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Verfahren zum Erzeugen eines Bindemittels aus pflanzlichen Stoffen
durch Behandeln mit Alkalien Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Bindemitteln,
die im besonderen zur Verwendung bei der Herstellung von Brennstoffbriketten o.
dgl. bestimmt sind, aber auch zum Zusammenhalten von anderen Massen verwendet werden
können.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung
eines Binde.-mittels für die erwähnten Zwecke durch Behandeln mit Alkalien sowie
ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffbriketten o. dgl. unter Verwendung dieses
Bindemittels.
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Die Herstellung eines Bindemittels aus Pflanzenstoffen aller Art durch
Behandeln mit Wasser und Kochen unter Zusatz von Alkalien ist an sich bekannt. Von
diesen bekannten Verfahren unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand in erster
Linie dadurch, daß der Pflanzenstoff zunächst einem Gärungsvorgang unterworfen wird.
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Das neue Verfahren besteht also darin, daß man weiches, im wesentlichen
unzersetztes pflanzlichesZellgewebe eine aerobischeGärung durchmachen läßt zur Gewinnung
einer Humusmasse, die im wesentlichen alle nicht gasförmigen Gärungserzeugnisse
einschließlich der in der Ausgangsfaser enthaltenen Pektinabkömmlinge und ferner
die durch Zersetzung des ursprünglichen Zellstoffs entstandenen Humusstoffe und
etwaige unveränderte Zellstoffaser enthält, und daß die Masse in einer beliebigen
Stufe des Verfahrens mit so viel Alkali behandelt wird, daß die kolloiden Bestandteile
in einem durchgehend alkalischen Zustand erhalten werden.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens soll das Gut erst der Gärung
unterworfen und dann z. B. durch Kochen mit Alkalilösung weiterbehandelt werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform soll das Fasergut nach etwa erforderlichem
Einweichen mit Alkali z. B. durch Kochen behandelt und das alkalische Erzeugnis
einer aerobischen Gärung unterworfen werden.
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Die Eigenschaften des Enderzeugnisses können nach der Erfindung durch
Änderung der Gärungszeit geregelt werden. Gewünschtenfalls kann das fertige Bindemittel
für den Versand getrocknet und später durch Zusatz von Wasser und Verkneten, Verrühren
u. dgl. gebrauchsfähig gemacht werden.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann ein Teil des Alkalis
durch entsprechende Mengen eines Erdalkalis ersetzt werden.
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Die Erfindung umfaßt auch die Herstellung von Brennstoffbriketten
mit dem neuen Bindemittel,
allein oder in Zusammenwirkung mit anderen
Bindemitteln. Hierbei soll nach der Erfindung der gepulverte Brennstoff mit dem
nassen Bindemittel gemischt und zu Briketten gepreßt werden, wobei Wärme in beliebigen
Verfahrensstufen zugeführt werden kann.
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Die zu brikettierende Kohle, Koks o. dgl. soll bei einer Ausführungsform
des Verfahrens mit dem Pflanzenfaserstoff gemischt, das Gemisch der aerobischen
Gärung unterworfen und vor, während oder nach der Gärung mit Alkalilösung versetzt,
erforderlichenfalls gemahlen und nach Erhitzen in Formen gepreßt werden.
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Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens
beschrieben.
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Um das Bindemittel zu erzeugen, können weiche pflanzliche Zellstoffmassen
beliebiger Art verwendet werden, wie z. B. Stroh, Algen, Kaktus, Opuntien, Binsen,
Gräser, Bagasse, Zuckerrübenrückstände, Flachsabfall, Sojabohnenabfall, Farnkraut,
Sisal, Werg, Bananen- oder Maisbllätter und -stengel, Kartoffel- und anderes Kraut
o. dgl.; alle diese Faserstoffe werden vorzugsweise in unzersetztem Zustande verwendet.
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Das Rohgut wird an geeigneten Stellen vorzugsweise ganz gleichmäßig
gestapelt, so daß die löslichen Bestandteile, die abzufließen streben, zurückgehalten
werden. Gewünschtenfalls können beliebige Mittel zum Zurückhalten oder Sammeln dieser
Bestandteile verwendet werden. In jedem Fall wird Vorsorge getroffen, daß Luft in
den Stapel gelangt. Es ist zweckmäßig, dünne Schichten von bereits gegorenem Pflanzenstoff
der gleichen oder einer anderen Art in verschiedenen Höhen des Stapels einzulagern.
