DE3321683C2 - Verfahren zur Herstellung von Pellets bzw. Grünpellets aus Kohle oder kohlestoffhaltigen Materialien - Google Patents

Abstract

Agglomerierte Brennstoffe (Pellets) aus feinteiligem kohleartigen Material weisen eine überraschende Stabilität auf, wenn man aus dem Material mit einem ersten, wasserlöslichen bzw. wasserquellbaren Bindemittel und einem getrennt zugeführten zweiten Bindemittel auf der Basis von wäßrigen Emulsionen schwerer Kohlenwasserstoffe Grünpellets in der Weise herstellt, daß die Konzentration des ersten Bindemittels in den Grünpellets von innen nach außen und diejenige des zweiten Bindemittels von außen nach innen abnimmt. Die so erhaltenen Grünpellets werden anschließend thermisch getrocknet und gehärtet.

Description

Anspruch 4. dadurch gekenn- 40 vorgetragen auf dem 3. 'nternationalen Sgng»ujn für

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^tet- weniger als 20 Gew.-% eingesetzt werden. Gemäß einer

hi bevorzugten Tcilchcngrößcnverteilung der Einsatzkoh-

Ic weisen 98%. insbesondere 90% der Teilchen eine

Korngröße von weniger als 1 mm auf; der Wassergehalt Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung beträgt vorzugsweise weniger als 12 Gew,%.

Die vorgenannte Einsatzkohle wird mit den gegebenenfalls erforderlichen festen Zuschlägstoffen, z. B. Entschwefelungsmittel, vorzugsweise Kalksteinmehl, gebrannter oder gelöschter Kalk, Kreide, Dolomit und dergleichen, vermischt und der Pelletieranlage zugeführt Der Anteil an festen Zuschlagstoffen kann bis zu 15 Gew.-% betragen, sofern die Zuschlagstoffe eine ähnliche Korngrößenverteilung wie die Einsatzkohle aufweisen. Von der Art her wird im allgemeinen Steinkohle als Einsatzkohle verwendet. Man kann jedoch auch kohleartige Materialien, z. B. Petrolkoks oder Braunkohle, verwenden.

Die Pelletierung erfolgt durch Aufbauagglomeration auf geeigneten, aus dem Stand der Technik bekannten Pelletiereinrichtungen, insbesondere Pelletiertellern, Pelletiertrommeln urd Pelletierkonen. Peiletierteller haben sich für das Verfahren der Erfindung als besonders geeignet erwiesen.

Als erstes wasserlösliches bzw. wasserquellbares, hitzehärtendes Bindemittel kann ein aus dem Stand der Technik bekanntes eingesetzt werden, z. B. Stärke, Sulfitablauge, vorzugsweise Melasse, oder Mischungen derselben. Als schwere Kohlenwasserstoffe für die als zweites Bindemittel zuzusetzende wäßrige Emulsion können insbesondere Rückstände der Erdölaufbereitung und der Kohleveredlung, z. B. Bitumen, schweres Heizöl, Paraffine, Peche und dergleichen sowie Mischungen derselben verwendet v/erden. Die schweren Kohlenwasserstoffe weisen zweckmäßigerweise eine Viskosität von mehr als 10 000 cSt/20°C oder mehr als 50 cSt/100°C außDer Wassergehalt der Emulsionen beträgt zwischen vJO und 70 Gew.-%, vorzugsweise 40-60 Gew.-%.

Die Herstellung der Pellets gemäß dem Verfahren der Erfindung erfolgt zunächst so, daß die Pelletiermasse bzw. das Schüttgut mit dem ersten Bindemittel besprüht wird; durch die rolliercnde Bewegung der Pelletiereinrichtung wird der Aufbau von Pellets initiiert. Anschließend werden weitere Mengen an dem ersten Bindemittel sovre das zweite Bindemittel so aufgesprüht, daß die Konzentration des wasserlöslichen bzw. wasserquellbaren Bindemittels in den Pellets radial von innen nach außen abnimmt, während der Kohlenwasserstoffgehalt radial von innen nach außen zunimmt.

Vorzugsweise setzt man das erste Bindemittel der Pelletiermar.se in ei.ier Gesamtmeng? von 1 —5, insbesondere 13—3 Gew.-%, berechnet als Trockensubstanz und bezogen auf die Menge der eingesetzten Kohle, zu. Die bevorzugte Menge an Kohlenwasserstoffen, bezogen auf eingesetzte Kohte, beträgt 1 —6, insbesondere 2-4Gew.-%.

