HU212707B - Binder composition for producing agglomerates containing coal-powder, process for producing of agglomerates containing coal-powder and agglomerates obtained thereby - Google Patents

Description

(54) Kötőanyag-készítmény szénportartalmú agglomerátumok előállításához, eljárás szénportartalmú agglomerátumok előállítására és az így előállított agglomerátumok (57) KIVONAT

A találmány tárgya keményítőt vagy keményítő-származékot tartalmazó kötőanyag-készítmény szénportartalmú agglomerátumok előállításához, amelyre jellemző, hogy ammónium-kloridot tartalmaz, és hogy a keményítő vagy keményítő-származék és az ammónium-klorid tömegaránya 0,5:10 és 25:0,1 közötti, előnyösen 1:5 és 15:0,25 közötti, különösen előnyösen 2:3 és 7:0,5 közötti.

A leírás terjedelme: 6 oldal

HU 212 707 B

HU 212 707 Β

A találmány tárgya kötőanyag-készítmény, új szénportartalmú agglomerátumok előállításához.

A találmány vonatkozik a készítmény felhasználásával végzett eljárásra szénportartalmú agglomerátumok előállítására, valamint az így előállított agglomerátumokra is.

,Λ szénportartalmú agglomerátum” kifejezésen minden olyan finom szén, daraszén vagy szénpor tartalmú anyagot értünk, amely adott esetben éghető, amely finomeloszlású, könnyen kezelhető és amely háztartásokban vagy ipari céllal alkalmazható. Ezek közül példaként megemlítjük a tojásbrikettet, a brikettet és a pelletteket.

Azon szénportartalmú anyagok közül, amelyekre találmányunk vonatkozik, amelyek éghetők, megemlítjük például a szénporokat vagy széndarákat, a faszénport, a szén-kokszporokat, a petrolkoksz-porokat, a növényi hulladékporokat, valamint ezen anyagok keverékeit. Az említett anyagok, különösen a szénporok és darák igen nagy mennyiségben keletkeznek a modern extrakciós és mosóeljárások során, különösen a szén kezelése során.

A finomeloszlási anyagok közül, amelyek nem éghetők, megemlítjük például az ásványi porokat, az üledékes kőzetekből származó porokat, például a homokot. a salak vagy üvegsalak porokat, az üveggyártásból származó porokat és az említett anyagok keverékét.

Egy vagy több éghető anyagot egy vagy több nem éghető anyaggal keverni is lehet.

Ezen finomeloszlású anyagok agglomerálására számos eljárás ismert, amelyek általában adalékokat vagy kifejezetten kötőanyagokat alkalmaznak a megfelelő kohézió biztosítása érdekében.

A leggyakrabban alkalmazott adalékok vagy kötőanyagok közül megemlítjük a kőszénkátrányt, a fa vagy petrolszurkot, a bitument, a lignoszulfonátokat, az agyagokat, valamint a poliszacharidokat, ezek közül különösen a keményítőféléket és a keményítő származékait.

Az említett kötőanyagok közül a legelterjedtebb kétségtelenül a kőszénkátrány, azonban az egyre szigorúbbá váló környezetvédelmi követelmények miatt alkalmazása újabban bizonyos mértékben visszaszorul.

A felhasználása során ugyanis az így előállított agglomerátumokat hőközlésnek vagy kifüstölésnek kell alávetni, annak érdekében, hogy a fenolszármazékok koncentrációja csökkenjen. Ez a kezelés pedig nem elhanyagolhatóan szennyezi az atmoszférát. Ezen kívül. mivel a kifüstölés nem teljes, az agglomerátumok elégetése a felhasználásuk pillanatában az emberre káros füstök keletkezésével jár.

Ezek miatt a hátrányok miatt néhány országban a használatát betiltották.

A kátrány alkalmazásával együtt járó hátrányok a bitumen, mint kötőanyag alkalmazásakor szintén megjelennek.

Ezen hátrányos tulajdonságok kiküszöbölése érdekében kötőanyagként javasoltak különféle lignoszulfonátokat. elsősorban az ammónium-lignoszulfonátot.

