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Verfahren zur Herstellung raucharmer Brennstoffbriketts
In der noch nicht bekanntgemachten Patentanmeldung St 25
691. VIb/l0b wurde ein Verfahren beschrieben zur Herstellung von Presslingen,
insbesondere Brennstoffbriketts, durch Heisspressen eines feinkörnigen Gemisches
aus bei
Presstemperatur erreichender Substanz, die eine unter dem Erweichungspunkt
liegende Temperatur aufweist, mit einer bei Pressteäperatur niLcht.oder kaum
erweichenden Substanz, die so hoch erhitzt wird, dass die Mischung die
zum
nachfolgenden Pressen eiforderliche Temperatur aufweist, wobei
das erhaltene
Gemisch vor dem Verpressen einer Entgasung unterworfen
wird.
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Hierin unterscheidet sich das obenabeschriebene Verfahren
von anderen Verfahren, bei denen unmittelbar in Anschluss an die Mischung
die Verpressung zu Briketts erfolgt. Es hat sich nämlich bei
der Herstellung von raucharmen Briketts mit erweichender Steinkohle
als Bindemittel gezeigt - und das ist
einer der Ausgangspunkte
der vorliegenden-Erfindung - dass ohne eine Batgasung der Bindeaittelkomponente
auch bei einer Temperatur des Brikettiergutes vor der
Verformung
von 450 'C und mehr die Briketts nach den Verpressen
zu= Zerplatzen oder aber zu einer unerwlinschten Rissbildung neigen.
Diese
Schäden beruhen vermutlich darauf, dass bei diesen höheren Arbeits-
temperaturen
auch im geformten Brikett, zumal bei der Verformung eine Temperatur-
erhöhung
eintritt, die starke Gasentwicklung weiterläuft. Um deren Umfang zu vermindern,
muss eine begrenzte Entgasung des Gemisches vor dem Verpressen vorgenommen
werden, und zwar Uber die Entgasung hinaus, der die Bindemittelkomponente
bereits bei der Aufheizung unterworfen wird. Der Zustand
des Brikettiergutes im
Zeitpunks, der Verformung,
der durch das Ausmass dieser Entgasung gegeben ist,
bestimmt die
Festigkeit, die Formbeständigkeit und die Raucharmut des erzeugten
Briketts.
Die Raucharmut hängt überdies noch in geringerem Ausmass von der wei-
teren
Entgasung des geformten Briketts (Nachentgasung) und von der während der
Abkühlung
durch den Sauerstoff der Luft hervorgerufenen Oxydation ab.
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Die bei den bisher gebräuchlichen Temperaturen ohne eine solche
Entga- sung des Brikettiergutes vor der Verformung hergestellten
Briketts neigen bei
ihrer Verwendung im Hausbrand noch zu einer nicht
unbeträchtlichen Rauchbildung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine genaue Vorschrift
aber die Dauer und die Temperatur derjenigen Entgasung zu geben, der
das Gemisch vor
den Verpressen gemäss dem in ersten Absatz beschriebenen
Verfahren zu unterwer-
fen ist. Der Verlauf der Nachentgasung
wird durch die Presstemperatur und die
AbktLhlbedingungen bestimmt.
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Es wurde weiter festgestellt, dass die Urteerausbeute (= maximale
Schwelteerausbeute)
des Brikettiergutes im
Zeitpunkt der Verformung
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d. h. in
der Praxis, die Urteerausbeute,
die eine unmittelbar
vor oder unmittelbar
nach
der Verformung
gezogene und
schnell abgekühlte (äassertauchung)
Probe aufweist
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ein Nass
für den Zustand
des Brikettiergutes
ist. Die Bestimamg
dieser Urteer- -
ausbeute kann z.B.
nach der bekannten Methode
von Fischer (vgl. Bruckner, "Untersuchungsverfahren
für feste Brennstoffe",
1943) erfolgen. Zur Erhöhung
der Ge-
nauigkeit der Urteerbestimsung
bei Brennstoffen
mit weniger als 0,4 ;6
Urteer
empfiehlt
es sich, die Probemenge von 50 g, wie nach der Methode
von Fischer,
auf
beispielsweise
1 kg heraufzusetzen. Bei diesen Brennstoffen setzt man ausserdem
zweckmässigerweise
die Endtemperatur
der Schwelung
auf 550 bis
600 oC
herauf,
um die maximale Schwelteerausbeute
zu erhalten
und
gleichzeitig den Zeitaufwand
der Bestimmung
herabzusetzen.
