DE4337404A1

DE4337404A1 - Verfahren zum Herstellen von bindemittelfreien Pellets aus niederrangiger Kohle

Info

Publication number: DE4337404A1
Application number: DE4337404A
Authority: DE
Inventors: David E Mainwaring; David W Guy
Original assignee: Swinburne Ltd
Current assignee: Swinburne Ltd
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1994-08-18
Also published as: US5411560A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden von Pellets und insbesondere sphärischen bindemittelfreien Pellets aus niederran gigen Kohlen.

Niederrangige Kohlen werden im allgemeinen als eine Brennstoff quelle geringer Qualität betrachtet. Diese Ansicht hat sich weit gehend aus einer Betrachtung des hohen Wassergehaltes der nieder rangigen Kohlen und der Schwierigkeiten ergeben, die mit dem Handhaben feinen Materials verbunden sind. Im Mittel enthalten niederrangige Kohlen in ihrer reinen Form bis zu etwa 60% Feuch tigkeitsgehalt, bezogen auf das Gewicht, was dazu führt, daß ein wesentlicher Prozentanteil der Energie, die aus der Kohle abge leitet wird, verwendet wird, um den niederrangigen Kohlebrenn stoff vor der Verbrennung zu trocknen. Vom Gesichtspunkt der Handhabung her setzen die getrockneten niederrangigen Kohlen auf grund ihrer Weichheit ein größeres als normales Volumen an Fein anteil um und erzeugen ein solches. Dies macht das Handhaben der reinen niederrangigen Kohlen extrem schwierig und auch gefähr lich. Mit dem hohen Volumen an erzeugtem Feinanteil und ihrer entsprechend vergrößerten Oberfläche besteht eine erhöhte Neigung dazu, sich spontan zu entzünden.

Trotz der Nachteile der niederrangigen Kohlen geben die nieder rangigen Kohlen der Industrie auch bedeutsame Vorteile, einige können einen niedrigen Aschegehalt haben, niedrige Stickstoff werte und hohe Reaktivität, wobei die meisten von ihnen geringere Abbaukosten haben. Um jedoch die Vorteile industriell auszunutzen, muß man sich sowohl dem Feuchtigkeitsgehalt als auch den Handhabungseigenschaften widmen.

Brikettieren ist ein Weg gewesen, die Probleme anzusprechen, die mit dem Verwenden niederrangiger Kohlen verbunden sind. Jedoch ist der Brikettierungsprozeß sowohl zeitaufwendig, als auch, noch wichtiger, energieaufwendig. Die niederrangige Kohle muß zuerst in eine homogene Form gebracht werden, so daß die Briketts dann aus der homogenen Masse gestampft werden. Damit die Briketts her gestellt werden können, muß die Kohle getrocknet werden, wobei zusätzliche Energie verwendet wird.

Zusätzlich zum Brikettieren ist die Pelletisierung der niederran gigen Kohlen versucht worden. Die Pelletisierung von niederrangi gen Kohlen ist versucht worden, indem man die bekannte Technik der Schlammphasen-Agglomeration verwendet, die bei einem Kohle- Wasser-Schlamm und in Kombination mit einem unmischbaren Überlei tungsöl durchgeführt wird. Dieser Prozeß bildet sphärische Zusam menballungen und vertraut vollständig darauf, daß die Oberfläche der Kohle-Feinanteile bevorzugt von dem Überleitungsöl benetzt wird. Beträchtliche Entwicklungsarbeit muß in bezug auf diesen Schlammphasen-Agglomerationsprozeß durchgeführt werden, doch wegen der geringen Kohlewerte, der Eigenschaften der niederrangi gen Kohlen und der Kosten des Ölbindemittels ist das Schlammpha sen-Agglomerationsverfahren nicht kosteneffektiv, wenn man es mit der Brikettierungstechnik für die niederrangigen Kohlen ver gleicht. Tatsächlich, basierend auf Versuchen, die von den Erfin dern durchgeführt wurden, war eine Schlammphasen-Agglomeration bei den australischen niederrangigen Kohlen, die untersucht wor den waren, nicht möglich.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, sich wenigstens einigen Problemen des Standes der Technik zu widmen und die niederrangi gen Kohlen effektiver zu verwenden, die in Australien und in der ganzen Welt häufig anzutreffen sind.

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen von bindemit telfreien Pellets aus niederrangigen Kohlen zur Verfügung, wel ches die Schritte

a) Speisen einer Pelletisierungseinrichtung mit einem Aus gangsmaterial aus niederrangiger Kohle;
b) Drehen der Kohle in der Pelletisierungseinrichtung, um Pel lets bei Abwesenheit jeglichen Bindemittels zu bilden;

wobei die Pellets durch Kompaktierung und Schichtbildung von Koh le-Feinanteilen gebildet werden, umfaßt.

Vorteilhaft schafft die vorliegende Erfindung einen energie- und kosteneffizienten Weg, niederrangige Kohlen zu verwenden und die im allgemeinen schwierig handzuhabenden niederrangigen Kohlen in ein leicht handzuhabendes Material umzubilden, von dem gefunden worden ist, daß es hinsichtlich der Festigkeit und dem Feuchtig keitsgehalt Briketts äquivalent ist, und bei dem es weniger wahr scheinlich ist, daß es sich spontan entzündet.

