DE3043085A1

DE3043085A1 - Verfahren zum heissbrikettieren von organischen feststoffen, insbesondere von braunkohle

Info

Publication number: DE3043085A1
Application number: DE19803043085
Authority: DE
Inventors: Alois Dipl.-Ing. Leoben Janusch
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1979-11-15
Filing date: 1980-11-14
Publication date: 1981-10-01
Also published as: AU537085B2; GB2063298A; PL228236A1; AT366404B; ATA730179A; US4360487A; GB2063298B; ZA806563B; DE3043085C2; JPS5679189A; IN152353B; DD154299A5; AU6438080A; YU290680A; GR72295B; CA1142757A

Description

VOEST-ALPINE Aktiengesellschaft

in Wien (Österreich)

Verfahren zum Heißbrikettieren von organischen Feststoffen, insbesondere von Braunkohle

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Heißbrikettieren von organischen Feststoffen, insbesondere von Braun- oder Steinkohle. Während organische Feststoffe unter der Voraussetzung eines genügend hohen Bindemittelgehaltes ohne Schwierigkeiten zu Briketts verpreßt werden können, lassen sich eine Reihe von organischen Feststoffen nur schwer brikettieren. Es sind bereits Versuche bekannt geworden, Kohle für die Brikettierung soweit zu erwärmen, daß sie in einen plastischen Zustand übergeht. Inwieweit sich organische Feststoffe überhaupt brikettieren lassen, hängt im wesentlichen von der chemischen Beschaffenheit des Brikettiergutes, der physikalischen Natur des Brikettiergutes, weiters im Falle der Heißbrikettierung von der Geschwindigkeit der Aufheizung des Brikettiergutes, der Brikettiertemperatur, dem Preßdruck und der Dauer der Druckeinwirkung ab. Ein plastischer Zustand des zu brikettierenden Gutes läßt sich nur bei ausreichendem Gehalt an Bitumen oder Bitumenbildnern herbeiführen, weshalb im Falle von Kohle, die petrographische Zusammensetzung des Einsatzmaterials von besonderer Bedeutung ist. Eine wesentliche Schwierigkeit beim Heißbrikettieren von organischen Feststoffen besteht darin, daß die Zersetzungstemperatur der organischen Feststoffe sehr nahe bei derjenigen Temperatur liegt, bei welcher eine für das Brikettieren günstige Plastizität der zu verarbeitenden organischen Feststoffe auftritt. Es wurden bereits Untersuchungen angestellt, welche den Einfluß des Inkohlungsgrades von Kohle auf die Plastizität und auf den Bereich des plastischen Zustandes angeben. Hiebei hat sich gezeigt, daß der Erweichungspunkt von Kohle sehr stark von der Aufheizgeschwindigkeit abhängt. Ist die Temperatur zu Be-

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ginn der Brikettierung zu niedrig, so ist keine ausreichende Plastizität vorhanden und der Vorteil der Anwendung niedriger Drücke bei der Brikettierung im plastischen Zustand kann nicht nutzbar gemacht werden. Bei zu hoher Temperatur erfolgt bereits eine Zersetzung des Bitumens, so daß die Bindefähigkeit der Kohle erheblich abnimmt. Der Temperaturbereich der Heißbrikettierung ist also sehr eng.

Die bisherigen Versuche, organische Feststoffe heiß zu brikettieren, haben insbesondere im Falle der Brikettierung von Braunkohle in keiner Weise zufriedenstellende Produkte ergeben. Während die Heißbrikettierung von Steinkohle durch rasche Erwärmung der Steinkohlepartikel weitgehend zufriedenstellende Resultate liefert, ist die Herstellung von Braunkohlebriketts durch Heißbrikettierung bisher nicht zu zufriedenstellenden Produkten gelangt.

Aus der GB-PS 496 680 ist bereits ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem Kohlen jüngeren geologischen Alters vor dem Verpressen zu Briketts unter überatmosphärischem Druck auf Temperaturen über 100⁰C und insbesondere 130 bis 300⁰C erwärmt werden. Das Verpressen erfolgte jedoch unter Aufrechterhalten des überatmosphärischen Druckes unmittelbar anschließend an die Erhitzung, und es sollte durch diese Maßnahme ein Abdampfen von Zersetzungsprodukten verhindert werden.

