DE3623324A1 - Verfahren zur herstellung von kohle- oder koksbriketts - Google Patents

Description

Die herkömmlichen Bindemittel für Steinkohlenbriketts sind Pech und Bitumen. Weil Briketts mit diesen Binde­ mitteln nicht rauch- und rußfrei verbrennen und durch Erweichung des Bindemittels zu schnell zerfallen, so daß unverbrannte Kohle durch den Rost fällt, hat es nicht an Versuchen gefehlt, Steinkohlenbriketts durch die Wahl anderer Bindemittel zu verbessern. Ein neues Brikett, das den Anforderungen des Haus­ brandmarktes aus einem Komfortbrennstoff genügt, muß eine gute Verlade-, Wetterstands- und Feuerstandsfestig­ keit besitzen, es soll rauch- und rußfrei verbrennen und die Verbrennungsabgabe müssen frei von Schadstoffen sein.

Verladefestigkeit bedeutet, daß die Briketts etwa 20 Minuten nach dem Verpressen schon so hohe Festigkeit besitzen, daß sie den mechanischen Beanspruchungen bei der Verladung in Waggons, Kübel, Lastkraftwagen u.ä. gewachsen sind, ohne zu Bruch zu gehen. Diese Festig­ keit in kaltem Zustand (Kaltfestigkeit) sollte mit größerem zeitlichem Abstand vom Verpressen zunehmen, keinesfalls aber wieder merklich absinken, um auch beim Handel und Verbraucher widerstandsfeste Briketts zu gewährleisten.

Die Wetterstandsfestigkeit sagt aus, ob und in welchem Maß die Brikettfestigkeit durch den Einfluß der Luft­ feuchtigkeit und der Niederschläge bei der Lagerung im Freien abnehmen kann. Wenn sie auch durch Trocknung beispielsweise infolge Sonneneinstrahlung wieder zu­ nimmt, so sollte sie jedoch eine Punktdruckfestigkeit nach DIN 23 081 von 50 kg nicht unterschreiten.

Die Standfestigkeit der Briketts im Feuer ist letzt­ lich Ziel jeder Brikettierung. Da sich feinkörniges Material, wie gewaschene Anthrazitfeinkohle, Fein­ kohle jeder Art und ähnliche feinkörnige Brennstoffe in Hausbrandöfen nicht verbrennen lassen, werden sie durch die Verpressung mit einem Bindemittel stückig gemacht und somit einsatzfähig wie Nußkoh­ len. Es wäre unsinnig, wenn die Briketts schon am Beginn der Verbrennung auseinanderfallen und als unverbranntes Material durch den Rost in den Asche­ kasten gelangen würden.

Die rauch- und rußfreie Verbrennung sowie die Schad­ stofffreiheit in den Verbrennungsabgasen ist inzwi­ schen eine Forderung des Umweltschutzes geworden. Es werden Emissionswerte von Briketts erwartet, wel­ che die von Anthrazit-Nußkohlen und Brechkoksen nicht merklich übersteigen.

Zur Prüfung der eingangs beschriebenen Qualitäts­ merkmale der Briketts werden folgende Verfahrens­ weisen angewendet:
Die Kaltfestigkeit wird geprüft, indem jeweils 10 bis 50 Briketts wahllos aus der Produktion genommen werden. Jedes Brikett wird nach DIN 23 081 zwischen zwei Stempeln von mindestens 15 mm Durchmesser mit einem Stempelvorschub von mindestens 8 mm/min bis zum Bruch belastet. Die Bruchlast in N wird als Kaltfestigkeit angegeben, wobei das Mittel aus den Einzelwerten gebildet wird.

Als Maß für die Wetterstandsfestigkeit wird die Standfestigkeit der Briketts in Wasser geprüft.

