DE3623325C2 - Verfahren zur Herstellung von Kohle- oder Koksbriketts - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Kohle- oder KoksbrikettsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel
lung von Kohle- und Koksbriketts gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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 Verbrennungsabgaben 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 23081 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 23081 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.
Die Kaltfestigkeit wird geprüft, indem jeweils 10 bis 50 Briketts wahllos aus der Produktion genommen werden. Jedes Brikett wird nach DIN 23081 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.
Schon seit Jahrzehnten sind zahlreiche organische und
anorganische Bindemittel bekannt.
Sie konnten sich aber wie
z. B. Stärkekleister in der Praxis nicht einführen,
weil die Briketts nicht mehr mit den üblichen Vor
richtungen hergestellt werden konnten, sondern schwie
rige Verfahrenstechniken erforderten, wodurch die
Herstellungskosten der Briketts zu hoch wurden. In
vielen Fällen erwiesen sich auch die Brikettqualitä
ten als unzureichend.
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 gesucht, dieses Problem auf an
dere Weise als mit Konservierungsmitteln zu lösen, um aus
an sich nicht backenden feinkörnigen Brennstoffen wie An
thrazit- oder Magerkohle, Feinkoks, Hartbraunkohle und
Holzkohle Briketts herzustellen, die den eingangs ge
schilderten Anforderungen an die Festigkeit und die
Emissionswerte genügen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, bei dem
man die genannten, auf eine Temperatur über 70°C erhitz
ten feinkörnigen Brennstoffe mit einer wäßrigen heißen
Lösung eines vollverseiften Polyvinylalkohols einer Vis
kosität von 40-100 mPas bedüst, das Gemisch gegebenen
falls unter weiterer Wärmezufuhr homogenisiert und unter
guter Entwrasung zu Briketts verpreßt, wobei man dem
feinkörnigen Brennstoff 5 bis 15% pulverförmige backende
Kohle zusetzt, dem Gemisch vor dem Homogenisieren 0,3 bis
2% Stärke zusetzt und der Zusatz an Polyvinylalkohol 0,2
bis 0,8% beträgt.
Alle Prozentangaben in dieser Patentanmeldung sind Ge
wichtsprozent, sofern nicht etwas anderes gesagt ist.
Als Stärketypen eignen sich die nativen, vor allem
aber auch die vollverkleisterten Stärken.
Die Stärke kann pulverförmig der Kohle zugemischt
werden und das geschieht dann zweckmäßig vor Zugabe
der Lösung des vollverseiften Polyvinylalkohols.
Vorzugsweise wird die Stärke aber als wäßrige Lö
sung oder wäßrige Suspension vor der Homogenisierung
zugesetzt.
Bei der Herstellung von Briketts aus anthrazitischer
Kohle mit einer wäßrigen Bindemittellösung, die
allein den speziell ausgewählten vollverseiften
Polyvinylalkohol jedoch keine Stärke enthielt, wur
den bereits Briketts mit einer recht guten Verlade
festigkeit und sehr guter Endfestigkeit erzielt.
Die Standfestigkeit in Wasser war unmittelbar nach
der Herstellung ausreichend, verbesserte sich aber
nach 24 Stunden merklich. Die Warmfestigkeit, d. h.
Standfestigkeit der Briketts im Feuer, läßt zwar
noch die Verwendung für Hausbrandöfen zu, ohne daß
während der Verbrennung zuviel unverbrannte Kohle
durch den Rost in den Aschekasten fällt, erscheint
aber insbesondere für den Einsatz in Heizungskes
seln verbesserungsbedürftig, damit diese rauchlosen
Briketts mit sehr niedrigem Emissionswert auch dort
eingesetzt werden können.
Ungeachtet der schlechten Erfahrungen, die in der Ver
gangenheit mit Stärke als Bindemittel gemacht wurden,
hat sich gezeigt, daß bereits durch
Kombination des speziellen Polyvinylalkohols
mit Stärke bei Erhaltung der erwähnten gu
ten Briketteigenschaften eine sehr deutliche Ver
besserung der Warmfestigkeit erzielt wird. Damit
lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
das sich gut in die übliche Brikettfabrikation ein
fügt, raucharme Steinkohlenbriketts herstellen,
die die eingangs genannten Bedingungen eines Kom
fort-Brennstoffs voll erfüllen.
Der Anteil der Stärke kann aber auf 0,3 bis 2%, vorzugs
weise 0,5 bis 1% und der des Polyvinylalkohols auf
0,2 bis 0,8% vermindert werden, wenn dem feinkör
nigen Brennstoff vor der Behandlung mit den Binde
mitteln 5 bis 15%, vorzugsweise 7 bis 13% einer
pulverförmigen backenden Kohle zugesetzt wird.
Deren Körnung ist zweckmäßig so beschaffen, daß
80% unter 500 µm liegen. Insbesondere hat die Kohle
einen Aufmahlungsgrad von d₉₀ unter 250 µm. Der
Gehalt der backenden Kohle an flüchtigen Bestand
teilen (waf) sollte zweckmäßig bei 22 bis 29% lie
gen, 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.