Die vorliegende Erfindung gründet sich auf der Entdeckung, daß nur Kohlen mit bestimmten Eigenschaften Pellets bilden können, wenn man die Schlammphasen-Agglomerationstechnik benutzt, welche unmischbare Überleitungsöle als Bindemittel verwendet. Insbeson dere können nur Kohlen mit hoher Hydrophobizität, geringem Sauer stoffgehalt und hoher Festigkeit pelletisiert werden, wenn man die bekannte Schlammphasen-Ölagglomerationstechnik verwendet. Der Typ der Kohlen mit den obigen Eigenschaften wird als "hochrangige" Kohlen angesehen, die wegen ihrer Hydrophobizität bevorzugt von dem Überleitungsöl benetzt werden, was zu der Zusammenballung der Kohleteilchen führt. Die Festigkeit der Öl- Agglomerations-Pellets ist auf die der bindenden Flüssigkeit oder den geringen Werten des mechanischen Blockierens, das auftreten kann, begrenzt.

Somit ist es deutlich geworden, daß die Eigenschaften niederran giger Kohlen, daß sie hydrophil sind, von geringer struktureller Festigkeit und hohen Sauerstoffgehalt, im allgemeinen nicht wünschenswert sind und für die Verwendung der Schlammphasen- Agglomerationstechniken so wie der Öl-Agglomeration uneffektiv sind.

Jedoch ist es nachfolgend entdeckt worden, daß bindemittelfreie Pellets aus niederrangigen Kohlen gebildet werden können, indem man ihre normalerweise nicht wünschenswerten Eigenschaften benutzt. Im allgemeinen wird eine "niederrangige Kohle" als eine solche angesehen, die ein Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauer stoff an der Oberfläche von weniger als 10 hat, bevorzugt weniger als 7 und weiter bevorzugt weniger als 5. Ein hoher Kohlenstoff gehalt ist im allgemeinen damit verbunden, daß viele hydrophobe Stellen vorliegen, und ein hoher Sauerstoffgehalt ist im allge meinen mit hauptsächlich hydrophilen Stellen verbunden.

Das Drehen des Ausgangsmaterials führt zum weiteren Zertrümmern der niederrangigen Kohle in Feinanteile. Kornpellets bilden sich aus den Kohle-Feinanteilen als ein Ergebnis der Drehwirkung der Pelletisierungseinrichtung. Wenn einmal das Pellet eine bestimmte Masse erreicht, bildet sich eine "Gelschicht" auf der Außenseite des Pellets. Die "Gelschicht" liegt ständig in der Wachstumsphase des Pellets vor, und ihre Anwesenheit ist für das Wachstum des Pellets wesentlich. In der "Gelschicht" sind die Kohle und Wasser homogen. Zusätzlich unterstützt die Dreh- und Taumelwirkung vor teilhaft bei der Kompaktierung der Pellets.

Um Kornpellets zu bilden und die "Gelschicht" in der Wachstums phase aufrechtzuerhalten, muß der Feuchtigkeitsgehalt des Koh lebettes auf einem Wert sein, so daß er wenigstens im wesent lichen die Hohlräume innerhalb der Kohle füllt.

Somit ist der Feuchtigkeitsgehalt des Bettes abhängig von der Porosität der Kohle. Es kann erforderlich sein, daß zusätzliches Wasser zu dem Kohlebett hinzugesetzt wird, wenn beispielsweise die Kohle vor der Pelletisierung etwas trocknen konnte, jedoch enthält im allgemeinen gerade abgebaute Braunkohle ausreichend Feuchtigkeit, um Kornpellets zu bilden und um die notwendige Gel schicht zu bilden und aufrechtzuerhalten. Natürlich variiert der Feuchtigkeitsgehalt abhängig davon, woher die Kohle kommt, als ein Leitwert enthält die gerade abgebaute Loy Yang-Kohle (Victoria, Australien) 60 Gew.-% (Naßbasis) Feuchtigkeit.

Die vorliegende Erfindung erfordert nicht die großen Mengen an Wasser, die der Schlammprozeß des Standes der Technik erforderte, und tatsächlich wird der Prozeß der vorliegenden Erfindung als ein "trockener" Pelletisierungsprozeß betrachtet.

Bei industriellen Betriebsabläufen in großem Maßstab, um die Pellets in einer kommerziell akzeptablen Zeit zu erzeugen, kann es erforderlich sein, daß die Pellets zusätzlich getrocknet wer den müssen. Es sollte bemerkt werden, daß dieser zusätzliche Schritt nur ein Trocknungsschritt ist und nicht ein Reaktions schritt bei hoher Temperatur ist, um die Festigkeit zu vergrößern.

Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zum Bilden von binde mittelfreien Pellets aus niederrangigen Kohlen zur Verfügung, einschließlich:

a) einer Pelletisierungseinrichtung; und
b) einer Einrichtung zum Zuführen des Ausgangsmaterials nie derrangiger Kohle in (a),

wobei das Kohle-Ausgangsmaterial in Pellets geformt werden kann, als ein Ergebnis von Kompaktierung und Schichtbildung der Kohle- Feinanteile.

Bevorzugt ist die Pelletisierungseinrichtung ein durch Drehung wirkender Pelletisierer, er kann von irgendeinem Typ sein. Jedoch ist es bevorzugt, den Trommeltyp des Pelletisierers zu benutzen, welcher das Taumeln und Drehen des Ausgangsmaterials ermöglicht.

Die Natur der Erfindung wird besser verständlich mit Bezug auf die folgende bevorzugte Ausführungsform und die Beispiele.

Fig. 1 erläutert eine schematische Darstellung des Pelletisie rungsprozesses.

Fig. 2 stellt eine graphische Darstellung der Pellet-Festigkeit gegen den Pellet-Durchmesser der Pellets dar, die durch eine bevorzugte Ausführungsform des Prozesses der vorliegenden Erfin dung erzeugt und in Beispiel 1 diskutiert worden sind.

Fig. 3 erläutert ein thermisches Profil von Feinanteilen der niederrangigen Loy Yang (Victoria, Australien) Kohle bei einem Luftstromverhältnis von 110,0 cm³/min.

Fig. 4 erläutert ein thermisches Profil eines Pellet, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei einer Luftströmungs geschwindigkeit von 110,0 cm³/min hergestellt worden ist.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet ein ähnliches Ausgangsmaterial niederrangiger Kohle, wie es bei dem Brikettie rungsprozeß verwendet wird. Brikett-Ausgangsmaterial ist im all gemeinen teilweise gemahlen worden und hat, als Leitwerte, die folgenden Eigenschaften: der Feuchtigkeitsgehalt ist der "wie abgebaut"-Gehalt für die niederrangige Kohle, beispielsweise hat die Loy Yang-Kohle ungefähr 60 Gew.-% (Naßbasis), jedoch haben andere Kohlen, abhängig von der Quelle, leicht unterschiedliche Feuchtigkeitsgehalte "wie abgebaut".

Die obere Größe des Materials ist bevorzugt geringer als oder gleich 8,00 mm, jedoch kann irgendeine obere Größe geringer als 8,00 mm pelletisiert werden.

Eine "niederrangige Kohle", wie zuvor angegeben, wird so angese hen, daß sie an der Oberfläche ein Kohlenstoff-zu-Sauerstoff-Ver hältnis von weniger als 10, bevorzugt weniger als 7 und weiter bevorzugt weniger als 5 hat. Das bindemittelfreie Pelletisie rungsverfahren kann bei allen Braunkohletypen aus Victoria (Australien) verwendet werden und ist auf alle Kohlen anwendbar, die einen ähnlichen Rang besitzen.

Es wird Bezug auf Fig. 1 genommen, wobei eine niederrangige Kohle in die Drehpelletisierungseinrichtung 10 eingespeist wird und in die Pelletisierungseinrichtung bei irgendeiner Position in den Pelletisierer mittels eines (nicht gezeigten) bewegbaren Zufuhrsystems eintreten kann. Indem man das Zufuhrsystem bewegbar einrichtet, erlaubt dies, die Wachstumsrate der Pellets und die Geschwindigkeit der Kornpelletproduktion zu steuern. Wenn das Zufuhrsystem stationär ist, können sich zu viele Kornpellets bil den, was somit das Wachstum der Pellets auf die gewünschte Größe verhindert.

Die Pelletisierungseinrichtung 10 ist bevorzugt eine drehbare Pelletisierungseinrichtung irgendeines Typs (sowie ein Trommel- oder Scheibentyp), ist jedoch weiter bevorzugt vom Trommeltyp. Ein Pelletisierer vom Trommeltyp ermöglicht es, daß die Kohle masse taumelt und kaskadiert und somit in den anfänglichen Stufen ein weiteres Mahlen der zugeführten Kohle bis hinab zu Pulver oder Feinanteilen auftritt. Dieselbe Taumel- und Kaskadierungs wirkung liefert die erforderliche Kompaktierung, um die Bildung der anfänglichen Kornpellets zu unterstützen, jedoch auch die Zusammenballung des Materials, um bei dem Wachstum der Pellets zu helfen.