Man läßt nun die Pflanzenstoffe verrotten oder gären, bis die ursprüngliche faserige
Struktur des Ausgangsgutes einer erheblichen Zerkleinerung unterworfen ist, was
in verschiedenen Zeitabschnitten schwankend zwischen einigen Wochen und einigen
Monaten geschehen kann. Durch Befeuchten mit Wasser oder vorzugsweise mit der Flüssigkeit,
die von dem Stapel abfließt, werden die löslichen Pektine in der Masse erhalten.
Die eintretende Gärung ist aerobischer Art. Wenn die Masse vollkommen verrottet
ist, wird sie während einer genügenden Zeit, etwa 5 oder i o Minuten, unter Hinzufügen
des etwa notwendigen Wassers zusammen mit einer geeigneten Menge. von Natriumcarbonat
oder Hydroxyd, gewöhnlich zwischen i °1o und 5 °/a des Trockengewichts, gekocht,
wodurch die Masse in einen im wesentlichen strukturlosen Schleim mit starken bindenden
Eigenschaften verwandelt wird. In diesem Zustand wird sie als Bindemittel verwendet,
z. B. zum Erzeugen von Briketten, und zwar allein oder in Verbindung mit bekannten
Bindemitteln. Man kann das Bindemittel auch, wie bereits erwähnt, trocknen und am
Bestimmungsort durch Anfeuchten und Durchkneten zu einer Trübe vor dem Gebrauch
anrühren.
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Es ist bekannt, daß Verfahren zur Herstellung von Dünger durch Verr
ottenlassen von Stroh oder anderem pflanzlichen Abfall in Gegenwart von löslichen
Stickstoffverbindungen bestimmter Konzentration vorgeschlagen wurden. Die Erzeugnisse
dieses Verfahrens können für die Zwecke der Erfindung benutzt werden, und zwar nach
der obenerwähnten Behandlung mit Alkalicarbonat oder Hydroxyd und trotz der Anwesen-.
heit von für die Düngung wertvollen Stoffen; sie geben vorzügliche Ergebnisse als
Bindemittel, vorausgesetzt, daß kein erheblicher Anteil an Pflanzenschleim bei der
Herstellung verloren worden ist.
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Eine andere Ausführungsform des Verfahrens gibt gleich gute Ergebnisse
und wird wie folgt durchgeführt.
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Das pflanzliche Rohgut wird so lange und in der Weise eingeweicht,
daß die Loslösung von Fasern ohne wesentliche Kürzung ihrer Länge erfolgen kann,
wobei also die Fasern gemahlen, gequetscht oder gespalten werden, ohne sie zu häckseln.
Die Masse wird dann ungefähr 2q. Stunden mit Ätznatron oder Natriumcarbonat in pulveriger
Form oder mit einer Lösung dieser Stoffe gekocht, wobei das Gewicht des zugefügten
Alkalis gewöhnlich zwischen i und 5 °1o der trockenen Masse beträgt. Die alkalische
Trübe läßt man dann in einem Behälter, vorzugsweise zwischen 35 und 60° C, durch
die Wirkung von Bakterien oder Pilzkulturen vergären, bis die Fasern erheblich angegriffen
oder zersetzt sind und die Masse viskos und schleimig geworden ist. Diese Veränderung
kann durch wiederholtes Mischen und Umstechen der Masse zur Erzielung aerobischer
Bedingungen erleichtert werden.
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Bei einem anderen Beispiel kann ein Teil des Alkalicarbonats oder
Hydroxyds vor oder während der Vergärung eingetragen werden, der Rest nach der Vergärung
oder während des Kochvorgangs.
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In einem besonderen Fall wurde i Ztr. trocknen Grases 2q. Stunden
lang gekocht. Die Flüssigkeit wurde dann abgezogen, und der verbleibende Faserstoff
wurde durch geeignete Maschinen geführt, bis eine hinreichende Zerkleinerung erzielt
war. Die Masse wurde dann in einen seichten hölzernen Bottich abgegeben und mit
91 einer Lösung behandelt, die i kg trockenes Natriumcarbonat enthielt.