Endtemperaturen
der Schwelung von
500 bis 600 °C fuhren
bei den hier verwendbaren Brennstoffen
zu vergleichbaren Urteerausbeuten.
Es sei in diese= Zusammenhang
darauf hingeweisen,
dass die
Urteerausbeuten
natür-
licher Steinkohlen ein Mass
für die Raucharmut
darstellen
und folgende ungefähren
Werte aufweisen:
| Anthrazit 0,1 bis 0,7 % |
| Magerkohle 0,7 bis l ;G |
| Esskohle 1 bis 4 |
| Fettkohle 4 bis 11 `X. |
| Gas- u. Gas- |
| flamakohle il bis 14 |
Bei der erfindungsgemässen
Entgasung handelt es sich um
eine unvollständige Entgasung
mit begrenzter Entteerung
der Bindemittelkomponente.
Eine bis zum praktisch
entteerten Halbkoks
fortgesetzte Entgasung,
die bereits fruher fur
die Herstellung bindemittelloser
Briketts aus wenig backenden Kohlen
vorge-
schlagen wurde, vernichtet
die Backfähigkeit
der Bindemittelkompanente.
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Es hat sich gezeigt, und das ist eine wesentliche Grundlage
der vor-
liegenden Erfindung, dass die Entgasung vor dem Pressen
so weit zu treiben ist,
dass die Urteerausbeute
des Brikettiergutes in Zeitpunkt der Verformung zwischen
0,07 und 0,8 % liegt. Dazu kommen jedoch noch weitere Grenzbedingungen
sowohl für die Dauer der Entgasung als auch den Temperaturbereich,
in den diese vorzunehmen ist.
Eine Temperatur
Uber 540 OC fuhrt zu einer zu raschen Zerstörung der
für die Verfestigung
der Briketts erforderlichen Stoffe. Andererseits fuhrt eine zu niedrige
Temperatur zu einer zu langen Entgasungsdauer, bei der die
Bindemittelkamponente
ihre kittende Eigenschaft vor der Verformung teilweise
einbüsst.
Die erfindungsgemässe Entgasungsdauer wird ausserdem noch stärker
dadurch
eingeschränkt, dass die Vorrichtung, in der das Brikettiergut während
des Entgasungsvorgangs bewegt werden muss - z.B.
ein Rührbehälter oder eine
Schnecke - in der Praxis ein
begrenztes Fassungsvermögen hat. Die Entgasungs-Bauer soll daher mindestens
l Minute, sie soll aber nicht mehr als 15 Minuten
betragen. Gemäss
der Erfindung muss eine Mindesttemperatur von 450 OC,
es darf aber keine Uber 540 OC liegende Temperatur
zur Anwendung kommen. Zeitdauer und
Temperatur stehen in einem
gesetzmässigen Zusammenhang. Die Regel, die gemäss der vorliegenden Erfindung
für den Vorgang der Entgasung nach dem im ersten
Absatz der Beschreibung
beschriebenen Verfahren aufgestellt wird, besagt daher:
Man muss
die zwischen 1. und 1.5 Minuten liegende Dauer und die zwischen
450 und
540 'C liegende Temperatur der Entgasung so aufeinander
abstimmen, dass sich
eine Herabsetzung der Urteerausbeute
des Brikettiergutes im Zeitpunkt der Verformeng auf einen zwischen
0,07 und 0,8 ',G liegenden Betrag ergibt.
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Ein besonders vorteilhafter Arbeitsbereich für das erfindungsgemässe
Verfahren liegt In Bereich und oberhalb der wiederverfestigungstemperatur,
wie
sie in DIN 51 739 in der Fassung vom März
1956, die sich auf den Dilatoaeter-Test bezieht, festgelegt ist. Dieser
bevorzugte Temperaturbereich beträgt bei den als Bindemittel gut verwendbaren
Kohlen mit einer Urteerausbeute von 4 bis
etwa 12 'X.