Unmittelbar nach der Verpressung und dann in gewis­ sen Zeitabständen werden 10 Briketts in ein Wasser­ bad gelegt. Nach einer Verweilzeit von 15 Minuten werden sie entnommen und sofort ihre Festigkeit nach dem Verfahren der Kaltfestigkeit geprüft. Als Zeit­ punkt der Wasserstandsfestigkeit gilt der Beginn des Wasserbadens.

Die Warmfestigkeit der Briketts wird untersucht, um ihre Standfestigkeit im Feuer zu bestimmen. Je­ weils 5 Briketts werden in einem auf 800°C erhitz­ ten Muffelofen eingesetzt und nach bestimmten Zeit­ abständen entnommen. Anschließend werden sie sofort nach dem Verfahren der Kaltfestigkeit auf der Prüf­ presse bis zum Bruch belastet.

Als Maß für diese Feuerstandsfestigkeit werden Ver­ brennungsversuche im Hausbrandofen nach den Prüfbe­ stimmungen der DIN 18 890 durchgeführt. Anhand des Rostdurchfalls werden die Ascheanteile bestimmt. Dabei wird auch die Ruß-Teer-Zahl als eine Kennzeich­ nung der Emission festgestellt.
Die Messung der Schadstoffe in den Abgasen erfolgt nach der von Ahland/Merten in VDI-Berichte Nr. 358/1980 beschriebenen Methode.

Aus der DE-OS 33 35 240 ist es bekannt, daß bestimmte Polyvinylalkoholtypen die Herstellung von Kohle- oder Koksbriketts, insbesondere Steinkohlenbriketts ermöglichen, die die eingangs genannten Bedingungen im wesentlichen erfüllen. Der Zusatz von Melasse verbessert nachhaltig die Standfestigkeit der Bri­ ketts im Feuer, hat allerdings den Nachteil einer Schimmelpilzbildung der Briketts bei Lagerung unter extremen Bedingungen. Es wurde daher nach Wegen ge­ sucht, dieses Problem auf andere Weise als mit Kon­ servierungsmitteln zu lösen, um aus an sich nicht backenden feinkörnigen Brennstoffen wie Anthrazit- oder Magerkohle, Feinkoks, Hartbraunkohle und Holz­ kohle Briketts herzustellen, die den eingangs ge­ schilderten Anforderungen an die Festigkeit und die Emissionswerte genügen.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Ver­ fahren gelöst, bei dem man den genannten, auf eine Temperatur über 70°C erhitzten feinkörnigen Brenn­ stoffen 5 bis 15%, vorzugsweise 7 bis 13% einer pulverförmigen backenden Kohle zusetzt, das Gemisch der Kohle mit einer wässrigen heißen Lösung eines vollverseiften Polyvinylalkohols einer Viskosität von 40 bis 100 mPas bedüst und das Gemisch aus Brennstoff und Bindemittellösung ggf. unter weiterer Wärmezufuhr homogenisiert und unter guter Entwrasung zu Briketts verpreßt.

Alle Prozentangaben in dieser Patentanmeldung sind Gewichtsprozent.

Es ist zwar bekannt, auch backende Kohlen, wie z.B. Flamm- oder Fettkohle als feinkörnigen Brennstoff zur Herstellung von Briketts einzusetzen (DE-PS 33 35 240) oder zur Herstellung von vergasertaug­ lichen Briketts für den Einsatz in einem Festbett­ vergaser oder Schachtofen nichtbackende Kohle unter Zusatz von 5-15% backender Kohle und Sulfitablauge oder Stärke kalt zu brikettieren, es war aber nicht zu erwarten, daß die hohen Anforde­ rungen an Briketts, insbesondere aus Anthrazit- oder Magerkohle bzw. Feinkoksen durch den kombinierten Einsatz pulverförmiger backender Kohle und bestimmten Polyvinylalkohol-Typen erfüllt werden konnten.