Die Erfindung geht nun im Besonderen von einem derartigen Verfahren zum Heißbrikettieren von organischen Feststoffen, insbesondere von Braun- oder Steinkohle, bei welchem die organischen Feststoffe unter den Bedingungen einer Trocknung durch Heißwasser und/oder Dampf unter überatmosphärischem Druck auf Temperaturen von über 160⁰C erwärmt werden und hierauf nach dem Ausschleusen und Abtrennen des Dampfes unmittelbar anschließend unter Aufrechterhalten oder Einstellen einer Temperatur von über 160⁰C zu Briketts verpreßt werden, aus und zielt darauf ab, Briketts hoher Festigkeit bei möglichst geringen Preßdrucken zu erhalten. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß die organischen Feststoffe nach dem Ausschleusen und vor dem Verpressen zu Briketts unter Unterdruck

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gesetzt werden, wobei der Dampf durch Absaugen abgetrennt wird. Dadurch, daß die organischen Feststoffe nach dem Ausschleusen und vor dem Verpressen zu Briketts unter Unterdruck gesetzt werden, wird vor allen Dingen dem Umstand Rechnung getragen, daß Bitumenbildner, deren kritische Temperatur oberhalb der angewandten Verfahrenstemperatur liegt, durch die Anwendung von erhöhtem Druck in ihrer Zersetzung verzögert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit auf Grund der Vorbehandlung unter überatmosphärischem Druck bei Temperaturen von über 16O⁰C ein plastischer Zustand der organischen Feststoffe erzielt. Die Plastizität kann auf Grund der gewählten Bedingungen bereits bei wesentlich tieferen Temperaturen erhalten werden als dies bei einem raschen Aufwärmen unter Bedingungen, welche nicht einer Trocknung entsprechen, der Fall wäre. Dies wird insbesondere darauf zurückgeführt, daß die aus einer solchen Trocknungsstufe austretenden organischen Feststoffe, sich in Bezug auf ihre Plastizität in einer Art aktivierten Zustand befinden, welcher nach einem Abkühlen und nach Ablauf einer gewissen Zeit durch Alterungserscheinungen verloren ginge. Der Temperaturbereich bis zum Eintreten der Zersetzung wird hiebei wesentlich größer und die Verluste durch Zersetzungen beim Heißbrikettieren können durch die Erwärmung unter Bedingungen einer Trocknung wesentlich verringert werden. Während bei einer raschen Erwärmung, beispielsweise von Kohle im Flugstrom, die Temperaturdifferenz zwischen dem Erweichungspunkt und dem Beginn der Zersetzung einer Kohle, oft nur 1O⁰C auseinander liegen, liegt dieser Bereich bei der Erwärmung unter Bedingungen einer Trocknung oft um mehr als 100⁰C auseinander. Dieser Effekt wird noch dadurch wesentlich verbessert, daß unmittelbar vor dem Verpressen der Briketts ein Unterdruck angewendet wird, welcher zu einer Homogenisierung und raschen Verteilung der Bitumenbildner in dem aktivierten Zustand führt. Gleichzeitig wird Dampf durch Absaugen abgetrennt und es-kann somit rasch von der Trocknungstemperatur ausgehend auf eine für das Brikettieren günstige Temperatur übergegangen werden, wodurch die in der Trocknungsstufe erzielte Plastizität voll erhalten bleibt.