Gemäß ■■Mner weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, insbesondere für den kontinuierlichen Betrieb einer Pelletieranlage, stellt man das Konzentrationsgefälle hi den Grünpellets durch Aufbringen des ersten Bindemittels im wesentlichen auf die nichtagglomerierte Pelletiermasse bzw. die kleineren Agglomerate und des zweiten Bindemittels im wesentlichen auf die größeren Agglomerate ein. Somit wird im kontinuierlichen Betrieb der Konzentrationsgradient vorzugsweise durch geeignete Anordnung der Aufgabevoffiehtungen in den Pelletieranlagen erzeugt. Bekanntlicherweise tritt in derartigen Anlagen ein Klassierungseffekt auf (vgl. K. Meyer, Pelletizing of iron ores, Springer-Verlag Berlin 1980, Seite 204); die Pellets unterschiedlicher Größe sind mehr oder weniger stark voneinander separiert, wobei sich in dem Gut bestimmte Fließlinien ausbilden. Durch die erfindungsgemäße Ausnutzung dieser Fließlinien für die Zugabe der Bindemitte! kann der gewünschte Konzentrationsgradient erhalten werden. Man kann auch das erste Mittel vollständig oder teilweise der nicht agglomerierten Pelletiennasse vor deren Aufgabe in die Pelletiereinrichtung zusetzen. Da die Aufgabe des zweiten Bindemittels erst in der Pelletiereinrichtung erfolgt, erhält man auch auf diesem Wege ein gegenläufiges Konzentrationsgefälle des ersten und des zweiten Bindemittels der oben genannten Art,

ίο wobei hier das erste Bindemittel durch das zweite Bindemittel nach außen hin zunehmend verdünnt wird. Diese Ausführungsform hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wei! in der Pelletiereinrichtung die Dosieranlage für das erste Bindemittel entfallen kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung stellt man bei einer diskontinuierlichen Herstellung der Pellets, d. h. wenn nicht laufend frisches Kohlematerial in die Pelletiereinrichtung eingebracht wird und Pellets gewünschter Größe abgenommen werden, das Konzentrationsgefälle in den Grünpellets durch unterschiedlich lange Auf;, ügszeiten des ersten und des zweiten Bindemittels ein, wobei man abwechselnd die Pelletiermasse bzw. die Pellets mit erstem und zweitem Bindemittel besprüht sowie die Sprühzeiten — bei gegebenen Bindemittelkonzentrationen — · für das irste Bindemittel fortlaufend kürzer und/oder für das zweite Bindemittel fortlaufend länger eingestellt werden.
Selbstverständlich kann man auch bei diskontinuierlieher Herstellung der Pellets das erste Bindemittel im wesentlichen auf die nichtagglomerierte Pelletiermasse bzw. die kleineren Agglomerate und das zweite Bindemittel im wesentlichen auf die größeren Agglomerate aufbringen, wenn auch bei diskontinuierlichem Betrieb der Pelletiereinrichtung sich ein stationärer Zustand der Fließlinien nicht ausbildet.

Die Größe der erfindungsgemäß hergestellten Pellets kann durch die Verweilzeit in der Pelletiereinrichtung und durch den Wassergehalt im Pellet (z. B. 14—2·ί, vorzugsweise 16—20Gew.-% bei durchschnittlichen PeI-letg^rößen von 6—22 mm, vorzugsweise 8—15 mm) reguliert werden. Der Wassergehalt der Pellets wird durch die Verdünnung des wasserlöslichen bzw. wasserquellbaren Binders und durch den Wassergehalt in der Emulsion eingestellt. Für die Verweilzeit der Pellets in der Pelletiereinrichtung sind insbesondere die Neigung der Pellctieranlage sowie deren Rotationsgeschwindigkeit maßgebend.