Gewaschene Anthrazitkohle, die mit 100°C anfiel, wurde
mit der in Tabelle 1 angegebenen Menge pulverförmiger
nativer Stärke versetzt und 3 Minuten lang trocken
vermischt.
Bei Zusatz der angegebenen Menge an vorverkleisterter
Stärke wurde diese in 13%iger Lösung dem Brikettiergut
zugemischt.
Unabhängig davon wurden 1,2 kg eines vollverseiften
Polyvinylalkohols mit einem Hydrolysegrad von 98,4
Mol-% und einer Viskosität von 56 mPas (Handelsprodukt
Mowiol 56-98) in 8,8 l Wasser von 95°C aufgelöst.
Diese wäßrige Bindemittellösung wurde dann in einer
Menge von 8,35 l/100 kg Kohle bei einer Temperatur von
90°C auf die gewaschene Anthrazitkohle aufgedüst, der
die Stärke bereits trocken oder als Lösung zugegeben
war.
Zwischen der Dosierung und dem Verpressen auf üblichen
Brikettpressen liegen etwa 10 Minuten, in denen das
Brikettiergut in einem Mischaggregat homogenisiert
wird und gleichzeitig für ein leichtes Entweichen des
Wassers gesorgt wird. Die Briketts werden dann in
üblichen Doppelwalzenpressen zu Eierbriketts verarbei
tet. Die verschiedenen Qualitätsanalysen wurden dann
wie oben beschrieben durchgeführt. Die Versuchsergeb
nisse sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
Die Verladefestigkeit, 20 Minuten nach dem Verpressen,
lag mit 370 bis 620 N deutlich über dem zu fordernden
Mindestwert von 300 N.
Die Endfestigkeit war mit mehr als 1300 N ausgezeichnet.
Der Emissionswert bei Verbrennung der Briketts unter
schritt mit einer Ruß-Teer-Zahl von weniger als 50
deutlich die Obergrenze von raucharmen Brennstoffen von
200. Die Wetterfestigkeit lag mit 530-910 N (24 h nach
Verpressen) bei recht guten Werten.
Es ist aus der Zahlentafel ersichtlich, daß die Warm
festigkeit durch den Stärkezusatz wesentlich verbes
sert wird, selbst bei Verminderung des PVA-Zusatzes
auf 0,50 Gew.%.
Ferner ist an der Verladefestigkeit erkennbar, daß
es offensichtlich ein optimales Verhältnis zur Mowiol
menge gibt, das zu einer Verbesserung der Verlade
festigkeit führt:
Die Kombination Mowiol/Stärke führt zu einem neuen
Bindemittel, das ein schnelles Abbinden gewährleistet,
was bei den getrennt eingesetzten Komponenten nicht
geschieht.
In einer weiteren Versuchsreihe wurde zusätzlich eine
backende Kohle, nämlich Fettkohle beigemischt. Die
Fettkohle wurde nach entsprechender Aufbereitung in
der vorgesehenen Feinkörnigkeit von d₉₀ unter 250 µm
in einer Menge von 10% vor Aufgabe der Bindemittel
der Brikettkohle zugemischt. Die Ergebnisse der Ver
suche sind in der Tabelle 2 aufgeführt.
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 wesentlich verbessert wurde.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von Kohle- oder Koksbriketts,
bei dem man den auf eine Temperatur von über 70°C er
hitzten feinkörnigen Brennstoff mit einer wäßrigen
heißen Lösung eines vollverseiften Polyvinylalkohols
einer Viskosität von 40 bis 100 mPas bedüst, das Ge
misch aus Brennstoff und Bindemittellösung ggf. unter
weiterer Wärmezufuhr homogenisiert und unter guter Ent
wrasung zu Briketts verpreßt, dadurch gekennzeichnet,
daß man dem feinkörnigen Brennstoff 5 bis 15% pulver
förmige backende Kohle zusetzt, dem Gemisch vor dem Ho
mogenisieren 0,3 bis 2% Stärke zusetzt und der Zusatz
an Polyvinylalkohol 0,2 bis 0,8% beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stärke als wäßrige Lösung oder wäßrige Suspension
zugesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Polyvinylalkohol in einer Menge
von 0,2 bis 1,5%, bezogen auf die Trockensubstanz der
Brennstoffe, zugesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß man dem feinkörnigen Brennstoff vor
der Behandlung mit den Bindemitteln 7 bis 13% einer
pulverförmigen backenden Kohle zusetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
80% der pulverförmigen backenden Kohle in einer Kör
nung unter 500 µm vorliegen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die pulverförmige backende Kohle
einen Aufmahlungsgrad von d₉₀ unter 250 µm hat.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die backende Kohle einen Anteil an
flüchtigen Bestandteilen (waf) von 22 bis 29% hat.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß man den feinkörnigen Brennstoff, die
pulverförmige backende Kohle und ggf. die trockene
Stärke vor Zugabe der Polyvinylalkohollösung trocken
vermischt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Stärkezusatz 0,5 bis 1% beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß man dem Gemisch vor dem Homogenisie
ren bis zu 5% Calciumoxid, -hydroxid, oder -carbonat
zusetzt.
Priority Applications (3)
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