WO2006037304A1 - Verfahren zum nasspelletieren von kohlenstoffstaub zu pellets - Google Patents

Verfahren zum nasspelletieren von kohlenstoffstaub zu pellets Download PDF

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Stephan Hungeling
Saulo Henrique Freitas Seabra Da Rocha
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the invention relates to a method for wet pelleting carbon dust with the addition of an aqueous solution and starch as a binder to pellets.
  • Such a method is z. B. from European Patent Application EP 0 097 486 A2.
  • fine-grained carbon mate ⁇ rial is pelletized with the addition of a first and a second binder.
  • the first binder is water-soluble or swellable, aus ⁇ curing material under heat, while the second binder is an aqueous emulsion of heavy hydrocarbon.
  • the two binders are separately fed to the pelleting process in such a manner that the concentration of the first binder in the pellet decreases from inside to outside and the concentration of the second binder in the pellet decreases from outside to inside , In this way, an opposite concentration gradient of the bei ⁇ the binder in the pellet, whereby in particular a high hardness of the pellets is achieved.
  • the agglomeration of fuels are also the documents DE 43 08 915 A1, DE 34 32 365 A1 and DE 33 21 683 A1 (family member to EP 0 097 486 A2).
  • the invention is based on the object, a be ⁇ known method for wet pelletizing carbon dust to the effect that it is procedurally simplified and can be omitted thermal post-treatment.
  • This object is achieved by the method claimed in claim 1 process ".
  • the claimed there method is characterized in that a voltage supplied during the process of wet pelletizing aqueous solution of water and sodium hydroxide (NaOH) is det gebil ⁇ .
  • the basic solution formed by the water and the basic additive effects an activation of the starch in such a way that a chemical bond between activated starch molecules and the pulverized coal particles forms in the form of so-called cross-links.
  • the coal dust particles are held together during the pelleting process by the capillary force of the water. Both forces or bonds bring about the cohesion of the carbon dust in the form of the pellets.
  • no supply of harmful aromatic compounds such as pitch, oil or coal required.
  • Another advantage of the claimed method is the fact that it provides only the supply of a binder, namely the starch. The supply of further binders is therefore advantageously unnecessary, as a result of which the process is simplified.
  • the pellets produced by the process according to the invention have no edges otherwise known from pellets which are generated by pressing.
  • the lack of edges has the advantage that the pellets do not dust even during abrasion, ie in particular remain dust-free in their handling; so the lack of edges simultaneously reduces potential material losses.
  • the pellets produced according to the invention have the advantage of higher compressive strength and hardness compared to pellets produced in other ways.
  • the pellets according to the invention have a higher energy density, which is also due to the claimed production process. This higher energy density advantageously leads to a cost reduction for the consumer and to a lower logistical load when placing the pellets on the market, which in turn has a positive effect on the environment.
  • the pellets produced according to the invention have the advantage that they burn off substantially without the release of smoke or odors.
  • the inventive method further has the advantage that it is irrelevant for its implementation, from which starting materials, the carbon dust is recovered.
  • this carbon dust can be obtained from a large number of different organic starting materials.
  • this large variety of possible raw materials offers the advantage that a supply bottleneck on both the supplier and the customer side becomes unlikely.
  • the aforementioned conversion into carbon dust and its conversion into pellets according to the invention represents a welcome possibility for recycling; especially for biomass, i. z.
  • the claimed method offers a welcome recycling option.
  • biomass is used for the production of the pulverized coal, it is advisable to first degas these and then to comminute them to a suitable particle size suitable for pelleting.
  • the energy density of the pellets resulting from the biomass is advantageously further increased.
  • Another advantage of the method according to the invention is that the manner and the order in which the various feedstocks of the pellets, in particular the carbon dust, the water, the basic additive and the binder are brought together during the wet pelletizing process, in the Ver ⁇ drive can be arbitrary.
  • the figure illustrates the method according to the invention for pelleting high-quality carbon dust.
  • a suitable starting material for obtaining the carbon dust according to method step S2 is provided.
  • the carbon dust may consist of a variety of starting materials, such as. As petroleum coke, coke, anthracite, lignite, Charcoal, peat or biomass are obtained.
  • the biomass is first degassed in a shading, rotary or hearth furnace. After degassing, the biomass maintains a higher carbon density with reduced water and oxygen densities. The granular result of the degassing process is subsequently comminuted and / or sieved until a carbon dust with a grain size of, for example, less than 2 mm is obtained.
  • the recovered carbon dust is then pelletized by the method of the invention in step S3.