Die Verfestigung der die Pelletiereinrichtung verlassenden Agglomerate (Grünpellets) erfolgt durch eine zweistufige thermische Nachbehandlung. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Grünpellets bei Temperaturen von 80—180, insbesondere 1Ί0 — 150° C, auf einen Wassergehalt von 0,5—6, insbesondere 1—3Gew.-% getrocknet. Die Grünpellets werden vorzugsweise während der Trocknung in Bewegung gehalten; hierfür geeignete Trocknungsvorrichtungen sind z. B. Schwingtrockner. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ver-

bo fahrens der Erfindung härtet man die getrockneten Grünpeilets bei Temperaturen von 200—300, insbesondere 200-250⁰C.

Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Pellets weisen eine überraschend hohe Festigkeit auf,

b5 die auch nach Fcuc'jtebehandlung erhalten bleibt. Sie kann z. B. als Punktdruckfestigkeit (K. Meyer, loc. cit., Seite 80) nach Lagerung der Pellets über 72 Stunden bei 25"C und einer Luftfeuchtigkeit von 100% bestimmt

werden. Die Gesamtheit der vorteilhaften tigenschnften der erfindungsgemäß hergestellten Pellets wird nur dann erzielt, wenn alle Merkmale des Verfahrens der Erfindung erfüllt werden. Unterbleibt z. B. die zweite Stufe der thermischen Nachbehandlung, weisen die Pellets nach Feuchtlagerung völlig unbefriedigende Punktdruckfestigkeiten auf. Bei einer Pelletierung ohne wasserlöslichen bzw. wasserquellbaren, hitzehärtbaren Binder, d. h. bei ausschließlicher Verwendung von Kohlenwasserstoffcmulsionen, erhält man Produkte mit klebriger Oberfläche, und zwar auch dann, wenn zunächst eine thermische Trocknung bei niedriger und anschließend eine Härtung bei höherer Temperatur erfolgt. Werden Pellets erzeugt, in denen für die ersten und zweiten Bindemittel nicht das beschriebene gegcnläufi- r> ge Konzentrationsgefälle vorliegt, ist die Punktdruckfestigkeit nach Feuchtebehandlung gegenüber erfindungsgemäß hergestellten Pellets mit gleicher Gcsami-

dh

Beispiel

Das Verfahren der Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung näher erläutert, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigt

F i g. i eine schematische Darstellung eines Pelletierteliers im Querschnitt;

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Pelletiertellers gemäß F i g. 1 in Draufsicht.

Gemäß den Fig. 1 und 2 erfolgt die Aufgabe des Schüttgutes normalerweise in einem Bereich A der Rotationsebene des Tellers, in dem die Pelletkeime gebildet werden, d. h. bei einer Drehung des Tellers im Uhrzeigersinn und Aufsicht von oben zwischen der 3- und 4-Uhr-Position (die 12-Uhr-Position entspricht dem oberen Scheitelpunkt des rotierenden Tellers; die 3-, 6-, 9- und 12-Uhr-Positionen sind in F i g. 2 mit den Bezugszeichen 3, 6, 9 und 12 gekennzeichnet) im Abstand von 0,6-0,9 R vom Mittelpunkt des Tellers (R: Tellerradius). Die Aufgabe des wasserlöslichen Bindemittels erfolgt bei Drehung im Uhrzeigersinn und Aufsicht von oben in der rechten Hälfte des Tellers, bevorzugt im Bereich B zwischen der 12- und 4-Uhr-Position im Abstand 0,4—0,9 R vom Tellermittelpunkt. Die Aufgabe der Kohlenwasserstoff-Emulsion erfolgt bei Drehung im Uhrzeigersinn und Aufsicht von oben in der linken Hälfte des Tellers, bevorzugt im Bereich zwischen der 7- und 10-Uhr-Position im Abstand 0,1 bis 0,7 R vom Tellermittelpunkt; dieser Aufgabebereich ist mit Cgekennzeichnet.

Die optimale Lage der Sprühbereiche B. C und des Aufgabebereiches A ist von den Betriebsparametern des Pelletiertellers abhängig, beispielsweise von Neigungswinkel, Umdrehungsgeschwindigkeit, Lage etwaiger Abstreifvorrichtungen, Beladungsgrad und dergleichen iowie Λ und Eigenschaften der Kohle (Körnungsbereich und dergleichen). Da jedoch die Klassierung mit ihren Fließlinien für den Fachmann leicht erkennbar ist, kann er nach Maßgabe der oben gegebenen Richtlinien die jeweils besonders geeigneten Sprüh- und Aufgabebereiche leicht auswählen, um die gewünschten Konzentrationsgradienten zu erzielen.

