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Anlage zum Patentgesuch der
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Klöchner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft vom 20. April 1978 Verfahren
zur Herstellung von Pellets aus Kohlenschlamm Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Pellets aus Kohlenschlamm, insbesondere Rohkohlenschlamm.
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Bei einer üblichen Verwertung von Kohlenschlamm wird dieser entwässert,
getrocknet und vorzugsweise in Mahltrocknungs-Anlagen als Brennstoff für Staubkohlenfeuerungen
aufbereitet.
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Der trend zu qualifizierter Aufbereitung von Kohle, beispielsweise
durch Sortieren, Klassieren, Waschen etc.
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sowie der Einsatz neuer Abbau- und Transportverfahren vor Ort, beispielsweise
durch hydraulischen Abbau sowie hydraulischen Transport der Kohle, und schließlich
auch die Notwendigkeit, zur Deckung des steigenden Energiebedarfes minderwertigere
Abfallkohle zu verwerten, ergeben insgesamt ein höheres Aufkommen von Feinkohle,
welches die vorhandenen Kapazitäten zur Verfeuerung von Staubhohle erheblich übersteigt.
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Andererseits aber liegt ein Bedarf an stückigem Brennstoff vor, beispielsweise
zum Betrieb von Gaserzeugern, als Brennstoff für Rostfeuerungen oder Wirbelschichtreaktoren
sowie als Brennstoff für Sinteranlagen. hieraus ergibt sich die Forderung
nach
einem wirtschaftlichen Verfahren zur Herstellung von Pellets aus Kohl.enschlamm.
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Es ist bekannt, zur Entwässerung von Kohlenschlamm ein Vakuum-Trommelfilter
(DT-PS 11 77 572) zu verwenden, welches eine drehbare und teilweise i.n den Kohlenschlanim
eintauchende Filtertrommel aufweist, auf deren Oberflctche sich ein Filterkuchen
absetzt, welcher nach weiterer Drehung der Trommel durch einen Schaber von der Filteroberfläche
abgehoben wird.
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Eine zusätzliche Entwässerung und Trocknung des Filterkuchens erfolgt
durch Hindurchleiten von Dampf, der über eine Dampfhaube auf den Filterkuchen gerichtet
wird. Eine Formgebung des Filterkuchens zu Pellets findet jedoch nicht statt.
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Aus der Patentschrift 21 28 949 (Spalte 2, unterer Absatz) ist ein
Verfahren zur ilerstellung von staubförmigen Koks aus feinkörniger blähender Kohle
bekannt geworden, wobei diese Kohle in einem senkrecht als Reaktor angeordneten
Rohrsystem durch Luft, angereichert mit Sauerstoff, in mehreren Stufen entgast und
zu Feinkoks verarbeitet wird.
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Um ein Verbacken der Kohle und damit ei.n Verstopfen der Aggregate
zu verhindern, müssen TemperaturstuSen, Verweilzeiten, Kohlensorte sowie Kohlekörnung
äußerst sorgfältig aufeinander abgestimmt sein.
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Hieraus ergeben sich eine Reihe von Schwierigkeiten.
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Außerdem ist auch hier eine Formgebung des Produktes nicht vorgesehen.
Der so erzeugte Koks kann daher entweder für pyrometallurgische Zwecke Verwendung
finden, oder anschließend durch Pelletieren zu Pelletkoks für die Sinterung weiterverarbeitet
werden, wie diese beispielsweise von Wenzel, Gudenau und Dwiwanto in "Aufbereitungs-Technik!"
Nr. 4, 1975, Seite 194 bis in dem Aufsatz "Pelleikoks für die Sinterung" beschrieben
wird.