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Nach dem Mischen ließ man die Masse an
einer «-armen
Stelle stehen und stach sie täglich einmal unter Aufsprengen von Wasser um, wobei
die nach dem Kochen abgezogene Flüssigkeit verblendet werden kann. Es wird so viel
Flüssigkeit zugegeben, daß die Verdampfung ausgeglichen wird und die Masse in einem
steifen, salbenförmigen Zustand gehalten wurde. Eine Gärung trat ein, sobald die
Trübe in einem Trog untergebracht wurde; diese wurde noch unterstützt durch Zusatz
von o,9 kg verfaulter Frucht oder dürren Grases. Nach 2q. Tagen wurden Proben aus
dem- Sud entnommen und Versuchsbrikette hergestellt, nach deren Eigenschaften (las
erzeugte Bindemittel als geeignet zum Agglomerieren von etwa 1o 7tr. Kohle festgestellt
wurde.
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Gewünschtenfalls kann das bei dem obenerwähnten Verfahren verwendete
Alkalicarbonat oder Hydroxyd, zum Teil durch gleichwertige Verbindungen des Calciums
oder andere alkalische Erden ersetzt werden.
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Die Menge des erforderlichen Bindemittels ändert sich mit dem verwendeten
Druck, der umfangreichen Änderungen unterworfen sein kann. So konnten bei Verwendung
von 1o bis 15' ;'a Bindemittel Brikette durch Rollen in der Hand gemacht «-erden,
die nach dem Trocknen einem Fall aus 3 in Höhe auf Steinboden widerstanden.
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Anderseits kann man einen Pr eßdruck von 1,5 bis 2,2 t auf den Quadratzentimeter
verwenden und dann die Bindemittelmenge auf 1',r" oder noch weniger herabsetzen.
Gewöhnlich sind bei 15- bis 471 kg Flächendruck auf den Ouadratzentimeter .I bis
8'/" Bindemittel hinreichend.
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Die Menge des verwendeten Bindemittels hängt wesentlich ab von der
Güte der verarbeiteten Kohle. Innerhalb weiter Grenzen können brauchbare Brikette
erzeugt werden; es wurde jedoch durch wiederholte Versuche festgestellt, daß die
besten Ergebnisse erzielt werden, wenn in dem Brennstoffgut etwa 20 bis 30'1" feine
Körnung zwischen 15,5 und 31 Siebmaschen auf den Quadratzentimeter vorhanden waren.
Hierdurch unterscheidet sich das neue Bindemittel von den Vorbedingungen für die
Verwendung anderer Bindemittel, wie Pech o. dgl., wo eine Erhöhung des Anteils an
kleinkörnigem Gut im allgemeinen einen größeren Anteil an Bindemittel beim Brikettieren
erfordert.
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Die Verfahrensweise beim Verwenden des Bindemittels ergibt sich aus
den folgenden Beispielen.
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Wenn dort von dem "Mischungsverhältnis des Bindemittels die Rede ist,
so ist damit das Gewicht des trockenen Bindemittels gemeint, das zu Zoo Teilen Brennstoff
oder sonsti,gem Brikettiergut zugesetzt wird. Ausführungsbeispiels Zoo Teile eines
gepulverten Brennstoffs, der bituminöser Koks, nicht bituminöse Kohle, Anthrazitstaub,
Gaskoksklein, Lignit, Tieftemperaturrückstände von Kohle oder Lignit, Ruß o. dgl.
sein kann, werden innig gemischt mit einer Menge nassen Bindemittels, die dem Gewicht
nach gleichwertig ist mit 6 Teilen des nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten
trocknen Bindemittels.
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Stellt sich durch Analyse das Bindemittel als ausnahmsweise aschereich
heraus, so daß es etwas mehr als 15"/" anorganische Stoffe enthält, "z. B. wenn
das Bindemittel von verrotteten Pflanzenteilen herrührt, so muß der Gewichtsanteil
des Bindemittels entsprechend erhöht werden.
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Das Gewicht des verwendeten nassen Bindemittels ist veränderlich;
es beträgt aber gewöhnlich ungefähr 3o Teile auf das Trokkengewicht, das 6 Teile
beträgt. Nach vollständigem -Mischen in einem beliebigen Verteiler, einem ',Xahlgang,
einem Mischer nach Pfleiderer oder einer Kugelmühle wird der mit dem Bindemittel
gemischte Brennstoff unmittelbar oder mittelbar mit Dampf erhitzt und im erhitzten
Zustand einem Preßdruck von 157 bis 471 kg auf den Quadratzentimeter unterworfen.