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In vorteilhafter Weise werden die organischen Feststoffe vor dem Verpressen auf Temperaturen von 160° bis 42O⁰C erwärmt, wobei erforderlichenfalls der bei der Ausschleusung der organischen Feststoffe nach dem Abtrennen des Dampfes eingetretene Temperaturverlust durch Aufheizen der organischen Feststoffteilchen in einer Wirbelschicht mit heißen Gasen oder Heißdampf kompensiert wird, und die Temperatur der Feststoffe auf 160° bis 420⁰C eingestellt, wird. Von wesentlichem Vorteil ist hiebei, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über einen weiten .Temperaturbereich bei relativ geringem Preßdruck zufriedenstellende Resultate eintreten, während sich bei den bisher bekannten Verfahren der Heißbrikettierung geringfügige Abweichungen von einer optimalen Temperatur prozeßtechnisch, ungünstig auswirken. Geringe Abweichungen von der Temperatur der beginnenden Erweichung haben bei den bekannten Verfahren unmittelbar eine mehr oder minder große Inhomogenität des Briketts zur Folge. Die Qualität der Briketts läßt sich noch dadurch verbessern, daß, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht, die organischen Feststoffe vor der Heißbrikettierung unter überatmosphärischem Dampfdruck zentrifugiert werden. Das Zentrifugieren ergibt eine Homogenisierung der zu brikettierenden Feststoffteilchen und erlaubt das Arbeiten mit vergleichsweise geringen Preßdrucken. Die Verpressung zu Briketts wird hiebei vorzugsweise unter Drükken von 3000 bis 10000 N/cm², vorgenommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich dadurch wesentlich wirtschaftlicher gestalten, daß der von den organischen Feststoffen abgesaugte Dampf in einer Reinigungsstufe von Staubteilchen gereinigt wird und hierauf komprimiert wird und unter überatmosphärischem Druck den organischen Feststoffen zur Aufwärmung und Trocknung zugeführt wird. Auf diese Weise kann der Heißdampf im Kreislauf geführt werden und die für die erfindungsgemäße Aufwärmung auf die Brikettiertemperatur erforderliche Energie verringert werden. Vorzugs-

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weise wird hierbei das in der Reinigungsstufe anfallende Wasser-Feststoff gemisch den organischen Feststoffen vor der Trocknung und Erhitzung zugeführt. Die Abtrennung des Wasser-Feststoffgemisches aus der Dampfphase hat eine Verringerung des Verschleißes des Dampfkompressors zur Folge und das Wasser-Feststoff gemisch kann in einfacher Weise in die Trocknungsstufe eingeschleust oder eingestoßen werden. Die Erhitzung und Trocknung der organischen Feststoffe erfolgt hiebei vorzugsweise unter Drücken bis zu 40 bar.

Zur Erzielung möglichst gleichbleibender Brikettqualitäten ist es vorteilhaft, wenn organische Feststoffe mit einer Korngröße von maximal 5 mm, eingesetzt werden. Eine Homogenisierung der Korngröße sowie eine Mobilisierung des Bitumens kann insbesondere durch die vorgeschlagene Zentrifugierung erzielt werden.

In Fällen, in welchen der Anteil an Bitumen bzw. Bitumenbildnern der organischen Feststoffe nicht ausreicht um eine hinreichende Plastizität bei der Erweichungstemperatur sicherzustellen, kann erfindungsgemäß vor dem Brikettieren, ein vorzugsweise auf 160° bis 42O⁰C erwärmtes Bindemittel zugesetzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Zusatz von Bindemitteln erst bei organischen Feststoffen erforderlich ist, welche sich bisher überhaupt nicht brikettieren ließen. In jedem Fall jedoch können durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise organische Feststoffe ohne Bindemittelzusatz zu Briketts verpreßt werden, bei welchen nach den konventionellen Methoden bereits Bindemittel zugesetzt werden mußte.

Die organischen Feststoffe werden vorzugsweise über einen Zeitraum von wenigstens 5 see. unter Preßdruck gehalten, und vorzugsweise bereits während der Pressung gekühlt. Für die Aufrechterhaltung eines Preßdruckes von wenigstens 1 min. sind nicht alle gängigen Pressen geeignet. Dadurch, daß im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit relativ geringen Preßdrücken das Auslangen gefunden werden kann, ist es möglich, auch einfache Strangpressen einzusetzen.

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Um zu verhindern, daß die Plastizität während des Verfahrens verloren geht, werden vorzugsweise die Feststoffe nach dem Erwärmen und vor dem Vorpressen zu Briketts in jeder Stufe des Verfahrens auf Temperaturen von mindestens 100⁰C gehalten.