Das Ausgangsmaterial der niederrangigen Kohle wird (Strom 1) in die Pelletisierungsvorrichtung eingespeist und kann sich dort drehen und taumeln, wobei die Taumelwirkung das Ausgangsmaterial in Feinanteile aufbricht. Nach und nach beginnen sich Kornpellets aus den Feinanteilen zu bilden, welche kompaktieren und sich aneinander binden. Der Pellet-Bildungsprozeß läuft weiter durch die Bildung einer "Gelschicht" auf der Außenseite des Pellets. Wenn die Taumelwirkung weitergeführt wird, wird der Kern des Pel lets komprimiert, wobei Wasser hinausgedrückt wird, was zu einer Kompaktierung und Verdichtung des Pellets führt. Jedoch gibt es in der Wachstumsphase auf der Außenseite des Pellets die "Gelschicht", die das aus dem Kern ausgedrückte Wasser verwendet. Das ausgedrückte Wasser vermischt sich mit weiteren Kohle-Feinan teilen und bildet eine homogene Masse aus Kohle und Wasser, wel che die "Gelschicht" bildet. So muß die "Gelschicht" vorliegen, damit die Pellets wachsen. In der Gelschicht, verglichen mit irgendwoanders in dem Pellet, ist die Feuchtigkeit der Kohle größer als in dem Kern der Pellets. Das Pellet wird progressiv durch die Schichtbildungs- und Kompaktierungsprozesse aufgebaut. Der Grad der Kompaktierung in der Stufe des "nassen" Pellets nimmt im allgemeinen mit zunehmender Bettgröße zu.

Um die "Gelschicht" zu bilden, ist es wesentlich, daß ausreichend Feuchtigkeit vorliegt, um die homogene Masse von Kohle und Wasser auf der Außenfläche der wachsenden Pellets zu erzeugen, wenn sie der Kompaktierung und Schwerkraft unterworfen werden. Wie zuvor angegeben muß der Feuchtigkeitsgehalt der Kohle auf einem Wert liegen, so daß sie wenigstens im wesentlichen die Hohlräume innerhalb der Kohle füllt. Im allgemeinen enthält die gerade abgebaute Braunkohle aus Victoria (Australien) ausreichend Feuch tigkeit, um die Schicht unter den Scherbedingungen zu bilden, die durch die Taumel- und Kaskadier-Bewegung des Bettes des Kohlema terials aufgegeben werden. In einigen Fällen jedoch, beispiels weise wenn das Kohlematerial vor dem Pelletisierungsprozeß austrocknen konnte, kann zusätzliches Wasser erforderlich sein.

Im allgemeinen, wenn Wasser zugeführt wird, wird es bevorzugt in den Pelletisierer gesprüht.

Die Pelletisierung tritt bei normalen Temperaturen und Feuchtig keiten auf, typischerweise in dem Bereich von 10°C bis 35°C und relativen Feuchtigkeiten zwischen 20% und 80%.

Die Abmessungen des Pelletisierers sind abhängig von dem gefor derten Ausstoß und somit ist ähnlich die Masse der Kohle in dem Pelletisierer zu irgendeiner Zeit im allgemeinen gleich einem Drittel des Volumens des Pelletisierers. Dieses wird ausreichen des Taumeln und Kaskadieren ermöglichen, um die Kornpellets zu bilden und deren Wachstum zu erhalten.

Beispielsweise hat das Pilotwerk einen Pelletisierer mit einem Volumen von 960 l mit einer vorgegebenen Produktionsgeschwindig keit von 100 kg/Stunde. Die Trommelabmessungen sind 1220 mm in der Länge × 1000 mm Durchmesser und sie wird von einer 550 Watt (0,75 PS)-Motor-Getriebe-Kombination bei zwischen 3,2 und 16 UpM angetrieben. Die Masse des Kohlematerials in dem Pelletisierer wird ungefähr 320 l (450 kg) betragen.

Der Ausstoß 3 aus der Pelletisierungseinrichtung 10 wird bevor zugt auf die Größe gesichtet, 11, wobei die Pellets der gewünsch ten Größe 4 von den zu kleinen 6 abgetrennt werden. Es sollte bemerkt werden, daß die endgültige Pelletgröße von den Anforde rungen des Kunden abhängen.

Ähnlich kann Feinkohle 6 in den Pelletisierer 10 rückgeführt wer den.

Das rückgeführte Material (Ströme 5 und 6) kann mit dem Zufuhrma terial 1 kombiniert werden oder kann getrennt an unterschiedli chen Orten eingespeist werden. Im allgemeinen kann das rückge führte Material (Ströme 5 und 6) äquivalent zwischen 100 und 200 Gew.-% der Bettmasse sein. Wie mit dem bewegbaren Zufuhrsystem zu dem Pelletisierer (nicht gezeigt), wird durch das Rückführen des Bettmaterials das Kontrollieren der Wachstumsgeschwindigkeit der Pellets und die Bildung der Kornpellets unterstützt.

Nach Angaben des Pilotwerkes wird, wenn das Pelletisierungssystem einen stationären Zustand erreicht, bei einer Produktionsge schwindigkeit von ungefähr 100 kg/Stunde, die Verweilzeit in dem Pelletisierer in der Größenordnung von 1 1/2 Stunden bis 5 1/2 Stunden pro 100 Kilo Kohle sein, abhängig von der Rückführge schwindigkeit.

Der Prozeß der vorliegenden Erfindung kann als ein Chargenprozeß, ein kontinuierlicher oder halbkontinuierlicher Prozeß gefahren werden. Der Prozeß ist bevorzugt kontinuierlich, um größere Pro duktionsgeschwindigkeiten zu ermöglichen.

