln mit geringer Schüttdichte aus geeigneten expandierbaren, kohlenstoffhaltigen Rohmaterialien benutzt werden, obwohl das in dieser Anmeldung beschriebene Verfahren sehr vorzuziehen ist, weshalb die Erfindung die Herstellung von geformten und getrockneten Produkten unter Verwendung der Bindemittelsysteme

und BAD ORIGINAt

- 34 - G 950 .

und der beschriebenen Behandlungsverfahren in Betracht zieht und die Herstellung solcher Körper und Verfahren hierfür als neu angesehen werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Verbrennungsmerkmale irgend eines Materials erheblich von einer Anzahl von Paktoren abhängen und zwar von der Größe des Materials, der Menge und der Kraft der Luft, die mit dem Material in Berührung gelangt, von der Anzahl der Schichten des Materials, und ob eine Entzündungsflüssigkeit verwendet wird, und wenn dies der Fall ist, wie und wo und wieviel usw. Die Anmelderin ist der Ansicht, dass die in dieser Anmeldung beschriebenen Produkte mit dieser Erfindung neu sind, und dass die Anmelderin die Erste ist, die diese Produkte mit den beschriebenen Verbrennungsmerkmalen herstellt, Diese Merkmale sind:

A. Müheloses Entzünden. Es werden zum Entzünden wenig Hitze und verhältnismäßig niedrige Temperaturen benötigt, und nach dem Entzünden setzt sich die Verbrennung ohne Schwierigkeiten fort wegen der erzeugten inneren Hitze. Ein einzelnes Brikett kann mit einem Streichholz entzündet werden.

B. Rasches Verbrennen. Ein dreißig Minuten dauerndes Brennen der aus dem Ausgangsmaterial, dem Bindemittel und dem Entzündungsagens hergestellten Briketts, wie definiert und gemessen, ergibt einen 15 - 40?£-igen Abbrand. Das ist 30$ und mehr als typisch. Das vollständige Verbrennen der Briketts erfolgt innerhalb von 150 bis 240 Minuten.

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C. Gleichmäßiges Brennen, ^±e Briketts verbrennen verhältnismäßig gleichmäßig und stetig über eine längere Zeitperiode. Mit anderen Worten, sie verbrennen nicht mit einer großen Flamme und einer intensiven Hitze ein paar Minuten lang und dann für eine längere Zeit sehr langsam und mit wenig Hitze, und wegen dieses gleichmäßigen Abbrandes sind die Briketts für Campingzwecke außerordentlich gut geeignet, bei denen eine sengende Hitze unerwünscht ist, während eine Hitze mit ziemlich großer Intensität oftmals erwünscht ist, die ziemlich beständig für 0 bis 3-4 Stunden aufrecht erhalten wird.

D. Rauchlos. Aufgrund des Herstellungsverfahrens weisen das Ausgangsmaterial und die geformten Produkte nur wenig oder gar keine flüchtigen unerwünschten Bestandteile auf, die beim Verbrennen Rauch oder andere unerwünschte Produkte verursachen. Das gewählte Bindemittel vermeidet auch dieses, und jedes Entzündungsagens, das benutzt wird, beeinflusst nicht nachteilig den gleichmäßigen Abbrand oder das Vermeiden unerwünschter Produkte beim Verbrennen je nach dem Endzweck der geformten Produkte.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verbessertes oder abgewandeltes Verfahren zum Zubereiten eines nicht rauchenden festen Brennstoffes nach der deutschen Patentanmeldung G 31 967 Vl/iOb, eingereicht am 30. März 1961, aus fein zerteilten kohlenstoffhaltigen Partikeln mit einem Gehalt von ungefähr 14 his. 45$ »η flüchtigen Bestandteilen, die bei gewöhnlichen Temperaturen normalerweise fest sind, bei Erhitzung jedoch plastisch werden können und expandieren, welches Verfahren umfaßt die Schnellkalzinierung der Partikel bei einer Temperatur ungefähr zwischen 620 und IO93 C in einer Gasströmung, die Sauerstoff in einer Menge enthält, bei der mindestens 10$ der ausgetriebenen brennbaren flüchtigen Bestandteile unverbrannt bleibt, das Abscheiden des lockeren, festen und expandierten Erzeugnisses von den gas- und dampfförmigen Produkten bei einer Temperatur, die nicht kleiner als diejenige Temperatur ist, bei der im wesentlichen alle genannten dampfförmigen Produkte dampfförmig bleiben, welches genannte lockere Erzeugnis eine Schüttdichte im Bereich von ungefähr 96 bis 320 g/dm und eine Partikelgröße im Bereich von ungefähr 5 his 1000 Mikron aufweist, da- durch gekennzeichnet, dass das genannte lockere Erzeugnis