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Dabei wird als Nachteil empfunden, daß die hierfür benötigten Verfharensschritte
vielfältig, wegen der Einhaltung einer Vielzahl von Parametern schwierig sowie teuer
und wenig ergiebig sind Andererseits sind jedoch unkomplizierte Verfahren zur unmittelbaren
Herstellung von Kohlepellets aus Kohlenschalmm nicht bekannt. Solche Herstellungsverfahren
stehen offensichtlicht wegen einer Reihen von bisher für unüberwindlich gehaltenen
Schwierigkeiten, welche letztenendes zu einer Voreingenommenheit i in der Fachwelt
geführt haben, nicht zur Verfügung. Diese Schwierigkeiten beruhen hauptsächlich
darin, daß die feinen Kohlepartikeln im feuchten Zustand keine genügenden Haftkräfte
besitzen, um bei der Agglomeratbildung beispielsweise aus einem Filterkuchen zumindest
eine solche
Grünfestigkeit zu ergeben, die eine weitere Behandlung
der Pellets beispielsweise durch Trocknung und Härtung zulassen würde. Dies wurde
zumindest niemals erreicht. Zur Herstellung von Pellets aus Feinkohle benötigte
man deshalb bisher aufwendige und teure konventionelle Verfahren, wie beispielsweise
Brikettierung unter hohen Pressdrücken oder Aufbaugranulation durch Roll-Pelletierung.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, unter Überwindung
dieser Nachteile ein unkompliziertes, wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung
von Kohlenpellets aus Schlamm, insbesondere aus Rohkohlenschlamm,zur Verfügung zu
stellen.
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Dabei soll die verwendete Kohlensorte möglichst keinen Einfluß auf
den Verfahrensgang haben, und die notwendige Aufbereitung zur Herstellung der Pellets
soll mit den üblichen Mitteln einer Kohlenaufbereitungsanlage auf komplizierteste
Weise möglich sein, insbesondere unter Vermeidung der Anwendung von hohen Presskräften
oder der Roll-Pelletierung.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Schlamm i.n mindestens einer
Entwässerungsform mit Hilfe eines vorzugsweise erhöhten Druckgefälles entwässert
wird. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß Entwässerung sowie Formgebund
aus einem einzigen Verfahrensschritt bestehen, wogegen bekannte Verfahren einen
sehr
viel höheren Aufwand erfordern. Dadurch wird das Verfahren nach der Erfindung umkompliziert,
ökonomisch und kann darüberhinaus unter Verwendung handelsüblicher Filteraggregate
durchgeführt werden.
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Es ist bereits ein Verfahren zur Formgebund von feinkörnigen Eiseherzen
bekannt, (DT-PS 19 20 219), wobei die in Schlammform vorliegenden Erze mit Hilfe
einer Filterierentwässerung eine Formgebund erhalten, worauf die so gebildeten Formkörper
dem Brennvorgang zugeführt werden.
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Durch dieses Patent ist es zwar bekannt, dem Erzschlamm vor dem Filtrieren
auch ein Additiv von feinkörnigem Brennstoff zuzugeben, und dann die gebildeten
Formkörper durch eine Saugzugsinterung zu sintern, das bekannte Verfahren ist jedoch
ausschließlich auf die Formgebund von Eisenerzen beschränkt, wobei ein Additiv von
Brennstoff im Zusammenhang mit dem Agglomerationsprozeß der Erzpartikeln absolut
ohne Bedeutung ist.
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Eine Anregung, in gleicher oder ähnlicher Weise die Herstellung von
Kohlen-Pellets aus Kohlenschlamm, insbesondere Rohkohlenschlamm zu versuchen, konnte
daher die Fachwelt diesem Verfahren nicht entnehmen, insbesondere deshalb nicht,
weil in Anbetracht der gegenüber Erzpartikeln sehr viel geringeren Haftkräfte der
Kohle sowie in Anbetracht des bestehenden Vorurteils die Pelletierung durch Filtrierung
von vornherein völlig aussichtslos erscheinen mußte.
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Hieraus erklärt sich die Tatsache, daß trotz des Bedarfs an Pellets
aus Kohlenschlamm bis zum Zeitpunkt der Erfindung ein adäquates Verfahren zu deren
Herstellung aus der Schlamm-Pha se nicht bekanntgeworden ist.
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Dies dürfte als Indiz dafür zu werten sein, daß die Fachwelt wegen
der genannten Schwierigkeiten davor zurückschreckte, die Herstellung von Pellets
durch Entwässerung von Kohlenschalmm überhaupt nur ill Erwägung zu ziehen I1it den
überraschenden Ergebnis der Erfindung wird nunmehr dieses Vorurteil überwunden.
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Eine vorzugsweise Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die
Pellets eine annähernd kubische Form aufweisen, deren Kantenlänge zWiSCllCfl 3 unil
15 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 6 nut beträgt.