Die sogenannten "nassen" Pellets, die aus dem Prozeß der vorlie genden Erfindung herrühren, haben, ohne daß man sie trocknen läßt, eine gute Festigkeit und können leicht gehandhabt werden. Die "nassen Pellets" haben im allgemeinen einen Feuchtigkeitsge halt, der ungefähr gleich dem Feuchtigkeitsgehalt während der Wachstumsphase ist, der im allgemeinen der Feuchtigkeitsgehalt "wie abgebaut" ist. Im Falle der Loy Yang-Kohle (Victoria, Australien) beträgt der Feuchtigkeitsgehalt 60 Gew.-% (Naßbasis). Die Festigkeit der "nassen Pellets" ist ungefähr 1 × 10⁵ kg m^-2. Die Pellets sind gleichmäßig in der Zusammensetzung und haben eine geringe Porosität. Wenn sie mit den Gegenstücken aus hoch rangiger Kohle verglichen werden, die durch das Schlammverfahren hergestellt werden, in dem "nassen Zustand", sind die "nassen" Pellets der vorliegenden Erfindung viel fester. Dies ist im all gemeinen auf die Kompaktierung der Pellets zurückzuführen.

Es ist nicht wesentlich, daß die Pellets der vorliegenden Erfin dung erhitzt werden, damit die Festigkeit auf den gewünschten Wert erhöht wird. Wenn die Pellets natürlich trocknen gelassen werden, ist die sich ergebende Bruchfestigkeit der Pellets ver gleichbar mit Briketts. Nach dem Trocknen beträgt der Feuchtig keitsgehalt der Pellets ungefähr 12 bis 15 Gew.-% (Naßbasis) mit einer Festigkeit von ungefähr 6 × 10⁵ kg m^-2. Die Festigkeit von Briketts beträgt ungefähr 16 × 10⁵ kg m^-2. Jedoch kann, wie zuvor angegeben, etwas zusätzliches Trocknen notwendig sein, um die Pellets in einem kommerziell akzeptablen Zeitrahmen zu trocknen. Das Trocknen der Pellets auf ungefähr 35 Gew.-% (Naßbasis) Feuch tigkeit kann in etwas 30-40 Minuten in einem Wirbel schichttrockner durchgeführt werden. Das Entfernen der verblei benden Feuchtigkeit (bis hinab zu dem Gleichgewichts-Feuchtig keitsgehalt von 15 Gew.-%) wird höchstbevorzugt bei einer relativ geringeren Geschwindigkeit in ungefähr 2 Stunden durchgeführt. Beim Trocknen schrumpfen die "nassen" Pellets der vorliegenden Erfindung, was zu einer weiteren Kompaktierung der Kohle inner halb des Pellets führt.

Das Kohleprodukt kann bei irgendeinem Feuchtigkeitsgehalt ver kauft werden, abhängig von den Anforderungen des Kunden und den damit verbundenen Transportkosten.

Beispiel 1

Eine Pelletisierungstrommel, die von einer Direktantriebs- Getriebe-Motor-Kombination mit variabler Geschwindigkeit ange trieben wurde, was es erlaubt, daß Änderungen in der Drehge schwindigkeit des Armes gemacht werden, wenn sich die umlaufende Bettmasse ändert, wurde auf kontinuierliche Weise betrieben. Das Volumen der Pelletisierungstrommel im Pilotmaßstab war 240 l, in der Lage dazu, ein Volumen von 80 l zu pelletisieren. Rohe Braun kohlen-Feinanteile (-8 mm) (niederrangig) wurden in die Pelleti sierungstrommel mit einer Geschwindigkeit von 5 kg/Stunde einge speist, und während der ersten 2 Stunden wurden während dieser Zeit 300 g Wasser hinzugefügt. Nach dieser Stufe wurde kein wei teres Wasser während des gesamten Pelletisierungsprozesses zu der Trommel hinzugefügt.

Kornpellets traten sofort auf, und die Geschwindigkeit der Kohle zufuhr wurde auf einen Mittelwert von mehr als 16 kg/Stunde erhöht. Die maximale Geschwindigkeit betrug 20 kg/Stunde.

Die Pellets wuchsen in der Trommel über einen Mechanismus des kontinuierlichen Schichtbildens von feinem Material auf der Ober fläche von Pellets, kein Zusatz war erforderlich, um das Wachstum zu erreichen. Erhöhtes Drehen der Bettmasse bewirkte die kontinu ierliche Kompression der inneren Poren der Pellets und somit das Ausstoßen von Wasser auf die Oberfläche der Pellets. Das Endpro dukt mit einer oberen Größe von 25 mm wurde aus dem Vorderteil der Trommel herausgenommen. Während des kontinuierlichen Betrie bes paßte sich die Geschwindigkeit der Pellet-Erzeugung an die Zusatzgeschwindigkeit der feinen Kohle an.

Die Pellets wurden bei Umgebungstemperatur, 25°C, luftgetrocknet, wobei die Bedingungen zu Pellets mit einem Gleichgewichts-Feuch tigkeitsgehalt von ungefähr 12 Gew.-% (Naßbasis) führten.

Eigenschaften der Pellets Größenverteilung der Pellets

Die folgende Tabelle zeigt die Größenverteilung der Pellets, die in Beispiel 1 erzeugt worden sind.