Im Augenblick des Pressens soll das Gemisch von Kohle und Bindemittel merkbar feucht
sein, derart, daß ein geringer Austritt von Wasser beim Geben des vollen Preßdrucks
erfolgt; aber bei manchen Formen von Pressen kann ein trockeneres Gemisch verwendet
«-erden, und wenn besondere Rücksicht bei der Art des Pressens und der Wahl der
verwendeten Preßform genommen wird, können sogar sehr trockene Gemische brikettiert
werden. Sobald die Brikette die Presse verlassen, kann man sie an einer warmen und
gut belüfteten Stelle einige Tage trocknen lassen. Das Ausmaß der Trocknung kann
erheblich verändert werden, und die Trocknung findet gewöhnlich bei Temperaturen
statt, die erheblich über 100° C liegen. Dies kann deshalb geschehen, weil die mit
dem neuen Bindemittel hergestellten Brikette im Gegensatz zu anderen Briketten nicht
die Neigung haben, bei rascher Trocknung zu reißen. Es ist deshalb auch eine Beschleunigung
der Trocknung auf künstlichem Wege möglich.
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Die oben beschriebenen Verfahren wurden angewendet für eine ,Massenherstellung
von Eierbriketten unter Benutzung einer Walzenpresse üblicher Größe. Eierbrikette
können auch erfolgreich hergestellt werden, indem man das Erwärmen der Kohle-Bindemittel-Mischung
unterläßt; solche Brikette aber erfordern eine längere Trocknungs- und Erhärtungszeit,
wobei
die schließlich erreichte Druckfestigkeit fast nie merklich beeinflußt wird. Brikette
im Gewicht von ungefähr 85g, die aufs Geratewohl aus einer Masse genommen wurden,
hielten nach dem Trocknen und Reifen einen Fall von 212 bis 3 m auf einen Steinboden
aus. Solche Brikette halten auch ohne Springen einen Druck von ungefähr 6o kg aus,
wenn sie zwischen zwei ebene Flächen gelegt werden. Wenn ferner 22 kg solcher Brikette
in eine - umlaufende Trommel gelegt und mit einer Geschwindigkeit von 28 'Umläufen
in der Minute 2 Minuten lang gedreht werden, so überstieg der Gewichtsverlust der
Brikette nach dem Sieben durch ein Drahtsieb von 2 Maschen auf den linearen Zentimeter
ge-\vöhnlich nicht 1,125 kg oder 50/a des ur-:.prünglichen Gewichts.
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Ausführungsbeispiel e roo Teile eines gemahlenen Brennstoffs von der
obenerwähnten Art werden gemischt mit einem Gewichtsteil von verrottetem Pflanzengut
entsprechend 6 Teilen des trokkenen Guts. Das verrottete Gut kann dadurch hergestellt
werden, daß man frische oder trockene Pflanzenfasern auf dem Erdboden vergären läßt,
nachdem sie erst zur Entfernung des Sandes gewaschen wurden. In allen diesen Fällen
ist die Verfahrensweise zur Erzielung der vergorenen Pflanzenfaser identisch mit
den oben beschriebenen Herstellungsweisen des Bindemittels, aber das schließliche
Kochen wird weggelassen. Die gewogene Menge von verrottetem Pflanzenstoff, die ungefähr
3o Teile betragen kann, um ein Trockengewicht von 6 Teilen zu ergeben, wird durch
Zumischen von 0,i2 Teilen wasserfreien Alkalicarbonats oder Hydroxydes in Pulverform
oder gelöst in 411, 1 Wasser alkalisch gemacht. Das alkalische vergorene Gut wird
nun der Kohlenmasse vollständig einverleibt durch irgendeins der vorerwähnten Verfahren,
und das so erzielte Gemisch wird unmittelbar oder mittelbar auf 1000 C erhitzt,
bei welcher Temperatur die chemischen und physikalischen Änderungen, die durch die
Wirkung des Alkalis in der Trübe bewirkt werden sollen, stattfinden, so daß am Ende
des Erhitzungsvorgangs nun in noch heißem Zustand mit Druck gepreßt werden kann,
wobei für den Wassergehalt das gleiche gilt wie bei den früheren Beispielen. Brikette
von Eierform wurden in Massen auf ' einer Walzenpresse von üblichen Abmessungen
hergestellt, und wahllos entnommene Proben ergaben beim Versuch die gleichen Eigenschaften
bezüglich des Widerstands gegen Bruch, Druck und - Abreibung wie die nach den ersten
Versuchen hergestellten Brikette. Ausführungsbeispiel 3 i oo Teile eines entsprechend
gepulverten Brennstoffs werden in der bereits geschilderten Weise mit einer solchen
Menge im wesentlichen trockenen Bindemittels gemischt, die 6 Teile Trockenstaff
enthielt. Das Bindemittel wird in wesentlich getrocknetem Zustand mit der Kohle
oder anderem Brennstoff bis zu inniger Vermischung gemahlen oder sonst zerkleinert.