A lignoszulfonálokkal járó számos hátrány kiküszöbölése érdekében (ezek elsősorban az ilyen kötőanyaggal készült agglomerátumok gyenge szilárdsága nyersen, nagy mennyiségű hamu és jelentős kéntartalom) kötőanyagként javasolták a keményítőt önmagában vagy egyéb kötőanyagokkal keverve, például a 3 726 652 számú amerikai egyesült államokbeli és a 3 227 395 számú német szövetségi köztársaságbeli szabadalmi leírásban. Ez számos előnnyel járt, például jó eredményeket adott a következő területeken:

- mechanikai összenyomással szembeni szilárdság,

- kopásállóság,

- ütésállóság.

Előnye továbbá, hogy korlátozás nélkül felhasználható az eredetileg kátrányra vagy bitumenre tervezett ipari berendezésekben (amelyek jelenleg a leggyakrabban alkalmazott kötőanyagok), tehát a felhasználásához nem szükséges további beruházás; ezen kívül a berendezések fenntartási igénye is kisebb.

A keményítővel kötött agglomerátumok égetése során egyébként nem keletkeznek mérgező és/vagy környezetszennyező füstök.

Mindazonáltal, és ez a legfontosabb probléma, a keményítő alapú agglomerátumok igen érzékenyek vízzel szemben, és ezért ezeket szabad levegőn nem lehet tárolni.

Ezen hátrány kiküszöbölésére javasolták a keményítő és a kátrány, az aszfalt vagy a bitumen együttes alkalmazását, vagy a keményítő oldhatatlanná tételét különféle gyantákkal. A gyanták közül megemlítjük a karbamid-formaldehid típusú, a feno-formaldehid típusú, a melamin-formaldehid típusú, valamint a ketonformaldehid típusú gyantákat vagy ezek keverékét. Valamennyi megoldás közös hátránya azonban, hogy az így előállított agglomerátumok égetése során mérgező és környezetszennyező füst keletkezik.

Döntő javulást hozott a bejelentő 8 907 679 számú francia szabadalmi leírás, amely szerint kötőanyag készítményt alkalmaztak, amely főként keményítőből és egy oxidálószerből, pontosabban egy perszulfátból áll.

Az így kapott agglomerátumok már nem rendelkeznek a keményítő előtt alkalmazott egyéb kötőanyagokkal előállított agglomerátumok hátrányos tulajdonságaival, és tökéletesen kielégítik a gyakorlat által igények három alapvető követelmény közül az első kettőt. Ezek a következők:

- ellenállóképesség nyersen,

- mechanikai szilárdság,

- vízállóság.

A vízállóság kielégítő ugyan, de tökéletesítendő, különösen az olyan agglomerátumok esetében, amelyek a tárolás során alulra kerülnek olyan környezetben, ahol nagy a vízvisszatartás.

A három említett követelmény lehető legjobb egyidejű kielégítésére kötőanyagként a melaszt is javasolták más a szakirodalomban. Ez a tárgya különösen például a 2 227 024 számú nagy-britanniai és a 90/09 028 számú francia szabadalmi leírásnak.

Mindkét esetben az alkalmazott kötőanyag készítmény melaszt tartalmaz és egyidejűleg tartalmaz egy ammóniumsót is, amely az elvégzett kísérletek szerint

HU 212 707 Β

- a nagy-britanniai szabadalmi leírás esetén ammónium-szulfát vagy ammónium-foszfát. Itt az ammónium-kloridot kevésbé tartják előnyösnek, mivel a nyersen mutatott kohézióval kapcsolatban rossz eredményeket kaptak.

- A francia szabadalmi leírásban lignoszulfátot és/vagy nitrátot alkalmaznak.

A bejelentő által elvégzett kísérletek azt mutatták, hogy ha kötőanyagként melaszból, ammóniumsóból, pontosabban foszfátból, szulfátból, lignoszulfátból és nitrátból álló készítményt alkalmazunk, akkor a mechanikai szilárdság és a vízállóság is tökéletesítésre szorul. A kloriddal nem végeztünk vizsgálatot a fentiekben kifejtett okok miatt.