Tabelle 1

Die obere Größe der Pellets war 25 mm.

Wirkung auf die Porosität der Pellets

Kohleproben für Porositätsmessungen wurden durch Lufttrocknen der Kohle auf den Gleichgewichts-Flüssigkeitsgehalt hergestellt, dann, indem die Pellets halbiert wurden und die Probe in einen inneren und einen äußeren Abschnitt geteilt wurden. Die Proben wurden dann auf Null Feuchtigkeit in einem Vakuumofen reduziert, bevor die Messungen der Porosität aufgenommen wurden.

Die Porengrößenverteilung sowohl des äußeren als auch des inneren Abschnittes der Pellets waren einander sehr ähnlich, was anzeigte, daß die Porenverteilung durch das Pellet hindurch nahezu gleichförmig war. Der Grund für die Konsistenz der Poren verteilung ist der Einfluß der hohen Druckkräfte auf das Pellet. Zusätzlich wurde beobachtet, daß die mittlere Porengröße erhöht ist, als ein Ergebnis der Pelletisierung, was somit zu einer Reduktion der Porosität und somit einer Zunahme der Dichte führt. Eine Zusammenfassung dieser Tatsachen ist wie folgt:

Tabelle 2

Festigkeit der Pellets

Die Festigkeit der Pellets, die in dem Beispiel erzeugt worden sind, wurde bestimmt, indem die Druckfestigkeit der Pellets gemessen wurde. Fig. 2 erläutert die Ergebnisse, die für eine Verteilung von Pellets erhalten wurde, die aus dem umlaufenden Bett entfernt wurden. Pellets mit einem Durchmesser von 25 mm besitzen eine Festigkeit von 6,9 × 10⁵ kg m^-2, verglichen mit Briketts, die eine mittlere Druckfestigkeit von 16 × 10⁵ kg m^-2 haben.

Packungsdichte

Die Packungsdichte der Pellets, die in dem Beispiel erzeugt wor den waren, betrug ungefähr 480 kg m^-3.

Thermische Stabilität

Da die spontane Entzündung eines der Hauptprobleme ist, die mit der Verwendung von Feinanteilen niederrangiger Kohle verbunden sind, war es notwendig, die Reaktivität der bindemittelfreien Pellets gegenüber dem Oxidationsprozeß zu betrachten und zu ver gleichen.

Die Technik der differenziellen thermischen Analyse (DTA).

Der Prozeß erfordert das Erhitzen von 10 mg einer -106 + 53 um - Fraktion luftgetrockneter Kohle in der Anwesenheit von Luft zunächst für 15 Minuten auf 110°C, um Wasser zu entfernen, und dann mit einer Geschwindigkeit von 10°C/min bis hinauf zu 700°C.

Fig. 3 erläutert ein thermisches Profil von Feinanteilen nieder rangiger Kohle aus Loy Yang (Victoria, Australien) bei einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit der Luft von 110,0 cm³/min. Zwei Peaks werden bei dieser Strömungsgeschwindigkeit beobachtet, einer bei 300°C, der einzig bei niederrangigen Kohlen liegt, und ein zweiter bei etwa 400°C, der Kohlen aller Ränge gemeinsam ist.

Eine Stromgeschwindigkeit von 110,0 cm³/min wurde angenommen, um die Wirkung der Pelletisierung auf das Oxidationsprofil der Braunkohle-Feinanteile zu studieren. Fig. 4 zeigt das Profil eines Pellets, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt worden war. Es kann erkannt werden, daß der Pelletisie rungsprozeß die Fläche des exothermen Peaks signifikant redu ziert, der bei 300°C auftritt, im Vergleich zu dem des Peaks, der bei rohen Braunkohle-Feinanteilen auftritt. Die Reduktion der Peakfläche stellt eine Abnahme der Neigung der Kohle-Feinanteile zur Niedertemperatur-Oxidation-spontaner Entzündung dar.

Beispiel 2 - Vergleichsbeispiel

Um die Auswirkung des Bindemittels auf die Bildung und Festigkeit von Braunkohlen-Pellets sicherzustellen, die durch den Prozeß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, wurden Experi mente durchgeführt, wobei Bindemittel so wie Natriumkarbonat, Stärke, Braunkohle, Huminsäure und Ammoniumhydroxid verwendet wurden. Es sollte bemerkt werden, daß der in diesem Beispiel ver wendete Prozeß nicht der Schlammphasen-Agglomerationsprozeß des Standes der Technik war, der Ölbindemittel verwendete. Die Binde mittel wurden so ausgewählt, daß sie herkömmliche Bindemittel überstreichen, die bei der Mineral-Pelletisierung verwendet wer den, und Bindemittel, die den pH-Wert der endgültigen Kohle- Wasser-Mischung - "der Gelschicht" beträchtlich ändern.