475 bis 525 °C. In diesem Bereich- arbeitet man vorzugsweise
mit Verweilzeiten zwischen 1 und 9 Minuten. Unter diesen Bedingungen
werden leicht Urteeriussbeuten des Brikettiergutes in Zeitpunkt
der Verformung von 0,5 'X und
weiniger erzielt. In dem
unteren Bereich der erfindungsgemäss erforderlichen
Urteerausbeuten
des Brikettiergutes im Zeitpunkt der Verformung auf einen
zwischen 0,07 und 0,2 % liegenden Betrag, lassen sich besonders
stabile Betriebverhä.ltnisse einstellen. In diesem Bereich wird die
Urteerausbeute relativ unabhängig von der Dauer und der Temperatur der
Entgasung (vgl. such die bum zwei-
ten Ausführungsbeispiel
beigefügte Fig. 3).
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Als Bindemittelkomponente lassen sich alle Steinkohlen
verwenden, die
gegebenenfalls bei sehr hoher Erhitzungsgeschwindigkeit,
unter den Bedingungen dieses Verfahrens erweichen.
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Zur Erläuterung
des erfindungsgemessen
Verfahrens
dienen die folgenden
Ausführungsbeispiele
mit den anliegenden Zeichnungen,
auf denen
Fig.
1 eine schematische
Darstellung einer
beispielsweisen Anordnung
zur Durchführung
des neuen Verfahrens;
Fig.
2 eine kurvenmässige
Darstellung der Herabsetzung der Urteerausbeute
in
Abhängigkeit von der Entgasungsdauer bei
verschiedenen Eatgasungstemperaturen
oberhalb einer Urteerausbeute
von ca. 0,4 ',G;
und
Fig.
3 eine
kurvenmässige Darstellung
der Herabsetzung der Urteerausbeute
in
Abhängigkeit
von der Entgasungsdauer
bei verschiedenen Entgasungstempe%atunen
unterhalb einer Urteerau$beute
von ca. 0,4 %
zeigen. '
Beispiel 1
Zur Herstellung der raucharmen Brennstoffbriketts
werden die folgende
Ausgangsstoffe in der nachfolgend angegebenen anteilmässigen
Menge und mit den
dabei angegebenen Gehalten an
flüchtigen Bestandteilen
und an
Urteer verwendet:
| Bestandteil Anteil 'halt an Anteil. Gehalt Urteer |
| f 1. Best an f l. Best ausbeute |
| x x x x x |
| Koksgrus 10 0,5 0,05 0,0 |
| Anthrazit 30 9,0 2,70 0,2 |
| Esskohle 35 15,O 5,6O 2,1 |
| Gaskohle 25 32,O 8,00 1O,1 |
| 100 16,35 |
Anthrazit und Koksgrus
werden vorgenischt
und als einheitliche
Kompo-
nente behandelt (inerte Komponente
I). ,
Die Esskohle
E wird
durch Schwelung
im Wirbelbett
in einen Halbkoks mit
10
%.f1.
B. (inerte Komponente II) umgewandelt.
Die Schweltemperatur
betragt
ca. 550 OC,
die Schweldauer ca. 15 Minuten.
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Die Aufheizung der Ausgangsstoffe erfolgt prinzipiell so,
wie es im
ersten Absatz der Beschreibung beschrieben
ist.
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In dem Heizrohr a wird die Komponente I durch direkte
Berührung mit
Feuergasen auf ca. 600 °C gebracht und Uber
einen Zyklon b ausgeschieden.
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In das aus dem Zyklon b austretende Abgas wird Gaskohle
G eingetragen
und in eines Rohr c auf ca. 250 °C aufgeheizt.
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Die Abscheidung der Bindemittelkamponente
erfolgt in einem Zyklon d.
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Der durchgehende Staub wird in einem nachgeschalteten
Elektrofilter e aufgefangen
und der Gaskohle zugeführt.
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Die den Wirbelbett zugeführte Esskohle E wird hier vorentgast,
und mit
ihrem Feinkornanteil, der in eine= Zyklon g erfasst
wird, bildet sie die inerte Komponente 1I; sie wird in die
Transportschnecke h eingeführt.
De drei genannten
Feststoffkomponenten werden in einen Behälter k ein-
geschleust, in dem
die Durchmischung und die erfindungsgemässe Entgasung statt-
findet.
FUr eine Pressenleistung von 20 t/h wird hier ein stehender Zylinder
mit
eines Durchmesser von 1 m und einer Mantellänge von 4 a verwendet.
Das untere Ende
des Zylinders geht in einen rechteckigen Querschnitt
von 0,7x1 a Uber. Der Behälter enthält ein Rührwerk
mit senkrecht stehender Achse. Der für das Brikettiergut
nutzbare Behälterinhalt beträgt nicht ganz 3 m3. Aus den unterschiedlichen
Temperaturen der einzelnen Komponenten resultiert eine Mischtemperatur
von 480 0C.