  • the pelleting is carried out with the aid of a known pelleting device, for. On a pelletizing tray, on a pelletizing cone or in a pelletizing drum.
  • a known pelleting device for.
  • no mineral additive or harmful coal tar pitch is added to the carbon dust during the pelleting process, but only starch as binder, see step S4.
  • the starch used is preferably tapioca, a product of manioc.
  • a basic solution consisting of water is added to sodium hydroxide (NaOH), see steps S3, S4. It then sets immediately after feeding the ge called feedstocks, d. H. the carbonaceous dust, the starch and the basic solution, a chemical reaction, which in particular causes an activation of the starch in such a way that builds up a bond in the form of so-called cross-links to the Staubparti ⁇ angles.
  • the dust particles are held together by the capillary force of the water or the basic solution. Due to the binding forces described, pressing and an associated expenditure of energy in the process according to the invention are dispensable.
  • the described chemical reactions or binding forces are essential for the invention. However, their formation is independent of the sequence and the manner in which the stated starting materials are combined during the pelleting process on or in the pelletizing device. Thus, it is not significant for the formation of said chemical bonding forces and thus for carrying out the process according to the invention, whether the carbon dust is first mixed with the starch, then rotated in or on the pelletizer and then the solution is added. Alternatively, the carbon dust could first be combined with the starch and the basic additive and then added to the pelletizer to then add water during rotation of the pelletizer. As a third alternative, it would also be conceivable that the carbon dust on the pelletizer rotated and temporally parallel to a starch suspension and a basic solution would be added. Although the order in which the individual starting materials are mixed together is irrelevant, there remains the need for all of the starting materials mentioned to actually be used; In other words, none of the starting materials is dispensable.
  • the products produced by the pelleting process i.
  • the pellets after their pelleting slightly on, which favors their round shape.
  • the pellets are dried in step S5, optionally natural or by machine, so that they continue to cure.
  • the dried pellets have the shape of a black ball.
  • a 3% NaOH solution and a 5% tapioca suspension are slowly poured onto the pelletizing plate with a diameter of 40 cm at an angle setting of 45 ° and at a rotation of about 10 revolutions per minute.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nasspelletieren von Kohlenstoffstaub unter Zugabe einer wässrigen Lösung und Stärke als Bindemittel zu Pellets (S3, S4). Um die bei bekannten Verfahren dieser Art einschlägigen Nachteile, wie z. B. eine komplexe Herstellungsweise auf Grund der Verwendung mehrerer Bindemittel, den Zusatz schädlicher Aromaten sowie einen hohen Energieverbrauch zu verhindern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die wässrige Lösung durch Zugabe von Natriumhydroxid (NaOH) basisch auszubilden.

Description

V E R F A H R E N Z U M N A S S P E L L E T I E R E N V O N K O H L E N S T O F F S T A U B Z U P E L L E T S
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nasspelletieren von Kohlenstoffstaub unter Zugabe einer wässrigen Lösung und Stärke als Bindemittel zu Pellets.
Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 097 486 A2 bekannt. Bei dem dort offenbarten Pelletierungsverfahren wird feinkörniges Kohlenstoffmate¬ rial unter Zugabe eines ersten und eines zweiten Bindemittels pelletiert. Bei dem ersten Bin¬ demittel handelt es sich um wasserlösliches oder quellfähiges, unter Wärmeeinwirkung aus¬ härtendes Material, während es sich bei dem zweiten Bindemittel um eine wässrige Emulsion von schwerem Hydrocarbon handelt. Bei dem in der Druckschrift beschriebenen Verfahren werden die beiden Bindemittel getrennt von einander in der Weise dem Pelletierungsprozess zugeführt, dass die Konzentration des ersten Bindemittels in dem Pellet von innen nach außen abnimmt und dass die Konzentration des zweiten Bindemittels in dem Pellet von außen nach innen abnimmt. Auf diese Weise stellt sich ein gegenläufiger Konzentrationsgradient der bei¬ den Bindemittel in dem Pellet ein, wodurch insbesondere eine große Härte der Pellets erzielt wird.
Nachteilig bei dem aus der genannten Europäischen Patentanmeldung bekannten Pelletie¬ rungsverfahren ist jedoch, dass es insofern relativ aufwändig ist, als dass nicht nur ein, son¬ dern zwei Bindemittel vorgesehen sind, welche unabhängig voneinander in unterschiedlicher Weise dem Pelletierungsprozess zugeführt werden müssen. Darüber hinaus müssen die Pel¬ lets erhitzt werden, damit die chemische Reaktion einsetzt. Dies ist ein zusätzlicher und kos¬ tenintensiver Verfahrensschritt.