Das Gemisch von Kohle und Bindemittel wird dann unmittelbar oder mittelbar mit Dampf
unter Zufügung von Wasser und Kneten erwärmt, bis es eine Temperatur von 8o bis
roo° C angenommen hat. Das Gemisch kann dann bei einem Druck von 48o Atm. wie bei
den früheren Beispielen brikettiert werden.
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Ausführungsbeispiel 4 roo Teile eines in geeigneter Weise zerkleinerten
Brennstoffes werden wie in den vorigen Fällen mit einem Gewicht von im wesentlichen
verrottetem trockenem Pflanzenstoff vermischt, der nach einem der geschilderten
Verfahren gewonnen wurde, entsprechend einem Trockengewicht von 6 Teilen. Beim Mischen
wurden 0,i2 Teile wasserfreien Alkalicarbonats oder Hydroxyd in Staubform oder in
41i21 Wasser gelöst zugesetzt und das Gemisch erwärmt, geknetet und gepreßt wie
bei den vorigen Ausführungsbeispielen.
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Es ist zu-bemerken, daß durch Anwendung der Verfahren 2 und 4 die
klebenden Eigenschaften des Bindemittels während des in üblicher Weise durchgeführten
Brikettierungsverfahrens entwickelt werden.
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Diese Verfahrensweise macht die Anordnung von Kochanlagen für das
gegorene Pflanzengut zusammen mit dem Alkalicarbonat oder Hydroxyd überflüssig.
Das Vergärungsverfahren kann in Gegenwart des gesamten Brennstoffs oder eines Teils
davon durchgeführt werden, indem man den Brennstoff mit weicher Pflanzenfaser vermischt,
das Gut unter solchen Bedingungen verrotten läßt, daß die nicht gasförmigen Zersetzungsprodukte
nicht e4tweichen können, wobei das Gut mit einer All.:alilösung vor, während oder
nach der Verrottung angefeuchtet, nötigenfalls gemahlen und nach dein Erwärmen zu
Briketten gepreßt wird.
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In all diesen Fällen kann das Gemisch von Kohle und Bindemittel in
heißem Zustand gepreßt oder ganz oder teilweise bis zu einem bestimmten Grad abgekühlt
werden. Man kann das Gut auch zunächst abkühlen lassen und dann vor dem Pressen
wieder anwärmen.
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Nach einem der oben beschriebenen Verfahren hergestellte Brikette
sind widerstandsfähig
gegen Regen und Frost, bis zum einem gewissen
Grad ohne Zerfall. Mit einer Bindemitteltrübe hergestellte Brikette können bis zu
jedem beliebigen Grad wasserfest gemacht werden, indem man sie in Emulsionen von
01 oder Asphalt und Wasser untertaucht, die nicht weniger als 2o°/" des wasserfestmachenden
Mittels enthalten, oder indem man die Brikette in beliebiger Weise kurze Zeit auf
200° C oder längere Zeit bei ein wenig geringerer Temperatur erhitzt.
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Um das Weiterbestehen des organischen Wachstums zu verhindern oder
stillzulegen, kann eine kleine Menge Kupfersulfat oder eines anderen pilztötenden
oder desinfizierenden Mittels beim Brikettieren der Kohle oder der vollständig vergorenen
Trübe zugesetzt werden.