Im Hinblick auf die Emissionswerte wird angestrebt, den Anteil der pulverförmigen backenden Kohle so gering zu halten wie möglich. Darauf hatte die Körnung der backenden Kohle und ihr Anteil an Flüchtigen Bestandteilen wesentlichen Einfluß. Die Körnung ist zweckmäßig so beschaffen, daß 80% der pulverförmigen backenden Kohle unter 500 µm liegen und die Kohle ins­ besondere einen Aufmahlungsgrad von d ₉₀ unter 250 µm hat. Der Gehalt der backenden Kohle an flüchtigen Bestandteilen (waf) sollte zweckmäßig bei 22 bis 29% liegen, wenn auch das Backen der Steinkohle oberhalb 15% an Flüchtigen Bestandteilen (waf) beginnt.

Die erforderliche Körnung kann durch Feinzerklei­ nerung oder durch Feinabsiebung hergestellt wer­ den. Es ist auch möglich, spezielle Aufbereitungs­ produkte wie z.B. Flotationskonzentrat oder Staub aus Filtern bzw. Sichtung ohne weitere Behandlung einzusetzen.

Die pulverförmige backende Kohle sollte in der Bri­ kettierkohle möglichst gleichmäßig verteilt werden, was insbesondere dadurch geschieht, daß die feinkör­ nigen Brennstoffe vor Zugabe der Bindemittellösung trocken vermischt werden.
Wenn aus Gründen des Umweltschutzes und wegen gesetz­ licher Auflagen eine Schwefeleinbindung erforderlich ist, kann dem Gemisch der Brennstoffe vor dem Homoge­ nisieren noch bis zu 5% Calciumoxid, -hydroxid oder -carbonat zugesetzt werden. Diese Calciumverbindungen werden dann gleichfalls trocken mit eingemischt.

Das gleiche gilt bei der auch im Rahmen der Erfindung möglichen Mitverwendung von Stärke, wenn diese trocken und nicht in gelöster bzw. suspendierter Form mit der Bindermittellösung aus dem vollverseiften Polyvinyl­ alkohol zugesetzt werden soll. Da die Stärke sowohl bindende Eigenschaften aufweist als auch zur Verbes­ serung der Feuerstandsfestigkeit dienen kann, läßt sich durch ihren Zusatz der Anteil an Polyvinylal­ kohol und gegebenenfalls auch an backender Kohle ver­ mindern. Der Zusatz der Stärke beträgt 0,3 bis 2, vor­ zugsweise 0,5 bis 1%. Der übliche Zusatz des Poly­ vinylalkohols in einer Menge von 0,2 bis 1,5%, be­ zogen auf die Trockensubstanz der Brennstoffe, läßt sich durch den Stärkezusatz auf 0,2 bis 0,8% senken.

Vorzugsweise wird die Stärke als wässrige Lösung oder wässrige Suspension zugesetzt und mit der heißen wässrigen Lösung des vollverseiften Polyvinylalkohols auf das Gemisch der trockenen Brennstoffe und Zusätze und der Homogenisierung aufgesprüht.

Beispiel 1

1,2 kg eines vollverseiften Polyvinylalkohols mit einem Hydrolysegrad von 98,4 Mol% und einer Visko­ sität von 56 MPas (Handelsprodukt MOWIOL 56-98) wird in 8,8 l Wasser von 95°C aufgelöst. Die wässrige Bin­ demittellösung wird in einer Menge von 8,35 l/100 kg Kohle bei einer Temperatur von 90°C auf gewaschene Anthrazitkohle aufgedüst, die ihrerseits auf 100°C erhitzt war. Zwischen der Dosierung und dem Verpressen auf üblichen Brikettpressen liegen etwa 10 Minuten, in denen das Brikettiergut in einem Mischaggregat homoge­ nisiert wird und gleichzeitig für ein leichtes Entwei­ chen des Wassers gesorgt wird. Die Briketts werden dann in üblichen Doppelwalzenpressen zu Eierbriketts verarbeitet. Die verschiedenen Qualitätsanalysen wurden dann, wie oben beschrieben durchgeführt.