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Es hat sich dabei herausgestellt, daß die kubische Formgebung der
Pellets einen günstigen Einfluß sowohl auf das Ausformungsverhalten, als auch auf
die Grünfestigkeit, auf das Filtrierverhalten sowie schließlich auf die Gasdurchlässigkeit
einer Pelletschüttung hat.
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Für die Festigkeit sowie für die Gasdurchlässigkeit der Pellets ist
es dabei von Vorteil, wenn die durchschnittliche Kantenlänge
eines
Pellets zwischen 3 mm und 15 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 6 mm beträgt.
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Bei zu kleinen Pellets reduziert sich die Gasdurchlässigkeit einer
Schüttung und verteuern sich gleichzeitig die Herstellungskosten. Bei zu großen
Stücken erhöhen sich Bruchgefahr und Abrieb. Die angegebene Größenordnung umschließt
daher einen Bereich, der je nach Kohlesorte und Aufbereitungszustand ein Optimum
bezüglich Herstellkosten und Festigkeit darstellt.
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Dabei kann der Schlamm eine Mischung ais verschiedenen Kohlesorten
und/oder Koks enthalten.
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Dies ist einer der gravierenden Vorteile der Erfindung, weil die Einhaltung
bestimmter Kohlenqualitäten und/oder Kohlensorten nicht erforderlich ist.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Feststoffkonzentration
des Schlammes zwischen 500 g/l und 1000 g/l, vorzugsweise zwischen 600 g/l und 700
g/l eingestellt ist.
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Die Einhaltung dieser Trübekonzentration ist erfindungswesentlich,
weil sich überraschenderweise herausgestellt hat, daß diese von maßgebenden Einfluß
insbesondere auf die wichtigen
Filtrier-, Ausformungs- und Grünfestigkeits-Eigenschaften
der Pellets ist.
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Darüberhinaus ist cs ebenfalls erfindungswesentlich, daß das Körnungsspektrum
des Feststoffes im Schlamm vorzugsweise zwischen 1 mm und 0,01 mm liege, Von positivem
Einfluß auf das Ergebnis ist es weiterhin, wenn dabei das Körnungsspektrum mindestens
zwei bevorzugte Bereiche umfaßt, wovon ein gröberer Bereich mit mindestens 50 p
vorzugsweise 60 % bis 70 / ein Kornband zwischen 1 mm und 0,05 mm mit annähernd
50 eg Anteilen zwischen 0,5 und 0,1 mm, ein feinerer Bereich mit maximal 50 %, vorzugsweise
30 % bis lSo % ein Kornband zwischen 0,75 bis 0,01 mm rnit annähernd 50 % Anteilen
unter 0,05 mm aufweist.
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Dabei wird die Klassierung vorteilhaft mittels Hydrozyklon vorgenommen.
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Es kann hierbei auch zweckmäßig sein, daß verschiedenen Kohlensorten
verschiedene Körnungsbereiche zugeordnet sind.
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Dies trägt fallsweise dazu bei, daß eine Kohlensorte ohne weitere
Aufbereitungsschritte wie Klassierung und/oder erkleinerung verwendet werden kann,
während zur Einstellung
des Kornspektrums eine andere Kohlensorte
beiträgt. Dies wirkt sich günstig auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens aus.
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Die Erfindung sicht weiter vor, daß dem Schlamm zur Verbesserung des
Ausformungsverhaltens der Pellets Koks, vorzugsweise im größeren Körnungsbereich
mit 3 % bis 10 %, vorzugsweise mit 4 % bis 6 % beigemischt wird.
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Unter dem Begriff "Ausformungsverhalten" wird das Verhalten des Pellets
beim Herauslösen aus der Entwässerungsform verstanden. Das Herauslösen soll zweckmäßig
möglichst wenig Energie erfordern, und die Pellets sollen dabei sowie beim anschließenden
Fall in eine Fangvorrichtung möglichst wenig Abrieb und Bruch erleiden. Ein optimale
Ausformungsverhalten der Pellets ist daher sehr wichtig.
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Zur Verbesserung dieses Ausformungsverhaltens kann dem SChlamm auch
Graphit vorzugsweise zwischen 0,5 % bis 5 % beigemischt werden.