Konzentration der verwendeten Bindemittel
Bindemittel
Endgültiger Prozentanteil von Bindemittel in den Pellets (pro Gewicht auf einer Trockenkohlebasis)
Weizenstärke
2,5
Na₂CO₃	2,5
Braunkohle-Huminsäure	2,5
NH₄OH	0,38

Pelletisierungskinetik

Der Pelletisierungsprozeß wurde bewertet, indem eine Drehtrommel von 11 Litern benutzt wurde. Eine Anfangscharge von 50 g - 5,6 + 4,75 mm Material wurde in die Trommel als Kornpellets eingeführt. Dazu wurde Kohle-Feinanteil hinzugefügt (zerkleinert auf -6 mm) mit einer mittleren Geschwindigkeit von 32 g/min, Sprühwasser und Bindemittel. Insgesamt 1650 g Kohle-Feinanteil wurde in jedem Fall hinzugefügt, und die endgültige Größenverteilung der Pellets wurde benutzt, um die Wirkung des Bindemittels auf die Pelleti sierungskinetik zu beurteilen. Periodisch während des Pelletisierungsprozesses wurde Feinmaterial in dem Größenbereich bis 4,75 mm (das nicht als Pellets betrachtet wurde) entfernt, so daß der hier studierte vorwiegende Mechanismus das pseudo kontinuierliche Pellet-(Gelschicht)-Wachstum war und nicht die Kornpellet-Bildung. Diese Vorgehensweise stellt sicher, daß das System nicht mit Kornpellets (-4,75 mm Material) "erstickt" wird, was den Wachstumsmechanismus der schon existierenden Pellets behindert.

Die Bindemittel wurden auf eine der zwei Wege dem System zuge führt:

i) in Form eines Feststoffes zusammen mit den Kohle-Feinantei len in dem Verhältnis von 1 : 100, Bindemittel : Feinanteile pro Gewicht;
ii) zusammen mit dem Sprühwasser als eine 10%ige Lösung, in dem Fall von Braunkohle-Huminsäure, und als eine 3,3%ige Lösung in dem Fall von NH₄OH.

Die endgültigen Größeverteilungen der Pellets sind in den Tabel len 4 bis 7 gezeigt. Wenn diese Pellet-Größenverteilung mit bin demittelfreien Braunkohle-Pellets verglichen werden, die auf eine ähnliche Weise erzeugt und in Tabelle 8 gezeigt sind, kann erkannt werden, daß die Hinzufügung von geringen Werten von Bin demitteln während der Pelletisierung von feiner Braunkohle entwe der einen geringen Effekt auf die Herstellung der Kohlepellets hat, wie in dem Fall von Braunkohle-Huminsäure, oder einen nach teiligen Effekt auf die Pellet-Produktion, wie mit den anderen Bindemitteln (Weizenstärke, Na₂CO₃, NH₄OH).

Tabelle 4

Pellet-Größenverteilung für Pellets, die Weizenstärke enthalten

Tabelle 5

Pellet-Größenverteilung von Pellets, die Na₂CO₃ enthalten

Tabelle 6

Pellet-Größenverteilung von Pellets, die Braunkohle-Huminsäure enthalten

Tabelle 7

Pellet-Größenverteilung für Pellets, die NH₄OH enthalten

Tabelle 8

Größenverteilung der Pellets für bindemittelfreie Braunkohlen- Pellets

Es kann aus der Tabelle 9 gesehen werden, daß die Menge an Sprüh wasser, die während des Pelletisierungsprozesses erforderlich war, nahezu halbiert war, wenn NH₄OH als das Bindemittel benutzt wurde. Dies kann der Tatsache zugeschrieben werden, daß der pH- Wert der 3,3%igen NH₄OH-Sprühlösung etwa 12 betrug, dieser hohe pH-Wert würde das Aufschließen von Flüssigkeitsanteilen auf der Oberfläche des Pellets bewirken. Dieses wiederum würde der Pelletoberfläche einen erhöhten Flüssigkeitsgehalt geben, und somit würde das Pellet weniger zusätzliches Wasser erfordern, um den Feuchtigkeitsgehalt zu erreichen, der notwendig ist, damit die Pelletisierung auftritt.

Bindemittel
Wasser, das während des Pelletisierungsprozesses erforderlich ist (g)
Keines
164
Weizenstärke	168
NH₄OH	77
Na₂CO₃	201
Huminsäure	136

Festigkeit der Pellets

Tabelle 10 zeigt die Preßkraft, die erforderlich ist, Kohlepel lets aufzubrechen, die mit oder ohne dem Zusatz von Bindemitteln erzeugt und auf einen Gleichgewichts-Feuchtigkeitsgehalt bei Zim mertemperatur getrocknet worden sind. Die Ergebnisse zeigen, daß es nur ein leichtes Anwachsen in der Festigkeit der Pellets beim Zusatz von Na₂CO₃ und einen negativen Effekt bei den verbleibenden Bindemitteln (Weizenstärke, NH₄OH, Huminsäuren) gibt.