einen

Neue Unterlagen (Art. 7 § I Abs. 2 Nr. l Satz 3 des Änderungsges. v. 4.9.1967) 809803/0235

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einen Gehalt von ungefähr mehr als yfo bis ungefähr 18$ an flüchtigen Bestandteilen aufweist, dass das genannte Erzeugnis mit Wasser und mit einem im wesentlichen nichtrauchenden, nicht-bituminösen organischen Bindemittel verr mischt wird, dass das genannte Gemisch geformt und getrocknet wird, dass das lockere Erzeugnis vorzugsweise entweder vor dem oder während des Mischens verdichtet wird, so dass die Schüttdichte wesentlich erhöht wird, und dass danach das verdichtete Erzeugnis vorzugsweise fortlaufend bei Temperaturen von nicht mehr als ungefähr 54 C in einer Walzenbrikettpresse geformt und getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Erzeugnis mit einem Entzündungsagens und mit Wasser vermischt wird, dass dem resultierenden Gemisch das organische Bindemittel zugesetzt wird, und dass das Gemisch geformt und getrocknet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Wärme zu behandelnden fein zerteilten kohlenstoffhaltigen Partikel als Ausgangsmaterial eine Partikelgröße von mindestens 75$ - 147 Mikron aufweisen, und dass das Entzündungsagens aus einem Alkali-karbonat, -nitrat, -chlorat oder -Chlorid oder aus einem Oxyd des Kupfers, des Bleis oder des Natriums oder aus einem Gemisch der genannten Stoffe besteht.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, dass das genannte abgeschiedene lockere Erzeugnis vor dem Vermischen mit Wasser und dem organischen Bindemittel zusätzlich erhitzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel einer Schnellkalzinierung unterworfen und dabei für eine Zeit von ungefähr 3 bis 30 Sekunden in einem senkrechten .Reaktor' in einer nach unten gerichteten geradlinigen Strömung erhitzt werden, wobei die Partikel sich mit einer Partikelgeschwindigkeit von ungefähr 210 bis 21 cm/sec durch den auf einer Temperatur von ungefähr 620 bis 1O93°C gehaltenen Reaktor in einer Gasströmung bewegen, die Sauerstoff in einer Menge zwischen ungefähr 125 uncl 312,5 dm pro kg kohlenstoffhaltiger Partikel enthält, so dass mindestens der ausgetriebenen brennbaren flüchtigen Bestandteile unverbrannt bleiben, und dass die Partikel mit einer Aufheizung von mehr als ungefähr 1093 C pro Sekunde rasch kalziniert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass die mit Wärme zu behandelnden, fein zerteilten kohlenstoffhaltigen Partikel als Ausgangsmaterial zu mindestens 75$ eine Partikelgröße von ungefähr 147 Mikron aufweisen.

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7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte, mit Wasser und einem Bindemittel vermischte Erzeugnis bei einer Temperatur von nicht höher als ungefähr 54 C in einer Walzenbrikettpresse zu Briketts gepresst und danach getrocknet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die getrockneten Briketts mit einer Lösung von Stärke in Wasser überzogen und danach getrocknet werden.

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