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Die erfindungsgemässe Entgasung, d.h. die mittlere Verweilzeit
des
Brikettiergutes iiriSehalter k, dauert in diesem Beispiel ca.
5 Minuten. Wegen
fehlender Isolierung det Behälters k sinkt die
Temperatur während dieser Zeit um
etwa 12 °C. Das bei
der Entgasung entweichende Gas ist ein Starkgasirit einer
ausserordentlich
hohen Urteerausbeute. Das fertiggesischte und vorentgaste Brikettiergut
wird Uber einen Zuteiler einer Walzenpresse m aufgegeben.
Bei der
gegebenen Pressenleistung wird die Verweilzeit
des Brikettiergutes im Behälter
k durch den Fullstand bestimmt.
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Die Urteerausbeute der 3 Komponenten unmittelbar
vor dür Mischung be-
tragen: ' inerte Komponente I 0
;L inerte Komponente 1I O 'x Bindemittelkorponente 10 X.
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Als additive Urteerausbeute ergeben sich 2,5 %. Beim
Verlassen des Be-
hälters beträgt die Urteerausbeute
0,5 %. Da auch nach der Pressvorgang die Ent-
gasung noch kurz weiterlauft,
tritt bis zur fertigen ausgekühlten Brikett eine
weitere Verminderung
der Urteerausbeute ein, die im vorliegenden Beispiel bei
ca. 0,2 % liegt. Schliesslich führt die in Verlauf der
Abkühlung eintretende Luftoxydation zu einer letzten Absenkung
der Urteerausbeute um noch einmal ca.
0,2
`x, so dass in diesem Ausführungsbeispiel die Urteerausbeute
des fertigen
Briketts nur ca. 0,1 ,°G beträgt.
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In Fig. 2 ist für die Mischung dieses Ausführungsbeispiels
das Absinken
der Urteerausbeute von ihre= anfänglichen
Wert von 2,5 ;G mit fortschreitender Entgasungsdauer
bei verschiedenen, in diesem Falle konstanten Temperaturen während
des Entgasungsvorganges angegeben. Als Abszisse ist die Entgasungsdauer
in Mi-
nuten aufgetragen, als Ordinate die Urteerausbeute in 'X.. Man
sieht, dass man die
Urteerausbeute sowohl durch Veränderung
der Entgasungstemperatur als auch durch
Veränderung der Entgasungszeit
beliebig beeinflussen kann.
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In Fig. 2 ist derjenige Bereich, der gewäss
der Erfindung zur Erzielung
eines rauchfreien und stabilen
Briketts fuhrt, schraffiert eingetragen. Er er-
streckt sich über einen
Zeitraum von 1 bis 15 Minuten Entgasungsdauer und über
eine Urteerausbeute
der der Presse zugeführten Mischung zwischen 0,07 und 0,8 %,.
Der in diesem Ausführungsbeispiel erhaltene Restgehalt an Urteer unmittelbar
vor
der Verformung ist durch einen greis angedeutet.
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Beispiel 1 geht beim Verpressen aus von einer Urteerausbeute
von 0,5`,6; die Bestimmung dieser Ausbeute erfolgte gemäss
der Methode von Fischer. Wegen
der vorhin genannten Ungenauigkeit
dieser Bestimmungsmethode bei Ausbeuten von
weniger als ca.
0,4 ',6 Urteer, sind die in Fig. 2 angegebenen Isothermen
unterhalb
des Bereichs von ca. 0,4 % als global zu betrachten.
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Die verbesserte Bestimmungsmethode
auf Basis von 1 kg
grossen
Proben
ergibt genauere Unterlagen
über den Verlauf der
Isothermen
bei einer Urteerausbeute
von weniger als ca. 0,4 'X..