Mit der Agglomeration von Brennstoffen befassen sich auch die Druckschriften DE 43 08 915 A1, DE 34 32 365 A1 und DE 33 21 683 A1 (Familienmitglied zu EP 0 097 486 A2).
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein be¬ kanntes Verfahren zum Nasspelletieren von Kohlenstoffstaub dahingehend weiterzubilden, dass es verfahrenstechnisch vereinfacht wird und eine thermische Nachbehandlung entfallen kann. Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren" gelöst. Das dort beanspruchte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine während des Vorgangs des Nasspelletierens zugeführte wässrige Lösung aus Wasser und Natriumhydroxid (NaOH) gebil¬ det wird.
Die durch das Wasser und das basische Additiv gebildete basische Lösung bewirkt eine Akti¬ vierung der Stärke in der Weise, dass sich eine chemische Bindung zwischen aktivierten Stär¬ kemolekülen und den Kohlenstaubpartikeln in Form sogenannter Cross-Links bildet. Darüber hinaus werden die Kohlenstaubpartikel während des Pelletierungsprozesses durch die Kapil¬ larkraft des Wassers zusammengehalten. Beide Kräfte bzw. Bindungen bewirken den Zusam¬ menhalt des Kohlenstoffstaubs in Form der Pellets. Vorteilhafterweise ist deshalb für die Her¬ stellung der Pellets keine Zufuhr von schädlichen aromatischen Verbindungen wie z. B. Pech, Erdöl oder Kohle erforderlich. Ein weiterer Vorteil des beanspruchten Verfahrens ist darin zu sehen, dass es lediglich die Zufuhr eines Bindemittels, nämlich der Stärke vorsieht. Die Zufuhr weiterer Bindemittel ist deshalb vorteilhafterweise entbehrlich, wodurch das Verfahren verein¬ facht wird.
Weil die Staubpartikel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die bereits erwähnte Ka¬ pillarkraft des Wassers bzw. der basischen Lösung automatisch gebunden werden, ist ein Pressen zum Herstellen der Pellets nicht erforderlich. Weil das Pressen entfällt kann die an¬ sonsten für das Pressen erforderliche Energie zur Herstellung der Pellets bei dem vorliegen¬ den Verfahren eingespart werden.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Pellets weisen keine Kanten auf, wie sie ansonsten von Pellets bekannt sind, welche durch Pressen generiert werden. Das Feh¬ len der Kanten hat den Vorteil, dass die Pellets auch bei einem Abrieb nicht stauben, d.h. ins¬ besondere bei Ihrer Handhabung staubfrei bleiben; so vermindert das Fehlen der Kanten gleichzeitig potentielle Materialverluste. Neben der Staubfreiheit bieten die erfindungsgemäß hergestellten Pellets den Vorteil einer höheren Druckfestigkeit bzw. Härte im Vergleich zu auf andere Weise hergestellten Pellets. Außerdem weisen die erfindungsgemäßen Pellets eine höhere Energiedichte auf, die ebenfalls durch das beanspruchte Herstellungsverfahren be¬ dingt ist. Diese höhere Energiedichte führt vorteilhafterweise beim Verbraucher zu einer Kos¬ tenreduktion und zu einer geringeren logistischen Belastung beim Inverkehrbringen der Pel¬ lets, was sich wiederum positiv auf die Umwelt auswirkt. Schließlich bieten die erfindungsgemäß hergestellten Pellets den Vorteil, dass sie im Wesent¬ lichen ohne eine Freisetzung von Rauch oder Gerüchen abbrennen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, dass es für seine Durchführung unerheblich ist, aus welchen Ausgangsstoffen der Kohlenstoffstaub gewonnen wird. Vorteil¬ hafterweise kann dieser Kohlenstoffstaub aus einer Vielzahl unterschiedlicher organischer Ausgangsstoffe gewonnen werden. Diese große Vielfalt an möglichen Ausgangsstoffen bietet zum einen den Vorteil, dass ein Versorgungsengpass sowohl auf Lieferanten- als auch auf Abnehmerseite unwahrscheinlich wird. Für solche Ausgangsstoffe, die normalerweise kosten¬ aufwendig recycelt oder entsorgt werden müssten, stellt die erwähnte Umwandlung in Koh¬ lenstoffstaub und dessen erfindungsgemäße Umwandlung in Pellets eine willkommene Mög¬ lichkeit zum Recyceln dar; insbesondere für Biomasse, d.h. z. B. Abfälle aus der Land- und Forstwirtschaft, bietet das beanspruchte Verfahren eine willkommene Recyclingmöglichkeit.