Auch in anderen Pelletiereinrichtungen, z. B. Trommein oder Konen, treten infolge von Klassierungseffekten Fließlinien auf, an denen der Fachmann die jeweiis geeigneten Sprüh- und Aufgabebereiche festlegen kann, damit die erfindungsgemäß angestrebten gegenläufigen Konzentrationsgefälle der Bindemittel erhalten werden können.

Das folgende Ausführungsbeispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

500 g Steinkohle (Körnung 0—3 mm mit 90% < I mm; Wassergehalt ca. 8% i. roh; Aschcgehalt 14% i. w. f.) werden mit 25 g Kalksleinmehl (Körnung 80% < 90 μηι, CaCO>Gehalt: 97%) vermischt und auf einen üblichen Laborpelletierteller (40 cm 0, Höhe 10 cm) gegeben. Diese Mischung wurde unter Zugabe von 25 g handelsüblicher Rohrmclasse (Trockenmasse ca. 43%) und 33 g einer Bitumenemulsion (Bitumen B 80. Wassergehalt 40%) wie folgt pelletiert:

Bei einer Rotationsfrequenz des Tellers von 40 min-' und einer Neigung von 45° wurde das Schüttgut zuerst mit Melasse besprüht, bis sich die ersten Pelletkeime gebildet hatten. Dann wurden abwechselnd Emulsion und Melasse gesprüht, wobei die Sprühzeit der Emulsion mit wachsender Pcllctgröße gesteigert wurde. Für den lct/.tcn Sprühvorgang wurde Bitumenemulsion verwendet. Die erhaltenen Pcüct.·; wiesen Größen im Bereich von 8—15 mm auf.

Die Grünpellets wurden in einem Trockenschrank innerhalb von 5 Stunden auf 110⁰C erwärmt. Dabei sank der Wassergehalt auf <3%. Anschließend erfolgte eine thermische Nachbehandlung bei 200°C für 3 Stunden. Die so hergestellten Kohlenpellets wiesen eine glatte geschlossene Oberfläche auf und hatten eine Punktdruckfestigkeit von 10— 15 kp bei trockener Lagerung und 9—12 kp bei Feuchtlagerung (3Tage bei 100% Luftfeuchte und 25°C).

Vergleichsbeispiel A

Die Pelletierung erfolgt wie im Beispiel. Die Pellets wurden zwar getrocknet wie im Ausführungsbeispiel, jedoch nicht der zweiten Stufe der thermischen Nachbehandlung unterzogen. Sie wiesen bei trockener Lagerung eine Punktdruckfestigkeit von 10—15 kp auf; nach Feuchtlagerung ergab die Bestimmung der Punktdruckfestigkeit jedoch Werte von < 1 kp.

Vergleichsbeispiel B

Das Ausführungsbeispiel wurde wiederholt, wobei anstelle der getrennt aufzubringenden Bindemittel ein sprühfähiges Gemisch derselben in die Pelletiereinrichtung gegeben wurde. In den fertigen Grünpellets ergab sich eine identische Gesamtkonzentration der Bestandteile, jedoch ohne ein gegenläufiges Konzentrationsgefälle der Bindemittel.

Die erhaltenen Grünpellets wurden wie im Ausführungsbeispiel zweistufig getrocknet und gehärtet. Dk erhaltenen Pellets wiesen eine Punktdruckfestigkeit von 10— !5kp bei trockener Lagerung auf, die jedoch bei Feuchtlagerung (3 Tage bei 100% Luftfeuchte und 25° C) auf ca. 15 kp absank.

Aus den Vergleichsbetspielen ergibt sich, daß sowohl die zweistufige thermische Nachbehandlung der Grünpellets als auch das Konzentrationsgefälle der Bindemittel für den Erhalt von Pellets mit hoher Festigkeit bei Feuchtlagerung wesentlich sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

von agglomerierten Brennstoffen (Pellets) aus feinteili- D . „n«HiPhP· ger Kohle bzw. kohleartigen Materialien, einem ersten Patentansprüche. wasserlöslichen bzw. wasserquellbaren, hitzehärtenden ,. , ■ u ,„π,,ηα vnn Pellets bzw Bindemittel und einem zweiten Bindemittel auf der Ba-

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