Eine nähere Erläuterung dazu findet
sich in
Beispiel 2.
| Beispiel 2 |
| In dieses Fall wird zur Herstellung der raucharmen Brennstoffbriketts |
| als inerte Komponente eine Anthrazit-Feiniohle mit
9,0 x Flüchtigen Bestandteilen |
| und einer Urteerausbeute von 0,2 'X verwendet. Die als Bindemittelkasponente
ein- |
| gesetzte Fettkohle hat 23 % flüchtige Bestandteile und 7,0
9G Urteer. Der Anteil |
| der inerten Komponente beträgt 77 % und der der Bindemittelkempoaente
23'X. |
| Als Vorrichtung wird die bereits Im Beispiel 1 beschriebene
und in der |
| Fig. 1 dargestellte Anordnung beäutzt. Lediglich die für
die Verarbeitung der |
| inerten Komponente 1I notwendigen Aggregate werden nicht
benötigt. |
| Ia Heizrohr a wird die pnecaatisch eingetragene Anthrazit
Feinkohle durch |
| direkte Beruhrung mit Yemrgasen auf 585 + 3 oC gebracht
und Uber Zyklon b aus- |
| geschieden. |
| In das aus des Zyklon b austretende Abgas wird die Fettkohle
eingeblasen |
| und im Rohr c auf 338 bis 344 oC aufgeheizt. Die
Abscheidung der Bindeaittel- |
| komponente erfolgt in Zyklon b. |
| Die beiden heissen Komponenten werdm zur Durchmischung und
erfindungs- |
| gemässen Entgasung in den Be»iter k eingeschleust. Hier
entsteht aus den unter- |
| schiedlichen Temperaturen der beiden @aspopenten eine Tischtemperatur
von |
| 505 + 2 °C, gemessen In Auslauf des Behälters k. |
| Die mittlere Venreilzeit des Brikettiergutes in
Behälter k, d.h. die |
| erfindungsgemasse Entgasung, dauert ca. 5 Minuten. |
| Die Urteerausbeuten der beiden Komponenten unmittelbar vor
der Mischung |
| betragen |
| Anthrazit Feinkohle O '@ |
| Fett Feinkohle 6,0'x |
| Als additive Urteerausbeute ergeben sich 1,38 %. Die Briketts
zeigen |
| unmittelbar nach des Prassvorgaog eine Urtssrausbeute von
0,1 j. Bei des Ab- |
kahlung
der Briketts auf eines Kühlband
üblicher Bauart
und einer abschliessenden Wasserbebrausung sinkt
die Urteerausbeute
in fertigen ausgekühlten
Brikett auf
0,05 'x.
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Die in dieses Beispiel angegebenen Urteerausbeuten
sind die in einer
Retorte nach Jenkner (Gluckauf, Bd. 70 (l934)
S. 473 ff.) gefundenen maximalen
Schwelteerausbeuten.
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Die Probesenge beträgt 1 kg. Der Heizmantel
der Retorte wird so einge-
stellt, dass die Kohle bei der Schwelung
eine Endtemperatur von 580 oC hat.
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In Eig. 3 ist Zur die Wischung dieses Ausfuhrungsbeispiels
das Absinken
der Urteerausbeute von ihren anfänglichen Wert von
1,38 'x mit fortschreitender
Rntgasungsdauer bei verschiedenen
Temperaturen, die In Auslauf des Behälters k
gesessen sind,
angegeben. Als Entgasungsdauer wird hier die mittlere Verweilzeit
im Behälter vor der Presse eingetragen.
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In Fig. 3 ist der Bereich, der gemäss
der Erfindung zur Erzielung eines
rauchfreien und stabilen Briketts
führt, gestrichelt umrandet. Die besonders vorteilhaften Arbeitsbedingungen
unter 0,5 'x. Urteer im Brikettiergut bei der Verformung
sind schraffiert gekennzeichnet. Der Verlauf der Isother'en
In karierten
Bereich unter 0,2'X Urteer zeigt, dass In
diesem Bereich die Urteerausbeute zu
einer zunehmend
schwächeren Funktion der Bntgasungstemperatur und -dauer wird.
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Aus diesem Zusammenhang wird ersichtlich, dass man bei
Urteerausbeuten des Brikettiergutes bei der Verformung zwischen
0,07 und 0,2 'Xr Arbeitsbedingungen erhalt, die gegenuber
leichten Temperaturschwankungen In der Kohle und Schwankungen
des Fallstandes In gischbehxlter vor der Presse relativ urempfindlich
sind. Das
will sagen, dess derartige Schwankungen nur einen
vergleichsweise geringen Ein-Fluss auf die Qualität, d.h. die Rauchfreiheit
und die Festigkeit der hergestellten Briketts hat. Die bisher zum
Stande der Technik gehörenden Verfahren zur
Heissbrikettierung -sind
in der Praxis vielfach daran gescheitert, dass sich keinen dekartig
gegenuber Temperaturscheaniusrgrt unempfindlichen Arbeitsbereich haben.