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Ebenfalls günstig auf das Ausformungsverhalten wirkt es sich aus5
wenn dem Schlamm ei.ne geringe Menge, vorzugsweise
30 mg/l eines
organischen Entspannungsmittels zugesetzt wird.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht weiter vor, daß dem Schlamm
ein Additiv zur Stabilisierung der Pelletfestigkeit zugesetzt wird. Als ein solches
Additiv kann dem Schlamm beispielsweise 5 % bis 10 % Feinstschlamm mit überwiegenden
Anteilen vorzugsweise kleiner 0,040 mm zugesetzt werden.
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Es hat sich ebenfalls als günstig herausgestellt, wenn dem Schlamm
als Bindemittel eine Kohlenwasserstoffe enthaltende Substanz, vorzugsweise Bitumen-Melasse
in Form einer Emulsion zugesetzt wird Durch eine Reihe von Versuchen konnte der
Beweis erbracht werden, daß die Grünfestigkeit der Pellets durch Zugabe solcher
Bindemittel signifikant verbessert wird. Dabei ist es zweckmäßig, aus der Auswahl
der am Betriebsort zur Verfügung stehenden Bindemittel sowie in Anpassung an den
zu bindenden Feststoff und seine spezifischen Eigenschaften wie stoffliche Qualität,
Körnungsspektrum, Kornform etc., ein passendes Bindemittel sowie dessen optimale
Zumischungsrate durch Auswahlversuche zu ermitteln. Die Surchführung solcher Tests
ist Routine und kann von jedem Laboratoren leicht durchgeführt werden.
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Dabei richtet sich die Wahl solcher Bindemittel nach dem örtlichen
Angebot und dem Preis der entsprechenden Abfallproduk te- . Beispielsweise kann
es vorteilhaft sein dem Schlamm bindige anorganische Stoffe wie beispielsweise Betonit
etc. in einem Mengenanteil von ca. 0,1 % bis 1 % vorzugsweise von ca. 0,2 % bis
0,4 % zuzusetzen.
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An orten wo beispielsweise Zellulose-Derivate als Abfallprodukte zur
Verfügung stehen, kann es beispielsweise vorteilhaft sein, dem Schalmm solche organischen
Substanzen, in einem Mengenanteil von ca. 0,01 % bis 0,1 %, vorzugsweise 0,03 ,%
bis 0,05 zuzusetzen.
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Fallweise kann es aber auch zweckmäßig sein, als Additiv ein hydraulisches
Bindemittel wie beispielsweise Zement, Gips, Kalziumhydroxyd, Hochofenschlacke,
etc. in einer Größenordnung zwischen 0,5 % und 10 %, vorzugsweise zwischen 1 % und
5 g zu verwenden. Denn di ese bewirken eine Aushärtung der Pe] lets.
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Und schließlich können dem Schlamm auch tonerdehaltige Abfallprodukte,
beispielsweise Rotschlamm, zugesetzt werden.
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Gegebenenfalls ist es dabei wichtig, daß ein Bindemittel dem Schlarrm:
unmittelbar vor und/oder während der Entwässerung
zugesetzt wird.
Dies trifft insbesondere für hydraulische Bindemittel wie Zement, Gips, Kalziumhydroxid,
Hochofenschlacke, etc. zu, weil diese nach Zugabe von Wasser einen Erhärtungsprozeß
verursachen.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Pellets zur Nachverdichtung
einem Rollvorgang unterzogen werden.
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Dabei wird die Grünfestigkeit signifikant verbessert, darüberhinaus
wird durch Abrunden der Kanten der kubischen Form die Abriebempfindlichkeit der
Pellets vermindert.
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Bei dieser Nachverdichtung durch den Rollvorgang kann zusätzlich noch
die Maßnahme vorgesehen seil, daß die Pellets mit einem Bindemittel benetzt werden
Und schließlich kann noch eine weitere Verbesserung dadurch erzielt werden, daß
die Pellets während der Nachverdichtung einer Trocknung sowie Härtung durch heißes
Gas unterzogen werclen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines B E I S P I E L S näher
erläutert.
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Dem Beispiel liegen orientierende Tastversuche zugrunde, welche zur
Erfassung der wichtigsten Parameter der Erfindung durchgeführt wurden.
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Als Versuchsgerät diente ein 0,25 m²-Trommelfilter, das mit einem
handesüblichen Filtertuch bespannt war. Das Filtertuch hatte eine Maschenweite von
15/190 Mikron.