A találmányunk célja tehát olyan kötőanyag készítmény kidolgozása, amelynek segítségével az előállított agglomerátumok mechanikai és nyersen tapasztalható szilárdsága legalább akkora, mint a 8 907 679 számú szabadalmi leírás szerint, de a vízállóság jobb annál.

Teljesen meglepő és váratlan módon azt tapasztaltuk, hogy ezt az eredményt úgy érhetjük el, hogy ha a kötőanyag készítményben egyrészt keményítőtartalmú anyagot, közelebbről keményítőféléket vagy származékait alkalmazzuk, másrészt pedig ammónium-kloridot.

Az eredmény annál is inkább meglepő, mert ugyan a szakember számíthatott arra, hogyha a melaszt keményítővel helyettesíti, akkor a kapott agglomerátumok az alkalmazott aniontól függetlenül jobb ellenállóképességet mutatnak nyersen, azonban a szakember számára teljesen váratlan volt, hogy

- klorid esetében ez a javulás mintegy 15-szörös, holott a foszfát és szulfát esetén ez kb. kevesebb mint 2-5-szörös, és így a klorid messze a legjobbnak bizonyul, holott korábban elkerülendőnek tűnt, és

- hogy az ammónium-kloriddal kapott mechanikai szilárdság és vízállóság is javul, nemcsak a szulfáthoz és foszfáthoz, hanem a Iignoszulfáthoz és a nitráthoz képest is.

Következésképpen a találmány szerinti, keményítőt vagy keményítőszármazékot tartalmazó kötőanyag készítmény új. szénport tartalmazó agglomerátum előállításához, azzal jellemezhető, hogy ammónium-kloridot tartalmaz, és hogy a keményítő vagy keményítő-származék és az ammónium-klorid tömegaránya 0,5:10 és 25:0,1 közötti, előnyösen 1:5 és 15:0,25 közötti, különösen előnyösen 2:3 és 7:0,5 közötti.

A gyakorlatban a kötőanyag készítmény komponensei, vagyis a keményítő vagy keményítő származék egyrészt és az ammónium-klorid másrészt, elegyedhetnek kizárólag az agglomerátum előállítása pillanatában is, és előfordulhatnak bármely közönséges kereskedelmi formában, amely a két komponenst részben vagy egészben tartalmazza.

A találmány szerinti eljárás a szénportartalmú agglomerátumok előállítására, a következő lépésekből áll:

- először tetszőleges sorrendben összekeverünk egy keményítőt vagy keményítő-származékot és ammónium-kloridot tartalmazó kötőanyag-készítményt, vizet és szénport, olyan mennyiségben, hogy a kapott keverékben a komponensek tömegaránya a következő:

-0,5-25 tömeg%, előnyösen 1-15 tömeg%, különösen előnyösen 2-7 tömeg% keményítő vagy keményítő-származék a szénporra vonatkoztatva, -0,1-10 tömeg%, előnyösen 0,25-5 tömeg%, különösen előnyösen 0,5-3 tömeg% ammónium-klorid a szénporra vonatkoztatva, és

- 3-15 tömeg% víz a szénporra vonatkoztatva,

- a második lépésben a kapott keveréket agglomeráljuk és így szénportartalmú agglomerátumokat állítunk elő, majd

- a harmadik lépésben a kapott agglomerátumokat hőkezeljük olyan hőmérsékleten, amely nem haladja meg a keményítőben vagy keményítő-származékban lévő cukrok karbonizációs hőmérsékletét. Gyakorlati szempontból a finomeloszlású anyagok, valamint a kötőanyag készítmény egyes komponensei és a víz összekeverése változó sorrendben történhet, adott esetben hő hatására, különösen akkor, amikor a keményítő tartalmú vegyület szemcsés keményítő. Ezen kívül az ammónium-kloridot adagolhatjuk kizárólag a keverék valamely komponenséhez, vagy több komponenséhez vagy akár valamennyi komponenséhez is.

Ezen kívül elképzelhető az ammónium-klorid in situ előállítása, oly módon, hogy a keverés lépésben ekvimoláris mennyiségű sósavat és ammónium-hidroxidot adagolunk.