Wenn Biomasse für die Gewinnung des Kohlenstaubs verwendet wird, ist es empfehlenswert, diese zunächst zu entgasen und anschließend auf eine für die Pelletierung geeignete vorbe¬ stimmte Korngröße zu zerkleinern. Insbesondere durch die Entgasung wird die Energiedichte der aus der Biomasse resultierenden Pellets vorteilhafterweise weiter erhöht.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Art und Weise sowie die Reihenfolge in welcher die verschiedenen Einsatzstoffe der Pellets, insbesondere der Kohlenstoffstaub, das Wasser, das basische Additiv und das Bindemittel während des Prozesses der Nasspelletierung zusammengeführt werden, bei dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren beliebig sein kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form verschie¬ dener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine einzige der Beschreibung beigefügte Figur.
Die Figur veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren zum Pelletieren von möglichst hochwertigem Kohlenstoffstaub.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein geeigneter Ausgangsstoff zur Gewinnung des Kohlenstoffstaubs gemäß Verfahrensschritt S2 bereitgestellt. Der Kohlenstoffstaub kann aus einer Vielzahl von Ausgangsstoffen, wie z. B. Petrolkoks, Koks, Anthrazitkohle, Braunkohle, Holzkohle, Torf oder Biomasse gewonnen werden. Als Biomasse kommen z. B. Stroh, Bagas- se, Heu, Laub, Wurzeln, Schilf, Essensreste, Müllkoks, Sägespäne, Rinde oder Algen etc. in Frage. Zur Gewinnung von Kohlenstoff aus Biomasse ist es in Schritt S2 erforderlich, dass die Biomasse zunächst in einem Schatt-, Dreh- oder Herdofen entgast wird. Nach ihrer Entgasung hält die Biomasse eine höhere Kohlenstoffdichte bei verringerter Wasser- und Sauerstoffdich¬ te vor. Das körnige Ergebnis des Entgasungsprozesses wird nachfolgend zerkleinert und/oder gesiebt, bis ein Kohlenstoffstaub mit einer Körnung von beispielsweise weniger als 2 mm ge¬ wonnen wird.
Der gewonnene Kohlenstoffstaub wird dann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt S3 pelletiert. Die Pelletierung erfolgt mit Hilfe einer bekannten Pelletiervorrichtung, z. B. auf einem Pelletierteller, auf einem Pelletierkegel oder in einer Pelletiertrommel. Erfin¬ dungsgemäß wird dem Kohlenstoffstaub während des Pelletiervorganges kein mineralisches Additiv oder schädlicher Steinkohlenteerpech, sondern ausschließlich Stärke als Bindemittel zugeführt, siehe Schritt S4. Als Stärke wird vorzugsweise Tapioka, ein Produkt aus Maniok, verwendet.
Neben der Stärke wird eine basische Lösung, bestehend aus Wasser Natriumhydroxyd (Na- OH) zugeführt, siehe Schritte S3, S4. Es setzt dann unmittelbar nach dem Zuführen der ge¬ nannten Einsatzstoffe, d. h. des kohlenstoffhaltigen Staubes, der Stärke und der basischen Lösung, eine chemische Reaktion ein, welche insbesondere eine Aktivierung der Stärke in der Weise bewirkt, das diese eine Bindung in Form so genannter Cross-Links zu den Staubparti¬ keln aufbaut. Darüber hinaus werden die Staubpartikel durch die Kapillarkraft des Wassers bzw. der basischen Lösung zusammengehalten. Auf Grund der beschriebenen Bindungskräfte ist ein Pressen und ein damit verbundener Energieaufwand bei dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren entbehrlich.