Die backende Kohle wurde nach entsprechender Aufberei­ tung in der vorgesehenen Feinkörnigkeit (dgo<250 µm) Zusatzmenge vor Aufgabe des Bindemittels der Briket­ tierkohle zugemischt.
Die Ergebnisse der Versuche sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
Die Verladefestigkeiten, 20 Minuten nach Verpressen, lagen deutlich über dem zu fordernden Mindestwert von 300 N.
Die Endfestigkeiten waren mit <14000 N ausgezeichnet. Die Emissionswerte bei Verbrennung der Briketts (Ruß- Teer-Zahl) unterschritten mit <60 deutlich die Ober­ grenze von raucharmen Brennstoffen von 200.

Wie aus der Tabelle ersichtlich, wird die Warmfestig­ keit durch den Zusatz sehr feinkörniger backender Kohle deutlich verbessert.

Tabelle 1

Versuchsbriketts mit Polyvinylalkohol als Bindemittel und Zusätzen von backender Kohle

Beispiel 2

In einer weiteren Versuchsreihe wurde zusätzlich Stärke beigemischt.

Die entsprechende Stärkemenge wurde in einer 13%- Lösung dem Brikettiergut nach Einmischen der backen­ den Kohle (hier Fettkohle) und des Bindemittels zuge­ geben.

Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 2 aufge­ führt.
Die Verladefestigkeiten, 20 Minuten nach dem Verpres­ sen, lagen deutlich über dem zu fordernden Mindest­ wert von 300 N.
Die Endfestigkeiten waren mit weniger als <950 N ausgezeichnet. Der Emissionswert bei Verbrennung der Briketts unterschritt mit einer Ruß-Teer-Zahl von max. 60 deutlich die Obergrenze von raucharmen Brennstoffen von 200.

Es ist aus der Zahlentafel ersichtlich, daß die Warm­ festigkeit durch den Zusatz von backender Kohle und mit Hilfe geringer Stärkemengen wesentlich verbessert wird.

Tabelle 2

Versuchsbriketts mit Polyvinylalkohol als Bindemittel und Zusätzen von backender Kohle

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Kohle- oder Koks­ briketts, bei dem man den auf eine Temperatur über 70°C erhitzten feinkörnigen Brennstoff mit einer wässrigen heißen Lösung eines vollverseiften Polyvinylalkohols einer Viskosität von 40 bis 100 mPas bedüst, das Gemisch aus Brennstoff und Bindemittellösung ggf. unter weiterer Wärmezufuhr homogenisiert und unter guter Entwrasung zu Briketts verpreßt, dadurch gekennzeichnet, daß man dem feinkörnigen Brennstoff vor der Behandlung mit der Bindemittellösung 5-15%, vorzugsweise 7 bis 13% einer pulverförmigen backenden Kohle zusetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 80% der pulverförmigen backenden Kohle in einer Körnung unter 500 µm vorliegen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige backende Kohle einen Auf­ mahlungsgrad von d ₉₀ unter 250 µm hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die backende Kohle einen Anteil an Flüchtigen Bestandteilen (waf) von 22 bis 29% hat.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Polyvinylalkohol in einer Menge von 0,2-1,5%, bezogen auf die Trockensubstanz der Brennstoffe, zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß man dem Gemisch aus Brennstoffen und Bindemittellösung vor dem Homo­ genisieren 0,3-2%, vorzugsweise 0,5-1% Stärke zusetzt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stärke als wäss­ rige Lösung oder wässrige Suspension zugesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz des Poly­ vinylalkohols 0,2-0,8 beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß man dem Gemisch vor dem Homogenisieren bis zu 5% Calciumoxid, -hydroxid oder -carbonat zusetzt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß man den feinkörnigen Brennstoff, die pulverförmige backende Kohle und ggf. die Stärke und die Calciumverbindungen vor Zugabe der Bindemittellösung trocken ver­ mischt.