A találmány szerint előnyösen járunk el akkor, ha a kötőanyag készítmény komponenseit a keverési lépés során adagoljuk.

A találmány szerint kötőanyag készítményben keményítőként vagy keményítő-származékként használhatunk keményítő tartalmú anyagot, így őrült gabonafélét, lisztet, vagy ezek elegyét is. Előnyösek a keményítők és származékaik.

Keményítőként vagy keményítő-származékként a következőket használhatjuk például:

- keményítőként bármely eredetű természetes keményítőt tartalmazó anyagot, például burgonyából, maniókából, kukoricából, viaszos kukoricából, búzából származót,

- keményítő származékként fizikai és/vagy kémiai úton módosított keményítőket.

A keményítő tartalmú komponens amikor keményítőről vagy keményítő származékról van szó, előfordulhat szemcsés formában, ragasztó formájában vagy előzselatinizált formában.

Az ammónium-kloridot alkalmazhatjuk por formájában, hiszen a finomeloszlású anyaggal és/vagy a keményítő tartalmú komponenssel és/vagy a vízzel és/vagy ezen komponensek keverékével kell elkevernünk.

Még mindig gyakorlati szempontból, nevezetesen amikor a keményítő tartalmú komponens keményítő vagy keményítő-származék, a találmány szerinti eljárás a következő lépésekből áll:

HU 212 707 Β

- összekeverjük a finomeloszlású anyagot, a keményítőt, az ammónium-kloridot és a vizet egy keverőkészülékben, hőbevezetéssel, amely a keverék hőmérsékletét 80 és 100 °C közöttire melegíti,

- az így előállított keveréket formálóberendezésen engedjük át. amellyel például tojásbrikettet készítünk, és

- az így kapott briketteket hőkezelésnek vetjük alá, oly módon, hogy 200-300 °C közötti hőmérsékleten tartjuk 180-30 percig.

Az agglomerációs lépést előnyösen elvégezhetjük pelletálással, nyomásos tömörítéssel, granulálással, extrudálással vagy öntéssel (lásd például a 097 486 számú európai szabadalmi bejelentést).

A hőkezelést különböző atmoszférákban végezhetjük, például nitrogén, szén-dioxid, vízgőz, oxigén atmoszférában, vagy kettő vagy több említett termék keverékében. A hőkezelésnek olyannak kell lennie, hogy a hőmérséklet ne haladja meg a cukrok karbonizálódási hőmérsékletét.

A találmány szerinti eljárással előállított új agglomerátum azzal jellemezhető, hogy a következő tulajdonságokkal rendelkezik.

- hőkezelés előtt ellenállóképessége nyersen legalább

Newton (N).

- hőkezelés után mechanikai szilárdsága legalább

1000 N. és vízállósága szobahőmérsékleten akkora, hogy ha 4 hétig vízben áll, akkor a mechanikai szilárdsága a kezdeti mechanikai szilárdság legalább 80%-a.

Ezeket az értékeket kompressziométer segítségével határoztuk meg 3000 N agglomerációs nyomásnál.

Előnyös, ha az agglomerátumhoz egy víztaszító szert is adagolunk, amely lehet szerves szilíciumvegyület. és így csökkentjük az agglomerátum vízfelvételét.

Ugyancsak előnyös lehet, ha az agglomerátumhoz egy tűzállóságot javító szert, például foszfátot, meszet vagy kalcium-karbonátot adagolunk.

Találmányunkat a következőkben példákkal és részben összehasonlító példákkal illusztráljuk, de nem kívánjuk azokra korlátozni. Bemutatjuk ezen példákban a találmányunk néhány előnyös megvalósítási módját.

/. példa „LÁNG típusú keverőbe 1 kg szénport (antracitot) helyezünk, amelynek szemcsemérete <2 mm, másrészt belehelyezünk 50 g természetes kukoricakeményítőt és 50 g vizet. Keverés közben az így kapott keveréket vízgőzzel 90 °C-osra melegítjük. 90 °C-on a keveréket még kb. negyed órán keresztül keveijük, a nedvességtartalma 8%.