Die beschriebenen chemischen Reaktionen bzw. Bindungskräfte sind wesentlich für die Erfin¬ dung. Ihre Entstehung ist jedoch unabhängig von der Reihenfolge und der Art und Weise wie die genannten Einsatzstoffe während des Pelletierungsprozesses auf bzw. in der Pelletiervor¬ richtung zusammengeführt werden. So ist es für das Entstehen der genannten chemischen Bindungskräften und damit für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erheblich, ob der Kohlenstoffstaub zunächst mit der Stärke gemischt wird, dann in bzw. auf der Pelletiervorrichtung gedreht und anschließend die Lösung hinzugegeben wird. Alternativ könnte der Kohlenstoffstaub zunächst mit der Stärke und dem basischen Additiv zusammen gemischt und dann auf die Pelletiervorrichtung gegeben werden, um dann anschließend wäh¬ rend des Drehens der Pelletiervorrichtung Wasser hinzuzugeben. Als dritte Alternative wäre es auch denkbar, das der Kohlenstoffstaub auf der Pelletiervorrichtung gedreht und zeitlich parallel dazu eine Stärkesuspension und eine basische Lösung zugegeben würde. Wenn auch die Reihenfolge in welcher die einzelnen Einsatzstoffe zusammengemischt werden, unerheb¬ lich ist, so bleibt doch die Notwendigkeit gegeben, dass alle genannten Einsatzstoffe tatsäch¬ lich auch verwendet werden; anders ausgedrückt: Keiner der Einsatzstoffe ist entbehrlich.
Auf Grund der zugesetzten Stärke gehen die durch den Pelletierungsprozess erzeugten Pro¬ dukte, d.h. die Pellets, nach ihrer Pelletierung leicht auf, was ihre runde Form begünstigt. Nach der Pelletierung in Schritt S3 werden die Pellets in Verfahrensschritt S5 getrocknet, wahlweise natürlich oder maschinell, so dass sie weiter aushärten. Die getrockneten Pellets haben die Form einer schwarzen Kugel.
Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben:
In einem ersten Ausführungsbeispiel werden 500 g Braunkohlekoksstaub, dessen Körnung zu 90 % unter 0,5 mm liegt, mit 15 g Tapioka gemischt und in bzw. auf einen Pelletierteller gege¬ ben. Auf den Pelletierteller mit einem Durchmesser von 40 cm und einer Winkeleinstellung von 45° wird dann bei einer Umdrehung von ca. 10 Umdrehungen pro Minute langsam eine 3- prozentige NaOH-Lösung zu der beschriebenen Mischung hinzugegossen.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden zu 500 g Holzkohlestaub, dessen Körnung zu 90 % kleiner ist als 0, 1 mm, 15 g Tapioka und 10 g Natriumhydroxid (NaOH) gemischt und auf einen Pelletierteller gegeben. Auf dem Pelletierteller, welcher vorzugsweise genauso ausge¬ bildet ist, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wird bei einer Umdrehung von ca. 10 Um¬ drehungen pro Minute des Pelletiertellers, langsam Wasser hinzugegossen.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel werden 500 g Baumrindekohlestaub, dessen Kör¬ nung zu 90 % unter 0, 1 mm ist, auf einen Pelletierteller gegeben. Auf den Pelletierteller mit einem Durchmesser von 40 cm werden bei einer Winkeleinstellung von 45° und bei einer Umdrehung von ca. 10 Umdrehungen pro Minute langsam eine 3-prozentige NaOH-Lösung und eine 5-prozentige Tapioka-Suspension gegossen.
Für alle drei Ausführungsbeispiele gilt: Durch die Kapillarkraft zwischen den Staubpartikeln und dem Wasser werden kugelförmige Agglomerate in Form der Pellets aufgebaut. Durch die Reaktion der Stärke mit der Natronlauge und die anschließende Trocknung werden die kugel¬ förmigen Pellets hart.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Nasspelletieren von Kohlenstoffstaub unter Zugabe einer wässrigen Lö¬ sung und Stärke als Bindemittel zu Pellets (S3, S4); dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung aus Wasser und Natriumhydroxid (NaOH) gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bindemittel Stärke um Tapioka handelt.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffstaub vor dem Nasspelletieren aus Ausgangsstoffen, wie z. B. Petrol- koks, Koks, Anthrazitkohle, Braunkohle, Holzkohle, Torf oder Biomasse gewonnen wird (S1,S2).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse zum Zwecke der Gewinnung des Kohlenstoffstau bs zunächst entgast und anschließend auf eine für die Pelletierung geeignete vorbestimmte Korngröße zerkleinert oder gesiebt wird (S2).
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzstoffe der Pellets, insbesondere der Kohlenstoffstaub, das Wasser, das Natri¬ umhydroxid (NaOH) und das Bindemittel, in beliebiger Weise und Reihenfolge während des Prozesses der Nasspelletierung zusammengeführt werden.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Nasspelletierung generierten Pellets (S4) anschließend getrocknet werden (S5).
PCT/DE2005/001765 2004-10-04 2005-10-04 Verfahren zum nasspelletieren von kohlenstoffstaub zu pellets WO2006037304A1 (de)

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