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Die entsprechend der Erfindung erforderliche Entwässerungsform für
die Herstellung geformter Pellets wird durch ein Formgitterband aus elastischem
Kunststoff gebildet, welches zusammen mit der Trommel über deren Ansaugbereich herungeführt
ist, und in dessen Zwischenräume mit den Abmessungen 5,5 x 4,5 mm sich der auf der
Filteroberfläche absetzende Filterkuchen in Form von einzelnen kubischen Pellets
einlagert.
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Das Filter arbeitet mit einem Unterdruck von 25 Torr. Als Einsatzstoff
wurde ein aus dem Ruhrgebiet stammender Steinkohlen-Rohschlamm verwendet. Die Kornanalyse
des Originalgutes ist folgende: Tabelle I Korngröße Masseanteile Masseanteile mm
% add. % größer als 1,0 1,3 1,3 1,0 bis 0,5 28,4 29,7
0,5 bis 0,3
18,5 48,2 0s3 bis 0,2 13,2 61,4 0,2 bis 0,1 19,3 80,7 0,1 bis 0,06 6,5 87,2 kleiner
als 0,06 12,8 100,0 Der Aschengehalt der Fettkohle schwankt zwischen 14 % und 16
%.
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Der Trübe wurde bereits zechenseitig ein Flockungsmittel mit einem
Mengenanteil von 60 mg/l zugegeben.
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Bei den anfänglichen Versuchen stellte sich heraus, daß diese Kohle
für die Gewinnung von Pellets nach der Erfindung zu grob war. Die Pellets wiesen
deshalb zu geringe Haftkräfte auf und zerfielen infolge zu geringer Grünfestigkeit
beim Herauslösen aus der Entwässerungsform.
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Deshalb wurde ein Teil der Kohle in einer Stabmühle ca. 3 Minuten
lang aufgemahlen. Das Produkt hatte dann eine Kornzusammensetzung wie folgt: Tabelle
II Korngröße Masseanteile Masseanteile mm % add. % größer als 0,75 0,8 0s8 0,75
bis 0,5 5,6 6,4 0,5 bis 0,25 12,2 18t6 0,25 bis 0,125 13,0 31,6
0,125
bis 0,063 11,6 43,2 0,063 bis 0,045 6,8 50,0 kleiner als 0,045 ca. 50 100,0 Die
beiden Produkte, nämlich der Schlamm mit einer Korngrößenverteilung gemäß Tabelle
I wurden zu je 50 % mit einem Schlamm der Korngröße gemäß der Tabelle II gemischt.
Mit diesem Gut wurde durch weiteren Zusatz von Wesser eine Feststoffkonzentration
in der Trübe von 650 bis 700 g/l angemaischt und mit 5 % CaCO3, auf Trockensubstanz
bezogen, vermischt.
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Die damit hergestellten Pellets hatten eine soweit verbesserte Grünfestigkeit,
daß diese das Herauslösen aus den Entwässerungsformen im wesentlichen ohne größere
Verluste überstanden.
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Jedoch waren die Haftkräfte zwischen Pellet und Forawandung noch wesentlich
zu hoch.
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Die Feuchte der grünen Pellets betrug zwischen 21 und 24 Gewichts-%.
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Bei weiteren Versuchen wurde Zellulose-Derivat in einer Konzentration
von 0,03 % zugegeben. Die Haftkräfte zwischen den einzelnen Kohleteilchen innerhalb
der Pellets, festgestellt durch Fallversuch, wurde dadurch um einen Faktor 2 gegenüber
dem Zustand vor der Zugabe des Zellulose-Additivs erhöht.
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Durch Beigabe von 30 mg/l Entspannungsmittel zur Trübe sowie 5 % Braunkohlenkoks
mit einem Körnungsspektrum zwischen 1 und zur min wurde eine erhebliche Verbesserung
des Ausformungsverhaltens erreicht. Nunmehr konnten die Pellets durch leichtes Klopfen
ohen Schwierigkeit aus den Entwässerungsformen herausgelöst werden. Die mittlere
Grünfestigkeit eines Pellets betrug bei dieser Versuchsreihe es. 5 N.
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Durch Zugabe von 5 % Tonerdeschmelzzement konnte die kalte Druckfestigkeit
nah Trocknungshärtung durch Warmluft bis auf 60 N je Pellet gesteigert werden.