A keveréket ezután 5 cm átmérőjű, gömb alakú préscellával ellátott dugattyús préssel agglomeráljuk. A dugattyúra ható erőt 30 000 N-re állítjuk be.

Szénporból készült tojásbrikettet kapunk így. amelynek kohéziója nyersen PERRIER kompresszióméterrel meghatározva 80 N, amely elegendő a szállítás elviseléséhez.

A kapott tojásbrikettet 2 órán keresztül ezután 220 ”C-on kemencében tartjuk.

Az így kapott brikett mechanikai szilárdsága az előzőek szerint meghatározva 800 N.

A brikettet hideg vízbe merítjük. Azt tapasztaljuk, hogy gyorsan szétesik. Egy óra elteltével az agglomerátum már nem mutat semmilyen kohéziót.

Az eredmények azt mutatják, hogy keményítő tartalmú kötőanyagot alkalmazva olyan szénpor agglomerátumok állíthatók elő, melyeknek mechanikai jellemzői megfelelők, de víznek nem állnak ellen.

2-6. példa

Ezekben a példákban öt típusú agglomerátumot vizsgáltunk, amelyet a következőkben részletezett körülmények között készítünk, és amelyek az alkalmazott ammóniumsó minőségében térnek el.

A találmány szerinti 2. példában az ammóniumsó klorid. Az összehasonlító 3-6. példában a só sorrendben szulfát, foszfát, nitrát és lignoszulfát. Az előállítási körülmények és a mérések a következők: Az 1. példa szerinti keverőkészülékbe 1 kg szénport, 50 g természetes kukoricakeményítőt és 10 g 30 cl vízben feloldott ammóniumsót helyezünk. Az egészet összekeverjük, majd az 1. példában leírtak szerint melegítjük.

A keveréket az 1. példában leírtak szerint agglomeráljuk.

Szénpor-brikettet kapunk, amelynek megmérjük nyersen a kohézióját.

A kapott tojásbrikettet azután az 1. példában leírtak szerint hőkezeljük.

Hőkezelés után meghatározzuk a mechanikai szilárdságokat.

Ezután a brikettet hideg vízbe merítjük.

Mechanikai szilárdságukat újra meghatározzuk, először a bemerítést követő 48 óra elteltével, majd egy hét múlva, végül egy hónap múlva.

Az említett mérések eredményeit az I. táblázatban foglaljuk össze.

/. táblázat

Ammóniumsó anionja	-1 2. példa klorid	3. példa szulfát	4. példa foszfát	5. példa nitrát	6. példa lignoszulfát
kohézió nyersen	160 N	100 N	50 N	30 N	30 N
mechanikai szilárdság bemerítés előtt	1500 N	800 N	600 N	320 N	700 N
mechanikai szilárdság 48 órás bemerítés után	1400 N	550 N	450 N	300 N	500 N
mechanikai szilárdság 1 hét bemerítés után	135ON	500 N	300 N	100 N	350 N
mechanikai szilárdság 1 hónap bemerítés után	1300N	500 N	300 N	0	300 N

HU 212 707 Β

Az eredményekből kitűnik, hogy ha olyan kötőanyag készítményt alkalmazunk, amely természetes keményítőt (a finomeloszlású anyagra vonatkoztatva 5 tömeg%-ban) és ammónium-kloridot (a finomeloszlású anyagra vonatkoztatva 1 tömeg%-ban) tartalmaz, akkor olyan tojásbrikettet tudunk előállítani, melynek

- nagyon jó nyersen a kohéziója,

- kiváló a mechanikai szilárdsága, és

- kiváló a vízzel szembeni ellenállóképessége.

Meg kell jegyezni, hogy ezen tojásbrikett mechanikai szilárdsága nagyon kis mértékben csökken relatív értékben a vízben való tartózkodás után, és ez nem mondható el, akkor, amikor más ammóniumsót, például szulfátot, foszfátot, nitrátot vagy lignoszulfonátot használunk.

7. példa

Az előzőekben leírtak szerint járunk el, azzal az eltéréssel, hogy a 30 cl vízben feloldott 10 g ammónium-klorid helyett 30 cl vízben feloldott 30 g ammónium-kloridot alkalmazunk.