Bindemittel
Kraft, die zum Zerkleinern der Pellets erforderlich ist (kg m^-2)
Keines\|4,25×10⁶
Weizenstärke	5,7×10⁵
NH₄OH	4,0×10⁵
Na₂CO₃	3,8×10⁵
Huminsäure	2,7×10⁵

Porosität der Pellets

Es wurde beobachtet, daß für Pellets ähnlicher Größen der Zusatz von Bindemittel keinen signifikanten Effekt auf die Porosität der erzeugten Pellets hatte, insbesondere wurde keine Zunahme der Dichte der Pellets beobachtet. Jedoch läßt das Braunkohle-Humin säure-Bindemittel die Porosität signifikant anwachsen, wenn man mit der äquivalenten Pellet-Porosität der Pellets ohne Bindemit tel vergleicht.

Zusammenfassung des Beispiels

Aus diesem Beispiel scheint es, daß es keinen wesentlichen Nutzen beim Zusatz niedriger Werte von Bindemitteln während des Pelleti sierungsprozesses der vorliegenden Erfindung gibt. Obwohl der Zusatz von Na₂CO₃ die Druckfestigkeit der Pellets leicht verbes sert, wurde dies von einer verringerten Produktionsgeschwindig keit von wünschenswert größeren Pellets in der Pelletisierungs trommel begleitet.

Die trockenen Pellets der vorliegenden Erfindung, wie ihre Gegen stücke der nassen Pellets, sind in der Zusammensetzung gleichför mig und haben eine geringe Porosität. Die Pellets der vorliegen den Erfindung, zusätzlich zu der vergleichbaren Druckfestigkeit der Briketts, können einen äquivalenten (12-15% des ursprüng lichen Feuchtigkeitsgehaltes) endgültigen Feuchtigkeitsgehalt zu Briketts haben. Die Abtragungsgeschwindigkeiten der Pellets der vorliegenden Erfindung sind geringer als bei Briketts, da die Pellets kugelförmig sind. Weiterhin wird wegen der Änderung in der Größe und der Form der erhaltenen Pellets das Packen und Handhaben der Pellets vorteilhaft verbessert. Die Kompaktierung der Kohle bei den vorliegenden Pellets ist höher als bei Roh kohle, was zu einer höheren Selbsterhitzungstemperatur führt, somit dazu führt, daß weniger Wärme erzeugt wird, die zum Erhit zen des Brennstoffes verwendet wird. Die höhere Kompaktierung der Kohle bei den vorliegenden Pellets führt auch zu weniger Feinan teil, was das Handhaben des Brennstoffes unterstützt und noch mehr als bei Briketts das Risiko spontaner Entzündung minimiert. Da weiterhin der Prozeß als ein kontinuierlicher Prozeß betrieben werden kann und die Fabrik, die zum Erzeugen der Pellets der vor liegenden Erfindung erforderlich ist, relativ einfach ist, können weit größere Volumina an zerkleinertem Material bei äquivalenten Kosten verarbeitet werden, wenn man mit der herkömmlichen Bri kettfabrik vergleicht.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Ausgangsmaterial
2 Gesamteingabe in die Pelletisierungseinrichtung
3 Ausstoß
4 Pellets der gewünschten Größe
5 Strom rückgeführten Materials
6 Strom rückgeführten Materials
10 Pelletisierungseinrichtung
11 Sichtung des pelletisierten Materials

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von bindemittelfreien Pellets aus niederrangigen Kohlen, mit den Schritten:

a) Einführen eines Ausgangsmaterials (1) aus niederrangiger Kohle in eine Pelletisierungsein richtung (10);
b) Drehen der Kohle in der Pelletisierungseinrich tung (10), um Pellets in Abwesenheit jeglichen Bindemittels zu bilden;

wobei die Pellets durch Kompaktierung und Schichten von Kohle-Feinanteilen gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Feuchtigkeitsgehalt in der Pelletisierungsein richtung (10) die Bildung von Kornpellets aus dem Ausgangs material der niederrangigen Kohle erlaubt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt innerhalb der Pelletisierungseinrichtung (10) die Bildung einer Gelschicht während der Wachstumsphase der Pellets erlaubt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt inner halb der Pelletisierungseinrichtung (10) derart ist, daß die in dem Ausgangsmaterial der niederrangigen Kohle vorliegen den Hohlräume im wesentlichen gefüllt sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliches Wasser vor und/oder während der Pelletisierung zu den Kohle-Feinanteilen hinzugefügt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Obergröße des Ausgangsmate rials weniger oder gleich 8,00 mm beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets durch Verwendung einer Trockeneinrichtung getrocknet werden.

8. Pellets, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Vorrichtung zum Herstellen von bindemittelfreien Pellets, mit

a) einer Pelletisierungseinrichtung (10) und
b) einer Einrichtung zum Einführen des Ausgangsma teriales aus niederrangiger Kohle in die Pelletisierungseinrichtung (10);

wobei das Kohle-Ausgangsmaterial als Ergebnis von Kompak tierung und Schichtung bzw. Schichtbildung der Kohle- Feinanteile in Pellets geformt werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einrichtung zum Einführen des Ausgangsma teriales aus niederrangiger Kohle den Einspeisepunkt in die Pelletisierungseinrichtung (10) ändern kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pelletisierungseinrichtung (10) ein Trommelpelletisierer ist.