Ein wesentlicher Vorteil der Heißbrikettierverfahren liegt in der Möglichkeit, bis zu etwa 70 % nicht verkokbare Kohle einsetzen zu können. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, unmittelbar anschließend an die Brikettierung ohne Kühlung sofort eine Verkokung vorzunehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Flußdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Mit 1 ist eine Heißwasser- oder Heißdampftrocknungsstufe bezeichnet, welche eine nicht dargestellte unter Dampfdruck stehende Zentrifuge enthalten kann. Die Trocknung kann ohne weiteres mehrstufig durchgeführt werden. Aus den unter Druck stehenden Trocknungsstufen wird das vorgetrocknete Material über eine Doppelschleuse 2,3 in einen unter Unterdruck stehenden Reaktor 4 eingebracht. Aus diesem Reaktor 4 wird über ein Sauggebläse 5 und eine Leitung 6 der Dampf abgezogen und das auf diese Weise entdampfte Produkt wird über eine Doppelschleuse 7, 8 der mit 9 bezeichneten Heißbrikettierung zugeführt. Der über die Leitung 6 abgezogene Dampf wird einer Reinigungsstufe 10 zugeführt, aus welcher am unteren Ende ein Wasser-Feststoffgemisch 11 über eine Leitung 12 abgezogen wird. Das Wasser-Feststoffgemisch wird bei 13 wiederum in die Trocknungsstufe 1 eingestoßen. Der gereinigte Dampf wird aus der Reinigungsstufe 10 über eine Leitung 14 abgezogen und durch einen Kompressor 15 auf den Betriebsdruck der Trocknungsstufe 1 komprimiert. Der komprimierte Dampf wird über die Leitung 16 in die Trocknungsstufe 1 zurückgeführt, über eine Leitung 17 kann erforderlichenfalls aus einem Behälter 18 Bitumen dem in der Heißbrikettierung 9 zu verarbeitenden Material zugesetzt werden. Der Behälter 18 kann hiebei in nicht dargestellter Weise, beispielsweise durch den Prozeßdampf, vorgewärmt werden, um Bitumen auf die Brikettiertemperatur vorzuwärmen.

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Claims

1980 Exemplar 1 Ί ,Ji. !ng. H. Weidmann, Dipl. Phys. Dr. I. Finch VOEST-ALPINE Aktiengesellschaft #dI. fog. F. A. Weickmann, Dipl. Chem. B. Hubes Friedrichstraße 4 Dr.-lng. H. Üska Möhlstralje 22, 8000 München 86 A-1011 Wien / Österreich 30A3085 Verfahren zum Heißbrikettieren von organischen Feststoffen, insbesondere von Braunkohle Patentansprüche:

1. Verfahren zum Heißbrikettieren von organischen Feststoffen, insbesondere von Braun- oder Steinkohle, bei welchem die organischen Feststoffe unter den Bedingungen einer Trocknung durch Heißwasser und/oder Dampf unter überatmosphärischem Druck auf Temperaturen von über 16O°C erwärmt werden und hierauf nach dem Ausschleusen und Abtrennen des Dampfes unmittelbar anschließend unter Aufrechterhalten oder Einstellen einer Temperatur von über 16O°C zu Briketts verpreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Feststoffe nach dem Ausschleusen und vor dem Verpressen zu Briketts unter Unterdruck gesetzt werden, wobei der Dampf durch Absaugen abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von den organischen Feststoffen abgesaugte Dampf in einer Reinigungsstufe von Staubteilchen gereinigt wird und hierauf komprimiert wird und unter überatmosphärischem Druck den organischen Feststoffen zur Aufwärmung und Trocknung zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Reinigungsstufe anfallende Wasser-Feststoffgemisch den organischen Feststoffen vor der Trocknung und Erhitzung zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Ausschleusung der organischen Feststoffe nach dem Abtrennen des Dampfes eingetretene Temperaturverlust erforderlichenfalls durch Aufheizen der organischen Feststoffteilchen in einer Wirbelschicht mit heißen Gasen oder Heißdampf kompensiert wird, und die Temperatur der Feststoffe auf 160° bis 42O°C eingestellt wird.

ORIGINAL INSPECTED

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung und Trocknung unter Drücken bis zu 40 bar vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß organische Feststoffe mit einer Korngröße von maximal 5 mm, eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Brikettieren vorzugsweise auf 160° bis 420° erwärmte Bindemittel zugesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Peststoffe vor der Heißbrikettierung unter überatmosphärischem Dampfdruck erhitzt und zentrifugiert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpressung zu Briketts unter Drücken von 3000 bis 10000 N/cm² vorgenommen wird.

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