Az így előállított szénpor-brikettek kohéziója nyersen 160 N.

Az 1. példában leírt körülmények között végzett hőkezelés után a mechanikai szilárdság 1400 N.

Az így kapott tojásbrikettet hideg vízben merítjük. Egy hónap merülési idő után sem tapasztalunk degradációt.

Ezen kívül a mechanikai szilárdság egy hónap bemerülés után még mindig 1400 N.

A példából az a következtetés vonható le, hogy az ammónium-klorid arány növelése bemerülés után a mechanikai szilárdság jobb megőrzését eredményezi.

8. példa „LÁNG típusú keverőben 1 kg szénport és 10 g por alakú ammónium-kloridot helyezünk. Az elegyet homogenizáljuk, majd 143 g 35 tömeg%-os viaszos kukoricakeményítőt tartalmazó „Jetcooker-en kiszerelt ragasztót injektálunk 100 °C-on.

Az elegyet negyed órán keresztül keverjük, miközben a hőmérsékletet hűtőköpeny segítségével 100 ’Con tartjuk.

Az elegyet az 1. példában leírtak szerint kompaktáljuk.

Szénpor tojásbrikettet kapunk, amelynek kohéziója nyersen 60 N.

A tojásbrikettet az 1. példában leírtak szerint hőkezeljük.

A brikett mechanikai szilárdsága a hőkezelés után az 1. példában leírt módon meghatározva 1600 N.

Egy hónapig tartó hideg vizes merítés után nem észlelünk szétesést.

A mechanikai szilárdság változása jelentéktelen, mivel 48 órás bemerülés után az érték 1500 N, és az egy hónap bemerülés után is változatlan marad.

A ragasztó alkalmazásával lehetőség van arra, hogy olyan berendezéseket alkalmazunk, amelyeket korábban a folyékony kötőanyagok, például a lignoszulfonátok, a melasz és egyebek használatára terveztek, a berendezések módosítása nélkül.

Claims (3)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Keményítői vagy keményítő-származékot tartalmazó kötőanyag-készítmény szénportartalmú agglomerátumok előállításához, azzal jellemezve, hogy a kötőanyag-készítmény ammónium-kloridot tartalmaz, és hogy a keményítő vagy keményítő-származék és az ammónium-klorid tömegaránya 0,5:10 és 25:0,1 közötti, előnyösen 1:5 és 15:0,25 közötti különösen előnyösen 2:3 és 7:0,5 közötti.
2. 2. Eljárás szénportartalmú agglomerátumok előállítására, azzal jellemezve, hogy a következő lépésekből áll:

   - először tetszőleges sorrendben összekeverünk egy keményítőt vagy keményítő-származékot és ammónium-kloridot tartalmazó kötőanyag-készítményt, vizet és szénport, olyan mennyiségben, hogy a kapott keverékben a komponensek tömegaránya a következő:

   -0,5-25 tömeg%, előnyösen 1-15 tömeg%, különösen előnyösen 2-7 tömeg% keményítő vagy keményítő-származék a szénporra vonatkoztatva, -0,1-10 tömegé, előnyösen 0,25-5 tömeg%, különösen előnyösen 0,5-3 tömeg% ammónium-klorid a szénporra vonatkoztatva, és

   - 3-15 tömeg% víz a szénporra vonatkoztatva,

   - a második lépésben a kapott keveréket agglomeráljuk és így szénportartalmú agglomerátumokat állítunk elő, majd

   - a harmadik lépésben a kapott agglomerátumokat hőkezeljük olyan hőmérsékleten, amely nem haladja meg a keményítőben vagy keményítő-származékban lévő cukrok karbonizációs hőmérsékletét.
3. 3. Szénportartalmú agglomerátum, azzal jellemezve. hogy a 2. igénypont szerinti eljárással van előállítva. és hogy

   - a hőkezelési lépés előtt nyersen a szilárdsága legalább 50 N,

   - a hőkezelési lépés után mechanikai szilárdsága legalább 1000 N, és

   - négy hétig szobahőmérsékletű vízbe történő merítés után mechanikai szilárdsága legalább a kezdeti mechanikai szilárdság 80%-a.